JP2004323644A

JP2004323644A - Epoxy resin composition and package for semiconductor device using it

Info

Publication number: JP2004323644A
Application number: JP2003119138A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Suzuki; 大介鈴木; Masao Kawaguchi; 将生川口; Tsukasa Sakuraba; 司桜庭; Toshiya Urakawa; 俊也浦川
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2004-11-18

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an epoxy resin composition with improved adhesion of the resin to metals and a moisture-resistant package for a semiconductor device using the composition. <P>SOLUTION: The epoxy resin composition contains three ingredients: (a), (b) and (c). The total of the ingredients accounts for 50-95 mass%. (a): 10-30 mass% magnesium hydroxide having an average particle diameter of 0.1-5 μm. (b): 1-20 mass% silica having a density of less than 2.10 g/cm<SP>3</SP>as measured by using 1-butanol as the medium, a moisture absorption of 3% or more and an average particle diameter of 1-3 μm. (c): 30-70 mass% inorganic filler selected from the group consisting of silica and alumina having an average particle diameter of more than 3 μm and 30 μm or less. The semiconductor device is manufactured by integrally molding a metal or a composites comprising a metal and the epoxy resin composition. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リードフレーム等の金属に対する密着性を向上させ、これにより耐湿性に優れた半導体装置を製造するためのエポキシ樹脂組成物、ならびにこの樹脂組成物から成る半導体装置用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子は、周囲の温度や湿度の変化、あるいは微細なごみや埃などに大きく影響され、その特性が変化してしまったり、機械的衝撃や振動により破損しやすいものとなっている。このため、半導体素子の外部環境からの保護のため、セラミックス製や樹脂製の箱（パッケージ）に封入した状態で使用に供することは良く知られている。中でも固体撮像素子（例えばＣＣＤ、ＭＯＳ、ＣＰＤ等）、光書き込み／消去可能なメモリー（例えばＥＰＲＯＭ等）等、光学特性を有する半導体素子を用いた半導体装置には、光透過性が要求される。そのため、水分が結露して光透過率を低下させるのを防止するために、気密封止性、特に耐湿性が要求される。
【０００３】
パッケージ方式には、大別して気密封止方式と樹脂封止方式がある。気密封止方式では、セラミックスが用いられることもあるが、樹脂を用いるパッケージも存在する。すなわち、樹脂製の中空パッケージ（以下、単に「パッケージ」と称することもある。）の中央部に、接着剤によって固着された半導体素子は、インサート成形によって樹脂成形体と一体化され、両端がパッケージの内側と外側に開放されたリードフレームとボンディングワイヤーによって、電気的に接続されている。また樹脂成形体の上面の開口部を、透明あるいは不透明、半透明な合成樹脂板、ガラス板、セラミックス板などの蓋材を接着剤によって固着し、半導体素子をパッケージ内に気密封止するというものである。
【０００４】
しかしながら、このような封止手段を講じても、時間の経過に伴い微量の水分がパッケージ内に侵入し、半導体素子の機能を低下させ、ついには使用不可能の状態になったり、特に、前述の光学特性を有する半導体装置では、透明な蓋材の内側に水分が結露し、光透過率を低下させてしまうなどの問題があった。
【０００５】
これに対し、末次らは、特開平６−４９３３３号公報、特開平７−１２６４９４号公報、特開平７−１２６４９２号公報等において、ある種の吸湿材を樹脂中に含有させ、これによりパッケージや接着剤の耐湿性を大幅に向上させる手法を提案している。この手法により、これまで耐水性が不足していた樹脂製パッケージにおいても、特に光学特性を有する半導体装置に使用が可能となった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし近年においては、半導体装置の更なる小型化、薄型化が望まれ、それに伴いパッケージ厚みもこれまでよりも薄くなることが望まれている。したがって、これまでよりもさらに耐湿性を向上させたパッケージを用いないと、半導体素子の機能を低下させてしまうこととなっている。前述の特開平６−４９３３３号公報記載の低密度球状シリカの添加量を増やせば、この問題をある程度解決することはできるが、さらに性能の優れた樹脂が求められる。
【０００７】
そこで本発明の目的は、これまでよりも耐湿性を向上させ、より小型化、薄型化の半導体装置を製造することのできる樹脂組成物を提供し、これも用いて製造される半導体装置用パッケージを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述のように、一般的に樹脂から成る半導体装置は、外部基板と電気的接続を得るために、リードフレームを一体成形する。本発明者らは検討の結果、樹脂とリードフレームの密着力をより強める手法を開発した。
【０００９】
すなわち、本発明により、シリカ及びアルミナからなる群より選択される、平均粒径が３μｍを越え３０μｍ以下の無機フィラーを、３０質量％以上７０質量％以下、平均粒径が０．１μｍ以上５μｍ以下の水酸化マグネシウムを１０ないし３０質量％含有することを特徴とするエポキシ樹脂組成物が提供される。
【００１０】
さらに、エポキシ樹脂組成物中に、以下（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の３成分を含有し、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の含有量の合計が５０ないし９５質量％であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物が提供される。
（ａ）平均粒径が０．１μｍ以上５μｍ以下の水酸化マグネシウムが１０ないし３０質量％、
（ｂ）１−ブタノールを媒体として測定した密度が２．１０ｇ／ｃｍ^３未満で吸湿率が３％以上、かつ平均粒径が０．１μｍ以上３μｍ以下のシリカが１質量％以上２０質量％以下、
（ｃ）シリカ及びアルミナからなる群より選択される平均粒径が３μｍを越え３０μｍ以下の無機フィラーを３０質量％以上７０質量％以下。
【００１１】
また、これらのエポキシ樹脂組成物を用いて、金属または金属からなる複合材料と一体成形された半導体装置用パッケージが提供される。
【００１２】
この特定の配合剤を含有するエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂組成物自体の耐湿性が向上すると共に、リードフレームとの密着性を著しく向上させ、その結果リードフレームと樹脂の界面から侵入する水を減少させることができる。すなわち、パッケージ内部に侵入する水分を減少させ、半導体装置の耐湿性を向上させることが出来る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
使用するエポキシ樹脂として特に制限は無く、公知の種々のエポキシ樹脂が挙げられ、例えばオルソクレゾール型、ビフェノール型、ナフタレン型、ビスフェノール型などのエポキシ樹脂が１種類または２種類以上混合して使用できる。
ここでエポキシ樹脂の配合割合としては、全樹脂組成物１００重量％中に通常５〜２５重量％、好ましくは５〜１５重量％である。
【００１４】
エポキシ樹脂に対する硬化剤としては、公知の種々の硬化剤が使用され、例えばフェノールノボラック類、脂肪族あるいは芳香族アミン、またはそれらの変性物、酸無水物、酸ヒドラジド等が挙げられる。これらの硬化剤は、エポキシ樹脂のエポキシ基に対し０．５ないし１．５当量、好ましくは０．８ないし１．２当量の割合で配合される。
【００１５】
本発明の樹脂組成物中には、水酸化マグネシウムを含有することを特徴とする。使用する水酸化マグネシウムの平均粒子径（本発明において平均粒子径の測定はレーザー法による。）は０．１μｍ以上５μｍ以下であり、好ましくは０．５μｍ以上３μｍ以下であり、配合量は１０質量％以上３０質量％以下、好ましくは１５質量％以上３０質量％以下である。この範囲の水酸化マグネシウムを含有させることにより、樹脂としての成形性に優れ、金属または金属複合体との密着性が大幅に向上する。加えて、水酸化マグネシウムには難燃効果があるため、樹脂中の配合量を増やすことによって、環境に負荷をかけるハロゲン系難燃剤、アンチモン系難燃剤を使用することなく、難燃効果を得ることも出来る。
【００１６】
また、成形性向上、寸法安定性向上などの目的で、シリカ及びアルミナからなる群より選択される、平均粒径３μｍを越え３０μｍ以下、好ましくは５μｍ以上３０μｍ以下の無機フィラーを、全組成物基準で３０質量％以上７０質量％以下、好ましくは５０質量％以上７０質量％以下含有させることが好ましい。これらの無機フィラーの中ではシリカが好ましい。
【００１７】
さらに、１−ブタノールを媒体として測定した密度が２．１０ｇ／ｃｍ^３未満で、吸湿率が３％以上、かつ、平均粒径が０．１μｍ以上３μｍ以下のシリカ（以下低密度シリカと言うことがある。密度、吸湿率の測定方法は特開平６−４９３３３号公報に記載の方法による。）を１質量％以上２０質量％以下、好ましくは５質量％以上２０質量％以下含有することが好ましい。これにより、樹脂自体の耐湿性が著しく向上する。
【００１８】
これら水酸化マグネシウム、低密度シリカ、シリカ及び／またはアルミナの合計が、全樹脂組成物基準で５０質量％以上９５質量％以下、好ましくは７０質量％以上９５質量％以下であることが好ましい。この範囲にあることによって、樹脂の耐侯性、成形性などが向上する。
【００１９】
本発明の樹脂組成物には、この他に、本発明の目的を損ねない範囲で、成形性・離型性向上、強度向上等を目的とし、公知の種々の添加剤を配合することが可能である。例を挙げると、ガラス繊維、カーボン繊維、ガラスビーズ、マイカ、タルク、酸化チタン、炭酸カルシウム等の無機充填剤、酸化アンチモン、ハロゲン化エポキシ樹脂、ハロゲン化フェノール樹脂、リン化合物、水酸化アルミニウム等の難燃剤、ワックス類、脂肪酸、酸の金属塩などの離型剤、シランカップリング剤、着色顔料を例示することが出来る。
【００２０】
上記のエポキシ樹脂組成物を用いて、金属または金属からなる複合体（例示できればあげて下さい）と一体成形することにより、本発明の半導体用パッケージが得られる。成形方法としては、あらかじめ金属または金属からなる複合体を金型内に挿入し、射出成形やトランスファー成形によるインサート成形する方法があげられる。この際に用いる金属材質は特に制限が無く適用でき、リードフレームとして用いる場合は、例えばＦｅ−Ｎｉ合金系として４２合金、４６合金、コバール合金など、またＣｕ合金系としてＣＡ１９４、ＣＡ１９５、ＣＡ５０５、ＫＬＦ−１、ＣＡＣ−９２、コバール合金等が好適に使用できる。
【００２１】
なお、これまでは常温で固体のエポキシ樹脂組成物について述べたが、本発明は常温で液体のエポキシ樹脂組成物に適応することも可能である。この場合は、耐湿性が改善された、金属との密着力が強い液状接着剤として適応できる。
【００２２】
また、本発明はリードフレームと樹脂の密着力を強くして、水の侵入を防ぐ手法を提案したが、樹脂の金属の密着力が強くなることを利用して他の用途に適応することも可能である。例えば、電子部品と放熱のための金属性ヒートシンク（放熱板）との密着力を上げ、衝撃や振動に対して破損しにくくするための樹脂として用いることが可能である。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。
【００２４】
（実施例１）
表１に記載の量（数値の単位は質量部）で樹脂、充填材、硬化触媒、添加剤等を配合した。これを９５℃の熱ロールで加熱混練した後、冷却、粉砕工程を経て、エポキシ樹脂組成物（ＥＸ−１）を得た。得られた樹脂組成物を用いて、図１に示す試験片の成形体をトランスファー成形で作製した。この際、使用する金属フレームとしては、４２合金と、ＣＡ１９４合金の２種類を用いた。成形条件は、１８０℃、２５ＭＰａであり、射出時間１分間、硬化時間３分間とした。この試験片の両金属部分をつかませ、オリエンテック社製万能試験機テンシロンＵＴＣ５Ｔを用いて引抜試験を行い、引抜強度を求めた。測定した値を表１に示す。
【００２５】
続いて、樹脂組成物ＥＸ−１を用いて４２合金製リードフレームを一体成形して、図２記載のパッケージ（１／４型ＳＯＰ（ＳｍａｌｌＯｕｔｌｉｎｅＰａｃｋａｇｅ））を作製した。このパッケージは、底面の厚さが０．３５ｍｍと薄型となっており、通常のパッケージ（一般的な固体撮像素子用樹脂パッケージは、底面厚さが０．８ｍｍ程度）よりも水を浸透させやすい。成形条件は前述と同じとした。このパッケージを十分乾燥させた後にシール剤（協立化学産業（株）社製ワールドロックＮｏ．８７２３Ｋ８Ｌ）を蓋接着部に塗布し、厚さ０．８ｍｍのガラスを貼り付けて封止し、メタルハライドランプのＵＶ光（照射条件は１００ｍＷ×３０秒）を用いて硬化させた。このパッケージを市販のプレッシャークッカー試験機に入れ、１２１℃×１００％の環境下で所定時間曝露した。次に、ガラス面を一定条件で強制冷却し、中空部内の水分が結露するかどうかを調べた（以下、この試験法を「曇り試験」と記す。）。結露が認められないものを良品とし、耐湿性の優劣は１０個測定した中での良品率で判定した。結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
なお、表１に記載した各原料は、以下の通りである。
エポキシ樹脂：日本化薬（株）社製ＥＯＣＮ−１０２Ｓ（オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂）、
フェノール樹脂：明和化成（株）社製Ｈ−１（フェノールノボラック樹脂）、
臭素化エポキシ樹脂：日本化薬（株）社製ＢＲＥＮ−Ｓ、
難燃剤：日本精鉱（株）社製ＰＡＴＯＸ−Ｍ（三酸化アンチモン）、
水酸化マグネシウム：協和化学工業（株）社製キスマ５Ｊ（平均粒径０．８μｍ）、粒径を変えた品種（平均粒径０．０５μｍ品、平均粒径７μｍ品）、
低密度シリカ：球状のもの、平均粒径１μｍ、密度１．８３ｇ／ｃｍ^３、吸湿率１０．７％、
溶融シリカ：電気化学工業（株）社製ＦＢ−８２０（球状溶融シリカ、平均粒径２６μｍ）、
硬化触媒（２ＭＺ）：四国化成（株）社製キュアゾール（登録商標）２ＭＺ（２−メチルイミダゾール）、
着色剤：三菱化学（株）社製カーボンブラック＃４５、
カップリング剤：信越化学工業（株）社製ＫＢＭ−４０３、
離型剤：カルナバワックス。
【００２８】
（実施例２）
表１の実施例２に記載の配合で、実施例１と同様に樹脂組成物を作製した。以下、実施例１と同様の工程を経て、引抜強度、曇り試験良品率を測定した。結果を表１に示す。
【００２９】
（比較例１）
表１の比較例１に記載の配合で、実施例１と同様に樹脂組成物を作製した。以下、実施例１と同様の工程を経て、引抜強度、曇り試験良品率を測定した。結果を表１に示す。
【００３０】
（比較例２）
表１の比較例２に記載の配合で、実施例１と同様に樹脂組成物を作製した。以下、実施例１と同様の工程を経て、引抜強度、曇り試験良品率を測定した。結果を表１に示す。
【００３１】
（比較例３）
表１の比較例３に記載の配合で、実施例１と同様に樹脂組成物を作製した。以下、実施例１と同様の工程を経て、引抜強度、曇り試験良品率を測定した。結果を表１に示す。
【００３２】
（比較例４）
表１の比較例４に記載の配合で、実施例１と同様に樹脂組成物を作製した。以下、実施例１と同様の工程を経て、引抜強度、曇り試験良品率を測定した。結果を表１に示す。
【００３３】
（比較例５）
表１の比較例５に記載の配合で、実施例１と同様に樹脂組成物を作製した。以下、実施例１と同様の工程を経て、引抜強度、曇り試験良品率を測定した。結果を表１に示す。
【００３４】
表１の結果より、実施例１および２は、水酸化マグネシウムを本発明の通り配合しているため、引抜強度の向上が確認された。これにより、リードフレームと樹脂の密着強度が増し、この界面からの水の侵入を防ぐことによって、より耐湿性の向上が確認された。ただし、実施例２では、吸湿シリカが含まれていないため、実施例１と比較すると耐湿性に劣る。光機能性半導体素子用パッケージとして、より耐湿性を要求される場合には、実施例１の通り、吸湿シリカを含有させることが好ましい。
【００３５】
これに対し、比較例１では、水酸化マグネシウムの平均粒径が、本発明より小さいものを使用している。その結果、引抜強度が弱いため樹脂とリードフレーム界面から水の侵入を許すばかりでなく、成形性が悪いためパッケージ自体にもボイドが多数見られた。これらによりパッケージ内に水が侵入するため、曇り試験の結果は悪いものとなった。
【００３６】
比較例２では、水酸化マグネシウムの平均粒径が、本発明より大きいものを使用している。その結果、引抜強度が弱く、曇り試験の結果は良いものとならなかった。
【００３７】
比較例３では、水酸化マグネシウムの添加量が足りないため、引抜強度が弱くなった。同様に比較例４では、水酸化マグネシウムの添加量が多すぎるため、成形性に難があり、成形不可能であった。
【００３８】
比較例５では、水酸化マグネシウムを添加しない配合となっており、引き抜き強度は通常の半導体封止材料と同等である。これまでの比較例と同様、リードフレームと樹脂界面からの水の侵入による影響が見られた。
【００３９】
なお、比較例１〜４において、成形が可能であったものについては、低密度シリカを添加しているため、ある程度の耐水性は確保されていることがわかる。しかし、本実施例のように小型、薄型パッケージに適応される場合等においては、本発明のように水酸化マグネシウムを添加して、より密着強度を強めることが有効であることが確認された。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、エポキシ樹脂組成物に特定の水酸化マグネシウム、好ましくは特定のシリカを配合することにより、樹脂の耐湿性と金属密着性を著しく向上させたエポキシ樹脂組成物を提供することができ、この樹脂組成物は、半導体装置用のパッケージ素材として優れた適性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例、比較例において、樹脂と金属フレームの密着強度を測定する試験片の図である。
【図２】本発明の実施例、比較例において成形した、光機能性半導体素子を収納するパッケージである。
【符号の説明】
（１）金属フレーム（厚さ：０．２５ｍｍ）
（２）エポキシ樹脂成形部（一辺の長さ：２０ｍｍ、厚さ：３ｍｍ）
（３）金属フレームの樹脂への埋め込み部（長さ：５．３ｍｍ、幅：３．９ｍｍ）
（４）リードフレーム
（５）樹脂パッケージ
（６）金属板（材質：４２合金）
（７）封止ガラス[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an epoxy resin composition for improving the adhesiveness to a metal such as a lead frame and thereby producing a semiconductor device having excellent moisture resistance, and a semiconductor device package comprising the resin composition.
[0002]
[Prior art]
Semiconductor elements such as ICs and LSIs are greatly affected by changes in ambient temperature and humidity, or by fine dust and dust, and their characteristics are changed, and are easily damaged by mechanical shock or vibration. I have. For this reason, it is well known that the semiconductor element is used in a state of being sealed in a ceramic or resin box (package) for protection from the external environment. Above all, a semiconductor device using a semiconductor element having optical characteristics, such as a solid-state imaging device (for example, CCD, MOS, CPD, etc.) and an optically writable / erasable memory (for example, EPROM, etc.), is required to have optical transparency. Therefore, in order to prevent the light transmittance from being reduced due to the condensation of moisture, hermetic sealing properties, particularly moisture resistance, are required.
[0003]
Package methods are roughly classified into an airtight sealing method and a resin sealing method. In the hermetic sealing method, ceramics may be used, but there are also packages using resin. That is, a semiconductor element fixed to the center of a hollow package made of resin (hereinafter sometimes simply referred to as “package”) by an adhesive is integrated with a resin molded body by insert molding, and both ends are packaged. Are electrically connected to each other by a bonding wire and a lead frame opened inside and outside. In addition, a transparent or opaque or translucent synthetic resin plate, glass plate, ceramic plate, or other lid material is fixed with an adhesive to the opening on the upper surface of the resin molded body, and the semiconductor element is hermetically sealed in the package. It is.
[0004]
However, even if such a sealing means is taken, a small amount of moisture penetrates into the package with the passage of time, deteriorating the function of the semiconductor element, and finally becomes unusable, In the semiconductor device having the above optical characteristics, there is a problem that moisture is condensed on the inside of the transparent lid member, and the light transmittance is reduced.
[0005]
On the other hand, Suetsugu et al. Disclosed in JP-A-6-49333, JP-A-7-126494, JP-A-7-126492, and the like that a certain kind of moisture-absorbing material was contained in a resin, whereby a package or A method for greatly improving the moisture resistance of the adhesive has been proposed. With this method, it has become possible to use even a resin package, which has been insufficient in water resistance, particularly for a semiconductor device having optical characteristics.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, further miniaturization and thinning of the semiconductor device have been desired, and accordingly, the package thickness has been desired to be thinner than before. Therefore, unless a package with further improved moisture resistance is used, the function of the semiconductor element is reduced. This problem can be solved to some extent by increasing the amount of low-density spherical silica described in JP-A-6-49333, but a resin having better performance is required.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a resin composition capable of producing a more compact and thinner semiconductor device with improved moisture resistance than before, and a semiconductor device package manufactured using the same. Is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As described above, in a semiconductor device generally made of resin, a lead frame is integrally formed to obtain electrical connection with an external substrate. As a result of the study, the present inventors have developed a method for further increasing the adhesion between the resin and the lead frame.
[0009]
That is, according to the present invention, an inorganic filler having an average particle diameter of more than 3 μm and not more than 30 μm, which is selected from the group consisting of silica and alumina, has an average particle diameter of not less than 30% by mass and not more than 30% by mass and not more than 0.1 μm and not more than 5 μm. An epoxy resin composition comprising 10 to 30% by mass of magnesium hydroxide is provided.
[0010]
Further, the epoxy resin composition contains the following three components (a), (b) and (c), and the total content of (a), (b) and (c) is 50 to 95% by mass. An epoxy resin composition is provided.
(A) 10 to 30% by mass of magnesium hydroxide having an average particle size of 0.1 μm or more and 5 μm or less,
(B) 1% by mass or more and 20% by mass or less of silica having a density measured using 1-butanol as a medium of less than 2.10 g / cm ³ , a moisture absorption of 3% or more, and an average particle size of 0.1 μm or more and 3 μm or less. ,
(C) 30% by mass or more and 70% by mass or less of an inorganic filler having an average particle size of more than 3 μm and 30 μm or less selected from the group consisting of silica and alumina.
[0011]
In addition, there is provided a semiconductor device package formed integrally with a metal or a composite material composed of a metal using the epoxy resin composition.
[0012]
The epoxy resin composition containing this specific compounding agent not only improves the moisture resistance of the epoxy resin composition itself, but also significantly improves the adhesion to the lead frame, and as a result, water entering from the interface between the lead frame and the resin. Can be reduced. That is, moisture that enters the package can be reduced, and the moisture resistance of the semiconductor device can be improved.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The epoxy resin to be used is not particularly limited, and includes various known epoxy resins. For example, one or a mixture of two or more epoxy resins such as an orthocresol type, a biphenol type, a naphthalene type, and a bisphenol type can be used.
Here, the compounding ratio of the epoxy resin is usually 5 to 25% by weight, preferably 5 to 15% by weight based on 100% by weight of the whole resin composition.
[0014]
As the curing agent for the epoxy resin, various known curing agents are used, and examples thereof include phenol novolaks, aliphatic or aromatic amines, or modified products thereof, acid anhydrides, acid hydrazides and the like. These curing agents are added at a ratio of 0.5 to 1.5 equivalents, preferably 0.8 to 1.2 equivalents, based on the epoxy groups of the epoxy resin.
[0015]
The resin composition of the present invention is characterized by containing magnesium hydroxide. The average particle size of the magnesium hydroxide used (the average particle size is measured by a laser method in the present invention) is 0.1 μm or more and 5 μm or less, preferably 0.5 μm or more and 3 μm or less, and the compounding amount is 10 mass%. % To 30% by mass, preferably 15% to 30% by mass. By containing magnesium hydroxide in this range, the moldability as a resin is excellent, and the adhesion to a metal or a metal composite is greatly improved. In addition, since magnesium hydroxide has a flame-retardant effect, increasing the blending amount in the resin achieves the flame-retardant effect without using halogen-based flame retardants and antimony-based flame retardants that place an burden on the environment. You can do it.
[0016]
An inorganic filler having an average particle diameter of more than 3 μm and not more than 30 μm, preferably not less than 5 μm and not more than 30 μm, which is selected from the group consisting of silica and alumina, for the purpose of improving moldability and dimensional stability, is based on all compositions The content is preferably 30% by mass or more and 70% by mass or less, more preferably 50% by mass or more and 70% by mass or less. Among these inorganic fillers, silica is preferred.
[0017]
Further, silica having a density measured using 1-butanol as a medium of less than 2.10 g / cm ³ , a moisture absorption of 3% or more, and an average particle size of 0.1 μm or more and 3 μm or less (hereinafter referred to as low density silica) The method for measuring the density and the moisture absorption is as described in JP-A-6-49333.) Is preferably 1% by mass to 20% by mass, more preferably 5% by mass to 20% by mass. . This significantly improves the moisture resistance of the resin itself.
[0018]
The total of magnesium hydroxide, low-density silica, silica and / or alumina is preferably from 50% by mass to 95% by mass, and more preferably from 70% by mass to 95% by mass, based on the total resin composition. By being in this range, the weather resistance and moldability of the resin are improved.
[0019]
In the resin composition of the present invention, in addition to the above, it is possible to incorporate various known additives for the purpose of improving moldability / release properties, improving strength, etc. within a range not impairing the object of the present invention. It is. Examples include inorganic fillers such as glass fiber, carbon fiber, glass beads, mica, talc, titanium oxide, and calcium carbonate, antimony oxide, halogenated epoxy resins, halogenated phenolic resins, phosphorus compounds, aluminum hydroxide and the like. Examples thereof include release agents such as flame retardants, waxes, fatty acids and metal salts of acids, silane coupling agents, and coloring pigments.
[0020]
The semiconductor package of the present invention can be obtained by integrally molding the above-mentioned epoxy resin composition with a metal or a composite of a metal (please give if possible). Examples of the molding method include a method in which a metal or a composite made of a metal is inserted into a mold in advance, and insert molding is performed by injection molding or transfer molding. The metal material used at this time can be applied without any particular limitation, and when used as a lead frame, for example, 42 alloy, 46 alloy, Kovar alloy, etc. as an Fe-Ni alloy system, and CA194, CA195, CA505, KLF as a Cu alloy system -1, CAC-92, Kovar alloy and the like can be suitably used.
[0021]
Although the epoxy resin composition which is solid at room temperature has been described so far, the present invention can be applied to an epoxy resin composition which is liquid at room temperature. In this case, it can be applied as a liquid adhesive having improved moisture resistance and strong adhesion to metal.
[0022]
Also, the present invention has proposed a method of preventing the intrusion of water by strengthening the adhesion between the lead frame and the resin.However, it is also possible to adapt to other applications by utilizing the increased adhesion of the metal of the resin. It is possible. For example, it can be used as a resin for increasing the adhesive force between an electronic component and a metallic heat sink (heat radiating plate) for heat dissipation and making it hard to be damaged by impact or vibration.
[0023]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0024]
(Example 1)
Resins, fillers, curing catalysts, additives and the like were blended in the amounts shown in Table 1 (units of the numerical values are parts by mass). This was heated and kneaded with a hot roll at 95 ° C., and then cooled and pulverized to obtain an epoxy resin composition (EX-1). Using the obtained resin composition, a molded article of the test piece shown in FIG. 1 was produced by transfer molding. At this time, as the metal frame to be used, two types of 42 alloy and CA194 alloy were used. The molding conditions were 180 ° C. and 25 MPa, the injection time was 1 minute, and the curing time was 3 minutes. Both metal parts of the test piece were gripped, and a pull-out test was performed using a universal testing machine Tensilon UTC5T manufactured by Orientec Co., Ltd. to determine the pull-out strength. Table 1 shows the measured values.
[0025]
Subsequently, a lead frame made of 42 alloy was integrally molded using the resin composition EX-1 to produce a package (1/4 type SOP (Small Outline Package)) shown in FIG. This package has a thin bottom surface with a thickness of 0.35 mm, and is easier to penetrate water than a normal package (a typical resin package for a solid-state imaging device has a bottom thickness of about 0.8 mm). . The molding conditions were the same as described above. After the package is sufficiently dried, a sealing agent (World Lock No. 8723K8L, manufactured by Kyoritsu Chemical Industry Co., Ltd.) is applied to the lid bonding portion, and a glass having a thickness of 0.8 mm is attached and sealed, and metal halide is applied. Curing was performed using UV light from a lamp (irradiation conditions were 100 mW × 30 seconds). This package was placed in a commercially available pressure cooker tester, and exposed for a predetermined time under an environment of 121 ° C. × 100%. Next, the glass surface was forcibly cooled under a certain condition, and it was examined whether or not moisture in the hollow portion was condensed (hereinafter, this test method is referred to as "cloudiness test"). A sample having no dew condensation was regarded as a non-defective product, and the superiority of moisture resistance was judged by a non-defective ratio among 10 samples. Table 1 shows the results.
[0026]
[Table 1]

[0027]
In addition, each raw material described in Table 1 is as follows.
Epoxy resin: Nippon Kayaku Co., Ltd. EOCN-102S (orthocresol novolak type epoxy resin),
Phenol resin: Meiwa Kasei Co., Ltd. H-1 (phenol novolak resin),
Brominated epoxy resin: BREN-S manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.
Flame retardant: PATOX-M (antimony trioxide) manufactured by Nippon Seiko Co., Ltd.
Magnesium hydroxide: Kisuma 5J (Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.) (average particle size: 0.8 μm), varieties with different particle size (average particle size: 0.05 μm, average particle size: 7 μm),
Low density silica: spherical, average particle size 1 μm, density 1.83 g / cm ³ , moisture absorption 10.7%,
Fused silica: FB-820 manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd. (spherical fused silica, average particle size 26 μm),
Curing catalyst (2MZ): Cureazole (registered trademark) 2MZ (2-methylimidazole) manufactured by Shikoku Chemicals Co., Ltd.
Colorant: carbon black # 45 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation
Coupling agent: KBM-403 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
Release agent: carnauba wax.
[0028]
(Example 2)
A resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 with the composition described in Example 2 of Table 1. Hereinafter, through the same steps as in Example 1, the pull-out strength and the haze test good product ratio were measured. Table 1 shows the results.
[0029]
(Comparative Example 1)
A resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 with the composition described in Comparative Example 1 in Table 1. Hereinafter, through the same steps as in Example 1, the pull-out strength and the haze test good product ratio were measured. Table 1 shows the results.
[0030]
(Comparative Example 2)
A resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 with the composition described in Comparative Example 2 in Table 1. Hereinafter, through the same steps as in Example 1, the pull-out strength and the haze test good product ratio were measured. Table 1 shows the results.
[0031]
(Comparative Example 3)
A resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 with the composition described in Comparative Example 3 in Table 1. Hereinafter, through the same steps as in Example 1, the pull-out strength and the haze test good product ratio were measured. Table 1 shows the results.
[0032]
(Comparative Example 4)
A resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 with the composition described in Comparative Example 4 in Table 1. Hereinafter, through the same steps as in Example 1, the pull-out strength and the haze test good product ratio were measured. Table 1 shows the results.
[0033]
(Comparative Example 5)
A resin composition was prepared in the same manner as in Example 1 with the composition described in Comparative Example 5 in Table 1. Hereinafter, through the same steps as in Example 1, the pull-out strength and the haze test good product ratio were measured. Table 1 shows the results.
[0034]
From the results in Table 1, in Examples 1 and 2, since magnesium hydroxide was blended as in the present invention, improvement in pull-out strength was confirmed. Thereby, the adhesion strength between the lead frame and the resin was increased, and it was confirmed that the prevention of water from entering this interface further improved the moisture resistance. However, in Example 2, since moisture-absorbing silica was not contained, the moisture resistance was inferior to Example 1. When more moisture resistance is required as a package for an optically functional semiconductor element, it is preferable that moisture-absorbing silica is contained as in Example 1.
[0035]
On the other hand, in Comparative Example 1, the average particle size of magnesium hydroxide was smaller than that of the present invention. As a result, in addition to allowing water to enter from the interface between the resin and the lead frame due to low pull-out strength, many voids were also found in the package itself due to poor moldability. Because of these, water penetrated into the package, and the result of the fogging test was poor.
[0036]
In Comparative Example 2, the average particle size of magnesium hydroxide is larger than that of the present invention. As a result, the pull-out strength was weak, and the result of the fogging test was not good.
[0037]
In Comparative Example 3, since the amount of magnesium hydroxide added was insufficient, the pull-out strength was weak. Similarly, in Comparative Example 4, since the amount of magnesium hydroxide added was too large, the moldability was difficult and molding was impossible.
[0038]
In Comparative Example 5, the composition was such that magnesium hydroxide was not added, and the pull-out strength was equivalent to that of a normal semiconductor sealing material. As in the comparative examples described above, the effect of water intrusion from the interface between the lead frame and the resin was observed.
[0039]
In Comparative Examples 1 to 4, it can be seen that the low-density silica was added to those that could be molded, so that a certain degree of water resistance was secured. However, it has been confirmed that, in the case where the present invention is applied to a small and thin package as in this example, it is effective to add magnesium hydroxide as in the present invention to further increase the adhesion strength.
[0040]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide an epoxy resin composition in which a specific magnesium hydroxide, preferably a specific silica is blended with the epoxy resin composition, thereby significantly improving the moisture resistance and metal adhesion of the resin. This resin composition can exhibit excellent suitability as a package material for a semiconductor device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view of a test piece for measuring the adhesion strength between a resin and a metal frame in Examples and Comparative Examples of the present invention.
FIG. 2 shows a package for accommodating an optically functional semiconductor element, which is molded in Examples and Comparative Examples of the present invention.
[Explanation of symbols]
(1) Metal frame (thickness: 0.25mm)
(2) Epoxy resin molded part (side length: 20 mm, thickness: 3 mm)
(3) Embedded portion of metal frame in resin (length: 5.3 mm, width: 3.9 mm)
(4) Lead frame (5) Resin package (6) Metal plate (material: 42 alloy)
(7) Sealing glass

Claims

An inorganic filler having an average particle diameter of more than 3 μm and not more than 30 μm, selected from the group consisting of silica and alumina, having an average particle diameter of not less than 30% by mass and not more than 70% by mass, and an average particle diameter of not less than 0.1 μm and not more than 5 μm not more than 10 μm. An epoxy resin composition containing 30% by mass.

The epoxy resin composition contains the following three components (a), (b) and (c), and the total content of (a), (b) and (c) is 50 to 95% by mass. The epoxy resin composition according to claim 1, wherein:
(A) 10 to 30% by mass of magnesium hydroxide having an average particle size of 0.1 μm or more and 5 μm or less,
(B) 1% by mass or more and 20% by mass or less of silica having a density measured using 1-butanol as a medium of less than 2.10 g / cm ³ , a moisture absorption of 3% or more, and an average particle size of 0.1 μm or more and 3 μm or less. ,
(C) 30% by mass or more and 70% by mass or less of an inorganic filler having an average particle size of more than 3 μm and 30 μm or less selected from the group consisting of silica and alumina.

A semiconductor device package integrally molded with a metal or a composite material comprising a metal using the epoxy resin composition according to claim 1.