JPH04264155A - 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、難燃性お
よび高温信頼性に優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成
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。

【０００３】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。

【０００４】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ＤＩ
Ｐ（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。

【０００５】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による加熱（ベーパーフェイズ法）
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
がおきる。

【０００６】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。

【０００７】封止用樹脂の改良も種々検討されている。 たとえば、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂を添加
し、樹脂の低応力化を達成する方法（特開平２−８８６
２１号公報、特開平２−１１０９５８号公報）などがあ
げられる。

【０００８】また、封止用樹脂の耐湿性を改良するため
、ハイドロタルサイト系化合物の添加（特開昭６１−１
９６２５号公報）が提案されている。

【０００９】一方、半導体などの電子部品はＵＬ規格に
より難燃性の付与が義務づけられており、このため、封
止用樹脂には通常、臭素化合物およびアンチモン化合物
などの難燃剤が添加されている。

【００１０】

【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
業が繁雑になるうえ、製品価格が高価になる欠点がある
。

【００１１】また、種々の方法で改良された樹脂も、そ
れぞれ少しづつ効果をあげてきているが、まだ十分では
ない。ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂を添加し、
樹脂の低応力化を達成する方法（特開平２−８８６２１
号公報、特開平２−１１０９５８号公報）は半田付け時
の樹脂部分のクラック防止に効果があるものの、高温で
の信頼性が低下する問題があった。

【００１２】一方、高温での信頼性は１５０〜２００℃
の高温環境下での半導体の機能を保証するもので、発熱
量の大きい半導体や自動車のエンジンまわりで使用する
半導体などでは必須の性能である。

【００１３】ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂の高
温信頼性の問題は、難燃性を付与するために添加してい
る臭素化合物およびアンチモン化合物などの難燃剤が主
原因であることがわかっている。このため、半田耐熱性
、難燃性および高温信頼性のすべてに優れる半導体封止
用エポキシ樹脂組成物は得られていなかった。

【００１４】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、難燃剤の添加による高温
での信頼性低下のない、すなわち半田耐熱性、難燃性お
よび高温信頼性に共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。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ナフタレ
ン骨格を有するエポキシ樹脂にハイドロタルサイト系化
合物を添加することにより、上記の課題を達成し、目的
に合致した半導体封止用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。

【００１６】すなわち、本発明は、エポキシ樹脂（Ａ）
、硬化剤（Ｂ）、充填剤（Ｃ）、ハイドロタルサイト系
化合物（Ｄ）、臭素化合物（Ｅ）およびアンチモン化合
物（Ｆ）を含有してなる樹脂組成物であって、前記エポ
キシ樹脂（Ａ）が下記式（Ｉ）

【００１７】

【化２】

【００１８】（式中、Ｒ１　〜Ｒ８のうち、２つはグリ
シジルエーテル基を表わし、他は、水素原子、ハロゲン
原子、または炭素数１〜４のアルキル基を示す。）で表
されるエポキシ樹脂（ａ）を必須成分として含有し、前
記充填剤（Ｃ）の割合が全体の７５〜９５重量％であり
、前記ハイドロタルサイト系化合物（Ｄ）の割合が全体
の０．０１〜１０重量％である半導体封止用エポキシ樹
脂組成物を提供するものである。

【００１９】以下、本発明の構成を詳述する。

【００２０】本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は、上
記式（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂（ａ）を必須成分と
して含有することが重要である。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の発生
防止効果および耐熱性効果は発揮されない。上記式（Ｉ
）において、Ｒ１　〜Ｒ８の好ましい具体例としては、
水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ｉ−プロ
ピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−
ブチル基、塩素原子、臭素原子などがあげられる。

【００２１】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、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。

【００２２】本発明に於けるエポキシ樹脂（Ａ）は上記
のエポキシ樹脂（ａ）とともに該エポキシ樹脂（ａ）以
外の他のエポキシ樹脂をも併用して含有することができ
る。併用できる他のエポキシ樹脂としては、例えば、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、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビス
フェノ−ルＡやレゾルシンなどから合成される各種ノボ
ラック型エポキシ樹脂、ビスフェノ−ルＡ型エポキシ樹
脂、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などがあ
げられる。

【００２３】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がなく必須成分
としてエポキシ樹脂（ａ）が含有されれば本発明の効果
は発揮されるが、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５
０重量％以上、好ましくは７０重量％以上含有せしめる
必要がある。

【００２４】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。

【００２５】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限定
されず、それらの具体例としては、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、各種多価フェノ−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。半導体封止用としては、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。

【００２６】本発明において、硬化剤（Ｂ）の配合量は
通常２〜１５重量％、好ましくは３〜１０重量％である
。さらには、エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（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。

【００２７】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
，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、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化合物およびト
リフェニルホスフィン、トリメチルホスフィン、トリエ
チルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ（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
。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。

【００２８】本発明における充填剤（Ｃ）としては、溶
融シリカ（Ｇ）、結晶性シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ
素、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、ガラス繊維などを添加することがで
きる。なかでも低応力性の点から、溶融シリカ（Ｇ）が
好ましく用いられる。

【００２９】ここで、溶融シリカ（Ｇ）は真比重２．３
以下の非晶性シリカを意味する。その製造は必ずしも溶
融状態を経る必要はなく、任意の製造法を用いることが
できる。たとえば結晶性シリカを溶融する方法、各種原
料から合成する方法などがあげられる。

【００３０】溶融シリカ（Ｇ）の形状および粒径は特に
限定されないが、平均粒径１０μｍ以下の破砕溶融シリ
カ９９〜５０重量％と平均粒径４０μｍ以下の球状溶融
シリカ１〜５０重量％からなる溶融シリカ（Ｇ）が半田
耐熱性の向上効果が大きく、流動性が良好なため好まし
く用いられる。中でも、平均粒径１０μｍ以下、特に３
μｍ以上１０μｍ以下の破砕溶融シリカ９９〜５０重量
％、特に９９〜７０重量％と平均粒径４μｍ以下、特に
０．１μｍ以上４μｍ以下の球状溶融シリカ１〜５０重
量％、特に１〜３０重量％からなり、球状溶融シリカの
平均粒径が破砕溶融シリカの平均粒径より小さく、特に
１／２以下の溶融シリカ（Ｇ）が最も好ましく用いられ
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、平均粒径が異なる２種類以上の
破砕または球状溶融シリカを併用した場合は、その混合
物の破砕または球状溶融シリカの平均粒径を意味する。

【００３１】本発明において、充填剤（Ｃ）の割合は、
成形性および低応力性の点から全体の７５〜９５重量％
である。充填剤（Ｃ）として溶融シリカ（Ｇ）を用いた
場合、その割合は全体の７５〜９０重量％が好ましく、
７５〜８８重量％が特に好ましい。

【００３２】本発明におけるハイドロタルサイト系化合
物（Ｄ）は、下記式（ＩＩ）または（ＩＩＩ）で示され
る複合金属化合物である。

【００３３】 　　Ｍｇｘ　Ａｌｙ　（ＯＨ）２ｘ＋３ｙ−ｎｚＡｚ　
・ｍＨ２　Ｏ　　‥‥‥（ＩＩ）　　Ｍｇｘ　Ａｌｙ　
Ｏ（２ｘ＋３ｙ）／２　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　‥‥‥（ＩＩＩ）（ただし、Ａはｎ価の陰
イオンＡｎ−を生成しうる官能基、ｎは１〜３の整数、
ｘ、ｙおよびｚは０＜ｙ／ｘ≦１、０≦ｚ／ｙ＜１．５
の関係にある０または正の数、ｍは０または正の数を示
す。）。

【００３４】上記式（ＩＩ）において、官能基Ａから生
成しうるｎ価の陰イオンＡｎ−の好ましい具体例として
は、Ｆ−　、Ｃｌ−　、Ｂｒ−　、Ｉ−　、ＯＨ−　、
ＨＣＯ３　−　、ＣＨ３　ＣＯＯ−　、ＨＣＯＯ−　、
ＣＯ３　２−、ＳＯ４　２−、（ＣＯＯ−　）２　、酒
石酸イオン〔ＣＨ（ＯＨ）ＣＯＯ−　〕２　、クエン酸
イオン〔Ｃ（ＯＨ）ＣＯＯ−　〕（ＣＨ２　ＣＯＯ−　
）２　、サリチル酸イオンＣ６　Ｈ４　（ＯＨ）ＣＯＯ
−　などがあげられる。なかでも、ＣＯ３　２−が特に
好ましい。

【００３５】上記式（ＩＩＩ）で表されるハイドロタル
サイト系化合物（Ｄ）はたとえば、上記式（ＩＩ）で表
されるハイドロタルサイト系化合物（Ｄ）を、４００〜
９００℃で焼成処理することにより製造される。

【００３６】ハイドロタルサイト系化合物（Ｄ）の好ま
しい具体例として、Ｍｇ４．５　Ａｌ２　（ＯＨ）１３
ＣＯ３　・３．５Ｈ２　Ｏ、Ｍｇ４．５　Ａｌ２　（Ｏ
Ｈ）１３ＣＯ３　、Ｍｇ５　Ａｌ１．５　（ＯＨ）１３
ＣＯ３　・３．５Ｈ２　Ｏ、Ｍｇ５　Ａｌ１．５　（Ｏ
Ｈ）１３ＣＯ３　、Ｍｇ６　Ａｌ２　（ＯＨ）１６ＣＯ
３　・４Ｈ２　Ｏ、Ｍｇ６　Ａｌ２　（ＯＨ）１６ＣＯ
３　、Ｍｇ０．６５Ａｌ０．３５Ｏ１．１７５　、Ｍｇ
０．７　Ａｌ０．３　Ｏ１．１５、Ｍｇ０．７５Ａｌ０
．２５Ｏ１．１２５　、Ｍｇ０．８　Ａｌ０．２　Ｏ１
．１　などがあげられる。

【００３７】本発明においてハイドロタルサイト系化合
物（Ｄ）の添加量は全体の０．０１〜１０重量％、好ま
しくは０．０２〜５重量％、特に好ましくは０．０５〜
２重量％である。添加量が０．０１重量％未満では高温
信頼性の向上効果が不十分であり、１０重量％を越える
と半田耐熱性が低下する。

【００３８】本発明における臭素化合物（Ｅ）およびア
ンチモン化合物（Ｆ）は通常、半導体封止用エポキシ樹
脂組成物に難燃剤として添加されるもので、特に限定さ
れず、公知のものが使用できる。

【００３９】臭素化合物（Ｅ）の好ましい具体例として
は、臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、臭素化フ
ェノールノボラック型エポキシ樹脂などの臭素化エポキ
シ樹脂、臭素化ポリカーボネート樹脂、臭素化ポリスチ
レン樹脂、臭素化ポリフェニレンオキサイド樹脂、テト
ラブロモビスフェノールＡ、デカブロモジフェニルエー
テルなどがあげられ、なかでも、臭素化ビスフェノール
Ａ型エポキシ樹脂、臭素化フェノールノボラック型エポ
キシ樹脂などの臭素化エポキシ樹脂が、成形性の点から
特に好ましく用いられる。

【００４０】臭素化合物（Ｅ）の添加量は、臭素原子に
換算して全体の０．１〜５重量％が難燃性および高温信
頼性の点で好ましい。特に好ましくは、０．２〜２重量
％である。

【００４１】また、アンチモン化合物（Ｆ）の好ましい
具体例としては、三酸化アンチモンがあげられる。アン
チモン化合物（Ｆ）の添加量は、全体の０．１〜１０重
量％が難燃性および高温信頼性の点で好ましい。特に好
ましくは、０．２〜４重量％である。

【００４２】本発明において、充填剤（Ｃ）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。

【００４３】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
にはカーボンブラック、酸化鉄などの着色剤、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、
スチレン系ブロック共重合体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および有機過酸化物
などの架橋剤を任意に添加することができる。

【００４４】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は溶融混練することが好ましく、たとえばバンバリーミ
キサー、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。

【００４５】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００４６】実施例１〜９、比較例１〜６表１に示した
溶融シリカ（Ｇ）を用い、表２に示した配合処方で原料
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・粉砕して半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造し
た。

【００４７】

【表１】

【００４８】

【表２】

【００４９】この組成物を用い、低圧トランスファ−成
形法により１７５℃×２分の条件で成形し、１８０℃×
５時間の条件でポストキュアして次の物性測定法により
各組成物の物性および成形性を測定した。

【００５０】半田耐熱性：表面にＡｌ蒸着した模擬素子
を搭載した６４ｐｉｎＱＦＰ２０個を成形、ポストキュ
アし、８５℃／８５％ＲＨで７２時間加湿後、２５０℃
に加熱した半田浴に１０秒間浸漬してクラックの発生し
たＱＦＰを不良とした。

【００５１】難燃性：５″×１／２″×１／１６″の燃
焼試験片を成形、ポストキュアし、ＵＬ９４規格に従い
難燃性を評価した。

【００５２】高温信頼性：半田耐熱性評価後の６４ｐｉ
ｎＱＦＰを用い、１７５℃で高温信頼性を評価し、累積
故障率５０％になる時間を求め、高温寿命とした。

【００５３】これらの結果を表３に示す。

【００５４】

【表３】

【００５５】表３にみられるように、本発明の半導体封
止用エポキシ樹脂組成物（実施例１〜９）は半田耐熱性
、難燃性および高温信頼性に優れている。中でも特定の
形状および粒径の溶融シリカ（Ｇ）を配合した実施例４
〜９は、半田耐熱性不良率が１５％以下と特に優れてい
る。

【００５６】これに対してエポキシ樹脂（ａ）を含有し
ない比較例１では半田耐熱性に劣り、臭素化合物（Ｅ）
および／またはアンチモン化合物（Ｆ）を含有しない比
較例２〜４では難燃性に劣っている。

【００５７】また、ハイドロタルサイト系化合物（Ｄ）
を含有しない比較例５では高温信頼性に劣っている。

【００５８】さらに、充填剤（Ｃ）として配合している
溶融シリカ（Ｇ）の含有量が、本発明の範囲外の比較例
６では半田耐熱性に劣っている。

【００５９】

【発明の効果】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成
物は、特定のエポキシ樹脂、硬化剤、充填剤、ハイドロ
タルサイト系化合物、臭素化合物およびアンチモン化合
物を配合したために、半田耐熱性、難燃性および高温信
頼性に優れている。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、
   充填剤（Ｃ）、ハイドロタルサイト系化合物（Ｄ）、臭
   素化合物（Ｅ）およびアンチモン化合物（Ｆ）を含有し
   てなる樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂（Ａ）が
   下記式（Ｉ） 【化１】 （式中、Ｒ１　〜Ｒ８のうち、２つはグリシジルエーテ
   ル基を表わし、他は、水素原子、ハロゲン原子、または
   炭素数１〜４のアルキル基を示す。）で表されるエポキ
   シ樹脂（ａ）を必須成分として含有し、前記充填剤（Ｃ
   ）の割合が全体の７５〜９５重量％であり、前記ハイド
   ロタルサイト系化合物（Ｄ）の割合が全体の０．０１〜
   １０重量％である半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】　　充填剤（Ｃ）が溶融シリカ（Ｇ）で、
   その割合が全体の７５〜９０重量％である請求項（１）
   記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 【請求項３】　　溶融シリカ（Ｇ）が平均粒径１０μｍ
   以下の破砕溶融シリカ９９〜５０重量％と平均粒径４０
   μｍ以下の球状溶融シリカ１〜５０重量％からなる請求
   項（１）記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。