JP2015101667A - 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

【課題】耐熱性に優れた半導体封止材を形成し得る半導体封止用樹脂組成物、かかる半導体封止用樹脂組成物を用いて形成された半導体封止材、および、かかる半導体封止材により素子を封止してなる信頼性に優れた半導体装置を提供する。【解決手段】式(1)で表されるビスマレイミド系化合物と、式(2)で表されるベンゾオキサジン系化合物と、硬化触媒と、無機充填材とを含有する半導体封止用樹脂組成物。X1およびX2は、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキレン基、下記一般式(3)で表される基、式「−SO2−」もしくは「−CO−」で表される基、酸素原子、または単結合である。【選択図】なし

Description

本発明は、半導体封止用樹脂組成物および半導体装置に関する。
近年、電気エネルギーの有効活用等の観点から、SiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)を用いた素子を搭載するSiC/GaNパワー半導体装置が注目されている(例えば、特許文献1参照。)。
これらの素子は、従来のSiを用いた素子に比べて、電力損失を大幅に低減できるばかりでなく、より高い電圧や大電流、300℃に達する高温下であっても動作することが可能であるため、従来のSiパワー半導体装置では適用が難しかった用途への展開が期待されている。
このように、SiC/GaNを用いた素子(半導体素子)自体が前述のような過酷な状況下で動作可能となるため、これらの素子を保護するために半導体装置に設けられる半導体封止材に対しても従来以上の耐熱性が求められている。
ここで、従来のSiパワー半導体装置では、半導体封止材として、接着性、電気的安定性等の観点から、エポキシ系の樹脂組成物の硬化物を主材料として構成したものが一般的に用いられている。
このようなエポキシ系の樹脂組成物において、その構成材料であるエポキシ樹脂のエポキシ基当量、または、硬化剤(フェノール樹脂硬化剤)の水酸基当量を下げて架橋密度を上げたり、または、それら官能基(エポキシ基および水酸基)間を繋ぐ構造を剛直な構造にする等の手法を用いて、かかる樹脂組成物を用いて得られる半導体封止材の耐熱性を向上させることが検討されている。
しかしながら、このような検討によっても、エポキシ系の樹脂組成物を用いて得られる半導体封止材では、その耐熱性が十分に向上しているとは言えなかった。
そこで、エポキシ系の樹脂組成物に代えて、ビスマレイミドとベンゾオキサジンとを含有する樹脂組成物の硬化物を半導体封止材として用いることが検討されている(例えば、非特許文献1)。
樹脂組成物をかかる構成のものとすることで、エポキシ系の樹脂組成物と比較して、その硬化物の耐熱性を向上させることができるが、上記のように、硬化物を半導体封止材として用いると、この半導体封止材の他の部材に対する密着性が十分に得られないという問題がある。
特開2005−167035号公報
Takeichi et.al、Polymer.、第49巻、第1173〜1179頁(2008)
本発明は、耐熱性および密着性に優れた半導体封止材を形成し得る半導体封止用樹脂組成物、および、かかる半導体封止用樹脂組成物の硬化物により半導体素子を封止してなる信頼性に優れた半導体装置を提供することにある。
このような目的は、下記(1)〜(8)に記載の本発明により達成される。
(1) 下記一般式(1)で表されるビスマレイミド系化合物と、下記一般式(2)で表されるベンゾオキサジン系化合物と、5員環を有し該5員環内に窒素原子を3つ以上含む化合物と、無機充填材とを含有することを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。


[一般式(1)、(2)中、XおよびXは、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキレン基、下記一般式(3)で表される基、式「−SO−」もしくは「−CO−」で表される基、酸素原子、または単結合である。RおよびRは、それぞれ独立に、炭素数1〜6の炭化水素基である。aは、それぞれ独立に、1〜4の整数である。bは、それぞれ独立に、0〜4の整数である。]


[式中、Yは、芳香族環を有する炭素数6〜30の炭化水素基であり、nは0以上の整数である。]
(2) 前記一般式(1)で表されるビスマレイミド系化合物と、前記一般式(2)で表されるベンゾオキサジン系化合物との配合比率は、モル比で1:1/10〜1:1である上記(1)に記載の半導体封止用樹脂組成物。
(3) 前記5員環を有し該5員環内に窒素原子を3つ以上含む化合物は、トリアゾール系化合物である上記(1)または(2)に記載の半導体封止用樹脂組成物。
(4) 前記トリアゾール系化合物は、1,2,4−トリアゾール環を有する化合物および/または1,2,3−トリアゾール環を有する化合物である上記(3)に記載の半導体封止用樹脂組成物。
(5) 前記5員環を有し該5員環内に窒素原子を3つ以上含む化合物の含有量は、上記一般式(1)で表される化合物と上記一般式(2)で表される化合物との合計100質量部に対して、0.1〜5.0質量部である上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物。
(6) 前記5員環を有し該5員環内に窒素原子を3つ以上含む化合物とは異なる硬化触媒を含有する上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物。
(7) 上記(1)ないし(7)のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物の硬化物により、半導体素子を封止してなるものであることを特徴とする半導体装置。
(8) 前記半導体素子がSiC(炭化ケイ素)および/またはGaN(窒化ガリウム)を用いたものである上記(7)に記載の半導体装置。
本発明によれば、上記一般式(1)で表されるビスマレイミド系化合物と、上記一般式(2)で表されるベンゾオキサジン系化合物と、5員環を有し該5員環内に窒素原子を3つ以上含む化合物と、無機充填材とを含有することに起因して、その硬化物で構成される半導体封止材の耐熱性および密着性を優れた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を用いた半導体装置の一例を示す縦断面図である。 半導体封止用樹脂組成物の製造方法の一例を示す工程概略図である。
以下、本発明の半導体封止用樹脂組成物および半導体装置を好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明の半導体封止用樹脂組成物を説明するのに先立って、本発明の半導体封止用樹脂組成物を用いた半導体装置(本発明の半導体装置)について説明する。
<半導体装置>
図1は、本発明の半導体封止用樹脂組成物を用いた半導体装置の一例を示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図1中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図1に示す半導体装置10は、QFP(Quad Flat Package)型の半導体パッケージであり、半導体チップ(半導体素子)20と、半導体チップ20を接着層60を介して支持するダイパッド30と、半導体チップ20と電気的に接続されたリード40と、半導体チップ20を封止するモールド部(封止部)50とを有している。
ダイパッド30は、金属基板で構成され、半導体チップ20を支持する支持体として機能を有するものである。
このダイパッド30は、例えば、Cu、Fe、Niやこれらの合金(例えば、Cu系合金や、Fe−42Niのような鉄・ニッケル系合金)等の各種金属材料で構成される金属基板や、この金属基板の表面に銀メッキや、Ni−Pdメッキが施されているもの、さらにNi−Pdメッキの表面にPd層の安定性を向上するために設けられた金メッキ(金フラッシュ)層が設けられているもの等が用いられる。
また、ダイパッド30の平面視形状は、通常、半導体チップ20の平面視形状に対応し、例えば、正方形、長方形等の四角形とされる。
ダイパッド30の外周部には、複数のリード40が、放射状に設けられている。
このリード40のダイパッド30と反対側の端部は、モールド部50から突出(露出)している。
リード40は、導電性材料で構成され、例えば、前述したダイパッド30の構成材料と同一のものを用いることができる。
また、リード40には、その表面に錫メッキ等が施されていてもよい。これにより、マザーボードが備える端子に半田を介して半導体装置10を接続する場合に、半田とリード40との密着性を向上させることができる。
ダイパッド30には、接着層60を介して半導体チップ20が固着(固定)されている。
この接着層60は、特に限定されないが、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、ポリイミド系接着剤およびシアネート系接着剤等の各種接着剤を用いて形成される。
また、半導体チップ20は、例えば、SiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)を用いたもので構成される。
この半導体チップ20は、電極パッド21を有しており、この電極パッド21とリード40とが、ワイヤー22で電気的に接続されている。これにより、半導体チップ20と各リード40とが電気的に接続されている。
このワイヤー22の材質は、特に限定されないが、ワイヤー22は、例えば、Au線やAl線で構成することができる。
そして、ダイパッド30、ダイパッド30の上面側に設けられた各部材およびリード40の内側の部分は、モールド部50により封止されている。その結果として、リード40の外側の端部がモールド部50から突出している。
このモールド部(半導体封止材)50が、本発明の半導体封止用樹脂組成物の硬化物により構成される。
以下、この半導体封止用樹脂組成物(以下、単に「樹脂組成物」と言うこともある。)について説明する。
<半導体封止用樹脂組成物>
本発明の半導体封止用樹脂組成物(ベンゾオキサジン変性ビスマレイミド樹脂組成物)は、下記一般式(1)で表されるビスマレイミド系化合物と、下記一般式(2)で表されるベンゾオキサジン系化合物と、5員環を有し該5員環内に窒素原子を3つ以上含む化合物と、無機充填材とを含有するものである。


[一般式(1)、(2)中、XおよびXは、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキレン基、下記一般式(3)で表される基、式「−SO−」もしくは「−CO−」で表される基、酸素原子、または単結合である。RおよびRは、それぞれ独立に、炭素数1〜6の炭化水素基である。aは、それぞれ独立に、1〜4の整数である。bは、それぞれ独立に、0〜4の整数である。]


[一般式(3)中、Yは、芳香族環を有する炭素数6〜30の炭化水素基であり、nは0以上の整数である。]
前述のとおり、半導体チップ20を、SiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)を用いたものとすると、半導体チップ20は300℃に達する高温下であっても動作することが可能である。そのため、モールド部50としては、優れた耐熱性を有することが求められるが、モールド部50を、かかる構成の樹脂組成物の硬化物とすることにより、モールド部50は、優れた耐熱性を発揮するものとなる。さらに、かかるモールド部50は、半導体装置10を構成するモールド部50以外の他の部材に対して、優れた密着性を発揮するものとなる。
[ビスマレイミド系化合物]
ビスマレイミド系化合物は、前記一般式(1)で表される化合物(以下、単に「化合物(1)」と言うこともある。)であり、樹脂組成物に含まれる主材料のうちの1つである。
この前記一般式(1)で表される化合物において、Xは、炭素数1〜10のアルキレン基、前記一般式(3)で表される基、式「−SO−」もしくは「−CO−」で表される基、酸素原子、または単結合を表す。
における炭素数1〜10のアルキレン基としては、特に限定されないが、直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基が好ましい。
この直鎖状のアルキレン基としては、具体的には、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、ヘプチレン基、オクチレン基、ノニレ
ン基、デカニレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基等が挙げられる。
また、分岐鎖状のアルキレン基としては、具体的には、−C(CH−(イソプロピレン基)、−CH(CH)−、−CH(CHCH)−、−C(CH)(CHCH)−、−C(CH)(CHCHCH)−、−C(CHCH−のようなアルキルメチレン基;−CH(CH)CH−、−CH(CH)CH(CH)−、−C(CHCH−、−CH(CHCH)CH−、−C(CHCH−CH−のようなアルキルエチレン基等が挙げられる。
なお、Xにおけるアルキレン基の炭素数は、1〜10であればよいが、1〜7であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。具体的には、このような炭素数を有するアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基が挙げられる。
また、Rは、1〜6の炭化水素基であるが、1または2の炭化水素基、具体的には、例えば、メチル基またはエチル基であるのが好ましい。さらに、aは0〜4の整数であるが、0〜2の整数であることが好ましく、2であることがより好ましい。
また、前記一般式(3)で表される基において、基Yは、芳香族環を有する炭素数6〜30の炭化水素基であり、nは0以上の整数である。
この芳香族環を有する炭素数6〜30の炭化水素基は、芳香族環のみからなるものでもよいし、芳香族環以外の炭化水素基を有していてもよい。基Yが有する芳香族環は、1つでもよいし、2つ以上でもよく、2つ以上の場合、これら芳香族環は、同一でも異なっていてもよい。また、前記芳香族環は、単環構造および多環構造のいずれでもよい。
具体的には、芳香族環を有する炭素数6〜30の炭化水素基としては、例えば、ベンゼン、ビフェニル、ナフタレン、アントラセン、フルオレン、フェナントレイン、インダセン、ターフェニル、アセナフチレン、フェナレン等の芳香族性を有する化合物の核から水素原子を2つ除いた2価の基が挙げられる。
また、これら芳香族炭化水素基は、置換基を有していてもよい。ここで芳香族炭化水素基が置換基を有するとは、芳香族炭化水素基を構成する水素原子の一部または全部が置換基により置換されたことをいう。置換基としては、例えば、アルキル基が挙げられる。
この置換基としてのアルキル基としては、鎖状のアルキル基であることが好ましい。また、その炭素数は1〜10であることが好ましく、1〜6であることがより好ましく、1〜4であることが特に好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、sec−ブチル基等が挙げられる。
このような基Yは、ベンゼンまたはナフタレンから水素原子を2つ除いた基を有することが好ましく、前記一般式(3)で表される基としては、下記式(i)、(ii)のいずれかで表される基であることが好ましい。これにより、かかる基を備える樹脂組成物から得られる硬化物で構成されるモールド部50は、より優れた耐熱性を発揮するものとなる。


[式中、Rは、それぞれ独立に、炭素数1〜6の炭化水素基である。cは、それぞれ独立に、0〜4の整数である。]
以上のことから、前記一般式(1)で表される化合物は、前記Xが、炭素数1〜3の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキレン基であり、Rが1または2の炭化水素基であり、aが0〜2の整数であることが好ましい。または前記式(i)、(ii)のいずれかで表される基であり、cが0であることが好ましい。これにより、かかる基を備える樹脂組成物から得られる硬化物で構成されるモールド部50は、より優れた耐熱性を発揮するものとなる。
したがって、前記一般式(1)で表される化合物の好ましい具体例としては、例えば、下記式(1−1)、(1−2)に示すようなものが挙げられる。
[ベンゾオキサジン系化合物]
ベンゾオキサジン系化合物は、前記一般式(2)で表される化合物(以下、単に「化合物(2)」と言うこともある。)であり、樹脂組成物に含まれる主材料のうちの1つである。
この前記一般式(2)で表される化合物において、Xは、炭素数1〜10のアルキレン基、前記一般式(3)で表される基、式「−SO−」もしくは「−CO−」で表される基、酸素原子、または単結合を表す。
前記一般式(2)におけるXとしては、前記一般式(1)におけるXで説明したの
と同様のものが挙げられる。また、前記一般式(2)におけるRとしては、前記一般式(1)におけるRで説明したのと同様とすることができる。前記一般式(2)におけるbは0〜4の整数であるが、0〜2の整数であることが好ましい。
なお、XとXと、RとRと、aとbとは、それぞれ、互いに同一でも異なっていてもよい。
このような前記一般式(2)で表される化合物は、前記Xが、炭素数1〜3の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキレン基であり、Rが1または2の炭化水素基であり、aが0〜2の整数であることが好ましい。または前記式(i)、(ii)のいずれかで表される基であり、cが0であることが好ましい。これにより、かかる基を備える樹脂組成物から得られる硬化物で構成されるモールド部50は、より優れた耐熱性を発揮するものとなる。
そこで、前記一般式(2)で表される化合物の好ましい具体例としては、例えば、下記式(2−1)、(2−2)、(2−3)に示すようなものが挙げられる。
樹脂組成物中における、上記一般式(1)で表される化合物と、上記一般式(2)で表される化合物との配合比率は、モル比で1:1/10〜1:1であるのが好ましく、1:1/10〜1:3/4であるのがより好ましい。これにより、これらの化合物(1)、(2)を含む樹脂組成物から得られる硬化物で構成されるモールド部50の耐熱性をより優れたものとすることができる。
[5員環を有し該5員環内に窒素原子を3つ以上含む化合物]
5員環を有し該5員環内に窒素原子を3つ以上含む化合物(以下、この化合物を「化合物(A)」と言うこともある。)は、樹脂組成物に含まれる主材料のうちの1つであり、前記一般式(1)で表される化合物と、前記一般式(2)で表される化合物との重合反応を促進する触媒(硬化促進剤)としての機能を有し、かつ、樹脂組成物を硬化させることにより得られる硬化物で構成されるモールド部50と、半導体装置10におけるモールド部50以外の他の部材との密着性を向上させる密着剤としての機能を有するものである。
この化合物(A)としては、特に限定されないが、例えば、窒素原子を3つ含む化合物としてトリアゾール系化合物、窒素原子を4つ含む化合物としてテトラゾール系化合物、および窒素原子を5つ含む化合物としてペンタゾール系化合物が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組みあせて用いることができるが、中でも、トリアゾール系化合物であるのが好ましい。トリアゾール系化合物は、これらの中でも、触媒および密着助剤としての機能により優れたものであることから、かかる化合物を化合物(A)として用いることにより、得られるモールド部(硬化物)50の耐熱能および密着能の双方の向上が図られる。
トリアゾール系化合物としては、1,2,3−トリアゾール環を有する化合物および1,2,4−トリアゾール環を有する化合物のいずれであってもよいが、1,2,4−トリアゾール環を有する化合物であるのが好ましい。1,2,4−トリアゾール環を有する化合物は、特に、前述した触媒および密着助剤としての機能に優れたものであるため、前記効果をより顕著に発揮させることができる。
このような1,2,4−トリアゾール環を有する化合物としては、例えば、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール−5−カルボン酸、3−メルカプト−1,2,4−トリアゾール、3,5−ジアミノ−1,2,4−トリアゾール、3,5−ジメルカプト−1,2,4−トリアゾール、3−アミノ−5−メルカプト−1,2,4−トリアゾール3−ヒドラジノ−4−アミノ−5−メルカプト−1,2,4−トリアゾールおよび5−メルカプト−1,2,4−トリアゾール−3−メタノール等が挙げられる。
化合物(A)の含有量は、上記一般式(1)で表される化合物と上記一般式(2)で表される化合物との合計100質量部に対して、0.1〜5.0質量部であることが好ましく、0.2〜3.0質量部であることがより好ましい。化合物(A)の含有量をかかる範囲内に設定することにより、樹脂組成物から得られる硬化物で構成されるモールド部50の耐熱性および密着性をより優れたものとすることができる。
なお、樹脂組成物中には、化合物(A)の触媒機能を補助することを目的に、すなわち、前記一般式(1)で表される化合物と、前記一般式(2)で表される化合物との重合反応をより促進させることを目的に、触媒助剤が含まれていてもよい。
この触媒助剤としては、触媒としての機能を有するものであれば、特に限定されず、例えば、ホスフィン化合物、ホスホニウム塩を有する化合物、イミダゾール系化合物等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合せて用いることができる。これらの中でもイミダゾール系化合物が好ましい。イミダゾール系化合物は、化合物(A)と同様に5員環を有する化合物であり、その5員環中に窒素原子を2つ含む化合物である。そのため、イミダゾール系化合物と化合物(A)とを樹脂組成物中においてより均一に分散させることができることから、樹脂組成物中における前記一般式(1)で表される化合物と、前記一般式(2)で表される化合物との重合反応をより均一に進行させることができる。さらに、たとえイミダゾール系化合物と化合物(A)とを均一に分散させることができなかったとしても、前記重合反応に対する触媒作用は、イミダゾール系化合物と化合物(A)とではほぼ同様であるため、かかる観点からも、前記重合反応をより均一に進行させることができる。
イミダゾール系化合物としては、特に限定されず、例えば、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2,4−ジメチルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミ
ダゾール、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、1−ビニル−2−メチルイミダゾール、1−プロピル−2−メチルイミダゾール、2−イソプロピルイミダゾール、1−シアノメチル−2−メチル−イミダゾール、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合せて用いることができる。
なお、ホスフィン化合物としては、エチルホスフィン、プロピルホスフィンのようなアルキルホスフィン、フェニルホスフィン等の1級ホスフィン;ジメチルホスフィン、ジエチルホスフィンのようなジアルキルホスフィン、ジフェニルホスフィン、メチルフェニルホスフィン、エチルフェニルホスフィン等の2級ホスフィン;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、トリオクチルホスフィンのようなトリアルキルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリフェニルホスフィン、アルキルジフェニルホスフィン、ジアルキルフェニルホスフィン、トリベンジルホスフィン、トリトリルホスフィン、トリ−p−スチリルホスフィン、トリス(2,6−ジメトキシフェニル)ホスフィン、トリ−4−メチルフェニルホスフィン、トリ−4−メトキシフェニルホスフィン、トリ−2−シアノエチルホスフィン等の3級ホスフィン等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合せて用いることができる。
また、ホスホニウム塩を有する化合物としては、テトラフェニルホスホニウム塩、アルキルトリフェニルホスホニウム塩等を有する化合物が挙げられ、具体的には、テトラフェニルホスホニウムチオシアネート、テトラフェニルホスホニウムテトラ−p−メチルフェニルボレート、ブチルトリフェニルホスホニウムチオシアネート等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合せて用いることができる。
さらに、樹脂組成物中には、化合物(A)の密着機能を補助することを目的に、すなわち、モールド部50と前記他の部材との密着性を向上させることを目的に、密着助剤が含まれていてもよい。
密着助剤としては、特に限定されず、例えば、シランカップリング剤が挙げられる。
なお、このシランカップリング剤は、化合物(A)の密着機能を補助する機能の他に、樹脂組成物中に含まれる樹脂成分と無機充填材との密着性を向上させ機能も発揮する。
シランカップリング剤としては、例えば、エポキシシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、メルカプトシラン、ビニルシラン等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合せて用いることができる。
このようなシランカップリング剤の具体的な化合物としては、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、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、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシランン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等が挙げられる。これらのうちエポキシシラン、メルカプトシラン、アミノ
シランが好ましく、アミノシランとしては、1級アミノシラン又はアニリノシランが好ましい。
シランカップリング剤等のカップリング剤の配合割合の下限値としては、全樹脂組成物中0.01質量%以上が好ましく、より好ましくは0.05質量%以上、特に好ましくは0.1質量%以上である。シランカップリング剤等のカップリング剤の配合割合の下限値が上記範囲内であれば、前記樹脂成分と無機充填材との界面強度が低下することがなく、半導体装置における良好な耐半田クラック性を得ることができる。また、シランカップリング剤等のカップリング剤の配合割合の上限値としては、全樹脂組成物中1質量%以下が好ましく、より好ましくは0.8質量%以下、特に好ましくは0.6質量%以下である。シランカップリング剤の配合割合の上限値が上記範囲内であれば、樹脂成分と無機充填材との界面強度が低下することがなく、半導体装置における良好な耐半田クラック性を得ることができる。
[無機充填材]
無機充填材は、樹脂組成物に含まれる主材料のうちの1つであり、樹脂組成物の吸湿量の増加や、強度の低下を低減する機能を有するものである。
無機充填材としては、特に限定されず、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素および窒化アルミ等が挙げられ、最も好適に使用されるものとしては、球状の溶融シリカである。これらの無機質充填材は、1種類を単独で用いても2種類以上を混合して使用してもよい。またこれらがカップリング剤により表面処理されていてもかまわない。
無機充填材の粒径は、金型キャビティへの充填性の観点から、0.01μm以上、150μm以下であることが好ましい。無機充填材の最大粒径については、特に限定されないが、無機充填材の粗大粒子が狭くなったワイヤー間に挟まることによって生じるワイヤー流れ等の不具合の防止を考慮すると、105μm以下であることが好ましく、75μm以下であることがより好ましい。
樹脂組成物中における無機充填材の量の下限値は、樹脂組成物の全質量に対して、好ましくは65質量%以上であり、より好ましくは67質量%以上であり、さらに好ましくは70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、樹脂組成物中の無機充填材の量の上限値は、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、より好ましくは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。
[その他の成分]
なお、本発明に用いられる半導体封止用樹脂組成物は、上記一般式(1)で表されるビスマレイミド系化合物と、上記一般式(2)で表されるベンゾオキサジン系化合物と、5員環を有し該5員環内に窒素原子を3つ以上含む化合物と、無機充填材とを含むものであるが、上述したその他の成分の他に、更に必要に応じて、カルナバワックス等の天然ワックス、ポリエチレンワックス等の合成ワックス、ステアリン酸やステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸とその金属塩類及びパラフィン等の離型剤;カーボンブラック、ベンガラ、酸化チタン、フタロシアニン、ペリレンブラック等の着色剤;ハイドロタルサイト類や、マグネシウム、アルミニウム、ビスマス、チタン、ジルコニウムから選ばれる元素の含水酸化
物等のイオントラップ剤;シリコーンオイル、ゴム等の低応力添加剤;臭素化エポキシ樹脂や三酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ほう酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、フォスファゼン等の難燃剤;ヒンダードフェノール、リン化合物等の酸化防止剤等の各種添加剤を適宜配合しても差し支えない。
樹脂組成物を、上述した構成材料で構成されるものとすることで、この樹脂組成物を硬化させることにより得られる硬化物で構成されるモールド部50と、半導体装置10におけるモールド部50以外の他の部材との密着性を向上させることができる。
以上のような半導体封止用樹脂組成物は、例えば、以下のような半導体封止用樹脂組成物の製造方法を用いて製造することができる。
<半導体封止用樹脂組成物の製造方法>
図2は、半導体封止用樹脂組成物を製造するための製造方法の一例を示す工程概略図である。
以下、半導体封止用樹脂組成物の製造方法の各工程について、順次説明する。
(第1の混練工程)
本工程は、前記一般式(1)で表されるビスマレイミド系化合物と、前記一般式(2)で表されるベンゾオキサジン系化合物とを混合(分散混合)、加熱溶融、混練することにより第1混練物を得る工程である。
以下、本工程について詳述する。
<1A> まず、上述した樹脂組成物の構成材料のうち、前記一般式(1)で表されるビスマレイミド系化合物と、前記一般式(2)で表されるベンゾオキサジン系化合物とについて所定量秤量し、これらを配合することで第1組成分を調製する。そして、この第1組成分を、例えば、ミキサー、ジェットミルおよびボールミル等を用いて常温で均一に粉砕、混合(分散混合)する。
<2A> 次に、混練機を用いて第1組成分を加温しながら溶融し混練を行い、第1混練物を得た後、この第1混練物を冷却する。
混練機としては、特に限定されないが、例えば、加熱ロール、ニーダーおよび押出機等を用いることができる。
また、第1組成分を溶融させる際の温度は、第1組成分の構成材料によって若干異なるが、通常、前記一般式(1)で表されるビスマレイミド系化合物の融点が、前記一般式(2)で表されるベンゾオキサジン系化合物の融点よりも高く、160℃程度であるため、好ましくは100〜250℃、より好ましくは120〜190℃に設定される。これにより、前記一般式(1)で表されるビスマレイミド系化合物と、前記一般式(2)で表されるベンゾオキサジン系化合物との双方を確実に溶融状態とすることができるため、これらの双方が均一に分散されている第1組成分で構成される第1混練物を確実に得ることができる。
(第1の粉砕工程)
本工程は、第1の混練工程で得られた前記第1混練物を粉砕することにより、粉体で構成される樹脂組成物(粉砕物とされた第1混練物)を得る工程である。
この際、第1混練物の粉砕は、圧縮、衝撃、剪断、摩擦(摩砕)および冷凍からなる群から選ばれる少なくとも1種類の外力により粉砕を行うことができる。より具体的には、
例えば、ウイングミル(三庄インダストリー社製)、マイティーミル(三庄インダストリー社製)、ジェットミル等の気流式粉砕機;振動ボールミル、連続式回転ボールミル、バッチ式ボールミル等のボールミル;湿式ポットミル、遊星ポットミル等のポットミル;ハンマーミル;ローラーミル等の粉砕機が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上のものを組み合わせて用いることができる。これらの中でも、ジェットミル、ボールミル、ハンマーミルおよびポットミルが好ましく、ジェットミルがより好ましい。これにより、後述するようなメディアン径を有する粉体を確実に得ることができる。
第1混練物を粉砕して粉体を得る際の温度は、40℃以下に設定されているのが好ましく、10〜30℃であるのがより好ましい。これにより、第1混練物が粉砕されることにより形成された粉体が溶融状態となり、これに起因して、隣接する粉体同士が凝集してダマを形成してしまうのを確実に防止できるため、粉体が粒子状の形態を維持することとなる。
なお、本発明では混練物を粉砕して粉体を得る際の温度は前記混練物を粉砕した直後の温度である。
(第2の混練工程)
本工程は、第1の粉砕工程で得られた前記第1混練物の粉砕物に、イミダゾール系化合物と、無機充填材と、必要に応じてその他の化合物とを混合(分散混合)した後、加熱溶融、混練することにより第2混練物を得る工程である。
以下、本工程について詳述する。
<1B> まず、第1の粉砕工程で得られた前記第1混練物の粉砕物と、イミダゾール系化合物と、無機充填材と、必要に応じてその他の化合物とを所定量秤量し、これらを配合することで第2組成分を調製する。そして、この第2組成分を、例えば、ミキサー、ジェットミルおよびボールミル等を用いて常温で均一に粉砕、混合(分散混合)する。
<2B> 次に、混練機を用いて第2組成分を加温しながら溶融し混練を行い、第2混練物を得た後、この第2混練物を冷却する。
混練機としては、特に限定されないが、例えば、加熱ロール、ニーダーおよび押出機等を用いることができる。
また、第2組成分を溶融させる際の温度は、第2組成分の構成材料によって若干異なるが、好ましくは50〜150℃、より好ましくは90〜130℃に設定される。
ここで、第2組成分に含まれる樹脂成分のうち最もその融点が高いものは、通常、前記一般式(1)で表されるビスマレイミド系化合物であり、前述の通り160℃程度であるが、前記第1の混練工程において、前記一般式(1)で表されるビスマレイミド系化合物と、前記一般式(2)で表されるベンゾオキサジン系化合物とを混練して第1混練物としているため、前記一般式(1)で表されるビスマレイミド系化合物の結晶状態が崩れている。そのため、第2組成分を溶融させる際の温度を前記範囲内のように、前記一般式(1)で表されるビスマレイミド系化合物の融点よりも低い温度に設定したとしても、第2組成分を確実に溶融させることができる。換言すれば、第2組成分を溶融させる温度を、前記範囲内のように、前記一般式(1)で表されるビスマレイミド系化合物の融点よりも低い温度に設定することができる。
よって、第2組成分を溶融させる際の温度を前記範囲内に設定することにより、第2組成分に含まれる各樹脂成分を確実に溶融状態とすることができるため、第2組成分に含ま
れる各樹脂成分が均一に分散されている第2混練物を確実に得ることができる。
(第2の粉砕工程)
本工程は、第2の混練工程で得られた前記第2混練物を粉砕することにより、粉体で構成される樹脂組成物(粉砕物とされた第2混練物)を得る工程である。
この際、第2混練物の粉砕は、圧縮、衝撃、剪断、摩擦(摩砕)および冷凍からなる群から選ばれる少なくとも1種類の外力により粉砕を行うことができる。より具体的には、例えば、ウイングミル(三庄インダストリー社製)、マイティーミル(三庄インダストリー社製)、ジェットミル等の気流式粉砕機;振動ボールミル、連続式回転ボールミル、バッチ式ボールミル等のボールミル;湿式ポットミル、遊星ポットミル等のポットミル;ハンマーミル;ローラーミル等の粉砕機が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上のものを組み合わせて用いることができる。これらの中でも、ジェットミル、ボールミル、ハンマーミルおよびポットミルが好ましく、ジェットミルがより好ましい。これにより、後述するようなメディアン径を有する粉体を確実に得ることができる。
第2混練物を粉砕して粉体を得る際の温度は、40℃以下に設定されているのが好ましく、10〜30℃であるのがより好ましい。これにより、第2混練物が粉砕されることにより形成された粉体が溶融状態となり、これに起因して、隣接する粉体同士が凝集してダマを形成してしまうのを確実に防止できるため、粉体が粒子状の形態を維持することとなる。
なお、本発明では混練物を粉砕して粉体を得る際の温度は前記混練物を粉砕した直後の温度である。
なお、樹脂組成物中に含まれる各構成材料において、融点の概念がないものを用いる場合については、そのものの「融点」とは、本明細書中では、「軟化点」を意味することとする。
以上のような工程を経ることにより、粉体で構成される樹脂組成物を得ることができる。
なお、樹脂組成物は、前述のように、粉体で構成されるものとして保管、輸送してもよいが、その保管、輸送および成形作業の容易性の観点から樹脂成形体としてもよい。
以下、樹脂成形体として、上述した粉体を用いてタブレットを得る場合を一例に説明する。
(樹脂成形体成形工程)
本工程は、粉砕工程で得られた粉体で構成される樹脂組成物を成形(樹脂成形体成形)してタブレット状とすることにより、タブレット(樹脂成形体)で構成される樹脂組成物を得る工程である。
タブレット(樹脂成形体)は、例えば、前記粉体を加圧してタブレット状に成形することにより得ることができる。
なお、樹脂成形体は、タブレット状のタブレットに限定されず、その他、シート状、短冊状、ペレット状のもの等であってもよい。
以上のような樹脂組成物を用いて、半導体装置(本発明の半導体装置)10は、例えば
、以下のような半導体装置の製造方法を用いて製造される。
<半導体装置の製造方法>
半導体装置の製造方法には、上述した樹脂組成物で構成される粉体およびタブレットのうちの何れをも用いることができる。
タブレットを用いて半導体装置を製造する方法としては、例えば、前述した半導体装置10を構成する各部材のうちモールド部50を除く各部材を、金型キャビティ内に設置した後、タブレットをトランスファーモールド、コンプレッ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硬化物で構成されるモールド部(本発明の半導体封止用樹脂組成物)50を形成して、モールド部50を除く各部材を封止する方法が挙げられる。
粉体を用いて半導体装置を製造する方法としては、例えば、篩分等により粒度を整えた粉体を用いて、コンプレッションモールド法を適用して、粉体で構成される樹脂組成物を成形、硬化させることにより硬化物で構成されるモールド部(本発明の半導体封止用樹脂組成物)50を形成して、モールド部50を除く各部材を封止する方法が挙げられる。
また、成形温度は、好ましくは150〜250℃、より好ましくは160〜220℃、更に好ましくは175〜200℃に設定される。
さらに、成形時間は、好ましくは30〜600秒、より好ましくは45〜240秒、更に好ましくは60〜180秒に設定される。
樹脂組成物を成形後にPMC(ポストモールドキュア)する場合の加熱温度は、特に限定されないが、例えば、150〜250℃であるのが好ましく、180〜220℃であるのがより好ましい。
また、成形後にPMC(ポストモールドキュア)する場合の加熱時間は、特に限定されないが、例えば、0.5〜10時間であるのが好ましく、1〜5時間であるのがより好ましい。
樹脂組成物を成形後にPMC(ポストモールドキュア)する際の条件を前記範囲内に設定することにより、樹脂組成物をより確実に硬化させることができる。
なお、本実施形態では、半導体装置10を、クワッド・フラット・パッケージ(QFP)に適用する場合について説明したが、かかる場合に限定されず、各種の形態の半導体パッケージに適用することができ、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)、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)、マトリクス・アレイ・パッケージ・ボール・グリッド・アレイ(MAPBGA)、チップ・スタックド・チップ・サイズ・パッケージ等のメモリやロジック系素子に適用されるパッケージに適用できる他、パワートランジスタなどのパワー系素子を搭載するTO−220等のパッケージにも適用することができる。
以上、本発明の半導体封止用樹脂組成物および半導体装置について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明の半導体封止用樹脂組成物には、同様の機能を発揮し得る、任意の成分が添加されていてもよい。
また、本発明の半導体装置の各部の構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することもできる。
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
なお、本発明はこれらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。
1.原材料の準備
まず、各実施例および各比較例の樹脂組成物で用いた原材料を以下に示す。
なお、特に記載しない限り、各成分の配合量は、質量部とする。
(ビスマレイミド系化合物1)
ビスマレイミド系化合物(BMI)1として、前記式(1−1)で表される化合物を用意した。
(ビスマレイミド系化合物2)
ビスマレイミド系化合物(BMI)2として、式(4)で表される化合物を用意した。
(ベンゾオキサジン系化合物1)
ベンゾオキサジン系化合物(P−d型ベンゾオキサジン;硬化触媒)1として、前記式(2−1)で表される化合物を用意した。。
(エポキシ系化合物1)
エポキシ系化合物1として、テトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製、YX4000K、エポキシ当量185g/eq)を用意した。
(フェノール系化合物1)
フェノール系化合物1として、フェノールノボラック型フェノール樹脂(住友ベークライト(株)製、PR−51714、水酸基当量104g/eq)を用意した。
(化合物(A)1)
化合物(A)1として、3−アミノ−5−メルカプト−1,2,4−トリアゾールを用意した。
(化合物(A)2)
化合物(A)2として、2−メチル−2,4−ペンタゾールを用意した。
(触媒助剤1)
触媒助剤1として、2−メチルイミダゾールを用意した。
(触媒助剤2)
触媒助剤2として、トリフェニルホスフィンを用意した。
(無機充填材1)
無機充填材1として、溶融球状シリカ(平均粒径30μm)を用意した。
(シランカップリング剤1)
シランカップリング剤1として、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)を用意した。
2.樹脂組成物の製造
[実施例1]
まず、ビスマレイミド系化合物1(77.20質量部)、ベンゾオキサジン系化合物1(22.80質量部)をそれぞれ秤量し、これらをミキサーを用いて混合した後、2軸混練機を用いて160℃、5分混練することにより第1混練物を得た。次いで、この第1混練物を、冷却後粉砕した。
次に、化合物(A)1(0.20質量部)、触媒助剤1(1.00質量部)、無機充填材1(407.00量部)、シランカップリング剤1(0.50質量部)をそれぞれ秤量し、これらと、前記第1混練物の粉砕物(100.00質量部)とをミキサーを用いて混合した後、ロールを用いて100℃、5分混練することにより第2混練物を得た。次いで、この第2混練物を、冷却後粉砕することで、粉体で構成される実施例1の樹脂組成物を得た。
[実施例2〜8]
表1の配合に従い、実施例1と同様にして樹脂組成物を得た。
[比較例1]
ビスマレイミド系化合物2(73.30質量部)、ベンゾオキサジン系化合物1(26.70質量部)、無機充填材1(402.00質量部)、シランカップリング剤1(0.50質量部)をそれぞれ秤量し、これらをミキサーを用いて混合した後、ロールを用いて100℃、5分混練することにより混練物を得た。次いで、この混練物を、冷却後粉砕することで、粉体で構成される比較例1の樹脂組成物を得た。
[比較例2、3]
表1の配合に従い、比較例1と同様にして樹脂組成物を得た。
3.評価
得られた各実施例および各比較例の樹脂組成物を、以下の方法で評価した。
3−1.硬化性の評価
硬化性の評価としてゲルタイムの評価を実施した。各実施例および比較例の樹脂組成物を表面温度175℃の熱板上においてからタックフリーになるまでの時間を測定しゲルタイムとした。
また、判定基準はゲルタイムの値が10秒以上、70秒以下のものを○、10秒未満のものまたは70秒を超えるものを×とした。
3−2.成形加工性の評価
低圧トランスファー成形機(コータキ精機社製、「KTS−30」)を用いて、EMM
I−1−66に準じたスパイラルフロー測定用の金型に、金型温度175℃、注入圧力6.9MPa、保圧時間120sの条件で各実施例および比較例の封止樹脂組成物を注入、硬化させ、スパイラルフローを測定した。
また、判定基準は、スパイラルフローが80cm以上、250cm以下のものを○、80cm未満のものまたは250cmを超えるものを×とした。
3−3.温度サイクル性試験
低圧トランスファー成形機(コータキ精機社製、「KTS−30」)を用いて、金型温度175℃、注入圧力9.8MPa、硬化時間120sで160ピンLQFP(パッケージサイズは24mm×24mm、厚み1.4mm、SiCチップサイズは7.0mm×7.0mm、リードフレームはCu製)を成形し、250℃で4時間硬化させることでテスト用素子を作製した。封止したテスト用素子を、−65℃〜250℃で500サイクル繰り返し、パッケージクラックや部材間剥離の有無を判定した(不良数/サンプル数)。
以上のようにして得られた各実施例および各比較例の樹脂組成物における評価結果を、それぞれ、下記の表1に示す。
表1に示したように、各実施例では硬化性、成形加工性、温度サイクル試験が良好で、優れた耐熱性を示す結果となった。
これに対して、比較例3では、各実施例と比較して温度サイクル試験で不良が発生し、耐熱性に劣る結果となった。また、化合物(A)を配合しない比較例1及び無機充填剤を配合しない比較例2は成形加工性が悪く、試験サンプルを作製する事ができなかった。
10 半導体装置
20 半導体チップ
21 電極パッド
22 ワイヤー
30 ダイパッド
40 リード
50 モールド部
60 接着層

Claims (8)

  1. 下記一般式(1)で表されるビスマレイミド系化合物と、下記一般式(2)で表されるベンゾオキサジン系化合物と、5員環を有し該5員環内に窒素原子を3つ以上含む化合物と、無機充填材とを含有することを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。


    [一般式(1)、(2)中、XおよびXは、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキレン基、下記一般式(3)で表される基、式「−SO−」もしくは「−CO−」で表される基、酸素原子、または単結合である。RおよびRは、それぞれ独立に、炭素数1〜6の炭化水素基である。aは、それぞれ独立に、1〜4の整数である。bは、それぞれ独立に、0〜4の整数である。]


    [一般式(3)中、Yは、芳香族環を有する炭素数6〜30の炭化水素基であり、nは0以上の整数である。]
  2. 前記一般式(1)で表されるビスマレイミド系化合物と、前記一般式(2)で表されるベンゾオキサジン系化合物との配合比率は、モル比で1:1/10〜1:1である請求項1に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  3. 前記5員環を有し該5員環内に窒素原子を3つ以上含む化合物は、トリアゾール系化合物である請求項1または2に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  4. 前記トリアゾール系化合物は、1,2,4−トリアゾール環を有する化合物および/または1,2,3−トリアゾール環を有する化合物である請求項3に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  5. 前記5員環を有し該5員環内に窒素原子を3つ以上含む化合物の含有量は、上記一般式(1)で表される化合物と上記一般式(2)で表される化合物との合計100質量部に対して、0.1〜5.0質量部である請求項1ないし4のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物。
  6. 前記5員環を有し該5員環内に窒素原子を3つ以上含む化合物とは異なる硬化触媒を含有する請求項1ないし5のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物。
  7. 請求項1ないし6のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物の硬化物により、半導体素子を封止してなるものであることを特徴とする半導体装置。
  8. 前記半導体素子がSiC(炭化ケイ素)および/またはGaN(窒化ガリウム)を用いたものである請求項7に記載の半導体装置。
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