JP2001002895A - 半導体用封止材の製造法及び樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】樹脂封止型半導体装置における、カーボンブラ
ックに起因する電気不良がなく、且つ成形性、信頼性、
レーザーマーク性に優れたエポキシ樹脂封止材及び該封
止材を用いて封止した半導体装置を提供すること。 【解決手段】エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機
充填材及びカーボンブラックを必須成分とする半導体用
封止材の製造法において、カーボンブラックをエポキシ
樹脂又は硬化剤と混合してなるマスターバッチとして配
合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カーボンブラック
が原因で発生する電気不良がなく、成形性、信頼性、レ
ーザーマーク性に優れた半導体用封止材及びそれを用い
た樹脂封止型半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップは、チッ
プの集積度の向上と共に、チップサイズの大型化、半導
体装置の小型化、薄型化、多ピン化が進んでいる。同時
に、インナーリード間やパッド間、ワイヤー間などピッ
チ間距離も益々狭くなってきている。この時、封止材中
に着色剤として含まれるカーボンブラックが大きな粗粒
として存在する場合には、インナーリード間やパッド間
そしてワイヤー間に導電性であるカーボンブラックが挟
まり、電気不良をおこす原因になる。着色剤としてのカ
ーボンブラックの配合は、その配合量が封止材全体の１
重量％未満と少ないため、他の材料と一緒にして一括混
合・混練されるのが一般的であり、時おりカーボンブラ
ックの分散不良による電気事故を引き起こしていた。こ
のようなカーボンブラックに起因による電気不良の防止
策として、カーボンブラックの添加量の低減検討や、カ
ーボンブラックと染料の併用及びカーボン代替物質とし
ての染料等の検討も行われているがまだ満足できるもの
はないのが実状である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる状況
に鑑みなされたもので、樹脂封止型半導体装置におけ
る、カーボンブラックに起因する電気不良がなく、且つ
成形性、信頼性、レーザーマーク性に優れたエポキシ樹
脂封止材及び該封止材を用いて封止した半導体装置を提
供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】かかる目的は本発明によ
れば、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材
及びカーボンブラックを必須成分とする半導体用封止材
の製造法において、カーボンブラックをエポキシ樹脂又
はその硬化剤をマトリクスとするマスターバッチとして
配合してなる半導体用封止材をもちいて半導体阻止を封
止することにより達成される。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明で用いられるエポキシ樹脂
は特に制限はないが、例えば、電子部品封止用として一
般に使用されている、フェノールノボラック型エポキシ
樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビ
スフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂をはじめとす
るフェノール類とアルデヒド類から合成されるノボラッ
ク樹脂をエポキシ化したエポキシ樹脂、ビスフェノール
Ａ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、アルキル置
換ビフェノールなどのジグリシジルエーテル、ジアミノ
ジフェニルメタン、イソシアヌル酸などのポリアミンと
エピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジルア
ミン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンとフェノー
ル類の共縮合樹脂のエポキシ化物、ナフタレン環を有す
るエポキシ樹脂、ナフトールアラルキル樹脂のエポキシ
化物、トリメチロールプロパン型エポキシ樹脂、テルペ
ン変性エポキシ樹脂、オレフィン結合を過酢酸などの過
酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂、及び脂
環族エポキシ樹脂などを、単独又は併用して用いること
ができる。

【０００６】エポキシ樹脂の硬化剤としては特に制限は
ないが、例えば、電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料
で一般に使用されている、フェノール、クレゾール、レ
ゾルシン、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノ
ールＦ等のフェノール類又はα−ナフトール、β−ナフ
トール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類とホ
ルムアルデヒド類のアルデヒド類とを酸性触媒下で縮合
又は共縮合させて得られる樹脂、フェノール・アラルキ
ル樹脂、ナフトール・アラルキル樹脂等のフェノール樹
脂系硬化剤を単独又は併用して用いることができる。硬
化剤の配合量は、エポキシ樹脂中のエポキシ基数／硬化
剤中の水酸基数の比で求められ、それぞれの未反応分を
少なく抑えるために、０．７〜１．３の範囲に設定する
ことが好ましく、特に０．８〜１．２の範囲に設定する
ことが好ましい。

【０００７】また、エポキシ樹脂と硬化剤との反応を促
進する硬化促進剤についても特に制限はなく、例えば、
１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−
７、１，５−ジアザ−ビシクロ（４，３，０）ノネン、
５，６−ジブチルアミノ−１，８−ジアザ−ビシクロ
（５，４，０）ウンデセン−７、ベンジルジメチルアミ
ン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノー
ル、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール等の３
級アミン類及びこれらの誘導体、２−メチルイミダゾー
ル、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メ
チルイミダゾール等のイミダゾール類及びこれらの誘導
体、トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィ
ン、トリフェニルホスフィン、ジフェニルホスフィン、
フェニルホスフィン等の有機ホスフィン類及びこれらの
ホスフィン類に無水マレイン酸、ベンゾキノン、ジアゾ
フェニルメタン等のπ結合をもつ化合物を付加してなる
分子内分極を有するリン化合物、テトラフェニルホスホ
ニウムテトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィ
ンテトラフェニルボレート、２−エチル−４−メチルイ
ミダゾールテトラフェニルボレート、Ｎ−メチルテトラ
フェニルホスホニウム−テトラフェニルボレート、トリ
フェニルホスフィン、トリフェニルホスフィンとベンゾ
キノンの付加物、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，
０）−ウンデセン−７，２−フェニル−４−メチルイミ
ダゾール、トリフェニルホスホニウム−トリフェニルボ
ラン等があり、これらを単独又は併用して用いることが
できる。硬化促進剤の使用量は、その種類にもよるが通
常エポキシ樹脂と硬化剤の総量に対し０．１〜５重量％
用いられる。

【０００８】また、充填材としては、吸湿性低減及び強
度向上の観点から無機充填材を用いることが必要であ
る。無機充填材としては、溶融シリカ、結晶シリカ、ア
ルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、
炭化珪素、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコニア等の粉
体、又はこれらを球形化したビーズ、チタン酸カリウ
ム、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ等の単結晶繊維、ガ
ラス繊維等を１種類以上配合することができる。さら
に、難燃効果のある無機充填材としては水酸化アルミニ
ウム、硼酸亜鉛等が挙げられ、これらを単独または併用
することができる。無機充填材の配合量としては、吸湿
性、線膨張係数の低減及び強度向上の観点から封止材全
体の７０〜９５重量％が好ましい。上記の無機充填材の
中で、線膨張係数低減の観点からは溶融シリカが、高熱
伝導性の観点からはアルミナが好ましく、充填材形状は
成形時の流動性及び金型摩耗性の点から球形が好まし
い。

【０００９】本発明に用いられるカーボンブラックとし
ては、不純物等のレベルが封止材に適用できるものであ
ればその製法および原料の材質に特に制限はないが、１
次粒子としての粒子径が１０〜１００ｎｍであることが
着色力その他の特性に鑑み好ましい。マスターバッチ化
は、エポキシ樹脂または硬化剤の一部又は全部とカーボ
ンブラックを混合し、押出やバッチ式、ロール式の加熱
溶融法により混練することにより製造することができ
る。

【００１０】本発明においては上記必須成分以外に必要
に応じ、通常用いられるシリコーン等の可撓化材、各種
カップリング剤、カルナバワックスやポリエチレンワッ
クス等の離型剤、難燃剤、イオン捕捉剤等の添加剤を配
合することができる。

【００１１】上記のマスターバッチの作製方法をアラル
キル型フェノール樹脂硬化剤とカーボンブラックのマス
ターバッチを例に説明すると、硬化剤とカーボンブラッ
クを所定量混合し、その混合物をニーダ等で所定条件で
混練し冷却する。得られた混合物を再度熱ロールで練
り、冷却、粉砕し、アラルキル型フェノール樹脂硬化剤
とカーボンブラックのマスターバッチを得る。マスター
バッチ全体におけるカーボンブラックの重量分率は、
０．３〜６０重量％とすることが好ましい。０．３重量
％未満では混和物自体の粘性不足によりカーボンの分散
性が低下し、６０重量％を越えると混和物自体の粘性が
大きくなりすぎてマスターバッチ化が困難となる。特に
３〜５０重量％の範囲が好適に用いられる。 なお、マ
スターバッチを製造するに際し、必要に応じ公知の分散
剤や表面処理剤等を添加することもできる。

【００１２】以上のような原材料を用いて封止材を製造
する方法としては、所定の配合となるように、マスター
バッチ及びその他の原材料をミキサー等に投入し充分混
合した後、熱ロール、押出機等によって混練し、冷却、
粉砕することによって得ることができる。本発明で得ら
れる封止材を用いて電子部品を封止する方法としては、
低圧トランスファー成形法が最も一般的であるが、イン
ジェクション成形、圧縮成形、注型成形等の方法によっ
ても可能である。上記した手段を用いて製造したエポキ
シ樹脂封止材は、流動性、成形性、レーザーマーク性、
カーボンブラックの分散性に優れており、ＩＣ、ＬＳＩ
等の半導体素子の封止に好適に用いることができる。ま
た、本封止材により得られた成形品中のカーボンブラッ
クの粒子は顕微鏡観察の結果いずれも５０μｍ以下の粒
子になっており、電気不良の発生を防止するのに有効で
ある。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例について説明するが、
本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１〜４、比較例１〜３ まず、表１〜３に示す各種の原料素材を予備混合（ドラ
イブレンド）した後、二軸ロール（ロール表面温度約８
０℃）で１０分間混練し、冷却粉砕した。カーボンマス
ターバッチは表２に示す配合物をニ−ダに投入し、アラ
ルキル型フェノ−ル樹脂硬化剤の場合はシリンダ−温度
８０℃で５分間混練し室温まで冷却し、ついで表面温度
を８０℃とした２軸ロールにより１０分間溶融混練し、
冷却粉砕したものを、ビフェニル型エポキシ樹脂の場合
はシリンダ−温度１１０℃で５分間混練し室温まで冷却
し、ついで表面温度を１１０℃とした２軸ロールにより
１０分間溶融混練し冷却粉砕したものを用いた。なお、
マスターバッチはカーボンブラックの封止材全体に対す
る配合比率が０．３重量％となるよう配合した。

【００１４】

【表１】 注）重量％

【００１５】

【表２】 注）重量％

【００１６】

【表３】 注）重量％

【００１７】表１〜３に記載の材料は次の通りである。 ビフェニル型エポキシ樹脂（YX-4000H）：油化シェルエ
ポキシ（株）製 臭素化エポキシ樹脂（YDB-400 ）：東都化成（株）製 アラルキル型フェノール樹脂（XL-225-3L ）：三井東圧
化学（株）製 カーボンブラック（粒子径：18nm 比表面積：140m /
g)：三菱化学（株）製 金属錯体染料（Ｃｒ含有系）：中央合成（株）製 溶融シリカ（球状品 S-CO）：（株）マイクロン製

【００１８】この封止材を用い、トランスファー成形機
を用い、金型温度１８０℃、成形圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ
² 、硬化時間９０秒の条件で各試験を行った。スパイラ
ルフローは、ＥＭＭ１１−６６により測定した。熱時硬
度は、シェア硬度計にて測定した。また、この封止材を
用いて、半導体素子をトランスファー成形機で同様の条
件で成形し、１７５℃で６時間ポストキュアー後、耐湿
性と半田耐熱性を評価した。耐湿性に用いた半導体装置
はＳＯＰ（Small Outline Package)−２８ピンであり、
８５℃／８５ＲＨ％７２時間吸湿＋２１５℃／９０秒の
前処理後、ＰＣＴ（１２１℃／２気圧）に放置してチッ
プ上配線の断線の有無を評価した。半田耐熱性に用いた
半導体装置は、ＱＦＰ(Quad Flat Package)８０ピンの
樹脂封止型半導体装置（外形寸法２０×１４×２．０ｍ
ｍ）であり、リードフレームは４２アロイ材（加工な
し）で８×１０ｍｍのチップサイズを有するものであ
る。このようにして得られた樹脂封止型半導体装置につ
いて、半田耐熱性を１２５℃／２４ｈベーキング後、８
５℃／８５ＲＨ％で所定の時間吸湿した後、２４０℃／
１０ｓｅｃの処理を行った時の樹脂封止型半導体装置の
クラック発生率により判定した。また、カーボン粒径の
評価は、この封止材を用いて、トランスファー成形機で
同様の条件でφ５０の円板を成形し、成形品の表面をサ
ンドペーパーで研磨後、金属顕微鏡を用いて観察・評価
した。レーザーマーク性に用いた半導体装置は、ＱＦＰ
−５４ピンであり、パッケージ表面をＹＡＧレーザーマ
ーキング装置で印字し、目視でマーク性を評価した。上
記のＹＡＧレーザーのマーキング条件を以下に示す。 ＹＡＧレーザー波長：１０６４ｎｍ レーザーパワー：５Ｊ パルス幅：５０μｓｅｃ 上記の試験結果をまとめて表４に示す。

【００１９】

【表４】 ＊１ 耐湿性 ：断線不良が５０％に達するまでの時間 ＊２ 半田耐熱性：外観クラックが発生するまでの吸湿時間 ＊３ 表示 ：カーボン粒子の個数／評価した円板の枚数

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、カーボンブラックを封
止材組成物にマスターバッチとして添加することによ
り、成形性、信頼性、レーザーマーク性に優れ、且つ電
気不良を大幅に低減可能な封止材および樹脂封止型半導
体装置を提供することができる。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/56 Ｈ０１Ｌ 21/56 Ｃ Ｔ 23/29 23/30 Ｒ 23/31 (72)発明者 戸川 光生 茨城県結城市大字鹿窪1772−１ 日立化成 工業株式会社下館工場内 Ｆターム(参考） 4F070 AA46 AC04 AC23 FB03 4J002 CC04X CC05X CD05W CD06W CD11W CE00X DA038 DE147 DE187 DE237 DJ007 DJ017 DK007 DL007 EN026 EN106 EU116 EU136 EW016 EW176 FA047 FD017 FD14X FD156 GQ05 4J036 AA01 DA02 FA01 FA02 FB07 JA07 4M109 AA01 BA01 CA21 EA02 EB02 EB03 EB04 EB07 EB08 EB09 EB12 EB13 EB16 EB18 EB19 EC07 EC20 GA08 5F061 AA01 BA01 CA21 DE03 DE04 GA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機
   充填材及びカーボンブラックを必須成分とする半導体用
   封止材の製造法において、カーボンブラックをエポキシ
   樹脂又は硬化剤をマトリクスとするマスターバッチとし
   て配合することを特徴とする半導体用封止材の製造法。
2. 【請求項２】マトリクスがフェノール樹脂系硬化剤であ
   る請求項１記載の半導体用封止材の製造法。
3. 【請求項３】カーボンブラックのマスターバッチ全体に
   しめる比率が０．３〜６０重量％である請求項１又は２
   記載の半導体用封止材の製造法。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか記載の半導体用
   封止材を用いて半導体素子を封止してなる樹脂封止型半
   導体装置。
5. 【請求項５】半導体素子を封止した成形品中に分散され
   たカーボンブラックの粒径が５０μｍ以下である請求項
   ４記載の半導体装置。