JPH0680763A

JPH0680763A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH0680763A
Application number: JP23717092A
Authority: JP
Inventors: Taiji Sawamura; 泰司澤村; Yoshio Kaji; 嘉男鍛治; Masayuki Tanaka; 正幸田中
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1992-09-04
Filing date: 1992-09-04
Publication date: 1994-03-22
Anticipated expiration: 2013-01-14
Also published as: JP2697510B2

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体装置の表面実装工程におけるパッケー
ジクラックの発生を防止するとともに、耐湿信頼性、成
形性に優れるエポキシ樹脂組成物を提供することにあ
る。【構成】エポキシ樹脂、硬化剤、充填材を含んでなる
エポキシ樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂が式ビ
フェニル骨格を有するエポキシ樹脂を必須成分として含
有し前記硬化剤が１５０℃の溶融粘度２ポイズ以下のフ
ェノールアラルキル樹脂を必須成分として含有し、充填
剤の割合が全体の８６〜９５重量％であることを特徴と
する半導体封止用エポキシ樹脂組成物。【効果】半田耐熱性、耐湿信頼性、流動性に優れてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半田耐熱性、耐湿信頼
性および流動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】近年、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”に代わり、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ＤＩＰ（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
たり、チップと樹脂の間に剥離が生じたりして、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。

【０００７】封止樹脂の改良も種々検討されている。た
とえば、マトリックス樹脂にノボラック型エポキシ樹脂
とフェノールアラルキル樹脂を配合する方法（特開昭５
３−２９９、特開昭５９−６７６６０号公報）、マトリ
ックス樹脂にビフェニル型エポキシ樹脂とフェノールア
ラルキル樹脂を用い充填剤を６０〜８５重量％配合する
方法（特開平３−２０７７１４号公報、特開平４−４８
７５９号公報、特開平４−５５４２３号公報）などが提
案されている。

【０００８】

【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い
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。

【０００９】また、種々の方法で改良された樹脂も、そ
れぞれ少しずつ効果を挙げてきているが、まだ十分では
ない。マトリックス樹脂にノボラック型エポキシ樹脂と
フェノールアラルキル樹脂を配合する方法（特開昭５３
−２９９、特開昭５９−６７６６０号公報）、マトリッ
クス樹脂にビフェニル型エポキシ樹脂と通常のフェノー
ルアラルキル樹脂を用い破砕系充填剤を６０〜８５重量
％配合する方法（特開平３−２０７７１４号公報、特開
平４−４８７５９号公報、特開平４−５５４２３号公
報）は、マトリックス樹脂の溶融粘度が高く充填性に問
題があるばかりか、半田付け時の樹脂部分のクラック防
止においても十分なレベルではなかった。

【００１０】本発明の目的は、半田付け工程で生じる樹
脂クラックの問題を解決し、信頼性の低下がなく、しか
も良流動な、すなわち半田耐熱性、耐湿信頼性および流
動性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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、マトリッ
クス樹脂にビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂と低粘
度で特定の構造を有する硬化剤を用い、充填剤を８６〜
９５重量％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。

【００１２】すなわち本発明は、エポキシ樹脂(A) 、硬
化剤(B) 、充填剤(C) を含んでなるエポキシ樹脂組成物
であって、前記エポキシ樹脂(A) が次の一般式(I)

【化３】（式中、Ｒ¹〜Ｒ⁸は水素原子、炭素数１〜４のアルキ
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、かつ前
記硬化剤(B) が次の一般式(II)

【化４】（式中、Ｒは同一でも異なっていてもよく、それぞれ水
素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜４のアルキル基を示
す。ｍは０以上の整数を示す。）で表される骨格を有す
るフェノール化合物で、しかもそのフェノール化合物の
１５０℃での溶融粘度が２ポイズ以下のフェノール化合
物(b) を必須成分として含有し、前記充填剤(C) の割合
が全体の８６〜９５重量％であることを特徴とする半導
体封止用エポキシ樹脂組成物である。

【００１３】以下、本発明の構成を詳述する。

【００１４】本発明におけるエポキシ樹脂(A) は、上記
式(I) 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け工程におけるクラック
の発生防止効果は発揮されない。

【００１５】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
が挙げられる。

【００１６】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、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、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
フェニルが特に好ましい。

【００１７】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) とともにそのエポキシ樹脂(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。

【００１８】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。

【００１９】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はないが、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。

【００２０】本発明において、エポキシ樹脂(A) の配合
量は通常２〜７重量％、好ましくは２〜５重量％であ
る。エポキシ樹脂(A) の配合量が２重量％未満では成形
性が不十分であるため好ましくない。

【００２１】本発明における硬化剤(B) は、上記式(II)
で表される骨格を有するフェノール化合物で、しかもそ
のフェノール化合物の１５０℃での溶融粘度が２ポイズ
以下のフェノール化合物(b) を必須成分として含有する
ことが重要である。フェノール化合物(b) を含有しない
場合は十分な半田耐熱性向上効果や耐湿信頼性向上効果
は発揮されない。

【００２２】上記式(II)において、Ｒ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、臭素原子などが挙
げられる。

【００２３】フェノール化合物(b) の１５０℃での溶融
粘度は２ポイズ以下であり、好ましくは１．７ポイズ以
下である。フェノール化合物(b) の１５０℃での溶融粘
度が２ポイズより高くなると、充填剤の高充填化による
半田耐熱性の向上が困難になるばかりか、十分な流動特
性を得ることができない。

【００２４】ここでいう溶融粘度は、Ｂ型粘度計を用い
て測定した粘度である。

【００２５】また、フェノール化合物(b) 中に含有され
る未反応フェノールの量は、通常１重量％未満、好まし
くは０．５重量％未満、さらに好ましくは０．１重量％
未満である。未反応フェノールの含有量が１重量％以上
の場合には、トランスファー成形時の硬化特性の低下
や、耐湿信頼性の低下の原因になる。

【００２６】また、本発明における硬化剤(B) は上記の
フェノール化合物(b) とともにそのフェノール化合物
(b) 以外の他の硬化剤をも併用して含有することができ
る。併用できる他の硬化剤としては、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。なかでも、耐湿信頼性の点からフェノ
ールノボラック樹脂が好ましい。

【００２７】硬化剤(B) 中に含有されるフェノール化合
物(b) の割合に関しては特に制限がなく必須成分として
フェノール化合物(b) 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、フ
ェノール化合物(b) を硬化剤(B) 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。

【００２８】本発明において、硬化剤(B) の配合量は通
常２〜７重量％、好ましくは２〜５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
的性質および耐湿信頼性の点から(A) に対する(B) の化
学当量比が０．５〜１．５、特に０．８〜１．２の範囲
にあることが好ましい。

【００２９】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。

【００３０】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、酸化アンチモン、アスベス
ト、ガラス繊維などが挙げられるが、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。

【００３１】充填剤(C) の形状は特に限定されないが、
球状溶融シリカを充填剤(C) 中に４０重量％以上、好ま
しくは６０重量％以上、さらに好ましくは９０重量％以
上含有することが流動性と半田耐熱性の点から好まし
い。

【００３２】ここでいう溶融シリカは真比重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挙げられる。

【００３３】本発明において、充填剤(C) の割合は半田
耐熱性、成形性および低応力性の点から全体の８６〜９
５重量％、好ましくは８８〜９５重量％である。

【００３４】本発明において、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。

【００３５】本発明のエポキシ樹脂組成物にはハロゲン
化エポ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、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
エンゴム、変性シリコーンオイル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。

【００３６】本発明の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。

【００３７】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。なお、実施例中の％は、重量％を示す。

【００３８】実施例１〜６、比較例１〜４表１、２、３に示した成分を、表４に示した組成比でミ
キサーによりドライブレンドした。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。

【００３９】

【表１】

【化５】

【００４０】

【表２】

【００４１】

【表３】

【００４２】

【表４】

【００４３】この組成物を用い、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、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
各組成物の物性を測定した。

【００４４】半田耐熱性：表面にＡｌ蒸着した模擬素子
を搭載したチップサイズ１２×１２mmの１６０pin ＱＦ
Ｐ２０個を成形しポストキュアし、８５℃／８５％Ｒ
Ｈで７２時間加湿後、最高温度２４５℃のＩＲリフロー
炉で加熱処理し外部クラック、内部クラック発生数を調
べた。

【００４５】耐湿信頼性：半田耐熱評価後のＱＦＰを用
い、１２１℃／１００％ＲＨのＰＣＴ条件下で、Ａｌ配
線の断線を故障として累積故障率６３％になる時間を求
め特性寿命とした。

【００４６】充填性：半田耐熱試験に用いる１６０pin
ＱＦＰを、成形後に目視および顕微鏡を用いて観察し、
未充填の有無を調べた。

【００４７】吸水率：半田耐熱試験に用いる１６０pin
ＱＦＰでの吸水率を測定した。

【００４８】これらの評価結果を表５に示す。

【００４９】

【表５】

【００５０】表５にみられるように、本発明のエポキシ
樹脂組成物（実施例１〜６）は、半田耐熱性、耐湿信頼
性、充填性に優れている。これに対してエポキシ樹脂
(A) 中に本発明のエポキシ樹脂(a) を含有しない比較例
１、硬化剤(B) 中に本発明の硬化剤(b) を含有しない比
較例２、３は半田耐熱性、耐湿信頼性、充填性が劣って
いる。

【００５１】また、充填剤の添加量が８６重量％未満の
比較例４は、本発明のエポキシ樹脂と硬化剤を用いてい
るにもかかわらず、半田耐熱性、耐湿信頼性に劣ってい
る。

【００５２】

【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、エポキシ樹脂に特定の構造を持つ２官能エポキシ
樹脂を、硬化剤に特定の構造を低粘度硬化剤を配合し、
フィラー充填量を８６〜９５重量％と高くしたために、
半田耐熱性、耐湿信頼性、流動性に優れている。

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

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂(A) 、硬化剤(B) 、充填剤
(C) を含んでなるエポキシ樹脂組成物であって、前記エ
ポキシ樹脂(A) が次の一般式(I) 【化１】（式中、Ｒ¹〜Ｒ⁸は水素原子、炭素数１〜４のアルキ
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、かつ前
記硬化剤(B) が次の一般式(II) 【化２】（式中、Ｒは同一でも異なっていてもよく、それぞれ水
素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜４のアルキル基を示
す。ｍは０以上の整数を示す。）で表される骨格を有す
るフェノール化合物で、しかもそのフェノール化合物の
１５０℃での溶融粘度が２ポイズ以下のフェノール化合
物(b) を必須成分として含有し、さらに前記充填剤(C)
の割合が全体の８６〜９５重量％であることを特徴とす
る半導体封止用エポキシ樹脂組成物。