JP2005097411A

JP2005097411A - 封止用エポキシ樹脂組成物、及び、それを用いて封止した半導体装置

Info

Publication number: JP2005097411A
Application number: JP2003332218A
Authority: JP
Inventors: Kiyotaka Hori; 清隆堀; Hironori Ikeda; 博則池田; Masayuki Kiyougaku; 正之教学
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2005-04-14

Abstract

【課題】耐衝撃性に優れ、落下の際にカケ等の破損が起き難いカード型の半導体装置の作製に適した封止用エポキシ樹脂組成物、及び、耐衝撃性に優れ、落下の際にカケ等の破損が起き難いカード型の半導体装置を提供することである。
【解決手段】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、硬化促進剤を構成材料として、半導体素子を封止してカード型の半導体装置を作製する封止用エポキシ樹脂組成物において、上記無機充填材の含有量が組成物全体の２０質量％〜５０質量％であり、かつ、上記構成材料としてシリコーンを含有し、このシリコーンの含有量が組成物全体の１質量％〜１０質量％とするものである。カード型の半導体装置は、この封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子を封止して得られるものである。
【選択図】なし

Description

本発明は、メモリーカード、マルチメディアカード等のカード型の半導体装置の作製に適した封止用エポキシ樹脂組成物、及び、この封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子を封止して得られるカード型の半導体装置に関するものである。

電子部品、半導体素子を物理的、化学的に保護し、且つ、固着するための封止材料として、エポキシ樹脂、フェノールノボラック樹脂等の硬化剤、シリカ等の無機充填材、硬化促進剤を構成材料とする封止用エポキシ樹脂組成物が知られている。上記封止用エポキシ樹脂組成物は、基板に半導体素子や電子部品を搭載した後に、半導体素子全体と基板の一部を、封止して半導体装置を得ることができる。このような半導体装置は、各種用途に利用されている。

近年、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ、パソコンなどの電子機器の領域において、これら電子機器から取り外して持ち運びできる記録媒体としてメモリーカード等のカード型の半導体装置が多用されている。従来、メモリーカードに用いる半導体装置は、エポキシ樹脂組成物で封止した後に、熱可塑性樹脂などからなる外装材で蓋をし、この蓋に製品ラベルを貼着する製法が汎用されていた。最近の省材料による製造コストの削減や薄型化の観点から、外装材からなる蓋を省略して、エポキシ樹脂組成物によって全体を覆うように封止し、この封止物の表面に製品ラベルを貼着する製法が利用されている。（例えば、特許文献１参照）
上記メモリーカード等のカード型の半導体装置は、電子機器から取り外して持ち運ぶため、取扱いの際に落下する恐れがある。従来の半導体装置は、熱可塑性樹脂などの耐衝撃性に対して比較的良好な材料を用いて蓋をしていたため、この半導体装置は破損し難いものであった。しかし、上述のようにエポキシ樹脂組成物によって全体を覆う製法で作製したカード型の半導体装置は、落下の際に破損し易いとう問題が生じる。そのため、耐衝撃性に優れ、落下の際にカケ等の破損が起き難い封止用エポキシ樹脂組成物が求められている。
特開２００２−３７９８２号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、耐衝撃性に優れ、落下の際にカケ等の破損が起き難いカード型の半導体装置の作製に適した封止用エポキシ樹脂組成物、及び、耐衝撃性に優れ、落下の際にカケ等の破損が起き難いカード型の半導体装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１記載の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、硬化促進剤を含有するものであって、半導体素子を封止してカード型の半導体装置を作製する封止用エポキシ樹脂組成物において、上記無機充填材の含有量が組成物全体の２０質量％〜５０質量％であり、かつ、上記構成材料にシリコーンを含有し、このシリコーンの含有量が組成物全体の１質量％〜１０質量％とするものである。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、エポキシ樹脂組成物全体に含有する溶融シリカ等からなる無機充填材の量を２０質量％〜５０質量％とするとともに、シリコーンを、１質量％〜１０質量％の範囲で併用することによって、弾性率が良好で曲げ強度が高いエポキシ樹脂組成物の硬化物が得られることを見出し、本発明の完成に至ったものである。

本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、無機充填材の量を２０質量％〜５０質量％とするとともに、シリコーンを１質量％〜１０質量％の範囲で併用するため、弾性率が良好で曲げ強度が高いエポキシ樹脂組成物の硬化物が得られるので、耐衝撃性に優れ、落下の際にカケ等の破損が起き難いカード型の半導体装置に最適な封止材料が得られる。

本発明のカード型の半導体装置は、上記封止用エポキシ樹脂組成物で封止するので、耐衝撃性に優れ、落下の際にカケ等の破損が起き難いとうい効果を奏する。

本発明の封止用エポキシ樹脂組成物について、説明する。上記封止用エポキシ樹脂組成物は、メモリーカード等のカード型の半導体装置の作製に用いられるものである。

上記封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂を必須の構成材料とする。上記エポキシ樹脂としては、例えば、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、ビフェニルノボラク型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等が挙げられる。なかでも、クレゾー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から一種以上を選択して用いることが好ましい。エポキシ樹脂として、クレゾー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を構成材料とすると、封止用エポキシ樹脂組成物が硬化した硬化物のガラス転移温度を、１５０℃以上に調製し易いものである。上記エポキシ樹脂の配合量は、特に制限されるものではないが、組成物全体に対し２５質量％〜５０質量％の範囲が好ましい。

上記封止用エポキシ樹脂組成物は、硬化剤を必須の構成材料とする。上記硬化剤としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビフェニルノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビスフェノール樹脂等が挙げられる。なかでも、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂から一種以上を選択して用いることが好ましい。上記硬化剤として、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂を構成材料とすると、封止用エポキシ樹脂組成物が硬化した硬化物のガラス転移温度を、１５０℃以上に調製し易いものである。上記硬化剤にフェノール樹脂を使用した場合、その配合量は、組成物全体に対し１０質量％〜３０質量％の範囲が好ましい。

上記封止用エポキシ樹脂組成物は、無機充填材を必須の構成材料とする。上記無機充填材としては、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム等が挙げられる。なかでも、溶融シリカが好適である。上記無機充填材の配合量は、組成物全体に対し２０質量％〜５０質量％である。上記無機充填材の配合量をこの範囲とすることにより、封止用エポキシ樹脂組成物が硬化した硬化物は、弾性率が良好で曲げ強度が高くなる。

上記弾性率及び曲げ強度を測定する硬化物として、上記封止用エポキシ樹脂組成物を、成形温度１７０℃、トランスファー圧力を６ＭＰａ、キュア時間９０秒の条件でトランスファー成形を行い、これを１７５℃で６時間アフターキュアしたもので測定した場合、上記無機充填材の配合量を２０質量％〜５０質量％ととすると、弾性率が８ＭＰａ以下のものを容易に得ることができる。また、曲げ強度が８０ＭＰａ以上のものを容易に得ることができる。

上記封止用エポキシ樹脂組成物は、硬化促進剤を必須の構成材料とする。上記硬化促進剤としては、例えば、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、トリメチルホスフィン等の有機リン化合物、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（ＤＢＵ）等の環式アミン、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミン等の３級アミン、及び、イミダゾール類が挙げられる。また、上記硬化促進剤は、上述のものを単体で用いてもよいし、上述のものとフェノールノボラック樹脂との反応物を用いてもよい。上記硬化促進剤の配合量は、特に制限されるものではないが、組成物全体に対し０．１質量％〜１．０質量％の範囲が好ましい。

上記封止用エポキシ樹脂組成物は、シリコーンを必須の構成材料として添加する。上記シリコーンとしては、例えばアミノ変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイルが挙げられる。上記シリコーンの配合量は、組成物全体に対し１質量％〜１０質量％の範囲である。上記シリコーンの配合量をこの範囲とすることにより、封止用エポキシ樹脂組成物が硬化した硬化物は、弾性率が良好で曲げ強度が高くなる。上述の条件で測定した硬化物は、弾性率が８ＭＰａ以下に容易に調製ができ、また、曲げ強度が８０ＭＰａ以上に容易に調製ができる。

上記封止用エポキシ樹脂組成物は、その他必要に応じて、離型剤、カップリング剤、難燃剤、着色剤等を含有することができる。上記離型剤としては、例えば、カルナバワックス、脂肪酸アミド、ステアリン酸エステル、モンタン酸エステル、脂肪酸エステル、カルボキシル基含有ポリオレフィン等が挙げられる。上記カップリング剤としては、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。上記難燃剤としては、例えば、三酸化アンチモン等が挙げられる。上記着色剤としては、例えば、カーボンブラック等が挙げられる。

上記封止用エポキシ樹脂組成物は、上述の配合成分をミキサー、ブレンダー等を用いて均一に混合した後に、ニーダーやロールを用いて加熱・混練して作製される。また、上記封止用エポキシ樹脂組成物は、必要に応じて、混練した後に、冷却固化し、粉砕して粉状としたり、あるいは粉状としたものを打錠してタブレット状としたりして用いられる。

上記封止用エポキシ樹脂組成物は、その硬化物のガラス転移温度が１５０℃以上であることがより好ましい。上記硬化物のガラス転移温度が１５０℃未満であると、成形した成形品の剛性が不足して、金型から取出す際に成形品が変形するおそれがある。上記硬化物のガラス転移温度は、１５０℃〜２５０℃の範囲が、より好適である。

上記封止用エポキシ樹脂組成物の流動性は、規格ＡＳＴＭＤ３１２３によって規定された測定方法で成形されるスパイラル長さを測定する。

上記スパイラルフロー試験で測定したスパイラル長さ１００ｃｍ〜３００ｃｍの範囲が、より好ましい。上記スパイラル長さが１００ｃｍ未満であると、半導体素子や電子部品と基板との間に樹脂が未充填の個所が発生するおそれがあり、また、上記スパイラル長さが３００ｃｍを超えると成形金型から樹脂が周囲に流出して作業性を損なうおそれがある。

本発明のカード型の半導体装置は、上述の封止用エポキシ樹脂組成物を用い、トランスファー成形を行うことによって、半導体素子を封止して得ることができる。トランスファー成形は、一度に多数の半導体素子を封止することが可能な点から半導体素子の封止成形方法として、汎用されているものである。上記トランスファー成形の成形条件として、エポキシ樹脂を充分硬化させるために成形温度（成形金型の温度）は、１６０℃〜１８５℃の範囲が好適であり、また、成形金型内に封止用エポキシ樹脂組成物を充分に充填させるために、トランスファー圧力は４ＭＰａ〜８ＭＰａが好適である。

本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、弾性率が良好で曲げ強度が高いエポキシ樹脂組成物の硬化物が得られる。この封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止したカード型の半導体装置は、耐衝撃性に優れ、落下の際にカケ等の破損が起き難いものである。

本発明の効果を確認するために、封止用エポキシ樹脂組成物を作製し、それらを用い評価用の成形品を作製し、耐衝撃性試験等の評価を行った。実施例及び比較例は以下の材料を用いた。

（構成材料）
エポキシ樹脂として、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（住友化学株式会社製、ＥＳＣＮ１９５ＸＬ）、及び、ビフェニル型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシ株式会社、ＸＹ４０００Ｈ）を用いた。

硬化剤にフェノールノボラック樹脂（明和化成株式会社製、Ｈ−１）を用いた。また、無機充填材として、平均粒径が１５μｍの溶融シリカを用いた。また、硬化促進剤にトリフェニルホスフィンを、離型剤にカルナバワックスを、カップリング剤にγ−メルカプトプロピルトリメトキシシランを用いた。さらに、シリコーンとして、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製アミノ変性シリコーンオイル(アミノ当量数５００〜５０００の範囲内のもの)を用いた。

（実施例１）
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂を３０．６質量部（以下部と記す）、フェノールノボラック樹脂を１５．７部、シリコーンを２．３部、硬化促進剤を０．７部、離型剤を０．３部、無機充填材を５０部、カップリング剤を０．３部配合し、ミキサーで３０分均一に混合した。この混合物を８０℃に加熱したニーダーで混練溶融し、８０℃の加熱ロールで５分間混練溶融し、押し出し、冷却後に粉砕機で粉砕して粉状の封止用エポキシ樹脂組成物を得た。上記シリコーンは、組成物全体に対し２・３質量％であり、無機充填材は、組成物全体に対し５０質量％であった。

（実施例２〜４、比較例１〜３）
実施例１と同様にして、表１に示す配合比（質量部）で上記材料を配合し、封止用エポキシ樹脂組成物を得た。シリコーン及び無機充填材の組成物全体に対する配合比率は、表２に示すとおりである。

（実施例５〜８、比較例４〜６）
実施例１と同様にして、表３に示す配合比（質量部）で上記材料を配合し、封止用エポキシ樹脂組成物を得た。シリコーン及び無機充填材の組成物全体に対する配合比率は、表４に示すとおりである。

（評価）
次に、得られた封止用エポキシ樹脂組成物を用い、評価用の成形品を作製し、硬化物のガラス転移温度、弾性率、曲げ強度、スパイラルフローの長さ、及び、耐衝撃性を測定した。

（１）硬化物のガラス転移温度
実施例及び比較例の封止用エポキシ樹脂組成物を、トランスファー成形機を用い、成形温度１７０℃、トランスファー圧力６ＭＰａ、キュア時間９０秒で成形した後、さらに１７５℃で６時間の条件でアフターキュアーして、封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物からなる評価用の成形品を得た。ガラス転移温度の測定は、線膨張率測定機（東京工業製：ＤＩＬＡＴＲＯＮＩＣ）を用いて膨張曲線を求めた。この膨張曲線の屈曲点をガラス転移温度とした。結果は、表５及び表６に示すとおりであった。

（２）硬化物の弾性率、及び、曲げ強度
実施例及び比較例の封止用エポキシ樹脂組成物を、トランスファー成形機を用い、成形温度１７０℃、トランスファー圧力６ＭＰａ、キュア時間９０秒で成形した後、さらに１７５℃で６時間の条件でアフターキュアーして、封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物からなる評価用の成形品を得た。測定は、オートグラフ（島津製作所製：ＡＧ−５０００Ｄ）を用いて曲げ試験を行うことで求めた。結果は、表５及び表６に示すとおりであった。実施例は、いずれも弾性率が８ＭＰａ以下であった。

（３）スパイラルフローの長さ、及び、充填性
スパイラルフローの長さは、規格ＡＳＴＭＤ３１２３によって規定された測定方法にしたがって求めた。結果は、表５及び表６に示すとおりであった。

また、充填性は、試験金型で成形し、半導体素子や電子部品と基板との間に樹脂が未充填の個所がないかを目視検査した。実施例は、いずれも良好であったが、スパイラル長さが１００ｃｍ未満の比較例２及び比較例５は、充填不良が発生していた。

（４）耐衝撃性
実施例及び比較例の封止用エポキシ樹脂組成物を、トランスファー成形機を用い、成形温度１７０℃、トランスファー圧力６ＭＰａ、キュア時間９０秒で成形した後、さらに１７５℃で６時間の条件でアフターキュアーして、長辺１２７ｍｍ×短辺１２．７ｍｍ×厚み０．８ｍｍサイズの封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物からなる評価用の成形品を得た。測定は、この成形品の長辺を試験機のガイドに沿わせ、短辺を上下方向として落下させた。下側の短辺が人工大理石の表面に垂直に落下した。高さ１．５ｍから、各１０枚落下させ、成形品のカケが発生するかを目視で確認し、カケが発生していないものを合格とした。

結果は、表５及び表６に示すとおりであった。実施例は、いずれもカケが発生せず合格であった。実施例は、いずれも耐衝撃性に優れたものであった。

Claims

エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、硬化促進剤を含有するものであって、半導体素子を封止してカード型の半導体装置を作製する封止用エポキシ樹脂組成物において、上記無機充填材の含有量が組成物全体の２０質量％〜５０質量％であり、かつ、上記構成材料にシリコーンを含有し、このシリコーンの含有量が組成物全体の１質量％〜１０質量％であることを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物。
この封止用樹脂組成物は、封止した硬化物のガラス転移温度が１５０℃〜２５０℃の範囲であることを特徴とする請求項１記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
請求項１又は請求項２記載の封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子を封止して得られるカード型の半導体装置。