JPH0450222A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、半田耐熱性、耐湿信頼性および成形性に優れ
るエポキシ樹脂組成物に関するものである。

〈従来の技術〉 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、接着剤および電気絶縁材料など工業
材料として利用されている。

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。

一方、最近は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ＰＰＰ　（フラット・プラスチック・
パッケージ）に移行しつつある。

表面実装方式への移行に伴い、従来あまり問題にならな
かった半田付は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は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
ける半田付は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、
半田付は時に樹脂部分にクラックが発生し、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。

半田付は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は加熱時に
爆発的に水蒸気化、膨脹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。

封止用樹脂の改良も種々検討されている。ビフェニル骨
格を有するエポキシ樹脂と粒子径１４１Ｊｆｆｉ以下の
微粉末粒子を添加する方法（特開平１−８７６１６号公
報）などが挙げられる。

一方、封止用樹脂の流動性を改良するため、球状溶融シ
リカ微粒子の添加が提案されている（特開昭５３−１０
２３６１号公報、特開昭５８−１３８７４０号公報、特
開昭５９−８４９３７号公報）。

また、封止樹脂の耐湿性を向上するために、通常シラン
カップリング剤が添加されており、具体的には、１級の
アミノ基を有するアミノシランを添加する方法（特開昭
５７−１５５７５３号公報）などが提案されている。

〈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。

また、種々の方法で改良された樹脂も、それぞれ少しづ
つ効果を上げてきているが、また十分ではない。ビフェ
ニル骨格を有するエポキシ樹脂と粒子径１４四以下の微
粉末粒子を添加する方法（特開平１−８７６１６号公報
）は半田耐熱性のレベルは高いが流動性、耐湿信頼性が
十分でなかった。

そこで、流動性を向上するため通常使用される平均粒径
５ＩＪｍ以上の球状溶融シリカを添加すると、流動性は
改良されるものの半田耐熱性が低下するため、半田耐熱
性と流動性のともに優れた組成物を得るのは困難であっ
た。また、同様の目的で平均粒径５ＩＪ■以下の球状溶
融シリカを添加した場合には厚パリが大きく、低圧トラ
ンスファー成形機により成形を行うとプランジャーの作
動性が悪くなり作業性か低下するという問題があり実用
的ではなかった。

また、耐湿信頼性を向上するため、従来用いられている
１級のアミノ基を有するアミノシランを添加する方法は
、耐湿信頼性を改良すると同時に樹脂の機械的強度を向
上するなどの効果も発現するが、逆に流動性が低下する
ために実用的ではなかった。

本発明の目的は、かかる半田付は工程で生じるクラック
の問題を解消し、成形時の流動性か良好で厚パリの発生
しない、半田耐熱性、耐湿信頼性および成形性に優れる
エポキシ樹脂組成物を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 本発明者らは、エポキシ樹脂に、特定の粒径の破砕シリ
カと球状シリカを添加することに加えて、２級のアミノ
基を含有するアミノシランカップリング剤を添加するこ
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
。

すなわち本発明は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）
、溶融シリカ（Ｃ）およびシランカップリング剤（Ｄ）
からなる樹脂組成物であって、前記溶融シリカ（Ｃ）か
平均粒径１０μｍ以下の破砕溶融シリカ９９〜５０重量
％と平均粒径４μｍ以下の球状溶融シリカ１〜５０重量
％からなり、球状溶融シリカの平均粒径か破砕溶融シリ
カの平均粒径より小さく、かつ溶融シリカ（Ｃ）の割合
か全体の７５〜９０重量％てあり、かつ前記シランカッ
プリング剤（Ｄ）が２級のアミノ基を含有しかつそのア
ミノ基がすべて２級のアミノ基であるアミノシラン化合
物であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物である。

以下、本発明の構成を詳述する。

本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は、１分子中にエポ
キシ基を２個以上有するものであれば特に限定されず、
これらの具体例としては、たとえばクレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフ
ェノールＡ型エポキシ樹脂、線状脂肪族型エポキシ樹脂
、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、ハロゲ
ン化エポキシ樹脂およびスピロ環含有エポキシ樹脂など
が挙げられる。

用途によっては２種以上のエポキシ樹脂を併用してもよ
いが、半導体装置封止用としては耐熱性、耐湿性の点か
らクレゾールノボラック型エポキシ樹脂およびビフェニ
ル型エポキシ樹脂が好ましく、特に、半田耐熱性の点か
らビフェニル型のエポキシ樹脂か好ましい。

本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）の配合量は通常３
〜３０重量％、好ましくは５〜２５重量％である。

本発明における硬化剤（Ｂ）は、エポキシ樹脂（Ａ）と
反応して硬化させるものであれば特に限定されず、それ
らの具体例としては、たとえばフェノールノボラック、
クレゾールノボラックなどのノボラック樹脂、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。半導体装置封止用としては、耐熱性、耐湿信
頼性および保存性の点から、フェノールノボラック、ク
レゾールノボラックなどのノボラック樹脂が好ましく用
いられ、用途によっては２種以上の硬化剤を併用しても
よい。

本発明において、硬化剤（Ｂ）の配合量は通常１〜２０
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
性質および耐湿性の点から（Ａ）に対する（Ｂ）の化学
当量比が０，５〜１．６、特に０．８〜１．３の範囲に
あることが好ましい。

また、本発明においてエポキシ樹脂（＾）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−
（ジメチルアミンメチル）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２種以上を併用し
てもよく、その添加量はエポキシ樹脂（＾）１００重量
部に対して０．１〜１０重量部の範囲が好ましい。

本発明における溶融シリカ（Ｃ）は平均粒径１０μｍ以
下の破砕溶融シリカ９９〜５０重量％と平均粒径４ＩＪ
ｆｆｉ以下の球状溶融シリカ１〜５０重量％からなり、
球状溶融シリカの平均粒径か破砕シリカの平均粒径より
小さいものである。溶融シリカ（Ｃ）は平均粒径１０μ
ｍ以下の破砕溶融シリカ９７〜７０重量％と平均粒径４
μｍ以下の球状溶融シリカ３〜３０重量％からなり球状
溶融シリカの平均粒径が破砕シリカの平均粒径より小さ
いものが特に好ましい。破砕溶融シリカの平均粒径は１
０μ慣を越えると半田耐熱性が不十分であり、１０１ｍ
以下であれば特に制限を加えるものではないが、流動性
の点から３μｍ以上１０−以下のものが好ましく用いら
れる。ここで、破砕溶融シリカは平均粒径が１０ＩＪｆ
ｆｉ以下になれば、平均粒径が異なる２種類以上の破砕
溶融シリカを併用してもよい。また、球状溶融シリカの
平均粒径は４μｍを越えると半田耐熱性および流動性が
不十分になり、４μｍ以下であれば特に制限を加えるも
のではないが流動性の点から０．１μｍ以上４１Ｊｆｆ
ｌ以下のものか好ましく用いられる。ここで、球状溶融
シリカは平均粒径か４μｍ以下になれば、平均粒径が異
なる２種類以上の球状溶融シリカを併用してもよい。こ
こで平均粒径は、累積重量５０％になる粒径（メジアン
径）を意味する。また、溶融シリカ（Ｃ）においては球
状溶融シリカの平均粒径が破砕溶融シリカの平均粒径よ
り小さいことが重要である。

球状溶融シリカの平均粒径が破砕溶融シリカの平均粒径
より大きくなるとその流動性改善効果が大幅に低下する
。球状溶融シリカの平均粒径は破砕溶融シリカの平均粒
径より小さければよいが、好ましくは、球状溶融シリカ
の平均粒径は破砕溶融シリカの平均粒径の２／３以下で
あり、特に好ましくは１／２以下である。さらに、破砕
溶融シリカと球状溶融シリカの比率が上記の範囲にない
場合は半田耐熱性および成形性に優れた組成物は得られ
ない。本発明において溶融シリカ（Ｃ）の割合は全体の
７５〜９０重量％であり、さらに好ましくは７７〜８８
重量％である。溶融シリカ（Ｃ）が７５重量％未満では
半田耐熱性が不十分であり、９０重量％を越えると流動
性が不十分である。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。

その製造方法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。

本発明のエポキシ樹脂組成物には充填剤として溶融シリ
カ（Ｃ）以外に結晶性シリカ、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、ガラス繊維などを添加することができる。

本発明で用いられるシランカップリング剤（Ｄ）として
は、アミノ基を含有しかつそのアミノ基がすべて２級ア
ミノ基であるアミノシラン化合物であることが重要であ
る。２級のアミノ基を含有しない場合は、半田耐熱性の
向上効果、厚パリの低減効果が発現しないばかりか、耐
湿信頼性の向上効果も低減する。

これらシランカップリング剤はアミノ基を含有しかつそ
のアミノ基がすべて２級のアミノ基であるアミノシラン
化合物であれば特に限定されないが、封止樹脂のライフ
の点から立体障害の大きい基、たとえばイソプロピル基
、ｔ−ブチル基、ジフェニルメタン基、トリフェニルメ
タン基やフェニル基などがアミンに結合しているものが
好ましい、なかでもフェニル基が結合しているＮ−フェ
ニルアミノプロピルトリメトキシシランがライフの点で
最も好ましい。

本発明で用いられるシランカップリング剤（Ｄ）の添加
方法は特に限定されないが、溶融シリカ（Ｃ）などの充
填剤を予めシランカップリング剤（Ｄ）で表面処理する
ことにより添加する方法が、耐湿信頼性向上の点で最も
好ましい。

本発明のエポキシ樹脂組成物にはハロケン化エポキシ樹
脂などのハロゲン化合物、リン化合物などの難燃剤、三
酸化アンチモンなとの難燃助剤、カーボンブラック、酸
化鉄などの着色剤、シリコーンゴム、スチレン系ブロッ
ク共重合体、オレフィン系共重合体、変性ニトリルゴム
、変性ポリブタジェンゴム、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。

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−ニーダ−ロール、単
軸もしくは二輪の押出機およびコニーダーなどの公知の
混線方法を用いて溶融混練することにより製造される。

〈実施例〉 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例１〜７、比較例１〜４ 表１に示した配合組成で試薬をミキサーによりトライブ
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、粉砕してエポ
キシ樹脂組成物を製造した。

この組成物を用い、低圧トランスファー成形法により１
７５℃×２分の条件で成形して次の物性、成形性測定法
により各組成物の物性および成形性を測定した。

半田耐熱性；模擬素子をのせた８０ｐｉｍＱＦＰ２０個
を成形、１８０℃で５時間 ポストキュアし、８５℃／８５％ ＲＨで７２時間加湿後、２６０℃ に加熱した半田浴に１０秒間浸漬 し、クラックの発生しないＱＦＰ の個数の割合を求めた。

耐湿信頼性二半田浴浸漬後の８０ｐｉｍＱＦＰを用い、
１２０℃／１００％ＲＨで ＰＣＴを行い、累積故障率５０％ になる時間を求めた。

厚　バ　リ：低圧トランスファー成形法によりフラッシ
ュ測定金型を用いて１７ ５℃Ｘ９０秒の条件で成形し、厚 パリを測定した。

表２にみられるように、本発明のエポキシ樹脂組成物（
実施例１〜７）は半田耐熱性、耐湿信頼性および厚パリ
などの成形性に優れている。

これに対して溶融シリカ（Ｃ）の割合が全体の７５重量
％未満の比較例２は半田耐熱性の点て劣っている。また
、本発明の溶融シリカを用いない比較例４は半田耐熱性
、耐湿信頼性の点で劣っている。

式■のシランカップリング剤を用いない比較例１．３は
半田耐熱性、耐湿信頼性および成形性の点で劣っている
。

〈発明の効果〉 本発明のエポキシ樹脂組成物は、特定の溶融シリカおよ
び特定のアミノシラン化合物を配合したために、半田耐
熱性、耐湿信頼性および成形性に優れている。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、溶融シリカ（Ｃ
   ）およびシランカップリング剤（Ｄ）からなる樹脂組成
   物であって、前記溶融シリカ（Ｃ）が平均粒径１０μｍ
   以下の破砕溶融シリカ９９〜５０重量％と平均粒径４μ
   ｍ以下の球状溶融シリカ１〜５０重量％からなり、球状
   溶融シリカの平均粒径が破砕溶融シリカの平均粒径より
   小さく、かつ溶融シリカ（Ｃ）の割合が全体の７５〜９
   ０重量％であり、かつ前記シランカップリング剤（Ｄ）
   が２級のアミノ基を含有しかつそのアミノ基がすべて２
   級のアミノ基であるアミノシラン化合物であることを特
   徴とするエポキシ樹脂組成物。