JP2008172054A

JP2008172054A - 半導体封止用樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JP2008172054A
Application number: JP2007004253A
Authority: JP
Inventors: Shingo Ito; 慎吾伊藤
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2008-07-24

Abstract

【課題】高エネルギー中性子によるソフトエラー防止に優れた半導体封止用樹脂組成物を提供すること。
【解決手段】（Ａ）中性子減速材、（Ｂ）１００μｍ以上の粒子が１％以下である中性子吸収材を含むことを特徴とする半導体封止用樹脂組成物、より好ましくは、前記（Ａ）中性子減速材が（Ａ１）エポキシ樹脂、及び／又は（ＤＡ２）フェノール系樹脂であり、前記（Ｂ）１００μｍ以上の粒子が１％以下である中性子吸収材が（Ｂ１）ホウ素化合物、（Ｂ２）カドミウム化合物、及び（Ｂ３）サマリウム化合物のから選ばれる１種以上である半導体封止用樹脂組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、高エネルギー中性子によるソフトエラー防止に優れた半導体封止用樹脂組成物、及び半導体装置に関するものである。

ＳＲＡＭ（ＳｔａｔｉｃＲａｍｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）やＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）といった半導体メモリで保持データが自然に破壊されることがあり、この現象はソフトエラーと呼ばれている。近年、半導体素子の微細化、動作電圧の低電圧化によりソフトエラーの問題がより重要となってきている。ソフトエラーの直接原因はα線による。α線の軌跡に電子−正孔対が生じ、発生した電荷によりメモリセルの情報が書き換えられる。このようなソフトエラーを防止する方法として、α線源となる放射性物質の低減（例えば、特許文献１、３、４参照。）や、半導体素子の回路面にポリイミド樹脂をコートするα線遮蔽膜（例えば、特許文献２参照。）が提案されているが、これらは近年問題になってきた宇宙線由来の高エネルギー中性子によって発生するα線に対しては必ずしも有効ではなかった。
高エネルギー中性子はＭｅＶレベルの高いエネルギーを有しており、高エネルギー中性子が半導体素子を構成するシリコン原子核と衝突すると原子核が壊れて、α線といった荷電粒子を生じることがある。これらはＵ、Ｔｈなどの放射性元素由来のα線より高いエネルギーをもち電子−正孔対が１０倍程度多く発生する。書き換えられるメモリセルの数も多くなり、放射性元素由来のα線より深刻なソフトエラーが発生する。高エネルギー中性子は物質透過性が高く、完全な遮蔽は困難である。そこでエラー対策は材料、デバイス、機器、ソフトウエアの各レベルで行ない機器としてエラーが発生しなければよいとされている。材料としての半導体封止用樹脂組成物にも高エネルギー中性子遮蔽対策を施したものが求められている。

特開平０７−３０４９３２号公報特開平０８−２７４２４３号公報特開平１１−３１０６８８号公報特開２０００−２１２３９９号公報

本発明は、高エネルギー中性子によるソフトエラー防止に優れた半導体封止用樹脂組成物、及びこれを用いて半導体素子を封止してなる半導体装置を提供するものである。

本発明は、
［１］（Ａ）中性子減速材、（Ｂ）１００μｍ以上の粒子が１％以下である中性子吸収材を含むことを特徴とする半導体封止用樹脂組成物、
［２］前記（Ａ）中性子減速材が（Ａ１）エポキシ樹脂及び／又は（Ａ２）フェノール系樹脂である第［１］項記載の半導体封止用樹脂組成物、
［３］前記（Ｂ）１００μｍ以上の粒子が１％以下である中性子吸収材が（Ｂ１）ホウ素化合物、（Ｂ２）カドミウム化合物及び（Ｂ３）サマリウム化合物から選ばれる１種以上である第［１］項又は第［２］項記載の半導体封止用樹脂組成物、
［４］更に（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）前記（Ｂ）成分以外の無機充填材を含む第［１］項ないし第［３］項のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物、
［５］第［１］項ないし第［４］項のいずれかに記載の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ことを特徴とする半導体装置、
である。

本発明に従うと、高エネルギー中性子によるソフトエラー防止に優れた半導体封止用樹脂組成物が得られ、これを用いた半導体装置は高エネルギー中性子による耐ソフトエラー性に優れる。

本発明は、（Ａ）中性子減速材、（Ｂ）１００μｍ以上の粒子が１％以下である中性子吸収材を含むことにより、高エネルギー中性子によるソフトエラー防止に優れる半導体装置が得られる半導体封止用樹脂組成物を提供するものである。
以下、本発明について詳細に説明する。

本発明では、中性子減速材（Ａ）を含むことが必須である。中性子減速材（Ａ）は高エネルギー中性子を減速し熱中性子とし、中性子吸収材への吸収効率を高めるために使用される。高エネルギー中性子と中性子減速材（Ａ）の原子核との衝突の際における高エネルギー中性子のエネルギーの減少率は、高エネルギー中性子と中性子減速材（Ａ）の原子核との質量の差の２乗に比例するため、中性子減速材（Ａ）は中性子とほぼ等しい原子核質量である水素原子をもつ物質が適している。このような物質であって、かつ半導体封止用樹脂組成物に適したものとしては、（Ａ１）エポキシ樹脂、（Ａ２）フェノール系樹脂等が挙げられる。

本発明で用いることができるエポキシ樹脂（Ａ１）としては、１分子内にエポキシ基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を言い、その分子量、分子構造を特に限定するものではないが、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、スチルベン型エポキシ樹脂、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、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用しても差し支えない。

本発明で用いることができるフェノール系樹脂（Ａ２）としては、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を言い、その分子量、分子構造を特に限定するものではないが、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、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、トリフェノールメタン型樹脂、フェノールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）、ナフトールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用しても差し支えない。これらの内では特に、フェノールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、テルペン変性フェノール樹脂等が好ましい。
エポキシ樹脂（Ａ１）とフェノール系樹脂（Ａ２）の配合量としては、全エポキシ樹脂のエポキシ基数（ＥＰ）と全フェノール系樹脂のフェノール性水酸基数（ＯＨ）の比（ＥＰ／ＯＨ）で０．８〜１．３とするのが好ましい。

本発明では（Ｂ）１００μｍ以上の粒子が１％以下である中性子吸収材を含むことが必須である。中性子吸収材（Ｂ）は中性子減速材により高エネルギー中性子が減速されてできた熱中性子を吸収し中性子を遮蔽するために使用される。中性子吸収材（Ｂ）としては大きな中性子吸収断面積をもつホウ素、カドミウム、サマリウムを含む化合物が優れているため、（Ｂ１）ホウ素化合物、（Ｂ２）カドミウム化合物及び（Ｂ３）サマリウム化合物のから選ばれる１種以上であることが好ましい。これらの化合物は、関東化学株式会社、シグマ・アルドリッチ・ジャパン株式会社、三津和化学薬品株式会社等の市販品を、そのまま、又は必要により篩に掛けて粒度調整することにより得ることができる。更にこれらの化合物のうち、ホウ素化合物（Ｂ１）が一般的で粒子サイズも豊富であることから最も好ましい。ホウ素化合物（Ｂ１）としては、酸化ホウ素、ホウ酸亜鉛、炭化ホウ素、窒化ホウ素等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用しても差し支えない。

中性子吸収材（Ｂ）の粒度としては、１００μｍ以上の粒子の含有量が１％以下であることが必須である。１００μｍ以上の粒子が１％を超えると、半導体封止用樹脂組成物の成形時における流動中の抵抗が大きくなり、半導体装置中の金線を変形させ、回路のショートを発生させる可能性が高くなる。

中性子吸収材（Ｂ）の含有量としては、全樹脂組成物中に５重量％以上が好ましく、更に好ましくは１０重量％以上である。下限値未満だと熱中性子の遮蔽効果が充分に得られない場合がある。

本発明に用いることができる（Ｃ）硬化促進剤としては、エポキシ基とフェノール性水酸基との硬化反応を促進させるものであればよく、一般に封止材料に使用するものを用いることができる。例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリフェニルホスフィン、２−メチルイミダゾール、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用しても差し支えない。

本発明に用いることができる（Ｄ）前記（Ｂ）成分以外の無機充填材としては、一般に封止材料に使用されているものを使用することができる。例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、窒化珪素等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用しても差し支えない。これらのうちでは、特に、溶融シリカが好ましい。

中性子吸収材（Ｂ）と無機充填材（Ｄ）との合計量としては、全樹脂組成物中に６０〜９５重量％が好ましく、更に好ましくは７０〜９０重量％である。下限値を下回ると吸水率の上昇に伴い耐半田クラック性が低下し、上限値を越えると流動性が低下し成形に問題を生じる可能性がある。

本発明の半導体封止用樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分を主成分とするが、これ以外に必要に応じてエポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン等のシランカップリング剤、カーボンブラック等の着色剤、天然ワックス、合成ワックス等の離型剤、及びシリコーンオイル、ゴム等の低応力添加剤等、種々の添加剤を適宜配合しても差し支えない。

また、本発明の半導体封止用樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分、及びその他の添加剤等を、例えば、ミキサー等を用いて充分に均一に混合したもの、更にその後、熱ロール、ニーダー、押出機等の混練機で溶融混練し、冷却後粉砕したものなど、必要に応じて適宜分散度や流動性等を調整したものを用いることができる。

本発明の半導体封止用樹脂組成物を用いて、半導体素子等の各種の電子部品を封止し、半導体装置を製造するには、トランスファーモールド、コンプレッションモールド、インジェクションモールド等の従来からの成形方法で硬化成形すればよい。

本発明で封止を行う半導体素子としては、特に限定されるものではなく、例えば、集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード、固体撮像素子等が挙げられる。
本発明の半導体装置の形態としては、特に限定されないが、例えば、デュアル・インライン・パッケージ（ＤＩＰ）、プラスチック・リード付きチップ・キャリヤ（ＰＬＣＣ）、クワッド・フラット・パッケージ（ＱＦＰ）、スモール・アウトライン・パッケージ（ＳＯＰ）、スモール・アウトライン・Ｊリード・パッケージ（ＳＯＪ）、薄型スモール・アウトライン・パッケージ（ＴＳＯＰ）、薄型クワッド・フラット・パッケージ（ＴＱＦＰ）、テープ・キャリア・パッケージ（ＴＣＰ）、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）、チップ・サイズ・パッケージ（ＣＳＰ）等が挙げられる。
上記トランスファーモールドなどの成形方法で封止された半導体装置は、そのまま、或いは８０℃〜２００℃程度の温度で、１０分〜１０時間程度の時間をかけて完全硬化させた後、電子機器等に搭載される。

図１は、本発明に係る半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。ダイパッド３上に、ダイボンド材硬化体２を介して半導体素子１が固定されている。半導体素子１の電極パッドとリード５との間は純銀製ワイヤ４によって接続されている。半導体素子１は、封止用樹脂組成物の硬化体６によって封止されている。

以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。配合割合は重量部とする。
なお、実施例、及び比較例で用いた中性子減速材（Ａ）であるエポキシ樹脂（Ａ１）、フェノール系樹脂（Ａ２）、中性子吸収材（Ｂ）であるホウ素化合物（Ｂ１）、カドミウム化合物（Ｂ２）、サマリウム化合物（Ｂ３）の内容を以下にまとめて示す。

エポキシ樹脂１：オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（日本化薬（株）製、ＥＯＣＮ１０２０、エポキシ当量１９６、軟化点５５℃）
エポキシ樹脂２：ビフェニル型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＸ−４０００、エポキシ当量１９０、融点１０５℃）
フェノール系樹脂１：フェノールノボラック樹脂（住友ベークライト（株）製、ＰＲ−ＨＦ−３、水酸基当量１０４、軟化点８０℃）
フェノール系樹脂２：フェノールアラルキル樹脂（三井化学（株）製、ＸＬＣ−４Ｌ、水酸基当量１６８、軟化点６２℃）

酸化ホウ素１（関東化学株式会社製、酸化ホウ素（特級）を７５μｍの篩に掛けて粒度調整したもの。主成分：Ｂ₂Ｏ₃、平均粒径１０．４μｍ、１００μｍ以上の粒子の割合：０．６３％）
酸化ホウ素２（関東化学株式会社製、酸化ホウ素（特級）。主成分：Ｂ₂Ｏ₃、平均粒径１３．２μｍ、１００μｍ以上の粒子の割合：２．１％）
ホウ酸亜鉛１（関東化学株式会社製、ホウ酸亜鉛（１級）を５５μｍの篩に掛けて粒度調整したもの。主成分：２ＺｎＯ・３Ｂ₂Ｏ₃、平均粒径８．４μｍ、１００μｍ以上の粒子の割合：０．２０％）
ホウ酸亜鉛２（関東化学株式会社製、ホウ酸亜鉛（１級）。主成分：２ＺｎＯ・３Ｂ₂Ｏ₃、平均粒径１２．１μｍ、１００μｍ以上の粒子の割合：１．３％）
酸化カドミウム（シグマ・アルドリッチ・ジャパン株式会社製、酸化カドミウム（＞９９．５％）を５５μｍの篩に掛けて粒度を調整したもの。主成分：ＣｄＯ、平均粒径０．８μｍ、１００μｍ以上の粒子の割合：０．０２％）
硫化サマリウム（三津和化学薬品株式会社製、硫化サマリウム−２００メッシュ品を７５μｍの篩に掛けて粒度を調整したもの。主成分：Ｓｍ₂Ｓ₃、平均粒径２５．４μｍ、１００μｍ以上の粒子の割合：０．７５％）

実施例１
エポキシ樹脂１１２．３３重量％
フェノール系樹脂１６．４７重量％
酸化ホウ素１１０．００重量％
トリフェニルホスフィン（以下、ＴＰＰという）０．３０重量％
溶融球状シリカ（平均粒径２６．５μｍ）７０．００重量％
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（以下、エポキシシランという）
０．２０重量％
カーボンブラック０．３０重量％
カルナバワックス０．４０重量％
を常温でミキサーを用いて混合し、７０〜１００℃でロール混練し、冷却後粉砕して半導体封止用樹脂組成物を得た。得られた半導体封止用樹脂組成物を以下の方法で評価した。結果を表１に示す。

評価方法

スパイラルフロー：低圧トランスファー成形機（コータキ精機株式会社製、ＫＴＳ−１５）を用いて、ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用金型に、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、保圧時間１２０秒の条件で半導体封止用樹脂組成物を注入し、流動長を測定した。スパイラルフローは、流動性のパラメータであり、その数値が大きい方が半導体封止用樹脂組成物の流動性が良好である。単位はｃｍ。

中性子透過率：低圧トランスファー成形機（コータキ精機株式会社製、ＫＴＳ−３０）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件で半導体封止用樹脂組成物を注入成形し、試験片（３００ｍｍ×３００ｍｍ×２０ｍｍ）を作製し、ポストキュアとして１７５℃で８時間処理した。中性子線源として²⁵²Ｃｆ（Ｅ_max＝１０ＭｅＶ、Ｅ_ave＝２．３５ＭｅＶ）を使用し、中性子線照射試験を行なった。中性子線源から１ｍの位置に中性子線用レムカウンタを設置し、中性子線源側に前述の試験片を１０枚１組として配置して測定を行った。中性子透過率は、試験片無しの測定値を基準とし、試験片を１０枚配置した場合の測定値との比を求め、百分率で示した。

金線流れ率：低圧トランスファー自動成形機（第一精工製、ＧＰ−ＥＬＦ）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間７０秒の条件で、半導体封止用樹脂組成物によりシリコンチップ等を封止成形して、１６０ピンＬＱＦＰ（ｌｏｗｐｒｏｆｉｌｅｑｕａｄｆｌａｔｐａｃｋａｇｅ：Ｃｕ製リードフレーム、パッケージ外寸：２４ｍｍ×２４ｍｍ×１．４ｍｍ厚、パッドサイズ：８．５ｍｍ×８．５ｍｍ、チップサイズ７．４ｍｍ×７．４ｍｍ×３５０μｍ厚）を作製した。作製した１６０ピンＬＱＦＰパッケージを軟Ｘ線透視装置（ソフテックス（株）製、ＰＲＯ−ＴＥＳＴ１００）で観察し、金線の流れ率を（流れ量）／（金線長）の比率で表した。判定基準は５％未満を○、５％以上を×とした。

実施例２〜６、比較例１〜４
表１の配合に従い、実施例１と同様にして半導体封止用樹脂組成物を得、実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。

実施例１〜６は、（Ａ）中性子減速材、（Ｂ）１００μｍ以上の粒子が１％以下である中性子吸収材を含むものであり、それらの種類及び配合割合を変えたものを含むものであるが、いずれも良好な流動性（スパイラルフロー）、金線流れ率、と中性子遮蔽効果（中性子透過率）が得られた。
一方、（Ｂ）１００μｍ以上の粒子が１％以下である中性子吸収材を用いていない比較例１、３では、充分な中性子遮蔽効果が得られなかった。また、（Ｂ）１００μｍ以上の粒子が１％以下である中性子吸収材の代わりに１００μｍ以上の粒子が１％を超える中性子吸収材を用いた比較例２、４では、金線流れ率が劣る結果となった。

本発明に従うと、高エネルギー中性子によるソフトエラー防止に優れた半導体封止用樹脂組成物が得られるため、工業的な樹脂封止型半導体装置、特に高エネルギー中性子によるソフトエラーが問題となるＳＲＡＭやＤＲＡＭ等の半導体メモリの製造に好適に用いることができる。

本発明に係るエポキシ樹脂組成物を用いた半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。

符号の説明

１半導体素子
２ダイボンド材硬化体
３ダイパッド
４ワイヤ
５リード
６封止用樹脂組成物の硬化体

Claims

（Ａ）中性子減速材、（Ｂ）１００μｍ以上の粒子が１％以下である中性子吸収材を含むことを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
前記（Ａ）中性子減速材が（Ａ１）エポキシ樹脂及び／又は（Ａ２）フェノール系樹脂である請求項１記載の半導体封止用樹脂組成物。
前記（Ｂ）１００μｍ以上の粒子が１％以下である中性子吸収材が（Ｂ１）ホウ素化合物、（Ｂ２）カドミウム化合物及び（Ｂ３）サマリウム化合物から選ばれる１種以上である請求項１又は請求項２記載の半導体封止用樹脂組成物。
更に（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）前記（Ｂ）成分以外の無機充填材を含む請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の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ことを特徴とする半導体装置。