JPH0593043A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高耐熱性、低熱膨張性、高接着性、低吸湿性
を有する硬化物を与える半導体封止用エポキシ樹脂をう
る。 【構成】 ナフタレン骨格を有する特定の５官能エポキ
シ樹脂およびベンゼン環を３個有する特定の星型５官能
エポキシ樹脂を混合したものを半導体封止用エポキシ樹
脂の主剤として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体エポキシ樹脂に関
する。さらに詳しくは、ナフタレン骨格を有する５官能
エポキシ樹脂と星型５官能エポキシ樹脂とを主剤として
用いた高耐熱性、低熱膨張性、高接着性、低吸湿性の硬
化物を提供する半導体封止用エポキシ樹脂に関する。

【０００２】

【従来の技術・発明が解決しようとする課題】近年、半
導体素子は大型化、高集積化の傾向にあり、従来のエポ
キシ樹脂組成物で半導体を封止したばあい、チップやリ
ードフレームと封止樹脂との線膨張係数の差による熱応
力により、チップにクラックを生じたり、ボンディング
ワイヤが切断されるなどの現象が生じ、半導体部品の信
頼性が低下するという問題がある。

【０００３】また、半導体部品の実装の高集積化に伴
い、樹脂封止型半導体を実装する際の半田温度によりパ
ッケージの温度が上がり、ダイパッド裏と樹脂との界面
に吸湿してたまった水の蒸発圧により、パッケージが割
れるという吸湿半田耐性の問題がある。

【０００４】熱応力を小さくするとともに、パッケージ
クラックの発生を低くおさえるには可撓化剤を添加し、
樹脂の弾性率を下げる方法がある。しかしながら、従来
の可撓化剤により弾性率を低下させる方法では、硬化物
のガラス転移温度が大きく低下し、また高温時の機械強
度も低下するため、半導体封止用樹脂組成物として不適
当になる。

【０００５】また、低弾性率のシリコーン樹脂を添加す
ると金属との接着性がおとり、透湿が大きくなるため、
耐湿性の面で信頼性に欠けるなどの問題がある。

【０００６】可撓化剤を用いずに熱応力を低下させ、吸
湿半田耐性を改良する方法として、式：

【０００７】

【化３】 で示される多官能性エポキシ樹脂と、硬化剤の一部また
は全部として式：

【０００８】

【化４】 で示されるパラヒドロキシスチレンとスチレンの共重合
体とを用いたエポキシ樹脂組成物を用いる方法（特開平
1-198018号公報）がある。この方法では、硬化剤のパラ
ヒドロキシスチレンとスチレンの共重合体の溶融粘度が
高いため、作業性がわるく、また成形不良をおこすなど
の問題がある。

【０００９】また、吸湿半田耐性を改良する他の方法
は、充填剤を高充填して線膨張係数を下げると同時に、
樹脂硬化物の吸水率を下げる方法があるが、弾性率が高
くなり、フレームとの接着性が低下し、さらには溶融時
の樹脂の流動性が悪化して成形性が低下するなどの問題
が出てくる。

【００１０】従来のエポキシ樹脂組成物は以上のような
問題点があるので、熱応力を小さくするため、弾性率を
上げることなく線膨張係数を下げ、吸湿半田耐性を上げ
るために、高いガラス転移温度と高温強度を有し、かつ
樹脂の吸水率を低くおさえる必要がある。

【００１１】本発明は前記のような問題点を解決するた
めになされたもので、線膨張係数および弾性率を低くし
て熱応力を小さくするとともに、ガラス転移温度を高く
し、高温での機械強度を向上させ、かつ樹脂の吸水率を
低くした半導体封止用樹脂組成物をうることを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、式
(I)：

【００１３】

【化５】 で示されるナフタレン骨格を有する５官能エポキシ樹脂
（以下、５官能エポキシ樹脂Ａという）と、式(II)：

【００１４】

【化６】 で示される星型５官能エポキシ樹脂（以下、５官能エポ
キシ樹脂Ｂという）とを主剤として配合したことを特徴
とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。

【００１５】

【作用・実施例】本発明で使用する主剤の成分である前
記式(I)で示される５官能エポキシ樹脂Ａには、メチリ
ジン基に結合するナフタレン環や芳香環がそれらのどの
位置で結合するかにより数種類の異性体があるが、それ
らのいずれでもよく、またそれらの混合物であってもよ
い。

【００１６】５官能エポキシ樹脂Ａの粘度は150℃で15
ポイズと高粘度であるが、５官能エポキシ樹脂Ｂと混合
して主剤としたばあい低粘度で作業性がよくなり、低熱
膨張性と低吸水性に優れた組成物がえられる。

【００１７】前記５官能エポキシ樹脂Ａは、たとえばジ
ヒドロキシナフタレンとサルチルアルデヒドを反応させ
たのち、えられた化合物をグリシジル化することにより
えられる。

【００１８】本発明で使用する主剤の他の成分である前
記式(II)で示される５官能エポキシ樹脂Ｂには、５官能
エポキシ樹脂Ａと同様、数種類の異性体のうちのいずれ
でもよく、またそれらの混合物でもよい。

【００１９】前記５官能エポキシ樹脂Ｂは150℃で10ポ
イズ以下と低粘度であり、作業性に優れ、またフェノー
ル樹脂を硬化剤として使用したばあい、ガラス転移温度
が 200℃以上と耐熱性に優れた硬化物がえられる。

【００２０】前記５官能エポキシ樹脂Ｂは、たとえばメ
チルヒドロキノンにアルデヒドを反応させたのち、えら
れた化合物をグリシジル化することによりえられる。

【００２１】本発明の組成物では前記５官能エポキシ樹
脂Ａと５官能エポキシ樹脂Ｂとを主剤とするが、その使
用割合は５官能エポキシ樹脂Ａと５官能エポキシ樹脂Ｂ
の割合が重量比で３／７〜９／１とするのが好ましく、
４／６〜７／３とするのがより好ましい。前記割合が３
／７未満では低熱膨張性と低吸水性への効果がなくなる
傾向が生じ、９／１をこえると高粘度になるため作業性
が低下する傾向が生じる。

【００２２】前記２種類のエポキシ樹脂を前記のような
混合割合とすることでえられた半導体封止用エポキシ樹
脂組成物は、低粘度で作業性がよくなり、その硬化物は
高ガラス転移温度、低線膨張率係数、低吸水率を示す。

【００２３】本発明の組成物中の主剤の配合割合は 7.5
〜20％（重量％、以下同様）、さらには10〜15％とする
のが好ましい。前記配合割合が20％をこえると低熱膨張
性と低吸水性が達成されにくくなり、7.5 ％未満では樹
脂含有量が少ないため作業性が低下する傾向が生じる。

【００２４】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂は、前
記主剤にフェノール樹脂からなる硬化剤、さらには硬化
促進剤、難燃剤、離型剤、充填剤、表面処理剤を配合し
たものである。

【００２５】本発明で用いられる難燃剤の具体例として
は、日本化薬（株）製の BREN-S、大日本インキ化学工
業（株）製のエピクロン165などの難燃化エポキシ樹
脂、リン酸エステル類、水和アルミナなどがあげられる
が、そのなかでも前記難燃化エポキシ樹脂が好ましい。

【００２６】難燃剤の配合割合は本発明の有機成分中３
〜20％、さらには７〜15％が好ましい。前記配合割合が
20％をこえると加水分解によりハロゲン濃度が高くな
り、アルミ腐食による不良が発生するなどの問題を生じ
やすくなり、３％未満では難燃性がそこなわれる傾向が
生じる。

【００２７】本発明に用いられるフェノール樹脂からな
る硬化剤の具体例としては、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、アルキル変性フ
ェノール樹脂、ビスフェノールＡノボラック樹脂、トリ
ス（ヒドロキシフェニル）メタンなどの多官能型フェノ
ール樹脂などがあげられるが、中でもナフタレン骨格を
有する多官能型フェノール樹脂が好ましい。これらは単
独で用いてもよく、２種類以上を併用してもよい。

【００２８】硬化剤として前記ナフタレン骨格を有する
多官能フェノール樹脂を使用することにより、低熱膨張
性と低吸水性に一層優れた硬化物がえられる。

【００２９】フェノール樹脂からなる硬化剤の配合割合
は、本発明の組成物に含まれる主剤のエポキシ当量また
は難燃化剤として難燃化エポキシ樹脂が使用されるばあ
いには、主剤および難燃化エポキシ樹脂のエポキシ当量
の合計に対し、等量の水酸基当量になるようにフェノー
ル樹脂を配合するのが硬化物の熱的、機械的特性の点か
ら好ましい。

【００３０】本発明に用いられる硬化促進剤としては、
半導体封止用樹脂に用いられる通常の触媒である限りと
くに限定されるものではなく、その具体例としては、た
とえばトリフェニルホスフィンなどのホスフィン類で代
表されるリン系化合物、2-メチルイミダゾール、2-エチ
ル-4-メチルイミダゾールなどのイミダゾール類、３級
アミン類、1,8-ジアザビシクロ（5,4,0）ウンデセン-
7、その有機塩類などがあげられる。これらは単独で用
いてもよく、２種類以上を併用してもよい。

【００３１】硬化促進剤の配合割合は本発明の組成物中
0.03〜２％が好ましく、0.05〜１％がさらに好ましい。
配合割合が２％をこえるとゲル化が速すぎて硬化物の成
形が困難になる傾向があり、0.03％未満では硬化が遅い
ため硬化物の機械強度が不充分になる傾向がある。

【００３２】本発明に用いられる離型剤にはとくに限定
はなく、その具体例としては、たとえば脂肪酸やその金
属塩、天然ワックス、合成ワックスなどがあげられる。
離型剤の配合割合はエポキシ樹脂の合計量100部（重量
部、以下同様）に対して0.5〜３部が好ましく、1.5〜2.
2部がさらに好ましい。

【００３３】本発明に用いられる充填剤にはとくに限定
はなく、その具体例としては、たとえば天然シリカや合
成シリカからの破砕シリカ、球状シリカなどの石英粉砕
物や、タルク、マイカ、チッ化ケイ素、アルミナなどが
あげられる。これらは単独で用いてもよく２種類以上を
併用してもよい。

【００３４】無機充填剤の配合割合は、本発明の組成物
に使用されるエポキシ樹脂の合計量100部に対して250〜
2000部が好ましく、400〜1700部がさらに好ましい。配
合量が250部未満ではえられる硬化物の強度、耐熱性、
耐衝撃性が低下し、2000部をこえると組成物の流動性が
低下して成形しにくくなる傾向がある。

【００３５】本発明に用いられる表面処理剤にはとくに
限定はなく、その具体例としては、たとえばビニルトリ
メトキシシラン、グリシジルトリメトキシシランなどが
あげられる。表面処理剤の配合割合は、エポキシ樹脂の
合計量100部に対して0.5〜20部が好ましく、1.2〜16部
がさらに好ましい。

【００３６】さらに、本発明の組成物には、カーボンブ
ラックなどの着色剤、酸化防止剤などの所望の添加剤が
適宜配合されていてもよい。

【００３７】本発明の組成物は、前記主剤、フェノール
樹脂からなる硬化剤、硬化促進剤、難燃剤、充填剤、表
面処理剤および要すれば使用される成分を通常の方法
（加熱ロールなど）を用いて混練することにより調製す
ることができ、通常の方法により成形することができ
る。

【００３８】本発明の半導体封止用のエポキシ樹脂組成
物は、５官能エポキシ樹脂Ａと５官能エポキシ樹脂Ｂを
適当な割合で混合することにより、低粘度で作業性がよ
くなり、その硬化物は高ガラス転移温度、低線膨張率、
低吸水率を有する。したがって、前記組成物を使用して
半導体を封止したばあい、その熱応力も小さくなり、吸
湿半田耐性が改善され、半導体部品の信頼性が増す。

【００３９】つぎに、本発明を実施例に基づきさらに具
体的に説明するが、本発明はかかる実施例に限定される
ものではない。

【００４０】［実施例１］1,6-ジヒドロキシナフタレン
とサルチルアルデヒドとの縮合反応でえられた前記式
(I)で示される５官能エポキシ樹脂Ａと、2-メチルハイ
ドロキノンとサルチルアルデヒドとの縮合反応でえられ
た前記式(II)で示される５官能エポキシ樹脂Ｂを１対１
（重量比）の割合で混合して主剤を調製し、えられた主
剤 100部に対し10部の難燃化エポキシ樹脂（日本化薬
（株）製のBREN-S、エポキシ当量 285）、主剤と難燃化
エポキシ樹脂の合計のエポキシ当量と等量の水酸基当量
のフェノールノボラック樹脂硬化剤（群栄化学工業
（株）製のPSF-4261、水酸基当量 106）、３部の離型剤
（カルナバワックス）、1.2 部の硬化促進剤（トリフェ
ニルホスフィン）、組成物中の73％になる割合のシリカ
充填剤（平均粒径30μｍの球状シリカ）、シリカ充填剤
に対し1.0 ％の表面処理剤（γ−グリシドキシプロピル
トリメトキシシラン）を配合し、全体を80〜120 ℃で20
〜30分溶融混練した。前記混練物を取り出して冷却し、
粉砕して半導体封止用エポキシ樹脂組成物をえた。

【００４１】えられた前記組成物を175℃、90秒の条件
でトランスファ成形し、175℃、7.5時間の後硬化を行
い、成形試験片を作製した。こうしてえられた試験片の
熱機械分析（TMA測定）によるガラス転移温度、線膨張
係数（TMA測定）、常温および高温（225℃）における曲
げ強度（JIS K 6911）、曲げ弾性率（JIS K 6911）およ
び121℃、２気圧のプレッシャークッカーテスト100時間
後の吸水率を測定した。結果を表１に示す。

【００４２】さらに、前記組成物を用い、表面実装用の
28ピンフレームを成形し、成形物を85℃、85％、72時間
吸水させたのち、260℃の溶融半田中に浸漬し、そのの
ち、溶融半田より取り出す吸湿半田耐性試験を行なっ
た。試験後、パッケージの割れやチップと樹脂の接着お
よび剥離の様子を、超音波顕微鏡を用いて非破壊の検査
を行なって調べたところ、後述する比較例１のエポキシ
樹脂組成物の成形品では全数が全面剥離しているのに対
して、本実施例のエポキシ樹脂組成物の成形品ではチッ
プ面積の10％以上の剥離が生じたものは試験数の半数以
内にとどまった。前記試験を10個の28ピンフレームにつ
いて行なった結果を表２に示す。

【００４３】［実施例２］実施例１で用いたエポキシ樹
脂（主剤および難燃化エポキシ樹脂）のエポキシ当量と
等量の水酸基当量になるようナフタレン骨格を有する２
官能フェノール樹脂硬化剤（水酸基当量80）を用いたほ
かは、実施例１と同様にして試験片を作製し同様の試験
を行なった。結果を表１に示す。

【００４４】また、28ピンフレーム成形物の吸湿半田耐
性については、チップ面積の10％以上の剥離が生じたも
のは試験数の半数以内にとどまった。

【００４５】［実施例３］実施例１で用いたエポキシ樹
脂（主剤および難燃化エポキシ樹脂）のエポキシ当量と
等量の水酸基当量になるようナフタレン骨格を有する３
官能フェノール樹脂硬化剤（水酸基当量98）を用いたほ
かは、実施例１と同様にして試験片を作製し同様の試験
を行なった。結果を表１に示す。

【００４６】また、28ピンフレーム成形物の吸湿半田耐
性については、チップ面積の10％以上の剥離が生じたも
のは３／10にとどまった。

【００４７】［実施例４］実施例１で用いたエポキシ樹
脂（主剤および難燃化エポキシ樹脂）のエポキシ当量と
等量の水酸基当量になるようナフタレン骨格を有する４
官能フェノール樹脂硬化剤（水酸基当量83）を用いたほ
かは、実施例１と同様にして試験片を作製し同様の試験
を行なった。結果を表１に示す。

【００４８】また、28ピンフレーム成形物の吸湿半田耐
性については、チップ面積の10％以上の剥離が生じたも
のは２／10にとどまった。

【００４９】［実施例５］実施例１で用いたエポキシ樹
脂（主剤および難燃化エポキシ樹脂）のエポキシ当量と
等量の水酸基当量になるようナフタレン骨格を有する５
官能フェノール樹脂硬化剤（水酸基当量85）を用いたほ
かは、実施例１と同様にして試験片を作製し同様の試験
を行なった。結果を表１に示す。

【００５０】また、28ピンフレーム成形物の吸湿半田耐
性については、チップ面積の10％以上の剥離が生じたも
のは１／10にとどまった。

【００５１】［実施例６］実施例１で用いたエポキシ樹
脂（主剤および難燃化エポキシ樹脂）のエポキシ当量と
等量の水酸基当量になるようナフタレン骨格を有する３
官能フェノール樹脂硬化剤（水酸基当量98）を用い、シ
リカ充填剤の使用割合を組成物中80％にし、シリカ充填
剤に対し 1.0％の表面処理剤を用いたほかは、実施例１
と同様にして試験片を作製し同様の試験を行なった。結
果を表１に示す。

【００５２】また、28ピンフレーム成形物の吸湿半田耐
性については、チップ面積の10％以上の剥離はみられな
かった。

【００５３】［比較例１］主剤としてオルソクレゾール
ノボラック樹脂（日本化薬（株）製の EOCN-1020、エポ
キシ当量 200）、フェノール樹脂硬化剤としてフェノー
ルノボラック樹脂（群栄化学工業（株）製のPSF-4261、
水酸基当量 106）を用いたほかは、実施例１と同様にし
て試験片を作製し同様の試験を行なった。結果を表１に
示す。

【００５４】えられたエポキシ樹脂の吸湿半田耐性の試
験では、成形品は全面剥離した。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【表２】

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体封
止用エポキシ樹脂組成物は、５官能エポキシ樹脂Ａと５
官能エポキシ樹脂Ｂを用いることにより、低粘度で作業
性がよく、その硬化物はガラス転移温度が高くなり、線
膨張率が低下し、吸水率も低下する。そのため前記組成
物を使って封止したばあい、熱応力が小さくなり、吸湿
半田耐性が改善され、半導体部品の信頼性が増す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/31

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 式(I)： 【化１】 で示されるナフタレン骨格を有する５官能エポキシ樹脂
   と、式(II)： 【化２】 で示される星型５官能エポキシ樹脂とを主剤として配合
   したことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成
   物。
2. 【請求項２】 請求項１記載の主剤と、フェノール樹脂
   からなる硬化剤、さらに硬化促進剤、難燃剤、離型剤、
   充填剤および表面処理剤を配合してなる半導体封止用エ
   ポキシ樹脂組成物。