JP2961889B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂系組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、半田耐熱性および熱伝導性に優れる半導体
封止用エポキシ樹脂系組成物に関するものである。

＜従来の技術＞ 従来より、半導体などの電子回路部品の封止は、経済
性、生産性、物性および信頼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。

一方、最近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”の代り、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
・アンライン・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。

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。

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。

封止用樹脂の改良も種々検討されている。たとえば、
ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂と結晶性シリカ、
溶融シリカ、アルミナなどを添加し、樹脂の低応力化を
達成する方法（特開平２−88621号公報、特開平２−110
958号公報）などがあげられる。

一方、近年、半導体の高集積化、高密度実装化の進展
が著しく、半導体の発生する熱の影響が問題になってき
た。このため、樹脂封止半導体に替わってセラミック封
止半導体の使用、樹脂封止半導体に金属を埋め込み、熱
の放散性を向上するなどの半導体の構造上の工夫、ある
いは半導体を実装した機器の冷却などが行われてきた。
また、封止用樹脂の熱伝導性の向上も検討されてきた。
たとえば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノー
ルノボラック型エポキシ樹脂などに窒化ケイ素を添加す
る方法）（特開昭61−221220号公報）、フェノールボラ
ック型エポキシ樹脂樹脂に炭化ケイ素を添加する方法
（特開昭55−25461号公報）などがあげられる。

＜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。

また、種々の方法で改良された樹脂も、それぞれ少し
づつ効果をあげてきているが、ナフタレン骨格を有する
エポキシ樹脂と結晶性シリカ、溶融シリカ、アルミナな
どを添加し、樹脂の低応力化を達成する方法は、SOP、Q
FPなどの比較的厚型のパッケージには有効であるが、VS
OP、TSOP、VQFP、TQFPなどの比較的薄型のパッケージに
対しての半田耐熱性は不十分でった。

一方、半導体の熱の放散性を向上するために行われて
きた種々の手法も効果はあるものの、高価で生産性の低
いセラミックスパッケージを使ったり、半導体の組み立
て工程が繁雑になったり、機器の冷却装置が必要である
などの問題があり、封止用樹脂の熱伝導率の向上が最も
有効であった。

封止用樹脂の熱伝導率の向上のために、ビスフェノー
ルＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ
樹脂などに窒化ケイ素や炭化ケイ素などの高熱伝導性フ
ィラーを添加する方法は有効であるが、半田耐熱性が低
下するため、表面実装方式への適用は困難であった。

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、特にVSOP、TSOP、VQFP、TQFPなどの
比較的薄型のパッケージでクラックが発生せず、しかも
熱伝導率の高い、すなわち半田耐熱性および熱伝導性に
優れる半導体封止用エポキシ樹脂系組成物を提供するこ
とにある。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明者らは、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂
に、窒化ケイ素および／または炭化ケイ素を添加するこ
とにより、上記の課題を達成し、目的に合致した半導体
封止用エポキシ樹脂系組成物が得られることを見出し、
本発明に到達した。

すなわち本発明は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤
（Ｂ）、窒化ケイ素および／または炭化ケイ素（Ｃ）を
含有してなる半導体封止用エポキシ樹脂系組成物であっ
て、前記エポキシ樹脂（Ａ）が下記一般式（Ｉ） （ただし、R¹、R²、R³、R⁴、R⁵、R⁶は各々水素原子、ハ
ロゲン原子、または炭素数１〜４のアルキル基から選ば
れた基を示す。）で 表されるエポキシ樹脂（ａ）を必須成分として含有する
半導体封止用エポキシ樹脂系組成物、およびそれによっ
て半導体が封止された電子回路部品を提供するものであ
る。

以下、本発明の構成を詳述する。

本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は、上記一般式
（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂（ａ）を必須成分として
含有することが重要である。エポキシ樹脂（ａ）を含有
しない場合はハンダ付け工程におけるクラックの発生防
止効果および耐熱性効果は発揮されない。上記一般式
（Ｉ）において、R¹、R²、R³、R⁴、R⁵、R⁶は各々水素原
子、ハロゲン原子または炭素数１〜４のアルキル基から
選ばれた基を示すが、R¹、R²、R³、R⁴、R⁵、R⁶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、臭素原子などがあげら
れる。

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、1,5−ジグリシジルナフタレン、1,5−ジグリ
シジル−７−メチルナフタレン、1,6−ジグリシジルナ
フタレン、1,6−ジグリシジル−２−メチルナフタレ
ン、1,6−ジグリシジル−８−メチルナフタレン、1,6−
ジグリシジル−4,8−ジメチルナフタレン、２−ブロム
−1,6−ジグリシジルナフタレン、８−ブロム−1,6−ジ
グリシジルナフタレンなどがあげられる。

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、例えば、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、ビフェニル型エポキシ樹脂、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あげられる。

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。

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。

本発明における硬化剤（Ｂ）は、エポキシ樹脂（Ａ）
と反応して硬化させるものであれば特に限定されず、そ
れらの具体例としては、たとえばフェノールボラック樹
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、各種多価
フェノール化合物、無水マレイン酸、無水フタル酸、無
水ピロメリット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あげられる。半
導体封止用としては、耐熱性、耐湿性および保存性の点
から、フェノール系硬化剤が好ましく用いられ、用途に
よっては二種以上の硬化剤を併用してもよい。

本発明において、硬化剤（Ｂ）の配合量は通常２〜15
重量％、好ましくは３〜10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0.7〜1.3.特に0.8〜1.2の範囲にあることが好ま
しい。

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
ラプロポシキド、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
フィン化合物があげられる。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。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0.5〜10重量部
の範囲が好ましい。

本発明における窒化ケイ素および／または炭化ケイ素
（Ｃ）、高熱伝導性の充填剤として添加するものであ
る。その形態は、たとえば粉末状、繊維状、ウィスカー
状などがあげられるが、特にこれらに限定されるもので
はない。

本発明において、窒化ケイ素および／または炭化ケイ
素（Ｃ）の全体に対する割合は、好ましくは１〜95重量
％、特に好ましくは５〜90重量％である。窒化ケイ素お
よび／または炭化ケイ素（Ｃ）の全体に対する割合が１
重量％未満では、半田耐熱性および熱伝導性が不十分で
あり、95重量％を越えると、流動性が低下して成形が困
難になる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂系組成物には、充
填剤として窒化ケイ素および／または炭化ケイ素（Ｃ）
以外に、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、酸化アンチモ
ン、アスベスト、ガラス繊維などを添加することができ
る。

本発明において、窒化ケイ素および／または炭化ケイ
素（Ｃ）の全体に対する割合が、60重量％未満の場合
は、半田耐熱性、熱伝導性および流動性の点から、窒化
ケイ素および／または炭化ケイ素（Ｃ）以外の充填剤を
添加して、充填剤の全体に対する割合を、60〜95重量％
にすることが好ましく、75〜90重量％にすることが特に
好ましい。

本発明においては、スチレン系ブロック共重合（Ｄ）
を添加することが、半田耐熱性の点で好ましい。スチレ
ン系ブロック共重合体（Ｄ）は、ガラス転移温度が通常
25℃以上、好ましくは50℃以上の芳香族ビニル炭化水素
重合体ブロックとガラス転移温度が０℃以下、好ましく
は−25℃以下の共役ジエン重合体ブロックからなる線
状、放射状、分岐状のブロック共重合体が含まれる。前
記の芳香族ビニル炭化水素としては、スチレン、α−メ
チルスチレン、ｏ−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレ
ン1,3−ジメチルスチレン、ビニルナフタレンなどがあ
り、中でもスチレンが好ましく使用できる。

前記の共役ジエンとしては、ブタジエン（1,3−ブタ
ジエン）、イソプレン（２−メチル−1,3−ブタジエ
ン）、メチルイソプレン（2,3−ジメチル−1,3−ブタジ
エン）、1,3−ペンタジエンなどがあり中でもブタジエ
ン、イソプレンが好ましく使用できる。スチレン系ブロ
ック共重合体（Ｄ）中に占めるガラス相ブロックである
芳香族ビニル炭化水素共重合体ブロックの割合は10〜50
重量％、ゴム相ブロックである共役ジエン重合体ブロッ
クの割合は90〜50重量％が好ましい。ガラス相ブロック
とゴム相ブロックとの組み合せは多数ありそのいずれで
も良いが、中間のゴム相ブロック両端にガラス相ブロッ
クが結合したトリブロック共重合体が好ましい。この場
合のガラス相ブロックの数平均分子量は好ましくは5,00
0〜150,000、特に好ましくは7,000〜60,000である。ま
た、ゴム相ブロックの数平均分子量は好ましくは10,000
〜30,000、特に好ましくは30,000〜150,000である。

スチレン系ブロック共重合体（Ｄ）は公知のリビング
アニオン重合法を用いて製造できるが、特にこれに限定
されることなく、カチオン重合法、ラジカル重合法によ
っても製造することができる。スチレン系ブロック共重
合体（Ｄ）には、上記説明したブロック共重合体の不飽
和結合の一部が水素添加により還元された、水添ブロッ
ク共重合体も含まれる。ここで、芳香族ビニル炭化水素
重合体ブロックの芳香族二重結合の25％以下および共役
ジエン重合体ブロックの脂肪族二重結合の80％以上が水
添されていることが好ましい。スチレン系ブロック共重
合体（Ｄ）の好ましい具体例としては、ポリスチレン／
ポリブタジエン／ポリスチレントリブロック共重合体
（SBS）、ポリスチレン／ポリイソプレン／ポリスチレ
ントリブロック共重合体（SIS）、SBSの水添共重合体
（SEBS）およびSISの水添共重合体があげられる。中で
も耐熱性の点からSBSの水添共重合体（SEBS）およびSIS
の水添共重合体が特に好ましく用いられる。

本発明において、スチレン系ブロック共重合体（Ｄ）
の添加量は、半田耐熱性および流動性の点から、全体の
0.1〜20重量％であり、好ましくは0.5〜10重量％、特に
好ましくは１〜７重量％である。

本発明において、窒化ケイ素および／または炭化ケイ
素（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。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂系組成物には、カ
ーボンブラックなどの着色剤、シリコーンゴム、変性ニ
トリルゴム、変性ポリブタジエンゴムなどのエラストマ
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。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂系組成物は溶融混
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。

＜実施例＞ 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例１〜６、比較例１〜４ 表１および表２の示した組成比で原料をミキサーによ
りドライブレンドした。これを、バレル設定温度90℃の
二軸の押出機を用いて溶融混練後、冷却・粉砕して半導
体封止用エポキシ樹脂系組成物を製造した。

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、180℃×５時間の条件でポ
ストキュアして次の物性測定法により各組成物の物性を
測定した。

半田耐熱性:24pin TSOP20個を成形、ポストキュア
し、35℃/85％RHで50時間加湿後、260℃に加熱した半田
浴に10秒間浸漬して、封止樹脂の表面にクラックの発生
したTSOPの割合を調べ、半田耐熱性不良率を求めた。

熱伝導率:10mmφ×1mmtの円盤を成形、ポストキュア
し、レーザーフラッシュ法により熱伝導率を求めた。

これらの結果を合せて表２に示す。

表２にみられるように、本発明の半導体封止用エポキ
シ樹脂系組成物（実施例１〜６）は半田耐熱性不良率が
30％以下と低く、熱伝導率が63×10^-4cal/cm・ｓ・℃以
上と高く半田耐熱性および熱伝導性に優れている。特に
スチレン系ブロック共重合体（Ｄ）を添加した実施例６
では、半田耐熱性不良率が０％と、際だって優れてい
る。これに対して、充填剤としてアルミナを用いた比較
例１は、熱伝導率は高いが、半田耐熱性不良率が80％と
高い。また、充填剤として溶融シリカを用いた比較例２
では、半田耐熱性不良率が90％と高く、熱伝導率は20×
10^-4cal/cm・ｓ・℃と低い。さらに、充填剤として窒化
ケイ素および／または炭化ケイ素（Ｃ）を用い、エポキ
シ樹脂としてオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹
脂を用いた比較例３および４では、熱伝導率は高いが、
半田耐熱性不良率が100％と高い。

＜発明の効果＞ 本発明の半導体封止用エポキシ樹脂系組成物は、特定
構造のエポキシ樹脂、硬化剤および窒化ケイ素および／
または炭化ケイ素を配合したために、半田耐熱性および
熱伝導性に優れている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ //(Ｃ０８Ｌ 63/00 53:00） (56)参考文献 特開 平２−88621（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−110958（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−221220（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−43415（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−38424（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−185320（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−38422（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−159457（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−101522（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−1220（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C08L 63/00 - 63/10 C08K 3/34 C08G 59/24 H01L 23/29 C08L 53/00 - 53/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、窒化
   ケイ素および／または炭化ケイ素（Ｃ）を含有してなる
   半導体封止用エポキシ樹脂系組成物であって、前記エポ
   キシ樹脂（Ａ）が下記一般式（Ｉ） （ただし、R¹、R²、R³、R⁴、R⁵、R⁶は各々水素原子、ハ
   ロゲン原子、または炭素数１〜４のアルキル基から選ば
   れた基を示す。） で表されるエポキシ樹脂（ａ）を必須成分として含有す
   る半導体封止用エポキシ樹脂系組成物。
2. 【請求項２】スチレン系ブロック共重合体（Ｄ）を全体
   の0.1〜20重量％含有する請求項（１）記載の半導体封
   止用エポキシ樹脂系組成物。
3. 【請求項３】請求項（１）または（２）記載の組成物に
   よって、半導体が封止された電子回路部品。