JPS62101627A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はエポキシ樹脂組成物、特に半導体及び電子部品
の封止用として内部応力が少なく、優れた耐サーマルシ
ョック性を有し、かつ低熱５彰張率、良好な成形性及び
良好な耐湿信頼性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組
成物に関するものである。

（従来の技術） 近年、ダイオード、トランジスタ、ＩＣ，ＬＳＩなどの
半導体及び電子部品の樹脂封止には、機械特性、電気特
性、耐熱性、接着性、及び成形加工性などの点からエポ
キシ樹脂組成物が最も広範がつ多液に用（・しれている
。しかし最近における電子部品の軽薄短少ｆヒや集積度
の増大に伴って、この封止剤に要求される特性は一般と
厳しくなりつつある。さらに要求されている特性のうち
では応力の低下、特に耐サーマルショック性の向上が重
要となっている。

次に内部応力とは、（Ｉ）樹脂の硬化に伴なう収縮応力
、（２）被封止物に比べ硬化樹脂の熱膨張率がはるかに
大なためサーマルショック時に発生する熱応力などの、
被封止物にかかる応力のことを指している。これによっ
てパッケージのクラック、パッシベーション膜のクラッ
ク、半導体素子表面の配線のスライド、機能劣化、更に
は半導体素子そのもののクラックを生じることすら起こ
っている。

特に近年樹脂封止した半導体素子を各種基板に実装する
際、半田浸せきもしくは半田リフローで半田付けするこ
とが多くなっており、また成形体自体もミニフラットパ
ッケージのように薄く小さくなっているため、パッケー
ジに大小のクラックが発生し、耐湿信頼性の著しい低下
が生じている。

このように内部応力に由来する障害、特に耐サーマルシ
ョック性の悪さが樹脂封止の重大な欠点となっている。

また上記の内部応力の低減、特に耐サーマルショック性
の向上には２つの方法が考えられている。

（ａｔ樹脂の弾性率を低下させる、（ｂ）被封止物と硬
化樹脂との熱膨張率の差を小さくすることである。

（ａ）についてはシリコン樹脂、ブタジェン系ゴム、熱
可塑性樹脂等を添加することで種々検討されている。（
ｂ）については熱膨張率の小さい無機質充てん剤を高充
てんすることで達成される。しかしながら従来の粉砕に
よって製造された充てん剤を用いた場合には、高充てん
すると流動性が不足して未完てんを生ずる、高粘度にな
るため半導体素子とリードフレームを接続している金な
どのａＪ線を切断してしまう、さらに充てん剤の切断面
角が鋭いことなどから金型の摩耗が著しい等の欠点を有
している。

（発明が解決しようとする間頑点） 本発明はかかる欠点を解決したものであり、実質的に破
断面を有しない特定の粒度分布の無機賞充てん剤とゴム
状物質を組成物に添加することにより、成形性特に流動
性とパリ性が良好で、内部応力も低く、特に耐サーマル
ショック性の優れた、耐湿信頼性も良好な半導体封土用
エポキシ寞脂組成物を提供することにある。

（間項を解決するための手段） すなわち本発明は、 （〜　エポキシ樹脂 （Ｂ）フェノール型硬化剤 （Ｃ）　　ゴム状物質及び ｊＤ）　　無機質充てん剤 を含有した組成物において、前記無機充てん剤は、（り
実質的に破断面を有しない充てん剤、５〜１００重黛％
と、 （！ｌ）実′Ｕ的に破断面を有する充てん剤、９５〜０
軍墳％との混合物であって、これらの粒度構成は、 粒径　　　重量％ １μｍ未満、　　　　　０〜５ １〜１０μｍ未満、　　１〜４０ １０〜６０μｍ未満、　５〜４０ ６０〜６０μｍ未満、　５〜６０ ６０〜９０μｍ未満、　５〜６０ ９０〜１５０μｍ１０〜１０ であり、かつ前記無機充てん剤が組成物全体の６０〜９
０重懐％であることを特徴とする。

本発明に用いられるエポキシ樹脂は、１分子に２個以上
のエポキシ基を有するものであればいずれも用いること
が出来る。例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、各
種フェノール類から合成されるノボラック型エポキシ樹
脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルア
ミン型エポキシ樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂、脂環式
エポキシ樹脂、複素項型工？キシ樹脂、あるいはこれら
に塩素、臭素などの７・ロデンを導入したエポキシ樹脂
などが挙げられ、これらのうち１種もしくは２ｆｉ４以
上のものが用いられる。これらのうちノボラック型エポ
キシ樹脂が特に好ましい。またこれらのエポキシ樹脂中
のイオン性不純物及び分解してイオンになり易い成分は
少ないほど好ましく、具体的には遊離のナトリウムイオ
ン、塩素イオンがそれぞれ５　ｐｐｍ以下及び加水分解
性ノ・ロデンは５００　ｐｐｍ以下が好ましい。

次に、本発明に用いられるフェノール型硬化剤としでは
、１分子中に少なくとも２個以上のフェノール性水酸基
を有するものが用いられ、例えばフェノール、レゾルシ
ノール、クレゾール、キシレノール、フロビルフェノー
ル、アミルフェノール、ブチルフェノール、オクチルフ
ェノール、フェニルフェノール、アリルフェノールなど
カ単独で、またはそれらを併用して合成されるノボラッ
ク樹脂、ｌｊｔ’リイソプロペニルフェノール、ポリビ
ニルフェノール類、及びこれらにハロゲン基を導入した
フェノール型硬化剤などが挙げられ、これらのうち１種
もしくは２種以上のものが用いられる０ 硬化剤の配合量は、硬化剤のフェノール性水酸基とエポ
キシ樹脂のエポキシ基の比が０．５〜１．５の範囲、特
に好ましくば０．７〜１．２の範囲にあるのが良い。上
記範囲外では耐湿信頼性を低下させるので好ましくない
。

本発明に用いられるゴム状物質としては、ポリブタジェ
ン、ブタジェンを主体とする共重合体、ポリエステルゴ
ム、ポリウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、
ポリイソプレンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、
天然ゴムなどのあらゆるゴムが使用できる。またこれら
のゴムは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性
樹脂と変性した形で使用しても良い。ゴム状物質の使用
形態としては、微粒子状ゴム粉末、水性ラテックス、未
硬化の液状ゴムなどの任意の形態でよく、これらを使用
して成形後の最終形態がゴム状物質として樹脂組成物中
に分散されておれば良い。

ゴム状物質の最大粒径は、３００μｍ以下、好ましくは
１５０μｍ以下がよく、３００μｍを超えると、樹脂組
成物中のゴム状物質の分布が不均一ばたり成形時に金型
の狭い部分での流動性が悪くなる。樹脂組成物中へのこ
れらの添加量は、０．２〜１０重量％が好ましく、０．
５〜６重惜％がさらに好ましい。添加量が０．２重量％
未満では、低応力性やサーマルショック性への効果が少
な（なり、１０重量％を超えると流動性が低下して問題
を生じる。

次に本発明に用いられる充てん＃Ｈ１）としては、実質
的に破断面を有しない例えば球状、タマゴ状、ひようた
ん状、がん状及び棒状等の少なくとも１種であることが
必要であり、好ましくは球状、タマゴ状及びひようたん
状の少なくとも１種である。

実質的に破断面を有しない球状、タマゴ状、ひようたん
状及びがん状等の無機質充てん剤は、例えば結晶シリカ
、溶融シリカ、アルミナ、珪酸カルシウム等の塊をブー
ルミル、振動ミル等で粉砕して得た粉末をそれらが浴融
するような温度の炎もしくはプラズマ中に吹き込んで、
表面のみもしくは全体を溶融し、冷却して製造するか、
もしくは５ｉＨｎＣＪ４−ｎ　（ｎ　＝　０〜４の整数
）で示されるようなシラン化合物の熱又は化学的分解、
例えばテトラクロルシランガスを５００℃程度に加熱し
つつ、水蒸気と接触させて製造することが出来る。これ
らのうち、全てが溶融シリカもしくは表面が溶融されて
いる結晶シリカが好ましい。この充てん剤（Ｉ）の平均
粒径は０．１〜１５０μｍ１好ましくは１〜６０μｍで
ある。平均粒径が０．１μｍ未満であると、内部応力低
下等の効果か少なく、１５０μｍを超えると成形時未完
てんやワイヤー流れ等を生ずることがある。

また充てん剤ＣＩ＋１としては、通常の粉砕による充て
ん剤、め］えば結晶シリカ、溶融シリ７、メルク、アル
ミナ、硅酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム
あるいはガラス繊維等の粉末か挙げられる。これらのう
ちで結晶シリカ、溶融シリカの粉末を用いることが、高
純度及び低熱膨張率を有することから好ましい。また粒
径は、１５０μｍ以下が好ましい。

さらに充てん剤ｔｌ）は、充てん？１（ｌｆｌｌ）と併
用して用いることができ、充てんＭｌｊ（Ｄ）は、全光
てん焔］量の５〜１００重量％であり、充てん剤ｆｆｆ
＋は、同様に９５〜０重量％である。これら充てん剤（
Ｉ１及びｆｉｌ）の粒度構成は、 粒径　　　重量％ １μｍ未満　　　　　０〜５ １〜１０　μｍ未満　　１〜４０ １０〜３０μｍ未ｔ４　５〜４０ ６０〜６０μｍ未満　　５〜６０ ６０〜９０μｍ未満　　５〜６０ ９０〜１５０μｍ　　　　　０〜１０ である。＠２以外の範囲では、流動性が悪くなり、また
パリも多くなって成形性に著しい悪影響を及ぼし、さら
に充てん構造の違いからサーマルショック性や低応力性
も低下する。

本発明の無機充てん剤の添加量は、エポキシ樹脂組成物
全量に対して６０〜９０重景％、重量しくは７０〜８５
重量％である。充てん剤が６０重曖％未満では、樹脂組
成物の熱膨張率が大きくなり、素子との界面での応力が
大きくなり、また特Ｋｉｌサーマルショック性が低下す
るので好ましくな・く、９０重量％を超えると流動性が
悪くなる。

本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に応じてイミダ
ゾール類、１，８−シアずビシクロ〔５゜４．０）−７
−ウンデセン等のアミン類、トリフェニルホスフィンな
どの有機リン化合物等の硬化促進剤、カルナバワックス
、モンタンワックス、高級脂肪酸及びそのカルシウム塩
、フッ素化合物、シリコンオイルなどの離型剤、ノ・ロ
デン化エポキシ樹脂や三酸化アンチモンなどの難燃化剤
、カービンブラックなどの着色剤、シランカップリング
剤などの表面処理剤等を適宜添加配合することが出来る
。

本発明のエポキシ樹脂組成物の製造は、所定の組成比の
原料をミキサーなどによって充分混合後、更にロールや
ニーダ−等による溶融混合処理を加えることによって容
易に行なうことができる。

（実施例） 以下実施例及び比較例の「部」、「％」は全て基準とす
る。

実施例１〜１６ エポキシ当量２２０のクレゾールノボラック型エポキシ
樹脂（エポキシ樹脂Ａ）、エポキシ当量２７０の臭素化
フェノールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ樹脂Ｂ
）、フェノール、ノはランク樹脂（硬化剤）、カルナバ
ワックス、ｒ−グリシ−オキシゾロピルトリメトキシシ
ラン（シランカップリング剤）、カーざンブラック、三
酸化アンチモン、硬化促進剤として１，８−シアずビシ
クロ〔５，４，０１−７−ウンデセン（Ｄ’）ＢＵ　）
又はトリフェニルホスフィンを用い、ゴム状物質として
は、表−１に示すａ〜ｆのものを用いた。さらに無機充
てん剤としては、実質的に破断面を有しないもの（Ｉ）
の場合、表−２に示す粒度構成のものを用い、表−６に
示す組成のように配合し、ミキサーで混合、加熱ロール
で混練し、冷却粉砕してエポキシ樹脂組成物を得た。評
価結果を表−乙に示す。

また無機充てん剤として、実質的に破断面を有しないも
の（Ｉ）と、実質的に破断面を有するもの（Ｉｔ）との
混合物は、表−６に示す粒度構成としたものを用い、表
−７に示す組成物を得た。評価結果を表−７に示す。

これらの組成物の評価としては、成形性をみるためにＳ
Ｐ工ＥＭＭＩ　Ｉ　−６６に基いてスパイラルフローを
測定、パリは２．５．１０，２０．３０．５０μｍの溝
のある金型を用いて測定を行い、最長パリを調べた。耐
サーマルショック性としては８０ピンフラツトパツケー
ジをトランスファー成形し、これを液体窒素（−１９６
℃）と２６０℃の半田浴に交互に１分間づつ浸せきした
時に５０％のパッケージにクラックが入る迄の回数を調
べた。

また耐湿信頼性をみるため、アルミニウム配線を有する
評価用シリコン素子を１６ピンｒ）ＩＰにトランスファ
ー成形し、そしてこの成形体を１２５°Ｃの水蒸気加圧
下で２４時間吸湿させた後、２６０°Ｃの半田浴に１０
秒間浸せきし、再び１２５℃の水蒸気加圧下に放置する
半田浸せぎＩＰＯＴ（プレッシャークツカーテスト）を
行ない、５０％の素子がオープン不良となる時間を測定
した。応力は、ピエゾ抵抗法により測定を行ったρ典今
→比較例１〜６ 無機質光てん剤として、実質的に破断面を有しないもの
（Ｉ）の場合は、表−４に示す粒度構成であり、実質的
に破断面を有しないもの（Ｉ）と、実質的に破断面を有
するもの（Ｉｔ）との混合物は表−５に示す粒度構成と
した以外は、実施例と同様の操作を行って樹脂組成物を
得た。評価結果を表−６及び表−７に示す。

（発明の効果ノ 以上説明したとおり、本発明は、切断面の角がとれた無
機充填剤を５重量％以上併用したエポキシ樹脂組成物を
用いて、半導体及び電子部品の封止に使用することによ
り、内部応力が少な℃・ため破封上物に対する障害が少
なく、特に耐サーマルショック性が大巾に改良されるた
め、半田浸せき等の後の耐湿信頼性も大巾に向上させる
ことが出来る。また金線等のり−ｖフレームと素子とを
結ぶ細紐の変形、断線の少ない成形体を得ることができ
る。

特許出願人　電気化学工業株式会社 手続補正書 昭和６０年１１月１３ヨ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （Ａ）エポキシ樹脂 （Ｂ）フェノール型硬化剤 （Ｃ）ゴム状物質及び （Ｄ）無機質充填剤 を含有した組成物において、前記無機充てん剤は、（
   I ）実質的に破断面を有しない充てん剤５〜１００重量
   ％と、 （II）実質的に破断面を有する充てん剤９５〜０重量％
   との混合物であつて、これらの粒度構成は　粒　　径　
   　　　　　　重量％ 　１μｍ未満　　　　　０〜５ 　１〜１０μｍ未満、　１〜４０ １０〜３０μｍ未満、　５〜４０ ３０〜６０μｍ未満、　５〜６０ ６０〜９０μｍ未満、　５〜３０ ９０〜１５０μｍ、　　０〜１０ であり、かつ前記無機充てん剤が組成物全体の６０〜９
   ０重量％であることを特徴とする半導体封止用エポキシ
   樹脂組成物。