(57)【要約】【課題】硬化物の吸湿が抑制され、かつ、硬化物の常温での線熱膨張係数が所定の線熱膨張係数であり、半田耐熱性、熱サイクル信頼性に優れた電子部品封止装置を製造することが可能な封止用樹脂組成物を提供すること。【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）無機充填材を必須成分とする封止用樹脂組成物であって、前記封止用樹脂組成物全体に対する前記（Ｃ）無機充填材の含有量が８５重量％以上であり、前記（Ｃ）無機充填材が水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくとも１種の金属水酸化物と溶融シリカとの混合物であり、かつ、前記封止用樹脂組成物の硬化物の常温での線熱膨張係数が１．１×１０−５／℃以上１．５×１０−５／℃以下であるもの。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）無機充填材を必須成分とする封止用樹脂組成物であって、
前記封止用樹脂組成物全体に対する前記（Ｃ）無機充填材の含有量が８５重量％以上であり、前記（Ｃ）無機充填材が水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくとも１種の金属水酸化物と溶融シリカとの混合物であり、かつ、前記封止用樹脂組成物の硬化物の常温での線熱膨張係数が１．１×１０−５／℃以上１．５×１０−５／℃以下であることを特徴とする封止用樹脂組成物。
【請求項２】
前記封止用樹脂組成物の硬化物の常温での線熱膨張係数が１．２×１０−５／℃以上１．４×１０−５／℃以下であることを特徴とする請求項１記載の封止用樹脂組成物。
【請求項３】
前記（Ｃ）無機充填材は高級脂肪酸により表面処理されたものであることを特徴とする請求項１または２記載の封止用樹脂組成物。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項記載の封止用樹脂組成物の硬化物によって、電子部品が封止されてなることを特徴とする電子部品封止装置。
【請求項５】
前記電子部品が銅を主原料とするリードフレームを有するものであることを特徴とする請求項４記載の電子部品封止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半田耐熱性、熱サイクル信頼性に優れた封止用樹脂組成物およびそれを用いた電子部品封止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体等の電子部品を封止する封止用樹脂組成物として、フェノール樹脂硬化のエポキシ樹脂組成物が用いられている。このエポキシ樹脂組成物は、硬化物の耐湿性、高温電気特性、成形性等に優れていることから、封止用樹脂組成物として多用されている。
【０００３】
ところで、電子部品封止装置（以下、パッケージと呼ぶ）の実装方法は、従来のピン挿入タイプから表面実装タイプヘと移行してきている。表面実装方法で基板にパッケージを半田付けする際には、基板上のクリーム半田を赤外線等で加熱し、パッケージのリードと接続する方法が採用されている。
【０００４】
このときパッケージ全体は２１５〜２６０℃の高温にさらされ、この急激な温度上昇によりパッケージにクラックが発生し、半導体素子の信頼性が著しく低下することがある。このメカニズムとしてはパッケージ内部の水分が気化膨張することによってパッケージが膨れ、その時の応力によって樹脂が破壊に至るというものである。
【０００５】
このような破壊への対策として広く採用されている方法としては、例えば充填材として溶融球状シリカを用いて高充填化することにより吸湿量を低減し、発生する水蒸気圧の軽減を図るものが挙げられる（例えば、特許文献１〜３参照。）。また、近年注目されている環境対応技術の一つであるハロゲンおよびアンチモンを含有しない樹脂組成物の多くは、無機充填材を８５重量％以上とする高充填系に相当するものが多い。
【特許文献１】特開平７−２７３２５１号公報
【特許文献２】特開平９−２２７７６５号公報
【特許文献３】特開２００２−８０６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、封止用樹脂組成物においては充填材の高充填化により、その硬化物の吸湿量の低減が図られている。しかしながら、このような高充填系の封止用樹脂組成物の大半は充填材として溶融球状シリカを使用しており、その硬化物の熱膨脹係数は１．０×１０−５／℃以下となってしまう。このため封止用樹脂組成物によって封止される内部部材、特に端子を含むリードフレームを構成する金属材料が銅である場合、熱膨張係数の相違から実装後の熱サイクルにおいて半導体素子とリードフレームとを繋ぐ金ボンディングワイヤーに損傷が発生し、最終的に断線してしまう。
【０００７】
本発明は、上記したような課題を解決するためになされたもので、封止用樹脂組成物に無機充填材を高充填することにより硬化物の吸湿量を抑制しつつ、かつ、硬化物の常温での線熱膨張係数を内部部材の線熱膨張係数に近いものとすることで、封止用樹脂組成物の硬化物と内部部材との熱膨張差を小さくし、半田耐熱性、熱サイクル信頼性に優れた電子部品封止装置を製造することが可能な封止用樹脂組成物およびそれを用いた電子部品封止装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の封止用樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）無機充填材を必須成分とする封止用樹脂組成物であって、前記封止用樹脂組成物全体に対する前記（Ｃ）無機充填材の含有量が８５重量％以上であり、前記（Ｃ）無機充填材が水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくとも１種の金属水酸化物と溶融シリカとの混合物であり、かつ、前記封止用樹脂組成物の硬化物の常温での線熱膨張係数が１．１×１０−５／℃以上１．５×１０−５／℃以下であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の封止用樹脂組成物は、その硬化物の常温での線熱膨張係数が１．２×１０−５／℃以上１．４×１０−５／℃以下であることが好ましい。また、前記（Ｃ）無機充填材は高級脂肪酸により表面処理されたものであることが好ましい。
【００１０】
本発明の電子部品封止装置は、上述したような封止用樹脂組成物の硬化物によって、電子部品が封止されてなることを特徴とするものである。本発明の電子部品封止装置は、特に前記電子部品が銅を主原料とするリードフレームを有するものである場合に、熱サイクル信頼性を向上させる効果が高くなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、封止用樹脂組成物における無機充填材の含有量を８５重量％以上とし、無機充填材を水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくとも１種の金属水酸化物と溶融シリカとの混合物とし、かつ、硬化物の常温での線熱膨張係数を１．１×１０−５／℃以上１．５×１０−５／℃以下とすることにより、封止用樹脂組成物の硬化物の吸湿を抑制すると共に、その内部に封止される内部部材との熱膨張差を小さくし、半田耐熱性、熱サイクル信頼性に優れた電子部品封止装置を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の封止用樹脂組成物について説明する。本発明の封止用樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）無機充填材を必須成分とする封止用樹脂組成物であって、前記封止用樹脂組成物全体に対する前記（Ｃ）無機充填材の含有量が８５重量％以上であり、前記（Ｃ）無機充填材が水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくとも１種の金属水酸化物と溶融シリカとの混合物であり、かつ、前記封止用樹脂組成物の硬化物の常温での線熱膨張係数が１．１×１０−５／℃以上１．５×１０−５／℃以下であることを特徴とする。
【００１３】
本発明に用いられる（Ａ）エポキシ樹脂は、その分子中にエポキシ基を２個以上有する化合物である限り、分子構造、分子量などは特に制限されるものではなく、一般に電子部品の封止に用いられるものを広く用いることができる。
【００１４】
（Ａ）エポキシ樹脂としては、例えばフェノールノボラック型、ビフェニル型、ビフェニルノボラック型、ビスフェノールＡ型等の芳香族系、シクロヘキサン誘導体等の脂肪族系、または、次の一般式で示される化合物を用いることができ、これらは１種のみで用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００１５】
【化１】
2006036975.tif 000002
（但し、式中、Rは水素またはメチル基、ｎは０または１以上の整数をそれぞれ表す。）
【００１６】
【化２】
2006036975.tif 000003
（但し、式中、Rは水素またはメチル基を表す。）
【００１７】
【化３】
2006036975.tif 000004
（但し、式中、Rは水素またはメチル基、ｎは０または１以上の整数をそれぞれ表す。）
【００１８】
本発明に用いられる（B）フェノール樹脂は、上記（Ａ）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限定されるものではない。（Ｂ）フェノール樹脂としては、例えば次の一般式で示される化合物を用いることができ、これらは１種のみで用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００１９】
【化４】
2006036975.tif 000005
（但し、式中、ｎは０または１以上の整数を表す。）
【００２０】
【化５】
2006036975.tif 000006
（但し、式中、ｎは０または１以上の整数を表す。）
【００２１】
【化６】
2006036975.tif 000007
（但し、式中、ｎは０または１以上の整数を表す。）
【００２２】
（B）フェノール樹脂の配合割合は、上記（Ａ）エポキシ樹脂が有するエポキシ基数（ａ）と（Ｂ）フェノール樹脂が有するフェノール性水酸基数（ｂ）との比（ａ）／（ｂ）が０．５〜２．０となる範囲が好ましく、０．７〜１．５となる範囲であればより好ましい。比（ａ）／（ｂ）が０．５未満または２．０を超えると、封止用樹脂組成物の成形作業性が低下し、硬化物の耐湿性、耐熱性および電気的特性も低下するおそれがあるため好ましくない。
【００２３】
本発明に用いられる（C）無機充填材は、封止用樹脂組成物全体に対する含有量が８５重量％以上であり、水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくとも１種の金属水酸化物と溶融シリカとからなる混合物である。
【００２４】
本発明では（C）無機充填材の封止用樹脂組成物全体に対する含有量を８５重量％以上とし、かつ、（C）無機充填材を水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくとも１種の金属水酸化物と溶融シリカとからなる混合物とすることにより、封止用樹脂組成物の硬化物の吸湿を抑制すると共に、封止用樹脂組成物の硬化物の常温での線熱膨張係数を１．１×１０−５／℃以上１．５×１０−５／℃以下とすることができ、その内部に封止される内部部材との熱膨張差を小さくし、熱サイクル信頼性に優れた電子部品封止装置とすることが可能となる。本発明の封止用樹脂組成物の硬化物の常温での線熱膨張係数は、１．２×１０−５／℃以上１．４×１０−５／℃以下となっていればより好ましい。
【００２５】
（C）無機充填材の封止用樹脂組成物全体に対する含有量が８５重量％未満であると、無機充填材の高充填化による樹脂成分の含有量を低減させる効果が十分に発揮されず、吸湿性が高くなり、半田耐熱性が低下するおそれがある。本発明では、特に封止用樹脂組成物の硬化物の吸湿を抑制する観点から、（C）無機充填材の含有量は封止用樹脂組成物全体の８７重量％以上とすることが好ましい。
【００２６】
（C）無機充填材の含有量の上限は特に制限されるものではないが、（C）無機充填材の含有量を過度に高くすると封止用樹脂組成物の成形性が低下することから、（C）無機充填材の含有量の上限は封止用樹脂組成物全体の９５重量％以下とすることが好ましい。
【００２７】
（C）無機充填材における水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくとも１種の金属水酸化物と溶融シリカとの含有量の割合は必ずしも制限されるものではないが、水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくとも１種の金属水酸化物の含有量と溶融シリカの含有量との合計量に対して、水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくとも１種の金属水酸化物の含有量を３重量％以上３０重量％以下とすることが好ましい。水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくとも１種の金属水酸化物の含有量は、より好ましくは上記合計量に対して、５重量％以上１５重量％以下である。
【００２８】
水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくとも１種の金属水酸化物と溶融シリカとの合計量に対して、水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくとも１種の金属水酸化物の含有量が３重量％未満であると、線熱膨張係数が小さい溶融シリカの割合が多くなるため、封止用樹脂組成物の硬化物の線熱膨張係数を所定の値とすることが難しくなり、また封止用樹脂組成物の硬化物の難燃性も低下するおそれがあり好ましくない。
【００２９】
一方、上記合計量に対して、水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくとも１種の金属水酸化物の含有量が３０重量％を超えると、封止用樹脂組成物における無機充填材の高充填化が困難となるおそれがあり、吸湿性が高くなり、耐半田クラック性が低下するおそれがあるため好ましくない。
【００３０】
（C）無機充填材として用いられるこれらの水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムは、封止用樹脂組成物の成形性、その硬化物の吸湿性などの観点から、ステアリン酸、モンタン酸などの高級脂肪酸により表面処理されたものであればより好ましい。さらに、シラン、チタネート処理などの２種類以上の処理を組み合わせてもよい。
【００３１】
（C）無機充填材として用いられる水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムおよび溶融シリカの大きさは必ずしも制限されるものではないが、いずれも平均粒径が０．５μｍ以上２０μｍ以下であるものが好ましく用いられる。
【００３２】
本発明では（C）無機充填材として上述した水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくとも１種の金属水酸化物と溶融シリカとを必須成分とするが、必要に応じて、かつ本発明の趣旨に反しない限度において他の無機充填材を用いることもできる。他の無機充填材としては、例えば結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、タルク、クレー等が挙げられ、これらの含有量は（C）無機充填材全体に対し２０重量％以下、好ましくは１０重量％以下とする。
【００３３】
本発明の封止用樹脂組成物は、上述した（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）無機充填材を必須成分とするが、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、エステルなどの離型剤、エラストマーなどの低応力化成分、カーボンブラックなどの着色剤、シランカップリング剤などの無機充填材の処理剤、種々の硬化促進剤などを適宜添加することができる。
【００３４】
本発明の封止用樹脂組成物を成形材料として製造する一般的な方法としては、上述した（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）無機充填材の必須成分および必要に応じて他の添加成分を配合し、ミキサー等により十分に均一に混合し、さらに熱ロールによる溶融混合処理またはニーダなど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。このようにして得られる成形材料は、半導体素子等の電子部品の封止、被覆、絶縁などに適用すれば優れた特性と信頼性を付与することができる。
【００３５】
本発明の電子部品封止装置は、例えば上述した成形材料を用いて、電子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、注形などによる封止も可能である。本発明の電子部品封止装置は、封止用樹脂組成物を封止する際に加熱して硬化させ、最終的にこの封止用樹脂組成物の硬化物によって封止された電子部品封止装置を得ることができる。この加熱による硬化は１５０℃以上に加熱して硬化させることが好ましい。
【００３６】
封止を行う電子部品としては例えば半導体素子が挙げられ、具体的には集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード等が適用可能であり、特に限定されるものではない。
【００３７】
本発明の電子部品封止装置は外形、寸法などは特に制限されるものではないが、封止に用いられる封止用樹脂組成物の特徴から、特に銅を主原料としたリードフレームを用いた２ｍｍ以上の厚さを有する電子部品封止装置に好適である。すなわち、本発明の電子部品封止装置に用いられる封止用樹脂組成物は硬化物の常温での線熱膨張係数が１．１×１０−５／℃以上１．５×１０−５／℃以下であり、銅を主原料とするリードフレームと同等の熱膨張係数であるため、特にこのようなリードフレームを有するものを封止した場合に電子部品封止装置の熱サイクル信頼性を向上させることが可能となる。
【実施例】
【００３８】
（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）８．０重量％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）４．５重量％、溶融球状シリカ（平均粒径２０μｍ）８０重量％、水酸化マグネシウム（平均粒径１μｍ）５重量％、リン酸エステル２重量％、トリフェニルフォスフィン０．２重量％、および、離型剤０．３重量％を配合し、室温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練、冷却した後、粉砕して成形材料（封止用樹脂組成物）を製造した。
【００３９】
こうして製造した成形材料を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（電子部品封止装置）を製造した。この成形品について熱膨張係数、吸水率、半田耐熱性および熱サイクル特性の評価を行った。結果を表１に示す。なお、特性評価の詳細な方法は表１の下部に示す通りである。
【００４０】
（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）８．０重量％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）４．５重量％、溶融球状シリカ（平均粒径２０μｍ）７６重量％、ステアリン酸およびシランにて処理された水酸化マグネシウム（平均粒径１μｍ）１０重量％、リン酸エステル１重量％、トリフェニルフォスフィン０．２重量％、および、離型剤０．３重量％を配合し、上記（実施例１）と同様の方法で成形材料、成形品を作製して評価を行った。結果を表１に示す。
【００４１】
（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）６．５重量％、式６で示されるフェノール樹脂（フェノール当量２０５）６．５重量％、溶融球状シリカ（平均粒径２０μｍ）７６重量％、ステアリン酸にて処理された水酸化アルミニウム（平均粒径７μｍ）１０重量％、リン酸エステル１重量％、トリフェニルフォスフィン０．２重量％、および、離型剤０．３重量％を配合し、上記（実施例１）と同様の方法で成形材料、成形品を作製して評価を行った。結果を表１に示す。
【００４２】
（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）７重量％、フェノールアラルキル樹脂（フェノール当量１７５）５．５重量％、溶融球状シリカ粉末（平均粒径２０μｍ）８７重量％、トリフェニルフォスフィン０．２重量％、および、離型剤０．３重量％を配合し、上記（実施例１）と同様の方法で成形材料、成形品を作製して評価を行った。結果を表１に示す。
【００４３】
（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）８．０重量％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）４．５重量％、溶融球状シリカ（平均粒径２０μｍ）８５重量％、リン酸エステル２重量％、トリフェニルフォスフィン０．２重量％、および、離型剤０．３重量％を配合し、上記（実施例１）と同様の方法で成形材料、成形品を作製して評価を行った。結果を表１に示す。
【００４４】
（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）１０重量％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）５．５重量％、溶融球状シリカ（平均粒径２０μｍ）７０重量％、未処理の水酸化マグネシウム（平均粒径１μｍ）１０重量％、リン酸エステル４重量％、トリフェニルフォスフィン０．２重量％、および、離型剤０．３重量％を配合し、上記（実施例１）と同様の方法で成形材料、成形品を作製して評価を行った。結果を表１に示す。
【００４５】
（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）８．５重量％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当量１０５）４．５重量％、臭素化エポキシ樹脂（エポキシ当量４００）１．５重量％、溶融球状シリカ粉末（平均粒径２０μｍ）８３．５重量％、三酸化アンチモン１．５重量％、トリフェニルフォスフィン０．２重量％、および、離型剤０．３重量％を配合し、上記（実施例１）と同様の方法で成形材料、成形品を作製して評価を行った。結果を表１に示す。
【００４６】
以下に、実施例および比較例で使用した樹脂等の詳細を示す。
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂：日本化薬社製  ＥＯＣＮ−１０２０−６５
臭素化エポキシ樹脂：大日本インキ化学社製  ＥＰＩＣＲＯＮ１５３
ノボラック型フェノール樹脂：昭和高分子社製  ＢＲＧ−５５６
フェノールアラルキル樹脂：三井化学社製  ＸＬＣ−４Ｌ
式６のフェノール樹脂：明和化成社製ＭＥＨ−７８５１
リン酸エステル：大八化学社製  ＰＸ−２００
離型剤：カルナバワックス
【００４７】
【表１】
2006036975.tif 000008
＊１：１７５℃×２分の成形条件でトランスファー成形することにより得られたφ５０×３ｍｍｔの円盤に対し、１７５℃×８時間後硬化処理を行い、１２７℃（２．５気圧）×２４時間の条件にて吸湿処理を行い、その吸湿量を測定した。
＊２：シリコン製チップ（テスト素子）を銅フレームに接着し、成形材料を用いて１７５℃、９０秒間トランスファー成形することによりＳＯＰ−１６ｐｉｎの成形品をつくり、１７５℃×４時間後硬化させた後、８５℃×８５RH％の吸湿処理を行い、２６０℃の半田槽へ１０秒間含浸させ半田耐熱性の試験を行い、クラックおよび５０％以上の裏面アイランド部剥離の発生をカウントし不良数とした。
＊３：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、成形材料を用いて１７５℃で９０秒間トランスファー成形することによりＤＩＰ−１４ｐｉｎの成形品をつくり、１７５℃×４時間後硬化させた後、−６５℃×３０分および１５０℃×３０分を１サイクルとする熱サイクル試験を行い、断線による通電不良の個数をカウントし不良数とした。
【００４８】
表１から明らかなように、無機充填材の含有量を８５重量％以上とすると共に、無機充填材を水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムの中から選ばれる少なくとも１種の金属水酸化物と溶融シリカとの混合物とした実施例１〜３の封止樹脂組成物はその硬化物の線熱膨張係数が１．１×１０−５／℃以上１．５×１０−５／℃以下となっており、それを用いて製造された成形品は半田耐熱性および熱サイクル特性に優れ、長期に渡る信頼性に優れていることが認められた。