JPH053270A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半田付け工程時等、高温にさらされた時にク
ラックが発生しにくく、これにより、表面実装方式の樹
脂封止半導体装置の製品化を可能にする半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物を提供する。 【構成】 エポキシ樹脂を主剤とし、フェノール樹脂を
硬化剤として用い、分子中にグリシジルエーテル基を２
個有するエポキシ樹脂を、全エポキシ樹脂に対してエポ
キシ当量換算で５０％以上の割合で含ませるとともに、
分子中にフェノール性水酸基を２個有するフェノール樹
脂を、全フェノール樹脂に対して水酸基当量換算で５０
％以上の割合で含ませるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、耐湿性および耐熱性
に優れ、樹脂封止型半導体装置を実装する時の半田付け
工程等において封止樹脂にクラックが発生するのを防止
することのできる半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、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等のエポキシ
樹脂；フェノールノボラック等の硬化剤；三級アミンや
イミダゾール等の硬化促進剤；シリカやアルミナ等の無
機微粉末からなる無機質充填材；シランカップリング剤
等のカップリング剤；カルナウバワックスやステアリン
酸等の離型剤；カーボンブラック等の着色剤等から構成
されている。

【０００３】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（ＤＩ
Ｐ：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。従来の封止用樹脂
で封止したパッケージは、この工程で、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等の
問題を生じるため、製品として使用できない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この半田付け工程にお
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言われている。その対
策としては、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。
しかし、乾燥パッケージを容器に封入するこの方法は、
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。

【０００５】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号公報等には、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６２−１０４８３
０号公報等には、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、エポキシ樹脂として一般のエ
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、まだ充分
な効果が得られておらず、改良の余地があった。したが
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。

【０００６】このような事情に鑑み、この発明は、上述
の半田付け工程時等、高温にさらされた時にクラックが
発生しにくく、これにより、表面実装方式の樹脂封止半
導体装置の製品化を可能にする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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明にかかる半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、エポキシ樹脂を主剤とし、フェノール樹脂を硬化剤
とするエポキシ樹脂組成物において、分子構造中にグリ
シジルエーテル基を２個有するエポキシ樹脂を、全エポ
キシ樹脂に対してエポキシ当量換算で５０％以上の割合
で含むとともに、分子構造中にフェノール性水酸基を２
個有するフェノール樹脂を、全フェノール樹脂に対して
水酸基当量換算で５０％以上の割合で含むことを特徴と
するものである。

【０００８】この発明で用いられる２官能エポキシ樹脂
としては、分子構造中にグリシジルエーテル基を２個有
するものであれば、特に限定はされないが、たとえば、
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキ
シ樹脂、ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂等の１
種または２種以上が挙げられる。この発明のエポキシ樹
脂組成物は、上述の２官能エポキシ樹脂に加えて、その
他のエポキシ樹脂を必要に応じて含んでいてもよい。そ
の他のエポキシ樹脂としては、特に限定はされないが、
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、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂等の１種ま
たは２種以上を用いることができる。 また、この発明
で用いられる２官能フェノール樹脂としては、分子構造
中にフェノール性水酸基を２個有するものであれば、特
に限定はされないが、たとえば、ビスフェノールＡ、ビ
フェニル、ジヒドロキシナフタレン等の１種または２種
以上が挙げられる。

【０００９】この発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキ
シ樹脂の硬化剤として、上述の２官能フェノール樹脂に
加えて、その他のフェノール樹脂を必要に応じて含んで
いてもよい。その他のフェノール樹脂としては、特に限
定はされないが、たとえば、フェノールノボラック、オ
ルソクレゾールノボラック、ジシクロペンタジエン・フ
ェノール共重合体等の１種または２種以上を用いること
ができる。

【００１０】２官能エポキシ樹脂および２官能フェノー
ル樹脂の含有割合については、前述したように、２官能
エポキシ樹脂が全エポキシ樹脂に対してエポキシ当量換
算で５０％以上の割合であるとともに、２官能フェノー
ル樹脂が全フェノール樹脂に対して水酸基当量換算で５
０％以上の割合であることが必要である。もしも、２官
能エポキシ樹脂および２官能フェノール樹脂のうちの少
なくとも一方が前記の含有割合を下回ると、実装時の半
田付け工程等における耐クラック性の大幅な向上は期待
できないからである。

【００１１】また、これら２官能エポキシ樹脂または２
官能フェノール樹脂の含有割合は、前述の換算法によ
り、そのエポキシ当量または水酸基当量が５０％以上９
０％以下であることが望ましく、６０％以上８０％以下
であることがさらに望ましい。これは、２官能エポキシ
樹脂のエポキシ当量または２官能フェノール樹脂の水酸
基当量が、エポキシ樹脂の全エポキシ当量またはフェノ
ール樹脂の全水酸基当量に対して１００％に近づくと、
エポキシ樹脂またはフェノール樹脂の種類によっては、
耐熱性の指標である硬化物のＴｇ（ガラス転移温度）が
大幅に低下する可能性があるからである。

【００１２】なお、この発明のエポキシ樹脂組成物に含
まれるエポキシ樹脂の全エポキシ当量と、硬化剤として
のフェノール樹脂の全水酸基当量との比率については、
特に限定されるわけではないが、〔エポキシ樹脂の全エ
ポキシ当量〕／〔フェノール樹脂の全水酸基当量〕＝
０．７〜２．０が望ましく、０．９〜１．３がさらに望
ましい。

【００１３】また、前記の２官能エポキシ樹脂および２
官能フェノール樹脂としては、これら両樹脂を予め互い
に反応させプレポリマー化させておいたものを用いても
よい。この場合は、プレポリマー化によって低分子量
（モノマー）成分が減少するため、実装時の半田付け工
程等における耐クラック性をさらに向上させることがで
きるとともに、成形時のバリを低減することにより成形
作業性を向上させることができる。

【００１４】２官能エポキシ樹脂および２官能フェノー
ル樹脂を予め互いに反応させプレポリマー化させる方法
については、特に限定されず、また、これらの樹脂の種
類により異なるが、たとえば、２官能エポキシ樹脂およ
び２官能フェノール樹脂が充分溶融する温度以上（たと
えば、１２０℃以上）で長時間（たとえば、３時間）、
無触媒下または各種触媒存在下で両樹脂を溶融混合し、
プレポリマー化させる方法等が挙げられる。

【００１５】この発明のエポキシ樹脂組成物は、主剤と
してのエポキシ樹脂および硬化剤としてのフェノール樹
脂に加えて、適当な硬化促進剤、無機充填材、離型剤、
着色剤等を必要に応じて含んでいてもよい。使用できる
硬化促進剤としては、特に限定はされないが、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
ニルボロン塩等が挙げられる。

【００１６】使用できる無機充填材としては、特に限定
はされないが、たとえば、シリカやアルミナ等、通常の
樹脂封止材に用いられるものが挙げられる。なお、これ
らの無機充填材は、封止樹脂との密着性を向上させる等
の目的でカップリング剤で表面処理されていてもよい。
このように無機充填材の表面処理に用いることのできる
カップリング剤としては、特に限定はされないが、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−メルカプト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等のシランカップリング
剤等が挙げられる。

【００１７】使用できる離型剤としては、特に限定はさ
れないが、たとえば、カルナウバワックス、ステアリン
酸、モンタン酸、カルボキシル基含有ポリオレフィン等
が挙げられる。使用できる着色剤としては、特に限定は
されないが、たとえば、カーボンブラック等が挙げられ
る。

【００１８】

【作用】２官能エポキシ樹脂および２官能フェノール樹
脂を各々の当量の５０％以上含有させるようにすると、
室温および加熱時の靱性が向上するとともに、加熱時に
低弾性となり、このため、リードフレームや半導体装置
と封止樹脂との界面剥離が抑えられる。また、硬化時の
反応架橋点が疎になるため、吸湿率が低減する（水分の
侵入が少なくなる）。以上の効果により、耐熱性が高く
なり、表面実装時の半田付け工程などにおける耐クラッ
ク性が大幅に向上するため、表面実装方式の樹脂封止半
導体装置の製品化が可能になる。

【００１９】

【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−下記表１に示した原材料を同表に示す
当量および重量部で配合し、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。

【００２０】−実施例２〜７および比較例１〜３−下記
表１および２に示した原材料を同表に示す当量および重
量部で実施例１と同様にして配合して混練と粉砕を行っ
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。ただし、実施例６および７では、
２官能エポキシ樹脂および２官能フェノール樹脂を、配
合前に予め互いに反応させプレポリマー化させておい
た。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】なお、表１および２中、各原材料の詳細
は、以下の通りであった。２官能エポキシ樹脂（ａ）：
下記構造式化１で示され、エポキシ当量１９０、融点１
０５℃のビフェニル型エポキシ樹脂「ＹＸ４０００Ｈ」
（油化シェルエポキシ（株）製）。

【００２４】

【化１】

【００２５】２官能エポキシ樹脂（ｂ）：下記構造式化
２で示され、エポキシ当量１４５、常温半固型のジヒド
ロキシナフタレン型エポキシ樹脂「ＨＰ４０３２」（大
日本インキ化学工業（株）製）。

【００２６】

【化２】

【００２７】その他のエポキシ樹脂（ａ）：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「ＥＳＣＮ１９５ＸＬ」（住友化学工業（株）
製）。その他のエポキシ樹脂（ｂ）：下記構造式化３で
示され、エポキシ当量２１０のエポキシ樹脂「ＶＧ３１
０１」（三井石油化学工業（株）製）。

【００２８】

【化３】

【００２９】２官能フェノール樹脂（ａ）：下記構造式
化４で示され、水酸基当量１２５、融点２２５℃のビフ
ェニル樹脂（３，３′，５，５′−テトラメチル−ビフ
ェニル−４，４′−ジオール）「ＴＭ−ＢＰＬ」（三菱
油化（株）製）。

【００３０】

【化４】

【００３１】２官能フェノール樹脂（ｂ）：下記構造式
化５で示され、水酸基当量８０、融点約１４０℃のジヒ
ドロキシナフタレン。

【００３２】

【化５】

【００３３】その他のフェノール樹脂（ａ）：水酸基当
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）製）。その他のフェ
ノール樹脂（ｂ）：下記構造式化６で示され、平均分子
量５５０、水酸基当量１７７、融点１１０℃のジシクロ
ペンタジエン・フェノール重合体「ＤＣ１００ＬＬ」
（山陽国策パルプ（株）製）。

【００３４】

【化６】

【００３５】その他のフェノール樹脂（ｃ）：下記構造
式化７で示され、水酸基当量１８２、融点８５℃のｐ−
キシレン・フェノール重合体「ミレックスＸＬ−２２５
Ｌ」（三井東圧化学（株）製）。

【００３６】

【化７】

【００３７】 硬化促進剤：２−エチル−４−メチルイミダゾール。 離型剤（ａ）：酸化ポリエチレン。 離型剤（ｂ）：モンタン酸系。 着色剤：カーボンブラック。 無機充填材：シリカ微粉末。

【００３８】 カップリング剤（ａ）：γ−グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン。 カップリング剤（ｂ）：γ−メルカプトプロピルトリメ
トキシシラン。 前記実施例１〜７および比較例１〜３で得られた成形材
料をトランスファー成形機により１７０〜１７５℃で９
０秒間成形し、１７５℃で６時間硬化させて、下記の吸
湿率、耐半田クラック性、成形時発生バリ、ガラス転移
温度および加熱時曲げ弾性率の各評価用サンプルを得
た。

【００３９】各種特性は、次に示す方法により、測定、
評価した。 （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）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金型で
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、２０秒
間浸漬してクラックの発生しなかったサンプル個数（ク
ラックなしサンプル数）／（２０秒間浸漬したサンプル
数）を調べた。

【００４０】（３）成形時発生バリ 成形材料をトランスファー成形機で成形する際、発生し
たバリの最大長さを評価した。 （４）ガラス転移温度（Ｔｇ） 長さ２０mm、φ＝３mmの円柱状サンプルを成形し、熱機
械特性測定器で線熱膨張係数（α）を測定し、αの大き
く変わる変曲点を求めて、Ｔｇを評価した。

【００４１】（５）加熱時（２５０℃）曲げ弾性率 ＪＩＳ Ｋ６９１１の規格による３点曲げ試験法によ
り、２５０℃における曲げ弾性率を測定した。以上の評
価結果を表３に示した。

【００４２】

【表３】

【００４３】表３にみるように、実施例１〜７の成形材
料は、比較例１〜３の成形材料に比べて、吸湿性が低
く、２５０℃曲げ弾性率が低い（加熱時の応力が小さ
い）ため、耐半田クラック性が良好であることが確認さ
れた。また、実施例６および７で、２官能エポキシ樹脂
と２官能フェノール樹脂とを予め反応させプレポリマー
化させておくことにより、耐半田クラック性がさらに良
好になるとともに、成形時のバリが低減することが確認
された。

【００４４】

【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、低吸湿性であるとともに加熱時低応力で
あるため、耐熱性に優れ、半田付け工程時等、高温にさ
らされた時にクラックが発生しにくい。これにより、表
面実装方式の樹脂封止半導体装置の製品化を可能にする
ことができ、その工業的価値は大きい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大津 正明 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂を主剤とし、フェノール樹
   脂を硬化剤とするエポキシ樹脂組成物において、分子構
   造中にグリシジルエーテル基を２個有するエポキシ樹脂
   を、全エポキシ樹脂に対してエポキシ当量換算で５０％
   以上の割合で含むとともに、分子構造中にフェノール性
   水酸基を２個有するフェノール樹脂を、全フェノール樹
   脂に対して水酸基当量換算で５０％以上の割合で含むこ
   とを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】 分子構造中にグリシジルエーテル基を２
   個有するエポキシ樹脂および分子構造中にフェノール性
   水酸基を２個有するフェノール樹脂として、これら両樹
   脂を予め互いに反応させプレポリマー化させておいたも
   のが用いられている請求項１記載の半導体封止用エポキ
   シ樹脂組成物。