JPH0459862A - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、半導体装置を封止するためのエポキシ樹脂組
成物に関する。さらに詳しくは、樹脂封止型半導体装置
を実装する際のハンダ付は工程において封止樹脂にクラ
ックが発生するのを防止した半導体封止用エポキシ樹脂
組成物、特に耐湿性および成形性に優れた半導体封止用
エポキシ樹脂組成物に関するものである。

〈従来の技術〉 近年、半導体集積回路の分野において、高集積化、高信
頼性化の技術開発と同時に配線板への半導体装置組立工
程の自動化が推進されている。たとえばフラットパッケ
ージ型の半導体装置を回路板に取付ける場合、従来はリ
ードピンごとに半田付けを行っていたが、最近は半導体
装置全体を２５０℃以上に加熱した半田浴に浸漬して半
田付けを行う表面実装方式が採用されている。そのため
従来の封止用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か発生し、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起きている。

また、半導体の封止方法としては、エポキシ樹脂に硬化
剤および充填材などを添加した組成物を用い、半導体素
子を金型にセットしてトランスファー成形法などにより
封止する方法か一般的に行われている。

これら半導体封止樹脂に要求される特性としては、信頼
性、半田耐熱性および成形性などがあり、信頼性として
は耐湿性か、成形性としてはパリ、熱時硬度などが挙げ
られる。

ここでいう耐湿性とは、高温、高湿環境下に樹脂封止半
導体装置した場合に、封止樹脂や封止樹脂とリードフレ
ームとの界面を通って水分が侵入することにより、半導
体が故障するのを防止することであり、近年半導体の集
積度が向上すると共に、より高度の耐湿性が要求される
ようになった。

封止樹脂の耐湿性を向上するために、通常はシランカッ
プリング剤が添加されており、具体的には、エポキシシ
ランを添加する方法（特公昭６２−１７６４０号公報）
およびビニルシランを添加する方法（特開昭６２−２２
３２１９、特開昭５７−１５５７５３号公報）などが提
案されている。

また、封止樹脂の耐半田クラック性を向上するための従
来法としては、たとえばビフェニル型のエポキシ樹脂を
用いる方法（特開昭６３−２５１４１９号公報）などが
提案されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、耐湿性を改良するためにエポキシシラン
やビニルシランを添加する方法では、これらの添加によ
る耐湿性や半田耐熱性の向上がいまた十分てはなく、製
品として使用するのは困難であった。

また、ビフェニル型のエポキシ樹脂とエポキシシランを
用いる方法では、封止樹脂の耐半田クラック性はある程
度向上するものの満足できるレベルではないばかりか、
耐湿性が低いうえに、成形時に熱時硬度が低く、パリが
多いなどの問題があり実用的ではなかった。

そこで本発明の課題は、上述したエポキシ樹脂組成物が
有する問題を解決し、半田耐熱性、耐湿性なとの信頼性
、およびパリ、熱時硬度などの成形性に優れたエポキシ
樹脂組成物を提供して、表面実装用の樹脂封止半導体を
可能にすることにある。

く課題を解決するための手段〉 本発明者らは、多官能シランカップリング剤の使用によ
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。

すなわち本発明は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）
、充填材（Ｃ）および多官能シランカップリング剤（Ｄ
）からな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。

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、その分子中にエ
ポキシ基を少なくとも２個以上有するものであれば特に
限定されず、これらの具体例としでは、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、次式（Ｉ）で表される骨格を有するビ
フェニル型エポキシ樹脂（ａ） （たたし、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。）次式■て表され
るノボラック型エポキシ樹脂、・・・・・［Ｆ］ 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、ビスフエノール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およびハロゲン化エポキシ樹脂
などが挙げられる。

用途によっては二種類以上のエポキシ樹脂を併用しても
よいが、半導体封止樹脂用としては半田耐熱性の点から
ビフェニル型エポキシ樹脂（ａ）を、全エポキシ樹脂中
に３０重量％以上含むことが好ましい。

ビフェニル型エポキシ樹脂（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および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、下記式０で表される
ノボラック樹脂、・・・・僅 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、フェノールノボラック
、クレゾールノボラックなどのノボラック樹脂か好まし
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。

本発明において、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０．５〜１゜６、特に０．８
〜１．３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、ａ−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−）
リス（ジメチルアミノメチル）フェノール、ｌ、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（Ｆ）挙げられる。なかでも耐
湿性の点から、有機ボスフィン化合物（Ｆ）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０．１〜１０重量部の範囲が好ましい。

本発明における充填剤（Ｃ）としては、溶融シリカ、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、アスベスト、ガラス繊維などが挙げられる
。なかでも溶融シリカは線膨張係数を低下させる効果が
大きく、低応力化に有効なため好ましく用いられる。さ
らには、充填剤（Ｃ）の割合が全体の７５〜９０重量％
であり、かつ充填剤が平均粒径１〇−以下の破砕溶融シ
リカ（Ｃ′）を全シリカ中４０重量％以上含むことが、
半田耐熱性の点で好ましい。

なお、ここで平均粒径とは累積重量５０％になる粒径（
メジアン径）を意味する。

本発明におけるシランカップリング剤（Ｄ）は、多官能
シランカップリング剤である。多官能シランカップリン
グ剤（Ｄ）の具体例としては、次式■で表されるものが
挙げられる。

Ｘ−Ｎ−Ｒ’−８ｉ　（ＯＲ２）　ｎ （Ｒ１は炭素数１〜２０の二価の炭化水素基、Ｒ２は水
素原子、炭素数１〜２０のｍ個の炭化水素基、ｎは１〜
３の整数を各々示す、Ｘは２−アミノエチル基、グリシ
ジル基、メタクリル基またはヒドリド基を、Ｙはアリル
基、トリメトキシシリルプロピル基、ジメトキシメチル
グロビル基、またはグリシジル基を示す、）本発明にお
ける多官能シランカップリング剤（Ｄ）の具体例として
は、３−［Ｎ−アリル−Ｎ（２−アミノエチル）］アミ
ノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ、Ｎ−ビス［３−（
トリメトキシシリル〉プロビルコメタクリルアミド、３
−（Ｎ−アリル−Ｎ−グリシジル）アミノプロピルトリ
メトキシシラン、３−　（Ｎ、Ｎ−ジグリシジル）アミ
ノプロピルトリメトキシシラン、３−［Ｎ−アリル−Ｎ
−グリシジル）アミノプロピルトリメトキシシランおよ
び３−（Ｎ−アリル−Ｎ−メタクリル）アミノプロピル
トリメトキシシランなどが挙げられる。

これらの多官能シランカッ１リング剤（Ｄ）の添加量は
、通常、充填剤１００１！量部に対して０．１〜５重量
部、好ましくは０．２〜３重量部、特に好ましくは０．
３〜１．５重量部であり、さらには用途に応じて、−官
能のエポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシラン
、ビニルシランなどの他のシランカップリング剤を併用
することができる。

本発明において、充填剤（Ｃ）を多官能シランカップリ
ング剤（Ｄ）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。

本発明の半導体封止用樹脂組成物には、ハロゲン化ボキ
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
、酸化鉄などの着色剤、シリコーンゴム、シリコーンオ
イル、スチレン系ブロック共重合体、オレフィン系共重
合体、変性ニトリルゴム、変性ポリブタジェンゴムなど
のエラストマー　ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂、チ
タネートカップリング剤などのカップリング剤、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との離型剤お
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。

本発明のエポキシ樹脂組成物は溶融混練することにより
製造するのが好ましく、たとえばバンバリーミキサ−、
ニーダ−ロール、単軸もしくは二輪の押出機およびコニ
ーグーなどの公知の混線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。

表１に示した配合処方に対し、表２に示した各種シラン
カップリング剤、表３に示した各種溶融シリカを各々表
４に示した組成比で試薬をミキサーによりトライブレン
ドした。これを、ロール表面温度９０℃のミキシングロ
ールを用いて５分間加熱混線後、冷却、粉砕してエポキ
シ含有組成物を製造した。

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℃×４分の条件で５時間ポストキュアした。ポスト
キュア後、次の物性測定法により、各組成物の物性を測
定した。

半田耐熱性：８０ｐｉｎＱＦＰ２４個を８５℃／８５％
ＲＨて５０時間加湿後、２ ６０℃に加熱した半田浴に１０秒 間浸漬し、クラックの発生しない ＱＦＰの個数の割合を求めた。

信　頼　性：４４ｐｉｎＱＦＰを用い、１２０℃／８５
％ＲＨ，バイアス電圧１５ ｖでＵＳＰＣＢＴを行い、累積数 隙率５０％になる時間を求めた。

また、前記の方法で製造したエポキシ樹脂組成物を用い
て、下記の方法により成形性の評価を行った。

バ　　リ：低圧トランスファー成形法によりフラッシュ
金型を用いてレジンフラッ シュを測定した。

熱時硬度：低圧トランスファー成形法により１７５℃×
２分の条件で成形し、熱時 硬度（ショアＤ）を測定した。

以上の評価結果をまとめて表４に示す。

表４にみられるように、本発明の多官能シランカップリ
ング剤を用いた組成物（実施例１〜３）は半田耐熱性、
信頼性、パリおよび熱時硬度が均衡に優れている。

これに対して本発明の多官能シランカップリング剤を使
用しない組成物（比較例１〜４）では半田耐熱性、信頼
性、パリおよび熱時硬度において劣っている。

また、特定のエポキシ樹脂を３０重量％以上含有した本
発明のエポキシ樹脂組成物（実施例４〜５）は信頼性や
パリ、熱時硬度などの成形性が優れているうえに半田耐
熱性がさらに向上している。

さらに、特定の溶融シリカを含有した本発明のエポキシ
樹脂組成物（実施例６〜９）はさらに半田耐熱性が向上
している。

〈発明の効果〉 本発明のエポキシ樹脂組成物は、多官能シランカップリ
ング剤、硬化剤、充填剤、エポキシ樹脂を配合したため
に、半田耐熱性、信頼性、成形性に優れており、半導体
封止用として理想的な性能を有している。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、充填材（Ｃ
   ）および多官能シランカップリング剤（Ｄ）からなる半
   導体封止用エポキシ樹脂組成物。
2. （２）エポキシ樹脂（Ａ）が次式（ 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）を全エポキ
   シ樹脂（Ａ）中に３０重量％以上含むことを特徴とする
   請求項（１）記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。