JPH0794531B2 - 半導体封止用樹脂組成物 - Google Patents

半導体封止用樹脂組成物

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JPH0794531B2
JPH0794531B2 JP4107410A JP10741092A JPH0794531B2 JP H0794531 B2 JPH0794531 B2 JP H0794531B2 JP 4107410 A JP4107410 A JP 4107410A JP 10741092 A JP10741092 A JP 10741092A JP H0794531 B2 JPH0794531 B2 JP H0794531B2
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epoxy resin
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史郎 本田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は(1)低応力で耐熱衝撃
性に優れ、しかも(2)半導体実装時の半田付け工程に
おける半田耐熱性にも優れる半導体封止用樹脂組成物に
関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の封止方法としてはセラミッ
クなどを用いる気密封止や熱硬化性樹脂による封止が知
られているが、量産性に優れ、また安価であることから
樹脂封止が主流となっている。
【0003】この半導体封止用樹脂組成物は、たとえば
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樹脂などの硬化剤;3
級アミンやイミダゾール類などの硬化促進剤;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。
【0004】近年、半導体装置の高集積化が著しく進
み、素子サイズは大きくなり配線は微細化している。こ
のような半導体素子を熱硬化性樹脂で封止した場合、半
導体素子に直接樹脂が接触するため硬化時の硬化収縮お
よび冷却時の熱収縮によりひずみ応力が発生し、アルミ
配線のずれやボンディングワイヤーの切断、素子のクラ
ックなどのひずみ応力に由来する障害が見られた。
【0005】また、最近では電子部品の小型、薄型化の
ため、半導体の実装方式が従来のピン挿入方式から表面
実装方式へと移行しつつある。この場合、半導体は実装
の際に半田浴に浸漬されるなど高温で処理されるが、封
止樹脂にクラックが生じて耐湿性が低下するなど半田耐
熱性の問題が指摘されていた。
【0006】このうち、ひずみ応力低減(低応力化)の
問題に対しては、従来種々の検討がなされ、たとえば、
無機充填剤の品種を選択する方法(特公昭58−191
36号公報、特開昭60−202145号公報)、無機
充填剤の形状を球形化したり、粒子径をコントロールす
ることにより応力、ひずみを均一化させる方法(特開昭
60−171750号公報、特開昭60−17937号
公報)などがある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】一方、半田耐熱性の問
題に関しての検討は始まったばかりで、半導体装置を高
温高湿下に放置した後に、半田浴に浸してクラックの有
無を調べるテスト(半田耐熱性テスト)が提案されてい
るが、このテストは、ひずみ応力をはじめとして耐熱性
や耐湿性など多くの物性の影響を同時に受けるため、従
来のクラック発生防止手段のみでは対応できなかった。
【0008】以上記したように半導体装置の高集積化と
実装方式の変化により、従来の封止樹脂よりもさらに熱
応力が小さく、しかも実装時の半田耐熱性にも優れた樹
脂組成物の実現が望まれていた。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の問題は、下記式
(I)
【化2】 (ただし、R〜Rは水素原子、C〜C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とエチレンプロピレンゴムおよび
またはエチレンプロピレンジエンゴムとを必須成分と
して含むことを特徴とする半導体封止用樹脂組成物によ
り解決することができる。
【0010】以下、本発明の構成を詳述する。
【0011】本発明におけるエポキシ樹脂は下記式
(I)
【化3】 (ただし、R1 〜R8 は水素原子、C1 〜C4 の低級ア
ルキル基またはハロゲン原子を示す。)で表わされる骨
格を有するエポキシ樹脂を使用することが重要である。
【0012】上記式(I)で表わされるエポキシ樹脂に
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
酸、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。
【0013】本発明におけるエポキシ樹脂の好ましい具
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
げられる。
【0014】上記式(I)で表わされるエポキシ樹脂は
他のエポキシ樹脂と併用して使用できる。併用できるエ
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、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、下記式(II)
で表わされるノボラック型エポキシ樹脂
【化4】 (ただし、nは0以上の整数を示す。)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
キシ樹脂などが挙げられる。
【0015】上記式(I)で表わされるエポキシ樹脂
は、全エポキシ樹脂中に、通常10wt%以上、好まし
くは25wt%以上含有せしめる必要があり、これ以下
の量では効果が十分でない。
【0016】本発明において、組成物中での全エポキシ
樹脂の配合量は、通常5〜25wt%である。
【0017】本発明の組成物は、通常、硬化剤を含有す
る。硬化剤として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ない。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(I
II) で表わされるノボラック樹脂
【化5】 (ただし、nは0以上の整数を示す。)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、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
れるが、特に限定されるものではない。
【0018】本発明において、組成物中での硬化剤の配
合量は、通常2〜15wt%である。
【0019】本発明で使用するエポキシ樹脂および硬化
剤は耐湿性の点からナトリウムイオン、塩素イオン、遊
離の酸、アルカリやそれらを生成する可能性のある不純
物はできるだけ除去したものを用いることが好ましい。
【0020】エポキシ樹脂と硬化剤の配合比は、機械的
性質や耐熱性などの点からエポキシ樹脂に対する硬化剤
の化学当量比が0.5〜1.5、特に0.7〜1.2の
範囲にあることが好ましい。
【0021】本発明においては、前記式(I)で表わさ
れるエポキシ樹脂とともにエチレンプロピレンゴム(E
PM)またはエチレンプロピレンジエンゴム(EPD
M)から選ばれたゴムを必須成分として含むことが重要
である。
【0022】特に、EPDMは、シリコーンゴム架橋物
と併用した場合に半田耐熱性の効果をさらに発揮するこ
とができる。
【0023】ゴムの配合量は、組成物全体に対して通常
0.5〜15wt%、好ましくは1〜10wt%で、量
が少ないと効果が小さく、量が多いと機械的強度の低下
が著しい。
【0024】本発明における充填材としてはたとえば溶
融シリカ、結晶シリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭酸
マグネシウム、炭酸カルシウム、アルミナ、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、炭素繊維、アラミド繊維などを用いることが
でき、これらは2種以上併用することができる。なかで
も、溶融シリカは、線膨脹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。溶融シ
リカは、破砕状でも球状でも使用できるが、充填剤とし
て溶融シリカを用い、その40wt%以上を破砕状シリ
カとするのが、半田耐熱性向上のために有効なため特に
好ましい。
【0025】ここで充填材の量は組成物全体に対して5
0〜90wt%、好ましくは60〜80wt%であり、
量が少ないと信頼性が低下し、量が多いと成形性が低下
する。
【0026】また、本発明において、エポキシ樹脂と硬
化剤の硬化反応を促進するために硬化促進剤を用いても
よい。硬化促進剤としては硬化反応を促進させるものな
らば特に限定されない。たとえば、2−メチルイミダゾ
ール、2−フェニルイミダゾールなどのイミダゾール
類、ベンジルジメチルアミン、1,8−ジアザビシクロ
(5,4,0)ウンデセン−7(DBUと略す)などの
アミン類、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホ
スホニウム、テトラフェニルボレートなどの有機リン化
合物などが好ましく用いられる。
【0027】本発明の樹脂組成物には、離型剤、着色
剤、カップリング剤、難燃剤などを必要に応じて用いる
ことができる。
【0028】本発明の樹脂組成物は溶融混練することが
好ましく、溶融混練は公知の方法を用いることができ
る。たとえばバンバリーミキサー、ニーダー、ロール、
1軸もしくは2軸の押出機、コニーダ−などを用い、溶
融混練することができる。
【0029】
【作用】本発明者らの検討によれば、上記式(I)で表
わされる骨格を有するエポキシ樹脂とEPMまたはEP
DMから選ばれたゴムとを必須成分として含む樹脂組成
物を用いることによって、(1)低応力で耐熱衝撃性に
優れ、しかも(2)実装時の半田耐熱性にも優れた半導
体封止用樹脂組成物を実現できる。
【0030】本発明の樹脂組成物が上記のような優れた
特性を示す理由は定かではないが、EPMまたはEPD
Mによってひずみ応力と正比例する弾性率が低下したこ
と、ビフェニル骨格をもつエポキシ樹脂が、硬化物の架
橋密度を低下させ、靭性と耐湿性を向上させたこと、ビ
フェニル骨格が耐熱性であることなどの相乗効果による
ものと考えられる。
【0031】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。
【0032】実施例1〜3、比較例1〜3 表1に示す試薬を用いて、表2に示す配合処方の組成比
で試薬を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110℃のミキシングロールを用いて5分
間加熱混練後、冷却、粉砕して樹脂組成物を得た。
【0033】この樹脂組成物を用い、低圧トランスファ
ー成形法により175℃×4分の条件で成形して曲げ試
験片(5″×1/2″×1/4″)および模擬素子を封
止した16pinDIP(デュアルインラインパッケー
ジ)と44pinFPP(フラットプラスチックパッケ
ージ)を得、175℃で5時間ポストキュアーした。ポ
ストキュアー後、次の物性測定法により各樹脂組成物の
物性を測定した。
【0034】曲げ強度、弾性率:曲げ試験片を用いてA
STM D−790規格に従い測定した。
【0035】サーマルショック:16pin DIP20個
【0036】
【式1】 のサーマルサイクルを与え、10個にクラックが発生す
るサイクル数を求めた。
【0037】半田耐熱性:44pin FPP16個を85
℃、85%RHで168時間処理後、ベーパーフェーズ
リフロー215℃で、90秒処理し、クラックの発生し
たFPPの個数の割合を求めた。
【0038】これらの結果を表2に示す。
【0039】
【表1】
【表2】 実施例1〜2にみられるようにビフェニル骨格をもつエ
ポキシ樹脂とEPMまたはEPDMから選ばれたゴムを
必須成分とする本発明の樹脂組成物は、曲げ弾性率が低
く、低応力化されており、サーマルショックのサイクル
数が多く耐熱衝撃性に優れていることがわかる。また、
半田耐熱性もクラック発生率が小さく優れている。さら
に実施例3にみられるようにシリコーンゴムを併用する
と、一段と耐熱衝撃性および半田耐熱性が向上する。一
方、比較例1〜2にみられるようにゴムを含まない系で
は、ビフェニル骨格をもつエポキシ樹脂の有無にかかわ
らず、曲げ弾性率が高く低応力化されておらず、耐熱衝
撃性が非常に悪い。また、半田耐熱性も劣っている。ま
た、比較例3にみられるようにゴムのみを添加した系で
は耐熱衝撃性は不十分であり、半田耐熱性はむしろ低下
してしまう。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、(1)低応力で耐熱衝
撃性に優れ、しかも(2)半田耐熱性にも優れた樹脂組
成物が得られるので、熱応力によるアルミ配線ずれや実
装時の半田付け工程における樹脂クラックの問題をも解
消した優れた半導体封止用樹脂組成物を提供することが
できる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エポキシ樹脂と充填材とを主成分とする
    半導体封止用樹脂組成物において、下記式(I) 【化1】 (ただし、R〜Rは水素原子、C〜C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とエチレンプロピ
    レンゴムおよび/またはエチレンプロピレンジエンゴ
    を必須成分として含むことを特徴とする半導体封止用
    樹脂組成物。
JP4107410A 1992-04-27 1992-04-27 半導体封止用樹脂組成物 Expired - Lifetime JPH0794531B2 (ja)

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JPS6198726A (ja) * 1984-10-19 1986-05-17 Mitsubishi Petrochem Co Ltd 電子部品封止用エポキシ樹脂組成物

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