JPS62184017A

JPS62184017A - エポキシ樹脂成形材料

Info

Publication number: JPS62184017A
Application number: JP2611586A
Authority: JP
Inventors: Munetomo Torii; 鳥井　宗朝; Yasuhiro Kyotani; 京谷　靖宏; Hirohiko Kagawa; 香川　裕彦; Hideki Okabe; 岡部　秀樹
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1986-02-08
Filing date: 1986-02-08
Publication date: 1987-08-12
Also published as: EP0234085A1; JPH0321576B2; DE3674380D1; EP0234085B1

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、半導体素子などの電子部品の封止用に適し
たエポキシ樹脂成形材料に関する。

〔背景技術〕

コンデンサ、ダイオード、トランジスタ、ザイリスク、
ホール素子などの個別半導体またはＩＣ、ＬＳＩなどの
集積回路においては、半導体を機械的、゛電気的に外的
環境から保護するために、しばしば封止が行われる。封
止方法としては、気密封止、セラミック封止、プラスチ
ック封止等が行われているが、量産性にも優れ、安価な
プラスチック封止が最近の主流である。プラスチックの
種類についていえば、エポキシ樹脂封止がプラスチック
封止の主流である。

ところが、近時、半導体パッケージの小型、ＷＩ肉化、
あるいは、半導体素子の大型化にともなって、内部応力
の発生や耐湿性の劣化がエポキシ樹脂封止の問題点とし
て、取りあげられるようになってきた。

内部応力には、 ■　エポキシ樹脂の硬化時の収縮にともなうもの、 ■　エポキシ樹脂と、封止される半導体素子。

リードフレーム等との線膨張係数の違いに起因し、ハン
ダ浸漬等の熱衝撃によって発生するもの、等がある。こ
のような内部応力が発生すると、半導体素子が小型化す
ればするほど、その配線やボンディングワイヤにズレ、
変形あるいは断線等が発生したり、ひどい場合には、半
導体素子自体にキズや割れ、クランク等が発生する恐れ
が増大する。

また、耐湿性の劣化は、ハンダ処理時の高熱等によって
発生するもので、半導体パッケージの小型、薄肉化によ
って、封止エポキシ樹脂とハンダ処理部分とが接近し、
エポキシ樹脂がハンダ処理の熱を受けやすくなるほど、
増加する傾向にある。そこで、以上のような内部応力の
発生や、耐湿性の劣化を防ぐために、エポキシ樹脂に種
々の添加剤を添加することが試みられている。

内部応力は、一般に線膨張係数と曲げ弾性率、さらには
ガラス転移温度の積に比例することがわかっている。線
膨張係数を小さくするために無機充填材を添加すること
が行われる。しかし、多量に添加して線膨張係数を小さ
くすると、曲げ弾性率が大きくなるばかりでなく、耐湿
性も低下する熱可塑性エラストマーや変性ブタジェン液
状ゴム等をエポキシ樹脂に添加すると、それによって内
部応力を低下させることができるようになる。

ところが、このようなエポキシ樹脂では、ガラス転移温
度が低下するため、かえって、耐湿性の劣化がおこりや
すくなる。

エポキシ樹脂にシリコーンオイルを添加すると、内部応
力を低下できるが、エポキシ樹脂とシリコーンオイルと
の相溶性が良くないため、封止成形時にシリコーンオイ
ルがブリードし、それによって、リードフレームや半導
体素子とエポキシ樹脂との密着性が悪くなり、その部分
から耐湿性の劣化が発生しやすくなる。そこで、エポキ
シ樹脂との相溶性を高めるため、シリコーンオイルを変
性して、種々の官能基を結合させることが試みられてい
る。しかしながら、耐湿性の劣化防止に充分な効果を得
るまでには至っておらず、しかも、このようなシリコー
ンオイルが配合されたエポキシ樹脂では、成形時にパリ
が発生しやすいため、実用化されるまでには至っていな
い。

以上のように、現存者えられ、あるいは、試みられてい
る添加剤配合のエポキシ樹脂成形材料では、その内部応
力の緩和と耐湿性劣化の防止とをともに実現することは
できないのが現状である。

〔発明の目的〕

この発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであって
、内部応力が充分に緩和され、かつ、耐湿性が劣化する
ことのないエポキシ樹脂成形材料を得供することを目的
としている。

〔発明の開示〕

以上の目的を達成するため、この発明は、互いに異なる
官能基を有する複数のシリコーン化合物を前記官能基同
士の反応によって結合させてなるシリコーン反応物が配
合されていることを特徴とするエポキシ樹脂成形材料を
要旨とする。

以下に、この発明を、くわしく説明する。

主材料としてのエポキシ樹脂成形材料の構成そのものは
、従来と同様である。混線、粉砕等も、ヘンシェルライ
カイ機９回転混合機等の混合装置や、加熱ロール、ニー
ダ−等の混練装置を用いて、従来と同様に行われる。

エポキシ樹脂としては、通常、この用途に使用されるも
のを、そのまま用いることができる。ごのようなエポキ
シ樹脂としては、１分子中に少なくとも２個のエポキシ
基を有する、以下の化合物があげられるが、それ以外の
ものを用いることも可能である。

フェノール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、ビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂、脂環式エポキシ樹脂。

そして、以上の中でも、エポキシ当量が３００以下で、
かつ、半導体素子等を腐食させるＮａ”　。

ＣＩ−等の不純物イオンをできるだけ除去した（好まし
くはＩＱＯｐｐｍ以下、より好ましくは１０ｐｐｍ以下
）、フェノール！ボラ７り型やタレゾールノボラック型
等のノボラック型エポキシ樹脂が、耐湿性等の点で、最
も好ましい。

エポキシ樹脂を硬化させる硬化剤としても、通常用いら
れている、アミン類、酸無水物、フェノール樹脂等を単
独で、あるいは、複数混合して用いることができる。そ
して、その中でも、フェノールノボラック型樹脂が、耐
湿性、成形性等に優れているため、好ましい。

以上の成分に、さらに、必要に応じて、結晶シリカ、溶
融シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、二酸化アンチ
モン等の無充填材や２カーボンブラツク、フタロシアニ
ングリーン。

フタロシアニンブルー等の着色剤、カルナバワックス、ポリエチレンワックス、モンタン酸
ワックス、アマイド系ワックス、エステル系ワックス等
の離型剤、イミダゾール類、第３級アミン頻、リン化合物等の硬化
助剤、 β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメ
トキシシラン、γ−グリシドキシプロビルトリメトキシ
シラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−
β−（アミノエチル）−Ｔ−アミノプロピルトリメトキ
シシラン、γ−ニレイドプロピルトリエトキシシラン等
のシランカップリング剤、等を配合することもできる。

以上のような成分が配合されたエポキシ樹脂成形材料に
、さらに、シリコーン反応物が配合されることで、この
発明は構成されている。

ここでいう、シリコーン反応物とは、互いに異なる官能
基を有する、少なくとも２種のシリコーン化合物を、前
記官能基同士を反応させることで、結合させてなるもの
である。

シリコーン化合物としては、これに限定されるものでは
ないが、たとえば、以下の一般式（１）または（ＩＩ）
であられされた基を、その分子中に、少なくとも１個（
より好ましくは１０〜１ＯＯＯ）含有するものがあげら
れる。

ただし、式中Ｒは水素または１価の炭化水素基Ｒｌ　は
２価の炭化水素基、Ｘは前述したシリコーン化合物同士
の架橋を行うための少なくとも２種の官能基を、それぞ
れ、あられしている。Ｒに好ましい基としては、メチル
基、エチル基、プロピル基、ビニル基、ベンジル基、水
素等があげられ、Ｒ゛に好ましい基としては、メチレン
基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基等炭素数２
〜１５の脂肪族基があげられる。炭素数１６以上の基は
、ガラス転移温度が低下して耐湿性が低下するため、好
ましくない。また、１つのＲ゛に官能基Ｘが２つつなが
れたものも考えられるが、このようなものでは、官能基
に直接側の官能基がつくと、反応性がかなり異なってし
まう。α位またはβ位の炭素に別の官能基がついたもの
は、熱安定性に欠け、５ｉ−Ｃでの切断が起こりやすい
ため、好ましくない。これに対し、γ位の炭素に別の官
能基がついたものは、前記脂肪族基と同様の反応性を持
つためこの発明に使用することができる。前記式中の官
能基Ｘの数は特に限定されないが、シリコーン化合物１
分子中に２〜１００含まれているものが、反応性等の点
からも好ましい。式中の１．ｍ、ｎも特に限定されない
が、Ｉ＝５０〜５００．ｍ＝２〜１００．ｎ＝５０〜５
００であることが好ましい。

以上のような官能基Ｘを有するＩＲ’　−Ｘとしては、
これに限定されるものではないが、たとえば、次のよう
なものがあげられる。

−０Ｃ１ｈＣＨｚＯＨ（末端カルビノール）−Ｃ１１□
Ｃ１ｌ□ＣＨ２０１１（γヒドロキシプロピル〕−ＣＩ
、Ｃ１ｌ、ＣＩｌ□Ｎｉｌ！　　（γアミノプロピル〕
−ＣＨｚＣＨｚＣＩＩｚＮｌｌＣＩｈＣｔｌＪｌｈ　　
（ＮＩＬ　（７ミノエチル）Ｔアミノプロピル〕 −ＣＩ□ＣＩｌ□ＣＩｌ□Ｃ００Ｈ（ｒカルボキシプロ
ピル〕−Ｃ１１□ＣＪｌｚＣＩＩｇＯＣＩＩ□ＣＩＩ　
−ＣＩ＋□〔γグリドキシプロピル＼０′ −Ｃ１ｈＣＨｚＣＩｈＣＮ　（γシアノプロピルツーＣ
１ｈＣ８以上のようなシリコーン化合物を結合させてシリコーン
反応物を得る方法も種々考えられるが、その中でも、以
下の方法がこの発明に好ましいものとしてあげられる。

すなわち、前記官能基Ｘとして、アミノ基，水酸基，カ
ルボキシ基およびエポキシ基のいずれかを有するシリコ
ーン化合物受なくとも２種を混合する。そして、前記少
なくとも２種シリコーン化合物を以下のいずれかの反応
で結合させて、両シリコーン化合物の間に結合を形成し
、シリコーン反応物を得るのである。

Ｎ１１ｕｔ１Ｉ　Ｏ　−　Ｃ　ＩＩ ■ シリコーン反応物を得るための反応条件は特に限定され
ないが、シリコーン化合物として、以上のような官能基
を有するものを使用する場合には、たとえば、上記少な
くとも２種のシリコーン化合物をニーダ−等に投入して
、６０〜１５０℃。

３０〜１８０分の攪拌混合を行えば、粘稠なオイル状ま
たはゲル状のシリコーン反応物が得られるなお、この反
応においては、シリコーン反応物中に残留する未反応官
能基の量がなるべく少なくなるように、反応させること
が好ましい。なぜなら、未反応の官能基が多く残留して
いるシリコーン反応物をエポキシ樹脂に配合すると、ガ
ラス転移温度が低下したり、加熱時の体積抵抗率が低下
す゛る恐れがある。また、このようなシリコーン反応物
では、耐湿性の劣化を防ぐこともできなくなってしまう
。しかも、このような未反応官能基は、前述したように
、その多くが極性基であるため、半導体素子等を腐食す
る恐れもある。したがって、シリコーン反応物中に残留
する未反応官能基の量は少ない方が好ましいのである。

このように、シリコーン反応物中に残留する未反応官能
基の量を少なくするためには、反応に使用される少なく
とも２種のシリコーン化合物の各官能基当量を考慮して
、それぞれの配合量を決定すればよい。

以上のようにして合成されたシリコーン反応物が配合さ
れることで、この発明のエポキシ樹脂成形材料は構成さ
れるのであるが、この発明では、前記シリコーン反応物
の樹脂分１００重量部（以下、「部」と記す）に対する
配合量が、０．５〜３０部であることが好ましく、３〜
２０部であることがより好ましい。なぜなら、配合量が
０．５部未満では内部応力低下の効果が充分に得られず
、３０部を越えると機械的強度が低下してしまう恐れが
あるからである。

また、以上の各成分が配合されたこの発明のエポキシ樹
脂成形材料は、煮沸抽出したときに、抽出水の電気伝導
度が２００μＶ／ａ１１以下であることが好ましく、１
００μＶ／（２）以下であることがより好ましい。これ
は、前述したような、エポキシ樹脂中に含まれるＮａ’
　、　ＣＩ−等の不純物イオンや、シリコーン反応物に
含まれている未反応官能基の量を規定する上で重要な数
値であって、たとえば、以下の方法によって測定するこ
とができる。すなわち、以上のような各成分が配合され
たエポキシ樹脂成形材料を、１７５℃、５時間の加熱に
よって硬化させたあと、これを乳鉢で粉砕し、微粉砕物
を得る。これを１０ｇ秤量してフラスコ中に入れ、メタ
ノール１０ｃｃを加え、さらに、純水１００ｃｃをも加
える。そして、これを加熱して煮沸状態とし、１００時
間の還流をおこなう。還流終了後これを濾過して減液を
得、その電気伝導度を測定する。このようにして得られ
た電気伝導度が２００μＶ／ｃ＋ａ以下であれば、耐湿
性に優れたものといえるのである。

以上のように、この発明のエポキシ樹脂成形材料には、
従来から、内部応力の低下に効果があることが知られて
いるシリコーン化合物を反応させて得られた高分子量の
シリコーン反応物が配合されているため、内部応力が充
分に緩和されており、しかも、このシリコーン反応物は
前述したように高分子量であるため、従来のシリコーン
化合物のようにブリードすることがなく、耐湿性が劣化
することのないものとなっている。

つぎに、この発明の実施例について、比較例とあわせて
、説明する。

（実施例１〜３）シリコーン化合物として、官能基がエポキシ基であるエ
ポキシ変性シリコーン化合物（ａ）　２００　ｇと、官
能基がアミノ基であるアミノ変性シリコーン化合物（ｂ
）　１００　ｇとを使用し、これをニーグー中に投入し
て、１５０℃、５時間の反応を行い、淡黄色のゲル状シ
リコーン反応物を得た。これを、第１表に示した各成分
と、第２表に示した割合で配合して、エポキシ樹脂成形
材料を作成した。

（実施例４）シリコーン化合物として、官能基がエポキシ基であるエ
ポキシ変性シリコーン化合物（ｅ）　１００　ｇと、官能基がアミノ基であるアミノ変性シリコーン化合物（
ｄｌ　１０　ｇおよび官能基がカルボキシ基である。

シリコーン化合物（ｅ）　１００　ｇとを使用し、これ
をニーダ−中に投入して、１２０℃、１０時間の反応を
行い、淡黄色のゲル状シリコーン反応物を得た。これを
、第１表に示した各成分と、第２表に示した割合で配合
して、エポキシ樹脂成形材料を作成した。

ＣＨ３Ｃｌ　３　　　　・・・（ｄｌ（比較例１）シリコーン反応物を配合しなかった以外は、実施例１〜
３と同様にして、エポキシ樹脂成形材料を作成した。

（比較例２）シリコーン反応物のかわりに、液状のアクリロニトリル
フ゛タジエンゴム（カルレボキシ当１１１８００゜粘度
１５００００ＣＰＳ、アクリロニトリルコンテント１７
゜５％）を配合した以外は、実施例１〜３と同様にして
、エポキシ樹脂成形材料を作成した。

（比較例３）シリコーン反応物のかわりに、反応させていない前記ア
ミノ変性シリコーン化合物（ｂ）を配合した以外は、実
施例１〜３と同様にして、エポキシ樹脂成形材料を作成
した。

（比較例４）シリコーン反応物のかわりに、液状のアクリロニートリ
ルブタジェンゴム（カルボキシ当量１８００、粘度１５
００００ＣＰＳ、アクリロニトリルコンテント１７．５
％）と、反応させていない前記アミノ変性シリコーン化
合物（ｂｌとを混合して配合した以外は、実施例１〜３
ど同様にして、エポキシ樹脂成形材料を作成した。

なお、以上の実施例１〜４ならびに比較例１〜４のエポ
キシ樹脂成形材料は、第１表ならびに第２表に示した量
の各成分をヘンシェルミキサーで２〜５分混合した後、
加熱ロールを用いて熔融混練して作成した。

以上の実施例ならびに比較例で得られたエポキシ樹脂成
形材料を用いて、以下の評価を行った。

なお、内部応力および耐湿性の評価は、低圧トランスフ
ァープレスによって、１８ＳＯＰの封止をして行った。

内部応力の測定：ｔｓｓｏｐとして、ピエゾ抵抗素子が
形成されたものを使用し、封止前後におけるピエゾ抵抗
値の変化から、応力を算出した。

はんだ浸漬後のクランクの有無の観察および耐湿性の評
価：１８ＳＯＰとして、クシ型アルミパターンが形成さ
れたものを使用し、封止後の試料を２６０℃のハンダ槽
に５秒間浸漬したのち、パッケージにクランクが発生し
てるかどうかを観察した後で、１３３℃、３気圧、相対
湿度１００％の条件下でプレッシャークツカーテストを
行い、断線不良発生の有無を調べた。

煮沸抽出水の電気伝導度の測定：前記方法により、電気
伝導度の測定を行った。

以上の結果を第３表に示す。

第３表の結果より、この発明の構成である実施例１〜４
は、比較例にくらべて、内部応力が低く、かつ、耐湿性
にも優れたものであることがわかった。

〔発明の効果〕

この発明のエポキシ樹脂成形材料は、以上のようであり
、互いに異なる官能基を有する少なくとも２種のシリコ
ーン化合物を前記官能基同士の反応によって架橋させて
なるシリコーン反応物が配合されているため、内部応力
が充分に緩和され、かつ、耐湿性が劣化することのない
ものとなっている。

代理人　弁理士　　松　本　武　彦手寄甫正書（自治１、　笥９生の耘昭和６１年特許願第０２６１１５号２、発明の名称エポキシ樹脂成形材料３、補正をする者事件との関係　　　　特許出願人住　　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　　（（Ｊ綱役藤井貞夫４、代理人な　　　し＼　シ＋１．．−７６、補正の対象　　　　　　　　　Ｆｂｌ−０２６１１
明細書７、補正の内容＋１）　　明細書第２頁第４行に「半導体」とあるを、
「内部素子」と訂正する。

（２）明細書第２頁第１４行、第４頁第８行ないし同頁
第９行、同頁第１６行、第５真第６行、同頁第１１行、
第２６頁第１１行の計６カ所に「劣化」とあるを、「低
下」と訂正する。

（３）明細書第２頁第１８行に「■」とあるを削除する
。

（４）明細書第２頁第２０行に「■」とあるを削除する
。

（５）　　明細書第３頁第１行ないし同頁第３行に「リ
ードフレーム・・・等がある。」とあるを、「リードフ
レーム等との線膨張係数の違いに起因して発生するもの
、等がある。」と訂正する。

（６）明細書第３頁第３行ないし同頁第５行に「半導体
素子が小型化すればするほど、その配線やボンディング
ワイヤに」とあるを、「半導体素子の配線やボンディン
グワイヤに」と訂正する。

（７）明細書第３頁第９行ないし同頁第１９行に「また
、耐湿性の劣化は、・・・比例することがわかっている
。」とあるを、下記のごとくに訂正する。

一記一「また、耐湿性の低下は、ハンダ処理時の熱衝撃によっ
て発生することが多く、半導体パンケージの小型、薄肉
化によって、エポキシ樹脂がハンダ処理の熱をうけやす
くなるほど、その低下率が増加する傾向にある。そこで
、以上のような内部応力の発生や、耐湿性の低下を防ぐ
ために、エポキシ樹脂に種々の添加剤を添加することが
試みられている。

内部応力は、一般に封止エポキシ樹脂の線膨張係数と弾
性率、さらにはガラス転移温度などによって影響される
ことがわがっている。」（８）明細書第４頁第１行ない
し同頁第２行に「曲げ弾性率」とあるを、「弾性率」と
訂正する。

（９）゛明細書第４頁第１５行に「その部分がら」とあ
るを削除する。

０φ　明細書第６頁第２行に「ヘンシェルライカイ機」
とあるを、「ヘンシェルミキサ、ライカイ機」と訂正す
る。

ａυ　明細書第６頁第１６行ないし同頁第１８行に「（
好ましくは１１００ｐｐ以下、より好ましくは１０ｐｐ
ｍ以下）」とあるを削除する。

Ｑ２１　　明細書第１０頁第２行ないし同頁第１１行に
「１つのＲ′に・・・使用することができる。

」とあるを削除する。

Ｑ■　明細書第１１頁第１９行ないし同頁第２０行に「
前記少なくとも２種シリコーン化合物を以下のいずれか
の」とあるを、「前記少なくとも２種のシリコーン化合
物を以下に示すような」と訂正する。

０４）明細書第１４頁第６行に「３０〜１８０分」とあ
るを、「３〜１８時間」と訂正する。

０５）明細書第１６頁第１４行ないし同頁第１６行に「
このようにして得られた電気伝導度が２００μＶ　／　
ｃｍ以下であれば、耐湿性に優れたものといえるのであ
る。」とあるを削除する。

（ＩＱ　明細書第１６頁第１８行ないし同頁第１９行に
「従来から、内部応力の低下に効果があることが知られ
ている」とあるを削除する。

Ｑ７）　　明細書第２１頁第４行ないし同頁第７行に「
シリコーン反応物のがわりに、・・・７，５％）と、」
とあるを、下記のごとくに訂正する。

−記一「シリコーン反応物のがわりに、固形のアクリロニトリ
ルブタジェンゴム（ムーニー粘度ＭＩｇ−＊（１００℃
）５ｏ、アクリロニトリルコンテント３５．０％）と、
」０の　明細書第２３頁第１１行ないし同頁第１２行にｒ
１８ｓＯＰとして、ピエゾ抵抗素子が形成されたものを
使用し、」とあるを、「ピエゾ抵抗素子が形成された評
価用素子を使用し、」と訂正する。

Ｏｇｌ　　明細書第２３頁第１５行ないし同頁第１６行
にｒ１８ｓＯＰとして、クシ型アルミパターンが形成さ
れたものを使用し、Ｊとあるを、「クシ型アルミパター
ンが形成された評価用素子を使用し、」と訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）互いに異なる官能基を有する複数のシリコーン化
合物を前記官能基同士の反応によって結合させてなるシ
リコーン反応物が配合されていることを特徴とするエポ
キシ樹脂成形材料。
（２）互いに異なる官能基が、エポキシ基、アミノ基、
水酸基およびカルボキシ基よりなる群から選ばれた少な
くとも２つである特許請求の範囲第１項記載のエポキシ
樹脂成形材料。
（３）シリコーン反応物の樹脂分１００重量部に対する
配合量が０．５〜３０重量部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成形材料。