DE4216680A1

DE4216680A1 - Epoxidharzmasse und damit eingekapseltes halbleiter-bauteil

Info

Publication number: DE4216680A1
Application number: DE4216680A
Authority: DE
Inventors: Toshio Shiobara; Takayuki Aoki; Kazutoshi Tomiyoshi; Hisashi Shimizu; Takashi Tsuchiya
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1991-05-21
Filing date: 1992-05-20
Publication date: 1992-11-26
Anticipated expiration: 2012-05-21
Also published as: JPH04342719A; KR100197044B1; KR920021648A; US5298548A; JP2526747B2; DE4216680C2

Description

Gegenstand der Erfindung sind Epoxidharzmassen mit verbessertem Fluß oder verbessertem Fließverhalten, die zu Produkten ausgehärtet werden können, die einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten, eine hohe Glas umwandlungstemperatur und eine niedrige Feuchtigkeitsabsorption auf weisen, sowie mit solchen gehärteten Epoxidharzmassen eingekapselte oder eingebettete Halbleiterbauteile.

Die derzeitige Hauptentwicklung der modernen Halbleiterindustrie um faßt in Harz eingekapselte Dioden, Transistoren, integrierte Schaltkreise (IC), stark integrierte Schaltkreise (LSI) und superstark integrierte Schalt kreise (super LSI). Von den verschiedenen Harzen zum Einkapseln von Halbleiterbauteilen werden in größtem Umfang Epoxidharzmassen eingesetzt, die härtbare Epoxidharze enthalten, welche mit Härtern und ver schiedenen Additiven vermischt sind, da diese Massen im allgemeinen ge genüber den sonstigen hitzehärtbaren Harzen bessere Formbarkeit, Haf tung, elektrische Eigenschaften, mechanische Eigenschaften und Feuch tigkeitseigenschaften aufweisen. Die derzeitige Entwicklung dieser Halb leiterbauteile ist auf einen zunehmend höheren Grad der Integration bei gleichzeitig vergrößerter Chip-Größe gerichtet. Andererseits sollen die Packungen oder Gehäuse in ihren äußeren Abmessungen kleiner und dün ner sein, um den Anforderungen an Kompaktheit und geringes Gewicht bei elektronischen Bauteilen zu entsprechen. Bei der Befestigung von Halblei ter-Bauteilen auf Leiterplatten wird aus Gründen der erhöhten Bauteildichte auf den Leiterplatten und einer verminderten Leiterplattendicke die Oberflächenmontage der Halbleiterbauteile in stärkerem Umfang ange wandt.

Eine übliche Methode der Oberflächenmontage von Halbleiterbauteilen besteht darin, vollständige Halbleiterbauteile in ein Lotbad einzutauchen oder sie durch eine heiße Zone aus geschmolzenem Lot hindurchzuführen. Die bei diesen Verfahren auftretenden Hitzeschocks führen zur Bildung von Rissen der einkapselnden Harzschichten oder zur Ablösung dieser Harzschichten an der Grenzfläche zwischen den Leiterbahnen oder den Chips und dem einkapselnden Harz. Solche Risse und Ablösungsstellen sind umso schwerwiegender dann, wenn die für das Einkapseln des Halbleiterbauteils verwendeten Harzschichten Feuchtigkeit aufgenommen ha ben, bevor sie den bei der Oberflächenmontage auftretenden Hitzeschocks ausgesetzt werden. Da die einkapselnden Harzschichten bei ihrer Herstel lung unvermeidbar Feuchtigkeit aufnehmen, zeigen mit Epoxidharzen eingekapselte Halbleiterbauteile nach der Montage in gewissen Fällen eine geringere Zuverlässigkeit und damit einen höheren Ausschuß.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die oben ange sprochenen Probleme des Standes der Technik zu lösen und eine neue und verbesserte Epoxidharzmasse anzugeben, die ein verbessertes Fließver halten zeigt und zu Produkten ausgehärtet werden kann, die einen niedri gen Ausdehnungskoeffizienten, eine hohe Glasübergangstemperatur (Tg), niedrige Spannungen und eine geringe Feuchtigkeitsabsorption aufwei sen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines Halbleiter bauteils, welches mit einem gehärteten Produkt dieser Epoxidharzmasse eingekapselt ist und welches auch nach dem während der Oberflächen montage auftretenden thermischen Schocks seine Zuverlässigkeit beibe hält.

Es hat sich nunmehr gezeigt, daß diese Aufgabe gelöst werden kann durch Vermischen (A) eines Naphthalinringe enthaltenden Epoxidharzes, (B) ei nes Biphenyl enthaltenden Epoxidharzes, (C) eines bestimmten Phenol harzes und (D) eines anorganischen Füllstoffes, wodurch man eine Epo xidharzmasse erhält, die ein verbessertes Fließverhalten zeigt und zu Pro dukten ausgehärtet werden kann, die einen niedrigen Ausdehnungskoeffi zienten, eine hohe Glasübergangstemperatur (Tg) und geringe Spannun gen aufweist, gekennzeichnet durch eine Verminderung des Elastizitäts moduls in einem Temperaturbereich oberhalb der Glasübergangstempe ratur (Tg). Im Gegensatz zu herkömmlichen Epoxidharzmassen des Stan des der Technik, die mit Hilfe einer Verfahrensweise hergestellt worden sind, die darauf abstellt, einen niedrigen Elastizitätsmodul zu erzeugen, was jedoch durch Nachteile, wie einer Verminderung des Tg-Wertes und ei nem Festigkeltsverlust einhergeht, ergibt die erfindungsgemäße Epoxidharzmasse gehärtete Produkte mit verbesserten Eigenschaften, die mit herkömmlichen Epoxidharzmassen nicht erhalten werden können, das heißt, gehärtete Produkte, die frei sind von einer Verminderung des Tg- Wertes unabhängig von einem niedrigen Elastizitätsmodul und die nur we nig zur Feuchtigkeitsabsorption neigen. Die Epoxidharzmasse kann ohne weiteres verformt und zum Einbetten von Halbleiterbauteilen verwendet werden. Darüber hinaus zeigen die mit den gehärteten Produkten der er findungsgemäßen Epoxidharzmasse eingekapselten Halbleiterbauteile ei ne hohe Zuverlässigkeit auch nach thermischen Schocks während der Oberflächenmontage. Daher können die erfindungsgemäßen Epoxidharzmassen für das Einkapseln von Halbleiterbauteilen beliebiger Art eingesetzt werden, einschließlich der Typen SOP, SOJ, TSOP und TQFP, da die ses Harz deutlich verbesserte Eigenschaften als Einkapselungsmittel für durch Oberflächenmontage einzusetzende Halbleiterbauteile zeigt.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine Epoxidharzmasse enthaltend

A) ein Naphthalinringe enthaltendes Epoxidharz der nachfolgend angegebenen allgemeinen Formel (1),
B) ein Biphenyl enthaltendes Epoxidharz der nachfolgend angegebe nen allgemeinen Formel (2),
C) ein Phenolharz der nachfolgend angegebenen allgemeinen Formel (3) und
D) einen anorganischen Füllstoff.

In der obigen Formel (1) bedeuten R¹ ein Wasserstoffatom oder eine Alkyl gruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, OG eine Gruppe der Formel

k eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 bis 5, ℓ eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 bis 3, m eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 bis 2 und n 1 oder 2. Wenn n den Wert 2 besitzt, können die beiden Gruppen OG an einen oder beide Ringe des Naphthalinringes gebunden sein.

In der obigen Formel (2) bedeuten R² ein Wasserstoffatom, ein Halogena tom oder eine einwertige Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstof fatomen und q eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 bis 5.

In der obigen Formel (3) ist R³ aus Gruppen der folgenden Formel

und substituierten Gruppen dieser Art, in denen einige oder sämtliche Wasserstoffatome durch Alkylgruppen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen er setzt sind, ausgewählt, während R⁴ ein Wasserstoffatom oder eine Alkyl gruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und r eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 bis 5 bedeuten.

Wie oben bereits erwähnt, umfaßt die erfindungsgemäße Epoxidharzmas se das Naphthalinringe enthaltende Epoxidharz (A), das Biphenylgruppen enthaltende Epoxidharz (B), das Phenolharz (C) und den anorganischen Füllstoff (D).

Der Bestandteil (A) ist ein Epoxidharz der folgenden allgemeinen Formel (1), welches substituierte Naphthalinringe enthält:

In der obigen Formel (1) bedeuten R¹ ein Wasserstoffatom und eine Alkyl gruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, OG Gruppen der Formel

k eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 bis 5, ℓ eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 bis 3, m eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 bis 2 und n 1 oder 2. Wenn n den Wert 2 besitzt, können die beiden Gruppen OG an einem Ring oder an beiden Ringen des Naphthalinringes stehen.

Nicht beschränkende Beispiele für Naphthalinringe enthaltende Epoxidharze sind im folgenden angegeben:

In den obigen Formeln steht R für ein Wasserstoffatom oder eine einwertige Kohlenwasserstoffgruppe mit bis 5 Kohlenstoffatomen, OG für Gruppen der Formel

und a für 1 oder 2, während b, c, d und e jeweils ganze Zahlen mit einem Wert von mindestens 2 darstellen.

Der Bestandteil (B) ist ein Biphenylgruppen enthaltendes Epoxidharz der folgenden allgemeinen Formel (2):

In der obigen Formel (2) stehen R² für ein Wasserstoffatom, ein Halogena tom oder eine einwertige Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstof fatomen und q für eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 bis 5. Wenn man das Biphenylgruppen enthaltende Epoxidharz mit dem Naphthalinringe enthaltenden Epoxidharz kombiniert, ergibt sich eine signifikante Verbes serung der Haftung des gehärteten Produkts.

Die Erfindung nicht einschränkende Beispiele von Epoxidharzen mit Bi phenylgruppen sind im folgenden angegeben:

Von diesen Biphenylgruppen enthaltenden Epoxidharzen ist das Harz der Formel (4) besonders bevorzugt, da es eine Epoxidharzmasse mit niedriger Viskosität und einem Gesamtchlorgehalt von bis zu 500 ppm ergibt.

Die erfindungsgemäße Epoxidharzmasse enthält als Epoxidharzgrundla ge sowohl das Naphthalinringe enthaltende Epoxidharz (A), als auch das Biphenylgruppen enthaltende Epoxidharz (B). Wenngleich der Anteil die ser Epoxidharz-Bestandteile nicht kritisch ist, ist es bevorzugt, die Be standteile (A) und (B) In einem Gewichtsverhältnis von (A) zu (B) von 1/1 bis 9/1 und insbesondere von 5/1 bis 8/1 zu vermischen. Ein (A)/(B)-Verhältnis von weniger als 1 würde zu einer etwas erhöhten Feuchtigkeitsab sorption, einem etwas niedrigeren Tg-Wert und einer verringerten Hitzebe ständigkelt führen. Bei einem (A)/(B)-Verhältnis von mehr als 9 würde die Haftung geringer und die Schmelzviskosität zu hoch sein, um die Epoxid harzbestandteile während der Herstellung vollständig zu dispergieren, was zu Problemen bei der Formbarkelt und der physikalischen Eigen schaften der gehärteten Produkte führt.

Essentielle Epoxidharze, die in den erfindungsgemäßen Epoxidharzmassen verwendet werden, sind daher das Naphthalinringe enthaltende Epo xidharz und das Biphenylgruppen enthaltende Epoxidharz der oben ange gebenen Definition, wenngleich man zusätzlich irgendwelche üblichen Epoxidharze verwenden kann. Typische zu verwendende Epoxidharze sind Epoxidharze mit mindestens zwei Epoxygruppen im Molekül, beispiels weise Epoxidharze des Bisphenol-A-Typs, Epoxidharze des Phenol-Novo lak-Typs, Epoxidharze des Allylphenol-Novolak-Typs, Epoxidharze des Triphenolalkan-Typs und Polymere davon, Epoxidharze des Dicyclopenta dien-Typs, Epoxidharze des Phenolaralkyl-Typs, Epoxidharze des Glyci dylester-Typs, cycloaliphatische Epoxidharze, heterocyclische Epoxidharze und halogenierte Epoxidharze.

Vorzugsweise beträgt der Gesamtgehalt an Naphthalinringen in den Epoxidharzen 50 bis 80 Gew.-%, insbesondere 10 bis 60 Gew.-%.

Bestandteil (C) ist ein Phenolharz, welches den Härter für die Epoxidharze (A) und (B) darstellt. Das Phenolharz (C) entspricht der folgenden allgemei nen Formel (3):

In der obigen Formel (3) stehen R³ für eine aus Gruppen der folgenden For meln

und substituierten Gruppen dieser Art, in denen einige oder sämtliche Wasserstoffatome durch eine C₁-C₅-Alkylgruppe ersetzt sind, R⁴ für ein Wasserstoffatom oder eine C₁-C₄-Alkylgruppe und r für eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 bis 5.

Die Erfindung nicht einschränkende Beispiele von Phenolharzen der For mel (3) sind im folgenden angegeben:

Das Phenolharz der Formel (3) ist zur Verbesserung der Rißbeständigkelt beim Eintauchen des eingekapselten Materials nach der Feuchtigkeits aufnahme in das Lot und zur Verringerung der Feuchtigkeitsabsorption wirksam, kann jedoch in gewissen Fällen zu einer Erniedrigung des Tg- Wertes führen, wenn es als einziger Härter verwendet wird. Daher ist es statt der alleinigen Verwendung des Phenolharzes der Formel (3) er wünschter, das Phenolharz der Formel (3) In Kombination mit anderen Phenolharzen zu verwenden, beispielsweise Phenolharzen des Novolak- Typs, Phenolharzen des Resol-Typs, Phenolharzen des Triphenolalkan- Typs und Polymere davon sowie Naphthalinringe enthaltende Phenolharze als auch andere Härter, wie Aminhärter und Säureanhydrid-Härter. Ins besondere sind Mischungen aus dem Phenolharz der Formel (3) mit einem Naphthalinringe enthaltenden Phenolharz am besten dazu geeignet, ohne Absenkung des Tg-Wertes die Feuchtigkeitsabsorption auf ein Minimum zu bringen. Beispiele für geeignete Naphthalinringe enthaltende Phenol harze sind im folgenden angegeben:

In den obigen Formeln besitzen R, a, b und c die oben angegebenen Bedeu tungen, während f für eine ganze Zahl mit einem Wert von mindestens 1 steht.

Vorzugsweise ist das Phenolharz der Formel (3) In einer Menge von minde stens 10 Gew.-%, bevorzugter von etwa 30 bis 80 Gew.-%, bezogen auf die gesamten als Bestandteil (C) verwendeten Phenolharze, enthalten.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung verwendet man zusätz lich zu dem Naphthalinringe enthaltenden Epoxidharz (A), dem Biphenyl gruppen enthaltenden Epoxidharz (B) und dem Phenolharz (C) zur weite ren Verbesserung der Eigenschaften ein Silicon-modifiziertes Copolymer (E).

Bevorzugte Silicon-modifizierte Copolymere, die erfindungsgemäß ver wendet werden könne, sind Reaktionsprodukte, die man durch Umsetzen eines Alkenylgruppen enthaltenden epoxidierten Novolakharzes und/oder eines Alkenylgruppen enthaltenden Naphthalinharzes mit ei nem Organohydrogenpolysiloxan erhält, insbesondere durch Additionsre aktion zwischen den Alkenylgruppen in dem ersteren Harz und den SiH- Gruppen in dem letzteren Material.

Das Alkenylgruppen enthaltende epoxidierte Novolakharz kann beispiels weise dadurch hergestellt werden, daß man ein Alkenylgruppen enthal tendes Phenolharz mit Epichlorhydrin epoxidiert oder ein an sich gut be kanntes Epoxyharz teilweise mit 2-Allylphenol etc. umsetzt. Bevorzugte Alkenylgruppen enthaltende epoxidierte Novolakharze sind epoxidierte Phenol- und Kresol-Novolakharze, die eine Alkenylgruppe enthalten. Beispiele für solche Alkenylgruppen enthaltende epoxidierte Novolakharze sind im folgenden angegeben:

In den obigen Formeln stehen p und s für positive Zahlen im Bereich von 1 < p < 10 und 1 < s < 3.

Das Alkenylgruppen enthaltende Naphthalinharz, welches das Copolymer bildet, entspricht vorzugsweise der folgenden allgemeinen Formel (10):

In der obigen Formel (10) steht A für mindestens einen Vertreter der Hydro xylgruppen und Gruppen OG umfassenden Gruppe oder für eine Alkenyl gruppen enthaltende organische Gruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen mit der Maßgabe, daß sowohl die Hydroxylgruppe und/oder die Gruppe der Formel OG und die Alkenylgruppen enthaltende organische Gruppe in einem Molekül enthalten sind, während R¹, OG, k,ℓ, m und n die oben an gegebenen Bedeutungen besitzen. Beispiele für eine Alkenylgruppe ent haltende organische Gruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind Vinyl-, Allyl- und Vinyl- oder Allyl-Gruppen enthaltende Gruppen der folgenden Formel (11):

Andere Alkenylgruppen enthaltende organische Gruppen können eben falls verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie mit einer ≡SiH-Gruppe ei nes Organohydrogenpolysiloxans eine Additionsreaktion einzugehen in der Lage sind.

Einige, die Erfindung nicht einschränkende Beispiele für das Alkenyl gruppen enthaltende Naphthalinharz der Formel (10) sind im folgenden angegeben:

Zur Herstellung der Silicon-modifizierten Copolymere werden Organohy drogenpolysiloxane mit Alkenylgruppen enthaltenden epoxidierten Novo lakharzen und/oder Alkenylgruppen enthaltenden Naphthalinharzen der oben definierten Art einer Additionsreaktion unterworfen. Die hierbei ver wendeten Organohydrogenpolysiloxane entsprechen der folgenden allge meinen Formel (12):

H_hR_j ⁴SiO_(4-h-j)/2 (12)

worin R⁴ für eine substituierte oder unsubstituierte einwertige Kohlen wasserstoffgruppe, h für eine Zahl mit einem Wert von 0,01 bis 0,1 und j für eine Zahl mit einem Wert von 1,8 bis 2,2 stehen und die Beziehung gilt:

1,81 < h + j < 2,3.

Bezüglich des Organohydrogenpolysiloxans der obigen Formel (2) ergeben sich keine besonderen Einschränkungen, vorausgesetzt, daß die Verbin dung mindestens eine Gruppe der Formel ≡SiH im Molekül aufweist. Be vorzugt liegt die Anzahl der Siliciumatome im Bereich von 20 bis 400 und die Anzahl der Gruppen der Formel ≡SiH im Bereich von 1 bis 5 pro Mole kül. Beispiele für die substituierte oder unsubstituierte einwertige Koh lenwasserstoffgruppe R⁴ der Formel (12) sind Alkylgruppen, wie Methyl gruppen und Ethylgruppen, Arylgruppen, wie die Phenylgruppe, Haloge nalkylgruppen und Cycloalkylgruppen. Bevorzugte Polysiloxane sind an beiden Enden Wasserstoffendgruppen aufweisendes Methylpolysiloxan, an beiden Enden Wasserstoffendgruppen aufweisendes Methylphenylpo lysiloxan und an beiden Enden Wasserstoffendgruppen aufweisendes Me thyl-(2-trimethoxysilyl-ethyl)-polysiloxan.

Die Erfindung nicht einschränkende Beispiele für Organopolysiloxane der Formel (12) sind nachfolgend als Verbindungen (13) bis (17) gegeben:

Das Organopolysiloxan der Formel (12) besitzt vorzugsweise einen Polymerisationsgrad von 20 bis 500 und noch bevorzugter von 30 bis 200. Bei der Anwendung von Organopolysiloxanen mit einem Polymerisationsgrad von weniger als 20 erhält man in gewissen Fällen eine Masse mit geringerer Elastizität und einem niedrigen Tg-Wert. Es ist technisch sehr schwierig, Organopolysiloxane mit einem Polymerisationsgrad von mehr als 500 zu synthetisieren, wobei dann, wenn dieses möglich ist, die aus solchen Or ganopolysiloxanen hergestellten Copolymere schwierig in der Epoxidharzmasse dispergiert werden können, so daß dann die Ziele der Erfindung nicht erreicht werden können.

Im allgemeinen neigen Organopolysiloxane mit einem bestimmten Silici umgehalt zu einer Steigerung der Rißbeständigkeit und des Tg-Wertes, jedoch auch zu einer geringeren Dispergierbarkeit und Haftung an Bauele menten in dem Maße, in dem der Polymerisationsgrad ansteigt. Die Di spergierbarkeit und die Haftung an den Halbleiterbauelementen kann durch Einfügen einer der nachfolgend angegebenen modifizierenden Gruppe in die Seitenkette erreicht werden, wie es durch die obige Formel (17) belegt wird:

Das Silicon-modifizierte Copolymer, welches als zusätzlicher Bestandteil (E) in die erfindungsgemäße Epoxidharzmasse eingemischt werden kann, erhält man durch Umsetzen eines Alkenylgruppen enthaltenden epoxi dierten Novolakharzes und/oder eines Alkenylgruppen enthaltenden Naphthalinharzes mit einem ≡SiH-Gruppen enthaltenden Organohydro genpolysiloxan der Formel (12) der oben definierten Art bei erhöhter Tem peratur in Gegenwart eines an sich bekannten Additionskatalysators, bei spielsweise eines Platinkatalysators, typischerweise Hexachloroplatin säure.

Das Silicon-modifizierte Copolymer (E) dient dazu, der Epoxidharzmasse besonders verbesserte Eigenschaften zu verleihen, einschließlich eines hohen Tg-Wertes, eines niedrigen Ausdehnungskoeffizienten und einer hohen Rißbeständigkeit als Folge der Tatsache, daß das Silicon-modifi zierte Copolymer mit den (härtbaren) Epoxidharzen nicht mischbar ist und daher in der Epoxidharzmasse eine Meer-Insel-Struktur ausbildet. Dem zufolge besitzt das Copolymer vorzugsweise einen Löslichkeitsparameter von 7,3 bis 8,5, Insbesondere von 7,6 bis 8,2. Ein Copolymer mit einem Löslichkeitsparameter innerhalb dieses Bereiches kann durch Umsetzen eines Organopolysiloxans mit einem Alkenylgruppen enthaltenden epoxidierten Novolakharz und/oder einem Alkenylgruppen enthaltenden Naph thalinharz unter Einhaltung der Beziehung: 0,7 < A/B < 7 hergestellt wer den, worin A für das ≡SiH-Äquivalent des Organopolysiloxans und B für das Molekulargewicht des Alkenylgruppen-haltigen Harzes stehen.

Das Silicon-modifizierte Copolymer wird vorzugsweise in Mengen von 0 bis etwa 500 Gewichtsteilen, bevorzugter von etwa 5 bis etwa 40 Gewichtstei len pro 100 Gewichtsteile der Epoxidharze (A) + (B) eingemischt. Mehr als 50 Gewichtsteile des Copolymers können in gewissen Fällen der Verbesse rung der Haftung abträglich sein.

Die Masse enthält vorzugsweise Epoxygruppen und phenolische Hydroxyl gruppen in solchen Mengen, daß das Verhältnis der Menge der Epoxygrup pen (x Mol) zu der Menge der phenolischen Hydroxylgruppe (y Mol) x/y im Bereich von 1/2 bis 2/3 liegt. Außerhalb dieses Bereiches ergibt sich eine Beeinträchtigung des Härtungsverhaltens und der geringen Spannungen. Demzufolge werden die Epoxidharze (A) und (B), das Phenolharz (C) und das Silicon-modifizierte Copolymer (E) vorzugsweise derart vermischt, daß diese Anforderung erfüllt ist.

Der Bestandteil (D) in organischer Füllstoff, der aus den üblicherweise für Epoxidharze verwendeten ausgewählt werden kann. Beispiele hierfür sind Siliciumdioxide, wie Schmelzsiliciumdioxid und kristallines Siliciumdio xid, Aluminiumoxid, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Titanoxid und Glasfasern. Von diesen Materialien ist Schmelzsiliciumdioxid be vorzugt, wobei Schmelzsiliciumdioxid mit einer durchschnittlichen Teil chengröße von etwa 3 bis 15 µm im Hinblick auf den Verformungsvorgang besonders bevorzugt ist. Das Schmelzsiliciumdioxid besitzt vorzugsweise eine sphärische Form, da sich hierdurch hohe Beladungsanteile erzielen lassen und geringere Spannungen gegenüber der Chipoberfläche ausge übt werden. Der anorganische Füllstoff wird vorzugsweise an der Oberflä che mit einem Silan-Kupplungsmittel behandelt worden, bevor er eingemischt wird, um in dieser Weise die Grenzflächenfestigkelt zwischen dem Harz und dem Füllstoff zu steigern.

Diese anorganischen Füllstoffe können einzeln oder in Form von Mischun gen aus zwei oder mehreren Füllstoffen dieser Art angewandt werden. Der Füllstoff wird vorzugsweise in einer Menge von etwa 100 bis etwa 1000 Gewichtsteile, insbesondere etwa 200 bis etwa 700 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Gesamtmenge der Bestandteile (A), (B) und (C) verwendet, wenngleich der Füllstoffgehalt nicht besonders beschränkt ist.

Man kann einen Härtungskatalysator in die erfindungsgemäße Epoxid harzmasse einmischen. Hierzu verwendete Härtungskatalysatoren schließen Imidazole, tertiäre Amine und Phosphorverbindungen ein. Die be vorzugten Härtungskatalysatoren sind Mischungen aus 1,8-Diazabicy clo(5.4.0)undecen-7 und Triphenylphosphin in einem Gewichtsverhältnis von 0 : 1 bis 1 : 1, insbesondere von 0,01 : 1 bis 0,5 : 1.

Ein höherer Anteil von 1,8-Diazabicyclo(5.4.0)-undecen-7 oberhalb dieses Bereiches kann in gewissen Fällen zu einem niedrigeren Tg-Wert führen. Die zugesetzte Menge des Härtungskatalysators ist nicht besonders be schränkt, wenngleich er vorzugsweise in einer Menge von 0,2 bis 2 Gewichtsteile, bevorzugter in einer Menge von 0,4 bis 1,2 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Gesamtmenge der Bestandteile (A), (B) und (C) zuge geben wird.

Die erfindungsgemäße Masse kann gewünschtenfalls weiterhin verschie dene, an sich bekannte Zusätze enthalten. Beispiele für solche Zusätze sind die Spannung herabsetzende Mittel, wie thermoplastische Harze, thermoplastische Elastomere, organische synthetische Kautschuke und Silicone; Formtrennmittel, wie Wachse (beispielsweise Carnaubawachs) und Fettsäuren (beispielsweise Stearinsäure) und Metallsalze davon; Pigmente, wie Ruß Kobaltblau und rotes Eisenoxid; Flammschutzmittel, wie Antimonoxid und Halogenide; Oberflächenbehandlungsmittel, wie Silane (beispielsweise Glycidoxypropyltrimethoxysilan) und Alkyltitanate; Antioxidantien; Halogen-einfangende Mittel; andere Additive und Mischungen davon.

Die erfindungsgemäßen Epoxidharzmassen können durch gleichmäßiges Vermischen und Durcharbeiten von vorbestimmten Mengen der erforderli chen Bestandteile und Vermahlen der Mischung in einer auf 70 bis 95°C vorerhitzten Mahleinrichtung, beispielsweise einem Kneter, einer Walzen mühle und einem Extruder, hergestellt und dann abgekühlt und zerklei nert werden. Die Reihenfolge des Vermischens der Bestandteile ist dabei nicht kritisch.

Die erfindungsgemäßen Massen können mit Vorteil zum Einkapseln ver schiedenartiger Halbleiterbauteile einschließlich der Typen SOP, SOJ, TSOP und TQFP eingesetzt werden. Die Massen können in üblicher Weise geformt werden, beispielsweise durch Transferverformen, Spritzverfor men und Gießen. In häufigsten Fällen werden die Epoxidharzmassen bei einer Temperatur von etwa 150 bis etwa 180°C während 30 bis etwa 180 Sekunden geformt und dann bei einer Temperatur von etwa 150 bis etwa 180°C während etwa 2 bis etwa 16 Stunden nachgehärtet.

Die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele dienen der weiteren Er läuterung der Erfindung. Sämtliche Teile sind auf das Gewicht bezogen.

Beispiele 1 bis 8 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4

Man bereitet Epoxidharzmassen durch gleichförmiges Vermischen der nachfolgend angegebenen Bestandteile in der Schmelze in einer beheizten Zweiwalzenmühle, Abkühlen und Zerkleinern der Mischungen. Die hierbei eingesetzten Bestandteile sind die nachfolgend angegebenen Epoxidharze, Phenolharze und das Silicon-modifizierte Copolymer, wobei diese Be standteile in den in der Tabelle 1 angegebenen Mengen eingesetzt werden, 0,6 Gewichtsteile eines nachfolgend angegebenen Härtungskatalysators, 0,5 Gewichtsteile Triphenylphosphin, 250 Gewichtsteile kugelförmigen Schmelzsiliciumdioxids mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 15 µm und einer spezifischen Oberfläche von 1,4 m²/g, 250 Gewichtsteile eines sphärischen Schmelzsiliciumdioxids mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 um und einer spezifischen Oberfläche von 2,5 m²/g, 70 Gewichtsteile eines sphärischen Schmelzsiliciumdioxids mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1,0 um und einer spezifischen Oberfläche von 10 m²/g < 8 Gewichtsteile Antimontrioxid, 1,5 Gewichtsteile Ruß, 1 Gewichtsteil Carnaubawachs und 3 Gewichtsteile γ-Glycidoxy propyltrimethoxysilan.

Copolymer

Das Copolymer (I) ist ein Additionsreaktionsprodukt (mit einem Organo polysiloxangehalt von 34 Gew.-% und einem Epoxidäquivalent von 310) aus den nachfolgend angegebenen Verbindungen, wobei die Zahlenwerte Durchschnittswerte darstellen:

Das Copolymer (II) ist ein Additionsreaktionsprodukt (mit einem Organo polysiloxangehalt von 34 Gew.-% und einem Epoxidäquivalent von 410) aus den nachfolgend angegebenen Verbindungen, wobei auch hier die Zahlenwert Durchschnittswerte darstellen:

Härtungskatalysator

Man bereitet den Härtungskatalysator durch Vermischen von 1,8-Diaza bicyclo(5.4.0)undecen-7 und einem Phenolnovolak-Harz (TD2 131, herge stellt von der Firma Dai-Nihon Ink K.K.) in einem Gewichtsverhältnis von 20/80, Aufschmelzen der Bestandteile während 30 Minuten bei 130°C und Versprühen des Produktes auf eine Teilchengröße von weniger als 50 µm.

Mit diesen Massen wurden die folgenden Untersuchungen (A) bis (G) durchgeführt. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zu sammengestellt.

(A) Spiralfluß

Man verwendet eine Form gemäß dem EMMI-Standard und führt die Mes sung bei 180°C und 6,9 MPa (70 kg/cm²) durch.

(B) Biegefestigkeit und Biegemodul

Man stellt Teststäbe mit den Abmessungen 10×4×100 mm durch Verfor men bei 180°C und 6,9 MPa (70 kg/cm²) während 2 Minuten und Nachhär ten während 4 Stunden bei 180°C her und prüft sie nach der JIS-Norm K6911 bei 215°C.

(C) Linearer Ausdehnungskoeffizient (µ) und Glasübergangstempera tur (Tg)

Man untersucht Prüfstäbe mit einem Durchmesser von 4 mm und einer Länge von 15 mm gemäß der TMA-Methode durch Erhitzen der Prüfstäbe mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 5°C /min.

(D) Rißbeständigkeit durch Löten nach der Feuchtigkeitsaufnahme

Man verbindet Siliciumchips mit den Abmessungen 2×4×0,4 mm mit Kleingehäuse-Leiterrahmen (Packung) (Legierung 42) mit schmalem Um fang (SOP, small ontime package) mit den Abmessungen 4×12×1,8 mm und kapselt das Ganze mit den Epoxidharzmassen durch Formen während 2 Minuten bei 180°C und 6,9 MPa (70 kg/cm²) und Nachhärten während 4 Stunden bei 180°C ein. Die Packungen läßt man dann während 24 und 48 Stunden in einer heißen feuchten Atmosphäre mit einer Temperatur von 85°C und einer relativen Feuchtigkeit von 85% stehen und taucht sie dann während 10 Sekunden in ein Lotbad mit einer Temperatur von 250°C ein. Anschließend werden die Packungen zerstört, um das Auftreten von innen liegenden Rissen zu beobachten. In der nachfolgenden Tabelle ist das Ver hältnis von Risse aufweisenden Packungen zur Gesamtzahl der unter suchten Packungen angegeben.

(E) Feuchtigkeitsbeständigkeit

Man verbindet 1-Mega-Dram-Chips mit kleinen Verbindungsrahmen (SOJ) mit 20 Pins und kapselt sie dann mit der Epoxidharzmasse ein durch Verformen während 2 Minuten bei 180°C und 6,9 MPa (70 kg/cm²) und Nachhärten während 4 Stunden bei 180°C. Man läßt die erhaltenen Packungen während 24 Stunden in einer feuchten Atmosphäre von 121°C und einer relativen Feuchtigkeit von 100% stehen und taucht sie dann während 10 Sekunden in ein Lotbad mit einer Temperatur von 260°C ein und läßt sie dann erneut während 300 Stunden in einer feuchten heißen Atmosphäre mit einer Temperatur von 121°C und einer relativen Feuchtig keit von 100% stehen. In der Tabelle ist das Verhältnis der Packungen mit gebrochenen A1-Leitungsdrähten zu der Gesamtanzahl der untersuchten Packungen wiedergegeben.

(E) Wasserabsorption

Man formt Scheiben mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Dicke von 2 mm während 2 Minuten bei 180°C und 6,9 MPa (70 kg/cm²) und Nachhärten während 4 Stunden bei 180°C. Die Scheiben läßt man dann während 24 Stunden in einer Atmosphäre mit einer Temperatur von 121°C und einer relativen Feuchtigkeit von 100% stehen, bevor man die Wasser absorption (%) bestimmt.

(G) Haftung

Man formt Zylinder mit einen, Durchmesser von 15 mm und einer Höhe von 5 mm während 2 Minuten bei 175°C und 6,9 MPa (70 kg/cm²) auf Platten aus der Legierung 42 auf und härtet das Material während 4 Stunden bei 180°C nach. Unter Anwendung eines Zugprüfgerätes bestimmt man die Kraft, die dazu erforderlich ist, den geformten Zylinder von der Legie rungsplatte (42) abzutrennen.

Tabelle 2

Wie aus der Tabelle 1 hervorgeht, zeigt die Masse, die kein Naphthalinringe enthaltendes Epoxidharz der Formel (1) und ein Biphenylgruppen enthal tendes Epoxidharz der Formel (2) enthält (Vergleichsbeispiel 1), die Masse, die entweder eines dieser Epoxidharze (Vergleichsbeispiele 2 und 3), die Masse, welche beide Epoxidharze, jedoch kein Phenolharz der Formel (3) enthält (Vergleichsbeispiel 4) eine schlechte Feuchtigkeitsbeständigkeit und niedrige Werte mindestens bezüglich einer der Eigenschaften Tg, Riß beständigkeit und Haftung.

Im Gegensatz dazu lassen sich die Massen, die sowohl ein Naphthalinringe enthaltendes Epoxidharz, als auch ein Biphenylgruppen enthaltendes Epoxidharz und ein Phenolharz enthalten (Beispiele 1 bis 8) zu Produkten aushärten mit einem hohen Tg-Wert und einer verbesserten Rißbeständig kelt, Feuchtigkeitsbeständigkeit und Haftung.

Die erfindungsgemäßen Massen zeigen ein gleichmäßiges Fließverhalten und lassen sich zu Produkten mit niedrigem Elastizitätsmodul, insbesondere bei Temperaturen oberhalb des Tg-Wertes und einem niedrigen linea ren Ausdehnungskoeffizienten, einem hohen Tg-Wert unabhängig von nie drigen Spannungen und einer minimalen Feuchtigkeitsabsorption aus härten. Die mit den erfindungsgemäßen Massen eingekapselten Halblei terbauteile bleiben auch dann sehr zuverlässig, wenn sie nach der Ober flächenmontage Hitzeschocks unterworfen worden sind.

Claims

1. Epoxidharzmasse enthaltend

(A) ein Naphthalinringe enthaltendes Epoxidharz der folgenden allgemei nen Formel (1) in der
R¹ ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlen stoffatomen,
OG eine Gruppe der Formel k eine ganze Zahl mit einem Wert von 1 bis 5,
l eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 bis 3,
m eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 bis 2 und
n 1 oder 2
bedeuten, wobei die OG-Gruppen entweder an einen Ring oder beide Ringe des Naphthalinringes gebunden sein können;
(B) ein Biphenyl enthaltendes Epoxidharz der folgenden allgemeinen For mel (2): in der,
R² ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom oder eine einwertige Koh lenwasserstoffgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen und
q eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 bis 5
bedeuten;
(C) ein Phenolharz der folgenden allgemeinen Formel (3): in der
R³ aus Gruppen der Formeln und substituierten Gruppen dieser Art, in denen einige oder sämtliche Wasserstoffatome durch Alkylgruppen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen er setzt sind,
R⁴ ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoff atomen und
r eine ganze Zahl mit einem Wert von 0 bis 5 bedeuten; und
(D) einen anorganischen Füllstoff.

2. Epoxidharzmasse nach Anspruch 1, worin die Bestandteile (A) und (B) in einem Gewichtsverhältnis von 1/1 bis 9/1 vorhanden sind.

3. Epoxidharzmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile (A) und (B) etwa 5 bis 80 Gew.-% Naphthalinringe enthal ten.

4. Epoxidharzmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile (A), (B) und (C) Epoxidgruppen und phenolische Hydro xylgruppen in solchen Mengen enthalten, daß das Molverhältnis von Epo xidgruppen zu phenolischen Hydroxylgruppen im Bereich von 1/2 bis 3/2 liegt.

5. Epoxidharzmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein 100 bis 1000 Gewichtsteile des Füllstoffs (D) pro 100 Gewichtsteile der vereinigten Bestandteile (A), (B) und (C) vorhanden sind.

6. Epoxidharzmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzliche (E) ein Silicon-modifiziertes Copolymer enthält.

7. Halbleiterbauteil eingekapselt mit der Epoxidharzmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in gehärtetem Zustand.