DE3042093A1 - Formmasse fuer halbleitervorrichtungen - Google Patents

Formmasse fuer halbleitervorrichtungen

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DE3042093A1 DE19803042093 DE3042093A DE3042093A1 DE 3042093 A1 DE3042093 A1 DE 3042093A1 DE 19803042093 DE19803042093 DE 19803042093 DE 3042093 A DE3042093 A DE 3042093A DE 3042093 A1 DE3042093 A1 DE 3042093A1
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
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Description

TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA KAWASAKI, JAPAN
Dr. F/to
Formmasse für Halbleitervorrichtungen
Die Erfindung betrifft ein Harzeinkapselungsmittel für Halbleitervorrichtungen, das die Spannungen bei versiegelten Halbleitervorrichtungen zu vermindern vermag.
Harzmassen zum Versiegeln von Halbleitern, mit deren Hilfe
1. Die thermische Leitfähigkeit
2. Das Volumen bzw. die Masse von Halbleitervorrichtungen verbessert und
3. Der thermische Ausdehnungskoeffizient von Halbleitervorrichtungen so weit vermindert werden soll, daß er sich dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten der sonstigen vorhandenen Materialien nähert,
enthalten in der Regel anorganische Füllstoffe. Als Füllstoff wird in der Regel Siliziumdioxid verwendet, da dieses in relativ hoher Reinheit verfügbar ist und einen geringen thermischen Ausdehnungs oeffizenten aufweist.
Bei solchen üblichen, Siliziumdioxid enthaltenden Dichtungsharzen kommt es jedoch infolge Spannungen in höchst unzweck-
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mäßiger Weise zu großen Verformungen im Bereich von
2
1200-1500 kg/cm . Hierdurch treten insbesondere bei einigen Arten bipolarer linearer integrierter Schaltkreise dahingehend Schwierigkeiten auf, daß sich der Diffusionswiderstand und folglich sämtliche Eigenschaften ändern oder daß der Herstellungsspielraum geringer wird, das heißt, der Produktionsausschuß infolge Bruch steigt. Nachteilig an solchen Harzen ist ferner, daß durch Ansteigen der Größe des Niederfrequenzrauschens die Benutzung rauscharraer integrierter Schaltkreise Schwierigkeiten bereitet, daß sich die Herstellungskosten nicht senken lassen und daß das Rauschverhalten der in das betreffende Harz eingekapselten Vorrichtungen beim Versiegeln schlechter wird.
Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, wurde bereits versucht, als Harzgrundlage ein weiches biegsames Harz, z.B. ein Siliconharz, einzusetzen.
Nachteilig daran ist jedoch, daß die betreffenden Vorrichtungen bruchanfällig sind und ihre Eigenschaften ändern, wenn die mit einem solchen Harz versiegelten Vorrichtungen in ein elektronisches Gerät eingesetzt und mit Schrauben befestigt werden.
Der Erfindung lag die Aufgable zugrunde, eine Formmasse für Halbleitervorrichtungen anzugeben, mit deren Hilfe sich die Verformungen von Halbleiterelementen oder -vorrichtungen auf ein Mindestmaß senken lassen und durch die die verschiedensten Eigenschaften der Halbleitervorrichtungen, z.B. deren Diffusionswiderstand und Wert für das Niederfrequenzrauschen, nicht beeinträchtigt werden.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß man die Verformung des Formharzes merklich verringern kann, wenn man an Stelle von üblicherweise als Füllstoff in Dichtungsharzen
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verwendetem kristallisierten Siliziumdioxid oder aufgeschmolzenem Siliziumdioxid mit dreidimensionaler Netzwerkstruktur ein Silicat mit Doppelketten- bzw. Bandstruktur oder zweidimensionaler Schichtengitterstruktur verwendet.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine 'Formmasse für Halbleitervorrichtungen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus einer Harzgrundlage und einem darin als Füllstoff dispergierten Silicat mit Doppelketten- bzw. Bandstruktur oder zweidimensionaler Schichtengitterstruktur besteht.
Das üblicherweise (als Füllstoff) eingesetzte Siliziumdioxid besitzt als Kristallstruktur eine dreidimensionale Tetraeder-, z.B. SiO.-Netzwerkstruktur. Vermutlich ist hierbei die erhöhte Verformung darauf zurückzuführen, daß eine solche Struktur bei hoher Härte die Spannungen nicht aufzunehmen vermag. Andererseits kann es bei einem Silicat mit Doppelketten- bzw. Bandstruktur oder zweidimensionaler Schichtengitterstruktur bei Einwirkung eines äußeren Drucks zu einer beachtlichen Verschiebung oder Dislokation in der Doppelketten- bzw. Bandstruktur oder zweidimensionalen Schichtengitterstruktur kommen, wodurch die Verformung geringer wird.
Als Harzgrundlage einer Formmasse gemäß der Erfindung eignet sich beispielsweise ein wärmehärtbares Harz, dessen Härte in Kombination mit dem darin enthaltenen Füllstoff nach dem Härten über 80 (Barcol-Härte) liegt. Beispiele für geeignete Harzgrundlagen sind Phenolnovolakepoxyharze und andere harte Harze, wie sie üblicherweise in Dichtungsmassen als Harzgrundlage verwendet werden, z.B. Epoxyharze vom Säureanhydrid-Typ, Siliconharze und polymere Silicone.
Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Silicate mit Doppel-
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ketten- bzw. Bandstruktur sind Silicate der Pyroxengruppe der Konstitutionsformel M SiO,, wie Enstatit (MgSiO.,), Wollastonit (CaSiO3) oder Rhodonit(CaMn4 (SiO3)A oder der Amphibolgruppe, wie Anthophyllit /pig, Fe) , (OH-) (Si4O11J2J und Tremolit /^Ca3Mg2 (OH) 2 (Si4O11) 2 J . Beispiele für verwendbare Silicate mit zweidimensionaler Schichtengitterstruktur sind Kaolinit, Talkum und andere leicht spaltbare Silicate. Das bevorzugte Silicat ist Enstatit, da bei seiner Verwendung die Verformung am weitestgehenden zu verringern ist und da es einen großen spezifischen Hochtemperaturvolumenwiderstand aufweist.
Vorzugsweise sollten möglichst reine Silicate, insbesondere solche eines Alkaligehalts (K und/oder Na) unter 500 ppm, verwendet werden, da diese Silicate Aluminiumelektroden nicht korrodieren.
Bezogen auf die Gesamtmenge Silicat und Harzgrundlage sollte die Silicatmenge vorzugsweise etwa 60-80 % betragen. Wenn der Silicatanteil unter 60 % liegt, kann der Gesamtwärmeausdehnungskoeffizient des Harzes nicht ausreichend verringert werden. Wenn andererseits der Silicatanteil über 80 % liegt, steigt die Viskosität beim Heißpressen (d.h. bei der Formgebung) zu stark an, was häufig zu Beschädigungen der Zuleitungen führt.
Neben dem Silicat kann man der Formmasse gemäß der Erfindung auch geeignete Mengen an die Flammbeständigkeit verbessernden Mitteln, wie Antimontrioxid, und sonstige übliche Zusätze, wie Farbstoffe und Formtrennmittel zusetzen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Beispiels näher erläutert.
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Beispiel
Durch zehnminütiges Durchkneten von jeweils 100 Gewichtsteilen eines Phenolnovolakepoxyharzes eines Epoxyäquivalents von 230, 50 Gewichtsteilen eines Phenolnovolakharzes (Härtungsmittel) eines Molekulargewichts von 700-800, 3 Gewichtsteilen 2-Heptadecylimidazol (Härtungsbeschleuniger), 0,5 Gewichtsteil Ruß (Färbemittel), 365 Gewichtsteilen Carnaubawachs (Formtrennmittel) und jeweils eines der in der folgenden Tabelle angegebenen Silicats (Füllstoff) auf einer Knetwalze von einer Temperatur von 80° C und Vermählen des erhaltenen Gemischs beim Abkühlen erhält man jeweils ein Dichtungsharzpulver.
Dieses Dichtungsharzpulver wird zur Versiegelung eines bipolaren integrierten Schaltkreises herangezogen. Zur Versiegelung wird das Siegelharzpulver 3 min bei einer Temperatur von 1700C (durch Niederdruckpreßspritzen) einer Formgebung unterworfen und danach 8 h lang durch Erwärmen auf eine Temperatur von 170° C ausgehärtet. Die Formgebung des Harzes erfolgt in üblicher bekannter Weise in einer 16 Stift-DIP-Form. Von jedem Harz werden seine Verformungseigenschaften und der Hochtemperaturvolumenwiderstand ermittelt. Die Ergebnisse finden sich in der folgenden Tabelle.
Kristallstruktur
Silicate
Art (Mineral)
Reinheit Anteil (Gehalt an ^n % Verunreini-
Eigenschaften der Formlinge
Spannungs- Hochteirperatu eigenschaf- volumenwiderten(Spannung) stand (100° C
Doppelketten Wbllastonit weniger als 26 2 I 12 r»T3T
bzw. Bandstruktuj 500 ppm 26 1000-1100 kg/cm 5x10 Λ
Enstatit weniger als 900-1000 kg/cm2 5χ1013-Ώ.·αΐ
500 ppm 26
Rhodonit weniger als 1000-1100 kg/cm2 3x101 2Xl -cn
1000 ppm
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— b
Fortsetzung der Tabelle
Kris tallstruktur
Silicate
Eigenschaften der Formlinge
Art (Mineral)
Reinheit
(Gehalt an
Verunreini-
Anteil in %
Spannungseigenschaf
ten (Spannung)
Hochtemperaturvolumenwiderstand
Kaolinit
Talkum		 weniger als
500 ppm
veniger als
500 ppm		 26
26		 1000-1050 kg/cm2
850-950 kg/cm2 		5x1012Jl-Cm
7x1012-ft-cm
Zweidimensionale
Schichtengitter-
struktur		 kristal
lisiertes
Silizium
dioxid		 500-1000 ppm 26 1400-1500 kg/cm2 4x1013Jl-cm
Dreidimensionale
Netzwerkstruktur		 aufge
schmolzenes
Silizium
dioxid		 weniger als
500 ppm		 26 1100-1200 kg/cm2 5x1013XI-cm
Die in der Tabelle enthaltenen Ergebnisse zeigen, daß eine erfindungsgemäße Formmasse weit bessere Ergebnisse hinsichtlich der Verformungseigenschaften liefert als übliche Formmassen. Auf diese Weise lassen sich Schwankungen in den Eigenschaften bipolarer integrierter Schaltkreise und das Rauschen rauscharmer integrierter Schaltkreise, die bzw. das auf die Verwendung der üblichen Dichtungsharze zurückzuführen sind bzw. ist, vermindern.
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Claims (7)

  1. Patentansprüche
    Formmasse für Halbleitervorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Harzgrundlage und einem darin als Füllstoff dispergierten Silicat mit Doppelketten- bzw. Bandstruktur (chain combination structure) oder zweidimensionaler Schichtengitterstruktur (twodimensional network structure) besteht.
  2. 2. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie (in Form der Mischung aus Harzgrundlage und Füllstoff) nach dem Härten eine Barcol-Härte von über 80 aufweist.
  3. 3. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Harzgrundlage ein wärmehärtbares Harz in Form
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    OFUGiIMAL INSPECTED
    eines Epoxyharzes vom Säureanhydrid-Typ, eines Siliconharzes und/oder eines polymeren Silicon/Epoxy-Harzes enthält.
  4. 4. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Silicat mit Doppelketten- bzw. Bandstruktur ein Silicat aus der Pyroxen- und/oder Amphibolgruppe enthält.
  5. 5. Formmasse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Silicat mit Doppelketten- bzw. Bandstruktur Enstatit enthält.
  6. 6. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Silicat mit zweidimensionaler Schichtengitterstruktur Kaolinit und/oder Talkum enthält.
  7. 7. Formmasse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie, bezogen auf die Gesamtmenge Silicat und Harzgrundlage, 60-80 % Silicat enthält.
    ORlGlHAL /NSPECTED 130022/0751
DE19803042093 1979-11-07 1980-11-07 Formmasse zum Umhüllen von Halbleiterelementen Expired DE3042093C2 (de)

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DE3042093C2 DE3042093C2 (de) 1985-06-13

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Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3527496A1 (de) * 1984-09-05 1986-03-13 Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo In kunststoff eingegossene halbleitereinrichtung

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1252321B (de) * 1961-06-16 1967-10-19
DE2700363A1 (de) * 1976-01-12 1977-07-14 Allied Chem Feuerhemmende epoxyharzformmasse und deren verwendung

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DE3042093C2 (de) 1985-06-13
GB2062646B (en) 1983-08-10
JPS5667948A (en) 1981-06-08
GB2062646A (en) 1981-05-28

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