JP2006036903A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 優れたＹＡＧレーザーマーキング性を示し、明瞭なマーキングが可能で、生産性、硬化性に優れた明色系の半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置を提供する。
【解決手段】 エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤、並びに着色剤を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、着色剤として、平均粒子径５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲のカーボンブラックと、ホワイトカーボンを含む明色系顔料が含有されていることとする。
【選択図】なし

Description

本願発明は、電気・電子部品や半導体装置等を封止するために用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこの半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止された半導体装置に関するものである。

従来より、電気・電子部品や半導体装置等の封止方法として、エポキシ樹脂やシリコン樹脂等による封止方法や、ガラス、金属、セラミック等を用いたハーメチックシール法が知られている。特に、エポキシ樹脂は優れた接着性や低吸湿性を有しており、また、大量生産可能であり、コストメリットがあるため、近年ではエポキシ樹脂組成物を用いる封止方法が主流を占めている。

このエポキシ樹脂組成物としては、たとえば、エポキシ樹脂としてｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、硬化剤としてフェノールノボラック樹脂、無機充填剤として溶融シリカ、ワックスとして天然カルナバワックス、硬化促進剤として有機リン化合物を主成分とする樹脂組成物からなる成形材料が一般的に使用されている。さらに、低粘度で、体積固有抵抗値が高く、黒色度、耐湿性及び曲げ強度を向上させることを目的として、体質顔料の粒子表面が糊剤によって被覆されカーボンブラックが付着している液状半導体封止材料用黒色複合粒子粉末やこれを用いた液状半導体封止材料が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。そして、このような樹脂組成物を用いて、リードフレーム上に搭載した半導体素子をトランスファー成形により封止することによって半導体装置を形成するようにしている。

上記のような樹脂組成物で封止された半導体装置の表面には、識別のためにマーキングが行われている。マーキングの方法としては、熱硬化型、ＵＶ硬化型の特殊なインキでマーキングする方法が知られているが、硬化に時間がかかり、インクの取扱いが容易ではないため、大量生産、低コストによりＹＡＧレーザーマーキングによる方法が増加している。そこで視認性を向上させるエポキシ樹脂組成物として、特定の粒径の球状溶融シリカとカーボンブラックを特定量含有させたエポキシ樹脂組成物や、特定のカーボンブラック着色剤を用いたエポキシ樹脂組成物が提案されている（たとえば、特許文献２、３参照）。

さらに、近年の電気・電子部品や半導体関連部品では多彩な外観色が使用される傾向にあり、良好なデザインにする際には明色樹脂は欠かせない存在となってきていることから、半導体装置におけるＹＡＧレーザーマーキングの視認性（以下「ＹＡＧレーザーマーキング性」とする）をさらに向上させることがのぞまれている。しかしながら、ＹＡＧレーザーマーキング性を向上させるために、カーボンブラックを添加すると明色性とともに成形性、硬化性が劣るという問題があった。また、明色に調整するために明色系顔料を多量に添加した場合には硬化性が劣り、生産性、硬化性に優れた明色樹脂を使用した部品にＹＡＧレーザーマーキングをおこなった場合には文字の視認性が劣るという問題もあった。これらＹＡＧレーザーマーキング性、生産性、硬化性の全てを解決することができる明色系の半導体封止用エポキシ樹脂組成物はいまだ得られていないのが現状である。
特開２００３−２２６８２３号公報 特開平１０−１５８４７９号公報 特開平６−５６９７０号公報

本願発明は、以上の通りの背景から、優れたＹＡＧレーザーマーキング性を示し、明瞭なマーキングが可能で、生産性、硬化性に優れた明色系の半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置を提供することを課題としている。

本願発明は、第１には、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤、並びに着色剤を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、着色剤として、平均粒子径５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲のカーボンブラックと、ホワイトカーボンを含む明色系顔料が含有されていることを特徴とする。

そして、第２には、カーボンブラックはエポキシ樹脂組成物全量に対して０．０１ｗｔ％〜１ｗｔ％の範囲で含有されていることを特徴とする。

さらに、本願発明は、第３には、以上のいずれかの半導体封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子が封止されてなることを特徴とする。

上記第１の発明によれば、着色剤として、平均粒子径５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲のカーボンブラックと、ホワイトカーボンを含む明色系顔料が含有されることで、優れたＹＡＧレーザーマーキング性を示し、明瞭なマーキングが可能となり、さらに生産性、硬化性に優れた明色系の半導体封止用エポキシ樹脂組成物とすることができる。

上記第２の発明によれば、上記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、上記のエポキシ樹脂組成物全量に対してカーボンブラックを０．０１ｗｔ％〜１ｗｔ％の範囲で含有させることで、第１の発明の効果に加えて、さらにＹＡＧレーザーマーキング性が向上する。

以上のような顕著な効果は、上記第３の発明の半導体装置として実際上大きく実現され、優れたＹＡＧレーザーマーキング性を示し、明瞭なマーキングとすることができる。

本願発明は前記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に発明を実施するための最良の形態を説明する。

本願発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤、並びに着色剤を必須成分として含有するもので、着色剤としては、平均粒子径５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲のカーボンブラックと、ホワイトカーボンを含む明色系顔料を含有するものである。

エポキシ樹脂としては特に制限されることなく使用することができ、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を使用することができる。たとえば、ｏ−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、ジシクロペンタンジエン型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂、ナフタレン環を有するエポキシ樹脂等を例示することができる。これらを単独もしくは複数種併用してもよい。

硬化剤としては、１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有し、上記のエポキシ樹脂を硬化させることができるものであれば特に制限されることなく使用することができる。たとえば、フェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、酸無水物硬化剤等を用いることができるが、吸湿率が小さくて信頼性の高いエポキシ樹脂組成物とするにはフェノール系硬化剤を用いることが好ましい。このフェノール系硬化剤としては、たとえばフェノールアラルキル、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、トリフェニルメタン骨格を有する硬化剤、ジシクロ骨格を有する硬化剤、パラキシリレン骨格を有する硬化剤、ナフトールアラルキル等、各種の多価フェノール化合物あるいはナフトール化合物を用いることができる。これらを単独もしくは複数種併用してもよい。フェノール系硬化剤を用いる場合の配合量は、エポキシ樹脂のエポキシ当量／フェノール当量＝０．７〜１．３となるように設定することが好ましい。

硬化促進剤としては、特に制限されるものではないが、トリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、ジアザビシクロウンデセン等の三級アミン類、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類を用いることができる。これらを単独もしくは複数種併用してもよい。硬化促進剤の配合量は半導体封止用エポキシ樹脂組成物のゲル化時間が３０秒前後になるように設定するのが好ましい。

また、本願発明においては、半導体封止用エポキシ樹脂組成物に無機充填剤を含有させるが、無機充填剤としては、非晶質シリカ（溶融シリカ）、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素等各種の無機充填剤を用いることができ、単独もしくは複数種併用してもよい。半導体封止用エポキシ樹脂組成物の流動性等を考慮すると、これらの中でも特に、溶融シリカや結晶シリカを用いることが好ましい。無機充填剤の配合量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して６０〜８５質量％の範囲に設定することが好ましい。無機充填剤の配合量が半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して６０質量％未満の場合、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の封止成形体として必要な低線膨張率、低吸湿率、高信頼性、耐はんだ性等の性能を十分に得ることができない場合があるので好ましくない。８５質量％を超える場合には、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の成形時の流動性が低下して成形性が悪くなる場合があるため好ましくない。

着色剤としては、平均粒子径５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲のカーボンブラックと、ホワイトカーボンを含む明色系顔料が含有されるものであり、着色剤の配合量としては半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％の範囲で含有されていることが好ましい。ここで、カーボンブラックの平均粒子径が５０ｎｍより小さい場合には、明色性が悪くなり、１００ｎｍより大きい場合には、分散不良により外観不良になる。

カーボンブラックの配合量としては、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０１ｗｔ％〜１ｗｔ％の範囲で含有されていることが好ましい。カーボンブラックの配合量が０．０１ｗｔ％未満である場合には、ＹＡＧレーザーマーキング性が劣るため好ましくない。１ｗｔ％を超える場合には、明色性が劣る。

本願発明に用いるホワイトカーボンは、必須成分として明色系顔料に含まれるものであり、市販品であってもよい。ここでホワイトカーボンとは、カーボンブラックに匹敵する白色補強剤を願望する技術者的用語であり、たとえば無水ケイ酸、、含水ケイ酸、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、二酸化ケイ素等が挙げられ、各種の製品が市販されている。また、ホワイトカーボンの粒径は、通常の市販品として利用される範囲、もしくはそれ以下であってもよい。

ホワイトカーボンの配合量としては、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．５〜５ｗｔ％の範囲で含有されていることが好ましい。なお、このホワイトカーボンは上記の無機充填剤には含まれないものとする。

また、ホワイトカーボン以外の明色系顔料としては、無機顔料と有機顔料のうちいずれか、もしくは両者併用して用いてもよい。無機顔料は天然産または合成の無機化合物からなるものであり、たとえば酸化物系、水酸化物系、硫酸バリウム、グンジョウ等が挙げられる。有機顔料は有機化合物を主体としたもので、レーキ（水流性の染料に沈殿剤を加えて不溶性にしたもの）、顔料色素（水に不溶性の色素を加えたもの）等があり、たとえばアゾ系、アゾレーキ系、不溶性アゾ系、縮合多環系、フタロシアニン系、ジオキサン系が挙げられる。

このようにホワイトカーボンを含む明色系顔料が含有されていることで、優れたＹＡＧレーザーマーキング性を示すものである。

そして、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤、並びに着色剤を配合し、さらに必要に応じて、ステアリン酸、モンタン酸、モンタン酸エステル、リン酸エステル、天然カルナバ等のワックス、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランやγ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤、ブロム化エポキシ樹脂等の難燃剤、三酸化アンチモン等の難燃助剤等を配合してもよい。ワックスの配合量としては、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．３ｗｔ％〜５ｗｔ％の範囲で含有されていることが好ましい。

上記のようなエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤、並びに着色剤等をミキサー、ブレンダー等で均一に混合した後、ニーダーやロール等で加熱混練することにより、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製することができる。なお、加熱混練した後で必要に応じて冷却固化し、粉砕して粉状等にして使用することもできる。

そして、上記のようにして調製した半導体封止用エポキシ樹脂組成物を封止成形することによって、半導体装置を作製することができる。たとえば、ＩＣ等の半導体素子を搭載したリードフレームをトランスファー成形金型にセットし、トランスファー成形を行うことによって、半導体素子を封止樹脂で封止した半導体装置を作製することができる。このトランスファー成形を採用した場合の金型の温度は１７０〜１８０℃、成形時間は３０〜１２０秒に設定することができるが、金型の温度や成形時間及びその他の成形条件は、従来の封止成形と同様に設定することができ、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の材料（成分）の種類や製造される半導体装置の種類等によって適宜設定変更するものである。

このような半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、優れたＹＡＧレーザーマーキング性を示し、明瞭なマーキングが可能となり、さらに生産性、硬化性に優れた明色系の半導体封止用エポキシ樹脂組成物とするものである。

そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん以下の例によって発明が限定されることはない。

＜実施例１〜４および比較例１〜４＞
表１に示す配合（配合量の単位は重量基準）の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製した。表１中の各成分の詳細は以下の通りである。

ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂：エポキシ当量１０５
フェノールノボラック樹脂：ＯＨ当量１０５
カーボンブラック：平均粒子径２２ｎｍ
平均粒子径５５ｎｍ
平均粒子径８５ｎｍ
明色系顔料：コバルトブルー
：ホワイトカーボン
＜ＹＡＧレーザーマーキング性の評価＞
上記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて１７５℃の条件でリード挿入実装型のパッケージ１６ＤＩＰを成形した。この成形品を日本電気（株）製ＹＡＧレーザーマーキング装置で捺印し、印字の視認性を目視で確認し評価した。その視認性が良好なものを「○」、やや悪いが実使用可能ものを「△」、悪いものを「×」として評価した。
これらの結果を表１に示す。
＜硬化性の評価＞
金型温度１７５℃、注入圧力７ＭＰａで表面実装型のパッケージＱＦＰを成形し、成形時間が１２０ｓ以内で成形できたものを「○」、未硬化で成形できないものを「×」として目視で評価した。
これらの結果を表１に示す。

表１の結果より、実施例１〜４では、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤、並びに着色剤を必須成分として含有し、着色剤として、平均粒子径５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲のカーボンブラックと、ホワイトカーボンを含む明色系顔料が含有されていることで、優れたＹＡＧレーザーマーキング性を示し、硬化性に優れていることが確認された。

Claims (3)

1. エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤、並びに着色剤を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、着色剤として、平均粒子径５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲のカーボンブラックと、ホワイトカーボンを含む明色系顔料が含有されていることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
2. カーボンブラックはエポキシ樹脂組成物全量に対して０．０１ｗｔ％〜１ｗｔ％の範囲で含有されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 請求項１または２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子が封止されてなることを特徴とする半導体装置。