DE68926420T2 - Halbleiter-Vergussmasse auf der Basis einer Epoxydharzzusammensetzung - Google Patents

Halbleiter-Vergussmasse auf der Basis einer Epoxydharzzusammensetzung

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein aus einer Epoxyharzmasse bestehendes Einkapselungsmittel für eine Halbleitervorrichtung zur Bereitstellung eines Härtungsprodukts hoher Thermoschockbeständigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit.
  • Üblicherweise wurde als Einkapselungsmittel für eine Halbleitervorrichtung eine Epoxyharzmasse mit einem Phenolnovolakharz als Härtungsmittel verwendet. Diese Harzmasse wurde hauptsächlich deswegen benutzt, weil ihr Härtungsprodukt eine hervorragende Feuchtigkeitsbeständigkeit, ausgezeichnete elektrische Eigenschaften bei hohen Temperaturen und hervorragende Ausformeigenschaften und dgl. aufweist.
  • In jüngster Zeit wurden Halbleiterelemente stärker integriert, funktionelle Einheiten auf einem Element stärker miniaturisiert und die Größe eines Pellets selbst stark erhöht. Infolge solcher Änderungen bei einem Pellet vermochte eine übliche Epoxyharzmasse Eigenschaftsanforderungen, z. B. bezüglich der Thermoschockbeständigkeit, nicht mehr zu erfüllen. Wenn nämlich eine übliche Epoxyharzmasse zum Einkapseln eines großen Pellets mit feiner Oberflächenstruktur benutzt wird, kann entweder ein auf der Oberfläche des Pellets als Passivierungsfilm eines Aluminium (Al) -Musters ausgebildeter Phosphosilikatglas(PSG)-Film oder Siliciumnitrid(Si&sub3;N&sub4;)-Film oder aber das Einkapselungsharz reißen. Diese Tendenz verstärkt sich auch signifikant, wenn ein Wärmezyklustest durchgeführt wird. Hierbei wird entweder das Aussehen einer Packung oder die Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung beeinträchtigt.
  • Ein Phenolharz vom Novolaktyp wird mit Hilfe von Hexamin als Katalysator gehärtet und als Isoliermaterial verwendet. Da das Phenolharz vom Novolaktyp (nur) ein geringes (Harz-) Molekulargewicht aufweist, ist sein Härtungsprodukt spröde. Folglich wurde üblicherweise das Phenolharz vom Novolaktyp mit Tungöl oder Polybutadien modifiziert. Ein unter Verwendung eines derart modifizierten Phenolharzes hergestelltes Härtungsprodukt krankt an schwachen elektrischen Eigenschaften, einer verunreinigten Oberfläche und einer geringen Festigkeit. Darüber hinaus lassen auch die Schockbeständigkeit und Wärmeschockbeständigkeit des erhaltenen Härtungsprodukts zu wünschen übrig.
  • Wenn darüber hinaus eine Packung zur Oberflächenmontage gelötet werden soll, wird die gesamte Packung 5-90 s lang einer Atmosphäre hoher Temperatur (200-260ºC) und folglich einem drastischen Thermoschock ausgesetzt. In diesem Falle können hauptsächlich infolge Verdampfung von im Inneren absorbiertem Wasser im Einkapselungsharz Risse entstehen.
  • Um nun diesen Schwierigkeiten zu begegnen, müssen durch das Einkapselungsharz auf einen Einsatz ausgeübte Spannungen vermindert und das Einkapselungsharz selbst über einen breiten Temperaturbereich verfestigt werden.
  • Um innere Spannungen des Einkapselungsharzes zu vermindern, dürfte vermutlich eine sogenannte See/Insel-Struktur, bei der in einer Harzmatrix ein Siliconöl oder Naturkautschuk fein dispergiert ist, wirksam sein. Tatsächlich lassen sich mittels dieser Technik innere Spannungen des Einkapselungsharzes in erheblichem Maße vermindern. Diese Technik ist jedoch unvermeidlich dadurch belastet, daß die Festigkeit des Harzhärtungsprodukts vermindert wird und daß sie nahezu keinen Einfluß auf eine Verhinderung einer Rißbildung bei einem Härtungsprodukt bei hohen Temperaturen besitzt.
  • Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein aus einer Epoxyharzmasse bestehendes Einkapselungsmittel für eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, mit dessen Hilfe ein Härtungsprodukt geringer innerer Spannungen, guter mechanischer Eigenschaften bei hohen Temperaturen sowie hoher Thermoschockbeständigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit hergestellt werden kann.
  • Ein erfindungsgemäßes, aus einer Epoxyharzmasse bestehendes Einkapselungsmittel für eine Halbleitervorrichtung enthält als wesentliche Komponenten:
  • (a) ein Epoxyharz;
  • (b) ein kautschukmodifiziertes Phenolharz, umfassend ein Phenolharz mit der Fähigkeit, bei 100ºC oder weniger zu fließen und bei Erwärmung zu gelieren, sowie ein Methylmethacrylat/Butadien/Styrol-Copolymer und einen wärmehärtbaren Siliconkautschuk, die in dem Phenolharz dispergiert sind;
  • (c) einen Härtungsbeschleuniger und
  • (d) ein Siliciumdioxidpulver.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein kautschukmodifiziertes Phenolharz, umfassend ein Phenolharz mit der Fähigkeit, bei 100ºC oder darunter zu fließen und bei Erwärmung zu gelieren, und
  • ein Methylmethacrylat/Butadien/Styrol-Copolymer und einen wärmehärtbaren Siliconkautschuk, die in dem Phenolharz dispergiert sind.
  • Wird ein durch Zusatz des MBS und des wärmehärtbaren Siliconkautschuks zu einem Phenolharz hergestelltes kautschukmodifiziertes Phenolharz gehärtet, erhält man ein Härtungsprodukt hoher Schockbeständigkeit und hoher Thermoschockbeständigkeit.
  • Vorzugsweise enthält dieses Harz 1-100 Gew.-% des Methylmethacrylat/Butadien/Styrol-Copolymers und 1-80 Gew.-% des wärmehärtbaren Siliconkautschuks, wobei der Gesamtgehalt an diesem Modifizierungsmittel in bezug auf das Phenolharz 2-160 Gew.-% beträgt.
  • Insbesondere enthält das Harz 2-60 Gew.-% des Methylmethacrylat/Butadien/Styrol-Copolymers und 2-50 Gew.-% des wärmehärtbaren Siliconkautschuks, wobei der Gesamtgehalt an diesen Modifizierungsmitteln in bezug auf das Phenolharz 4-100 Gew.-% beträgt.
  • Vorzugsweise enthält das Harz ferner 0,1 bis 10 Gew.-% (in bezug auf das Phenolharz) eines Netzmittels.
  • Ein Härtungsprodukt des erfindungsgemäßen Einkapselungsmittels für eine Halbleitervorrichtung hat eine hohe Thermoschockbeständigkeit und gute Löttaucheigenschaften. Das Einkapselungsmittel für die Halbleitervorrichtung läßt sich zweckmäßigerweise zum Einkapseln eines Halbleiterspeichers, insbesondere eines Speichers großer Kapazität, verwenden. Selbst nach der Oberflächenmontage der unter Verwendung des erfindungsgemäßen Einkapselungsmittels hergestellten harzeingekapselten Halbleitervorrichtung ist deren Feuchtigkeitsbeständigkeit gut. Dies bedeutet, daß diese harzeingekapselte Halbleitervorrichtung eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.
  • Erfindungsgemäß kann (als Komponente) (a) jedes Epoxyharz verwendet werden, solange es nur zwei Epoxygruppen in einem Molekül aufweist. Beispiele für das Epoxyharz sind ein Epoxyharz vom Bisphenol A-Typ, ein Epoxyharz vom Novolaktyp, ein alicyclisches Epoxyharz, ein Epoxyharz vom Glycidylethertyp oder ein Tri- oder Tetra(hydroxyphenyl)alkanepoxid. Von diesen Harzen eignet sich im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen eine polyfunktionelle, wärmebeständige Epoxyverbindung auf Tris(hydroxyphenyl)methanbasis der folgenden Formel:
  • worin bedeuten:
  • n 0 oder eine positive ganze Zahl und
  • R&sub1; und R&sub2; jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatom(en).
  • Diese Epoxyverbindung läßt sich durch Epoxidieren eines Kondensats aus Phenol oder von Alkylphenolderivaten und Hydroxybenzaldehyd herstellen. Es sei darauf hingewiesen, daß während dieser Umsetzung durch Reaktion zwischen Epoxygruppen (auch) eine Epoxyverbindung der folgenden Formel entstehen kann:
  • In der Formel bedeuten:
  • n 0 oder eine positive ganze Zahl und
  • R&sub1; und R&sub2; jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatom(en).
  • Beispiele für die genannte polyfunktionelle wärmebeständige Epoxyverbindung sind EPPN-502 (NIPPON KAYAKU CO., LTD., Erweichungspunkt: 70ºC; Epoxyäquivalentgewicht: 170), YL-932H (YUKA SHELL K.K., Erweichungspunkt: 63ºC; Epoxyäquivalentgewicht: 171) und ESX-221 (SUMITOMO CHEMICAL CO., LTD., Erweichungspunkt: 85ºC; Epoxyäquivalentgewicht: 210).
  • Beispiele für das erfindungsgemäß als Grundlage für (die Komponente) (b) verwendbare kautschukmodifizierte Phenolharz sind ein Phenolharz vom Novolaktyp, z. B. ein Phenolnovolakharz oder ein Kresolnovolakharz, sowie ein polyfunktionelles Phenolharz, z. B. ein Phenolaralkylharz und ein Dicyclopentadienphenolharz. Diese Phenolharze können alleine oder in Kombination aus zwei oder mehreren Sorten verwendet werden.
  • Das als eine der Kautschukkomponenten in (b), d. h. dem kautschukmodifizierten Phenolharz, enthaltene Methylmethacrylat/Butadien/Styrol-Copolymer wird im allgemeinen als "MBS" bezeichnet und ist pulverförmig. Das MBS erhält man durch Pfropfpolymerisieren eines hauptsächlich aus Methylmethacrylat und Styrol bestehenden Monomeren mit einem latexartigen Styrol/Butadien-Kautschuk oder Polybutadienkautschuk. Beispiele für das MBS sind B-22 (Kanegafuchi Chemical Industry Co., LTD., SBR-Komponente: etwa 45%), B-28 (Kanegafuchi Chemical Industry Co., Ltd., SBR-Komponente: etwa 45%), B-56 (Kanegafuchi Chemical Industry Co., Ltd., SBR-Komponente: etwa 65%), 68K4 (Japan Synthetic Rubber Co., Ltd., SBR-Komponente: etwa 55%), BTA731 (Kureha Chemical Industry Co., Ltd.) und BTA III NX (Kureha Chemical Industry Co., Ltd.).
  • Von den genannten MBS-Sorten wird ein MBS mit 70 Gew.-% oder weniger Butadien und 15 Gew.-% oder mehr Methylmethacrylat bevorzugt. Wenn die Gehalte an diesen Komponenten außerhalb der angegebenen Bereiche liegen, wird das Aussehen des Harzhärtungsprodukts beeinträchtigt.
  • Als wärmehärtbarer Siliconkautschuk, der die andere Kautschukkomponente in (b), d. h. dem kautschukmodifizierten Phenolharz, bildet, eignet sich jeder Kautschuk, solange er bei 100ºC oder weniger fließfähig ist und bei Erwärmung geliert. Beispiele für einen solchen Siliconkautschuk sind ein Siliconkautschuk vom Addukttyp oder ein Siliconkautschuk vom Gel- oder Kondensattyp oder ein Gel. Beispiele für den Siliconkautschuk sind insbesondere TSJ-3150 (TOSHIBA SILICONE CO., LTD., Viskosität bei 25ºC: 1100 cP), TSJ-3152 (TOSHIBA SILICONE CO., LTD., Viskosität bei 25ºC: 2300 cP), TSJ-3130 (TOSHIBA SILICONE CO., LTD., Viskosität bei 25ºC: 3800 cP), TSJ-3175 (TOSHIBA SILICONE CO., LTD., Viskosität bei 25ºC: 3100 cP), TSE-3504 (TOSHIBA SILICONE CO., LTD., Viskosität bei 25ºC: 10000 cP), TSE-3051 (TOSHIBA SILICONE CO., LTD., Viskosität bei 25ºC: 700 cP) und JCR-6101 (TORAY SILICONE INC., Viskosität bei 25ºC: 6500 cP).
  • Dieses kautschukmodifizierte Phenolharz wird durch Erwärmen eines Phenolharzes auf eine Temperatur oberhalb seines Erweichungspunkts und homogenes Dispergieren der Kautschukkomponente hergestellt. Hierbei braucht das nach Zugabe des MBS und Siliconkautschuks zu einem aufgeschmolzenen Phenolharz erhaltene Material lediglich in beliebiger Weise verrührt und durchgemischt zu werden. Beispiele für das Mischverfahren sind ein Rühren in einem Kolben mit Hilfe eines Mischflügels, ein Rühren mit Hilfe eines Universalmischers und ein Verfahren unter Verwendung eines Homogenisators in einem Schmelztopf oder -gefäß.
  • Ein Siliconkautschuk besitzt normalerweise mit einem Phenolharz (nur) eine schlechte Mischbarkeit. Zur Verbesserung der Dispersion des Siliconkautschuks werden folglich einem aufgeschmolzenen Phenolharz vorzugsweise die verschiedensten Netzmittel, z. B. Netzmittel vom Silicontyp oder Fluortyp, zugesetzt.
  • Beispiele für das Netzmittel sind solche vom Silicontyp, wie SF-8419, SF-8410 und SF-8421 (TORAY SILICONE INC.), und solche vom Fluortyp, wie FLORADO FC430 (Sumitomo 3M Co., Ltd.). In bezug auf das Phenolharz reicht der Gehalt an Netzmittel vorzugsweise von 0,1 bis 10 Gew.-%. Unterschreitet der Gehalt die angegebene Untergrenze, läßt sich die Dispergierleistung nicht verbessern. Überschreitet der Gehalt die angegebene Obergrenze, werden die Formgebungseigenschaften und die Feuchtigkeitsbeständigkeit beeinträchtigt.
  • Jede der genannten Kautschukkomponenten leistet einen Beitrag zur Verminderung der inneren Spannungen eines Harzhärtungsprodukts. Die Gehalte an den Kautschukkomponenten in bezug auf die gesamte Masse werden vorzugsweise derart eingestellt, daß der Gehalt an MBS 0,1-7 Gew.-%, der Gehalt an dem Siliconkautschuk 0,1-5 Gew.-% und der Gesamtgehalt an beiden Komponenten 0,2-10 Gew.-% betragen.
  • Wenn der Gehalt an einer der Komponenten unter der jeweiligen Untergrenze liegt, lassen sich die inneren Spannungen des Harzhärtungsprodukts nicht in ausreichendem Maße vermindern. Übersteigt der Gehalt an MBS 7 Gew.-%, erhöht sich in unerwünschter Weise die Schmelzviskosität der Epoxyharzmasse. Übersteigt der Gehalt an dem Siliconkautschuk 5 Gew.-%, werden die Verarbeitbarkeit, z. B. beim Verkneten der Epoxyharzmasse beeinträchtigt und die Festigkeit des Harzhärtungsprodukt signifikant vermindert. Wenn der Gesamtgehalt an beiden Komponenten 10 Gew.-% übersteigt, wird die Festigkeit des erhaltenen Härtungsprodukts in unerwünschter Weise stark vermindert.
  • Erfindungsgemäß läßt sich eine Epoxyharzmasse mit ausgeglichenen mechanischen Eigenschaften bereitstellen, wenn man ein kautschukmodifiziertes Phenolharz mit sowohl MBS als auch dem Siliconkautschuk einsetzt. Die Gehalte an dem Methylmethacrylat/Butadien/Styrol-Copolymer und dem Siliconkautschuk und der Gesamtgehalt an diesen beiden Komponenten sollten in besonders bevorzugter Weise 0,2-5 Gew.-%, 0,2-3 Gew.-% bzw. 0,5-6 Gew.-% betragen.
  • Das kautschukmodifizierte Phenolharz und das Epoxyharz werden vorzugsweise derart miteinander gemischt, daß das Äquivalentgewichtsverhältnis zwischen phenolischen Hydroxylgruppen und Epoxygruppen (OH-Äquivalentgewicht/ Epoxyäquivalentgewicht) in den Bereich von 0,5-1,5 fällt. Wenn das Äquivalentgewichtsverhältnis außerhalb dieses Bereichs liegt, werden die Härtungseigenschaften der Epoxyharzmasse beeinträchtigt und die Feuchtigkeitsbeständigkeit des Harzhärtungsprodukts schlechter.
  • Erfindungsgemäß kann als (Komponente) (c), d. h. als Härtungsbeschleuniger, jeder Härtungsbeschleuniger verwendet werden, von dem bekannt ist, daß er als Härtungsbeschleuniger bei Härtung eines Epoxyharzes mit Hilfe eines Phenolharzes zu wirken vermag. Beispiele für solche Härtungsbeschleuniger sind organische Phosphinverbindungen, wie Triphenylphosphin, Tricyclohexylphosphin, Tributylphosphin und Methyldiphenylphosphin, sowie Diazabicycloundecen. Diese Härtungsbeschleuniger können alleine oder in Kombination aus zwei oder mehreren Arten verwendet werden.
  • Obwohl die Bestimmung des Gehalts an Härtungsbeschleuniger schwierig ist, da der optimale Gehalt von der Art des Härtungsbeschleunigers abhängt, beträgt der Gehalt in bezug auf die Gesamtmenge (a) + (b) + (c) vorzugsweise 0,01-10 Gew.-%. Unterschreitet der Gehalt 0,01 Gew.-%, werden die Härtungseigenschaften der Epoxyharzmasse beeinträchtigt. Übersteigt der Gehalt 10 Gew.-%, verschlechtert sich die Feuchtigkeitsbeständigkeit des erhaltenen Härtungsprodukts.
  • Erfindungsgemäß besteht die (Komponente) (d), d. h. das Siliciumdioxidpulver, aus einem kristallinen Siliciumdioxidpulver, Quarzglaspulver oder Mischungen derselben. Das Siliciumdioxidpulver dient als Füllstoff. Die Form des Pulvers ist keinen Beschränkungen unterworfen. Wenn jedoch die Form des Siliciumdioxidpulvers "trümmerförmig" ist, sollte seine maximale Korngröße vorzugsweise 75 µm oder weniger betragen, um einen Fehlbetrieb der Halbleitervorrichtung zu verhindern. Darüber hinaus sollte zur Verhinderung eines weichen Fehlers der Gesamtgehalt an U und Th in dem Siliciumdioxidpulver vorzugsweise 1 ppb oder weniger betragen. In bezug auf das gesamte Einkapselungsmittel beträgt der Gehalt an dem Siliciumdioxidpulver vorzugsweise 50-90 Gew.-%. Liegt der Gehalt unter 50 Gew.-% wird die Thermoschockbeständigkeit des Harzhärtungsprodukts beeinträchtigt. Wenn der Gehalt 90 Gew.-% übersteigt, verschlechtert sich die Fließfähigkeit der aufgeschmolzenen Epoxyharzmasse.
  • Erforderlichenfalls kann das erfindungsgemäße Einkapselungsmittel neben den genannten Komponenten ein Formgleitmittel, z. B. eine höhere aliphatische Säure und Wachse, ein Flammhemmittel mit Antimon, einer Phosphorverbindung und einem Halogen, wie Brom oder Chlor, ein Färbemittel und ein Kopplungsmittel enthalten.
  • Das erfindungsgemäße Einkapselungsmittel läßt sich ohne Schwierigkeiten durch Aufschmelzen und Durchkneten der genannten Komponenten mit Hilfe einer Heizwalze, einer Knetvorrichtung oder einer Strangpresse, Vermischen der genannten Komponenten mit Hilfe einer Spezialmischvorrichtung mit der Fähigkeit zum feinen Vermahlen oder mit Hilfe einer beliebigen Kombination der genannten Verfahren hergestellt werden. Eine harzeingekapselte Halbleitervorrichtung erhält man durch Harzeinkapseln eines Halbleiterpellets mit Hilfe des Einkapselungsmittels. In diesem Falle bedient man sich zwar meist einer bei niedrigem Druck durchgeführten Preßspritzmethode, man kann die Einkapselung jedoch auch durch Spritzgießen, Formpressen und Gießen durchführen. Vorzugsweise wird bei einer Temperatur von 150ºC oder mehr nachgehärtet. Es sei darauf hingewiesen, daß es bezüglich der Art des durch das Einkapselungsmittel einzukapselnden Halbleiterpellets keine besonderen Beschränkungen gibt.
  • Die das erfindungsgemäße Einkapselungsmittel bildende Epoxyharzmasse enthält das unter Verwendung geeigneter Mengen zweier spezieller Arten von Kautschukkomponenten hergestellte kautschukmodifizierte Phenolharz. Folglich läßt sich die Elastizität des Härtungsprodukts ohne Beeinträchtigung der Ausformeigenschaften oder mechanischen Festigkeit des Härtungsprodukts vermindern. Wird als Epoxyharz ein spezielles polyfunktionelles wärmebeständiges Epoxyharz verwendet, lassen sich die mechanischen Eigenschaften des Härtungsprodukts bei hohen Temperaturen deutlich verbessern. Ein Einkapselungsharz aus dem Härtungsprodukt der Epoxyharzmasse besitzt (nur) geringe innere Spannungen und eine hohe Rißbeständigkeit bei hohen Temperaturen. Folglich besitzt eine mit dieser Epoxyharzmasse eingekapselte Halbleitervorrichtung eine sehr hohe Zuverlässigkeit.
    • Beispiele 1-7 und Vergleichsbeispiele 1-4
  • Durch Vermischen der im folgenden angegebenen Komponenten in den in Tabelle 1 aufgeführten Mengen wurden Epoxyharzmassen zubereitet.
  • Epoxyharz:
  • Epoxyharz vom o-Kresolnovolaktyp (ESCN-195XL, SUMITOMO CHEMICAL CO., LTD., Epoxyäquivalentgewicht: 197; Erweichungspunkt: 74ºC) (Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 1)
  • Polyfunktionelles wärmebeständiges Epoxyharz (EPPN502, NIPPON KAYAKU CO., LTD., Epoxyäquivalentgewicht: 170; Erweichungspunkt: 70ºC) (Beispiele 1, 2, 4, 5 und 6, Vergleichsbeispiele 2-4)
  • Polyfunktionelles wärmebeständiges Epoxyharz (ESX-221, SUMITOMO CHEMICAL CO., LTD., Epoxyäquivalentgewicht: 210; Erweichungspunkt: 85ºC) (Beispiel 7)
  • Feuerhemmendes Epoxyharz (BREN-s, NIPPON KAYAKU CO., LTD., Epoxyäquivalentgewicht: 278; Erweichungspunkt: 84ºC)
  • Härtungsmittelkomponente:
  • Phenolnovolakharz (BRG556, SHOWA HIGHPOLYMER CO., LTD., Phenoläquivalentgewicht: 104; Erweichungspunkt: 80ºC)
  • Methylmethacrylat/Butadien/Styrol-Copolymer (BTA731, Kureha Chemical Industry Co., Ltd.)
  • Wärmehärtbares Silicongel vom Addukttyp (TSJ-3150, TO- SHIBA SILICON CO., LTD., Viskosität bei 25ºC: 1000 cP)
  • Siliconöl (Dimethylsiloxan, TSE-451-1M, TOSHIBA SILICONE CO., LTD., Viskosität bei 25ºC: 10000 cP)
  • Härtungsbeschleuniger; Triphenylphosphin (pp-360, K. I. KASEI CO., LTD.)
  • Füllstoff: aus Quarzglaspulver (USS-80K, TOSHIBA CERA- MICS CO., LTD.)
  • Formgleitmittel; Carnaubawachs (CARNAUBA NR. 1, ARKKAWA RINSAN KAGAKU K.K.)
  • Feuerhemmittel; Antimontrioxid (MIKUNI SEIREN K.K.)
  • Färbemittel; Ruß (CB#30, Mitsubishi Petrochemical Co., Ltd.)
  • Kopplungsmittel; γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan (A- 187, Nippon Unicar Co., Ltd.)
  • Die als Härtungsmittel verwendeten kautschukmodifizierten Phenolharze (Beispiele 1-7) bzw. das (ebenfalls) als Härtungsmittel verwendete siliconölmodifizierte Phenolharz
  • (Vergleichsbeispiel 3) wurden wie folgt hergestellt:
  • Das kautschukmodifizierte Phenolharz wurde durch Zusatz eines wärmehärtbaren Silicongels vom Addukttyp zu einem aufgeschmolzenen Phenolnovolakharz, 30-minütiges Verrühren des erhaltenen Gemischs in einem Universalmischer bei 120ºC, Erhöhen der Temperatur auf 150ºC, Zusatz eines MBS-Pulvers und anschließendes 30-minütiges Verrühren des erhaltenen Gemischs hergestellt.
  • Das siliconölmodifizierte Phenolharz wurde durch Zusatz eines Siliconöls zu einem aufgeschmolzenen Phenolnovolakharz und 30-minütiges Verrühren des erhaltenen Gemischs in einem Universalmischer bei 120ºC hergestellt.
  • Jede Epoxyharzmasse wurde wie folgt zubereitet: Der Füllstoff wurde in einem Henschel-Mischer mit dem Kopplungsmittel behandelt. Nach Zugabe der sonstigen Komponenten wurde das erhaltene Gemisch mittels einer Heizwalze bei 60-110ºC durchgeknetet. Nach dem Abkühlen wurde das erhaltene Gemisch vermahlen.
  • Die Epoxyharzmassen der Beispiele 1-7 und der Vergleichsbeispiele 1-4 wurden wie folgt getestet:
  • (1) Die Schmelzviskosität bei 175ºC wurde mit Hilfe eines KOKA-Fließtestgeräts bestimmt. Auf diese Weise wurde die Fließfähigkeit jeder Epoxyharzmasse ermittelt.
  • (2) Jede Epoxyharzmasse diente zur Herstellung eines Prüflings durch 3-minütiges Preßspritzen bei 175ºC und 4- stündiges Nachhärten des Prüflings bei 180ºC. Von jedem Prüfling wurden der lineare Ausdehnungskoeffizient, die Einfriertemperatur, die Biegefestigkeit und der Young-Modul bei Biegung (bei Raumtemperatur und 215ºC) bestimmt.
  • (3) Der folgende Test wurde durchgeführt, um die Löttauchbeständigkeit zu überprüfen. Hierbei wurde ein Testhalbleiterpellet mit Hilfe der einzelnen Epoxyharzmassen bei 175ºC während 3 min eingekapselt, um jeweils eine 2 mm dicke flache Packung herzustellen. Die flache Packung wurde 4 h bei 180ºC nachgehärtet. Danach wurde die erhaltene Packung 72 h lang in einer Atmosphäre einer Temperatur von 85ºC und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 85% liegengelassen, damit sie Feuchtigkeit absorbieren konnte. Anschließend wurde sie 5 s lang in ein 260ºC heißes Lötmittelbad getaucht. Hierbei wurde das Rißbildungsverhältnis der Packung ermittelt. Darüber hinaus wurde die in das Lötmittel getauchte Packung in einem Druckkocher 100-400 h in einer 127ºC heißen Sattdampfatmosphäre gehalten, um das Fehlerbildungsverhältnis (undichte Stellen und offene Stellen) zu ermitteln.
  • (4) Der folgende Test wurde durchgeführt, um die Thermoschockbeständigkeit zu bestimmen. Ein großes (8 mm · 8 mm) Testpellet zur Bestimmung der Thermoschockbeständigkeit wurde entsprechend (3) mit der jeweiligen Epoxyharzmasse eingekapselt und dann 50-400 aufeinanderfolgenden Wärmezyklen von -65ºC → Raumtemperatur → 150ºC unterworfen. Auf diese Weise wurde das Fehlerbildungsverhältnis mittels einer für den Betrieb der Anordnung charakteristischen Prüfung bestimmt.
  • Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt. Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, besaßen die Epoxyharzmassen der Beispiele 1-7 bessere Formgebungseigenschaften und deren Härtungsprodukte besser ausgeglichene mechanische Eigenschaften als diejenigen der Vergleichsbeispiele 1-4. Folglich besaßen die Härtungsprodukte ersterer eine hohe Thermoschockbeständigkeit. Darüber hinaus war bei Verwendung eines polyfunktionellen wärmebeständigen Epoxyharzes die Rißbeständigkeit des Härtungsprodukts bei hohen Temperaturen sehr hoch. Tabelle 1 Beispiel Epoxyharz Epoxyharz vom o-Kresol-Novolaktyp Polyfunktionelles wärmebeständiges Epoxyharz Feuerhemmendes Epoxyharz Härtungsmittel Kautschukmodifiziertes Phenolharz Phenolnovolakharz Wärmehärtbares Silicongel vom Addukttyp Phenolnovolakharz Siliconölmodifiziertes Phenolharz Siliconöl *1 Netzmittel SF-8421 auf Siliconbasis, Zusatz: 0,07 *2 Netzmittel FLORADE FC-430 auf Fluorbasis, Zusatz: 0,07 Tabelle 1 (Fortsetzung) Beispiel Vergl.-beispiel Epoxyharz Epoxyharz vom o-Kresol-Novolaktyp Polyfunktionelles wärmebeständiges Epoxyharz Feuerhemmendes Epoxyharz Härtungsmittel Kautschukmodifiziertes Phenolharz Phenolnovolakharz Wärmehärtbares Silicongel vom Addukttyp Phenolnovolakharz Siliconölmodifiziertes Phenolharz Siliconöl Tabelle 1 (Fortsetzung) Beispiel Härtungsbeschleuniger Triphenylphosphin Füllstoff Quarzglaspulver Formgleitmittel Carnaubawachs Feuerhemmittel Antimontrioxid Färbemittel Ruß Kupplungsmittel γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan Tabelle 1 (Fortsetzung) Beispiel Vergl.-beispiel Härtungsbeschleuniger Triphenylphosphin Füllstoff Quarzglaspulver Formgleitmittel Carnaubawachs Feuerhemmittel Antimontrioxid Färbemittel Ruß Kupplungsmittel γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan Tabelle 2 Beispiel Schmelzviskosität (Poise) Einfriertemperatur Linearer Ausdehnungskoeffizient · 10&sup5; Young-Modul bei Biegung Biegefestigkeit (Raumtemperatur) Tabelle 2 (Fortsetzung) Vergl.-beispiel Schmelzviskosität (Poise) Einfriertemperatur Linearer Ausdehnungskoeffizient · 10&sup5; Young-Modul bei Biegung Biegefestigkeit (Raumtemperatur) Tabelle 2 (Fortsetzung) Beispiel Wärmezyklustest (Anzahl der fehlerhaften Prüflinge/Gesamtzahl der Prüflinge) Druckkochertest Zyklen Reißen Tabelle 2 (Fortsetzung) Vergl.-beispiel Wärmezyklustest (Anzahl der fehlerhaften Prüflinge/Gesamtzahl der Prüflinge) Druckkochertest Zyklen Reißen

Claims (13)

1. Aus einer Epoxyharzmasse bestehendes Einkapselungsmittel für eine Halbleitervorrichtung, umfassend
(a) ein Epoxyharz mit mindestens zwei Epoxygruppen in einem Molekül;
(b) ein kautschukmodifiziertes Phenolharz in Form eines Phenolharzes mit der Fähigkeit, bei 100ºC oder darunter zu fließen und beim Erwärmen zu gelieren, und einer Dispersion eines Methylmethacrylat/Butadien/Styrol-Copolymers und eines wärmehärtbaren Siliconkautschuks in dem Phenolharz;
(c) einen Härtungsbeschleuniger und
(d) ein Siliciumdioxidpulver.
2. Einkapselungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Epoxyharz um eine polyfunktionelle wärmebeständige Epoxyverbindung handelt.
3. Einkapselungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kautschukmodifizierte Phenolharz 0,1-7 Gew.-% des Methylmethacrylat/Butadien/Styrol-Copolymers und 0,1 bis 5 Gew.-% des wärmehärtbaren Siliconkautschuks sowie einen Gesamtgehalt an diesen Modifizierungsmitteln von 0,2- 10 Gew.-% enthält.
4. Einkapselungsmittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kautschukmodifizierte Phenolharz 0,2-5 Gew.-% des Methylmethacrylat/Butadien/Styrol-Copolymers und 0,2-3 Gew.-% des wärmehärtbaren Siliconkautschuks sowie einen Gesamtgehalt an diesen Modifizierungsmitteln von 0,5- 6 Gew.-% enthält.
5. Einkapselungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kautschukmodifizierte Phenolharz und das Epoxyharz derart miteinander gemischt sind, daß das Verhältnis zwischen dem Äquivalentgewicht der phenolischen Hydroxylgruppen und dem Äquivalentgewicht der Epoxygruppen in den Bereich von 0,5-1,5 fällt.
6. Einkapselungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 0,01-10 Gew.-% des Härtungsbeschleunigers, bezogen auf das Gesamtgewicht Epoxyharz, kautschukmodifiziertes Phenolharz und Härtungsbeschleuniger, enthält.
7. Einkapselungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumdioxidpulver nicht mehr als 1 ppb an insgesamt U und Th enthält.
8. Einkapselungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es, bezogen auf sein Gesamtgewicht, 50-90 Gew.-% Siliciumdioxidpulver enthält.
9. Einkapselungsmittel nach Anspruch 1, welches zusätzlich ein Formgleitmittel, ein Feuerhemmittel, ein Färbemittel und ein Kopplungsmittel enthält.
10. Kautschukmodifiziertes Phenolharz, umfassend ein Phenolharz mit der Fähigkeit, bei 100ºC oder darunter zu fließen und bei Erwärmung zu gelieren, und ein Methylmethacrylat/Butadien/Styrol-Copolymer sowie einen wärmehärtbaren Siliconkautschuk, die in dem Phenolharz dispergiert sind.
11. Harz nach Anspruch 10, enthaltend 1-100 Gew.-% des Methylmethacrylat/Butadien/Styrol-Copolymers und 1-80 Gew.-% des wärmehärtbaren Siliconharzes sowie einen Gesamtgehalt an diesen Modifizierungsmitteln von 2-160 Gew.-%, jeweils in bezug auf das Phenolharz.
12. Harz nach Anspruch 11, enthaltend 2-60 Gew.-% des Methylmethacrylat/Butadien/Styrol-Copolymers und 2-50 Gew.-% des wärmehärtbaren Siliconkautschuks sowie einen Gesamtgehalt an diesen Modifizierungsmitteln von 4-100 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Phenolharz.
13. Harz nach Anspruch 10, welches in bezug auf das Phenolharz weiterhin 0,1-10 Gew.-% eines Netzmittels enthält.
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