JPH03177416A - 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） 本発明は電子部品等の封止、特に半導体、ＩＣ１ＬＳＩ
等の制止に好適ｉエポキシ樹脂組成物に関するものであ
る。

（従来の技術） 近年電子部品、特に半導体、ＩＣ，ＬＳＩ等の封止には
安価、量産性及び比較的バランスのとれた信頼性を有す
るため、エポキシ樹脂組成物をもちいたトランスファー
成形による成形体が最も広く用いられている。しかしこ
の底形体は、金属ケースやセラミック等の透水性の無い
材料によるハーメチック側止に比べ、特に耐湿信頼性の
劣るのが欠点であった０これは、半導体素子をエポキシ
樹脂組成物で封止した後、成形体を通常使用される環境
または温湿度の加速された環境中におくと次第に吸湿し
て半導体素子等の微細な配線、特にアルミニウム配線が
腐食し、リーク電流が増加、ついには断線してしまうた
めである。

エポキシ樹脂組成物による刺止の上記に述べた欠点は、
（ａ）樹ｌ旨が本質的に透水性を有していること、（ｂ
）リードフレーム、半導体素子等とｗ＋ｍとの接着性が
十分でないこと、（Ｃ）樹脂中にはいろいろな不純物が
含まれていること、（ｄ）エポキシ樹脂が脆いこと等に
由来している。（ａｌは樹脂の本質的欠点であるため主
に（１））％　（Ｃ）及び（ｄ）について撞々の改良が
なされてさた。（ｂ）についてはカップリング剤、及び
内部離型剤等、（Ｃ）についてはエポキシ樹脂、硬化剤
、充填剤等について、（ｄ）については各種の可とう仕
付与剤の添加で改良がなされて＠た。

しかし近年、電子部品の小型、薄型化のため、電子部品
の実装方法が従来のピン挿入方式から表面実装方式へと
移行するに伴い、更に大きな問題が生じてきた。表面実
装方式の場合、成形体の形状にはＳＯＰ、　ＱＦＰ、　
ＰＬＣＣ等があり、これらの配線基板への実装（半田付
け）の際には、不活性浴剤蒸気、半田浴浸漬、’Ｅ７’
Ｃは赤外線加熱炉などで、２００〜３００℃の高温で処
理されるが、この際の熱衝億で耐湿信頼性が著しく低下
する、もしくは外部にまで達するクラックが生ずる事で
ある。

これは実装する筐で通常の環境に成形体上放置すると水
分を吸収するが、その水分が実装の際の急激な温度上昇
で爆発的に気化膨張して、樹脂とリードフレーム間、樹
脂と半導体素子間の界面剥離、ひいては４１１１＆にク
ラック七生じさせるからである。

このような現象は半田付けの際に生ずるため、半田耐熱
性と言われている。

この半田耐熱性改良のため撞々試みられてきた。

半導体メーカーサイドでは、リードフレームの形状に工
夫を凝らす、成形体を乾燥刺入れて梱包する、半導体の
ニーデーサイドでは、使用直前に乾燥することなどであ
る（　ＮＩＫＫＥＩ　ＭＩＣＲＯＤＥＶＩＣＥ８１９８
８年５月号６６頁、ＮＩＫＫＢＩ　ＥＬＥＣＴＲＯＮＩ
Ｃ８１９８８年６月号１０５頁）。しかしこれらはコス
トアップの要因となる等のため、好ましいものではない
。このため成形材料での改良が強く望筐れて！８た〇 成形材料メーカーサイドでは、フィラーを高充填して耐
熱衝撃性を向上させる（特開昭６１９７３２２号公報）
、熱可塑性樹脂七酪加する（特開昭６２−２６０８１５
号公報）、はつ水性の添加剤やワックスにより吸水性を
低下させ、実装時の水分による応力上下げる（特開昭６
０−６５０２３号公報）等の事が試みられているが、未
だ満足するレベルには至ってない。最近では、従来おも
に用いられてきたクレゾールノボラツクエボキ７ｍ脂の
かわジに新規な４，４′−ビス（２゜ろ−エポキシプロ
ポキシ）−３，３’、　５．５’−テトラメチルビフェ
ニルを用いる方法（ｔ＃開昭６３−２５１４１９号公報
）が注目されている。

本発明者らもこの新規なエポキシ樹脂に着目して種々検
討した。このエポキシ樹脂のみを用いたエポキシ樹脂組
成物でＩＣＱ刺止すると確かに半田耐熱性は同上したが
、ガラス点移転が低い、パリが多い、熱時硬度が低い等
の致命的欠点全方することも分かつてきた。

また半導体素子の大型化、配婦の微細化等のため、低応
力化は必須となっているが、そのために添加する可とう
仕付与剤によって発生する金型汚れ、成形体外観不良、
捺印性不良等の成形性不良も、更に改良を必要としてい
る。

（発明が解決しようとする課題） 本発明者らはかかる課題上改善するため鋭意努カシた結
果、ビスヒドロキシビフェニル系エポキシ樹脂と特定の
フェノール型硬化剤を用い、またさらに特定の可とう仕
付与剤を併用するとガラス転移腐金低下させることなく
、半田耐熱性及び耐湿信頼性が大幅に向上し、成形性等
も良好なことを観察し、本発明を完成した。丁なわち本
発明は電子部品、特に半導体、ＩＣ５ＬＳＩ等七衝脂倒
止した場合に、良好な成形性全保ちつつ従来十分とは言
えなかった半田耐熱性、耐湿信頼性、成゛形性を大幅に
向上させるものである。

（課題上解決するための手段） 本発明はビスヒドロキシビフェニル系エポキシ樹脂と、
特定の多官能フェノール型硬化剤を用い、更に好ましく
は特定の可とう性付与剤七添加することによシ、電子部
品等を封止した際に半田耐熱性、耐湿信頼性上大幅に向
上させ、かつ成形性も良好な半導体刺止用エポキシ樹雇
組成物七提供するものである。

子女わち本発明は、 （Ａｂ下記式で表されるビスヒドロキシビフェニル系エ
ポキシ樹脂 （式中、Ｒは水素原子またはメチル基’ｋ、Ｒ１〜ＢＢ
は水素原子、メチル基、エチル基、イソプロピル基、フ
ェニル基よシ選ばれた同一もしくは異なる基全売す。ま
たｎは０〜５の整数全売す。）（Ｂ）　　次式（２）、
（３）及び（４）で示される多官能フェノール型硬化剤
から選ばれた少なくとも１種類及び（式中　Ｒ５＋は水
素またはメチル基金、ｍはＤ〜１０の整数を示す。） （ 式中、 Ｒ１０は水素またはメチル基金示す。

） （４） （ 式中、 １１１は水素またはメチル基金、 ｋは０〜 ３の整数を示す。

） （Ｃ） 無機質充填剤 以上の３成分を主成分とする半導体刺止用エポキシ樹脂
組成物及び前記組成物と可とう性付与剤とを主成分とし
て配合した半導体刺止用エポキシ樹脂組成物である。

次に本発明の詳細な説明する。

本発明に用いられるエポキシ樹脂（Ａ）方は下記に示す
ビスヒドロキシビフェニル系エポキシ樹脂である。

さ／ （式中、Ｒは水素原子またはメチル基を、Ｒ１−Ｒ８は
水素原子、メチル基、エテル基、イングロビル基、フェ
ニル基よジ選ばｎた同一もしくは異なる基を示す。ｔｆ
Ｃｎは０〜５の整数を示す。）ｎは大きくなるとガラス
転移点が低下するので、０〜１．０が好ましい。具体的
にはＲ，Ｒ１−Ｒ８が水素原子であるもの、Ｒが水素原
子　ＢＩ　　Ｒ３Ｈ６Ｒ８がメチル基、Ｒｉ！　　Ｈ４
Ｂ　５　　Ｒ７が水素原子であるものなどである。本エ
ポキシ値脂の不純物は少ないほど好１しく、具体的には
熱水で抽出されるイオン性不純物はナトリウムイオン、
塩素イオン共に１０　ｐｐｍ以下、また加水分解性塩素
は０．１重量多以下が好ましい。

上記エポキシ樹脂とともに他のエポキシ樹脂、例えばビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂、各植フェノール類から
合成されるノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルエス
テル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂
、鎖状脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素
環型エポキシ樹脂、６官能エポキシ樹脂、４官能エポキ
シ樹脂あるいは、難燃性付与するためこれらに塩素、臭
素などのハロゲンを導入したエポキシ樹脂などを、エポ
キシ樹脂総量の５０重ｆ優以内であれば用いてもよいつ
これよシ多いと半田耐熱性、耐湿信頼性が低下するため
である。これらのエポキシ樹脂も不純物は少ないほど好
ましく、具体的には熱水で抽出されるイオン性不純物は
ナトリウムイオン、塩素イオン共に１０　ｐｐｍ以下、
また加水分解性塩素は０．１″ｉｔ係以下が好ましい。

次に本発明に用いる多官能フェノール型硬化剤は次式で
示されるもののうちの、少なくともＩａＩ類である。

（式中、 Ｒ９は水素またはメチル基金、 ｍは１〜 ０の整数全示す。

） （式中、 Ｒ１０は水素筐たはメチル基全売す。

） （式中、 Ｒ１１は水素またはメチル基を１ には０〜 ３の整数を示す。

） これら鷺具体的に例示すると、 （２）式でＲ９が水素 であるＴＭＰ　−１（軟化点１１２℃）　ＴＭＰ　−２
（軟化点１２６℃）（ともに日本化薬（株）製Ｌ（３）
式でＲｌＯが水素であるＹＬ、−６０６３（油化シェル
エポキシ（株）製）、＋４）式でＢｌｌが水素でちるも
の（油化シェルエポキシ（株）！Ａ）等が挙げられる。

これらの硬化剤とともに従来よく用いられているノボラ
ック型硬化剤七併用しても良い。例えばフェノール、ク
レゾール、キシレノール、プロピルフェノール、アミル
フェノール、フナルフェノール、オクチルフェノール、
フェニルフェノール、アリルフェノール、ビスフェノー
ルＡルゾルシノールなどが単独で、筐たはそれらを併用
して合成されるノボラック樹脂等が挙げられる。但しこ
れらに含１れる未縮合のフェノール性化合物は１Ｎ＃優
以下、好筐しくばＯ，Ｓｘｔ係以下のノボラック樹脂が
好ましい。また軟化点は、５０℃以上、好ましくは７０
℃以上のものである。これらのノボラック型硬化剤を併
用する場合、本発明に必須な多官能フェノール型硬化剤
は硬化剤総量の２０重を係以上、好ましくは３０東−ｉ
俤以上である。

２０１ｉｔ悌よシ少ないとガラス転移点、底形性會改良
できない。

なおいずれの硬化剤も不純物は少ないほど好ましく、具
体的には熱水で抽出されるイオン性不純物はナトリウム
イオン、塩素イオン共に１０　ｐｐｍ以下が好ましい。

上記硬化剤の配合量は、硬化剤の７エノール性水酸基と
エポキシ樹脂のエポキシ基の比が０．３〜１．２の範囲
、特に好ましくは０．４〜１．１の範囲にあるのがよい
。上記範囲以外では耐湿信頼性他で低下させるので好ま
しくない。

次に本発明のエポキシ樹脂組成物に用いられる［Ｃ１無
機質充填剤としては、結晶シリカ、溶融シリカ、タルク
、アルミナ、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸バ
リウム、窒化珪素などの粉末あるいはガラス、窒化珪素
及び炭化珪素の繊維やウィスカーなどが挙げられ、これ
らの１種または２種以上が用いられる。これらのうちで
はシリカ、特に浴融シリカが高純度及び低い熱膨張率を
有することから好ましい。形状としては通常の破砕品以
外に球状のものも好適に用いられる。これらは粒度分布
調整のため２棟類以上併用することがあるが、その場合
も含め無機質充填剤全体の平均粒径は、２０μｍ以下好
１しくは１３μｍ以下、更に好１しくは１０μｍ以下で
ある。２０μｍよシ大きいと半田耐熱性が劣るためであ
る。Ｉた大きい粒径の無機質充填剤はＩＣ表面のガラス
質の保護膜（例えばＰＳＧや窒化珪素膜）を傷つけるの
で、１５０μｍ以上の粒径のものは０．１］１［ｆｌＬ
下とすることが必要で、好ましくは１０４μη番以上の
粒径のものが０．１重賃鴫以下である。

充填剤の配合量は、組成物全体に対して７０重量鴫以上
が好ましく、更に好ましくは７３重を係以上であり、成
形性等欠損なわない限り多いほうがよい。特に球状フィ
ラー七充填剤の全＠または一部に用いた場合、８０１ｒ
ｔ４以上９０重ｆ％筐で配合することもできる。７０重
ｍｔｓ未満では半田耐熱性が不十分となる恐れがある。

そして９０ｘｔｓｔ−超えると成形時の流動性が低下す
るので好ましくない。

次に本発明に用いられる可と５性付与剤としては次のよ
うな物が挙げられる。シリコーンゴム、ポリサリファイ
ドイム、ブタジェン変性ゴム、水添ブタジェンステラ／
ゴムまたはブロックポリマー、熱可塑性エストラマーな
とのゴム状物質、シリコーンオイルなどのオイル状物質
、各種熱可暖性樹脂、シリコーンｍ＠などの樹脂状物質
、あるいはエポキシ樹脂、フェノール樹脂の一部または
全ｗ５ヲアミノシリコーン、エポキシシリコーン、アル
コキシシリコーンなどで変性したもの等が例示される。

これらの中で特に好筐しいものとして（ａ）水素添加ス
テレンーブタジエンブロックコボリマー、水素添加スチ
レン−イソプレンブロックコポリマー水素添加アクリロ
ニトリル−ブタジェンコポリマー、それらにカルボキシ
ル基、酸無水物基、トリアルコキシシリル基、アミノ基
などのエポキシ樹＠またはフェノール型硬化剤と反応し
得る官能基を持つもの、（ｂ］アミノシリコーンとエポ
キシシリコーンのように相互に反応し得る官能基に持つ
２種以上の反応性シリコーン七、予めエポキシ樹脂ｌた
はフェノール型硬化剤で変性したもの、またはシリコー
ン側脂粉末が挙げられる。上記（ａ）−！たは（ｂ）？
！−用いた場合、耐湿信頼性が良いのみならず、染みだ
し等の無い成形性の良好なものとすることかでさる。１
＊耐熱性の良好な可とう性付与剤なため、成形体全高温
に長時間放置しても、安定した性能に保持することがで
きる。

上記可とう性付与剤のＬ（加量は、組成物全体の０．１
〜１０亀遣係、好ましくは０．３〜８本ｆ％である。０
．１重量係未満では可とう性付与の効果がなく、１ＯＮ
苛係よシ多いと流動性の低下、ピンホールの多発などの
成形性不良金生ずるためである。

本発明のエポキシＷ脂組成物には、短時間で成形が終了
するよう硬化促進剤で添加する。好ましい硬化促進剤と
しては、１．８−ジアゾビシクロ（５，４，０）−７−
ウンデセン（以後ＤＢＴ、Ｔという）、６−シプチルア
ミノー１．８−ジアゾビシクロ（５，４，０）ウンデセ
ン−７，７−メチル−１，５，７−トリアずビシクロ（
４，４，０）デセン−５等やそのカルボン酸塩やフェノ
ールノボラック塩、トリフェニルフォスフイン等のアル
キルフォスフイン類、トリエテルアンモニウム−テトラ
フェニルボロン酸塩、テトラフェニルホスホニウム−テ
トラフェニルボロン酸塩等のテトラフェニルボロン酸塩
類、トリフェニルフォスフイン・トリフェニルボロン等
のボロン化合物、トリフェニルフォスフイン・トリエト
キシアルミニウム等の錯化合物、テトラブチルホスホニ
ウム・ペンゾトリアデラート等のペンゾトリアゾラート
塩、テトラ−ｎ−ブチルホスホニウム０．０−ジエチル
ホスホロジテオエート、各種のイミダゾール類等で、１
撞又は２種以上が用いられる。これらの添加量は、通常
エポキシｗｌ旨総量に対して０．１〜５重ｔ４である。

本発明のエポキシ樹脂組成物には必要に応じ、カルナバ
ワックス、モンタンワックス、高級脂肪酸及びそのカル
シウム塩、弗素化合物、ポリエチレンワックス、固形筐
たはオイル状シリコーンなどの離型剤、三酸化アンチモ
ン、五酸化アンチモン等の難燃化助剤、カーボンブラッ
クなどの着色剤、γ−グリシドオキシプロビル　トリメ
トキシシラン、γ−アミノプロざル　トリエトキシシラ
ン、γ−メルカプトプロピル　トリメトキシシラン、ウ
レイドプロピル　トリエトキシシランなどのカップリン
グ剤′に適宜添加配合することかできる。

この組成物に付いては耐熱性を向上させるため、ビスマ
レイミド等のイミド化合物他全配合することも好ましい
。

本発明の組成物は、上記諸材料全プレンダーまたはミキ
サーで混合後、加熱ロール１次はニーダ−などで尚融混
練した後、冷却粉砕して製造できる。

（実施例） 次に本発明の実施例乞示し、以下の部（４丁べて重ｆ５
を示す。

実施例１〜１６及び比較例１〜２ 表１に示す各材料上表２に示す割合に計量し、ミキサー
で混合、更に加熱ロールで混練し、そして冷却粉砕して
エポキシ樹脂組成物を得た。

なお実施例で用いたシリコーン変性樹脂は次のようにし
て２撞類を得た。上記表１に記載した硬化剤Ｄ１８０部
金１４Ｏ℃に加熱溶融したのち、エポキシ当ｆ２５００
、分子量約１万２０００のエポキシ基金側枝に持つジメ
チルシリコーンオイル９６部と、アミノ基当＋１（アミ
ノ基１モルに含むグラム数と定義する）２０００、分子
を豹４０ＵＯの両末端にアミノ基をもつジメチルシリコ
ーンオイル５７部とを添加し、高速で撹拌して分散させ
た。更に６時間反応させた後取り出して、冷却、粉砕し
てシリコーン変性フェノール型硬化剤を得た。次に硬化
剤りの代わＤに表１に記載したエポキシ樹脂Ａ業用いた
以外は、前記と同様の材料と方法とによりシリコーン変
性エポキシ基金側枝得いずれも実施例の添加量は正味の
シリコーン量で示した。

これらの組成＠は次の方法で評価した。結果は表３に示
した＠ 成形性 流れ性は１７０℃でのスパイラルフローで比較した。パ
リ性は２．５．１０，３０．５０μｍの間隙全方する金
型でトランスファー成形し、その間隙に出たパリの長さ
の平均値で比較した。

半田耐熱性 ６１１角のシリコンチップをステージに接着したリード
フレームで各組ｇ物でトランスファー成形し、８０　ｋ
’　ｙ　ＱＦＰ成形体乞得た。つぎにアフターキュアー
し、８５℃、８５係ＲＨの条件で９６．１２０時間吸湿
さ一＋！′：たのち、約２１５℃のフッ素系溶剤蒸気中
に６０抄明曝した。それらのパッケージの外観は顕４８
！で、内部は個音波映像探査装置（日立建機社製）で観
察し、外部・内部クラックの有無を調べた。パッケージ
数は１０個ずつとした〇 耐湿信頼性 対向するアルミニウム配置’＊−有する評価用シリコン
素子全１６ピンＤＩＰに各組成物でトランスファー成形
した。アフターキュアーののち２６０℃の半田浴に１０
秒間浸漬し、そして加速して耐湿信頼性を見るため成形
体は、２０ｖのバイアスをかげつつ１２５℃の飽和加圧
水蒸気下におくバイアスプレッシャークツカーテスト（
以後ＢＰＣＴという）にかげた。素子は各々のテストに
２０個ずつ用いて、アルミニウム配線の腐食によるオー
プン不良と成る素子の数の経時変化を調ぺた。

（発明の効果） 上記実施例から明らかなように、本発明の半導体刺止用
エポキシ樹脂組成物は、はりが少ないなど成形性が良好
で、半田付けの際の熱衝撃に強く、耐湿イδ頼性が大幅
に良好であるため、電子部品、特に半導体、ＩＣＸＬＳ
Ｉ等に好適となる特徴がある。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）（Ａ）下記式で表されるビスヒドロキシビフエニ
   ル系エポキシ樹脂 ▲数式、化学式、表等があります▼（１） （式中、Ｒは水素原子またはメチル基を、Ｒ＾１〜Ｒ＾
   ８は水素原子、メチル基、エテル基、イソプロピル基、
   フェニル基より選ばれた同一もしくは異なる基を示す。 またｎは０〜５の整数を示す。）（Ｂ）次式（２）、（
   ３）及び（４）で示される多官能フェノール型硬化剤か
   ら選ばれた少なくとも１種類及び▲数式、化学式、表等
   があります▼（２） （式中、Ｒ＾９は水素またはメチル基を、ｍは０〜１０
   の整数を示す。） ▲数式、化学式、表等があります▼（３） （式中、Ｒ＾１＾０は水素またはメチル基を示す。）▲
   数式、化学式、表等があります▼（４） （式中、Ｒ＾１＾１は水素またはメチル基を、ｋは０〜
   ３の整数を示す。） （Ｃ）無機質充填剤 以上の３成分を主成分とする半導体封止用エポキシ樹脂
   組成物。
2. （２）請求項１記載の樹脂組成物と可とう性付与剤とを
   主成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. （３）可とう性付与剤が、水素添加スチレン−ブタジエ
   ンブロツクコポリマー、水素添加スチレン−イソプレン
   ブロツクコポリマー、水素添加アクリロニトリル−ブタ
   ジエンコポリマー、シリコーン樹脂粉末、シリコーン変
   性エポキシ樹脂及びシリコーン変性フェノール型硬化剤
   から選ばれた少なくとも１種である請求項２記載の半導
   体封止用エポキシ樹脂組成物。