JP2002220475A - エポキシ樹脂成形材料の製造方法及び半導体装置 - Google Patents

エポキシ樹脂成形材料の製造方法及び半導体装置

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JP2002220475A
JP2002220475A JP2001016521A JP2001016521A JP2002220475A JP 2002220475 A JP2002220475 A JP 2002220475A JP 2001016521 A JP2001016521 A JP 2001016521A JP 2001016521 A JP2001016521 A JP 2001016521A JP 2002220475 A JP2002220475 A JP 2002220475A
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epoxy resin
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weight
kneader
molding
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Hiroshi Fujita
浩史 藤田
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】内部ボイドの発生が非常に少なくて、高信頼性
の特性を有するエポキシ樹脂成形材料の製造方法を提供
すること。 【解決手段】(A)エポキシ樹脂、(B)フェノール樹
脂、(C)硬化促進剤及び(D)全エポキシ樹脂組成物
中に75〜95重量%含む無機充填材を必須成分とする
エポキシ樹脂組成物を混練機で混練し、混練機から吐出
される吐出物の温度を115〜130℃とし、吐出物を
冷却粉砕して得られる成形材料が、アセトン不溶分0.
010重量%以下、揮発分0.1重量%以下、顆粒密度
比97%以上の特性を有することを特徴とするエポキシ
樹脂成形材料の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内部ボイドの発生を抑
制したエポキシ樹脂成形材料の製造方法及び得られる成
形材料を用いた半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来技術】近年、LSI、デイスクリート等の半導体
素子をエポキシ樹脂成形材料を用いて封止した半導体装
置には、小型化、薄型化に伴う信頼性の向上要求が強
く、その対策の一つとしてエポキシ樹脂成形材料の硬化
物の低吸水化を目的として、成形材料中の無機充填材の
配合量は非常に増加している。その結果として、流動性
の低下や内部ボイドの原因ともなる流動中の乱流による
空気の巻き込みの増加や揮発分による発生ガスによっ
て、半導体装置内に残存する内部ボイドが多くなる傾向
になってきている。この内部ボイドは、半導体装置の信
頼性低下に繋がるおそれがあることから極力減少させる
必要があり、従来から内部ボイドの抑制のために、成形
材料の成形時の溶融粘度やチキソ性の調整、或いは成形
材料中の揮発分の低減等の対策がなされており、それな
りの効果は確認されているが、更なる内部ボイドの低減
が必要となってきている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、半導体装置
の内部ボイドの減少と高信頼性との両立のためにエポキ
シ樹脂成形材料の製造方法に着目し、従来の信頼性を維
持しつつ内部ボイドを飛躍的に向上させることのできる
エポキシ樹脂成形材料の製造方法及び半導体装置を提供
するものである。
【0004】
【問題を解決するための手段】本発明は、(1)(A)
エポキシ樹脂、(B)フェノール樹脂、(C)硬化促進
剤及び(D)全エポキシ樹脂組成物中に75〜95重量
%含む無機充填材を必須成分とするエポキシ樹脂組成物
を混練機で混練し、混練機から吐出される吐出物の温度
を115〜130℃とし、吐出物を冷却粉砕して得られ
る成形材料が、アセトン不溶分0.010重量%以下、
揮発分0.1重量%以下、顆粒密度比97%以上の特性
を有することを特徴とするエポキシ樹脂成形材料の製造
方法、(2) 第(1)項記載の製造方法により得られ
るエポキシ樹脂成形材料を用いて半導体素子を封止して
なることを特徴とする半導体装置、である。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明のエポキシ樹脂成形材料
は、混練機から吐出される吐出物の温度が115〜13
0℃になるようにし、吐出物を冷却粉砕して製造される
ものである。吐出される吐出物の温度が、115℃未満
だと得られたエポキシ樹脂成形材料の揮発分の低減効果
が少なく、樹脂成分が無機充填材の表面に十分に馴染ま
ないために生じる流動性の低下、濡れ性の低下、更に内
部ボイドが多くなる傾向にあるので好ましくない。吐出
物の温度が、130℃を越えると樹脂成分の反応が進行
し、成形時に必要な流動性を維持できないことや、局所
的に硬化物が発生し、成形時に未充填を引き起こすおそ
れがあり好ましくない。
【0006】本発明のエポキシ樹脂成形材料を製造する
のに用いる混練機は、混練時に発熱溶融させる機構を有
する一般的な混練機であればよいが、例えば一軸式混練
機、同方向回転二軸式混練機、異方向回転二軸式混練機
などの容器固定型の水平軸形式の混練機が挙げられる。
混練機からの吐出物の吐出温度を115〜130℃とす
るには、混練機の回転数、温度条件(バレル温度条
件)、樹脂組成物の供給量、混練スクリューの構成など
が手段として挙げられる。本発明においては、混練機の
後に冷却効率の向上や後工程での粉砕作業などの作業性
の確保のためのシーティングロールなどを設けてもなん
ら差し支えない。
【0007】本発明の製造方法で得られるエポキシ樹脂
成形材料は、アセトン不溶分0.010重量%以下、揮
発分0.1重量%以下、顆粒密度比97%以上の特性を
有しているものである。アセトン不溶分が0.010重
量%を越えると成形時に充填不良が発生する傾向にあ
り、揮発分が0.1重量%を越えると、成形時に成形材
料から発生する揮発分が多くなり、内部ボイドが残存す
るおそれがあり好ましくない。顆粒密度比が97%未満
であると成形材料に内包される空隙が多くなり、空隙が
そのまま内部ボイドとして残存する可能性が高くなるの
で好ましくない。
【0008】本発明に用いるエポキシ樹脂としては、1
分子中にエポキシ基を2個以上有するモノマー、オリゴ
マー及びポリマー全般を言い、その分子量、分子構造を
特に限定するものではないが、例えばビフェニル型エポ
キシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノール
ノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エ
ポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジ
シクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、ア
ルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、及び
トリアジン核含有エポキシ樹脂などが挙げられ、これら
は単独でも混合して用いても差し支えない。
【0009】本発明に用いるフェノール樹脂としては、
1分子中にフェノール性水酸基を2個以上有するモノマ
ー、オリゴマー及びポリマー全般を言い、その分子量、
分子構造を特に限定するものではないが、例えば、フェ
ノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ジ
シクロペンタジエン変性フェノール樹脂、フェノールア
ラルキル樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、トリフェ
ノールメタン型樹脂などが挙げられ、これらは単独でも
混合して用いても差し支えない。配合量としては、エポ
キシ樹脂のエポキシ基数とフェノール樹脂のフェノール
性水酸基数との当量比は0.8〜1.2の範囲が好まし
い。
【0010】本発明に用いる硬化促進剤としては、エポ
キシ基とフェノール性水酸基との硬化反応を促進させる
ものであればよく、一般に封止材料に使用されているも
のを広く使用することができる。例えば1,8−ジアザ
ビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7、2−メチルイ
ミダゾールなどが挙げられ、これらは単独でも混合して
用いても差し支えない。
【0011】本発明に用いる無機充填材としては、溶融
シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素等が挙げられ
るが、溶融シリカ、結晶シリカが好ましい。無機充填材
の配合量としては、全エポキシ樹脂組成物中に75〜9
5重量%が好ましい。無機充填材の量が75重量%未満
だと得られた成形材料の硬化物の吸水率が高くなり、耐
半田クラック性が維持できず、95重量%を越えると成
形時の流動性が著しく低下し成形ができなくなるので好
ましくない。本発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、
(A)〜(D)成分の他、必要に応じて臭素化エポキシ
樹脂、酸化アンチモン等の難燃剤、無機イオン交換体、
カップリング剤、カーボンブラック等の着色剤、シリコ
ーンオイル等の低応力成分、離型剤などの各種添加剤を
適宜配合してもよい。
【0012】本発明の製造方法で得られるエポキシ樹脂
成形材料は、(A)〜(D)成分の他、その他の添加剤
等をミキサーを用いて常温混合し、混練機で溶融混練後
吐出し、冷却粉砕して得ることができる。本発明の製造
方法で得られるエポキシ樹脂成形材料を用いて、半導体
素子を封止し半導体装置を製造するには、トランスファ
ーモールド、コンプレッションモールド、インジェクシ
ョンモールドなどの一般的な成形方法で硬化成形すれば
よい。
【0013】実施例 以下、本発明を実施例にて具体的に説明する。 実施例1 ビフェニル型エポキシ樹脂(融点105℃、エポキシ当量190) 100重量部 フェノールアラルキル樹脂(軟化点90℃、水酸基当量170) 80重量部 1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7(以下、DBUという) 3重量部 溶融シリカ粉末(Tyler標準篩75μm篩い分け品) 1000重量部 臭素化エポキシ樹脂(臭素含有量49重量%、軟化点70℃) 10重量部 三酸化アンチモン 10重量部 カルナバワックス 5重量部 カーボンブラック 3重量部 をミキサーにて常温混合し、二軸混練機により混練し、
冷却後粉砕し成形材料とした。なお実施例、比較例は二
軸混練機(東芝機械(株)・製TEM−50)を用い、
バレル温度30±20℃、回転数200±100rp
m、樹脂組成物の供給量は100±50kg/時間と
し、この範囲内で条件を変更しながら吐出物の温度を調
整した。
【0014】評価方法 吐出物温度:接触型の温度測定器を用い混練機から吐出
される吐出物の温度を測定する。 スパイラルフロー:EMMI−1−66に準じた金型を
用い、成形材料をトランスファー成形機にて175℃
で、成形圧700N/cm2、保圧時間120秒の条件
にて成形しスパイラルフローを測定した。 アセトン不溶分:最大径4mm以下に篩分したものを約
300g精秤したものに対し、アセトン200〜500
gを混合し振とう機にて20分間振とうさせた後、溶解
液をJIS篩い65メッシュ(目開き212μm)に通
し篩い上の残存物の風乾サンプルをアセトン不溶分とし
た。 揮発分:成形材料約5g精秤し、シャーレに採取してオ
ーブン中で105℃、3時間乾燥した後の重量減少率を
揮発分とした。 顆粒密度比:顆粒密度を成形材料の真比重で除したもの
を顆粒密度比とした。 ・顆粒密度:成形材料をJIS篩い32メッシュ(目開
き500μm)にて篩分したものを検体とし、比重測定
器ピクノメータにて顆粒密度を測定する。 ・成形材料の真比重:トランスファー成形機を用い、温
度175±5℃、成形圧700N/cm2、時間120
秒で、直径50mm×厚さ3mmの円盤を成形し、比重
を測定し成形材料の真比重とする。 耐半田クラック性:温度175±5℃、圧力700N/
cm2、時間120秒で成形した 80pQFP(14m
m×20mm×2.0mm)を用い、85℃、相対湿度60
%の雰囲気下で120時間吸湿処理をした後、IRリフ
ロー235℃(ピーク温度約240℃)以上で約10秒
を行い、その後の外観検査にてクラックの発生したもの
を不良とした。n=10個。 内部ボイド:温度175±5℃、成形圧700N/cm
2、時間120秒で成形した160pQFP(28mm
×28mm×3.2mm)の成形品を軟X線透視装置に
て観察し最大径0.3mm以上を不良と判定した。(1
60pQFPのnは4個)
【0015】実施例2〜5、比較例1〜5 表1、表2の配合割合に従って、実施例1と同様にして
成形材料を得、同様に評価した。実施例1以外に用いた
樹脂の特性を以下に示す。 オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(軟化点6
2℃、エポキシ当量200) ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂
(軟化点60℃、エポキシ当量250) フェノールノボラック樹脂(軟化点 90℃、水酸基当
量105)
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】
【発明の効果】本発明に従うと、内部ボイドの発生が非
常に少なくて、高信頼性の半導体装置を得ることができ
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 23/29 H01L 23/30 R 23/31 Fターム(参考) 4F070 AA44 AA46 AB10 AC23 AC86 AE01 AE08 DA41 DB08 DC11 FA01 FB06 FC02 4J002 CC032 CD041 CD051 CD061 CD131 DE147 DJ007 DJ017 EU116 FD017 FD142 FD156 GJ02 4J036 AA02 FA01 FA05 FB08 JA07 4M109 AA01 CA21 CA22 EA02 EB03 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB13 EB18 EB19 EC20 GA10

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)エポキシ樹脂、(B)フェノール
    樹脂、(C)硬化促進剤及び(D)全エポキシ樹脂組成
    物中に75〜95重量%含む無機充填材を必須成分とす
    るエポキシ樹脂組成物を混練機で混練し、混練機から吐
    出される吐出物の温度を115〜130℃とし、吐出物
    を冷却粉砕して得られる成形材料が、アセトン不溶分
    0.010重量%以下、揮発分0.1重量%以下、顆粒
    密度比97%以上の特性を有することを特徴とするエポ
    キシ樹脂成形材料の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の製造方法により得られる
    エポキシ成形材料を用いて半導体素子を封止してなるこ
    とを特徴とする半導体装置。
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