JPH10147628A

JPH10147628A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH10147628A
Application number: JP31069596A
Authority: JP
Inventors: Norihisa Hoshika; 典久星加
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1996-11-21
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 1998-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】耐半田ストレス性に優れ、且つ半田耐湿性に
優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。【解決手段】（Ａ）融点５０〜１５０℃の結晶性エポ
キシ化合物、（Ｂ）下記式（１）で示されるジヒドロキ
シベンゼン・アルキルアルデヒド樹脂硬化剤を、全樹脂
硬化剤中に３０〜１００重量％含む樹脂硬化剤、（Ｃ）
無機充填材、及び（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とする半
導体封止用エポキシ樹脂組成物。【化１】（ただし、ｍ＝２〜７、ｎ＝０〜１０、Ｘは水素又は水
酸基であり、互いに同一であっても異なってもよいが、
それらのうち少なくとも１つは水酸基である。）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
表面実装における、耐半田ストレス性に優れた半導体封
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】従来、ダイオード、トランジスタ、集積
回路等の電子部品を、熱硬化性樹脂組成物で封止してい
るが、特に集積回路では、耐熱性、耐湿性に優れたオル
ソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂をフェノール・
ホルムアルデヒド樹脂で硬化させ、充填材として溶融シ
リカ、結晶シリカ等の無機充填材を配合したエポキシ樹
脂組成物（以下、樹脂組成物という）が用いられてい
る。ところが近年、集積回路の高集積化に伴いチップが
徐々に大型化し、且つパッケージは従来のＤＩＰタイプ
から表面実装化された小型、薄型のＱＦＰ、ＳＯＰ、Ｓ
ＯＪ、ＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＰＬＣＣに変わってきてい
る。即ち、大型チップを小型で薄いパッケージに封入す
ることになり、熱応力によりクラックが発生し、これら
のクラックによる耐湿性低下等の問題が大きくクローズ
アップされてきている。特に半田付け工程において、急
激に２００℃以上の高温にさらされることにより、パッ
ケージの割れや樹脂組成物とチップの剥離により耐湿性
が劣化してしまうといった問題点が出てきている。従っ
て、これらの大型チップを封止するのに適した、信頼性
の高い樹脂組成物の開発が望まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、この様な問
題点に対して、樹脂硬化剤として式（１）で示されるジ
ヒドロキシベンゼン・アルキルアルデヒド樹脂硬化剤を
用いることにより、基板実装時における半導体パッケー
ジの耐半田ストレス性を向上させた半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物を提供するところにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、（Ａ）融点５
０〜１５０℃の結晶性エポキシ化合物、（Ｂ）下記式
（１）で示されるジヒドロキシベンゼン・アルキルアル
デヒド樹脂硬化剤を、全樹脂硬化剤中に３０〜１００重
量％含む樹脂硬化剤、（Ｃ）無機充填材、及び（Ｄ）硬
化促進剤を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組
成物。

【化５】（ただし、ｍ＝２〜７、ｎ＝０〜１０、Ｘは水素又は水
酸基であり、互いに同一であっても異なってもよいが、
それらのうち少なくとも１つは水酸基である。）

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明で用いる融点５０〜１５０
℃の結晶性エポキシ化合物の分子構造は、低分子で、平
面的な構造を有しており、常温では結晶化している固体
であるが、融点以上の温度域では急速に融解して低粘度
の液状に変化するものである。結晶性エポキシ化合物の
融点としては、５０〜１５０℃が好ましく、５０℃未満
だと、常温で溶融しており、作業性の問題や、これを用
いた樹脂組成物の常温保管性の低下が懸念される。１５
０℃を越えると、混練時に充分融解せず、均一分散出来
ないので硬化性及び成形性が低下し、更に不均一な成形
品となり、強度が各部によって異なるために半導体パッ
ケージの性能が低下する。これらの条件を満たす結晶性
エポキシ化合物としては、例えば、式（２）のビフェニ
ル型エポキシ化合物、式（３）のビスフェノール型エポ
キシ化合物、式（４）のスチルベン型エポキシ化合物、
ナフタレン型エポキシ化合物等が挙げられ、これらは単
独でも混合して用いてもよい。特に、式（２）、式
（３）、及び式（４）のエポキシ化合物が好ましく、こ
れらは混合して用いてもよい。又、耐湿信頼性向上のた
めに、これらの結晶性エポキシ化合物中に含まれる塩素
イオン、ナトリウムイオン、その他フリーのイオンは極
力少ないことが望ましい。

【化６】（式中のＲ₁は、水素、アルキル基、ハロゲンの中から
選択される原子又は基であり、それらは互いに同一であ
っても異なってもよい。）

【０００６】

【化７】（式中のＲ₂は、水素、アルキル基、ハロゲンの中から
選択される原子又は基であり、それらは互いに同一であ
っても異なってもよい。）

【０００７】

【化８】（式中のＲ₃は、水素、アルキル基、ハロゲンの中から
選択される原子又は基であり、それらは互いに同一であ
っても異なってもよい。）

【０００８】又、結晶性エポキシ化合物の特性を損なわ
ない範囲で、他のエポキシ樹脂を併用してもよい。併用
するエポキシ樹脂としては、例えば、オルソクレゾール
ノボラック型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エ
ポキシ化合物等が挙げられる。

【０００９】本発明で用いる式（１）のジヒドロキシベ
ンゼン・アルキルアルデヒド樹脂硬化剤は、ジヒドロキ
シベンゼン、又は、ジヒドロキシベンゼン及びフェノー
ルとアルキルアルデヒドとを酸触媒存在下で重縮合させ
て得られる樹脂で、従来のフェノール・ホルムアルデヒ
ド樹脂とは異なり、樹脂中に疎水性のアルキル基を含ん
でいることにより、比較的吸湿量が抑えられ、リードフ
レーム等の金属類及びシリコンチップとの接着性に優れ
る。又、ジヒドロキシベンゼンの効果により、ゴム領域
における高温時の強度が向上する。式（１）中のｎは、
０〜１０であり、ｎ＝０〜２のものを５０重量％以上含
むジヒドロキシベンゼン・アルキルアルデヒド樹脂が望
ましい。ｎ＝３以上のものが多くなると、成形時の溶融
粘度が高くなるため、流動性が低下し好ましくない。式
（１）中のｍは２〜７であり、１だと疎水性のアルキル
基の効果が小さく十分な低吸湿性が得られない。又、８
以上だと立体障害が大きく、エポキシ基と水酸基との硬
化反応を阻害し、樹脂組成物の硬化性の低下、或いは硬
化物のガラス転移温度が低下するおそれがある。ジヒド
ロキシベンゼン・アルキルアルデヒド樹脂硬化剤の配合
量は、これを調節することにより、耐半田ストレス性を
最大限に引き出すことができる。耐半田ストレス性の効
果を引き出すためには、式（１）で示されるジヒドロキ
シベンゼン・アルキルアルデヒド樹脂硬化剤を、全樹脂
硬化剤中に３０重量％以上、好ましくは５０重量％以上
配合することが望ましい。３０重量％未満だと、目標と
する耐半田ストレス性が不充分となり好ましくない。式
（１）で示されるジヒドロキシベンゼン・アルキルアル
デヒド樹脂と併用する場合の、他の樹脂としては、フェ
ノール性水酸基を有するポリマー全般を用いればよい。
例えば、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、クレゾー
ルノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノー
ル樹脂、キシリレン変性フェノール樹脂、テルペン変性
フェノール樹脂、トリフェノールメタン化合物等が挙げ
られ、特に好ましいものとしては、ジシクロペンタジエ
ン変性フェノール樹脂、キシリレン変性フェノール樹脂
等が挙げられ、これらは混合して用いてもよい。又、こ
れらの配合量としては、エポキシ基数と硬化剤のフェノ
ール性水酸基数を合わせるように配合することが好まし
い。

【００１０】本発明で用いる無機充填材としては、例え
ば、溶融シリカ粉末、球状シリカ粉末、結晶シリカ粉
末、二次凝集シリカ粉末、多孔質シリカ粉末、アルミナ
等が挙げられ、特に、球状シリカ粉末、及び溶融シリカ
粉末と球状シリカ粉末との混合物が好ましい。配合量と
しては、耐半田ストレス性から全樹脂組成物中に７０〜
９０重量％が好ましい。７０重量％未満だと、低熱膨張
性、低吸湿性が得られず、耐半田ストレス性が不充分と
なる。９０重量％を越えると、高粘度化による半導体パ
ッケージ中のダイパット、及び金線ワイヤーのずれ等の
不都合が生じる。

【００１１】本発明で用いる硬化促進剤としては、エポ
キシ基とフェノール性水酸基との硬化反応を促進させる
ものであればよく、一般に封止材料に用いられているも
のを広く用いることができる。例えば、１，８−ジアザ
ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリフェニル
ホスフィン、ベンジルジメチルアミン、２−メチルイミ
ダゾール等が挙げられ、これらは単独でも混合して用い
てもよい。

【００１２】本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成
分の他、必要に応じてシランカップリング剤、臭素化エ
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、及びシリコー
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。

【００１３】又、本発明の樹脂組成物を製造するには、
（Ａ）〜（Ｄ）成分、及びその他の添加剤等を、ミキサ
ー等を用いて充分に均一に混合した後、更に熱ロール又
はニーダー等で溶融混練し、冷却後粉砕して封止材料と
することができる。これらの樹脂組成物は、電気部品或
いは電子部品であるトランジスタ、集積回路等の被覆、
絶縁、封止等に適用することができる。

【００１４】

【実施例】以下本発明を実施例で具体的に説明する。実施例１ＹＸ４０００Ｈ（油化シェルエポキシ（株）・製、融点１０５℃、エポキシ当量１９５ｇ／ｅｑ）８．６８重量部式（５）で示されるジヒドロキシベンゼン・アルキルアルデヒド樹脂（軟化点８０℃、水酸基当量７２ｇ／ｅｑ）１．５１重量部

【００１５】

【化９】（ｎの値は０から３を示す混合物であり、その重量割合
は、ｎ＝０が１に対し、ｎ＝１が０．６７、ｎ＝２が
０．３１、ｎ＝３が０．１２である。）

【００１６】フェノール・ホルムアルデヒド樹脂（軟化点７５℃、水酸基当量１０６ｇ／ｅｑ）２．８１重量部溶融シリカ粉末（平均粒径１０μｍ、比表面積２．０ｍ²／ｇ）３５．００重量部溶融球状シリカ粉末（平均粒径３０μｍ、比表面積２．５ｍ²／ｇ）５０．００重量部１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７(以下、ＤＢＵという) ０．２０重量部臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２７５ｇ／ｅｑ）０．８０重量部カーボンブラック０．５０重量部カルナバワックス０．５０重量部を常温においてミキサーで混合し、７０〜１００℃で二
軸ロールを用いて混練し、冷却後粉砕して樹脂組成物と
した。得られた樹脂組成物の曲げ強度、耐半田ストレス
性、半田耐湿性を次に示す方法で評価した。結果を表１
に示す。

【００１７】評価方法曲げ強度試験：ＪＩＳＫ６９１１に準じ、２４０℃
での曲げ強度を測定した。耐半田ストレス性試験：８０ｐＱＦＰ（厚み２ｍｍ、チ
ップサイズ７．５ｍｍ×７．５ｍｍ）を、金型温度１７
５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ²、成形時間１２０秒で成形
した。ポストキュアとして１７５℃で８時間処理した。
パッケージ８個を８５℃、相対湿度８５％の環境下で７
２時間処理し、その後ＩＲリフロー処理（２４０℃）を
行った。処理後の内部の剥離、クラックの有無を超音波
探傷機で観察し、不良パッケージの個数をカウントし
た。半田耐湿性試験：１６ｐＳＯＰ（チップサイズ３ｍｍ×
６ｍｍ）を、金型温度１７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃ
ｍ²、成形時間１２０秒で成形した。ポストキュアとし
て１７５℃で８時間処理した。これを８５℃、相対湿度
８５％の環境下で２４時間処理し、その後ＩＲリフロー
処理（２４０℃）を行った。更に、プレッシャークッカ
ー試験（１２５℃、圧力２．４ｋｇ／ｃｍ²）を行い、
回路のオープン不良を測定した。

【００１８】実施例２〜８表１の処方に従って配合し、実施例１と同様にして樹脂
組成物を得、実施例１と同様にして評価した。結果を表
１に示す。実施例５、６のエポキシ化合物は式（６）
（融点９６℃、エポキシ当量１９７ｇ／ｅｑ）で示され
る。

【化１０】

【００１９】実施例６、７、８のジヒドロキシベンゼン
・アルキルアルデヒド樹脂は式（７）（軟化点９５℃、
水酸基当量７７ｇ／ｅｑ）で示される。

【化１１】（ｎ、ｋの値は０から４を示す混合物である。その重量
割合はｎ＋ｋ＝１が１に対し、ｎ＋ｋ＝２が０．７４、
ｎ＋ｋ＝３が０．４５、ｎ＋ｋ＝４が０．１８であ
る。）

【００２０】比較例１〜４表２の処方に従って配合し、実施例１と同様にして成形
材料を得、実施例１と同様にして評価した。結果を表２
に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】

【発明の効果】本発明に従うと、半導体パッケージの基
板への実装時における耐半田ストレス性が向上し、且つ
半田耐湿性も向上する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩ // Ｃ０８Ｇ 8/04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）融点５０〜１５０℃の結晶性エポ
キシ化合物、（Ｂ）下記式（１）で示されるジヒドロキ
シベンゼン・アルキルアルデヒド樹脂硬化剤を、全樹脂
硬化剤中に３０〜１００重量％含む樹脂硬化剤、（Ｃ）
無機充填材、及び（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とする半
導体封止用エポキシ樹脂組成物。【化１】（ただし、ｍ＝２〜７、ｎ＝０〜１０、Ｘは水素又は水
酸基であり、互いに同一であっても異なってもよいが、
それらのうち少なくとも１つは水酸基である。）
【請求項２】結晶性エポキシ化合物（Ａ）が式
（２）、式（３）、又は式（４）である請求項１記載の
半導体封止用エポキシ樹脂組成物。【化２】（式中のＲ₁は、水素、アルキル基、ハロゲンの中から
選択される原子又は基であり、それらは互いに同一であ
っても異なってもよい。）【化３】（式中のＲ₂は、水素、アルキル基、ハロゲンの中から
選択される原子又は基であり、それらは互いに同一であ
っても異なってもよい。）【化４】（式中のＲ₃は、水素、アルキル基、ハロゲンの中から
選択される原子又は基であり、それらは互いに同一であ
っても異なってもよい。）