JPH02173155A - 半導体封止用エポキシ含有組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半田耐熱性、信頼性および作業性に潰れたエポ
キシ含有組成物に関するものである。

エポキシ樹脂は耐熱性、耐湿性、電気特性および接着性
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、接着剤および電気絶縁材料など
の工業材料とじて有効に利用されている。

たとえば、半導体装置などの電子回路部品の封止方法と
しては、従来より金属やセラミックスによるハーメチッ
クシールやフェノール樹脂、シリコーン樹脂およびエポ
キシ樹脂などによる樹脂封止が提案されているが、経済
性、生産性および物性など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。

そして、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２１表表面実装方式がさかんに
なってきているが、それにともなってパッケージも従来
のＤＩＲ（デュアル・インライン・パッケージ）型から
高密度実装、表面実装に適した薄型のＰＰＰ（フラット
・プラスチック・パッケージ）型に移行しつつある。

しかるに、表面実装方式への移行にともない、従来あま
り問題とならなかった半田付は工程が大きな問題となっ
てきている。すなわち、従来のビン挿入実装方式では半
ＦＩＪ付は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
され加熱されるため、半田浴浸漬、不活性ガスの飽和蒸
気による加熱（ベーパフェイズ法）および赤外線リフロ
ー法などによる半田付は方法においては、いずれの方法
でもパッケージ全体が２１Ｏ〜２７０℃の高温に加熱さ
れることになり、従来の封止用樹脂で封止したパンゲー
ジでは半田（・［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
おきるのである。

半田付Ｈ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された水分が半ＩＩ付は加熱
時に爆発的に水蒸気化、ｐｌｉ３１１！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ンゲ
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。

一方、封止用樹脂の改良も種々検討されており、たとえ
ば、封止用樹脂にゴム成分を配合し内部応力を低下させ
る方法（特開昭５８−２１９２１８号公報、特開昭５９
−９６１２２号公報）、無機充填剤の品種を選択する方
法（特開昭５８−１９１３６号公報、特開昭６０−２０
２１４５号公報）、無機充填剤の形状を球形化したり粒
子径をコントロールすることにより応力、ひずみを均一
化させる方法（特開昭６０−１７１７５０号公報、特開
昭６０−１７９３７号公報、特開昭６２−７１１９２４
号公報、特開昭６２−１２４１４３号公報、特開昭６２
−２０９１２８号公報、特公昭６１−２６１２８号公報
）、シリコーンオイルの配合により低応力化させる方法
（特開昭６２−２５４４５４号公報、特開昭６２−２９
６４４９号公報、特公昭６３−３２８０７号公報）およ
び抑水性の添加剤やワックスにより吸水性を低下させ、
半田浴での水分による応力発生を下げる方法（特開昭６
０−６５０２３号公報）などが提案されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかるに、半田耐熱性を改良するなめに乾燥パッケージ
を容器に封入する方法は製造工程および製品の取板作業
が煩雑になるうえ、製品価格がきわめて高価になるとい
う欠点がある。

また、従来提案されているシリカの形状を球形化したり
粒径をコントロールする方法ら、比較的大きい粒径の破
砕シリカを使用することがら、半田耐熱性の向上には有
効ではなかった。

一方、信頼性の向上にはリードフレームの密着性を向上
させることが有効であるが、成形時に金型からの離型力
が高くなるため、作業性との両立が困難であった。

そこで本発明の課題は、上述した従来のエポキシ含有組
成物が有する問題点を解決することにある。

したがって本発明の・目的は、半田付は工程で生じるク
ラックの問題を解消し、信頼性が高く、成形時の離型力
が低い、半田耐熱性、信頼性および作業性が均衡して優
れたエポキシ含有組成物を提供することにあり、表面実
装できる樹脂封止半導体装置を可能にすることにある。

く課題を解決するための手段〉 本発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意検討し
た結果、低応力化剤として特定の変性シリコーン化合物
を使用するとともに、充填剤として特定の粒径を有する
破砕溶融シリカと球状溶融シリカの混合物を用いること
により、上記目的に合致したエポキシ含有組成物が得ら
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（八）、硬化剤（Ｂ）
、変性シリコーン化合物（Ｃ）および平均粒径２０μｍ
以下の溶融シリカ（Ｄ）７０〜８５重量％からなるエポ
キシ含有組成物において、前記溶融シリカ（Ｄ）が平均
粒径１２μｍ以下の破砕溶融シリカ（Ｄ’）４０重量％
以上と平均粒径４０μｍ以下の球状溶融シリカ（Ｄ”　
）　６０重量％以下からなることを特徴とするエポキシ
含有組成物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、１分子中にエポ
キシ基を２個以上有するしのであれば特に限定されず、
これらの具体例としては、たとえばクレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂、ビスヒドロキシビフェニル型エポキ
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およびスピロ環含有エポ
キシ樹脂などが挙げられる。

用途によっては二種以上のエポキシ樹脂を併用してもよ
いか、半導体装置封止用としては耐熱性、耐湿性の点か
らクレゾールノボラック型エポキシ樹脂およびビスヒド
ロキシビフェニル型エポキシ樹脂などのエポキシ当量が
５００以下、特に３００以下のエポキシ樹脂を全エポキ
シ樹脂中に５０重量％以上含むことが好ましい。

本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）の配合量は通常５
〜２５重量％の範囲が好適であり、５、ｕｉ％未満では
成形性や接着性が不十分であり、２５重量％を越えると
線彫版係数が大きくなり、低応力化が困難になる。

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ノボラック、
クレゾールノボラックなどのノボラック樹脂、テトラブ
ロムビスフェノールＡなどのビスフェノール化合物、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ポンなどの芳
香族アミンなどが挙げられる。半導体装置封止用として
は、耐熱性および保存性の点からフェノールノボラック
樹脂やクレゾールノボラック樹脂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％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０．５〜１，６、特
に０．８〜１．３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ｆＡ）と硬化剤（８）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さぜるら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
ゾール類、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
アミンメチル）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級アミン類、
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
の有機金属類およびトリフェニルホスフィン、トリエチ
ルホスフィン、トリブチルボスフィン、トリメチルホス
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ボスフィン類
などが挙げられる。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、その添加型はエポキシ樹
脂（Ａ）１００重量部に対して０．１〜１０重量部の範
囲が好ましい。

本発明における変性シリコーン化合物（Ｃ）とは、オル
ガノポリシロキサン構造の化合物であり、具体例として
は下記式の構造を有するものが挙げられる。

（Ｒ＋〜Ｒ５は水素、炭素数１〜２０のアルキル基、フ
ェニル基およびビニル基から選ばれた一種以上の官能基
、Ｘ、Ｙは炭素数１〜２０のアルキル基、フェニル基、
ビニル基、水酸基、アミノ基、エポキシ基、カルボキシ
ル基、メルカプト基、ポリオキシアルキレン基、アルコ
キシ基およびフッ素原子から選ばれた一種以上の基およ
び／または原子を有する官能基であり、Ｙは水素でもよ
い、また、ｍは１以上の整数、ｎは０以上の整数を示す
、） この変性シリコーン化合物（Ｃ）の添加量は、通常０．
０１〜５重量％、好ましくは０．１〜３重量％、特に０
．３〜２重量％の範囲が半田耐熱性および作業性の点で
好ましい。

本発明における溶融シリカ（Ｄ）は平均粒径２０μｍ以
下であり、平均粒径１２μｍ以下の破砕溶融シリカｆＤ
′）４０重厘％以上と平均粒径４０μｍ以下の球状溶融
シリカ（Ｄ′）６０重量％以下からなるものである。溶
融シリカ（Ｄ）の平均粒径が２０μｍを越える場合、破
砕溶融シリカ（Ｄ′）の平均粒径が１２μｍを越える場
合および球状溶融シリカ（Ｄ″）の平均粒径が４０μｍ
を越える場合には、組成物の半田耐熱性が低下するため
好ましくない、より好適な平均粒径は、溶融シリカ（Ｄ
）が１５μｍ以下、破砕溶融シリカ（Ｄ′）が１０μｍ
以下、球状溶融シリカ（Ｄ“）が３０μｍ以下である。

なお、ここで平均粒径とは累積重量が５０％になる粒径
（メジアン径）を意味する。

さらに、溶融シリカ（Ｄ）の組成において、破砕溶融シ
リカ（Ｄ′）が４０重量％未満で球状溶融シリカ（Ｄ′
）が６０ｆ！量％を越える場合には、半田耐熱性が低下
するため好ましくない、より好適な組成は、破砕溶融シ
リカ（Ｄ′）が６０〜９０重１％、球状溶融シリカ（Ｄ
′）が４０〜１０重量％の範囲である。

本発明において溶融シリカ（Ｄ）の配合量は７０〜８５
重量％、特に７５〜８５重量％の範囲が好適であり、７
０重量％未満では半田耐熱性が不十分であり、８５重量
％を越えると流動性が低下し、成形が困難になるため好
ましくない。

本発明においては、溶融シリカｆＤ）をシランカップリ
ング剤や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、耐湿性および機械
的性質の点で好ましい。

本発明のエポキシ含有組成物には結晶性シリカ、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、ガラス繊維などの充填剤、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、変成ニトリルゴ
ム、変成ポリブタジェンゴムなどのエラストマー、シラ
ンカップリング剤、ナタネートカップリング剤などのカ
ップリング剤、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。

本発明のエポキシ含有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−ニーダ−、ロール、
−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、通常５０〜１５０°Ｃの温度で溶融
混練することにより、樹脂組成物とすることができる。

く実施例〉 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１〜９ 表１に示した配合処方に対し、表２に示した変性シリコ
ーン化合物（Ｃ）および表３に示した溶融シリカ（Ｄ）
を、夫々表４に示した組成比でミキサーによりトライブ
レンドした。これをロール表面温度９０°Ｃ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
ポキシ含有組成物を製造した。

この組成物を用い、低圧トランスファー成形法により１
７５℃×４分の条件で成形して、模擬素子を封止した４
４ｐ　ｉ　ｎＱＦＰを得た後、成形品を１７５℃で５時
間ポストキュアした。

ボストキュア後、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：４４ｐｉｎＱＦＰ１６個を６５°Ｃ１９５
％ＲＨで５０時間加湿後、ペ ーパーフェーズリフロー２１５℃ で９０秒処理し、クラックの発生 しないＱＦＰの個数の割合を求め た。

信　頼　性：前記の半田耐熱性試験を行った４４ｐｉｎ
ＱＦＰを用い、１３０℃、 ８５％ＲＨ、バイアス電圧１０Ｖ テＵ　Ｓ　Ｉ）　ＣＢ　Ｔを行い、累積故障率５０％に
なる時間を求めた。

また、前記の方法で製造したエポキシ含有組成物を用い
て、下記の方法により離型性を評価した。

作　業　性：低圧トランスファー成形法により離型力評
価用金型を用いて１７５ ”ＣＸ　２分の条件で成形し、突き出 しピンの突き出し力を測定して判 定した。

Ｏ・・・・・・良好、Ｘ・・・・・・不良これらの結果
を併せて表４に示す。

表　　　１ ※ｌ　エポキシ樹脂（八）および難燃剤に対して、硬化
剤（Ｂ）を当量比で添加した。

※２　表４に記載した。

表４にみられるように、本発明のエポキシ含有組成物（
実施例１〜６）は、半田耐熱性、信頼性および作業性に
潰れている。

これに対して変性シリコーン化合物（Ｃ）を添加しない
場合（比較例１〜３）は、半田耐熱性、信頼性および作
業性のすべてに劣っている。ここで半田耐熱性が低下す
る理由ははっきりしないが、作業性の低下および吸湿性
が影響している可能性がある。

また、比較例４〜７からは、溶融シリカ（Ｄ）中の破砕
溶融シリカ（Ｄ′）の割合が４０重１％未満の場合、破
砕溶融シリカの平均粒径が１２μｍを越える場合および
溶融シリカ（ロ）の添加量が７０重量％未満の場合はい
ずれも半Ｆｉｌ耐熱性および信頼性に劣っていることが
わかる。

さらに、比較例８からは、溶融シリカ（Ｄ）の添加量が
８５重量％を越えると、流動性不良であり、成形材料と
なり得ないことがわかる。

また、比較例９からは変性シリコーン化合物（Ｃ）を添
加しない場合でも、ＡＩ型剤を０．５重量％添加すれば
作業性は改善されるものの、半田耐熱性および信頼性に
劣っていることがわかる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明のエポキシ含有組成物は、
エポキシ樹脂、硬化剤、変性シリコーン化合物および特
定の溶融シリカを所定量配合したために、半田耐熱性、
信頼性および作業性が均衡して潰れており、表面実装で
きる樹脂封止半導体装置を可能とするために好適な性能
を具備している。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、変性シリコーン化
   合物（Ｃ）および平均粒径２０μｍ以下の溶融シリカ（
   Ｄ）７０〜８５重量％からなるエポキシ含有組成物にお
   いて、前記溶融シリカ（Ｄ）が平均粒径１２μｍ以下の
   破砕溶融シリカ（Ｄ′）４０重量％以上と平均粒径４０
   μｍ以下の球状溶融シリカ（Ｄ″）６０重量％以下から
   なることを特徴とするエポキシ含有組成物。