JP2012025805A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 少なくとも、(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、及び(C)硬化促進剤を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、
前記(C)成分である硬化促進材が、カルボキシル基を有するモノビニル単量体(c1)単位と多官能性単量体(c2)単位からなる重合体(c3)の粒子と、イミダゾール化合物(c4)との反応生成物であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【選択図】図1
Description
このような薄型化、小型化している半導体装置では、封止時の少しの金線変形がショート不良等の原因となり、歩留りよくパッケージを生産するためには、成形中の金線変形を抑制する必要があり、封止材には高流動性、高潜在性が要求される。また、パッケージ反りの抑制のために、低い線膨張係数や高いガラス転位温度が要求されている。
上記のように、半導体装置を封止するための封止材として、エポキシ樹脂と混合した場合に、耐熱性、耐湿性に優れる硬化物を与えることができ、高い流動性及び充分な潜在性が付与されている半導体封止用エポキシ樹脂組成物の開発が望まれていた。
(A)エポキシ樹脂成分としては、特に限定するものではなく、従来公知のエポキシ樹脂、例えば、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等の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、トリフェノールプロパン型エポキシ樹脂等のトリフェノールアルカン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂等の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、ハロゲン化エポキシ樹脂等が挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上を使用することができる。エポキシ樹脂としては、上記したものを適宜組み合わせてもよいが、特に、以下に示す(D)無機質充填剤を高充填しかつ高流動化するためにはビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂が望ましい。なお、これらエポキシ樹脂は、軟化点が50〜100℃でエポキシ当量が100〜400(単位:g/eq)であることが望ましい。
(B)硬化剤としては、フェノール樹脂、酸無水物化合物、アミン系化合物等が用いられるが、信頼性を上げるためにはフェノール樹脂が広く使われる。フェノール樹脂としては特に限定されるものではなく、従来公知のフェノール樹脂、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等のノボラック型フェノール樹脂、フェノールアラルキル型フェノール樹脂、ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂、ビフェニル型フェノール樹脂、トリフェノールメタン型フェノール樹脂、トリフェノールプロパン型フェノール樹脂等のトリフェノールアルカン型フェノール樹脂、脂環式フェノール樹脂、複素環型フェノール樹脂、ビスフェノールA型フェノール樹脂、ビスフェノールF型フェノール樹脂等のビスフェノール型フェノール樹脂等が挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上を使用することができる。これらフェノール樹脂としては、軟化点が60〜120℃であり、フェノール性水酸基当量が90〜300の範囲のものが望ましい。
上記フェノール樹脂の使用量は、(A)エポキシ樹脂中のエポキシ基と(B)硬化剤としてのフェノール樹脂中の水酸基との当量比が0.5〜2、特に0.8〜1.3の範囲となる量が好ましいが、通常エポキシ樹脂100質量部に対してフェノール樹脂を30〜100質量部、特に40〜70質量部の範囲で使用することが好適である。フェノール樹脂の使用量が30質量部以上であれば、十分な強度を確実に得ることができ、100質量部以下であれば未反応のフェノール樹脂が残って耐湿性が低下してしまう恐れがないために好ましい。
(C)成分である硬化促進剤は、カルボキシル基を有するモノビニル単量体(c1)単位と多官能性単量体(c2)単位からなる重合体(c3)の粒子と、イミダゾール化合物(c4)との反応生成物である。以下、(C)硬化促進剤について詳細に説明する。
カルボキシル基を有するモノビニル単量体(c1)単位を構成するための原料であるカルボキシル基を有するモノビニル単量体(c1)としては、例えば、(メタ)アクリル酸、2−カルボキシエチル(メタ)アクリレート、フタル酸−2−(メタ)アクリロイルオキシエチル、ヘキサヒドロフタル酸−2−(メタ)アクリロイルオキシエチル、マレイン酸、モノメチルマレート、モノエチルマレート、フマル酸、モノメチルフマレート、モノエチルフマレート、イタコン酸、桂皮酸、クロトン酸、4−ビニルフェニル酢酸、p−ビニル安息香酸等が挙げられる。これらのカルボキシル基を有するモノビニル単量体(c1)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
のではないが、カルボキシル基を有するモノビニル単量体(c1)100質量%中、フタ
ル酸−2−(メタ)アクリロイルオキシエチル又はヘキサヒドロフタル酸−2−(メタ)
アクリロイルオキシエチルの含有率が50質量%以上であることが好ましく、70質量%
以上であることがより好ましい。フタル酸−2−(メタ)アクリロイルオキシエチル又はヘキサヒドロフタル酸−2−(メタ)アクリロイルオキシエチルを50質量%以上含有するものであれば、より流動性及び潜在性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得ることができる。
重合体(c3)100質量%中の多官能単量体(c2)単位の含有率が0.1質量%以上であると、重合体(c3)が架橋粒子となり、エポキシ樹脂へ配合した際にエポキシ樹脂組成物の増粘が抑制できる。また、重合体(c3)100質量%中の多官能単量体(c2)単位の含有率が99質量%以下であると重合体(c3)とイミダゾール化合物(c4)との反応点が得られ、エポキシ樹脂へ配合した際に貯蔵安定性が良好となる。
(D)無機質充填剤は、硬化物の機械的強度を向上するために添加することができる。
(D)無機質充填剤として、例えば、溶融シリカ、溶融球状シリカ、結晶性シリカ等のシリカ類、窒化珪素、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、三酸化アンチモン等が挙げられる。これら無機質充填剤の平均粒径や形状は特に限定されないが、平均粒径は通常5〜50μmである。なお、平均粒径は、レーザー光回折法による粒度分布測定における質量平均値D50(又はメジアン径)として求めることができる。
このようなカップリング剤としては、例えば、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官能性アルコキシシラン、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−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等のアミノ官能性アルコキシシラン、γ−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官能性アルコキシシランなどを用いることが好ましい。なお、表面処理に用いるカップリング剤の配合量及び表面処理方法については特に制限されるものではない。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物に含有することができる(E)イオン捕捉剤は、希土類酸化物もしくはハイドロタルサイト化合物より選ばれる少なくとも1種の化合物を用いることができる。
ハイドロタルサイト化合物は、従来公知のものを使用することができる。具体的には、下記一般式で表される化合物が、半導体封止材料のイオントラップ材として好ましい。
MgxAly(OH)2x+3y+2z(CO3)2・mH2O
(x,y,zはそれぞれ0<y/x≦1,0≦z/y<1.5なる関係を有し、mは整数を示す。)
希土類酸化物は、リン酸イオン、有機酸イオン等のトラップ能力に優れ、かつ高温、高湿下においても金属イオンが溶出する恐れがなく、しかも、エポキシ樹脂組成物の硬化性にも影響する恐れがないために好ましい。希土類酸化物としては、酸化ランタン、酸化ガドリニウム、酸化サマリウム、酸化ツリウム、酸化ユーロピウム、酸化ネオジム、酸化エルビウム、酸化テルビウム、酸化プラセオジウム、酸化ジスプロジウム、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、酸化ホルミウム等が挙げられる。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、更に必要に応じて各種の添加剤を配合することができる。例えば、種々のガラスパウダーやウィスカー、シリコーンパウダー、シランカップリング剤、モリブデン酸亜鉛担持酸化亜鉛、モリブデン酸亜鉛担持タルク、ホスファゼン化合物、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等の難燃剤、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、有機合成ゴム、シリコーン系等の低応力剤、カルナバワックス、酸化ポリエチレン、モンタン酸エステル等のワックス類、カーボンブラック、ケッチェンブラック等の着色剤、等の添加剤を本発明の効果を損なわない範囲で添加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半導体装置の封止材として有効に利用でき、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物で封止される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パッケージ形態としては、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)、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)等が挙げられる。
図1は、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いた片面封止型エリア実装型半導体装置の一例の断面図である。基板1上にダイボンド材硬化体2を介して半導体素子3が固定されている。半導体素子3の電極パッドと基板1上の電極パッドとの間は金線4によって接続されている。本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物5によって、基板1の半導体素子3が搭載された片面側のみが封止されている。基板1上の電極パッドは基板1上の非封止面側の半田ボール6と内部で接合されている。
(実施例1〜6、比較例1〜5)
表1に記載の原料を、表1に記載した配合量で加え、連続混練機にて均一に溶融混合し、冷却、粉砕して得られたものを実施例1〜6及び比較例1〜5の半導体封止用エポキシ樹脂組成物とした。
(2) YX−4000 エポキシ当量 190(JER製)
(2) MEHC7800S フェノール当量175(明和化成製)
MAA:メタクリル酸
PA:フタル酸−2−メタクリロイルオキシエチル
HH:ヘキサヒドロフタル酸−2−メタクリロイルオキシエチル
EGDMA:エチレングリコールジメタクリレート
TMPTMA:トリメチロールプロパントリメタクリレート
MMA:メチルメタクリレート
EA:エチルアクリレート
EMI:2−エチル−4−メチルイミダゾール
尚、(C)硬化促進剤の配合量は、(A)エポキシ樹脂と(B)硬化剤の合計量100質量部に対して2−エチル−4−メチルイミダゾールが1.8質量部及び2.5質量部になるように配合した(※)。
また、硬化促進剤(1)、(2)、(3)においては、10質量%濃度の2−エチル−4−メチルイミダゾール水溶液の添加量は、重合体(c3)中のカルボキシル基の化学量論量1に対し、イミダゾール環の化学量論量がそれぞれ0.4、0.4、0.8となるよう添加した。
また、硬化促進剤のアミン価を、JIS K7237に従い、指示薬滴定法により測定した。
(FB−570:電気化学工業(株)製)
無機質充填剤(2)溶融球状シリカ:平均粒径2μm
(SO−32R:アドマテック製)
無機質充填剤(3)溶融球状シリカ::平均粒径0.5μm
(SO−25R:アドマテック製)
カップリング材 KBM803(信越化学工業(株)製
離型材 カルナバワックス、TOWAX132(東亜化成株式会社製)
着色剤:デンカブラック(電気化学工業(株)製)
難燃剤:FP−100 ((株)伏見製薬所製)
《スパイラルフロー》
EMMI規格に準じたスパイラルフロー金型を使用して、180℃、6.9N/mm2、成形時間120秒の条件でエポキシ樹脂組成物作成直後、25℃で24時間(1日)放置後、72時間(3日)放置後に各々測定した。
高化式フローテスターを用いて、180℃、10Kgf、ダイス径1mmの条件で、エポキシ樹脂組成物作成直後、25℃で24時間放置後、72時間放置後に各々溶融粘度を測定した。
エポキシ樹脂組成物を用いて、トランスファー成形(180℃×60秒)により厚み4mmの試験片を作製し、この試験片の180℃における熱時硬度をバーコール硬度計935(バーバーコールマン社製)により測定した。
エポキシ樹脂組成物を用いて、トランスファー成形(180℃×120秒)により、ゲートサイズが2mm×0.2mm、直径50×3mmの試験片を連続して成形し、ゲート部に樹脂が残るまでの成形数をカウントした。
180℃,6.9N/mm2、成形時間120秒の条件で成形した5×5×15mmの試験片を用い、TMA装置を用いでガラス転移温度を測定した。
10×10×0.35mmのチップがマウントされた20×20×1mmのフラットパッケージを用い、チップとリードフレームのボンディングパッドとを金線間隔50μm、金線径20μm、金線長さ5mmで配線したデバイスに175℃、70kgf/cm2、120秒の条件でエポキシ樹脂組成物を成形し、軟X線透視装置で観察し、金線の変形率を(流れ量)/(金線長)の比率で表した。単位は%である。
更に、室温で72時間放置した後のエポキシ樹脂組成物を用い、同様の金線流れ率を測定した。
5μm幅、5μm間隔のアルミニウム配線を形成した6×6mmの大きさのシリコンチップを14pin−DIPフレーム(42アロイ)に接着し、更にチップ表面のアルミニウム電極とリードフレームとを25μmφの金線でワイヤボンディングした後、これにエポキシ樹脂組成物を成形条件175℃、6.9N/mm2、成形時間120秒で成形し、180℃で4時間ポストキュアした。このパッケージ100個を130℃/85%RHの雰囲気中−20Vの直流バイアス電圧をかけて200時間、500時間放置した後、アルミニウム腐食が発生したパッケージ数を調べた。
0.40mm厚のBT(ビスマレイミド・トリアジン)樹脂基板を用い、パッケージサイズが32×32mmで厚みが1.2mm、10×10×0.3mmのシリコンチップを搭載し175℃、6.9N/mm2、キュア時間2分のトランスファー条件で成形し、その後175℃で5時間、ポストキュアを行って、サイズが32×32mmで厚みが1.2mmのパッケージを作製し、これをレーザー三次元測定機を用いてパッケージの対角線方向に高さの変位を測定し、変位差の最も大きい値を反り量とした。
Claims (6)
- 少なくとも、(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、及び(C)硬化促進剤を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、
前記(C)成分である硬化促進材が、カルボキシル基を有するモノビニル単量体(c1)単位と多官能性単量体(c2)単位からなる重合体(c3)の粒子と、イミダゾール化合物(c4)との反応生成物であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 - 前記(C)成分である硬化促進剤において、カルボキシル基を有するモノビニル単量体(c1)が、フタル酸−2−(メタ)アクリロイルオキシエチル又はヘキサヒドロフタル酸−2−(メタ)アクリロイルオキシエチルを50質量%以上含有するものであることを特徴とする請求項1に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、前記(C)成分である硬化促進剤を、前記(A)成分と前記(B)成分の合計量100質量部に対し、0.5〜10質量部含有するものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、更に、(D)無機質充填剤を、前記(A)成分と前記(B)成分の合計量100質量部に対し、200〜1000質量部含有するものであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、更に、(E)イオン捕捉剤を、前記(A)成分と前記(B)成分の合計量100質量部に対し、2〜20質量部含有するものであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物にて封止されたものであることを特徴とする半導体装置。
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