JP2669578B2 - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体素子の樹脂封
止等に用いられるエポキシ樹脂組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】エポキシ樹脂組成物は、電子機器や電子
部品等を構成するために、接着剤、積層板、半導体素子
封止材料等として使用されている。特に最近では、エレ
クトロニクスの分野におけるＩＣ用さらにはＬＳＩ用の
封止材料としての需要が拡大している。

【０００３】今日の半導体素子では、配線の高密度化と
ともにチップサイズの大型化が進んでいるが、この大型
のチップをエポキシ樹脂組成物で封止した場合、その硬
化物の内部応力により、アルミ配線のずれ（スライ
ド）、パッシベーション層におけるクラック発生等の問
題が起こっている。このため、現在、エポキシ樹脂組成
物の硬化物の低応力化が大きな課題の一つになってい
る。

【０００４】そこで、低応力化のための改質剤（低応力
化剤）としてポリジメチルシロキサン等の通常のシリコ
ーン弾性体をエポキシ樹脂組成物に添加することによ
り、その硬化物に可撓性を付与して弾性率を低下させ、
内部応力を緩和することが試みられてきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述した通
常のシリコーン弾性体は、エポキシ樹脂組成物の硬化物
の低応力化には効果があるが、表面にブリードアウトし
て（しみ出して）、半導体チップやリードフレーム等の
金属との密着性を低下させる傾向にある。そのため、吸
湿後、ハンダ浸漬耐熱試験を行うと、リードフレームと
封止樹脂との界面から吸湿した水の蒸発による内部応力
の発生によりパッケージにクラックを生ずるという問題
がある。

【０００６】そこで、この発明は、半導体チップやリー
ドフレーム等の金属と硬化物との密着性を低下させるこ
となく、硬化物の低応力化を図ることのできるエポキシ
樹脂組成物を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、発明者らは種々検討を重ねた。その結果、以下のこ
とを実験で確認して、この発明を完成した。エポキシ樹
脂組成物には、成形後、金型との離型性を良くするため
に、あらかじめパラフィン類（ワックス）を含ませてお
くことが一般的である。しかし、このパラフィン類は、
前述した通常のシリコーン弾性体と同様に、表面にブリ
ードアウトして、半導体チップやリードフレーム等の金
属との密着性を阻害する。そこで、パラフィン類分子中
にアルコキシシラン構造を導入した後述の化合物を用い
るようにすれば、この化合物が表面にブリードアウトし
た際に、そのアルコキシシラン構造の部分が半導体チッ
プやリードフレーム等の金属と反応して結合するので、
エポキシ樹脂組成物の硬化物と金属との密着性を向上さ
せる。そのため、低応力化剤として通常のシリコーン弾
性体を用いた場合の、シリコーン弾性体が表面にブリー
ドアウトすることによる硬化物と金属との密着性低下が
抑制されるということである。

【０００８】したがって、この発明にかかるエポキシ樹
脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤および低応力化剤を
必須成分として含むエポキシ樹脂組成物であって、さら
に下記一般式化４〜化６で表される含珪素パラフィン類
の中から選ばれた少なくとも１種を必須成分として含む
ことを特徴とするものである。

【０００９】

【化４】

【００１０】

【化５】

【００１１】

【化６】

【００１２】（上記式化４〜化６中、Ｒはアルキル基を
表し、ｍは５から４０までの整数を表し、ｎは０、１ま
たは２を表す。）前記一般式化４〜化６で表される含珪
素パラフィン類は、直鎖状の分子の末端にアルコキシシ
ラン構造〔− Si(CH₃)_n (OR)_3-n 〕を有するパラフィン
類であり、たとえば、下式化７で表されるカルボキシル
基含有パラフィン類と、下式化８〜化１０で表されるシ
ランカップリング剤とを反応させることにより得ること
ができる。

【００１３】

【化７】

【００１４】

【化８】

【００１５】

【化９】

【００１６】

【化１０】

【００１７】（上記式化７〜化１０中、Ｒ、ｍおよびｎ
は、前記式化４〜化６中のものと同じである。）この発
明で用いられるエポキシ樹脂としては、従来のエポキシ
樹脂組成物に用いられているエポキシ樹脂を用いること
ができ、特に限定はされないが、たとえば、ビスフェノ
ールＡ系エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ系エポキシ樹
脂、ノボラック系エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、
ビフェニル構造またはナフタレン構造を持つエポキシ樹
脂等が挙げられる。これらは、１種のみを用いてもよい
し、２種以上を併用してもよい。ただし、この発明のエ
ポキシ樹脂を、半導体素子等を封止する成形材料として
用いる場合には、硬化物のガラス転移温度（Ｔｇ）、耐
湿性等の物性を考慮して、ビフェニル構造を持つエポキ
シ樹脂および／またはナフタレン構造を持つエポキシ樹
脂を用いることが好ましい。

【００１８】この発明で用いられる硬化剤としては、特
に限定はされないが、たとえば、フェノールノボラック
樹脂、酸無水物、アミン類等が挙げられる。これらは、
１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよ
い。前記エポキシ樹脂の場合と同様の理由から、硬化剤
としてはフェノールノボラック樹脂等のフェノール樹脂
を用いることが好ましいが、これに限定されることはな
い。また、硬化剤の配合割合に、特に制限はなく、必要
量を適宜設定すればよい。

【００１９】この発明で用いられる低応力化剤として
は、エポキシ樹脂組成物の硬化物の内部応力を低下させ
るものであれば、特に限定はされないが、たとえば、前
述したポリジメチルシロキサン等の通常のシリコーン弾
性体等を挙げることができる。以上に述べてきた必須成
分を含むこの発明のエポキシ樹脂組成物は、必要に応じ
て、さらに下記のその他の成分を１種以上含んでいても
よい。同成分としては、たとえば、硬化助剤または硬化
促進剤（第３級アミン、イミダゾール類、有機リン化合
物等）、充填材または補強材（シリカ粉末、アルミナ粉
末、炭酸カルシウム粉末、ガラス繊維、炭素繊維等）、
難燃化剤（三酸化アンチモン、臭素化エポキシ樹脂、水
和アルミナ等）、離型剤（ワックス、ステアリン酸、ス
テアリン酸塩等）、着色剤（カーボンブラック、金属酸
化物等の顔料等）等が挙げられるが、これらの種類およ
び配合割合等は、特に限定されるものではない。なお、
充填材を用いる場合には、エポキシ樹脂組成物全体１０
０重量部（以下、「重量部」を単に「部」と記す）に対
して１０〜８０部となるように設定するのが好ましい。
１０部以上の充填材を加えることにより、線膨張係数を
小さくして熱放散性を良好に保つことができるが、８０
部を超えると、キャビティーに完全に充填されなくな
り、成形性が悪くなる恐れがある。

【００２０】この発明のエポキシ樹脂組成物を作製する
方法については、特に限定はされないが、たとえば、前
記構成成分（必須成分および必要に応じて用いられる成
分）をミキサー、ブレンダー等で混合し、ニーダー、ロ
ール等を使用して混練する方法等により、エポキシ樹脂
組成物を得ることができる。なお、上記の方法におい
て、必要に応じては、混練終了後に混練物を冷却固化し
粉砕して、粒状等としてもよい。

【００２１】

【作用】エポキシ樹脂、硬化剤および低応力化剤に加え
て、分子中にアルコキシシラン構造を有するパラフィン
類を含ませるようにすると、低応力化剤によりエポキシ
樹脂組成物の硬化物の内部応力が低下するばかりでな
く、前記パラフィン類が表面にブリードアウトした際
に、そのアルコキシシラン構造の部分が半導体チップや
リードフレーム等の金属と反応して結合するので、硬化
物と金属との密着性を向上させる。そのため、低応力化
剤が表面にブリードアウトしても、それによる硬化物と
金属との密着性低下が抑制される。この密着性低下の抑
制効果は、低応力化剤の効力を損なうことなく発揮され
る。

【００２２】

【実施例】以下に、この発明の実施例を比較例と併せて
説明するが、この発明は、下記実施例に限定されない。 −実施例１− 以下の成分からなるエポキシ樹脂組成物を調製した。

【００２３】 エポキシ樹脂：テトラメチルビフェニルジグリシジルエーテル…１３．０部 低応力化剤：ポリジメチルシロキサン … ２．０部 硬化剤：フェノールノボラック樹脂 … ６．０部 硬化助剤：２−エチルイミダゾール … ０．３部 離型剤：天然カルナバワックス … ０．３部 充填材：シリカ粉末 …８０．７部 顔料：カーボンブラック … ０．５部 難燃化剤：三酸化アンチモン … １．５部 難燃化剤：臭素化エポキシ樹脂 … １．５部 含珪素パラフィン類：下式化１１で表される化合物 … ０．２部

【００２４】

【化１１】

【００２５】上記成分の配合は、それらをミキサで混合
し、さらにニーダーで混練することにより行った。得ら
れたエポキシ樹脂組成物を常法に従って圧力５０kg/m
m²、温度１７０℃で３分間成形し、さらに温度１７０℃
で５時間アフタキュアさせて、硬化物を得た。

【００２６】−実施例２〜４− 実施例１において、含珪素パラフィン類として前記式化
１１で表される化合物の代わりに下式化１２〜１４で表
される化合物を同量用いたこと以外は実施例１と同様に
して、エポキシ樹脂組成物を作製し、硬化させて、硬化
物を得た。

【００２７】

【化１２】

【００２８】

【化１３】

【００２９】

【化１４】

【００３０】−比較例− 実施例１において、含珪素パラフィン類０．２部を用い
る代わりにシリカ粉末の量を０．２部増やしてシリカ粉
末の合計使用量を８０．９部としたこと以外は実施例１
と同様にして、エポキシ樹脂組成物を作製し、硬化させ
て、硬化物を得た。

【００３１】以上の実施例１〜４および比較例で得られ
たエポキシ樹脂組成物の硬化物について、線膨張係数
（α₁ ）、曲げ弾性率（Ｅ）、曲げ強度（σ_f ）および
ガラス転移温度（Ｔｇ）を測定するとともに、フレーム
引き抜きテストを行った。線膨張係数およびＴｇはＴＭ
Ａ法により求め、曲げ弾性率および曲げ強度は、曲げ強
度試験機を用いて測定した。フレーム引き抜きテスト
は、リードフレームの一部が外部に突出するようにエポ
キシ樹脂組成物の硬化物で封止し、外部に突出したリー
ドフレームの部分に開けられた孔を利用して、リードフ
レームの長さ方向に沿ってリードフレームと封止材との
引張強度を計測し、それが４kg/mm²以上の場合を○で、
４kg/mm²未満の場合を×で評価した。それらの結果を表
１に示した。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１にみるように、実施例のものは、比較
例のものに比べて、いずれも、線膨張係数、曲げ弾性率
および曲げ強度が保持されていて応力レベルは同等であ
り、しかも、リードフレームとの密着性（引き抜きテス
トによる）が向上していることが確認された。

【００３４】

【発明の効果】この発明にかかるエポキシ樹脂組成物に
よれば、半導体チップやリードフレーム等の金属との密
着性を保持しながら、内部応力の低下した硬化物を得る
ことができる。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂、硬化剤および低応力化剤
   を必須成分として含むエポキシ樹脂組成物であって、さ
   らに下記一般式化１〜化３で表される含珪素パラフィン
   類の中から選ばれた少なくとも１種を必須成分として含
   むことを特徴とするエポキシ樹脂組成物。 【化１】 【化２】 【化３】 （上記式化１〜化３中、Ｒはアルキル基を表し、ｍは５
   から４０までの整数を表し、ｎは０、１または２を表
   す。）