CN1984961A - 环氧树脂组合物及半导体装置 - Google Patents
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Abstract
一种环氧树脂组合物，其以(A)环氧树脂、(B)酚醛类树脂、(C)固化促进剂、(D)二氧化硅、以及(E)氧化铝及/或氢氧化铝为必须成分，其中，在该环氧树脂组合物中铝元素的含有率在0.25重量％以上5重量％以下，平均粒径在25μm以下的二氧化硅在全部二氧化硅中占70重量％以上。采用该半导体封固用环氧树脂组合物及使用它来封固半导体元件的半导体装置，具有在高温下工作时的可靠性优良的特性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体封固用环氧树脂组合物及采用该半导体封固用环氧树脂组合物的半导体装置。特别是涉及适用于在汽车用等的要求在超过150℃的高温环境下保证运行的在电子部件中使用的半导体装置。
背景技术
作为IC、LSI等半导体元件的封固方法，环氧树脂组合物的传输成型适于低成本地大量生产，可长期采用，即使从可靠性方面考虑，通过改善环氧树脂及作为固化剂的酚醛树脂，也可以谋求特性的提高。然而，在近年来的电子仪器小型化、轻量化、高性能化的市场动向中，半导体元件的高集成化也在年年发展，另外，在促进半导体装置的表面安装化中，对半导体封固用环氧树脂组合物的要求日益严格。特别是汽车用半导体，要求在发动机室内或车体内的严酷的高温环境下保证运行时，不仅要求原来的所谓耐焊锡性的安装特性，而且还要求在高温保管下的可靠性(下面又称作“HTSL”(HighTemperature Storage Life：高温保管寿命))或高温运行下的可靠性(下面又称作“HTOL”(High Temperature Operation Life：高温运转寿命))。HTSL意指高温保管下，在不施加电流工作的条件下的寿命，HTOL意指高温下在流过电流进行工作的放置条件下的寿命。
一般，半导体装置，在半导体元件与引线框之间用金线连通。特别是引线框侧，金线与铝垫片通过热或超声波相接合。此时，金与铝制成共晶或称作金属间化合物的合金。在高温下保管时，该金属间化合物成长，产生裂纹或腐蚀，存在连接电阻上升的问题。另一方面，当在高温下流过电流使其工作时，由于流过实际的电流而成为在产生电子流动的环境下的现象，与电流不流动下的高温保管时，则呈现出不同的行为。特别是在高温、大电流下，因电子作用，则发生金属间化合物的移动，即电迁移，存在阴极中金属间化合物的移动、接合部分中发生裂纹或空隙、以及电阻值增大、导电不良等问题。
以往，为了改善高温保管下的可靠性(HTSL)的低劣，一般采用的方法是，通过把环氧树脂组合物中的杂质尽力降低，或者添加离子捕集器，或采用根本不含溴、氧化锑类这样的阻燃剂的树脂类等，来维持高温保管下的可靠性。采用该方法，虽然能够降低离子性杂质和提高HTSL，但是在元件的实际工作状态、即高温下工作时的可靠性(HTOL)的提高这一点上来说该方法并不能满足(例如，JP特开2004-035781号公报(第2～20页)，JP特开2000-230111号公报(第2～6页)等)。
因此，本发明是为了解决从前这样的问题点而研制的，提供一种提高高温工作时的可靠性(HTOL)、特别是在汽车用等的超过150℃的高温环境下的运行可靠性方面具有优良特性的半导体封固用环氧树脂组合物及半导体装置。
发明内容
本发明提供一种半导体封固用环氧树脂组合物，其以(A)环氧树脂、(B)酚醛类树脂、(C)固化促进剂、(D)二氧化硅、以及(E)氧化铝及/或氢氧化铝为必须成分，其中，在该环氧树脂组合物中，铝元素的含量在0.25重量％以上5重量％以下，平均粒径在25μm以下的二氧化硅在全部二氧化硅中占70重量％以上。
另外，本发明提供一种采用上述环氧树脂组合物封固半导体元件而构成的半导体装置。
按照本发明，可以得到高温工作时的可靠性、特别是在超过150℃的高温环境下工作时的可靠性优良的半导体封固用环氧树脂组合物及半导体装置，所以适于汽车用等的电子部件中使用的半导体装置。
具体实施方式
作为本发明的半导体封固用环氧树脂组合物中使用的环氧树脂(A)，为1个分子内有2个以上环氧基的单体、低聚物或聚合物，对其分子量及分子结构未作特别限定，例如，可以举出双酚A型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、萘酚酚醛清漆型环氧树脂、二环戊二烯改性酚型环氧树脂、茋型环氧树脂、三苯酚甲烷型环氧树脂、烷基改性三苯酚甲烷型环氧树脂以及含三嗪核环氧树脂等，这些物质可1种单独使用或2种以上组合使用。
上述环氧树脂中，当用下述通式(1)：
(式中，R1、R2、R3、R4为氢原子或碳原子数1～4的烷基，其彼此相同或相异；a及d分别为0～3的整数；b及c分别为0～4的整数，m为平均值表示正数)表示的环氧树脂在全部环氧树脂(A)中的用量达到40～100重量％、优选为50～100重量％、特别优选为70～100重量％时，可得到低弹性系数及低吸水率的组合物，并发现焊锡耐热性得到提高，同时，HTOL得到提高，从这点考虑因而优选。通式(1)中，R1、R2、R3、R4优选为氢原子，m通常为1～3。另外，用通式(1)表示的环氧树脂的环氧当量为265～285，软化点为50～63℃。作为环氧树脂，当用通式(1)表示的环氧树脂采用了规定量以上时，HTOL提高的理由如下所述。高温下流过电流使其工作时，金与Al的共晶从接合部向接合部外移动，开始所谓迁移。当迁移开始时，在接合部产生间隙，电阻上升，接合部发热。接合部周围因发热，而暴露在高于半导体装置环境温度150～200℃的高温下而发生膨胀。另一方面，封固接合部分的树脂组合物的固化物，由于受环境温度的影响而不发生膨胀，其结果，在接合部产生压缩应力。通过该压缩应力，金与Al的共晶的迁移被进一步促进。在这种情况下，由于采用在高温下弹性系数更低的以通式(1)表示的环氧树脂，所以，树脂组合物的固化部分在接合部分容易变形，故可以谋求接合部的低应力化，抑制金与Al共晶迁移的促进，HTOL特性得到提高。
作为本发明的半导体封固用环氧树脂组合物中使用的酚醛类树脂(B)，为1个分子内有2个以上酚性羟基的单体、低聚物或聚合物，对其分子量及分子结构未作特别限定，例如，可以举出苯酚酚醛清漆型树脂、甲酚酚醛清漆型树脂、二环戊二烯改性酚醛树脂、萜烯改性酚醛树脂、苯酚芳烷基树脂以及萘酚芳烷基树脂等。苯酚芳烷基树脂以及萘酚芳烷基树脂，优选为分别具有亚苯基骨架或联亚苯基骨架的树脂。
上述酚醛类树脂中，用下述通式(2)：
(式中，R5、R6、R7、R8为氢原子或碳原子数1～4的烷基，它们彼此相同或相异；e及h分别为0～3的整数；f及g分别为0～4的整数；n为平均值表示正数)表示的酚醛树脂，或用下述通式(3)：
(式中，R9、R10、R11为氢原子或碳原子数1～4的烷基，它们彼此相同或相异；i及k分别为0～3的整数，j为0～4的整数，x为平均值表示正数)表示的酚醛树脂，在全部酚醛类树脂(B)中用量达到40～100重量％、优选为50～100重量％、特别优选为70～100重量％时，可得到低弹性系数及低吸水率的组合物，并发现焊锡耐热性得到提高，同时，HTOL得到提高，从这点考虑因而优选。通式(2)中，R5、R6、R7、R8优选为氢原子，n通常为1～3。另外，用通式(2)表示的酚醛树脂的羟基当量为190～210，软化点为63～70℃。另外，通式(3)中，R9、R10、R11优选为氢原子，x通常为1～5。另外，用通式(3)表示的酚醛树脂的羟基当量为165～190，软化点为75～90℃。作为酚醛树脂，当通式(2)及/或通式(3)表示的酚醛树脂采用规定量以上时，HTOL提高的理由与用通式(1)表示的环氧树脂采用规定量以上的情形的理由相同。还有，上述通式(2)或上述通式(3)也可以并用，此时，两者的合计配合量也处在上述范围内。
作为本发明的半导体封固用环氧树脂组合物中使用的固化促进剂(C)，只要能促进环氧基与酚性羟基的固化反应即可而未作特别限定，可广泛采用一般在封固材料中使用的固化促进剂。例如，可列举出1，8-二氮杂双环(5，4，0)十一烯-7等胺类化合物、2-甲基咪唑等咪唑化合物、三苯基膦等有机磷类化合物等，这些可1种单独使用或2种以上组合使用。
作为本发明的半导体封固用环氧树脂组合物中使用的二氧化硅(D)，未作特别限定，可以举出球状熔融二氧化硅、破碎状熔融二氧化硅。其中，使用球状熔融二氧化硅最合适。这些二氧化硅，可1种单独使用或2种以上组合使用。另外，这些二氧化硅用偶合剂进行表面处理也可。作为二氧化硅的形状，优选地，为了改善流动性而尽可能选择球状并且粒度分布宽者。
在本发明中，平均粒径为25μm以下的二氧化硅在全部二氧化硅中占70重量％以上。借此可提高HTOL。如上所述，当高温下流过电流进行工作时，通过电迁移，在金线与焊接部分的接合部分产生空隙或细小裂缝。此时当在焊接部分附近产生应力时，则裂缝发生扩大，容易在更短的时间内产生导通不良。当平均粒径为25μm以下的二氧化硅在全部二氧化硅中配合70重量％以上时，可有效抑制焊接部分附近产生应力。
上述平均粒径为25μm以下的二氧化硅，优选平均粒径为15μm以下的二氧化硅。另外，作为最大粒径，优选75μm以上的粒度的二氧化硅在2重量％以下，更优选在1重量％以下。该最大粒径意指进行湿式筛选的筛上捕集的最大粒径。另外，作为大径粒子，优选64μm以上的粒子在20重量％以下，更优选在10重量％以下。该大径粒子采用通常的激光式粒度分布进行测定。当采用平均粒径超过25μm、粒径为75μm以上的比例超过2重量％、或粒径64μm以上的比例超过20重量％的二氧化硅时，因接合部附近存在的树脂组合物的固化物中的大粒径粒子与接合部的线膨胀差而产生应力，促进接合部的导通不良。另外，平均粒径为25μm以下的二氧化硅的含量，在全部二氧化硅中达到70重量％以上，优选为80重量％以上，更优选为100重量％。当该二氧化硅含量低于70重量％时，大粒子的占有比例增加，在金线接合部附近因大粒子与接合部的线膨胀差而产生应力，促进接合部的导通不良。作为二氧化硅平均粒径的下限值，从树脂组合物的粘度上升、成本等考虑，优选为5μm以上。
本发明的半导体封固用环氧树脂组合物中使用的氧化铝及/或氢氧化铝(E)中，铝元素的含有率在环氧树脂组合物中达到0.25重量％以上5重量％以下，优选为1重量％以上4重量％以下。当低于0.25重量％时，不能赋予充分的HTOL特性。而当添加量大而大于5重量％时，HTOL的改善效果不变，但发生成型品强度、流动性下降等问题，因而不被优选。在半导体封固用环氧树脂组合物中配合氧化铝或氢氧化铝这种情况，在JP特开平10-182941号公报等中已经公开。然而，以往的配合氧化铝或氢氧化铝，是为了散发半导体元件的发热或赋予阻燃性，而不是提高HTOL特性。
通过配合规定量的铝元素，HTOL特性提高的理由如下。金与Al的共晶从阴极向其外侧移动时，由于封固阴极的树脂组合物的固化物含有Al元素，受该Al元素浓度的影响，金与Al的共晶的移动难以发生。另外，当在树脂组合物中含Al元素时，在高温保存下(HTSL)，金与Al的共晶的成长被抑制，所以即使在流过电流的HTOL条件下，共晶的成长也被抑制，使电移动缓慢。因此，当铝元素含量在环氧树脂组合物中达到0.25重量％以上5重量％以下时，电迁移能够被大幅地抑制。
上述氧化铝，优选平均粒径为25μm以下，更优选平均粒径为15μm以下。另外，优选不含有过大的粒子，作为最大粒径，75μm以上的粒度在2重量％以下，更优选为1重量％以下。该最大粒径意指进行湿式筛选的筛上捕集的最大粒径。另外，作为大径粒子，优选64μm以上的粒子在20重量％以下，更优选在10重量％以下。作为小径粒子，优选1μm以下的粒子在20重量％以下，更优选在10重量％以下。该大径粒子及小径粒子为采用激光式粒度分布进行测定得到。另外，氧化铝为具有通常六角平面状结晶，因为在结晶时产生方向性，当添加到组合物中时，当有稍微的影响，在加热时于接合部易产生应力。因此，作为氧化铝，采用球状氧化铝，在加热时接合部的应力降低，因而从谋求HTOL特性的进一步提高方面考虑是优选的。
另外，上述氢氧化铝平均粒径在25μm以下，特别是在20μm以下，尤其优选在10μm以下。另外，作为最大粒径，优选75μm以上的粒度在2重量％以下，更优选在1重量％以下。该最大粒径意指进行湿式筛选的筛上捕集的最大粒径。另外，作为大径粒子，优选64μm以上的粒子在20重量％以下，更优选10重量％以下。作为小径粒子，优选0.5μm以下的粒子在30重量％以下，更优选在15重量％以下。该大径粒子及小径粒子为采用激光式粒度分布进行测定。使用平均粒径比二氧化硅及氧化铝的平均粒径小的氢氧化铝，则阻燃性进一步提高，因而优选。
氧化铝及氢氧化铝的平均粒径及粒度分布处在上述范围内时，则HTOL提高的理由如下所示。如上所述，通过铝元素的配合，可以抑制电迁移，当一旦发生电迁移时，接合部分的强度降低。另一方面，当半导体装置暴露在高温下时，接合部分产生应力。当接合部分的应力超出接合部分的强度时，引起接合部分发生剝离，即焊接升起(bond lift)，连接电阻上升。因此，为了提高HTOL，除大幅地抑制电迁移外，使应力降低也是重要的。
在接合部分的周围，存在树脂组合物中的二氧化硅以及氧化铝及/或氢氧化铝等粒状无机填充材料，但由于无机填充材料受热时的弹性系数比树脂大，故成为接合部分产生应力的原因。为了降低起因于无机填充材料的应力，必须调整无机填充材料粒子大小。在本树脂组合物中，通过含氧化铝及/或氢氧化铝，可大幅抑制电迁移，但由于氧化铝及氢氧化铝的线膨胀系数比熔融二氧化硅大，所以与熔融二氧化硅相比，氧化铝及/或氢氧化铝成为加热时在接合部产生应力的重要原因。因此，通过使氧化铝及氢氧化铝的平均粒径在25μm以下，可极力抑制起因于氧化铝及氢氧化铝的应力的发生。当氧化铝及氢氧化铝的平均粒径大于25μm时，成为焊接升起(bond lift)的原因，可能不能发挥充分的HTOL特性。从树脂组合物的粘度上升、成本等考虑优选氧化铝及氢氧化铝的平均粒径的下限值为1μm。
另外，本发明中使用的氧化铝及氢氧化铝，当考虑在半导体封固用树脂组合物中使用时，优选耐热性、杂质低、耐药品性方面优良的物质。
从可更加提高HTOL特性这点考虑，优选本发明的半导体封固用环氧树脂组合物中含有(F)25℃下为固体的硅橡胶及/或25℃下为液体的硅油，其在全部环氧树脂组合物中达到0.5重量％以上5重量％以下。当配合量小于0.5重量％时，受热时对接合部的应力降低效果不能充分发挥，而当大于5重量％时，虽然可使应力降低，但引起流动性下降、机械强度降低，因而是不优选的。25℃下为固体的硅橡胶以有机聚硅氧烷的三元交联结构作为基本骨架。往该固态的硅橡胶中可导入各种官能基，作为可以导入的官能基未作特别限定，例如，可以举出环氧基、氨基、甲氧基、苯基、羧基、羟基、烷基、乙烯基、巯基等。作为制得有机聚硅氧烷的方法，未作特别限定，通常通过使甲基氯硅烷、三甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷等有机氯硅烷进行聚合得到。另外，作为往该硅橡胶中导入各种官能基的方法，未作特别限定，通常可以举出使具有各种官能基的烯丙基化合物进行加成反应的方法。此时，既可以采用在得到有机聚硅氧烷后进行加成反应的方法，也可以采用在有机氯硅烷上加成具有各种官能基的烯丙基化合物，然后进行聚合的方法。
25℃下为液体的硅油，是以聚有机硅氧烷为主成分的化合物。在25℃下为液体的硅油的末端或侧链也可导入各种官能基。作为可以导入的官能基，未作特别限定，例如，可以举出环氧基、氨基、甲氧基、苯基、羧基、羟基、烷基、乙烯基、巯基等。这些官能基中，羧基、环氧基、聚醚基因与环氧树脂的相溶性良好而优选。作为制得有机聚硅氧烷的方法，未作特别限定，通常可以举出使甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷等的无3元交联性的有机氯硅烷进行聚合而得到线性有机聚硅氧烷的方法。另外，作为向该线性有机聚硅氧烷导入各种官能基的方法，未作特别限定，通常通过使具有各种官能基的烯丙基化合物进行加成反应而得到，但既可以采用在得到有机聚硅氧烷后进行加成反应的方法，也可以采用在有机氯硅烷上加成具有各种官能基的烯丙基化合物，然后进行聚合的方法。
通过含有25℃下为固体的硅橡胶与25℃下为液体的硅油的任何一方或双方，可更加使起因于无机填充材料的应力降低。另外，在本发明中，通过并用25℃下为固体的硅橡胶与25℃下为液体的硅油，可以得到更低弹性且高流动、高强度的特性，同时可以提高HTOL特性，因而是更优选的。
在本组合物中进一步根据需要，还可以采用以往以来一直使用于半导体封固用环氧树脂组合物的填充材料，例如可以采用钛白、氮化硅等，从上述理由考虑，优选采用平均粒径在25μm以下者。
本发明的环氧树脂组合物，以(A)～(E)或(A)～(F)成分为必须成分，但根据需要，还可配合溴化环氧树脂、三氧化锑、磷化合物、氢氧化镁、硼酸化合物等阻燃剂类；氧化铋水合物等无机离子交换体；γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷或γ-氨基丙基三乙氧基硅烷等偶合剂；炭黑、铁丹等着色剂；聚丁二烯类橡胶、NBR橡胶等低应力化成分；天然蜡、合成蜡、高级脂肪酸及其金属盐类或石蜡等脱模剂等各种添加剂。但是，当大量添加溴化环氧树脂、三氧化锑时，由于使HTSL的可靠性降低，故可在满足HTSL的可靠性的范围内少量添加。
本发明的环氧树脂组合物采用如下的一般方法得到，即利用混合机等进行常温混合，利用辊、捏合机、挤出机等混炼机进行熔融混炼，冷却后进行粉碎。
本发明的半导体装置，是采用上述环氧树脂组合物封固半导体元件而构成。采用本发明的环氧树脂组合物，封固半导体元件等电子部件，制造半导体装置时，采用传送模具、压缩模具、注射模具等成型方法进行成型固化即可。在本发明的半导体装置中，半导体元件通常用金线接合在引线框或基板上。
本发明的半导体装置，适于在要求超过150℃的高温环境下保证运行的电子部件中使用。作为这种电子部件，未作特别限定，可以举出功率晶体管、点火器、功率放大器等。
其次，举出实施例以更具体地说明本发明，但这仅仅是举例，不是限制本发明。配合比例为重量份。
实施例1
用混合器把下述成分混合后，用表面温度为90℃与45℃的2根辊进行混炼，冷却后进行粉碎，得到环氧树脂组合物。把得到的环氧树脂组合物用下述评价方法进行评价。其结果示于表1。
联苯基型环氧树脂 5.65重量份
(ジヤパンエポキシレジン(株)制造，YX-4000K，环氧当量185，熔点105 ℃)
苯酚芳烷基树脂2：式(3)表示的酚醛树脂 5.35重量份
(三井化学(株)制造，XL-225，软化点79℃，羟基当量174)
TPP：三苯基膦 0.20重量份
球状熔融二氧化硅B 86.50重量份
(平均粒径11μm，粒径75μm以上的粒子比例为0.3重量％，粒径64μm以上的粒子比例为3重量％，比表面积为4.8mm2/g)
球状氧化铝 1.50重量份
(平均粒径20μm，粒径75μm以上的粒子比例为0.2重量％，粒径64μm以上的粒子比例为5重量％)
γ-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷 0.30重量份
巴西棕榈蜡 0.20重量份
炭黑 0.30重量份
(评价方法)
旋流：采用低压传送成型机(トランスフア一成形機)，在按照EMMI-1-66的旋流测定用模具内，以模具温度为175℃、注入压力为6.9MPa、固化时间为120秒的条件下，注入环氧树脂组合物，测定流动长度。单位为cm。
玻璃转移温度(Tg)：采用传送成型机，以模具温度为175℃、注入压力为9.8MPa、固化时间为180秒的条件下成型10mm×4mm×4mm的试验片，作为后固化而在175℃处理8小时后，以5℃/分的升温速度进行TMA分析。读取所得到的TMA曲线的60℃及240℃的切线的交点温度，把该温度作为玻璃转移温度。采用セイコ一イ ン スツルメンツ(株)制造的TMA-100进行测定。单位为℃。
弯曲强度及弯曲弹性系数：采用传送成型机，在模具温度为175℃、压力为9.8MPa、固化时间为120秒的条件下，成型为长80mm、宽10mm、厚4mm的试验片，作为后固化而在175℃加热处理8小时后，于260℃按照JISK6911测定弯曲强度及弯曲弹性系数。单位均为MPa。
煮沸吸水率：采用低压传送成型机，在模具温度为175℃、注入压力为9.8MPa、固化时间为120秒的条件下，成型成直径50mm、厚3mm的圆盘状试验片，作为后固化而在175℃下处理8小时。测定试验片吸湿处理前与在纯水中煮沸24小时进行处理后的重量变化，试验片的吸水率用百分率表示。单位为％。
耐焊锡性：采用低压传送成型机，在模具温度为175℃、注入压力为8.3MPa、固化时间为120秒的条件下，成型160管脚LQFP，于175℃后固化8小时。160管脚LQFP，是使用封装尺寸为24×24mm、厚为1.4mm、硅芯片尺寸为7.0×7.0mm、引线框为在铜材料上实施了铜的薄镀的材料而制成。所得到的封装，于85℃、相对湿度85％的环境下，进行72小时(10个)及168小时(10个)加湿处理，然后，于260℃的焊锡槽中浸渍10秒。用显微镜观察外部裂缝，裂缝发生率[(裂缝发生率)＝(发生裂缝的封装数)/(全部封装数)×100]用％表示。
高温保管特性：采用传送成型机，在模具温度为175℃、压力为9.8MPa、固化时间为2分钟的条件下，成型成芯片尺寸为3.5×3.5mm的16pSOP，于175℃后固化8小时后，于185℃下进行高温保管试验。将配线间的电阻值相对于初始值增加20％的封装判断为不良，测定达到不良的时间。不良时间为n＝4的平均值，单位为小时。
高温工作特性：采用传送成型机，在模具温度为175℃、压力为9.8MPa、固化时间为2分钟的条件下，成型成芯片尺寸为3.5×3.5mm的16pSOP，于175℃后固化8小时后，在连接于雏菊链(daisy chain)的两端流通0.5A的直流电流，在该状态下进行185℃下的高温保管。将配线间的电阻值相对于初始值增加20％的封装判断为不良，测定达到不良的时间。不良时间为n＝4的平均值，单位为小时。
实施例2～11、比较例1～7
除按表1及表2进行配合外，与实施例1同样操作，得到环氧树脂组合物，并且用同样的评价方法进行评价。结果示于表1及表2。另外，在实施例1以外采用的成分如下所示。
邻甲酚酚醛清漆型环氧树脂：日本化药(株)制造，EOCN-1020-62，软化点62℃，羟基当量198。
芳烷基型环氧树脂：式(4)表示的环氧树脂，软化点58℃，羟基当量272。
二环戊二烯型环氧树脂：大日本インキ工业(株)制造，HP-7200，软化点60℃，羟基当量263。
溴化环氧树脂：日本化药(株)制造，BREN-S，软化点84℃，羟基当量273。
苯酚酚醛清漆型环氧树脂：软化点80℃，羟基当量104。
苯酚芳烷基树脂1：式(5)表示的酚醛树脂，软化点73℃，羟基当量200。
DBU：1，8-二氮杂双环(5，4，0)十一碳烯-7
球状熔融二氧化硅A：平均粒径为8μm、粒径75μm以上粒子的比例为0.5重量％，粒径64μm以上粒子的比例为1重量％，比表面积为5.4m2/g。
球状熔融二氧化硅C：平均粒径为18μm、粒径75μm以上粒子的比例为0.1重量％，粒径64μm以上粒子的比例为4重量％，比表面积为3.0m2/g。
球状熔融二氧化硅D：平均粒径为30μm、粒径75μm以上粒子的比例为0.8重量％，粒径64μm以上粒子的比例12重量％，比表面积为1.3m2/g。
氧化铝：平均粒径为20μm、粒径75μm以上粒子的比例为0.5重量％，粒径64μm以上粒子的比例为5重量％，为六角平面状结晶品。
氢氧化铝：平均粒径为3μm、粒径75μm以上粒子的比例为0重量％，粒径64μm以上粒子的比例为0.1重量％。
固体硅橡胶：以二甲基甲硅烷基为主成分的有机硅橡胶交联物(平均粒径12μm)。
液体硅油：其为在甲基甲硅烷基侧链接枝聚乙烯醚及聚丙烯醚的聚合物，并且聚乙烯醚及聚丙烯醚的聚合物的无甲基甲硅烷基的末端具有甲基或环氧基，并且二甲基硅含量为20％的硅油。
低应力化剂：丙烯腈、丁二烯改性橡胶(丙烯腈与丁二烯改性的比例为50∶50，平均粒径为3μm)。
氧化锌：平均粒径为0.5μm。
氢氧化镁：Mg(OH)2，平均粒径为3μm。
表1
| 实施例 | |||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | |||
| 联苯基型环氧树脂 | 5.65 | 4.71 | 3.60 | 4.27 | |||||||||
| 邻甲酚酚醛清漆型环氧树脂 | 7.13 | 1.80 | |||||||||||
| 芳烷基型环氧树脂 | 9.28 | 2.02 | 2.85 | 7.20 | 11.17 | 9.92 | 11.17 | 9.92 | |||||
| 二环戊二烯型环氧树脂 | 3.60 | ||||||||||||
| 溴化环氧树脂 | 0.50 | ||||||||||||
| 苯酚酚醛清漆型环氧树脂 | 2.54 | 3.80 | 1.63 | 1.20 | |||||||||
| 苯酚芳烷基树脂1 | 2.86 | 1.69 | 5.83 | 4.80 | 6.83 | 6.08 | 6.83 | 6.08 | |||||
| 苯酚芳烷基树脂2 | 5.35 | 2.86 | 3.80 | ||||||||||
| TPP | 0.20 | 0.20 | 0.25 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | ||||
| DPU | 0.15 | 0.15 | |||||||||||
| 球状熔融二氧化硅A | 50.00 | 60.00 | |||||||||||
| 球状熔融二氧化硅B | 86.50 | 20.00 | 77.50 | 20.00 | 20.00 | 20.00 | 20.00 | ||||||
| 球状熔融二氧化硅C | 57.00 | 86.05 | 70.00 | 50.00 | 50.00 | 50.00 | 50.00 | ||||||
| 球状熔融二氧化硅D | 23.00 | 16.00 | 16.05 | 8.50 | 5.00 | ||||||||
| 氧化铝 | AL含量52.9％ | 2.00 | 7.50 | ||||||||||
| 球状氧化铝 | AL含量52.9％ | 1.50 | 4.00 | 5.00 | 5.00 | 5.00 | 5.00 | 5.00 | |||||
| 氢氧化铝 | AL含量36.0％ | 2.00 | 2.50 | 2.50 | 1.50 | 4.00 | 4.00 | 4.00 | 4.00 | ||||
| 固态硅橡胶 | 2.00 | 2.00 | 1.00 | ||||||||||
| 液体硅油 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | ||||||||||
| 低应力化剂 | 1.00 | ||||||||||||
| γ-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | ||
| 巴西棕榈蜡 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | ||
| 炭黑 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | ||
| AL含有率 | wt％ | 0.79 | 2.12 | 0.72 | 1.06 | 4.87 | 3.55 | 0.54 | 4.09 | 4.09 | 4.09 | 4.09 | |
| 旋流 | cm | 115 | 125 | 130 | 120 | 120 | 100 | 130 | 125 | 145 | 135 | 140 | |
| 玻璃化转变温度(Tg) | ℃ | 125 | 125 | 130 | 130 | 125 | 145 | 135 | 125 | 125 | 125 | 125 | |
| 弯曲强度(260℃) | MPa | 20.0 | 17.0 | 18.5 | 18.0 | 17.5 | 17.5 | 17.0 | 16.5 | 17.5 | 16.0 | 17.0 | |
| 弯曲弹性系数(260℃) | MPa | 700 | 600 | 750 | 800 | 800 | 900 | 700 | 550 | 450 | 500 | 450 | |
| 煮沸吸水率 | wt％ | 0.16 | 0.16 | 0.17 | 0.16 | 0.16 | 0.16 | 0.17 | 0.17 | 0.18 | 0.17 | 0.18 | |
| 耐焊锡性 c-72小时/85℃/85％ | ％ | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 20 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| c-168小时/85℃/85％ | ％ | 20 | 0 | 30 | 40 | 10 | 100 | 100 | 0 | 10 | 0 | 10 | |
| 高温保管特性(HTSL) | 185℃ | 小时 | ＞1000 | ＞1000 | ＞1000 | ＞1000 | ＞1000 | ＞1000 | ＞1000 | ＞1000 | ＞1000 | ＞1000 | ＞1000 |
| 高温工作特性(HTOL) | 185℃0.5A | 小时 | 60 | 72 | 54 | 48 | 72 | 72 | 56 | 108 | 96 | 108 | 96 |
表2
| 实施例 | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |||
| 联苯基型环氧树脂 | 5.65 | 4.71 | 3.60 | 4.27 | |||||
| 邻甲酚酚醛清漆型环氧树脂 | 1.80 | ||||||||
| 芳烷基型环氧树脂 | 9.28 | 2.02 | 2.85 | 7.20 | 11.17 | ||||
| 二环戊二烯型环氧树脂 | 3.60 | ||||||||
| 溴化环氧树脂 | |||||||||
| 苯酚酚醛清漆型环氧树脂 | 2.54 | 3.80 | 1.20 | ||||||
| 苯酚芳烷基树脂1 | 2.86 | 1.69 | 5.83 | 4.80 | 6.83 | ||||
| 苯酚芳烷基树脂2 | 5.35 | 2.86 | |||||||
| TPP | 0.20 | 0.20 | 0.25 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | |||
| DPU | 0.15 | ||||||||
| 球状熔融二氧化硅A | 50.00 | 70.00 | |||||||
| 球状熔融二氧化硅B | 88.00 | 20.00 | 77.50 | 20.00 | |||||
| 球状熔融二氧化硅C | 57.00 | 61.00 | |||||||
| 球状熔融二氧化硅D | 23.00 | 16.00 | 86.05 | 16.05 | 5.00 | ||||
| 氧化铝 | AL含量52.9％ | 2.00 | |||||||
| 氧化锌 | 2.00 | 1.50 | |||||||
| 氢氧化镁 | 4.00 | ||||||||
| γ-缩水甘油基丙基三甲氧基硅烷 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | ||
| 巴西棕榈蜡 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | ||
| 炭黑 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | ||
| AL含有率 | wt％ | 0 | 0 | 0 | 1.06 | 0 | 0 | 0 | |
| 旋流 | cm | 115 | 105 | 120 | 100 | 100 | 130 | 120 | |
| 玻璃化转变温度(Tg) | ℃ | 120 | 110 | 130 | 140 | 120 | 130 | 125 | |
| 弯曲强度(260℃) | MPa | 20.0 | 16.0 | 18.5 | 18.0 | 17.5 | 17.0 | 17.0 | |
| 弯曲弹性系数(260℃) | MPa | 700 | 650 | 750 | 950 | 800 | 700 | 800 | |
| 煮沸吸水率 | wt％ | 0.16 | 0.17 | 0.18 | 0.18 | 0.16 | 0.18 | 0.17 | |
| 耐焊锡性 c-72小时/85℃/85％ | ％ | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
| c-168小时/85℃/85％ | ％ | 10 | 10 | 30 | 30 | 20 | 100 | 0 | |
| 高温保管特性(HTSL) | 185℃ | 小时 | ＞1000 | ＞1000 | ＞1000 | ＞1000 | ＞1000 | ＞1000 | ＞1000 |
| 高温工作特性(HTOL) | 185℃0.5A | 小时 | 18 | 18 | 6 | 24 | 12 | 12 | 24 |
产业上的可利用性
按照本发明，由于可以得到高温保管特性、高温工作时的可靠性均优良的环氧树脂组合物，故可适于高温环境下使用的半导体装置，例如适用于汽车发动机室内或车体内的半导体装置等中。
Claims (10)
1.一种半导体封固用环氧树脂组合物，其为以(A)环氧树脂、(B)酚醛类树脂、(C)固化促进剂、(D)二氧化硅、以及(E)氧化铝及/或氢氧化铝为必须成分的环氧树脂组合物，其特征在于，在该环氧树脂组合物中，铝元素的含有率为0.25重量％以上5重量％以下，平均粒径为25μm以下的二氧化硅在全部二氧化硅中占70重量％以上。
2.按照权利要求1所述的半导体封固用环氧树脂组合物，其特征在于，在环氧树脂组合物中还含有0.5重量％以上5重量％以下的(F)25℃下为固体的硅橡胶及/或25℃下为液体的硅油。
3.按照权利要求1所述的半导体封固用环氧树脂组合物，其特征在于，在全部环氧树脂(A)中含有40～100重量％的用下述通式(1)表示的环氧树脂，
式中，R1、R2、R3、R4为氢原子或碳原子数1～4的烷基，彼此相同或相异，a及d分别为0～3的整数，b及c分别为0～4的整数，m为平均值且表示正数。
4.按照权利要求1所述的半导体封固用环氧树脂组合物，其特征在于，在全部酚醛类树脂(B)中含有40～100重量％的用下述通式(2)表示的酚醛树脂及/或用下述通式(3)表示的酚醛树脂，
式(2)中，R5、R6、R7、R8为氢原子或碳原子数1～4的烷基，彼此相同或相异，e及h分别为0～3的整数，f及g分别为0～4的整数，n为平均值且表示正数，
式(3)中，R9、R10、R11为氢原子或碳原子数1～4的烷基，彼此相同或相异，i及k分别为0～3的整数，j为0～4的整数，x为平均值且表示正数。
5.按照权利要求1所述的半导体封固用环氧树脂组合物，其特征在于，所述氧化铝及氢氧化铝的平均粒径为25μm以下。
6.按照权利要求1所述的半导体封固用环氧树脂组合物，其特征在于，所述氧化铝为球状氧化铝。
7.按照权利要求1所述的半导体封固用环氧树脂组合物，其特征在于，该半导体封固用环氧树脂组合物用于在超过150℃的高温环境下使用的半导体装置的封同。
8.一种半导体装置，其特征在于，该半导体装置采用权利要求1～7中任一项所述的环氧树脂组合物封固半导体元件而制成。
9.按照权利要求8所述的半导体装置，其特征在于，所述半导体元件用金线接合在引线框或基板上。
10.按照权利要求8所述的半导体装置，其特征在于，该半导体装置在超过150℃的高温环境下使用。
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