JPS6262811A - 半導体封止用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、耐熱衝撃性、耐湿性、耐熱性を改良した半導
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、半導体素子、コンデンサ、コイル等の電子回路部
品の封止方式は、ｆｉｔ産性が高く価格の安いことなど
により従来のセラミックス材料によるハーメチック方式
からシリコーン系、エポキシ系などの熱硬化性樹脂を用
いる方式に大半が変わってきており、中でもエポキシ樹
脂系材料が多（使用されている。

しかしながら、エポキシ樹脂系材料で封止された半導体
装置は従来のハーメチック方式に比べ信頼性（耐熱衝撃
性、耐湿性、高温動作特性等）に若干劣る欠点がある〇 一方、電子機器産業界は近年急速な発展をとげ半導体素
子自体が従来に比べ高密度化、大型化される傾向にあり
、ま友成形品のパッケージ構造も薄型化、小型化される
傾向にある。これに伴ない半導体封止用エポキシ樹脂材
料にも半導体の特性保持のために更に高い信頼性が要求
されてきており、中でも重要なことはエポキシ封正方式
による成形品の応力低下と耐湿性、耐熱性に関するもの
である〇 ところで、このような高密度化、大型化された半導体素
“子を従来のエポキシ樹脂系材料で小型。

薄型のパッケージ構造に成形した場合、あるものは成形
後に素子又は成形品がクランクを起こす。

またあるものは成形後の信頼性試験（耐熱ｖＩ撃試験、
耐湿試験、高温動作試験等）において、素子及び成形品
のクランク発生、アルミニウム配りの腐食発生、リーク
′１流の増加などの問題があった。

かかる従来のエポキシ樹脂系材料の欠点を改良すべく、
官能基数２以下のシランカップリング剤およびシリコン
オイル又はシリコンゴムで改質スる方法（特開昭５８−
５４８２４）、ポリエステルエラストマーで改質する方
法（特開昭５８−１８４２０４）、合成ゴム状微粒子及
びオルガノポリシロキサンで改質する方法（特開昭５９
−９４４４２〕などが提案されているｏしかし、かかる
方法によれば耐クランク性は改良されるものの、高温動
作特性においてリークＭｌ流が増加するなど、耐熱性が
低下したシ、或いは耐湿試験においてアルミニウム配線
腐食による不良発生が増加するなど、耐湿性が低下する
という問題がちシ、未だ満足できる改善はなされていな
い。

さらに近年では、パッケージ構造を薄型化した成形品に
おいて、はんだ浴槽に浸せきした際、素子および成形品
がクラックを起こすという問題が発生している。かかる
開閉は、パッケージの吸湿と内部応力の増大とに関わる
ものであるが、これについても未だ満足できる改善はな
されていない。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明者は、かかる従来技術の欠点を改良すべ一（鋭意
研究した結果、予めシランカップリング剤で表面処理さ
れた粉末シリコンゴムとある特定のジアルキルポリシロ
キサンを改質剤として使用して、半導体封止用樹脂を低
応力化させることにより、この樹脂の耐熱性、耐湿性を
保持しながら耐クランク性を著しく改良し得ることを見
出し本発明を完成するに到った。

本発明の目的は、耐熱性、耐湿性を保持しながら耐クラ
ツク性を改良した半導体対土用エポキシ樹脂組成物を提
供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の目的は、エポキシ樹脂、硬化剤、充てん剤及び
改質剤を含有するエポキシ樹脂組成物において、改質剤
として予めシランカップリング剤で表面処理された粉末
シリコンゴム〔Ａ〕と、平均分子量が４．　ＯＯＯ〜２
０．０００の両末端アミノ基含有ジアルキルポリシロキ
サン〔Ｂ−１］及び／又は平均分子量が４，０００〜２
０．０００の両末端カルボキシル基含有ジアルキルポリ
シロキサン（：Ｂ−２：１とを、エポキシ樹脂１００重
量部当たり、〔Ａ）と〔Ｂ−１〕及び／又は〔Ｂ−２］
　との合計量で３〜４０ｆｆｉＪｉ部使用する半導体封
止用エポキシ樹脂組成物によって達成される。

本発明においてはシランカップリング剤により予め表面
処理した粉末シリコンゴムを改質剤の一部として使用す
ることが必要であり、粉末シリコンゴムと他の配合成分
とを混合する過程でシランカップリング剤を添加したの
では封止成形品の耐湿性が劣ると共に耐熱性も低下し本
発明の目的は達成されない。

本発明で使用するシランカップリング剤は特に限定され
ず、いわゆるシランカップリング剤と称されるものであ
れば使用することができる。例示するならば、テトラエ
トキシシラン、テトジアセトキシジシロキサン、ビニル
トリアセトキシシラン、ｒ−グリシドキシゾロビルトリ
メトキシシラン、β−（瓜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−メルカグトゾロビル
トリメトキシシラン、ｒ−アミノゾロビルトリエトキシ
シラン、γ−アミノゾロピルトリメトキシシラン、Ｎ−
β−（アミノエテル）−ｒ−アミノゾロビルトリメトキ
シシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエト
キシシラン等の３官能シランカップリング剤や、Ｎ−（
β−アミノエチル）−γ−アミノゾロビルメチルジメト
キシシラン、ｒ−グリシドキシゾロビルメチルジメトキ
シシラン、ｒ−メルカグトゾロビルメチルジメトキシシ
ラン、ジメチルジメトギシシラン、ジメテルジアセトキ
シシラン、メチルフェニルジアセトキシシラン、γ−グ
リクドキシゾロビルジメチルメトキシシラン、Ｎ−β−
（アミノエテル）−ｒ−アミノ１０ビルジメチルメトキ
シシラン、ジメチルエトキシシラン、トリメチルエトキ
シシラン等のシランカップリング剤が挙げられる。

シランカップリング剤の使用社はシリコンコム１００重
量部に対し０．５〜５重量部である。０．５重量部未満
では耐湿性、耐熱性が改善されず、５重量部を超えて使
用しても効果は飽和してしまう。

好ましくは１〜３重量部である〇 本発明で使用するシリコンゴムは特に限定されず、粉末
状のものであればよいが、エポキシ樹脂や硬化剤と反応
する官能基（例えばアミノ基、水酸基、エポキシ基、カ
ルボキシル基等）を有しているものが好ましい。粉末の
粒径は０．５ｎ以下が好ましく、さらに好ましくは０．
５１ｍｌ以下である。

本発明における粉末シリコンゴムは前記のシランカップ
リング剤で予め表面が処理されていることが必要である
。表面処理の方法は粉末シリコンゴムの表面がシランカ
ップリング剤でコーティングされる方法であればどのよ
うな方法でもよい。

また、本発明においては両末端アミノ基含有ジアルキル
ポリシロキサン及び／又は両末端カルホキシル基含有ジ
アルキルポリシロキサン全改質剤の一部として使用する
ことが必要であり、その平均分子量が４，０００〜２　
Ｑ、ＯＯＯであることが必要であり好ましくは８，００
０〜１０，０００である。平均分子量が４．　ＯＯ０未
満では耐熱ｉ撃性、耐湿性が劣シ、２Ｑ、０００を越え
ると耐熱性、耐湿性が劣シ好ましくない。なお、該アル
キル基としては炭素数１〜４個のものが一般的であるが
、好ましくはメチル基である〇 本発明においては、改質剤としてシランカップリング剤
によυ予め表面処理した粉末シリコンゴム［Ａ］と、両
末端アミノ基含有ジアルキルポリシロキサン（Ｅ−１］
及び／又は両末端カルボキシル基含有ジアルキルポリシ
ロキサン（Ｂ−２〕を使用することが必須の要件であシ
、エポキシ樹脂１００重量部当たり［Ａ）　＋　（Ｅ−
１〕＋〔Ｂ−２］を３〜４０重量部使用することが必要
であり好ましくは５〜３０重量部である。３重量部未満
では耐熱衝撃性は改善されず、又４０重量部を超えると
耐熱性、耐湿性が低下し好域しくない。また、〔Ａ）／
〔Ｂ−１：］　＋　〔Ｂ−２〕の重量比率は、一般には
１／９９〜９０／１ｏ好ましくは５／９５〜５０１５０
である。

本発明で使用されるエポキシ樹脂は、特に限定されず、
公知のエポキシ化合物が広（使用できる。

例、ｔ　ハ、ビスフェノールＡ１ビスフエノールＦ。

レゾルシノール、フェノールノボラック、クレゾールノ
ボラックなどのフェノール類のグリシジルエーテル、ブ
タンジオール、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
、フタル酸、イソフタル酸、テトラヒドロフタル酸など
のカルボン酸類のグリシジルエステル、アニリン、イン
シアスール酸などの９累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型（メチルグ
リシジル型も含む）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
キセンジエポキシド、４４−エポキシシクロヘキシルメ
チル−３，４−エボキシシクロヘキサンカルボキシレー
）、２−（５，４−エポキシ）シクａヘキシル−５，５
−スピロ（３，４−エポキシ）シクロヘキサン−ｍ−ジ
オキサンなどのい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。例えば、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ヒドロフタル酸、無
水メチルエンドメチレンテトラヒドロフタル酸、無水メ
チルテトラヒドンドジクロロメチレンテトラクロロフタ
ル酸、テトラブロモ無水フタル酸、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
ェ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’−シヵルボキブルペンジジン、’５．５’−
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、クレゾール等とジフ
ェニルエーテル、ホルムアルデヒドとの結合物などの多
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６景
化してポリマー化するインシアネート類、例えばトリレ
ンジインシアネート、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ンシアネート、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情化々いし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シ、エポキシ
樹脂の硬化剤として用いることができる。また、上記マ
レイミド類とポリアミンの付加物も、エポキシ樹脂の硬
化剤として用いることができる。

硬化促進剤としては、エポキシ樹脂用として有用な公知
のものはすべて使用できる。例えば硬化剤がフェノール
系硬化剤の場合、脂肪族あるいは芳香族第２級ないし第
３級アミンやイミダシリン類、イミダゾール類などの含
窒素へテロ環化合物などがあげられ、特にテトラ置換ホ
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ボレー
ト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。またこれらは２ＦＪ以上
併用してもよい。

また、本発明のエポキシ樹脂組成物には、トランジスタ
、ＩＣ５Ｌ８１等の半導体対土成形品をトランスファ成
形するために充てん剤、特に無機充てん剤を配合するこ
とが好ましい。無機充てん剤としては、例えば炭酸カル
シウム、シリカ粉、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸カルシ
ウム、石英ガラス粉、タルク、クレー、マイカ、ガラス
！Ｒ維粉などが有用であり、これらは、必要に応じて２
種以上併用してもよい。また、その他の添加剤として、
離型剤、着色剤、表面カップリング剤、難燃助剤などを
配合してもよい。

本発明のエポキシ樹脂組成物を成形材料に調製するに当
っては、公知の方法に従えばよ（、例えば固状の成分材
料をそれぞれ粉砕し、次いで所望の割合で十分に混合す
る。混合には、ミキシングｏ−ル機、ニー！−１’）ボ
ンミキサー、ボールミルなど慣用の混合機絨を使用でき
得られた混合物は、そのままトランスファ成形に適用で
きる。

本発明においては前記の如きエポキシ樹脂組成物を得る
に際して、エポキシ樹脂と両末端アミノ基含有ジアルキ
ルポリシロキサン及び／又は両末端カルボキシル基含有
ジアルキルポリシロキサンを予め反応させて変性エポキ
シ樹脂としておき、その後表面処理したシリコンゴム、
硬化剤等の残余成分と配合混練するのが好ましい。

前記エポキシ樹脂とジアルキルポリシロキサンの反応は
、エポキシ基にアミン基及び／又はカルボキシル基を付
加させて、変性エポキシ樹脂を製造するのが目的であり
、通常１００〜１８０”（：！で３０分〜１０時間、好
ましくは１２０〜１５０”Ｃで４０分〜５時間程度行な
う。

また得られる変性エポキシ虜脂の官能基残存率は通常５
０チ以下、好ましくは２０チ以下である。

ここで、官能基残存率は、反応初期の系に加えたジアル
キルポリシロキサン全体の官能基〔アミノ基及びカルボ
キシル基〕の数を１００チとして、反応後どれだけの割
合の該官能基が残存しているかを示すものである。

なお得られた変性エポキシ樹脂とその他の残余成分を配
合混練する条件は前記と同様であり、得られた混合物は
そのままトランスファ成形に適用できる０ （実施例） 以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する
。なお、実施例及び参考例中の部及び％はとくに断シの
々いかぎりＮ量基準である。

参考例 粉末シリコンゴム〔ＡＹ４９−２９０　：　）−レシリ
コーン社製）１００部に対し、シランカップリング剤と
してｒ−グリシドキシゾロピルトリメトキシシラン〔Ａ
−１８７：日本ユニカー社’Ａ）５部を噴霧しながらヘ
ンシェル型ミキサー内で混合し表面処理シリコンゴムを
得た〇 実施例１ クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２
１０．軟化点６０℃）１００部を釜中で溶融させ、１５
０℃になった時点で第１表に示したジメチルポリシロキ
サン１５部を添加し、同温度で攪拌下約２．５時間予備
反応させた。得られ大変性エポキシ樹脂の官能基残存率
は１０チであった０次いで得られた変性エポキシ全匙と
、参考例により得られた表面処理シリコンゴム５部とを
、第２表の配合処方に従って、１０インチミキシングロ
ールを用いて７０〜８０℃の温度で各配合成分を７分間
混練して半導体材土用エポキシ樹脂組成物をｖ！４裂し
た。

第　１　表 第２表 次に得られた組成物を１７５℃ｖ　　６０　”９／””
２．５分の成形条件で成形し、樹脂封止型半導体として
、高温バイアス特性評価用ＩＣ２耐クラツク性評価用Ｉ
Ｃ及び耐湿性評価用ＩＣを得、高温ノくイアス特性、耐
クランク性、耐湿性、体積固有抵抗、曲げ弾性率、ガラ
ス転移温度（Ｔｇ）などの緒特性を測定した０その結果
を第３表に比較例と共に示した〇 尚、試験法は下記の通りである◇ （亘）　　スパイラルフロー（ｐ４：ＥＭＭ工規格に準
じた金型を使用し成形温度１７５−℃成形圧カフ。

ｋＩＩ／ｃｓ”　テ測定Ｌ７）：、。

（２〕体積固有抵抗（Ω−１）：ＪよりＫ−６９１〕に
準じた試験片（１００ＷＩ）を作成し測定した。

（３）　　ガ、ｒｘ転移点Ｔｇ（Ｃ）：　Ａ１９７Ｍ　
　Ｄ−６９６（Ｄ測定法によシ線膨張率の屈曲点から測
定した。

１４）　　曲げ弾性率（ｋｇ／ｍ”）　：　ＪＩＳ　　
Ｋ−６９１〕Ｋ準じた曲げ試験片（１０ｍＸ　８０ＪＩ
ＩＸ　４ｍ　）　　ｆ（作成し測定した〇 （５）高温バイアス特性ニアルミニウム模擬素子を１６
ビンのｌＣフレームに取付けた後、トランスファ成形に
より封止し、１５０℃、３０Ｖ印加し、時間の経過と不
良発生状況により調べた。

（６）　　耐クランク性 ■　耐熱衝撃性＝１７５℃、６０ゆ／備′、２．５分で
成形した模擬素子を取付けた小形薄形エＣ成形品を使用
し、−６５°０１５分。

＋１５５℃１５分（フロリナート液浸せき）を１サイク
ルとした試験条件で熱衝撃試験を１０００サイクル行い
、そのときのり２ツク発生数により調べた。

■　耐はんだ衝撃性：１７５℃、６０々／ｉ。

２５分で成形した模擬素子を取付けた小型薄形ＩＣ成形
品を使用し、８５°Ｃ×８５％ＲＨに制御された恒温恒
湿槽内に４０時時間数置し吸湿処理した後、２６０　’
Ｃ又は２８５℃のはんだ浴槽に１０秒間浸せきし、その
ときのクランク発生数によシ調べた。

（７）耐湿性ニアルミニウム模擬素子を１６ピンのＩＣ
フレームに取付けた後トランスファ成形により封止し、
１２１’Ｃ，２気圧の水蒸気中に放置し時間の経過とア
ルミニウム腐食による不良の発生状況により調べた。

第３表より明らかなように、本発明のエポキシ樹脂組成
物は、耐熱性、耐湿性とともに耐熱衝撃性がすぐれてい
る。

実施例２ 改質剤として平均分子−が１０，０００の両末端アミノ
基含有ジメチルポリシロキサン及び参考例で得られた表
面処理シリコンゴムを使用し、第４表の配合処方に従っ
て、各成分を１０インチミキシングロールで７０〜８０
℃、７分間温練し、エポキシ樹脂組成物を調製した。

以下実施例１に従い評価し、その結果を第５表に示した
。

第４表

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エポキシ樹脂、硬化剤、充てん剤及び改質剤を含
   有するエポキシ樹脂組成物において、改質剤として、予
   めシランカップリング剤で表面処理された粉末シリコン
   ゴム〔Ａ〕と、平均分子量が４，０００〜２０，０００
   の両末端アミノ基含有ジアルキル量ポリシロキサン〔Ｂ
   −１〕及び／又は平均分子量４，０００〜２０，０００
   の両末端カルボキシル基含有ジアルキルポリシロキサン
   〔Ｂ−２〕とを、エポキシ樹脂１００重量部当たり、〔
   Ａ〕と〔Ｂ−１〕及び／又は〔Ｂ−２〕との合計量で３
   〜４０重量部含んでなることを特徴とする半導体封止用
   エポキシ樹脂組成物。