JPH04218523A

JPH04218523A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH04218523A
Application number: JP3070887A
Authority: JP
Inventors: Shiro Honda; 史郎本田; Keiji Kayaba; 啓司萱場; Masayuki Tanaka; 正幸田中
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1990-04-04
Filing date: 1991-04-03
Publication date: 1992-08-10
Anticipated expiration: 2010-04-12
Also published as: JPH0733429B2

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、半田付け工程で生じる
パッケージクラックの問題を解消する、すなわち半田耐
熱性に優れるエポキシ樹脂組成物に関するものである。

【０００２】

【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とフェノー
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。しかし、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。

【０００３】一方、最近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“表面実装方式”が盛
んになってきた。それに伴いパッケージも従来のＤＩＰ
（デュアル・インライン・パッケージ）から高密度実装
、表面実装に適した薄型のＴＳＯＰ（シン・スモール・
アウトライン・パッケージ）やＱＦＰ（クワッド・フラ
ット・パッケージ）に移行しつつある。

【０００４】表面実装方式への移行に伴い、従来あまり
問題にならなかった半田付け工程が大きな問題になって
きた。従来のピン挿入実装方式では半田付け工程はリー
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。表面
実装方式における半田付け方法としては半田浴浸漬、不
活性液体の飽和蒸気や赤外線によって加熱する半田リフ
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樹脂で封止したパッケージは、
半田付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ていた
。

【０００５】半田付け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した水分が半田
付け加熱時に爆発的に水蒸気化、膨脹することに起因す
るといわれており、その対策として封止用樹脂の改良が
種々検討されている。

【０００６】従来はエポキシ樹脂にオルソクレゾールノ
ボラック型エポキシ樹脂、硬化剤にフェノールノボラッ
ク樹脂を用い、無機充填材として平均粒径１０〜２０μ
ｍの破砕状溶融シリカを用いるのが一般的であったが、
表面実装時に半田によりクラックが発生する問題を回避
できなかった。

【０００７】そこで、エポキシ樹脂にビフェニル骨格を
有するエポキシ樹脂を用い、無機充填材として平均粒径
１４μｍ以下の粉末状充填材を組み合わせて用いる方法
（特開昭６４−８７６１６号公報）が提案されているが
、半田耐熱性は十分とはいいがたい。

【０００８】また、半田耐熱性に関する記述は無いが、
平均粒径７〜３０μｍの粗粒シリカと平均粒径０．１〜
３μｍの単分散球状シリカを組み合わせて用いる方法（
特開平１−２６３１３１号公報）が提案されている。しかし、この方法では封止材の流動性が改善されるだけ
で半田耐熱性のレベルは低い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、かか
る半田付け工程で生じるパッケージクラックの問題を解
消する、すなわち半田耐熱性に優れる半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、特定のエ
ポキシ樹脂と特定の粒径、形状の組み合わせからなる溶
融シリカとを使用することにより、上記の課題を解決し
、目的に合致したエポキシ樹脂組成物が得られることを
見出し本発明に到達した。

【００１１】すなわち本発明は、エポキシ樹脂（Ａ）、
硬化剤（Ｂ）、溶融シリカ（Ｃ）とを必須成分として含
有してなる樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂（Ａ
）が次の一般式（Ｉ）

【００１２】

【化２】

【００１３】（ただし、Ｒ１　〜Ｒ８　は水素原子、Ｃ
１　〜Ｃ４　の低級アルキル基またはハロゲン原子から
選ばれ、すべてが同一である必要はない。）で表される
エポキシ樹脂（ａ）を必須成分として含有するとともに
、前記溶融シリカ（Ｃ）が平均粒径１０μｍ以下の破砕
状溶融シリカ９７〜６０重量％と平均粒径４μｍ以下の
球状溶融シリカ３〜４０重量％からなり、球状溶融シリ
カの平均粒径が破砕状溶融シリカの平均粒径より小さく
、かつ溶融シリカ（Ｃ）を含む無機充填材の割合が全体
の７５〜９０重量％であるエポキシ樹脂組成物である。

【００１４】本発明のエポキシ樹脂組成物が半田耐熱性
に優れる理由はまだ明確ではないが、（１）本発明に必
須のエポキシ樹脂が１分子中にエポキシ基を２個しか持
たない２官能のエポキシ樹脂であることにより、硬化物
の架橋密度が適度に低下して低吸水性を示すこと、（２
）硬化物の架橋密度がある程度低いにもかかわらずエポ
キシ樹脂が耐熱性の高いビフェニル骨格を持つため高温
において強靭性（高強度、高伸度）を示すこと、（３）
溶融シリカの小粒径化により、補強効果が増大するとと
もに応力が分散すること、（４）破砕状溶融シリカとそ
れより平均粒径の小さい球状溶融シリカを組み合わせた
ことにより、局所応力が低減されるとともにクラック伝
播が抑止されている可能性のあること、などの効果が相
乗的に働いて各々の単独の寄与からは予想し得ないほど
の優れた半田耐熱性を示すものと思われる。

【００１５】以下、本発明の構成を詳述する。

【００１６】本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は、次
の一般式（Ｉ）

【００１７】

【化３】

【００１８】（ただし、Ｒ１　〜Ｒ８　は水素原子、Ｃ
１　〜Ｃ４　の低級アルキル基またはハロゲン原子から
選ばれ、すべてが同一である必要はない。）で表される
エポキシ樹脂（ａ）を必須成分として含有する必要があ
る。エポキシ樹脂（ａ）を含有しない場合は半田付け工
程におけるクラック発生防止効果は発揮されない。

【００１９】本発明におけるエポキシ樹脂（ａ）の好ま
しい具体例としては、４，４´−ビス（２，３−エポキ
シプロポキシ）ビフェニル、４，４´−ビス（２，３−
エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメ
チルビフェニル、４、４´−ビス（２，３−エポキシプ
ロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメチル−２−
クロロビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシ
プロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメチル−２
−ブロモビフェニル、４、４´−ビス（２，３−エポキ
シプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラエチルビ
フェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキ
シ）−３，３´，５，５´−テトラブチルビフェニルな
どがあげられ、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロ
ポキシ）ビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキ
シプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメチルビ
フェニルが特に好ましい。

【００２０】エポキシ樹脂（Ａ）中に含有されるエポキ
シ樹脂（ａ）の割合に関しては特に制限はないが、より
十分な効果を発揮させるためにはエポキシ樹脂（ａ）を
エポキシ樹脂（Ａ）中に通常５０重量％以上、好ましく
は６０重量％以上含有せしめる必要がある。

【００２１】また、本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）
はエポキシ樹脂（ａ）をエポキシ樹脂（Ａ）中に５０重
量％以上含有していれば残りは特に制限されないが、好
ましい具体例としてはオルソクレゾールノボラック型エ
ポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、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、ハロゲン化エポキシ樹脂などがあげられる
。

【００２２】本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）の配
合量は通常４〜２０重量％、好ましくは６〜１８重量％
である。

【００２３】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制限さ
れないが、それらの具体例としてはフェノールノボラッ
ク樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールＡ
やレゾルシンとホルムアルデヒドとから合成される各種
ノボラック樹脂などのフェノール系硬化剤、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ホンなどの芳香族ア
ミンなどがあげられる。中でも半導体装置封止用として
は、耐熱性、耐湿性および保存性の点からフェノール系
硬化剤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。

【００２４】本発明において硬化剤（Ｂ）の配合量は通
常３〜１５重量％、好ましくは４〜１０重量％である。さらに、エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）の配合比は
機械的性質や耐湿性の点から水酸基／エポキシ基の化学
当量比が０．７〜１．３の範囲にあることが好ましく、
特に０．８〜１．２の範囲にあることが好ましい。

【００２５】また、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するものならば
特に限定されず、たとえば２−メチルイミダゾール、２
−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
ダゾール化合物、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、１，８−
ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７などの３
級アミン化合物、トリフェニルホスフィン、トリブチル
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、トリフェニルホス
フィン・トリフェニルボレート、テトラフェニルホスフ
ィン・テトラフェニルボレートなどの有機ホスフィン化
合物があげられる。なかでも耐湿性の点から、有機ホス
フィン化合物が好ましく、トリフェニルホスフィンが特
に好ましく用いられる。

【００２６】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、その添加量はエポキシ樹脂（Ａ）
１００重量部に対して０．５〜５重量部の範囲が好まし
い。本発明における溶融シリカ（Ｃ）は平均粒径１０μ
ｍ以下の破砕状溶融シリカ９７〜６０重量％と平均粒径
４μｍ以下の球状溶融シリカ３〜４０重量％とからなり
、球状溶融シリカの平均粒径が破砕状溶融シリカの平均
粒径より小さいものである。ここで平均粒径は累積重量
５０％になる粒径（メジアン径）を意味し、たとえばレ
ーザー回析式粒度分布測定装置などを用いて測定された
値である。

【００２７】破砕状溶融シリカの平均粒径は１０μｍを
越えると半田耐熱性が不十分になり、１０μｍ以下であ
れば特に制限を加えるものではないが、半田耐熱性の点
から３μｍ以上、１０μｍ以下のものが好ましく用いら
れ、３μｍ以上、７μｍ未満のものが特に好ましく用い
られる。ここで、破砕状溶融シリカは平均粒径が１０μ
ｍ以下になれば平均粒径が異なる２種類以上のものを併
用してもよい。

【００２８】また、球状溶融シリカの平均粒径は４μｍ
を越えると半田耐熱性が不十分になり、４μｍ以下であ
れば特に制限を加えるものではないが、成形性を考慮す
ると０．１μｍ以上、４μｍ以下のものが特に好ましく
用いられる。ここで、球状溶融シリカは平均粒径が４μ
ｍ以下になれば平均粒径が異なる２種類以上のものを併
用してもよい。

【００２９】本発明における溶融シリカ（Ｃ）において
は、球状溶融シリカの平均粒径が破砕状溶融シリカの平
均粒径より小さいことが重要である。球状溶融シリカの
平均粒径が破砕状溶融シリカの平均粒径より大きくなる
と半田耐熱性が大きく低下する。球状溶融シリカの平均
粒径は破砕状溶融シリカの平均粒径より小さければよい
が、好ましくは球状溶融シリカの平均粒径が破砕状溶融
シリカの平均粒径の２／３以下であり、特に好ましくは
１／２以下である。さらに、破砕状溶融シリカと球状溶
融シリカの比率が上記の範囲に無い場合は半田耐熱性に
優れた硬化物が得られない。

【００３０】本発明において溶融シリカ（Ｃ）を含む無
機充填材の割合は全体の７５〜９０重量％であり、さら
に好ましくは７７〜８８重量％である。無機充填材の全
体に対する割合が上記の範囲に無い場合は半田耐熱性に
優れた硬化物が得られない。無機充填材中に含まれる溶
融シリカ（Ｃ）の割合に関しては特に制限はないが、よ
り十分な効果を発揮させるためには、溶融シリカ（Ｃ）
を無機充填材中に通常８０重量％以上、好ましくは９０
重量％以上含有せしめることが好ましい。

【００３１】また、本発明におけるの無機充填材は、上
記溶融シリカ（Ｃ）を無機充填材中に８０重量％以上含
有していれば残りは特に限定されないが、好ましい具体
例としては結晶性シリカ、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、酸化アン
チモン、各種セラミックスなどがあげられる。

【００３２】本発明において、溶融シリカ（Ｃ）を含む
無機充填材を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
ることが信頼性の点で好ましい。カップリング剤として
エポキシシラン、アミノシラン、メルカプトシランなど
のシランカップリング剤が好ましく用いられる。

【００３３】本発明のエポキシ樹脂組成物にはハロゲン
化エポキシ樹脂、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
ックなどの着色剤、シリコーンゴム、変性ニトリルゴム
、変性ポリブタジエンゴム、変性シリコーンオイルなど
のエラストマー、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂、長
鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸の金属塩、長鎖脂肪酸のエステル
、パラフィンワックス、変性シリコーンオイルなどの離
型剤を任意に添加することができる。

【００３４】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、たとえばニーダー、ロール、単軸も
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
方法を用いて溶融混練することにより、製造される。

【００３５】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００３６】実施例１〜１２、比較例１〜９表１に示し
た配合物を、表２（実施例１〜１２）および表３（比較
例１〜９）に示した組成比でミキサ−を用いてブレンド
した。これを、バレル設定温度９０℃の二軸の押出機を
用いて溶融混練後、冷却・粉砕してエポキシ樹脂組成物
を製造した。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】

【表３】

【００４０】このエポキシ樹脂組成物を用い、以下に示
した半田耐熱性試験を行った。

【００４１】半田耐熱性試験：８０ｐｉｎＱＦＰデバイ
ス（パッケージサイズ：１７×１７×１．７ｍｍ、チッ
プサイズ：９×９×０．５ｍｍ）３２個を低圧トランス
ファー成形機を用いて１７５℃×１２０秒の条件で成形
し、１８０℃で５時間硬化した。このテストデバイスを
８５℃／８５％ＲＨ雰囲気下で所定の時間加湿した後、
１６個を２６０℃に加熱した半田浴に１０秒間浸漬し、
残り１６個を２１５℃に加熱したＶＰＳ（ベーパー・フ
ェーズ・ソルダー・リフロー）浴に９０秒間浸漬してそ
れぞれクラックの発生したデバイスを不良とした。

【００４２】表４にみられるように、本発明のエポキシ
樹脂組成物（実施例１〜１２）は半田耐熱性に優れてい
る。これに対してエポキシ樹脂（ａ）の含有量が本発明
の範囲外である比較例２では半田耐熱性が悪く、さらに
比較例６では溶融混練時のトルクが高くなるために良好
な組成物が得られず評価するにも至らなかった。また、
破砕状溶融シリカ、球状溶融シリカの平均粒径がそれぞ
れ本発明の範囲を外れる比較例５および比較例７、球状
溶融シリカの溶融シリカ（Ｃ）中での割合が本発明の範
囲を外れる比較例３および比較例８、球状溶融シリカの
平均粒径が破砕状溶融シリカの平均粒径より大きい比較
例４ではいずれも半田耐熱性が悪い。さらに無機充填材
の全体に対する割合が本発明の範囲より少ない比較例１
では半田耐熱性が悪く、本発明の範囲より多い比較例９
では溶融混練時のトルクが高くなるために良好な組成物
が得られず評価するにも至らなかった。

【００４３】

【表４】

【００４４】

【表５】

【００４５】また、表６にみられるように、さらに加湿
条件を厳しくすると破砕状溶融シリカの平均粒径が７μ
ｍ以上の組成物ではパッケージの一部にクラックが出始
め、破砕状溶融シリカの平均粒径が７μｍ未満の組成物
がさらに一段と半田耐熱性に優れていることがわかる。

【００４６】

【表６】

【００４７】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、特定の
エポキシ樹脂と特定の粒径、形状の組み合わせからなる
溶融シリカとを使用したことによって半導体封止用とし
て優れた半田耐熱性を有する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、
溶融シリカ（Ｃ）とを必須成分として含有してなる樹脂
組成物であって、前記エポキシ樹脂（Ａ）が次の一般式
（Ｉ）【化１】（ただし、Ｒ１　〜Ｒ８　は水素原子、Ｃ１　〜Ｃ４　
の低級アルキル基またはハロゲン原子から選ばれ、すべ
てが同一である必要はない。）で表されるエポキシ樹脂
（ａ）を必須成分として含有するとともに、前記溶融シ
リカ（Ｃ）が平均粒径１０μｍ以下の破砕状溶融シリカ
９７〜６０重量％と平均粒径４μｍ以下の球状溶融シリ
カ３〜４０重量％からなり、球状溶融シリカの平均粒径
が破砕状溶融シリカの平均粒径より小さく、かつ溶融シ
リカ（Ｃ）を含む無機充填材の割合が全体の７５〜９０
重量％であるエポキシ樹脂組成物。