JP2011094028A - 半導体封止用樹脂組成物、これを用いる半導体装置及び半導体封止用樹脂組成物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
こうしたワイヤ流れや未充填を防止するために樹脂組成物の流動性をさらに向上させる手法として、低分子量のエポキシ樹脂又はフェノール樹脂系硬化剤を用いる手法がある。しかし、低分子量のエポキシ樹脂を用いると、樹脂組成物の製造過程で、樹脂組成物同士が固着したり、装置内に樹脂組成物が付着するなどにより生産性が低下する場合があった。これをハンドリング性の不良という。
[2][1]に記載の半導体封止用樹脂組成物において、エポキシ樹脂(A)の軟化点が、50℃以上80℃以下であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
[3][1]又は[2]に記載の半導体封止用樹脂組成物において、エポキシ樹脂(A)が、一般式(1)で表される構造を有する化合物と、一般式(2)で表される化合物と、を混合した後に、エポキシ化されたエポキシ樹脂であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
[4][1]又は[2]に記載の半導体封止用樹脂組成物において、一般式(1)中のR1がメチル基であり、かつ、i=2であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
[5][1]又は[2]に記載の半導体封止用樹脂組成物において、エポキシ樹脂(A)のエポキシ当量が220g/eq以上、300g/eq以下であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
[6][1]又は[2]に記載の半導体封止用樹脂組成物において、一般式(1)で表される構造を有する化合物が、置換又は無置換のフェノール、キシレン、及びホルマリンから合成されることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
[7][1]乃至[6]いずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物の硬化物で半導体素子を封止して得られることを特徴とする半導体装置。
[8][7]に記載の半導体装置において、前記半導体素子がリードフレーム上にマウントされたものであることを特徴とする半導体装置。
[9]一般式(1)で表される構造を有する化合物と一般式(2)で表される化合物とを混合する工程と、
混合された一般式(1)で表される構造を有する化合物と一般式(2)で表される化合物とを、エポキシ化してエポキシ樹脂(A)を得る工程と、
を含み、エポキシ樹脂(A)と、フェノール樹脂系硬化剤(B)と、無機充填剤(C)と、を含むことを特徴とする半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
[10][9]に記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法において、エポキシ樹脂(A)の軟化点が、50℃以上80℃以下であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
[11][9]又は[10]に記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法において、一般式(1)中のR1がメチル基であり、かつ、i=2であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
[12][9]又は[10]に記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法において、エポキシ樹脂(A)のエポキシ当量が220g/eq以上、300g/eq以下であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
[13][9]又は[10]に記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法において、一般式(1)で表される構造を有する化合物が、置換又は無置換のフェノール、キシレン、及びホルマリンから合成されることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
エポキシ樹脂(A)について説明する。本発明の半導体封止用樹脂組成物では、エポキシ樹脂(A)として、下記一般式(1)で表される構造を有する化合物(フェノール樹脂;前駆体フェノール樹脂1、とする)をエピハロヒドリンと反応して得られるエポキシ樹脂(A1)と、下記一般式(2)で表される化合物(フェノール樹脂;前駆体フェノール樹脂2、とする)をエピハロヒドリンと反応して得られるエポキシ樹脂(A2)とを用いる。
これに対し、本発明では、前駆体フェノール樹脂2に、従来よりも低い軟化点の樹脂を用いた場合であっても、前駆体フェノール樹脂1と予め混合してからエポキシ化するため、エポキシ樹脂(A1)とエポキシ樹脂(A2)の混合が良好となる。さらに、ハンドリング性を維持しつつ流動性を高めた複数種類のエポキシ樹脂の併用が可能となる。また、前駆体フェノール樹脂の選択の余地が広がり製造マージンが良好となる。
本発明の半導体封止用樹脂組成物で用いられるエポキシ樹脂(A1)及び(A2)の合成方法については特に限定はなく、市販品を用いてもよい。たとえば、エポキシ樹脂(A2)の市販品としては、三井化学株式会社製E−XLC−3、日本化薬株式会社NC−2000などを挙げることができる。
次に、一般式(1)で表される構造を有する化合物(前駆体フェノール樹脂1)の合成例について説明する。
前駆体フェノール樹脂1の合成方法については特に限定されるものではないが、例えば、第1の製法の場合には、フェノール化合物1モルに対して、一般式(4)で表される化合物を0.1〜0.6モル、蟻酸、シュウ酸、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、塩酸、硫酸、燐酸、酢酸、ルイス酸、などの酸性触媒0.005〜0.05モルを50〜200℃の温度で、窒素フローにより発生ガス及び水分を系外へ排出しながら、2〜20時間反応させ、反応終了後に残留するモノマーを減圧蒸留、水蒸気蒸留などの方法で留去することによって得ることができる。
また、前駆体フェノール樹脂1の合成方法のうち、第2の製法の場合には、一般式(5)で表されるアルキル置換芳香族化合物1モルに対して、アルデヒド類を1〜2.5モル、触媒としてパラトルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸、硫酸などの強酸を0.1〜2.5モル加えて、100〜150℃の温度で、0.5〜5時間反応して芳香族炭化水素−ホルムアルデヒド樹脂を得る。次いで、フェノール化合物1〜20モル、アルデヒド類を0〜2.5モル、シュウ酸、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、塩酸、硫酸、燐酸、酢酸、ルイス酸などの酸性触媒0.005〜0.05モルを加えて50〜200℃の温度にて窒素フローにより発生ガスを系外へ排出しながら、2〜20時間共縮合反応させ、反応終了後に残留するモノマー及び水分を減圧蒸留、水蒸気蒸留などの方法で留去することによって得ることができる。
(i)アルキル置換芳香族化合物とアルデヒド類との反応において、ゲル化が生じない程度にアルデヒド類の配合量を上げる、反応温度を上げる、触媒量を増量する、
(ii)芳香族炭化水素−ホルムアルデヒド樹脂とフェノール化合物との反応において、ホルムアルデヒドの配合量を上げる、
などの方法で、nの平均値を高めることができる。
(iii)芳香族炭化水素−ホルムアルデヒド樹脂とフェノール化合物との反応において、フェノール化合物/アルデヒド類の配合比を下げる、反応温度を上げる、触媒量を増やすなどの方法で、mの平均値を高めることができる。
次に、一般式(2)で表されるフェノール樹脂(前駆体フェノール樹脂2)の合成例について説明する。
次に、フェノール樹脂系硬化剤(B)について説明する。フェノール樹脂系硬化剤(B)は、一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、ポリマー全般であり、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、ナフトールノボラック樹脂等のノボラック型樹脂;トリフェノールメタン型フェノール樹脂等の多官能型フェノール樹脂;テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等の変性フェノール樹脂;フェニレン骨格及び/又はビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン及び/又はビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型樹脂;ビスフェノールA、ビスフェノールF等のビスフェノール化合物等が挙げられるほか、エポキシ樹脂(A1)の前駆体フェノール樹脂1として用いられる、一般式(1)で表される構造を有する化合物を用いてもよく、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。このようなフェノール樹脂系硬化剤(B)により、耐燃性、耐湿性、電気特性、硬化性、保存安定性等のバランスが良好となる。特に、硬化性の点から水酸基当量は90g/eq以上、250g/eq以下のものが好ましい。
本発明の半導体封止用樹脂組成物に用いられる無機充填剤(C)としては、当該分野で一般的に用いられる無機充填剤を使用することができる。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、窒化アルミ等が挙げられる。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。
本発明の半導体封止用樹脂組成物は、硬化促進剤(D)を含んでもよい。硬化促進剤(D)は、エポキシ樹脂のエポキシ基とフェノール樹脂系硬化剤(B)の水酸基との反応を促進するものであればよく、一般に使用される硬化促進剤(D)を用いることができる。
次に、本発明の半導体装置について説明する。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又は回路基板等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等の成形方法で成形、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。
以下のエポキシ樹脂1〜9の合成にあたり、下記のフェノール樹脂を原料(前駆体)として使用した。
エポキシ樹脂として、以下のエポキシ樹脂1〜14を使用した。
硬化剤として、以下の硬化剤1〜4を使用した。
無機充填剤としては、電気化学工業株式会社製溶融球状シリカFB560(平均粒径30μm)100質量部、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、アドマテックス製合成球状シリカSO−C5(平均粒径1.5μm)7.5質量部のブレンドを使用した。
以下の硬化促進剤1〜5を使用した。
化合物Eとして、下記一般式(24)で表される化合物(東京化成工業株式会社製、2,3−ナフタレンジオール、純度98%)を使用した。
以下のシランカップリング剤1〜3を使用した。
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(信越化学工業株式会社製、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(信越化学工業株式会社製、KBM−573。)
以下の難燃剤1〜2を使用した。
難燃剤1:水酸化アルミニウム(住友化学株式会社製、CL310)
難燃剤2:水酸化マグネシウム・水酸化亜鉛固溶体複合金属水酸化物(タテホ化学工業株式会社製、エコーマグZ−10)
着色剤として、三菱化学工業株式会社製のカーボンブラック(MA600)を使用した。
離型剤として、日興ファイン株式会社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。
製造時ハンドリング性:樹脂組成物を加熱ロールで溶融混練して得た後、スポットクーラーで冷却し、次いで手作業にて粗粉砕し、次いでハンマークラッシャーにて粉砕し、22〜25℃の温度雰囲気下で、待機時間を含めて3時間かけて粉砕物をタブレットに打錠成型した。下記1)、2)に示す不具合のいずれか1つでも生じた場合を×、下記1)、2)のいずれの不具合をも生じずに、良好にタブレットが得られたものを○、と記載した。
1)ハンマークラッシャー内で樹脂組成物が固着したり、ハンマークラッシャーの壁面に付着した場合
2)タブレット成型工程で、金型内面に樹脂が付着して、タブレットの外観に欠損が生じた場合
2 ダイボンド材硬化体
3 ダイパッド
4 ワイヤ
5 リードフレーム
6 封止用樹脂組成物の硬化体
7 ソルダーレジスト
8 基板
9 半田ボール
Claims (13)
- エポキシ樹脂(A)と、
フェノール樹脂系硬化剤(B)と、
無機充填剤(C)と、
を含み、
エポキシ樹脂(A)が、
一般式(1)で表される構造を有する化合物とエピハロヒドリンとが反応したエポキシ樹脂と、
一般式(2)で表される化合物とエピハロヒドリンとが反応したエポキシ樹脂と、を含むことを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
- 請求項1に記載の半導体封止用樹脂組成物において、
エポキシ樹脂(A)の軟化点が、50℃以上80℃以下であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。 - 請求項1又は2に記載の半導体封止用樹脂組成物において、
エポキシ樹脂(A)が、一般式(1)で表される構造を有する化合物と一般式(2)で表される化合物とを混合した後に、エポキシ化されたエポキシ樹脂であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。 - 請求項1又は2に記載の半導体封止用樹脂組成物において、
一般式(1)中のR1がメチル基であり、かつ、i=2であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。 - 請求項1又は2に記載の半導体封止用樹脂組成物において、
エポキシ樹脂(A)のエポキシ当量が220g/eq以上、300g/eq以下であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。 - 請求項1又は2に記載の半導体封止用樹脂組成物において、
一般式(1)で表される構造を有する化合物が、置換又は無置換のフェノール、キシレン、及びホルマリンから合成されることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。 - 請求項1乃至6いずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物の硬化物で半導体素子を封止して得られることを特徴とする半導体装置。
- 請求項7に記載の半導体装置において、
前記半導体素子がリードフレーム上にマウントされたものであることを特徴とする半導体装置。 - 一般式(1)で表される構造を有する化合物と一般式(2)で表される化合物とを混合する工程と、
混合された一般式(1)で表される構造を有する化合物と一般式(2)で表される化合物とを、エポキシ化してエポキシ樹脂(A)を得る工程と、
を含み、エポキシ樹脂(A)と、フェノール樹脂系硬化剤(B)と、無機充填剤(C)と、を含むことを特徴とする半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
- 請求項9に記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法において、
エポキシ樹脂(A)の軟化点が、50℃以上80℃以下であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物の製造方法。 - 請求項9又は10に記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法において、
一般式(1)中のR1がメチル基であり、かつ、i=2であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物の製造方法。 - 請求項9又は10に記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法において、
エポキシ樹脂(A)のエポキシ当量が220g/eq以上、300g/eq以下であることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物の製造方法。 - 請求項9又は10に記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法において、
一般式(1)で表される構造を有する化合物が、置換又は無置換のフェノール、キシレン、及びホルマリンから合成されることを特徴とする半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
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