JPH0450257A - 半導体封止用エポキシ組成物 - 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、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組成物に関するものである。

〈従来の技術〉 エポキシ樹脂は耐熱性、耐湿性、電気特性および接着性
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、接着剤および電気絶縁材料など
工業材料として利用されている。

たとえば、半導体装１などの電子回路部品の封止方法と
して従来から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。

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、従来のリードビンを基
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ＤＩＲ（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ＰＰＰ　（フラット・プラスチック・
パッケージ）に移行しつつある。

表面実装方式への移行に伴い、従来あまり問題にならな
かった半田付は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は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０表面実装方式にお
ける半田付は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（ペーパーフェイズ法）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、
半田付は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。

半田付は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は加熱時に
爆発的に水蒸気化、膨張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。

封止用樹脂の改良も種々検討されている。たとえば、ビ
フェニル骨格を有するエポキシ樹脂とゴム成分を添加す
る方法（特開昭６３−２５１４１９号公報）、ビフェニ
ル骨格を有するエポキシ樹脂と粒子径１４μｌ以下の微
粉末粒子を添加する方法（特開平１−８７６１６号公報
）などが挙げられる。

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６１−１９６２５号公
報）が提案されている。

一方、半導体などの電子部品はＵＬ規格により難燃性の
達成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。

〈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。

また、種々の方法で改良された樹脂も、それぞれ少しづ
つ効果を上げてきているが、まだ十分ではない、ビフェ
ニル骨格を有するエポキシ樹脂とゴム成分を添加する方
法（特開昭６３−２５１４１９号公報）およびビフェニ
ル骨格を有するエポキシ樹脂と粒子径１４ｕ＊以下の微
粉末粒子を添加する方法（特開平１−８７６１６号公報
）は半田付は時の樹脂部分のクラック防止に効果がある
ものの、高温での信頼性か低下する問題があった。

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。

ビフェニル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は得られていなか
った。

本発明の目的は、かかる半田付は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
性にともに優れる半導体封止用エポキシ組成物を提供す
ることにある。

く課題を解決するための手段〉 本発明者らは、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂に
、ハイドロタルサイト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
シ組成物が得られることを見出し、本発明に到達した。

すなわち本発明は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（８）
、溶融シリカ（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）か
らなる樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂（Ａ）が
下記式〇 Ｒｊ　　　Ｒ５Ｒ８Ｒ２ Ｒ３Ｒ６Ｒ７Ｒ４ （ただし、Ｒ１−Ｒ８は水素原子、０１〜Ｃ４の低級ア
ルキル基またはハロゲン原子を示す。〉で表される骨格
を有するエポキシ樹脂（ａ）を必須成分として含有し、
前記溶融シリカ（Ｃ）の割合が全体の７５〜９０重量％
であ〜す、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
シ組成物を提供するものである。

以下、本発明の構成を詳述する。

本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は、下記式％式％ （ただし、Ｒ１−Ｒ８は水素原子、０１〜Ｃ４の低級ア
ルキル基またはハロゲン原子を示す、）で表される骨格
を有するエポキシ樹脂（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は工程に
おけるクラックの発生防止効果は発揮されない。

下記式〇において、Ｒ１−Ｒ８の好ましい具体的として
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、５ｅｃ−ブチル基、ｔｅｒ
ｔ−ブチル基、塩素原子、臭素原子などが挙げられる。

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
ピキシ）−３，３′、５．５′テトラメチルビフエニル
、４．４′−ビス（２，３エボキシプロビキシ）　−３
，３’　、　５．５　′−テトラメチルー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１０ボキシ
）−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挙げら
れる。

本発明におけるエポキシ樹脂（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、たとえば、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、ビスフェノール
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
シ樹脂などが挙げられる。

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５０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。

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。

本発明における硬化剤（Ｂ）は、エポキシ樹脂（＾）と
反応して硬化させるものであれば特に制限されず、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、ビスフェノール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
価フェノール化合物、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挙げられる。

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２種以上の硬化剤を併用してもよい。

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、（＾）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。

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な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フエニルイミダゾール、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挙げられる。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２Ｎ！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）は真比重２．３以下の
非品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挙げられる。

溶融シリカ（Ｃ）の形状および粒径は特に限定されない
が、平均粒径１０−以下の破砕溶融シリカ９９〜５０重
量％と平均粒径４〇四以下の球状溶融シリカ１〜５０重
量％からなる溶融シリカ（Ｃ）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。な
かでも、平均粒径１〇−以下、特に３四以上１０ｎ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４ＩＪ１１以下、特にＯｌ　ｕｗｒ以上
４−以下の球状溶融シリカ１〜５０重量％、特に１〜３
０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、特に前者が後者の１／
２以下の溶融シリカ（Ｃ）が最も好ましく用いられる。

ここで、平均粒径は、累計重量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７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。

本発明において、溶融シリカ（Ｃ）の割合は全体の７５
〜９０重量％であり、さらに好ましくは７５〜８８重量
％である。溶融シリカ（Ｃ）が全体の７５重量％未満で
は半田耐熱性が不十分であり、９０重量％を越えると流
動性が不十分である。

本発明におけるハイドロタルサト系化合物ｆＤ）は、下
記式■または■で示される複合金属化合物である。

Ｍ　ｇ　ｚ　Ａｊ！　Ｆ　（ＯＨ）　２ｘ＋３ｙ−、ｚ
Ａ　ｚ　・ｍＷ　２０　　・＝・・・０ＭｇえＡ１ア０
，２工＋３１＋／□　　　　　　　　１０１１０．＠（
たたし、Ａはｎ価の陰イオンＡ１−を生成しうる官能基
、ｎは１〜３の整数、ｘ、ｙおよびＺはＯ＜　ｙ　／　
ｘ≦１．０≦ｚ／ｙ＜１．５の関係にある０まなは正の
数、ｍは０または正の数を示す、） 上記式■において、官能基Ａから生成しうるｎ価の陰イ
オンＡ″−の好ましい具体的としては、Ｆ　、ＣＩ／、
　、Ｂｒ　、■　、０）Ｉ　、ＨＣＯ３、ＣＨ３ＣＯＯ
、ＨＣＯＯ、ＣＯ３２−５ＳＯ４２−（ＣＯＯ）２、酒
石酸イオン（ＣＨ（ＯＨ）Ｃｏｏ　　）２　、クエン酸
イオン（：Ｃ（ＯＨ）Ｃｏｏ　　）（ＣＨ２ＣＯＯ）２
、サリチル酸イオンＣ６Ｈ４（ＯＨ）Ｃｏ。

−などが挙げられる。なかでも、ＣＯ３２−が特に好ま
しい。

上記式■で表されるハイドロタルサイト系化合物（Ｄ）
はたとえは、上記式■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。

ハイドロタルサイト系化合物（０）の好ましい具体例と
して、ＭｇｃｓＡ１２　（ＯＨ）＋３ＣＯ３・３．５　
Ｈ２０、Ｍｇｃ、Ａ１２　（ＯＨ）ｔ３ｃＯ３、Ｍ　ｇ
　ｓ　Ａ　１　ｔｓ　（ＯＨ）　＋３　ＣＯ３・３．５
　Ｈ２０、Ｍｇ５Ａｊ！ｔｉ（ＯＨ）１３ＣＯ３、Ｍｇ
ａＡｊ！　２（ＯＨ）１６ＣＯ３・４Ｈ２０、ＭｇａＡ
ｊ！２（ＯＨ）１６ＣＯ３、Ｍｇｏ、５ｂＡｆｌｏ３ｓ
Ｏｒ、＋７ｓ、Ｍ　ｇ　０．７Ａ　ｆｌ　ｏ、ｉｏ　１
．　ｌ　Ｓ、Ｍｇｏ、ｔｓＡｌ。２５０１．＋２５、Ｍ
　ｇ　ｏ、ｓＡ　１゜２０１．１などが挙げられる。

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０．０
２〜５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。

本発明における臭素化合物ｆＥ）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組成物に離燃剤
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。

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挙
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特に好ましく用いられる。

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。

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挙げられる。

アンチモン化合物（Ｆ）の添加量は、全体の０．１〜１
０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０２〜４重量％である。

本発明の半導体封止用エポキシ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。

本発明において、溶融シソ力（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。

本発明の半導体封止用エポキシ組成物にはカボンブラッ
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、変性ポリブタジェンゴム　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。

本発明の半導体封止用エポキシ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−、ニーダ−
、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。

〈実施例〉 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例１〜９、比較例１〜７ 表１に示した溶融シリカ（Ｃ）および表２に示しなハイ
ドロタルサイト系化合物（０）を、各々表２に示した組
成物比で試薬をミキサーによりトライブレンドした。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組成物
を製造した。

この組成物を用い、低圧トランスファー成形法により１
７５℃×２分の条件で成形し、１７５°ＣＸ８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。

半田耐熱性二表面にＡ１蒸着しｆＳ′＃１．擬素子を搭
載した２８ｐｉｎ　　５ＯＰ２０個 を成形、ポストキュアし、８５℃ ／８５％ＲＨで５０時間加湿後、 ２６０℃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 ｓｏｐを不良としな。

難　燃　性：５″×１／２″ＸＩ／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。

高温信頼性二半田耐熱性評価後の２８ｐ　ｉ　ｎ５ｏｐ
を用い、２００℃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 な。

表 表３にみられるように、本発明の半導体封止用エポキシ
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。

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（［）を含有しない比較例２〜４で
は難燃性に劣っている。

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

さらに、溶融シリカ（０）の含有量か本発明の範囲外の
比較例６および７では半田耐熱性が劣っているか、ある
いは混線時に負荷がかかり組成物が得られなかった。

〈発明の効果〉 本発明の半導体封止用エポキシ組成物は、特定のエポキ
シ樹脂、硬化剤、溶融シリカ、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 (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、溶融シリカ
   （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）からなる樹脂組
   成物であって、前記エポキシ樹脂（Ａ）が下記式（ I
   ） ▲数式、化学式、表等があります▼…（ I ） （ただし、Ｒ＾１〜Ｒ＾８は水素原子、Ｃ＿１〜Ｃ＿４
   の低級アルキル基またはハロゲン原子を示す。） で表される骨格を有するエポキシ樹脂（ａ）を必須成分
   として含有し、前記溶融シリカ（Ｃ）の割合が全体の７
   ５〜９０重量％であり、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
   封止用エポキシ組成物。
2. （２）溶融シリカ（Ｃ）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４０ｕｍ以下の
   球状溶融シリカ１〜５０重量％からなる請求項（１）に
   記載の半導体封止用エポキシ組成物。