JP2006206827A - Liquid sealing epoxy resin composition and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子を封止するために用いられる液状封止用エポキシ樹脂組成物及びこの液状封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止した半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid sealing epoxy resin composition used for sealing a semiconductor element and a semiconductor device sealed using this liquid sealing epoxy resin composition.
近年、樹脂封止型の半導体装置（半導体パッケージ）は、デバイスの高密度化、高集積化、動作の高速化等の傾向にあり、従来型のパッケージ（ＱＦＰ（クワドフラットパッケージ）等）よりさらに小型化、薄型化することができる半導体素子のパッケージが要求されている。これらの要求に対してＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）及びＣＳＰ（チップサイズパッケージ）、ベアチップ実装といった高密度実装が可能なパッケージが注目されている。 In recent years, resin-encapsulated semiconductor devices (semiconductor packages) tend to have higher device density, higher integration, higher operation speed, and the like, and are more than conventional packages (QFP (quad flat package), etc.). There is a demand for a package of a semiconductor element that can be reduced in size and thickness. In response to these demands, packages capable of high-density mounting such as BGA (ball grid array), CSP (chip size package), and bare chip mounting have attracted attention.
このようなパッケージを用いた電化製品としてはデジタルカメラやビデオ、ノート型パソコン、携帯電話等を挙げることができる。今後は、製品自体の小型化、薄型化、複雑化に伴って耐衝撃性やその他の信頼性が求められるとともに、電化製品の内部の基板や電子部品にも同様な性質が求められるものである。 Examples of electrical appliances using such a package include digital cameras, videos, notebook computers, and mobile phones. In the future, as the products themselves become smaller, thinner, and more complex, impact resistance and other reliability will be required, and the same properties will be required for the substrates and electronic components inside electrical appliances. .
従来、樹脂封止型の半導体装置においては、半導体素子を封止する封止樹脂として、ビスフェノール型エポキシ樹脂や脂環式エポキシ樹脂等を主要成分とし、液状の酸無水物やフェノールノボラック樹脂等の硬化剤、さらに無機充填材等を含んだエポキシ樹脂組成物が用いられてきた。 Conventionally, in a resin-sealed semiconductor device, as a sealing resin for sealing a semiconductor element, a bisphenol type epoxy resin, an alicyclic epoxy resin, or the like is a main component, and a liquid acid anhydride, a phenol novolak resin, or the like is used. An epoxy resin composition containing a curing agent and an inorganic filler has been used.
ところが、このようなエポキシ樹脂組成物で封止した半導体装置においては、チップ等の半導体素子と、封止樹脂が硬化した硬化物との間の熱膨張係数の差が大きく、このためヒートサイクル試験を行った際に応力が発生したり、また、ＪＥＤＥＣ ＬＥＶＥＬの吸湿試験により吸湿した水分が高温に曝される際に急激に気化膨張したりして、半導体素子や硬化物にクラックが生じ、製品としての信頼性の低下を招いていた。 However, in a semiconductor device encapsulated with such an epoxy resin composition, there is a large difference in thermal expansion coefficient between a semiconductor element such as a chip and a cured product obtained by curing the encapsulating resin. When stress is generated, the moisture absorbed by the moisture absorption test of JEDEC LEVEL rapidly vaporizes and expands when exposed to high temperatures, causing cracks in the semiconductor element and the cured product. As a result, the reliability was reduced.
そこで、このような問題を解決するために、半導体素子と硬化物との間の熱膨張係数の差を低減する手法が検討され、その結果、エポキシ樹脂組成物に無機充填材を高充填させたり、シリコーンを添加したりして、硬化物を応力緩和し易くする方法が有効であるとの結論を得た（例えば、特許文献１）。
しかしながら、液状のエポキシ樹脂組成物に無機充填材を高充填させると、硬化物の耐熱性は向上するものの、封止成形時において粘度が上昇して流動性が失われ、半導体素子の封止作業が困難となり、しかも、硬化物の密着性も低下するおそれがあった。また逆に、流動性や密着性を確保するために無機充填材の配合量を減らすと、硬化物の耐熱衝撃性等の耐熱性を高く得ることができなくなるという傾向がみられるものであった。 However, if the liquid epoxy resin composition is highly filled with an inorganic filler, the heat resistance of the cured product is improved, but the viscosity increases during sealing molding and the fluidity is lost. In addition, there is a risk that the adhesion of the cured product may be reduced. Conversely, if the amount of the inorganic filler is reduced to ensure fluidity and adhesion, there is a tendency that heat resistance such as thermal shock resistance of the cured product cannot be obtained. .
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、密着性及び耐熱性に優れた液状封止用エポキシ樹脂組成物及びこの液状封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止した半導体装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points. An epoxy resin composition for liquid sealing excellent in adhesion and heat resistance and a semiconductor device sealed using the epoxy resin composition for liquid sealing are provided. It is intended to provide.
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る液状封止用エポキシ樹脂組成物においては、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤を含有する液状封止用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂として、ナフタレン型エポキシ樹脂、３官能型エポキシ樹脂及び４官能型エポキシ樹脂のうちの少なくとも一つを配合するとともに、ナフタレン型エポキシ樹脂を用いる場合はエポキシ樹脂の全量に対して２０質量％以上、３官能型エポキシ樹脂又は４官能型エポキシ樹脂を用いる場合はエポキシ樹脂の全量に対して５〜２０質量％配合し、硬化剤として、下記化学式（１）で示される酸無水物系硬化剤を、酸無水物系硬化剤の全量に対して１０〜７０質量％配合して成ることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, in the epoxy resin composition for liquid sealing according to claim 1 of the present invention, an epoxy resin composition for liquid sealing containing an epoxy resin, a curing agent, and a curing accelerator is used. As a resin, at least one of a naphthalene type epoxy resin, a trifunctional type epoxy resin, and a tetrafunctional type epoxy resin is blended, and when using a naphthalene type epoxy resin, 20% by mass or more based on the total amount of the epoxy resin, When a trifunctional epoxy resin or a tetrafunctional epoxy resin is used, it is blended in an amount of 5 to 20% by mass based on the total amount of the epoxy resin, and an acid anhydride curing agent represented by the following chemical formula (1) is used as a curing agent. It is characterized by comprising 10 to 70% by mass based on the total amount of the acid anhydride curing agent.
請求項２に係る液状封止用エポキシ樹脂組成物においては、硬化促進剤として、アミン系及びイミダゾール系のうちの少なくとも一方を配合して成ることを特徴とする。 The liquid sealing epoxy resin composition according to claim 2 is characterized in that at least one of amine and imidazole is blended as a curing accelerator.
請求項３に係る液状封止用エポキシ樹脂組成物においては、硬化剤として、前記化学式（１）で示される酸無水物系硬化剤に加えて多官能型の酸無水物系硬化剤を配合して成ることを特徴とする。 In the liquid sealing epoxy resin composition according to claim 3, in addition to the acid anhydride curing agent represented by the chemical formula (1), a polyfunctional acid anhydride curing agent is blended as the curing agent. It is characterized by comprising.
請求項４に係る液状封止用エポキシ樹脂組成物においては、無機充填材を配合して成ることを特徴とする。 The liquid sealing epoxy resin composition according to claim 4 is characterized by blending an inorganic filler.
請求項５に係る半導体装置においては、請求項１〜４のいずれかに記載の液状封止用エポキシ樹脂組成物により封止されて成ることを特徴とする。 A semiconductor device according to a fifth aspect is characterized by being sealed with the liquid sealing epoxy resin composition according to any one of the first to fourth aspects.
上記本発明の請求項１によれば、密着性及び耐熱性に優れた液状封止用エポキシ樹脂組成物を得ることができる。 According to the first aspect of the present invention, a liquid sealing epoxy resin composition having excellent adhesion and heat resistance can be obtained.
上記本発明の請求項２によれば、液状封止用エポキシ樹脂組成物の硬化性を良好に確保することができる
上記本発明の請求項３によれば、液状封止用エポキシ樹脂組成物の耐熱性をより高めることができる。
According to the second aspect of the present invention, the curability of the liquid sealing epoxy resin composition can be ensured satisfactorily. According to the third aspect of the present invention, the liquid sealing epoxy resin composition Heat resistance can be further increased.
上記本発明の請求項４によれば、硬化物の吸湿性を低く抑えることができるとともに、線膨張を低く抑えることができる。 According to claim 4 of the present invention, the hygroscopicity of the cured product can be kept low, and the linear expansion can be kept low.
上記本発明の請求項５によれば、密着性及び耐熱性に優れた半導体装置を得ることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, a semiconductor device having excellent adhesion and heat resistance can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
本発明ではエポキシ樹脂として、ナフタレン型エポキシ樹脂、３官能型エポキシ樹脂及び４官能型エポキシ樹脂のうちの少なくとも一つを必須化合物とする。 In the present invention, as an epoxy resin, at least one of a naphthalene type epoxy resin, a trifunctional type epoxy resin, and a tetrafunctional type epoxy resin is used as an essential compound.
ナフタレン型エポキシ樹脂としては、例えば、１，６−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタレン等が挙げられる。 Examples of the naphthalene type epoxy resin include 1,6-bis (2,3-epoxypropoxy) naphthalene.
また、３官能型エポキシ樹脂及び４官能型エポキシ樹脂としては、下記化学式（２）〜（７）に示されるようなものが挙げられる。ここで、化学式中のＧはグリシジル基を示す。 Examples of the trifunctional epoxy resin and the tetrafunctional epoxy resin include those represented by the following chemical formulas (2) to (7). Here, G in the chemical formula represents a glycidyl group.
なお、エポキシ樹脂として上記必須化合物以外のエポキシ樹脂を併用してもよいものであり、特に限定されるものではないが、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、脂肪族系エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレート等が挙げられ、これらの中から１種又は２種以上選んで使用することができる。これらの中でも、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂が、粘度と硬化物の物性の点から特に好ましい。 An epoxy resin other than the above essential compounds may be used in combination as the epoxy resin, and is not particularly limited. For example, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin , Biphenyl type epoxy resin, alicyclic epoxy resin, dicyclopentadiene type epoxy resin having dicyclopentadiene skeleton, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, triphenylmethane type epoxy resin, aliphatic epoxy resin, Triglycidyl isocyanurate and the like can be mentioned, and one or more of these can be selected and used. Among these, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, and alicyclic epoxy resin are particularly preferable from the viewpoints of viscosity and physical properties of the cured product.
また本発明における、上記必須化合物であるエポキシ樹脂の配合量については、ナフタレン型エポキシ樹脂を用いる場合はエポキシ樹脂の全量に対して２０質量％以上、３官能型エポキシ樹脂又は４官能型エポキシ樹脂を用いる場合はエポキシ樹脂の全量に対して５〜２０質量％とする。 Moreover, about the compounding quantity of the epoxy resin which is the said essential compound in this invention, when using a naphthalene type epoxy resin, 20 mass% or more with respect to the whole quantity of an epoxy resin, a trifunctional type epoxy resin or a tetrafunctional type epoxy resin is used. When using, it is 5-20 mass% with respect to the whole quantity of an epoxy resin.
この理由として、ナフタレン型エポキシ樹脂を用いる場合においては、配合量がエポキシ樹脂の全量に対して２０質量％未満であると、耐熱性の向上という本発明の目的を達成することができないためである。なお、配合量の上限としては特に限定されるものではない。 This is because, in the case of using a naphthalene type epoxy resin, if the blending amount is less than 20% by mass with respect to the total amount of the epoxy resin, the object of the present invention of improving heat resistance cannot be achieved. . The upper limit of the amount is not particularly limited.
また、３官能型エポキシ樹脂又は４官能型エポキシ樹脂を用いる場合においては、配合量がエポキシ樹脂の全量に対して５質量％未満であると、耐熱性の向上という本発明の目的を達成することができず、逆に、２０質量％を超えると、液状封止用エポキシ樹脂組成物の粘度が高くなりすぎて封止を行う際の作業性が低下するためである。 In the case of using a trifunctional epoxy resin or a tetrafunctional epoxy resin, when the blending amount is less than 5% by mass with respect to the total amount of the epoxy resin, the object of the present invention to improve heat resistance is achieved. On the contrary, when it exceeds 20% by mass, the viscosity of the liquid sealing epoxy resin composition becomes too high, and workability at the time of sealing is lowered.
本発明においては硬化剤として、下記化学式（１）で示される酸無水物系硬化剤を、酸無水物系硬化剤の全量に対して１０〜７０質量％配合して成るものである。 In the present invention, as the curing agent, an acid anhydride curing agent represented by the following chemical formula (1) is blended in an amount of 10 to 70% by mass based on the total amount of the acid anhydride curing agent.
その他併用する硬化剤は通常エポキシ樹脂と硬化するものであれば特に問題はない。例えば、ジアミノジフェニルメタン、メタフェニレンジアミン等のアミン系硬化材、無水フタル酸、無水ピロメリット酸等の酸無水物系硬化材、フェノールノボラック系硬化材等が挙げられる。また、多官能型酸無水物系硬化剤としては下記化学式（８）〜（１３）に示されるようなものが挙げられる。 Any other curing agent may be used as long as it usually cures with an epoxy resin. Examples thereof include amine-based curing materials such as diaminodiphenylmethane and metaphenylenediamine, acid anhydride-based curing materials such as phthalic anhydride and pyromellitic anhydride, and phenol novolac-based curing materials. Examples of the polyfunctional acid anhydride curing agent include those represented by the following chemical formulas (8) to (13).
本発明では、配合されるエポキシ樹脂に対する硬化剤の化学量論上の当量比は、０．６〜１．４の範囲が好適である。当量比が０．６未満であると、本発明の液状封止用エポキシ樹脂組成物が硬化しにくくなったり、硬化物の耐熱性や強度が低下したりするので好ましくない。 逆に、当量比が１．４を超えると、硬化物の耐熱性や接着強度が低下したり、硬化物の吸湿率が高くなったりする等の欠点が発現するおそれがあるので好ましくない。なお、上記の当量比は、０．７５〜１の範囲が特に好ましい。 In this invention, the range of 0.6-1.4 is suitable for the stoichiometric equivalent ratio of the hardening | curing agent with respect to the epoxy resin mix | blended. If the equivalent ratio is less than 0.6, the epoxy resin composition for liquid sealing of the present invention is not easily cured, and the heat resistance and strength of the cured product are lowered, which is not preferable. On the other hand, if the equivalent ratio exceeds 1.4, the heat resistance and adhesive strength of the cured product may be reduced, and the moisture absorption rate of the cured product may be increased. In addition, as for said equivalent ratio, the range of 0.75-1 is especially preferable.
また、信頼性の点からＮａイオンやＣｌイオン、Ｂｒイオン等の不純物が出来るだけ少ないエポキシ樹脂及び硬化剤を使用する方が好ましい。 From the viewpoint of reliability, it is preferable to use an epoxy resin and a curing agent that have as few impurities as possible such as Na ions, Cl ions, and Br ions.
本発明で用いられる硬化促進剤としては、イミダゾール骨格を持ったイミダゾール系のものもしくはアミン系のもの（アミン類化合物）のうちの少なくとも一方を用いるのが好ましく、これにより、本発明の液状封止用エポキシ樹脂組成物の保存性及び硬化性を良好に確保することができる。 As the curing accelerator used in the present invention, it is preferable to use at least one of an imidazole-based compound having an imidazole skeleton or an amine-based compound (amine compound), whereby the liquid sealing of the present invention is used. The storability and curability of the epoxy resin composition can be ensured satisfactorily.
このような硬化促進剤としては、例えば、１〜３級のアミン類もしくはその塩、トリアゾール類もしくはその塩、イミダゾール類もしくはその塩、ジアザビシクロウンデンセン（ＤＵＢ）などのジアザビシクロアルケン類もしくはその塩等の公知のものを単独又は２種類以上併用することができる。さらに、上記のような単一の化学構造を持つもの以外に、イミダゾール骨格を有する化合物からなる核の周りに熱硬化性樹脂の被膜を配した微細球（いわゆるマイクロカプセル）、又はアミンアダクトの粒子などが硬化促進剤として好適に用いられる。 Examples of such curing accelerators include, for example, primary to tertiary amines or salts thereof, triazoles or salts thereof, imidazoles or salts thereof, diazabicycloalkenes such as diazabicycloundenecene (DUB), or Known salts such as salts thereof can be used alone or in combination of two or more. Further, in addition to those having a single chemical structure as described above, fine spheres (so-called microcapsules) in which a thermosetting resin film is arranged around a core made of a compound having an imidazole skeleton, or amine adduct particles Etc. are suitably used as the curing accelerator.
本発明で用いられる無機充填材としては、特に限定されるものではないが、例えば、結晶シリカ、溶融シリカ、微粉シリカ、アルミナ、マグネシア、窒化珪素等を用いるのが好ましい。また、これらの無機充填材は本発明の液状封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して５０〜８５質量％の割合で配合することが好ましい。無機充填材の配合量が５０質量％未満であると、本発明の液状封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物の線膨張係数を低減することが難しく、ヒートサイクル性の低下などのように耐熱性が向上しにくくなる恐れがある。一方、無機充填材の配合量が８５質量％を超えると、本発明の液状封止用エポキシ樹脂組成物の粘度が高くなり、流動性が損なわれて使用することが困難になる恐れがある。 The inorganic filler used in the present invention is not particularly limited. For example, it is preferable to use crystalline silica, fused silica, finely divided silica, alumina, magnesia, silicon nitride, or the like. Moreover, it is preferable to mix | blend these inorganic fillers in the ratio of 50-85 mass% with respect to the whole quantity of the epoxy resin composition for liquid sealing of this invention. When the blending amount of the inorganic filler is less than 50% by mass, it is difficult to reduce the linear expansion coefficient of the cured product of the liquid sealing epoxy resin composition of the present invention, and heat resistance such as a decrease in heat cycleability May be difficult to improve. On the other hand, when the compounding quantity of an inorganic filler exceeds 85 mass%, there exists a possibility that the viscosity of the epoxy resin composition for liquid sealing of this invention may become high, and fluidity may be impaired and it may become difficult to use.
また近年、金線ワイヤー間、バンプ間、充填ギャップ間（半導体素子と配線基板との間の隙間）が狭くなっていることから、無機充填材の粒径は、ある程度細かい方が好ましい。すなわち、無機充填材の粒径を細かくすることに伴う液状封止用エポキシ樹脂組成物の粘度上昇や、硬化時における無機充填材の沈降を考慮すると、具体的には、粒径３０μｍ以上のものが全体の２０質量％以下であって、粒径１μｍ以下のものが全体の５〜４０質量％であるものを用いるのが好ましい。 In recent years, since the distance between the gold wire, between the bumps, and between the filling gaps (gap between the semiconductor element and the wiring substrate) is narrow, the particle size of the inorganic filler is preferably as small as possible. That is, in consideration of the increase in viscosity of the epoxy resin composition for liquid sealing accompanying the finer particle size of the inorganic filler and the sedimentation of the inorganic filler during curing, specifically, those having a particle size of 30 μm or more Is preferably 20% by mass or less of the total, and those having a particle size of 1 μm or less are 5 to 40% by mass of the total.
本発明に係る液状封止用エポキシ樹脂組成物は、上述したようなエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材の他に、エポキシシランカップリング剤等のカップリング剤、界面活性剤、難燃剤、離型剤、消泡剤、染料、顔料等を配合することもできる。 The epoxy resin composition for liquid sealing according to the present invention includes, in addition to the epoxy resin, the curing agent, the curing accelerator, and the inorganic filler as described above, a coupling agent such as an epoxy silane coupling agent, a surfactant, Flame retardants, mold release agents, antifoaming agents, dyes, pigments and the like can also be blended.
カップリング剤としては、シランカップリング剤が望ましく、その種類はエポキシ系、アミノ系、ビニル系、メタクリル系、チタネート系などエポキシ樹脂の改質、基板等の密着性を向上させる等の目的で用いられるものが好ましい。 As the coupling agent, a silane coupling agent is desirable, and its type is used for the purpose of improving the adhesion of an epoxy resin such as epoxy, amino, vinyl, methacrylic, titanate, etc., and improving the adhesion of a substrate, etc. Are preferred.
シランカップリング剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−（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等のエポキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等のアミノシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプトシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）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、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のビニルシラン、更に、エポキシ系、アミノ系、ビニル系の高分子タイプのシラン等があり、特に、エポキシシラン、アミノシラン、メルカプトシランが好適である。 Examples of silane coupling agents include epoxy silanes such as γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltriethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, and γ-aminopropyl. Aminosilanes such as triethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-ureidopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltri Mercaptosilane such as methoxysilane, p-styryltrimethoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltris (β-methoxyethoxy) silane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, etc. Vinyl silanes, epoxy-type, amino-type, and vinyl-type polymer silanes. Epoxy silane, amino silane, and mercapto silane are particularly preferable.
チタネートカップリング剤としては、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミノエチル・アミノエチル）チタネート、ジイソプロピルビス（ジオクチルホスフェート）チタネート、テトライソプロピルビス（ジオクチルホスファイト）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスファイト）チタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）オキシアセテートチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）エチレンチタネート等が挙げられる。 Titanate coupling agents include isopropyl triisostearoyl titanate, isopropyl tri (N-aminoethyl / aminoethyl) titanate, diisopropyl bis (dioctyl phosphate) titanate, tetraisopropyl bis (dioctyl phosphite) titanate, tetraoctyl bis (ditridecyl) Examples thereof include phosphite) titanate, bis (dioctylpyrophosphate) oxyacetate titanate, and bis (dioctylpyrophosphate) ethylene titanate.
これらのカップリング剤は、単独で使用しても良いし、２種類以上を組み合わせて使用してもよい。 These coupling agents may be used alone or in combination of two or more.
これらのカップリング剤は、前記化学式（１）で示される酸無水物系硬化剤を含む液状封止用エポキシ樹脂組成物中に配合されることで、封止樹脂と半導体チップ及び回路基板の界面の接着性を向上して、半導体装置の信頼性を高めることができるようになる。また、カップリング剤の使用方法は、無機充填材を配合する場合においては、あらかじめ無機充填材に対して湿式法あるいは乾式法で処理しても良いし、無機充填材の配合有無に関わらず封止樹脂に混合するインテグラルブレンド法で使用しても良い。 These coupling agents are blended in the liquid sealing epoxy resin composition containing the acid anhydride curing agent represented by the chemical formula (1), so that the interface between the sealing resin, the semiconductor chip, and the circuit board is obtained. Thus, the reliability of the semiconductor device can be improved. In addition, when using an inorganic filler, the coupling agent may be treated in advance by a wet method or a dry method with respect to the inorganic filler, or sealed regardless of the presence or absence of the inorganic filler. You may use by the integral blend method mixed with a stop resin.
そして、本発明に係る液状封止用エポキシ樹脂組成物を調製するにあたっては、以下のようにして行うことができる。すなわち、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、その他必要に応じてカップリング剤、界面活性剤、難燃剤、離型剤、消泡剤、染料、顔料等を一緒に又は別々に配合し、必要に応じて加熱冷蔵処理を行いながら撹拌、溶解、混合、分散を行う。次に、この混合物に無機充填材を加えて、必要に応じて加熱冷蔵処理を行いながら撹拌、溶解、混合、分散を行うことによって、液状のエポキシ樹脂組成物を調製することができるものである。なお、上記の撹拌、溶解、混合、分散等の工程において、ディスパー、プラネタリーミキサー、ボールミル、３本ロール等を適宜組み合わせて使用することができる。 And in preparing the epoxy resin composition for liquid sealing which concerns on this invention, it can carry out as follows. In other words, the above epoxy resins, curing agents, curing accelerators, and other coupling agents, surfactants, flame retardants, mold release agents, antifoaming agents, dyes, pigments, etc. may be blended together or separately. Then, stirring, dissolution, mixing, and dispersion are performed while performing a heating and refrigeration treatment as necessary. Next, a liquid epoxy resin composition can be prepared by adding an inorganic filler to the mixture and stirring, dissolving, mixing, and dispersing while performing a heating and refrigeration treatment as necessary. . In the steps of stirring, dissolving, mixing, dispersing and the like, a disper, a planetary mixer, a ball mill, a three roll, etc. can be used in appropriate combination.
次に、上記のようにして調製した液状封止用エポキシ樹脂組成物を用いて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。例えば、ガラス・エポキシ配線基板（ガラエポ基板）に搭載されたＩＣチップ等の半導体素子を液状封止用エポキシ樹脂組成物でポッティング方式によりモールドすることによって、半導体素子をエポキシ樹脂組成物による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ものである。 Next, the semiconductor device can be manufactured by sealing and molding using the liquid sealing epoxy resin composition prepared as described above. For example, by sealing a semiconductor element such as an IC chip mounted on a glass / epoxy wiring board (glass epoxy board) with a liquid sealing epoxy resin composition by a potting method, the semiconductor element is sealed with an epoxy resin composition. The semiconductor device sealed with can be manufactured.
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
（実施例１〜１２及び比較例１〜９）
表１〜３に示す配合量でエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、及び無機充填材以外の成分を一緒にまたは別々に配合し、加熱冷蔵処理を行いながら攪拌、溶解、混合、分散を行った。次に、この混合物に無機充填材を加えて、加熱冷蔵処理を行いながら攪拌、溶解、混合、分散を行った。このようにして液状のエポキシ樹脂組成物で成る封止材料を得た。
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples.
(Examples 1-12 and Comparative Examples 1-9)
Components other than the epoxy resin, curing agent, curing accelerator, and inorganic filler are blended together or separately in the blending amounts shown in Tables 1 to 3, and stirring, dissolution, mixing, and dispersion are performed while heating and refrigeration. It was. Next, an inorganic filler was added to this mixture, and stirring, dissolution, mixing, and dispersion were performed while performing a heat-refrigeration treatment. Thus, the sealing material which consists of a liquid epoxy resin composition was obtained.
ここで、各材料としては以下のものを用いた。
（エポキシ樹脂）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂：ジャパンエポキシレジン（株）（油化シェルエポキシ（株））の「エピコート８２８」、エポキシ当量１８９
ナフタレン型エポキシ樹脂：大日本インキ化学工業（株）の「ＨＰ−４０３２Ｄ」、エポキシ当量１４３
３官能型エポキシ樹脂：日産化学工業（株）の「ＴＥＰＩＣ−Ｓ」、エポキシ当量９９
４官能型エポキシ樹脂：大日本インキ化学工業（株）の「ＥＸＡ４７０１」、エポキシ当量１６９
（硬化剤）
多官能型でない酸無水物Ａ：メチルテトラヒドロ無水フタル酸、新日本理化（株）の「ＭＨ−７００」、酸無水物当量１６６
３官能型酸無水物Ｂ：大日本インキ化学工業（株）の「Ｂ４４００」、酸無水物当量１４０
４官能型酸無水物Ｃ：ジャパンエポキシレジン（株）の「ＰＭＤＡ」、酸無水物当量２１８
化学式（１）で示される酸無水物Ｄ：ジャパンエポキシレジン（株）の「ＤＥＧＡＮ」、酸無水物当量１７０
（硬化促進剤）
硬化促進剤Ａ（イミダゾール系）：イミダゾール系マイクロカプセル型潜在性触媒、旭化成エポキシ（株）の「ＨＸ３０８８」
硬化促進剤Ｂ（リン系）：トリフェニルホスフィン、北興化学工業（株）の「ＴＰＰ」
硬化促進剤Ｃ（アミン系）： アミン変性触媒、旭電化工業（株）の「ＥＨ３８４９Ｓ」
（カップリング剤）
カップリング剤：エポキシシランカップリング剤、日本ユニカー（株）の「Ａ−１８７」
（無機充填材）
無機充填材：溶融シリカ、(株)トクヤマの「ＳＥ１５」、平均粒径１５μｍ
そして、実施例１〜１４及び比較例１〜７の液状封止用エポキシ樹脂組成物及びその成形体（硬化物）について以下の物性評価を行った。
Here, the following were used as each material.
(Epoxy resin)
Bisphenol A type epoxy resin: “Epicoat 828” of Japan Epoxy Resin Co., Ltd. (Oilized Shell Epoxy Co., Ltd.), epoxy equivalent 189
Naphthalene type epoxy resin: “HP-4032D” of Dainippon Ink & Chemicals, Inc., epoxy equivalent 143
Trifunctional epoxy resin: “TEPIC-S”, Nissan Chemical Industries, Ltd., epoxy equivalent 99
Tetrafunctional epoxy resin: “EXA4701” from Dainippon Ink & Chemicals, Inc., epoxy equivalent 169
(Curing agent)
Non-polyfunctional acid anhydride A: methyltetrahydrophthalic anhydride, “MH-700” from Shin Nippon Rika Co., Ltd., acid anhydride equivalent 166
Trifunctional acid anhydride B: “B4400” from Dainippon Ink & Chemicals, Inc., acid anhydride equivalent 140
Tetrafunctional acid anhydride C: “PMDA” of Japan Epoxy Resin Co., Ltd., acid anhydride equivalent 218
Acid anhydride D represented by chemical formula (1): “DEGAN” of Japan Epoxy Resin Co., Ltd., acid anhydride equivalent 170
(Curing accelerator)
Curing accelerator A (imidazole): imidazole microcapsule type latent catalyst, “HX3088” from Asahi Kasei Epoxy Co., Ltd.
Curing Accelerator B (Phosphorus): Triphenylphosphine, “TPP” from Hokuko Chemical Co., Ltd.
Curing accelerator C (amine-based): amine-modified catalyst, “EH3849S” from Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.
(Coupling agent)
Coupling agent: Epoxy silane coupling agent, “A-187” of Nippon Unicar Co., Ltd.
(Inorganic filler)
Inorganic filler: fused silica, “SE15” from Tokuyama Corporation, average particle size 15 μm
And the following physical-property evaluation was performed about the epoxy resin composition for liquid sealing of Examples 1-14 and Comparative Examples 1-7, and its molded object (hardened | cured material).
評価用のアルミ回路を形成した３ｍｍ角のチップを、ＦＲ４グレード相当のガラエポ基板（５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さｔ＝０．６ｍｍ）に搭載し、２５μｍの金線ワイヤーをボンディングすることにより、ＴＥＧ（テストエレメントグループ）を作製した。次いで、上記の液状封止用エポキシ樹脂組成物を１．５〜３ｇ程度用いてチップ及び金線ワイヤーが見えなくなるようにＴＥＧを封止し、１００℃で１時間硬化させた後に、さらに１５０℃で２時間硬化させることによって、評価用パッケージを得た。
（ＴＣ試験）
次に、半導体装置の電気的動作確認結果が良品であったものについて、−５５℃で３０分、室温で５分、１５０℃で３０分、室温で５分を１サイクルとする気相の温度サイクル試験にかけ、２０００サイクル後の半導体装置の電気的動作確認を行い、良否を判断した。各実施例及び比較例について１０個の半導体装置を供試サンプルとし、供試サンプル中の不良数が０〜３個を○、４〜６個を△、７〜１０個を×とした。
A 3 mm square chip on which an aluminum circuit for evaluation is formed is mounted on a glass epoxy substrate (50 mm × 50 mm, thickness t = 0.6 mm) equivalent to an FR4 grade, and a 25 μm gold wire is bonded to form a TEG ( Test element group) was prepared. Next, the TEG was sealed using about 1.5 to 3 g of the above liquid sealing epoxy resin composition so that the chip and the gold wire were not visible, and cured at 100 ° C. for 1 hour, and then further 150 ° C. For 2 hours to obtain an evaluation package.
(TC test)
Next, with respect to a semiconductor device whose electrical operation check result was a non-defective product, the gas phase temperature was set to one cycle of −55 ° C. for 30 minutes, room temperature for 5 minutes, 150 ° C. for 30 minutes, and room temperature for 5 minutes. A cycle test was conducted, and the electrical operation of the semiconductor device after 2000 cycles was checked to determine whether it was acceptable. For each of the examples and comparative examples, 10 semiconductor devices were used as test samples, the number of defects in the test sample was 0-3, ◯, 4-6 were Δ, and 7-10 were x.
また、上記の２０００サイクル後、供試サンプルの外観検査を行い、樹脂フィレット部にクラックが発生しているか否かの確認を行った。クラックが発生している供試サンプルの個数が０〜３個を○、４〜６個を△、７〜１０個を×とした。
（プレッシャークッカー試験）
上記と同様に半導体装置の電気的動作確認結果が良品であったものについて、０．２ＭＰａ（２気圧）で１２１℃のプレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）にかけ、１６８時間後の半導体装置の電気的動作確認を行い、良否を判断した。各実施例及び比較例について１０個の半導体装置を供試サンプルとし、供試サンプル中の不良数が０〜３個を○、４〜６個を△、７〜１０個を×とした。
（粘度）
東京計器製のＢ８型粘度計（ローターＮｏ７)を用いて、２５℃の液状封止材料の粘度を測定して、１分後の値を粘度とした。そして、粘度が、１２０Ｐａ・ｓ以下を○、１２０Ｐａ・ｓ〜２００Ｐａ・ｓを△、２０１Ｐａ・ｓ以上を×とした。
In addition, after the above 2000 cycles, an appearance inspection of the test sample was performed, and it was confirmed whether or not a crack was generated in the resin fillet portion. The number of test samples in which cracks occurred was 0-3, ◯, 4-6, and 7-10.
(Pressure cooker test)
Similar to the above, when the result of confirming the electrical operation of the semiconductor device was a non-defective product, it was subjected to a pressure cooker test (PCT) at 121 MPa at 0.2 MPa (2 atm) and the electrical operation of the semiconductor device was confirmed after 168 hours. And judged the quality. For each of the examples and comparative examples, 10 semiconductor devices were used as test samples, the number of defects in the test sample was 0-3, ◯, 4-6 were Δ, and 7-10 were x.
(viscosity)
Using a B8 viscometer (rotor No. 7) manufactured by Tokyo Keiki, the viscosity of the liquid sealing material at 25 ° C. was measured, and the value after 1 minute was taken as the viscosity. And, the viscosity of 120 Pa · s or less was evaluated as ◯, 120 Pa · s to 200 Pa · s as Δ, and 201 Pa · s or more as x.
上記の試験結果を表１〜３に示す The above test results are shown in Tables 1-3.
表１〜３にみられるように、各実施例のものは動作不良の発生数とクラックの発生数がいずれも少なく、耐熱衝撃性及び密着性に優れることが確認される。これに対し、比較例のものは動作不良の発生数とクラックの発生数がいずれも高く、耐熱衝撃性及び密着性に乏しいことが確認される。
As can be seen from Tables 1 to 3, it is confirmed that each of the examples has a small number of malfunctions and cracks, and is excellent in thermal shock resistance and adhesion. On the other hand, it is confirmed that the comparative example has a high number of malfunctions and cracks, and is poor in thermal shock resistance and adhesion.
Claims (5)
エポキシ樹脂として、ナフタレン型エポキシ樹脂、３官能型エポキシ樹脂及び４官能型エポキシ樹脂のうちの少なくとも一つを配合するとともに、ナフタレン型エポキシ樹脂を用いる場合はエポキシ樹脂の全量に対して２０質量％以上、３官能型エポキシ樹脂又は４官能型エポキシ樹脂を用いる場合はエポキシ樹脂の全量に対して５〜２０質量％配合し、
硬化剤として、下記化学式（１）で示される酸無水物系硬化剤を、酸無水物系硬化剤の全量に対して１０〜７０質量％配合して成ることを特徴とする液状封止用エポキシ樹脂組成物。
As an epoxy resin, at least one of a naphthalene type epoxy resin, a trifunctional type epoxy resin, and a tetrafunctional type epoxy resin is blended, and when a naphthalene type epoxy resin is used, it is 20% by mass or more based on the total amount of the epoxy resin. When using a trifunctional type epoxy resin or a tetrafunctional type epoxy resin, 5-20 mass% is mix | blended with respect to the whole quantity of an epoxy resin,
An epoxy for liquid sealing, comprising 10 to 70% by mass of an acid anhydride curing agent represented by the following chemical formula (1) as a curing agent based on the total amount of the acid anhydride curing agent. Resin composition.
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