JP3877935B2 - 封止用樹脂組成物および電子部品封止装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハロゲン（塩素、臭素）化合物および酸化アンチモンを添加することなしに、優れた難燃性を有し、また、成形性および信頼性に優れた封止用樹脂組成物および電子部品封止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品封止装置では、その封止樹脂に難燃性をもたせることが一般的であり、難燃の処方として、ハロゲン（塩素、臭素）化合物および金属酸化物を単独もしくは併用することで難燃効果を現している。具体的には、臭素化エポキシ樹脂と三酸化アンチモンの組合せが一般的である。しかし、封止用樹脂組成物の難燃効果を現すために添加されるハロゲン（塩素、臭素）化合物、特に臭素化エポキシ樹脂、およびその難燃効果を助けるために添加されている金属酸化物、特に三酸化アンチモンは、電子部品封止装置の信頼性を低下させるという欠点があった。そればかりか、最近では環境への悪影響も指摘され始めている。
【０００３】
このため、成形性、信頼性に優れた、ハロゲン（塩素、臭素）化合物および三酸化アンチモンを含有しない封止用の樹脂組成物の開発が強く要望されており、その代替材として、リン系難燃剤および無機充填剤系の難燃剤などの検討が広く進められている。しかし、リン系難燃剤および無機充填剤系の難燃剤単体での難燃化では、十分な成形性、信頼性を確保することができていないことから、その併用型難燃システムの開発が進められるようになった。そのなかでも、リン系難燃剤とホウ素化合物との組合せは有用であり、特にホウ酸亜鉛が注目されている。しかし、ここで使用されるホウ酸亜鉛中の酸化亜鉛には、エポキシ樹脂に不純物として含まれる加水分解性塩素の分解を促進させる触媒作用があることから、期待される程の信頼性が確保できない現状であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記欠点を解消し、上記要望に応えるためになされたもので、ハロゲン（塩素、臭素）化合物および三酸化アンチモンを含有しないで、ホウ酸亜鉛を未処理のまま使用する場合と比較して格段に信頼性を向上させた、封止用樹脂組成物および電子部品封止装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の目的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、樹脂組成物に添加するホウ酸亜鉛を水酸化金属にて処理すること、さらに、リン系難燃剤を適当な組合せで配合することにより、その電子部品封止装置の信頼性を向上させ、上記目的が達成されることを見いだし、本発明を完成させたものである。
【０００６】
即ち、本発明は、
（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）フェノール樹脂、
（Ｃ）水酸化金属にて処理されたホウ酸亜鉛および
（Ｄ）無機充填剤
を必須成分とし、樹脂組成物全体に対して、前記（Ｃ）水酸化金属にて処理されたホウ酸亜鉛を０．５〜２０重量％の割合で、また、前記（Ｄ）無機充填剤を４０〜９５重量％の割合で、それぞれ含有してなることを特徴とする封止用樹脂組成物である。また、（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）フェノール樹脂、
（Ｃ）水酸化金属にて処理されたホウ酸亜鉛、
（Ｄ）無機充填剤および
（Ｅ）リン系難燃剤
を必須成分とし、前記（Ｅ）リン系難燃剤を、樹脂分に対してリン含有率が０．０５〜１重量％かつ樹脂組成物全体に対して５重量％以下の割合で、また前記（Ｃ）水酸化金属にて処理されたホウ酸亜鉛を、樹脂組成物全体に対して０．５〜５重量％の割合で、また前記（Ｄ）無機充填剤を、樹脂組成物全体に対して４０〜９５重量％の割合で、それぞれ含有してなることを特徴とする封止用樹脂組成物である。
【０００７】
そしてまた、別の本発明は、これら封止用樹脂組成物の硬化物により、素子を封止してなることを特徴とする電子部品封止装置である。
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂としては、その分子中にエポキシ基を少なくとも２個有する化合物である限り、分子構造および分子量など特に制限はなく、一般に封止用材料として使用されるものを広く包含することができる。例えば、フェノールノボラック型、ビフェニル型、ビスフェノールＡ型の芳香族系、シクロヘキサン誘導体等脂肪族系、また、次の一般式で示されるようなものが挙げられる。
【００１０】
【化１】

（但し、式中、Ｒ¹ 、Ｒ² は水素原子あるいはアルキル基を、またｎは０又は１以上の整数をそれぞれ表す）
これらのエポキシ樹脂は、単独もしくは２種類以上混合して用いることができる。
【００１１】
本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂としては、前記（Ａ）のエポキシ樹脂と反応し得るフェノール性水酸基を２個以上有するものであれば、特に制限するものではない。具体的なものとしては、例えば、次の式に示されるものがある。
【００１２】
【化２】

（但し、式中、ｎは０または１以上の整数を表す）
【化３】

（但し、式中、ｎは０または１以上の整数を表す）
【化４】

（但し、式中、ｎは０または１以上の整数を表す）
これらのフェノール樹脂は、単独もしくは２種類以上混合して用いることができる。
【００１３】
フェノール樹脂の配合割合は、前述したエポキシ樹脂のエポキシ基（ａ）とフェノール樹脂のフェノール性水酸基（ｂ）との当量比（ａ）／（ｂ）の値が０．１〜１０の範囲内であることが望ましい。当量比が０．１未満あるいは１０を超えると、耐湿性、耐熱性、成形作業性および硬化物の電気特性が悪くなり、いずれの場合も好ましくない。従って上記の範囲内に限定するのがよい。
【００１４】
本発明に用いる（Ｃ）の水酸化金属にて処理されたホウ酸亜鉛としては、全体の樹脂組成物に対して０．５〜５重量％含有することが望ましい。また、処理されたホウ酸亜鉛は、水酸化金属を１〜１０重量％の割合で処理されることが好ましく、１重量％未満ではその処理効果が得られず、１０重量％を超えたものでは、ホウ酸亜鉛の相対量の低下から十分な難燃性の効果が確保できず、好ましくない。ホウ酸亜鉛を処理してホウ酸亜鉛中の酸化亜鉛を不活性化させる水酸化金属としては、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムが好適である。
【００１５】
本発明に用いる（Ｄ）の無機充填剤としては、シリカ粉末、アルミナ粉末等が挙げられ、これらは、単独もしくは２種類以上混合して用いることができる。これらのなかでも特にシリカ粉末がその特性上よく使用される。無機充填剤の配合割合は、全体の樹脂組成物に対して４０〜９５重量％の割合で含有することが望ましい。その割合が４０重量％未満では、耐熱性、耐湿性、機械的特性および成形性が悪くなり、また、９５重量％を超えると、かさばりが大きくなり成形性に劣り実用に適さない。
【００１６】
本発明に用いる（Ｅ）のリン系難燃剤としては、縮合型リン酸エステル、ホスファゼン化合物などの有機リン系化合物がその特性上好ましい。縮合型リン酸エステルは、リン酸と多価フェノールや１価フェノールとからエステル化合成され、それらフェノールのうちの遊離水酸基がすべてエステル化縮合に消費されたものである。また具体的なホスファゼン化合物としては、次の構造式に示されるものがある。
【００１７】
【化５】

（式中、ｎは３以上１０以下の整数を表す）
【化６】

（式中、ｎは３以上１０以下の整数を表す）
これらは単独もしくは２種類以上混合して用いることができる。
【００１８】
リン系難燃剤の配合割合は、樹脂分、すなわち［（Ａ）＋（Ｂ）］成分に対して、リン含有率で０．０５〜１％、但し、リン化合物として樹脂組成物全体の５重量％以下が好ましい。リン含有率が０．０５％未満では、難燃効果が十分に得られず、また、リン含有率が１％以上もしくは、樹脂組成物全体の５重量％以上となる化合物の添加系では、封止樹脂表面への滲み、信頼性の低下など、生産性、特性面に悪影響を与えてしまうため、好ましくない。従って上記範囲内に限定するのがよい。
【００１９】
本発明の封止用樹脂組成物は、前述したエポキシ樹脂、フェノール樹脂、リン系難燃剤、水酸化金属にて処理されたホウ酸亜鉛および無機充填剤を主成分とするが、本発明の目的に反しない限度において、また必要に応じて例えば、天然ワックス類、合成ワックス類、エステル等の離型剤、エラストマー等の低応力化成分、カーボンブラック等の着色剤、シランカップリング剤等の無機充填剤の処理剤、種々の硬化促進剤などを適宜、添加配合することができる。
【００２０】
本発明の封止用樹脂組成物を成形材料として調製する場合の一般的な方法としては、前述したエポキシ樹脂、フェノール樹脂、リン系難燃剤、水酸化金属にて処理されたホウ酸亜鉛、無機充填剤、その他成分を配合し、ミキサー等によって十分均一に混合した後、さらに熱ロールによる溶融混合処理、またはニーダ等による混合処理を行い、次いで冷却固化させ、適当な大きさに粉砕して成形材料とすることができる。こうして得られた成形材料は、半導体封止をはじめとする電子部品あるいは電気部品の封止、被覆、絶縁等に適用すれば、優れた特性と信頼性を付与させることができる。
【００２１】
本発明の電子・電気部品封止装置は、上記のようにして得られた封止用樹脂を用いて、半導体チップやセラミックコンデンサ等の電子・電気部品を封止することにより容易に製造することができる。封止の最も一般的な方法としては、低圧トランスファー成形法があるが、射出成形、圧縮成形および注型などによる封止も可能である。封止用樹脂組成物を封止の際に加熱して硬化させ、最終的にはこの組成物の硬化物によって封止された電子・電気部品封止装置が得られる。加熱による硬化は、１５０℃以上に加熱して硬化させることが望ましい。封止を行う電子・電気部品封止装置としては、例えば、集積回路、トランジスタ、サイリスタおよびダイオード、コンデンサ等で特に限定されるものではない。
【００２２】
【作用】
本発明の封止用樹脂組成物および電子部品封止装置は、樹脂成分中の難燃剤としてホウ酸亜鉛を水酸化金属にて処理して使用することにより、目的とする特性が得られるものである。さらに、リン系難燃剤と水酸化金属にて処理されたホウ酸亜鉛を適当な組合せで配合することにより、十分な成形性を保ちながら、樹脂組成物の優れた難燃性を付与し、その化合物の安定性から電子部品封止装置において信頼性を向上させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。以下の実施例および比較例において「％」とは「重量％」を意味する。
【００２４】
実施例１
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００）１６％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）１０％、リン含有率９％の縮合リン酸エステル３％、５％水酸化マグネシウムにて処理されたホウ酸亜鉛５％、溶融シリカ粉末６６％および合成ワックス０．３％を配合し常温で混合し、さらに９０〜１００℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料を製造した。
【００２５】
この成形材料を１７５℃に加熱した金型内にトランスファー注入し、硬化させて成形品（封止品）を成形した。この成形品について燃焼性および高温放置特性の試験を行った。その結果を表１に示す。
【００２６】
実施例２
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００）１６％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）１０％、リン含有率９％の縮合リン酸エステル３％、５％水酸化アルミニウムにて処理されたホウ酸亜鉛５％、溶融シリカ粉末６６％および合成ワックス０．３％を配合し常温で混合し、さらに９０〜１００℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料を製造した。
【００２７】
この成形材料を１７５℃に加熱した金型内にトランスファー注入し、硬化させて成形品（封止品）を成形した。この成形品について燃焼性および高温放置特性の試験を行った。その結果を表１に示す。
【００２８】
実施例３
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００）１６％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）１０％、前記の化５に示すホスファゼン化合物３％、５％水酸化マグネシウムにて処理されたホウ酸亜鉛５％、溶融シリカ粉末６６％および合成ワックス０．３％を配合し常温で混合し、さらに９０〜１００℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料を製造した。
【００２９】
この成形材料を１７５℃に加熱した金型内にトランスファー注入し、硬化させて成形品（封止品）を成形した。この成形品について燃焼性および高温放置特性の試験を行った。その結果を表１に示す。
【００３０】
実施例４
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００）１０％に、ノボラック型フェノールアラルキル樹脂（フェノール当量１７５）１０％、５％水酸化アルミニウムにて処理されたホウ酸亜鉛１５％、溶融シリカ粉末６５％および合成ワックス０．３％を配合し常温で混合し、さらに９０〜１００℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料を製造した。
【００３１】
この成形材料を１７５℃に加熱した金型内にトランスファー注入し、硬化させて成形品（封止品）を成形した。この成形品について燃焼性および高温放置特性の試験を行った。その結果を表１に示す。
【００３２】
比較例１
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００）１４％に、臭素化エポキシ樹脂（エポキシ当量２７０）３％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）９％、溶融シリカ粉末７０％、三酸化アンチモン１％および合成ワックス０．３％を配合し常温で混合し、さらに９０〜１００℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料を作成した。
【００３３】
この成形材料を１７５℃に加熱した金型内にトランスファー注入し、硬化させて成形品（封止品）を成形した。この成形品について燃焼性および高温放置特性の試験を行った。その結果を表２に示す。
【００３４】
比較例２
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００）１７％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）１０％、溶融シリカ粉末７１％および合成ワックス０．３％を配合し常温で混合し、さらに９０〜１００℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料を作成した。
【００３５】
この成形材料を１７５℃に加熱した金型内にトランスファー注入し、硬化させて成形品（封止品）を成形した。この成形品について燃焼性および高温放置特性の試験を行った。その結果を表２に示す。
【００３６】
比較例３
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００）１６％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）１０％、リン含有率９％の縮合リン酸エステル３％、ホウ酸亜鉛５％、溶融シリカ粉末６６％および合成ワックス０．３％を配合し常温で混合し、さらに９０〜１００℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料を作成した。
【００３７】
この成形材料を１７５℃に加熱した金型内にトランスファー注入し、硬化させて成形品（封止品）を成形した。この成形品について燃焼性および高温放置特性の試験を行った。その結果を表２に示す。
【００３８】
比較例４
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００）１６％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）１０％、リン含有率９％の縮合リン酸エステル３％、８％水酸化マグネシウムにて処理されたホウ酸亜鉛５％、溶融シリカ粉末６６％および合成ワックス０．３％を配合し常温で混合し、さらに９０〜１００℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料を作成した。
【００３９】
この成形材料を１７５℃に加熱した金型内にトランスファー注入し、硬化させて成形品（封止品）を成形した。この成形品について燃焼性および高温放置特性の試験を行った。その結果を表２に示す。
【００４０】
【表１】

＊１：トランスファー成形によって１２０×１２×１．６ｍｍ又は１２０×１２×３．２の成形品をつくり、１７５℃、８時間放置した後、ＵＬ−９４Ｖ耐炎性試験規格に基づき燃焼性の試験を行った。
【００４１】
＊２：成形材料を用いて２本のアルミ配線を有するシリコン製チップ（テスト素子）を銅フレームに接着し、金ワイヤーによりボンディングした部品を１７５℃で２分間トランスファー成形して、ＤＩＰ−１４ｐｉｎの成形品をつくり、１７５℃において４時間後硬化させた後、２００℃の恒温槽に保管し所定時間毎に通電試験を行い、その不良率を調べた。
【００４２】
【表２】

＊１：トランスファー成形によって１２０×１２×１．６ｍｍ又は１２０×１２×３．２の成形品をつくり、１７５℃、８時間放置した後、ＵＬ−９４Ｖ耐炎性試験規格に基づき燃焼性の試験を行った。
【００４３】
＊２：成形材料を用いて２本のアルミ配線を有するシリコン製チップ（テスト素子）を銅フレームに接着し、金ワイヤーによりボンディングした部品を１７５℃で２分間トランスファー成形して、ＤＩＰ−１４ｐｉｎの成形品をつくり、１７５℃において４時間後硬化させた後、２００℃の恒温槽に保管し所定時間毎に通電試験を行い、その不良率を調べた。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明および表１および表２から明らかなように、本発明の封止用樹脂組成物および電子部品封止装置は、難燃性に優れているにもかかわらず、高温保管特性に優れ、その結果、通電不良を著しく低減することができ、また長期にわたる信頼性を保証することができた。

Claims (7)

1. （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）１〜５重量％の水酸化金属にて処理されたホウ酸亜鉛および（Ｄ）無機充填剤を必須成分とし、樹脂組成物全体に対して、前記（Ｃ）水酸化金属にて処理されたホウ酸亜鉛を０．５〜２０重量％の割合で、また、前記（Ｄ）無機充填剤を４０〜９５重量％の割合で、それぞれ含有してなることを特徴とする封止用樹脂組成物。
2. （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）１〜５重量％の水酸化金属にて処理されたホウ酸亜鉛、（Ｄ）無機充填剤および（Ｅ）リン系難燃剤を必須成分とし、前記（Ｅ）リン系難燃剤を、樹脂分に対してリン含有率が０．０５〜１重量％かつ樹脂組成物全体に対して５重量％以下の割合で、また前記（Ｃ）水酸化金属にて処理されたホウ酸亜鉛を、樹脂組成物全体に対して０．５〜５重量％の割合で、また前記（Ｄ）無機充填剤を、樹脂組成物全体に対して４０〜９５重量％の割合で、それぞれ含有してなることを特徴とする封止用樹脂組成物。
3. （Ｃ）における水酸化金属が、水酸化マグネシウムである請求項１または請求項２記載の封止用樹脂組成物。
4. （Ｃ）における水酸化金属が、水酸化アルミニウムである請求項１または請求項２記載の封止用樹脂組成物。
5. （Ｅ）リン系難燃剤が、縮合型リン酸エステルである請求項２記載の封止用樹脂組成物。
6. （Ｅ）リン系難燃剤が、ホスファゼン化合物である請求項２記載の封止用樹脂組成物。
7. 請求項１ないし請求項６いずれか記載の封止用樹脂組成物の硬化物により、素子を封止してなることを特徴とする電子部品封止装置。