JP3230772B2 - 半導体封止用樹脂組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐半田ストレス性及び
耐湿性に優れた半導体封止用樹脂組成物に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、ダイオード、トランジスタ、集積
回路等の電子部品を熱硬化性樹脂で封止しているが、特
に集積回路では耐熱性、耐湿性に優れたオルソクレゾー
ルノボラックエポキシ樹脂をノボラック型フェノール樹
脂で硬化させるエポキシ樹脂組成物が用いられてきた。
しかし近年の電子機器の小型・軽量化・高性能化の市場
動向において、半導体の高集積化も年々進み、パッケー
ジにおいては小型・薄型の表面実装タイプが主流となり
つつあり、また半導体の高集積化に伴うチップの大型化
から封止樹脂への要求は益々厳しいものとなり、従来の
樹脂組成物では信頼性の確保が困難になってきている。
これは半導体の実装方法が従来のピン挿入型から表面実
装型（ＶＰＳリフロー型、ＩＲリフロー型、半田浸漬法
等）に変わることにより、半田浸漬の工程において急激
に２００℃以上の高温にさらされることになりパッケー
ジが割れたり、チップと封止樹脂の界面剥離が生じ、耐
湿性が劣化し信頼性が低くなるといった問題が起きる為
であり、小型・薄型パッケージでは一層影響が大きくな
る為である。この様な状況から、半田浸漬等の厳しい条
件においても耐クラック性、耐湿性に優れた高信頼性の
樹脂の開発が急がれている。

【０００３】これらの問題を解決するために半田付け時
の熱衝撃を緩和する目的で、熱可塑性オリゴマーの添加
（特開昭６２−１１５８４９号公報）や各種シリコーン
化合物の添加（特開昭６２−１１５８５号公報、６２−
１１６６５４号公報、６２−１２８１６２号公報）、さ
らにはシリコーン変性（特開昭６２−１３６８６０号公
報）などの手法で対応しているが、いずれも半田浸漬時
にパッケージにクラックが発生し信頼性の優れた半導体
封止用樹脂組成物を得るまでには至らなかった。一方、
半田浸漬時の耐半田クラック性に優れた半導体封止用樹
脂組成物を得るために、硬化剤として式（３）で示され
るフェノールアラルキル樹脂の使用が検討されてきてお
り、

【０００４】

【化３】

【０００５】この樹脂の使用によりリードフレームとの
密着性及び低吸水性が向上し、クラック発生が低減する
が、硬化物のガラス転移温度が、従来のフェノールノボ
ラック硬化剤系に比べ著しく低くなり、長期耐熱性が劣
るという欠点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題に対して耐半田クラック性、耐湿性及び耐熱性が著
しく優れた半導体封止用樹脂組成物を提供するものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、これらの問
題を解決するために鋭意研究を進め、以下の樹脂組成物
を見いだした。即ち本発明は、（Ａ）式（１）で示され
るビフェニル型エポキシを総エポキシ樹脂量に対して３
０〜１００重量％含む樹脂、

【０００８】

【化４】 （ここでＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄は水素またはＣＨ₃で、同
一かまたは異なる原子あるいは基）

【０００９】（Ｂ）硬化剤として、式（２）で示される
フェノール樹脂を総硬化剤量に対して５０〜１００重量
％含む硬化剤および

【００１０】

【化５】 （ここでＸはパラキシリレン、ｎ＝１〜８）

【００１１】（Ｃ）無機充填材を必須成分とし、（Ｃ）
無機充填材が全組成物中７０〜９０重量％である半導体
封止用樹脂組成物である。

【００１２】本発明に用いられる式（１）のビフェニル
型エポキシは、エポキシ自体の溶融粘度が低いために流
動性を損なうことなく、無機充填材を多量に配合でき、
延いては高強度かつ高靭性であり、吸湿量の少ない耐半
田ストレス性に優れた特徴を有する。式（１）の使用量
は、これを調節することにより、その効果を最大限に引
き出すことができる。即ち、その使用量は総エポキシ樹
脂量に対して３０〜１００重量％、好ましくは５０重量
％以上が望ましい。３０重量％未満では樹脂の低粘度化
が図れず目的とする無機充填材の多量配合が困難でり、
高強度、高靭性、低吸湿性の特性を発揮できない。更に
式（１）中のＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄はＣＨ₃が好ましい。
併用する他のエポキシ樹脂としてはビスフェノール型、
フェノールノボラック型、オルソクレゾールノボラック
型、トリスフェニルメタン型、ナフタレン骨格含有型等
各種のものが適用可能であり、単独または混合して用い
ても差し支えない。

【００１３】式（２）で示される構造のフェノール樹脂
硬化剤の特徴としては、以下の２点が挙げられる。第１
の点は分子鎖中のＸで示されるバラキシリレンを有して
いることであり、従来のフェノールノボラック樹脂に比
べ、耐湿性に優れ、また熱時可撓性に優れているという
効果がある。この様な可撓構造を有するパラキシリレン
を分子内に取り入れると反応性が低下し、さらに硬化物
の架橋密度が低くなるために、ガラス転移温度が低下す
るという問題がある。そこで、分子側鎖にフェノール性
水酸基を多く取り入れるために、フェノール単核体では
なくビスフェノール類を導入していることが、第２の点
であり、これにより反応性及びガラス転移温度を向上さ
せる効果がある。式（２）のｎの値は１〜８であり、８
を越えると流動性が低下し成形性が悪くなる。

【００１４】このフェノール樹脂硬化剤の使用量は、こ
れを調節することにより耐半田クラック性を最大限に引
き出すことができる。耐半田クラック性の効果を出すた
めには式（２）で示されるフェノール樹脂硬化剤を総フ
ェノール樹脂硬化剤量の５０重量％以上、好ましくは７
０重量％以上の使用が望ましい。５０重量％未満だと、
低吸湿性と熱時可撓性が得られず、耐半田クラック特性
が不充分である。

【００１５】式（２）で示されるフェノール樹脂硬化剤
と併用される他のフェノール樹脂系硬化剤としてはフェ
ノール性水酸基を有する化合物全般をいう。例えば、ビ
スフェノールＡ、ビスフェノールＦ、フェノールノボラ
ック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラ
ルキル樹脂等が挙げられる。これら併用されるフェノー
ル樹脂は、硬化性の調整、可撓性の付与等の目的で適宜
使用されるが流動性の調整ではビスフェノールＦや狭低
分子量フェノールノボラック樹脂等の低分子化合物が好
適である。

【００１６】本発明に用いる無機充填材としては、溶融
シリカ粉末、結晶シリカ粉末、アルミナ粉末、水和アル
ミナ粉末、窒化珪素粉末、炭酸カルシウム粉末等が挙げ
られ、特に溶融シリカ粉末が好ましい。無機充填材の配
合量は７０〜９０重量％の範囲が好ましい。７０重量％
以下の場合は吸湿量が多くなり、また熱膨張係数も大き
く実装時の熱ストレスに耐えられない。また９０重量％
以上になると流動特性が劣化し実用不可となる。

【００１７】本発明の半導体封止用樹脂組成物はエポキ
シ樹脂、硬化剤及び無機充填材を必須成分とするが、こ
れ以外に必要に応じて硬化促進剤、シランカップリング
剤、ブロム化エポキシ樹脂、三酸化アンチモン、ヘキサ
ブロムベンゼン等の難燃剤、カーボンブラック、ベンガ
ラ等の着色剤、天然ワックス、合成ワックス等の離型剤
およびシリコーンオイル、ゴム等の低応力添加剤等の種
々の添加剤を適宜配合しても差し支えない。又、本発明
の半導体封止用樹脂組成物を成形材料として製造するに
は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填剤、硬化促進剤、
その他の添加剤をミキサー等により十分に均一混合した
後、さらに熱ロールまたはニーダー等で溶融混合し、冷
却後粉砕して成形材料とすることができる。これらの成
形材料は電子部品あるいは電気部品の封止、被覆、絶縁
等に適用することができる。

【００１８】

【実施例】以下に本発明を実施例で示す。配合割合は重
量部とする。 実施例１〜６、比較例１〜４ （Ａ）エポキシ樹脂 オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポ
キシ当量２００、軟化点６５℃） ビフェニル型エポキシ：３，３’，５，５’−テト
ラメチル−４，４’−ジヒドロキシビフェニルグリシジ
ルエーテル（エポキシ当量１９５） ビスフェノールＡジグリシジルエーテル（エポキシ
当量２００） （Ｂ）フェノール樹脂硬化剤 式（２）で示されるフェノール樹脂（水酸基当量１
７５、軟化点８０℃） フェノールノボラック樹
脂（水酸基当量１０５、軟化点８０℃） 式（３）で示されるフェノールアラルキル樹脂（水
酸基当量１８０、軟化点８０℃） （Ｃ）無機充填材 溶融シリカ粉末（平均粒子径１４μｍ） （Ｄ）その他の原料 硬化促進剤：トリフェニルホスフィン 離型剤：カルナバワックス を表１に示したそれぞれの割合でミキサーで常温で混合
し、７０〜１００℃で２軸ロールにより混練し、冷却後
粉砕し成形材料とし、これをタブレット化して半導体封
止用エポキシ樹脂組成物を得た。この組成物を低圧トラ
ンスファー成形機（成形条件：１７５℃、７０kg／c
m²、１２０秒）を用いて成形し、得られた成形品を１７
５℃、８時間で後硬化し評価した。評価結果を表１に示
す。

【００２１】評価方法 ＊１ スパイラルフロー ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用金
型を用い、金型温度１７５℃、注入圧力７０kg／cm²、
硬化時間２分で測定。 ＊２ 硬化性 ショアＤ硬度計を用い、金型温度１７５℃、硬化時間２
分で測定。 ＊３ 耐熱性 １７５℃、２分の条件で成形し、１７５℃で８時間、後
硬化させた試験片にて熱膨張特性を測定し硬化物のガラ
ス転移温度を求めた。 ＊４ 半田クラック性試験 成形品（チップサイズ６×６mm、５２ｐＱＦＰ）を８５
℃、８５％ＲＨの環境下で４８Ｈｒ及び７２Ｈｒ処理
し、その後２６０℃の半田槽に１０秒間浸漬後、顕微鏡
で外部クラックを観察した。 ＊５ 半田耐湿性試験 成形品（チップサイズ３×６ｍｍ模擬素子、１６ｐＳＯ
Ｐ）を８５℃、８５％ＲＨの環境下で７２Ｈｒ処理し、
その後２６０℃の半田槽に１０秒間浸漬後、プレッシャ
ークッカー試験（１２５℃、１００％ＲＨ）をおこな
い、回路のオープン不良数を測定した。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【発明の効果】本発明によると従来技術では得ることが
できなかった硬化性、離型性等成形性が良好で、ガラス
転移点が高く、耐半田ストレス性を有するエポキシ樹脂
組成物を得ることができるので、半田付け工程による急
激な温度変化による熱ストレスを受けた時の耐クラック
性に非常に優れ、更に耐湿性が良好なことから電子、電
気部品の封止用、被覆用、絶縁用等に用いた場合、特に
表面実装パッケージに搭載された高集積大型チップＩＣ
において、高度の信頼性を必要とする製品に対して好適
である。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/31 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08G 59/62 C08G 59/24 C08L 63/00 - 63/10 H01L 23/29

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（Ａ）式（１）で示されるビフェニル型エ
   ポキシを総エポキシ樹脂量に対して３０〜１００重量％
   含むエポキシ樹脂、 【化１】 （ここでＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄は水素またはＣＨ₃で、同
   一かまたは異なる原子あるいは基） （Ｂ）硬化剤として、式（２）で示されるフェノール樹
   脂を総硬化剤量に対して５０〜１００重量％含む硬化剤
   および 【化２】 （ここでＸはパラキシリレン、ｎ＝１〜８） （Ｃ）無機充填材を必須成分とし、（Ｃ）無機充填材が
   全組成物中７０〜９０重量％であることを特徴とする半
   導体封止用樹脂組成物。