JP2010254990A - 半導体封止用樹脂組成物および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
従来、封止用エポキシ樹脂組成物には、半導体装置に難燃性を付与する目的から、臭素含有エポキシ樹脂、酸化アンチモンが難燃剤として一般的に使用されてきたが、近年、環境保護の観点からダイオキシン類似化合物を発生する危惧のある含ハロゲン化合物や毒性の高いアンチモン化合物、の使用を規制する動きが高まっている。
こうした中、ブロム化エポキシ樹脂やアンチモン化合物の代替の難燃剤として、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物が提案されているが、溶融樹脂粘度の増加による流動性の低下、耐半田性の低下を引き起こしやすく、成形性や信頼性の面で十分でない場合がある。
また、従来の実装に用いられた半田に含有されている鉛が有害であるため、無鉛半田への代替も進められている。無鉛半田の融点は従来の鉛/スズ半田に比べて高く、赤外線リフロー、半田浸漬などの半田実装時の温度も従来の220℃〜240℃から、240℃〜260℃へと高くなる。このような実装温度の上昇により、実装時に樹脂部にクラックが生じる可能性が高くなる。
更にリードフレームについても、外装半田メッキを脱鉛する必要があることから、外装半田メッキに代わり、予めニッケル・パラジウムメッキを施したリードフレームの適用が進められている。このニッケル・パラジウムメッキは従来の封止材料では十分な密着性が確保できず、実装時にリードフレームとの剥離が生じやすいという問題を抱えている。
半導体装置には、上述のような環境対応と信頼性を両立させることが求められ、特にTSOP(薄型スモール・アウトライン・パッケージ)、LQFP(ロー・プロファイル・クワッド・フラット・パッケージ)などの薄型の表面実装パッケージにおいては重要な課題となっている。
これらのエポキシ樹脂組成物は、低吸水性、熱時低弾性率、高接着性で、難燃性に優れ、信頼性の高い半導体装置を得ることができるという利点を有するものの、硬化後の成形物は軟らかく、かつ親油性が高いために、半導体装置の封止工程で連続成形性に不具合が生じ、生産性が低下する場合がある。
このような問題に対して、硬化剤の分子量分布を調整する方法が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。しかしながら、上述の分子量分布の調整には、例えばフェノール樹脂を合成した後に、蒸留や分別カラムなどを用いた分子量分級、または合成に先立ち、予めモノマー原料を精製する工程が必要となり、工業化にあたっては大規模な精製設備および溶剤処理設備を必要とする上、回収ロスなどによっても、生産コストが上昇するという課題がある。
の整数でありm≦1の成分を含み、nは0〜10の整数である。)
で表される構造を含むフェノール樹脂と、
エポキシ樹脂と、
無機充填剤と、
を含むことを特徴とする。
本発明の半導体封止用樹脂組成物は、ゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定で得られる上記一般式(1)の「1≦m≦10」成分(A)とゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定で得られる上記一般式(1)の「m=0」の成分(B)との成分比A/Bが0.05以上1.5以下であるものとすることができる。
本発明の半導体封止用樹脂組成物は、上記一般式(1)で表される構造を含むフェノール樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定で得られる「n=0」成分を含むものとすることができる。
本発明の半導体封止用樹脂組成物は、ゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定で得られる上記一般式(1)の「1≦m≦10かつn=1〜3」成分(a)とゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定で得られる上記一般式(1)の「m=0かつn=1〜3」の成分(b)との比a/bが0.05以上0.55以下であるものとすることができる。
本発明の半導体封止用樹脂組成物は、硬化促進剤をさらに含むものとすることができる。
本発明の半導体封止用樹脂組成物は、上記硬化促進剤は、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、およびホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物から選択される少なくとも1種を含むものとすることができる。
本発明の半導体装置は、半導体素子を、上述の半導体封止用樹脂組成物で封止して得られることを特徴とする。
本発明は、上記一般式(1)で表される構造を含むフェノール樹脂を用いる。上記フェノール樹脂の、繰り返し数nで表される構造単位は、ビフェニレンアラルキル骨格を有す
ることにより、樹脂組成物の耐燃性向上、吸水率低減、耐半田性向上などの効果がある。さらに、繰り返し数mで表される構造単位を有することにより、フェノール性水酸基の密
度を局所的に高め、エポキシ基と良好な反応性を示すことが出来、結果として、上記フェノール樹脂は、低コストで耐燃性、耐半田性、反応性、連続成形性を兼ね備えるという特徴を有する。
一般式(1)中のR2は、水素原子、炭素数1〜6の炭化水素基、または水酸基であり、互いに同じであっても異なっていても良い。R2は、ベンゼン環のいずれの位置に結合していてもよい。bは0〜4の整数である。
び2である化合物が主成分であることが望ましい。n=1および2である成分の含有割合
の下限値としては、特に限定されないが、上記一般式(1)で表される構造を含むフェノール樹脂全量に対して30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましい。n=1および2である成分の含有割合の下限値が上記範囲内であると、樹脂組成物は良好な流動性を発現することができる。n=1および2である成分の含有割合を前述の好ましい範囲とするためには、後述する方法[1]により調整することができる。
本発明の半導体封止用樹脂組成物は、上記一般式(1)で表される構造を含むフェノール樹脂が、1≦m≦10のフェノール樹脂とm=0のフェノール樹脂とを含むことが好ましい。
一般式(1)で表される構造を含むフェノール樹脂の全質量中に含まれる「1≦m≦10」成分の含有割合を(A)質量%、「m=0」成分の含有割合を(B)質量%とした場合、成分比A/Bが0.05以上1.5以下であることが好ましく、0.1以上1以下であることがより好ましい。成分比A/Bの下限値が上記範囲内であると、樹脂組成物は良好な硬化性と連続成形性を発現することができる。成分比A/Bの上限値が上記範囲内であると、樹脂組成物は良好な流動性を発現することができる。成分比A/Bを前述の好ましい範囲とするためには、後述する方法[2]により調整することができる。
さらに、一般式(1)で表される構造を含むフェノール樹脂の全質量中に含まれる「n=0」成分を含むものが好ましい。
特に、一般式(1)で表される構造を含むフェノール樹脂の全質量中に含まれる「1≦m≦10かつn=1〜3」成分の含有割合を(a)質量%、「m=0かつn=1〜3」成分の含有割合を(b)質量%とした場合、成分比a/bが0.05以上0.55以下であることが好ましく、0.1以上0.4以下であることがより好ましい。成分比a/bの下限値が上記範囲内であると、樹脂組成物は良好な硬化性と連続成形性を発現することができる。成分比a/bの上限値が上記範囲内であると、樹脂組成物は良好な流動性を発現することができる。成分比a/bを前述の好ましい範囲とするためには、後述する方法[2]により調整することができる。
ることができる。上記フェノール樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定を行って、検出されたピークに対応する各成分のポリスチレン換算分子量を求め、検出されたピーク面積の比から検出されたピークに対応する各成分の含有割合(質量%)を算出する。
本発明におけるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定は、次のように行われる。GPC装置は、ポンプ、インジェクター、ガードカラム、カラムおよび検出器から構成され、溶媒にはテトラヒドロフラン(THF)を用いる。ポンプの流速は0.5ml/分にて測定を行う。これよりも高い流速では目的の分子量の検出精度が低くなるため好ましくない。上記の流速で精度よく測定を行うためには流量精度の良いポンプを使用することが必要であり、流量精度は0.10%以下が好ましい。ガードカラムには市販のガードカラム(例えば、東ソー(株)製TSK GUARDCOLUMN HHR−L:径6.0mm、管長40mm)、カラムには市販のポリスチレンジェルカラム(東ソー(株)製TSK−GEL GMHHR−L:径7.8mm、管長30mm)を複数本直列接続させる。検出器には示差屈折率計(RI検出器。例えば、WATERS社製示差屈折率(RI)検出器W2414)を用いる。測定に先立ち、ガードカラム、カラムおよび検出器内部は40℃に安定させておく。試料には、濃度3〜4mg/mlに調整した上記フェノール樹脂のTHF溶液を用意し、これを約50〜150μlインジェクターより注入して測定を行う。試料の解析にあたっては、単分散ポリスチレン(以下PS)標準試料により作成した検量線を用いる。検量線はPSの分子量の対数値とPSのピーク検出時間(保持時間)をプロットし、3次式に回帰したものを用いる。検量線作成用の標準PS試料としては、昭和電工(株)製ShodexスタンダードSL−105シリーズの品番S−1.0(ピーク分子量1060)、S−1.3(ピーク分子量1310)、S−2.0(ピーク分子量1990)、S−3.0(ピーク分子量2970)、S−4.5(ピーク分子量4490)、S−5.0(ピーク分子量5030)、S−6.9(ピーク分子量6930)、S−11(ピーク分子量10700)、S−20(ピーク分子量19900)を使用する。なお、m=0成分のピーク位置の同定には市販のビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂(例えば、明和化成(株)製、MEH−7851など)を、n=0成分のピーク位置同定には市販のトリフェニルプロパン型フェノール樹脂(例えば、明和化成(株)製、MEH−7500など)の測定を行う。
例えば4,4’−ビスクロロメチルビフェニル、4,4’−ビスブロモメチルビフェニル、4,4’−ビスヨードメチルビフェニル、4,4’−ビスヒドロキシメチルビフェニル、4,4’−ビスメトキシメチルビフェニル、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ビスクロロメチルビフェニル、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ビスブロモメチルビフェニル、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ビスヨードメチルビフェニル、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ビスヒドロキシメチルビフェニル、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ビスメトキシメチルビフェニルなどが挙げられる。
なお、Xがハロゲン原子である場合には、反応時に副生するハロゲン化水素が酸性触媒として作用することから、反応系中に酸性触媒を添加する必要は無く、少量の水を添加することで速やかに反応を開始することが出来る。これらの中でも、入手容易性という観点からは4,4’−ビスメトキシメチルビフェニル、4,4’−ビスクロロメチルビフェニルが比較的安価に入手することが出来る。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よい。
ェノール、t−ブチルフェノール、キシレノール、メチルプロピルフェノール、メチルブチルフェノール、ジプロピルフェノール、ジブチルフェノール、ノニルフェノール、メシトール、2,3,5−トリメチルフェノール、2,3,6−トリメチルフェノールなどが挙げられるが、これらに限定されない。
これらの中でも、コスト面からはフェノール、o−クレゾールが好ましく、更にフェノールが、エポキシ樹脂との反応性という観点からより好ましい。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よい。
[1]n=1〜2の成分の含有割合を前述の好ましい範囲とするために、酸触媒の配合量を減らす、フェノール化合物/ビフェニレン化合物の仕込み比率を高くする、反応温度を下げる、などの方法により、n=1〜2の成分の含有割合を高くすることができる。
[2]上述の成分比A/Bを前述の好ましい範囲とするために、ビフェニレン化合物/ヒドロキシベンズアルデヒド比を高くする、または、別途合成したn=0成分を上述の合成前後に添加するなどの方法により、成分比A/Bを低減することができる。
[3]n=0成分の含有割合を前述の好ましい範囲とするために、フェノール化合物とビフェニレン化合物とを酸性触媒を用いて縮合反応させながら、反応の中盤から終盤にかけてヒドロキシベンズアルデヒドを反応系に徐々に添加する方法をとってもよい。この場合、反応の進行はビフェニレン化合物とフェノールとの反応で副生成する水、ハロゲン化水素、アルコールのガスの発生状況や、または反応途中の生成物をサンプリングしてゲルパーミエーションクロマトグラフ法により分子量で確認することができる。
併用できる硬化剤としては、例えば重付加型の硬化剤、触媒型の硬化剤、縮合型の硬化剤などを挙げることができる。
重付加型の硬化剤としては、例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、メタキシレリレンジアミンなどの脂肪族ポリアミン、ジアミノジフェニルメタン、m−フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルスルホンなどの芳香族ポリアミンのほか、ジシアンジアミド、有機酸ジヒドララジドなどを含むポリアミン化合物;ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸などの脂環族酸無水物、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸などの芳香族酸無水物などを含む酸無水物;ノボラック型フェノール樹脂、フェノールポリマーなどのポリフェノール化合物;ポリサルファイド、チオエステル、チオエーテルなどのポリメルカプタン化合物;イソシアネートプレポリマー、ブロック化イソシアネートなどのイソシアネート化合物;カルボン酸含有ポリエステル樹脂などの有機酸類などが挙げられる。
チル−4−メチルイミダゾールなどのイミダゾール化合物;BF3錯体などのルイス酸などが挙げられる。
縮合型の硬化剤としては、例えば、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂などのフェノール樹脂系硬化剤;メチロール基含有尿素樹脂のような尿素樹脂;メチロール基含有メラミン樹脂のようなメラミン樹脂などが挙げられる。
硬化剤全体の配合割合の下限値については、特に限定されないが、全樹脂組成物中に、0.8質量%以上であることが好ましく1.5質量%以上であることがより好ましい。配合割合の下限値が上記範囲内であると、充分な流動性を得ることができる。また、硬化剤全体の配合割合の上限値についても、特に限定されないが、全樹脂組成物中に、10質量%以下であることが好ましく、8質量%以下であることがより好ましい。配合割合の上限値が上記範囲内であると、良好な耐半田性を得ることができる。
フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂などのアラルキル型エポキシ樹脂およびこれらのエポキシ樹脂は、耐半田性、耐燃性および連続成形性のバランスに優れる点で好ましく、結晶性エポキシ樹脂は、さらに流動性に優れる点で好ましい。また、得られる半導体封止用樹脂組成物の耐湿信頼性の観点から、イオン性不純物であるNaイオンやClイオンを極力含まないことが好ましく、半導体樹脂組成物の硬化性の観点から、エポキシ樹脂のエポキシ当量は、100g/eq以上、500g/eq以下であることが好ましい。
なお、フェノール樹脂とエポキシ樹脂とは、全エポキシ樹脂のエポキシ基数(EP)と、全フェノール樹脂のフェノール性水酸基数(OH)との当量比(EP)/(OH)が、0.8以上、1.3以下となるように配合することが好ましい。当量比が上記範囲内であると、得られる樹脂組成物を成形する際、十分な硬化特性を得ることができる。
例えば、溶融シリカ、球状シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミなどが挙げられる。無機充填剤の粒径は、金型キャビティへの充填性の観点から、0.01μm以上、150μm以下であることが望ましい。
半導体封止用樹脂組成物中の無機充填剤の量は、半導体封止用樹脂組成物の全質量に対して、好ましくは80質量%以上であり、より好ましくは83質量%以上であり、さらに好ましくは86質量%以上である。下限値が上記範囲内であると、得られる樹脂組成物の硬化に伴う吸湿量の増加や、強度の低下が低減でき、したがって良好な耐半田クラック性を有する硬化物を得ることができる。
また、半導体封止用樹脂組成物中の無機充填剤の量は、半導体封止用樹脂組成物の全質量に対して、好ましくは93質量%以下であり、寄り好ましくは91質量%以下であり、さらに好ましくは90質量%以下である。上限値が上記範囲内であると、得られる樹脂組成物は良好な流動性を有するとともに、良好な成形性を備える。
なお、後述する、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物や、硼酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、三酸化アンチモンなどの無機系難燃剤を用いる場合には、これらの無機系難燃剤と上記無機充填剤の合計量を上記範囲内とすることが望ましい。
具体例としては、有機ホスフィン、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物などのリン原子含有硬化促進剤;1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7、ベンジルジメチルアミン、2−メチルイミダゾールなどの窒素原子含有硬化促進剤が挙げられ、これらのうち、リン原子含有硬化促進剤が好ましい硬化性を得ることができる。流動性と硬化性のバランスの観点から、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物などの潜伏性を有するリン原子含有硬化促進剤がより好ましい。流動性という点を重視する場合には、テトラ置換ホスホニウム化合物が特に好ましく、また半導体封止用樹脂組成物の硬化物熱時低弾性率という点を重視する場合にはホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物が特に好ましく、また潜伏的硬化性という点を重視する場合にはホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物が特に好ましい。
本発明の半導体封止用樹脂組成物で用いることができる有機ホスフィンとしては、例えばエチルホスフィン、フェニルホスフィンなどの第1ホスフィン;ジメチルホスフィン、ジフェニルホスフィンなどの第2ホスフィン;トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリフェニルホスフィンなどの第3ホスフィンが挙げられ
る。
一般式(4)で表される化合物は、例えば以下のようにして得られるがこれに限定されるものではない。まず、テトラ置換ホスホニウムハライドと芳香族有機酸と塩基を有機溶剤に混ぜ均一に混合し、その溶液系内に芳香族有機酸アニオンを発生させる。次いで水を加えると、一般式(4)で表される化合物を沈殿させることができる。一般式(4)で表される化合物において、リン原子に結合するR4、R5、R6およびR7がフェニル基であり、かつAHはヒドロキシル基を芳香環に有する化合物、すなわちフェノール類であり、かつAは上記フェノール類のアニオンであるのが好ましい。
一般式(5)で表される化合物は、例えば以下のようにして得られる。
まず、第三ホスフィンであるトリ芳香族置換ホスフィンとジアゾニウム塩とを接触させ、トリ芳香族置換ホスフィンとジアゾニウム塩が有するジアゾニウム基とを置換させる工程を経て得られる。しかしこれに限定されるものではない。
またホスフィン化合物とキノン化合物との付加物に用いるキノン化合物としては、o−ベンゾキノン、p−ベンゾキノン、アントラキノン類が挙げられ、中でもp−ベンゾキノンが保存安定性の点から好ましい。
ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物の製造方法としては、有機第三ホスフィンとベンゾキノン類の両者が溶解することができる溶媒中で接触、混合させることにより付加物を得ることができる。溶媒としてはアセトンやメチルエチルケトンなどのケトン類で付加物への溶解性が低いものがよい。しかしこれに限定されるものではない。
一般式(6)で表される化合物において、リン原子に結合するR8、R9およびR10がフェニル基であり、かつR11、R12およびR13が水素原子である化合物、すなわち1,4−ベンゾキノンとトリフェニルホスフィンを付加させた化合物が半導体封止用樹脂組成物の硬化物の熱時弾性率を低下させる点で好ましい。
4およびY5はプロトン供与性基がプロトンを放出してなる基を表し、同一分子内の基Y4およびY5が珪素原子と結合してキレート構造を形成するものである。X2、およびX3は互いに同一であっても異なっていてもよく、Y2、Y3、Y4、およびY5は互いに同一であっても異なっていてもよい。Z1は芳香環または複素環を有する有機基、あるいは脂肪族基である。)
一般式(7)において、R14、R15、R16およびR17としては、例えば、フェニル基、メチルフェニル基、メトキシフェニル基、ヒドロキシフェニル基、ナフチル基、ヒドロキシナフチル基、ベンジル基、メチル基、エチル基、n−ブチル基、n−オクチル基およびシクロヘキシル基などが挙げられ、これらの中でも、フェニル基、メチルフェニル基、メトキシフェニル基、ヒドロキシフェニル基、ヒドロキシナフチル基などの置換基を有する芳香族基もしくは無置換の芳香族基がより好ましい。
また、一般式(7)中のZ1は、芳香環または複素環を有する有機基、あるいは脂肪族基を表し、これらの具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基およびオクチル基などの脂肪族炭化水素基や、フェニル基、ベンジル基、ナフチル基およびビフェニル基などの芳香族炭化水素基、グリシジルオキシプロピル基、メルカプトプロピル基、アミノプロピル基およびビニル基などの反応性置換基などが挙げられるが、これらの中でも、メチル基、エチル基、フェニル基、ナフチル基およびビフェニル基が熱安定性の面から、より好ましい。
また、化合物(E)は、半導体封止用樹脂組成物の溶融粘度を下げ、流動性を向上させる効果も有するものである。化合物(E)としては、下記一般式(8)で表される単環式化合物または下記一般式(9)で表される多環式化合物などを用いることができ、これらの化合物は水酸基以外の置換基を有していてもよい。
その例としては特に限定されないが、エポキシシラン、アミノシラン、ウレイドシラン、メルカプトシランなどが挙げられ、エポキシ樹脂と無機充填剤との間で反応し、エポキシ樹脂と無機充填剤の界面強度を向上させるものであればよい。また、シランカップリング剤は、前述の化合物(E)と併用することで、樹脂組成物の溶融粘度を下げ、流動性を向上させるという化合物(E)の効果を高めることもできるものである。
エポキシシランとしては、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、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メチルジメトキシシラン、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などなどが挙げられる。
また、アミノシランとしては、例えば、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、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、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−フェニルγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル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エトキシシラン、N−6−(アミノヘキシル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(3−(トリメトキシシリルプロピル)−1,3−ベンゼンジメタナンなどが挙げられる。また、ウレイドシランとしては、例えば、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザンなどが挙げられる。
また、メルカプトシランとしては、例えば、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。これらのシランカップリング剤は1種類を単独で用いても2種類以上を併用してもよい。
三酸化アンチモンなどの難燃剤などの添加剤を適宜配合してもよい。
本発明の半導体封止用樹脂組成物を用いて半導体装置を製造する方法としては、例えば、半導体素子を搭載したリードフレームまたは回路基板などを金型キャビティ内に設置した後、半導体封止用樹脂組成物を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などの成形方法で成形、硬化させることにより、この半導体素子を封止する方法が挙げられる。
封止される半導体素子としては、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、固体撮像素子などが挙げられるが、これらに限定されない。
得られる半導体装置の形態としては、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)、ロー・プロファイル・クワッド・フラット・パッケージ(LQFP)、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)などが挙げられるが、これらに限定されない。
半導体封止用樹脂組成物のトランスファーモールドなどの成形方法により半導体素子が封止された半導体装置は、そのまま、あるいは80℃から200℃程度の温度で、10分から10時間程度の時間をかけてこの樹脂組成物を完全硬化させた後、電子機器などに搭載される。
図1は、本発明に係る半導体封止用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。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フレーム5との間は金線4によって接続されている。半導体素子1は、半導体封止用樹脂組成物の硬化体6によって封止されている。
フェノール樹脂1:フェノール(関東化学(株)製特級試薬、フェノール、融点40.9℃、分子量94、純度99.3%)100質量部、4,4’−ビスクロロメチルビフェニル(和光純薬工業(株)製、ビスクロロメチルビフェニル、純度96%、分子量251)44.69質量部、純水0.5質量部、をセパラブルフラスコに秤量し、窒素置換しながら加熱し、溶融の開始に併せて攪拌を開始した。系内の温度を75℃から85℃の範囲に維持しながら1時間反応させた後、サリチルアルデヒド(東京化成工業(株)製サリチルアルデヒド、沸点196℃、分子量122、純度98%)8.56質量部を2時間かけて徐々に系内に添加し、さらに150℃まで昇温し、系内温度を145℃から155℃の範囲に維持しながら1時間反応させた。上記の反応の間、反応によって系内に発生する塩
酸および水分は、窒素気流によって系外へ排出した。反応終了後、150℃2mmHgの減圧条件で未反応成分を留去し、下記式(10)で表される構造を含むフェノール樹脂1(水酸基当量161、軟化点85℃、150℃におけるICI粘度2.1dPa・s)を得た。GPCチャートを図2に、FD−MSチャートを図3に示す。
フェノール樹脂2:フェノール樹脂1の合成において、サリチルアルデヒド(東京化成工業(株)製サリチルアルデヒド、沸点196℃、分子量122、純度98%)を14.37質量部、4,4’−ビスクロロメチルビフェニル(和光純薬工業(株)製ビスクロロメチルビフェニル、純度96%、分子量251)を32.17質量部、としてフェノール樹脂―1と同様の操作を行い、下記式(10)で表される構造を含むフェノール樹脂2(水酸基当量139、軟化点92℃、150℃におけるICI粘度2.7dPa・s)を得た。GPCチャートを図4に示す。
フェノール樹脂3:ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂(明和化成(株)製、MEH−7851SS。水酸基当量203、軟化点67℃、150℃におけるICI粘度0.7dPa・s)GPCチャートを図5に示す。
フェノール樹脂4:トリフェニルプロパン型フェノール樹脂(明和化成(株)製、MEH−7500。水酸基当量97、軟化点110℃、150℃におけるICI粘度5.8dPa・s)GPCチャートを図6に示す。
フェノール樹脂1のFD−MS測定は次の条件で行った。フェノール樹脂1の試料10mgに溶剤ジメチルスルホキシド1gを加えて十分溶解したのち、FDエミッターに塗布の後、測定に供した。FD−MSシステムは、イオン化部に日本電子(株)製のMS−FD15Aを、検出器に日本電子(株)製のMS−700機種名二重収束型質量分析装置とを接続して用い、検出質量範囲(m/z)50〜2000にて測定した。
(1)フェノール樹脂1〜4のGPC測定を行う。
(2)フェノール樹脂3のチャート(図4)からm=0成分のピーク位置を確認する。
(3)フェノール樹脂4のチャート(図5)からn=0成分のピーク位置を確認する。
(4)フェノール樹脂1および2のGPCチャート上で、フェノール樹脂3または4に帰属されるピークと帰属されえないピークまたはショルダーを確認する。
(5)図2のFD/MSの分析結果から得られた分子量(M/Z)と(4)の各ピークまたはショルダーのポリスチレン換算分子量とを比較することにより、各ピーク・ショルダーの(n,m)を同定し、チャートの面積比から質量%を求める。
フェノール樹脂1〜3の成分比A/Bの結果を表1に示した。なお、実施例3,4の成分比A/Bについては、配合比と表のフェノール樹脂1および3の質量%から比例計算により算出して求めた。実施例と比較例の成分比A/Bは、表2および表3に配合比と併せて表記した。
なお、フェノール樹脂1および2のGPC測定において、分子量(m/z)が1108よりも大きい成分についてはピークの分離、詳細の解析が困難であった。そこで、ピーク面積の分離・同定が可能な「1≦m≦10かつn=1〜3」成分(a)と「m=0かつn=1〜3」の成分(b)の値から成分比a/bを計算し、これを表1〜3のa/b比の値として記載した。
エポキシ樹脂1:ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂(日本化薬(株)製、NC3000。エポキシ当量276、軟化点58℃、150℃におけるICI粘度1.11dPa・s)
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、YX4000K、エポキシ当量185、軟化点107℃、150℃におけるICI粘度0.1dPa・s)
エポキシ樹脂3: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)製
、YL6810、エポキシ当量172、軟化点45℃、軟化点107℃、150℃におけるICI粘度0.03dPa・s)
エポキシ樹脂4:ビスフェノールF型エポキシ樹脂(東都化成(株)製、YSLV−80XY、エポキシ当量190、軟化点80℃、150℃におけるICI粘度0.03dPa・s。)
エポキシ樹脂5:フェノールアラルキル型エポキシ樹脂(三井化学(株)製、E−XLC−3L、エポキシ当量238、軟化点52℃、150℃におけるICI粘度1.20dPa・s。)
エポキシ樹脂6:オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(DIC(株)製、N660。エポキシ当量210、軟化点62℃、150℃におけるICI粘度2.34dPa・s。)
無機充填剤としては、電気化学工業(株)製溶融球状シリカFB560(平均粒径30μm)100質量部、(株)アドマテックス製合成球状シリカSO−C2(平均粒径0.5μm)6.5質量部、(株)アドマテックス製合成球状シリカSO−C5(平均粒径30μm)7.5質量部のブレンドを使用した。
シランカップリング剤1:γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM−803)
シランカップリング剤2:γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM−403)
シランカップリング剤3:N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM−573)
着色剤は、三菱化学(株)製のカーボンブラック(MA600)を使用した。
離型剤は、日興ファイン(株)製のカルナバワックス(ニッコウカルナバ、融点83℃)を使用した。
以下の成分をミキサーにて常温で混合し、80℃〜100℃の加熱ロールで溶融混練し、その後冷却し、次いで粉砕して、半導体封止用樹脂組成物を得た。
フェノール樹脂2 4.21質量部
エポキシ樹脂1 8.79質量部
無機充填剤 86.00質量部
硬化促進剤1 0.40質量部
シランカップリング剤1 0.10質量部
シランカップリング剤2 0.05質量部
シランカップリング剤3 0.05質量部
着色剤 0.30質量部
離型剤 0.10質量部
得られた半導体封止用樹脂組成物を、以下の項目について評価した。評価結果を表2および表3に示す。
が大きい方が、流動性が良好である。単位はcmである。
耐燃性:低圧トランスファー成形機(コータキ精機(株)製、KTS−30)を用いて、金型温度175℃、注入時間15秒、硬化時間120秒、注入圧力9.8MPaの条件で、半導体封止用樹脂組成物を注入成形して、3.2mm厚の耐燃試験片を作製した。得られた試験片について、UL94垂直法の規格に則り耐燃試験を行った。表には、Fmax、ΣFおよび判定後の耐燃ランクを示した。上記で得られた半導体封止用樹脂組成物は、Fmax:7秒、ΣF:24秒、耐燃ランク:V−0と良好な耐燃性を示した。
耐半田性試験2:上述の耐半田性試験1におけるポストキュア後の処理条件を85℃、相対湿度85%で168時間処理とした以外は、耐半田性試験1と同様に試験を実施した。上記で得られた半導体封止用樹脂組成物を用いて作製した半導体装置は0/6と良好な信頼性を示した。
表2、表3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製造し、実施例1と同様にして評価した。評価結果を表2、表3に示す。
いずれにおいても、流動性(スパイラルフロー)、耐燃性、耐半田性、および連続成形性のバランスに優れた結果が得られた。一方、一般式(1)で表される構造を含むフェノール樹脂を含まない比較例1〜4においては、耐燃性、耐半田性、および連続成形性も劣る結果となった。
体装置封止用として好適である。
2 ダイボンド材硬化体
3 ダイパッド
4 金線
5 リードフレーム
6 半導体封止用樹脂組成物の硬化体
Claims (8)
- 前記一般式(1)で表される構造を含むフェノール樹脂が、1≦m≦10のフェノール樹脂とm=0のフェノール樹脂とを含むことを特徴とする請求項1記載の半導体封止用樹脂組成物。
- ゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定で得られる前記一般式(1)の「1≦m≦10」成分(A)とゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定で得られる前記一般式(1)の「m=0」の成分(B)との成分比A/Bが0.05以上1.5以下である、請求項1または2に記載の半導体封止用樹脂組成物。
- 前記一般式(1)で表される構造を含むフェノール樹脂が、ゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定で得られる「n=0」成分を含むものである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
- ゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定で得られる前記一般式(1)の「1≦m≦10かつn=1〜3」成分(a)とゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定で得られる前記一般式(1)の「m=0かつn=1〜3」の成分(b)との比a/bが0.05以上0.55以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
- 硬化促進剤をさらに含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
- 前記硬化促進剤は、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、およびホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物から選択される少なくとも1種を含む、請求項6に記載の半導体封止用樹脂組成物。
- 半導体素子を、請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体封止用樹脂組成物で封止して得られる、ことを特徴とする半導体装置。
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