JPS6325013B2 - - Google Patents

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JPS6325013B2
JPS6325013B2 JP60198536A JP19853685A JPS6325013B2 JP S6325013 B2 JPS6325013 B2 JP S6325013B2 JP 60198536 A JP60198536 A JP 60198536A JP 19853685 A JP19853685 A JP 19853685A JP S6325013 B2 JPS6325013 B2 JP S6325013B2
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JP
Japan
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epoxy resin
resin
less
ppm
epoxy
Prior art date
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JP60198536A
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English (en)
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JPS6259627A (ja
Inventor
Tetsuo Yoshida
Kazutoshi Tomyoshi
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6325013B2 publication Critical patent/JPS6325013B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W74/00Encapsulations, e.g. protective coatings
    • H10W74/40Encapsulations, e.g. protective coatings characterised by their materials
    • H10W74/47Encapsulations, e.g. protective coatings characterised by their materials comprising organic materials, e.g. plastics or resins
    • H10W74/473Encapsulations, e.g. protective coatings characterised by their materials comprising organic materials, e.g. plastics or resins containing a filler
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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    • H10W74/47Encapsulations, e.g. protective coatings characterised by their materials comprising organic materials, e.g. plastics or resins

Landscapes

  • Epoxy Resins (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野 本発明は特に半導体装置封止用等として好適に
用いられるエポキシ樹脂組成物に関するものであ
る。 従来の技術及び発明が解決しようとする問題点 エポキシ樹脂成形材料は、一般に他の熱硬化性
樹脂に比べて、電気特性、機械特性、接着性、耐
湿性等に優れており、かつ、成形時低圧でも充分
な流動性を有しており、インサート物を変形させ
たり、傷付けることがないなどの特性を保持して
いるため、信頼性の高い電気絶縁材料として、
IC,LSI,ダイオード,トランジスター,抵抗器
等の電子部品の封止や含浸などに巾広く利用され
ている。 従来、このエポキシ樹脂成形材料の代表的な硬
化剤として、酸無水物、芳香族アミン、ノボラツ
ク型フエノール樹脂等が挙げられ、これらのうち
でも、ノボラツク型フエノール樹脂を硬化剤とし
たエポキシ樹脂成形材料は、他の硬化剤を使用し
たエポキシ樹脂成形材料に比べて耐湿性、信頼
性、成形性などの点において最も優れ、かつ毒性
がなく安価であるという特徴を有しているため
に、IC,LSI,ダイオード,トランジスター等の
半導体装置の樹脂封止材料として広く用いられて
いる。 しかしながら、ノボラツク型フエノール樹脂を
硬化剤としたエポキシ樹脂成形材料は高温での電
気特性が悪いため、これを用いて動作温度が80℃
以上になるMOS型半導体装置を封止した場合、
この封止装置は電極間にリーク電流が流れ、正常
な半導体特性を示さなくなるとか、又、ICを樹
脂封止し、高温高湿度下での劣化試験を行なうと
チツプの配線に使用しているアルミニウム線が短
時間で腐食し、断線が発生する等の欠点を有して
いる。 このため、エポキシ樹脂組成物を構成するエポ
キシ樹脂、硬化剤は勿論のこと、その他各種成分
についても種々検討され、高温高湿時の耐湿特性
及び高温時の電気特性に若干の改良はされてはい
るものの、半導体封止用などとしては必ずしも十
分でなく、更に耐湿性、高温電気特性に優れたエ
ポキシ樹脂組成物が望まれる。 本発明は上記事情に鑑みなされたもので、優れ
た耐湿性、高温電気特性を有するエポキシ樹脂組
成物を提供することを目的とする。 問題点を解決するための手段及び作用 本発明者らは、上記目的を達成すべく、種々検
討を行なつた結果、まずエポキシ樹脂組成物を半
導体封止用として使用した場合にみられる耐湿
性、高温電気特性の劣る原因を以下のイ,ロのよ
うに考えた。 イ 半導体封止用として高温電気特性の劣る原因 封止樹脂中に微量のイオン性不純物や極性物質
が含まれていると、これらが高温雰囲気において
活発化し、動き易くなる。更に封止樹脂は半導体
素子の表面に直接に接しているが、半導体素子に
電界が発生した場合、素子に接している樹脂部分
では電界の作用によりイオン性不純物や極性物質
の動き易さが促進され、素子と樹脂との界面にお
いて樹脂の特性劣化が生じる。このため、素子の
電極間にリーク電流が生じ、ひいてはシヨート現
象を発生し、ついには素子が正常な半導体特性を
示さなくなる。 ロ 高温高湿雰囲気下に放置されたICのアルミ
ニウム配線の腐食の原因 (i) 封止用樹脂と素子、リードフレームとの接
着性が悪い場合には、高温高湿雰囲気下にお
いて素子とリードフレームとの界面に水分が
浸透し素子まで到達する。この水分により、
エポキシ樹脂組成物の硬化物から微量の水溶
性物質、例えば塩素,ナトリウム,有機酸等
のイオン性不純物や極性基を持つた未反応物
が溶出され、半導体素子表面に到達してアル
ミニウム配線を腐食させる。 (ii) 半導体装置のエポキシ樹脂組成物の硬化物
が吸湿性、透水性を有しているため、高温高
湿雰囲気下で外部からの水分が硬化物を通つ
て内部に浸透し、半導体素子の表面に到達す
る。以下(i)と同様にしてアルミニウム配線を
腐食させる。 そこで、本発明者らは、硬化剤としてノボラツ
ク型フエノール樹脂を使用することにより従来の
エポキシ樹脂組成物にみられる優れた利点を生か
し、しかも上記イ,ロに基づく耐湿性、高温電気
特性の低下原因を可及的になくしたエポキシ樹脂
組成物につき鋭意検討を行なつた結果、エポキシ
樹脂組成物中のイオン性あるいは極性の不純物を
減少すること、このためには、とりわけエポキシ
樹脂中の有機酸、塩素イオン及び加水分解性塩素
の量とフエノール樹脂中の有機酸及び遊離のNa,
Clの量、フリーのフエノール量を減少すること、
また、エポキシ樹脂のエポキシ当量、エポキシ樹
脂のエポキシ基(a)とフエノール樹脂のフエノール
性水酸基(b)とのモル比(a/b)を調整し、フエ
ノール樹脂の硬化点を調整すること、しかも、前
記エポキシ樹脂、フエノール樹脂にN−ホスホリ
ルイミダゾール化合物を特定量添加併用すること
により、硬化特性、高温時の電気特性、耐湿特性
に優れ、その結果、高温高湿下で長時間にわたつ
て放置してもアルミニウム線が腐食せず、断線も
起らず、しかも成型作業性に優れ、長期の保存安
定性の高いエポキシ樹脂組成物が得られることを
知見し、本発明を完成するに至つたものである。 従つて本発明は、 (1) 有機酸の含有量が100ppm以下、塩素イオン
の含有量が2ppm以下、加水分解性塩素の含有
量が500ppm以下、エポキシ当量が180〜230の
クレゾールノボラツクエポキシ樹脂、 (2) 軟化点が80〜120℃、有機酸の含有量が
100ppm以下、遊離のNa,Clが2ppm以下、フ
リーのフエノールが1%以下で、上記エポキシ
樹脂のエポキシ基(a)とフエノール樹脂のフエノ
ール性水酸基(b)とのモル比(a/b)が0.8〜
1.5の範囲に調整された配合量のノボラツク型
フエノール樹脂、 (3) エポキシ樹脂とフエノール樹脂との合計量
100重量部当り0.4〜5重量部の配合量のN−ホ
スホリルイミダゾール化合物、 (4) 無機充填剤 を含有するエポキシ樹脂組成物を提供するもので
ある。 以下、本発明を更に詳しく説明する。 まず、本発明の組成物を構成する(1)のエポキシ
樹脂は、平均構造式 で示されるクレゾールノボラツクエポキシ樹脂で
ある。この場合、このエポキシ樹脂としては、そ
の中に含まれる有機酸含有量が100ppm以下、よ
り好ましくは20ppm以下、塩素イオンが2ppm以
下、より好ましくは1ppm以下、加水分解性の塩
素の含有量が500ppm以下、より好ましくは
300ppm以下、エポキシ当量が180〜230、より好
ましくは180〜210のものを用いる必要があり、こ
れらの条件が1つでも満足しないと耐湿性が低下
する。 なお、上述したノボラツク型エポキシ樹脂は必
要により他のエポキシ樹脂、例えばグリシジルエ
ーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エ
ポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、
脂環式エポキシ樹脂、これらのハロゲン化エポキ
シ樹脂などと併用することができる。この場合、
これら他のエポキシ樹脂もその有機酸量、全塩素
量を少なくすることが好ましい。また、これら他
のエポキシ樹脂の使用量はノボラツク型エポキシ
樹脂100重量部に対し50重量部以下とすることが
好ましい。 なおまた、上述した(1)成分の使用にあたつて、
モノエポキシ化合物を適宜併用することは差支え
なく、このモノエポキシ化合物としてはスチレン
オキシド、シクロヘキセンオキシド、プロピレン
オキシド、メチルグリシジルエーテル、エチルグ
リシジルエーテル、フエニルグリシジルエーテ
ル、アリルグリシジルエーテル、オクチレンオキ
シド、ドデセンオキシドなどが例示される。 また、本発明の硬化剤として使用する(2)のノボ
ラツク型フエノール樹脂は、平均構造式 で示されるフエノールとホルマリンとを酸触媒を
用いて反応させて得られるノボラツク型フエノー
ル樹脂であるが、前記したクレゾールノボラツク
エポキシ樹脂と同様に、半導体の耐湿性の点から
このノボラツク型フエノール樹脂中の遊離のNa,
Clを2ppm以下とする必要がある。また、これに
含まれるモノマーのフエノール、即ちフリーのフ
エノールの量が1%を越えると、上記耐湿性に悪
影響を及ぼすほかに、この組成物で成形品を作る
時、成形品にボイド、未充填、ひげ等の欠陥が発
生するため、上記フリーのフエノールの量は1%
以下にする必要がある。更に、このノボラツク型
フエノール樹脂製造時に残存している微量のホル
ムアルデヒドのカニツアロ反応によつて生じる蟻
酸などの有機酸の量も半導体の耐湿性の点から
100ppm以下とする必要がある。更に、ノボラツ
ク型フエノール樹脂の軟化点が80℃未満になると
Tgが低くなり、このため耐熱性が悪くなり、ま
た軟化点が120℃を越えるとエポキシ樹脂組成物
の溶融粘度が高くなつて作業性に劣り、いずれの
場合も耐湿性が低下するので、ノボラツク型フエ
ノール樹脂の軟化点は80〜120℃とする必要があ
る。 なお、ノボラツク型フエノール樹脂中の遊離の
Na,Clのより好ましい範囲は2ppm以下、フリー
のフエノールの量のより好ましい範囲は0.3%以
下、有機酸の量のより好ましい範囲は30ppm以
下、ノボラツク型フエノール樹脂の軟化点のより
好ましい範囲は90〜110℃であり、上記範囲に調
整することにより本発明の目的をより確実に発揮
することができる。 更に本発明のノボラツク型フエノール樹脂に加
えて、フエノール−フルフラール樹脂、レゾルシ
ン−ホルムアルデヒド樹脂、これらのオルガノポ
リシロキサン変性フエノール樹脂、天然樹脂変性
フエノール樹脂、油変性フエノール樹脂などを適
宜併用しても差支えない。 本発明においては、上述したエポキシ樹脂、フ
エノール樹脂を含有するエポキシ樹脂組成物にN
−ホスホリルイミダゾール化合物を添加すること
により、耐湿性が数段向上するものであるが、こ
の耐湿性向上に効果を示すN−ホスホリルイミダ
ゾール化合物としては、例えば下記一般式で表わ
される化合物が挙げられる。 (但し、式中RはH又は、置換もしくは非置換
の1価の炭化水素基、R′は−OH、イミダゾリル
−(1)−、−O−アルキル基、又は−O−アリル基
を表わす。) このN−ホスホリルイミダゾール化合物の具体
例としては、下記構造の化合物等が挙げられる。
【式】
【式】
【式】
〔実施例1〜3,比較例1〜3〕
エポキシ当量196のクレゾールノボラツクエポ
キシ樹脂(塩素イオン1ppm,加水分解性塩素
300ppm,有機酸含有量20ppm)66.2重量部、軟
化点100℃のフエノール型ノボラツク樹脂(有機
酸含有量10ppm,Naイオン,Clイオン各々
1ppm,フリーのフエノール0.1%)33.8重量部、
三酸化アンチモン30重量部、溶融石英230重量部、
カルナバワツクス1重量部、カーボンブラツク1
重量部、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシ
シラン1重量部に第1表に示される種類・量のN
−ホスホリルイミダゾール化合物と、硬化促進剤
としてトリフエニルホスフイン0.7重量部を加え
て成る組成物を充分に混合した後、加熱ロールで
混練し、次いで冷却してから粉砕してエポキシ樹
脂組成物(実施例1〜3)を得た。 また、比較のために上記実施例のN−ホスホリ
ルイミダゾール化合物を使用しないで、かつ第1
表に示される種類・量の硬化促進剤を使用した以
外は上記実施例と同様の組成、製造条件にてエポ
キシ樹脂組成物(比較例1〜3)を得た。これら
のエポキシ樹脂組成物につき、以下のA〜Cの諸
試験を行なつた。 A 体積抵抗比率の測定 成形温度175℃、成形圧力70Kg/cm2,成形時間
2分の条件で成形して直径7cm、厚さ2mmの円板
を作り、これを180℃で4時間ポストキユアした
テストピースについて、150℃の加熱時における
値をJIS−K6911に準じて測定した。 B 耐湿特性の測定 上記Aと同様の成形条件、ポストキユア条件で
得た直径5cm、厚み3mmの円板を120℃の水蒸気
圧に500時間保持した後、JIS−K6911に準じて誘
電正接(1kHz)を測定した。 C Al腐食テスト チツプにAl配線をおこなつている14ピンICを
トランスフアー成形材にて100個成形し、成形品
を180℃、4時間ポストキユアし、その後120℃の
水蒸気中に500時間放置し、アルミニウム配線の
断線を検出して不良判定を行なつた。 以上の諸試験の結果を第1表に示す。
【表】
〔実施例4,5,比較例4〜10〕
実施例1において使用したクレゾールノボラツ
クエポキシ樹脂、ノボラツク型フエノール樹脂の
純度を第2表に示されるものとしたほかは実施例
1と同一の添加剤、配合比及び製造条件にてエポ
キシ樹脂組成物(実施例4,5及び比較例4〜
10)を作り、上記CのAl腐食テスト及び下記の
Dの成形不良率試験を行なつた。 D 成型不良率の測定 トランスフアー成形機で100個取りの14PIN IC
用金型を用いて10シヨツト成形し、この時の外観
不良率(ボイド、未充てん、スネークアイ等の不
良)を測定した。 以上C,Dの試験結果を第2表に示す。
〔実施例6〜8,比較例11,12〕
実施例1において使用したノボラツク型フエノ
ール樹脂の軟化点を第3表に示したものとしたほ
かは実施例1と同様の条件にてエポキシ樹脂組成
物(実施例6〜8、比較例11,12)を作り、前記
Dの成型不良率及び二次転移温度Tg下記Eのス
パイラルフローの測定を行なつた。 E スパイラルフロー EMM1規格に準じた金型を用い、175℃、70
Kg/cm2の条件で測定した。 以上の測定結果を第3表に示す。
〔実施例9〜11,比較例13,14〕
実施例1のN−ホスホリルイミダゾール化合物
の配合量のみを変えてエポキシ樹脂組成物(実
施例9〜11,比較例13,14)を作り、前述のC,
D,Eの試験を行ない、第4表に示す結果を得
た。
【表】 第4表の結果から、N−ホスホリルイミダゾー
ル化合物の添加量が少なすぎるとAl腐食への改
良がみられず、また多すぎるとスパイラルフロー
が短くなり、Al腐食率、成形不良率が共に増加
するが、本発明の範囲を満足する配合量の場合に
は、Al腐食率、成形不良率が共に良好なエポキ
シ樹脂組成物が得られることが確認された。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 エポキシ樹脂と、硬化剤としてフエノール樹
    脂と、無機充填剤とを含有するエポキシ樹脂組成
    物において、エポキシ樹脂として有機酸の含有量
    が100ppm以下、塩素イオンの含有量が2ppm以
    下、加水分解性塩素の含有量が500ppm以下、エ
    ポキシ当量が180〜230のクレゾールノボラツクエ
    ポキシ樹脂を使用し、フエノール樹脂として軟化
    点が80〜120℃、有機酸の含有量が100ppm以下、
    遊離のNa,Clが2ppm以下、フリーのフエノール
    が1%以下のノボラツク型フエノール樹脂を使用
    すると共に、該エポキシ樹脂のエポキシ基(a)と該
    フエノール樹脂のフエノール性水酸基(b)とのモル
    比(a/b)を0.8〜1.5の範囲に調整し、更にN
    −ホスホリルイミダゾール化合物を該エポキシ樹
    脂と該フエノール樹脂との合計量100重量部当り
    0.4〜5重量部添加したことを特徴とするエポキ
    シ樹脂組成物。 2 無機充填剤として、石英粉末をエポキシ樹脂
    とフエノール樹脂との合計量100重量部当り200〜
    500重量部使用した特許請求の範囲第1項記載の
    エポキシ樹脂組成物。
JP60198536A 1985-09-10 1985-09-10 エポキシ樹脂組成物 Granted JPS6259627A (ja)

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