JP3092176B2

JP3092176B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JP3092176B2
Application number: JP03032608A
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: 1991-02-27
Filing date: 1991-02-27
Publication date: 2000-09-25
Anticipated expiration: 2015-09-25
Also published as: JPH04270725A

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】一方、封止樹脂の低応力化の目的でナフタ
レン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（特開平２−８８６２１号公
報、特開平２−１１０９５８号公報）などが提案されて
いる。

【０００９】

【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。

【００１０】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、比較的厚型のパッケージでは半田耐熱性向
上効果を有するが、ＴＳＯＰ（シン・スモール・アウト
ライン・パッケージ）などのさらに薄型のパッケージで
は半田耐熱性向上効果が発揮されない上に半田浸漬後の
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。

【００１１】また、ナフタレン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
開平２−８８６２１号公報、特開平２−１１０９５８号
公報）はＴＳＯＰなどの薄型パッケージでも半田耐熱性
向上効果を発揮するが十分ではない上に、半田浸漬後の
耐湿信頼性も不十分で実用的ではなかった。

【００１２】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、半田浸漬後の耐湿信頼性
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。

【００１３】

【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、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。

【００１４】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）を含んでなる
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のうち、２つは２，３−エポキシプ
ロポキシ基を表し、他は、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。

【００１５】以下、本発明の構成を詳述する。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】上記式(I) において、Ｒ¹〜Ｒ⁸の２，３
−エポキシプロポキシ基以外の基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、ｔｅ
ｒｔ−ブチル基、塩素原子、臭素原子などが挙げられ
る。

【００１９】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−ビス（２，３−エポキシ
プロポキシ）ナフタレン、１，５−ビス（２，３−エポ
キシプロポキシ）−７−メチルナフタレン、１，６−ビ
ス（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタレン、１，６
−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−２−メチルナ
フタレン、１，６−ビス（２，３−エポキシプロポキ
シ）−８−メチルナフタレン、１，６−ビス（２，３−
エポキシプロポキシ）−４，８−ジメチルナフタレン、
２−ブロム−１、６−ビス（２，３−エポキシプロポキ
シ）ナフタレン、８−ブロム−１，６−ビス（２，３−
エポキシプロポキシ）ナフタレンなどが挙げられる。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】

【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。）。

【００２７】なかでも、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。

【００２８】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
〜７０重量％、好ましくは１５〜５０重量％含有せしめ
る必要がある。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００３７】実施例１〜４、比較例１〜４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。

【００３８】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。半田耐熱性：模擬素子を搭載した２８ｐｉｎ
ＴＳＯＰ１６個を成形、１８０℃で５時間ポストキュア
し、８５℃／８５％ＲＨで１６時間加湿後、ＩＲリフロ
−炉を用いて２４５℃に１０秒間加熱し、クラックの発
生しないデバイスの個数の割合を求めた。

【００３９】半田浸漬後のＰＣＢＴ：半田耐熱性評価後
のＴＳＯＰを１２５℃、８５％ＲＨ、バイアス電圧１０
ＶでＵＳＰＣＢＴを行い、累積故障率５０％になる時間
を求めた。

【００４０】測定結果を表２に示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】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１〜３）は半田耐熱性および半田浸
漬後の耐湿信頼性に優れている。なかでも架橋剤にトリ
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。

【００４４】これに対してエポキシ樹脂（Ａ）中に本発
明のエポキシ樹脂（ａ）とビフェニル化合物（ｂ）を含
有しない比較例１〜４では半田耐熱性および半田浸漬後
の耐湿信頼性に劣っている。また、充填材（Ｃ）の割合
が全体の７５重量％未満の比較例５は半田耐熱性、半田
処理後の耐湿信頼性が劣っている。

【００４５】

【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
び半田浸漬後の耐湿信頼性に優れている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 23/31 (56)参考文献特開平２−88621（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−251419（ＪＰ，Ａ) 特開平１−87616（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08G 59/24,59/62

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）を含んで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のうち、２つは２，３−エポキシプ
ロポキシ基を表し、他は、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）が上記ビフェニル化合物
（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。