JP2005002273A - 半導体封止材用カーボンブラック - Google Patents
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Abstract
【課題】金線間の距離が微小な半導体デバイスにおいても、電流リーク不良を防止することができる半導体封止材用カーボンブラックを提供する。
【解決手段】２５μｍ以上の篩残分が０〜１ｐｐｍである半導体封止材用カーボンブラック。２５μｍ以上の篩残分が０〜１ｐｐｍとなるように、粒子径２５μｍ以上の粒子が高度に排除されたカーボンブラックであれば、金線間隔が５０μｍ以下の半導体デバイスにおいて、仮にカーボンブラックに含まれる非絶縁性粗粒子が金線の近傍に位置しても、それらが複数個集合して金線間に跨がる形で導電経路を生成する確率は極めて少なく、金線間の電流リーク不良を防止することができる。
【解決手段】２５μｍ以上の篩残分が０〜１ｐｐｍである半導体封止材用カーボンブラック。２５μｍ以上の篩残分が０〜１ｐｐｍとなるように、粒子径２５μｍ以上の粒子が高度に排除されたカーボンブラックであれば、金線間隔が５０μｍ以下の半導体デバイスにおいて、仮にカーボンブラックに含まれる非絶縁性粗粒子が金線の近傍に位置しても、それらが複数個集合して金線間に跨がる形で導電経路を生成する確率は極めて少なく、金線間の電流リーク不良を防止することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体封止材に着色剤として配合されるカーボンブラックに関し、詳しくは、封止された半導体の金線間の電流リーク不良を低減する改良された半導体封止材用カーボンブラックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体を包埋して成型し、半導体を保護する目的で使用される半導体封止材は、一般に、エポキシ等の樹脂にシリカ、その他の配合剤を混合してなるものである。このような半導体封止材にあっては、半導体及びそれに結線された導線（金線）を保護すると共に、半導体の機能を十分に発現させるために、耐久性、絶縁性等の性能が要求される。半導体封止材にはまた、半導体製品の識別のために、外表面にレーザーマーキングにより記号を印字する必要があり、このためレーザーマーキング性に優れるカーボンブラックが着色剤として配合されている。
【０００３】
しかしながら、カーボンブラックはそれ自体導電性であり、封止材中の配合量は僅か（数％以下）であるにも関わらず、カーボンブラックの分散不良等に起因する金線の絶縁不良（リーク）が問題となっている。即ち、カーボンブラックは、粒子径１０〜１００ｎｍの炭素粉体であるが、これが樹脂中で凝集すると数μｍ以上の凝集塊を形成することがあり、この凝集塊のために金線間の電流リーク不良が起こる。
【０００４】
従来、このカーボンブラックの凝集塊に起因する電流リークを改良する検討は種々行われており、例えば、特定の平均粒子径と比表面積のカーボンブラックを使用することが提案されている（特開２０００−１６９６７６公報）。
【０００５】
一方、カーボンブラックには、その製造工程で必然的に発生するコークス質異物（グリット）が極微量含まれており、これは粒径数μ〜数百μｍの、通常の封止材製造工程では微細化不可能な非絶縁性粒子であり、これが、ある確率で封止材中で金線間に接触し、リーク不良を起こすことが考えられる。そして、この対策として、４５μｍ以上の粗粒子の含有量を特定の割合としたカーボンブラックを使用することが提案されている（特開２００１−１９８３３号公報）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１６９６７６号公報
【特許文献２】
特開２００１−１９８３３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の半導体の高集積化に伴い、金線間の距離を狭くする必要が生じており、従来金線間の距離が１００μｍ程度であったものが、最近では５０μｍ以下とすることが要求されるようになっている。そして、このような状況において、上述のような従来の半導体封止材用カーボンブラックでは、金線間の電流リーク不良を確実に防止し得なくなっているのが現状である。
【０００８】
本発明は、金線間の距離が微小な半導体デバイスにおいても、電流リーク不良を防止することができる半導体封止材用カーボンブラックを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体封止材用カーボンブラックは、２５μｍ以上の篩残分が０〜１ｐｐｍであることを特徴とする。
【００１０】
なお、本発明において、「２５μｍ以上の篩残分」とは、目開き２５μｍの篩を通過させた際の篩上の残分の割合であり、本発明において、カーボンブラックの篩残分の測定には、流水又は加圧水（０．２ＭＮ／ｍ２，２．１０ｋｇｆ／ｃｍ２）で一定量のカーボンブラックを、予め定めた目開き（μｍ）の篩を通過させ、篩上に残ったものを乾燥後計量する方法（ＡＳＴＭ Ｄ１５１４−１９８９）を採用することができる。
【００１１】
２５μｍ以上の篩残分が０〜１ｐｐｍとなるように、粒子径２５μｍ以上の粒子が高度に排除されたカーボンブラックであれば、金線間隔が５０μｍ以下の半導体デバイスにおいて、仮にカーボンブラックに含まれる非絶縁性粗粒子が金線の近傍に位置しても、それらが複数個集合して金線間に跨がる形で導電経路を生成する確率は極めて少なく、金線間の電流リーク不良を防止することができる。
【００１２】
即ち、従来の半導体封止材に使用されるカーボンブラックは、通常、目開き４５μｍの篩残分が５〜２００ｐｐｍのものである。この目開き４５μｍの篩上に残る篩残分を光学顕微鏡で観察すると２５０μｍ×３００μｍといった粗大粒子まで散見され、これが半導体封止材における電流リーク不良の原因となっている。
【００１３】
この対策として、特開２００１−１９８３３号公報では４５μｍの篩残分が５０ｐｐｍ以下であるカーボンブラックを使用することが提案されているが、このようなものでも粒子径１００μｍ程度の粗大粒子の混入が避けられず、金線間隔が５０μｍ以下であるような半導体デバイスにおいては、リーク不良を引き起こす。
【００１４】
本発明では、従来では全く採用されていない「２５μｍ以上の篩残分が０〜１ｐｐｍ」という微細粒子以外を高度に排除したカーボンブラックにより、金線間の電流リーク不良を改善した。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の半導体封止材用カーボンブラックの実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
本発明の半導体封止材用カーボンブラックは、２５μｍ以上の篩残分が０〜１ｐｐｍのものである。
【００１７】
このようなカーボンブラックは、例えばＣＡＳ番号１３３３−８６−４に分類される通常のカーボンブラックを使用して、２５μｍ以上の篩残分が０〜１ｐｐｍとなるように処理することにより得ることができる。カーボンブラックの２５μｍ以上の篩残分の含有量を０〜１ｐｐｍとする方法には特に制限は無いが、ファーネス法カーボンブラックの場合、製造炉で製造したカーボンブラックをバグフィルタで捕集後、粉砕器等を用いて粗大粒子を粉砕し、サイクロン等で分級しても良いし、カーボンブラックを水スラリーとして、超音波を当てながら湿式濾過しても良い。また、強力な乾式粉砕分級器を用いても良い。
【００１８】
一般に、カーボンブラックには２５μｍ以上の篩残分は数百ｐｐｍ含まれており、これを０〜１ｐｐｍまで減ずるには、上記方法を組み合わせたり、粉砕・分級を複数回行ったりするなどの方法で高度処理を行う必要がある。最も好ましいのは、製造炉で製造したカーボンブラックをバグフィルタで捕集後、粉砕器等を用いて粗大粒子を粉砕し、サイクロン等で分級してカーボンブラック粉末を得、更に、強力な乾式粉砕分級器（ジェットミル）を用いて２５μｍ以上の篩残分が１ｐｐｍ以下になるまで複数回粉砕・分級を繰り返すものである。
【００１９】
このようにして粗粒子を高度に除去することにより、４５μｍ以上の篩残分が０ｐｐｍ、２５μｍ以上の篩残分が０〜１ｐｐｍの本発明のカーボンブラックを得ることができた。
【００２０】
このようにして得られる本発明のカーボンブラックは、常法に従って、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂等の樹脂成分と、シリカ、アルミナ等の無機充填材と、トリフェニルホスフィン等の硬化促進剤、その他必要に応じて添加される各種の添加剤と共に所定の割合で混合されて半導体封止材が製造される。
【００２１】
このような本発明の半導体封止材用カーボンブラックを配合した半導体封止材は、特に金線間隔が５０μｍ以下であるような高集積化半導体デバイスの封止材として好適である。
【００２２】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、以下において、「％」は「重量％」を示す。
【００２３】
実施例１
通常のオイルファーネス法製造炉で製造したカーボンブラックをバグフィルタで捕集後、粉砕器を用いて粗大粒子を粉砕し、サイクロンで分級してカーボンブラック粉末を得た。更に、ホソカワミクロン製ジェットミルを用い、このカーボンブラック粉末の２５μｍ以上の篩残分が１ｐｐｍ以下になるまで３回粉砕・分級処理を行った。
【００２４】
このカーボンブラックの平均粒子径、ＤＢＰ吸収量は表１に示す通りであった。
【００２５】
得られたカーボンブラック（０．２％）を、溶融球状シリカ（８４．１％）、ビフェニル型エポキシ樹脂（９％）、フェノールノボラック樹脂（５％）、トリフェニルホスフィン（０．１％）、カルナバワックス（０．３％）、シリコンオイル（０．３％）及び三酸化アンチモン（１％）と共に常法により混練し、冷却、粉砕して封止材を得た。
【００２６】
この封止材を成型し、得られた成型品の表面の粒子を金属顕微鏡（１００〜２００倍）で観察し、５０μｍ以上の粒子が存在しないことを以てリーク性（即ち、電流リーク不良の防止効果）「良好」、５０μｍ以上の粒子が発見されるものをリーク性「不良」と判定した。結果を表１に示した。
【００２７】
比較例１
実施例１において、粉砕・分級処理を行わず、通常のオイルファーネス法製造炉で製造したカーボンブラックをバグフィルタで捕集後、粉砕器を用いて粗大粒子を粉砕し、サイクロンで分級して、４５μｍ以上の篩残分が１４２ｐｐｍ、２５μｍ以上の篩残分が３２０ｐｐｍのカーボンブラックを得た。
【００２８】
このカーボンブラックの平均粒子径、ＤＢＰ吸収量は表１に示す通りであった。
【００２９】
このカーボンブラックについて、実施例１と同様にしてリーク性の良否を判定し、結果を表１に示した。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１より、本発明の半導体封止材用カーボンブラックであれば、金線間の距離が微小な半導体デバイスにおいても、リーク不良を防止することができることが分かる。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、封止された半導体の金線間の電流リーク不良を確実に防止することができる半導体封止材用カーボンブラックが提供される。本発明の半導体封止材用カーボンブラックであれば、近年の半導体の高集積化に伴う金線間の距離が微小な半導体デバイスにおいても、電流リーク不良を防止して、信頼性の高い半導体製品を提供することができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体封止材に着色剤として配合されるカーボンブラックに関し、詳しくは、封止された半導体の金線間の電流リーク不良を低減する改良された半導体封止材用カーボンブラックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体を包埋して成型し、半導体を保護する目的で使用される半導体封止材は、一般に、エポキシ等の樹脂にシリカ、その他の配合剤を混合してなるものである。このような半導体封止材にあっては、半導体及びそれに結線された導線（金線）を保護すると共に、半導体の機能を十分に発現させるために、耐久性、絶縁性等の性能が要求される。半導体封止材にはまた、半導体製品の識別のために、外表面にレーザーマーキングにより記号を印字する必要があり、このためレーザーマーキング性に優れるカーボンブラックが着色剤として配合されている。
【０００３】
しかしながら、カーボンブラックはそれ自体導電性であり、封止材中の配合量は僅か（数％以下）であるにも関わらず、カーボンブラックの分散不良等に起因する金線の絶縁不良（リーク）が問題となっている。即ち、カーボンブラックは、粒子径１０〜１００ｎｍの炭素粉体であるが、これが樹脂中で凝集すると数μｍ以上の凝集塊を形成することがあり、この凝集塊のために金線間の電流リーク不良が起こる。
【０００４】
従来、このカーボンブラックの凝集塊に起因する電流リークを改良する検討は種々行われており、例えば、特定の平均粒子径と比表面積のカーボンブラックを使用することが提案されている（特開２０００−１６９６７６公報）。
【０００５】
一方、カーボンブラックには、その製造工程で必然的に発生するコークス質異物（グリット）が極微量含まれており、これは粒径数μ〜数百μｍの、通常の封止材製造工程では微細化不可能な非絶縁性粒子であり、これが、ある確率で封止材中で金線間に接触し、リーク不良を起こすことが考えられる。そして、この対策として、４５μｍ以上の粗粒子の含有量を特定の割合としたカーボンブラックを使用することが提案されている（特開２００１−１９８３３号公報）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１６９６７６号公報
【特許文献２】
特開２００１−１９８３３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の半導体の高集積化に伴い、金線間の距離を狭くする必要が生じており、従来金線間の距離が１００μｍ程度であったものが、最近では５０μｍ以下とすることが要求されるようになっている。そして、このような状況において、上述のような従来の半導体封止材用カーボンブラックでは、金線間の電流リーク不良を確実に防止し得なくなっているのが現状である。
【０００８】
本発明は、金線間の距離が微小な半導体デバイスにおいても、電流リーク不良を防止することができる半導体封止材用カーボンブラックを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体封止材用カーボンブラックは、２５μｍ以上の篩残分が０〜１ｐｐｍであることを特徴とする。
【００１０】
なお、本発明において、「２５μｍ以上の篩残分」とは、目開き２５μｍの篩を通過させた際の篩上の残分の割合であり、本発明において、カーボンブラックの篩残分の測定には、流水又は加圧水（０．２ＭＮ／ｍ２，２．１０ｋｇｆ／ｃｍ２）で一定量のカーボンブラックを、予め定めた目開き（μｍ）の篩を通過させ、篩上に残ったものを乾燥後計量する方法（ＡＳＴＭ Ｄ１５１４−１９８９）を採用することができる。
【００１１】
２５μｍ以上の篩残分が０〜１ｐｐｍとなるように、粒子径２５μｍ以上の粒子が高度に排除されたカーボンブラックであれば、金線間隔が５０μｍ以下の半導体デバイスにおいて、仮にカーボンブラックに含まれる非絶縁性粗粒子が金線の近傍に位置しても、それらが複数個集合して金線間に跨がる形で導電経路を生成する確率は極めて少なく、金線間の電流リーク不良を防止することができる。
【００１２】
即ち、従来の半導体封止材に使用されるカーボンブラックは、通常、目開き４５μｍの篩残分が５〜２００ｐｐｍのものである。この目開き４５μｍの篩上に残る篩残分を光学顕微鏡で観察すると２５０μｍ×３００μｍといった粗大粒子まで散見され、これが半導体封止材における電流リーク不良の原因となっている。
【００１３】
この対策として、特開２００１−１９８３３号公報では４５μｍの篩残分が５０ｐｐｍ以下であるカーボンブラックを使用することが提案されているが、このようなものでも粒子径１００μｍ程度の粗大粒子の混入が避けられず、金線間隔が５０μｍ以下であるような半導体デバイスにおいては、リーク不良を引き起こす。
【００１４】
本発明では、従来では全く採用されていない「２５μｍ以上の篩残分が０〜１ｐｐｍ」という微細粒子以外を高度に排除したカーボンブラックにより、金線間の電流リーク不良を改善した。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の半導体封止材用カーボンブラックの実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
本発明の半導体封止材用カーボンブラックは、２５μｍ以上の篩残分が０〜１ｐｐｍのものである。
【００１７】
このようなカーボンブラックは、例えばＣＡＳ番号１３３３−８６−４に分類される通常のカーボンブラックを使用して、２５μｍ以上の篩残分が０〜１ｐｐｍとなるように処理することにより得ることができる。カーボンブラックの２５μｍ以上の篩残分の含有量を０〜１ｐｐｍとする方法には特に制限は無いが、ファーネス法カーボンブラックの場合、製造炉で製造したカーボンブラックをバグフィルタで捕集後、粉砕器等を用いて粗大粒子を粉砕し、サイクロン等で分級しても良いし、カーボンブラックを水スラリーとして、超音波を当てながら湿式濾過しても良い。また、強力な乾式粉砕分級器を用いても良い。
【００１８】
一般に、カーボンブラックには２５μｍ以上の篩残分は数百ｐｐｍ含まれており、これを０〜１ｐｐｍまで減ずるには、上記方法を組み合わせたり、粉砕・分級を複数回行ったりするなどの方法で高度処理を行う必要がある。最も好ましいのは、製造炉で製造したカーボンブラックをバグフィルタで捕集後、粉砕器等を用いて粗大粒子を粉砕し、サイクロン等で分級してカーボンブラック粉末を得、更に、強力な乾式粉砕分級器（ジェットミル）を用いて２５μｍ以上の篩残分が１ｐｐｍ以下になるまで複数回粉砕・分級を繰り返すものである。
【００１９】
このようにして粗粒子を高度に除去することにより、４５μｍ以上の篩残分が０ｐｐｍ、２５μｍ以上の篩残分が０〜１ｐｐｍの本発明のカーボンブラックを得ることができた。
【００２０】
このようにして得られる本発明のカーボンブラックは、常法に従って、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂等の樹脂成分と、シリカ、アルミナ等の無機充填材と、トリフェニルホスフィン等の硬化促進剤、その他必要に応じて添加される各種の添加剤と共に所定の割合で混合されて半導体封止材が製造される。
【００２１】
このような本発明の半導体封止材用カーボンブラックを配合した半導体封止材は、特に金線間隔が５０μｍ以下であるような高集積化半導体デバイスの封止材として好適である。
【００２２】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、以下において、「％」は「重量％」を示す。
【００２３】
実施例１
通常のオイルファーネス法製造炉で製造したカーボンブラックをバグフィルタで捕集後、粉砕器を用いて粗大粒子を粉砕し、サイクロンで分級してカーボンブラック粉末を得た。更に、ホソカワミクロン製ジェットミルを用い、このカーボンブラック粉末の２５μｍ以上の篩残分が１ｐｐｍ以下になるまで３回粉砕・分級処理を行った。
【００２４】
このカーボンブラックの平均粒子径、ＤＢＰ吸収量は表１に示す通りであった。
【００２５】
得られたカーボンブラック（０．２％）を、溶融球状シリカ（８４．１％）、ビフェニル型エポキシ樹脂（９％）、フェノールノボラック樹脂（５％）、トリフェニルホスフィン（０．１％）、カルナバワックス（０．３％）、シリコンオイル（０．３％）及び三酸化アンチモン（１％）と共に常法により混練し、冷却、粉砕して封止材を得た。
【００２６】
この封止材を成型し、得られた成型品の表面の粒子を金属顕微鏡（１００〜２００倍）で観察し、５０μｍ以上の粒子が存在しないことを以てリーク性（即ち、電流リーク不良の防止効果）「良好」、５０μｍ以上の粒子が発見されるものをリーク性「不良」と判定した。結果を表１に示した。
【００２７】
比較例１
実施例１において、粉砕・分級処理を行わず、通常のオイルファーネス法製造炉で製造したカーボンブラックをバグフィルタで捕集後、粉砕器を用いて粗大粒子を粉砕し、サイクロンで分級して、４５μｍ以上の篩残分が１４２ｐｐｍ、２５μｍ以上の篩残分が３２０ｐｐｍのカーボンブラックを得た。
【００２８】
このカーボンブラックの平均粒子径、ＤＢＰ吸収量は表１に示す通りであった。
【００２９】
このカーボンブラックについて、実施例１と同様にしてリーク性の良否を判定し、結果を表１に示した。
【００３０】
【表１】
表１より、本発明の半導体封止材用カーボンブラックであれば、金線間の距離が微小な半導体デバイスにおいても、リーク不良を防止することができることが分かる。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、封止された半導体の金線間の電流リーク不良を確実に防止することができる半導体封止材用カーボンブラックが提供される。本発明の半導体封止材用カーボンブラックであれば、近年の半導体の高集積化に伴う金線間の距離が微小な半導体デバイスにおいても、電流リーク不良を防止して、信頼性の高い半導体製品を提供することができる。
Claims (1)
- ２５μｍ以上の篩残分が０〜１ｐｐｍであることを特徴とする半導体封止材用カーボンブラック。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003169519A JP2005002273A (ja) | 2003-06-13 | 2003-06-13 | 半導体封止材用カーボンブラック |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003169519A JP2005002273A (ja) | 2003-06-13 | 2003-06-13 | 半導体封止材用カーボンブラック |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005002273A true JP2005002273A (ja) | 2005-01-06 |
Family
ID=34094639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003169519A Pending JP2005002273A (ja) | 2003-06-13 | 2003-06-13 | 半導体封止材用カーボンブラック |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005002273A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015504450A (ja) * | 2011-10-25 | 2015-02-12 | イメリーズ ミネラルズ リミテッド | 粒状フィラー |
| CN111684588A (zh) * | 2018-02-06 | 2020-09-18 | 住友电木株式会社 | 半导体密封用树脂组合物、半导体装置和半导体密封用树脂组合物的制造方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04225074A (ja) * | 1990-12-27 | 1992-08-14 | Mitsubishi Kasei Corp | 黒鉛化度を増大させたカーボンブラックの製造方法 |
| JP2000007894A (ja) * | 1998-06-24 | 2000-01-11 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 |
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-
2003
- 2003-06-13 JP JP2003169519A patent/JP2005002273A/ja active Pending
Patent Citations (4)
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| CN111684588B (zh) * | 2018-02-06 | 2021-10-29 | 住友电木株式会社 | 半导体密封用树脂组合物、半导体装置和半导体密封用树脂组合物的制造方法 |
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