JPS61162514A - 成形用難燃性エポキシ樹脂組成物及びそれを用いて封止された電子部品 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、樹脂封止型電子部品に係シ、特に高温高湿下
における信頼性に優れた樹脂封止型電子部品に関する。

〔発明の背景〕

近年、ダイオード、サイリスタ、トランジスタ。

Ｉ℃、ＬＳＩあるいはこれら各種半導体を搭載した電子
部品などのパッケージングには経済性に優れたプラスチ
ック材料が広く用いられておシ、そのなかで、エポキシ
樹脂系材料が主流をなしている。しかし、一般的にプラ
スチック−くツケージはガラスやセラミックを用い九ノ
・−メチツクシールに対比すると、燃焼性および気密性
の点で劣っている。燃焼性に関してはこれまでに１多種
類のハロゲン化物、リン化合物、アンチモン酸化物、無
機求償化物などを配合することによって、安全性を高め
る努力がなされてきた。そして、エポキシ樹脂系材料の
難燃化剤としては三酸化アンチモンと有機ハロゲン化物
との併用系が、現状では、電子部品封止材料に要求され
る特性を均衡させるうえで最良と考えられている。この
際の三酸化アンチモンは概ね樹脂組成物の１重量％以上
使われている（例えば特開昭５６−２６９２６　）。

また、気密性の問題は、水分や汚染物質がバクケージ内
部に侵入し、特に電極や配線の材料にアルミニウムやそ
の合金を使用した電子部品が高温高湿下に放置された際
、腐食による断線や異常リーク電流を生じて、装置の信
頼性に致命的損傷を与えるのでその改善がはかられてき
た。具体的には、例えば各種素材の不純物の低減（特開
昭５７−２１２２２４、特開昭５８−９３１７、特開昭
５６−２６９２６等）、樹脂及び硬化促進剤の改良によ
る硬化物の耐湿性の向上（特開昭５７−２１０６４７、
特開昭５６−１３６８１６、特開ＦＪｆｉ５４−１４１
５６８、特開昭５７−２３２９等）カップリング剤によ
る硬化物の耐湿性の向上あるいは樹脂とチップまたはリ
ードフレームとの密着性の向上（特開昭５１−１４４１
８０、特開昭５３−１３４０５９．４Ｉ開昭５５−１５
３３５８等）、無機質充填剤として一般に使われている
シリカ粉に珪酸カルシウム、珪酸マグネシウムや炭酸カ
ルシウムなどを併用することによ）パッケージ内に侵入
した水ＯｐＨや自然電極電位を調整し電極および配線金
属の腐食を防止する方法（特開昭４８−８８１４０　、
特公昭５２−２２６９等）、難燃化成分として三酸化ア
ンチモンの代りに四酸化ニアンチモンや十三酸化力アン
チモンを使用する方法（特開昭５６−１２９２４５　）
、樹脂組成物にイオン交換体を配合する方法（特開昭５
８−１７６２３７、特開昭５８−１７４４３５３樹脂組
成物にリン酸系化合物やケイ酸及びホウ酸化合物などを
配合し電極及び配線金属材料に防食性を付与する方法（
特開昭５６−５０９０３　、特開昭５６−７２０４５等
）、チップの表面に耐湿性の保護膜を形成する方法（％
開開５８−２１８５０．特開昭５７−２１０６４６　、
特開＠　５７−２０２７６１、特開昭５５−１５０２５
８等）等様々な観点から対策が提案されている。

しかし、半導体素子の大容量化や実装の高密度化は年々
進展しておシ、チップの大型化、配線の細密化と並行し
て、パッケージの軽薄短小化が要求され、さらに実装の
自動化のなめにパッケージの形状が多様化するなかで、
封止用材料に対する信頼性の要求は益々厳しくなってき
ている。

このような状況に対応すべく本発明者らは、高温高湿下
における樹脂封止電子部品の電極および配線材料の腐食
要因について一層詳細な検討を加えた。その結果、電極
および配線の金属材料の腐食要因として、従来指摘され
てきた水分および塩素や臭素のようなハロゲンのイオン
、封止材料から抽出され・あるいは外部からパッケージ
内に侵入する無機酸や有機酸のほかに、封止材料に離燃
化成分として含まれる酸化アンチモンが関与しているこ
と、特に電極並びに配線材料としてアルミニラムやその
合金を使用した場合には、酸化アンチモンが前記イオン
性不純物による電極、配線材料の腐食を著るしく促進す
ることを見出した。酸やハロゲンイオンによるアルミニ
ウム系素材の腐食が酸化アンチモンの存在によって加速
される現象はこれまで全く知られておらず、その機構は
明らかではない。しかし、腐食されたアルミニウムの表
面には局部的に金属アンチモンの析出が認められるので
、恐らく三酸化アンチモンの腐食系内における酸化還元
反応がアルミニウムの腐食反応を促進しているものと考
えられる。そこで、難燃性の要求を満しつつ、電極・配
線用金属材料の腐食を低減させるための検討を重ね、三
酸化アンチモンの配合量の低減と純度の良い素材、とく
に水分によって抽出される塩素イオンの含有率の低い素
材の使用とによって、耐腐食性を大幅に高めることがで
き、本発明に到達した。

〔発明の目的〕

上記の如く本発明は、高温高湿下に優れた成形用矯燃性
エボギシ樹脂組成物及び該難燃性樹脂で封止され、特に
高温高湿下においても優れた信頼性を示す電子部品を提
供することを目的としている。

〔発明の概要〕

本発明は前記の目的にそう封止用難燃性エポキシ樹脂組
成物並びに該組成物をもって封止された電子部品とその
封止方法とに関連する。すなわち封止用樹脂組成物は、
無機質充填剤配合エポキシ樹脂組成物であって、４燃化
剤として臭素化されたエポキシ樹脂またはフェノール化
合物と０．８重量％以下の三酸化アンチモンとを含みか
つ、その硬化生成物特に粉末（粒度、１００メツシユパ
ス）のプレッシャークツカー条件（１２１℃、２気圧。

１００％Ｒ）ＩＪ下において抽出される塩素イオンおよ
び臭素イオンの量がそれぞれｌ０Ｐ（重ｔ）以下である
ことをその特徴としている。このような特徴を有する難
燃性エポキシ樹脂組成物を用いて、少なくとも電極およ
び配線のいずれかがアルミニウム系素材を用いて形成さ
れた電子部品の一部もしくは全体を封止してなる樹脂封
止電子部品が、本発明の範囲に属する。

本発明において用いられるエポキシ樹脂組成物ハ、一般
によく知られているエポキシ樹脂と、フェノール類、酸
無水物またはアミン系化合物などの硬化剤、硬化促進剤
、ｉ１燃化剤、無機質充填剤のほか、さらに必要に応じ
て可撓化剤、離型剤。

カップリング剤、界面活性剤や着色料等を、前記の条件
をはずれない限）含有できることは言うまでもない。

本発明で使用できるエポキシ樹脂は、特に限定されたも
のではなく、公知のエボ中シ化合物が広く使用できる。

例えば、ビスフェノールＡ１　ビスフェノールＦ、　　
レゾルシノール、フェノールノボラック、クレゾールノ
ボラックなどの７エノール類のグリシジルエーテル、ブ
タ／ジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレ
ングリコールなどのアルコール類のグリシジルエーテル
、フタ〃酸、イソフタル酸、テトラヒドロ７タル酸など
のカルボン酸類のグリシジルエステル、アニリン、イソ
シアヌール酸などの窒素原子に結合した活性水素をグリ
シジル基で置換したものなどのグリシジル基（メチルグ
リシジルをも含む）エポキシ樹脂、分子内のオレフィン
結合を過酸等でエポキシ化して得られるビニルシクロヘ
キセンジェボキシド、３，４−エポキシシクロヘキシル
メチル−３゜４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレ
ート、２−（３，４−エポキシ）シクロヘキサン−５゜
５−スピロ（３，４−エポキシ）シクロヘキサン−ｍ−
ジオキサンなどの−わゆる脂環型エポキシドなどが用い
られる。また、硬化剤としては公知のエポキシ樹脂用硬
化剤を用いることができる。

幾つか例示すると、例えは、無水マレイン酸、無水フタ
ル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水へキサヒドロフ
タル酸、無水エンドメチレンテトラクロロメチレンテト
ラクロロ７タル酸、テトラフ゛ロモ無水フタル酸、無水
トリメリット酸、シクロペンタンテトラカルボン酸二無
水物、ベンゾフエノンテトラカルボン酸二無水物、ピロ
メリット酸二無水物などのいわゆる酸無水物硬化剤、ジ
アミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルエーテル
、ジアミノジフェニルスルホン、ベンジジン、ジアニシ
ジン、フェニレンジアミン、メチレンビス（０−クロロ
アニリン）、３．　３’　−ジカルボキシルベンジジン
、３．　３’−ジカルボキシルジアミノジフェニルメタ
ンなどの芳香族アミン、フェノールノボラック、クレゾ
ールノボラックや、フェノール、クレゾール等とパラキ
シリレンジメトキサイドとの結合物、フェノール、クレ
ゾール等トジフェニルエーテル、ホルムアルデヒトトの
縮合物などの多価フェノール性水酸基を有するいわゆる
フェノール系硬化剤などがある。更にエポキシ樹脂と反
応してオキサゾリドン環を生成して硬化すると共に、そ
れ自身が３量化してポリマー化するインシアネート類、
例えばトリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジ
イソシアネート、水素化ジフェニルメタンジイソシアネ
ート、ヘキサン−１，６−ジイソシアネート、ナフタリ
ンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニレンポリ
イソシアネート、及び上記インシアネートの２量化ない
し３量化したものなどがある。また、ジアミノジフェニ
ルメタン、ポリメチレンポリフェニレンポリアミンなど
のアミンと無水マレイン酸から合成されるマレイミド類
も、それ自身重合することはもちろん、分子中に残存す
るアミド酸にエポキシ樹脂が反応して硬化するものであ
り、エポキシ樹脂の硬化剤として用いることができる。

用な公知のものはすべて使用できる。特に、潜在性の優
れたものとしてテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボ
レート、テトラ置換アルソニウム・テトラ置換ボレート
、テトラ置換アンモニウム・テトラ置換ボレート、各種
イミダゾール化合物のホレート化合物及びジメチルアミ
ノエタノールと酸無水物との反応生成物を使用するのが
好ましい。

そのほか各種のイミダゾール化合物とその誘導体なども
有効である。葦た、これらの硬化促進剤の２種以上を併
用してもよい。

次に、難燃化剤としては三酸化アンチモンと、臭素化ビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂、臭素化フェノールノボ
ラック型エポキシ樹脂、臭素化クレゾールノボラック型
エポキシ樹脂めるｂはＡ素化ボＩＪ　−ｐ−ビニルフェ
ノール樹脂などが併用される。エポキシ樹脂組成物は上
記の臭素化化合物のみの配合によっても難燃化され得る
。しかし、その場合には臭素化化合物をかなシ多く配合
せね的および熱的性質、また化学的性質において劣）、
高い信頼性を要求される電子部品の封止用材料としては
好ましくない。それに対して、三酸化アンチモンを併用
すれば、より少量の臭素化化合物の配合によって同程度
の難燃性を付与することができる。しかし、前述のよう
に三酸化アンチモンは、酸およびハロゲンイオンの存在
する環境下で、アルミニウムおよびアルミニウム合金の
腐食を著しく加速するという問題を抱えている。それゆ
え、三酸化アンチモンと臭素化化合物との樹脂組成物全
体に対する配合量の選択は、極めて重要でおる。

一般に、電子部品の封止成形材料としてのエポキシ樹脂
組成物は、２０〜４０重量％の樹脂成分、６０〜８０重
量％の無機質充填剤及び約１重ｔ％の各種添加剤から構
成されるが、このような組成物にＵＬ−９４に規定され
る難燃性の最高グレードｖ−０を付与し、しかも硬化物
として必要な緒特性をそなえ、かつアルミニウムまたは
アルミニウム合金に対する腐食性についての蟹求を満足
させるには、臭素化化合物は該組成物全体に対する臭素
含有率で０．５〜１．５重量％であるように、また、三
酸化アンチモンは組成物の０．８重量％以下、望ましく
は０．２〜０．６重量％の範囲で配合されることが好ま
しい。なお、三酸化アンチモンは、従来平均粒径が数ミ
クロンないし数十ミクロンの粉体が使われてきたが、近
年、粒径０．１μｍ以下の超微粉末が工業的に製造され
るようになった。このような微粉末三酸化アンチモンは
、粒径の太きなものに比べて一層良好に組成物中に分散
するため、少量の配合でも優れた難燃化効果を発揮する
。

可撓化剤は、樹脂組成物の硬化物における熱応力低減並
びに耐クラツク性の向上を目的として配合されるもので
ろって、例えばポリブタジエ／。

ポリイソプレンやシリコーンなどのゴム状化合物、高分
子量エポキシ樹脂、ポリ−ｐ−ビニルフェノール重合体
等が有効である。

無機質充填剤としてはシリカ粉１石英ガラス粉等が一般
に用いられ、そのほか炭酸カルシウム、ケイ酸ジルコニ
ウム、ケイ酸カルシウム、メルク、クレー、マイカ、ガ
ラス繊維粉等も用いられる。

また、離型剤としてカルナウバワックス、モンタン酸ワ
ックス、ポリアルキレン系ワックス等が用いられる。カ
ップリング剤としては各種のシラン系化合物、テタ／系
化合物、アルミニウムキレート類、アルミニウム／ジル
コニウム系化合物等が用いられる。着色剤としてはカー
ボンブラック、酸化チタン、鉛丹、群青、べんがら等が
用いられる。

なお、上記各素材は樹脂組成物に対する配合量がそれぞ
れ異なるために、各素材についてのイオン性塩素及び果
素、並びに酸性不純物の許容含有量は一律に規定するこ
とは出来ないが、前述のように、該組成物の硬化物を１
００メツシユパスの微粉末とし、これをプレッシャーク
ツカー条件（１２ｔｃ、２気圧、１００％ＲＨ）下で少
なくとも１００時間抽出した際の塩素イオン及び臭素イ
オンの抽出量がそれぞれ１０−以下であって、かつ抽出
水（抽出条件：硬化物粉末／水＝１／１０）装置で混練
するなど、通常行なわれている方法によって作製できる
。

〔発明の実施例〕

第１表に示す各種の素材を用いて、三酸化アンチモン及
び臭素化エポキシ樹脂の配合量を異にする成形用エポキ
シ樹脂組成・物を作製し、ＵＬ−９４安全規格に準じて
成形品の難燃性を検討した。

作製した組成物の何れにおいても、樹脂及びその他の有
機成分が２７゜５重量％、無機質充填剤（溶融シリカ粉
末及び三酸化アンチモン）が７′２ｓ重量％になるよう
にした。樹脂成分については、臭素化エボキ７樹脂の配
合量に応じて硬化剤（フェノールノボラック樹脂）の配
合割合を調整して、エポキシ基とフェノール基との当量
比が１／１になるようにした。

組成物は、まず各素材を計量し予備混合（トライブレン
ド）したのち、二軸ロールを用いて約８００で１０分間
混練し、冷却後粉砕することによって作製した。成形に
はトランスファ成形機を用い、金型温度ｔ８０℃、成形
圧カフ５Ｋｑｆ／ｃｔｄ１硬化時間１．５分の条件で幅
ＩＺ７＋ｗ、長さ１２７鴎、厚さ１．６ｍの成形品試料
を得た。この成形品を二次硬化として１８０Ｃ／１５時
間処理したのち、難燃性試験に供した。その結果を図に
示す。

図から明らかなように、成形品の難燃化は、組成物に臭
素化エポキシ樹脂を配合するだけでも可能であるが、三
酸化アンチモンを併用した場合には臭素化エポキシ樹脂
の配合量をかなり少なくしても達成できることがわかる
。

次に、第２表に示す組成からなるエポキシ樹脂組成物に
ついて検討した。すなわち、シリコンウェーハの熱酸化
膜上に厚さ約１μｍ１幅１０μｍのアルミニウムーシリ
コン合金（シリコン含量約２重量％）でジグザグ配線パ
ターンを形成した半導体装置を、トランスファ成形機で
モールド封止した。モールドは金を温度１８０℃、モー
ルド圧カフ　５　Ｋｐ　ｆ　／ｃｄ、硬化時間１，５分
で行い、次いで１８０Ｃ／１５時間の後硬化を加えた。

上記の樹脂封止半導体装置を、２６０Ｃのはんだ浴中に
３０秒間浸漬して加熱処理を加えた後、１２０℃、２気
圧の水蒸気中に放置してアルミニウム合金配線が腐食に
至るまでの時間を測定した。

その結果を第２表に示す。同表において比較例は、硬化
物から抽出されたハロゲンイオン量の比較的多い組成物
による場合である。

第２表から、三酸化アンチモン配合量が０．８重量％以
下で、かつ、硬化物粉末からプレッシャークツカー条件
下で抽出されるハロゲンイオン量がそれぞれ約１０ｐ以
下になるような組成物により封止した半導体装置では、
アルミニウム配線の腐食断線の発生までに極めて長時間
を要することが認められる。

〔発明の効果〕

これまでの説明から明かなように、本発明の難燃性エポ
キシ樹脂組成物は難燃性の賛求グレードを満足し、しか
もアルミニウム系素材に対する腐食性の点でも優れてい
る。従って、該樹脂組成物で封止された電子部品は、高
温高湿下においても電極や配線の腐食に基づく断線を起
しに＜＜、大変高い耐湿信頼性を保持することができる
。

【図面の簡単な説明】

図は、樹脂組成物中の臭素化エポキシ樹脂および三酸化
アンチモンの配合量と難燃性との関係を示す線図である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、無機質充填剤を配合した成形用エポキシ樹脂組成物
   において、難燃化剤として臭素化されたエポキシ樹脂ま
   たは臭素化されたフェノール化合物と０．８重量％以下
   の三酸化アンチモンとを含有し、かつ、該組成物の硬化
   物の１２１℃、２気圧、１００％ＲＨによるプレッシャ
   ークッカー試験後の抽出される塩素イオンおよび臭素イ
   オンそれぞれの量が１０ｐｐｍ以下であることを特徴と
   する成形用難燃性エポキシ樹脂組成物。 ２、無機質充填剤の配合量が６０〜８０重量％であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の成形用難燃
   性エポキシ樹脂組成物。 ３、三酸化アンチモンの配合量が０．２〜０．８重量％
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項もしくは
   第２項記載の成形用難燃性エポキシ樹脂組成物。 ４、プレッシャークッカー条件下での抽出が少なくとも
   １００時間以上であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項ないし第３項の何れかに記載の成形用難燃性エポ
   キシ樹脂組成物。 ５、電極および配線の少なくとも何れかにアルミニウム
   系素材を用いた電子部品の一部もしくは全体を無機質充
   填剤配合エポキシ樹脂組成物をもつて封止してなる樹脂
   封止型電子部品において、該樹脂組成物が難燃化剤とし
   て臭素化されたエポキシ樹脂またはフェノール化合物と
   ０．８重量％以下の三酸化アンチモンとを含有し、かつ
   、該組成物の硬化物の１２１℃、２気圧、１００％ＲＨ
   によるプレッシャークッカー試験後の抽出される塩素イ
   オンおよび臭素イオンそれぞれの量が１０ｐｐｍ以下で
   あることを特徴とする難燃性エポキシ樹脂封止電子部品
   。 ６、無機質充填剤の配合量が６０〜８０重量％であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の難燃性エポ
   キシ樹脂封止電子部品。 ７、三酸化アンチモンの配合量が０．２〜０．８重量％
   であることを特徴とする特許請求の範囲第５項もしくは
   第６項記載の難燃性エポキシ樹脂封止電子部品。 ８、プレッシャークッカー条件下での抽出が少なくとも
   １００時間以上行われたことを特徴とする特許請求の範
   囲第５項ないし第７項の何れかに記載の難燃性エポキシ
   樹脂封止電子部品。