JPH02218735A - 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】 〈産業状の利用分野〉 本発明は、半導体装置を封止するための樹脂組成物に関
する。さらに詳しくは、成形性に優れ、樹脂封止型半導
体装置を実装する際、ハンダ付は工程において封止樹脂
にクラックが発生するのを防止した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〉 近年、半導体集積回路の分野において、高集積化および
高信頼性化の技術開発と同時に配線板への半導体装置組
み立て工程の自動化が推進されている。

例えばフラットパッケージ型の半導体装置を回路板に取
り付ける場合、従来はリードビン毎に半田付けを行って
いたが、最近は半導体装置全体を２５０°Ｃ以上に加熱
した半田浴に浸漬して半田付けを行う表面実装方式が採
用されている。そのなめ従来の封止用樹脂で封止したバ
ラゲージは、半田付は時に樹脂部分にクラ・ｙりが発生
し、信頼性が低下して製品として使用できないという問
題が起きる。

また、封止方法としては、エポキシ樹脂に硬化剤や充填
剤などを添加した組成物を用い、半導体素子を金型にセ
ットしてトランスファー成形法などにより封止する方法
が一般的に行われている。

これら封止用エポキシ樹脂組成物に要求される特性には
、機械強度、信頼性および成形性などが挙げられ、信頼
性としては耐湿性などが、成形性としては熱時硬度（シ
ョアＤ）、パリなどが挙げられる。

ここでいう耐湿性とは、高温、高湿環境下に樹脂封止半
導体装置した場合に、封止樹脂や封止樹脂とリードフレ
ームとの界面を通って水分が侵入することにより、半導
体が故障するのを防止することである。

封止樹脂の耐半田クラツク性を向上するために従来より
種々の方法が検討されており、例えば、ペースエポキシ
樹脂としてビフェニル型のエポキシ樹脂を用いる方法（
特開昭６３−２５１４１９号公報）などが提案されてい
る。

また、封止樹脂の機械強度を向上するために、アミノシ
ランを添加する方法（第３８回　熱硬化性樹脂講演討論
会予稿集）なども提案されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかるに、上述したビフェニル型のエポキシ樹脂を用い
る方法は、封止樹脂の耐半田クラック性は向上するもの
の、１ｉｒｔ湿性の低下や成形時における熱時硬度が低
く、パリが多いなどの問題があり実用的ではなかっな。

また、アミノシランカッブリング剤を添加する方法では
、組成物の機械的強度は向上するものの、耐湿性が低下
するなめ、封止樹脂として使用するのは困難であった。

そこで本発明の課題は、上述したエポキシＶｌｉ指組成
物が有する問題を解決し、半田耐熱性、耐湿性などの信
頼性、および熱時硬度、パリなどの成形性が均衡して優
れたエポキシ樹脂組成物を提供し、表面実装用の樹脂封
止半導体を可能にすることにある。

く課題を解決するための手段〉 本発明者らは、ペースエポキシ樹脂としてビフェニル型
のエポキシ樹脂を用い、これに硬化剤や充填剤と共に、
アミノ基を有するシランカップリング剤を添加すること
により、上記の課題を達成でき、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）
、充填剤（Ｃ）およびシランカップリング剤＜Ｄ＞から
なるエポキシ樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂（
Ａ）が下記式（Ｉ）であられされる骨格を有するエポキ
シ樹脂（ａ）を必須成分として含有し、かつ前記シラン
カップリング剤（Ｄ）がアミノ基を含有するシラン化合
物であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物を提供す
るものである。

Ｒ３Ｒｅ　　　　ＦＬＴ　　　　Ｒ４ （タタシ、ＲＩ、Ｒ８は水素原子、ｃ１〜Ｃ４の低級ア
ルキル基またはハロゲン原子を示す、） 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、上記式（Ｉ）で
表される骨格を有するエポキシ樹脂（ａ）を必須成分と
して含有することが重要である。

エポキシｖＡ＃（ａ）を含有しない場合はハンダ付は工
程におけるクラツクの発生防止効果は発揮されない。

上記式（Ｉ＞において、Ｒ１−Ｒ８の好ましい具体例と
しては、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、
ｉ−プロキル基、ｎ−ブチル基、５ｅＣ−ブチル基、ｔ
ｅｒｔ−ブチル基、塩素原子および臭素原子などがあげ
られる。

本発明におけるエポキシ樹脂（ａ）の好ましい具体例と
しては、４，４°−ビス（２，３−エポキシプロポキシ
）ビフェニル、４．４−一ビス（２，３−エポキシプロ
ポキシ）−３，３”、５゜５°−テトラメチルビフェニ
ル、４．４−一ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−
３，３−，５゜５−−テトラメチル−２−クロロビフェ
ニル、４゜４゛−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）
−３゜３−　５．５−−テトラメチル−２−ブロモビフ
ェニル、４．４−一ビス（２，３−エポキシプロポキシ
）−３，３−，５，５−−テトラエチルビフェニルおよ
び４，４°−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３
，３−，５，５“−テトラブチルビフェニルなどがあげ
られる。

本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は上記のエポキシ樹
脂（ａ＞とともに該エポキシ樹脂（ａ）以外の他のエポ
キシ樹脂をも併用して含有することができる。併用でき
る池のエポキシ樹脂としては、例えば、クレゾールノボ
ラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキ
シ樹脂、下記式（ｎ）で表されるノボラック型エポキシ
樹脂、ビスフェノールＡやレゾルシンなどから合成され
る各種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、線状脂肪族エポキシ樹脂、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
脂などがあげられる。

エポキシ樹脂（Ａ）中に含有されるエポキシ樹脂（ａ）
の割合に関しては特に制限がなく、必須成分としてエポ
キシ樹脂（ａ）が含有されれば本発明の効果は発揮され
るが、より十分な効果を発揮させるためには、エポキシ
樹脂（ａ）をエポキシ樹脂（Ａ＞中に通常３０重量％以
上、好ましくは５０重量％以上含有せしめる必要がある
。

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樹
脂、クレゾールノボラック樹脂、下記式（ＩＩＩ）で表
されるノボラック樹脂、・・−・暑 （ただし、ｎは０以上の整数を示す、）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あげられ
る。

半導体装置封止用としては、耐熱性、耐湿性および保存
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からなる硬化剤が好ましく用
いられ、用途によっては二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２〜１５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（Ａ）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などが挙げられ、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、用途によっては二種以上を併用し
てもよく、その添加量はエポキシ樹脂（Ａ）１００重量
部に対して０．１〜１０重量部の範囲が好ましい。

本発明における充填剤（Ｃ）としては、溶融シリカ（Ｃ
）、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、アスベスト、ガラス繊維などがあげ
られる。

なかでも溶融シリカ（ｃ）は線膨張係数を低下させる効
果が大きく、低応力化に有効なため好ましく用いられる
。さらには、充填剤（Ｃ）の割合が全体の７５〜９０重
量％であり、かつ充填剤（Ｃ）が平均粒径１２μｍ以下
の破砕溶融シリカ（Ｃ′）９０〜４０重量％および平均
粒径４０μｍ以下の球状溶融シリカ（Ｃ“）１０〜６０
重量％からなる溶融シリカ（ｃ）を含むことが、半田耐
熱性の点で好ましい。

なお、ここで平均粒径とは累積重量５０％になる粒径（
メジアン径）を意味する。

本発明におけるシランカップリング剤（Ｄ）としては、
アミノ基を含有するシラン化合物を用いることが重要で
ある。

これらシランカップリング剤（Ｄ＞の具体例としては、
下記式（ＩＶ）、（Ｖ）、（Ｖｌ）、（■）および（■
）で表されるものがあげられる。

ＲＩ　ＮＨＲ４Ｓ　ｉ　（ＯＲ２）ｎ　　　　　＝　（
ＩＶ）Ｒ３゜ −ｎ ＲＩ　ＮＨＲ５ＮＨＲ＋　Ｓ　Ｌ　（ＯＲ２＞ｎ・・・
（Ｖｌ３３−ｎ （Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は水素原子、炭素数１〜２０の一価
の炭化水素基、Ｒ４，Ｒ５は炭素数１〜２０の二価の炭
化水素基、ｎは１〜３の整数を各々示す、） なかでも、耐湿信頼性および保存安定性の面から、含有
するアミノ基がすべて２級アミノ基であるシランカップ
リング剤（Ｄ）が好ましい。

特に、上記式（Ｉ）においてＲ１がフェニル基、Ｒ２お
よびＲ３がメチル基および／またはエチル晶、Ｒ４がプ
ロピレン基でｎは２または３のシランカブプリング剤（
Ｄ）が成形性および信頼性の改良効果が大きいため、好
ましく用いられる。

このシランカップリング剤（Ｄ）の添加量は、成形性と
信゛頼性の点から通常、充填剤１００重量部に対して０
．１〜５重量部、好ましくは０．２〜３重量部、特に好
ましくは０゜３〜１．５重量部であり、さらには用途に
応じて、エポキシシランやメルカプトシランなどの池の
シランカップリング剤を併用することができる。

本発明において、充填剤＜Ｃ＞をシランカップリング剤
（Ｄ）およびエポキシシランやメルカプトシランなどの
池のシランカップリング剤であらかじめ表面処理するこ
とが信頼性の点で好ましい。

本発明においては、低′応力化と信頼性向上のため、シ
リコーン重合体（Ｅ）をさらに添加することができ、こ
こで用いるシリコーン重合体（Ｅ）としては、オルガノ
ポリシロキサン構造を有するもので、具体例としては下
記式（ｒＸ）で表されるものがあげられる。

（ｌｈ〜Ｒ５は水素、炭素数１〜２０のアルキル基２、
フェニル基およびビニル基から選ばれた一種以上の官能
基、Ｘ、Ｙは炭素数１〜２０のアルキル基、フェニル基
、ビニル基、水酸基、アミノ基、エポキシ基、カルボキ
シル基、メルカプト基、ポリオキシアルキレン基、アル
コキシ基およびフッソ原子から選ばれた一種以上の基お
よび／まなは原子を有する官能基であり、Ｙは水素でも
よい、また、ｎは１以上の整数、ｎｏは０以上の整数を
示す、）このシリコーン重合体（Ｅ）の添加量は、低応
力化と信頼性の点で通常０．０１〜５ｆｉ量％、好まし
くは０．１〜３重量％、特に０．３〜２重１％の範囲が
好ましい。

本発明のエポキシ樹脂組成物には、ハロゲン化エポキシ
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どの離燃助剤、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などのエラストマー、ポリ
エチレンなどの熱可塑性樹脂、チタネートカップリング
剤などのカップリング剤、長Ｂ詣肪酸、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雛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−、ニーグー、ロール
、単軸もしくは二軸の押出機およびコニーダーなどの公
知の混練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１〜１４比較例１〜２ 表１に示した各種成分、表２に示した各種溶融シリカ（
Ｃ）、表３に示した各種シランカップリング剤＜Ｄ＞お
よび表４に示した各種シリコーン重合、＃（Ｅ）を、表
１および表５に示した配合処方でミキサーによりトライ
ブレンドし、これをロール表面温度９０°Ｃ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”ＣＸ４分の条件で、模擬素子を封止しな４４　ｐ
ｉｎ　　Ｑ　Ｆ　Ｐおよび１６（ｌｉｎ　　ＤＩＰを成
形し、１７５℃で５時間ポストキュアした後、次の物性
測定法により、各組成物の物性を測定した。

も旦＠５Ｊｌ　：　４４　ｐ　ｉ　ｎ　Ｑ　Ｆ　Ｐ　２
０固を８５゛Ｃ／８５％ＲＨで５０時間加湿後、２６０
°Ｃに加熱した半田浴に１０秒間浸漬し、クラツクの発
生しないＱＦＰの個数の割合を求めた。

１鼠二：　１６　ｐ　ｉ　ｎ　Ｄ　Ｉ　Ｐを用い、１３
５℃／８５％ＲＨ，バイアス電圧１５ＶでＵＳＰＣＢＴ
を行い、累積故障率５０％になる時間を求めた。

また、前記の方法で製造したエポキシ樹脂組成物を用い
て、下記の方法により成形性の評価を行った。

レジンフラッシュの渉　：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１７５℃×９０秒の条
件で成形し、レジンフラッシュを測定した。

肱丘旦且：低圧トランスファー成形法により直径１０ｃ
Ｉ＋の円盤を１７５℃×１２０秒の条件で成形し、熱時
硬度（ショアーＤ）を測定した。

これらの結果を合わせて表５に示す。

表５にみられるように、本発明のエポキシ樹脂組成物（
実施例１〜６）は半田耐熱性、信頼性、レジンフラシュ
および熱時硬度が均衡して優れている。

なかでも、含有するアミノ基がすべて２級アミノ基であ
るシランカップリング剤（Ｄ）を含有するエポキシ樹脂
組成物（実施例２〜６）は、信頼性および成形性が特に
優れている。

これに対して、本発明の樹脂を使用しない比較例１では
半田耐熱が、ｉ＠に悪く、本発明のシランカップリング
剤を使用しない比較例２では信頼性、レジンフラッシュ
および熱時硬度とすべてにおいて劣っている。

また、特定の溶融シリカを７５〜９０重量％含有した本
発明のエポキシ樹脂組成物（実施例７８）は成形性、信
頼性が優れているうえに半田耐熱性がさらに向上してい
る。

また、さらにシリコーン重合体を含有する本発明のエポ
キシ樹脂組成物（実施例１１〜１４）は成形性が優れて
いるうえに、さらに信頼性が向上し、曲げ弾性率が低下
して応力化が達成されている。

〈発明の効果〉 本発明のエポキシ樹ＮＭＩ酸物は、特定のエポキシ樹脂
に対し、硬化剤、充填剤およびアミノ基を含有するシラ
ンカップリング剤を配合したなめに、半田耐熱性、耐湿
性などの信頼性および熱時硬度、パリなどの成形性が均
衡して優れており、表面実装用の樹脂封止半導体の実現
を可能とするものである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、充填剤（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、前記エポキシ樹脂（Ａ）が下記式（ I ）
   で表される骨格を有するエポキシ樹脂（ａ）を必須成分
   として含有し、かつ前記シランカップリング剤（Ｄ）が
   アミノ基を含有する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。 ▲数式、化学式、表等があります▼……（ I ） （ただし、Ｒ＾１〜Ｒ＾８は水素原子、Ｃ＿１〜Ｃ＿４
   の低級アルキル基またはハロゲン原子を示す。）
2. （２）充填剤（Ｃ）の割合が全体の７５〜９０重量％で
   あり、かつ充填剤（Ｃ）が平均粒径１２μｍ以下の破砕
   溶融シリカ（Ｃ′）４０〜９０重量％および平均粒径４
   ０μｍ以下の球状溶融シリカ（Ｃ″）１０〜６０重量％
   からなる溶融シリカ（ｃ）を含むことを特徴とする請求
   項（１）項に記載のエポキシ樹脂組成物。
3. （３）組成物がさらにシリコーン系重合体（Ｅ）を含む
   請求項（１）または（２）に記載のエポキシ樹脂組成物
   。