JPH04236218A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半田耐熱性および成形
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ＦＰＰ（フラット・プラスチ
ック・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
活性ガス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
ク樹脂が用いられ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。そこで、エポキシ樹脂にトリス（ヒドロキシフェニ
ル）メタントリグリシジルエーテルを用い、硬化剤にト
リス（ヒドロキシフェニル）メタンを用いる方法（特開
平１−１７１２３２号公報）、エポキシ樹脂にトリス（
ヒドロキシフェニル）メタントリグリシジルエーテルを
用い、硬化剤にジシクロペンタジエン変性フェノール樹
脂を用いる方法（特開平１−２６８７１３号公報）、硬
化剤に平均フェノール性水酸基当量が２〜４ｍｅｑ．／
ｇであり両末端にフェノール性水酸基を有する線状フェ
ノール樹脂を用いる方法（特開平１−２５９０７５号公
報）などが提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら種々の
方法で改良された樹脂も、それぞれ半田付け時のクラッ
クに対してある程度効果をあげてきているが、まだ十分
ではなく、他の特性に悪影響を及ぼすことも多い。エポ
キシ樹脂にトリス（ヒドロキシフェニル）メタントリグ
リシジルエーテルを用いる方法では樹脂の架橋密度が高
くなるために樹脂のガラス転移温度は高くなるものの吸
水率が増大する問題や、樹脂自体が脆くなる問題が生じ
ている。また、硬化剤に平均フェノール性水酸基当量が
２〜４ｍｅｑ．／ｇである両末端にフェノール性水酸基
を有する線状フェノール樹脂を用いる方法では樹脂のガ
ラス転移温度が大幅に低下する問題や硬化剤の分子量が
大きいために流動性が低下し成形性が低下するという問
題を生じている。

【０００８】さらに最近のパッケージは高密度実装、表
面実装に適した薄型になるとともにチップサイズが大型
化し、多ピン化する傾向にあり、成形時に流動性が不足
すると樹脂が金型キャビティー内を充填できず、未充填
が発生するという問題があった。

【０００９】本発明の目的は、かかる半田付け工程で生
じるクラックの問題を解消し、成形時の流動性が良好で
未充填の発生しない、すなわち半田耐熱性および成形性
に共に優れる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、特定の硬
化剤に特定の割合のシリカを添加することにより、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）、
フェノール系硬化剤（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、前記フェ
ノール系硬化剤（Ｂ）が式（Ｉ）

【００１２】

【化４】

【００１３】（ただし、Ｒ１　〜Ｒ４　は水素原子、Ｃ
１　〜Ｃ４　の低級アルキル基を示す。）で表されるフ
ェノール系化合物（ｂ）を硬化剤中に５０重量％以上含
有し、かつ前記溶融シリカ（Ｃ）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って、前記エ
ポキシ樹脂（Ａ）が式（ＩＩ）

【００１４】

【化５】

【００１５】（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を示
す。）で表されるエポキシ樹脂（ａ１　）、および、式
（ＩＩＩ）

【００１６】

【化６】

【００１７】（ただし、Ｒは水素原子、Ｃ１　〜Ｃ４　
の低級アルキル基またはハロゲン原子を示し、すべてが
同一である必要はない。また、ｉ，ｊ，ｐ，ｑは０から
４の整数を示し、ｉ＋ｊ＝６，ｐ＋ｑ＝２，ｉ＋ｐ＝ｊ
＋ｑ＝４の関係がある。）で表されるエポキシ樹脂（ａ
２　）の一方または両方を必須成分として含有すること
がさらに好ましいエポキシ樹脂組成物である。

【００１８】以下、本発明の構成を詳述する。

【００１９】本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は、一
分子中に２個以上のエポキシ基を含有する多官能エポキ
シ樹脂であれば特に制限を加えるものではないが通常は
多官能フェノールのポリグリシジルエーテル型エポキシ
樹脂が用いられる。多官能フェノールのポリグリシジル
エーテル型エポキシ樹脂の具体例としてはクレゾールノ
ボラック型エポキシ樹脂、フェノ−ルノボラック型エポ
キシ樹脂などの各種ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフ
ェノ−ルＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキ
シ樹脂などが例示できる。これらのエポキシ樹脂におい
ては、特に耐湿性、耐熱性および生産性のバランスから
通常クレゾールノボラック型エポキシ樹脂が好ましく用
いられる。

【００２０】本発明においてはこれら多官能フェノール
のポリグリシジルエーテルは難燃性を付与する目的でハ
ロゲン化されたものでもかまわない。この際のハロゲン
化の程度は通常５〜５０重量％程度である。

【００２１】また、本発明においてはエポキシ樹脂（Ａ
）として式（ＩＩ）

【００２２】

【化７】

【００２３】（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を示
す。）で表されるエポキシ樹脂（ａ１　）、および、式
（ＩＩＩ）

【００２４】

【化８】

【００２５】（ただし、Ｒは水素原子、Ｃ１　〜Ｃ４　
の低級アルキル基またはハロゲン原子を示し、すべてが
同一である必要はない。また、ｉ，ｊ，ｐ，ｑは０から
４の整数を示し、ｉ＋ｊ＝６，ｐ＋ｑ＝２，ｉ＋ｐ＝ｊ
＋ｑ＝４の関係がある。）で表されるエポキシ樹脂（ａ
２　）の一方または両方を必須成分として含有すること
がさらに好ましい。エポキシ樹脂（ａ１　）や（ａ２　
）のような２官能で耐熱性の非常に高い骨格構造を持つ
エポキシ樹脂を含有することによって半田付け工程にお
けるクラックの発生防止効果はより一段と向上する。

【００２６】本発明におけるエポキシ樹脂（ａ１　）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
ルなどがあげられる。

【００２７】また、本発明におけるエポキシ樹脂（ａ２
　）の好ましい具体例としては、１，５−ジグリシジル
ナフタレン、１，５−ジグリシジル−７−メチルナフタ
レン、１，６−ジグリシジルナフタレン、１，６−ジグ
リシジル−２−メチルナフタレン、１，６−ジグリシジ
ル−８−メチルナフタレン、１，６−ジグリシジル−４
，８−ジメチルナフタレン、２−ブロム−１，６−ジグ
リシジルナフタレン、８−ブロム−１，６−ジグリシジ
ルナフタレンなどがあげられる。

【００２８】エポキシ樹脂（Ａ）中に含有されるエポキ
シ樹脂（ａ１　）、（ａ２　）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（ａ１　）、（ａ２　）をエポキシ樹脂（Ａ
）中に３０重量％以上含有せしめることが好ましい。

【００２９】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６〜１６重量％
である。

【００３０】本発明におけるフェノール系硬化剤（Ｂ）
は式（Ｉ）

【００３１】

【化９】

【００３２】（ただし、Ｒ１　〜Ｒ４　は水素原子、Ｃ
１　〜Ｃ４　の低級アルキル基を示す。）で表されるフ
ェノール系化合物（ｂ）を硬化剤中に５０重量％以上含
有する必要がある。２官能で低分子量のフェノール系化
合物（ｂ）を硬化剤中に５０重量％以上含有させること
によって、エポキシ樹脂硬化物の３次元架橋密度が低下
してエポキシ樹脂硬化物の欠点である脆さが緩和され半
田付け工程におけるクラックの発生が抑えられると共に
、樹脂組成物の溶融粘度が低下して成形時の流動性が向
上する。硬化剤中でのフェノール系化合物（ｂ）の含有
量が５０重量％より少ない場合は半田付け工程における
クラックの発生防止効果や成形時の流動性が十分に得ら
れない。例えば、従来から半導体封止樹脂に使用されて
いるフェノールノボラック樹脂には式（Ｉ）

【００３３
】

【化１０】

【００３４】（ただし、Ｒ１　〜Ｒ４　は水素原子。）
で表される２核体成分が少量含まれているが、軟化点８
３℃のフェノールノボラック樹脂では２２〜２５重量％
、軟化点９５℃のフェノールノボラック樹脂では１３〜
１６重量％しか含まれておらず、この程度の含有量では
半田付け工程におけるクラックの発生防止効果や成形時
の流動性が十分に得られない。

【００３５】本発明におけるフェノール系化合物（ｂ）
の好ましい具体例としてはフェノールノボラック樹脂の
２核体成分、ビスフェノールＦ、テトラメチルビスフェ
ノールＦなどがあげられ、その合計が５０重量％であれ
ば２種以上の物を同時に用いてもかまわない。

【００３６】また、本発明におけるフェノール系硬化剤
（Ｂ）は、上記フェノール系化合物（ｂ）を硬化剤中に
５０重量％以上含有していれば残りはエポキシ樹脂（Ａ
）と反応して硬化させるものであれば特に限定されない
が、好ましい具体例としてはたとえばフェノールノボラ
ック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノ−ル
Ａやレゾルシンから合成される各種ノボラック樹脂、式
（ＩＶ）

【００３７】

【化１１】

【００３８】（ただし、Ｒは水素原子またはＣ１　〜Ｃ
４　の低級アルキル基を示し、すべてが同一である必要
はなく、ｍは０以上の整数を示す。）や式（Ｖ）

【００
３９】

【化１２】

【００４０】（ただし、Ｒは水素原子またはＣ１　〜Ｃ
４　の低級アルキル基を示し、すべてが同一である必要
はなく、ｎは０以上の整数を示す。）で表される各種フ
ェノール樹脂などがあげられる。

【００４１】本発明において、フェノール系硬化剤（Ｂ
）の配合量は通常２〜１０重量％、好ましくは３〜８重
量％である。さらには、エポキシ樹脂（Ａ）とフェノー
ル系硬化剤（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０．７〜
１．３、特に０．８〜１．２の範囲にあることが好まし
い。

【００４２】また、本発明においてエポキシ樹脂（Ａ）
とフェノール系硬化剤（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、２，４−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、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。

【００４３】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）はエポキシ樹脂組
成物全体に占める割合が７５〜９０重量％であり、さら
に好ましくは７７〜８８重量％である。溶融シリカ（Ｃ
）が７５重量％未満では半田耐熱性が不十分であり、９
０重量％を越えると流動性が不十分である。

【００４４】本発明のエポキシ樹脂組成物には充填剤と
して溶融シリカ（Ｃ）以外に結晶性シリカ、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、酸化アン
チモン、アスベスト、ガラス繊維などを添加することが
できる。

【００４５】本発明において、溶融シリカ（Ｃ）などの
充填剤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。

【００４６】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、長鎖脂肪酸のアミ
ド、パラフィンワックスなどの離型剤を任意に添加する
ことができる。

【００４７】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。

【００４８】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００４９】

【実施例１〜８、比較例１〜３】表１に示した配合物を
、各々表２に示した組成比で試薬をミキサ−によりドラ
イブレンドした。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。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【表２】

【００５２】この組成物を用い、低圧トランスファ−成
形機を用いて各種成形を行い、以下に示した半田耐熱性
、成形性を評価した。

【００５３】半田耐熱性：８０ｐｉｎＱＦＰデバイスを
１７５℃×１２０秒の条件で成形し１８０℃で５時間ポ
ストキュアした。このテストデバイスを８５℃／８５％
ＲＨで２４時間加湿後、２１５℃に加熱したＶＰＳ（ベ
ーパー・フェーズ・ソルダー・リフロー）浴には９０秒
間、２６０℃に加熱した半田浴には１０秒間、それぞれ
１６個ずつ浸漬してクラックの発生したデバイスを不良
とした。

【００５４】スパイラルフロー：低圧トランスファ−成
形法によりスパイラルフロー測定金型を用いて１７５℃
×９０秒の条件で成形し、スパイラルフローを測定した
。

【００５５】成形品の外観：８０ｐｉｎＱＦＰデバイス
を成形し、未充填、ボイドの有無を目視で観察した。

【００５６】表３にみられるように、本発明のエポキシ
樹脂組成物（実施例１〜８）は半田耐熱性および成形性
に優れている。これに対して溶融シリカの含有量が本発
明の範囲を外れる比較例１および比較例３ではそれぞれ
半田耐熱性、成形性が非常に悪い。また、フェノール系
化合物（ｂ）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、成形性が共に悪い。

【００５７】

【表３】

【００５８】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、特定の
硬化剤、および特定の溶融シリカを配合したために、半
田耐熱性および成形性に優れている。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　エポキシ樹脂（Ａ）、フェノール系硬
   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、前記フェノール系硬化剤
   （Ｂ）が式（Ｉ） 【化１】 （ただし、Ｒ１　〜Ｒ４　は水素原子、Ｃ１　〜Ｃ４　
   の低級アルキル基を示す。）で表されるフェノール系化
   合物（ｂ）を硬化剤中に５０重量％以上含有し、かつ前
   記溶融シリカ（Ｃ）の割合が全体の７５〜９０重量％で
   あるエポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】　　前記エポキシ樹脂（Ａ）が式（ＩＩ）
   【化２】 （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を示す。）で表さ
   れるエポキシ樹脂（ａ１　）、および、式（ＩＩＩ）【
   化３】 （ただし、Ｒは水素原子、Ｃ１　〜Ｃ４　の低級アルキ
   ル基またはハロゲン原子を示し、すべてが同一である必
   要はない。また、ｉ，ｊ，ｐ，ｑは０から４の整数を示
   し、ｉ＋ｊ＝６，ｐ＋ｑ＝２，ｉ＋ｐ＝ｊ＋ｑ＝４の関
   係がある。）で表されるエポキシ樹脂（ａ２　）の一方
   または両方を必須成分として含有する請求項１記載のエ
   ポキシ樹脂組成物。