DE69838610T2

DE69838610T2 - Halbleiter-dichtharzzusammensetzung, damit versiegelte halbleiteranordnung, und verfahren zur herstellung einer halbleiteranordnung.

Info

Publication number: DE69838610T2
Application number: DE69838610T
Authority: DE
Inventors: Yuko Yamamoto; Miho Yamaguchi; Hitomi Shigyo
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1997-04-21
Filing date: 1998-03-19
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2018-03-20
Also published as: KR20010005851A; DE69838610D1; KR100346974B1; EP0978542A1; HK1027827A1; US6319619B1; WO1998047968A1; WO1998047968A9; MY122235A; EP0978542B1; TW405233B; JP3380560B2; CN1249168C; EP0978542A4; CN1252828A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Harzzusammensetzung für eine Halbleitereinkapselung, die bezüglich des Flammschutzes, der Lötbeständigkeit, der Feuchtigkeitsschutzbeständigkeit und der Fluidität verbessert ist, eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung einer solchen Harzzusammensetzung und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Halbleitervorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Es ist eine herkömmliche Praxis, Halbleiterelemente, wie Transistoren, ICs und LSIs, mit keramischen Materialien und dergleichen zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen einzukapseln. Seit kurzem sind Halbleitervorrichtungen von einem mit Harz eingekapselten Typ unter Einsatz von Kunststoffmaterialien angesichts der Kosten und der Massenproduktivität derselben vorherrschend geworden. Epoxyharzzusammensetzungen werden herkömmlicherweise verwendet für die Harzeinkapselung der Halbleitervorrichtungen dieses Typs, die eine gute Leistung bieten. Jedoch hat eine technologische Innovation auf dem Gebiet der Halbleiter zu einem höheren Integrationsgrad, einer größeren Vorrichtungsgröße und einem genaueren Verbindungsmuster geführt, während der gegenwärtige Trend auf eine Reduktion der Packungsgröße und der Dicke abzielt. Dies erfordert eine weitere Verbesserung der Beständigkeit eines Einkapselungsmaterials.
Auf der anderen Seite sollten elektronische Komponenten, wie Halbleitervorrichtungen, die Flammschutzerfordernisse des UL94 V-0-Standards absolut erfüllen. Ein herkömmliches Verfahren zum Vermitteln eines Flammschutzes für eine Harzzusammensetzung zur Halbleitereinkapselung besteht darin, ein bromiertes Epoxyharz und Antimonoxid zu Harzzusammensetzungen zuzugeben.
Jedoch gibt es zwei entscheidende Probleme, die mit der zuvor genannten Flammschutzvermittlungsmethode verbunden sind.
Ein erstes Problem besteht darin, dass Antimontrioxid selbst eine Toxizität aufweist und die Harzzusammensetzung, wenn sie verbrannt wird, Bromwasserstoff, Gase auf Brombasis, Antimonbromid und dergleichen emittiert, welche für den menschlichen Körper und die Ausrüstung aufgrund ihrer Toxizität und Korrosivität schädlich sind.
Ein zweites Problem ist, dass, wenn eine durch Verwendung der zuvor genannten Flammschutzvermittlungsmethode hergestellte Halbleitervorrichtung in einer Hochtemperaturatmosphäre für eine lange Dauer stehen kann, freigesetztes Brom Aluminiumverbindungen korrodiert, die auf einem Halbleiterelement der Vorrichtung gebildet sind. Dies resultiert in einem Zusammenbruch der Halbleitervorrichtung, was das Problem einer Reduktion der hohen Temperaturbeständigkeit der Vorrichtung darstellt.
Vorgeschlagen als ein Ansatz für die zuvor genannten Probleme ist die Zugabe eines anorganischen Flammschutzmittels eines Halogen- und Antimon-freien Metallhydroxids. Jedoch erfordert dieser Ansatz, das Metallhydroxid in einer großen Menge (z.B. 40 Gew.-% oder mehr) zu verwenden, wodurch neue Probleme verursacht werden.
Ein erstes Problem ist, dass die Halbleitervorrichtung dazu neigt, während eines Verlötens zu quellen und zu reißen. In den letzten Jahren ist ein Oberflächenmontageverfahren als ein Verfahren für die Montage der Halbleitervorrichtung vorherrschend geworden. Das Löten verwendet ein Lötmitteleintauchverfahren, ein Infrarotrückflußverfahren, ein Dampfphasenrückflussverfahren oder dergleichen. Welches Verfahren auch immer verwendet wird, die Halbleitervorrichtung wird einer hohen Temperatur (typischerweise 215°C bis 260°C) unterzogen. Im Falle einer Halbleitervorrichtung, die mit einer herkömmlichen Harzzusammensetzung enthaltend das Metallhydroxid eingekapselt ist, bewirkt eine abrupte Verdampfung des in dem Metallhydroxid absorbierten Wassers, dass die Halbleitervorrichtung quillt und reißt, da das Metallhydroxid einen höheren Wassergehalt aufweist. Das heißt, das Problem ist mit der Reduktion der so genannten Lötbeständigkeit verbunden.
Ein zweites Problem ist mit der Feuchtigkeitsbeständigkeit verbunden. Das heißt, die Leistung der Halbleitervorrichtung neigt dazu, sich bei einer hohen Temperatur und einer Feuchtigkeitsatmosphäre bei einer Temperatur von 80°C bis 200°C und einer relativen Feuchtigkeit von 70% bis 100% zu verschlechtern. Wo die Halbleitervorrichtung hoch exotherme Halbleiterelemente einschließt oder angrenzend an einen Motor eines Automobils montiert ist, tritt eine Dehydratisierung des Metallhydroxids in der Halbleitervorrichtung während der ausgedehnten Verwendung auf, wodurch die Feuchtigkeitsbeständigkeit verschlechtert wird.
Die herkömmliche Flammschutzmethode schließt die zuvor genannten Probleme ein, und daher gibt es eine starke Erfordernis für die Entwicklung einer neuen Flammschutzmethode, welche ein sicheres Material verwendet, das frei von der Emission schädlicher Gase ist, wenn das Material verbrannt wird, und welche weder ein Quellen noch ein Reißen in einer Halbleitervorrichtung aufgrund der Dehydratation des Metallhydroxids während des Lötens verursacht, noch die Korrosion von Aluminiumverbindungen an einem Halbleiterelement der Vorrichtung, noch die Verschlechterung der Feuchtigkeitsbeständigkeit, sogar wenn die Halbleitervorrichtung in einer hohen Temperatur- und hoher Feuchtigkeitsatmosphäre für eine lange Dauer stehen kann. Um die zuvor genannten Probleme zu lösen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung zuvor vorgeschlagen, eine wärmehärtendes Harzzusammensetzung zur Halbleitereinkapselung zu verwenden, welche ein wärmehärtendes Harz, ein Härtungsagens, ein Metallhydroxid und ein Metalloxid, oder ein Verbundmetallhydroxid bestehend aus dem Metallhydroxid und dem Metalloxid ( japanische Patentanmeldung HEI 7-507466 ) enthält. Die Verwendung der wärmehärtenden Harzzusammensetzung zur Halbleitereinkapselung verbessert tatsächlich den Flammschutz und die Feuchtigkeitsbeständigkeit, liefert jedoch ein neues Problem. Wenn eine Halbleiterpackung mit einer reduzierten Dicke (welches ein gegenwärtiger Trend ist) durch Preßspritzen oder dergleichen geformt wird, wird die Fluidität der Harzzusammensetzung als das Einkapselungsmaterial reduziert, wodurch Golddrähte auf einer Halbleitervorrichtung deformiert werden. Das heißt, das Problem ist mit einer beträchtlichen Verschlechterung der Formbarkeit verbunden.
Angesichts des Vorangehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Harzzusammensetzung zur Einkapselung bereitzustellen, welche sicher ist und bezüglich der Feuchtigkeitsbeständigkeit, des Flammschutzes und der Formbarkeit verbessert ist, eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung einer solchen Harzzusammensetzung und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Halbleitervorrichtung bereitzustellen.
Gemäß einer Erscheinung dieser Erfindung wird eine Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung bereitgestellt, welche umfasst:

(i) ein wärmehärtendes Harz;
(ii) ein Härtungsagens; und
(iii) ein Verbundmetallhydroxid einer stereoskopischen und nahezu kugelförmigen, teilchenförmigen Kristallform mit einem größeren Kristallwachstumsgrad in der c-Achsenrichtung (Dickenrichtung), und welche keine Dünnplattenkristallform (polyedrische Form) aufweist, dargestellt durch die folgende allgemeine Formel (1): m(MgO)·n·(Q_dO_e)·cH₂O (1)wobei Q ein anderes Metallelement als Mg ist, welches zu einer Gruppe gehört, die ausgewählt ist aus Gruppen IVa, Va, VIa, VIIa, VIII, Ib und IIb im Periodensystem, und wobei m, n, c, d und e, welche gleich oder verschieden sein können, jeweils eine positive Zahl darstellen.

Bevorzugt weist das Verbundmetallhydroxid, das durch die allgemeine Formel (1) dargestellt ist, einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,5 μm bis 10 μm auf.
Praktischerweise weist das Verbundmetallhydroxid, das durch die allgemeine Formel (1) dargestellt ist, einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,5 μm bis 10 μm auf.
Vorteilhaft macht das Verbundmetallhydroxid von stereoskopischer und nahezu kugelförmiger, teilchenförmiger Kristallform mit einem größeren Wachstumsgrad der c-Achsenrichtung, und welche keine Dünnplattenkristallform aufweist, welches durch die allgemeine Formel (1) dargestellt ist, 30 bis 100 Gew.-% eines Gesamtgewichts der Verbundmetallhydroxide aus.
Ein bevorzugtes Verbundmetallhydroxid, das durch die allgemeine Formel (1) dargestellt ist, ist dargestellt durch sMgO·(1-s)NiO·cH₂O[0 < s < 1,0 < c ≦ 1]
Ein alternatives bevorzugtes Verbundmetallhydroxid, das durch die allgemeine Formel (1) dargestellt ist, ist dargestellt durch sMgO(1-s)ZnO·cH₂O[0 < s < 1,0 < c ≦ 1].
Vorteilhaft ist das Verbundmetallhydroxid, das durch die allgemeine Formel (1) dargestellt ist, in einer Menge im Bereich von 1 bis 30 Gew.-% der Gesamtharzzusammensetzung enthalten.
Praktischerweise weist eine Extraktionsflüssigkeit, die ein Extrakt aus einer gehärteten Form der Harzzusammensetzung enthält, einen pH-Wert im Bereich von pH 6,0 bis pH 8,0 und eine Chlorionenkonzentration von nicht größer als 200 μg pro Gramm der gehärteten Form der Harzzusammensetzung auf.
Vorteilhafterweise weist eine gehärtete Form der Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung mit einer Dicke von 1,59 mm (1/16 Inch) ein Flammschutzniveau auf, das äquivalent ist zu dem v-o-Niveau des UL94-Brandtests.
Günstigerweise ist das wärmehärtende Harz als die Komponente (i) ein Epoxyharz.
Bevorzugt ist das Härtungsagens als die Komponente (ii) ein Phenolharz.
Praktischerweise sind Verbundmetallhydroxide einschließend das Verbundmetallhydroxid von stereoskopischer und nahzu kugelförmiger, teilchenförmiger Kristallform mit einem größeren Kristallwachstumsgrad in der c-Achsenrichtung, und welche keine Dünnplattenkristallform aufweist, als die Komponente (iii), und ein anorganischer Füllstoff in einer Gesamtmenge von 60 bis 190 Gew.-% der Gesamtharzzusammensetzung enthalten.
Vorteilhaft sind Verbundmetallhydroxide einschließend das Verbundmetallhydroxid von stereoskopischer und nahezu kugelförmiger, teilchenförmiger Kristallform mit einem größeren Kristallwachstumsgrad in der c-Achsenrichtung, und welche keine Dünnplattenkristallform aufweist, als die Komponente (iii), und ein anorganischer Füllstoff in einer Gesamtmenge von 70 bis 90 Gew.-% der Gesamtharzzusammensetzung enthalten.
Praktischerweise ist der anorganische Füllstoff Silicapulver.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Halbleitervorrichtung, die durch Einkapseln eines Halbleiterelements mit einer oben beschriebenen Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung hergestellt wird.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei ein Halbleiterelement mit einer oben beschriebenen Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung durch ein Preßspitzverfahren eingekapselt wird.
Die Erfindung betrifft zusätzlich ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei ein Bogeneinkapselungsmaterial, das aus einer oben beschriebenen Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung zusammengesetzt ist, verwendet wird.
Das Verbundmetallhydroxid von polyedrischer Kristallform als die Komponente (iii) in der Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verbundmetallhydroxid, welches keine Dünnplattenkristallform aufweist, z.B. eine hexagonale Plattenform (wie in 1 gezeigt) oder eine Schuppenform, sondern eine stereoskopische und nahezu kugelförmige teilchenförmige Kristallform mit einem größeren Kristallwachstumsgrad in seiner Dickenrichtung (c-Achsenrichtung), z.B. eine im allgemeinen oktaedrische oder quadriedrische Kristallform, aufweist, welche erhalten werden kann dadurch, dass der Plattenkristall in seiner Dickenrichtung (c-Achsenrichtung) wachsen kann. Die polyedrische Kristallform kann selbstverständlich abhängig von dem Pulverisierungsverfahren und dem Vermahlen des Verbundmetallhydroxids und dem kristallinen Wachstum variieren.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten eine Reihe von Untersuchungen durch, um eine Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung bereitzustellen, die sicher ist und bezüglich der Lötbeständigkeit, der Feuchtigkeitsbeständigkeit, des Flammschutzes und der Fluidität verbessert ist. In den Untersuchungen wurde zunächst eine gründliche Untersuchung durchgeführt, um einen Grund für die Reduktion der Fluidität einer Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung enthaltend das herkömmliche Verbundmetallhydroxid zu bestimmen. Als ein Ergebnis wurde gefunden, dass die Reduktion der Fluidität der Kristallform des Verbundmetallhydroxids zuschreibbar ist. Insbesondere weist das Verbundmetallhydroxid typischerweise eine Plattenkristallform auf, wie eine hexagonale Plattenform oder eine Schuppenform, und wenn die Halbleitereinkapselung erreicht wird durch Preßspitzverfahren durch Einsatz einer Harzzusammensetzung enthaltend das Verbundmetalloxid mit einer solchen Kristallform, ist die Fluidität der Harzzusammensetzung beträchtlich reduziert, wodurch die Deformation von Golddrähten einer Halbleitervorrichtung verursacht wird. Basierend auf dieser Erkenntnis haben die Erfinder weitere Untersuchungen mit dem Ziel einer Unterdrückung der Reduktion der Fluidität durchgeführt. Als ein Ergebnis wurde gefunden, dass die Reduktion der Fluidität der Harzzusammensetzung unterdrückt werden kann zur Verbesserung der Formbarkeit, ohne jegliche Schwierigkeiten beim Preßspitzverfahren, durch Einsatz eines Verbundmetallhydroxids, welches einen spezifischen durchschnittlichen Teilchendurchmesser aufweist und eine polyedrische Kristallform mit einem größeren kristallinen Wachstumsgrad in seiner Dickenrichtung anstelle einer Plattenkristallform aufweist, wie einer hexagonalen Plattenform oder einer Schuppenform. Somit haben die Erfinder die vorliegende Erfindung erlangt.
Wo dieses besondere Verbundmetallhydroxid mit der zuvor genannten Kristallform einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,5 μm bis 10 μm aufweist, kann eine ausgezeichnete Flammschutzwirkung angeboten werden, und die Reduktion der Fluidität der resultierenden Harzzusammensetzung kann zur weiteren Verbesserung der Formbarkeit unterdrückt werden.
Wo das Verbundmetallhydroxid ein Längenverhältnis (aspect ratio) von 1 bis 8 aufweist, kann die Viskosität der resultierenden Harzzusammensetzung zur weiteren Verbesserung der Formbarkeit reduziert werden. Innerhalb des Längenverhältnisbereiches zwischen 1 und 8 ist ein Längenverhältnis von 2 bis 7 bevorzugter.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine hexagonale Plattenkristallform zeigt, welches eine typische Kristallform eines herkömmlichen Verbundmetallhydroxids ist.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden als nächstes im Detail beschrieben.
Eine Harzzusammensetzung zur Halbleitereinkapselung gemäß der vorliegenden Erfindung wird hergestellt aus einem wärmehärtenden Harz (Verbindung (i)), einem Härtungsagens (Verbindung (ii)) und einem spezifischen Verbundmetallhydroxid (Verbindung (iii)). Die Harzzusammensetzung ist typischerweise in einer Pulverform, oder die pulverförmige Harzzusammensetzung ist in eine Tablette gebildet. Alternativ ist die Harzzusammensetzung, nachdem sie geschmolzen und geknetet worden ist, in Granalien gebildet, wie von einer im allgemeinen zylindrischen Form, oder in ein Bogeneinkapselungsmaterial gebildet.
Beispiele des wärmehärtenden Harzes (Komponente (i)) schließen Epoxyharze, Polymaleimidharze, ungesättigte Polyesterharze und Phenolharze ein, unter denen die Epoxyharze und die Polymaleimidharze in der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt sind.
Die zu verwendenden Epoxyharze sind nicht besonders eingeschränkt, sondern irgendwelche der herkömmlich bekannten Epoxyharze können verwendet werden. Beispiele spezifischer Epoxyharze schließen solche des Bisphenol-A-Typs, des Phenol-Novolak-Typs, des Cresol-Novolak-Typs und des Biphenyl-Typs ein.
Die zu verwendenden Polymaleimidharze sind nicht besonders eingeschränkt, sondern es können herkömmlich bekannte Polymaleimidharze verwendet werden, welche zwei oder mehr Maleimidgruppen in einem Molekül aufweisen. Beispiele spezifischer Polymaleimidharze schließen N,N'-4,4'-Diphenylmethanbismaleimid und 2,2-Bis-[4-(4-maleimidphenoxy)phenyl]propan ein.
Verwendbar als das Härtungsagens (Komponente (ii)) in Kombination mit dem zuvor genannten wärmehärtenden Harz (Komponente (i)) ist irgendeines der herkömmlichen Härtungsagentien, wie Phenolharze, Säureanhydride und Aminverbindungen. Wo ein Epoxyharz als das wärmehärtende Harz verwendet wird, wird ein Phenolharz bevorzugt als das Härtungsagens verwendet. Beispiele von spezifischen Phenolharzen schließen Phenol-Novolak-Harze, Cresol-Novolak-Harze, Bisphenol-A-Novolak-Harze, Naphthol-Novolak-Harze und Phenol-Aralkyl-Harze ein. Wo ein Epoxyharz des Biphenyl-Typs als das Epoxyharz verwendet wird, wird bevorzugt ein Phenol-Aralkyl-Harz als das Härtungsagens verwendet.
Wo ein Polymaleimidharz als das wärmehärtende Harz verwendet wird, ist das zu verwendende Härtungsagens nicht besonders eingeschränkt, sondern es kann irgendeines der herkömmlich bekannten Härtungsagentien verwendet wrden. Beispiele derselben schließen Amine und Alkenylphenole ein, welche durch Umsetzung der zuvor genannten Epoxyharzhärtungsagentien mit einem Allylhalogenid in der Gegenwart eines Alkali erhalten werden.
Wo ein Epoxyharz und ein Phenolharz als das wärmehärtende Harz (Komponente (i)) bzw. das Härtungsagens (Komponente (ii)) verwendet werden, sind die Anteile derselben bevorzugt so eingestellt, dass das Phenolharz 0,7 bis 1,3 Äquivalente, bevorzugter 0,9 bis 1,1 Äquivalente, an Hydroxylgruppen pro Äquivalent an Epoxygruppen in dem Epoxyharz aufweist.
Das spezifische Verbundmetallhydroxid, das in Kombination mit dem wärmehärtenden Harz (Komponente (i)) und dem Härtungsagens (Komponente (ii)) zu verwenden ist, weist die oben detailliert beschriebene polyedrische Kristallform auf und wird durch die folgende allgemeine Formel (1) dargestellt: m(MgO)·n·(Q_dO_e)·cH₂O (1)wobei Q ein anderes Metallelement als Mg ist, welches zu einer Gruppe gehört, die ausgewählt ist aus Gruppen IVa, Va, VIa, VIIa, VIII, Ib und IIb des Periodensystems, und wobei m, n, a, b, c, d und e, welche gleich oder verschieden sein können, jeweils eine positive Zahl darstellen.
In dem Verbundmetallhydroxid, das durch die allgemeine Formel (1) dargestellt wird, ist das andere Metallelement Q ein Metallelement, welches zu einer Gruppe gehört, die ausgewählt ist aus Gruppen IVa, Va, VIa, VIIa, VIII, Ib und IIb des Periodensystems. Beispiele des Metallelements Q schließen Eisen, Kobalt, Nickel, Palladium, Kupfer, Zink und Kadmium ein. Diese Metallelemente werden entweder allein oder in Kombination verwendet.
Durch Steuern der Bedingungen zur Herstellung des Verbundmetallhydroxids der polyedrischen Kristallform kann das Verbundmetallhydroxid irgendeine gewünschte polyedrische Kristallform aufweisen, wie eine im allgemeinen oktaedrische oder Das Verbundmetallhydroxid der polyedrischen Kristallform, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, weist beispielsweise eine im allgemeinen oktaedrische äußere Form mit einem Längenverhältnis von etwa 1 bis 8, bevorzugt 2 bis 7, auf. Wo die Metallelemente M und Q Mg bzw. Zn in der Formel (1) sind, kann beispielsweise das Verbundmetallhydroxid auf die folgende Art und Weise hergestellt werden. Zunächst wird eine Zinknitratverbindung zu einer wässrigen Lösung von Magnesiumhydroxid zur Herstellung eines teilweisen Verbundmetallhydroxids zugegeben, welches als ein Rohmaterial zu verwenden ist. Dann wird das Rohmaterial bei einer Temperatur im Bereich von 800°C bis 1.500°C, bevorzugter 1.000°C bis 1.300°C, zum Herstellen eines Verbundmetalloxids gebacken. Das resultierende Verbundmetalloxid wird durch eine Zusammensetzungsformel m(MgO)·n(ZnO) dargestellt. Das Verbundmetalloxid wird heftig in einer wässrigen Lösung enthaltend Essigsäure in einer Menge von etwa 0,1 Mol-% bis etwa 6 Mol-% relativ zum Verbundmetalloxid bei einer Temperatur von nicht weniger als 40°C zur Hydratation desselben gerührt. Somit wird das Verbundmetallhydroxid mit der polyedrischen Kristallform und dargestellt durch eine Zusammensetzungsformel m(MgO)·n(ZnO)·cH₂O gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt.
Beispielhafte Verbundmetallhydroxide der polyedrischen Kristallform schließen sMgO·(1-s)NiO·cH₂O[0 < s < 1,0 < c ≦ 1], sMgO·(1-s)ZnO·cH₂O[0 < s 4,0 < c ≦ 1] und sAl₂O₃·(1-s)Fe₂O₃·cH₂O[0 < s < 1,0 < c ≦ 3], ein, unter denen Hydrate von Magnesiumoxid/Nickeloxid und Hydrate von Magnesiumoxid/Zinkoxid besonders bevorzugt sind.
Das Verbundmetallhydroxid der polyedrischen Kristallform (Komponente (iii)) weist bevorzugt einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,5 μm bis 10 μm, bevorzugter 0,6 μm bis 6 μm, gemessen durch ein Lasergranulometer auf. Wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Verbundmetallhydroxids größer als 10 μm ist, neigt der Flammschutzeffekt dazu, verschlechtert zu sein.
Das Verbundmetallhydroxid der polyedrischen Kristallform (Komponente (iii)) weist bevorzugt ein Längenverhältnis von 1 bis 8, bevorzugt 2 bis 7, auf. Der Begriff „Längenverhältnis" ist hierin als das Verhältnis eines größeren Durchmessers zu einem kleineren Durchmesser eines Teilchens des Verbundmetallhydroxids gemeint. Wenn das Verbundmetallhydroxid ein Längenverhältnis von größer als 8 aufweist, kann eine Harzzusammensetzung, die ein solches Verbundmetallhydroxid enthält, einen zufrieden stellenden Schmelzviskositätsreduktionseffekt nicht erfahren.
In der vorliegenden Erfindung kann das Verbundmetallhydroxid der polyedrischen Kristallform (Komponente (iii)) in Kombination mit einem herkömmlichen Verbundmetallhydroxid der Dünnplattenkristallform verwendet werden. Zur effektiven Reduktion der Schmelzviskosität der Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Anteil des Verbundmetallhydroxids der polyedrischen Kristallform bevorzugt in einem Bereich von 30 bis 100 Gew.-% basierend auf dem Gesamtgewicht der Verbundmetallhydroxide (einschließend das herkömmliche Verbundmetallhydroxid der Dünnplattenkristallform), die zu verwenden sind, eingestellt. Wenn der Anteil des Verbundmetallhydroxids der polyedrischen Kristallform kleiner als 30 Gew.-% ist, kann die resultierende Harzzusammensetzung keinen zufrieden stellenden Schmelzviskositätsreduktionseffekt erfahren.
Die Gesamtmenge der Verbundmetallhydroxide einschließend das Verbundmetallhydroxid der polyedrischen Kristallform (Komponente (iii)) ist bevorzugt eingestellt in einem Bereich von 1 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 28 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Harzzusammensetzung, um einen ausgezeichneten Flammschutzeffekt zu gewährleisten. Wenn die Gesamtmenge der Verbundmetallhydroxide kleiner als 1 Gew.-% ist, ist der Flammschutzeffekt nicht zufrieden stellend. Wenn die Gesamtmenge größer als 30 Gew.-% ist, wird die Konzentration an Chlorionen, die in einer gehärteten Form der Harzzusammensetzung vorhanden sind, erhöht, so dass die Feuchtigkeitsbeständigkeit dazu neigt, verschlechtert zu werden.
Die Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung kann, sofern erforderlich, einen anorganischen Füllstoff und ebenfalls das herkömmliche Verbundmetallhydroxid der Dünnplattenkristallform zusätzlich zu den Komponenten (i) bis (iii) enthalten. Der zu verwendende anorganische Füllstoff ist nicht besonders eingeschränkt, sondern es kann irgendeiner der herkömmlich bekannten Füllstoffe verwendet werden. Beispiele derselben schließen Quarzglaspulver, Talk, Silikapulver, Aluminiumoxidpulver, Calciumcarbonat, Bornitrid, Siliciumnitrid und Rußpulver ein. Diese können entweder allein oder in Kombination verwendet werden. Das Silicapulver wird bevorzugt als der anorganische Füllstoff verwendet, da der lineare Expansionskoeffizient einer gehärteten Form der resultierenden Harzzusammensetzung reduziert werden kann. Ein kugelförmiges Silicapulver, bevorzugter ein Quarzgutpulver, ist bevorzugt, um der Harzzusammensetzung eine hohe Fluidität zu vermitteln. Der anorganische Füllstoff weist bevorzugt einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser im Bereich von 10 μm bis 70 μm, bevorzugter 20 μm bis 50 μm, auf. Wo das Verbundmetallhydroxid einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser innerhalb des zuvor genannten Bereichs aufweist und der anorganische Füllstoff einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser innerhalb des zuvor genannten Bereichs aufweist, kann eine zufrieden stellende Fluidität der Harzzusammensetzung vermittelt werden. Ein gemahlenes Silicapulver, das durch ein Pulversilicamahlverfahren erhalten wird, kann ebenfalls als das Silicapulver verwendet werden.
Der Anteil des anorganischen Füllstoffs, der aufzunehmen ist, ist bevorzugt so, dass der Gesamtgehalt der anorganischen Komponenten einschließend den anorganischen Füllstoff und die Verbundmetallhydroxide (das Verbundmetallhydroxid der polyedrischen Kristallform und das herkömmliche Verbundmetallhydroxid der Dünnplattenkristallform) 60 bis 92 Gew.-%, bevorzugt 70 bis 90 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung ist. Wenn die Gesamtmenge der anorganischen Komponenten kleiner als 60 Gew.-% ist, wird der Flammschutz der resultierenden Harzzusammensetzung verschlechtert.
Wo die Verbundmetallhydroxide einschließend das Verbundmetallhydroxid der polyedrischen Kristallform (Komponente (iii)) in Kombination mit dem anorganischen Füllstoff verwendet werden, ist das Gewichtsverhältnis der Verbundmetallhydroxide (x) zum anorganischen Füllstoff (y) bevorzugt x/y = 0,01/1 bis 1/1, bevorzugter x/y = 0,01/1 bis 0,75/1.
Die Konzentration an Chlorionen, die in der Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung vorhanden ist, ist bevorzugt so, dass die Konzentration der Chlorionen, die aus einer gehärteten Form der Harzzusammensetzung in Extraktionswasser extrahiert werden, nicht größer als 200 μg pro Gramm der gehärteten Harzzusammensetzung, wie bestimmt in der folgenden Art und Weise, ist. Spezifischer werden 5 g des Pulvers der gehärteten wärmehärtenden Harzzusammensetzung und 50 cc destilliertes Wasser in einen speziellen Extraktionsbehälter eingebracht, und der Behälter kann in einem Trockner bei 160°C für 20 Stunden zur Extraktion von Chlorionen in das Extraktionswasser (pH 6,0 bis pH 8,0) stehen. Das Extraktionswasser wird durch Ionenchromatographie zur Bestimmung der Konzentration (a) der Chlorionen analysiert. Da die Chlorionenkonzentration (a) die so bestimmt wird, eine 10-fach verdünnte Chlorionenkonzentration der gehärteten Harzzusammensetzung ist, wird eine Chlorionenkonzentration pro Gramm der gehärteten Harzzusammensetzung aus der folgenden Gleichung berechnet. Der pH-Wert des Extraktionswassers ist bevorzugt pH 6,0 bis pH 8,0. Chlorionenkonzentration (μg) pro Gramm = α × (50/5).
Wenn die Konzentration von Chlorionen, die aus der gehärteten Harzzusammensetzung in das Extraktionswasser extrahiert wurden, größer als 200 μg ist, tendiert die Harzzusammensetzung dazu, eine Korrosion eines Halbleiterelements, eines Leiterrahmens und dergleichen zu verursachen, und weist eine geringere Feuchtigkeitsbeständigkeit auf.
Die Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich zu den Komponenten (i) bis (iii) und dem anorganischen Füllstoff einen Härtungsbeschleuniger, ein Pigment, ein Trennmittel, einen Flexibilisator und dergleichen, wie es erforderlich ist, enthalten.
Irgendeiner der herkömmlich bekannten Härtungsbeschleuniger kann als der Härtungsbeschleuniger verwendet werden. Beispiele desselben schließen tertiäre Amine, wie 1,8-Diaza-bicyclo(5,4,0)undecen-7 und Triethylendiamin, Imidazole, wie 2-Methylimidazol, und Phorsphor-basierte Härtungsbeschleuniger, wie Triphenylphosphin und Tetraphenylphosphoniumtetraphenylborat, ein.
Beispiele des Pigments schließen Ruß und Titandioxid ein. Beispiele des Trennmittels schließen Polyethylenwachse, Paraffine, Fettsäureester und Fettsäuresalze ein.
Beispiele des Flexibilisators schließen Kopplungsagentien ein, wie Silankopplungsagentien, Siliconharze und Butadien-Acrylnitril-Kautschuke.
Die Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung enthält bevorzugt einen organischen Flammschutz oder einen Flammschutz auf Basis von rotem Phosphor, zusätzlich zu den zuvor genannten Komponenten, um die Gesamtmenge der Verbundmetallhydroxide, einschließend das Verbundmetallhydroxid der polyedrischen Kristallform, die zu verwenden sind, zu reduzieren. Beispielhafte organische Flammschutzmittel schließen Verbindungen mit heterocyclischen Strukturen ein.
Beispiele von spezifischen heterocyclischen Verbindungen schließen Melaminderivate, Cyanuratderivate und Isocyanuratderivate ein. Diese können entweder allein oder in Kombination verwendet werden.
Das organische Flammschutzmittel kann mit der Harzzusammensetzung vermischt werden, nachdem es vorher mechanisch mit den Verbundmetallhydroxiden vermischt worden ist.
Alternativ kann ein Flammschutzmittel, hergestellt durch zunächst Auflösen des organischen Flammschutzmittels in einem Lösungsmittel, dann Oberflächenbehandeln der zuvor genannten Verbundmetallhydroxide mit der resultierenden Lösung und Entfernen des Lösungsmittels, verwendet werden.
Der Anteil des organischen Flammschutzmittels ist bevorzugt eingestellt in einem Bereich von 1 bis 10 Gew.-%, insbesondere 1 bis 5 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der zuvor genannten Verbundmetallhydroxide (einschließend das Verbundmetallhydroxid der polyedrischen Kristallform, und, sofern erforderlich, das herkömmliche Verbundmetallhydroxid der Dünnplattenkristallform).
Beispiele des Flammschutzmittels auf Basis von rotem Phosphor schließen Pulver aus rotem Phosphor und Pulver aus rotem Phosphor beschichtet mit irgendeinem von verschiedenen organischen oder anorganischen Verbindungen zum Schutz desselben ein. Der Anteil des Flammschutzmittels auf Basis von rotem Phosphor wird bevorzugt eingestellt in einem Bereich von 1 bis 10 Gew.-%, insbesondere 1 bis 5 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der zuvor genannten Verbundmetallhydroxide (einschließend das Verbundmetallhydroxid der polyedrischen Kristallform und, sofern erforderlich, das herkömmliche Verbundmetallhydroxid der Dünnplattenkristallform), wie beim zuvor genannten organischen Flammschutzmittel.
Eine bevorzugte Kombination der zuvor genannten Komponenten, einschließend die Komponenten (i) bis (iii), die in der Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten sind, ist wie folgt: Ein Epoxyharz, insbesondere ein Biphenyl-artiges Epoxyharz, welches eine hohe Fluidität aufweist, wird bevorzugt als das wärmehärtende Harz (Komponente (i)) bevorzugt. Ein Phenol-Aralkyl-Harz ist als das Härtungsagens (Komponente (ii)) bezüglich der Fluidität. Quarzgutpulver wird bevorzugt als der anorganische Füllstoff in Kombination mit dem zuvor genannten spezifischen Verbundmetallhydroxid der polyedrischen Kristallform (Komponente (iii)) verwendet. Wo das herkömmliche Verbundmetallhydroxid in Verbindung mit diesen Komponenten verwendet wird, tendiert die resultierende Harzzusammensetzung dazu, eine reduzierte Freigebbarkeit aufzuweisen. Daher ist es bevorzugt, ein Wachs, insbesondere ein Polyethylenwachs oder ein Esterwachs, zu verwenden, welches eine hohe Säurezahl in der Größenordnung von nicht kleiner als 30 (typischerweise höchstens 200) aufweist.
Die Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise auf die folgende Art und Weise hergestellt werden. Das wärmehärtende Harz (Komponente (i)), das Härtungsagens (Komponente (ii)), das Verbundmetallhydroxid der polyedrischen Kristallform (Komponente (iii) und der anorganische Füllstoff und, sofern erforderlich, andere Additive, werden in einem vorgegebenen Verhältnis vermischt. Die resultierende Mischung wird zum Schmelzen erwärmt und mittels eines Kneters, wie einer Mischwalze, geknetet. Dann wird die geschmolzene Mischung auf Raumtemperatur abgekühlt. Dann wird die resultierende feste Mischung durch ein bekanntes Verfahren pulverisiert und, sofern erforderlich, das resultierende Pulver tablettiert. Durch diese Schritte wird die Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung von Interessere hergestellt.
Alternativ wird die Mischung der Bestandteile zur Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung geschmolzen und im Kneter geknetet, und die resultierende Schmelzmischung wird anschließend in im allgemeinen zylindrische Granalien geformt. Durch diese Schritte wird die Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung einer granulären Form hergestellt.
Ferner kann die Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung in einem Bogen gebildet werden durch Gießen der Schmelzmischung der Bestandteile für die Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung in eine Palette, Abkühlen der Schmelzmischung und Preßkalandrieren oder Walzenkalandrieren der resultierten Masse, oder durch Mischen der Mischung mit einem Lösungsmittel und Verteilen der resultierenden Lösung. Somit wird die Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung in einer Bogenform hergestellt.
Das Verfahren für das Einkapseln eines Halbleiterelements durch Verwendung der Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung, die so hergestellt wird (in Pulverform, Tablettenform, Granalienform oder dergleichen) ist nicht besonders eingeschränkt, sondern das Einkapseln des Halbleiterelements kann durch irgendeines der bekannten Verfahren, wie eines herkömmlichen Preßspitzverfahrens, erreicht werden.
Ferner kann eine Halbleitervorrichtung durch die Flip-Chip-Packungsmethode mit der Verwendung der Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung in der Bogenform, beispielsweise in der folgenden Art und Weise, hergestellt werden. Die Herstellung der Halbleitervorrichtung durch die Flip-Chip-Packungsmethode wird erreicht durch zunächst Anordnen eines Bogens der Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung auf einer Elektrodenstelle eines Halbleiterelements mit Verbindungserhebungen oder einer Erhebungsverbindungsstelle eines Stromkreises, dann Kombinieren der Halbleiterelemente und des Stromkreises über die Erhebungen und Einkapseln der Halbleiterelemente und des Stromkreises mit der Harzzusammensetzung.
Beispiele werden als nächstes zusammen mit Vergleichsbeispielen beschrieben.
Zunächst wurden die folgenden Bestandteile hergestellt:
[Epoxyharz a] Cresol-Novolak-Epoxyharz (Epoxyäquivalent 200)
[Epoxyharz b] Biphenyl-Epoxyharz (Epoxyäquivalent 195)
[Phenolharz c] Phenol-Novolak-Harz (Hydroxyläquivalent 107)
[Phenolharz d] Phenol-Aralkyl-Harz (Hydroxyläquivalent 174)
[Silicapulver] Quarzgutpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 30 μm.
[Härtungsbeschleuniger auf Phosphorbasis] Triphenylphosphin
[Flammschutzmittel auf Basis von rotem Phosphor] Rotes Phosphorpulver, beschichtet mit einem Harz (Rin Kagaku Co., NOVAEXCELL)
[Esterwachs] Carnaubawachs
[Olefinwachs] Polyethlyenwachs (Säurezahl 160)

Vor der Herstellung der Harzzusammensetzung gemäß den Beispielen wurden Verbundmetallhydroxide, die in der folgenden Tabelle 1 gezeigt sind, hergestellt. Verbundmetallhydroxide A bis C, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wurden gemäß dem zuvor genannten Herstellungsverfahren für die Verbundmetallhydroxide der polyedrischen Kristallform hergestellt. Tabelle 1

		Zusammensetzungsformel	Mittlerer Teilchendurchmesser	Kristallform	Längenverhältnis
Verbundmetallhydroxid der polyedrischen Form	A	MgO·CuO·H₂O	0,6 μm	Polyedrisch	3
	B	MgO·CoO·H₂O	5,0 μm	Polyedrisch	6
	C	MgO·ZnO·H₂O	1,0 μm	Polyedrisch	4
Herkömmliches Verbundmetallhydroxid	D	MgO·ZnO·H₂O	3,0 μm	Hexagonale Platte	–
Herkömmliches Verbundmetallhydroxid	E	MgO·NiO·H₂O	0,7 μm	Schuppenförmig	–
Metallhydroxid	F	MgO·H2O	0,7 μm	Hexagonale Platte	–

Beispiele 1 bis 10 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3

Die in den folgenden Tabellen 2 bis 4 gezeigten Bestandteile wurden in Gewichtsverhältnissen, die in den gleichen Tabellen gezeigt sind, vermischt, und die resultierenden Mischungen wurden jeweils in einer Mischungswalze (bei einer Temperatur von 100°C) für 3 Minuten geschmolzen und geknetet. Wiederum wurde die Schmelzmischung zur Verfestigung abgekühlt und die resultierende feste Mischung pulverisiert. Somit wurden pulverförmige Epoxyharzzusammensetzungen hergestellt. Tabelle 2 (Gewichtsteile)

		Beispiele
		1	2	3	4	5	6
Epoxyharz	a	63,8	–	63,8	63,8	–	–
Epoxyharz	b	–	51,8	–	–	51,8	51,8
Phenolharz	c	34,2	–	34,2	34,2	–	–
Phenolharz	d	–	46,2	–	–	46,2	46,2
Verbundmetallhydroxid	A	100	–	–	–	50	–
	B	-	30	–	–	–	130
	C	–	70	100	70	50	–
	D	–	–	–	30	–	–
Silica-Pulver		150	199	300	300	465	420
Härtungsbeschleuniger auf Phosphorbasis		1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Esterwachs		0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
Olefinwachs		0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8
Ruß		1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Anteil an Verbundmetallhydroxiden im Verhältnis zur gesamten Zusammensetzung (Gew.-%)		28,5	25,0	20,0	20,0	15,0	20,0
Anteil an organischen Verbindungen relativ zur gesamten Zusammensetzung (Gew.-%)		71,2	74,8	79,8	79,8	84,8	84,5

Tabelle 3 (Gewichtsteile)

		Beispiele
		7	8	9	10
Epoxyharz	a	63,8	–	63,8	63,8
Epoxyharz	b	–	51,8	–	–
Phenolharz	c	34,2	–	34,2	34,2
Phenolharz	d	–	46,2	–	–
Verbundmetallhydroxid	A	–	–	–	–
	B	–	10	–	–
	C	50	30	50	30
	D	–	–	–	20
Silica-Pulver		850	255	345	345
Härtungsbeschleuniger auf Phosphorbasis		1,0	1,0	1,0	1,0
Flammschutzmittel auf Basis von rotem Phosphor		–	8,0	5,0	–
Esterwachs		0,2	0,2	0,2	0,2
Olefinwachs		0,8	0,8	0,8	0,8
Ruß		1,0	1,0	1,0	1,0
Anteil an Verbundmetallhydroxiden im Verhältnis zur gesamten Zusammensetzung (Gew.-%)		5,0	9,9	10,0	10,0
Anteil an organischen Verbindungen relativ zur gesamten Zusammensetzung (Gew.-%)		89,9	75,0	79,8	79,8

Tabelle 4 (Gewichtsteile)

		Beispiele
		1	2	3
Epoxyharz	a	–	63,8	63,8
Epoxyharz	b	51,8	–	–
Phenolharz	c	–	34,2	34,2
Phenolharz	d	46,2-	–	–
Verbundmetallhydroxid	A	–	–	–
	B	–	–	–
	C	–	–	–
	D	100	–	–
	E	–	100	–
Metalihydroxid	F	–	–	100
Silica-Pulver		465	300	300
Härtungsbeschleuniger auf Phosphorbasis		1,0	1,0	1,0
Esterwachs		0,2	0,2	0,2
Olefinwachs		0,8	0,8	0,8
Ruß		1,0	1,0	1,0
Anteil an Verbundmetallhydroxiden im Verhältnis zur gesamten Zusammensetzung (Gew.-%)		15,0	20,0	20,0
Anteil an organischen Verbindungen relativ zur gesamten Zusammensetzung (Gew.-%)		89,9	79,8	79,8

Die Konzentration an Chlorionen, die in einer gehärteten Form jeder der Epoxyharzzusammensetzungen der Beispiele und Vergleichsbeispiele, die so erhalten wurden, vorhanden ist, wurde bestimmt. Die Bestimmung der Chlorionenkonzentration wurde erreicht auf die zuvor beschriebene Art und Weise. Ferner wurden die Epoxyharzzusammensetzungen jeweils in einen Bogen mit einer Dicke von 1,59 mm (1/16 Inch) zum Herstellen eines Teststreifens gebildet. Unter Verwendung des Teststreifens wurde die Flammbeständigkeit jeder Harzzusammensetzungen in Konformität mit dem UL94 V-0- Standard eingeschätzt. Die Bestimmungsergebnisse und die Beurteilungsergebnisse sind in Tabellen 5 bis 7 gezeigt, in denen „OK" bedeutet, dass eine Harzzusammensetzung die UL 94 V-0-Erfordernisse erfüllte.
Der spiralförmige Flusswert und die Flusstesterviskosität jeder Epoxyharzzusammensetzungen wurden auf die folgende Art und Weise bestimmt.
[Spiralförmige Flusswerte]
Eine spiralförmige Flussform wurde zunächst auf eine vorgegebene Temperatur (175 ± 5°C) erwärmt, und die pulverförmigen Epoxyharzzusammensetzungen wurden jeweils in einen Topf der Form im Innersten derselben gegossen. Die Form wurde eingeklemmt und ein Klemmdruck auf 210 ± 10 kg/cm² angehoben. Wenn der Klemmdruck 210 ± 10 kg/cm² erreichte, wurde die geschmolzene Epoxyharzzusammensetzung in die Form mittels eines Stempels injiziert. Der Injektionsdruck, nachdem er 70 ± 5 kg/cm² erreichte, wurde für 2 Minuten gehalten. Anschließend wurde der Stempeldruck der Preßspitzmaschine und der Klemmdruck der Form aufgehoben, und die Form wurde dann geöffnet. Die spiralförmige Länge der geformten Form wurde mit einer Genauigkeit von 2,5 mm gemessen. Somit wurde der Spiralflusswert bestimmt (in Konformität mit EMMI 1-66).
[Flusstesterviskosität]
Zunächst wurden 2 g jeder der Epoxyharzzusammensetzungen genau ausgewogen und in eine Tablette geformt. Die Tablette wurde in einen Topf des Koka-artigen Flusstesters eingestellt, und der Test wurde mit einer Belastung von 10 kg durchgeführt. Die Schmelzviskosität der Probe wurde auf der Basis der Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens bestimmt, die gemessen wurde, wenn die geschmolzene Epoxyharzzusammensetzung durch eine Öffnung (Ø 1,0 mm × 10 mm) der Düse extrudiert wurde.
Ein Halbleiterelement wurde mit jeder der Epoxyharzzusammensetzungen der Beispiele und Vergleichsbeispiele mittels eines Preßspritzens (Formungsbedingungen: 175°C, 2 Minuten) eingekapselt und konnte zum Härten der Harzzusammensetzung bei 175°C für 5 Stunden stehen. Somit wurde eine Halbleitervorrichtung erhalten, welche eine 80-pin QFP-Struktur (Quad-Flat-Packungsstruktur mit Abmessungen von 20 mm × 14 mm × 2 mm) mit einer Düsenpolstergröße von 8 mm × 8 mm aufwies.
Die so erhaltene Halbleitervorrichtung wurde bezüglich von Defekten, wie einer Deformation von Golddrähten derselben durch Beobachtung eines Röntgenstrahlentransmissionsbildes des Inneren der Packung mittels einer Weichröntgenstrahlenvorrichtung inspiziert. Die Ergebnisse der Inspektion sind in Tabellen 5 bis 7 gezeigt, in denen „X" angibt, dass die Deformation der Golddrähte detektiert wurde, und „O" angibt, dass eine zufrieden stellende Packung ohne irgendeine Deformation der Golddrähte erreicht wurde.
Die Halbleitervorrichtung wurde nicht-destruktiv mittels eines Scanningakustiktomographen (Ultraschallflawdetektor) inspiziert. Anschließend wurde die Anzahl an Halbleitervorrichtungen (aus zehn Halbleitervorrichtungen für jedes der Beispiele und Vergleichsbeispiele), die unter einer Delaminierung (innere Abtrennung) litten, gezählt. Nach der Inspektion wurden intakte Halbleitervorrichtungen weiter dem folgenden Löttest unterzogen. Die intakten Halbleitervorrichtungen wurden jeweils bei 120°C für 1 Stunde vorgebacken und konnten dann Feuchtigkeit bei 85°C/85% RH für 168 Stunden absorbieren. Anschließend wurden die Halbleitervorrichtungen jeweils einem Beurteilungstest (bezüglich Lötrissbeständigkeit) durch Durchführen von VPS (Dampfphasenlöten) bei 215°C für 90 Sekunden unterzogen. Die Anzahl an gerissenen Halbleitervorrichtungen (aus zehn Halbleitervorrichtungen für jedes der Beispiele und Vergleichsbeispiele) wurde gezählt. Die Ergebnisse der Beurteilung sind in Tabellen 5 bis 7 gezeigt.

Die Halbleitervorrichtungen wurden jeweils einem Druckkochervorspannungstest (PCBT) als ein Feuchtigkeitsbeständigkeitstest unterzogen, und eine abgelaufene Zeit, bis das Defektverhältnis 50% erreichte, wurde bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabellen 5 bis 7 gezeigt. Es wird erwähnt, dass der PCBT bei 130°C/85% RH mit einer Vorspannungsspannung von 30V durchgeführt wurde. Tabelle 5

	Beispiele
	1	2	3	4	5
Formbarkeit
Spiralförmiger Flusswert (cm)	85	100	100	70	120
Flusstesterviskosität (Poise)	84	90	60	110	66
Deformation der Golddrähte	O	O	O	O	O
Feuchtigkeitsbeständigkeit
pH des Wasser enthaltenden Extraktes aus gehärtetem Harz	7,3	7,8	7,7	7,9	7,3
Chlorionenkonzentration (μg)	86,6	14,3	9,5	11	53
Abgelaufene Zeit (hr) bis Defektverhältnis 50% in PCBT erreichte	> 1000	> 1000	> 1000	> 1000	> 1000
Flammschutz (UL94-V0)	V-0 OK	V-0 OK	V-0 OK	V-0 OK	V-0 OK
Lötbeständigkeit (/10 Vorrichtungen)	0/10	0/10	0/10	0/10	0/10

Tabelle 6

	Beispiele
	6	7	8	9	10
Formbarkeit
Spiralförmiger Flusswert (cm)	102	75	100	100	90
Flusstesterviskosität	75	130	120	120	110

(Poise)
Deformation der Golddrähte	O	O	O	O	O
Feuchtigkeitsbeständigkeit
pH des Wasser enthaltenden Extraktes aus gehärtetem Harz	7,6	7,2	6,5	6,8	6,8
Chlorionenkonzentration (μg)	8,5	5,4	10,0	9,7	10,5
Abgelaufene Zeit (hr) bis Defektverhältnis 50% in PCBT erreichte	>1000	>1000	>1000	>1000	>1000
Flammschutz (UL94-V0)	V-0 OK	V-0 OK	V-0 OK	V-0 OK	V-0 OK
Lötbeständigkeit (/10 Vorrichtungen)	0/10	0/10	0/10	0/10	0/10

Tabelle 7

	Vergleichsbeispiele
	1	2	3
Formbarkeit
Spiralförmiger Flusswert (cm)	53	40	43
Flusstesterviskosität (Poise)	420	570	550
Deformation der Golddrähte	X	X	X
Feuchtigkeitsbeständigkeit
pH des Wasser enthaltenden Extraktes aus gehärtetem Harz	7,9	6,9	7,8
Chlorionenkonzentration (μg)	4,8	68,7	249
Abgelaufene Zeit (hr) bis Defektverhältnis 50% in PCBT erreichte	> 1000	> 1000	> 1000
Flammschutz (UL94-V0)	V-0 OK	V-0 OK	V-0 OK
Lötbeständigkeit (/10 Vorrichtungen)	0/10	0/10	4/10

Wie aus Tabellen 5 bis 7 ersichtlich ist, wiesen die Harzzusammensetzungen der Beispiele jeweils ein hohes Flammschutzniveau auf und waren bezüglich der Fluidität mit hohen spiralförmigen Flusswerten und niedrigen Flusstesterviskositäten überlegen. Zusätzlich wiesen die Harzzusammensetzungen der Beispiele jeweils eine ausgezeichnete Formbarkeit auf, wie es aus der Tatsache ersichtlich ist, dass irgendeine Deformation von Golddrähten nicht detektiert wurde. Ferner waren die erhaltenen Halbleitervorrichtungen bezüglich der Feuchtigkeitsbeständigkeit und der Lötbeständigkeit ausgezeichnet.
Auf der anderen Seite wiesen die Harzzusammensetzungen der Vergleichsbeispiele jeweils ein zufrieden stellendes Flammschutzniveau auf, waren jedoch bezüglich der Fluidität mit geringeren spiralförmigen Flusswerten und beträchtlich höheren Flusstesterviskositäten als die Harzzusammensetzungen der Beispiele unterlegen. Dies ist aus der Tatsache offensichtlich, dass die Deformation der Golddrähte detektiert wurde. Die in Vergleichsbeispiel 3 erhaltene Halbleitervorrichtung, welche das herkömmliche Metallhydroxid einsetzte, war bezüglich der Feuchtigkeitsbeständigkeit und der Lötbeständigkeit unterlegen.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie oben beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung eine Harzzusammensetzung zur Halbleitereinkapselung bereit, welche ein Verbundmetallhydroxid einer spezifischen polyedrischen Kristallform (Komponente (iii)), dargestellt durch die allgemeine Formel (1), enthält. Die Verwendung des zuvor genannten besonderen Verbundmetallhydroxids vermittelt der Harzzusammensetzung eine ausgezeichnete Flammschutzbeständigkeit. Zusätzlich kann eine Korrosion eines Halbleiterelements und von Aluminiumverbindungen ohne irgendeine Beeinflussung von Brom vermieden werden, und daher gewährleistet die Harzzusammensetzung eine verbesserte Feuchtigkeitsbeständigkeit und eine ausgedehnte Lebensdauer im Vergleich mit dem Falle, wo ein bromiertes Epoxyharz als das Flammschutzmittel verwendet wird. Da das Verbundmetallhydroxid die zuvor genannte spezifische polyedrische Kristallform anstelle der herkömmlichen Plattenkristallform aufweist, zeigt die Harzzusammensetzung eine ausgezeichnete Fluidität. Daher können Nachteile, wie eine Deformation der Golddrähte bei der Einkapselung der Halbleiterverpackung vermieden werden, wodurch die Formbarkeit verbessert wird. Zusätzlich zu der Flammschutzbeständigkeit und den Formbarkeitsverbesserungseffekten reduziert die Verwendung des Verbundmetallhydroxids der polyedrischen Kristallform (Komponente (iii)) die Menge an Flammschutzmittel, die erforderlich ist zum Gewährleisten eines Flammschutzniveaus, das äquivalent ist oder größer als dasjenige, das durch die Verwendung von herkömmlich bekannten Metallhydroxidflammschutzmitteln erreicht wird, da das Verbundmetallhydroxid der polyedrischen Kristallform homogen in der Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung dispergiert werden kann. Als ein Ergebnis wird eine Wasserabsorption der Harzzusammensetzung unterdrückt, und daher zeigt die Harzzusammensetzung eine verbesserte Lötbeständigkeit. Die Verwendungsmenge des Verbundmetallhydroxids der polyedrischen Kristallform kann im Vergleich mit einem Falle, wo das herkömmliche Verbundmetallhydroxid einer dünnen platten- oder schuppenförmigen Kristallform verwendet wird, reduziert werden. Wo daher Silicapulver in Kombination mit dem Verbundmetallhydroxid verwendet wird, kann beispielsweise der Anteil des Silicapulvers erhöht werden, so dass die resultierende Halbleitervorrichtung einen geringeren linearen Expansionskoeffizienten und eine höhere mechanische Festigkeit aufweist.
Wo das bestimmte Verbundmetallhydroxid der zuvor genannten Kristallform einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,5 μm bis 10 μm aufweist, kann die Reduktion der Fluidität der Harzzusammensetzung mit einem ausgezeichneten Flammschutzeffekt unterdrückt werden, wodurch die Formbarkeit verbessert wird.
Wo das zuvor genannte Verbundmetallhydroxid ein Längenverhältnis von 1 bis 8 aufweist, kann die Viskosität der Harzzusammensetzung effektiv reduziert werden, was weiter die Formbarkeit verbessert.
Somit liefert die Halbleitervorrichtung, die mit der Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung eingekapselt ist, ein sehr sicheres Flammschutzverfahren und eine bemerkenswert verbesserte Beständigkeit. Die Harzzusammensetzung zeigt eine ausgezeichnete Formbarkeit im Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung durch Preßspritzen durch die Verwendung der zuvor genannten Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung oder beim Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung durch Verwendung eines Bogens der Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung. Die Harzzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere geeignet zum Verpacken dünner und großer Halbleitervorrichtungen neben anderen Halbleitervorrichtungen und weist eine große Bedeutung in industriellen Anwendungen auf.

Claims

Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung, welche umfaßt: (i) ein wärmehärtendes Harz; (ii) ein Härtungsagens; und (iii) Verbundmetallhydroxid einer stereoskopischen und nahezu kugelförmigen, teilchenförmigen Kristallform mit einem größeren Kristallwachstumsgrad in der c-Achsenrichtung (Dickenrichtung), und welche keine Dünnplattenkristallform (polyedrische Form) aufweist, welches dargestellt wird durch die folgende allgemeine Formel (1): m(MgO)·n(QdOe)·cH2O (1)wobei Q ein anderes Metallelement als Mg ist, welches zu einer Gruppe gehört, die ausgewählt ist aus Gruppen IVa, Va, VIa, VIIa, VIII, Ib und IIb im Periodensystem, und wobei m, n, c, d und e, welche gleich oder verschieden sein können, jeweils eine positive Zahl darstellen.
Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Verbundmetallhydroxid, das durch die allgemeine Formel (1) dargestellt ist, einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,5 um bis 10 um aufweist.
Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verbundmetallhydroxid, das durch die allgemeine Formel (1) dargestellt ist, ein Längenverhältnis von 1 bis 8 aufweist.
Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verbundmetallhydroxid von stereoskopischer und nahezu kugelförmiger teilchenförmiger Kristallform mit einem größeren Kristallwachstumsgrad in der c-Achsenrichtung, und welches keine Dünnplattenkristallform aufweist, dargestellt durch die allgemeine Formel (1), 30 bis 100 Gewichtsprozent eines Gesamtgewichts der Verbundmetallhydroxide ausmacht.
Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verbundmetallhydroxid, das durch die allgemeine Formel (1) dargestellt ist, dargestellt ist durch sMgO·(1-s)NiO·cH₂O[0< s < 1,0 < c ≦ 1].
Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verbundmetallhydroxid, das durch die allgemeine Formel (1) dargestellt ist, dargestellt ist durch sMgO·(1-s)ZnO·cH₂O[0 < s < 1,0 < c ≦ 1].
Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verbundmetallhydroxid, das durch die allgemeine Formel (1) dargestellt ist, in einer Menge enthalten ist, die von 1 bis 30 Gewichtsprozent der Gesamtharzzusammensetzung reicht.
Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Extraktionsflüssigkeit, die einen Extrakt von einer gehärteten Form der Harzzusammensetzung enthält, einen pH-Wert im Bereich von pH 6,0 bis pH 8,0 und eine Chlorionenkonzentration von nicht höher als 200 μg pro Gramm der gehärteten Form der Harzzusammensetzung aufweist.
Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine gehärtete Form der Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung mit einer Dicke von 1,59 mm (1/16 Inch) ein Flammschutzniveau aufweist, das äquivalent ist zu dem v-o-Niveau des UL94-Brandtests.
Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das wärmehärtende Harz als die Komponenten (i) ein Epoxyharz ist.
Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Härtungsagens als die Komponente (ii) ein Phenolharz ist.
Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Verbundmetallhydroxide einschließend Verbundmetallhydroxid von stereoskopischer und nahezu kugelförmiger, teilchenförmiger Kristallform mit einem größeren Kristallwachstumsgrad in der c-Achsenrichtung, und welche keine Dünnplattenkristallform aufweist, als die Komponente (iii), und ein anorganischer Füllstoff in einer Gesamtmenge von 60 bis 92 Gewichtsprozent der Gesamtharzzusammensetzung enthalten sind.
Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung nach Anspruch 12, wobei Verbundmetallhydroxide einschließend das Verbundmetallhydroxid von stereoskopischer und nahezu kugelförmiger, teilchenförmiger Kristallform mit einem größeren Kristallwachstumsgrad in der c-Achsenrichtung, und welches keine Dünnplattenkristallform aufweist, als die Komponente (iii), und ein anorganischer Füllstoff in einer Gesamtmenge von 70 bis 90 Gewichtsprozent der Gesamtharzzusammensetzung enthalten sind.
Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung nach Anspruch 11 oder 12, wobei der anorganische Füllstoff ein Silicapulver ist.
Halbleitervorrichtung, hergestellt durch Einkapseln eines Halbleiterelements mit einer Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 14 genannt wird.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterelement mit einer Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung, die in einem der Ansprüche 1 bis 14 genannt wird, durch ein Transferformungsverfahren eingekapselt wird.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bogeneinkapselungsmaterial, das aus einer Halbleitereinkapselungsharzzusammensetzung zusammengesetzt ist, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 14 genannt wird, verwendet wird.