JP2004269636A

JP2004269636A - 半導体封止用無機質充填剤、エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置

Info

Publication number: JP2004269636A
Application number: JP2003060745A
Authority: JP
Inventors: Masanori Okamoto; 正法岡本
Original assignee: Kyocera Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】カーボンブラック粗粒分などを容易に取り除き、ファインピッチ化した半導体パッケージの絶縁性を優れたものとする半導体封止用無機充填剤とエポキシ樹脂組成物、その硬化物で封止された半導体封止装置を提供する。
【解決手段】カーボンブラック１重量部に対し溶融シリカ粉末など無機充填剤２〜５００重量部の割合にドライブレンドし、その後に半導体パッケージのピン間隔やワイヤー間隔以上など所望の粗粒分をカットしたものである半導体封止用の無機質充填剤と、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤とともに（Ｄ）上記の半導体封止用の無機質充填剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物と、半導体封止装置である。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファインピッチ化した半導体パッケージを絶縁性に優れたものとする半導体封止用の無機充填剤、エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気・電子部品の封止用途として使用されているエポキシ樹脂組成物は、外乱光による動作不良を防止する目的でカーボンブラックなどの着色剤を使用しているが、近年の電子部品の軽薄短小化に伴う半導体パッケージのファインピッチ化のため、導電性のあるカーボンブラックの粒子が、ピン間隔およびワイヤー間隔より大きいとリーク不良などの絶縁性不良となるため、粗粒分のカットを行っている。
【０００３】
一方、ピン間隔およびワイヤー間隔が狭くなるにつれ、隙間の流動性保持のために低粘度の樹脂を主剤としたエポキシ樹脂組成物を使用して半導体パッケージの組み立てが行われているが、低粘度の樹脂を用いてエポキシ樹脂組成物を製造する際には、従来よりも混練時にトルクがかかりにくく、カーボンブラックなどが分散しづらくなっている。
【０００４】
このため、カーボンブラックの粗粒カット粒径をさらに小さくしなければならないが、カーボンブラック単体での篩による粗粒分カットでは非常に時間がかかり、また篩による粗粒分カット後に２次凝集が起こる等の問題があった。また、アゾ染料などの有機染料は、それ自体の絶縁性が高いが、耐熱性が低く、半導体組み立て工程の熱履歴により熱分解し、外乱光の隠ぺい率が落ちるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、ファインピッチ化した半導体パッケージを絶縁性に優れたものとする半導体封止用の無機充填剤、エポキシ樹脂組成物およびその硬化物で封止された半導体封止装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の目的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、カーボンブラックを無機充填剤中に予めドライブレンドした後、粗粒分をカットしたものを着色剤として用いることにより、従来の無機充填剤とカーボンブラックを別々で篩うよりも作業性および歩留まりが大幅に向上し、熱履歴を受けても変色が少なくリーク不良などを起こすことのない、絶縁性に優れたエポキシ樹脂組成物と半導体封止装置が得られることを見いだし、本発明を完成したものである。
【０００７】
即ち、本発明の半導体封止用の無機充填剤は、カーボンブラック１重量部に対し無機充填剤２〜５００重量部の割合にドライブレンドし、その後に粗粒分をカットしてなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のエポキシ樹脂組成物は、
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤および（Ｄ）請求項１記載の無機充填剤を必須成分とすることを特徴とするもの、
（Ａ）１５０℃におけるＩＣＩ粘度が０．１０Ｐａ・ｓ以下であるエポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤および（Ｄ）請求項１記載の無機充填剤を必須成分とし、（Ｄ）の無機充填剤を含む無機充填剤の合計含有率が、樹脂組成物全体に対して８０〜９５重量％であることを特徴とするもの、または（Ａ）次の一般式に示されるフェノールベンズアルデヒド樹脂のエポキシ化物、
【化５】

（但し、Ｒ^１，Ｒ^２，Ｒ^３は水素原子またはアルキル基を、ｎは１以上の整数をそれぞれ表す）
または次の一般式化６〜８のいずれかに示されるナフタレン骨格含有エポキシ樹脂
【化６】

（但し、ｎは０または１以上の整数を表す）
【化７】

（但し、ｎは１以上の整数を表す）
【化８】

（但し、ｎは０または１以上の整数を表す）
（Ｂ）フェノール硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤および（Ｄ）請求項１記載の無機充填剤を必須成分とし、（Ｄ）の無機充填剤を含む無機充填剤の合計含有率が、樹脂組成物全体に対して７０〜９５重量％であることを特徴とするものである。
【０００９】
そして本発明の半導体封止装置は、上記したエポキシ樹脂組成物の硬化物によって半導体チップが封止されてなることを特徴とする。
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１１】
本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂としては、前記の一般式化５〜８で示されるもののほか、耐湿信頼性などから好ましくは、下記の一般式のもの
【化９】

（但し、式中、ｎは１以上の整数を表す）
【化１０】

（但し、式中、ｎは０または１以上の整数を表す）
【化１１】

【化１２】

（但し、式中、ｎは１以上の整数を表す）
等が挙げられ、これらは単独又は２種以上混合して使用することができる。また、これらエポキシ樹脂は、１５０℃におけるＩＣＩ粘度０．１０Ｐａ・ｓ以下のものを用いることが、充填性のうえから好ましい。そしてまた、これらエポキシ樹脂には、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂やビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、またこれらの臭素化エポキシ樹脂等、その他一般公知のエポキシ樹脂を併用することができる。
【００１２】
本発明に用いる（Ｂ）フェノール硬化剤としては、フェノール性水酸基を２個以上有するフェノール樹脂であれば種類を問わないが、やはり耐湿信頼性などから好ましくは、下記一般式のもの
【化１３】

（但し、式中、ｎは１以上の整数を表す）
【化１４】

（但し、式中、ｎは１以上の整数を表す）
【化１５】

（但し、式中、ｎは１以上の整数を表す）
【化１６】

（但し、式中、ｎは０または１以上の整数を表す）
等が挙げられ、これらは単独又は２種以上混合して使用することができる。また、このフェノール硬化剤には、本発明の目的に反しない限度において、ナフトールアラルキル樹脂等その他の一般公知のフェノール樹脂を併用することができる。
【００１３】
本発明に用いる（Ｃ）硬化促進剤としては、不純物濃度が低いものが好ましく使用される。具体的には、トリフェニルホスフィン又はその他の公知のリン系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、ＤＢＵ（ジアザビシクロウンデセン）系硬化促進剤、その他のエポキシ樹脂用硬化促進剤を単独又は２種以上混合して使用することができる。（Ｃ）硬化促進剤の配合割合は、樹脂組成物に対して０．０１〜５重量％含有することが望ましい。その割合が０．０１重量％未満では樹脂組成物のゲルタイムが長く、半導体封止装置の生産サイクルが長くなってしまい好ましくない。また、５重量％を超えると極端に流動性が悪くなるため充填性が悪くなり、また実装後の耐湿信頼性が劣り好ましくない。
【００１４】
本発明に用いる（Ｄ）のカーボンブラックを含む半導体封止用の無機充填剤としては、不純物濃度が低い溶融シリカ粉末、結晶シリカ粉末、アルミナ粉末など、カーボンブラックとしては、粒子径が５０ｎｍ以下で黒色度の高いものが好ましく使用される。カーボンブラックと無機充填剤とを、予めドライブレンドする際の比率としては、カーボンブラックは１重量部に対して無機充填剤２〜５００重量部の割合が好ましい。カーボンブラックの量が多いと分散性が悪く、また粗粒分をカットする際の篩いの効果が悪いばかりでなく、篩い後の２次凝集も起こるため好ましくない。また、カーボンブラックの量が少なすぎると、半導体封止装置としたときに、外乱光の隠蔽率が落ちるため好ましくない。これらの無機充填剤の最大粒径は、半導体パッケージのピン間隔よりも小さいものが好ましく、最大粒径５０μｍ以下のものなどが使用される。
【００１５】
また、カーボンブラックとドライブレンドした後に粗粒分をカットした本発明の無機充填剤に加えて、単独で粗粒分をカットしたほかの無機充填剤を併用することも可能である。（Ｄ）の半導体封止用無機充填剤を含む全体の無機充填剤の配合割合は、樹脂組成物に対して７０〜９５重量％、好ましくは８０〜９２重量％である。その割合が７０重量％未満では、実装後の耐湿信頼性に劣り、９５重量％を超えると極端に流動性が悪くなるため充填性が悪くなり好ましくない。
【００１６】
なお、ここで言う「粗粒分」とは、目的となる半導体パッケージのピン間隔やワイヤー間隔以上、あるいは使用する無機充填剤の最大粒径以上の粒径を意味し、また２個以上の粒子の凝集物も含める。
【００１７】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述したエポキシ樹脂、フェノール硬化剤、硬化促進剤、上記したカーボンブラックを含む半導体封止用の無機充填剤を必須成分とするが、本発明の目的に反しない限度において、また必要に応じて、例えば天然ワックス類、合成ワックス類などの離型剤、カーボンブラック以外の着色剤、ゴム系やシリコーン系ポリマーの低応力付与剤、アミン変性およびエポキシ変性シリコーンオイル等のカップリング剤、単独で粗粒分をカットした無機充填剤等を適宜添加配合することができる。ただし、融点が１００℃を超える添加物は、前述のカーボンブラックと同様に予め無機充填剤とドライブレンドした後、粗粒分をカットすることが望ましい。
【００１８】
本発明のエポキシ樹脂組成物を成形材料として調製する方法の一般的な方法としては、予めカーボンブラックをミキサー等によって無機充填剤とドライブレンドした後に篩などにより粗粒分をカットし、それを前述したエポキシ樹脂、フェノール硬化剤、硬化促進剤および粗粒分をカットした無機充填剤、その他成分を配合し、ミキサー等によって十分均一に混合し、さらに熱ロールまたはニーダ等により加熱溶融混合処理を行い、ついで冷却固化させ、適当な大きさに粉砕して成形材料とすることができる。こうして作られた成形材料は、半導体装置をはじめとする電子部品あるいは電気部品の封止、被覆、絶縁等に適用すれば、優れた成形性と信頼性、絶縁性等の特性を付与することができる。
【００１９】
また、本発明の半導体封止装置は、上記の成形材料を用いて半導体チップを封止することにより、容易に製造することができる。封止を行う半導体チップとしては、例えば、集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード等で特に限定されるものではない。封止の最も一般的な方法としては、トランスファー成形法があるが、射出成形、圧縮成形等による封止も可能であり、必要に応じて真空下成形することにより隙間の充填性を向上させることができる。封止および封止後加熱して樹脂を硬化させる際、１５０℃以上にすることが望ましい。
【００２０】
【作用】
本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体封止装置は、前述したエポキシ樹脂、フェノール硬化剤、、硬化促進剤、無機充填剤および予めカーボンブラックを無機充填剤とドライブレンドした後、粗粒分をカットし用いることによってファインピッチ化した半導体パッケージにおいてもリーク不良等の絶縁性不良を防止することができ、また、熱履歴を受けても変色を抑制することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。以下の実施例および比較例において「％」とは「重量％」を意味する。
【００２２】
実施例１
最大粒径１００μｍの溶融球状シリカ粉末（平均粒径１５μｍ）１００重量部に対し、カーボンブラックＭＡ−６００（三菱化学社製、商品名）１重量部をボールミルミキサーで３０分間ドライブレンドした後、目開き５０μｍの篩で粗粒分をカットした半導体封止用無機充填剤を製造した。
【００２３】
実施例２
最大粒径５０μｍの溶融球状シリカ粉末（平均粒径１０μｍ）３５．０％と実施例１で製造した半導体封止用無機充填剤５０．５％をミキサーに入れ、攪拌しながらγ−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン０．４％を添加して表面処理した。この処理したシリカに、前述した化５の多官能エポキシ樹脂ＥＰＰＮ−５０２Ｈ（１５０℃のＩＣＩ粘度＝０．１Ｐａ・ｓ）を８．７％、化１３のフェノールノボラック樹脂（１５０℃のＩＣＩ粘度＝０．１０Ｐａ・ｓ）を５．１％、トリフェニルホスフィンを０．１％、それにエステルワックスを０．２％添加して常温で混合し、さらに７０〜８０℃で混練してこれを冷却、粉砕して成形材料を製造した。
【００２４】
実施例３〜８
実施例２と同様にして表１に示す組成の成形材料を製造した。
【００２５】
比較例１〜３
実施例１の半導体封止用無機充填剤を入れない他は実施例２と同様にして表２に示す組成の成形材料を製造した。
【００２６】
こうして製造した実施例２〜８、比較例１〜３の成形材料を用いてトランスファー成形機により１７５℃に加熱した金型内で２分間成形し、さらに１７５℃で４時間アフターキュアして試験成形品および半導体封止装置を得た。
【００２７】
実施例および比較例について諸試験を行ったので、その結果を表３，４に示したが、本発明のエポキシ樹脂組成物は、熱履歴を受けても変色が少なく、絶縁性に優れ、その組成物によって封止された半導体封止装置は実装後のリーク不良などの絶縁特性に優れており、本発明の顕著な効果を確認することができた。
【００２８】
【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

表３，４の注：
＊１：ＥＭＭＩ−Ｉ６６に準じたスパイラルフロー測定を行った（１７５℃）。
＊２：熱板法により測定した（１７５℃）。
【００２９】
＊３：適当な大きさの試験片を作り、熱分析装置を用いて測定した。
【００３０】
＊４：モールド直後の黒色度から１７５℃、４時間ベーク後の色の変化を目視した。なし；変色なし、あり；青く変色する（黒色度の低下）。
【００３１】
＊５：ワイヤー間距離５０μｍのＱＦＰ型パッケージにてピン間に１０ｋＶの電圧を印加し、ピン間ショートパッケージ数／総パッケージ数を求めた。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明および表３，４の結果からも明らかなように、本発明の半導体封止用無機充填剤とエポキシ樹脂組成物は、カーボンブラックの粒子に、充填剤よりも大きい粒子あるいは凝集物がないため絶縁性に優れ、熱による変色も少ないために薄肉樹脂厚パッケージにおいても外乱光に対する隠ぺい率の低下が起こりにくく、このエポキシ樹脂組成物によって封止された半導体封止装置は実装後のリーク不良などの絶縁特性に優れており、本発明の顕著な効果が確認できた。

Claims

カーボンブラック１重量部に対し無機充填剤２〜５００重量部の割合にドライブレンドし、その後に粗粒分をカットしてなることを特徴とする半導体封止用の無機質充填剤。
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤および（Ｄ）請求項１記載の無機充填剤を必須成分とすることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
（Ａ）１５０℃におけるＩＣＩ粘度が０．１０Ｐａ・ｓ以下であるエポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤および（Ｄ）請求項１記載の無機充填剤を必須成分とし、（Ｄ）の無機充填剤を含む無機充填剤の合計含有率が、樹脂組成物全体に対して８０〜９５重量％であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
（Ａ）次の一般式に示されるフェノールベンズアルデヒド樹脂のエポキシ化物、

（但し、Ｒ^１，Ｒ^２，Ｒ^３は水素原子またはアルキル基を、ｎは１以上の整数をそれぞれ表す）
または次の一般式化２〜４のいずれかに示されるナフタレン骨格含有エポキシ樹脂

（但し、ｎは０または１以上の整数を表す）

（但し、ｎは１以上の整数を表す）

（但し、ｎは０または１以上の整数を表す）
（Ｂ）フェノール硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤および（Ｄ）請求項１記載の無機充填剤を必須成分とし、（Ｄ）の無機充填剤を含む無機充填剤の合計含有率が、樹脂組成物全体に対して７０〜９５重量％であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
請求項２〜４いずれか記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物によって半導体チップが封止されてなることを特徴とする半導体封止装置。