JP2011236303A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱伝導性を維持しつつパッシベーション膜のクラック発生を抑制するとともに、成形性にも優れた樹脂封止が可能な半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。
【解決手段】下記Ａ〜Ｅ成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。そして、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いた半導体装置である。
Ａ：エポキシ樹脂
Ｂ：下記ｂ１成分およびｂ２成分を含み、ｂ１成分およびｂ２成分の重量比率が、ｂ１／ｂ２＝５／９５〜２５／７５であるシリコーン混合物
ｂ１：重量平均分子量が６００〜９００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
ｂ２：重量平均分子量が１００００〜２００００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
Ｃ：フェノール樹脂
Ｄ：硬化促進剤
Ｅ：下記ｅ１成分およびｅ２成分を含む無機質充填剤
ｅ１：結晶性シリカ
ｅ２：溶融シリカ
【選択図】図１
【解決手段】下記Ａ〜Ｅ成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。そして、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いた半導体装置である。
Ａ：エポキシ樹脂
Ｂ：下記ｂ１成分およびｂ２成分を含み、ｂ１成分およびｂ２成分の重量比率が、ｂ１／ｂ２＝５／９５〜２５／７５であるシリコーン混合物
ｂ１：重量平均分子量が６００〜９００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
ｂ２：重量平均分子量が１００００〜２００００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
Ｃ：フェノール樹脂
Ｄ：硬化促進剤
Ｅ：下記ｅ１成分およびｅ２成分を含む無機質充填剤
ｅ１：結晶性シリカ
ｅ２：溶融シリカ
【選択図】図１
Description
本発明は、パッシベーション処理を施した半導体素子を樹脂封止する際に、パッシベーション膜のクラック発生を抑制するとともに、成形性に優れた樹脂封止が可能な半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。
一般に、半導体装置は、パッシベーション膜とよばれる表面保護膜によって保護された半導体素子を、熱硬化性樹脂にシリカ粉末等の無機質充填剤を混合分散した封止樹脂を用いて封止することにより製造される。
樹脂封止の際に発生する封止樹脂層の熱応力により、パッシベーション膜にクラックが発生することがある。熱応力を低減するために、シリコーン化合物等の可撓性材料を、応力緩和剤として封止樹脂に添加することが検討されている（特許文献１および２）。
特開平８−１５１４３３号公報
特開２００２−１９４０６４号公報
しかし、パワートランジスタ等の封止樹脂層に熱伝導性が求められる半導体装置の場合は、封止樹脂層自体の厚みが大きくなるとともに、封止樹脂層中に高熱伝導性の結晶性シリカ粉末を多く含有させる必要があるために、封止樹脂層の線膨張係数が高くなる。このため、封止樹脂層により大きな熱応力が発生して、応力緩和剤のみでは熱応力を十分に低減することは困難であった。
また、応力緩和剤を添加することにより、樹脂組成物の流動性低下や外観不良など、成形性に問題が生じる傾向があった。
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、熱伝導性を維持しつつパッシベーション膜のクラック発生を抑制するとともに、成形性にも優れた樹脂封止が可能な半導体封止用エポキシ樹脂組成物の提供をその目的とする。
上記の問題を解決するために、本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、下記Ａ〜Ｅ成分を含有することを特徴としている。
Ａ：エポキシ樹脂
Ｂ：下記ｂ１成分およびｂ２成分を含み、ｂ１成分およびｂ２成分の重量比率が、ｂ１／ｂ２＝５／９５〜２５／７５であるシリコーン混合物
ｂ１：重量平均分子量が６００〜９００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
ｂ２：重量平均分子量が１００００〜２００００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
Ｃ：フェノール樹脂
Ｄ：硬化促進剤
Ｅ：下記ｅ１成分およびｅ２成分を含む無機質充填剤
ｅ１：結晶性シリカ
ｅ２：溶融シリカ
Ａ：エポキシ樹脂
Ｂ：下記ｂ１成分およびｂ２成分を含み、ｂ１成分およびｂ２成分の重量比率が、ｂ１／ｂ２＝５／９５〜２５／７５であるシリコーン混合物
ｂ１：重量平均分子量が６００〜９００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
ｂ２：重量平均分子量が１００００〜２００００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
Ｃ：フェノール樹脂
Ｄ：硬化促進剤
Ｅ：下記ｅ１成分およびｅ２成分を含む無機質充填剤
ｅ１：結晶性シリカ
ｅ２：溶融シリカ
また、本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、下記Ａ成分とＢ成分を反応させて得られるシリコーン変性エポキシ樹脂および下記Ｃ〜Ｄ成分を含有することを特徴としている。
Ａ：エポキシ樹脂
Ｂ：下記ｂ１成分およびｂ２成分を含み、ｂ１成分およびｂ２成分の重量比率が、ｂ１／ｂ２＝５／９５〜２５／７５であるシリコーン混合物
ｂ１：重量平均分子量が６００〜９００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
ｂ２：重量平均分子量が１００００〜２００００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
Ｃ：フェノール樹脂
Ｄ：硬化促進剤
Ｅ：下記ｅ１成分およびｅ２成分を含む無機質充填剤
ｅ１：結晶性シリカ
ｅ２：溶融シリカ
Ａ：エポキシ樹脂
Ｂ：下記ｂ１成分およびｂ２成分を含み、ｂ１成分およびｂ２成分の重量比率が、ｂ１／ｂ２＝５／９５〜２５／７５であるシリコーン混合物
ｂ１：重量平均分子量が６００〜９００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
ｂ２：重量平均分子量が１００００〜２００００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
Ｃ：フェノール樹脂
Ｄ：硬化促進剤
Ｅ：下記ｅ１成分およびｅ２成分を含む無機質充填剤
ｅ１：結晶性シリカ
ｅ２：溶融シリカ
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、樹脂封止時に発生する熱応力を低減して、熱伝導性を維持しつつパッシベーション膜のクラック発生を抑制するとともに、成形性に優れた樹脂封止が可能となる。
つぎに、本発明の実施の形態について詳しく説明する。
本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、下記Ａ〜Ｅ成分を含有する。
Ａ：エポキシ樹脂
Ｂ：下記ｂ１成分およびｂ２成分を含み、ｂ１成分およびｂ２成分の重量比率が、ｂ１／ｂ２＝５／９５〜２５／７５であるシリコーン混合物
ｂ１：重量平均分子量が６００〜９００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
ｂ２：重量平均分子量が１００００〜２００００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
Ｃ：フェノール樹脂
Ｄ：硬化促進剤
Ｅ：下記ｅ１成分およびｅ２成分を含む無機質充填剤
ｅ１：結晶性シリカ
ｅ２：溶融シリカ
Ａ：エポキシ樹脂
Ｂ：下記ｂ１成分およびｂ２成分を含み、ｂ１成分およびｂ２成分の重量比率が、ｂ１／ｂ２＝５／９５〜２５／７５であるシリコーン混合物
ｂ１：重量平均分子量が６００〜９００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
ｂ２：重量平均分子量が１００００〜２００００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
Ｃ：フェノール樹脂
Ｄ：硬化促進剤
Ｅ：下記ｅ１成分およびｅ２成分を含む無機質充填剤
ｅ１：結晶性シリカ
ｅ２：溶融シリカ
Ａ成分であるエポキシ樹脂は、特に限定されるものではない。例えば、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、ビフェニル型エポキシ樹脂、変性ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、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、変性ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、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、フェノキシ樹脂等の各種のエポキシ樹脂を用いることができる。これらエポキシ樹脂は単独で用いてもよいし２種以上併用してもよい。エポキシ樹脂の反応性およびエポキシ樹脂組成物の硬化体の靭性を確保する観点から、エポキシ当量１５０〜２５０、軟化点もしくは融点が５０〜１３０℃の常温で固形のものが好ましく、中でも、信頼性の観点から、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、ビフェニル型エポキシ樹脂を用いることが好ましい。
Ａ成分の含有率は、エポキシ樹脂組成物全体に対して５〜２０重量％の範囲に設定することが好ましい。
Ｂ成分は、下記ｂ１成分およびｂ２成分を含み、ｂ１成分およびｂ２成分の重量比率が、ｂ１／ｂ２＝５／９５〜２５／７５であるシリコーン混合物である。
ｂ１：重量平均分子量が６００〜９００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
ｂ２：重量平均分子量が１００００〜２００００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
Ｂ成分を用いることにより、パッシベーション膜のクラックを抑制しつつ、成形性に優れた樹脂封止が可能となる。
ｂ１：重量平均分子量が６００〜９００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
ｂ２：重量平均分子量が１００００〜２００００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
Ｂ成分を用いることにより、パッシベーション膜のクラックを抑制しつつ、成形性に優れた樹脂封止が可能となる。
ｂ１成分およびｂ２成分は、成形性の観点から、重量比率がｂ１／ｂ２＝５／９５〜２５／７５となるように用いる。ｂ１の重量比率が５未満の場合は、エポキシ樹脂組成物の流動性が低下する傾向がみられる。また、ｂ１の重量比率が２５を超えると、パッケージ曇りなどの外観不良が生じる傾向がみられる。
ｂ１成分の重量平均分子量は６００〜９００であり、６５０〜８５０が好ましく、７００〜８００がより好ましい。重量平均分子量が６００未満では、パッケージ曇りなどの外観不良となる傾向がみられる。重量平均分子量が９００を超えると、エポキシ樹脂組成物の流動性が低下する傾向がみられる。
ｂ２成分の重量平均分子量は１００００〜２００００であり、１２０００〜１８０００が好ましく、１４０００〜１６０００がより好ましい。重量平均分子量が１００００未満では、金型離型性が低下する傾向がみられる。重量平均分子量が２００００を超えると、エポキシ樹脂組成物への相溶性が低下する傾向がみられる。
なお、ｂ１成分およびｂ２成分の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフ分析法によって測定される。
Ｂ成分の配合量は、エポキシ樹脂組成物の弾性率の観点から、Ａ成分１００重量部に対して３〜２０重量部となるように設定するのが好ましい。
なお、金型離型性の観点から、Ａ成分とＢ成分を反応させてシリコーン変性エポキシ樹脂を得た後に、得られたシリコーン変性エポキシ樹脂に下記Ｃ〜Ｄ成分を加えて溶融混練させることが好ましい。その際の反応条件としては、加熱温度１６５〜１８５℃、加熱時間１０〜５０分が好ましい。
Ｃ成分であるフェノール樹脂は、上記Ａ成分との間で硬化反応を生起するものであれば特に限定されるものではない。例えば、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、クレゾールノボラック樹脂、レゾール樹脂等が用いられる。これらフェノール樹脂は単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。Ａ成分との反応性の観点から、水酸基当量が７０〜２５０、軟化点が５０〜１１０℃のものを用いることが好ましく、中でも硬化反応性が高いという観点から、フェノールノボラック樹脂を好適に用いることができる。また、信頼性の観点から、フェノールアラルキル樹脂やビフェニルアラルキル樹脂のような低吸湿性のものを用いることが好ましい。
そして、Ｃ成分の配合量は、硬化反応性という観点から、Ａ成分中のエポキシ基１当量に対して、Ｃ成分中の水酸基の合計が０．７〜１．５当量となるように配合することが好ましく、より好ましくは０．９〜１．２当量である。
Ｄ成分である硬化促進剤は、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の硬化を進行させるものであれば特に限定されるものではないが、硬化性の観点から、１，８−ジアザビシクロ〔５．４．０〕ウンデセン−７および１，５−ジアザビシクロ〔４．３．０〕ノネン−５等のジアザビシクロアルケン系化合物、トリエチルアミンおよびベンジルジメチルアミン等のアミン化合物、トリフェニルホスフィンや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の有機リン系化合物、イミダゾール系化合物を用いることが好ましい。これら硬化促進剤は、単独で用いても良いし、他の硬化促進剤と併用しても構わない。
Ｄ成分の含有量は、Ａ成分およびＣ成分の合計含有量１００重量部に対して、０．３〜１．５重量部とするのが好ましい。
また、硬化性の観点から、Ｄ成分は予めＣ成分と溶融混合させることが好ましい。その際の溶融混合条件としては、加熱温度１６０〜２３０℃、加熱時間１〜５時間が好ましい。
Ｅ成分は、下記ｅ１成分およびｅ２成分を含む無機質充填剤である。
ｅ１：結晶性シリカ
ｅ２：溶融シリカ
ｅ１成分およびｅ２成分を併用することにより、熱伝導性を維持しつつ流動性に優れたエポキシ樹脂組成物とすることが可能となる。
ｅ１：結晶性シリカ
ｅ２：溶融シリカ
ｅ１成分およびｅ２成分を併用することにより、熱伝導性を維持しつつ流動性に優れたエポキシ樹脂組成物とすることが可能となる。
ｅ１成分は結晶性シリカである。ｅ１成分は、天然石英を粉砕したものを用いることができ、通常、鋭利な形状を有しているが、研磨によって丸みを有する形状にしてもよい。中でも、ｅ１成分の平均粒径は、１〜５０μｍであるものが好ましく、５〜２０μｍであるものがより好ましい。
ｅ２成分は溶融シリカである。ｅ２成分としては、球状溶融シリカ粉末、破砕溶融シリカ粉末が挙げられるが、流動性という観点から、球状溶融シリカ粉末を用いることが好ましい。中でも、平均粒径は、１〜５０μｍであるものが好ましく、５〜３０μｍであるものがより好ましい。
なお、上記平均粒径は、例えば、母集団から任意に抽出される試料を用い、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置を用いて測定することにより導き出すことができる。
パッケージ曇りなどの外観不良の観点から、ｅ１成分およびｅ２成分の重量比率は、ｅ１／ｅ２＝４５／５５〜７５／２５であることが好ましい。
また、Ｅ成分の含有率は、エポキシ樹脂組成物全体に対して、７０〜９３重量％が好ましく、７５〜８７重量％がより好ましい。
さらに、本発明では、Ｆ成分として下記ｆ１成分およびｆ２成分を含むワックス混合物を、離型剤として用いることが好ましい。ｆ１成分およびｆ２成分を併用することにより、エポキシ樹脂組成物の硬化体の金型離型性をより向上させることが可能となる。
ｆ１：アミドワックス
ｆ２：エステルワックス
ｆ１：アミドワックス
ｆ２：エステルワックス
ｆ１成分であるアミドワックスは、高級脂肪酸と多価アミンとの反応生成物であり、特に限定されるものではないが、例えば、メチレンビスラウリン酸アミド、メチレンビスパルミチン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、メチレンビスミリスチン酸アミド、エチレンビスミリスチン酸アミド、エチレンビスパルミチン酸アミド、メチレンビスベヘン酸アミド、エチレンビスベヘン酸アミド等があげられる。これらアミドワックスは、単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。中でも、離型性の観点から、炭素数が１７〜５０の高級脂肪酸を用いたアミドワックスが好ましい。
ｆ２成分であるエステルワックスは、高級脂肪酸と多価アルコールとの反応生成物であり、特に限定されるものではないが、例えば、モンタン酸エステルワックス、カルナバワックス等があげられる。これらアミドワックスは、単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。中でも、離型性の観点から、炭素数が１７〜５０の高級脂肪酸を用いたエステルワックスが好ましい。
エポキシ樹脂組成物とパッシベーション膜の接着性および金型離型性の観点から、ｆ１成分およびｆ２成分の重量比率は、ｆ１／ｆ２＝２０／８０〜８０／２０であることが好ましい。
また、Ｆ成分の含有率は、エポキシ樹脂組成物全体に対して、０．１〜１重量％が好ましく、０．３〜０．６重量％がより好ましい。
なお、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｆ成分以外に、必要に応じて、難燃剤、カーボンブラックをはじめとする顔料等の他の添加剤を適宜配合することができる。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、例えば、つぎのようにして製造することができる。すなわち、前記Ａ〜Ｅ成分および必要に応じてＦ成分ならびに他の添加剤を常法に準じて適宜配合し、ミキシングロール機等の混練機を用いて加熱状態で溶融混練して、目的とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造することができる。
なお、上述のように、金型離型性の観点から、Ａ成分とＢ成分を予め反応させてシリコーン変性エポキシ樹脂を得た後に、得られたシリコーン変性エポキシ樹脂とその他の成分を溶融混練することが好ましい。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、常法により粉砕して打錠したものを用いてもよいし、打錠せずに粉末状のまま用いても、シート状に形成したものを用いてもよい。
このようにして得られた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いた半導体素子の封止は、特に限定するものではなく、通常のトランスファー成形（トランスファーアンダーフィルを含む）、圧縮成形方法およびシート封止方法等の公知のモールド方法により行うことができる。
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
まず、下記に示す各成分を準備した。
〔エポキシ樹脂〕
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（東都化成社製、ＫＩ−３０００。軟化点７０℃、エポキシ当量１０５）
〔シリコーン化合物Ｘ（前記ｂ１成分に相当）〕
アミノ基含有ポリジメチルシロキサン（旭化成ワッカーシリコーン社製、Ｌ６５５。重量平均分子量８００）
〔シリコーン化合物Ｙ（前記ｂ２成分に相当）〕
アミノ基含有ポリジメチルシロキサン（旭化成ワッカーシリコーン社製、Ｌ６５２。重量平均分子量１２０００）
〔シリコーン化合物Ｚ〕
アミノ基含有ポリジメチルシロキサン（東レダウコーニング社製、ＳＦ−８４１７。重量平均分子量２５０００）
〔シリコーン変性エポキシ樹脂Ｉ〜Ｖ〕
表１に示した割合で、エポキシ樹脂、シリコーン化合物Ｘおよびシリコーン化合物Ｙを２２０℃にて２時間加熱撹拌することにより反応させて、シリコーン変性エポキシ樹脂Ｉ〜Ｖを得た。
〔フェノール樹脂〕
フェノールノボラック樹脂（群栄化学工業社製、ＧＳ−１８０。水酸基当量１０９、軟化点７０℃）
〔硬化促進剤〕
１，８−ジアザビシクロ〔５．４．０〕ウンデセン−７
〔無機質充填剤Ｘ（前記ｅ１成分に相当）〕
平均粒径３０μｍ、最大粒径１２８μｍの結晶性シリカ粉末（電気化学工業社製、ＦＢ−９４５４）
〔無機質充填剤Ｙ（前記ｅ２成分に相当）〕
平均粒径１５μｍ、最大粒径１２８μｍの溶融シリカ粉末（電気化学工業社製、ＦＢ−９４５４ＦＣ）
〔無機質充填剤Ｚ〕
平均粒径２２μｍ、最大粒径１２８μｍの溶融シリカ粉末（電気化学工業社製、ＦＢ−８２０）
〔離型剤Ｘ（前記ｆ１成分に相当）〕
アミドワックス（花王社製、カオーワックス ＥＢ−ＦＦ）
〔離型剤Ｙ（前記ｆ２成分に相当）〕
モンタン酸部分ケン化エステルワックス（クラリアント社製、Ｌｉｃｏｗａｘ（登録商標） ＯＰ）
〔離型剤Ｚ（前記ｆ２成分に相当）〕
カルナバワックス
〔エポキシ樹脂〕
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（東都化成社製、ＫＩ−３０００。軟化点７０℃、エポキシ当量１０５）
〔シリコーン化合物Ｘ（前記ｂ１成分に相当）〕
アミノ基含有ポリジメチルシロキサン（旭化成ワッカーシリコーン社製、Ｌ６５５。重量平均分子量８００）
〔シリコーン化合物Ｙ（前記ｂ２成分に相当）〕
アミノ基含有ポリジメチルシロキサン（旭化成ワッカーシリコーン社製、Ｌ６５２。重量平均分子量１２０００）
〔シリコーン化合物Ｚ〕
アミノ基含有ポリジメチルシロキサン（東レダウコーニング社製、ＳＦ−８４１７。重量平均分子量２５０００）
〔シリコーン変性エポキシ樹脂Ｉ〜Ｖ〕
表１に示した割合で、エポキシ樹脂、シリコーン化合物Ｘおよびシリコーン化合物Ｙを２２０℃にて２時間加熱撹拌することにより反応させて、シリコーン変性エポキシ樹脂Ｉ〜Ｖを得た。
〔フェノール樹脂〕
フェノールノボラック樹脂（群栄化学工業社製、ＧＳ−１８０。水酸基当量１０９、軟化点７０℃）
〔硬化促進剤〕
１，８−ジアザビシクロ〔５．４．０〕ウンデセン−７
〔無機質充填剤Ｘ（前記ｅ１成分に相当）〕
平均粒径３０μｍ、最大粒径１２８μｍの結晶性シリカ粉末（電気化学工業社製、ＦＢ−９４５４）
〔無機質充填剤Ｙ（前記ｅ２成分に相当）〕
平均粒径１５μｍ、最大粒径１２８μｍの溶融シリカ粉末（電気化学工業社製、ＦＢ−９４５４ＦＣ）
〔無機質充填剤Ｚ〕
平均粒径２２μｍ、最大粒径１２８μｍの溶融シリカ粉末（電気化学工業社製、ＦＢ−８２０）
〔離型剤Ｘ（前記ｆ１成分に相当）〕
アミドワックス（花王社製、カオーワックス ＥＢ−ＦＦ）
〔離型剤Ｙ（前記ｆ２成分に相当）〕
モンタン酸部分ケン化エステルワックス（クラリアント社製、Ｌｉｃｏｗａｘ（登録商標） ＯＰ）
〔離型剤Ｚ（前記ｆ２成分に相当）〕
カルナバワックス
〔実施例１〜７、比較例１〜６〕
後記の表２および表３に示す各成分を、同表に示す割合で配合し、ロール混練機を用いて１００℃、３分間溶融混練してエポキシ樹脂組成物を作製した。
後記の表２および表３に示す各成分を、同表に示す割合で配合し、ロール混練機を用いて１００℃、３分間溶融混練してエポキシ樹脂組成物を作製した。
〔半導体装置の作製〕
得られたエポキシ樹脂組成物を用いて１７５℃で１２０秒、銅製の８０ピンＱＦＰ用リ−ドフレ−ムを用いトランスファ−成型し１７５℃で５時間後硬化して半導体装置を作製した。チップは７．５ｍｍ×７．５ｍｍ×厚み０．３７ｍｍ、パッケ−ジは１４ｍｍ×２０ｍｍ×厚み２．７ｍｍであり、ポリイミドのパッシベーション膜を有する。
得られたエポキシ樹脂組成物を用いて１７５℃で１２０秒、銅製の８０ピンＱＦＰ用リ−ドフレ−ムを用いトランスファ−成型し１７５℃で５時間後硬化して半導体装置を作製した。チップは７．５ｍｍ×７．５ｍｍ×厚み０．３７ｍｍ、パッケ−ジは１４ｍｍ×２０ｍｍ×厚み２．７ｍｍであり、ポリイミドのパッシベーション膜を有する。
〔外観〕
得られた半導体装置の外観を目視し、パッケージに曇りがあるものを×、ないものを○とし、評価した。結果を表２および表３に示す。
〔パッシベーション膜クラック抑制〕
得られた半導体装置を、−６５℃で５分間、１５０℃で５分間の熱サイクルを１０００回繰り返し、目視によりパッシベーション膜にクラックの発生が認められたものを×とし、目視ではクラックは見られないが超音波探傷機で剥離が認められたものを△、いずれも変化の認められなかったものを○とし、評価した。結果を表２および表３に示す。
〔熱伝導性〕
得られたエポキシ樹脂組成物を用いて、１７５℃で２分間のトランスファー成形後、乾燥機内で、１７５℃で５時間後硬化して、直径５０ｍｍ×厚さ１ｍｍの円板状試験片となる成形物を作製した。この成形物の熱伝導率を、熱伝導率測定装置（ＫＥＭＴＨＥＲＭＯＱＴＭ−Ｄ３、京都電子工業社製）を用いて測定した。そして、熱伝導率が２．５以上のものを◎、２．０以上２．５未満のものを○、１．５以上２．０未満のものを△、１．５未満のものを×として評価した。
〔流動性〕
スパイラルフロー測定用金型を用い、１７５±５℃，１２０秒，７０ｋｇ／ｃｍ２の条件でＥＭＭＩ １−６６の方法に準じて、スパイラルフロー値（ｃｍ）を測定した。スパイラルフロー値が１２０ｃｍ以上のものを◎、１００ｃｍ以上１２０ｃｍ未満のものを○、１００ｃｍ未満のものを×とし、評価した。結果を表２および表３に示す。
〔金型離型性〕
まず、図１に示すような３層構造（上型１，中型２，下型３）の成形型を用いて、１７５℃×６０秒の条件で成形を行い、エポキシ樹脂組成物硬化体における離型時の荷重を測定した。図１において、４はカル、５はスプルー、６はランナー、７はキャビティーである。離型時の荷重の測定は、図２に示すように、成形型の中型２を支持台８上に載置し、プッシュプルゲージ９を用いて上方から中型２内のエポキシ樹脂組成物硬化体１０を脱型した。このときの荷重値を測定した。荷重値が１４．７Ｎ以下のものを◎、１４．７以上１９．６Ｎ未満のものを○、１９．６Ｎ以上のものを×とし、評価した。結果を表２および表３に示す。
得られた半導体装置の外観を目視し、パッケージに曇りがあるものを×、ないものを○とし、評価した。結果を表２および表３に示す。
〔パッシベーション膜クラック抑制〕
得られた半導体装置を、−６５℃で５分間、１５０℃で５分間の熱サイクルを１０００回繰り返し、目視によりパッシベーション膜にクラックの発生が認められたものを×とし、目視ではクラックは見られないが超音波探傷機で剥離が認められたものを△、いずれも変化の認められなかったものを○とし、評価した。結果を表２および表３に示す。
〔熱伝導性〕
得られたエポキシ樹脂組成物を用いて、１７５℃で２分間のトランスファー成形後、乾燥機内で、１７５℃で５時間後硬化して、直径５０ｍｍ×厚さ１ｍｍの円板状試験片となる成形物を作製した。この成形物の熱伝導率を、熱伝導率測定装置（ＫＥＭＴＨＥＲＭＯＱＴＭ−Ｄ３、京都電子工業社製）を用いて測定した。そして、熱伝導率が２．５以上のものを◎、２．０以上２．５未満のものを○、１．５以上２．０未満のものを△、１．５未満のものを×として評価した。
〔流動性〕
スパイラルフロー測定用金型を用い、１７５±５℃，１２０秒，７０ｋｇ／ｃｍ２の条件でＥＭＭＩ １−６６の方法に準じて、スパイラルフロー値（ｃｍ）を測定した。スパイラルフロー値が１２０ｃｍ以上のものを◎、１００ｃｍ以上１２０ｃｍ未満のものを○、１００ｃｍ未満のものを×とし、評価した。結果を表２および表３に示す。
〔金型離型性〕
まず、図１に示すような３層構造（上型１，中型２，下型３）の成形型を用いて、１７５℃×６０秒の条件で成形を行い、エポキシ樹脂組成物硬化体における離型時の荷重を測定した。図１において、４はカル、５はスプルー、６はランナー、７はキャビティーである。離型時の荷重の測定は、図２に示すように、成形型の中型２を支持台８上に載置し、プッシュプルゲージ９を用いて上方から中型２内のエポキシ樹脂組成物硬化体１０を脱型した。このときの荷重値を測定した。荷重値が１４．７Ｎ以下のものを◎、１４．７以上１９．６Ｎ未満のものを○、１９．６Ｎ以上のものを×とし、評価した。結果を表２および表３に示す。
上記結果より、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、すべての評価項目で良好な結果であり、特に、エポキシ樹脂および特定のシリコーン化合物を予め反応させてシリコーン変性エポキシ樹脂とした実施例５〜７は、金型離型性がさらに良好であることがわかる。一方、特定の無機質充填剤を含まない比較例１、特定のシリコーン化合物を含まない比較例２および４、特定のシリコーン化合物の重量比率が条件を満たさない比較例３は、パッシベーション膜のクラックは抑制するが、その他の評価項目に不良が見られる。
１ 上型
２ 中型
３ 下型
４ カル
５ スプルー
６ ランナー
７ キャビティー
８ 支持台
９ プッシュプルゲージ
１０ エポキシ樹脂組成物硬化体
２ 中型
３ 下型
４ カル
５ スプルー
６ ランナー
７ キャビティー
８ 支持台
９ プッシュプルゲージ
１０ エポキシ樹脂組成物硬化体
なお、金型離型性の観点から、Ａ成分とＢ成分を反応させてシリコーン変性エポキシ樹脂を得た後に、得られたシリコーン変性エポキシ樹脂に下記Ｃ〜Ｅ成分を加えて溶融混練させることが好ましい。その際の反応条件としては、加熱温度１６５〜１８５℃、加熱時間１０〜５０分が好ましい。
ｆ２成分であるエステルワックスは、高級脂肪酸と多価アルコールとの反応生成物であり、特に限定されるものではないが、例えば、モンタン酸エステルワックス、カルナバワックス等があげられる。これらエステルワックスは、単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。中でも、離型性の観点から、炭素数が１７〜５０の高級脂肪酸を用いたエステルワックスが好ましい。
まず、下記に示す各成分を準備した。
〔エポキシ樹脂〕
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（東都化成社製、ＫＩ−３０００。軟化点７０℃、エポキシ当量１０５）
〔シリコーン化合物Ｘ（前記ｂ１成分に相当）〕
アミノ基含有ポリジメチルシロキサン（旭化成ワッカーシリコーン社製、Ｌ６５５。重量平均分子量８００）
〔シリコーン化合物Ｙ（前記ｂ２成分に相当）〕
アミノ基含有ポリジメチルシロキサン（旭化成ワッカーシリコーン社製、Ｌ６５２。重量平均分子量１２０００）
〔シリコーン化合物Ｚ〕
アミノ基含有ポリジメチルシロキサン（東レダウコーニング社製、ＳＦ−８４１７。重量平均分子量２５０００）
〔シリコーン変性エポキシ樹脂Ｉ〜Ｖ〕
表１に示した割合で、エポキシ樹脂、シリコーン化合物Ｘおよびシリコーン化合物Ｙを２２０℃にて２時間加熱撹拌することにより反応させて、シリコーン変性エポキシ樹脂Ｉ〜Ｖを得た。
〔フェノール樹脂〕
フェノールノボラック樹脂（群栄化学工業社製、ＧＳ−１８０。水酸基当量１０９、軟化点７０℃）
〔硬化促進剤〕
１，８−ジアザビシクロ〔５．４．０〕ウンデセン−７
〔無機質充填剤Ｘ（前記ｅ１成分に相当）〕
平均粒径３０μｍ、最大粒径１２８μｍの結晶性シリカ粉末（電気化学工業社製、ＦＢ−９４５４）
〔無機質充填剤Ｙ（前記ｅ２成分に相当）〕
平均粒径１５μｍ、最大粒径１２８μｍの溶融シリカ粉末（電気化学工業社製、ＦＢ−９４５４ＦＣ）
〔無機質充填剤Ｚ（前記ｅ２成分に相当）〕
平均粒径２２μｍ、最大粒径１２８μｍの溶融シリカ粉末（電気化学工業社製、ＦＢ−８２０）
〔離型剤Ｘ（前記ｆ１成分に相当）〕
アミドワックス（花王社製、カオーワックス ＥＢ−ＦＦ）
〔離型剤Ｙ（前記ｆ２成分に相当）〕
モンタン酸部分ケン化エステルワックス（クラリアント社製、Ｌｉｃｏｗａｘ（登録商標） ＯＰ）
〔離型剤Ｚ（前記ｆ２成分に相当）〕
カルナバワックス
〔エポキシ樹脂〕
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（東都化成社製、ＫＩ−３０００。軟化点７０℃、エポキシ当量１０５）
〔シリコーン化合物Ｘ（前記ｂ１成分に相当）〕
アミノ基含有ポリジメチルシロキサン（旭化成ワッカーシリコーン社製、Ｌ６５５。重量平均分子量８００）
〔シリコーン化合物Ｙ（前記ｂ２成分に相当）〕
アミノ基含有ポリジメチルシロキサン（旭化成ワッカーシリコーン社製、Ｌ６５２。重量平均分子量１２０００）
〔シリコーン化合物Ｚ〕
アミノ基含有ポリジメチルシロキサン（東レダウコーニング社製、ＳＦ−８４１７。重量平均分子量２５０００）
〔シリコーン変性エポキシ樹脂Ｉ〜Ｖ〕
表１に示した割合で、エポキシ樹脂、シリコーン化合物Ｘおよびシリコーン化合物Ｙを２２０℃にて２時間加熱撹拌することにより反応させて、シリコーン変性エポキシ樹脂Ｉ〜Ｖを得た。
〔フェノール樹脂〕
フェノールノボラック樹脂（群栄化学工業社製、ＧＳ−１８０。水酸基当量１０９、軟化点７０℃）
〔硬化促進剤〕
１，８−ジアザビシクロ〔５．４．０〕ウンデセン−７
〔無機質充填剤Ｘ（前記ｅ１成分に相当）〕
平均粒径３０μｍ、最大粒径１２８μｍの結晶性シリカ粉末（電気化学工業社製、ＦＢ−９４５４）
〔無機質充填剤Ｙ（前記ｅ２成分に相当）〕
平均粒径１５μｍ、最大粒径１２８μｍの溶融シリカ粉末（電気化学工業社製、ＦＢ−９４５４ＦＣ）
〔無機質充填剤Ｚ（前記ｅ２成分に相当）〕
平均粒径２２μｍ、最大粒径１２８μｍの溶融シリカ粉末（電気化学工業社製、ＦＢ−８２０）
〔離型剤Ｘ（前記ｆ１成分に相当）〕
アミドワックス（花王社製、カオーワックス ＥＢ−ＦＦ）
〔離型剤Ｙ（前記ｆ２成分に相当）〕
モンタン酸部分ケン化エステルワックス（クラリアント社製、Ｌｉｃｏｗａｘ（登録商標） ＯＰ）
〔離型剤Ｚ（前記ｆ２成分に相当）〕
カルナバワックス
〔実施例１〜７、比較例１〜４〕
後記の表２および表３に示す各成分を、同表に示す割合で配合し、ロール混練機を用いて１００℃、３分間溶融混練してエポキシ樹脂組成物を作製した。
後記の表２および表３に示す各成分を、同表に示す割合で配合し、ロール混練機を用いて１００℃、３分間溶融混練してエポキシ樹脂組成物を作製した。
〔外観〕
得られた半導体装置の外観を目視し、パッケージに曇りがあるものを×、ないものを○とし、評価した。結果を表２および表３に示す。
〔パッシベーション膜クラック抑制〕
得られた半導体装置を、−６５℃で５分間、１５０℃で５分間の熱サイクルを１０００回繰り返し、目視によりパッシベーション膜にクラックの発生が認められたものを×とし、目視ではクラックは見られないが超音波探傷機で剥離が認められたものを△、いずれも変化の認められなかったものを○とし、評価した。結果を表２および表３に示す。
〔熱伝導性〕
得られたエポキシ樹脂組成物を用いて、１７５℃で２分間のトランスファー成形後、乾燥機内で、１７５℃で５時間後硬化して、直径５０ｍｍ×厚さ１ｍｍの円板状試験片となる成形物を作製した。この成形物の熱伝導率を、熱伝導率測定装置（ＫＥＭＴＨＥＲＭＯＱＴＭ−Ｄ３、京都電子工業社製）を用いて測定した。そして、熱伝導率が２．５以上のものを◎、２．０以上２．５未満のものを○、１．５以上２．０未満のものを△、１．５未満のものを×として評価した。結果を表２および表３に示す。
〔流動性〕
スパイラルフロー測定用金型を用い、１７５±５℃，１２０秒，７０ｋｇ／ｃｍ 2 の条件でＥＭＭＩ １−６６の方法に準じて、スパイラルフロー値（ｃｍ）を測定した。スパイラルフロー値が１２０ｃｍ以上のものを◎、１００ｃｍ以上１２０ｃｍ未満のものを○、１００ｃｍ未満のものを×とし、評価した。結果を表２および表３に示す。
〔金型離型性〕
まず、図１に示すような３層構造（上型１，中型２，下型３）の成形型を用いて、１７５℃×６０秒の条件で成形を行い、エポキシ樹脂組成物硬化体における離型時の荷重を測定した。図１において、４はカル、５はスプルー、６はランナー、７はキャビティーである。離型時の荷重の測定は、図２に示すように、成形型の中型２を支持台８上に載置し、プッシュプルゲージ９を用いて上方から中型２内のエポキシ樹脂組成物硬化体１０を脱型した。このときの荷重値を測定した。荷重値が１４．７Ｎ未満のものを◎、１４．７以上１９．６Ｎ未満のものを○、１９．６Ｎ以上のものを×とし、評価した。結果を表２および表３に示す。
得られた半導体装置の外観を目視し、パッケージに曇りがあるものを×、ないものを○とし、評価した。結果を表２および表３に示す。
〔パッシベーション膜クラック抑制〕
得られた半導体装置を、−６５℃で５分間、１５０℃で５分間の熱サイクルを１０００回繰り返し、目視によりパッシベーション膜にクラックの発生が認められたものを×とし、目視ではクラックは見られないが超音波探傷機で剥離が認められたものを△、いずれも変化の認められなかったものを○とし、評価した。結果を表２および表３に示す。
〔熱伝導性〕
得られたエポキシ樹脂組成物を用いて、１７５℃で２分間のトランスファー成形後、乾燥機内で、１７５℃で５時間後硬化して、直径５０ｍｍ×厚さ１ｍｍの円板状試験片となる成形物を作製した。この成形物の熱伝導率を、熱伝導率測定装置（ＫＥＭＴＨＥＲＭＯＱＴＭ−Ｄ３、京都電子工業社製）を用いて測定した。そして、熱伝導率が２．５以上のものを◎、２．０以上２．５未満のものを○、１．５以上２．０未満のものを△、１．５未満のものを×として評価した。結果を表２および表３に示す。
〔流動性〕
スパイラルフロー測定用金型を用い、１７５±５℃，１２０秒，７０ｋｇ／ｃｍ 2 の条件でＥＭＭＩ １−６６の方法に準じて、スパイラルフロー値（ｃｍ）を測定した。スパイラルフロー値が１２０ｃｍ以上のものを◎、１００ｃｍ以上１２０ｃｍ未満のものを○、１００ｃｍ未満のものを×とし、評価した。結果を表２および表３に示す。
〔金型離型性〕
まず、図１に示すような３層構造（上型１，中型２，下型３）の成形型を用いて、１７５℃×６０秒の条件で成形を行い、エポキシ樹脂組成物硬化体における離型時の荷重を測定した。図１において、４はカル、５はスプルー、６はランナー、７はキャビティーである。離型時の荷重の測定は、図２に示すように、成形型の中型２を支持台８上に載置し、プッシュプルゲージ９を用いて上方から中型２内のエポキシ樹脂組成物硬化体１０を脱型した。このときの荷重値を測定した。荷重値が１４．７Ｎ未満のものを◎、１４．７以上１９．６Ｎ未満のものを○、１９．６Ｎ以上のものを×とし、評価した。結果を表２および表３に示す。
Claims (6)
- 下記Ａ〜Ｅ成分を含有する、半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
Ａ：エポキシ樹脂
Ｂ：下記ｂ１成分およびｂ２成分を含み、ｂ１成分およびｂ２成分の重量比率が、ｂ１／ｂ２＝５／９５〜２５／７５であるシリコーン混合物
ｂ１：重量平均分子量が６００〜９００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
ｂ２：重量平均分子量が１００００〜２００００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
Ｃ：フェノール樹脂
Ｄ：硬化促進剤
Ｅ：下記ｅ１成分およびｅ２成分を含む無機質充填剤
ｅ１：結晶性シリカ
ｅ２：溶融シリカ - 下記Ａ成分とＢ成分を反応させて得られるシリコーン変性エポキシ樹脂および下記Ｃ〜Ｄ成分を含有する、半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
Ａ：エポキシ樹脂
Ｂ：下記ｂ１成分およびｂ２成分を含み、ｂ１成分およびｂ２成分の重量比率が、ｂ１／ｂ２＝５／９５〜２５／７５であるシリコーン混合物
ｂ１：重量平均分子量が６００〜９００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
ｂ２：重量平均分子量が１００００〜２００００であり、両末端にアミノ基を有するシリコーン化合物
Ｃ：フェノール樹脂
Ｄ：硬化促進剤
Ｅ：下記ｅ１成分およびｅ２成分を含む無機質充填剤
ｅ１：結晶性シリカ
ｅ２：溶融シリカ - Ｅ成分の含有率が、エポキシ樹脂組成物全体の７０〜９３重量％の割合である、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。
- ｅ１成分およびｅ２成分の重量比率が、ｅ１／ｅ２＝４５／５５〜７５／２５である、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- さらに、下記Ｆ成分を含有する、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
Ｆ：下記ｆ１成分およびｆ２成分を含むワックス混合物
ｆ１：アミドワックス
ｆ２：エステルワックス - 請求項１〜５のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物によって半導体素子を封止してなる半導体装置。
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