DE69722106T2

DE69722106T2 - Epoxidharzzusammensetzung und damit eingekapselte Halbleiteranordnungen

Info

Publication number: DE69722106T2
Application number: DE69722106T
Authority: DE
Inventors: Noriaki Chiyoda-ku Higuchi; Takaaki Chiyoda-ku Fukumoto; Toshio Matsuida-machi Shiobara; Eiichi Matsuida-machi Asano; Kazutoshi Matsuida-machi Tomiyoshi
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1997-08-25
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2017-08-26
Also published as: DE69722106D1; CN1179444A; EP0827159B1; EP0827159A2; MY113659A; SG60109A1; TW474968B; EP0827159A3; KR19980019140A; CN1139626C; US5940688A; KR100251853B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Epoxyharzzusammensetzung mit einer geringen Schmelzviskosität, die ausreichend ist, um auf einer dünnen Mehrstift-Halbleitervorrichtung geformt zu werden, ohne bei dieser Schäden zu verursachen, und eine mit einem gehärteten Produkt aus der Zusammensetzung verkapselte Halbleitervorrichtung.
Stand der Technik
Für Epoxyharzzusammensetzungen, die als ein Einkapselungsmittel für moderne dünne Verpackungen dienen, ist die gegenwärtige Herangehensweise, um einen Kompromiss zwischen einer Verbesserung der Einfüllung und einer geringen Wasserabsorption zu finden, das Einmischen eines hohen Anteils eines Füllstoffs im Submikronbereich mit einer mittleren Teilchengröße von weniger als 1 μm, erwünschterweise von weniger als 0,5 μm. Da ein solcher Füllstoff im Submikronbereich eine in extremer Weise größere spezifische Oberfläche als herkömmliche Füllstoffe besitzt, wird das Benetzen der Grenzflächen zwischen dem Füllstoff und dem Harz in signifikanter Weise verschlimmert. Als Folge davon besitzt die Zusammensetzung eine extrem hohe Viskosität und ist dann schwer zu formen.
Eine weitere Herangehensweise in jüngster Zeit ist die Erhöhung der Beladung mit einem Füllstoff um die Wasserabsorption zum Zweck der Verbesserung der Reflow-Lötbeständigkeit. Besonders wenn die Beladung mehr als 85 Gew.-% beträgt, können die herkömmlicherweise verwendeten sphärischen Füllstoffe eine Düsenpolster- bzw. Rohchipanschlußverformung (die pad deformation) und Drahtverformung und gar eine Anlagenstörung bzw. -ausfall verursachen, weil die Viskosität des beladenen Harzes in dem Bereich mit geringer Scherung sehr hoch wird.
Die JP-A-03 177 450 offenbart, dass Epoxyharz (A) mit sphärischem, geschmolzenen Silicapulver (B) mit einer Spheroidizität von 0,7 – 1, gemessen durch die Waadel-Spheroidizität und mit einer Teilchengrößenverteilung von 16 – 23 Gew.-% Teilchen mit einem Durchmesser ≤ 2 μm, 55 – 80 Gew.-% Teilchen (insgesamt Teilchen von ≤ 2 μm und ≤ 12 μm und so weiter mit einem Durchmesser ≤ 12 μm, ≥ 94,5 Gew.-% Teilchen mit einem Durchmesser s 45 μm und ≤ 0,01 Gew.% große Teilchen mit einem Durchmesser ≥ 100 μm, vorzugsweise mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 – 9 μm und einer spezifischen Oberfläche von 1–5 m²/g, gemischt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Epoxyharzzusammensetzung, die eine geringe Schmelzviskosität besitzt und leicht zu schmelzen ist, wodurch die Verkapselung von Halbleitervorrichtungen ohne Verursachung von Schäden, wie einer Düsenpolsterverformung und Drahtverformung, ermöglicht wird. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Halbleitervorrichtung, die mit der Epoxyharzzusammensetzung verkapselt ist.
Wir führten Untersuchungen zu dem anorganischen Füllstoff durch, welcher in Epoxyharzzusammensetzungen in einer großen Menge gefüllt werden kann. Anorganische Füllstoffe des Stands der Technik, die durch herkömmliche Verfahren hergestellt werden, werden nicht reguliert bezüglich der Teilchengröße und der spezifischen Oberfläche eines feinen Bereichs. Wenn eine große Menge eines solchen herkömmlichen anorganischen Füllstoffs eingefüllt wird, erfährt die resultierende Harzzusammensetzung einen raschen Anstieg der Viskosität im gering scherenden Bereich, was zu einer Drahtverformung führt. Dieses Problem wird nun als ein ernsthaftes Problem angesehen. Für die Zwecke der Bewältigung dieses Problems und die Verleihung einer geringen Viskosität an eine Harzzusammensetzung mit einer hohen Beladung an anorganischem Füllstoff untersuchten wir die Teilchengrößenverteilung, die spezifische Oberfläche und die Gestalt von anorganischen Füllstoffen. In Vorschlägen des Stands der Technik, die herkömmliche anorganische Füllstoffe betreffen, werden die Formungscharakteristika durch die Teilchengrößenverteilung, die spezifische Oberfläche und die Gestalt von anorganischen Füllstoffen bestimmt. Wir verlassen uns ebenfalls auf dieses Prinzip. Allerdings werden die Verhältnisse der Formbarkeit zu verschiedenen Charakteristika eines Füllstoffs nicht vollständig im Stand der Technik verstanden. Ein bloßes Regulieren der Teilchengrößenverteilung, der spezifischen Oberfläche und der Gestalt eines anorganischen Füllstoffs ist nicht erfolgreich, um ein Auftreten der oben genannten Probleme bei modernen dünnen Mehrstiftverpackungen von großer Größe zu verhindern.
Wir fanden heraus, dass, wenn ein Füllstoff, welcher zu einem zweckmäßigen Verhältnis der Viskositäten bei unterschiedlichen Scherraten führt, durch Mischen von Füllstoffen jeweils mit einer bestimmten Teilchengröße und spezifischer Oberfläche mit einem Harz zur Bildung von Harzmischungen, Messen der Viskosität jeder Mischung bei unterschiedlichen Scherraten und Berechnen des Verhältnisses der Viskositäten bei unterschiedlichen Scherraten gewählt wird, eine mit dem Füllstoff beladene Harzzusammensetzung leicht zu formen ist.
Insbesondere fanden wir heraus, dass in einer Epoxyharzzusammensetzung, welche ein Epoxyharz, ein Härtungsmittel und einen anorganischen Füllstoff als wesentlichen Komponenten umfasst, wenn der anorganische Füllstoff, in welchem feine Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 3 μm 10 bis 40 Gew.-% des gesamten anorganischen Füllstoffs ausmachen und welche eine Teilchengrößenverteilung besitzt, dass eine feinste Fraktion von Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,05 bis 0,3 μm 1 bis 10 Gew.-% ausmacht, eine feinere Fraktion von Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,4 bis 0,7 μm 5 bis 20 Gew.-% ausmacht und eine feine Fraktion von Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,8 bis 3 μm 5 bis 20 Gew.-% des gesamten anorganischen Füllstoffs ausmacht, der gesamte anorganische Füllstoff eine mittlere Teilchengröße von 4 bis 30 μm und eine spezifische Oberfläche von ≤ 2,5 m²/g besitzt, gemessen durch eine Stickstoffadsorptions-BET-Methode, und mit der Maßgabe, das eine Mischung von flüssigem Epoxyharz vom Bisphenol-F-Typ mit einer Viskosität von 30 bis 45 Poises bei 25°C, gemessen durch die Gardner-Holdt-Methode, mit 75 Gew.-% des anorganischen Füllstoffs hinsichtlich der Viskosität bei 25°C mittels eines Viskosimeters vom E-Typ die Viskosität bei einer Scherrate von 0,6 s^–1 ≤ 50.000 Poises ist und das Verhältnis der Viskosität bei einer Scherrate von 0,6 s^–1 zu der Viskosität bei einer Scherrate von 10 s^–1 ≤ 2,5/l ist, in einer Menge von 400 bis 1000 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Epoxyharzes und Härtungsmittels zusammengenommen vermischt wird, die Zusammensetzung eine geringe Schmelzviskosität besitzt und leicht zu formen ist trotz der hohen Beladung mit dem anorganischen Füllstoff. Danach können dünne Mehrstift-Halbleitervorrichtungen darin ohne Schwierigkeiten, wie eine Drahtverformung, verkapselt werden.
Gemäß der Erfindung wird eine Epoxyharzzusammensetzung bereitgestellt, welche ein Epoxyharz, ein Härtungsmittel und einen anorganischen Füllstoff als wesentliche Komponenten umfasst, wobei der oben stehend definierte anorganische Füllstoff in einer Menge von 400 bis 1000 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des Epoxyharzen und Härtungsmittels zusammengenommen vermischt wird; und eine Halbleitervorrichtung, die mit einem gehärteten Produkt aus der Epoxyharzzusammensetzung verkapselt ist.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die Epoxyharzzusammensetzung der Erfindung enthält ein Epoxyharz, ein Härtungsmittel und einen anorganischen Füllstoff als wesentliche Komponenten.
Die hierin verwendete Epoxyharzzusammensetzung kann aus allgemein bekannten Epoxyharzen des Stands der Technik mit mindestens zwei Epoxygruppen in einem Molekül, zum Beispiel Epoxyharzen vom Bisphenol-A-Typ, Epoxyharzen vom Bisphenol-F-Typ, Epoxyharzen vom Phenolnovolak-Typ, Epoxyharzen vom Cresolnovolak-Typ, Epoxyharzen vom Naphthalin-Typ, Epoxyharzen vom Biphenyl-Typ, Epoxyharzen vom Phenylaralkyl-Typ und Epoxyharzen vom Cyclopentadien-Typ, gewählt werden. Bevorzugt von diesen Epoxyharzen sind Epoxyharze vom Naphthalin-Typ, Epoxyharze vom Biphenyl-Typ und Epoxyharze mit einer flüssigen Kristallstruktur, angegeben durch eine der folgenden Strukturformeln:
R ist Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl und Tertbutyl, und der Buchstabe n ist eine ganze Zahl von 0 bis 5.
Diese Epoxyharze sollten vorzugsweise einen Gesamtchlorgehalt von weniger als 1500 ppm, weiter bevorzugt von weniger als 1000 ppm, und einen wasserextrahierbaren Chlorgehalt von weniger als 5 ppm, gemessen in einer Epoxyharzkonzentration von 50 Gew.-% bei 120°C während 20 Stunden, aufweisen. Wenn der Gesamtchlorgehalt mehr als 1500 ppm beträgt und/oder der wasserextrahierbare Chlorgehalt mehr als 5 ppm beträgt, wären Halbleitervorrichtungen, die mit solchen Epoxyharzen verkapselt sind, gegen Feuchtigkeit weniger zuverlässig.
Das Härtungsmittel kann aus herkömmlichen wohlbekannten Verbindungen gewählt sein, die als Härtungsmittel für Epoxyharze, zum Beispiel Phenolverbindungen, Aminverbindungen und Säureanhydridverbindungen, verwendet werden. Insbesondere sind Phenolharze mit mindestens zwei phenolischen Hydroxylgruppen in einem Molekül nützlich. Beispielhafte Phenolharze sind Phenolnovolakharze, Cresolnovolakharze, Phenolaralkylharze, Phenolharze vom Naphthalin-Typ, Phenolharze vom Cyclopentadien-Typ und phenolische hydroxylgruppenhaltige Phenolharze der folgenden Struktur:
worin R Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, wie Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl und Tertbutyl, und der Buchstabe n eine ganze Zahl von 0 bis 5 ist.
Wie die Epoxyharze sollten die Phenolharze vorzugsweise Chlorid- und Natriumionengehalte von weniger als 10 ppm, insbesondere weniger als 5 ppm aufweisen, wenn sie bei 120°C extrahiert werden.
Das Härtungsmittel wird in einer aüsreichenden Menge zum Härten des Epoxyharzes verwendet. Wenn ein Phenolharz als Härtungsmittel verwendet wird, werden das Epoxyharz und das Phenolharz vorzugsweise vermischt, so dass 0,5 bis 1,6 Mol, insbesondere 0,6 bis 1,4 Mol der phe nolischen Hydroxylgruppe pro Mol der Epoxygruppe verfügbar ist. Weniger als 0,5 Mol der phenolischen Hydroxylgruppe pro Mol der Epoxygruppe bedeutet eine Knappheit an Hydroxylgruppen, die zu einem größeren Anteil an Homopolymerisation von Epoxygruppen, und somit zu einer niedrigeren Glasübergangstemperatur führen kann. Mehr als 1,6 Mol der phenolischen Hydroxylgruppe pro Mol der Epoxygruppe bedeutet einen höheren Anteil an phenolischen Hydroxylgruppen, der zu einer geringeren Reaktivität, einer geringeren Vernetzungsdichte und einer unzureichenden Festigkeit führen kann.
In die Epoxyharzzusammensetzung der Erfindung kann ein Härtungsbeschleuniger eingemischt werden. Der Härtungsbeschleuniger kann aus Phosphorverbindungen, Imidazolderivaten und Cycloamidinderivaten gewählt werden. Die Menge des Härtungsbeschleunigers beträgt vorzugsweise 0,01 bis 10 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Epoxyharzes und des Phenolharzes zusammengenommen.
Der in der Erfindung verwendete anorganische Füllstoff sollte den folgenden Bedingungen genügen. (1) Feine Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 3 μm machen 10 bis 40 Gew.-% des gesamten anorganischen Füllstoffs aus. (2) Der gesamte anorganische Füllstoff besitzt eine spezifische Oberfläche von ≤ 2,5 m²/g, gemessen durch eine Stickstoffadsorptions-BET-Methode. (3) Wenn eine Mischung eines flüssigen Epoxyharzes vom Bisphenol-F-Typ mit einer Viskosität von 30 bis 45 Poises bei 25°C, gemessen durch die Gardner-Holdt-Methode, mit 75 Gew.-% des anorganischen Füllstoffs hinsichtlich der Viskosität bei 25°C mittels eines Viskosimeters vom E-Typ gemessen wird, beträgt die Viskosität bei einer Scherrate von 0,6 s^–1 ≤ 50.000 Poises und das Verhältnis der Viskosität bei einer Scherrate von 0,6 s^–1 zu der Viskosität bei einer Scherrate von 10 s^–1 beträgt ≤ 2,5/l.
Insbesondere besitzt der hierin verwendete anorganische Füllstoff eine Teilchengrößenverteilung, dass eine Fraktion von feinen Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 3 μm 10 bis 40 Gew.-% des gesamten anorganischen Füllstoffs ausmacht, eine Teilchengrößenverteilung, dass eine feinste Fraktion von Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,05 bis 0,3 μm 1 bis 10 Gew.-% ausmacht, eine feinere Fraktion von Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,4 bis 0,7 μm 5 bis 20 Gew.-% ausmacht und eine feine Fraktion von Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,8 bis 3 μm 5 bis 20 Gew.-% des gesamten anorganischen Füllstoffs ausmacht. Wenn die feine Teilchenfraktion von weniger als 3 μm weniger als 10 Gew.-% beträgt, ist das dichte inni ge Befüllen der Zusammensetzung mit dem Füllstoff nicht zu erwarten und die Schmelzviskosität der Zusammensetzung ist nicht völlig niedrig. Wenn die feine Teilchenfraktion von weniger als 3 μm 40 Gew.-% übersteigt, was einen höheren Anteil an feineren Teilchen bedeutet, wird die Benetzung an den Grenzflächen zwischen dem Harz und dem Füllstoff unzureichend und die Schmelzviskosität der Zusammensetzung nimmt zu. Erwünschtermaßen macht die feine Teilchenfraktion von weniger als 3 μm Größe 10 bis 30 Gew.-% des gesamten anorganischen Füllstoffs aus.
Der anorganische Füllstoff als Ganzes besitzt eine mittlere Teilchengröße von 4 bis 30 μm. Wenn der Füllstoff eine mittlere Teilchengröße von weniger als 4 μm besitzt, würde eine damit beladende Harzzusammensetzung zu viskos werden, wodurch eine hohe Beladung des Füllstoffs verhindert wird. Wenn der Füllstoff eine mittlere Teilchengröße von mehr als 30 μm besitzt, würde eine damit beladene Harzzusammensetzung zu einer Blockierung des Austrittspalts führen. Erwünschtermaßen besitzt der anorganische Füllstoff eine Teilchengrößenverteilung mit einer maximalen Teilchengröße von weniger als 100 μm, stärker erwünscht von weniger als 74 μm.
Es wird darauf hingewiesen, dass eine Fraktion von Füllstoffteilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 0,7 μm eine wichtige Rolle bei der Erhöhung des dichten Befüllens mit dem Füllstoff spielt, wodurch einer Harzzusammensetzung Thixotropie verliehen wird, um ihre Viskosität zu vermindern, und das Fließen einer Harzzusammensetzung reguliert wird. Der gewünschte Füllstoff ist ein feiner teilchenförmiger Füllstoff mit einer Teilchengröße von 0,05 bis 0,3 μm. Der Füllstoff dieses Typs ist erwünschtermaßen von sphärischer Gestalt und besitzt eine spezifische Oberfläche von 10 bis 50 m²/g. Der stärker erwünschte Füllstoff besitzt eine spezifische Oberfläche von 15 bis 40 m²/g.
Im Stand der Technik wird häufig trockenes oder nasses ultrafeines Silica mit einer extrem großen spezifischen Oberfläche von 100 bis 300 m²/g, wie durch Aerosil beispielhaft angegeben, zur Verleihung von Thixotropie verwendet. Da der Füllstoff dieses Typs eine große spezifische Oberfläche besitzt, verändert sich das Fließen größtenteils, selbst wenn er in einer kleinen Menge zugesetzt wird. Die Verwendung des Füllstoffs dieses Typs erfordert eine sorgfältige Kontrolle.
Es ist anzumerken, dass die durchschnittliche Teilchengröße und Teilchengrößenverteilung Messungen sind (z. B. gewichtsmittlere Werte) durch ein Laserbeugungs-Teilchengrößenverteilungsmessgerät, zum Beispiel einen Granulometer 920 von CILAS ALCATEL (Frankreich).
Gemäß der Erfindung besitzt der anorganische Füllstoff als Ganzes eine spezifische Oberfläche von ≤ 2,5 m²/g, erwünschterweise von 1 bis 2 m²/g, gemessen durch die Stickstoffadsorptions-BET-Methode. Wenn die spezifische Oberfläche des Füllstoffs 2,5 m²/g übersteigt, wird eine damit gefüllte Harzzusammensetzung thixotroper und schwer zu formen.
Gemäß der Erfindung genügt der anorganische Füllstoff der Bedingung, dass, wenn eine Mischung eines flüssigen Epoxyharzes vom Bisphenol-F-Typ mit einer Viskosität von 30 bis 45 Poises bei 25°C (± 0,05°C), gemessen durch die Gardner-Holdt-Methode, mit 75 Gew.-% des anorganischen Füllstoffs hinsichtlich der Viskosität bei 25°C (± 0,05°C) mittels eines Viskosimeters vom E-Typ gemessen wird, beträgt die Viskosität V₁ bei einer Scherrate von 0,6 s^–1 ≤ 50.000 Poises und das Verhältnis der Viskosität V₁ bei einer Scherrate von 0,6 s^–1 zu der Viskosität V₂ bei einer Scherrate von 10 s^–1 beträgt ≤ 2,5/l, das heisst, V₁/V₂ ≤ 2,5. Wenn V₁/V₂ > 2,5, wird die Viskosität des in dem Hohlraum fließenden Harzes sehr hoch, was eine Drahtverformung und Düsenpolsterverschiebung bewirkt. Ein derartiger rascher Anstieg der Harzviskosität in einem Bereich mit geringer Scherung kann wirksam verhindert werden durch Verwendung eines Füllstoffs, welcher ein Viskositätsverhältnis V₁/V₂ zwischen 0,5 und 2,5 vorsieht, insbesondere zwischen von 0,8 und 2,2. Die Viskosität V₁ bei einer niedrigen Scherrate von 0,6 s^–1 beträgt weniger als 50.000 Poises. insbesondere 5000 bis 30.000 Poises. Wenn V₁ 50.000 Poises übersteigt, wird ein damit beladenes Epoxyharz zu viskos zum Formen.
Das Mischen des oben stehend definierten anorganischen Füllstoffs in einem Epoxyharz bildet eine Epoxyharzzusammensetzung, die eine Schmelzviskosität von weniger als 200 Poises bei 175°C besitzt und leicht zu formen ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass die spezifische Oberfläche des anorganischen Füllstoffs in starkem Maße das Verhältnis einer Viskosität bei einer niedrigen Scherrate zu einer Viskosität bei einer hohen Scherrate beeinflusst. Wir fanden heraus, dass, wenn die spezifische Oberfläche weniger als 2,5 m²/g beträgt, das Viskositätsverhältnis V₁/V₂ weniger als 2,5/l betragen kann. Über diese spezifische Oberflächengrenze hinaus wird die Benetzung an den Grenzflächen zwi schen dem Harz und dem Füllstoff unzureichend, die Viskosität wird extrem hoch, und das Viskositätsverhältnis V₁/V₂ übersteigt 2,5. Das Viskositätsverhältnis V₁/V₂ wird ebenfalls durch eine feine Füllstofffraktion mit einer Teilchengröße von weniger als 0,7 μm, insbesondere von 0,05 bis 0,3 μm, beeinflusst. Eine teilchenförmige Füllstofffraktion dieses Bereichs tendiert zu einem Agglomerieren als Folge der Vibration, und wenn es zu einer sekundären Agglomeration kommt, wird deren Einfluss noch deutlicher. Erwünschterweise wird der Füllstoff mit dem Harz vorgemischt, um eine sekundäre Agglomeration zu verhindern und um Füllstoffteilchen mit dem Harz an ihrer Grenzfläche vollständig zu benetzen.
Der hierin verwendete Füllstoff schließt Quarzglas, das durch Pulverisieren in einer Kugelmühle erhalten wird, sphärisches Silica, das durch Flammbondieren erhalten wird, sphärisches Silica, das durch eine Sol-Gel-Methode erhalten wird, kristallines Silica, Aluminiumoxid, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid, Magnesia und Magnesiumsilikat ein. Wo Halbleiterelemente eine beträchtliche Wärmefreisetzung erzeugen, ist es wünschenswert, Füllstoffe mit einem größeren Wärmeleitvermögen und einem geringeren Ausdehnungskoeffizienten zu verwenden, wie Aluminiumoxid, Bornitrid, Aluminiumnitrid und Siliziumnitrid. Diese können mit Quarzglas vermischt werden. Die Gestalt des anorganischen Füllstoffs ist nicht kritisch. Füllstoffe von Flocken-, Dendrit- und sphärischen Gestalten können allein oder in Vermischung von zwei oder mehreren verwendet werden. Sphärische Teilchen sind für die Verminderung der Viskosität und eine höhere Beladung höchst wünschenswert. Vorzugsweise wird der Füllstoff mit Silan-Haftvermittlern und Titan-Haftvermittlern vor dem Gebrauch oberflächenbehandelt.
Die Menge des vermischten anorganischen Füllstoffs beträgt etwa 400 bis 1000 Gewichtsteile des anorganischen Füllstoffs pro 100 Gewichtsteile des Epoxyharzes und des Härtungsmittels zusammengenommen. Außerhalb dieses Bereichs würden Epoxyharzzusammensetzungen mit geringeren Mengen des anorganischen Füllstoffs einen relativ hohen Ausdehnungskoeffizienten und eine hohe Wasserabsorption aufweisen, wodurch das Risiko bleibt, dass Verpackungen bei hoher Temperatur beim Reflow-Löten reißen. Epoxyharzzusammensetzungen mit mehr Mengen des anorganischen Füllstoffs würde zu viskos für das Formen werden.
Weiterhin können herkömmliche, allgemein bekannte Pulver, wie Silikonkautschuk und -gel, silikonmodifizierte Epoxyharze, silikonmodifizierte Phenolharze und thermoplastische Harze, wie Methylmethacrylat-Butadien-Styrol-Copolymere in die Epoxyharzzusammensetzung als spannungsverminderndes Mittel eingemischt werden.
Auch können herkömmliche, allgemein bekannte Verdünnungsmittel mit einer Epoxy- oder Phenolhydroxylgruppe zur Verminderung der Viskosität zugesetzt werden. Beispielhafte Verdünnungsmittel schließen n-Butylglycidylether, Phenylglycidylether, Styroloxid, Tertbutylphenylglycidylether, Dicyclopentadiendiepoxid, Phenol, Cresol und Tertbutylphenol ein.
Noch weiter werden Haftvermittler, wie Silan-Haftvermittler, Titan-Haftvermittler und Aluminium-Haftvermittler, Pigmente, wie Carbon-Black bzw. Ruß, und Benetzbarkeits-Modifizierungsmittel und Antischaummittel, wie nichtionische Tenside, fluorierte Tenside und Silikonfluide, auf Wunsch zugesetzt.
Bezüglich des Herstellungsverfahrens kann eine flüssige Epoxyharzzusammensetzung hergestellt werden durch völliges Kneten der oben genannten Bestandteile in einem Rührmixer, wie einem Shinagawa-Mixer. Die Knettemperatur beträgt erwünschtermaßen 20 bis 50°C. Eine pulverförmige Epoxyharzzusammensetzung kann durch gleichmäßiges Mischen der oben stehenden Bestandteile in einem Hochgeschwindigkeitsmischer und vollständiges Kneten der Mischung in einer Doppelwalzmühle oder einer kontinuierlichen Knetmaschine hergestellt werden. Die Knettemperatur beträgt erwünschtermaßen 50 bis 110°C. Nach dem Kneten wird die Zusammensetzung zu dünnen blattförmigen Schichten geformt, gekühlt und pulverisiert.
Die Harzzusammensetzung der Erfindung wird als Allzweckformungsmaterial verwendet, insbesondere als Halbleiterverkapselungsmaterial. Die hierin angewandte Formungstechnik schließt das Übertragungsformen, Kompressionsformen und Spritzgießen ein. Eine Formungstemperatur von 150 bis 185°C ist bevorzugt.
Verschiedene Halbleitervorrichtungen können mit der Epoxyharzzusammensetzung gemäß der Erfindung verkapselt werden. Unter anderem können diskrete Vorrichtungen, IC- und hochintegrierte Vorrichtungen, wie LSI und Ultra-LSI, vorteilhafter Weise verkapselt werden.
Es wurde eine mit einem einzigartigen anorganischen Füllstoff beladene Epoxyharzzusammensetzung beschrieben, welche eine geringe Schmelzviskosität besitzt, leicht zu formen ist und damit für die Verkapselung einer Halbleitervorrichtung wirksam ist, ohne zu einer Verformung des Düsenpolsters und einer Drahtverformung zu führen. Die mit der beladenen Epoxyharzzusammensetzung verkapselte Halbleitervorrichtung bleibt somit überaus zuverlässig.
Beispiel
Beispiele der vorliegenden Erfindung sind weiter unten zur Erläuterung und nicht als Einschränkung angegeben. Alle Teile sind gewichtsbezogen.
Beispiele 1–3 & Vergleichsbeispiele 1–5
Jeder der in Tabelle 1 aufgeführten Silica-Füllstoffe A bis H wurde mit 0,5 Gew.-% γ-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan (KBM403 von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) oberflächenbehandelt und auf verschiedene Eigenschaften hin untersucht.
Teilchengrößenverteilung und mittlere Teilchengröße
Die Teilchengrößenverteilung wurde mit Hilfe eines Laser-Beugungs-/Streuungs-Teilchengrößenverteilung-Analysengeräts gemessen.
Spezifische Oberfläche
Ein Füllstoff wurde hinsichtlich der spezifischen Oberfläche mit Hilfe eines Testgeräts der spezifischen Oberfläche gemessen (BET-Methode, Stickstoffadsorption).
Viskositätsverhältnis und Viskosität bei 0,6 s^–1.
Eine Mischung wurde durch Wiegen von 1 Gramm eines Epoxyharzes Epikote 807 (Epoxyharz vom Bisphenol-F-Typ mit einem Epoxy-Äquivalent von 168 und einer Viskosität von 38 Poises bei 25°C, von Shell Chemical Co.) und 3 Gramm Silica und vollständiges Mischen auf einer Glasschale hergestellt. Unter Einsatz eines mit einem Rotorkegel R-U (Toki Sangyo K. K.) ausgerüsteten Viskosimeters vom E-Typ wurde die Mischung hinsichtlich der Viskosität bei einer Scherrate von 0,6 s^–1 und 10 s^–1 bei einer Temperatur von 25°C ± 0,05°C gemessen. Das Verhältnis V₁/V₂ der Viskosität V₁ bei einer Scherrate von 0,6 s^–1 zu der Viskosität V₂ bei einer Scherrate von 10 s^–1 wurde berechnet.
Tabelle 1
Epoxyharzzusammensetzungen wurden durch Mischen der Silica-Füllstoffe in der in Tabelle 2 gezeigten Menge hergestellt, gefolgt von einem Kneten. Die Harzzusammensetzungen wurden auf verschiedene Eigenschaften hin untersucht.
Spiralförmiges Fließen
Ein spiralförmiges Fließen wurde durch Übertragungsformen einer Epoxyharzzusammensetzung bei einer Temperatur von 175°C und einem Druck von 6,86 10⁶ Pa (70 kg/cm²) gemessen.
Gelierungszeit
Eine Epoxyharzzusammensetzung wurde auf einer Heizplatte bei 175°C erwärmt, bis die Zusammensetzung gelierte.
Innere und äußere Hohlräume
Eine Epoxyharzzusammensetzung wurde über eine quadratische flache Verpackung (OFP, fünf Proben) bei einer Temperatur von 175°C und einem Druck von 6,86 10⁶ Pa (70 kgf/cm²) einem Übertragungsformen unterzogen. Mit Hilfe eines Ultraschall-Fehlerdetektors wurde die Zahl der inneren Hohlräume gezählt. Die Zahl der äußeren Hohlräume wurde durch visuelle Begutachtung gezählt. Die Zahl der Hohlräume ist die Summe der Hohlräume in oder auf fünf Proben.
Drahtverformung
Eine Epoxyharzzusammensetzung wurde über einer QFP mit Golddrähten von 3 mm Länge, die bei einer Temperatur von 175°C und einem Druck von 6,86 10⁶ Pa (70 kgf/cm²) verbunden wurden, einem Übertragungsformen unterzogen. Die Verpackung wurde durch ein Analysengerät mit weicher Röntgenstrahlung begutachtet, um zu untersuchen, ob die Golddrähte verformt waren.
Düsenpolsterverformung
Eine Epoxyharzzusammensetzung wurde über einer QFP bei einer Temperatur von 175°C und einem Druck von 6,8610⁶ Pa (70 kgf/cm²) einem Übertragungsformen unterzogen. Die Verpackung wurde zerschnitten, um zu untersuchen, ob die Düsenpolster verformt waren.
Die Resultate sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Tabelle 2
Beispiele 4–5 & Vergleichsbeispiel 6
Epoxyharzzusammensetzungen wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch entsprechend der in Tabelle 3 gezeigten Formulierung, und wie in Beispiel 1 untersucht. Die Resultate sind in Tabelle 3 aufgeführt.
Tabelle 3
Obwohl einige bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurden, können zahlreiche Modifizierungen und Abwandlungen im Lichte der oben stehenden Lehren vorgenommen werden.

Claims

Epoxyharzzusammensetzung, umfassend ein Epoxyharz, ein Härtungsmittel und einen anorganischen Füllstoff als wesentliche Komponenten, dadurch gekennzeichnet, dass der anorganische Füllstoff erfüllt, dass feine Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 3 μm 10 bis 40 Gew.-% des gesamten anorganischen Füllstoffs ausmachen und eine Teilchengrößenverteilung aufweist, so dass eine feinste Fraktion von Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,05 bis 0,3 μm 1 bis 10 Gew.-% ausmacht, eine feinere Fraktion von Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,4 bis 0,7 μm 5 bis 20 Gew.-% ausmacht, und eine Feinfraktion von Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,8 bis 3 μm 5 bis 20 Gew.-% des gesamten anorganischen Füllstoffs ausmacht, der gesamte anorganische Füllstoff eine mittlere Teilchengröße von 4 bis 30 μm und eine spezifische Oberfläche von ≤ 2,5 m²/g besitzt, gemessen durch eine Stickstoffadsorptions-BET-Methode, und, wenn eine Mischung aus einem flüssigen Epoxyharz vom Bisphenol-F-Typ mit einer Viskosität von 30 bis 45 Poises bei 25°C, gemessen durch die Gardner-Holdt-Methode, mit 75 Gew.-% des anorganischen Füllstoffs hinsichtlich der Viskosität bei 25°C mittels eines Viskosimeters vom E-Typ gemessen wird, die Viskosität bei einer Scherrate von 0,6 s^–1 ≤ 50.000 Poises beträgt, und das Verhältnis der Viskosität bei einer Scherrate von 0,6 s^–1 zu der Viskosität bei einer Scherrate von 10 s^–1 ≤ 2,5/l beträgt, und der anorganische Füllstoff in einer Menge von 400 bis 1.000 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen der Kombination des Epoxyharzes und des Härtungsmittels eingemischt ist.
Halbleitereinrichtung, eingekapselt mit einem gehärteten Produkt aus einer Epoxyharzzusammensetzung gemäß Anspruch 1.