JPS63308A - 半導体封止用エポキシ樹脂成形材料 - 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〕 この発明は半導体封止用エポキシ樹脂成形材料に関する
ものである。

〔従来の技術〕

最近の樹脂封止による半導体製品では、半導体素子自体
が高密度化および大型化される傾向にあり、また半導体
製品のパッケージ、構造も従来のデュアル・インライン
・パッケージ（ＤＩＰ）から、薄型フラットパッケージ
（ＦＰ　）に移行しつつあって、封止された樹脂成形物
は非常に薄肉なものとなり、かつ半導体チップが集積度
の増大に伴って大きくなり、成形材料の離型性、機械的
強度、熱収縮による応力発生などの内部要因や成形後の
取扱いによる外部要因により容易に亀裂が発生する状態
ζこある。特にパッケージをプリント配線基板に実装す
る際は、薄型ＦＰとＤＩＰにおけるハンダ付は作業が異
なってＦＰは一層亀裂が発生しやすい。なぜならば従来
ＤＩＰの実装に際してはリードを基板の取付は穴に通し
、パッケージが基板から浮き上った状態でその裏面をハ
ンダ付けするのに対して、薄型ＦＰは基板に密着して設
けられ、ハンダ浴にフロートディップされるか、または
ハンダリフローが行なわれ、たとえば２６０℃のような
高温度に急激にさらされるといった熱衝撃を受けるから
であり、その結果半導体の信頼性を著しく低下させるこ
とになる。

また、外見上亀裂の発生が認められなくても半導体素子
やリードフレームとの熱膨張係数の差から封止樹脂と半
導体素子またはリードフレームとの間に応力か発生し、
ワイヤーポンドの切断ヤパツソベイションクラツクなど
好ましくない問題が起こるが、これは樹脂の成形時およ
び熱衝撃時の応力発生によるものである。そこで発生す
る応力の低減のため、成形材料中に配合される無機充填
剤を増量して成形材料の熱膨張率を低下させたが、無機
充填剤の増量によって弾性率が上昇し応力を低減させる
ことは出来ず、さらに流動性は悪くなり気泡が発生しや
すくなったり、特に半導体封止材の成形に用いられるト
ランスファー成形においては半導体素子とリードフレー
ムとを結んでいるワイヤーの変形・切断の原因となるた
め、無機充填剤の増量にも自ずから限界があり、満足で
きる成形材料は得られなかった。

つきに、発生する応力を低減する方法として、樹脂に可
撓性を付与して成形材料の弾性率を下げる試みを行なっ
た。すなわち、エポキシ樹脂と相溶性のある可撓性付与
剤を樹脂に混入したところ、樹脂の弾性率を低下させる
ことはてきたが、分子鎖の網目構造が疎になって電気特
性は低下し、吸水率は増大し、ガラス転移点は低下する
など多く゛の欠点のあることがわかった。

さらに、成形材料の弾性率を下げるためにエポキシ樹脂
と相溶性のない液状ゴムを可撓性付与剤として加熱下で
エポキシ樹脂中に分散させる方法を試みたが、相溶性の
ない液状ゴムが成形品の表面むらまたはくもりの発生、
金型汚染、金型の離型性不良などを引き起こし好ましい
結果は得られなかった。そこで１．その改善策として添
加する液状ゴムをエポキシ樹脂の組織内に固定して容易
には分離滲出させないようにする方法、すなわちゴム分
子の末端または分子鎖中にエポキシ樹脂もしくは硬化剤
と反応する官能基を含有させ、これをエポキシ樹脂もし
くは硬化剤の少なくとも一方に分散させて用いる方法を
試みた。しかしこの方法も弾性率の低下は認められても
、ゴム粒子内にはゴム分子が低分子量のまま残存し、金
型の離型性不良、汚染、流動性または耐湿性などには改
善効果は殆んど認められなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上述べたように、従来の技術においては、成形時、熱
衝撃時に発生する応力を吸収分散させる適当な手段を欠
き、電気特性など、樹脂本来の優れた諸性質を損うこと
なく、成形品の表面むら、くもり、金型汚染、離型性不
良などを改善し、信頼性の高い半導体製品を得ることが
出来なかったという問題点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題点を解決するために、この発明はエポキシ樹
脂もしくは硬化剤の少なくとも一方にこれらと非相溶で
ある加硫可能な加熱時に液状を呈するゴムを混合分散さ
せ加硫して得られる加硫ゴム微粒子分散体を含有させた
半導体封止用エポキシ樹脂成形材料とする手段を採用す
るものであり、以下その詳細を述べる。

まず、この発明のエポキシ樹脂は従来公知のもので特に
限定するものではなく、たとえばフェノール、レゾルシ
ン、クレゾール、アセナフテンなどをフ叫にしたグリン
ジルエーテルであるノボラック型のもの、ビスフェノー
ルＡ型のもの、分子内のオレフィン結合を２１　ａなど
でエポキシ化して得られる脂環型のものなどを挙げるこ
とができるが、さらにこれらに離燃性を付与するために
ハロゲン化したものであってもよい。これらエポキシ樹
脂の中で最も好ましいものはエポキシ当量が３５０以下
のノボラック型エポキシ樹脂であり、イオン性（たとえ
ばアルカリイオン、ハロゲンイオンなど）の不純物およ
び未反応の不純物ができるだけ少ないエポキシ樹脂が信
頼性を高めるうえで有効である。

つぎに、この発明における硬化剤も前記エポキシ樹脂用
に使用される公知のもののいずれであってもよく、たと
えば無水フタル酸などの酸無水物系のもの、ジアミノジ
フェニルメタンなどのアミン系のもの、またはフエノー
ルノポラ゛ンク樹月旨、タレゾールノボラック樹脂、ポ
リエチレンフェノールなどのフェノール系のものを例示
することができるが、これら硬化剤の中では、作業性、
成形品の耐湿性、電気的特性などの点からフェノールノ
ボラック樹脂が好ましく、特に未反応モノマー量が０．
５重量％以下で軟化点７５〜１１０℃のものが有効であ
る。

さらに、この発明において、上記のエポキシ樹脂および
硬化剤に非相溶で加硫可能な加熱時に液状を呈するゴム
（ＰＬ下これを液状ゴムと略称する）とは、たとえばブ
タジェン、イソプレン、アクリロニトリル等のジエン系
炭化水素の単一重合体もしくはこれらの共重合体または
その他重合性七ツマ−との共重合体であり、中でも分子
末端もしくは分子鎖などにカルボキシル基、酸無水物基
、水酸基、アミノ基、エポキシ基のような官能基を有す
るものが好ましい。そして、これら液状ゴムは加熱時に
おいて液状を呈し、上記のエポキシ樹脂または硬化剤に
混合分散させた後、たとえば硫黄、有機過酸化物、金属
酸化物などの加硫剤の添加によって加硫ゴム微粒子分散
体が得られる。すなわち、たとえばエポキシ樹脂または
硬化剤１００重量部を１３０〜１８０℃の雰囲気下で毎
分５００回転程度に攪拌しながら液状ゴムを５〜５０重
量部（好ましくは１０〜２０重量部、５重量部未満では
応力低下が見られず５０重量部を越えると粉砕困難とな
°り電気的特性が劣化する）添加し、さらに攪拌して（
約３０分後）、加硫剤０．０１〜１０重量部（好ましく
は０．０５〜１．０重量部）を添加して液状ゴムだけを
加硫させながら攪拌を続けると、エポキシ樹脂または硬
化剤中に加硫されたゴムの微粒子が分散し、成形時にお
けるエポキシ樹脂の硬化反応によって加硫ゴム分子は硬
化樹脂組織内に分散固定されるので、ゴム分子が遊離し
て表面むら、くもり、金型汚染、成形品の離型不良など
を起こすようなことはなく、しかもガラス転移温度、吸
湿特性、および熱時もしくは吸湿時の電気特性の劣化が
少なくなり、応力の吸収分散が著しく改善される。

なお、液状ゴムは種類によって分子構造、粘度その他の
特性を異にするので、その添加量を多くすると添加され
たエポキシ樹脂または硬化剤は室温下で固体状とならず
、作業性を著しく低下させることがある。したがって、
液状ゴムの添加量は種類によって適宜定めなければなら
ないが、エポキシ樹脂または硬化剤の一方に添加するだ
けの蚤で不足するときは、両方に分割添加するときわめ
て効果的である。

以上のような加硫ゴム微粒子含有のエポキシ樹脂または
硬化剤以外にこの発明の半導体封止用エポキシ樹脂成形
材料に使用するエポキシ樹脂系の諸厚材料は、通常半導
体封止用として用いられるものであれば特に限定される
ものではなく、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無
機充填剤さらには必要に応じて離型剤、着色剤、カップ
リング剤、難燃剤、その他の添加剤などが使用される。

たとえば、ゴム含有エポキシ樹脂６０〜１００部（重量
、以下同じ）に対し、臭素化エポキシ樹脂１０〜３０部
、硬化剤（フェノールノボラック樹脂）３０〜７０部、
硬化促進剤（イミダゾール）０．１〜５．０部、無機充
填材（溶融シリカ゛）２００〜４００部、その池離型剤
（ワックス）、着色剤（カーボンブラック）、難燃剤（
三酸化アンチモン）など必要に応じ少Ｎ　Ｚ加する等の
例を挙げることができる・ここで、臭素化エポキシが１
０部未満では難燃性が期待できず、逆：こ３０部を越え
ると耐熱安定性が悪くなり、ゴム含有エポキシ樹脂が６
０部未満では応力の低下は認められず、逆に１００部を
越えると電気的特性は劣って好ましくない。またフェノ
ールノボラック樹脂などの硬化剤は３０部未満では硬化
不足を招き、機械的特性は低下し、逆に７０部を越える
と未反応のまま成形品中に残留し、耐薬品性などの特性
を低下させ、イミダゾールなどの硬化促進剤が０．１部
未満では促進効果は認められず逆に５部を越えると硬化
速度が大きくなって、金型に充填されないうちに硬化し
て好ましくない。無機充填剤は２００部未満では成形品
の熱膨張率が大きく、半導体素子のそれとの差があって
、亀裂や断線が生じやすく、４００部を越えると成形時
の流動性が悪くなり、気泡や断線等か起きや丁くなって
好ましくない。そしてこれらの、４１部ｇ材料はたとえ
ば攪拌機等で充分混合した後、加熱ロール、ニーダ、押
出機等を用いて溶融混練し、冷却固化した後粉砕して半
導体封止用エポキシ文脂成形用材料とすればよい。

〔実施例〕

実施例１： 丸底フラスコにエポキシ樹脂（エポキシ光重２００　）
　１００部とポリブタジェンゴム（出光石油化学社製：
ポリブタジェンゴム）１０部とを入れ、１５０℃に加熱
しながら攪拌し、ポリブタジェンゴムの微粒子を均一に
分散させた後、加硫剤（日本油脂社製：パーヘキ＋ｊ）
を０１２部添加し、約３０分間ポリブタジェンゴムの微
粒子を分散状態のまま加硫した。得られた反応生成物（
ゴム含有エポキシ樹脂）８８部に対し、臭素化エポキシ
樹脂（エポキシ当ｆｆ１２８９）２０部と硬化剤（水酸
基当１１１０４のフェノールノボラック樹脂）５０部、
硬化促進剤（イミダゾール）１部、無機充填材（溶融シ
リカ粉）３５２部、その住難燃剤、着色剤、離型剤、カ
ップリング剤等の添加剤８．０部をミキサーを用いて混
合した後、加熱ロール（１００℃）によって混練し、冷
却後粉砕して半導体封止用エポキシ樹脂成形材料とした
。この組成物を１７５℃９０秒の条件で、低圧トランス
ファー成形を行ない、成形品（１２０ｘ　１２０　ｍｍ
　ｘ　３　ｍｍ厚）を作製し、さらに１７５℃、５時間
の条件で、後硬化した後、その成形品の線膨張係数１／
Ｃ（ＪＩＳ　−Ｋ６９１１　）、曲げ弾性率ｋｇ／ｍｍ
”　（ＪＩＳ　−Ｋ６９１１　）　、ｉｆ　ラスＥ多温
度”Ｃ（ＡＳＴｈｉ−Ｄ６９６　）　、煮沸吸水率％（
ＪＩＳ−に６９１１、煮沸２時間）、熱間体積抵抗率Ω
・ｃｍ（ＪＩＳ−に６９１１．１５０℃）、煮沸後の熱
間体積抵抗率Ω’（ｍ　（ＪＩＳ　−に６９１１　、煮
沸２００時間）を測定シ、その結果を表にまとめた。な
お、成形品の成形時の流動性単位インチ（ＥＭＭＩ−１
−６６によるスパイラルフロー）、離形性および型汚れ
（良をＯ印、不良をＸ印、その中間をΔ印と評価）を測
定し、その結果も表（こ併記した。

実施例２： ポリブタジェンの代わりにポリブタジェン−アクリロニ
トリルゴム（宇部興産社製：　Ｈｙｃａｒ　）　、１０
部を用いたゴム含有エポキシ樹脂であること以外は、実
施例１と全く同じ方法でエポキシ樹脂成形品の試験片を
作製し、実施例１と同じ諸物性を測定した。その結果は
表に併記した。

実施例３： 丸底フラスコに、フェノールノボラック樹脂（水酸基当
Ｎ　１０４　）　１００部とポリブタジェン（出光石油
化学製：ポリブタジエン）１０部とを入れ、１５０　’
Ｃに加熱しながら攪拌し、ポリブタジェンの微粒子を均
一に分散させた後、加硫剤（日本油脂社製パーへキサ）
を０．２部添加し、約３０分間ポリブタジェンの微粒子
を分散状態のまま加硫した。

得られた反応生成物（ゴム含有硬化剤）５８部とエポキ
シ樹脂（エポキシ当ｆｔ　２００　）　８０部、臭素化
エポキシ樹脂（エポキシ当ｆｆ１２８９）２０部、硬化
促進剤（イミダゾール）１部、無機充填材（溶融シリカ
粉）３５２部、その他藩型剤、着色剤５８燃剤、カプリ
ング剤等の添加剤８．０部をミキサーを・用いて混合し
た後、加熱ロール（１００℃）によって混練し、冷却後
粉砕して半導体封止用エポキシ樹脂成形材料とした。

この組成物を１７５℃９０秒の条件で、低圧トランスフ
ァー成型を行ない、成形品（１２０ｍｍ　ｘ１２０　ｍ
ｍ　ｘ　３　ｍｍ　）を作製し、さらに１７５’０．５
時間の後硬化して、実施例１と同じ諸物性を測定した。

その結果は表に併記した。

実施例４： ポリブタジェンの添加量を５部、加硫剤を０．１部にし
た以外は実施例１と全く同じ方法でエポキシ樹脂成形品
の試験片を作製し実施例１と同じ諸物性を測定した。そ
の結果は表に併記した。

実施例５： ポリブタジェンの添加量を４０部、加硫剤を０．８部に
した以外は、実施例１と全く同じ方法でエポキシ樹脂成
形品の試験片を作製し、実施例１と同じ諸物性を測定し
た。その結果は表に併記した。

実施例６： ポリブタジェンの添加量を５０部、加硫剤を１．０部に
した以外は実施例１と全く同じ方法でエポキシ樹脂成形
品の試験片を作製し、実施例１と同じ諸物性を測定した
。その結果は表に併記した。

比較例１： ゴム含有エポキシ樹脂調製の際、加硫剤を使用しなかっ
たこと以外は実施例１と全く同じ方法で゛エポキシ樹脂
成形品の試験片を作製し、実施例１と同じ諸物性を測定
した。その結果は表に併記した。

比較例２： ゴム含有エポキシ樹脂を使用する代わりに、エポキシ樹
脂（エポキシ当ｉ　２００のタレゾールノボラック型エ
ポキシ樹脂８０部を用いた以外は実施例１と同様に臭素
化エポキシ樹脂（エポキシ当着２８９　）　２０部、硬
化剤（水酸基当量１０４のフェノールノボラック樹脂）
５０部、硬化促進剤（イミダゾール）１部、無機充填材
３５２部、その他添加剤８．０部を配合してエポキシ樹
脂成型品の試験片を作成し、実施例１と同じ諸物性を測
定した。その結果は表に併記した。

以上の表から明らかなように、この発明に基づ〈実施例
１から６のエポキシ樹脂成形品においては、比較例２に
比較して、曲げ弾性率が下かり熱衝撃に対する発生応力
を低くすることが゛でき、かつ他の緒特性か大きく低下
することはなかった。

また比較例１では曲げ弾性率を大きく下げることが出来
たが、吸水率、煮沸後体積抵抗率にや＼低下がみられ、
離型性、型よごれが著しく悪化した。

このように、他の特性を損うことなく、表面のむら、く
もり、型汚れ、型離れなどいわゆる離型性が良好で発生
応力を効果的に吸収するという点で、この発明の意義は
極めて大きいということができる。

〔効果〕

以上述べたように、この発明の半導体封止用エポキシ樹
脂成形材料は他の機械的特性、電気的特性を損うことな
く、成形品の表面むら、くもり、型汚れなどの点で著し
く改善され、いわゆる離型性が良好でしかも発生応力を
効果的に吸収する。したがって、この発明の意義はきわ
めて大きいということができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エポキシ樹脂もしくは硬化剤の少なくとも一方にこれら
   と非相溶である加硫可能な加熱時に液状を呈するゴムを
   混合分散させ加硫して得られる加硫ゴム微粒子分散体を
   含有させたことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂
   成形材料。