JPH0362845A - 半導体封止用樹脂組成物 - 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、釦よび耐湿信頼性にすぐれた半導
体封止用樹脂組成物に関するものである。

〈従来の技術〉 近年半導体の封止にはほとんど樹脂封止で行われるよう
になり、樹脂の種類も素子との常湿性や価格の点からエ
ポキシ樹脂組成物が一般的になっている。會た、充填剤
には機械物性、電気特性、熱的性質、耐水性、入手のし
やすさなどから主としてシリカなどの無機充填剤が用い
られている。

近年、電子部品の小型、薄型化が進むにつれて、半導体
の実装方式は従来のピン挿入方式から表面実装方式へと
移行しつつある。この場合、半導体は実装の際に半田浴
に浸漬されるなど高温で処理されるが、封止樹脂にクラ
ックが生じて耐湿性が低下するなどの問題が指摘されて
いた。

このようなりラック発生の問題に対しては、従来種々の
検討がなされ、例えば、無機充填剤の品種を選択する方
法（特開昭５８−１９１３（Ｓ号公報、特開昭６０−２
０２１４５号公報）、粒子径をコントロールすることに
よシ応力、ひずみを均−化させる方法（特開昭６０−１
７１７５０号公報、特開昭６０−１７９３７号公報）な
どがあるが必ずしも十分ではない。

〈発明が解決しようとする問題点〉 一方便脂と無機充填剤とは本質的に相溶性が悪いため、
種々のカップリング剤と表面処理方法とが開発されてい
るが、い捷だ満足いくものが見当らない。

本発明はかかる欠点を解決するものであシ、半導体を封
止するために用いる樹脂組成物として、特に無機充填剤
の表面処理剤として、特定の構造を有するシラン化合物
と分子内に特定された基を有するシランカップリング剤
の少なくとも１種とを使用することによシ、実装時の半
田耐熱性にすぐれ、耐湿信頼性にすぐれた半導体封止用
樹脂組成物を提供しようとするものである。

〈問題点を解決しようとする手段〉 すなわち本発明は、少なくともエポキシ樹脂、フェノー
ル型硬化剤公よび無機充填剤を含む組成物にｐいて、無
機充填剤を下記一般式〔１〕で表わ（３） されるアルコキシシラン化合物、ｐよび分子内にエポキ
シ基、アミノ基、ウレイド基及びメルカプト基から選ば
れた基を有するシランカップリング剤の少なくとも１種
で処理してなることを特徴とする半導体封止用樹脂組成
物に関するものである。

（Ｒ，○）３　Ｓ　ｌ（ＣＨ２）　ｎＳ　ｌ（○Ｒ２）
３　　　　　　　ｌ１１）次に本発明の詳細な説明する
。

本発明に用いられるエポキシ樹脂は、１分子中に２個以
上のエポキシ基を右するものであればいずれも用いるこ
とができる。例えばビスフエノルＡ型エポキシ樹脂、各
種フェノール樹脂から合成されるノボラック型エポキシ
樹脂、ナフタレン１．６−シブリシジルエーテル、４，
４−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）！、３，５゜
５−テトラメチルビフェニル、グリシゾルエステル型エ
ポキシ樹脂、グリシシルア□ン型エポキシ（４） 樹脂、鎖状脂肪族エポキシ樹脂、３官能エポキシ樹脂、
４官能エポキシ樹脂あるいはこれらに塩素、臭素などの
ハロゲンを導入したエポキシ樹脂などが挙げられ、これ
らのうち一種、もしくは二種以上の物が用いられる。こ
れらのうちクレゾールノホラツク型、フェノールノボラ
ック型エポキシ樹脂、及ヒ４　、４−ビス（２，３−エ
ポキシプロポキシ）−３，３，５，５−テトラメチルビ
フェニルが好筐しい。

これらのエポキシ樹脂中のイオン性不純物及び分解して
イオンになシ易い成分は少ないほど好！しく、具体的に
は遊離のナトリウムイオン、塩素イオンがそれぞれ５　
ｐｐｍ以下及び加水分解性ハロゲンは５　ｏ　ｏ　ｐｐ
ｍ以下が好！しい。エポキシ当量は１６０から２５０、
特に１６０から２１０が好筐しい。そして樹脂軟化点は
、５０〜１１０°Ｃのものが用いられる。

本発明に用いられるフェノール型硬化剤としては、１分
子中に少なくとも２個以上の水酸基を有するものが用い
られる。例えばフェノール、レゾルシノール、クレゾー
ル、キシレノール、プロピルフェノール、アミルフェノ
ール、フチルフエノル、オクチルフェノール、フェニル
フェノール、アリルフェノール、ビスフェノールＡｌど
が単独で、またはそれらを併用して合成されるノボラッ
ク樹脂、ポリイソゾロベニルフェノール、ポリビニルフ
ェノール類、及びこれらにノ・ロゲン基を導入したフェ
ノール型峡化剤などが挙げられ、これらのうち１種もし
くは２種以上のものが用いられる。これらのうち未縮合
のフェノール性化合物が１重蓋優以下、好！シ〈は０．
５重量φ以下のノボラック樹脂が好適である。そして軟
化点は、５０〜１１０°Ｃのものが用いられる。

フェノール型硬化剤の配合量は、硬化剤のフェノール性
水酸基とエポキシ樹脂のエポキシ基の比が０．５〜１．
５の範囲、特に好筐しくは０．７〜１．２の範囲にある
のがよい。上記範囲以外では耐湿信頼性を低下させるの
で好オしくない。

さらに本発明に用いられる無機充填剤としては、実質的
に破断面を有しない例えば球状、タマゴ状、ひょうたん
状、鱗片状、ウィスカー状、環状及び棒状の少なくとも
１種、及び実質的に破断面を有するものであシ、前記充
填剤を具体的に述べると、結晶質シリカ、溶融シリカ、
酸化チタン、アルミナ、マグネシア、メルク、珪酸カル
シウム、炭酸カルシウム、及び硫酸マグネシウムなどが
挙げられる。首た通常は結晶質シリカ及び溶融シリカが
好筐しい。

前記無機充填剤の実質的に破断面を有しない充填剤の製
法は、例えば結晶シリカ、溶融シリカ、アルミナ、珪酸
カルシウム、メルク及び炭酸カルシウム等の塊をボール
ミル、振動ミル等で粉砕して得た粉末をそれらが溶融す
るような温度の炎もしくはプラズマ中に吹き込んで、表
面のみもしくは全体を溶融し、冷却して製造する方法が
ある。

オたシリカの場合は、Ｓ　Ｉ　Ｈｎ　Ｃ’　４−　ｎ　
（ｎ　：０〜４の整数）で示されるようなシラン化合物
を高温加水分解または高温酸化し、得られた合成シリカ
微粉をスプレー造粒によって球状化し、焼成または溶融
することによっても製造することができる。

（７） さらに無機充填剤の平均粒径は０．５〜１５０μｍ１好
普しくは１〜６０μｍである。平均粒径が０．５μｍ未
満であると組成物の溶融時の流動性が低下し、筺た１５
０μｍを越えると、成形時に金型への未充填やワイヤー
流れ等を生ずることがある。

また前記無機充填剤の比表面積は、０．１〜１５ｍ”／
ｇ好筐しくは０−５〜１０　ｍ２／　ｇである。比表面
積が、０．１　ｍ”／　ｇ未満であると充填剤の充填構
造が悪くなシ、成形性特にパリ性が悪化する。−また１
５ｍ２７ｇを越えると、組成物の溶融時の流動性が低下
してしまい問題を生ずる。

無機充填剤の樹脂分に対する配合比は、一般にエポキシ
樹脂と硬化剤とを合わせた樹脂分１００重量部に対して
１５０〜７００重量部が好筺しい。

１５０ｆｆｉｆ部未満だと耐熱衝撃性、熱伝導性及び熱
膨張性の改良が十分に行われず、７００重量部を越える
と溶融時の流動性の低下が起こシ問題となる。

本発明に訃いて用いる特定の構造のアルコキシ（８） シラン化合物は、 一般式〔１〕 （Ｒ，○）ｚｓｉ（ＣＨ２）ｎ８１（ＯＲｚ）３ＣＤで
表される構造の化合物であシ、好捷しくはｎ−１〜５、
ｍ＝ｉ〜３、ｔ＝１〜３である。このような化合物とし
ては、例えば１，２−ビス（トリメトキシシリル）エタ
ンなどがある。

本発明のシランカップリング剤としては、分子内にエポ
キシ基、アミノ基、ウレイド基及びメルカプト基の内の
いずれかを有するシランカップリング剤の少なくとも１
種を用いることができる。

かかるシランカップリング剤の例としては、γ−グリシ
シロキシゾロビルトリメトキシシラン、γ−グリシシロ
キシプロビルトリエトキシシラン、γ−グリシジロキシ
プロビルメチルゾメトキシシラン、γ−グリシシロキシ
プロビルメチルジェトキシシラン、（３，４−エポキシ
シクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、［（３，
４−エポキシシクロヘキシル）エチルコメチルジメトキ
シシラン、γ−アミノ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、Ｎ−β（アミノ
エチル）γ−アミノゾロピルトリメトキシシラン、Ｎ−
β（アミノエチル）ｒ−アミノプロピルトリエトキシシ
ラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノゾロピルメチ
ルジメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミ
ノプロピルメチルジェトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ
アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ
−アミノゾロｔルトリエトキシシラン、γ−ウレイドノ
ロビルトリメトギシシラン、ｒ−ウレイドプロピルトリ
エトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシ
シラン、ｒ−メルカプトプロピルトリエトキシシランな
どを挙げることができる。

本発明において、無機充填剤を処理するのに用いられる
一般式〔１〕で表される特定の構造のアルコキシシラン
化合物と分子内にエポキシ基、アミノ基、ウレイド基、
メルカプト基の内のいずれかを少なくとも１種有するシ
ランカップリング剤の混合比は通常重量比率で０，１〜
１０の範囲で用いるのが好ましい。すなわち、かかる添
加量の範囲外では耐湿信頼性及び半田耐熱性の改良効果
が乏しいためである。

一般式〔１〕で表される特定の構造のアルコキシシラン
化合物（以下シラン化合物という）及び分子内にエポキ
シ基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基の内のいず
れかを少なくとも１種有するシランカップリング剤（以
下カップリング剤という）の混合物の使用量は無機充填
剤の平均粒径、表面状態及び比表面積などによって異な
るが、通常無機充填剤１００重量部に対して各々０．０
１〜１０重量部の範囲で用いるのが好！しい。すなわち
、かかる添加量の範囲外では、耐湿信頼性及び半田耐熱
性の改良効果が殆んど認められなくなる。

本発明に訃いてシラン化合物とカップリング剤で無機充
填剤を処理する方法としては、例えばこれらをそれぞれ
水または有機溶媒にとかしたもの全無機充填剤と混合し
、しばらく放置した後、ろ過、乾燥する方法、加熱また
は減圧によって溶媒を留去、乾燥する方法、溶媒を用い
ずにシラン化合物とカップリング剤と無機充填剤とを直
接接触、混合する方法、溶媒を用いずにシラン化合物と
カップリング剤と無機充填剤とをミキサーへあるいはボ
ールミル中で処理する方法、−マたはシラン化合物及び
カップリング剤をともに、あるいはそれぞれ水または有
機溶媒にとかしたものを無機充填剤と混合し、ミキサー
あるいはボールミル中で処理した後乾燥する方法など通
常の方法で行なうことができる。

また、その他無機充填剤を処理する方法としては、シラ
ン化合物及びカップリング剤′（ｉｌ−混合して同時に
無機充填剤を処理する方法、無機充填剤をシラン化合物
で処理した後、カップリング剤で処理する方法、曾たは
、無機充填剤をカップリング剤で処理した後シラン化合
物で処理する方法のいずれの方法も適用可能である。

これらの処理した無機充填剤、エポキシ樹脂及び硬化剤
はロール、ニーダ−などによシ溶融混線、溶液法等によ
シ均一に混練して組成物とすることができる。

本発明の組成物には必要に応じて、トリフェニルフォス
フイン、１．８−ゾアテヒシクロ［５゜４．０）−７−
ウンデセン、およびその塩などの値化促進剤、ヘキスト
ワックス、カルナバワックスなどの離型剤、着色剤、難
燃剤、難燃助剤などを添加することができる。

〈実施例〉 以下、実施例によシ本発明金さらに具体的に説明する。

実施例１ 無機充填剤１００重量部に対して１，２−ビス（トリメ
トキシシリル）エタン０．２５　、Ｆ　トγ−グリシジ
口キシグロビルトリメトキシシラン２．２５ｇとした混
合物を溶融シリカ（商品名ＦＳ−８９２：電気化学工業
（株）製）に加えよく混合した。このものをヘンシェル
ミキサー中、常温下６分間処理金行なったのち、７０℃
、２時間加熱した。

上記処理した溶融シリカ４８０ｇとエポキシ価１８乙の
４，４′−ビス（２，６−ニポキシプロポキシ）−６，
５’、５．５’−テトラメチルピフェニル９５ｇに○Ｈ
ｆ１ｆｆｉ１０５のフェノールノボラック樹脂４５ｇ、
さらに硬化触媒としてトリフェニルフォスフイン１．８
８ｇ、ヘキストｌノックス８２．５６ｇを加え、１００
℃のロールで溶融混練したのち、冷却、粉砕し−Ｃ樹脂
組底物を得た。

この樹脂組成物を用い、低圧トランスファー成形法によ
り１７０℃、２．５分の条件で成形して模擬素子を封止
した８　０　ｐｉｎ　Ｑ、ＦＰを得、１７５°Ｃで１２
時間ポストキュアーした。ポストキュアー後、下記の測
定法によシ各樹脂組成物の半田耐熱性および耐湿信頼性
を測定した。結果を表に示す。

実施例２ 実施例１にかいて、γ−グリシジロギシグロビルトリメ
トキシシラン２．２５　ｇに代えてγ−アミノゾロピル
トリメトキシシラン２．２５　ｇを用いた以外は全く同
様に処理して組成物を得た。半田耐熱性訃よび耐湿信頼
性の測定結果を表に示す。

実施例５ 実施例１にかいて、γ−グリシシロキシプロビルトリメ
トキシシラン２．２５　ｇに代えてγ−ウレイドプロピ
ルトリメトキシシラン２．２５　、Ｖ　ｋ用いた以外は
全く同様に処理して組成物を得た。半田耐熱性ｐよび耐
ｆＭ信頼性のｄ１１１定結果を表に示す。

実施例４ 実施例１において、γ−グリシゾロギシグロビルトリメ
トキシシラン２．２５　ｇに代えてｒ−メルカゾトゾロ
ビルトリメトキシシラン２．２５　ｇを用いた以外は全
く同様に処理して組成物を得た。半田耐熱性ｐよび耐湿
信頼性の測定結果を表に示す。

実施例５ 実施例１に吠いて、γ−グリシシロキシプロビルトリメ
トキシシラン２．２５　ｇに代えてγ−グリシジロギシ
プロビルトリメトキシシランＩＡ５ｇ及びγ−アミノゾ
ロビルトリメトギシシラン１．１５ｇを用いた以外は全
く同様に処理して組成物を得た。半田耐熱性及び耐湿信
頼性の測定結果を表に示す。

実施例６ 実施例１にかいて、１，２−ビス（トリメトキシシリル
）エタン０．２５Ｆ及び（γ−クリシジロキシプロビル
）トリメトキシシラン２．２５　ｇに代えて１．２−ビ
ス（トリメトキシシリル）エタン０．５０ｇ、（γ−グ
リシジロキシグロビル）トリメトキシシラン２．００　
ｇを用いた以外は全く同様に処理して組成物を得た。半
田耐熱性卦よび耐湿信頼性の測定結果を表に示す。

実施例７ 無機充填剤１００重量部に対して１，２−ビス（トリメ
トキシシリル）エタン０．２５　ｇトした割合で溶融シ
リカ（商品名ＦＳ−８９２：を気化学工業（株）Ｍ）に
加えよく混合した。このものをヘンシェルミキサー中、
常温下５分間処理を行なったのち、７０°Ｃ−２時間加
熱した。得られた処理フィラーに（γ−グリシシロキシ
プロビル）トリメトキシシラン２．２５　Ｆを加えよく
混合した。これをさらにヘンシェルミキサー中、常温下
５分間処理を行なったのち、７０’Ｏ−２時間加熱した
。

上記処理したシリカ４８０ｇとエポキシ価１８６の４，
４′−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−５，５，
５，５−テトラメチルビフェニル９５Ｆ１７ｉ：０Ｈ（
ｉｆｆｉ１０３のフェノールノボラック樹脂４５ｇ、さ
らに硬化触媒としてトリフェニルフォスフインｉ、ｓｓ
ｇ、ヘキストワックス８２．５６ｇを加え、１００℃の
ロールで溶融混練したのち、冷却、粉砕して樹脂組成物
を得た。

この樹脂組成物を用い、低圧トランスファー成形法によ
り１７０℃、２．５分の条件で成形して模擬素子を側止
した８　０　ｐｉｎ　Ｑ、ＦＰを得、１７５°Ｃで１２
時間ポストキュアーした。ポストキュアー後、下記の測
定法によシ各樹脂組成物の半田耐熱性および耐湿信頼性
を測定した。結果を表に示す。

比較例１〜５ シラン処理を行なわなかった溶融シリカ及び実施例１に
かいて（γ−グリシシロキシプロピル）トリメトキシシ
ラン２．２５　ｇのみを用いてシランカツノリング剤処
理のみを行なった溶融シリカ及び１．２−ビｘ＜＋−リ
メトキシシリル）エタン０．２５　ｇのみを用いての処
理のみを行なった溶融シリカを用いて実施例１と同様の
組成物を得た後実施例１同様の操作を行って封止成形８
得、半田耐熱性訃よび耐湿信頼性を測定した。結果を捷
とめて第１表に示す。

半田耐熱性の測定法：　　８０　ｐｉｎ　ＱＦＰ６個を
８５°Ｃ／８５％ＲＨで７２時間及び９６時間処理 後、ペーパーフェーズリフロー２１５ ００で９０秒処理し、クラックの発生 したパッケージの個数の割合を求め た。

耐湿信頼性の測定法：　アルミニウム金属電極の腐食を
検討するために設計した半導体素子をモ ールド被覆した８　０　ｐｔｎ　Ｑ　Ｆ　Ｐ　２０個を
プレッシャークツカー状態 （１２１°Ｃ１２ａｂｍ　　、　１００　　％　Ｒ，Ｔ
（）に５００時間放置した後のアルミニ ウム腐食を調べた。不良はアルミパ ターンのオープンの発生もしくは一 定限度以上へのリーク電流の増加に よって判定した。

１）ＧＰＴ：　　γ−グリシシロキシプロピルトリメト
キシシラン ＡＰＴ　：　　γ−アミノゾロピルトリメトキシシラン ＴＪＰＴ　：　　γ−ウレイドプロピルトリメトキシシ
ラン ＭＰＴ　二　　γ−メルカプトゾロピルトリメトキシシ
ラン ＢＴＥ：ｎ＝２、ｍ　＝　＃　＝　１であるシラン化合
物２）不良数／試料数 〈発明の効果〉 以上のとＳ−ｔ）本発明のエポキシ樹脂組成物は、半導
体封止用として用いて硬化物とした際に半田耐熱性訃よ
び耐湿信頼性にすぐ！ｔた性質を示し、各種の電子部品
封止用の樹脂として有用である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくともエポキシ樹脂、フェノール型硬化剤お
   よび無機充填剤を含む組成物において、前記無機充填剤
   を下記一般式〔１〕で表されるアルコキシシラン化合物
   、および分子内にエポキシ基、アミノ基、ウレイド基及
   びメルカプト基から選ばれた基を有するシランカップリ
   ング剤の少なくとも１種で処理してなることを特徴とす
   る半導体封止用樹脂組成物。 （（Ｒ＿１Ｏ）＿３Ｓｉ（ＣＨ＿２）＿ｎＳｉ（ＯＲ＿
   ２）＿３〔１〕ｎ：１〜１０の整数 Ｒ＿１：Ｃ＿ｍＨ＿２＿ｍ＿＋＿１（ｍは０〜５の整数
   ）Ｒ＿２：ＣｌＨ＿２＿ｌ＿＋＿１（ｌは０〜５の整数
   ））