JPH06157725A - 半導体封止用樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 エポキシ樹脂、下式（Ｘはシクロアルカン
類）で示されるフェノール樹脂化合物を総フェノール樹
脂硬化剤量に対して５０〜１００重量％含むフェノール
樹脂硬化剤、無機充填材、硬化促進剤からなる半導体封
止用樹脂組成物。 【化１】 【効果】 耐半田クラック性、耐湿性及び耐熱性に顕著
に優れており、表面実装型半導体封止用樹脂組成物とし
て極めて有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐半田ストレス性及び
耐湿性に優れた半導体封止用樹脂組成物に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、ダイオード、トランジスタ、集積
回路等の電子部品を熱硬化性樹脂で封止しているが、特
に集積回路では耐熱性、耐湿性に優れたＯ−クレゾール
ノボラックエポキシ樹脂をノボラック型フェノール樹脂
で硬化させるエポキシ樹脂組成物が用いられてきた。し
かし近年の電子機器の小型・軽量化・高性能化の市場動
向において、半導体の高集積化も年々進み、パッケージ
においては小型・薄型の表面実装タイプが主流と成りつ
つあり、また半導体の高集積化に伴うチップの大型化か
ら封止樹脂への要求は益々厳しいものとなり従来の樹脂
組成物では信頼性の確保が困難になってきている。これ
は半導体の実装方法が従来のピン挿入型から表面実装型
（ＶＰＳリフロー型、ＩＲリフロー型、半田浸漬法等）
に変わる事により、半田浸漬の工程において急激に２０
０℃以上の高温にさらされることになりパッケージが割
れたり、チップと封止樹脂の界面剥離が生じ、耐湿性が
劣化し信頼性が低くなるといった問題が起きる為であ
り、小型・薄型パッケージでは一層影響が大きくなる為
である。 この様な状況から、半田浸漬等の厳しい条件
においても耐クラック性、耐湿性に優れた高信頼性の樹
脂の開発が急がれている。

【０００３】これらの問題を解決するために半田付け時
の熱衝撃を緩和する目的で、熱可塑性オリゴマーの添加
（特開昭６２−１１５８４９号公報）や各種シリコーン
化合物の添加（特開昭６２−１１５８５号公報、６２−
１１６６５４号公報、６２−１２８１６２号公報）、さ
らにはシリコーン変性（特開昭６２−１３６８６０号公
報）などの手法で対応しているがいずれも半田浸漬時に
パッケージにクラックが発生し信頼性の優れた半導体封
止用エポキシ樹脂組成物を得るまでには至らなかった。
一方、半田浸漬時の耐半田クラック性に優れた半導体封
止用エポキシ樹脂組成物を得るために、硬化剤としてフ
ェノールアラルキル樹脂の使用（特開昭５９−６７６６
０号公報）等が検討されてきたがフェノールアラルキル
樹脂の使用によりリードフレームとの密着性及び低吸水
性が向上し、クラック発生が低減するが、フェノールア
ラルキル樹脂硬化剤系では硬化物のガラス転移温度が、
従来のフェノールノボラック硬化剤系に比べ著しく低く
なり、長期耐熱性が劣るという欠点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題に対して耐半田クラック性、耐湿性及び耐熱性が著
しく優れた半導体封止用樹脂組成物を提供するものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、これらの
問題を解決するために鋭意研究を進め、次の組成を持つ
樹脂組成物を見いだした。すなわち本発明は、（Ａ）エ
ポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤として、式（１）の化学構造
式で示されるフェノール樹脂化合物を総硬化剤量に対し
て５０〜１００重量％含む硬化剤および

【０００６】

【化３】

【０００７】（Ｃ）無機充填材を必須成分とし、（Ｃ）
無機充填材が全組成物中７０〜９０重量％である半導体
封止用樹脂組成物である。本発明に用いられる（Ａ）エ
ポキシ樹脂はビスフェノール型、フェノールノボラック
型、オルソクレゾールノボラック型、トリスフェニルメ
タン型、ナフタレン骨格含有型等各種のエポキシ樹脂が
適用可能であり、２種以上併用しても差し支えないが、
特に式（２）に示したビフェニル型エポキシを用いると
エポキシ樹脂自体の溶融粘度が低いため流動性を損なう
ことなく、無機充填材を多量に配合でき、延いては高強
度で吸湿量の少ない耐半田ストレス性に優れた樹脂組成
物が得られる。

【０００８】

【化４】 （Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄はＨまたはＣＨ₃）

【０００９】ビフェニル型エポキシを用いる場合には総
エポキシ量に対し５０重量％以上、好ましくは７０重量
％以上の使用が望ましい。５０重量％未満では樹脂の低
粘度化がはかれず目的とする無機充填材の多量配合が困
難である。

【００１０】式（１）で示される構造のフェノール樹脂
硬化剤の特徴としては、以下の２点が挙げられる。第１
の点は分子鎖中にＸで示されるシクロアルカン類を有し
ていることであり、従来のフェノールノボラック樹脂に
比べ、耐湿性に優れ、また熱時可撓性に優れているとい
う効果がある。この様な可撓構造を有するシクロアルカ
ン類を分子内に取り入れると反応性が低下し、さらに硬
化物の架橋密度が低くなるために、ガラス転移温度が低
下するという問題がある。そこで、分子側鎖にフェノー
ル性水酸基を取り入れることが、第２の点であり、これ
により反応性及びガラス転移温度を向上させる効果があ
る。式（１）のｎの値は１〜８であり、８を越えると流
動性が低下し成形性が悪くなる。また式（１）のＸは、
単独で用いても２種類を混合して用いても差し支えな
い。 このフェノール樹脂硬化剤の使用量は、これを調
節することにより耐半田クラック性を最大限に引き出す
ことができる。耐半田クラック性の効果を出すためには
式（１）で示されるフェノール樹脂硬化剤を総フェノー
ル樹脂硬化剤量の５０重量％以上好ましくは７０重量％
以上の使用が望ましい。５０重量％未満だと、低吸湿性
と熱時可撓性が得られず、耐半田クラック特性が不充分
である。

【００１１】式（１）で示される変性フェノール樹脂硬
化剤以外に他のフェノール樹脂系硬化剤を併用する場
合、用いるフェノール樹脂系硬化剤とはフェノール性水
酸基を有する化合物全般をいう。例えば、ビスフェノー
ルＡ、ビスフェノールＦ、フェノールノボラック樹脂、
クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂
等を用いることができる。これら併用されるフェノール
樹脂は、硬化性の調整、可撓性の付与等の目的で適宜使
用されるが流動性の調整ではビスフェノールＦや狭低分
子量フェノールノボラック樹脂等の低分子化合物が好適
である。

【００１２】本発明に用いる無機充填材としては、溶融
シリカ粉末、結晶シリカ粉末、アルミナ粉末、水和アル
ミナ粉末、窒化珪素粉末、炭酸カルシウム粉末等が挙げ
られ、特に溶融シリカ粉末が好ましい。無機充填材の配
合量は７０〜９０重量％の範囲が好ましい。７０重量％
以下の場合は吸湿量が多くなり、また熱膨張係数も大き
く実装時の熱ストレスに耐えられない。また９０重量％
以上になると流動特性が劣化し実用不可となる。

【００１３】本発明の封止用エポキシ樹脂組成物はエポ
キシ樹脂、硬化剤及び無機充填材を必須成分とするが、
これ以外に必要に応じて硬化促進剤、シランカップリン
グ剤、ブロム化エポキシ樹脂、三酸化アンチモン、ヘキ
サブロムベンゼン等の難燃剤、カーボンブラック、ベン
ガラ等の着色剤、天然ワックス、合成ワックス等の離型
剤およびシリコーンオイル、ゴム等の低応力添加剤等の
種々の添加剤を適宜配合しても差し支えない。又、本発
明の封止用エポキシ樹脂組成物を成形材料として製造す
るには、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、充填剤、
その他の添加剤をミキサー等により十分に均一混合した
後、さらに熱ロールまたはニーダー等で溶融混合し、冷
却後粉砕して成形材料とすることができる。これらの成
形材料は電子部品あるいは電気部品の封止、被覆、絶縁
等に適用することができる。

【００１４】

【実施例】以下に本発明を実施例で示す。配合割合は重
量部とする。 実施例１〜６、比較例１〜４ （Ａ）エポキシ樹脂 オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポ
キシ当量２００、軟化点６５℃） ビフェニル型エポキシ：３，３’，５，５’−テト
ラメチル−４，４’−ジヒドロキシビフェニルグリシジ
ルエーテル（エポキシ当量１９５） （Ｂ）フェノール樹脂硬化剤 式（３）で示されるフェノール樹脂（水酸基当量１
７５、軟化点８０℃）

【００１５】

【化５】

【００１６】 式（４）で示されるフェノール樹脂
（水酸基当量１８０、軟化点８０℃）

【００１７】

【化６】

【００１８】 フェノールノボラック樹脂（水酸基当
量１０５、軟化点８０℃） 式（５）で示されるフェノールアラルキル樹脂（水
酸基当量１８０、軟化点８０℃）

【００１９】

【化７】

【００２０】（Ｃ）無機充填材 溶融シリカ粉末（平均粒子径１４μｍ） （Ｄ）その他原料 硬化促進剤：トリフェニルホスフィン 離型剤：カルナバワックス を表１に示したそれぞれの割合でミキサーで常温で混合
し、７０〜１００℃で２軸ロールにより混練し、冷却後
粉砕し成形材料とし、これをタブレット化して半導体封
止用エポキシ樹脂組成物を得た。この組成物を低圧トラ
ンスファー成形機（成形条件：１７５℃、７０kg／c
m²、１２０秒）を用いて成形し、得られた成形品を１７
５℃、８時間で後硬化し評価した。結果を表１に示す。

【００２１】評価方法 ＊１ スパイラルフロー ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準じたスパイラルフロー観測用金
型を用い、金型温度１７５℃、注入圧力７０kg／cm²、
硬化時間２分で測定。 ＊２ 硬化性 ショアＤ硬度計を用い、金型温度１７５℃、硬化時間２
分で測定。 ＊３ 耐熱性 １７５℃、２分の条件で成形し、１７５℃で８時間、後
硬化させた試験片にて熱膨張特性を測定し硬化物のガラ
ス転移温度を求めた。 ＊４ 半田クラック性試験 成形品（チップサイズ６×６mm、５２ｐＱＦＰ）を８５
℃、８５％ＲＨの環境下で４８Ｈｒ及び７２Ｈｒ処理
し、その後２６０℃の半田槽に１０秒間浸漬後、顕微鏡
で外部クラックを観察した。 ＊５ 半田耐湿性試験 成形品（チップサイズ３×６ｍｍ模擬素子、１６ｐＳＯ
Ｐ）を８５℃、８５％ＲＨの環境下で７２Ｈｒ処理し、
その後２６０℃の半田槽に１０秒間浸漬後、プレッシャ
ークッカー試験（１２５℃、１００％ＲＨ）をおこな
い、回路のオープン不良数を測定した。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【発明の効果】本発明によると従来技術では得ることが
できなかった耐半田ストレス性を有するエポキシ樹脂組
成物を得ることができるので、半田付け工程による急激
な温度変化による熱ストレスを受けた時の耐クラック性
に非常に優れ、更に耐湿性が良好なことから電子、電気
部品の封止用、被覆用、絶縁用等に用いた場合、特に表
面実装パッケージに搭載された高集積大型チップＩＣに
おいて非常に信頼性を必要とする製品について好適であ
る。

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 23/29 23/31

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤とし
   て、式（１）の化学構造式で示されるフェノール樹脂化
   合物を総硬化剤量に対して５０〜１００重量％含む硬化
   剤および 【化１】 （Ｃ）無機充填材を必須成分とし、（Ｃ）無機充填材が
   全組成物中７０〜９０重量％であることを特徴とする半
   導体封止用樹脂組成物。
2. 【請求項２】 （Ａ）エポキシ樹脂が式（２）で示され
   るビフェニル型エポキシで、総エポキシ樹脂量に対して
   ５０〜１００重量％であることを特徴とする請求項１記
   載の半導体封止用樹脂組成物。 【化２】 （Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄はＨまたはＣＨ₃）