(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）１分子中に２個以上のエポキシ基を有し、かつ１分子中に３個以上のエポキシ基をもつ成分が５０重量％以上であるエポキシ樹脂、
（Ｂ）構造式が
【化１】
0003539523.tif 000006
（ここでＲ及びＲ' は水素、臭素、炭素数４以下のアルキル基であり、Ｒ及びＲ' は同じであっても、異なっていてもよく、かつｎの値が０の成分が５０重量％以上）で示される化合物
（Ｃ）５５体積％以上の無機充填剤
を含有することを特徴とする電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料。
【請求項２】
硬化促進剤として１，６−ジアザ−ビシクロ（４，３，０）ノネン−５またはその誘導体を含有することを特徴とする請求項１記載の電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料。
【請求項３】
半導体素子、及びそれを封止する請求項１又は２記載の電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料の封止樹脂からなる半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料に関するもので、とくに、表面実装用プラスチックパッケージＩＣが対象となる。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、トランジスタ、ＩＣなどの電子部品封止の分野ではエポキシ樹脂成形材料が広く用いられている。この理由としては、エポキシ樹脂が電気特性、耐湿性、耐熱性、機械特性、インサート品との接着性などの諸特性にバランスがとれているためである。とくに、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂とフェノールノボラック硬化剤の組み合わせはこれらのバランスに優れており、ＩＣ封止用成形材料のベース樹脂として主流になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、電子部品のプリント配線板への高密度実装化が進んでいる。これに伴い、電子部品は従来のピン挿入型のパッケージから、表面実装型のパッケージが主流になっている。ＩＣ、ＬＳＩなどの表面実装型ＩＣは実装密度を高くし、実装高さを低くするために薄型、小型のパッケージになっており、素子のパッケージに対する占有体積が大きくなり、パッケージの肉厚は非常に薄くなってきた。
さらに、これらのパッケージは従来のピン挿入型のものと実装方法が異なっている。すなわち、ピン挿入型パッケージはピンを配線板に挿入した後、配線板裏面からはんだ付けを行うため、パッケージが直接高温にさらされることがなかった。しかし、表面実装型ＩＣは配線板表面に仮止めを行い、はんだバスやリフロー装置などで処理されるため、直接はんだ付け温度（リフロー温度）にさらされる。この結果、ＩＣパッケージが吸湿した場合、リフロー時に吸湿水分が急激に膨張し、パッケージをクラックさせてしまう。現在、この現象が表面実装型ＩＣに係わる大きな問題となっている。その対策として、例えば特開昭６２−２０１９２２では、ジシクロペンタジエンフェノール樹脂を用いることが示されているが、充填剤増量による効果を付加するためには既樹脂の分子量を小さくする必要があり、この場合硬化性に問題が生じる。
本発明はかかる状況に鑑みなされたもので、配線板への実装の際、特定の前処理をすることなく、はんだ付けを行うことができる電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
発明者らは上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、ベース樹脂として特定の分子量をもつジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂を配合することにより上記の目的を達成しうることを見いだし、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は
（Ａ）１分子中に２個以上のエポキシ基を有し、かつ１分子中に３個以上のエポキシ基をもつ成分が５０重量％以上であるエポキシ樹脂、
（Ｂ）構造式が
【化２】
0003539523.tif 000002
（ここでＲ及びＲ' は水素、臭素、炭素数４以下のアルキル基であり、Ｒ及びＲ' は同じであっても、異なっていてもよく、かつｎの値が０の成分が５０重量％以上）で示される化合物
（Ｃ）５５体積％以上の無機充填剤
を含有することを特徴とする電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料、半導体素子、及びそれを封止する電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料の封止樹脂からなる半導体装置である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明において用いられる（Ａ）成分のエポキシ樹脂としては、電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料で一般に使用されているものであれば特に制限はなく、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をはじめとするフェノール類とアルデヒド類のノボラック樹脂をエポキシ化したもの、多塩基酸とエピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂、ポリアミンとエピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂、オレフィン結合を過酢酸などの過酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂、及び脂環族エポキシ樹脂などがあり、これらを適宜何種類でも併用することができる。
ここで、（Ａ）成分のエポキシ樹脂は１分子中に３個以上のエポキシ基を有する成分が５０重量％以上必要である。その理由としては、本発明において硬化剤として作用する（Ｂ）成分の化合物中に２官能成分が５０重量％以上含まれるため、エポキシ樹脂中の２官能成分が５０重量％を越えると硬化性が著しく低下してしまうためである。
【０００６】
本発明において用いられる（Ｂ）成分の化合物はジシクロペンタジエンを出発原料としたフェノール化合物であり、ジシクロペンタジエンの二重結合にフェノール類を付加させることで得られる。ここで付加させるフェノール類は特に限定するものではないが、１価のフェノール類が主成分であり、それらを例示すればフェノール、クレゾール、臭素化フェノール、さらにエチル基、プロピル基、ブチル基など炭素数が４個以下のアルキル基を１個または２個有するフェノールなどがあげられる。
本発明においては、エポキシ樹脂の硬化剤として（Ｂ）の化合物のほかに、電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料で一般に用いられるものと組み合わせて使用してもよい。例えば、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦなどのフェノール類またはα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等のアルデヒド類とを酸性触媒下で縮合または共縮合させて得られる樹脂、ポリパラビニルフェノール樹脂、フェノール類とジメトキシパラキシレンから合成されるキシリレン基を有するフェノール・アラルキル樹脂、カテコール、ハイドロキノンなどの多価フェノールなどがあり、単独または２種類以上併用してもよいが、硬化剤中の（Ｂ）成分の割合は６０重量％以上であることが好ましい。その理由としては、硬化剤中の（Ｂ）成分の割合が６０重量％未満の場合は、本発明の主目的である耐リフロー性に対して効果が発揮し難いためである。また、（Ａ）のエポキシ樹脂との当量比（（Ｂ）及び硬化剤の水酸基数／（Ａ）のエポキシ基数）は、特に限定されないが、0.5 〜1.5 が好ましい。
【０００７】
本発明ではエポキシ樹脂とフェノール性水酸基を有する化合物の硬化反応を促進する硬化促進剤を使用することができる。この硬化促進剤としては、例えば、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、１，６−ジアザ−ビシクロ（４，３，０）ノネン−５、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）フェノールなどの三級アミン類、２−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などの有機ホスフィン類、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウム・エチルトリフェニルボレート、テトラブチルホスホニウム・テトラブチルボレートなどのテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート、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などのテトラフェニルボロン塩などがある。この中で耐リフロー性、耐湿性などの信頼性と硬化性の双方に効果を発揮する硬化促進剤としては１，６−ジアザ−ビシクロ（４，３，０）ノネン−５があげられる。本発明の電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料は（Ｂ）成分中に２官能成分が多く含まれるため、一般に使用される多官能のフェノールノボラック樹脂を硬化剤とした成形材料と比較し、成形時の硬度が低くなり易く、その結果金型から成形品を取り出す際、作業性が悪くなることがある。この様な硬化性に係わる問題点に対し、１，６−ジアザ−ビシクロ（４，３，０）ノネン−５は特に良好な結果を示す。１，６−ジアザ−ビシクロ（４，３，０）ノネン−５はその誘導体を硬化促進剤として使用することができる。例えば、フェノール類、フェノール樹脂、カルボン酸などの塩として使用することが可能である。
【０００８】
本発明における（Ｃ）成分の化合物としては吸湿性を低減し強度を向上させる無機充填剤である。無機充填剤としては結晶シリカ、溶融シリカ、アルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素、ベリリア、マグネシア、ジルコニア、ジルコン、フォステライト、ステアタイト、スピネル、ムライト、チタニアなどの粉体、またはこれらを球形化したビーズなどがあげられ、１種類または２種類以上用いることができる。充填剤の配合量としては吸湿性を低減し強度を向上させる理由から、５５体積％以上が必要であり、さらには６０体積％以上が好ましく。特に優れた耐リフロー性を発現させるためには７０体積％以上が好ましい。
【０００９】
その他、添加剤として高級脂肪酸、高級脂酸金属塩、エステル系ワックス、パラフィンワックス、ポリオレフィンワックスなどの離型剤、カーボンブラックなどの着色剤、エポキシシラン、アミノシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン、アルキルシラン、有機チタネート、アルミニウムアルコレートなどのカップリング剤及びBr化ビスフェノールＡまたはそのエポキシ化物などのハロゲン化物や三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、水酸化アルミニウムなどの難燃剤などを用いることができる。
【００１０】
以上のような原材料を用いて成形材料を作製する一般的な方法としては、所定の配合量の原材料をミキサー等によって十分混合した後、ミキシングロール、押出機などによって混練し、冷却、粉砕することによって、成形材料を得ることができる。
本発明で得られる成形材料を用いて、電子部品を封止する方法としては、低圧トランスファー成形法が最も一般的であるが、インジェクション成形法、圧縮成形法によっても可能である。
【００１１】
【実施例】
以下実施例により本発明を説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例１〜５、比較例１〜５
エポキシ当量２００、軟化点６７℃のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、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で表されるエポキシ当量１９０の２官能ビフェニル型エポキシ樹脂、エポキシ当量３７５、軟化点８０℃、臭素含量４８重量％の臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、水酸基当量１０６、軟化点８３℃のフェノールノボラック樹脂、構造式
【化３】
0003539523.tif 000003
で表され、ｎ＝０の成分が６４重量％、水酸基当量１６７の樹脂（ＤＣＰ１）、同構造でｎ＝０の成分が３２重量％、水酸基当量１８３の樹脂（ＤＣＰ２）、硬化促進剤として１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、１，６−ジアザビシクロ（４，３，０）ノネン−５、トリフェニルホスフィン、カップリング剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、充填剤として石英ガラス粉、その他添加剤としてカルナバワックス、三酸化アンチモン、カーボングラックを表１に示す重量比で配合し、混練温度８０〜９０℃、混練時間１０分の条件でロール混練を行い、実施例（１）〜（５）の成形材料、及び比較例（１）〜（５）の成形材料を作製した。
【００１２】
実施例（１）〜（５）及び比較例（１）〜（５）の特性を表２に示した。
ここで、流動性はＥＭＭＩ−１−６６に準拠したスパイラルフロー金型を使用し、１８０℃、９０秒、６．９ＭＰａ条件で成形を行い樹脂の流動距離を測定した。ゲルタイムは試料０．５ｇを１８０℃の熱板にのせ、スパチュラを用いて撹拌し、流動の停止する時間を測定した。硬化性は直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円板を１８０℃、９０秒、６．９ＭＰａ条件で成形し、成形直後の円板の熱時硬度をショア硬度計Ｄタイプで測定した。接着力は３０μmのアルミ箔上に１８０℃ 、９０秒、６．９ＭＰａ条件で試料を成形し、１８０℃、５時間の後硬化を行った後、室温にて９０度方向のピール強度を測定した。 吸水率はＪＩＳ−Ｋ−６ ９１１に準拠した、直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円板を１８０℃、９０秒、６．９ＭＰａ条件で成形し、１８０℃、５時間の後硬化を行った後、８５℃、８５％ＲＨの条件で所定時間加湿を行い、その重量変化を求めた。
【００１３】
実施例は何れも成形時の流動性、硬化性が良好であり、接着性、吸湿性にも優れていることがわかる。一方、比較例（１）はｎ＝０成分の少ないＤＣＰ２硬化剤を使用したため、流動性が悪くなった。比較例（３）及び（５）はフェノールノボラック硬化剤の比率が高いため流動性が悪くなった。また、比較例（２）は溶融粘度の低い２官能性のビフェニル型エポキシ樹脂を添加したため流動性は良好であるが、硬化性が大幅に低下した。
【００１４】
本発明の効果をさらに明確にするために、評価用ＩＣを用いたリフロー時の耐クラック性及びリフロー後の耐湿性試験を行った。
耐クラック性評価に用いたＩＣは外形が１９×１４×２．７（ｍｍ）のフラットパッケージであり、８×１０×０．４（ｍｍ）の素子を搭載した８０ピン、４２アロイリードのものである。試験条件は８５℃、８５％ＲＨで所定時間加湿した後、２１５℃のベーパーフェーズリフロー炉で９０秒加熱するものである。評価は外観を顕微鏡観察し、パッケージクラックの有無を判定することにより行った。また、耐湿性の評価に用いたＩＣは３５０ｍｉｌ幅、２８ピンのスモールアウトラインパッケージであり、１０μm幅のアルミ配線を施した５×１０×０.４（ｍｍ）テスト素子を搭載し、２５μmの金線を用いてワイヤボンディングした ものである。試験条件は８５℃、８５％ＲＨで７２時間加湿し、２１５℃のベーパーフェーズリフロー炉で９０秒加熱した後、２気圧、１２１℃、１００％ＲＨの条件で所定時間加湿し、アルミ配線腐食による断線不良を調べたものである。なお、ＩＣパッケージの成形は１８０℃、９０秒、６．９ＭＰａの条件で行い、成形後１８０℃、５時間の後硬化を行った。
【００１５】
リフロー時の耐クラック性及びリフロー後の耐湿性の結果を表２に示した。実施例（１）〜（５）により封止したＩＣパッケージは従来樹脂系の比較例（５）と比べ、リフロー時の耐クラック性及びリフロー後の耐湿性が大幅に向上していることがわかる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によって得られたエポキシ樹脂成形材料は流動性、硬化性などの成形性に優れ、リフロー時の耐クラック性及びリフロー後の耐湿性が従来のものと比べ大きく改善できる。電子部品の分野、とくにＦＰ（フラットパッケージ）、ＳＯＰ（スモールアウトラインパッケージ）などのＩＣではパッケージが薄形、小形になり、素子の大形化と相俟って耐パッケージクラック性が強く要求されており、これらの製品へ広く適用でき、その工業的価値は大である。
【００１７】
【表１】
0003539523.tif 000004
【００１８】
【表２】
0003539523.tif 000005