JP2501140B2

JP2501140B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JP2501140B2
Application number: JP3051591A
Authority: JP
Inventors: 泰司澤村; 敏博手柴; 正幸田中
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1991-02-26
Filing date: 1991-02-26
Publication date: 1996-05-29
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JPH04270724A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半田耐熱性、耐湿信頼
性に優れ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。

【０００２】

【従来の技術】エポキシ樹脂は耐熱性、耐湿性、電気特
性、接着性などに優れており、さらに配合処方により種
々の特性が付与できるため、塗料、接着剤、電気絶縁材
料など工業材料として利用されている。

【０００３】たとえば、半導体装置などの電子回路部品
の封止方法として従来より金属やセラミックスによるハ
ーメチックシールとフェノール樹脂、シリコーン樹脂、
エポキシ樹脂などによる樹脂封止が提案されている。し
かし、経済性、生産性、物性のバランスの点からエポキ
シ樹脂による樹脂封止が中心になっている。

【０００４】最近ではプリント基板への部品実装におい
ても高密度化、自動化が進められており、従来のリード
ピンを基板の穴に挿入する“挿入実装方式”に代り、基
板表面に部品を半田付けする“表面実装方式”が盛んに
なってきた。それに伴い、パッケージも従来のＤＩＰ
（デュアル・インライン・パッケージ）から高密度実
装、表面実装に適した薄型のＦＰＰ（フラット・プラス
チック・パッケージ）に移行しつつある。

【０００５】表面実装方式への移行に伴い、従来あまり
問題にならなかった半田付け工程が大きな問題になって
きた。従来のピン挿入実装方式では半田付け工程はリー
ド部が部分的に加熱されるだけであったが、表面実装方
式ではパッケージ全体が熱媒に浸され加熱される。表面
実装方式における半田付け方法としては半田浴浸漬、不
活性ガスの飽和蒸気による加熱（ベーパーフェイズ法）
や赤外線リフロー法などが用いられるが、いずれの方法
でもパッケージ全体が２１０〜２７０℃の高温に加熱さ
れることになる。そのため従来の封止樹脂で封止したパ
ッケージは、半田付け時に樹脂部分にクラックが発生
し、信頼性が低下して製品として使用できないという問
題がおきる。

【０００６】半田付け工程におけるクラックの発生は、
後硬化してから実装工程の間までに吸湿した水分が半田
付け加熱時に爆発的に水蒸気化、膨脹することに起因す
るといわれており、その対策として後硬化したパッケー
ジを完全に乾燥し密封した容器に収納して出荷する方法
が用いられている。

【０００７】封止用樹脂の改良も種々検討されている。
たとえば、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂とフェ
ノールノボラック型の硬化剤を用いる方法（特開昭６３
−２５１４１９号公報、特開平１−８７６１６号公報）
や、４，４´−ジヒドロキシ−３，３´，５，５´−テ
トラメチルビフェニルを硬化剤として用いる方法(I)Ｅ
ＥＥ１９９０年大会予稿集、第６２５ページ）などが
提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかるに乾燥パッケー
ジを容器に封入する方法は製造工程および製品の取扱作
業が繁雑になるうえ、製品価格が高価になる欠点があ
る。

【０００９】また、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹
脂とフェノールノボラック型の硬化剤を用いる方法（特
開昭６３−２５１４１９号公報、特開平１−８７６１６
号公報）は半田付け時のクラック防止効果、半田処理後
の耐湿信頼性が十分ではなかった。また、４，４´−ジ
ヒドロキシ−３，３´，５，５´−テトラメチルビフェ
ニルを硬化剤として用いる方法は、反応性が悪く、ガラ
ス転移温度が低いのみならず、耐湿信頼性も悪く、実用
的でなかった。

【００１０】本発明の目的は、かかる半田付け工程で生
じるクラックの問題を解消し、半田処理後の耐湿信頼性
に優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ビフェニ
ル骨格を有するエポキシ樹脂に、特定の構造を有する硬
化剤を添加することにより、上記の課題を達成し、目的
に合致したエポキシ樹脂組成物が得られることを見出
し、本発明に到達した。

【００１２】すなわち、本発明は、エポキシ樹脂
（Ａ）、硬化剤（Ｂ）および充填材（Ｃ）を含有してな
るエポキシ樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂
（Ａ）が次の一般式(I)

【化４】（式中、Ｒ¹〜Ｒ⁸は水素原子、ハロゲン原子、または
炭素数１〜４のアルキル基を示す。）で表される骨格を
有するエポキシ樹脂（ａ）を必須成分として含有し、前
記硬化剤（Ｂ）が次式(II)

【化５】で表されるビフェニル化合物（ｂ）を必須成分として含
有し、前記充填材（Ｃ）の割合が全体の７５〜９０重量
％である半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。

【００１３】以下、本発明の構成を詳述する。

【００１４】本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は、上
記式(I) で表される骨格を有するエポキシ樹脂（ａ）を
必須成分として含有することが重要である。

【００１５】エポキシ樹脂（ａ）を含有しない場合は半
田付け工程におけるクラックの発生防止効果は発揮され
ない。

【００１６】上記式(I) において、Ｒ¹〜Ｒ⁸の好まし
い具体例としては、水素原子、メチル基、エチル基、プ
ロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブ
チル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、塩素原子、臭素原子など
が挙げられる。

【００１７】本発明におけるエポキシ樹脂（ａ）の好ま
しい具体例としては、４，４´−ビス（２，３−エポキ
シプロポキシ）ビフェニル、４，４´−ビス（２，３−
エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメ
チルビフェニル、４、４´−ビス（２，３−エポキシプ
ロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメチル−２−
クロロビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシ
プロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメチル−２
−ブロモビフェニル、４、４´−ビス（２，３−エポキ
シプロポキシ）−３、３´，５，５´−テトラエチルビ
フェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキ
シ）−３、３´，５，５´−テトラブチルビフェニルな
どが挙げられる。

【００１８】本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は上記
のエポキシ樹脂（ａ）とともに該エポキシ樹脂（ａ）以
外の他のエポキシ樹脂をも併用して含有することができ
る。併用できる他のエポキシ樹脂としては、たとえば、
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボ
ラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡやレゾルシン
などから合成される各種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、線状脂肪族エポキシ樹
脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、ハロ
ゲン化エポキシ樹脂などが挙げられる。

【００１９】エポキシ樹脂（Ａ）中に含有されるエポキ
シ樹脂（ａ）の割合に関しては、特に制限がなく必須成
分としてエポキシ樹脂（ａ）が含有されれば本発明の効
果は発揮されるが、より十分な効果を発揮させるために
は、エポキシ樹脂（ａ）をエポキシ樹脂（Ａ）中に通常
５０重量％以上、好ましくは７０重量％以上含有せしめ
る必要がある。

【００２０】本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）の配
合量は通常４〜２０重量％、好ましくは６〜１８重量％
である。

【００２１】本発明における硬化剤（Ｂ）は上記式(II)
で表されるビフェニル化合物（ｂ）を必須成分として含
有することが重要である。

【００２２】ビフェニル化合物（ｂ）を含有しない場合
は半田付け工程におけるクラックの発生防止効果が小さ
いばかりでなく、半田浸漬後の耐湿信頼性向上効果も小
さい。

【００２３】本発明における硬化剤（Ｂ）は上記のビフ
ェニル化合物（ｂ）以外の多官能の硬化剤を併用して使
用することが好ましい。併用できる硬化剤としては、た
とえば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラ
ック樹脂、ビスフェノールＡやレゾルシンから合成され
る各種ノボラック樹脂、次の一般式(III) で表されるフ
ェノール化合物（ｂ´）、無水マレイン酸、無水ピロメ
リット酸、無水フタル酸などの酸無水物およびメタフェ
ニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノ
ジフェニルスルホンなどの芳香族アミンなどが挙げられ
る。

【００２４】

【化６】（式中、Ｒは水素原子、アリール基またはアルキル基を
表す。）。

【００２５】中でも、耐湿信頼性の点からフェノールノ
ボラック樹脂、フェノール化合物（ｂ´）が好ましく用
いられる。特に好ましくはフェノール化合物（ｂ´）で
ある。

【００２６】硬化剤（Ｂ）中に含有されるビフェニル化
合物（ｂ）の割合に関しては、特に制限がなく、必須成
分としてビフェニル化合物（ｂ）が含有されれば本発明
の効果は発揮されるが、より十分な効果を発揮させるた
めには、ビフェニル化合物（ｂ）を硬化剤（Ｂ）中に通
常５〜９０重量％、好ましくは１５〜５０重量％含有せ
しめる必要がある。

【００２７】本発明において、硬化剤（Ｂ）の配合量は
通常１〜２０重量％、好ましくは２〜１５重量％であ
る。さらには、エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）の配
合比は、機械的性質および耐湿性の点から（Ａ）に対す
る（Ｂ）の化学当量比が０．５〜１．５、特に０．８〜
１．２の範囲にあることが好ましい。

【００２８】また、本発明においてエポキシ樹脂（Ａ）
と硬化剤（Ｂ）の硬化反応を促進するため硬化触媒を用
いてもよい。硬化触媒は硬化反応を促進するものならば
特に限定されず、たとえば２−メチルイミダゾール、
２，４−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−メチ
ルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェ
ニル−４−メチルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミ
ダゾールなどのイミダゾール化合物、トリエチルアミ
ン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメ
チルアミン、２−（ジメチルアミノメチル）フェノー
ル、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェ
ノール、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデ
セン−７などの３級アミン化合物、ジルコニウムテトラ
メトキシド、ジルコニウムテトラプロポキシド、テトラ
キス（アセチルアセトナト）ジルコニウム、トリ（アセ
チルアセトナト）アルミニウムなどの有機金属化合物お
よびトリフェニルホスフィン、トリメチルホスフィン、
トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ
（ｐ−メチルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェ
ニル）ホスフィンなどの有機ホスフィン化合物が挙げら
れる。なかでも耐湿性の点から、有機ホスフィン化合物
が好ましく、トリフェニルホスフィンが特に好ましく用
いられる。

【００２９】これらの硬化触媒は、用途によっては二種
以上を併用してもよく、その添加量はエポキシ樹脂
（Ａ）１００重量部に対して０．１〜１０重量部の範囲
が好ましい。

【００３０】本発明における充填材（Ｃ）としては、溶
融シリカ、結晶性シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネ
シウム、アルミナ、マグネシア、クレー、タルク、ケイ
酸カルシウム、酸化チタン、アスベスト、ガラス繊維な
どが挙げられる。なかでも溶融シリカは線膨張係数を低
下させる効果が大きく、低応力化に有効なため好ましく
用いられる。さらには、充填材（Ｃ）の割合が７５〜９
０重量％であり、かつ充填材（Ｃ）が平均粒径１０μｍ
以下の破砕溶融シリカ（Ｃ´）９５〜６０重量％と平均
粒径４０μｍ以下の球状溶融シリカ（Ｃ”）５〜４０重
量％からなる溶融シリカ（ｃ）を含むことが半田耐熱性
の点で好ましい。ここで平均粒径は、累積重量５０％に
なる粒径（メジアン径）を意味する。

【００３１】本発明において、充填剤（Ｃ）をシランカ
ップリング剤、チタネートカップリング剤などのカップ
リング剤であらかじめ表面処理することが、信頼性の点
で好ましい。カップリング剤としてエポキシシラン、ア
ミノシラン、メルカプトシランなどのシランカップリン
グ剤が好ましく用いられる。

【００３２】本発明のエポキシ樹脂組成物にはハロゲン
化エポキシ樹脂などのハロゲン化合物、リン化合物など
の難燃剤、三酸化アンチモンなどの難燃助剤、カーボン
ブラック、酸化鉄などの着色剤、シリコーンゴム、スチ
レン系ブロック共重合体、変性ニトリルゴム、変性ポリ
ブタジエンゴム、変性シリコーンオイルなどのエラスト
マー、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂、長鎖脂肪酸、
長鎖脂肪酸の金属塩、長鎖脂肪酸のエステル、長鎖脂肪
酸のアミド、パラフィンワックスなどの離型剤および有
機過酸化物などの架橋剤を任意に添加することができ
る。

【００３３】本発明のエポキシ樹脂組成物は溶融混練す
ることが好ましく、たとえばバンバリーミキサー、ニー
ダー、ロール、単軸もしくは二軸の押出機およびコニー
ダーなどの公知の混練方法を用いて溶融混練することに
より製造される。

【００３４】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００３５】実施例１〜４、比較例１〜５表１に示した成分を、表２に示した組成比でミキサーに
よりドライブレンドした。これを、ロール表面温度９０
℃のミキシングロールを用いて５分間加熱混練後、冷却
・粉砕してエポキシ樹脂組成物を製造した。

【００３６】この組成物を用い、低圧トランスファー成
形法により１７５℃×２分の条件で成形して次の物性、
成形性測定法により各組成物の物性および成形性を測定
した。

【００３７】半田耐熱性：模擬素子を搭載した８０ｐｉ
ｎＱＦＰ２０個を成形、１８０℃で５時間ポストキュ
アし、８５℃／８５％ＲＨで７２時間加湿後、ＩＲリフ
ロー炉を用いて２４５℃に１０秒間加熱し、クラックの
発生しないＱＦＰの個数の割合を求めた。

【００３８】半田処理後のＰＣＢＴ：半田処理後の８０
ｐｉｎＱＦＰを１２５℃、８５％ＲＨ、バイアス電圧
１０ＶでＵＳＰＣＢＴを行い、累積故障率５０％になる
時間を求めた。

【００３９】測定結果を表２に示す。

【００４０】

【表１】

【表２】表２にみられるように、本発明のエポキシ樹脂組成物
（実施例１〜４）は半田耐熱性、半田処理後の耐湿信頼
性に優れている。なかでも硬化剤としてトリス（３−ヒ
ドロキシフェニル）メタンを用いた実施例４は優れた半
田耐熱性と耐湿信頼性を示した。

【００４１】これに対してエポキシ樹脂（Ａ）中にエポ
キシ樹脂（ａ）を含有しない比較例４では半田耐熱性お
よび耐湿信頼性に劣っている。また、硬化剤（Ｂ）中に
硬化剤（ｂ）を含まない比較例１〜３では、それぞれに
対応する実施例に比べて半田耐熱性および半田処理後の
耐湿信頼性が劣っている。さらに、溶融シリカ（Ｃ）の
割合が全体の７５重量％未満の比較例５は半田耐熱性お
よび半田処理後の耐湿信頼性が劣っている。

【００４２】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、半導体
封止用に適したエポキシ樹脂組成物であって、半田付け
工程で生じるクラックの問題を解消し、半田耐熱性およ
び半田処理後の耐湿信頼性に優れている。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）およ
び充填材（Ｃ）を含有してなるエポキシ樹脂組成物であ
って、前記エポキシ樹脂（Ａ）が次の一般式(I) 【化１】（式中、Ｒ¹〜Ｒ⁸は水素原子、ハロゲン原子、または
炭素数１〜４のアルキル基を示す。）で表される骨格を有するエポキシ樹脂（ａ）を必須成分
として含有し、前記硬化剤（Ｂ）が次式(II) 【化２】で表されるビフェニル化合物（ｂ）を必須成分として含
有し、前記充填材（Ｃ）の割合が全体の７５〜９０重量
％である半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】硬化剤（Ｂ）がビフェニル化合物（ｂ）
とともに次の一般式(III) 【化３】（式中、Ｒは水素原子、アリール基またはアルキル基を
表す。）で表されるフェノール化合物（ｂ´）を必須成分として
含有する請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。