JP3540647B2 - Epoxy resin composition for semiconductor encapsulation and semiconductor device using the same - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流動性に優れ、かつ高い信頼性を有する半導体装置を得ることのできる半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子は、通常、エポキシ樹脂組成物を用いてトランスファー成形により樹脂封止される。この種のパッケージとして、従来から各種形態のパッケージが開発されている。
【０００３】
上記樹脂封止の際に用いられるエポキシ樹脂組成物としては、通常、エポキシ樹脂を主体とし、これに硬化剤成分としてのフェノール樹脂と、無機質充填剤を含有するものが用いられている。そして、従来から、上記硬化剤成分であるフェノール樹脂としては、４核体以上の成分を多く含むフェノール樹脂が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記成分のうち、例えば、無機質充填剤の含有量はより高充填の傾向にあるが、この無機質充填剤の含有量を増やしながらも成形時の良好な流動性を確保するには、より低粘度の樹脂成分を用いる必要がある。この樹脂成分のなかでも、フェノール樹脂に着目すれば、例えば、通常用いられるフェノール樹脂成分の粘度を下げるために、従来は４核体以上のフェノール樹脂とともに、より低粘度の２核体のフェノール樹脂を併用し、無機質充填剤の高充填化傾向において良好な流動性を確保してきた。しかし、このようなフェノール樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物では、軟化点が低下しブロッキングの発生等による取り扱い性の悪さや、得られる半導体装置の耐半田性等の信頼性に劣るという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、良好な流動性を有するとともに、耐半田性等の信頼性にも優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置の提供をその目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物を第１の要旨とする。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）下記の一般式（１）において繰り返し数ｎ＝１となるフェノール樹脂が、一般式（１）で表されるフェノール樹脂全体の５０重量％以上を占める一般式（１）で表されるフェノール樹脂と、下記の一般式（３），式（４）および式（５）で表されるフェノール樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一つのフェノール樹脂を含有するフェノール樹脂成分であって、上記一般式（１）における繰り返し数ｎ＝１となるフェノール樹脂の占める割合がフェノール樹脂成分全体中の少なくとも２０重量％である。
【０００７】
【化７】
【０００８】
【化８】
【０００９】
【化９】
【００１０】
【化１０】
【００１１】
（Ｃ）下記の平均粒径（ｘ），（ｙ），（ｚ）を有する３種類の無機質充填剤の混合物であって、上記平均粒径（ｘ）を有する無機質充填剤が混合物全体の５０〜９２重量％、上記平均粒径（ｙ）を有する無機質充填剤が混合物全体の５〜４０重量％、上記平均粒径（ｚ）を有する無機質充填剤が混合物全体の３〜１５重量％に設定されている。
（ｘ）平均粒径２０〜６０μｍ。
（ｙ）上記（ｘ）である平均粒径２０〜６０μｍのもののうちから選択使用した無機質充填剤の平均粒径をαとした場合、０．１α≦平均粒径（μｍ）≦０．２αで表される平均粒径。
（ｚ）上記（ｘ）である平均粒径２０〜６０μｍのもののうちから選択使用した無機質充填剤の平均粒径をαとした場合、０．０１α≦平均粒径（μｍ）＜０．１αで表される平均粒径。
【００１２】
また、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してなる半導体装置を第２の要旨とする。
【００１３】
すなわち、本発明者らは、良好な流動性とともに信頼性にも優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得るために一連の研究を重ねた。その結果、前記一般式（１）で表されるフェノール樹脂のなかでも、繰り返し数ｎが１となる３核体のフェノール樹脂が、上記式（１）で表されるフェノール樹脂全体の５０重量％以上を占めるように設定されたフェノール樹脂と、上記式（３），式（４）および（５）で表されるフェノール樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一つのフェノール樹脂を含有し、しかも上記式（１）における繰り返し数ｎ＝１となるフェノール樹脂の占める割合がフェノール樹脂成分全体の少なくとも２０重量％となるよう用いるとともに、前記特定の粒度分布を有する無機質充填剤を併用すると、低粘度化による良好な流動性とともに耐半田性等の信頼性にも優れた封止材料が得られるようになることを見出し本発明に到達した。
【００１４】
そして、上記特定のフェノール樹脂（Ｂ成分）において、前記一般式（３），式（４）および式（５）で表されるフェノール樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一つのフェノール樹脂を含有するとともに、前記一般式（１）における繰り返し数ｎ＝１となるフェノール樹脂の占める割合がフェノール樹脂成分全体中の特定の割合とすることにより、ブロッキングの発生等による取り扱い性の悪さがなく、良好な信頼性と流動性を得ることができる。
【００１５】
また、上記各成分とともにブタジエン系ゴム粒子を用いた場合、より一層優れた低応力性が得られるようになる。
【００１６】
さらに、上記各成分とともに、少なくとも２個の官能基を有するシリコーン化合物、例えば、前記一般式（６）で表されるシリコーン化合物や、前記一般式（８）で表されるシリコーン化合物を用いた場合、優れた低応力性と接着性が得られるようになる。
【００１７】
また、上記Ｃ成分である無機質充填剤全体中の８０重量％以上が真円度０．８以上の溶融シリカ粉末である場合、良好な流動性と半導体素子に対するフィラーダメージの低減が図られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態について詳しく説明する。
【００１９】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ成分）と、特定のフェノール樹脂（Ｂ成分）と、特定の粒度分布を有する無機質充填剤（Ｃ成分）を用いて得られるものであって、通常、粉末状もしくはこれを打錠したタブレット状になっている。
【００２０】
本発明に用いるエポキシ樹脂（Ａ成分）は、特に限定されるものではなく通常用いられるエポキシ樹脂が用いられる。例えば、クレゾールノボラック型、フェノールノボラック型、ビスフェノールＡ型、ビフェニル型、トリフェニルメタン型やナフタレン型等の各種エポキシ樹脂やブロム化エポキシ樹脂等があげられる。これらは、単独で使用できるほか、２種以上を併用してもよい。
【００２１】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とともに用いられる特定のフェノール樹脂（Ｂ成分）は、下記の一般式（１）において繰り返し数ｎ＝１となるフェノール樹脂が、一般式（１）で表されるフェノール樹脂全体の５０重量％以上を占める一般式（１）で表されるフェノール樹脂が用いられる。
【００２２】
【化１１】
【００２３】
上記式（１）において、繰り返し数ｎは０以上の整数である。そして、本発明においては、上記式（１）で表されるフェノール樹脂の、繰り返し数ｎ＝１となるフェノール樹脂が、式（１）で表されるフェノール樹脂全体の５０重量％以上を占める必要がある。特に好ましくは６０重量％以上である。すなわち、ｎ＝１である３核体のフェノール樹脂が、式（１）全体中の５０重量％未満では、良好な流動性を得ることができないからである。
【００２４】
本発明の特定のフェノール樹脂（Ｂ成分）では、上記一般式（１）で表されるフェノール樹脂とともに下記に示す他のフェノール樹脂を併用する。このように他のフェノール樹脂を併用する際の、他のフェノール樹脂の占める割合はフェノール樹脂成分全体中７０重量％以下に設定することが好ましい。特に好ましくは１０〜６０重量％である。
【００２５】
上記一般式（１）で表されるフェノール樹脂（Ｂ成分）とともに併用する他のフェノール樹脂は、下記の一般式（３），式（４）および式（５）で表されるフェノール樹脂である。これらフェノール樹脂を併用することにより、より信頼性の高い特性を得ることができる。上記式（３）〜（５）で表されるフェノール樹脂は単独でもしくは２種以上併せて用いることができる。
【００２６】
【化１２】
【００２７】
【化１３】
【００２８】
【化１４】
【００２９】
そして、上記式（３）おいて、繰り返し数ｐ，ｑはそれぞれ、１以上の整数である。なお、上記（３）で表されるフェノール樹脂における、繰り返し単位ｐ，ｑは、ブロック，ランダム，交互等の態様のいずれであってもよい。つぎに、上記式（４）おいて、繰り返し数ｒは０以上の整数である。さらに、上記式（５）で表されるフェノール樹脂における繰り返し数ｓは０以上の整数である。
【００３０】
上記式（３）〜（５）で表されるフェノール樹脂を単独でもしくは２種以上併用する際には、前記一般式（１）における繰り返し数ｎ＝１となるフェノール樹脂の占める割合がフェノール樹脂成分全体中の少なくとも２０重量％となるよう設定される。
【００３１】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）と特定のフェノール樹脂（Ｂ成分）を含むフェノール樹脂成分の配合割合は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量あたり、フェノール樹脂成分中の水酸基当量が０．５〜２．０当量となるように配合することが好ましい。より好ましくは０．８〜１．２当量である。
【００３２】
上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられる無機質充填剤（Ｃ成分）としては、各種公知の無機質充填剤が用いられる。例えば、石英ガラス粉末，シリカ粉末，アルミナ，タルク等があげられる。特に好ましくは溶融球状シリカ粉末があげられる。
【００３３】
そして、上記無機質充填剤（Ｃ成分）は、下記の平均粒径（ｘ）〜（ｚ）を有する３種類の無機質充填剤の混合物である。上記平均粒径は、レーザー散乱式粒度分布測定装置により測定した。
（ｘ）平均粒径２０〜６０μｍ。
（ｙ）上記（ｘ）である平均粒径２０〜６０μｍのもののうちから選択使用した無機質充填剤の平均粒径をαとした場合、０．１α≦平均粒径（μｍ）≦０．２αで表される平均粒径。
（ｚ）上記（ｘ）である平均粒径２０〜６０μｍのもののうちから選択使用した無機質充填剤の平均粒径をαとした場合、０．０１α≦平均粒径（μｍ）＜０．１αで表される平均粒径。
【００３４】
すなわち、このような３種類の平均粒径、平均粒径の大きな無機質充填剤（ｘ）と、中程度の粒径の無機質充填剤（ｙ）と、小さい粒径の無機質充填剤（ｚ）を、それぞれ下記に示す割合（１）〜（３）に配合する必要がある。このような割合となるよう混合することにより、良好な流動性が得られ、金線流れやダイパッドシフト等の成形信頼性が高く、バリ発生等の成形作業性においても良好な結果が得られる。
【００３５】
（１）平均粒径２０〜６０μｍ（ｘ）の無機質充填剤が混合物全体の５０〜９２重量％。
（２）０．１α≦平均粒径（μｍ）≦０．２αで表される平均粒径（ｙ）の無機質充填剤が混合物全体の５〜４０重量％。
（３）０．０１α≦平均粒径（μｍ）＜０．１αで表される平均粒径（ｚ）の無機質充填剤が混合物全体の３〜１５重量％。
〔ただし、αは上記（ｘ）における平均粒径２０〜６０μｍのもののうちから選択使用した無機質充填剤の平均粒径である。〕
【００３６】
そして、上記粒度分布を有する無機質充填剤（Ｃ成分）として、特に溶融シリカ粉末が好ましく用いられるが、さらにこの粒度分布を有する溶融シリカ粉末全体の６０重量％以上が、真円度０．７以上であることが好ましい。特に好ましくは、全体の８０重量％以上が真円度０．８以上であることである。すなわち、溶融シリカ粉末全体の特定割合以上が高い真円度であることにより、より一層流動性が向上し、先に述べたように、高い成形信頼性が得られるようになるからである。
【００３７】
なお、上記真円度は、つぎのようにして算出される。すなわち、図１（ａ）に示すように、真円度の測定対象となる対象物の投影像１において、その実面積をαとし、上記投影像１の周囲の長さをＰＭとした場合、図１（ｂ）に示すように、上記投影像１と周囲の長さが同じＰＭとなる真円の投影像２を想定する。そして、上記投影像２の面積α′を算出する。その結果、上記投影像１の実面積αと投影像２の面積α′の比（α／α′）が真円度を示し、この値（α／α′）は下記の数式（Ａ）により算出される。したがって、真円度が１．０とは、この定義からも明らかなように、真円であるといえる。そして、対象物の外周に凹凸が多ければ多いほどその真円度は１．０よりも順次小さくなる。なお、本発明において、上記無機質充填剤の真円度とは、測定対象となる無機質充填剤から一部を抽出し上記方法にて測定して得られる値であり、通常、平均の真円度をいう。
【００３８】
【数１】
【００３９】
このような粒度分布を有する無機質充填剤（Ｃ成分）の配合量は、エポキシ樹脂組成物全体の７５重量％以上であることが好ましく、より好ましくは８０〜９１重量％の範囲である。すなわち、７５重量％未満のように少なすぎると、耐半田特性や、片面モールドタイプの半導体装置においては反りレベルでの特性が劣る傾向がみられるからである。
【００４０】
本発明では、上記Ａ〜Ｃ成分に加えて、低応力化の向上を図る目的から、ブタジエン系ゴム粒子を用いることができる。上記ブタジエン系ゴム粒子は、通常、メタクリル酸アルキル，アクリル酸アルキル，ブタジエン，スチレン等の共重合反応によって得られるものが用いられる。具体的には、メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−アクリル酸エチル−ブタジエン−スチレン共重合体等があげられる。そして、上記共重合体のなかでも、ブタジエンの組成比率が７０重量％以下、メタクリル酸メチルの組成比率が１５重量％以上のメタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体が好適に用いられる。そして、上記ブタジエン系ゴム粒子としては、その平均粒径が０．０５〜４０μｍのものが好ましく用いられ、特に好ましくは０．０５〜１０μｍである。
【００４１】
上記ブタジエン系ゴム粒子の配合量は、エポキシ樹脂組成物全体の０．１〜４．０重量％の割合に設定することが好ましく、より好ましくは０．１〜２重量％である。すなわち、０．１重量％未満ではエポキシ樹脂組成物の充分な低応力化効果が得られず、４．０重量％を超えると流動性の低下がみられるようになるからである。
【００４２】
さらに、上記各成分に加えて、シリコーン化合物を用いてもよい。このように、上記シリコーン化合物を用いることにより優れた低応力性と接着性を得ることができる。上記シリコーン化合物としては、少なくとも２個の官能基を有するものが好ましく、例えば、下記の一般式（６）で表されるシリコーン化合物、下記の一般式（８）で表されるシリコーン化合物等があげられる。これらは単独でもしくは併せて用いられる。
【００４３】
【化１５】
【００４４】
【化１６】
【００４５】
上記一般式（６）で表されるシリコーン化合物としては、重量平均分子量５０００〜５００００の範囲のものが用いられる。そして、ｐ，ｍ，ｎの繰り返し単位は、ブロック，ランダム，交互等の態様のいずれであってもよい。
【００４６】
上記式（６）において、Ｒは一価の炭化水素基であり、例えばメチル基，エチル基，プロピル基，ブチル基，ビニル基，フェニル基，ベンジル基であり、それぞれ異なっていても同一であってもよい。また、上記Ｄは、エポキシ基を含有する一価の有機基であり、例えば下記の一般式（Ｄ１）または一般式（Ｄ２）で表されるものである。
【００４７】
【化１７】
【００４８】
【化１８】
【００４９】
上記一般式（Ｄ１）および一般式（Ｄ２）において、Ｒ3 およびＲ4 は、二価の有機残基であり、このようなものとしては、メチレン基，エチレン基，フェニレン基，
−ＣＨ2 ＣＨ2 ＣＨ2 −，
−ＣＨ2 ＯＣＨ2 ＣＨ2 ＣＨ2 −，
−ＣＨ2 ＣＨ2 ＯＣＨ2 ＣＨ2 −，
−ＣＨ2 ＯＣＨ2 ＣＨ2 ＯＣＨ2 ＣＨ2 −，
等があげられる。
【００５０】
そして、上記式（６）において、Ｇは、上記一般式（７）で表されるものである。この式（７）において、Ｒ1 は二価の有機残基であり、炭素数が１〜５のアルキレン基等があげられる。また、Ｒ2 は、−Ｈまたは一価の有機基であり、例えばアルキル基，シクロアルキル基，アリール基，アシル基，アラルキル基，アルバミル基があげられる。そして、上記ａは０または１であり、ｂおよびｃは０〜５０の整数、好ましくは１０〜５０の整数である。ただし、ｂおよびｃは、ｂ＋ｃ＝１〜１００の条件を満たすものである。
【００５１】
このような式（６）で表されるシリコーン化合物は、例えば水あるいはトルエン等の有機溶媒中でオルガノハイドロジェンポリシロキサンにアリルグリシジルエーテルとポリオキシアルキレンアリルエーテルを白金触媒の存在下で付加反応させることにより製造することができる。
【００５２】
また、上記式（８）中のＸは、アミノ基を有する一価の有機基であるが、より好ましくはアミノ基を有する炭素数１〜８のアルキル基である。また、Ｒは、例えば、メチル基，エチル基等である。そして、上記一般式（８）で表されるシリコーン化合物を用いる場合、通常、繰り返し数ｎが０〜４０の整数の末端アミノプロピル基変性ジメチルシロキサンが用いられる。好ましくは繰り返し数ｎが０〜２０のものが用いられる。そして、特に好ましくは下記の構造式（８ａ）で表される両末端アミノプロピル基変性ジメチルシロキサンがあげられる。
【００５３】
【化１９】
【００５４】
上記シリコーン化合物の配合量は、エポキシ樹脂組成物全体の０．０５〜１０重量％の割合に設定することが好ましく、より好ましくは０．１〜５重量％である。すなわち、上記シリコーン化合物の配合量が０．０５重量％未満のように少なすぎると、半導体装置の低応力性、接着性の充分な向上効果がみられず、また１０重量％を超え多すぎるとエポキシ樹脂組成物の成形性が低下する傾向がみられるからである。
【００５５】
なお、本発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｃ成分およびブタジエン系ゴム粒子、シリコーン化合物以外に必要に応じて硬化促進剤、ノボラック型ブロム化エポキシ樹脂等のハロゲン系の難燃剤や三酸化アンチモン等の難燃助剤、カーボンブラック等の顔料、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤等他の添加剤が適宜に用いられる。
【００５６】
上記硬化促進剤としては、アミン型，リン型等のものがあげられる。アミン型としては、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、トリエタノールアミン，ジアザビシクロウンデセン等の三級アミン類等があげられる。また、リン型としては、トリフェニルホスフィン等があげられる。これらは単独でもしくは併せて用いられる。そして、この硬化促進剤の配合割合は、エポキシ樹脂組成物全体の０．１〜１．０重量％の割合に設定することが好ましい。さらに、エポキシ樹脂組成物の流動性を考慮すると好ましくは０．１５〜０．３５重量％である。
【００５７】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、例えばつぎのようにして製造することができる。すなわち、上記Ａ〜Ｃ成分および必要に応じてブタジエン系ゴム粒子やシリコーン化合物、ならびに他の添加剤を配合し混合した後、ミキシングロール機等の混練機にかけ加熱状態で溶融混合し、これを室温に冷却した後、公知の手段によって粉砕し、必要に応じて打錠するという一連の工程により製造することができる。
【００５８】
このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子の封止は、特に制限するものではなく、通常のトランスファー成形等の公知のモールド方法により行うことができる。
【００５９】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００６０】
下記に示す各成分を準備した。
【００６１】
〔エポキシ樹脂ａ〕
ビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９２、融点１０７℃）
【００６２】
〔エポキシ樹脂ｂ〕
ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９５、軟化点８０℃）
【００６３】
〔エポキシ樹脂ｃ〕
ノボラック型ブロム化エポキシ樹脂（エポキシ当量２７５、軟化点８４℃）
【００６４】
〔フェノール樹脂ａ〕
前記一般式（１）において、Ｒ1 がメチル基、Ｒ2 およびＲ3 が水素原子であるフェノールノボラック樹脂であり、ｎ＝１のフェノール樹脂成分の含有量が７０重量％であるフェノール樹脂（水酸基当量１０６、軟化点６２℃）
【００６５】
〔フェノール樹脂ｂ〕
前記一般式（１）において、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 が水素原子であるフェノールノボラック樹脂であり、ｎ＝１のフェノール樹脂成分の含有量が１５重量％であるフェノール樹脂（水酸基当量１０６、軟化点８３℃）
【００６６】
〔フェノール樹脂ｃ〕
前記一般式（４）で表されるフェノール樹脂（水酸基当量１６７、軟化点８９℃）
【００６７】
〔フェノール樹脂ｄ〕
前記一般式（３）で表されるフェノール樹脂（水酸基当量１５７、軟化点７６℃）
【００６８】
〔フェノール樹脂ｆ〕
前記一般式（５）で表されるフェノール樹脂（水酸基当量１００、軟化点１０３℃）
【００６９】
〔無機質充填剤ａ〜ｄ〕
下記の表１に示す各種シリカ粉末を準備した。
【００７０】
【表１】
【００７１】
〔シリコーン化合物ａ〕
下記の式（ｘ）で表されるシリコーン化合物
【００７２】
【化２０】
【００７３】
〔シリコーン化合物ｂ〕
下記の式（ｙ）で表されるシリコーン化合物
【００７４】
【化２１】
【００７５】
〔ブタジエン系ゴム粒子〕
平均粒径０．２μｍのメチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン共重合体ゴム粒子
【００７６】
〔カップリング剤〕
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
【００７７】
〔硬化促進剤〕
トリフェニルホスフィン
【００７８】
【実施例１〜８、比較例１〜３】
下記の表２〜表４に示す各原料を、同表に示す割合で配合し、８０〜１２０℃に加熱したロール混練機（５分間）にかけて溶融混練した。つぎに、この溶融物を冷却した後粉砕し、さらにタブレット状に打錠することにより半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
【００７９】
【表２】
【００８０】
【表３】
【００８１】
【表４】
【００８２】
このようにして得られた実施例および比較例のエポキシ樹脂組成物を用い、下記の方法に従ってスパイラルフロー値、ゲルタイムおよびフローテスター粘度を、さらに成形性、耐半田性を測定・評価した。その結果を後記の表５〜表７に併せて示す。
【００８３】
〔スパイラルフロー値〕
スパイラルフロー測定用金型を用い、１７５±５℃にてＥＭＭＩ １−６６に準じて測定した。
【００８４】
〔ゲルタイム〕
規定温度（１７５℃）の熱平板上に試料（２００〜５００ｍｇ）を載せ、攪拌しながら熱板上に薄く引き伸ばし、試料が熱板上に溶融した点から硬化するまでの時間を読み取りゲル化時間とした。
【００８５】
〔フローテスター粘度〕
上記各エポキシ樹脂組成物を２ｇ精秤し、タブレット状に成形した。そして、これを高化式フローテスターのポット内に入れ、１０ｋｇの荷重をかけて測定した。溶融したエポキシ樹脂組成物がダイスの穴（直径１．０ｍｍ×１０ｍｍ）を通過して押し出されるときのピストンの移動速度からサンプルの溶融粘度を求めた。
【００８６】
〔成形性〕
（１）金線流れ
上記実施例および比較例で得られたエポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子をトランスファー成形（条件：１７５℃×９０秒）し、１７５℃×５時間で後硬化することにより半導体装置を得た。この半導体装置は、ＬＱＦＰ（サイズ：２０×２０×厚み１．４ｍｍ）であり、銅製のリードフレームで、ダイパッドサイズは８×８ｍｍ、チップサイズは７．５×７．５ｍｍである。
【００８７】
すなわち、上記半導体装置の作製時において、図２に示すように、上記で用いた８ｍｍ角のダイパッド１０を有するＬＱＦＰのパッケージフレームに金線ワイヤー１４を張り、これを用い上記エポキシ樹脂組成物により樹脂封止してパッケージを作製した。図２において、１５は半導体チップ、１６はリードピンである。そして、作製したパッケージを軟Ｘ線解析装置を用いて、金線流れ量を測定した。測定は、各パッケージから１０本ずつ金線を選定して測定し、図３に示すように、正面方向からの金線ワイヤー１４の流れ量を測定した。そして、金線ワイヤー１４の流れ量の最大部分となる値をそのパッケージの金線流れ量の値（ｄｍｍ）とし、金線流れ率〔（ｄ／Ｌ）×１００〕を算出した。なお、Ｌは金線ワイヤー１４間の距離（ｍｍ）を示す。各エポキシ樹脂組成物について５個のパッケージを測定し、その平均値を金線流れの発生量とした。
【００８８】
（２）ダイシフト
上記金線流れと同様の条件にて半導体装置を作製した。すなわち、図４に示す形状の、半導体チップ１５が搭載された８ｍｍ角のダイパッド１０を有するＬＱＦＰのパッケージ１１を成形し、このパッケージ１１を切断（一点鎖線で切断面を示す）して、その切断面を観察し、ダイパッドの設計値との差によりダイパッドの変形量を測定した。すなわち、図５（ａ）に示すように、ダイパッドシフトが発生した状態のパッケージについて、ダイパッド１０の四隅の下の樹脂層の厚み（厚みａμｍ）を測定した。一方、図５（ｂ）に示すように、ダイパッドシフトが発生してない正常な状態のパッケージにおいて、ダイパッド１０の四隅の下の樹脂層の厚み（厚みｂμｍ）を測定した。このような測定をダイパッド１０の四隅全てで行い、これら測定値と上記正常品との差（ａ−ｂ）を絶対値で求め、これを平均値で示した。
【００８９】
（３）エアーベントバリの長さ
上記半導体装置の製造において、得られるパッケージの各コーナー部に対してそれぞれ溝深さ２５μｍのスリットを備えた各金型を用い、上記と同様の条件にてパッケージを成形した。その際の溝に流れ込んだエポキシ樹脂組成物の流動長さを測定しエアーベント長さ（エアーベントバリの長さ）とした。
【００９０】
〔耐半田性〕
上記半導体装置を用い、下記の条件（ａ），（ｂ）にて吸湿させた後、赤外線リフロー（条件：２４０℃×１０秒間）の評価試験（耐半田性）を行った。そして、クラックが発生した個数（２０個中）を測定した。
（ａ）８５℃／６０％ＲＨ×１６８時間
（ｂ）８５℃／８５％ＲＨ×１６８時間
【００９１】
【表５】
【００９２】
【表６】
【００９３】
【表７】
【００９４】
上記表５〜表７から、実施例品は、スパイラルフロー、ゲルタイムおよびフローテスター粘度の各値から良好な流動性を備えていることがわかる。しかも、成形性評価試験および耐半田性試験においても優れた評価結果が得られ、信頼性の高い半導体装置が得られたことがわかる。
【００９５】
これに対して、比較例品では、フローテスター粘度が高く、成形性評価試験および耐半田性試験においても実施例品に比べて試験結果が悪く、信頼性に劣る半導体装置が得られたことがわかる。
【００９６】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、硬化剤成分として特定のフェノール樹脂（Ｂ成分）を用いるとともに、前記のような特定の粒度分布を有する無機質充填剤（Ｃ成分）を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。このため、上記無機質充填剤が高充填であったとしても、良好な流動性を有するとともに、これを封止材料として用いた場合、耐半田性等の信頼性にも優れた半導体装置を得ることができる。
【００９７】
そして、上記フェノール樹脂（Ｂ成分）において、前記一般式（３），式（４）および式（５）で表されるフェノール樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一つのフェノール樹脂を含有するとともに、前記一般式（１）における繰り返し数ｎ＝１となるフェノール樹脂の占める割合がフェノール樹脂成分全体中の特定の割合とすることにより、良好な流動性を備え、耐半田性評価試験においても優れた評価結果が得られ、より信頼性の高い半導体装置が得られる。
【００９８】
また、上記各成分とともにブタジエン系ゴム粒子を用いた場合、より一優れた低応力性が得られ、例えば、温度サイクル性試験においても良好な結果が得られるようになる。
【００９９】
また、少なくとも２個の官能基を有するシリコーン化合物、例えば、前記一般式（６）で表されるシリコーン化合物や、前記一般式（８）で表されるシリコーン化合物を用いた場合、より一層優れた低応力性が得られ高い信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は無機質充填剤の真円度の測定方法を示す説明図である。
【図２】金線流れ量を測定するために用いるパッケージを示す正面図である。
【図３】金線流れ量の測定方法を示す説明図である。
【図４】ダイシフト量を測定するために用いるパッケージを示す正面図である。
【図５】ダイシフトの測定方法を示す説明図であり、（ａ）はダイシフトが発生した状態を示す断面図であり、（ｂ）は正常な状態を示す断面図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation capable of obtaining a semiconductor device having excellent fluidity and high reliability, and a semiconductor device using the same.
[0002]
[Prior art]
Semiconductor elements such as transistors, ICs, and LSIs are usually resin-sealed by transfer molding using an epoxy resin composition. Various types of packages have been developed as this type of package.
[0003]
As the epoxy resin composition used at the time of the above resin encapsulation, an epoxy resin composition mainly containing an epoxy resin and containing a phenol resin as a curing agent component and an inorganic filler is usually used. Conventionally, a phenol resin containing a large number of tetranuclear or more components has been used as the phenol resin as the curing agent component.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Among the above components, for example, the content of the inorganic filler tends to be higher, but in order to ensure good fluidity during molding while increasing the content of the inorganic filler, a lower viscosity is required. Must be used. Among these resin components, focusing on the phenol resin, for example, in order to lower the viscosity of a commonly used phenol resin component, a conventionally used phenol resin having four or more nuclei and a lower-viscosity phenol resin having a lower viscosity are used. In addition, good fluidity has been ensured in the tendency for inorganic fillers to be highly filled. However, the epoxy resin composition using such a phenolic resin has a problem that the softening point is lowered and the handling property is poor due to the occurrence of blocking and the reliability of the obtained semiconductor device such as solder resistance is poor. Was.
[0005]
The present invention has been made in view of such circumstances, and has good fluidity, and also has excellent reliability such as solder resistance and the like, and an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation and a semiconductor device using the same. Its purpose is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation containing the following components (A) to (C).
(A) Epoxy resin.
(B) A phenol resin having a repeating number n = 1 in the following general formula (1) is represented by the general formula (1) occupying 50% by weight or more of the whole phenol resin represented by the general formula (1). A phenolic resin component containing at least one phenolic resin selected from the group consisting of a phenolic resin and a phenolic resin represented by the following general formulas (3), (4) and (5); In the general formula (1), the proportion of the phenol resin having the repetition number n = 1 is at least 20% by weight in the whole phenol resin component.
[0007]
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[0008]
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[0009]
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[0010]
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[0011]
(C) A mixture of three kinds of inorganic fillers having the following average particle diameters (x), (y) and (z), wherein the inorganic filler having the above average particle diameter (x) is 50% of the entire mixture. To 92% by weight, the inorganic filler having the above average particle size (y) is set to 5 to 40% by weight of the whole mixture, and the inorganic filler having the above average particle size (z) is set to 3 to 15% by weight of the whole mixture. Have been.
(X) Average particle size of 20 to 60 μm.
(Y) Assuming that the average particle diameter of the inorganic filler selected and used from those having an average particle diameter of 20 to 60 μm as (x) is α, 0.1α ≦ average particle diameter (μm) ≦ 0.2α Average particle size expressed.
(Z) When α is the average particle size of the inorganic filler selected and used from those having an average particle size of 20 to 60 μm as described in (x) above, 0.01α ≦ average particle size (μm) <0.1α. Average particle size expressed.
[0012]
A second subject is a semiconductor device in which a semiconductor element is sealed using the above-described epoxy resin composition for semiconductor sealing.
[0013]
That is, the present inventors have conducted a series of studies in order to obtain an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation having excellent fluidity and excellent reliability. As a result, among the phenolic resins represented by the general formula (1), the trinuclear phenolic resin having a repetition number n of 1 accounts for 50% by weight of the entire phenolic resin represented by the above-mentioned formula (1). A phenolic resin set to account for the above, and at least one phenolic resin selected from the group consisting of the phenolic resins represented by the above formulas (3), (4) and (5); When the ratio of the phenol resin having the number of repetition n = 1 in the formula (1) is at least 20% by weight of the whole phenol resin component and the inorganic filler having the specific particle size distribution is used in combination, the viscosity can be reduced. It has been found that a sealing material having excellent reliability such as solder resistance as well as good fluidity can be obtained.
[0014]
Then, in the specific phenolic resin (B component), containing the general formula (3), equation (4) and at least one phenolic resin selected from the group consisting of phenolic resin represented by the formula (5) In addition, by setting the proportion of the phenol resin having the number of repetitions n = 1 in the general formula (1) to a specific proportion in the entire phenol resin component, there is no poor handling due to the occurrence of blocking and the like. Reliability and liquidity can be obtained.
[0015]
Further, when butadiene-based rubber particles are used together with each of the above components, even better low stress properties can be obtained.
[0016]
Further, when a silicone compound having at least two functional groups, for example, a silicone compound represented by the general formula (6) or a silicone compound represented by the general formula (8) is used together with the above components. , Excellent low stress and adhesiveness can be obtained.
[0017]
When 80% by weight or more of the entire inorganic filler as the component C is a fused silica powder having a roundness of 0.8 or more, good fluidity and reduction of filler damage to a semiconductor element can be achieved.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0019]
The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention is obtained by using an epoxy resin (component A), a specific phenol resin (component B), and an inorganic filler (component C) having a specific particle size distribution. And is usually in the form of a powder or a tablet obtained by compressing the powder.
[0020]
The epoxy resin (A component) used in the present invention is not particularly limited, and a commonly used epoxy resin is used. For example, various epoxy resins such as cresol novolak type, phenol novolak type, bisphenol A type, biphenyl type, triphenylmethane type and naphthalene type, and brominated epoxy resins can be mentioned. These can be used alone or in combination of two or more.
[0021]
The specific phenolic resin (component B) used together with the epoxy resin (component A) is a phenolic resin represented by the following general formula (1) in which the number of repetitions n = 1 is the phenolic resin represented by the general formula (1) phenolic resin represented by the general formula (1) occupying the entire at least 50 wt% Ru is used.
[0022]
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[0023]
In the above formula (1), the number of repetitions n is an integer of 0 or more. In the present invention, the phenol resin represented by the above formula (1), in which the number of repetitions n = 1, must account for 50% by weight or more of the entire phenol resin represented by the formula (1). There is. It is particularly preferably at least 60% by weight. That is, if the trinuclear phenol resin in which n = 1 is less than 50% by weight in the entire formula (1), good fluidity cannot be obtained.
[0024]
In particular phenolic resin of the present invention (B component), in combination with other phenol resin shown below together with the phenolic resin represented by the above general formula (1). As described above, when the other phenol resin is used in combination, the proportion of the other phenol resin is preferably set to 70% by weight or less based on the whole phenol resin component. Particularly preferably, it is 10 to 60% by weight.
[0025]
Other phenolic resins in combination with phenolic resin (B component) represented by the general formula (1) is represented by the following formula (3), phenol resin represented by the formula (4) and (5) There is . By using these phenolic resins together, more reliable characteristics can be obtained. The phenolic resins represented by the above formulas ( 3 ) to (5) can be used alone or in combination of two or more.
[0026]
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[0027]
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[0028]
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[0029]
Its to the above formula (3) Oite, repetition number p, q are each an integer of 1 or more. In the phenolic resin represented by the above (3), the repeating units p and q may be in any of block, random, and alternate modes. Next, in the above formula (4), the number of repetitions r is an integer of 0 or more. Further, the number of repetitions s in the phenol resin represented by the above formula (5) is an integer of 0 or more.
[0030]
When the phenolic resins represented by the above formulas ( 3 ) to (5) are used alone or in combination of two or more, the proportion of the phenolic resin in which the number of repetitions n = 1 in the general formula (1) occupies the phenolic resin. It is set so as to be at least 20% by weight of the whole components.
[0031]
The mixing ratio of the epoxy resin (A component) and the phenol resin component containing the specific phenol resin (B component) is such that the hydroxyl group equivalent in the phenol resin component is 0.5 to 2.0 per equivalent of epoxy group in the epoxy resin. It is preferable to mix them so as to be 0 equivalent. It is more preferably 0.8 to 1.2 equivalents.
[0032]
Various known inorganic fillers are used as the inorganic filler (component C) used together with the component A and the component B. For example, quartz glass powder, silica powder, alumina, talc and the like can be mentioned. Particularly preferred is a fused spherical silica powder.
[0033]
The inorganic filler (component C) is a mixture of three types of inorganic fillers having the following average particle sizes (x) to (z). The average particle size was measured by a laser scattering particle size distribution analyzer.
(X) Average particle size of 20 to 60 μm.
(Y) Assuming that the average particle diameter of the inorganic filler selected and used from those having an average particle diameter of 20 to 60 μm as (x) is α, 0.1α ≦ average particle diameter (μm) ≦ 0.2α Average particle size expressed.
(Z) When α is the average particle size of the inorganic filler selected and used from those having an average particle size of 20 to 60 μm as described in (x) above, 0.01α ≦ average particle size (μm) <0.1α. Average particle size expressed.
[0034]
That is, the three kinds of inorganic filler (x) having a large average particle diameter and a large average particle diameter, an inorganic filler (y) having a medium particle diameter, and an inorganic filler (z) having a small particle diameter are used. , Must be blended in the ratios (1) to (3) shown below, respectively. By mixing so as to have such a ratio, good fluidity is obtained, molding reliability such as gold wire flow and die pad shift is high, and good results are also obtained in molding workability such as generation of burrs.
[0035]
(1) An inorganic filler having an average particle diameter of 20 to 60 μm (x) is 50 to 92% by weight of the whole mixture.
(2) An inorganic filler having an average particle size (y) represented by 0.1α ≦ average particle size (μm) ≦ 0.2α is 5 to 40% by weight of the whole mixture.
(3) The inorganic filler having an average particle diameter (z) represented by 0.01α ≦ average particle diameter (μm) <0.1α is 3 to 15% by weight of the whole mixture.
[However, α is the average particle size of the inorganic filler selected and used from those having an average particle size of 20 to 60 μm in the above (x). ]
[0036]
Fused silica powder is particularly preferably used as the inorganic filler (component C) having the above-mentioned particle size distribution, and 60% by weight or more of the entire fused silica powder having this particle size distribution has a roundness of 0.7 or more. It is preferable that Particularly preferably, 80% by weight or more of the entirety has a roundness of 0.8 or more. That is, when the specific ratio or more of the entire fused silica powder has a high roundness, the fluidity is further improved, and as described above, high molding reliability can be obtained.
[0037]
The roundness is calculated as follows. That is, as shown in FIG. 1A, in a projected image 1 of an object whose roundness is to be measured, the actual area is α, and the length around the projected image 1 is PM. As shown in FIG. 1 (b), a projected image 2 of a perfect circle having the same PM as the circumference of the projected image 1 is assumed. Then, the area α ′ of the projection image 2 is calculated. As a result, the ratio (α / α ′) between the actual area α of the projection image 1 and the area α ′ of the projection image 2 indicates roundness, and this value (α / α ′) is calculated by the following equation (A). Is calculated. Therefore, a roundness of 1.0 can be said to be a perfect circle, as is clear from this definition. Then, the more irregularities are on the outer periphery of the object, the smaller the roundness becomes sequentially smaller than 1.0. In the present invention, the roundness of the inorganic filler is a value obtained by extracting a part of the inorganic filler to be measured and measuring by the above method, and is usually an average roundness. Say.
[0038]
(Equation 1)
[0039]
The compounding amount of the inorganic filler (component C) having such a particle size distribution is preferably at least 75% by weight of the entire epoxy resin composition, and more preferably in the range of 80 to 91% by weight. That is, if the amount is too small, such as less than 75% by weight, there is a tendency that the soldering resistance characteristics and the characteristics at the warpage level in a single-sided mold type semiconductor device tend to be inferior.
[0040]
In the present invention, in addition to the components A to C, butadiene-based rubber particles can be used for the purpose of improving the stress reduction. As the above-mentioned butadiene rubber particles, those obtained by a copolymerization reaction of alkyl methacrylate, alkyl acrylate, butadiene, styrene and the like are usually used. Specific examples include a methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer and a methyl methacrylate-ethyl acrylate-butadiene-styrene copolymer. Among these copolymers, a methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer having a butadiene composition ratio of 70% by weight or less and a methyl methacrylate composition ratio of 15% by weight or more is suitably used. The butadiene rubber particles having an average particle size of 0.05 to 40 μm are preferably used, and particularly preferably 0.05 to 10 μm.
[0041]
The compounding amount of the butadiene-based rubber particles is preferably set to a ratio of 0.1 to 4.0% by weight, more preferably 0.1 to 2% by weight, based on the whole epoxy resin composition. That is, if it is less than 0.1% by weight, a sufficient effect of lowering the stress of the epoxy resin composition cannot be obtained, and if it exceeds 4.0% by weight, a decrease in fluidity is observed.
[0042]
Further, in addition to the above components, a silicone compound may be used. As described above, by using the above-mentioned silicone compound, excellent low stress property and adhesiveness can be obtained. As the above-mentioned silicone compound, those having at least two functional groups are preferable, and examples thereof include a silicone compound represented by the following general formula (6) and a silicone compound represented by the following general formula (8). Can be These are used alone or in combination.
[0043]
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[0044]
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[0045]
As the silicone compound represented by the general formula (6), those having a weight average molecular weight in the range of 5,000 to 50,000 are used. The repeating unit of p, m, and n may be any of block, random, and alternate modes.
[0046]
In the above formula (6), R is a monovalent hydrocarbon group, for example, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a vinyl group, a phenyl group, and a benzyl group. May be. D is a monovalent organic group containing an epoxy group, and is represented by, for example, the following general formula (D1) or (D2).
[0047]
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[0048]
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[0049]
In the general formulas (D1) and (D2), R 3 and R 4 are divalent organic residues, such as a methylene group, an ethylene group, a phenylene group,
—CH 2 CH 2 CH 2 —,
—CH 2 OCH 2 CH 2 CH 2 —,
—CH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 —,
—CH 2 OCH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 —,
And the like.
[0050]
In the above formula (6), G is represented by the above general formula (7). In the formula (7), R 1 is a divalent organic residue, and examples thereof include an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms. R 2 is —H or a monovalent organic group, and examples thereof include an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, an acyl group, an aralkyl group, and an albamil group. A is 0 or 1, and b and c are integers of 0 to 50, preferably 10 to 50. However, b and c satisfy the condition of b + c = 1-100.
[0051]
The silicone compound represented by the formula (6) is subjected to an addition reaction of an allyl glycidyl ether and a polyoxyalkylene allyl ether with an organohydrogenpolysiloxane in an organic solvent such as water or toluene in the presence of a platinum catalyst. It can be manufactured by the following.
[0052]
X in the above formula (8) is a monovalent organic group having an amino group, and is more preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms having an amino group. Also, R is, for example, such as a methyl group, an ethyl group. When the silicone compound represented by the general formula (8) is used, usually, a terminal aminopropyl group-modified dimethylsiloxane having a repeating number n of an integer of 0 to 40 is used. Preferably, those having a repetition number n of 0 to 20 are used. Particularly preferred is a dimethylsiloxane modified with aminopropyl groups at both terminals represented by the following structural formula (8a).
[0053]
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[0054]
The amount of the silicone compound is preferably set at 0.05 to 10% by weight of the entire epoxy resin composition, more preferably 0.1 to 5% by weight. That is, if the amount of the silicone compound is too small, such as less than 0.05% by weight, the effect of improving the low stress and adhesion of the semiconductor device is not sufficiently obtained, and if the amount exceeds 10% by weight, the amount is too large. This is because the moldability of the epoxy resin composition tends to decrease.
[0055]
The epoxy resin composition used in the present invention contains, in addition to the components A to C, butadiene-based rubber particles, and a silicone compound, a curing accelerator, if necessary, and a halogen-based flame retardant such as a novolak-type brominated epoxy resin. Other additives such as a flame-retardant aid such as antimony and antimony trioxide, a pigment such as carbon black, and a silane coupling agent such as γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane are appropriately used.
[0056]
Examples of the curing accelerator include amine-type and phosphorus-type curing accelerators. Examples of the amine type include imidazoles such as 2-methylimidazole, and tertiary amines such as triethanolamine and diazabicycloundecene. Examples of the phosphorus type include triphenylphosphine and the like. These are used alone or in combination. And, the compounding ratio of the curing accelerator is preferably set to a ratio of 0.1 to 1.0% by weight of the whole epoxy resin composition. Further, considering the fluidity of the epoxy resin composition, it is preferably 0.15 to 0.35% by weight.
[0057]
The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention can be produced, for example, as follows. That is, after the components A to C and, if necessary, butadiene-based rubber particles and a silicone compound, and other additives are blended and mixed, the mixture is melted and mixed in a kneading machine such as a mixing roll machine in a heated state, and this is mixed at room temperature. And then pulverized by a known means and, if necessary, tableted.
[0058]
The sealing of the semiconductor element using such an epoxy resin composition is not particularly limited, and can be performed by a known molding method such as ordinary transfer molding.
[0059]
Next, examples will be described together with comparative examples.
[0060]
Each component shown below was prepared.
[0061]
[Epoxy resin a]
Biphenyl type epoxy resin (epoxy equivalent 192, melting point 107 ° C)
[0062]
[Epoxy resin b]
o-Cresol novolak type epoxy resin (epoxy equivalent 195, softening point 80 ° C)
[0063]
[Epoxy resin c]
Novolak type brominated epoxy resin (epoxy equivalent 275, softening point 84 ° C)
[0064]
[Phenol resin a]
In the general formula (1), a phenol novolak resin in which R 1 is a methyl group and R 2 and R 3 are a hydrogen atom, and a phenol resin (hydroxyl group) in which the content of a phenol resin component in which n = 1 is 70% by weight. Equivalent 106, softening point 62 ° C)
[0065]
[Phenol resin b]
In the general formula (1), R 1 , R 2 , and R 3 are phenol novolak resins in which hydrogen atoms are hydrogen atoms, and a phenol resin in which the content of a phenol resin component in which n = 1 is 15% by weight (a hydroxyl equivalent of 106; Softening point 83 ° C)
[0066]
[Phenolic resin c]
Phenol resin represented by the general formula (4) (hydroxyl equivalent 167, softening point 89 ° C.)
[0067]
[Phenol resin d]
Phenol resin represented by the general formula (3) (hydroxyl equivalent: 157, softening point: 76 ° C.)
[0068]
[Phenol resin f]
Phenol resin represented by the general formula (5) (hydroxyl equivalent: 100, softening point: 103 ° C.)
[0069]
[Inorganic fillers a to d]
Various silica powders shown in Table 1 below were prepared.
[0070]
[Table 1]
[0071]
[Silicone compound a]
A silicone compound represented by the following formula (x):
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[0073]
[Silicone compound b]
A silicone compound represented by the following formula (y):
Embedded image
[0075]
(Butadiene rubber particles)
Methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer rubber particles having an average particle size of 0.2 μm
(Coupling agent)
β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane
(Curing accelerator)
Triphenylphosphine
Examples 1 to 8 , Comparative Examples 1 to 3
Each raw material shown in the following Tables 2 to 4 was blended in the ratio shown in the same table, and was melt-kneaded in a roll kneader (5 minutes) heated to 80 to 120 ° C. Next, the melt was cooled, pulverized, and further tableted to obtain an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation.
[0079]
[Table 2]
[0080]
[Table 3]
[0081]
[Table 4]
[0082]
Using the epoxy resin compositions of Examples and Comparative Examples thus obtained, spiral flow values, gel times and flow tester viscosities, and also moldability and solder resistance were measured and evaluated according to the following methods. The results are shown in Tables 5 to 7 below.
[0083]
[Spiral flow value]
The measurement was performed at 175 ± 5 ° C. according to EMMI 1-66 using a mold for spiral flow measurement.
[0084]
[Gel time]
A sample (200 to 500 mg) is placed on a hot plate at a specified temperature (175 ° C.), stretched thinly on a hot plate with stirring, and the time from the point at which the sample melts on the hot plate until it hardens is read, and the gel time And
[0085]
(Flow tester viscosity)
2 g of each of the epoxy resin compositions was precisely weighed and molded into a tablet. Then, this was put into a pot of a Koka type flow tester, and a load of 10 kg was applied thereto for measurement. The melt viscosity of the sample was determined from the moving speed of the piston when the molten epoxy resin composition was extruded through a die hole (diameter 1.0 mm × 10 mm).
[0086]
(Moldability)
(1) Gold wire flow Using the epoxy resin compositions obtained in the above Examples and Comparative Examples, transfer molding (conditions: 175 ° C. × 90 seconds) of a semiconductor element was performed, and post-curing was performed at 175 ° C. × 5 hours. A semiconductor device was obtained. This semiconductor device is LQFP (size: 20 × 20 × 1.4 mm in thickness), is a copper lead frame, has a die pad size of 8 × 8 mm, and a chip size of 7.5 × 7.5 mm.
[0087]
That is, at the time of manufacturing the semiconductor device, as shown in FIG. 2, a gold wire 14 is attached to the LQFP package frame having the die pad 10 of 8 mm square used above, and a resin is formed using the epoxy resin composition with the epoxy resin composition. The package was produced by sealing. In FIG. 2, 15 is a semiconductor chip, and 16 is a lead pin. Then, using the soft X-ray analyzer, the produced package was measured for the amount of flowing gold wire. The measurement was performed by selecting ten gold wires from each package and measuring the amount of flow of the gold wire 14 from the front as shown in FIG. Then, the value of the maximum amount of the flow of the gold wire 14 was defined as the value of the flow of the gold wire (dmm) of the package, and the flow rate of the gold wire [(d / L) × 100] was calculated. L indicates the distance (mm) between the gold wires 14. Five packages were measured for each epoxy resin composition, and the average value was defined as the amount of gold wire flow.
[0088]
(2) Die shift A semiconductor device was manufactured under the same conditions as the flow of the gold wire. That is, an LQFP package 11 having an 8 mm square die pad 10 having a semiconductor chip 15 mounted thereon is formed as shown in FIG. 4, and the package 11 is cut (indicated by a dashed-dotted line). The surface was observed, and the amount of deformation of the die pad was measured based on the difference from the design value of the die pad. That is, as shown in FIG. 5A, the thickness of the resin layer under the four corners of the die pad 10 (thickness a μm) was measured for the package in which the die pad shift occurred. On the other hand, as shown in FIG. 5B, in a normal package in which no die pad shift occurred, the thickness of the resin layer under the four corners of the die pad 10 (thickness b μm) was measured. Such a measurement was performed at all four corners of the die pad 10, and the difference (ab) between these measured values and the above-mentioned normal product was obtained as an absolute value, and this was shown as an average value.
[0089]
(3) Length of air vent burr In the manufacture of the semiconductor device, each mold having a slit having a groove depth of 25 μm for each corner of the obtained package is used, and the package is manufactured under the same conditions as above. Was molded. At this time, the flow length of the epoxy resin composition flowing into the groove was measured and defined as the air vent length (the length of the air vent burr).
[0090]
[Solder resistance]
After the above semiconductor device was absorbed under the following conditions (a) and (b), an evaluation test (solder resistance) of infrared reflow (condition: 240 ° C. × 10 seconds) was performed. Then, the number of cracks (out of 20) was measured.
(A) 85 ° C./60% RH × 168 hours (b) 85 ° C./85% RH × 168 hours
[Table 5]
[0092]
[Table 6]
[0093]
[Table 7]
[0094]
From Tables 5 to 7, it can be seen that the products of Examples have good fluidity from the values of spiral flow, gel time and flow tester viscosity. In addition, excellent evaluation results were obtained in the moldability evaluation test and the soldering resistance test, and it can be seen that a highly reliable semiconductor device was obtained.
[0095]
On the other hand, in the comparative example, the flow tester viscosity was high, and in the moldability evaluation test and the soldering resistance test, the test results were inferior to those of the example product, resulting in a semiconductor device having poor reliability. Understand.
[0096]
【The invention's effect】
As described above, the present invention uses a specific phenolic resin (component B) as a curing agent component and an epoxy for semiconductor encapsulation containing an inorganic filler (component C) having the specific particle size distribution as described above. It is a resin composition. Therefore, even if the above-mentioned inorganic filler is highly filled, it has good fluidity, and when this is used as a sealing material, it is possible to obtain a semiconductor device having excellent reliability such as solder resistance. Can be.
[0097]
Then, in the phenolic resin (B component), the general formula (3), as well as at least one phenolic resin selected from the group consisting of phenolic resin represented by the formula (4) and (5), By setting the proportion of the phenol resin having the number of repetitions n = 1 in the general formula (1) to be a specific proportion in the entire phenol resin component, the composition has good fluidity and is excellent in the solder resistance evaluation test. Evaluation results are obtained, and a more reliable semiconductor device is obtained.
[0098]
Further, when butadiene rubber particles are used together with the above-mentioned components, more excellent low stress properties can be obtained, and for example, good results can be obtained in a temperature cycle test.
[0099]
Further, when a silicone compound having at least two functional groups, for example, a silicone compound represented by the general formula (6) or a silicone compound represented by the general formula (8) is used, more excellent results are obtained. Low stress can be obtained and high reliability can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are explanatory diagrams showing a method for measuring the roundness of an inorganic filler.
FIG. 2 is a front view showing a package used for measuring a gold wire flow rate.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a method of measuring a gold wire flow rate.
FIG. 4 is a front view showing a package used for measuring a die shift amount.
FIGS. 5A and 5B are explanatory diagrams illustrating a method of measuring a die shift, in which FIG. 5A is a cross-sectional view illustrating a state where a die shift has occurred, and FIG. 5B is a cross-sectional view illustrating a normal state.
Claims (8)
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）下記の一般式（１）において繰り返し数ｎ＝１となるフェノール樹脂が、一般式（１）で表されるフェノール樹脂全体の５０重量％以上を占める一般式（１）で表されるフェノール樹脂と、下記の一般式（３），式（４）および式（５）で表されるフェノール樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一つのフェノール樹脂を含有するフェノール樹脂成分であって、上記一般式（１）における繰り返し数ｎ＝１となるフェノール樹脂の占める割合がフェノール樹脂成分全体中の少なくとも２０重量％である。
（ｘ）平均粒径２０〜６０μｍ。
（ｙ）上記（ｘ）である平均粒径２０〜６０μｍのもののうちから選択使用した無機質充填剤の平均粒径をαとした場合、０．１α≦平均粒径（μｍ）≦０．２αで表される平均粒径。
（ｚ）上記（ｘ）である平均粒径２０〜６０μｍのもののうちから選択使用した無機質充填剤の平均粒径をαとした場合、０．０１α≦平均粒径（μｍ）＜０．１αで表される平均粒径。An epoxy resin composition for semiconductor encapsulation containing the following components (A) to (C).
(A) Epoxy resin.
(B) A phenol resin having a repeating number n = 1 in the following general formula (1) is represented by the general formula (1) occupying 50% by weight or more of the whole phenol resin represented by the general formula (1). A phenolic resin component containing at least one phenolic resin selected from the group consisting of a phenolic resin and a phenolic resin represented by the following general formulas (3), (4) and (5); In the general formula (1), the proportion of the phenol resin having the repetition number n = 1 is at least 20% by weight in the whole phenol resin component.
(X) Average particle size of 20 to 60 μm.
(Y) Assuming that the average particle diameter of the inorganic filler selected and used from those having an average particle diameter of 20 to 60 μm as (x) is α, 0.1α ≦ average particle diameter (μm) ≦ 0.2α Average particle size expressed.
(Z) When α is the average particle size of the inorganic filler selected and used from those having an average particle size of 20 to 60 μm as described in (x) above, 0.01α ≦ average particle size (μm) <0.1α. Average particle size expressed.
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