JP2621429B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

半導体封止用エポキシ樹脂組成物

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JP2621429B2 JP63264652A JP26465288A JP2621429B2 JP 2621429 B2 JP2621429 B2 JP 2621429B2 JP 63264652 A JP63264652 A JP 63264652A JP 26465288 A JP26465288 A JP 26465288A JP 2621429 B2 JP2621429 B2 JP 2621429B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関す
るものである。
〔従来の技術〕
一般にエポキシ樹脂組成物は、電気特性、耐熱性、接
着性、耐湿性等に優れ、かつ低圧成形性を有しており、
これらの性質を利用して半導体封止材料、プリント基板
材料、注型材料、接着剤など幅広い分野に使用されてい
る。
なかでも、例えば特開昭63−77930号公報に示されて
いるように、ノボラツク型エポキシ樹脂およびフエノー
ルノボラツク樹脂の組み合せは、高い耐熱性と耐湿性を
与えることから半導体封止用材料として汎用されてい
る。
しかし、この樹脂組成物系は、硬化中あるいは、冷却
過程で大きな熱応力を発生し大型素子(例えば高集積メ
モリなど)等を封止した場合、素子回路に与える熱スト
レスで素子機能の低下、あるいは、パツケージクラツク
などの不都合が生じる。
これらの原因の一つとして、半導体素子、フレーム材
などの熱膨張係数がエポキシ樹脂組成物と比べ著しく小
さいことが挙げられる。このような熱膨張係数の差は、
成形、後硬化後の冷却過程で熱応力を誘起し、前述の不
都合を生じることとなり、又、上記の不都合と、熱応
力、曲げ強度の相関性が刊行物〔昭和63年電子情報通信
学会春季全国大会予稿集P2−148〕に報告されており、
熱膨張係数の低下や、弾性率の低下による熱応力の低
減、曲げ強度の向上は、上記不都合の解消につながる。
このため無機充填剤の添加量を増大させたり、シリコ
ーン化合物により変性させる方法が検討されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、無機充填剤の添加量を増大し、熱膨張係数を
低下させ、パツケージクラツクなどに対し、効果をあげ
るためには、80%(重量%、以下同様)以上必要である
が、従来のノボラツク型エポキシ樹脂およびフエノール
ノボラツク樹脂系では室温において固形であるため、無
機充填剤の高充填は、樹脂組成物の溶融粘度の増大につ
ながり、成形性を著しく阻害する。また、溶融粘度の増
大は成形時に金線流れや断線が生じることとなり好まし
くない状態が生じる。
一方、シリコーン化合物による変性においては、ノボ
ラツク型エポキシ樹脂あるいはフエノールノボラツク樹
脂に、シリコーン化合物を反応させ変性する方法が一般
的であり、この変性方法はノボラツク型エポキシ樹脂あ
るいはフエノールノボラツク樹脂の高分子量化をもたら
し、無機充填剤を添加した樹脂組成物の流動性を阻害
し、好ましくない状態となる。
この発明は、かかる課題を解決するためになされたも
ので、無機充填剤の添加量を増大させたり、シリコーン
化合物で変性して熱応力を低減させても、組成物の流動
性が向上し、かつその硬化物もエポキシ樹脂の有する優
れた耐熱性、耐湿性および耐冷熱衝撃性を変化させない
半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得ることを目的とす
る。
〔課題を解決するための手段〕
この発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、化学
で示されるエポキシ樹脂(a)、軟化点が90〜130℃の
フエノールノボラツク樹脂(b)、無機充填剤80〜90重
量%および硬化促進剤を含有し、上記エポキシ樹脂
(a)のエポキシ基と上記フエノールノボラツク樹脂
(b)のフエノール性水酸基の当量比が、上記エポキシ
基に対し、0.8〜1.2のものである。
〔作用〕
この発明におけるエポキシ樹脂が室温で液状であり、
又平面構造であるため、硬化物のパツキング性が大とな
り、上記効果を生じると考えられる。即ち、エポキシ樹
脂(a)を用いることにより、熱膨張を低下するために
無機充填剤を上記のように多量に含有しても、上記高い
軟化点を有する硬化剤を用いても組成物の流動性が優
れ、かつその硬化物はエポキシ樹脂の有する優れた耐熱
性および機械特性を変化させない。
〔実施例〕
この発明の半導体エポキシ樹脂組成物に係わるエポキ
シ樹脂(a)は、化学式 で表わされるもので、エポキシ樹脂中に含まれる塩素イ
オン、塩素を含む化合物ができるだけ少ないエポキシ樹
脂を用いることが好ましい。
さらにこのエポキシ樹脂とともに必要に応じて難燃性
の臭素化ノボラツク系エポキシ樹脂、臭素化ビスフエノ
ールA型エポキシ樹脂を併用してもよい。この場合、こ
れらのエポキシ樹脂の使用量は、エポキシ樹脂(a)10
0重量部に対して50重量部以下であるのが好ましい。
この発明の半導体エポキシ樹脂組成物に係わるフエノ
ールノボラツク樹脂(b)は、たとえばフエノール、ク
レゾール、キシレノール、ビスフエノールA、レゾルシ
ンなどのフエノール系化合物とホルムアルデヒドまたは
パラホルムアルデヒドを酸性触媒下で縮合反応させるこ
とによりえられた軟化点が90〜130℃のものであり、未
反応モノマーはえられたフエノールノボラツク樹脂中、
0.5重量%以下であるのが好ましい。
又、シリコーン変性フエノールノボラツク樹脂を併用
しても良く、上記のように得られたフエノールノボラツ
ク樹脂と、例えばエポキシ変性シリコーンをトリフエニ
ルホスフインを触媒として反応させることで得られる。
フエノールノボラツク樹脂の軟化点が90℃未満の場合に
は、硬化物のガラス転移温度が低下し、耐熱性、耐湿性
が悪くなり、また130℃を越えるとエポキシ樹脂組成物
の溶融粘度が高くなり作業性に悪影響を与える。
この発明の実施例の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
において、エポキシ樹脂とフエノールノボラツク樹脂と
の配合割合は、エポキシ樹脂のエポキシ基1当量あたり
フエノールノボラツク樹脂のフエノール性OH当量が0.8
〜1.2当量である。エポキシ樹脂のエポキシ基1当量に
対してフエノールノボラツク樹脂のフエノール性OH当量
が0.8未満であるばあい、組成物のガラス転移温度が低
くなつて、耐湿性や耐熱性が低下し、またフエノール性
OH当量が1.2をこえるばあい、硬化物中にフエノールノ
ボラツク樹脂が未反応物として多く残り、耐湿性や耐熱
性が低下するようになる。
この発明の実施例の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
に用いられる無機充填剤としては、たとえば結晶性シリ
カ粉、溶融シリカ粉、アルミナ粉、タルク、石英ガラス
粉、炭酸カルシウム粉、ガラス繊維などがあげられる。
これら無機充填剤の添加量は組成物中に80〜90%含有さ
れるのが好ましい。80%未満では線膨張係数および硬化
収縮を低下させる効果が小さくなり、また90%をこえる
と流動性が低下し、作業性が低下する傾向にあるので、
80〜90%の範囲内で要求特性に応じて配合量を適宜選択
するのが好ましい。
この発明の実施例の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
に用いられる硬化促進剤としては、たとえば2−メチル
イミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−エチル−
4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイ
ミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、2−ウン
デシルイミダゾールなどのイミダゾール系化合物;2−
(ジメチルアミノメチル)フエノール、2,4,6−トリス
(ジメチルアミノメチル)フエノール、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、ピペリ
ジン、ジメチルラウリルアミン、ジアルキルアミノメタ
ノールアミン、テトラメチルグアニジン、2−ジメチル
アミノ−2−ヒドロキシプロパン、N,N′−ジメチルピ
ペラジン、N−メチルモルホリン、ピペラジン、2−
(ジメチルアミノメチル)フエノール、ヘキサメチレン
テトラミン、1−ヒドロキシエチル−2−ヘプタデシル
グリオキサリジン、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウン
デセン−7などの第3級アミンおよびその他のアミン系
化合物やイミダゾール系化合物、トリフエニルホスフイ
ンなどのリン系化合物などがあげられる。該硬化促進剤
の添加量は、該硬化促進剤の種類によつて異なるので一
概に決定することはできず、この発明はかかる添加量に
よつて限定されるものではないが、通常エポキシ樹脂10
0重量部に対して0.1〜5重量部であるのが好ましい。
この発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には必要
に応じてカーボンブラツクなどの着色剤、カルナウバワ
ツクス、ポリエチレンワツクスなどの離型剤や三酸化ア
ンチモンなどの難燃剤、γ−グリシロキシプロピルトリ
メトキシシランなどのカツプリング剤、シリコーンゴ
ム、フツ素ゴムなどのゴム成分を該組成物中の含有量が
10%をこえない範囲で添加してもよい。
またこの発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、
一般に使用されている公知の混合装置、たとえばロー
ル、ニーダ、ライカイ機、ヘンシエルミキサー(三井三
池製作所製)などを用いて容易に調製することができ
る。
以下、実施例および比較例をあげてこの発明をさらに
詳細に説明するが、この発明はかかる実施例のみに限定
されるものではない。
実施例1〜8および比較例1〜7 表1に示す組成になるようにエポキシ樹脂、フエノー
ルノボラツク樹脂、無機充填剤、硬化促進剤およびその
他の成分を調製し、80〜110℃の熱ロールで5〜7分混
練し、粉砕した後、1100〜1500Kg/cm2の圧力下でタブレ
ツトを形成した。なお、流動性はEMMI法に準じて求め
た。
なお、実施例7おおび比較例2で用いたシリコーン変
性フエノールノボラツク樹脂は、以下のようにして製造
した。即ち、 1の4ツ口フラスコに軟化点96℃のフエノールノボ
ラツク500gを入れ、窒素気流中で130℃まで加熱し、均
一に溶融させる。その後、トリフエニルホスフイン2gを
加え、滴下ロートで両末端エポキシ変性シリコーンオイ
ル(エポキシ当量850:信越化学製)300gを加え、150℃
に昇温し、反応を行ないシリコーン変性フエノールノボ
ラツク樹脂を得た。反応率は、エポキシ基の滴定より95
%であつた。
続いて、上記のようにして得たタブレツトを用いて、
金型温度が180℃±5℃、プランジヤー圧力が80Kg/c
m2、成形時間が90secの条件でトランスフアー成形し、
各種の信越性評価用モニターチツプと各種の評価用試験
片とをそれぞれに作成し、かつこれらの各信頼性評価用
モニターチツプおよび各評価用試験片に対して、175℃,
8hrの後硬化処理を施した。
また、上記のようにして得られたタブレツトおよび各
評価用試験片を用いて、曲げ弾性率、曲げ強度、線膨張
係数、ガラス転移温度および流動性のそれぞれについて
測定した。その結果を表2に示す。
なお、比較例2は流動性がわるく各種評価用試片を作
製することができなかつた。
さらに、上記のようにして得られた各信頼性評価用モ
ニターチツプを用いて、耐熱信頼性試験、耐湿信頼性試
験および耐冷熱サイクル試験を次の手段で行なつた。そ
の結果を表2に示す。
“耐熱信頼性試験” 空気中、250℃の条件で、モニターチツプに不良が発
生するまでの時間を測定した。
“耐湿信頼性試験” PCT(Pressure Cooker Test)130℃、2.7気圧の条件
で、1000hr後でのモニターチツプの不良数によつて評価
した。
“耐冷熱サイクル試験” −65℃で30minと150℃で30minとを1サイクルとし、5
00サイクル後でのモニターチツプの不良数によつて評価
した。
すなわち、表2から判るように、この実施例での半導
体封止用エポキシ樹脂組成物を用いた場合には、ガラス
転移温度の低下を防止し、曲げ強度および組成物の流動
性を損なわずに、熱応力の低減が図れる。一方、比較例
5および6はガラス転移温度を低下させることにより、
熱応力値が低下しているが、表3のモニターチツプの耐
熱性試験結果に見られるように、耐熱性の低下を まねいている。
又、実施例7および比較例2の低応力化処方での対比
でも実施例7は、流動性を著しく損なうことなく、大き
な低応力化が達成できている。
さらに、表3から判るように評価用モニターチツプの
耐熱性、耐湿性および耐冷熱サイクル性についても非常
に優れた特性を有するものである。
〔発明の効果〕
以上説明したとうり、この発明は、 化学式 で示されるエポキシ樹脂(a)、軟化点が90〜130℃の
フエノールノボラツク樹脂(b)、無機充填剤80〜90重
量%および硬化促進剤を含有し、上記エポキシ樹脂
(a)のエポキシ基と上記フエノールノボラツク樹脂
(b)のフエノール性水酸基の当量比が、上記エポキシ
基に対し、0.8〜1.2のものを用いることにより、無機充
填剤の添加量を増大させたり、シリコーン化合物で変性
して熱応力を低減させても、組成物の流動性が向上し、
かつその硬化物もエポキシ樹脂の有する優れた耐熱性、
耐湿性および耐冷熱衝撃性を変化させない半導体封止用
エポキシ樹脂組成物を得ることができ、例えばICおよび
LSIに用いることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 信田 アツコ 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機株式会社材料研究所内 (72)発明者 森脇 紀元 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機株式会社材料研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−77930(JP,A) 特開 昭63−142023(JP,A) 特開 昭61−293219(JP,A) 特開 昭60−124647(JP,A) 特開 昭63−128020(JP,A) 特公 昭51−20541(JP,B1) 「電子材料」12月号(第25巻12号) (昭61−12−1)株式会社工業調査会 P.66〜73

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】化学式 で示されるエポキシ樹脂(a)、軟化点が90〜130℃の
    フェノールノボラック樹脂(b)、無機充填剤80〜90重
    量%および硬化促進剤を含有し、上記エポキシ樹脂
    (a)のエポキシ基と上記フェノールノボラック樹脂
    (b)のフェノール性水酸基の当量比が、上記エポキシ
    基に対し、0.8〜1.2である半導体封止用エポキシ樹脂組
    成物。
JP63264652A 1988-10-19 1988-10-19 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 Expired - Lifetime JP2621429B2 (ja)

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