JP2013189490A - 封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 成形時の良好な流動性を有するとともに、優れた離型性を有する封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置を提供すること。
【解決手段】 エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、シリコーン可とう剤及び離型剤を必須の成分とする封止用エポキシ樹脂組成物であって、前記シリコーン可とう剤の配合量が、封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０１〜０．５質量％の範囲であり、前記離型剤が、下記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）成分を含み、（ａ）成分の配合割合が前記離型剤の合計量に対して１〜５０質量％の範囲であることを特徴とする。（ａ）酸化ポリエチレン（ｂ）天然カルナバワックス（ｃ）ヒドロキシステアリン酸アミド及びモンタン酸ビスアミドのうち少なくとも１種。
【選択図】なし

Description

本発明は、封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置に関する。

従来より、半導体素子等の電子部品の封止用材料としてセラミックや熱硬化性樹脂が一般的に用いられている。中でも、エポキシ樹脂は経済性と性能のバランスの点で優れた封止用材料であり、例えば、近年の電子機器の小型化、薄型化にともない主流になりつつある表面実装型パッケージの封止用材料として広く用いられている。

表面実装型パッケージにおける半導体素子の樹脂封止は、金属のリードフレーム上に半導体素子を搭載し、半導体素子とリードフレームを、ボンディングワイヤ等を用いて電気的に接続した後、半導体素子全体とリードフレームの一部をエポキシ樹脂等の樹脂で封止することにより行われるのが一般的である。

このような半導体素子の樹脂封止は、通常、金型を用いてのトランスファー成形等によって連続的に行われる。

そして、このトランスファー成形に用いられる封止用エポキシ樹脂組成物には、成形の際における各種の特性を満足することが要求されており、特に、成形時に金型に流れ込む際の流動性や、加熱成形後の硬化物の金型からの離型性等が要求されている。

硬化物の金型からの離型性に関しては、製造効率等の観点からも良好な離型性が望まれている。

このような状況に対して、これまでに金型からの離型性を良好にする目的で、離型剤を配合した封止用エポキシ樹脂組成物が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１２００５４号公報

しかしながら、上記のように離型性の向上を目的として離型剤を配合した従来の封止用エポキシ樹脂組成物では、金型からの離型性については効果が確認できるものの、成形時の樹脂の流動性に関しては未だ改良の余地があった。

本発明は以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、成形時の良好な流動性を有するとともに、優れた離型性を有する封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置を提供することを課題としている。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。

即ち、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、シリコーン可とう剤及び離型剤を必須の成分とする封止用エポキシ樹脂組成物であって、前記シリコーン可とう剤の配合量が、封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０１〜０．５質量％の範囲であり、前記離型剤が、下記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）成分を含み、（ａ）成分の配合割合が前記離型剤の合計量に対して１〜５０質量％の範囲であることを特徴とする。
（ａ）酸化ポリエチレン
（ｂ）天然カルナバワックス
（ｃ）ヒドロキシステアリン酸アミド及びモンタン酸ビスアミドのうち少なくとも１種

この封止用エポキシ樹脂組成物において、前記離型剤として、前記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）成分を予め加熱により溶融し、混合した後、常温まで冷却して固形物としたものが配合されていることが好ましい。

また、封止用エポキシ樹脂組成物において、カップリング剤が配合されていることが好ましい。

さらに、本発明の半導体装置は、前記の封止用エポキシ樹脂組成物により封止されたことを特徴とする。

本発明の封止用エポキシ樹脂組成物によれば、成形時には良好な流動性を有し、その硬化物は、金型からの優れた離型性を有する封止用エポキシ樹脂組成物とすることができる。

以下に、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物について詳細に説明する。

本発明で用いられるエポキシ樹脂としては、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するものであれば特に制限なく用いることができ、具体的には以下のようなものが例示される。

ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂等。

これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用して用いてもよい。

本発明で用いられる硬化剤としては、通常、エポキシ樹脂組成物の硬化剤として用いられる硬化剤であれば特に制限なく用いることができ、具体的には以下のようなものが例示される。

ジシアンジアミド、酸無水物、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、フェノールアラルキル、ビフェニルアラルキル、ナフトールアラルキル等、各種多価フェノール化合物、あるいはナフトール化合物等。

これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用して用いてもよい。

硬化剤の配合量は、エポキシ樹脂との化学量論上の当量比（硬化剤当量／エポキシ基当量）が０．５〜１．５となる量であり、より好ましくは当量比が０．８〜１．２となる量である。

当量比がこの範囲であると、液状のエポキシ樹脂に対する硬化剤の適正な配合量とすることができ、硬化不足、硬化物の耐熱性低下、硬化物の強度低下、硬化物の吸湿量の増加等を生じることがないため好ましい。

本発明で用いられる無機充填材としては、一般にエポキシ樹脂組成物に用いられるものであれば特に制限なく用いることができ、具体的には以下のようなものが例示される。

溶融シリカ、球状シリカ、破砕シリカ、結晶シリカ、球状アルミナ、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等。これらの無機充填材は１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用して用いてもよい。

無機充填材の配合量は、封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して５０質量％以上、好ましくは６８〜９０質量％の範囲である。また、無機充填材の平均粒径は０．２〜１０μｍ、好ましくは１〜７μｍの範囲である。

無機充填材の配合量及び平均粒径が上記の範囲であると、熱伝導性が良好であり、適正な流動性により、成形時の優れた充填性を有する封止用エポキシ樹脂組成物とすることができる。

本発明で用いられるシリコーン可とう剤としては、通常エポキシ樹脂組成物に用いられるシリコーン可とう剤であれば制限なく用いることができ、これらのものとしては、例えばシリコーンエラストマー、シリコーンオイル、シリコーンゲル、シリコーンゴム等が挙げられる。

シリコーン可とう剤の配合量は、封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０１〜０．５質量％の範囲である。

シリコーン可とう剤の配合量が上記範囲であると、良好な流動性が得られるとともに、高密着性と、耐リフロークラック性を向上させることができる。

本発明で用いられる離型剤は、（ａ）酸化ポリエチレン、（ｂ）天然カルナバワックス、（ｃ）ヒドロキシステアリン酸アミド及びモンタン酸ビスアミドのうち少なくとも１種である。

そして（ａ）酸化ポリエチレンの配合量は、離型剤の合計量に対して１〜５０質量％の範囲である。

また、前記離型剤（ａ）酸化ポリエチレン、（ｂ）天然カルナバワックス、（ｃ）ヒドロキシステアリン酸アミド及びモンタン酸ビスアミドのうち少なくとも１種の合計の配合量は、封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０５〜２．０質量％、好ましくは０．１〜１．０質量％の範囲である。

離型剤の合計量に対する（ａ）酸化ポリエチレンの配合量を上記の範囲とし、且つ、封止用エポキシ樹脂組成物全量に対する離型剤の配合量を上記の範囲とすることにより、それぞれの離型剤を単独で用いる場合に比べて、飛躍的に優れた離型性を得ることができる。

また、上記離型剤は、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各離型剤成分のそれぞれを他の配合成分と同時に混合してもよいが、他の配合成分と混合する前に、予め所定の配合量を加熱、混合、溶融し、冷却して固形物としてから配合することもできる。

本発明の封止用エポキシ樹脂組成物においては、封止用エポキシ樹脂組成物中における無機充填材の分散性を向上させるために、カップリング剤を配合することができる。このようなカップリング剤としては、具体的には以下のものが例示される。

エポキシシラン系、メルカプトシラン系、アミノシラン系、ビニルシラン系、スチリルシラン系、メタクリロキシシラン系、アクリロキシシラン系、チタネート系等のカップリング剤や、アルキルエーテル系、ソルビタンエステル系、アルキルポリエーテルアミン系、高分子系等。

これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用して用いてもよい。

さらに、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物においては、硬化促進剤を配合することができる。硬化促進剤としては、具体的には以下のものを例示することができる。

２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、１，２−ジエチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール等のイミダゾール系化合物、トリフェニルホスフィン、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ホスフィン類、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン等の第三級アミン類等。

これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

前記硬化促進剤の配合量は、エポキシ樹脂と硬化剤の合計量に対して０．１〜５．０質量％が好ましい。硬化促進剤の配合量が上記の範囲であると、良好な硬化特性と耐湿性を得ることができる。

さらに本発明の封止用エポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、さらに他の添加剤を配合することができる。

このような添加剤の具体例としては、例えば、カーボンブラック等の着色剤、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、赤燐等の難燃剤、無機イオントラップ剤等を挙げることができる。

本発明の封止用エポキシ樹脂組成物を製造するには、まず、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、シリコーン可とう剤、離型剤及び必要に応じて他の成分を配合し、ミキサー、ブレンダー等を用いて十分均一に混合する。

次に、これを熱ロールやニーダー等の混練機により加熱状態で溶融混合し、室温に冷却した後、公知の手段によって粉砕して本発明の封止用エポキシ樹脂組成物とすることができる。

なお、封止用エポキシ樹脂組成物は、取り扱いを容易にするために、成形条件に合うような寸法と質量を有するタブレットとしてもよい。

本発明の半導体装置は、上記のようにして得られた封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子を封止することによって製造することができる。この封止には、トランスファー成形（トランスファーモールド）を適用することができる。

例えば、ＩＣ等の半導体素子を多数搭載したリードフレームをトランスファー成形用金型のキャビティに配置した後、キャビティに封止用エポキシ樹脂組成物を充填し、これを加熱して硬化させることで、半導体素子を封止用エポキシ樹脂組成物で封止した半導体装置を製造することができる。

このトランスファー成形の条件は、封止用エポキシ樹脂組成物の材料の種類や製造される半導体装置の種類等によって適宜に設定することができるが、通常、金型温度は１７０〜１８０℃、成形時間は３０〜１２０秒に設定することができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

実施例１〜７については表１に示す配合成分を各配合割合で、比較例１〜６については表２に示す配合成分を各配合割合で、ブレンダーで３０分間混合して均一化した後、８０℃に加熱した２本ロールで混練溶融させて押し出し、冷却後、粉砕機で所定粒度に粉砕して粒状の封止用エポキシ樹脂組成物を得た。なお、表１及び表２に示す配合量は質量部を表す。

表１及び表２に示す配合成分として、以下のものを使用した。
エポキシ樹脂：ＪＥＲ社製 ＹＸ４０００Ｈ
硬化剤（フェノール樹脂硬化剤）：明和化成（株）社製 ＭＥＨ７８００３Ｌ

無機充填材：電気化学工業（株）社製 ＦＢ８２０
離型剤（酸化ポリエチレン）：酸化２０〜４０ 融点１００〜１４０℃のものを使用
離型剤（天然カルナバワックス）：大日化学工業（株）社製 Ｆ１−１００
離型剤（ヒドロキシステアリン酸アミド）：酸価４〜１０ 融点７５〜１３５℃のものを使用

シリコーン可とう剤：東レダウシリコーン（株）社製 Ｅ６０１
硬化促進剤：四国化成工業（株）社製 キュアゾール２Ｐ４ＭＨＺ−ＰＷ
カップリング剤（シランカップリング剤）：信越化学工業（株）社製 ＫＢＭ４０３
着色剤：カーボンブラック三菱化学（株）社製 ＭＡ６００

上記のようにして得た実施例１〜７及び比較例１〜６の各封止用エポキシ樹脂組成物について次の測定及び評価を行った。

[スパイラルフロー]
ＡＳＴＭ Ｄ３１２３に準じたスパイラルフロー測定金型を用いて、金型表面温度１７０℃、硬化時間９０秒、ポット内圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ²の条件で成形し、流動距離（ｃｍ）を測定した。

[ゲルタイム]
キュラストメータ（（株）ＪＳＲ製）を用い、封止用エポキシ樹脂組成物の１６０℃で、トルクが０．１ｋｇｆになるまでの時間ｓ（秒）を測定してゲルタイムとした。

[離型抵抗力]
寸法１４０×５０×０．５ｍｍｔのガラス基材エポキシ樹脂基板上に、寸法４×４×０．４ｍｍｔの評価用チップ３０個を、銀ペーストを用いてマトリックス状に搭載して、外形寸法１３８×３８×０．８ｍｍｔの一括封止型ＢＧＡパッケージとした。

この一括封止型ＢＧＡパッケージを、下記のトランスファー成形条件で成形し、100ショット成形後に、成形品をプッシュプルゲージを用いてキャビティから引き上げた。完全に金型から成形品が離れたときのプッシュプルゲージの抵抗値を離型抵抗力（Ｎ）とした。

トランスファー成形条件
金型温度：１７５℃
注入圧力：７０ｋｇｆ／ｃｍ²
成形時間：９０秒
後硬化：１７５℃／６ｈ

[離型性]
離型抵抗力を測定した成形品について、成形後のＰＫＧの金型からの離れやすさを次の基準により判定した。
○：離型抵抗力が２０Ｎ未満
×：離型抵抗力が２０Ｎ以上

上記のスパイラルフロー、ゲルタイム、離型抵抗力の測定結果及び、離型性の評価結果を表１及び表２に示す。

表１及び表２より、離型剤の配合割合とシリコーン可とう剤の配合割合を本発明で規定する範囲とした実施例１〜７は、全ての項目において良好な結果であり、成形時の良好な樹脂の流動性を有するとともに、優れた離型性を有することが確認された。

離型剤の配合割合が本発明の規定範囲から外れている比較例１〜４は、離型抵抗力及び離型性において良好な結果が得られなかった。

また、シリコーン可とう剤の配合割合が本発明の規定範囲より少ない比較例５は、スパイラルフローの結果は良好であるものの、離型抵抗力及び離型性において劣っていることが確認された。

また、シリコーン可とう剤の配合割合が本発明の規定範囲より多い比較例６は、離型抵抗力及び離型性の結果は良好であるものの、スパイラルフロー、ゲルタイムにおいて劣っていることが確認された。

Claims (4)

1. エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、シリコーン可とう剤及び離型剤を必須の成分とする封止用エポキシ樹脂組成物であって、前記シリコーン可とう剤の配合量が、封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０１〜０．５質量％の範囲であり、前記離型剤が、下記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）成分を含み、（ａ）成分の配合割合が前記離型剤の合計量に対して１〜５０質量％の範囲であることを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物。
   （ａ）酸化ポリエチレン
   （ｂ）天然カルナバワックス
   （ｃ）ヒドロキシステアリン酸アミド及びモンタン酸ビスアミドのうち少なくとも１種
2. 前記離型剤として、前記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）成分を予め加熱により溶融し、混合した後、常温まで冷却して固形物としたものが配合されていることを特徴とする請求項１に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
3. カップリング剤が配合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の封止用エポキシ樹脂組成物により封止されたことを特徴とする半導体装置。