JP2004256643A

JP2004256643A - Semiconductor sealing epoxy resin composition and semiconductor device

Info

Publication number: JP2004256643A
Application number: JP2003048259A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sugiyama; 弘志杉山; Takashi Toyama; 貴志外山
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-09-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor sealing epoxy resin composition which reduces warpage in a package, imparts a high fillability, even to a sealing material with uneven thickness, and yields a high reliability in terms of humidity resistance. <P>SOLUTION: The semiconductor sealing epoxy resin composition essentially comprises an epoxy resin, a hardener, an inorganic filler and a hardening accelerator. Here, the hardening accelerator represented by formula (A) is used to impart a high fillability, even to the sealing material with uneven thickness, yield a high reliability in terms of humidity resistance and reduce warpage in the package. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子（チップ）を封止するために用いられるエポキシ樹脂組成物及びこの半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いた半導体装置（パッケージ）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インテリジェントパワーモジュールの分野において半導体素子の封止方法は、液状のエポキシ樹脂組成物等の封止材を用いた滴下法・注型法からトランスファーモールド法へと移行している。この分野におけるパッケージは、通常、１つのパッケージ内に複数の半導体素子等の電子部品を内蔵しているため、非常に大型のパッケージとなることが多く、また、片側に放熱板を設けるために片面封止タイプの構造を取るパッケージとなることも多い。このように、パッケージが大型化したり、片面封止タイプの構造を取ったりする場合には、封止後においてパッケージに反りが発生しやすくなるという問題がある。
【０００３】
また、パッケージが小型である場合や両面封止タイプの構造を取る場合であっても、パッケージの反りは問題となる。すなわち、図１に示すパッケージは、１つの半導体素子３を搭載したリードフレーム４を金型にセットし、これを封止材１で封止成形することによって製造されるものであり、両面封止タイプの構造を取るものであるが、このパッケージにおいては、半導体素子３及びリードフレーム４を挟んで両側の封止材１の肉厚ｄ_１，ｄ_２の差が極端に大きいので、パッケージの反りが問題となるものである。しかもこのように封止材１の肉厚が偏っている場合には、肉厚が均一な場合よりも、封止材１の充填性が悪化するという問題もある。具体的には、パッケージにウェルドライン、ピンホール、ボイド等の欠陥が生じて品質を低下させるものである。そしてこれまでにパッケージの反りを少なくする技術としては多くのものが提供されているが（例えば、特許文献１参照。）、上記のように封止材１の肉厚が偏っている場合の充填性（以下、「偏肉充填性」という。）をも高める技術は提供されていない。
【０００４】
また、パッケージの反りを少なくするためには、封止材に配合する硬化促進剤として、イミダゾール系等の反応性の高い硬化促進剤を使用することが有効であるが、この場合には加水分解性塩素等の不純イオン（例えば、Ｃｌ⁻、Ｎａ^＋、Ｂｒ⁻）が発生し、これにより耐湿信頼性が著しく低下するものである。なお、封止材に配合する硬化促進剤として、トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）等のリン系硬化促進剤を使用した場合には、封止材のガラス転移温度（Ｔｇ）が低くなり、パッケージの低反り化が困難となる。
【０００５】
このように現状においては、パッケージの反り、偏肉充填性及び耐湿信頼性のすべての点について満足のゆくレベルに達した技術は見当たらないものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１８１４７９号公報（特許請求の範囲等）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、パッケージの反りを少なくすることができ、偏肉充填性及び耐湿信頼性を高く得ることができる半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材及び硬化促進剤を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、硬化促進剤として、下記の式（Ａ）で示されるものを用いて成ることを特徴とするものである。
【０００９】
【化２】

【００１０】
また請求項２の発明は、請求項１において、式（Ａ）で示される硬化促進剤の添加量が、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０１〜５．０質量％であることを特徴とするものである。
【００１１】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、エポキシ樹脂として、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂全量に対して５〜３０質量％用いて成ることを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、無機充填材の含有量が、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して７０〜９５質量％であることを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、硬化物のガラス転移温度が１８０℃以上であることを特徴とするものである。
【００１４】
また請求項６に係る半導体装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止成形して成ることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、必須成分としてエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材及び硬化促進剤を配合して得られるものである。
【００１７】
エポキシ樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、オルソ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、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等を１種又は２種以上用いることができる。エポキシ樹脂の含有量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して３〜２５質量％であることが好ましい。
【００１８】
エポキシ樹脂を２種以上用いる場合には、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂全量に対して５〜３０質量％用いることが好ましい。このようにすると、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の吸湿量が下がり、後述する式（Ａ）で示される硬化促進剤による耐湿信頼性向上の効果をさらに高めることができるものである。しかし、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂の含有量が５質量％未満であると、低吸湿化の効果を十分に得ることができないおそれがあり、逆に３０質量％を超えると、硬化物のガラス転移温度（Ｔｇ）が低下するおそれがある。
【００１９】
硬化剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、フェノールノボラック樹脂、ナフタレン骨格含有フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂等を１種又は２種以上用いることができる。エポキシ樹脂と硬化剤のモル比は０．８〜１．３であることが好ましい。
【００２０】
無機充填材としては、特に限定されるものではないが、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等を１種又は２種以上用いることができる。無機充填材の含有量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して７０〜９５質量％であることが好ましい。このようにすると、後述する式（Ａ）で示される硬化促進剤による低反り化及び偏肉充填性向上の効果をさらに高めることができるものである。しかし、無機充填材の含有量が７０質量％未満であると、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物の線膨張係数が大きくなり、反りを十分に少なくすることができないおそれがあり、逆に９５質量％を超えると、良好な偏肉充填性を十分に得ることができないおそれがある。
【００２１】
硬化促進剤としては、式（Ａ）で示される硬化促進剤を用いるものである。式（Ａ）中、左側の括弧内の原子団におけるメチル基（−ＣＨ_３）が電子吸引基として働き、一方、右側の括弧内の原子団における水酸基（−ＯＨ）が電子供与基として働くことによって、共鳴効果による電子密度の差が生じているが、左側の括弧内の原子団が正電荷を帯び、一方、右側の括弧内の原子団が負電荷を帯びることによって、式（Ａ）で示される硬化促進剤は全体として電気的に中性となり、安定した状態となっているものである。
【００２２】
そして式（Ａ）で示される硬化促進剤を用いることによって、偏肉充填性及び耐湿信頼性を高く得ることができると共に、パッケージの反りを少なくすることができるものである。すなわち１つ目の効果として、図１に示すように肉厚が不均一なパッケージを成形する場合であっても、肉厚が均一なパッケージを成形する場合と同様に良好な充填性を得ることができ、パッケージにウェルドライン、ピンホール及びボイド等の欠陥が発生するのを防止することができるという効果が得られるものである。特に、式（Ａ）で示される硬化促進剤は潜在性を有しているので、この硬化促進剤を添加して調製される半導体封止用エポキシ樹脂組成物は溶融状態を長く維持することができ、大型のパッケージを成形する場合であっても偏肉充填性を高く得ることができる。また２つ目の効果として、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度を高めることができるので、片面封止タイプの構造を取るパッケージ、両面封止タイプの構造を取るパッケージであって肉厚が不均一なもの（図１に示すパッケージ）及び大型のパッケージのうちいずれのパッケージを成形する場合であっても、反りを少なくすることができるという効果が得られるものである。さらに３つ目の効果として、Ｃｌ⁻、Ｎａ^＋、Ｂｒ⁻等の不純イオンの発生を抑制することができるので、耐湿信頼性を高く得ることができるという効果が得られるものである。
【００２３】
式（Ａ）で示される硬化促進剤の添加量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０１〜５．０質量％であることが好ましい。添加量をこの範囲に調整することによって、偏肉充填性及び耐湿信頼性をさらに高く得ることができると共に、パッケージの反りをさらに少なくすることができるものである。ただ、添加量が０．０１質量％未満であると、ゲル化時間が長くなって作業性が低下したり、成形後の剛性が低下したりするおそれがあり、逆に添加量が５．０質量％を超えると、成形の途中で硬化反応が著しく進み、ボイド等の未充填が発生しやすくなるおそれがある。
【００２４】
また硬化促進剤としては、式（Ａ）で示される硬化促進剤のほか、その他の硬化促進剤を併用することができる。その他の硬化促進剤としては、例えば、２−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール（２ＰＺ）、トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）、トリメチルホスフィン等の有機リン化合物類、１，８−ジアザビシクロ〔５．４．０〕ウンデセン−７、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミン等の第三級アミン類等を用いることができる。ただ、従来の技術において説明したように、イミダゾール系等の反応性の高い硬化促進剤を用いる場合には耐湿信頼性が低下するおそれがあり、またトリフェニルホスフィン等を用いる場合にはパッケージの低反り化が困難となるおそれがあるので、これらの硬化促進剤を併用する場合には、その添加量を、式（Ａ）で示される硬化促進剤による効果が損なわれない範囲となるように適宜に調整すればよい。
【００２５】
半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記の必須成分のほか、任意成分としてカルナバワックス等の離型剤、リン系難燃剤、臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等のブロム化合物や三酸化アンチモン等の難燃剤、カーボンブラックや有機染料等の着色剤、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のカップリング剤、シリコーンゴムパウダー等を配合することができる。
【００２６】
そして、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、硬化促進剤、必要に応じてその他の成分を配合し、これをミキサー等で均一に混合した後、さらに加熱ロールやニーダー等で混練することによって、本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製することができる。なお、各成分を配合する順序は特に限定されるものではなく、また、上記のように混練した後、粉砕することによってパウダー化したり、さらにタブレット化したりすることもできる。
【００２７】
上記のようにして調製した半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度は１８０℃以上（実質上の上限は２２０℃）であることが好ましい。その理由は、パッケージの反りをさらに少なくすることができるからである。ここで、ガラス転移温度を１８０℃以上とするには、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の各成分の含有量を既述の範囲で適宜に調整すればよい。なお、ガラス転移温度が１８０℃未満であっても低反り化は可能であるが、その効果は、ガラス転移温度が１８０℃以上である場合よりも小さい。
【００２８】
次に、上記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を封止材として用い、この封止材で半導体素子を封止成形することによって、半導体装置（パッケージ）を製造することができる。例えば、ＩＣ等の半導体素子を搭載したリードフレームをトランスファー成形用金型にセットし、トランスファー成形を行うことによって、半導体素子を半導体封止用エポキシ樹脂組成物による成形品に封止した半導体装置を製造することができるものである。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００３０】
エポキシ樹脂として、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂である住友化学工業（株）製「ＥＳＣＮ１９５ＸＬ」、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂である大日本インキ化学工業（株）製「ＨＰ７２００」を用いた。
【００３１】
硬化剤として、フェノールノボラック樹脂である明和化成（株）製「Ｈ１−Ｍ」及び「ＤＬ−９２」を用いた。
【００３２】
無機充填材として、溶融シリカ（真比重２．２、比表面積０．８ｍ^２／ｇ、平均粒径１５μｍ）を用いた。
【００３３】
硬化促進剤として、式（Ａ）で示される硬化促進剤であるサンアプロ（株）製「ＲＸ−１０２」のほか、トリフェニルホスフィンである北興化学工業（株）製「ＴＰＰ」、２−フェニルイミダゾールである四国化成工業（株）製「２ＰＺ」を用いた。
【００３４】
離型剤として、カルナバワックスを用いた。
【００３５】
カップリング剤として、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシランを用いた。
【００３６】
難燃剤として、三酸化アンチモン（三菱マテリアル（株）製）、臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（住友化学工業（株）製「ＥＳＢ−４００Ｔ」）を用いた。
【００３７】
着色剤として、カーボンブラック（三菱マテリアル（株）製）を用いた。
【００３８】
シリコーンゴムパウダーである信越化学工業（株）製「ＫＭＰ６００」を用いた。
【００３９】
そして、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材及び硬化促進剤その他の成分を表１に示す配合量で配合し、これをミキサーで十分に混合した後、さらに加熱ロールで約５分間混練することによって、実施例１〜７及び比較例１、２の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製した。このようにして得た半導体封止用エポキシ樹脂組成物について、１７０℃におけるスパイラルフロー及びゲルタイムを測定した。その結果を表１に示す。また、以下のような試験を行った。
【００４０】
・パッケージの反り
まず図２に示すように、大きさが４０ｍｍ×６０ｍｍ×厚み１．５ｍｍであるＡｌ（アルミニウム）板５の片面に、厚み３ｍｍとなるように半導体封止用エポキシ樹脂組成物２を成形することによって、パッケージの反りを評価するためのサンプルを作製した。成形条件は、１７５℃、１２０秒間とし、アフターキュアーの条件は、１７５℃、６時間とした。次に、表面粗さ計を用いて上記のサンプルの２箇所（図２において矢印で示す箇所）について測定を行うことによって、表面の高低差の最大値として反り量を求めた。
【００４１】
・耐湿信頼性（不純イオン濃度）
まず１００ｇの半導体封止用エポキシ樹脂組成物を５時間、１７５℃の恒温機内に入れることによって硬化させた。次に、恒温機から取り出した硬化物をスタンプミルで粉砕し、この粉砕物を１００メッシュの篩に通過させることによって、耐湿信頼性を評価するための試料を調製した。そして、この試料を耐圧抽出容器内で１２１℃、２４時間処理した後、この試料に含有される不純イオン（Ｎａ^＋、Ｃｌ⁻、Ｂｒ⁻）の濃度をイオンクロマト装置で測定した。
【００４２】
・ガラス転移温度
半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、直径５ｍｍ、長さ３０ｍｍの試験片を成形した。成形条件は、１７０℃、６０秒間とし、アフターキュアーの条件は、１７５℃、６時間とした。次に、東京工業（株）製の線膨張試験機を用いて、上記の試験片についてα１（８０〜１２０℃における線膨張係数）、α２（２３０〜２６０℃における線膨張係数）を測定することによって、２直線の交点に対応する温度を求め、この温度をガラス転移温度とした。
【００４３】
・耐湿信頼性（ＰＣＴ試験及びＴＨＢ試験）
評価用のアルミ回路が形成された半導体素子を搭載したリードフレームを金型にセットし、これを半導体封止用エポキシ樹脂組成物でトランスファー成形した後、１７５℃、６時間の条件でアフターキュアーすることによって、大きさが７ｍｍ×１９ｍｍ×厚み３．３ｍｍである１６ＤＩＰを製造した。この１６ＤＩＰについてＰＣＴ試験及びＴＨＢ試験を行うことによって、耐湿信頼性を評価した。なお、実施例１〜７の１６ＤＩＰを観察すると、いずれも偏肉充填性が良好であることが確認された。
【００４４】
ＰＣＴ試験は、上記の１６ＤＩＰを０．２０ＭＰａ（２ａｔｍ）、１２１℃、１０００時間の条件で処理した後、アルミ回路の断線不良数をカウントして不良率を求めることによって行った。
【００４５】
一方、ＴＨＢ試験は、上記の１６ＤＩＰを８５℃、８５％ＲＨの条件下に置き、アルミ回路の平行する２本の回路間に２５Ｖの電圧を印加して５００時間処理した後、アルミ回路の断線不良数をカウントして不良率を求めることによって行った。
【００４６】
以上の試験の結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】

【００４８】
表１にみられるように、実施例１〜７のものは、式（Ａ）で示される硬化促進剤を用いていない比較例１、２のものよりも、耐湿信頼性を高く得ることができると共にパッケージの反りを少なくすることができることが確認される。
【００４９】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材及び硬化促進剤を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、硬化促進剤として、式（Ａ）で示されるものを用いるので、偏肉充填性及び耐湿信頼性を高く得ることができると共に、パッケージの反りを少なくすることができるものである。
【００５０】
また請求項２の発明は、式（Ａ）で示される硬化促進剤の添加量が、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０１〜５．０質量％であるので、偏肉充填性及び耐湿信頼性をさらに高く得ることができると共に、パッケージの反りをさらに少なくすることができるものである。
【００５１】
また請求項３の発明は、エポキシ樹脂として、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂全量に対して５〜３０質量％用いるので、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の吸湿量が下がり、耐湿信頼性をさらに高めることができるものである。
【００５２】
また請求項４の発明は、無機充填材の含有量が、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して７０〜９５質量％であるので、式（Ａ）で示される硬化促進剤による低反り化及び偏肉充填性向上の効果をさらに高めることができるものである。
【００５３】
また請求項５の発明は、硬化物のガラス転移温度が１８０℃以上であるので、パッケージの反りをさらに少なくすることができるものである。
【００５４】
また請求項６に係る半導体装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止成形するので、偏肉充填性及び耐湿信頼性に優れていると共に、反りが少ないものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】封止材の肉厚が不均一な両面封止タイプの構造を取るパッケージを示す断面図である。
【図２】パッケージの反りを評価するために作製したサンプルを示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
２半導体封止用エポキシ樹脂組成物
３半導体素子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an epoxy resin composition used for sealing a semiconductor element (chip) and a semiconductor device (package) using the epoxy resin composition for semiconductor sealing.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the field of intelligent power modules, the method of encapsulating semiconductor devices has shifted from a dropping / casting method using a sealing material such as a liquid epoxy resin composition to a transfer molding method. A package in this field usually has a very large package because a plurality of electronic components such as semiconductor elements are incorporated in one package, and a single-sided heat sink is provided on one side. In many cases, the package has a sealed type structure. As described above, when the size of the package is increased or the structure of the single-sided sealing type is adopted, there is a problem that the package is likely to be warped after the sealing.
[0003]
Further, even when the package is small or has a double-sided sealing type structure, the warpage of the package becomes a problem. That is, the package shown in FIG. 1 is manufactured by setting a lead frame 4 on which one semiconductor element 3 is mounted in a mold, and sealing and molding this with a sealing material 1. In this package, since the difference between the thicknesses d ₁ and d ₂ of the encapsulant 1 on both sides of the semiconductor element 3 and the lead frame 4 is extremely large, the package is warped. Is a problem. In addition, when the thickness of the sealing material 1 is uneven as described above, there is a problem that the filling property of the sealing material 1 is worse than when the thickness is uniform. More specifically, defects such as weld lines, pinholes, and voids are generated in the package, thereby deteriorating the quality. Many techniques have been provided so far to reduce the warpage of the package (for example, refer to Patent Document 1). However, as described above, the filling when the thickness of the sealing material 1 is uneven. There is no technique provided for improving the properties (hereinafter, referred to as “uneven wall filling property”).
[0004]
In order to reduce the warpage of the package, it is effective to use a highly reactive curing accelerator such as an imidazole as a curing accelerator to be added to the sealing material. Impurity ions (eg, Cl ⁻ , Na ⁺ , Br ⁻ ) such as chlorine are generated, thereby significantly reducing the moisture resistance reliability. When a phosphorus-based curing accelerator such as triphenylphosphine (TPP) is used as a curing accelerator to be incorporated in the sealing material, the glass transition temperature (Tg) of the sealing material becomes low, and the package becomes low. Warping becomes difficult.
[0005]
As described above, at present, no technology has been found that has reached a satisfactory level in all aspects of package warpage, uneven thickness filling, and moisture resistance reliability.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-181479A (Claims, etc.)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above points, and has an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation and a semiconductor device capable of reducing the warpage of a package, and achieving high uneven filling property and high moisture resistance reliability. The purpose is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to claim 1 of the present invention is an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation containing an epoxy resin, a curing agent, an inorganic filler and a curing accelerator as essential components, as a curing accelerator. , Characterized by the following formula (A).
[0009]
Embedded image

[0010]
The invention according to claim 2 is the method according to claim 1, wherein the addition amount of the curing accelerator represented by the formula (A) is 0.01 to 5.0% by mass based on the total amount of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation. It is characterized by having.
[0011]
The invention of claim 3 is characterized in that, in

claim

1 or 2, a dicyclopentadiene type epoxy resin is used as the epoxy resin in an amount of 5 to 30% by mass based on the total amount of the epoxy resin.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the content of the inorganic filler is 70 to 95% by mass based on the total amount of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation. Things.
[0013]
The invention according to claim 5 is characterized in that, in any one of claims 1 to 4, the cured product has a glass transition temperature of 180 ° C. or higher.
[0014]
A semiconductor device according to a sixth aspect is characterized in that a semiconductor element is encapsulated and molded using the epoxy resin composition for encapsulating a semiconductor according to any one of the first to fifth aspects.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0016]
The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to the present invention is obtained by blending an epoxy resin, a curing agent, an inorganic filler, and a curing accelerator as essential components.
[0017]
The epoxy resin is not particularly limited, for example, one or one of orthocresol novolak type epoxy resin, phenol novolak type epoxy resin, bisphenol type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, dicyclopentadiene type epoxy resin, etc. Two or more types can be used. The content of the epoxy resin is preferably 3 to 25% by mass based on the total amount of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation.
[0018]
When two or more epoxy resins are used, it is preferable to use 5 to 30% by mass of the dicyclopentadiene type epoxy resin based on the total amount of the epoxy resin. By doing so, the amount of moisture absorption of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation decreases, and the effect of improving the moisture resistance reliability by the curing accelerator represented by the formula (A) described below can be further enhanced. However, if the content of the dicyclopentadiene-type epoxy resin is less than 5% by mass, the effect of reducing the moisture absorption may not be sufficiently obtained. Conversely, if the content exceeds 30% by mass, the glass transition of the cured product may occur. Temperature (Tg) may decrease.
[0019]
The curing agent is not particularly limited, and for example, one or more of phenol novolak resin, phenol resin having a naphthalene skeleton, dicyclopentadiene-type phenol resin, and phenol aralkyl resin can be used. The molar ratio between the epoxy resin and the curing agent is preferably from 0.8 to 1.3.
[0020]
The inorganic filler is not particularly limited, and for example, one or more of fused silica, crystalline silica, alumina, silicon nitride, aluminum nitride, and the like can be used. The content of the inorganic filler is preferably 70 to 95% by mass based on the total amount of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation. By doing so, the effect of lowering the warpage and improving the uneven filling property by the curing accelerator represented by the formula (A) described later can be further enhanced. However, when the content of the inorganic filler is less than 70% by mass, the coefficient of linear expansion of the cured product of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation may increase, and warpage may not be sufficiently reduced. If it exceeds 95% by mass, satisfactory uneven thickness filling property may not be sufficiently obtained.
[0021]
As the curing accelerator, a curing accelerator represented by the formula (A) is used. Wherein (A), serves as a methyl group (-CH ₃₎ is an electron withdrawing group in the atomic group left in parentheses, while the hydroxyl group in the atomic group in the right parenthesis (-OH) acts as an electron donating group Causes a difference in electron density due to the resonance effect, but the atomic group in the parenthesis on the left has a positive charge, while the atomic group in the parenthesis on the right has a negative charge. The curing accelerator shown is electrically neutral as a whole and is in a stable state.
[0022]
And by using the curing accelerator represented by the formula (A), it is possible to obtain high uneven thickness filling property and high moisture resistance reliability and to reduce the warpage of the package. That is, as a first effect, even in the case of molding a package having an uneven thickness as shown in FIG. 1, good filling properties can be obtained as in the case of molding a package having an even thickness. Accordingly, it is possible to obtain an effect that defects such as a weld line, a pinhole, and a void can be prevented from being generated in the package. In particular, since the curing accelerator represented by the formula (A) has a potential, the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation prepared by adding the curing accelerator can maintain a molten state for a long time. Thus, even in the case of molding a large package, it is possible to obtain a high uneven filling property. The second effect is that the glass transition temperature of the cured product of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation can be increased, so that a package having a single-sided sealing type package and a package having a double-sided sealing type structure can be used. Therefore, even when any one of a package having a non-uniform thickness (the package shown in FIG. 1) and a large package is formed, the effect that warpage can be reduced can be obtained. Furthermore, as a third effect, since the generation of impurity ions such as Cl ⁻ , Na ⁺ , and Br ⁻ can be suppressed, the effect of obtaining high humidity resistance reliability can be obtained.
[0023]
The addition amount of the curing accelerator represented by the formula (A) is preferably 0.01 to 5.0% by mass based on the total amount of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation. By adjusting the amount added to this range, the uneven filling property and the moisture resistance reliability can be further improved, and the warpage of the package can be further reduced. However, if the addition amount is less than 0.01% by mass, there is a possibility that the gelation time is prolonged, the workability is reduced, and the rigidity after molding is reduced, and conversely, the addition amount is 5.0. If the amount exceeds 50% by mass, the curing reaction proceeds remarkably in the course of molding, and unfilling such as voids may easily occur.
[0024]
As the curing accelerator, other curing accelerators can be used in addition to the curing accelerator represented by the formula (A). Examples of other curing accelerators include organic phosphorus compounds such as 2-methylimidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole (2PZ), triphenylphosphine (TPP), and trimethylphosphine; Tertiary amines such as 8-diazabicyclo [5.4.0] undecene-7, triethanolamine and benzyldimethylamine can be used. However, as described in the prior art, when a highly reactive curing accelerator such as an imidazole is used, the moisture resistance reliability may be reduced, and when triphenylphosphine or the like is used, the package may be low. Since warpage may be difficult, when these curing accelerators are used in combination, the amount of addition is appropriately determined so that the effect of the curing accelerator represented by the formula (A) is not impaired. Should be adjusted.
[0025]
The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation includes, in addition to the above essential components, optional components such as a release agent such as carnauba wax, a phosphorus-based flame retardant, a bromo compound such as a brominated bisphenol A type epoxy resin, and antimony trioxide. Flame retardants, coloring agents such as carbon black and organic dyes, coupling agents such as γ-glycidoxypropyltriethoxysilane, and silicone rubber powder.
[0026]
Then, the above-described epoxy resin, curing agent, inorganic filler, curing accelerator, and other components are blended as necessary, and after uniformly mixing with a mixer or the like, further kneading with a heating roll or a kneader. Thereby, the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to the present invention can be prepared. The order in which the respective components are blended is not particularly limited, and the components may be kneaded as described above and then pulverized into powder or further into tablets.
[0027]
The glass transition temperature of the cured product of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation prepared as described above is preferably 180 ° C. or higher (substantially the upper limit is 220 ° C.). The reason is that the warpage of the package can be further reduced. Here, in order to set the glass transition temperature to 180 ° C. or higher, the content of each component of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation may be appropriately adjusted within the range described above. Although the warpage can be reduced even when the glass transition temperature is lower than 180 ° C., the effect is smaller than when the glass transition temperature is 180 ° C. or higher.
[0028]
Next, a semiconductor device (package) can be manufactured by using the above-mentioned epoxy resin composition for semiconductor encapsulation as a sealing material and sealingly molding a semiconductor element with the sealing material. For example, by setting a lead frame on which a semiconductor element such as an IC is mounted in a transfer molding die and performing transfer molding, a semiconductor device in which the semiconductor element is encapsulated in a molded product of an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation is provided. It can be manufactured.
[0029]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples.
[0030]
As an epoxy resin, "ESCN195XL" manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., which is an orthocresol novolac type epoxy resin, and "HP7200" manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc., which is a dicyclopentadiene type epoxy resin were used.
[0031]
As a curing agent, phenol novolak resins “H1-M” and “DL-92” manufactured by Meiwa Kasei Co., Ltd. were used.
[0032]
Fused silica (true specific gravity 2.2, specific surface area 0.8 m ² / g, average particle size 15 μm) was used as the inorganic filler.
[0033]
As a curing accelerator, in addition to "RX-102" manufactured by San Apro Co., Ltd. which is a curing accelerator represented by the formula (A), "TPP" manufactured by Hokuko Chemical Co., Ltd., which is triphenylphosphine, 2-phenylimidazole "2PZ" manufactured by Shikoku Chemical Industry Co., Ltd.
[0034]
Carnauba wax was used as a release agent.
[0035]
Γ-glycidoxypropyltriethoxysilane was used as a coupling agent.
[0036]
As the flame retardant, antimony trioxide (manufactured by Mitsubishi Materials Corporation) and brominated bisphenol A type epoxy resin ("ESB-400T" manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) were used.
[0037]
Carbon black (manufactured by Mitsubishi Materials Corporation) was used as a coloring agent.
[0038]
A silicone rubber powder "KMP600" manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. was used.
[0039]
Then, the above-mentioned epoxy resin, curing agent, inorganic filler, curing accelerator and other components are blended in the blending amounts shown in Table 1, and after sufficiently mixing with a mixer, further kneading with a heating roll for about 5 minutes. Thereby, the epoxy resin compositions for semiconductor encapsulation of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2 were prepared. With respect to the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation thus obtained, the spiral flow and the gel time at 170 ° C. were measured. Table 1 shows the results. In addition, the following tests were performed.
[0040]
Package warpage First, as shown in FIG. 2, an epoxy resin composition 2 for encapsulating a semiconductor on one surface of an Al (aluminum) plate 5 having a size of 40 mm × 60 mm × 1.5 mm so as to have a thickness of 3 mm. Was molded to prepare a sample for evaluating the warpage of the package. The molding conditions were 175 ° C. for 120 seconds, and the after-curing conditions were 175 ° C. for 6 hours. Next, the amount of warpage was determined as the maximum value of the height difference of the surface by measuring two points (points indicated by arrows in FIG. 2) of the sample using a surface roughness meter.
[0041]
・ Humidity reliability (impurity ion concentration)
First, 100 g of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation was cured by placing it in a 175 ° C. thermostat for 5 hours. Next, the cured product taken out of the thermostat was pulverized by a stamp mill, and the pulverized product was passed through a 100-mesh sieve to prepare a sample for evaluating the moisture resistance reliability. Then, after treating this sample in a pressure-resistant extraction container at 121 ° C. for 24 hours, the concentration of impurity ions (Na ⁺ , Cl ⁻ , Br ⁻ ) contained in the sample was measured by an ion chromatograph.
[0042]
-Glass transition temperature A test piece having a diameter of 5 mm and a length of 30 mm was molded using the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation. The molding conditions were 170 ° C. for 60 seconds, and the after-curing conditions were 175 ° C. for 6 hours. Next, α1 (coefficient of linear expansion at 80 to 120 ° C.) and α2 (coefficient of linear expansion at 230 to 260 ° C.) of the above test piece were measured using a linear expansion tester manufactured by Tokyo Kogyo Co., Ltd. Thus, the temperature corresponding to the intersection of the two straight lines was determined, and this temperature was defined as the glass transition temperature.
[0043]
・ Humidity reliability (PCT test and THB test)
A lead frame on which a semiconductor element on which an aluminum circuit for evaluation is formed is set in a mold, and this is transfer-molded with an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation, and then after-cured at 175 ° C. for 6 hours. Thus, a 16DIP having a size of 7 mm × 19 mm × 3.3 mm in thickness was manufactured. By performing a PCT test and a THB test on this 16DIP, the moisture resistance reliability was evaluated. In addition, when 16 DIP of Examples 1-7 was observed, it was confirmed that all were good in uneven filling property.
[0044]
The PCT test was performed by treating the above 16 DIP under the conditions of 0.20 MPa (2 atm), 121 ° C., and 1000 hours, and then counting the number of disconnection failures of the aluminum circuit to obtain a failure rate.
[0045]
On the other hand, in the THB test, the above 16 DIP was placed under the condition of 85 ° C. and 85% RH, a voltage of 25 V was applied between two parallel circuits of the aluminum circuit, and the circuit was treated for 500 hours. This was performed by counting the number of defects and obtaining the defect rate.
[0046]
Table 1 shows the results of the above test.
[0047]
[Table 1]

[0048]
As can be seen from Table 1, those of Examples 1 to 7 can obtain higher moisture resistance reliability than those of Comparative Examples 1 and 2 not using the curing accelerator represented by the formula (A). It is also confirmed that package warpage can be reduced.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to claim 1 of the present invention is an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation containing an epoxy resin, a curing agent, an inorganic filler and a curing accelerator as essential components, Since the curing accelerator used is represented by the formula (A), the uneven filling property and the moisture resistance reliability can be obtained high, and the warpage of the package can be reduced.
[0050]
In the invention of claim 2, the amount of the curing accelerator represented by the formula (A) is 0.01 to 5.0% by mass based on the total amount of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation. It is possible to further improve the filling property and the moisture resistance reliability and to further reduce the warpage of the package.
[0051]
According to the third aspect of the present invention, the dicyclopentadiene-type epoxy resin is used as the epoxy resin in an amount of 5 to 30% by mass based on the total amount of the epoxy resin. Can be further enhanced.
[0052]
According to the invention of claim 4, since the content of the inorganic filler is 70 to 95% by mass with respect to the total amount of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation, low warpage due to the curing accelerator represented by the formula (A) is provided. And the effect of improving the uneven fillability can be further enhanced.
[0053]
Further, in the invention of claim 5, since the glass transition temperature of the cured product is 180 ° C. or higher, the warpage of the package can be further reduced.
[0054]
Further, in the semiconductor device according to the sixth aspect, since the semiconductor element is encapsulated and molded using the epoxy resin composition for encapsulating a semiconductor according to any one of the first to fifth aspects, the uneven thickness filling property and the moisture resistance reliability are improved. It is excellent and has little warpage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a package having a double-sided sealing type structure in which the thickness of a sealing material is uneven.
FIGS. 2A and 2B show a sample manufactured for evaluating package warpage, wherein FIG. 2A is a plan view and FIG. 2B is a cross-sectional view.
[Explanation of symbols]
2 Epoxy resin composition for semiconductor encapsulation 3 Semiconductor element

Claims

An epoxy resin composition for semiconductor encapsulation comprising an epoxy resin, a curing agent, an inorganic filler and a curing accelerator as essential components, characterized in that a curing accelerator represented by the following formula (A) is used. Epoxy resin composition for semiconductor encapsulation.

The semiconductor according to claim 1, wherein the amount of the curing accelerator represented by the formula (A) is 0.01 to 5.0% by mass based on the total amount of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation. Epoxy resin composition for sealing.

The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to claim 1, wherein the epoxy resin is a dicyclopentadiene type epoxy resin in an amount of 5 to 30% by mass based on the total amount of the epoxy resin.

The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of the inorganic filler is 70 to 95% by mass based on the total amount of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation. object.

The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to any one of claims 1 to 4, wherein the cured product has a glass transition temperature of 180 ° C or higher.

A semiconductor device obtained by molding a semiconductor element using the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to claim 1.