JPH04216818A - 半導体封止用樹脂組成物 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐熱性、機械的強度な
どの物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ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置におい
ては、その半導体素子をエポキシ樹脂を用いて成形封止
されているものが広く用いられている。このエポキシ樹
脂組成物としては特に多官能エポキシ樹脂、フェノール
ノボラック樹脂、無機質充填材を主成分とした樹脂組成
物が、耐熱性、成形性、電気特性に優れているため封止
材料の主流となってきている。

【０００３】しかしながら、半導体分野の技術革新によ
って集積度の向上とともに素子サイズの大型化、配線の
微細化が進み、パッケージも小形軽量化、薄形化する傾
向にある。さらに近年の半導体装置の基板への表面実装
化に伴ない、パッケージそのものが半田浴温度にさらさ
れるため、パッケージ内の水分が急激に膨張しパッケー
ジにクラックを発生させ、半導体の耐湿性を低下させ、
ひいては信頼性を低下させる原因となっている。これら
の結果、封止材料の耐熱性はますます重要な特性として
要求されてきている。

【０００４】このような観点に立ち、従来より耐熱性に
改良を加えた骨格を有するエポキシ樹脂系の封止材料が
検討されてはいるが、高温時の機械特性、耐クラック性
、耐熱劣化性などの高度の耐熱性能は不充分であった。 また、さらに高い耐熱性を得るべく熱硬化性のポリイミ
ド樹脂を用いた封止材料の開発が試みられているが、得
られた硬化物の耐熱性は高いにもかかわらず機械的強度
が低く、脆いものであり、耐クラック性に劣るものしか
得られていない。さらにエポキシ樹脂に比べ金属との密
着性が低いため、成形時あるいは半田浴浸漬時に素子や
フレームと封止材料との界面で剥離を生じ、著しく耐湿
信頼性が劣るといった欠点を有している。

【０００５】また、エポキシ樹脂と熱硬化性ポリイミド
樹脂両者の特徴を併せ持つ材料を得るべく、両樹脂を併
用した組成物による封止材料の開発が進められている。 具体的には多官能エポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤
との硬化系にポリマレイミド化合物もしくはポリマレイ
ミド化合物とアリル化合物とを添加した組成物が例とし
てあげられる。しかしながら、エポキシ樹脂の硬化触媒
として用いられる有機ホスフィン化合物、３級アミン類
、イミダゾール化合物はマレイミド化合物の反応をも促
進し、しかもマレイミド化合物の反応の方がエポキシ樹
脂の反応よりも優先的に進行するために以下の問題点が
存在する。第一には、成形の際に反応の遅いエポキシ樹
脂成分がブリードし、成形品表面や金型を汚染すること
、第二には硬化物が不均一となるためボイドが発生した
り、機械的強度が充分得られないなどの欠点であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は耐熱性、耐ク
ラック性、金属との密着性に優れ、かつ良好な成形性を
有する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】本発明は（ａ）両末端に
エポキシ基を有する２官能エポキシ樹脂と、芳香環上に
直結したアリル基を有する２価フェノール化合物とを、
フェノール性水酸基に対するエポキシ基の当量比を１．
１〜３．５の範囲で反応させることにより得られるアリ
ル基含有両末端エポキシプレポリマー化合物、（ｂ）両
末端にエポキシ基を有する２官能エポキシ樹脂と芳香環
上に直結したアリル基を有する２価フェノール化合物と
を、エポキシ基に対するフェノール性水酸基の当量比を
１．１〜５．０の範囲で反応させることにより得られる
アリル基含有両末端フェノールプレポリマー化合物、 （ｃ）ポリマレイミド化合物 （ｄ）硬化促進剤 （ｅ）無機質充填材 からなる樹脂組成物で成形の際にはマレイミド化合物と
エポキシ成分中及び硬化剤フェノール成分中のアリル基
との反応が優先し、ポストキュアー時に少量存在するエ
ポキシ基とフェノール性水酸基との反応が完結すること
で、均一で緻密な硬化網目の形成が可能な耐熱性、機械
強度、良好な成形性等の優れた物性を併せ持っている。

【０００８】本発明の（ａ）及び（ｂ）に使用される両
末端にエポキシ基を有する２官能エポキシ樹脂としては
、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ
型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、３
，３’，５，５’−テトラメチルビスフェノール型エポ
キシ樹脂、また臭素化エポキシ樹脂として３，３’，５
，５’−テトラブロムビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
等が好ましい例としてあげられる。なお、成形物の難燃
性を確保するためには、臭素化エポキシ樹脂を一定の割
合で併用することは必須である。

【０００９】一方本発明の（ａ）及び（ｂ）に使用され
るアリル基を有する２価フェノール化合物としては芳香
環上に直接結合したアリル基を有する２価フェノールの
ことで、具体的には３，３’−ジアリルビスフェノール
Ａ、３，３’−ジアリルビスフェノールＳ、３，３’−
ジアリルビ　　フェノール、３，３’−ジアリルビスフ
ェノールＦ等があげられる。これらのアリル基を有する
２価フェノールの合成法は公知であり、２価フェノール
化合物とハロゲン化アリル化合物とをアルカリの存在下
反応させ、さらにクライゼン転位させることで芳香環上
に直接結合するアリル基を有する２価フェノール化合物
が得られる。ハロゲン化アリル化合物としては臭化アリ
ル、塩化アリル等が具体例としてあげられる。上記２価
フェノール化合物とハロゲン化アリル化合物とを反応さ
せる際の組成比により、通常１〜４個のアリル基がフェ
ノールの芳香環上に導入することが可能である。

【００１０】２官能エポキシ樹脂とアリル基を有する２
価フェノール化合物とのプレポリマー化の反応に際して
は、無触媒でも加熱により反応が進行するが、好ましく
は触媒を使用する。触媒としてはイミダゾール系化合物
、第３級アミン有機リン系化合物等通常のエポキシ樹脂
とフェノール化合物の反応に用いられる公知の化合物が
適宜使用可能である。これら触媒を使用するとプレポリ
マー化反応は８０〜１８０℃の加熱下、３０分間〜１２
時間で完結させることが出来る。

【００１１】２官能エポキシ樹脂とアリル基を有する２
価フェノール化合物とを反応させる際には、両者の組成
比を変えることで、エポキシ基を両末端に有するプレポ
リマーまたはフェノール性水酸基を両末端に有するプレ
ポリマーを得ることが出来る。この場合、組成物中のエ
ポキシ基数をＸ、フェノール性水酸基数をＹとすると、
本発明の（ａ）のエポキシ末端プレポリマーでは１．１
≦Ｘ／Ｙ≦３．５の範囲とすべきである。これよりＸ／
Ｙが小さいとプレポリマーの分子量が大きくなりすぎ、
成形材料とした場合の流動性が低下する。またＸ／Ｙが
大きいと、必然的にアリル基を含有しない未反応のエポ
キシ樹脂分子が低分子のフリー成分として残存するため
に、成形性や硬化性の低下の原因となる。一方、本発明
の（ｂ）のフェノール性水酸基末端のプレポリマーの場
合には、両者の組成比を１．１≦Ｙ／Ｘ≦５の範囲にす
べきである。Ｙ／Ｘがこれより小さいとプレポリマー分
子量が大きくなりすぎ、逆にＹ／Ｘが大きすぎるとアリ
ル基含有２価フェノール化合物が低分子量未反応成分と
して残存し、硬化性や耐熱性が低下する。

【００１２】本発明の組成物中の（ａ）成分と（ｂ）成
分の配合割合は、（ａ）成分のプレポリマーのエポキシ
基に対し（ｂ）成分のプレポリマーのフェノール性水酸
基の数が０．８〜１．２となることが好ましい。この範
囲外だと得られる硬化物の耐熱性や耐湿性が低下するこ
とになる。

【００１３】本発明の（ｃ）成分に用いられるポリマレ
イミド化合物とは分子中に２個以上のマレイミド基を含
有する化合物である。その具体例としてはＮ，Ｎ’−ジ
フェニルメタンビスマレイミド、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル
エーテルビスマレイミド、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスルホ
ンビスマレイミド、Ｎ，Ｎ’−ヘキサメチレンビスマレ
イミド、アニリン・ホルマリン重縮合物のマレイミド化
合物等があげられる。また上記ポリマレイミド化合物に
Ｎ−フェニルマレイミド、Ｎ−（４−ヒドロキシフェニ
ル）マレイミド等モノマレイミド化合物を適宜併用する
ことも可能である。

【００１４】本発明の（ａ）成分及び（ｂ）成分のプレ
ポリマーと（ｃ）成分のポリマレイミド化合物との量的
割合は用途、所望の耐熱性等に応じて適宜選択出来る。 一般的には上記（ａ）及び（ｂ）成分と（ｃ）成分との
重量比が３／７〜７／３の範囲となるよう選ぶことが好
ましい。これより（ｃ）成分が少ないと耐熱性向上の効
果がなく、またこれより多いと硬化物が脆くなり、また
密着性が低下する。

【００１５】また本発明の（ａ）成分および／または（
ｂ）成分のプレポリマーと（ｃ）成分のポリマレイミド
化合物とは予め予備反応させて、均一なレジンとするこ
とも可能である。このようなマレイミド変性プレポリマ
ーとすることで、相溶性や硬化性がさらに良好となり、
本発明の特徴をさらに高めることが可能となる。

【００１６】さらに本発明に用いられる（ｄ）成分の硬
化促進剤について例示すると、トリフェニルホスフィン
、トリブチルホスフィン、トリ−４−メチルフェニルホ
スフィンなどの有機ホスフィン化合物、トリブチルアミ
ン、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、トリ
スジメチルアミノメチルフェノール、１，８−ジアサビ
シクロ（５，４，０）ウンデセン−７などの三級アミン
、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール
、２−エチル−４−メチルイミダゾールなどのイミダゾ
ール化合物、ベンゾイルパーオキシド、ジ−ｔ−ブチル
パーオキシド、ジクミルパーオキシド、クメンハイドロ
パーオキシド、メチルエチルケトンパーオキシド、シク
ロヘキサノンパーオキシド、アゾビスイソブチロニトリ
ル等のラジカル重合開始剤等があげられる。これらを単
独で用いても、あるいはその２種以上を併用することも
可能である。

【００１７】本発明に用いられる（ｅ）成分の無機質充
填材としては例えば結晶性シリカ、破砕シリカ、溶融シ
リカ、アルミナ、タルク、炭酸カルシウム、マイカ、ク
レー、炭化珪素、窒化ホウ素、亜鉛華等があげられる。 これら無機質充填材は全樹脂１００重量部に対して、５
０〜８００重量部の範囲で用いられる。また、無機質充
填材の粒度分布を適当に選択することにより、特性の向
上も可能である。

【００１８】本発明の組成物は前述のもの以外、必要に
応じてカーボンブラック等の着色剤、カルナバワックス
、合成ワックス等の離型剤、三酸化アンチモン等の難燃
剤、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等の
カップリング剤、シリコーンゴム、ポリブタジエン等の
ゴム成分を添加することが出来る。本発明の半導体封止
樹脂組成物はロールあるいは押し出し機等の一般の混練
装置により熱溶融混練し、冷却、粉砕することにより成
形材料とすることが出来る。

【００１９】

【実施例】以下本発明を実施例にて具体的に説明する。

【００２０】〔参考例１〕 ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９０
）５１０重量部、３，３’，５，５’−テトラブロモビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量４００）
７０重量部、３，３’−ジアリルビスフェノールＡ（水
酸基当量１５４）２２０重量部、トリフェニルホスフィ
ン１重量部を１２０℃で２時間反応させ、両エポキシ末
端のプレポリマーＡ（エポキシ当量５１０）を得た。さ
らにＮ，Ｎ’−ジフェニルメタンビスマレイミド３４０
重量部を１３０〜１４０℃にて溶解させ、マレイミド変
性プレポリマーＡを得た。

【００２１】〔参考例２〕 参考例１のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を２２０重
量部、３，３’−ジアリルビスフェノールＡを５１０重
量部に変えた他は参考例１と同様にして、両水酸基末端
のマレイミド変性プレポリマーＢ（変性前の水酸基当量
４００）を得た。

【００２２】〔参考例３〕 ３，３’，５，５’−テトラメチルビ　　フェノール型
エポキシ樹脂（エポキシ当量１９０）２２０重量部、　
　３，３’，５，５’−テトラブロモビスフェノールＡ
型エポキシ樹脂７０重量部、３，３’−ジアリルビスフ
ェノールＡ２２０重量部、トリフェニルホスフィン１重
量部を１２０℃で２時間反応させ、両エポキシ末端のプ
レポリマーＣ（エポキシ当量５１０）を得た。さらにＮ
，Ｎ’−ジフェニルメタンビスマレイミド８００重量部
を１３０〜１４０℃にて溶解させ、マレイミド変性プレ
ポリマーＣを得た。

【００２３】〔参考例４〕 参考例３の３，３’，５，５’−テトラメチルビクフェ
ノール型エポキシ樹脂２１０、　　３，３’−ジアリル
ビスフェノールＡを５１０重量部に変えた他は参考例３
と同様にして、両水酸基末端のマレイミド変性プレポリ
マーＤ（変性前の水酸基当量４００）を得た。

【００２４】〔実施例１、２、比較例１、２〕表１に示
す原料をミキサーで混合し、更に８０〜９０℃の２軸ロ
ールで５分間溶融混練後、冷却粉砕して封止用樹脂組成
物を得た。次にこれを１９０℃で３分間の条件でトラン
スファー成形し１９０℃８時間の後硬化を行なった後、
物性評価を行なった。各特性値を表１に示す。 ＊１　　スパイラルフロー ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準じたスパイラルフロー測定用金
型を用い、試料を１５ｇ、成形温度１９０℃、成形圧力
７．０ＭＰａ、成形時間３分で成形したときの成形品の
長さ。 ＊２　　曲げ強度 テンシロン曲げ測定機、スパン１００ｍｍ、負荷速度１
０ｍｍ／ｍｉｎ、２６０℃における測定値。 ＊３　　ガラス転移点 熱膨張係数測定機、サンプルサイズ１５×３＊４　　半
田耐熱性試験 成形品（チップサイズ３６ｍｍ２、パッケージ厚み２ｍ
ｍ）２０ヶについて８５℃、８５％ＲＨの水蒸気下で７
２時間処理後、２４０℃の半田槽に１０秒間浸漬し、ク
ラックの発生した個数を示す。 ＊５　　金型汚れ 成形１０００ショット後の金型汚れの状態を目視で判断
。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明による半導体封止
用樹脂組成物によればポリマレイミド化合物成分の導入
により通常のエポキシ樹脂系に比ベガラス転移温度や熱
時強度が向上するために、半田浴に浸漬してもパッケー
ジにクラックの発生が起こらない。また一方、エポキシ
樹脂系にマレイミド化合物を添加した場合のように、硬
化の遅いエポキシ成分が成形時にブリードし、金型を汚
染することもない。これから明らかのように、本組成物
は耐熱性、耐クラック性、成形性、信頼性に優れた封止
材料として有用である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　（ａ）両末端にエポキシ基を有する２
   官能エポキシ樹脂と、芳香環上に直結したアリル基を有
   する２価フェノール化合物とを、フェノール性水酸基に
   対するエポキシ基の当量比を１．１〜３．５の範囲で反
   応させることにより得られるアリル基含有両末端エポキ
   シプレポリマー化合物、 （ｂ）両末端にエポキシ基を有する２官能エポキシ樹脂
   と芳香環上に直結したアリル基を有する２価フェノール
   化合物とを、エポキシ基に対するフェノール性水酸基の
   当量比を１．１〜５．０の範囲で反応させることにより
   得られるアリル基含有両末端フェノールプレポリマー化
   合物、 （ｃ）ポリマレイミド化合物 （ｄ）硬化促進剤 （ｅ）無機質充填材 からなることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。