JP2019021800A - 半導体装置およびその製造方法ならびに封止用樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、本発明は、耐熱性および狭部への充填特性に優れる半導体装置の封止技術を提供する。
以下の条件(A)〜(D):
(A)消費電力2.0W以上の半導体素子
(B)SiC、GaN、Ga2O3およびダイヤモンドからなる群から選択される1種以上の半導体からなる半導体素子
(C)電圧が1.0V以上の半導体素子
(D)パワー密度が10W/cm3以上の半導体素子
のいずれかを満たす、パワー半導体素子を封止用樹脂組成物で封止してなる半導体装置であって、
前記封止用樹脂組成物が、硬化性樹脂および無機充填材を含み、
前記無機充填材に含まれる粒子の体積基準粒度分布の大粒径側からの累積頻度が5%となるところの粒径をRmax(μm)とし、
前記無機充填材に含まれる粒子の体積基準粒度分布の最大のピークの径をR(μm)とした場合、
R<Rmaxであり、
1μm≦R≦24μmであり、
R/Rmax≧0.45であって、
前記封止用樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度が180℃以上270℃以下であり、
前記硬化物を200℃、1000時間下にさらしたときの重量損失が0.12%以下である、半導体装置が提供される。
以下の条件(A)〜(D):
(A)消費電力2.0W以上の半導体素子
(B)SiC、GaN、Ga2O3およびダイヤモンドからなる群から選択される1種以上の半導体からなる半導体素子
(C)電圧が1.0V以上の半導体素子
(D)パワー密度が10W/cm3以上の半導体素子
のいずれかを満たす、パワー半導体素子の封止用樹脂組成物であって、
当該封止用樹脂組成物が、硬化性樹脂および無機充填材を含み、
前記無機充填材に含まれる粒子の体積基準粒度分布の大粒径側からの累積頻度が5%となるところの粒径をRmax(μm)とし、
前記無機充填材に含まれる粒子の体積基準粒度分布の最大のピークの径をR(μm)とした場合、
R<Rmaxであり、
1μm≦R≦24μmであり、
R/Rmax≧0.45であって、
当該封止用樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度が180℃以上270℃以下であり、
前記硬化物を200℃、1000時間下にさらしたときの重量損失が0.12%以下である、封止用樹脂組成物が提供される。
以下の条件(A)〜(D):
(A)消費電力2.0W以上の半導体素子
(B)SiC、GaN、Ga2O3およびダイヤモンドからなる群から選択される1種以上の半導体からなる半導体素子
(C)電圧が1.0V以上の半導体素子
(D)パワー密度が10W/cm3以上の半導体素子
のいずれかを満たすパワー半導体素子を、前記本発明におけるに封止用樹脂組成物で封止する工程を含む、半導体装置の製造方法が提供される。
本実施形態において、半導体装置は、以下の条件(A)〜(D)のいずれかを満たす、パワー半導体素子を封止用樹脂組成物で封止してなる半導体装置である。
(A)消費電力2.0W以上の半導体素子
(B)SiC、GaN、Ga2O3およびダイヤモンドからなる群から選択される1種以上の半導体からなる半導体素子
(C)電圧が1.0V以上の半導体素子
(D)パワー密度が10W/cm3以上の半導体素子
そして、封止用樹脂組成物が、硬化性樹脂および無機充填材を含み、無機充填材に含まれる粒子の体積基準粒度分布の大粒径側からの累積頻度が5%となるところの粒径をRmax(μm)とし、無機充填材に含まれる粒子の体積基準粒度分布の最大のピークの径をR(μm)とした場合、R<Rmaxであり、1μm≦R≦24μmであり、R/Rmax≧0.45である。また、封止用樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度が180℃以上270℃以下であり、硬化物を200℃、1000時間下にさらしたときの重量損失が0.12%以下である。
まず、図1に示した半導体装置100は、基板30上に搭載された半導体素子20と、半導体素子20を封止してなる封止材50と、を備えている。
封止材50は、本実施形態における封止用樹脂組成物を硬化して得られる硬化物により構成されている。封止用樹脂組成物の具体的な構成については後述する。
封止材50は、半導体素子20を封止し、かつ基板30と半導体素子20との間の隙間24に充填されている。封止材50は、たとえば圧縮成形用モールドアンダーフィル材料を、圧縮成形法を用いて成形することにより得られる。この場合、充填性に優れた圧縮成形用モールドアンダーフィル材料を用いて、半導体素子20を封止しつつ隙間24内を充填することができ、信頼性に優れた半導体装置110を実現することが可能となる。
また、半導体素子20の消費電力は、たとえば上述した条件(A)の2.0W以上であり、好ましくは3.0W以上であり、また、たとえば4.0W以下であってもよい。
半導体素子20の電圧は、たとえば上述した条件(C)の1.0V以上であり、好ましくは3.0V以上であり、また、たとえば5.0V以上であってもよい。また、半導体素子20の電圧は、たとえば100V以下であってもよい。
また、半導体素子20のパワー密度は、たとえば上述した条件(D)の10W/cm3以上であり、好ましく20W/cm3以上であり、また、たとえば30W/cm3以上であってもよい。また、半導体素子20のパワー密度は、たとえば200W/cm3以下であってもよい。
また、半導体素子20は、たとえば200℃以上、好ましくは250℃以上という高温環境下で動作することができる。
このとき、基板30と半導体素子20との間の隙間G(μm)は、隙間への無機充填材の充填性を向上させる観点から、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上である。また、上記Gは半導体装置全体を薄型化する観点から、好ましくは50μm以下であり、より好ましくは30μm以下である。
また、硬化物のガラス転移温度の上限に制限はないが、硬化物の靭性を向上させる観点から、270℃以下であり、より好ましくは250℃以下、さらに好ましくは230℃以下である。
ここで、硬化物のガラス転移温度は、熱機械分析(Thermal Mechanical Analysis:TMA)装置(セイコーインスツル社製、TMA100)を用いて測定温度範囲0℃〜400℃、昇温速度5℃/分の条件で測定される。
上記重量損失の下限値は、0%以上であるが、たとえば0.01%以上であってもよい。
また、上記充填長さは、エアベント部分に発生するバリを抑制し、半導体装置の成型性または生産性を向上させる観点から、好ましくは100mm以下であり、より好ましくは80mm以下である。
(測定条件)
金型温度:175℃、注入速度:10.5mm/s、注入圧力:3.5MPa、硬化時間:120秒、タブレットサイズ:40mmΦ−40gの条件にて、前記金型に形成された幅5mm、スリットギャップ25μmの矩形状の流路に、前記封止用樹脂組成物を注入し、流路の上流先端からの充填長さを測定する。
ここで、封止用樹脂組成物の溶融粘度(高化式フロー粘度)は、以下の条件で測定される樹脂組成物のみかけの粘度ηである。
島津製作所社製のフローテスタCFT−500Cを用いて、温度175℃、荷重40kgf(ピストン面積1cm2)、ダイ穴直径0.50mm、ダイ長さ1.00mmの試験条件で溶解した樹脂組成物のみかけの粘度ηを測定する。このみかけの粘度ηは、次の計算式より算出される。なお、Qは単位時間あたりに流れる樹脂組成物の流量である。また、高化式フロー粘度は、数値が小さい方が、低粘度であることを示す。
η:みかけの粘度
D:ダイ穴直径(mm)
P:試験圧力(Pa)
L:ダイ長さ(mm)
Q:フローレート(cm3/秒)
(封止用樹脂組成物)
本実施形態において、封止用樹脂組成物は、硬化性樹脂および無機充填材を含む。
硬化性樹脂は、具体的には熱硬化性樹脂である。
熱硬化性樹脂は、封止用樹脂組成物の硬化物の耐熱性を向上させる観点から、好ましくはマレイミド基を2つ以上有する化合物、ベンゾオキサジン環を2つ以上有する化合物、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア(尿素)樹脂、メラミン樹脂等のトリアジン環を有する樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、およびベンゾシクロブテン樹脂からなる群から選択される1種または2種以上を含む。
まず、一般式(1A)で表されるフェノール樹脂硬化剤について説明する。
一般式(1A)で表されるフェノール樹脂硬化剤において、nは、平均値であり、0以上の数を表し、また、好ましくは6以下であり、より好ましくは3以下、さらに好ましくは1以下である。また、一般式(1A)で表わされるフェノール樹脂硬化剤の数平均分子量は、好ましくは390以上であり、より好ましくは400以上であり、また、好ましくは1000以下であり、より好ましくは600以下、さらに好ましくは550以下、よりいっそう好ましくは500以下である。このようなフェノール樹脂硬化剤は、複数の水酸基で置換された芳香環を有するため、水素結合に由来する分子間の相互作用が強く、従来の樹脂に比べ、成形性、殊に連続成形時の充填性において、従来の流動性や硬化性の概念とは異なる特異な挙動を示す場合がある。上記範囲内の数平均分子量を有するフェノール樹脂硬化剤を用いることにより、優れた硬化性および良好な連続成形性を有する樹脂組成物が得られるとともに、その硬化物は、高いガラス転移温度と低い重量減少率を有する。
なお、nの値は、数平均分子量、上記のXおよびY、ならびにビフェニル骨格の構造とその構成比から算出できる。また、nが2以上の場合、2つ以上のXは、それぞれ独立して、同一であっても異なっていてもよい。
ここで、一般式(1A)で表されるフェノール樹脂硬化剤は、一般式(1C)で表される二価ヒドロキシフェニル基と、一般式(1E)で表される二価ヒドロキシフェニレン基のうちの少なくとも一方を有し、好ましくは両方を有する。かかる構成とすることにより、水酸基密度の向上が図られる。
一般式(1C)で表される二価ヒドロキシフェニル基と、一般式(1E)で表される二価ヒドロキシフェニレン基とを含むフェノール樹脂硬化剤は、フェノール性水酸基の密度が高いことから、得られる樹脂組成物の硬化物は高いガラス転移温度(Tg)を有する。一般に、一般式(1A)で表されるフェノール樹脂硬化剤のようなフェノール性水酸基を有する重合体は、フェノール性水酸基の密度が高くなるにつれて、その重量減少率は高くなる。しかしながら、一般式(1A)で表されるフェノール樹脂硬化剤とエポキシ樹脂との架橋体は、Tgの上昇に伴う重量減少率の上昇が抑制される。この理由は必ずしも明らかではないが、架橋体のビフェニル骨格と二価のフェノールを連結するメチレン基部分が、立体的嵩高さにより保護されて、比較的熱分解を受けにくいためと考えられる。
一般式(1A)で表されるフェノール樹脂硬化剤において、一般式(1B)で表わされるヒドロキシフェニル基の数と、一般式(1D)で表わされるヒドロキシフェニレン基の数との合計をkとし、kの平均値をk0とし、一般式(1C)で表わされるヒドロキシフェニル基の数と、一般式(1E)で表わされるヒドロキシフェニレン基の数との合計をmとし、mの平均値をm0とした場合、k0/m0の値は、0/100〜82/18であるのが好ましく、20/80〜80/20であるのがより好ましく、25/75〜75/25であるのがさらに好ましい。k0/m0の値が上記範囲にあることにより、流動特性、耐半田性、難燃性、連続成形性、耐熱性のバランスに優れた樹脂組成物を、経済的に得ることができる。
一般式(2A)で表されるエポキシ樹脂において、nは平均値であり、0以上の数を表し、また、好ましくは6以下であり、より好ましくは3以下、さらに好ましくは1以下である。また一般式(2A)で表わされるエポキシ樹脂の数平均分子量は450以上2000以下が好ましく、500以上1000以下がより好ましく、500以上800以下がさらに好ましく、500以上700以下がさらにまた好ましい。このようなエポキシ樹脂は、その硬化過程において、複数の水酸基を有する芳香環を含有するフェノール樹脂硬化剤に由来する水素結合の相互作用の影響を強く受け、従来の樹脂に比べ、成形性、殊に連続成形時の充填性において、従来の流動性や硬化性の概念とは異なる特異な挙動を示す場合がある。上記範囲内の数平均分子量を有するエポキシ樹脂を用いることにより、優れた硬化性および良好な連続成形性を有する樹脂組成物が得られるとともに、その硬化物は、高いガラス転移温度と低い重量減少率を有する。
なお、nは、数平均分子量、上記のXおよびY、ならびにビフェニル骨格の構造とその構成比から算出できる。また、nが2以上の場合、2つ以上のXは、それぞれ独立して、同一であっても異なっていてもよい。
ここで、一般式(2A)で表されるエポキシ樹脂は、一般式(2C)で表される2つのグリシジルエーテル基を有するグリシジル化フェニル基と、一般式(2E)で表される2つのグリシジルエーテル基を有するグリシジル化フェニレン基のうちの少なくとも一方を有し、好ましくは両方を有する。かかる構成とすることにより、エポキシ基密度の向上が図られる。
一般式(2C)で表される2つのグリシジルエーテル基を有するグリシジル化フェニル基と、一般式(2E)で表される2つのグリシジルエーテル基を有するグリシジル化フェニレン基とを含むエポキシ樹脂は、グリシジルエーテル基の密度が高いことから、得られる樹脂組成物の硬化物は、高いガラス転移温度(Tg)を有する。一般に、このような一般式(2A)で表されるエポキシ樹脂において、グリシジルエーテル基の密度が高くなるにつれて、その重量減少率は高くなる。しかしながら、一般式(2A)で表されるエポキシ樹脂と、上記のフェノール樹脂硬化剤との架橋体は、Tgの上昇に伴う重量減少率の上昇が抑制される。この理由はかならずしも明らかではないが、架橋体のビフェニル骨格と一価または二価のフェノールを連結するメチレン基部分が、立体的嵩高さにより保護されて、比較的熱分解を受けにくいためと考えられる。
封止用樹脂組成物は、好ましくは、一般式(2A)で表されるエポキシ樹脂を全エポキシ樹脂中50質量%以上含む。
なお、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂を含むとき、熱硬化性樹脂の含有量に関し、このエポキシ樹脂に対応する硬化剤も合算した値として定義することができる。
無機充填材は、封止用樹脂組成物の充填性を向上させる観点、および、封止材の高温長期保管特性等を向上させる観点から、好ましくはシリカを含み、より好ましくは溶融球状シリカ、溶融破砕シリカ、および結晶シリカからなる群から選択される1種または2種以上を含み、さらに好ましくは溶融球状シリカを含む。
また、無機充填材を構成する粒子について篩分けをおこなうと、最大粒径Rmaxに対応する目開きでの篩でメッシュON(篩残量)が1%以下となる。
そして、無機充填材に含まれる粒子は、R<Rmaxであり、1μm≦R≦24μmであり、かつ、R/Rmax≧0.45となる関係を満たしている。これらの関係を満足することにより、封止樹脂組成物は、流動性および充填性に優れたものとなる。そして、かかる封止用樹脂組成物にてパワー半導体素子を封止することにより、耐熱性および狭部への充填特性に優れる半導体装置を得ることができる。
なお、無機充填材に含まれる粒子が第1の粒子のみの場合には、無機充填材のRmaxと第1の粒子の最大粒径とは一致し、無機充填材のRと第1の粒子のモード径とは一致する。ここで、「モード径」とは、第1の粒子中、出現比率(体積基準)が最も高い粒子径をいう。
封止用樹脂組成物の狭部への充填特性および流動性を向上させる観点から、Rは、好ましくは3μm以上であり、より好ましくは4.5μm以上、さらに好ましくは5μm以上、さらにまた好ましくは8μm以上であり、また、好ましくは20μm以下であり、より好ましくは17μm以下、さらに好ましくは15μm以下である。
R/Rmaxの上限値は、限定されないが、好ましくは0.9以下であり、より好ましくは0.8以下である。R/Rmaxが1に近づき過ぎると、Rよりも大きい粒子の頻度が低下するため、その分、Rまたはモード径Rに近い粒径の粒子の頻度が低下するおそれがある。
また、隙間への無機充填材の充填性を向上させる観点から、上記比(R/G)は、好ましくは0.7以下であり、より好ましくは0.5以下、さらに好ましくは0.3以下である。
また、半導体装置全体の薄型化の観点から、上記Gは、好ましくは50μm以下であり、より好ましくは35μm以下である。
また、半導体装置の耐熱性を向上させる観点から、封止用樹脂組成物中の無機充填材の含有量は、たとえば封止用樹脂組成物全体に対して、好ましくは90質量%以下であり、より好ましくは85質量%以下である。
硬化促進剤は、熱硬化性樹脂の硬化を促進させるものであればよく、熱硬化性樹脂の種類に応じて選択される。
本実施形態において、硬化促進剤は、たとえば有機ホスフィン、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物等のリン原子含有化合物;2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール(EMI24)、2−フェニル−4−メチルイミダゾール(2P4MZ)、2−フェニルイミダゾール(2PZ)、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシイミダゾール(2P4MHZ)、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール(1B2PZ)などのイミダゾール化合物;1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7、ベンジルジメチルアミン等が例示されるアミジンや3級アミン、上記アミジンやアミンの4級塩等の窒素原子含有化合物からなる群から選択される1種類または2種類以上を含む。封止用樹脂組成物の硬化性を向上する観点および封止材と金属との密着性を向上する観点から、硬化促進剤は好ましくはイミダゾール化合物およびリン原子含有化合物からなる群から選択される1または2以上の化合物を含む。
また、封止用樹脂組成物のハンドリングを向上させる観点から、封止用樹脂組成物中の硬化促進剤の含有量は、封止用樹脂組成物全体に対して好ましくは5質量%以下であり、より好ましくは3質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下である。
本実施形態において、封止用樹脂組成物がシランカップリング剤を含む構成とすることより、封止用樹脂組成物の密着性のさらなる向上を図ることができる。
封止用樹脂組成物が充填材として無機充填材を含むとき、シランカップリング剤は、たとえばシランカップリング剤により表面処理が施された無機充填材を他成分と混合することにより封止用樹脂組成物中に含ませることができる。一方で、充填材に対して上記表面処理を行わず、各成分とともにシランカップリング剤をミキサー等へ投入し、これを混合することによってシランカップリング剤を封止用樹脂組成物中に含ませてもよい。
これらを例示すると、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、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−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トリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、フェニル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、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ−アニリノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−[ビス(β−ヒドロキシエチル)]アミノプロピルトリエトキシシラン、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−アミノプロピルトリエトキシシラン、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メトキシシラン、γ−(β−アミノエチル)アミノプロピルジメトキシメチルシラン、N−(トリメトキシシリルプロピル)エチレンジアミン、N−(ジメトキシメチルシリルイソプロピル)エチレンジアミン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、N−β−(N−ビニルベンジルアミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラン、ビニルトリメトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチルーブチリデン)プロピルアミンの加水分解物等のシラン系カップリング剤が挙げられる。
これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、封止用樹脂組成物の硬化性を向上させる観点から、シランカップリング剤の含有量は、封止用樹脂組成物全体に対して好ましくは5質量%以下であり、より好ましくは3質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下である。
本実施形態の封止用樹脂組成物には、さらに必要に応じて、ハイドロタルサイト類および多価金属酸性塩等の無機イオン交換体に例示されるイオン捕捉剤;カルナバワックス等の天然ワックス、合成ワックス、ステアリン酸亜鉛、モンタン酸エステルワックス、パラフィン等の高級脂肪酸およびその金属塩類ならびにそれらの誘導体等の離型剤;カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤;水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ホウ酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、ホスファゼン等の難燃剤;酸化防止剤等の各種の添加剤を適宜配合してもよい。これらの配合量は任意である。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本実施形態の封止用樹脂組成物は、たとえば前述の各成分を、公知の手段で混合し、さらにロール、ニーダーまたは押出機等の混練機で溶融混練し、冷却した後に粉砕することで得ることができる。さらには、これらをタブレット状に打錠成形したものを封止用樹脂組成物として用いることもできる。これにより、顆粒状またはタブレット状の封止用樹脂組成物を得ることができる。
このような打錠成形した組成物とすることにより、トランスファー成形、射出成形、および圧縮成形等の公知の成型方法を用いて封止成形することが容易となる。
セパラブルフラスコに撹拌装置、温度計、還流冷却器、窒素導入口を装着し、1,3−ジヒドロキシベンゼン(東京化成工業社製、「レゾルシノール」、融点111℃、分子量110、純度99.4%)291質量部、フェノール(関東化学社製特級試薬、「フェノール」、融点41℃、分子量94、純度99.3%)235質量部、あらかじめ粒状に砕いた4,4'−ビスクロロメチルビフェニル(和光純薬工業社製、「4,4'−ビスクロロメチルビフェニル」、融点126℃、純度95%、分子量251)125質量部を、セパラブルフラスコに秤量し、窒素置換しながら加熱し、フェノールの溶融の開始に併せて攪拌を開始した。
その後、系内温度を110〜130℃の範囲に維持しながら3時間反応させた後、加熱し、140〜160℃の範囲に維持しながら3時間反応させた。
なお、上記の反応によって系内に発生した塩酸ガスは、窒素気流によって系外へ排出した。
なお、このフェノール樹脂硬化剤1における水酸基当量は135であった。
セパラブルフラスコに撹拌装置、温度計、還流冷却器、窒素導入口を装着し、前述のフェノール樹脂硬化剤1を100質量部、エピクロルヒドリン(東京化成工業社製)300質量部、トルエン50質量部を秤量し、100℃に加熱して溶解させた後、水酸化ナトリウム(固形細粒状、純度99%試薬)45質量部を3時間かけて徐々に添加し、さらに2時間反応させた。次にトルエン200質量部を加えて溶解させた後、蒸留水150質量部を加えて振とうし、水層を棄却する操作(水洗)を洗浄水が中性になるまで繰り返しおこなった後、油層を125℃、2mmHgの減圧条件でエピクロルヒドリンを留去した。得られた固形物にメチルイソブチルケトン300質量部を加えて溶解し、70℃に加熱し、30質量%水酸化ナトリウム水溶液9.5質量部を1時間かけて添加し、さらに1時間反応した後、静置し、水層を棄却した。油層に蒸留水150質量部を加えて水洗操作を行い、洗浄水が中性になるまで同様の水洗操作を繰り返しおこなった後、加熱減圧によってメチルイソブチルケトンを留去することによりエポキシ樹脂1を得た。
(封止用樹脂組成物の調製)
各実施例、および各比較例のそれぞれについて、以下のように封止用樹脂組成物を調製した。
まず、表1に示す各成分をミキサーにより混合した。次いで、得られた混合物を、ロール混練した後、冷却、粉砕して粉粒体である封止用樹脂組成物を得た。
(熱硬化性樹脂またはその原料)
エポキシ樹脂1:製造例2で得られたエポキシ樹脂
エポキシ樹脂2:ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂(日本化薬社製、NC3000)
エポキシ樹脂3:トリフェニルメタン型エポキシ樹脂とビフェニル型エポキシ樹脂の混合物(ジャパンエポキシレジン社製 「YL6677」
エポキシ樹脂4:オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬社製、EOCN−1020−55)
フェノール樹脂硬化剤1:製造例1で得られたフェノール樹脂系硬化剤
フェノール樹脂硬化剤2:ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂(日本化薬社製、GPH−65)
フェノール樹脂硬化剤3:トリフェニルメタン型フェノール樹脂(エアウォーターケミカル社製、HE910−20)
フェノール樹脂硬化剤4:ノボラック型フェノール樹脂(住友ベークライト社製、PR−HF−3)
無機充填材1:溶融球状シリカ(アドマテックス社製、モード径R=10μm、粒径Rmax=18μm、R/Rmax=0.56)
無機充填材2:球状シリカ(アドマテックス社製、SO−25R」)
無機充填材3:溶融球状シリカ(マイクロン社製、TS−6021)
無機充填材4:溶融球状シリカ(電気化学工業社製、FB560)
硬化促進剤1:下記式(14)で表される化合物
離型剤1:モンタン酸エステルワックス(クラリアント・ジャパン製、リコルブ WE 4)
離型剤2:モンタン酸エステルワックス(クラリアント・ジャパン製、リコワックス E)
離型剤3:窒素含有モンタン酸エステルワックス(クラリアント・ジャパン製、リコモント TP NC 133)
離型剤4:カルナバワックス(東亜化成社製、TOWAX−132)
着色剤1:カーボンブラック(三菱化学社製、MA−600)
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、EMMI−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200℃、注入圧力6.9MPa、保圧時間120秒間の条件で、得られた封止用樹脂組成物を注入、硬化させ、スパイラルフローを測定した。単位はcmである。
トランスファー成形装置を用いて、金型温度200℃、注入圧力9.8MPa、硬化時間120秒で、得られた封止用樹脂組成物を注入成形し、15mm×4mm×4mmの成形品を得た。
次いで、得られた成形品を250℃、4時間で後硬化して試験片を作製した。
ガラス転移温度の測定に用いた硬化物について、硬化物を200℃に1000時間さらした後の重量減少率を測定した。
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、注入時間15秒、硬化時間120秒の条件で、各例における封止用樹脂組成物を注入成形して、6.4mm厚の耐燃試験片を作製した。作製した試験片を175℃、8時間、後硬化した後、UL94垂直法の規格に則り耐燃試験を行い、耐燃性を判断した。表1には、判定後の耐燃ランクを示した。
金型温度:175℃、注入速度:10.5mm/s、注入圧力:3.5MPa、硬化時間:120秒、タブレットサイズ:40mmΦ−40g(成型圧力8MPa)の条件にて、金型に形成された幅5mm、スリットギャップ(G)25μmの矩形状の流路に、封止樹脂組成物を注入し、流路の上流先端からの充填長さを測定し、以下の基準で評価した。
○:充填長さが20mm以上
△:充填長さが10mm以上、20mm未満
×:充填長さが10mm未満
各実施例および各比較例において得られた封止用樹脂組成物の高化式粘度を、高化式フローテスタ(島津製作所社製、CFT−500)を用いて、200℃、圧力10kgf/cm2、キャピラリー径0.5mmの条件で高化式粘度(Pa・s)を測定した。
110 半導体装置
20 半導体素子
22 バンプ
24 隙間
30 基板
32 ダイパッド
34 アウターリード
40 ワイヤ
50 封止材
60 半田ボール
Claims (9)
- 以下の条件(A)〜(D):
(A)消費電力2.0W以上の半導体素子
(B)SiC、GaN、Ga2O3およびダイヤモンドからなる群から選択される1種以上の半導体からなる半導体素子
(C)電圧が1.0V以上の半導体素子
(D)パワー密度が10W/cm3以上の半導体素子
のいずれかを満たす、パワー半導体素子を封止用樹脂組成物で封止してなる半導体装置であって、
前記封止用樹脂組成物が、硬化性樹脂および無機充填材を含み、
前記無機充填材に含まれる粒子の体積基準粒度分布の大粒径側からの累積頻度が5%となるところの粒径をRmax(μm)とし、
前記無機充填材に含まれる粒子の体積基準粒度分布の最大のピークの径をR(μm)とした場合、
R<Rmaxであり、
1μm≦R≦24μmであり、
R/Rmax≧0.45であって、
前記封止用樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度が180℃以上270℃以下であり、
前記硬化物を200℃、1000時間下にさらしたときの重量損失が0.12%以下である、半導体装置。 - 以下の条件で測定される前記封止用樹脂組成物の充填長さが、10mm以上である、請求項1に記載の半導体装置。
(測定条件)
金型温度:175℃、注入速度:10.5mm/s、注入圧力:3.5MPa、硬化時間:120秒、タブレットサイズ:40mmΦ−40gの条件にて、前記金型に形成された幅5mm、スリットギャップ25μmの矩形状の流路に、前記封止用樹脂組成物を注入し、流路の上流先端からの充填長さを測定する。 - 前記硬化性樹脂が、下記一般式(1A)で表されるフェノール樹脂硬化剤と、下記一般式(2A)で表されるエポキシ樹脂とを含む、請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記パワー半導体素子が、基板上に設けられており、前記封止用樹脂組成物が前記基板と前記半導体素子との間の隙間に充填されてなる、請求項1乃至3いずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記パワー半導体素子が、基板上に設けられており、前記基板と前記半導体素子との間の隙間をG(μm)とした場合、前記Gに対する前記Rの比(R/G)が、0.05以上0.7以下である、請求項1乃至4いずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記パワー半導体素子が、基板上に設けられており、整流ダイオード、パワートランジスタ、パワーMOSFET、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)、サイリスタ、ゲートターンオフサイリスタ(GTO)およびトライアックからなる群から選択される1または2以上の電子部品を含み、
前記基板と前記半導体素子との間の隙間G(μm)が0.1μm以上35μm以下である、請求項1乃至5いずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記封止用樹脂組成物の溶融粘度が3Pa・s以上25Pa・s以下である、請求項1乃至6いずれか1項に記載の半導体装置。
- 以下の条件(A)〜(D):
(A)消費電力2.0W以上の半導体素子
(B)SiC、GaN、Ga2O3およびダイヤモンドからなる群から選択される1種以上の半導体からなる半導体素子
(C)電圧が1.0V以上の半導体素子
(D)パワー密度が10W/cm3以上の半導体素子
のいずれかを満たす、パワー半導体素子の封止用樹脂組成物であって、
当該封止用樹脂組成物が、硬化性樹脂および無機充填材を含み、
前記無機充填材に含まれる粒子の体積基準粒度分布の大粒径側からの累積頻度が5%となるところの粒径をRmax(μm)とし、
前記無機充填材に含まれる粒子の体積基準粒度分布の最大のピークの径をR(μm)とした場合、
R<Rmaxであり、
1μm≦R≦24μmであり、
R/Rmax≧0.45であって、
当該封止用樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度が180℃以上270℃以下であり、
前記硬化物を200℃、1000時間下にさらしたときの重量損失が0.12%以下である、封止用樹脂組成物。 - 以下の条件(A)〜(D):
(A)消費電力2.0W以上の半導体素子
(B)SiC、GaN、Ga2O3およびダイヤモンドからなる群から選択される1種以上の半導体からなる半導体素子
(C)電圧が1.0V以上の半導体素子
(D)パワー密度が10W/cm3以上の半導体素子
のいずれかを満たすパワー半導体素子を、請求項8に記載の封止用樹脂組成物で封止する工程を含む、半導体装置の製造方法。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020155535A (ja) * | 2019-03-19 | 2020-09-24 | 日東電工株式会社 | 封止用シート |
CN113621216A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-11-09 | 广东生益科技股份有限公司 | 一种树脂组合物及其应用 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06329761A (ja) * | 1993-05-19 | 1994-11-29 | Toshiba Chem Corp | エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置 |
JP2005167035A (ja) * | 2003-12-03 | 2005-06-23 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 炭化珪素半導体素子およびその製造方法 |
WO2013136769A1 (ja) * | 2012-03-16 | 2013-09-19 | 住友ベークライト株式会社 | 封止用樹脂組成物およびこれを用いる電子装置 |
WO2013145608A1 (ja) * | 2012-03-29 | 2013-10-03 | 住友ベークライト株式会社 | 樹脂組成物および半導体装置 |
JP2015071670A (ja) * | 2013-10-02 | 2015-04-16 | 住友ベークライト株式会社 | 圧縮成形用モールドアンダーフィル材料、半導体パッケージ、構造体および半導体パッケージの製造方法 |
-
2017
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06329761A (ja) * | 1993-05-19 | 1994-11-29 | Toshiba Chem Corp | エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置 |
JP2005167035A (ja) * | 2003-12-03 | 2005-06-23 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 炭化珪素半導体素子およびその製造方法 |
WO2013136769A1 (ja) * | 2012-03-16 | 2013-09-19 | 住友ベークライト株式会社 | 封止用樹脂組成物およびこれを用いる電子装置 |
WO2013145608A1 (ja) * | 2012-03-29 | 2013-10-03 | 住友ベークライト株式会社 | 樹脂組成物および半導体装置 |
JP2015071670A (ja) * | 2013-10-02 | 2015-04-16 | 住友ベークライト株式会社 | 圧縮成形用モールドアンダーフィル材料、半導体パッケージ、構造体および半導体パッケージの製造方法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020155535A (ja) * | 2019-03-19 | 2020-09-24 | 日東電工株式会社 | 封止用シート |
CN111718560A (zh) * | 2019-03-19 | 2020-09-29 | 日东电工株式会社 | 密封用片 |
JP7224984B2 (ja) | 2019-03-19 | 2023-02-20 | 日東電工株式会社 | 封止用シート |
CN113621216A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-11-09 | 广东生益科技股份有限公司 | 一种树脂组合物及其应用 |
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