【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐リフロー信頼性及び成形性に優れ、特に半導体封止用として好適なエポキシ樹脂組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子などの電子回路部品の封止方法として、従来より金属やセラミックスによるハーメチックシールとフェノール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などによる樹脂封止が提案されているが、その中でも、生産性、物性のバランスの点からエポキシ樹脂による樹脂封止が最も盛んに行われている。エポキシ樹脂による封止方法は、エポキシ樹脂に硬化剤、充填剤などを添加した組成物を用い、半導体素子を金型にセットしてトランスファー成形法などにより封止する方法が一般的に行われている。
【０００３】
半導体封止用エポキシ樹脂組成物に要求される特性としては、信頼性および成形性などがあり、信頼性としては半田耐熱性、耐湿性などが、成形性としては充填性、流動性、生産性（カル膨れ特性や連続成形性）、などがあげられる。
【０００４】
近年は、半導体装置の高密度実装化の流れにともない従来のリードピンを基板の穴に挿入する挿入実装方式から、基板表面に半導体装置を半田付けする表面実装方式が主流になっている。表面実装においては、通常半田リフローによる実装が行われる。この方法では、基板の上に半導体装置を乗せ、これらを２００℃以上の高温にさらし、基板にあらかじめつけられた半田を溶融させて半導体装置を基板表面に接着させる。このような実装方法では半導体装置全体が高温にさらされるため、封止樹脂組成物の耐湿性が悪いと吸湿した水分が半田リフロー時に爆発的に膨張しクラックが生じたり、半導体装置中の部材と封止樹脂組成物との界面で剥離が生じるという現象が起こる。従って半導体封止用エポキシ樹脂組成物において耐湿性を向上させることが非常に重要となる。
【０００５】
更に最近では、地球環境保護を目的に鉛を含んでいない鉛フリー半田の使用が進んでいる。鉛フリー半田は従来の鉛使用半田より融点が高く、そのためリフロー温度も上がることになり、封止用樹脂組成物にはこれまで以上の耐リフロー信頼性が求められている。
【０００６】
一方、半導体装置自体も高密度実装化の流れから、従来のＤＩＰ（デュアル・インライン・パッケージ）からＦＰＰ（フラット・プラスチック・パッケージ）に移行してきており、中でも最近では厚さ２ｍｍ以下のＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＬＱＦＰが主流となっている。そのため湿気や温度など外部からの影響をいっそう受けやすくなり、高温リフロー信頼性、耐熱性、耐湿性などの信頼性がますます重要となっている。さらに、上記のように半導体装置のさらなる薄型化にともなって、封止樹脂組成物にはよりよい充填性、流動性が求められるようになってきた。
【０００７】
一般に耐リフロー信頼性を向上させるには封止樹脂組成物中の充填剤の割合を上げることが有効であることが知られている。封止樹脂組成物中の樹脂成分を減らすことによって耐湿性が向上するからである。しかしながら封止樹脂組成物中の充填剤の割合を大きくすると封止樹脂の成型時の溶融粘度が上昇し、成形が困難になると言った問題点があり、この問題点を克服するために粘度の低いエポキシ樹脂が望まれている。
【０００８】
これまでに低粘度エポキシ樹脂としてビフェニル系エポキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、その他の低粘度エポキシ樹脂としてジフェニルエーテル構造を持つエポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂組成物が提案されている（例えば、特許文献２、３参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特公平４−７３６５号公報（特許請求の範囲）
【００１０】
【特許文献２】
特開平５−３０４００１号公報（請求項１）
【００１１】
【特許文献３】
特開２００１−２６６３３号公報（請求項１）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１記載のエポキシ樹脂組成物は、硬化速度が遅く、生産性が悪化するという問題があり、特許文献２，３記載のエポキシ樹脂組成物は耐リフロー性が十分でなかった。したがって、本発明の課題は、成形性（特にカル膨れ特性、流動性）と高温リフロー信頼性全てを同時に満足するようなエポキシ樹脂組成物と半導体装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目標を達成するために鋭意検討した結果、本発明に到達した。
本発明は、主として次の構成を有する。すなわち、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、充填材（Ｃ）およびシランカップリング剤（Ｄ）を含有するエポキシ樹脂組成物であって、前記充填材（Ｃ）の割合が樹脂組成物全体の８３重量％〜９８重量％であり、かつエポキシ樹脂（Ａ）が下記一般式（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂（ａ１）を含有することを特徴とするエポキシ樹脂組成物である。
【００１４】
【化６】
【００１５】
（式中、Ｒ１〜Ｒ８は水素原子または炭素数１〜６のアルキル基を示し、ｎは０以上の整数を示す。）
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を詳述する。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）および無機充填剤（Ｃ）を含有する。
【００１７】
本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は上記一般式（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂（ａ１）を必須成分として含有する。このエポキシ樹脂を含有することにより目的とする良好なカル膨れ特性、流動性が得られる。
【００１８】
また、このエポキシ樹脂（ａ１）は全エポキシ樹脂（Ａ）中に５重量％〜９５重量％含まれることが好ましい。５重量％以上であればカル膨れ特性、流動性を向上させる効果が得られ、９５重量％以下であれば耐リフロー信頼性を低下させることもない。。
【００１９】
本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は前記エポキシ樹脂（ａ１）以外のエポキシ樹脂を含有していてもよく、それは１分子中にエポキシ基を２個以上有するものであればその種類は特に限定されない。その具体例としては、たとえばクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂、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、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ポリビニルフェノール型エポキシ樹脂、トリフェノールアルカン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂、イミド基含有エポキシ樹脂、マレイミド基含有エポキシ樹脂、アリル基変性エポキシ樹脂、線状脂肪族型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、スピロ環含有エポキシ樹脂などが挙げられる。
【００２０】
その中でも、一般式（ＩＩ）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂や一般式（ＩＩＩ）で表されるビスフェノール型エポキシ樹脂が耐リフロー信頼性を向上させる点で好ましい。
【００２１】
【化７】
【００２２】
（式中、Ｒ９〜Ｒ１２は水素原子または炭素数１〜６のアルキル基を示し、同一であっても異なっても良い。）
【００２３】
【化８】
【００２４】
（式中、Ｒ１３〜Ｒ２２は水素原子または炭素数１〜６のアルキル基を示し、同一であっても異なっても良い。）
本発明におけるビフェニル型エポキシ樹脂の具体例としては、例えば、４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ビフェニル、４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニル、４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラエチルビフェニル、４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラブチルビフェニルなどが挙げられる。その中でも、リードフレームやシリコンチップに対する密着性の良い一般式（ＶＩ）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂（ａ２）が好ましい。
【００２５】
【化９】
【００２６】
本発明におけるビスフェノール型エポキシ樹脂の具体例としては、４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシフェニル）メタン、２，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシフェニル）メタン、２，２’−ビス（２，３−エポキシプロポキシフェニル）メタン、３，３’，５，５’−テトラメチル−４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシフェニル）メタン、４，４’−イソプロピリデンジフェノールジグリシジルエーテル、３，３’、５，５’−テトラメチル−４，４’−イソプロピリデンジフェノールジグリシジルエーテルなどが挙げられる。その中でも、リードフレームやシリコンチップに対する密着性の良い一般式（ＶＩＩ）で表されるビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ａ３）が好ましい。
【００２７】
【化１０】
【００２８】
（式中、Ｒ２３〜Ｒ２６は水素原子または炭素数１〜６のアルキル基を示し、同一であっても異なっても良い。）
本発明におけるエポキシ樹脂（ａ２）または（ａ３）の全エポキシ樹脂（Ａ）に対する含有量は５重量％〜９５重量％であることが好ましい。５重量％以上であれば耐リフロー信頼性を向上させる効果を得ることができ、９５重量％以下であればカル膨れ特性、流動性を低下させることもない。
【００２９】
また、エポキシ樹脂（Ａ）の添加量は通常、組成物全体に対して１．０〜１０．０重量％である。
【００３０】
硬化剤（Ｂ）としてはリフロー信頼性の点から下記一般式（ＩＶ）で表されるフェノールアラルキル樹脂が特に好ましく使用され、さらに好ましくは下記一般式（Ｖ）で表されるｐ−キシレン型フェノールアラルキル樹脂が良い。
【００３１】
【化１１】
【００３２】
（式中、ｎは０または１以上の整数を示す。）
【００３３】
【化１２】
【００３４】
（式中、ｎは０または１以上の整数を示す。）。
【００３５】
２種以上の硬化剤を併用する場合、一般式（ＩＩ）で表される硬化剤の含有量は硬化剤（Ｂ）全量に対して１０重量％以上が好ましく、２０重量％以上であることがさらに好ましい。２種以上の硬化剤を併用する場合、さらに好ましくは膨れ特性改良の観点から一般式（ＩＩＩ）で表される硬化剤の含有量は硬化剤（Ｂ）全量に対して１０重量％以上が好ましく、２０重量％以上であることがより好ましい。
【００３６】
硬化剤（Ｂ）の配合量はエポキシ樹脂組成物全体に対して通常０．５〜１０重量％、特に１〜６重量％が好ましい。さらにはエポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）の配合比は、機械的性質、及び耐湿性も点からエポキシ樹脂（Ａ）に対する硬化剤（Ｂ）の化学当量比が０．５〜１．５、特に０．６〜１．３の範囲にあることが好ましい。
【００３７】
本発明においてエポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）の硬化反応を促進するために硬化促進剤を用いてもよい。硬化促進剤としては、例えば、トリフェニルホスフィン、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ（ｐ−メチルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェニル）ホスフィンなどのりん系化合物、２−メチルイミダゾール、２，４−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−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、２−ヘプタデシルイミダゾール、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、ジメチルベンジルメチルアミン、２−（ジメチルアミノメチル）フェノール、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７などのアミン系化合物などが成形性、信頼性の点で好ましく用いられるが、硬化反応を促進するものであれば特に限定されない。
【００３８】
これらの硬化促進剤は、用途によっては２種以上を併用してもよく、その添加量はエポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して０．１〜１０重量部の範囲が望ましい。
【００３９】
本発明における無機充填剤（Ｃ）の種類は、球状の溶融シリカが好ましい。一般に充填剤（Ｃ）の組成物全体に占める割合が大きくなるにつれて流動性などの成形性は悪化するが、球状のシリカを使用することにより流動性の悪化を抑制することができる。球状溶融シリカの粒径については平均粒径（メディアン径）が３０μｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
本発明における無機充填剤（Ｃ）の割合は全樹脂組成物に対して８３〜９８重量％である。８３重量％以上であることで耐湿性が向上し、半田リフロー温度が２６０℃付近になるような”鉛フリー半田”にも対応が可能な耐リフロー信頼性を有することができる。９８重量％以下であれば流動性が悪化し、成形が困難になることもない。また、このように樹脂組成物全体における無機物の割合が高くすれば、難燃性が高くなり、従来使用されていた難燃剤を使用しなくても難燃性を満足することができる。これにより、従来から用いてきたハロゲン系難燃剤やアンチモン化合物などの難燃助剤を樹脂組成物に添加する必要がなくなり、環境保護の点で好ましい。
【００４１】
本発明における無機充填剤（Ｃ）としては上記の球状溶融シリカ以外の充填剤を併用することができる。その具体例としては破砕溶融シリカ、結晶性シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、アルミナ、マグネシア、クレー、タルク、ケイ酸カルシウム、酸化チタン、アスベスト、ガラス繊維などが挙げられ、中でも成形性、信頼性の点から破砕溶融シリカ、結晶性シリカがより好ましい。併用する充填剤の平均粒径は、０．５〜４０μｍが好ましい。
【００４２】
本発明では、シランカップリング剤、チタンカップリング剤などのカップリング剤を配合することができる。これらのカップリング剤で充填材を、他の構成成分とブレンドする以前に処理しておくことがより好ましい。カップリング剤としてはシランカップリング剤が好ましく使用され、シランカップリング剤としては、アルコキシ基、ハロゲン原子、アミノ基などの加水分解性基および有機基がケイ素原子に直結したもの、およびその部分加水分解縮合物が一般的に用いられる。シランカップリング剤中の有機基としては、窒素原子、酸素原子、ハロゲン原子、硫黄原子などによって置換された炭化水素基のものが使用される。
【００４３】
シランカップリング剤の具体的な例としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシシラン、γ−（２，３−エポキシシクロヘキシル）プロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−フェニルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−フェニルアミノ）プロピルメチルジメトキシシラン、γ−（Ｎ−メチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−メチルアミノ）プロピルメチルジメトキシシラン、γ−（Ｎ−エチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−エチルアミノ）プロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−エチルアミノ）プロピルメチルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカトプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリエチルシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）プロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。
【００４４】
カップリング剤の配合割合としてはエポキシ樹脂組成物全量に対して０．１〜２重量％添加することが流動性及び充填性の点で好ましい。
【００４５】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、さらに次に挙げる各種添加剤を任意に含有することができる。すなわちカーボンブラックおよび酸化鉄などの各種着色剤や各種顔料、シリコーンゴム、オレフィン系共重合体、変性ニトリルゴム、変性ポリブタジエンゴムなどの各種エラストマー、シリコーンオイル、ポリエチレンなどの各種熱可塑性樹脂、フッ素系、シリコーン系などの界面活性剤、長鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸の金属塩、長鎖脂肪酸のエステル、長鎖脂肪酸のアミドおよびパラフィンワックスなどの各種離型剤およびハイドロタルサイト類などのイオン捕捉剤、有機過酸化物などの架橋剤である。
【００４６】
本発明のエポキシ樹脂組成物の製造方法としては、たとえば溶融混練による方法が好ましく、各種原料をミキサーなどで混合した後、通常は６０〜１４０℃で、たとえばバンバリーミキサー、ニーダー、ロール、単軸もしくは二軸の押出機およびコニーダーなどの公知の混練方法を用いて溶融混練することにより製造できる。このエポキシ樹脂組成物は通常粉末またはタブレット状態から、成形によって半導体封止に供される。半導体素子を封止する方法としては、低圧トランスファー成形法が一般的であるがインジェクション成形法や圧縮成形法も可能である。成形条件としては、たとえばエポキシ樹脂組成物を成形温度１５０℃〜２００℃、成形圧力５〜１５ＭＰａ、成形時間３０〜３００秒で成形し、エポキシ樹脂組成物の硬化物とすることによって半導体装置が製造される。また、必要に応じて上記成形物を１００〜２００℃で２〜１５時間、追加加熱処理も行われる。
【００４７】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はここに掲げた実施例によって限定されるものではない。なお、実施例中の％は重量％を示す。
【００４８】
［実施例１〜５、比較例１〜６］
表１に示した成分を表２〜３に示す組成比（重量比）で、ミキサーによりドライブレンドした後、ロール表面温度９０℃のミキシングロールを用いて５分間加熱混練後、冷却、粉砕してエポキシ樹脂組成物を得た。
【００４９】
【表１】
【００５０】
【化１３】
【００５１】
【化１４】
【００５２】
＜膨れ特性（耐リフロー信頼性）評価＞
得られた樹脂組成物について１４４ｐｉｎＴＱＦＰ（外形：２０ｍｍ×２０ｍｍ×１．０ｍｍ、フレーム材料：４２アロイ）用金型を用いて、低圧トランスファー成形機で金型温度１７５℃、キュアータイム１分間の条件でパッケージを成形した。なお評価用のチップとしては表面に窒化珪素膜を被覆した模擬素子を搭載した、チップサイズ８ｍｍ×８ｍｍ×０．３ｍｍのものを用いた。
【００５３】
上記成形により得られた１４４ｐｉｎＴＱＦＰのパッケージ１０個を１８０℃、６時間の条件でポストキュアーした後、マイクロメーターにてパッケージ中央部の厚みＩ（μｍ）を計測した。これを８５℃／６０％ＲＨで２４時間加湿後、最高温度２６０℃のＩＲリフロー炉で加熱処理した。なお、リフロー炉の温度プロファイルは、１５０℃〜２００℃の領域を６０秒〜１００秒、２００℃から２６０℃の昇温速度を１．５〜２．５℃／秒、最高温度である２５５℃〜２６５℃の領域で１０〜２０秒維持し、２６０℃から２００℃の降温速度を１．５〜２．５℃／秒とした。
パッケージがリフロー炉を出た５秒後、再びマイクロメーターにてパッケージの中央部の厚みＩＩ（μｍ）を計測した。さらに１０個それぞれのパッケージについて（厚みＩＩ−厚みＩ）を算出し、この１０個の平均値を「膨れ」（μｍ）とした。なお、膨れは小さい方が好ましく、８０μｍ以下であることが特に好ましい。
【００５４】
＜パッケージ充填性（成形性）評価＞
上記成形により得られた１４４ｐｉｎＴＱＦＰパッケージ１０個を成形後に目視および断面切断後、２０倍の顕微鏡を用いて観察し、ステージ変位・未充填の有無を調べた。ステージ変位・未充填が発生した不良パッケージの数を測定し、パッケージ充填性不良率を計算した。ステージ変位についてはパッケージゲート部とベント部の傾きが１００μｍ以上のものを不良とした。
【００５５】
＜カル膨れ特性（成形性）評価＞
上記と同様の方法でパッケージを１０ショット成形して成形性の評価を行った。ただし、キュアータイムは２５秒とした。成形後目視によりカル膨れを観察し、カル膨れ特性不良が発生する確率を調べた。
【００５６】
【表２】
【００５７】
表２に評価結果を示す。表２に見られるように一般式（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂を用いていない場合、カル膨れ特性が不十分である（比較例１、３、５）。充填材（Ｃ）の割合が樹脂組成物全体の８８重量％より少ない場合は膨れ特性が不十分である（比較例２〜４）。それに対し、本発明のエポキシ樹脂組成物はリフロー時の膨れ特性、パッケージ充填性、カル膨れ特性のいずれも優れている（実施例１〜５）。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればリフロー時の膨れ特性などの耐リフロー信頼性、成形時の充填性およびカル膨れ特性など成形性が優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び該エポキシ樹脂組成物によって封止してなる半導体装置を得ることができる。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an epoxy resin composition having excellent reflow resistance and moldability, and particularly suitable for semiconductor encapsulation.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method of sealing electronic circuit components such as semiconductor elements, hermetic sealing with metal or ceramic and resin sealing with phenol resin, silicone resin, epoxy resin, etc. have been proposed. Resin sealing with an epoxy resin is most actively performed from the viewpoint of balance. The sealing method using an epoxy resin is generally performed by using a composition in which a curing agent, a filler, etc. are added to an epoxy resin, setting a semiconductor element in a mold, and sealing by a transfer molding method or the like. I have.
[0003]
The characteristics required of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation include reliability and moldability, and the reliability includes solder heat resistance and moisture resistance, and the moldability includes filling, fluidity, and productivity. (Cal swelling characteristics and continuous moldability).
[0004]
In recent years, with the trend of high-density mounting of semiconductor devices, a surface mounting method in which a semiconductor device is soldered to a surface of a substrate has become mainstream from a conventional insertion mounting method in which lead pins are inserted into holes of a substrate. In surface mounting, mounting is usually performed by solder reflow. In this method, a semiconductor device is placed on a substrate, exposed to a high temperature of 200 ° C. or higher, and the solder previously applied to the substrate is melted to adhere the semiconductor device to the substrate surface. In such a mounting method, since the entire semiconductor device is exposed to a high temperature, if the moisture resistance of the sealing resin composition is poor, the absorbed moisture explosively expands at the time of solder reflow and cracks occur, or members in the semiconductor device may be cracked. A phenomenon occurs in which separation occurs at the interface with the sealing resin composition. Therefore, it is very important to improve the moisture resistance of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation.
[0005]
More recently, lead-free solders containing no lead have been used for the purpose of protecting the global environment. Lead-free solders have a higher melting point than conventional lead-based solders, and as a result, the reflow temperature also rises. Thus, sealing resin compositions are required to have a higher reflow resistance.
[0006]
On the other hand, the semiconductor device itself has been shifting from the conventional DIP (dual in-line package) to the FPP (flat plastic package) due to the trend of high-density packaging. Among them, recently, TSOP and TQFP having a thickness of 2 mm or less have recently been used. , LQFP are the mainstream. Therefore, it is more susceptible to external influences such as humidity and temperature, and reliability such as high-temperature reflow reliability, heat resistance, and moisture resistance is becoming increasingly important. Furthermore, with the further reduction in thickness of the semiconductor device as described above, a better filling property and fluidity have been required for the sealing resin composition.
[0007]
In general, it is known that increasing the proportion of the filler in the sealing resin composition is effective for improving the reflow resistance. This is because the moisture resistance is improved by reducing the resin component in the sealing resin composition. However, when the proportion of the filler in the sealing resin composition is increased, the melt viscosity at the time of molding of the sealing resin increases, and there is a problem that molding is difficult. Low epoxy resins are desired.
[0008]
An epoxy resin composition using a biphenyl-based epoxy resin as a low-viscosity epoxy resin has been proposed (for example, see Patent Document 1). Further, epoxy resin compositions containing an epoxy resin having a diphenyl ether structure as another low-viscosity epoxy resin have been proposed (for example, see Patent Documents 2 and 3).
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. Hei 4-7365 (Claims)
[0010]
[Patent Document 2]
JP-A-5-304001 (Claim 1)
[0011]
[Patent Document 3]
JP 2001-26633 A (Claim 1)
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the epoxy resin composition described in Patent Literature 1 has a problem that the curing speed is slow and the productivity is deteriorated, and the epoxy resin compositions described in Patent Literatures 2 and 3 have insufficient reflow resistance. Therefore, an object of the present invention is to provide an epoxy resin composition and a semiconductor device that simultaneously satisfy all of moldability (particularly, swelling characteristics and fluidity) and high-temperature reflow reliability.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies in order to achieve the above goal, and as a result, have reached the present invention.
The present invention mainly has the following configuration. That is, an epoxy resin composition containing an epoxy resin (A), a curing agent (B), a filler (C), and a silane coupling agent (D), wherein the proportion of the filler (C) is It is an epoxy resin composition characterized by being 83% by weight to 98% by weight of the whole, and the epoxy resin (A) contains an epoxy resin (a1) represented by the following general formula (I).
[0014]
Embedded image
(In the formula, R 1 to R 8 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and n represents an integer of 0 or more.)
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail.
The epoxy resin composition of the present invention contains an epoxy resin (A), a curing agent (B), and an inorganic filler (C).
[0017]
The epoxy resin (A) in the present invention contains the epoxy resin (a1) represented by the general formula (I) as an essential component. By containing the epoxy resin, the desired good swelling characteristics and fluidity can be obtained.
[0018]
The epoxy resin (a1) is preferably contained in the entire epoxy resin (A) in an amount of 5% by weight to 95% by weight. When the content is 5% by weight or more, the effect of improving the swelling characteristics and fluidity is obtained, and when the content is 95% by weight or less, the reflow resistance is not reduced. .
[0019]
The epoxy resin (A) in the present invention may contain an epoxy resin other than the epoxy resin (a1), and the type thereof is not particularly limited as long as it has two or more epoxy groups in one molecule. Specific examples thereof include cresol novolak type epoxy resin, phenol novolak type epoxy resin, biphenyl novolak type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, bisphenol type epoxy resin, dicyclopentadiene type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, and anthracene type epoxy resin. Resin, naphthol aralkyl type epoxy resin, polyvinyl phenol type epoxy resin, triphenol alkane type epoxy resin, fluorene type epoxy resin, halogenated epoxy resin, imide group containing epoxy resin, maleimide group containing epoxy resin, allyl group modified epoxy resin, wire Aliphatic epoxy resin, alicyclic epoxy resin, heterocyclic epoxy resin, spiro ring-containing epoxy resin and the like.
[0020]
Among them, a biphenyl type epoxy resin represented by the general formula (II) and a bisphenol type epoxy resin represented by the general formula (III) are preferable in terms of improving the reflow resistance.
[0021]
Embedded image
[0022]
(In the formula, R 9 to R 12 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and may be the same or different.)
[0023]
Embedded image
[0024]
(In the formula, R 13 to R 22 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and may be the same or different.)
Specific examples of the biphenyl type epoxy resin in the present invention include, for example, 4,4′-bis (2,3-epoxypropoxy) biphenyl and 4,4′-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ′. , 5,5'-Tetramethylbiphenyl, 4,4'-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ', 5,5'-tetraethylbiphenyl, 4,4'-bis (2,3-epoxy (Propoxy) -3,3 ', 5,5'-tetrabutylbiphenyl and the like. Among them, the biphenyl-type epoxy resin (a2) represented by the general formula (VI) having good adhesion to a lead frame or a silicon chip is preferable.
[0025]
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[0026]
Specific examples of the bisphenol type epoxy resin in the present invention include 4,4'-bis (2,3-epoxypropoxyphenyl) methane, 2,4'-bis (2,3-epoxypropoxyphenyl) methane, 2,2 '-Bis (2,3-epoxypropoxyphenyl) methane, 3,3', 5,5'-tetramethyl-4,4'-bis (2,3-epoxypropoxyphenyl) methane, 4,4'-isopropyl Ridene diphenol diglycidyl ether, 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-4,4′-isopropylidene diphenol diglycidyl ether and the like can be mentioned. Among them, a bisphenol F type epoxy resin (a3) represented by the general formula (VII) having good adhesion to a lead frame or a silicon chip is preferable.
[0027]
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[0028]
(In the formula, R 23 to R 26 represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and may be the same or different.)
In the present invention, the content of the epoxy resin (a2) or (a3) relative to the total epoxy resin (A) is preferably from 5% by weight to 95% by weight. When the content is 5% by weight or more, the effect of improving the reflow resistance can be obtained, and when the content is 95% by weight or less, the swelling characteristics and the fluidity do not decrease.
[0029]
Further, the amount of the epoxy resin (A) to be added is usually 1.0 to 10.0% by weight based on the whole composition.
[0030]
As the curing agent (B), a phenol aralkyl resin represented by the following general formula (IV) is particularly preferably used from the viewpoint of reflow reliability, and more preferably a p-xylene phenol represented by the following general formula (V) Aralkyl resin is good.
[0031]
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[0032]
(In the formula, n represents 0 or an integer of 1 or more.)
[0033]
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[0034]
(In the formula, n represents 0 or an integer of 1 or more.)
[0035]
When two or more curing agents are used in combination, the content of the curing agent represented by the general formula (II) is preferably 10% by weight or more, and more preferably 20% by weight or more based on the total amount of the curing agent (B). More preferred. When two or more curing agents are used in combination, the content of the curing agent represented by the general formula (III) is more preferably 10% by weight or more based on the total amount of the curing agent (B), from the viewpoint of improving the swelling characteristics. , 20% by weight or more.
[0036]
The compounding amount of the curing agent (B) is usually 0.5 to 10% by weight, particularly preferably 1 to 6% by weight, based on the whole epoxy resin composition. Furthermore, the mixing ratio of the epoxy resin (A) and the curing agent (B) is such that the chemical equivalent ratio of the curing agent (B) to the epoxy resin (A) is 0.5 to 1 in view of mechanical properties and moisture resistance. 5, particularly preferably in the range of 0.6 to 1.3.
[0037]
In the present invention, a curing accelerator may be used to accelerate the curing reaction between the epoxy resin (A) and the curing agent (B). Examples of the curing accelerator include phosphorus compounds such as triphenylphosphine, trimethylphosphine, triethylphosphine, tributylphosphine, tri (p-methylphenyl) phosphine, and tri (nonylphenyl) phosphine; 2-methylimidazole; -Dimethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole, 2-heptadecylimidazole, triethylamine, benzyldimethylamine, dimethylbenzylmethylamine, 2- (dimethylaminomethyl ) Amine compounds such as phenol, 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol and 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undecene-7 are preferably used in terms of moldability and reliability. It is, but is not particularly limited as long as it promotes the curing reaction.
[0038]
Two or more of these curing accelerators may be used in combination depending on the application, and the addition amount thereof is desirably in the range of 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the epoxy resin (A).
[0039]
The type of the inorganic filler (C) in the present invention is preferably spherical fused silica. Generally, as the proportion of the filler (C) in the whole composition increases, moldability such as fluidity deteriorates, but by using spherical silica, deterioration of fluidity can be suppressed. As for the particle diameter of the spherical fused silica, the average particle diameter (median diameter) is preferably 30 μm or less.
[0040]
The proportion of the inorganic filler (C) in the present invention is 83 to 98% by weight based on the whole resin composition. When the content is 83% by weight or more, the moisture resistance is improved, and the reflow resistance can correspond to “lead-free solder” in which the solder reflow temperature is around 260 ° C. When the content is 98% by weight or less, the fluidity is deteriorated and the molding is not difficult. In addition, when the proportion of the inorganic substance in the entire resin composition is increased, the flame retardancy is increased, and the flame retardancy can be satisfied without using a conventionally used flame retardant. This eliminates the need to add a conventionally used flame retardant such as a halogen-based flame retardant or an antimony compound to the resin composition, which is preferable from the viewpoint of environmental protection.
[0041]
As the inorganic filler (C) in the present invention, a filler other than the above-mentioned spherical fused silica can be used in combination. Specific examples thereof include crushed fused silica, crystalline silica, calcium carbonate, magnesium carbonate, alumina, magnesia, clay, talc, calcium silicate, titanium oxide, asbestos, and glass fiber. From the viewpoint, crushed fused silica and crystalline silica are more preferred. The average particle size of the filler used in combination is preferably 0.5 to 40 μm.
[0042]
In the present invention, a coupling agent such as a silane coupling agent and a titanium coupling agent can be blended. More preferably, the filler is treated with these coupling agents prior to blending with other components. As the coupling agent, a silane coupling agent is preferably used. Examples of the silane coupling agent include those in which a hydrolyzable group such as an alkoxy group, a halogen atom, and an amino group and an organic group are directly bonded to a silicon atom, and a partial hydrolyzate thereof. Decomposed condensates are generally used. As the organic group in the silane coupling agent, a hydrocarbon group substituted by a nitrogen atom, an oxygen atom, a halogen atom, a sulfur atom, or the like is used.
[0043]
Specific examples of the silane coupling agent include γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, γ- (2,3-epoxycyclohexyl) propyltrimethoxysilane, and γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane. (N-phenylamino) propyltrimethoxysilane, γ- (N-phenylamino) propylmethyldimethoxysilane, γ- (N-methylamino) propyltrimethoxysilane, γ- (N-methylamino) propylmethyldimethoxysilane, γ- (N-ethylamino) propyltrimethoxysilane, γ- (N-ethylamino) propylmethyldimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ- (N-ethylamino) propylmethyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysila Γ-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- ( (Aminoethyl) -γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltriethylsilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-aminopropylmethyldiethoxysilane, γ-aminopropyltri Examples include methoxysilane, γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, and γ- (N, N-dimethylamino) propyltrimethoxysilane.
[0044]
As the compounding ratio of the coupling agent, it is preferable to add 0.1 to 2% by weight to the total amount of the epoxy resin composition from the viewpoint of fluidity and filling property.
[0045]
The epoxy resin composition of the present invention can further optionally contain the following various additives. That is, various colorants and various pigments such as carbon black and iron oxide, silicone rubber, olefin-based copolymer, modified nitrile rubber, various elastomers such as modified polybutadiene rubber, silicone oil, various thermoplastic resins such as polyethylene, fluorine-based, Surfactants such as silicones, long-chain fatty acids, metal salts of long-chain fatty acids, esters of long-chain fatty acids, various release agents such as amides of long-chain fatty acids and paraffin wax, and ion scavengers such as hydrotalcites; It is a crosslinking agent such as an organic peroxide.
[0046]
As a method for producing the epoxy resin composition of the present invention, for example, a method by melt kneading is preferable, and after mixing various raw materials with a mixer or the like, usually at 60 to 140 ° C., for example, a Banbury mixer, a kneader, a roll, a uniaxial or It can be manufactured by melt-kneading using a known kneading method such as a twin-screw extruder and a co-kneader. This epoxy resin composition is usually used for semiconductor encapsulation by molding from a powder or tablet state. As a method for sealing a semiconductor element, a low pressure transfer molding method is generally used, but an injection molding method or a compression molding method is also possible. As a molding condition, for example, a semiconductor device is manufactured by molding an epoxy resin composition at a molding temperature of 150 to 200 ° C., a molding pressure of 5 to 15 MPa, and a molding time of 30 to 300 seconds to obtain a cured product of the epoxy resin composition. Is done. Further, if necessary, additional heat treatment is performed on the molded product at 100 to 200 ° C. for 2 to 15 hours.
[0047]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples described here. Incidentally,% in the examples indicates% by weight.
[0048]
[Examples 1 to 5, Comparative Examples 1 to 6]
The components shown in Table 1 were dry-blended by a mixer at the composition ratios (weight ratios) shown in Tables 2 and 3, and then heated and kneaded for 5 minutes using a mixing roll having a roll surface temperature of 90 ° C., followed by cooling and pulverization. An epoxy resin composition was obtained.
[0049]
[Table 1]
[0050]
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[0051]
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[0052]
<Evaluation of blistering characteristics (reflow resistance)>
Using a mold for 144 pin TQFP (outer size: 20 mm × 20 mm × 1.0 mm, frame material: 42 alloy), the obtained resin composition was subjected to a low pressure transfer molding machine at a mold temperature of 175 ° C. and a cure time of 1 minute. The package was molded. The evaluation chip used was a chip having a chip size of 8 mm × 8 mm × 0.3 mm, on which a simulation element having a surface coated with a silicon nitride film was mounted.
[0053]
After ten packages of 144 pin TQFP obtained by the above molding were post-cured at 180 ° C. for 6 hours, the thickness I (μm) of the central part of the package was measured by a micrometer. This was humidified at 85 ° C./60% RH for 24 hours, and then heat-treated in an IR reflow furnace at a maximum temperature of 260 ° C. The temperature profile of the reflow furnace is as follows: a region of 150 ° C. to 200 ° C. is 60 seconds to 100 seconds, a temperature rising rate from 200 ° C. to 260 ° C. is 1.5 to 2.5 ° C./second, and the maximum temperature is 255 ° C. The temperature was maintained in the region of ２６265 ° C. for 10 to 20 seconds, and the temperature reduction rate from 260 ° C. to 200 ° C. was 1.5 to 2.5 ° C./sec.
Five seconds after the package exited the reflow furnace, the thickness II (μm) at the center of the package was measured again with a micrometer. Further, (thickness II−thickness I) was calculated for each of the ten packages, and the average value of the ten packages was defined as “bulge” (μm). The swelling is preferably small, and particularly preferably 80 μm or less.
[0054]
<Evaluation of package filling (moldability)>
Ten 144-pin TQFP packages obtained by the above-mentioned molding were visually observed after molding and cut in cross section, and then observed using a microscope of 20 times magnification to examine the stage displacement and the presence or absence of unfilled state. The number of defective packages in which stage displacement and unfilling occurred were measured, and the package filling defect rate was calculated. Regarding the stage displacement, the one in which the inclination between the package gate portion and the vent portion was 100 μm or more was regarded as defective.
[0055]
<Evaluation of swelling characteristics (moldability)>
The package was molded in 10 shots in the same manner as above, and the moldability was evaluated. However, the cure time was 25 seconds. After molding, swelling was visually observed, and the probability of occurrence of swelling property failure was examined.
[0056]
[Table 2]
[0057]
Table 2 shows the evaluation results. As shown in Table 2, when the epoxy resin represented by the general formula (I) was not used, the swelling property was insufficient (Comparative Examples 1, 3, and 5). When the proportion of the filler (C) is less than 88% by weight of the entire resin composition, the swelling properties are insufficient (Comparative Examples 2 to 4). On the other hand, the epoxy resin composition of the present invention is excellent in all of the swelling characteristics at the time of reflow, package filling properties, and swelling characteristics (Examples 1 to 5).
[0058]
【The invention's effect】
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation having excellent moldability such as reflow resistance such as swelling characteristics during reflow, filling properties and swelling characteristics during molding, and the epoxy resin. A semiconductor device sealed with the composition can be obtained.