JP2021038302A - 半導体封止用樹脂組成物、半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献2では、低剪断領域でのエポキシ樹脂組成物の流動性が、エポキシ樹脂組成物を硬化させたときの空隙率を評価することで、スパイラルフローや円板フローでは測定できない低剪断領域の粘度の指標となることが開示されている。
しかしながら、非特許文献1によると、半導体封止に使用される金型において、場所によってずり速度が異なり、ワイヤ変形発生の主要因となるキャビティ内ではせん断速度が1.0s−1〜10.0s−1の範囲にあるとしている。
本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
[1](A)エポキシ樹脂、(B)フェノール樹脂、(C)硬化促進剤および(D)シリカを含有し、前記(D)シリカは、粒径1.5μm以下の粒子の割合が46体積%以下である粒度分布を有し、レオメーターを用いて温度175℃の条件で測定した、せん断速度1s−1から10s−1における最大流動応力が700Pa以下である半導体封止用樹脂組成物。
[2]前記(D)シリカが(d1)粒径1.5μm以下の粒子の割合が10〜46体積%、(d2)粒径1.5μmを超え5μm以下の粒子の割合が5〜30体積%、(d3)粒径5μmを超え10μm以下の粒子の割合が5〜30体積%、(d4)粒径10μmを超え20μm以下の粒子の割合が10〜45体積%、(d5)粒径20μmを超え50μm以下の粒子の割合が0〜30体積%、及び(d6)粒径50μmを超える粒子の割合が0〜20体積%である粒度分布を有する上記[1]に記載の半導体封止用樹脂組成物。
[3]前記(A)エポキシ樹脂の軟化点及び/又は前記(B)フェノール樹脂の軟化点が、120℃以下である上記[1]又は[2]に記載の半導体封止用樹脂組成物。
[4]上記[1]〜[3]のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物を用いて基板上に搭載された半導体素子を封止する半導体装置の製造方法。
[5]基板と、該基板上に搭載された半導体素子と、該半導体素子を封止してなる上記[1]〜[3]のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物の硬化物と、を有する半導体装置。
本実施形態の半導体封止用樹脂組成物(以下、単に封止用樹脂組成物ともいう)は、(A)エポキシ樹脂、(B)フェノール樹脂、(C)硬化促進剤および(D)シリカを含有し、前記(D)シリカは、粒径1.5μm以下の粒子の割合が46体積%以下である粒度分布を有し、レオメーターを用いて温度175℃の条件で測定した、せん断速度1s−1から10s−1における最大流動応力が700Pa以下であることを特徴とする。
また、せん断速度0.1s−1以下の領域においては、封止用樹脂組成物中の樹脂成分の軟化温度(軟化点)が低いほど、せん断速度に対する流動応力の変化率が小さくなる。
上記最大流動応力は具体的には実施例に記載の方法により測定することができる。
なお、後述する(D)シリカの体積基準の粒度分布において、粒径1.5μm以下の粒子の割合を適宜調整することにより、上記最大流動応力を700Pa以下とすることができる。
本実施形態で用いられる(A)エポキシ樹脂は、1分子中に2個以上のエポキシ基を有し、半導体封止用に一般に用いられるものであればよく、特に制限はない。
(A)エポキシ樹脂としては、例えば、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、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェノールベンジルアルデヒド型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、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、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ化合物等が挙げられる。中でも、流動性、耐リフロー性の観点から、ビフェニル型エポキシ樹脂が好ましい。
(A)エポキシ樹脂は1種を使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
なお、本明細書における軟化点とは、「環球式軟化点」を指し、ASTM D36に準拠して測定された値をいう。
本実施形態で用いられる(B)フェノール樹脂は、1分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマーであり、半導体封止用に一般に用いられるものであればよく、特に制限はない。
(B)フェノール樹脂としては、例えば、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、置換又は非置換のビフェノール等の、1分子中に2個のフェノール性水酸基を有するフェノール化合物;フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、フェニルフェノール、アミノフェノール等のフェノール類及び/又はα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類と、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等のアルデヒド類とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるノボラック型フェノール樹脂;上記フェノール類及び/又はナフトール類と、ジメトキシパラキシレン、ビス(メトキシメチル)ビフェニル等とから合成されるフェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂等のアラルキル型フェノール樹脂;パラキシリレン変性フェノール樹脂、メタキシリレン変性フェノール樹脂、メラミン変性フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂等の変性樹脂;フェノール類及び/又はナフトール類と、ジシクロペンタジエンとから共重合により合成される、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型ナフトール樹脂;多環芳香環変性フェノール樹脂;ビフェニル型フェノール樹脂;トリフェニルメタン型フェノール樹脂等が挙げられる。さらに、上記フェノール樹脂の2種以上を共重合して得られるフェノール樹脂であってもよい。中でも、トリフェニルメタン型フェノール樹脂、アラルキル型フェノール樹脂が好ましい。
(B)フェノール樹脂は1種を使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
本実施形態で用いられる(C)硬化促進剤は、エポキシ樹脂の硬化促進剤として一般に使用されているものであればよく、特に制限はない。
(C)硬化促進剤としては、例えば、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノネン−5、5,6−ジブチルアミノ−1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7等のシクロアミジン化合物;これらのシクロアミジン化合物に無水マレイン酸、1,4−ベンゾキノン、2,5−トルキノン、1,4−ナフトキノン、2,3−ジメチルベンゾキノン、2,6−ジメチルベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−5−メチル−1,4−ベンゾキノン、フェニル−1,4−ベンゾキノン等のキノン化合物、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂等のπ結合を持つ化合物を付加してなる分子内分極を有する化合物;ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等の三級アミン化合物及びこれらの誘導体;2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、2−フェニル−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、2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2’−ウンデシルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2’−エチル−4’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン等のイミダゾール環を有するジアミノ−s−珪素含有トリアジン化合物等のイミダゾール化合物及びこれらの誘導体;トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリス(4−メチルフェニル)ホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィン等の有機ホスフィン化合物;これらの有機ホスフィン化合物に無水マレイン酸、1,4−ベンゾキノン、2,5−トルキノン、1,4−ナフトキノン、2,3−ジメチルベンゾキノン、2,6−ジメチルベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−5−メチル−1,4−ベンゾキノン、フェニル−1,4−ベンゾキノン等のキノン化合物、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂等のπ結合を持つ化合物を付加してなる分子内分極を有するリン化合物;テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウムエチルトリフェニルボレート、テトラブチルホスホニウムテトラブチルボレート等のテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート;2−エチル−4−メチルイミダゾール・テトラフェニルボレート、N−メチルモルホリン・テトラフェニルボレート等のテトラフェニルボロン塩及びこれらの誘導体等が挙げられる。
(C)硬化促進剤は1種を使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
本実施形態で用いられる(D)シリカは、粒径1.5μm以下の粒子の割合が46体積%以下である粒度分布を有する。粒径1.5μm以下の粒子の割合が46体積%を超えると、せん断速度に対する流動応力の変化率が大きくなり、半導体素子封止時にワイヤが変形するおそれがある。このような観点から、粒径1.5μm以下の粒子の割合は、好ましくは40体積%以下である。粒径1.5μm以下の粒子の割合の下限値としては、好ましくは10体積%であり、より好ましくは15体積%である。
上記(D)シリカの粒度分布は、用いるシリカの平均粒子径及び含有量を適宜調整することにより、上記範囲内とすることができる。
なお、上記(D)シリカの粒度分布は、レーザ回折式粒度分布測定装置(例えば、MC−3000、マルバーン社製)により測定することができ、具体的には実施例に記載の方法により測定することができる。
上記(D)シリカの平均粒子径は、レーザ回折散乱式粒度分布測定装置等を用いて、レーザ回折法による50%平均粒径(D50)を算出することにより求めることができる。
上記(D)シリカの比表面積は、比表面積測定装置を用いて、窒素吸着によるBET 1点法により測定することができる。
上記最低溶融粘度は、実施例に記載の方法により測定することができる。
本実施形態の半導体装置は、基板と、該基板上に搭載された半導体素子と、該半導体素子を封止してなる上述の半導体封止用樹脂組成物の硬化物と、を有する。また、上記半導体装置は、上記半導体素子の表面上に形成された配線と、上記基板に形成された外部用接続端子とを備える。
基板としては、インターポーザなどの配線基板、リードフレーム、フレキシブルプリント基板等が挙げられる。
半導体素子としては、トランジスタ、集積回路、ダイオード、サイリスタ等が挙げられる。
本実施形態の半導体装置の製造方法は、上述の半導体封止用樹脂組成物を用いて基板上に搭載された半導体素子を封止する。
基板上に搭載された半導体素子を封止する方法としては、上記封止用樹脂組成物をタブレットとして用いる場合には、例えば、トランスファモールド、コンプレッションモールド等の成形方法が挙げられ、上記封止用樹脂組成物を粉体として用いる場合には、例えば、コンプレッションモールドを適用する成形方法が挙げられる。
表2に記載の種類及び配合量の各成分を二軸押し出し混練機で、混練温度100℃、混練時間5分の条件で混練し、封止用樹脂組成物を調製した。
なお、表2中、空欄は配合なしを表す。
・YX−4000HK:ビフェニル型エポキシ樹脂(商品名、三菱ケミカル(株)製、エポキシ当量:180、軟化点:107℃)
・MEH−7500:トリフェニルメタン型フェノール樹脂(商品名、明和化成(株)製、水酸基当量:95、軟化点:110℃)
・SN−485:アラルキル型フェノール樹脂(商品名、日鉄ケミカル&マテリアル(株)製、水酸基当量:205、軟化点:85℃)
・2P4MHZ:イミダゾール化合物(商品名、四国化成(株)製)
(D)シリカとして、表1に示す粒度分布を有する(D1)〜(D9)の球状シリカは、表1に記載の各シリカを表1に記載の配合量で混合することにより調整した。
(D)シリカ以外のシリカとして、表1に示す粒度分布を有する(X1)及び(X2)の球状シリカは、表1に記載の各シリカを表1に記載の配合量で混合することにより調整した。
・FB-875FC(商品名、デンカ(株)製、平均粒子径24μm、比表面積4.5m2/g)
・MSR-7030(商品名、(株)龍森製、平均粒子径19μm、比表面積2.0m2/g)
・MSR-SF632(商品名、(株)龍森製、平均粒子径15μm、比表面積2.8m2/g)
・SS-0090(商品名、Sibelco社製、平均粒子径10μm、比表面積1.2m2/g)
・FB-1MDX(商品名、デンカ(株)製、平均粒子径2.2μm、比表面積11.0m2/g)
・SP-30(商品名、日鉄ケミカル&マテリアルズ(株)製、平均粒子径1.8μm、比表面積9.0m2/g)
・SC-2500SQ(商品名、(株)アドマテックス製、平均粒子径0.5μm、比表面積5.5m2/g)
・シランカップリング剤:Y−9669(商品名、モメンティブ社製)
・着色剤:MA−100RMJ(カーボンブラック)(商品名、三菱ケミカル社製)
(1)(D)シリカの粒度分布
レーザ回折式粒度分布測定装置(MC−3000、マルバーン社製)を用いて、屈折率を1.457に設定し、シリカの粒度分布を測定した。
高化式フローテスタ((株)島津製作所製、CFT−500C)を用い、ノズル長1.0mm、ノズル径0.5mm、温度175℃、荷重圧力10kgf/cm2(約0.98MPa)の条件で、封止用樹脂組成物の最低溶融粘度を測定した。
封止用樹脂組成物0.7gを用いて、直径18mmのタブレットを作製した。これをレオメーター(Thermo Fisher Sientific社製、機種名:HAAKE MARSIII)により、回転数制御測定、測定温度175℃、せん断速度0.01s−1から100s−1、測定時間10秒で封止用樹脂組成物の流動応力を測定した。
測定結果から、せん断速度1s−1から10s−1の範囲における流動応力の最大値を読み取った。
封止用樹脂組成物を用いて、金型温度175℃、硬化時間2分間、次いで金型温度175℃、硬化時間8時間の条件でFBGAパッケージ(50mm×50mm×0.54mm、チップ厚0.31mm)をトランスファ成形法で成形した後、X線検査装置((株)島津製作所製、SMX-1000 Plus)によりワイヤの変形を観察し、最大変形部のワイヤ流れ率(封止前のワイヤの位置と封止後のワイヤの位置との最大距離のワイヤの長さに対する比率(%))を測定した。
封止用樹脂組成物を用いて、FBGAパッケージ(50mm×50mm×0.54mm、チップ厚0.31mm)を、トランスファ成形法で成形した後、得られた成形品に、175℃で、8時間の後硬化を行った後、30℃、相対湿度60%RH、192時間の吸湿処理を行った。その後、260℃の赤外線リフロー炉内で加熱し、冷却後、超音波探傷装置(日立建機ファインテック(株)製、商品名:FS300II)により、樹脂硬化物とフレームとの界面、及び樹脂硬化物と半導体チップとの界面における剥離の有無を調べ、剥離が発生した数(NG数)を計数した。
Claims (5)
- (A)エポキシ樹脂、(B)フェノール樹脂、(C)硬化促進剤および(D)シリカを含有し、
前記(D)シリカは、粒径1.5μm以下の粒子の割合が46体積%以下である粒度分布を有し、
レオメーターを用いて温度175℃の条件で測定した、せん断速度1s−1から10s−1における最大流動応力が700Pa以下である半導体封止用樹脂組成物。 - 前記(D)シリカが(d1)粒径1.5μm以下の粒子の割合が10〜46体積%、(d2)粒径1.5μmを超え5μm以下の粒子の割合が5〜30体積%、(d3)粒径5μmを超え10μm以下の粒子の割合が5〜30体積%、(d4)粒径10μmを超え20μm以下の粒子の割合が10〜45体積%、(d5)粒径20μmを超え50μm以下の粒子の割合が0〜30体積%、及び(d6)粒径50μmを超える粒子の割合が0〜20体積%である粒度分布を有する請求項1に記載の半導体封止用樹脂組成物。
- 前記(A)エポキシ樹脂の軟化点及び/又は前記(B)フェノール樹脂の軟化点が、120℃以下である請求項1又は2に記載の半導体封止用樹脂組成物。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物を用いて基板上に搭載された半導体素子を封止する半導体装置の製造方法。
- 基板と、該基板上に搭載された半導体素子と、該半導体素子を封止してなる請求項1〜3のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物の硬化物と、を有する半導体装置。
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JP2005239892A (ja) * | 2004-02-26 | 2005-09-08 | Nitto Denko Corp | 半導体封止用樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置 |
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