JPS60177018A - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、温度、湿度、衝撃等の外的ストレスから半
導体チップ等を保護するための樹脂封止の分野に属する
ものであって、主として、有機基板上に半導体素子を直
接ボンディングしてチップオンボードやハイブリッドＩ
Ｃの封止に用いる一液性エポキシ樹脂組成物に関するも
のである。

〔背景技術〕

近年、エレクトロニクスの発展は目を見張るものがある
が、その基盤となついるものとして、半導体の集積化、
その半導体封止物の信頼性の向上、さらには樹脂封止に
よる低コスト化をあげることができる。半導体装置は、
主として、エポキシ樹脂組成物を用いた低圧トランスフ
ァー成形法を用いた封止（トランスファー封止）により
、規格化され、大量生産されており、リードフレーム付
反動体装置として市販され、回路に実装されて用いられ
ている。

トランスファー封止は、安価で信頼性の高い封止を行う
ことができるので、非常に有効であるが、反面、以下の
ような不利な点も併せて持っている。

■　成形用金型等に莫大な投資を必要とするので、大量
生産にはむいているが、専用ＩＣ等の少量多品種生産に
は向いておらず、専用ＩＣ等はむしろハイブリッドＩＣ
化される傾向にある。

■　半導体チップサイズは非常に小さい（−例として、
通常サイズのシリコンウェハー上に作りこんだＩＣは数
ミリ角程度）にもかかわらず、トランスファー封止する
と、大きさ、厚みともに小さくても元の数倍となる０回
路全体の小型化、薄型化には限界があるので、プリント
基板上に直接ボンディングするいわゆるチップオンボー
ドやハイブリッドＩＣとする方が有利である。この方法
は時計、電子体温針等種々の分野で実施されている。

前記のようなトランスファー封止によらず、ハイブリッ
ドＩＣやチップオンボードによって、ダイオード、トラ
ンジスタ、サイリスク、トライチック、パワートランジ
スタ等の個別部品から、ＭＯＳ、バイポーラ型のＩＣ，
ＬＳＩまでの種々の半導体チップを封止することができ
る。ハイブリッドＩＣやチップオンボードの封止では、
封止材料の硬化に関して、■エポキシ成形材料を冷間成
形したペレット状の封止材料を溶融加熱硬化する方法、
■酸無水物等の硬化剤を用いた二液性エポキシボッティ
ング封止材料を熱硬化させる方法。

■−液液性エキキシボッティング材料熱硬化させる方法
などが知られている。しかし、ペレット状封止材料を用
いる方法は、ペレット作成段階で大きな手間がかかるの
で、コストアップにつながる。また、正確に半導体チッ
プ上にペレットを置かねばならないので、自動化工程に
組み込むことができず、事実上、はとんど人間の手作業
で行わなければならないため、作業性が劣るという欠点
がある。さらに、一般に硬化時間が１０時間以上という
長時間を必要とするという欠点もある。この点、液状材
料はディスペンサーを用いた定量吐出によって正確に必
要量を計量することができるので、自動化に組み込むこ
ともできて有利である。

しかし、一般に半導体素子の封止材料として必要な耐湿
信頼性、低線膨張率を確保するには、充填剤を５０重量
％以上含むことが必須であるが、それだけ充填剤を含む
とかなり高粘度な材料となる、そのため、二液性材料を
用いる場合、使用前に混合する過程で泡を抜くことが非
常に難しい。この点を改良するため、少しでも粘度を下
げると、封止材が硬化時の高温で非常に低粘度化し、形
状保持性が悪くなったり、充填材が沈降したりするとい
った問題がでてくる。形状保持性が悪くなると、半導体
素子部分から外へ流れ出して、外部回路のハンダ不良や
半導体素子のボンディング露出という問題を引き起こす
。枠体等を設置して、流れを止めることもできるが、こ
のようなことは、ペレット材料と同様にコストアップ、
作業性低下をもたらすために好ましくない。

以上のようなことから、封止用材料としては、高粘度の
一液性のものが最も適しているといえるが、硬化速度が
速くて半導体素子封止材料として必要な耐熱性９強度、
耐湿信頼性、低膨張性、耐衝撃性等に優れた材料は、こ
れまで開発されていない、さらに、ハイブリッドＩＣや
チップオンボードに対し封止を行う場合は、半導体チッ
プ等を基板上に直接載せて封止するため、トランスファ
ー封止法の場合に比べて、高い界面密着性が要求される
。樹脂バルクと基板との間の界面が広いからである。充
分な界面密着性を有する封止材料もいまだ開発されてい
ない。

一方、−液性エポキシ樹脂組成物としては種々のものが
知られている。例をあげると、硬化剤として、ジシアン
ジアミド、フルオロボレート付加物、イミダゾール系化
合物、アミンイミド化合物、ヒドラジド系化合物、さら
には、光硬化用途としてのジアゾニウム塩やイオウ錯塩
等を含むものをあげることができる。前記のような組成
物は、大別すると、以下の２種類に分けられる。

■　温度を下げたり、光照射することによって、はじめ
て活性種が生成し、硬化するもの。

■　低温では液体中に固体が分散した不均一系であるが
、温度上昇により、固体のエポキシ樹脂への溶解度が増
加して、固体融点以下の温度で硬化するもの。

しかし、今までに知られているいずれの一液性エボキシ
樹脂も封止用材料として十分な性能を有するものではな
かった。そのうえ、■に分類されるものは、活性種がイ
オン化合物であるものが多いので、電気的性能を要求さ
れ、不純イオンを嫌う半導体封止に用いるには好ましい
ものとはいえない。

〔発明の目的〕

この発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、
半導体素子等の封止用として必要な性能を持つとともに
、硬化速度が速く、ディスペンサーによる封止を行うこ
とも可能な一液性のエポキシ樹脂組成物を提供すること
を目的としている。

〔発明の開示〕

前記のような目的を達成するため、この発明は、エポキ
シ樹脂、硬化剤、硬化促進剤および充填材を含むエポキ
シ樹脂組成物であつ−て、硬化剤として二塩基酸ジヒド
ラジド化合物を含むとともに、硬化促進剤として下記の
イミダゾール系化合物Ａ−Ｅのうちの少なくとも一種を
含むことを特徴とするエポキシ樹脂組成物をその要旨と
している（以　下　余　白） Ｃ＋り晦　、　、　、（Ａ） Ｒ１、Ｒ２はＨまたはＣＨ３またはＣ２，Ｒ５Ｒ３はＣ
Ｈ３またはＣＨ２０Ｈ Ｒ４はＣＨ３またはＣ６Ｒ５ ｎは０〜２ 以下に、この発明の詳細な説明する。

ここで、エポキシ樹脂としては、低分子量ビスフェノー
ルＡ型エポキシ樹脂等の液状エポキシ樹脂が用いられる
。液状エポキシ樹脂であれば、種類は特に限定されない
、ノボラック型エポキシ樹脂、タレゾールノボラック型
エポキシ樹脂等の固体状エポキシ樹脂であっても、液状
のエポキシ樹脂と併用して全体が液状になれば用いるこ
とができる。エポキシ樹脂組成物の硬化物に可撓性を付
与する場合は、ゴム変性エポキシ樹脂、脂環式エポキシ
樹脂を用いるとよい。エポキシ樹脂は、できるだけ、ナ
トリウムイオン、塩素イオンの含有量の少ないものを用
いる必要がある。半導体信頼性等に悪影響を及ぼすから
である。加水分解性塩素も硬化過程で一部イオン化して
塩素イオンとなるのでやはり、これの１含有量の少ない
ものを用いる必要がある。ナトリウムイオン、塩素イオ
ンの含有量はそれぞれ２０ｐｐ霧以下、加水分解性塩素
の含有率ば０．０２重量％以下となっているのが好まし
い。

硬化剤として用いられる二塩基酸ヒドラジド化合物は、
下記の式であられされるものあるいはその誘導体を用い
るようにするのが好ましい。

（以　下　余　白） 二塩基酸ヒドラジド化合物は、エポキシ樹脂中に分散さ
せて混合するのが良いが、そのようにするには、できる
限り細かい粒径のものが好ましいので、必要に応じて粉
砕しておくとよい。また、混合後の凝集を防止するため
には、アエロジル（エアロジル）とともにボールミル処
理（凝集防止処理）をしておくことが有効である。

硬化促進剤としζは、前記のようなＡ７−Ｅのイミダシ
ーツ１系化合物のうちの少なくとも１種が用いられる。

Ａ−Ｅ以外の硬化促進剤を用いたのでは、硬化促進作用
が小さかったり、潜在性が不足してポットライフの低下
をきたしたりする。Ａ〜Ｅの硬化促進剤も、できるかぎ
り細かい粒径のものが好ましく、混合後の凝集を防止す
るためには、アエロジルとともにボールミル処理をして
おくことが有効である。

充填材としては、溶融シリカ、結晶シリカ、水酸化アル
ミニウム、アルミナ、水酸化ジルコニウムおよびこれら
の混合物等が用いられる。充填材も、エポキシ樹脂と同
じ理由で、ナトリウムイオン、塩素イオン、加水分解性
塩素のできるだけ少ないものを用いる必要がある。充填
材中のナトリウムイオンの含有量は２００　ｐｐｍ以下
となっているのが好ましく、５０ｐｐｍ以下となってい
るのがより好ましい、塩素イオンの含有量は２０ｐｐ−
以下となっているのが好ましい。充填材の配合量は５０
〜８（ｌ量％とするのが好ましい。５０重量％未満では
得られる硬化体の線膨張率が大きくなるとともに耐衝撃
性も悪くなる傾向にあり、８０重量％を超えると組成物
の粘度が高くなって取扱いが困難になる傾向にあるから
である。

エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤および充填材のほか
、必要に応じてカップリング剤、チクソトロピー付与剤
、レベリング剤、潤滑剤、タレ防止剤、増粘剤、沈降防
止剤、消泡剤１分散剤、密着性付与剤、湿潤剤、染料お
よび顔料等が用し）られる。

エポキシ樹脂組成物は、たとえば、前記のような・原材
料を混゛合したのち、混練することにより得ることがで
きる。混線は、ニーダ、ロール、アジホモミキサ、らい
潰機等を用いて行われる。混線中あるいは混線後、原材
料の混線物は減圧下で脱気するようにするのが好ましい
。

この発明にかかるエポキシ樹脂組成物は、前記のような
硬化剤および硬化促進剤が用いられているので、半導体
素子等の封止材料として必要な耐熱性１強度、耐湿信頼
性、低膨張性、耐衝撃性等に優れ、硬化速度が速く、デ
ィスペンサーによる封止を行うことも可能な一液性のエ
ポキシ樹脂組成物となっている。

つぎに、実施例および比較例について説明する（実施例
１） つぎのようにして、実施例１のエポキシ樹脂組成物をつ
（つた。

エポキシ樹脂として、ＥＬＡ−１２８Ｐ　（住友化学工
業株式会社製、８２８タイプ、エポキシ当量１８９）お
よびＥＬＰＮ１８０　（住友化学工業株式会社製、ノボ
ラックタイプ、エポキシ当量１８４）の両者を３：１で
混合した樹脂を用いた。

この樹脂混合物を分析した結果、Ｎ　ａ１″は３　ｐｐ
ｍ、ＣＩ−は７ｐｐｍ、全ＣＡは０．０１５重量％であ
った。充填材として、溶融シリカＦ−１２５（電気化学
株式会社製）およびアルミナＡＬ−３１（住友アルミニ
ウム製練株式会社製）の両者を３：１で混合したものを
用いた。この充填材を分析した結果、Ｎａ＋は２５ｐｐ
ｍ、ＣＪ−は５　ｐ９ｔａであった。

前記充填材１．２６．４　ｇ　、アジピン酸ジヒドラジ
ド（半井化学薬品株式会社製）１１．３ｇ、下記の式で
あられされる２Ｅ４ＭＺ−Ａ　（四国化成工業株式会社
製）０．４ｇおよびカーボンブラックＭＡ−１００（三
菱化成工業株式会社製）０．８ｇを均−に混合し、これ
に前記エポキシ樹脂５９．６　ｇを加えて均一に混合し
た。

前記のようにして得られた混合物にカップリング剤とし
てＡ−１８７（日本ユニカー製）、添加剤としてＴｒｅ
ｍ０１４（サンノプコ株式会社製）を加えて減圧下（５
ｎｌ１ｇ）ニーダ中で３０分間混練した。得られたエポ
キシ樹脂組成物は粘稠なペースト状の液体であった。つ
ぎに、バイポーラ形ＩＣをセラミック基板上に搭載、ポ
ンディング後、ＩＣチップとボンディング部が封止でき
るエポキシ樹脂組成物の量をディスペンサーを用いてド
リップコーティングし、１６０℃２時間で硬化させた。

封止体の信頼性試験を施した結果は第１表に示すとおり
であった。ただし、封止体は、それぞれの試験につき１
０個ずつ用いた（繰り返−し数１０個）。また、ヒート
サイクル試験は、−５５℃に３０分間保ったのち１００
℃で３０分間保つことを１サイクルとした。また、ＰＣ
Ｔ試験（プレッシャークツカーテスト）は、１３３℃、
３気圧、ＴＨＢ試験は８５℃、８５％ＲＨ，定格電圧負
荷の条件で行うこととした。

第１表 （実施例２） アジピン酸ジヒドラジドと２ｇ４ＭＺ−Ａをあらかじめ
混合し、得られた混合物１００重量部に対してアエロジ
ル＃３００（日本アエロジル製）５重量部加えて、ボー
ルミルにより２４時間粉砕、混合しておくようにした。

このこと以外は実施例１と同じようにして組成物を作っ
た。

（実施例３） エポキシ樹脂としてＥＬＡ−１２７，（住友化学５舌業
株式会社製、エポキシ当量１８４）のみを使用するよう
にした以外は実施例２と全く同様にして組成物を作った
。

（実施例４） 充填材としてＦ−１２５の溶融シリカのみを１２０ｇ用
いるようにした以外は実施例２と全く同様にして組成物
を作った。

２ｇ４ＭＺ−Ａの代わりに以下の物質を用いるようにし
たほかは実施例２と全く同様にして実施例５〜９の組成
物を作った。

（実施例５） 下記の式であられされるｃ、７　Ｚ　（四国化成工業株
式会社製）。

（実施例６） 下記の式であられされる２Ｐ４ＭＨ２（四国化成工業株
式会社製）。

（実施例７） 下記の式であられされる２ＰＨ２（四国化成工業株式会
社製）。

（実施例８） 下記の式であられされる２ＭＡ−ＯＫ　（四国化成工業
株式会社製）。

（実施例９） 下記の式であられされる２ＭＺ−ＯＫ　（四国化成工業
株式会社製）。

（実施例１０） アジピン酸ジヒドラジドに代えて、セパチン酸ジヒドラ
ジド（日本カーバイド工業株式会社製）１３．５ｇを用
いるようにした以外は実施例２と全く同様にして組成物
を作った。

（実施例１１） アジピン酸ジヒドラジドに代えて、ドデカン酸ジヒドラ
ジド（日本カーバイド工業株式会社製）１５、０　ｇを
用いた以外は実施例？と全く同様にして組成物を作った
。

実施例２〜１１のエポキシ樹脂組成物を使用し、実施例
１で記したと同様の方法でバイポーラ型ｔＣを封止し、
得られた封止物につきヒートサイクル試験、ＰＣＴ試験
およびＴＨＢ試験を行った。実施例２〜１１は各試験項
目のいずれについても実施例１と同様の結果が得られた
。また、実施例１〜１１は室温で１ケ月保存した後も流
動性を有しており、ディスペンサーによるドリップコー
ティングが可能な性状を保っていた。

（比較例１） ２Ｅ４ＭＺ’−Ａに代えて、下記の式であられされる２
Ｅ４ＭＺを用いることとしたほかは実施例２と同じよう
にして組成物を作った。

得られた組成物は、室温で一ケ月保存すると、ゲル状と
なり、ディスペンサーにより吐出させることができなく
なった。

（比較例２） アジピン酸ヒドラジドに代えてジシアンジアミド（半井
化学株式会社製）を用いることとしたほかは、実施例２
と同じようにして組成物を作った。得られた組成物は、
１６０℃、２時間の硬化条件では硬化せず、封止材料と
して用いるのには適さなかった。

〔発明の効果〕

この発明にかかるエポキシ樹脂組成物は、前記のような
硬化剤および硬化促進剤が用いられているので、半導体
素子等の封止用として必要な性能を持ち、ディスペンサ
ーによる封止が可能なものとなっている。

代理人　弁理士　松　本　武　彦 手続補正書（圃 １．事紳耘 昭和５９年２月２３日提出の特許願（２）２、発明の名
称 エポキシ樹脂組成物 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 柱　所）　大阪府門真市大字門真１０４８番地名　称（
５８３）松下電工株式会社 代表者　Ｉ懐輯役小林　郁 ４、代理人 ５、　４正により増加する発明の数 な　し ６、補正の対象 明細書 ７、補正の内容 （１１明細書第１９頁第３行に、 とあるを、 と訂正する。

（２）明細書第２１頁第１７行の「株式会社製）。」の
下に、 を挿入する。

判「４す闇ネ市正書（自発） 昭和５９年　７月１パ９日 特許庁長官　殿 １、事件の表示 昭和５９’ｆ４梶’ｆｉｌｌ＠０３３５５２号２、発明
の名称 エポキシ樹脂組成物 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 柱　所　大阪府門真市大字門真１０４８番地名　称（５
８３）松下電工株式会社 代表者　４４３Ｗｍ帝役小林　郁 ４、代理人 な　し ６、補正の対象 明細書 ７、補正の内容 （１１明細書第５頁第１２行に「反動体」とあるを、「
半導体」と訂正する。

（２）明細書第８頁第１５行ないし同頁第１６行、第１
６頁第１６行および第１７頁第１４行に、それぞれ、「
耐衝撃性」とあるを、「耐熱衝撃性」と訂正する。

（３）　明細書第２５頁第４行に、 「 と訂正する。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤および充填
   材を含むエポキシ樹脂組成物であって、硬化剤として二
   塩基酸ジヒドラジド化合物を含むとともに、硬化促進剤
   として下記のイミダゾール系化合物Ａ−Ｅのうちの少な
   くとも一種を含むことを特徴とするエポキシ樹脂組成物
   。 （以　下　余　白） Ｒ，’、Ｒ２はＨまたはＣＨ３またはｃ２Ｈ５Ｒ３はＣ
   Ｈ３またはＣＨ２０）（ Ｒ＝はＣＨ３またはＣ６Ｈ５ ｎは０〜２
2. （２）　エポキシ樹脂が、ナトリウムイオン、塩素イオ
   ンの含有量がそれぞれ２０ｐｐｍ以下、加水分解性塩素
   の含有量が０．０２２重丸以下のものである特許請求の
   範囲第１項記載のエポキシ樹脂組成物。
3. （３）充填剤の含有量が５０〜８０重量％である特許請
   求の範囲第１項または第２項記載のエポキシ樹脂組成物
   。
4. （４）充填剤が、ナトリウムイオンの含有量が２００ｐ
   ｐｍ以下、塩素イオンの含有量が２０ｐｐｍ以下のもの
   である特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか
   に記載のエポキシ樹脂組成物。