DE4003842A1

DE4003842A1 - Epoxidharzmassen zum einkapseln von halbleitern

Info

Publication number: DE4003842A1
Application number: DE4003842A
Authority: DE
Inventors: Kazutoshi Tomiyoshi; Toshio Shiobara; Hatuji Shiraishi; Koji Futatsumori
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1989-02-09
Filing date: 1990-02-08
Publication date: 1990-08-16
Anticipated expiration: 2010-02-09
Also published as: DE4003842C2; US5137940A; KR900013006A; KR950005309B1

Description

Die Erfindung betrifft Epoxidharzmassen zum Einkapseln von Halbleitervorrichtungen.

Typische Epoxidharzmassen des Standes der Technik zum Einkapseln von Halbleitervorrichtungen sind Epoxidharzmassen mit darin vermischtem Härtungsmittel, wie Phenolharz, und anorgnaischen Füllstoff, wie Siliciumdioxid. Diese Epoxidharzmassen sind zum Einkapseln für Halbleitervorrichtungen vorteilhaft. Aufgrund ihrer niedrigen Schmelzviskosität und ihres hohen Schmelzfließvermögens im Vergleich zu anderen hitzehärtbaren Harzmassen, wie Phenolharzmassen, bewirken diese Epoxidharzmassen eine verbesserte Feuchtigkeitsbeständigkeit bei LSI, IC und Transistoren unter Herabsetzung von Beschädigungen an den darauf aufgebrachten feinen Mustern und Drähten.

Die jüngste Entwicklung, daß Siliciumchips vergrößert sind und der Abstand der Verdrahtungen verkleinert ist, erfordert die Annäherung des Ausdehnungskoeffizienten von Verkapselungsmassen für Halbleiter an den von Siliciumchips. Ein Versuch besteht darin, die Menge des in die Epoxidharzmasse eingemischten Füllstoffs zu erhöhen, um somit den Ausdehnungskoeffizienten der gehärteten Masse zu verringern.

Andererseits besteht der Wunsch nach einer fließfähigeren Einkapselungsmasse, um somit der Nachfrage nach größeren Mehrfachanschlußstift-Bausteinen entgegenzutreten. Im allgemeinen fließt die Epoxidharzmasse beim Anstieg der Menge des Füllstoffs nur gering, und sie läßt sich zudem unzulänglich verformen, wobei des öfteren Hohlräume und Drahtverschiebungen während des Verformens gebildet werden, was zu einem gehärteten Produkt mit geringer Feuchtigkeitsbeständigkeit führt. Es besteht daher ein Bedürfnis für die Entwicklung einer Epoxidharzmasse zum Einkapseln von Halbleitern, mit hohem Fließvermögen und Verformbarkeit, welche in der Lage ist, ein gehärtetes Produkt mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten zu bilden.

Bei Epoxidharzmassen aus einem Epoxidharz, einem Härtungsmittel und einem anorganischen Füllstoff sind bereits einige Lösungsversuche gemacht worden, indem man zur Verminderugn der Spannung an Modifikationsmittel auf der Basis von Silicon oder Polybutadien hinzugefügt hat oder die Menge an eingemischtem anorganischen Füllmittel zur Verminderung des Ausdehnungskoeffizienten erhöht hat. Diese Lösungsversuche haben, obwohl sie die Spannung vermindern können, einige Nachteile. Die Erhöhung der Menge an eingemsichtem anorganischen Füllstoff beeinflußt das Fließvermögen der Masse während des Verformens und die Feuchtigkeitsbeständigkeit des gehärteten Produkts beim Löten nach Feuchtigkeitsabsorption in ungünstiger Weise. Es ist daher schwierig, einen Kompromiß zwischen den wichtigen Funktionen für Einkapselungsmassen, wie niedrige Spannung, Feuchtigkeitsbeständigkeit beim Löten nach Feuchtigkeitsabsorption und Schmelzfließvermögen zu finden.

Es besteht außerdem eine weitere Nachfrage nach dünneren Halbleitervorrichtungen, welche für flache Bausteine und SOJ-Bausteine typisch sind. Wenn man dünne Halbleitervorrichtungen auf Leiterplatten anbringt, könnte die Gegenwart von Feuchtigkeit im Bauteil eine Wasserdampfexplosion hervorrufen, welche Risse im Bauteil und Hohlräume auf der Oberfläche des Siliciumchips hervorrufen würden.

Es besteht deshalb ein Bedarf hinsichtlich der Entwicklung einer Epoxidharzmasse zum Einkapseln von Halbleitern mit einem hohen Fließvermögen beim Verformen, welche in der Lage ist, ein gehärtetes Produkt mit geringer Spannung und verbesserter Lötbeständigkeit, insbesondere Feuchtigkeitsbeständigkeit und Rißbeständigkeit nach Feuchtigkeitsabsorption, zu bilden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Epoxidharzmasse zum Einkapseln von Halbleitern, mit hohem Fließvermögen und verbesserter Verformbarkeit zur Verfügung zu stellen, welche in der Lage ist, ein gehärtetes Produkt mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten zu bilden. Mit verbesserter Verformbarkeit ist gemeint, daß die Formmasse beim Verformen keine Defekte, wie Hohlräume und Drahtverschiebung, hervorruft.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Epoxidharzmasse zum Einkapseln für Halbleiter zur Verfügung zu stellen, die beim Verformen ein hohes Fließvermögen aufweist und in der Lage ist, ein gehärtetes Produkt mit niedriger Spannung und verbesserter Lötbeständigkeit nach Feuchtigkeitsabsorption, insbesondere Feuchtigkeitsbeständigkeit und Rißbeständigkeit nach Feuchtigkeitsabsorption in Kombination mit anderen Behandlungen einschließlich Löten, zu bilden.

Es ist gefunden worden, daß eine Epoxidharzmasse zum Einkapseln von Halbleitern, aus einem Epoxidharz, einem Härtungsmittel und einem Füllstoff verbessert wird, wenn man kugelförmiges (sphärisches) Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 5 bis 35 µm und einer spezifischen Oberfläche von bis zu 1,4 m²/g als Füllstoff, vorzugsweise in einer Menge von mindestens 20 Gew.-%, insbesondere mindestens 50 Gew.-% des gesamten Füllstoffs einmischt, wobei die Fraktion von Teilchen mit einer Teilchengröße von mindestens 75 µm auf bis zu 1 Gew.-% des gesamten Füllstoffs beschränkt ist. Wenn sogar die Menge an eingemischtem Füllstoff zu Verringerung des Ausdehnungskoeffizienten eines gehärteten Produkts erhöht ist, verliert die Masse nicht ihr Fließvermögen, oder verursacht auch keine Defekte beim Verformen, wie Hohlräume und Drahtverschiebungen beimn Verformen, so daß das entstandene gehärtete Produkt eine verbesserte Feuchtigkeitsbeständigkeit aufweist. Auf diese Weise erhält man eine Epoxidharzmasse zum Einkapseln von Halbleitern mit hohem Fließvermögen und verbesserter Verformbarkeit, welche in ein Produkt mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten gehärtet werden kann.

Die Erfindung betrifft als erste Ausführungsform eine Epoxidharzmasse zum Einkapseln von Halbleitern, aus einem Epoxidharz, einem Härtungsmittel und einem Füllstoff, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Füllstoff kugelförmiges Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 5 bis 35 µm und einer spezifischen Oberfläche bis zu 1,4 m²/g umfaßt. Der Anteil an Teilchen mit einer Teilchengröße von mindestens 75 µm beträgt bis zu 1 Gew.-% des gesamten Füllstoffs.

Es sind weiterhin Untersuchungen über anorganische Füllstoffe für Epoxidharzmassen zum Einkapseln von Halbleitern durchgeführt worden. Verschiedene Nachteile von Epoxidharzmassen des Standes der Technik konnten durch Verwendung einer Mischung aus (A) kugelförmigem Siliciumdioxid mit einer mittleren Tielchengröße von 5 bis 35 µm, (B) kugelförmigem Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 0,1 bis 2 µm und (C) gemahlenem Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 2 bis 15 µm als anorganischer Füllstoff, vorzugsweise einer Mischung aus 20 bis 80 Gew.-% kugelförmigem Siliciumdioxid (A), 1 bis 20 Gew.-% kugelförmigem Siliciumdioxid (B) un d20 bis 80 Gew.-% gemahlenem Siliciumdioxid (C), bezogen auf das Gesamtgewicht des Füllstoffes, beseitigt werden. Auf diese Weise erhält man eine Epoxidharzmasse zum Einkapseln von Halbleitern mit hohem Fließvermögen beim Verformen, welche in ein Produkt mit geringer Spannung und verbesserter Lötbeständigkeit nach Feuchtigkeitsabsorption gehärtet werden kann.

Die Erfindung betrifft als zweite Ausführungsform eine Epoxidharzmasse zum Einkapseln von Halbleitern, aus einem Epoxidharz, einem Härtungsmittel und einem anorganischen Füllstoff, worin der anorganische Füllstoff (A) kugelförmiges Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 5 bis 35 µm, (B) kugelförmiges Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 0,1 bis 2 µm und (C) gemahlenes Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 2 bis 15 µm umfaßt.

Die erfindungsgemäße Epoxidharzmasse zum Einkapseln von Halbleitern enthält ein Epoxidharz, ein Härtungsmittel und einen anorganischen Füllstoff.

Das vorliegend verwendete Epoxidharz ist nicht besonders beschränkt, soweit es mindestens zwei Epoxidgruppen in seinen Molekülen aufweist. Beispiele dafür schließen Ortho-Kresol-Epoxidharze vom Novolak-Typ, phenolische Epoxidharze vom Novolak-Typ, cycloaliphatische Epoxcidharze, Epoxidharze vom Bisphenol- Typ, substituierte oder unsubstituierte Epoxidharze vom Triphenolalkan- Typ und halogenierte Vertreter der vorstehenden Epoxidharze alleine und eine Mischung aus zwei oder mehreren von ihnen ein. Bevorzugt sind Kresol-Epoxidharze vom Novolak-Typ und phenolische Epoxidharze vom Novolak-Typ.

Das Härtungsmittel kann im Einklang mit dem speziellen Typ des Epoxidharzes ausgewählt werden. Typische Beispiele sind Amin- und Acetanhydridhärtungsmittel sowie phenolische Novolak-Härtungsmittel. Die phenolischen Novolak- Härtungsmittel sind insbesondere bevorzugt im Hinblick auf die Verformbarkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit der Epoxidharzmasse. Beispiele für phenolische Novolak-Härtungsmittel sind Novolak-Phenolharze und Novolak-Kresolharze.

Das Härtungsmittel kann in nicht-eingeschränkter Menge eingemischt werden. Wenn das Härtungsmittel ein Phenol-Novolak-Härtungmittel ist, dann wird es vorzugsweise in der Weise eingemischt, daß das Molverhältnis der Epoxidgruppe im Epoxidharz zur phenolischen Hydroxylgruppe im Härtungsmittel im Bereich von 2 : 1 bis 2 : 3 liegt.

Ein Härtungsbeschleunigungsmittel kann vorzugsweise in die Masse zur Beschleunigung der Reaktion zwischen dem Epoxidharz und dem Härtungsmittel eingemischt werden. Beispiele für Härtungsbeschleunigungsmittel schließen Imidazole, Undecen-Verbindungen, wie 1,8-Diazabicyclo-(5,4,0)-7-undecen (DBU), Phosphinverbindungen, wie Triphenylphosphin, tertiäre Amine und Cycloamidine allein und Mischungen davon ein. Die Menge des eingemischten Härtungsbeschleunigungsmittels ist nicht besonders eingeschränkt und kann in wirksamen Mengen verwendet werden.

Weiterhin kann ein Siliconpolymer vorzugsweise in die erfindungsgemäße Epoxidharzmasse eingemischt werden, um somit die Spannungen herabzusetzen. Mit dem hinzugefügten Siliconpolymer weist das gehärtetes Produkt im Wärmeschocktest ein vermindertes Auftreten von Rissen in den Bausteinen auf. Beispiele für Siliconpolymere schießen Siliconöle, Siliconharze, Siliconkautschuks, wobei jeweils eine Epoxid-, Amino-, Carbonyl-, Hydroxyl-, Hydrosilyl- oder Vinylgruppe vorhanden ist, und Copolymere aus diesen Siliconpolymeren mit organischen Polymeren, wie Phenol-Novolak-Harze und epoxidierte Phenol-Novolak- Harze, ein.

Das Siliconpolymer kann in Mengen von 1 bis 50 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile der Gesamtmenge von Epoxidharz und Härtungsmittel eingemischt werden.

Erfindungsgemäß wird ein spezifischer Siliciumdioxidfüllstoff als anorganischer Füllstoff in die Epoxidharzmasse zum Einkapseln von Halbleitern, welche das Epoxidharz und das Härtungsmittel als wesentliche Bestandteile und das oben beschriebene Härtungsbeschleunigungsmittel als wahlweisen Bestandteil enthält, eingemischt.

Der vorliegend verwendete Füllstoff weist einen Anteil von Teilchen mit einer Teilchengröße von mindestens 75 µm, welcher bis zu 1% beschränkt sein sollte, vorzugsweise bis zu 0,5 Gew.-% des gesamten Füllstoffs, auf, und der Füllstoff umfaßt das nachfolgend beschriebene spezifische kugelförmige Siliciumdioxid.

Das vorliegend verwendete kugelförmige Silicumdioxid weist eine mittlere Teilchengröße von 5 bis 35 µm, vorzugsweise 8 bis 32 µm und eine spezifische Oberfläche bis zu 1,4 m²/g, vorzugsweise 0,4 bis 1 m²/g auf, wobei der Anteil von Siliciumdioxidteilchen mit einer Teilchengröße von 75 µm oder größer bis zu 2%, vorzugsweise bis zu 1 Gew.-% des gesamten kugelförmigen Siliciumdioxid beträgt.

Wenn mehr als 1 Gew.-% von grobkörnigen Teilchen mit einer Teilchengröße von mindestens 75 µm im gesamten Füllstoff vorhanden sind, dann könnte das gehärtete Produkt die Oberfläche des Halbleiterchips beschädigen, was zu einem Verlust der Feuchtigkeitsbeständigkeit führt. Wenn die mittlere Teilchengröße des kugelförmigen Siliciumdioxids weniger als 5 µm beträgt, dann weist das gehärtete Produkt im Wärmekreislauf eine geringere Rißbeständigkeit auf. Wenn die mittlere Teilchengröße des kugelförmigen Siliciumdioxids mehr als 35 µm beträgt, dann könnte beim Formen eine Drahtverschiebung auftreten. Kugelförmiges Siliciumdioxid mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 1,4 m²/g führt zu einer Masse mit geringer Fließfähigkeit.

Man erhält das kugelförmige Siliciumdioxid nach einer Vielzahl von Verfahren, einschließlich Schmelzen von natürlichem Quartz, Hydrolyse oder Heißschmelzen von gereinigtem Chlorsilan oder Alkoxysilan und Solgel-Verfahren.

In der Praxis kann das oben beschriebene kugelförmige Siliciumdioxid erfindungsgemäß allein als Füllstoff verwendet werden. Solange der niedrige Ausdehnungskoeffizient und das hohe Fließvermögen der Masse nicht ungünstig beeinflußt wird, können andere Arten von Siliciumdioxid, wie gemahlenes geschmolzenes Siliciumdioxid, kugelförmiges Siliciumdioxid mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 1 m²/g und pyrogenes Siliciumdioxid zu dem oben beschriebenen kugelförmigen Siliciumdioxid hinzugefügt werden. In diesem Fall kann das spezifische kugelförmige Silicumdioxid in einer größeren Menge von mindestens 20 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 50 Gew.-% des Gesamtgewichts des Füllstoffs eingemischt werden, da ansonsten kleinere Mengen manchmal eine Masse ergeben, die ein geringes Fließvermögen und eine geringe Verformbarkeit aufweist.

Hinsichtlich der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird eine Mischung aus (A) kugelförmigem Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 5 bis 35 µm, vorzugsweise 8 bis 32 µm, (B) kugelförmigem Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 0,1 bis 2 µm, vorzugsweise 05, bis 1,5 µm und (C) gemahlenem Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 2 bis 15 µm, vorzugsweise 3 bis 12 µm, als Füllstoff verwendet. Die Verwendung von diesen drei Siliciumdioxid-Arten schafft eine Epoxidharzmasse mit Fließvermögen und auch Lötbeständigkeit nach Feuchtigkeitsabsorption, wodurch ein gehärtetes Produkt mit geringen Spannungen zur Verfügung gestellt wird.

Das kugelförmige Siliciumdioxid (A) weist vorzugsweise eine spezifische Oberfläche bis zu 2,5 m²/g, vorzugsweise 0,4 bis 1,4 m²/g auf, da die Masse außerdem ein verbessertes Fließvermögen aufweist. Das vorstehend beschriebene kugelförmige Siliciumdioxid ist in Verbindung mit der ersten Ausführungsform am meisten bevorzugt. Die Menge an eingemischtem kugeklförmigen Siliciumdioxid (A) liegt im Bereich von 20 bis 80%, insbesondere 20 bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des gesamten anorganischen Füllstoffs. Massen mit einem Füllstoff, der weniger als 20 Gew.-% kugelförmiges Siliciumdioxid (A) enthält, kann manchmal ein geringes Fließvermögen zeigen, währenddessen Massen mit Füllstoff, der mehr als 80 Gew.-% kugelförmiges Siliciumdioxid (A) aufweist manchmal eine geringe Lötbeständigkeit nach Feuchtigkeitsabsorption aufweisen.

Kugelförmiges Siliciumdioxid (B) bewirkt die Verbesserung des Fließvermögens der Masse, wenn dieses zu dem kugelförmigen Siliciumdioxid (A) hinzugefügt wird. Das kugelförmige Siliciumdioxid (B) weist vorzugsweise eine spezifische Oberfläche von bis zu 15 m²/g, vorzugsweise 4 bis 10 m²/g auf, wodurch die Masse weiterhin hinsichtlich ihrer Fließfähigkeit verbessert wird. Die Menge an eingemischtem kugelförmigen Siliciumdioxid (B) liegt im Bereich von 1 bis 20%, insbesondere 5 bis 15%, bezogen auf das Gewicht des gesamten anorganischen Füllstoffs. Massen mit Füllstoff, die weniger als 1 Gew.-% kugelförmiges Siliciumdioxid (B) enthalten, können manchmal ein unzureichendes Fließvermögen aufweisen, währenddessen Massen mit Füllstoff, der mehr als 20 Gew.-% kugelförmiges Siliciumdioxid (B) enthält, manchmal eine geringe Lötbeständigkeit nach Feuchtigkeitsabsorption aufweisen.

Gemahlenes Siliciumdioxid (C) bewirkt die Verbesserung der Löteigenschaften eines gehärteten Produkts nach Feuchtigkeitabsorption ohne die Fließfähigkeit der Masse zu beeinflussen. Das gemahlene Siliciumdioxid ist nicht besonders eingeschränkt, solange es eine mittlere Teilchengröße von 2 bis 15 µm aufweist.

Man erhält das gemahlene Siliciumdioxid vorzugsweise durch feines Zerkleinern von kugelförmigem Siliciumdioxid.

Das kugelförmige Siliciumdioxid, aus dem das gemahlene Siliciumdioxid (C) hergestellt wird, ist nicht besonders eingeschränkt, wobei allerdings kugelförmige Siliciumdioxidteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 20 bis 50 µm und kugelförmgie Siliciumdioxidteilchen mit einer Teilchengröße von mindestens 75 µm bevorzugt sind. Diese kugelförmigen Siliciumdioxidteilchen können nach allgemein bekannten Verfahren fein zerkleinert werden, wobei das Mahlen in der Kugelmühle bevorzugt ist. Es versteht sich, daß das gemahlene Siliciumdioxid, das durch Mahlen von kugelförmigen Siliciumdioxid erhalten wird, eine Masse ist, die kugelförmige Siliciumdioxidteilchen, deren Oberfläche aufgerauht ist, halbkugelförmige Stücke, die aus Teilung von Teilchen entstanden sind, halbkugelförmige Stücke mit abgerundeten Ecken und andere Stücke mit irregulärer Gestalt umfaßt.

Die Menge des eingemischten gemahlenen Siliciumdioxids (C) liegt im Bereich von 20 bis 80%, insbesondere von 20 bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des gesamten anorganischen Füllstoffs. Massen mit Füllstoff, der weniger als 20 Gew.-% gemahlenes Siliciumdioxid (C) enthält, können manchmal eine geringe Lötbeständigkeit des gehärteten Produkts nach Feuchtigkeitsabsorption aufweisen, währenddessen Massen mit Füllstoff, der mehr als 80 Gew.-% gemahlenes Siliciumdioxid (C) enthält, manchmal zu einer geringen Fließfähigkeit führen.

Zusätzlich zu der oben beschriebenen Siliciumdioxidmischung können, solange das Ziel der Erfindung erreicht wird, alle gewünschten anorganischen Füllstoffe, wie Glasfasern, in die vorliegende Masse eingemischt werden.

Das Siliciumdioxid und die anderen anorganischen Füllstoffe können mit Haftmitteln, wie γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan auf herkömmliche Weise vor dem Einmsichen in die Masse oberflächenbehandelt werden.

In der bevorzugten erfindungsgemäßen Masse sind 250 bis 700 Teile, insbesondere 300 bis 550 Gew.-Teile des Füllstoffs pro 100 Gew.-Teile der Gesamtmenge von Epoxidharz und Härtungsmittel vorhanden.

Zusätzlich zu den oben genannten Bestandteilen kann die erfindungsgemäße Masse weiterhin, falls erwünscht, verschiedene gut bekannte Zusatzstoffe enthalten. Die Zusatzstoffe schließen Trennmittel, z. B. Wachse, wie Carnauba- Wachs und Fettsäuren, wie Sterinsäure und deren Metallsalze; Pigmente, wie Ruß, Kobaltblau und rotes Eisenoxid; Flammverzögerungsmittel, wie Antimonoxid und Halogenide, Haftmittel, wie Epoxysilan, Vinylsilan, Borverbindungen und Alkyltitanate; Antioxidantien und dergleichen allein oder Mischungen davon ein.

Die erfindungsgemäße Epoxidharzmasse kann beispielsweise durch gleichförmiges Vermsichen der Mengen der oben genannten notwendigen Bestandteile, Vermahlen der Mischung in einer auf 70 bis 95% vorgeheizten Mahlvorrichtung, wie eine Knetvorrichtung, Walzmühle und Extruder, Abkühlen der Mischung und Zerkleinern der Mischung hergestellt werden. Ein bevorzugtes Verfahren ist das Schmelzmischen unter Verwendung einer Mischwalze oder eines Extruders. Die Reihenfolge des Mischens der Bestandteile ist nicht kritisch.

Die erfindungsgemäße Epoxidharzmasse wird zum Einkapseln von Halbleitervorrichtungen, wie IC, LSI, Transistoren, Thyristoren und Dioden als auch bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen verwendet.

Die Halbleitervorrichtungen können nach gut bekannten Verformungsverfahren, wie Preßspritzen, Spritzgießen und Vergießen, eingekapselt werden. Sehr oft wird die Epoxidharzmasse bei Temperaturen von 150 bis 180°C verformt und bei Temperaturen von 150 bis 180°C während 2 bis 16 Stunden nachgehärtet.

Beispiele

Die erfindungsgemäßen Beispiele sind nicht einschränkend und dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung. Wenn nichts anderes angegeben ist, sind alle Teile und Prozentangaben auf das Gewicht bezogen.

Beispiele 1 bis 4 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5

Man stellt eine Grundmasse her, indem man 58 Teile eines epoxidierten Novolak- Kresolharzes mit einem Epoxidäquivalent von 200 und einem Erweichungspunkt von 65°C, 6 Teile bromiertes epoxidiertes Novolak-Phenolharz mit einem Epoxidäquivalent von 280, 36 Teilen eines Novolak-Phenolharzes mit einem Phenoläquivalent von 110 und einem Erweichungspunkt von 80°C, 0,7 Teile Triphenylphosphin, 10 Teile Antimontrioxid, 1,5 Teile Carnauba-Wachs, 1,6 Teile γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan und 1 Teil Kohlenstoff vermischt. Man stellt die Epoxidharzmassen her, indem man die Grundmasse mit den verschiedenen in Tabelle 1 gezeigten Arten von Siliciumdioxid in den in Tabelle 2 gezeigten Mengen vermischt, wobei das Siliciumdioxid mit 0,6% γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan oberflächenbehandelt worden ist. Man vermischt die Mischung unter Schmelzen in einer Mischwalze bei 80°C während 5 Minuten, überführt in Platten- bzw. Folienform, kühlt herunter und zerkleinert. Mit den in dieser Weise erhaltenen Massen führt man folgende Tests durch:
Die Ergebnisse sind der Tabelle 2 zu entnehmen.

(i) Spiralfließfähigkeit (Fließfähigkeit der Masse in einer Spirale, spiral flow)
Man mißt die Spiralfließfähigkeit bei 175°C und 686 N/cm² (70 kgf/cm²) unter Verwendung einer Form nach dem EMMI-Standard.
(ii) Ausdehnungskoeffizient
Man formt ein Teststück von 5×5×5 mm bei 175°C während 2 Minuten und härtet bei 180°C während 4 Stunden nach. Man mißt den Ausdehnungskoeffizienten dieses Teststücks unter Verwendung einer Agne-Testvorrichtung (Sinku Riko K. K.), währenddem man es mit einer Geschwindigkeit von 5°C/Min. über einem Bereich von 25°C bis 250°C erhitzt.
(iii) Verformungsdefekt (charging defect)
Man kapselt ein 600 mil-DIP-Gehäuse (DIP frame) mit 64 Anschlußstiften mit der Masse bei 175°C, 686 N/cm² (70 kgf/cm²) und einer Vorerhitzungstemperatur von 85°C ein. Man untersucht die Formlinge nach Vorhandensein von Hohlräumen, wobei Formstücke mit Hohlräumen von 0,5 mm oder größer als ungeeignet angesehen werden.
(iv) Drahtfluß (wire flow)
Man kapselt ein flaches Bausteingehäuse mit 100 Anschlußstiften mit den Abmessungen von 14×20×2,7 mm (Dicke) mit der Masse bei 175°C, 686 N/cm² (70 kgf/cm²) und einer Vorerhitzungstemperatur von 85°C ein. Man beobachtet den Golddrahtfluß mit weichenergetischen Röntgenstrahlen. Ein geringer Fluß wurde mit "O", etwas Fluß mit "Δ" und wesentlicher Fluß mit "X" bewertet.
(v) Feuchtigkeitsbeständigkeit
Man verwendt einen Testchip mit einem minimalem Drahtabstand von 1,5 µm und einer Größe von 45 m². Man führt die Untersuchung unter Verwendung einer DIP-Halbleitervorrichtung mit 14 Anschlußstiften durch. Man bringt die Masse bei 175°C während 2 Minuten in Form, härtet bei 180°C während 4 Stunden nach, taucht in ein Lötbad bei 260°C während 10 Sekunden und läßt in einem Druckkocher bei 130°C während 1000 Stunden stehen. Man bestimmt den prozentualen Bruch der Aluminiumdrähte.

Tabelle 1

Die Teilchengröße wurde mit einem CILAS Granulometer HR850 gemessen.

Tabelle 2

Wie aus Tabelle 2 zu entnehmen ist, weisen die erfindungsgemäßen Epoxidharzmassen mit den erfindungsgemäß darin eingemischten kugelförmigen Siliciumdioxiden (Beispiele 1 bis 4) weniger Hohlräume und eine geringe Drahtverschiebung beim Verformen, d. h. also eine verbesserte Verformbarkeit und Härtung zu Produkten mit einem niedrigen Expansionskoeffizienten und hoher Feuchtigkeitsbeständigkeit auf. Im Gegensatz dazu weisen die Epoxidharzmassen, worin der Gehalt an Teilchengröße von mindestens 75 µm oder die mittlere Teilchengröße oder die spezifische Oberfläche des kugelförmigen Siliciumdioxids außerhalb des Rahmens der Erfindung (vgl. Vergleichsbeispiele 1 bis 5) ist, mehr Hohlräume und eine wesentliche Drahtverschiebung und eine Härtung zu Produkten mit niedriger Feuchtigkeitsbeständigkeit auf.

Beispiele 5 bis 11

Man stellt eine Grundmasse her, indem man 100 Teile eines epoxidierten Novolak- Kresolharzes mit einem Epoxidäquivalent von 198 und einem Erweichungspunkt von 60°C, 6 Teile eines bromierten epoxidierten Novolak-Phenolharzes mit einem Epoxidäquivalent von 280, 33 Teile eines Novolak-Phenolharzes mit einem Phenoläquivalent von 110 und einem Erweichungspunkt von 90°C, 25 Teile eines Reaktionsproduktes aus 60 Teilen einer Verbindung der Formel:

und 40 Teilen einer Verbindung der Formel:

0,65 Teile Triphenylphosphin, 10 Teile Antimontrioxid, 1,2 Teile Canauba- Wachs, 1,5 Teile γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan und 1 Teil Kohlenstoff vermischt. Man stellt die Massen her, indem man die Grundmasse mit den in Tabelle 3 gezeigten verschiedenen Arten Siliciumdioxid in den in der gleichen Tabelle gezeigten Mengen vermischt und die Mischungen wie in Beispiel 1 aufarbeitet.

Man führt mit den Massen die gleichen Untersuchungen wie in Beispiel 1 mit den in Tabelle 3 gezeigten Ergebnissen durch.

Tabelle 3

Wie aus Tabelle 3 zu entnehmen ist, härten die Epoxidharzmassen, in denen das kugelförmige Siliciumdioxid gemäß der Erfindung in Mengen von mindestens 50% des gesamten Füllstoffs eingemischt ist, zu Produkten mit einem niedrigen Ausdehnungskoeffizient und einer hohen Feuchtigkeitsbeständigkeit. Das Auftreten von Hohlräumen und Drahtverschiebungen während des Verformens ist herabgesetzt, d. h. also, daß die Verformbarkeit sogar in dem Fall, wenn die Menge an eingemischtem Füllstoff erhöht ist, erhalten bleibt.

Beispiele 12 bis 16 und Vergleichsbeispiele 6 bis 9

Man stellt eine Grundmasse her, indem man 58 Teile eines epoxidierten Novolak- Kresolharzes mit einem Epoxidäquivalent von 200 und einem Erweichungspunkt von 65°C, 6 Teile bromiertes epoxidiertes Novolak-Phenolharz mit einem Epoxidäquivalente von 280, 36 Teile eines Novolak-Phenolharzes mit einem Phenoläquivalent von 110 und einem Erweichungspunkt von 80°C, 0,7 Teile Triphenylphosphin, 10 Teile Antimontrioxid, 0,5 Teilen Canauba-Wachs, 1,6 Teile γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan und 1 Teil Kohlenstoff vermischt. Man stellt die Epoxidharzmassen her, indem man die Grundmasse mit den in Tabelle 4 gezeigten Siliciumdioxidmischungen vermischt. Man vermischt die Mischung unter Schmelzen in einer Mischwalze bei 80°C während 5 Minuten, überführt in Platten- bzw. Folienform, kühlt herunter und zerkleinert.

Mit den Massen führt man folgende Untersuchungen durch.
Die Ergebnisse sind ebenfalls der Tabelle 4 zu entnehmen.

(i) Spiralfließfähigkeit (spiral flow)
Man mißt die Spiralfließfähigkeit bei 175°C und 686 N/cm² (70 kgf/cm²) unter Verwendung einer Form nach dem EMMI-Standard.
(ii) Ausdehnungskoeffizient und Glasumwandlungstemperatur
Man verformt ein Teststück mit den Ausmaßen 5×5×5 mm bei 175°C während 2 Minuten und härtet bei 180°C während 4 Stunden nach. Man mißt den Ausdehnungskoeffizienten und die Glasumwandlungstemperatur (Tg) des Teststücks unter Verwendung einer Agne-Testvorrichtung (Sinku Roko K. K.), währenddessen man es mit einer Geschwindigkeit von 5°C/Min. über einen Bereich von 25°C bis 250°C erhitzt.
(iii) Biegefestigkeit
Man formt für den Zugversuch einen Stab aus der Masse nach der JIS K-9611- Norm bei 175°C und 686 N/cm² (70 kgf/cm²) während 2 Minuten und härtet bei 180°C während 4 Stunden nach. Man mißt die Biegefestigkeit des Stabs bei Raumtemperatur. Man hält den Stab weiterhin in einem Druckkocher (PC) bei 121°C und 100% während 24 Stunden. Man mißt ebenfalls die Biegefestigkeit des in dem Druckkocher behandelten Stabs.
(iv) Rißbeständigkeit beim Löten nach Feuchtigkeitsabsorption
Man kapselt einen flachen Baustein mit Ausmaßen von 14×20×2,3 mm (Dicke) und einem Inselbereich von 8×10 mm mit der Masse bei 175°C während 2 Stunden ein und härtet bei 180°C während 4 Stunden. Man läßt den Baustein in einem Behälter mit konstanter Temperatur/konstanter Feuchtigkeit bei 85°C und bei einer relativen Feuchtigkeit von 85°C stehen und taucht dann in ein Lötbad bei 260°C ein und mißt die Zeit, bis Risse auf dem Baustein auftreten.

Wie aus Tabelle 4 zu entnehmen ist, weisen die Epoxidharzmassen, die keine der drei Arten von kugelförmigen und gemahlenen Siliciumdioxiden gemäß der vorliegenden Erfindung (Vergleichsbeispiele 6 bis 9) enthalten, ein niedriges Fließvermögen, eine niedrige Biegefestigkeit nach der PC-Behandlung oder eine niedrige Rißbeständigkeit beim Löten auf. Die erfindungsgemäßen Epoxidharzmassen sind hinsichtlich dieser Eigenschaften ausgezeichnet, d. h. sie weisen eine geringe Spannung, ein gutes Fließvermögen beim Verformen und eine hohe Lötbeständigkeit nach Feuchtigkeitsabsorption auf.

Beispiele 17 bis 21 und Vergleichsbeispiele 10 bis 11

Man stellt eine Serie von Epoxidharzmassen her, indem man die gleiche Grundmasse und dann das gleiche Verfahren wie in Beispiel 12 mit der Maßgabe anwendet, daß man das in Tabelle 5 gezeigte Siliciumdioxid verwendet. Man untersucht die Massen in der gleichen Weise wie in Beispiel 4.

Die Ergebnisse sind der Tabelle 5 zu entnehmen.

Die Daten aus Tabelle 5 zeigen weiterhin, daß die erfindungsgemäßen Massen ein verbessertes Fließvermögen, eine verbesserte Biegefestigkeit nach der PC-Behandlung und eine verbesserte Rißbeständigkeit beim Löten aufweisen.

Claims

1. Epoxidharzmasse zum Einkapseln von Halbleitern, aus einem Epoxidharz, einem Härtungsmittel und einem Füllstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff kugelförmiges Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 5 bis 35 µm und einer spezifischen Oberfläche von bis zu 1,4 m²/g umfaßt, wobei der Anteil an Teilchen mit einer Teilchengröße von mindestens 75 µm bis zu 1 Gew.-% des gesamten Füllstoffs beträgt.

2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 250 bis 700 Gew.- Teile Füllstoff pro 100 Gew.-Teile der Gesamtmenge von Epoxidharz und Härtungsmittel vorhanden sind und der Gehalt an kugelförmigem Siliciumdioxid mindestens 20 Gew.-% des gesamten Füllstoffs beträgt.

3. Epoxidharzmasse zum Einkapseln von Halbleitern, aus einem Epoxyharz, einem Härtungsmittel und einem anorganischen Füllstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der anorganische Füllstoff (A) kugelförmiges Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 5 bis 35 µm, (B) kugelförmiges Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 0,1 bis 2 µm und (C) gemahlenes Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 2 bis 15 µm umfaßt.

4. Masse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gemahlene Siliciumdioxid durch feines Zerkleinern von kugelförmigem Siliciumdioxid erhalten worden ist.

5. Masse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß 250 bis 700 Gew.- Teile Füllstoff pro 100 Gew.-Teile der Gesamtmenge von Epoxidharz und Härtungsmittel vorhanden sind und der Füllstoff (A) 20 bis 80 Gew.-% kugelförmiges Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 5 bis 35 µm, (B) 1 bis 20 Gew.-% kugelförmiges Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 0,1 bis 2 µm und (C) 20 bis 80 Gew.-% gemahlenes Siliciumdioxid, bezogen auf das Gesamtgewicht des Füllstoffs, umfaßt.

6. Gehärtetes Produkt, erhalten durch Härten einer Epoxidharzmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 5.