JP2005162845A - Resin composition for sealing semiconductor and semiconductor device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体封止用樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置に関し、詳しくは、特定の有機ケイ素化合物を配合することによって、樹脂組成物の溶融粘度を低下させて半導体素子をトランスファー成形等により樹脂封止する際の封止材料の充填性を向上させ、成形後、封止樹脂内におけるボイドの巻き込みを低減させることのできる半導体封止用樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a resin composition for encapsulating a semiconductor and a semiconductor device using the same, and more specifically, by blending a specific organosilicon compound, the melt viscosity of the resin composition is lowered to transfer mold a semiconductor element, etc. Relates to a resin composition for encapsulating a semiconductor and a semiconductor device using the same, which can improve the filling property of the encapsulating material when encapsulating with resin and can reduce void entrainment in the encapsulating resin after molding It is.
近年、半導体装置は薄型化され、それに伴い封止時に用いられる樹脂材料の流動部の厚みが薄くなってきている。そして、封止に用いられる樹脂組成物の粘度が高いと、成形の際には、狭い隙間を流れる速度が低下してしまい、隙間の狭い部分においては、隙間部分を樹脂が埋める前に、隙間の広い周辺部を樹脂が回り込み、隙間の狭い部分の出口を塞いでしまって内部に気泡が取り残されてしまう現象が生起するという問題が生じる。 In recent years, semiconductor devices have been made thinner, and accordingly, the thickness of the flow portion of the resin material used for sealing has been reduced. And if the viscosity of the resin composition used for sealing is high, the speed of flow through the narrow gap decreases during molding, and in the narrow gap part, the gap is not filled before the resin is filled in the gap part. There is a problem that a phenomenon occurs in which the resin wraps around the wide peripheral portion of the substrate, blocks the outlet of the narrow portion of the gap, and bubbles are left inside.
例えば、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）と呼ばれる金属ワイヤーにより半導体素子と基板とを接続する手法を用いた片面封止構造の半導体装置の場合、半導体素子の積層化や半導体装置自体の薄型化により半導体素子上部の樹脂流動部の隙間が狭くなってきており、流動性は低下することになる。 For example, in the case of a semiconductor device having a single-side sealed structure using a method of connecting a semiconductor element and a substrate with a metal wire called a ball grid array (BGA), the semiconductor element is formed by stacking the semiconductor elements or reducing the thickness of the semiconductor device itself. The gap between the upper resin flow parts is becoming narrower, and the fluidity is lowered.
一方、半導体素子を基板に接続する際に金属ワイヤーを用いず、金属バンプを用いた、いわゆるフリップチップ接続による手法を用いた半導体装置の場合、この接合の強度維持のためにアンダーフィル剤をその隙間（半導体素子と基板の間）に注入することが行われている。そして、このアンダーフィル剤の注入が、半導体装置の樹脂封止と同時に行われている（以下、このような封止方法を「トランスファーアンダーフィル」と称す）。このトランスファーアンダーフィルでは、その隙間が狭い上に金属バンプ部分が障壁となるため、半導体素子と基板との間の樹脂の流動性はさらに低下することとなる。 On the other hand, in the case of a semiconductor device using a so-called flip-chip connection method using metal bumps instead of metal wires when connecting a semiconductor element to a substrate, an underfill agent is used to maintain the bonding strength. Injection into the gap (between the semiconductor element and the substrate) is performed. The underfill agent is injected at the same time as resin sealing of the semiconductor device (hereinafter, such a sealing method is referred to as “transfer underfill”). In this transfer underfill, since the gap is narrow and the metal bump portion becomes a barrier, the fluidity of the resin between the semiconductor element and the substrate is further lowered.
このような封止対象となる隙間の狭小化による気泡が取り残される未充填部の存在は、加熱時には気泡内の気体圧力が高まることにより周辺樹脂を破壊させてしまうことがある。特に吸湿させた場合、液状の水が気化膨張する効果も加わって、半田取付け時にパッケージが割れ、電気接続が切断されて半導体素子の動作が起こらないという不具合が生じるという問題が発生する。 The presence of an unfilled portion in which bubbles are left behind due to the narrowing of the gap to be sealed may cause the surrounding resin to be destroyed by increasing the gas pressure in the bubbles during heating. In particular, when moisture is absorbed, there is an additional problem that liquid water is vaporized and expanded. This causes a problem that the package breaks when soldering and the electrical connection is cut and the semiconductor element does not operate.
これを解決するために、例えば、樹脂構造を最適化して流動特性の向上を目指すことが従来から行われている。しかしながら、この方法を用いると、樹脂の流動性が良過ぎて、ばりが生じ易くなるという問題点がある。また、配合する無機質充填剤の量を少なくすることも行われているが、無機質充填剤量を少なくすると、封止材料である樹脂組成物の線膨張係数が増大して、半導体素子や基板のそれとの差が大きくなることにより、温度変化により発生する応力が大きくなり、封止樹脂部分や半導体素子の破壊、フレームと封止樹脂部分との剥離等の不具合が生じるという問題がある。さらに、無機質充填剤では、粒子径が大きい方が、同一量を配合しても、そのトータルの表面積が少なくなるため粘度は下がるが、粒子径が大きくなると当然ながら狭い隙間に無機質充填剤が侵入することができず、隙間の入り口が目詰まりを生起するという問題がある。 In order to solve this problem, for example, it has been conventionally attempted to improve the flow characteristics by optimizing the resin structure. However, when this method is used, there is a problem that the flowability of the resin is so good that flash is easily generated. In addition, the amount of the inorganic filler to be blended is also reduced, but if the amount of the inorganic filler is reduced, the linear expansion coefficient of the resin composition as the sealing material increases, and the semiconductor element or the substrate When the difference is increased, the stress generated by the temperature change is increased, and there is a problem that the sealing resin part and the semiconductor element are broken, and the frame and the sealing resin part are peeled off. Furthermore, with inorganic fillers, the larger the particle size, the lower the viscosity because the total surface area is reduced even if the same amount is added, but naturally the inorganic filler penetrates into the narrow gap as the particle size increases. There is a problem that the entrance of the gap is clogged.
一方、特定の平均粒径を有する無機質充填剤をカップリング剤で表面処理したものを、表面処理されていない無機質充填剤とともに併用することにより流動性を向上させ未充填の発生を抑制することが提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、上記特許文献１に記載された封止材料を用いても、流動性に関して充分な特性が得られているとは言えず、近年の樹脂流動部の隙間が狭くなっている半導体装置の封止材料として、流動性に一層優れたものが望まれているのが実情である。 However, even if the sealing material described in Patent Document 1 is used, it cannot be said that sufficient characteristics are obtained with respect to fluidity. The actual situation is that a material having better fluidity is desired as a stopping material.
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、溶融粘度を低下させて封止材料である樹脂組成物の充填性を向上させ未充填等の不具合の発生を抑制させることのできる半導体封止用樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置の提供をその目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to improve the filling property of a resin composition as a sealing material by reducing the melt viscosity and to suppress the occurrence of defects such as unfilling. An object of the present invention is to provide a stopping resin composition and a semiconductor device using the same.
上記の目的を達成するために、本発明は、下記の（Ａ）〜（Ｅ）成分を含有する半導体封止用樹脂組成物を第１の要旨とする。
（Ａ）熱硬化性樹脂。
（Ｂ）硬化剤。
（Ｃ）硬化促進剤。
（Ｄ）無機質充填剤。
（Ｅ）分子量１００以下の有機基を有する有機ケイ素化合物。
In order to achieve the above object, the first gist of the present invention is a resin composition for semiconductor encapsulation containing the following components (A) to (E).
(A) Thermosetting resin.
(B) Curing agent.
(C) A curing accelerator.
(D) Inorganic filler.
(E) An organosilicon compound having an organic group with a molecular weight of 100 or less.
また、本発明は、上記半導体封止用樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してなる半導体装置を第２の要旨とする。 Moreover, this invention makes the 2nd summary the semiconductor device formed by sealing a semiconductor element using the said resin composition for semiconductor sealing.
すなわち、本発明者らは、溶融粘度の低下により充填性の向上を図るために鋭意検討を重ねた。そして、各種配合成分を中心にさらに研究を重ねた結果、数ある有機ケイ素化合物の中でも、上記分子量１００以下の有機基を有する特定の有機ケイ素化合物を用いると、樹脂中有機成分と無機質充填剤（フィラー）界面の濡れ性が向上することにより、成形過程において流動する樹脂内でのフィラー界面抵抗が減少するという作用により、樹脂組成物の溶融粘度が低下し、例えば、半導体素子と基板との間の狭ギャップに充填する際にも、気泡の巻き込みが生じず確実に充填することができ、所期の目的が達成されることを見出し本発明に到達した。 That is, the present inventors have intensively studied in order to improve the filling property by lowering the melt viscosity. As a result of further research focusing on various blending components, among the various organosilicon compounds, when a specific organosilicon compound having an organic group having a molecular weight of 100 or less is used, the organic component in the resin and the inorganic filler ( By improving the wettability of the filler) interface, the melt viscosity of the resin composition decreases due to the effect of reducing the filler interface resistance in the resin that flows in the molding process. For example, between the semiconductor element and the substrate When filling the narrow gap, it was found that bubbles could be reliably filled without entrainment and the intended purpose was achieved, and the present invention was achieved.
以上のように、本発明は、前記特定の有機ケイ素化合物（Ｅ成分）を含有する半導体封止用樹脂組成物である。このため、溶融粘度が低下して流動性が向上し、狭ギャップ等の封止部分への充填時においても、確実な充填が可能となり、封止部分の狭小化による未充填部の発生を抑制することができる。 As mentioned above, this invention is a resin composition for semiconductor sealing containing the said specific organosilicon compound (E component). For this reason, melt viscosity is reduced and fluidity is improved, and even when filling a sealed part such as a narrow gap, reliable filling is possible, and the occurrence of unfilled parts due to narrowing of the sealed part is suppressed. can do.
したがって、本発明の半導体封止用樹脂組成物は、例えば、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）と呼ばれる片面封止構造の半導体装置の封止や、トランスファーアンダーフィルと呼ばれる封止方法の際に特に好適に用いられる。そして、上記半導体封止用樹脂組成物により樹脂封止された半導体装置としては、信頼性の高いものが得られる。 Therefore, the resin composition for encapsulating a semiconductor of the present invention is particularly suitable for, for example, encapsulating a semiconductor device having a single-side encapsulating structure called a ball grid array (BGA) or a encapsulating method called a transfer underfill. Used. And as a semiconductor device resin-sealed with the semiconductor sealing resin composition, a highly reliable device is obtained.
本発明の半導体封止用樹脂組成物は、熱硬化性樹脂（Ａ成分）と、硬化剤（Ｂ成分）と、硬化促進剤（Ｃ成分）と、無機質充填剤（Ｄ成分）と、特定の有機ケイ素化合物（Ｅ成分）とを用いて得られるものであり、通常、粉末状もしくは打錠して用いられる。 The resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention comprises a thermosetting resin (component A), a curing agent (component B), a curing accelerator (component C), an inorganic filler (component D), and a specific material. It is obtained using an organosilicon compound (E component) and is usually used in the form of powder or tableting.
上記熱硬化性樹脂（Ａ成分）としては、エポキシ樹脂，フェノール樹脂，尿素樹脂，メラミン樹脂，不飽和ポリエステル樹脂，ジアリルフタレート樹脂，ポリフェニレンサルファイド樹脂等を用いることができる。これら熱硬化性樹脂の中でも、成形性や硬化物物性，耐湿信頼性，耐半田特性の点から、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。上記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、ジシクロペンタジエン型，クレゾールノボラック型，フェノールノボラック型，ビスフェノール型，ビフェニル型，トリスヒドロキシフェニルメタン型等の各種のエポキシ樹脂を用いることができる。これらエポキシ樹脂は単独で用いてもよいし２種以上併用してもよい。そして、これらエポキシ樹脂の中でも、特に融点または軟化点が室温を超えていることが好ましい。例えば、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量１８０〜２１０、軟化点６０〜１１０℃のものが好適に用いられる。また、上記ビフェニル型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量１８０〜２１０、融点８０〜１２０℃のものが好適に用いられる。 As the thermosetting resin (component A), epoxy resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, unsaturated polyester resin, diallyl phthalate resin, polyphenylene sulfide resin, and the like can be used. Among these thermosetting resins, it is preferable to use an epoxy resin from the viewpoints of moldability, cured product properties, moisture resistance reliability, and solder resistance characteristics. The epoxy resin is not particularly limited. For example, various epoxy resins such as dicyclopentadiene type, cresol novolac type, phenol novolac type, bisphenol type, biphenyl type, trishydroxyphenylmethane type, and the like are used. Can do. These epoxy resins may be used alone or in combination of two or more. Among these epoxy resins, it is particularly preferable that the melting point or softening point exceeds room temperature. For example, as the cresol novolac type epoxy resin, those having an epoxy equivalent of 180 to 210 and a softening point of 60 to 110 ° C. are preferably used. Moreover, as said biphenyl type | mold epoxy resin, an epoxy equivalent 180-210 and a melting | fusing point 80-120 degreeC are used suitably.
また、上記硬化剤（Ｂ成分）は、上記熱硬化性樹脂（Ａ成分）を硬化させるものであれば特に限定するものではないが、例えば、熱硬化性樹脂（Ａ成分）としてエポキシ樹脂を用いた場合はフェノール樹脂を用いることが好ましい。上記フェノール樹脂としては、特に限定するものではなく、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂，フェノールノボラック樹脂，クレゾールノボラック樹脂，フェノールアラルキル樹脂等があげられる。これらフェノール樹脂は単独で用いてもよいし２種以上併用してもよい。そして、これらフェノール樹脂としては、水酸基当量が７０〜２５０、軟化点が５０〜１１０℃のものを用いることが好ましい。そして、上記エポキシ樹脂とフェノール樹脂との好適な組み合わせとしては、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を用いる場合はフェノールノボラック樹脂を用いることが好ましく、エポキシ樹脂としてビフェニル型エポキシ樹脂を用いる場合はフェノールアラルキル樹脂を用いることが好ましい。また、熱硬化性樹脂（Ａ成分）としてメラミン樹脂を用いた場合は、硬化剤（Ｂ成分）としてジメチレンエーテル型レゾール樹脂を用いることが好ましい。 The curing agent (component B) is not particularly limited as long as it cures the thermosetting resin (component A). For example, an epoxy resin is used as the thermosetting resin (component A). In such a case, it is preferable to use a phenol resin. The phenol resin is not particularly limited, and examples thereof include dicyclopentadiene type phenol resin, phenol novolac resin, cresol novolac resin, and phenol aralkyl resin. These phenolic resins may be used alone or in combination of two or more. And as these phenol resins, it is preferable to use a thing with a hydroxyl equivalent of 70-250 and a softening point of 50-110 degreeC. As a suitable combination of the epoxy resin and the phenol resin, it is preferable to use a phenol novolac resin when using a cresol novolac type epoxy resin as an epoxy resin, and a phenol aralkyl when using a biphenyl type epoxy resin as an epoxy resin. It is preferable to use a resin. When a melamine resin is used as the thermosetting resin (component A), it is preferable to use a dimethylene ether type resole resin as the curing agent (component B).
そして、上記熱硬化性樹脂（Ａ成分）としてエポキシ樹脂を用い、硬化剤（Ｂ成分）としてフェノール樹脂を用いた場合の両者の配合割合は、エポキシ樹脂を硬化させるに充分な量に設定することが好ましい。一般的には、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量に対して、フェノール樹脂中の水酸基の合計が０．７〜１．５当量となるように配合することが好ましい。より好ましくは０．９〜１．２当量である。 When the epoxy resin is used as the thermosetting resin (component A) and the phenol resin is used as the curing agent (component B), the blending ratio of both is set to an amount sufficient to cure the epoxy resin. Is preferred. In general, it is preferable to blend so that the total number of hydroxyl groups in the phenol resin is 0.7 to 1.5 equivalents with respect to 1 equivalent of epoxy groups in the epoxy resin. More preferably, it is 0.9-1.2 equivalent.
上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられる硬化促進剤（Ｃ成分）としては、従来公知のものが用いられる。具体的には、テトラホスホニウム・テトラフェニルボレートやトリフェニルホスフィン等の有機リン系化合物、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ（４，３，０）ノネン−５等のジアザビシクロアルケン系化合物等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。 A conventionally well-known thing is used as a hardening accelerator (C component) used with the said A component and B component. Specifically, organophosphorus compounds such as tetraphosphonium tetraphenylborate and triphenylphosphine, 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undecene-7, 1,5-diazabicyclo (4,3,0) And diazabicycloalkene compounds such as nonene-5. These may be used alone or in combination of two or more.
上記硬化促進剤（Ｃ成分）の配合割合は、半導体封止用樹脂組成物全体中の０．０５〜０．５重量％の範囲に設定することが好ましい。 The blending ratio of the curing accelerator (component C) is preferably set in the range of 0.05 to 0.5% by weight in the entire semiconductor sealing resin composition.
上記Ａ〜Ｃ成分とともに用いられる無機質充填剤（Ｄ成分）としては、特に限定するものではなく従来公知の各種充填剤があげられ、例えば、石英ガラス粉末，タルク，シリカ粉末（溶融シリカ粉末や結晶性シリカ粉末等），アルミナ粉末，窒化アルミニウム粉末，窒化ケイ素粉末等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。なかでも、得られる硬化物の線膨張係数を低減できるという点から上記シリカ粉末を用いることが好ましく、上記シリカ粉末のなかでも溶融シリカ粉末を用いることが高充填性，高流動性という点から特に好ましい。上記溶融シリカ粉末としては、球状溶融シリカ粉末，破砕溶融シリカ粉末があげられるが、流動性という観点から、球状溶融シリカ粉末を用いることが好ましい。特に平均粒径が１〜１５μｍの範囲、特に好ましくは２〜１０μｍの範囲のものを用いることが好ましい。なお、上記平均粒径は、例えば、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。 The inorganic filler (D component) used together with the components A to C is not particularly limited and includes various conventionally known fillers. Examples thereof include quartz glass powder, talc, silica powder (fused silica powder and crystals). Silica powder, alumina powder, aluminum nitride powder, silicon nitride powder, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, it is preferable to use the silica powder from the viewpoint that the linear expansion coefficient of the obtained cured product can be reduced. Among the silica powders, it is particularly preferable from the viewpoint of high filling property and high fluidity to use the fused silica powder. preferable. Examples of the fused silica powder include spherical fused silica powder and crushed fused silica powder. From the viewpoint of fluidity, spherical fused silica powder is preferably used. In particular, it is preferable to use those having an average particle diameter in the range of 1 to 15 μm, particularly preferably in the range of 2 to 10 μm. In addition, the said average particle diameter can be measured using a laser diffraction scattering type particle size distribution measuring apparatus, for example.
上記無機質充填剤（Ｄ成分）の配合量は、半導体封止用樹脂組成物全体の５０〜９５重量％の範囲内に設定することが好ましく、特に好ましくは７０〜９０重量％である。すなわち、５０重量％未満のように少な過ぎると、樹脂組成物中の有機成分の占める割合が多くなり、硬化物の難燃効果に乏しくなり、９５重量％を超えて多くなると、樹脂組成物の流動性が著しく低下する傾向がみられるからである。 The blending amount of the inorganic filler (D component) is preferably set in the range of 50 to 95% by weight, particularly preferably 70 to 90% by weight, based on the entire semiconductor sealing resin composition. That is, if the amount is too small, such as less than 50% by weight, the proportion of the organic component in the resin composition increases, the flame retardant effect of the cured product becomes poor, and if the amount exceeds 95% by weight, the resin composition This is because the fluidity tends to be remarkably lowered.
上記Ａ〜Ｄ成分とともに用いられる特定の有機ケイ素化合物（Ｅ成分）は、分子量１００以下の有機基を有するものであり、本発明の半導体封止用樹脂組成物の溶融粘度を低下させる作用を奏するための重要な成分である。例えば、無極性の有機基を有する加水分解性基、好ましくはアルコキシシランを用いることができる。例示すると、一般式：Ｒ1mＳｉ（ＯＲ2 ）n （式中、Ｒ1 は分子量１００以下の無極性な有機基であり、Ｒ2 はアルキル基である。ｍ，ｎはともに０でない整数で、ｍ＋ｎ＝３である。）で表される。上記アルコキシシランとしては、メトキシシランやエトキシシランが好ましい。そして、このアルキル鎖が長くなると、加水分解しにくくなり、樹脂中でも比較的安定になるので、均一に分散させる上で好ましい。ただし、上記アルキル鎖が長くなりすぎると、無機質充填剤等との反応性が低下し、未反応のまま残存するため好ましくない。上記分子量１００以下の有機基としては、アルキル基，フェニル基，ビニル基，アミノ基，チオール基およびこれらを組み合わせることによって構成される基等があげられる。具体的には、メチル基，ビニル基，ヘキシル基，フェニル基，アミノプロピル基，メルカプトプロピル基等を例示することができる。 The specific organosilicon compound (E component) used together with the components A to D has an organic group having a molecular weight of 100 or less, and has an effect of reducing the melt viscosity of the resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention. Is an important ingredient for. For example, a hydrolyzable group having a nonpolar organic group, preferably an alkoxysilane can be used. Illustratively, the general formula: R 1m Si (OR 2 ) n (wherein R 1 is a nonpolar organic group having a molecular weight of 100 or less, R 2 is an alkyl group, and m and n are both non-zero integers. M + n = 3). As said alkoxysilane, methoxysilane and ethoxysilane are preferable. And when this alkyl chain becomes long, it becomes difficult to hydrolyze and becomes relatively stable even in the resin. However, if the alkyl chain is too long, the reactivity with the inorganic filler or the like is lowered, and it remains unreacted, which is not preferable. Examples of the organic group having a molecular weight of 100 or less include an alkyl group, a phenyl group, a vinyl group, an amino group, a thiol group, and a group constituted by combining these. Specific examples include a methyl group, a vinyl group, a hexyl group, a phenyl group, an aminopropyl group, a mercaptopropyl group, and the like.
さらに、樹脂組成物の溶融粘度に関しては、上記有機ケイ素化合物の有する有機基の分子量が小さくなればなるほど低下する傾向を示す。したがって、有機基の分子量が小さいほど好ましく、一般的には、分子量８０以下の有機基が特に好ましい。なお、通常、上記有機基の分子量の下限は、１５である。 Furthermore, the melt viscosity of the resin composition tends to decrease as the molecular weight of the organic group of the organosilicon compound decreases. Therefore, the smaller the molecular weight of the organic group, the better. In general, an organic group having a molecular weight of 80 or less is particularly preferable. In general, the lower limit of the molecular weight of the organic group is 15.
上記分子量１００以下の有機基を有する有機ケイ素化合物の好ましい具体例としては、トリエチルシラノール、アリルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、３−アミノプロピルエトキシシラン、３−メルカプトプロピルメトキシシラン、３−メルカプトプロピルエトキシシラン、アミルトリエトキシシラン、ベンジルトリエトキシシラン、５−（ビシクロヘプテニル）トリエトキシシラン、Ｎ−ブチルトリメトキシシラン、２−シアノエチルトリエトキシシラン、２−シアノエチルトリメトキシシラン、３−シアノプロピルジメチルメトキシシラン、３−シアノプロピルトリエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）メチルエトキシシラン、（Ｎ，Ｎ−ジメチル−３−アミノプロピル）トリメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、ヘキシルジメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、イソブチルジエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、３−イソシアナートプロピルトリエトキシシラン、（メルカプトメチル）ジメチルエトキシシラン、（メルカプトメチル）メチルジエトキシシラン、３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−メトキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−メチルアミノプロピルトリメトキシシラン、メチルジエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、メチルフェニルジエトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、３−チオシアネートプロピルトリエトキシシラン、トリエトキシシラン、（３，３，３−トリフルオロプロピル）トリメトキシシラン、トリメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、ビニルジメチルエトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン等があげられる。これら有機ケイ素化合物の中でも、有機基の分子量が８０以下であるという観点から、トリエチルシラノール、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。 Preferable specific examples of the organosilicon compound having an organic group having a molecular weight of 100 or less include triethylsilanol, allyltriethoxysilane, allyltrimethoxysilane, 3-aminopropylmethyldiethoxysilane, 3-aminopropylethoxysilane, 3- Mercaptopropylmethoxysilane, 3-mercaptopropylethoxysilane, amyltriethoxysilane, benzyltriethoxysilane, 5- (bicycloheptenyl) triethoxysilane, N-butyltrimethoxysilane, 2-cyanoethyltriethoxysilane, 2-cyanoethyl Trimethoxysilane, 3-cyanopropyldimethylmethoxysilane, 3-cyanopropyltriethoxysilane, diethyldiethoxysilane, (N, N-dimethylamino) methylethoxysilane, (N, -Dimethyl-3-aminopropyl) trimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethylethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, hexyldimethoxysilane, hexyl Trimethoxysilane, isobutyldiethoxysilane, isobutyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, phenyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, 3-isocyanatopropyltriethoxysilane, (mercaptomethyl) dimethylethoxysilane , (Mercaptomethyl) methyldiethoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-methoxypropyltrimethoxy Orchid, N-methylaminopropyltrimethoxysilane, methyldiethoxysilane, methyldimethoxysilane, methylphenyldiethoxysilane, methylphenyldimethoxysilane, propyltrimethoxysilane, 3-thiocyanatepropyltriethoxysilane, triethoxysilane, (3 , 3,3-trifluoropropyl) trimethoxysilane, trimethoxysilane, trimethylethoxysilane, trimethylmethoxysilane, vinyldimethylethoxysilane, vinylmethyldiethoxysilane and the like. Among these organosilicon compounds, from the viewpoint that the molecular weight of the organic group is 80 or less, triethylsilanol, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, phenyltriethoxysilane, phenyltriethoxysilane. Examples include methoxysilane, hexyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, and 3-mercaptopropyltriethoxysilane. These may be used alone or in combination of two or more.
上記特定の有機ケイ素化合物（Ｅ成分）の配合割合は、半導体封止用樹脂組成物全体中の０．５〜１．５重量％の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは０．８〜１．２重量％である。すなわち、０．５重量％未満では、樹脂組成物の溶融粘度の低下という効果を奏することが困難となり、１．５重量％を超えると、樹脂の成形硬化時において上記有機ケイ素化合物が表面に滲み出し、素子との接着力が著しく低下する傾向がみられるからである。 The blending ratio of the specific organosilicon compound (E component) is preferably set in the range of 0.5 to 1.5% by weight, particularly preferably 0.8 to 1.5% in the entire resin composition for semiconductor encapsulation. 1.2% by weight. That is, if it is less than 0.5% by weight, it is difficult to achieve the effect of lowering the melt viscosity of the resin composition, and if it exceeds 1.5% by weight, the organosilicon compound bleeds onto the surface during molding and curing of the resin. This is because there is a tendency that the adhesive strength with the device is significantly reduced.
なお、本発明の半導体封止用樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｅ成分以外に必要に応じて、離型剤，低応力化剤，難燃剤，カーボンブラックをはじめとする顔料等の他の添加剤を適宜配合することができる。 In addition to the components A to E, the resin composition for encapsulating a semiconductor according to the present invention may include other components such as a release agent, a stress reducing agent, a flame retardant, and a pigment such as carbon black, as necessary. Additives can be blended as appropriate.
上記離型剤としては、高級脂肪酸，高級脂肪酸エステル，高級脂肪酸カルシウム等の化合物があげられ、例えば、カルナバワックスやポリエチレン系ワックスが用いられ、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。 Examples of the mold release agent include compounds such as higher fatty acid, higher fatty acid ester, higher fatty acid calcium and the like. For example, carnauba wax and polyethylene wax are used, and these are used alone or in combination of two or more.
また、上記低応力化剤としては、アクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体，メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体等のブタジエン系ゴムやシリコーン化合物があげられる。 Examples of the stress reducing agent include butadiene rubbers such as methyl acrylate-butadiene-styrene copolymer and methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer, and silicone compounds.
そして、上記難燃剤としては、有機リン化合物，酸化アンチモン，水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウム等があげられる。 And as said flame retardant, an organic phosphorus compound, an antimony oxide, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, etc. are mention | raise | lifted.
さらに、耐湿信頼性テストにおける信頼性向上を目的としてハイドロタルサイト類，水酸化ビスマス等のイオントラップ剤を配合してもよい。 Furthermore, ion trapping agents such as hydrotalcites and bismuth hydroxide may be blended for the purpose of improving reliability in the moisture resistance reliability test.
本発明の半導体封止用樹脂組成物は、例えば、つぎのようにして製造することができる。すなわち、前記Ａ〜Ｅ成分および必要に応じて他の添加剤を常法に準じて適宜配合し、ミキシングロール機等の混練機を用いて加熱状態で溶融混練した後、これを室温下で冷却固化させる。その後、公知の手段により粉砕し、必要に応じて打錠するという一連の工程により目的とする半導体封止用樹脂組成物を製造することができる。 The resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention can be produced, for example, as follows. That is, the above components A to E and other additives as necessary are appropriately blended according to a conventional method, melt-kneaded in a heated state using a kneader such as a mixing roll machine, and then cooled at room temperature. Solidify. Thereafter, the intended resin composition for semiconductor encapsulation can be produced by a series of steps of pulverization by known means and tableting as necessary.
このようにして得られた半導体封止用樹脂組成物を用いての半導体素子の封止は、特に限定するものではなく、通常のトランスファー成形（トランスファーアンダーフィルを含む）等の公知のモールド方法により行うことができる。このようにして得られる半導体装置としては、ＢＧＡのような片面封止型半導体装置やフリップチップ型半導体装置等があげられる。 The sealing of the semiconductor element using the resin composition for semiconductor sealing thus obtained is not particularly limited, and is performed by a known molding method such as normal transfer molding (including transfer underfill). It can be carried out. Examples of the semiconductor device thus obtained include a single-side sealed semiconductor device such as a BGA, a flip chip type semiconductor device, and the like.
このようにして得られる半導体装置は、封止用樹脂組成物として前記特定の有機ケイ素化合物（Ｅ成分）を含有するため、溶融粘度が低下して、例えば、半導体素子と基板との狭ギャップに対しても確実に充填され、信頼性の高いものが得られる。 Since the semiconductor device thus obtained contains the specific organosilicon compound (E component) as the sealing resin composition, the melt viscosity decreases, for example, in a narrow gap between the semiconductor element and the substrate. In contrast, it is reliably filled and a highly reliable product is obtained.
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。 Next, examples will be described together with comparative examples.
（１）熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いた場合。 (1) When an epoxy resin is used as the thermosetting resin.
下記に示す各成分を準備した。 Each component shown below was prepared.
〔エポキシ樹脂〕
ビフェニル型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製、ＹＸ−４０００Ｈ）
〔Epoxy resin〕
Biphenyl type epoxy resin (Japan Epoxy Resin, YX-4000H)
〔硬化剤１〕
フェノール樹脂（明和化成社製、ＭＥＨ−７８５１Ｓ）
[Curing agent 1]
Phenolic resin (Maywa Kasei Co., Ltd., MEH-7785S)
〔硬化促進剤〕
リン系触媒〔トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）〕
[Curing accelerator]
Phosphorus catalyst [Triphenylphosphine (TPP)]
〔難燃剤〕
Ｓｂ2 Ｏ3
〔Flame retardants〕
Sb 2 O 3
〔離型剤〕
カルナバワックス
〔Release agent〕
Carnauba wax
〔有機ケイ素化合物〕
Ａ：メチルトリメトキシシラン
Ｂ：ビニルトリメトキシシラン
Ｃ：フェニルトリメトキシシラン
Ｄ：ヘキシルトリメトキシシラン
Ｅ：３−アミノプロピルトリメトキシシラン
Ｆ：３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン
Ｇ：トリエチルシラノール
Ｈ：３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
Ｉ：２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン
Ｊ：ｎ−デシルトリメトキシシラン
[Organic silicon compound]
A: methyltrimethoxysilane B: vinyltrimethoxysilane C: phenyltrimethoxysilane D: hexyltrimethoxysilane E: 3-aminopropyltrimethoxysilane F: 3-mercaptopropyltrimethoxysilane G: triethylsilanol H: 3- Glycidoxypropyltrimethoxysilane I: 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane J: n-decyltrimethoxysilane
〔カーボンブラック〕
三菱化学社製、＃３０３０Ｂ
〔Carbon black〕
# 3030B manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation
〔シリカ粉末〕
平均粒径７μｍの溶融球状シリカ粉末（電気化学工業社製、ＦＢ−７ＳＤＣ）
[Silica powder]
Fused spherical silica powder with an average particle diameter of 7 μm (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., FB-7SDC)
〔実施例１〜９、比較例１〜４〕
後記の表１〜表２に示す各成分を、同表に示す割合で配合し、８０℃〜１２０℃に加熱したミキシングロール混練機（５分間）にて溶融混練した。つぎに、この溶融物を冷却した後粉砕し、さらにタブレット状に打錠することによりエポキシ樹脂組成物を作製した。
[Examples 1 to 9, Comparative Examples 1 to 4]
The components shown in Tables 1 and 2 below were blended in the proportions shown in the same table, and melt-kneaded in a mixing roll kneader (5 minutes) heated to 80 to 120 ° C. Next, this melt was cooled and pulverized, and further compressed into tablets to prepare an epoxy resin composition.
このようにして得られた各エポキシ樹脂組成物を用い、つぎのようにして狭ギャップへの充填性を観察・評価した。すなわち、上型と下型からなり、この上型の一部が耐熱性ガラス板で構成されており、エポキシ樹脂組成物が金型内を充填する様子をガラス板面上部に設置したＣＣＤカメラで観察することができる、可視化金型装置を準備した。そして、この可視化金型装置内において、下型に設置したシリコンウェハの上面と上記ガラス板下面との間に形成した２４ｍｍ×２４ｍｍサイズのギャップ６５μｍへのエポキシ樹脂組成物の充填性を観察した。なお、充填条件は、１７５℃、プレヒートタイム５秒、トランスファー圧２．９４ＭＰａ、プランジャ押し出しスピード１．０ｍｍ／ｓとした。そして、エポキシ樹脂組成物が充填される様子をＣＣＤカメラで観察し、充填後、記録した画像から未充填率を見積もった。その結果を下記の表１〜表２に示した。 Using each of the epoxy resin compositions thus obtained, the filling property into a narrow gap was observed and evaluated as follows. That is, it consists of an upper mold and a lower mold, and a part of the upper mold is composed of a heat-resistant glass plate, and a CCD camera installed on the upper surface of the glass plate shows that the epoxy resin composition fills the mold. The visualization mold apparatus which can be observed was prepared. Then, in this visualization mold apparatus, the filling property of the epoxy resin composition into a gap of 65 μm of 24 mm × 24 mm size formed between the upper surface of the silicon wafer installed in the lower mold and the lower surface of the glass plate was observed. The filling conditions were 175 ° C., preheat time 5 seconds, transfer pressure 2.94 MPa, and plunger extrusion speed 1.0 mm / s. The state in which the epoxy resin composition was filled was observed with a CCD camera, and after filling, the unfilled rate was estimated from the recorded images. The results are shown in Tables 1 and 2 below.
上記結果から、分子量１００以下の有機基を有する有機ケイ素化合物を配合した実施例品は、未充填率が低く溶融粘度の低下が図られ充填性が向上したことがわかる。これに対して、分子量１００を超える有機基を有する従来の有機ケイ素化合物を配合した、または有機ケイ素化合物を配合しなかった比較例品は、未充填率が高く充填性に劣ることは明らかである。 From the above results, it can be seen that the example products containing an organic silicon compound having an organic group with a molecular weight of 100 or less have a low unfilled ratio and a reduced melt viscosity, thereby improving the filling properties. On the other hand, it is clear that the comparative product in which a conventional organosilicon compound having an organic group having a molecular weight of more than 100 is blended or in which no organosilicon compound is blended has a high unfilled ratio and poor fillability. .
（２）熱硬化性樹脂としてメラミン樹脂を用いた場合。 (2) When a melamine resin is used as a thermosetting resin.
下記に示す各成分を準備した。 Each component shown below was prepared.
〔メラミン樹脂〕
イソブチルアルコール変性メラミン樹脂（日立化成工業社製、メラン２６５０Ｌ）
[Melamine resin]
Isobutyl alcohol modified melamine resin (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., Melan 2650L)
〔硬化剤２〕
ノボラック型フェノール樹脂（三菱ガス化学社製、ＮＰ−１００）
[Curing agent 2]
Novolac type phenolic resin (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, NP-100)
〔硬化促進剤〕
リン系触媒〔トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）〕
[Curing accelerator]
Phosphorus catalyst [Triphenylphosphine (TPP)]
〔難燃剤〕
Ｓｂ2 Ｏ3
〔Flame retardants〕
Sb 2 O 3
〔離型剤〕
カルナバワックス
〔Release agent〕
Carnauba wax
〔有機ケイ素化合物〕
Ａ：メチルトリメトキシシラン
Ｂ：ビニルトリメトキシシラン
Ｃ：フェニルトリメトキシシラン
Ｄ：ヘキシルトリメトキシシラン
Ｅ：３−アミノプロピルトリメトキシシラン
Ｆ：３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン
Ｇ：トリエチルシラノール
Ｈ：３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
Ｉ：２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン
Ｊ：ｎ−デシルトリメトキシシラン
[Organic silicon compound]
A: methyltrimethoxysilane B: vinyltrimethoxysilane C: phenyltrimethoxysilane D: hexyltrimethoxysilane E: 3-aminopropyltrimethoxysilane F: 3-mercaptopropyltrimethoxysilane G: triethylsilanol H: 3- Glycidoxypropyltrimethoxysilane I: 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane J: n-decyltrimethoxysilane
〔カーボンブラック〕
三菱化学社製、＃３０３０Ｂ
〔Carbon black〕
# 3030B manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation
〔シリカ粉末〕
平均粒径７μｍの溶融球状シリカ粉末（電気化学工業社製、ＦＢ−７ＳＤＣ）
[Silica powder]
Fused spherical silica powder with an average particle diameter of 7 μm (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., FB-7SDC)
〔実施例１０〜１８、比較例５〜８〕
後記の表３〜表４に示す各成分を、同表に示す割合で配合し、８０〜１２０℃に加熱したミキシングロール混練機（５分間）にて溶融混練した。つぎに、この溶融物を冷却した後粉砕し、さらにタブレット状に打錠することによりメラミン樹脂組成物を作製した。
[Examples 10 to 18, Comparative Examples 5 to 8]
The components shown in Table 3 to Table 4 below were blended in the proportions shown in the same table, and melt kneaded in a mixing roll kneader (5 minutes) heated to 80 to 120 ° C. Next, this melt was cooled and then pulverized, and further compressed into tablets to prepare a melamine resin composition.
このようにして得られた各メラミン樹脂組成物を用い、つぎのようにして狭ギャップへの充填性を観察・評価した。すなわち、上型と下型からなり、この上型の一部が耐熱性ガラス板で構成されており、メラミン樹脂組成物が金型内を充填する様子をガラス板面上部に設置したＣＣＤカメラで観察することができる、可視化金型装置を準備した。そして、この可視化金型装置内において、下型に置いたシリコンウェハの上面と上記ガラス板下面との間に形成した２４ｍｍ×２４ｍｍサイズのギャップ６５μｍへのメラミン樹脂組成物の充填性を観察した。なお、充填条件は、１７５℃、プレヒートタイム５秒、トランスファー圧２．９４ＭＰａ、プランジャ押し出しスピード１．０ｍｍ／ｓとした。そして、メラミン樹脂組成物が充填される様子をＣＣＤカメラで観察し、充填後、記録した画像から未充填率を見積もった。その結果を下記の表３〜表４に示した。 Using each of the melamine resin compositions thus obtained, the filling ability into a narrow gap was observed and evaluated as follows. That is, it consists of an upper mold and a lower mold, and a part of this upper mold is composed of a heat-resistant glass plate, and a CCD camera installed on the upper surface of the glass plate shows that the melamine resin composition fills the mold. The visualization mold apparatus which can be observed was prepared. Then, in this visualization mold apparatus, the filling property of the melamine resin composition into a gap of 65 μm having a size of 24 mm × 24 mm formed between the upper surface of the silicon wafer placed on the lower mold and the lower surface of the glass plate was observed. The filling conditions were 175 ° C., preheat time 5 seconds, transfer pressure 2.94 MPa, and plunger extrusion speed 1.0 mm / s. The state of filling the melamine resin composition was observed with a CCD camera, and after filling, the unfilled rate was estimated from the recorded image. The results are shown in Tables 3 to 4 below.
上記結果から、分子量１００以下の有機基を有する有機ケイ素化合物を配合した有機ケイ素化合物を配合した実施例品は、未充填率が低く溶融粘度の低下が図られ充填性が向上したことがわかる。これに対して、分子量１００を超える有機基を有する従来の有機ケイ素化合物を配合した、または有機ケイ素化合物を配合しなかった比較例品は、未充填率が高く充填性に劣ることは明らかである。 From the above results, it can be seen that Example products containing an organosilicon compound containing an organic silicon compound having an organic group with a molecular weight of 100 or less have a low unfilling rate and a reduced melt viscosity, thus improving the filling property. On the other hand, it is clear that the comparative product in which a conventional organosilicon compound having an organic group having a molecular weight of more than 100 is blended or in which no organosilicon compound is blended has a high unfilled ratio and poor fillability. .
さらに、上記各エポキシ樹脂組成物およびメラミン樹脂組成物を用いて、２４ｍｍ×２４ｍｍのシリコンチップを実装したガラスエポキシ基板（フリップチップ接続構造）をプレス機（ＴＯＷＡ社製、Ｙ−１）により樹脂封止した。なお、上記ガラスエポキシ基板上面とシリコンチップ底面との隙間は６５μｍに調整した。そして、樹脂封止後、隙間内部を超音波内部探査装置（日本バーンズ社製、C-SAM SERIES D6000）で観察し、その画像から未充填部の有無を調べた。その結果、先の評価である可視化金型装置にて未充填率の低かった各樹脂組成物（実施例品）を用いた場合は、上記測定・評価においても未充填部が確認されなかったのに対して、未充填率の高かった各樹脂組成物（比較例品）を用いた場合は、上記測定・評価においても未充填部が確認された。 Further, using each of the above epoxy resin composition and melamine resin composition, a glass epoxy substrate (flip chip connection structure) on which a silicon chip of 24 mm × 24 mm is mounted is sealed with a press machine (Y-1 manufactured by TOWA). Stopped. The gap between the upper surface of the glass epoxy substrate and the bottom surface of the silicon chip was adjusted to 65 μm. Then, after resin sealing, the inside of the gap was observed with an ultrasonic internal survey device (C-SAM SERIES D6000, manufactured by Nihon Burns Co., Ltd.), and the presence or absence of unfilled portions was examined from the image. As a result, when each resin composition (example product) having a low unfilled rate was used in the visualization mold apparatus which was the previous evaluation, no unfilled part was confirmed even in the above measurement and evaluation. On the other hand, when each resin composition (comparative product) having a high unfilled rate was used, an unfilled part was also confirmed in the measurement and evaluation.
Claims (7)
（Ａ）熱硬化性樹脂。
（Ｂ）硬化剤。
（Ｃ）硬化促進剤。
（Ｄ）無機質充填剤。
（Ｅ）分子量１００以下の有機基を有する有機ケイ素化合物。 The resin composition for semiconductor sealing containing the following (A)-(E) component.
(A) Thermosetting resin.
(B) Curing agent.
(C) A curing accelerator.
(D) Inorganic filler.
(E) An organosilicon compound having an organic group with a molecular weight of 100 or less.
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