JPH0299552A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、半田耐熱性および信顆性に優れ、線膨脹係数
の小さい一エポキシ樹脂組成物に関するものである。

〈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。

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
ールやフェノール樹脂、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が、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。

一方、最近は、プリント基板への部品実装においては高
密度化、自動化が進められており、従来のリードビンを
基板の穴に挿入する゛′挿入実装方弐″に代り、基板表
面に部品を半田付けする゛ゝ表面実装方弐″がさかんに
なってきている。それに伴い、パッケージも従来のＤＩ
Ｒ（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。

表面実装方式への移行に伴い、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。従
来のピン挿入実装方式では半田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０表面実装方式
における半田付は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用樹脂で封止したパッケージ
は半田付は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。

半田付は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田付は加熱時
に爆発的に水蒸気化、膨張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。

封止用樹脂の改良ら種々検討されている。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５９−９６
１２２号公報）、無機充填剤の品種を運択する方法（特
開昭５８−１９１３６号公報、特開昭６０−２０２１４
５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６２−７４９２４号公報、
特開昭６２−１２４１４３号公報、特開昭６２−２０９
１２８号公報、特公昭６３−２６１２８号公報）、溌水
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６０−６
５０２３号公法）などがある。

〈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煩雑になるうえ、製品価格が
きわめて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、それぞれ少しずつ
効果をあげてきているが、実装技術の進歩に伴うより過
酷な要請に答えるには十分でない、具体的にはこれら従
来の方法で得られた樹脂により封止された半導体装置を
加湿処理後、たとえば、８５°Ｃ／８５％ＲＨ処理７２
時間、または１２１’Ｃ／２気圧ＰＣＴ　（プレッシャ
ー・クツカー・テスト）処理７２時間後に半田浴に浸す
と樹脂部分にはことごとく膨れまたはクラックが発生し
、信頼性が低下する。

すなわち、まだ半田付は加熱時のクラック発生を防止し
、信頼性の高い封止用樹脂は得られておらず、表面実装
化技術の進展に対応した半田耐熱性が優れた封止用樹脂
の開発が望まれているのが現状である。

本発明の目的は、かかる半田付は工程で生じるクラック
の問題を解消し、信頼性の高いエポキシ樹脂組成物を提
供することにあり、表面実装が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〉 すなわち本発明は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化側（Ｂ）
および平均粒径２０μｍ以下の溶融シリカ（Ｃ）７５〜
８５重量％を含有するエポキシ樹脂組成物であって、前
記溶融シリカ（Ｃ）が平均粒径１０μｍの破砕溶融シリ
カｆｃ’＋９０〜５０重量％と平均粒径３０μｍ以下の
球状溶融シリカ（Ｃ’）１０〜５０重景％か重量り、か
つ前記組成物の線膨脹係数が１５　ｘ　１０−６／’Ｃ
以下であるエポキシ樹脂組成物である。

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個以上有するものであれば特に限定されない
。

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、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
いが、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、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５０
０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％である。５重量％未満では、成形性、接着
性が不十分であり、２５重１％を越えると線膨脹係数が
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）としてはエポキシ樹脂ｆＡ
＞と反応して硬化させるものであれば特に限定されない
。

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、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。半導体装置封止用としては耐熱性、保存性の点か
らフェノールノボラック、クレゾールノボラックが好ま
しく用いられる。用途によっては二種以上の硬化剤を併
用してらよい。

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（八）と硬化剤ｆＢ）の配合比
は、機械的性質、耐湿性の点から（Ａ）に対する（８）
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、、ｔ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
進させるものならば特に限定されない、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、トリフェニルホスフィン、トリエチルホスフィン、
トリブチルホスフィン、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ホスフィン類などが挙げられ
る。用途によっては二種以上の硬化触媒を併用してもよ
い、硬化触媒の添加量はエポキシ樹脂（Ａ）１００重量
部に対して０．３〜１０重量部が好ましい。

本発明における溶融シリカ（Ｃ）は平均粒径が２０μｍ
以下であり、平均粒径１０μｍ以下の破砕溶融シリカ（
Ｃ’＋９０〜５０重量％と平均粒径３０μｍ以下の球状
溶融シリカ（Ｃ’＋１０〜５０重量％からなる。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。溶融　シリカ（Ｃ）の平均粒径が２０
μｍを越えるか、または破砕溶融シリカ（Ｃ′）の平均
粒径が１０μｍを越えると半田耐熱性が不十分である。

また、球状溶融シリカ（Ｃ′）の平均粒径が３０μｍを
越えると半導体のＡβ配線にダメージを与える。溶融シ
リカ（Ｃ）の平均粒径は好ましくは１５μｍ以下である
。

本発明の溶融シリカ（Ｃ）における破砕溶融シリカ（Ｃ
′）と球状溶融シリカ（Ｃ′）の比率は、（Ｃ゛）が９
０〜５０重景％、重量′）が１０〜５０重量％である。

破砕溶融シリカ（Ｃ′）の比率が９０重１％を越えると
、成形時の流動性が低下し、５０重量％未満では半田耐
熱性が不十分である本発明において、溶融シリカ（Ｃ）
の配合量は７５〜８５重量％、好ましくは７５〜８３重
量％である。７５重量％未満では半田耐熱性が不十分で
あり、８５重量％を越えると成形時の流動性が低下し、
実用的ではない。

本発明において、溶融シリカ（Ｃ）はシランカップリン
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。

本発明のエポキシ樹脂組成物は線膨脹係数が１５　ｘ　
１０−６／℃以下、好ましくは１３Ｘ１０−６／’Ｃ以
下である。線膨脹係数が１５Ｘ１０−６／℃を越えると
熱応力が大きくなり半田耐熱性が低下する。ここで、線
膨脹係数はエポキシ樹脂組成物を十分硬化させた状態で
ＡＳＴＭ　　Ｄ６９６規格に基づいて測定したガラス転
移温度以下での値である。

本発明のエポキシ樹脂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、シリコーンオイル、変成ニトリル
ゴム、変成ポリブタジェンゴム、オレフィン系ゴム、ス
チレン系ゴムなどのエラストマー、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、
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飛
型剤、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。

本発明のエポキシ樹脂組成物は溶融混練することが好ま
しく、溶融混練は公知の方法を用いることができる。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、コニーダーなどを用い、通常５０
〜１５０°Ｃの温度で樹脂組成物とすることができる。

〈実施例〉 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例中の部数は重量部を意味する。

実施例１〜７、比較例１〜５ 表１および表２に示す配合処方の組成比で試薬をミキサ
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・粉砕してエポキシ樹脂組成物を製造した。

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°ＣＸ４分の条件で成形して、模擬素子を封止した
４４ｐ　ｉ　ｎＱＦＰを得た後、成形品とランナ一部分
を１７５　’Ｃ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：４４ｐｔｎＱＦＰ１６個を８５°Ｃ１８５
％ＲＨで７２時間加温処理後、 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。

線膨脹係数：　４４ｐ　ｔ　ｎＱＦＰ成形時のランナ一
部分を用いてＡＳＴＭ　　Ｄ−６ ９６規格に従い測定し、５０〜１ ７０℃の値を求めた。

信　頼　性：前記の半田耐熱性試験を行った４４ｐ　ｉ
　ｎＱＦＰを用い、１２１°Ｃ１１００％ＲＨで加熱処
理し、ピン 不良発生率５０％になる時間を求 めた。

これらの結果を合せて表２に示す。

比較例６ 表１に示すエポキシ樹脂（Ａ）、硬化触媒のかわりに各
々エポキシ当量１９０のクレゾールノボラックエポキシ
樹脂と２−フェニルイミダゾールを使用した以外は表１
および表３に示す配合処方で実施例１〜７、比較例１〜
５と同様に混疎し、成形・評価した。これらの結果を表
３に示す。

比較例７ エラストマーの添加量を０重量％とじ、エポキシ樹脂（
人）、硬化剤（Ｂ）および溶融シリカ（Ｃ）の添加量を
表３に示す割合に変更した以外は比較例６と同じ配合処
方で混練し、成形・評価しな、これらの結果を合せて表
３に示す。

のエポキシ樹脂組成物は、半田耐熱性が６９％以上、信
頼性が１２９０ｈと優れている。

これに対して、比較例１．３にみられるように、破砕溶
融シリカ（Ｃ１の平均粒径が１０μｍを越える場合、破
砕溶融シリカ（Ｃ”）のシリカ中の割合が５０重量％未
満の場合は、半田耐熱性が２５％以下、信頼性が３００
ｈ以下と劣っている。

また、比較例２にみられるようにシリカ中の破砕シリカ
の比率が９０重量％を越える場合は、信頼性が５７０ｈ
と劣っている。

さらに比較例４にみられるように、溶融シリカ（Ｃ＞の
添加量が７５重量％未満で線膨脹係数が１５Ｘ１０”６
／’Ｃを越える場合は、半田耐熱性が１３％、信頼性が
２６０ｈと劣っている。

比較例５にみらられるように溶融シリカ（Ｃ）の添加量
が８５重量％を越えると、流動性が低下し、成形時に未
充填が発生した。

（以下本頁余白） 表３にみられるように、比較例６．７では平均粒径１０
μｍ以下の破砕溶融シリカｔｃ’１９０〜５０重量％と
平均粒径３０μｍ以下の球状溶融シリカ１０〜９０重量
％からなる平均粒径２０μｍ以下の溶融シリカｆｃ）を
７５〜８５１ＪＬｉ％含有しているが線膨脹係数が１５
Ｘ１０−６／℃を越えている。この場合は、半田耐熱性
が７３％以下、信頼性が２８０ｈ以下と劣っている。

このことから本発明においては、線膨脹係数が１５　Ｘ
　１０−６／’Ｃ以下であることが必要なことが明白で
ある。

〈発明の効果〉 本発明は、エポキシ樹脂に硬化剤および特定の組成の溶
融シリカを添加し、線膨脹係数を小さくすることにより
半田耐熱性および信頼性に優れたエポキシ樹脂組成物が
得られる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）および平均粒径２０
   μｍ以下の溶融シリカ（Ｃ）７５〜８５重量％を含有す
   るエポキシ樹脂組成物であって、前記溶融シリカ（Ｃ）
   が平均粒径１０μｍ以下の破砕溶融シリカ（Ｃ′）９０
   〜５０重量％と平均粒径３０μｍ以下の球状溶融シリカ
   （Ｃ″）１０〜５０重量％からなり、かつ前記組成物の
   線膨脹係数が１５×１０＾−＾６／℃以下であるエポキ
   シ樹脂組成物。