JPS63132931A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関し、更に
詳しくは、優れた耐熱衝撃性を有する硬化物を与える半
導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。

（従来の技術） 近年、半導体装置の封止に関する分野においては、半導
体素子の高集積化に伴って、素子上の各種機能単位の細
密化、素子ペレット自体の大型化が急速に進んでいる。

これらの素子ペレットの変化により封止用樹脂も従来の
封止用樹脂では耐熱衝撃性等の要求が満足できなくなっ
てきた。

従来、半導体装置の封止用樹脂として用いられているフ
ェノールノボラック樹脂で硬化させるエポキシ樹脂組成
物は吸湿性、高温電気特性、成形性などが優れ、モール
ド用樹脂の主流となっている。

しかし、この系統の樹脂組成物を用いて大型でかつ微細
な表面構造を有する素子ペレットを封止すると、素子ペ
レット表面のアルミニウム（Ａ１）パターンを保護する
ための被覆材であるリンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）ＩＩ！
や窒化ケイ素（ＳｉＮ）膜に割れを生じたり、素子ベレ
ットに割れを生じたりする。

また、封止樹脂自体にもクランクが発生したりする。特
に冷熱サイクル試験を実施した場合に、その傾向が非常
に大きい。その結果、ペレット割れによる素子特性の不
良や保護膜の割れヤ封止樹脂のクラックに起因するＡ１
パターンの腐食による不良などを生じる。

その対策としては、封止樹脂の内部封入物に対する応力
を小ざくし、かつ封止樹脂と素子上のＰＳＧ膜やＳ　ｉ
　ＮＷＡなどのガラス膜との密着性を大きくする必要が
ある。しかも、硬化物については、素子表面のＡ１パタ
ーンの腐食を極力防止するために、加水分解性のハロゲ
ン化合物、特に塩素濃度を低くおさえ、かつ吸湿時や高
温時の電気絶縁性能を高レベルに保つ必要がある。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のような点に鑑み、封止樹脂の内部封入物に対する
応力を小ざくし、耐熱衝撃性を改善するために特開昭５
８−１０８２２０号公報には、ノボラック型エポキシ樹
脂、フェノールノボラック樹脂硬化剤及びゴム状物質か
らなる半導体封止用エポキシ樹脂組成物が記載されてい
るが、このものは十分に満足できる耐熱衝撃性を有する
硬化物を与えるものではなかった。

以上より本発明は、優れた耐熱衝撃性を有する硬化物を
与える半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供すること
を目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段と作用）本発明は、　　
　　　　　　　　　　６５（Ｉ）　ノボラック型エポキ
シ樹脂　６０〜９８重量部＠重量２）エポキシ基と水酸
基を有する化合物（ＩＩ−ａ）と、（ロ）末端水酸基を
有する化合物（ＩＩ−ｂ−１，）とジイソシアネート化
合物（Ｉｆ−ｂ−２）とから得られる末端イソシアネー
ト基を含有するウレタンプレポリマー（ＩＩ−ｂ）とを
反応させて得られるウレタン変性エポキシ樹脂２〜４０
重量部■　フェノールノボラック樹脂　１０〜５０重量
部■重量ェノールアラルキル樹脂　１０〜５０重量部で
あって（ト）十〇の合計量が　　　　３０〜９０重量部
ω重量リコーンオイル　　　　　１〜３０重量部からな
ることを特徴とする半導体対土用エポキシ樹脂組成物で
ある。

本発明に係る組成物中の一成分であるノボラック型エポ
キシ樹脂（Ｉ）としては、例えば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
、ハロゲン化フェノールノボラック型エポキシ樹脂など
があげられる。これらのエポキシ樹脂は、１種もしくは
２種以上の混合系で用いてもよい。上記エポキシ樹の中
でも、軟化点６０〜１００℃を有するものが好ましく、
特に好ましくは７０〜８５℃を有するものである。また
、エポキシ当！１１００〜３００を有するものが好まし
く、特に好ましくは１７５〜２２０を有するものである
。

また、上記以外のエポキシ樹脂例えばビスフェノールＡ
型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、
脂環式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、ハロゲン
化エポキシ樹脂などを、上記ノボラック型エポキシ樹脂
と併用して使用することができる。配合口はノボラック
型エポキシ樹脂に対し、５０重量％以下が好ましい。

本発明に係るウレタン変性エポキシ樹脂■の原料である
エポキシ基と水酸基を有する化合物（ＩＩ−ａ）として
は、１分子中にエポキシ基と水酸基をそれぞれ１個以上
有する化合物であり、好ましくは分子量７０〜１０００
の化合物であり、例えば、グリシドール、エチレングリ
コール、モノグリシジルエーテル、グリセリンジグリシ
ジルエーテルなどの多価アルコールのグリシジルエーテ
ル類及び水酸基を有する通常のエポキシ樹脂などがあげ
られる。

末端イソシアネート基を含有するウレタンプレポリマー
（ＩＩ−ｂ）は末端水酸基を有する化合物（ｎ−ｂ−１
）とジイソシアネート化合物（Ｉ［−ｂ−２）との反応
により製造されるが、末端水酸基を有する化合物（ＩＩ
−ｂ−１＞としては、ポリエチレングリコール、ポリプ
ロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコールな
どのボリエーテルポリオール；カプロラクトン系、アジ
ペート系１１．６−ヘキサンジオール炭酸エステル系な
どのポリエステルポリオール：末端水＠基含有ポリブタ
ジェンあるいはブタジェン共重合体：及び末端水酸基含
有ポリシロキサン化合物などがあげられる。これらの末
端水酸基を有する化合物（［−ｂ−１）は分子量が１ｏ
ｏｏ〜５ｏｏｏのものを使用するのが好ましい。

末端イソシアネート基を含有するウレタンプレポマー（
ＩＩ−ｂ）の製造に用いられるジンシアネート化合物（
ＩＩ−ｂ−２）としては例えば、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、ヘキサメチ
レンジイソシアネートなどがあげられる。

本発明に係る末端インシアネート基を含有するウレタン
プレポリマー（ＩＩ−ｂ）は上記のような末端水ＩＩ基
を有する化合物（ｎ−ｂ−ｉ＞とジイソシアネート化合
物（ＩＩ−ｂ−２）とを、通常のイソシアネート基含有
ウレタンプレポリマーの製法と同様にして反応させて得
られる。

ざらに、この末端イソシアネート基を有するウレタンプ
レポリマー（ｎ−ｂ）を前記のエポキシ基と水酸基とを
有する化合物（ＩＩ−ａ）と（水酸基／イソシアネート
基）当量比が０．８〜１．２の割合で、通常の方法で反
応させることによって、本発明に係るウレタン変性エポ
キシ樹脂■を得ることができる。

係るウレタン変性エポキシ樹脂■の配合割合は、通常、
エポキシ樹脂金＠　１００重量部に対して、２〜４０１
１部で、好ましくは５〜３０重量部である。

この配合割合が２重量部末端の場合には、耐熱衝撃性の
改良効果が十分でなく、４０１山部を超える場合には、
硬化物の機械的強度や耐熱性が低下する。

本発明に係るフェノールノボラック樹脂■は、エポキシ
樹脂の硬化剤として作用するものであり、例えば、フェ
ノール、クレゾール、キシレノール、ノゾルシノール、
クロルフェノール、フェニルフェノール、ビスフェノー
ルＡなどの１種もしくは２種以上の混合物と、ホルムア
ルデヒドもしくはバラホルムアルデヒドとを酸または中
性塩を触媒として反応させた反応生成物をあげることが
できる。これらの７エノールノボラツク樹脂の中でも、
軟化点６０〜１２０℃を有するものが好ましく、特に好
ましくは８０〜１１０℃を有するものであり、ざらに水
酸基当１１００〜１°５０を有するものが好ましく、特
に好ましくは１００〜１１０を有するものである。

本発明に係るフェノールアラルキル樹脂０はアラルキル
エーテルとフェノールとをフリーデルクラフッ触媒で反
応させた樹脂で、フリーデルクラフッ型樹脂とも呼ばれ
る。α、α′−ジメトキシーＰ−キシレンとフェノール
モノマーの縮合重合化合物が良く知られている（プラス
チックスＶＯＬ３４、　ＮＱ　２．Ｐ８５）　、具体的
ニハ、ＸＬ−２２５（三井東圧化学■、軟化点８５℃〜
１０５℃）。ＸＹＬＯＫ−２２５（アルブライド・アン
ド・ウィルソン■、軟化点８５℃〜１０５℃）などが挙
げられる。これらフェノールアラルキル樹脂の中でも軟
化点８０℃〜１２０℃を有するものが好ましく、特に好
ましくは８５℃〜１０５℃を有するものであり、水酸基
当量は、１９５〜２３５を有するものが好ましい。

上記（至）、＠の添加量は、（至）十〇の合計伍がエポ
キシ樹脂１００重■部に対し、３０重量部〜９０重量部
の範囲で加えることが必要である。この配合割合が３０
重撮部未満の場合には、樹脂硬化物の強度が弱くなって
好ましくなく、一方９０重量部を超える場合には、封止
樹脂の耐湿性が低下して好ましくない。フェノールノボ
ラック樹脂とフェノールアラルキル樹脂の添加量は、上
記条件を満たす範囲内で、かつ、それぞれ１０〜５０！
量部の範囲内で選択できる。

フェノールノボラック樹脂が１０重量部未満では十分な
成形品の硬さが得られず、一方、フェノールアラルキル
樹脂が１０重量部未満では十分な耐熱衝撃性が得られな
い。

また、フェノールノボラック樹脂が５０重量部より多い
場合には、十分な耐湿性が得られず、一方、フェノール
アラルキル樹脂が５０重量部より多い場合には、粘度が
高く成形品が悪くなる。

本発明に係るシリコーンオイルωは、 ＋５ｔ−Ｏ＋の繰り返し単位を持つ常温で液状の化合物
であればいかなるものであってもよく、例えば、ジメチ
ルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル
が挙げられる。また、これらのシリコーンオイルを変性
したものであってもよく、例えば、メチルハイドロジエ
ンシリコーンオイル、ポリジオルガノシロキサンオイル
、フロロシリコーンオイル、シリコーンポリエーテル共
重合　オイル、アルキル変性シリコーンオイル、脂肪酸
変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、
エポキシ変性シリコーンオイルが挙げられる。前記シリ
コーンオイルの中でも、粘度（２０℃）５００〜１ｏｏ
ｏｏｏｏｃｐｓを有するものが好ましく、特に好ましく
は５ｏｏｏｏ〜５ｏｏｏｏｏ　ＣＥ）Ｓを有するもので
ある。

この（至）成分の配合割合は、通常、１〜３０重量部で
、好ましくは２〜６Ｉｉ量部である。この配合割合が１
１ｉ１部未満の場合には耐湿性や耐熱衝撃性の改良効果
が十分でなく、３Ｇ！！部を超える場合には機械的強度
が低下し、さらに硬化物の表面がシリコーンオイルの浮
き出しで汚れ好ましくない。

つぎに、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製
造方法について述べる。

本発明の組成物は、上記した各成分を、加熱ロールによ
る溶融混線、ニーダ−による溶融混線、押出機による溶
融混線、微粉砕後の特殊混合機による混合及びこれらの
各方法の適宜な組合せによって容易に製造することがで
きる。

なお、本発明の組成物は、必要に応じて、イミダゾール
もしくはその誘導体、第三級アミン系誘導体、有機ホス
フィン誘導体、ジアザビシクロアルケン誘導体などの硬
化促進剤：ジルコン、シリカ、溶融石英ガラス、アルミ
ナ、水酸化アルミニウム、ガラス、石英ガラス、ケイ酸
カルシウム、石ロウ、炭酸カルシウム、マグネサイト、
クレー、カオリン、タルク、マイカ、アスベスト、炭化
珪素、窒化ホウ素などの充填剤：カーボンブラックなど
の着色剤；高級脂肪酸、ワックス類などの離型剤；ワッ
クス類などの離型剤；エポキシシラン、ビニルシラン、
アミノシラン、ボラン系化合物、アルコキシチタネート
系化合物、アルミキレート系化合物などのカップリング
剤：アンチモン、燐化合物、臭素や塩素を含む公知の雌
燃化剤が配合されてもよい。

（実施例） 以下において、実施例および比較例を掲げ、本発明を更
に詳しく説明する。

なお、実施例及び比較例中、「部」は全て「重量部」を
示す。

五底■ユ ヒドロキシル価５６、平均分子！！ｔ２０００のポリテ
トラメチレングリコール２００９とトリレンジイソシア
ネート３４．８９を窒化気流下８５℃で約５時間加熱、
撹拌しながら反応させ、末端イソシアネート基含有ポリ
ウレタンプレポリマーを嵜た。

これにグリシドール１４．８９を加え、窒化気流下６０
℃においてイソシアネート基がなくなるまで約１０時間
反応させて、ウレタン変性エポキシ樹脂Ｑを得た。

得られた樹脂はエポキシ当１１２５０であった。

含灰■２ ヒドロキシル価１１２、平均分子ｔ　ｉ　ｏｏｏのポリ
カーボネートジオール１００ｇとへキサメチレンジイン
シアネート３３．６９とを反応させて得られる末端イソ
シアネート基含有ポリウレタンプレポリマーにエチレン
グリコールモノグリシジルエーテル２３．６９を加えて
、窒素気流下７０℃において約９時間反応させ、ウレタ
ン変性エポキシ樹脂■を得た。

、得られた樹脂はエポキシ当ｆｌ１７９０であった。

ａ底■旦 ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（平均分子量７０Ｇ、
エポキシ当＠　３４０、水酸基当量７００）　　７００
３とジフェニルメタン−４，４′−ジイソシアネート１
００９とを窒素気流下、７０℃において約１０時間反応
させ、ウレタン変性エポキシ樹脂０を得た。

得られた樹脂はエポキシ当量４７０であった。

！ｉ叢ユニＡ オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（軟化点７
４℃、エポキシ当ｆｉｔ　２００）　　（エポキシ樹脂
Ａ）、臭素化フェノールノボラック型エボキシ樹脂（臭
素含有量３０％、軟化点８７℃、エポキシ当１２８８＞
　　（エポキシ樹脂Ｂ）、ウレタン変性エポキシ樹脂に
）、■、０、フェノールノボラック樹脂（軟化点９５℃
、水！１基当量１０４）　、フェノールアラルキル樹脂
（ＸＬ−２２５：三井東圧社製）　（軟化点９０℃、水
酸基当１１９Ｂ＞　、ジメチルシリコーンオイル（粘度
１０００００　ｃｐｓ）　、ざらに硬化促進剤としてト
リフェニルホスフィン、離型剤としてカルナバワックス
、着色剤としてカーボンブラック、充填剤として溶融シ
リカ粉、難燃助剤として三酸化アンチモン及びエポキシ
シラン系カップリング剤を第１表に示す組成比（重置部
）で配合し、７０〜１１０℃の二輪ロールで混線し、冷
却粉砕し、タブレット化して比較例１〜６を含め１０種
の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製した。

得られた組成物を用いて、低圧トランスファー成形ＩＩ
（東亜端１１５０トンプレス）により１７５℃、８０Ｋ
ｇ／Ｃｄ、１２０秒の条件で、大型ベレット評価用試料
素子（８ｒｔｔａ　Ｘ　８　ｔｒｒｔａ　）を封止した
。

得られた試料素子について耐熱衝撃性、機械特性（曲げ
弾性率、曲げ強さ）及び熱、特性（ガラス転移点、熱膨
張係数）を評価するために、後述する各試験を実施した
。

耐熱衝撃性試験・・・得られた試料素子２０個を用い一
６５℃〜１５０℃の範囲で表に示すサイクル数だけ急熱
、急冷し、封止樹脂表面のクラック発生の有無により耐
熱衝撃性を試験した。

曲げ弾性率はＪＩＳに−６９１１に準じて測定した。

曲げ強さはＪＩＳＫ−６９１１に準じて測定した。

ガラス転移点は真空理工製の熱膨張計を用い、熱膨張カ
ーブの変曲点より求めた。

熱膨張係数は真空理工製熱膨張計を用いて測定した。

結果を第２表に示す。

以下余白 （発明の効果） 以上に詳述した通り、本発明の半導体封止用エポキシ樹
脂組成物は、その硬化物が優れた耐熱衝撃性を有するも
のであり、高集積度の半導体装置等の用途における実用
的価値は極めて大と言える。

代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　竹　花　喜久男

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ I ）ノボラック型エポキシ樹脂６０〜９８重量部（
   II）（ａ）エポキシ型と水酸基を有する化合物（II−ａ
   ）と、（ｂ）末端水酸基を有する化合物（II−ｂ−１）
   とジイソシアネート化合物（II−ｂ−２）とから得られ
   る末端イソシアネート基を含有するウレタンプレポリマ
   ー（II−ｂ）とを反応させて得られるウレタン変性エポ
   キシ樹脂２〜４０重量部（III）フェノールノボラック
   樹脂１０〜５０重量部（IV）フェノールアラルキル樹脂
   １０〜５０重量部であって（III）＋（IV）の合計量が
   ３０〜９０重量部（Ｖ）シリコーンオイル１〜３０重量
   部 から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。