JPH0689112B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、樹脂封止型半導体装置を実装する時の半田
付け工程において封止樹脂にクラックが発生するのが防
止され、さらに、耐湿性および耐熱性に優れた半導体封
止用エポキシ樹脂組成物に関する。

〔従来の技術〕

従来より半導体等の電子部品を熱硬化性樹脂を用いて封
止する方法がよく行われてきた。熱硬化性樹脂として
は、エポキシ樹脂組成物が最も一般的に用いられてい
る。

このエポキシ樹脂組成物は、たとえは、クレゾールノボ
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、脂肪族環状エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂；フェ
ノールノボラックなどの硬化剤；三級アミンやイミダゾ
ールなどの硬化促進剤；シリカやアルミナなどの無機微
粉末からなる無機質充填剤；シランカップリング剤など
のカップリング剤；カルナウバワックスやステアリン酸
などの離型剤；カーボンブラックなどの着色剤などから
構成されている。

最近では、電子部品の小型化、薄型化のため、半導体の
実装方式が従来のピン挿入方式（DIP:デュアル・インラ
イン・パッケージ等）から表面実装方式（SOP:スモール
・アウトライン・パッケージ、QFP:クォッド・フラット
・パッケージ等）へと移行しつつある。これらの表面実
装方式の場合、半導体パッケージは、実装の際に半田浴
に浸漬されるなど高温（たとえば210〜270℃）で処理さ
れ、その際パッケージ全体に高温の熱が加わる。この工
程で従来の封止用樹脂で封止したパッケージは、樹脂部
分にクラックが発生したり、大幅に耐湿性が低下したり
するなどの問題を生じ、製品として使用できない。

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された水分が半田付け加熱時
に爆発的に水蒸気化し、膨張することに起因するといわ
れている。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。

また、封止用樹脂の改良も種々検討されている。たとえ
ば、特開昭64−87616号公報、特開平１−108256号公報
などには、エポキシ樹脂としてビフェニル型エポキシ樹
脂を用い、硬化剤として一般の硬化剤を用いた封止樹脂
が提案されている。また、特開昭62−184020号公報、特
開昭62−104830号公報などには、硬化剤としてジシクロ
ペンタジエン・フェノール重合体を用い、一般のエポキ
シ樹脂を用いた封止樹脂が提案されている。しかし、こ
れらの公報で提案されている樹脂では未だ充分な効果が
得られておらず、改良の余地があった。

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煩雑になるという欠点がある。従っ
て、表面実装化技術の伸展に対応した封止用樹脂の開発
が望まれているのが現状である。

この発明は、上述の半田付け工程など高温にさらされた
ときにクラックが発生しにくく、これにより表面実装が
できる樹脂封止半導体装置を可能にするような半導体封
止用エポキシ樹脂組成物を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明にかかる半導体封
止用エポキシ樹脂組成物は、下記一般式： で表されるビフェニル型エポキシ樹脂（Ａ）、および、
下記一般式： で表されるジシクロペンタジエン・フェノール重合体
（Ｂ）を必須成分とする。

この発明にかかる半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、
上記特定のビフェニル型エポキシ樹脂（Ａ）およびジシ
クロペンダジエン・フェノール重合体（Ｂ）を必須成分
として含有するので、吸湿率を低減することができ、実
装時の温度で高強度を維持することができ、さらに、半
導体装置（たとえば、半導体チップなど）およびリード
フレームとの密着強度を向上できる。このため、実装時
の半田付け工程などにおける耐クラック性を大幅に向上
させることが可能になった。

この発明の半導体封止用樹脂組成物の必須成分の１つで
ある上記エポキシ樹脂（Ａ）は、剛直なビフェニル骨格
を持つため、低弾性率であって、熱時強度に優れてい
る。さらに、フェニル骨格に疎水性のメチル基を有する
ために、吸湿性が小さくなるという特徴を持つ。上記一
般式（構造式）中の繰り返し単位数ｍは０〜1.0の範
囲であることが必要であり、この範囲内で有効な耐熱性
を示す。望ましくはｍは０が良い。ｍが大きくなると、
耐熱性の指標であるTg（ガラス転移温度）が低下し、高
温時強度も低下する。

もう一方の必須成分である上記ジシンロペンタジエン・
フェノール重合体（ジシクロペンタジエンとフェノール
の重合体）（Ｂ）は硬化剤であり、上記一般式で表さ
れるものである。このような硬化剤を必須成分とするこ
とにより、硬化物の吸湿性が極めて小さくなり、その上
一般のフェノールノボラック硬化剤と同等の耐熱性を持
つ。一般式中の繰り返し単位数ｌは、０以上の整数で
あればよく、有効な耐熱性および／または吸湿性を示す
と言う点からは、０〜15の範囲が好ましく、０〜5.0が
さらに好ましい。また、一般式中のＲは、Ｈまたは１
価の炭化水素基であり、同炭化水素基の炭素数は特に限
定されない。

以上のビフェニル型エポキシ樹脂（Ａ）とジシクロペン
タジエン・フェノール重合体（Ｂ）とを必須成分として
含んだエポキシ樹脂組成物を封止材用の樹脂として用い
る。上記（Ａ）および（Ｂ）のうちのいずれか一方を必
須成分として欠いた場合、半田付け時の耐クラック性の
大幅な向上は期待できない。

この発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記
の必須成分以外にも、必要に応じて適当な硬化促進剤、
無機充填材、カップリング剤、離型剤、着色剤などを加
えることができる。硬化促進剤としては、たとえば、1,
8−ジアザ−ビシクロ（5,4,0）ウンデセン−７、トリエ
チレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノ
ールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメ
チルアミノメチル）フェノール等の三級アミン類;2−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等の
イミダゾール類；トリブチルホスフィン、メチルジフェ
ニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、ジフェニル
ホスフィン、フェニルホスフィン等の有機ホスフィン類
（リン系硬化促進剤）；テトラフェニルホスホニウムテ
トラフェニルボレート、トリフェニルホスフィンテトラ
フェニルボレート、２−エチル−４−メチルイミダゾー
ルテトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモルホリンテト
ラフェニルボレート等のテトラフェニルボロン塩等があ
る。無機充填材としては、たとえば、シリカやアルミナ
など通常の樹脂封止材に用いられるものが挙げられる。
カップリング剤としては、たとえば、γ−グリシドキシ
プロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリ
エトキシシランなどのシランカップリング剤が挙げられ
る。離型剤としては、たとえは、カルナウバワックス、
ステアリン酸、モンタン酸などがあり、着色剤として
は、たとえば、カーボンブラックなどがある。しかし、
ここに例示したものに限定されない。

この発明において、上記ビフェニル型エポキシ樹脂
（Ａ）を必須成分として含んでいれば、エポキシ樹脂
（Ａ）以外のエポキシ樹脂を併用しても良い。たとえ
ば、一般に使用されているフェノールノボラック型エポ
キシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂
などのエポキシ樹脂を、この発明の効果を阻害しない範
囲で適宜何種類でもエポキシ樹脂（Ａ）と併用すること
ができる。また、硬化剤についても、上記ジシクロペン
タジエン・フェノール重合体（Ｂ）を必須成分として含
んでいれば、（Ｂ）以外の硬化剤を併用しても良い。こ
のような（Ｂ）以外の硬化剤としては、たとえば、一般
に使用されているフェノールノボラック、クレゾールノ
ボラック等がある。

なお、ビフェニル型エポキシ樹脂（Ａ）とジシクロペン
タジエン・フェノール重合体（Ｂ）との当量比は、特に
限定はないが、（Ｂ）の水酸基数／（Ａ）のエポキシ基
数＝0.7〜1.3が望ましく、さらに、0.9〜1.1が望まし
い。また、他のエポキシ樹脂、硬化剤を併用する時は、
硬化剤の全水酸基数／エポキシ樹脂の全エポキシ基数が
0.7〜1.3が望ましく、0.9〜1.1がさらに望ましい。

〔作 用〕

この発明によれば、ビフェニル型エポキシ樹脂（Ａ）と
ジシクロペンタジエン・フェノール重合体（Ｂ）とを用
いるので、耐リフロー性（半田付けの耐クラック性）の
良好な耐湿性・耐熱性の優れた半導体封止用エポキシ樹
脂組成物が得られる。

（Ａ）のエポキシ樹脂は、疎水性のメチル基を有する剛
直なビフェニル骨格により、低吸湿、高耐熱さらに低弾
性率の特徴を発揮する。

また、（Ｂ）のジシクロペンタジエン・フェノール重合
体の硬化剤は、その構造中にジシクロペンタジエン骨格
を有するため、極めて低吸湿で、さらにリードフレー
ム、半導体装置等との密着性を高めるものと推察され
る。

したがって、この発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成
物で封止したパッケージは、半田付け時に発生するパッ
ケージクラック等の原因の１つである水分の侵入を少な
くし、さらに低弾性率かつ高密着性であるため、リード
フレームや半導体装置と封止樹脂の界面剥離をおさえ、
また、高温時の強度が高いため、実装時の水蒸気圧に耐
えるものと推察される。

〔実 施 例〕

以下に、この発明の具体的な実施例および比較例を示す
が、この発明は下記実施例に限定されない。

−実施例１− ビフェニル型エポキシ樹脂（Ａ）として構造式； で示され、エポキシ当量190、融点105℃のエポキシ樹脂
「YX4000H」（油化シェルエポキシ株式会社の商品名）
を用いた。ジシクロペンタジエン・フェノール重合体
（Ｂ）として構造式； で示され、平均分子量550、OH当量177、融点110℃のフ
ェノール系硬化剤「DC100LL」（山陽国策パルプ株式会
社の商品名）を用いた。

第１表に示した原材料を同表に示す重量部で配合し、加
熱ロールを使用して混練温度70〜120℃で約８分間の条
件で混練した。その後、約5mmφに粉砕し、半導体封止
用エポキシ樹脂組成物（エポキシ樹脂成形材料）を作製
した。

−実施例2,3および比較例１〜３− 第１表に示した原材料を同表に示す重量部で実施例１と
同様に配合して混練を行い、粉砕して半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物（エポキシ樹脂成形材料）を作製した。

（Ａ）以外のエポキシ樹脂として、エポキシ当量195、
融点70℃のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂「ESCN
195XL」（住友化学工業株式会社の商品名）を用いた。

（Ｂ）以外の硬化剤として、OH当量104、融点82℃のフ
ェノールノボラック「タマノール752」（荒川化学工業
株式会社の商品名）を用いた。

上記実施例および比較例で得られた成形材料をトランス
ファー成形機にて170〜175℃で90秒間成形し、175℃で
６時間後硬化し、下記の吸湿率、耐半田クラック性の各
評価用サンプルを得た。リードフレーム密着強度の評価
用サンプルは、下記のやり方で得た。各種特性は、次に
示す方法により測定、評価し、結果を第１表に示した。

(1) 吸湿率 60mmφ、2.0mm厚の円板を成形し、85℃、85％RHで72時
間吸湿させ、重量変化より吸湿率を求めた。

(2) リードフレーム密着強度 第１図に示す治具を用いて低圧（５〜6kg/cm²）で175℃
で成形し、175℃で６時間後硬化し、円柱（ａ＝φ12m
m、ｂ＝7mm厚さ）の成形品３を42アロイ板２上に得た。
第１図中、１は、ポリテトラフロロエチレン樹脂製スペ
ーサである。第２図に示す万能引張試験器を用いて、前
記42アロイ板２と成形品３との剪断強度を測定した。第
２図中、第１図と同じものには同じ番号を付しており、
４は上部引張治具、５は下部チャックである。42アロイ
板２と成形品３の接触面積は、(0.6cm)²π≒1.13cm²で
あった。

(3) 吸湿後の耐半田クラック性 7.6mm×7.6mm×0.4mm厚の半導体素子をダイパッド寸法
8.2mm×8.2mmの42アロイリードフレームに銀ペーストで
実装し、外形寸法19mm×15mm×厚み1.8mmの60ピンフラ
ットパッケージ型IC金型にて成形し、その後、85℃、85
％RHで72時間吸湿した後、260℃の半田槽に浸漬した。
このときのパッケージクラック発生時間を秒数で求め
た。

第１表より明らかなように、実施例１、２および３は、
比較例１、２および３に比べて、吸湿が低く、かつ、リ
ードフレーム密着強度が高いため、吸湿後の耐半田クラ
ック性が格段に優れる。

〔発明の効果〕

この発明にかかる半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、
以上に述べたように、上記特定のビフェニル型エポキシ
樹脂（Ａ）およびジシクロペンタジエン・フェノール重
合体（Ｂ）を必須成分として含有するので、従来の封止
樹脂に比較して低吸湿性および高密着性を有する。この
ため、吸湿後の耐半田クラック性に優れており、その工
業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、密着強度の評価に用いた治具の斜視図、第２
図は、密着強度の評価方法を表す側面図である。 ３……半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物である
成形品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−251419（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−65116（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−87616（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−184020（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−105562（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−268711（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下記一般式： で表されるビフェニル型エポキシ樹脂（Ａ）、および、
   下記一般式： で表されるジシクロペンタジエン・フェノール重合体
   （Ｂ）を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成
   物。