JP3649535B2

JP3649535B2 - Epoxy resin composition for semiconductor encapsulation

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Publication number: JP3649535B2
Application number: JP29160896A
Authority: JP
Inventors: 康章堤; 泰司澤村; 正幸田中
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1995-11-01
Filing date: 1996-11-01
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2016-11-01
Also published as: JPH09235452A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置を封止するために使用する半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。さらに詳しくは、樹脂封止半導体装置を実装する際のハンダ付け工程において封止樹脂にクラックが発生するのを防止した半導体封止用エポキシ樹脂組成物、特に耐湿信頼性および成形性（流動性、硬化速度、充填性）にすぐれた半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エポキシ樹脂は耐熱性、耐湿性、電気特性および接着性などにすぐれており、さらに配合処方により種々の特性が付与できるため、塗料、接着剤および電気絶縁材料などの工業材料として利用されている。
【０００３】
たとえば、半導体装置などの電子回路部品の封止方法としては、従来より金属やセラミックスによるハーメチックシールと、フェノール樹脂、シリコーン樹脂およびエポキシ樹脂などによる樹脂封止が提案されているが、近年では、経済性、生産性および物性のバランスの点から、エポキシ樹脂による樹脂封止が中心になっている。
【０００４】
一方、最近はプリント基板への部品実装においても高密度化、自動化が進められており、従来のリードピンを基板の穴に挿入する“挿入実装方式”に代り、基板表面に部品を半田付けする“表面実装方式”が盛んになってきた。
【０００５】
それに伴い、パッケージも従来のＤＩＰ（デュアル・インライン・パッケージ）から、高密度実装、表面実装に適した薄型のＦＰＰ（フラット・プラスチック・パッケージ）に移行しつつある。
【０００６】
そして、表面実装方式への移行に伴い、従来あまり問題にならなかった半田付け工程が大きな問題になってきた。
【０００７】
すなわち、従来のピン挿入実装方式では、半田付け工程はリード部が部分的に加熱されるだけであったが、表面実装方式では、パッケージ全体が熱媒に浸され加熱される。
【０００８】
この表面実装方式における半田付け方法としては、半田浴浸漬、不活性ガスの飽和蒸気による加熱（ベーパーフェイズ法）や赤外線リフロー法などが用いられるが、いずれの方法でもパッケージ全体が２１０〜２７０℃の高温に加熱されることになるため、従来の封止樹脂で封止したパッケージにおいては、半田付け時に樹脂部分にクラックが発生したり、チップと樹脂との間に剥離が生じたりして、信頼性が低下して製品として使用できないという問題がおきるのである。
【０００９】
半田付け工程におけるクラックの発生は、後硬化してから実装工程の間までに吸湿した水分が、半田付け加熱時に爆発的に水蒸気化、膨脹することに起因するといわれており、その対策としては、後硬化したパッケージを完全に乾燥し密封した容器に収納して出荷する方法が用いられている。
【００１０】
しかるに、乾燥パッケージを容器に封入する方法は、製造工程および製品の取扱作業が繁雑になるうえ、製品価格が高価になる欠点がある。
【００１１】
また、エポキシ樹脂による封止方法としては、エポキシ樹脂に硬化剤および無機充填剤などを配合した組成物を用い、半導体素子を金型にセットして、低圧トランスファー成形機により封止する方法が一般的に用いられている。
【００１２】
そして、使用する成形機もまた、近年のパッケージの薄型化・小型化と成形の自動化にともなって、従来のコンベンショナル方式からマルチプランジャー方式に変りつつある。ここで、コンベンショナル方式とは１ポットで多数のデバイスを一括成形するものであり、成形性にすぐれるのに対し、マルチプランジャー方式は、基本的に１ポットで１〜２デバイスを成形する方式であり、自動化はできるもの、生産性の点ではコンベンショナル方式よりも劣っている。
【００１３】
しかるにこの成形方式の移行に併ない、樹脂組成物への成形性の要求特性も一層厳しくなってきている。具体的には、パッケージの薄型化・小型化の要求からはこれまで以上の流動性が要求され、また自動化と生産性の点からは、成形時においてすぐれた硬化性と離型性および低バリ性が、かなり厳しく要求されるようになってきた。
【００１４】
また、デバイスの高集積化に応じたアルミ配線の微細化にともない、高温高湿環境下に樹脂封止半導体装置を放置した場合に、封止樹脂自体や、封止樹脂とリードフレームとの界面を通って水分が侵入することによって、半導体が故障するのを防止する性能、つまり耐湿信頼性にも、より高いものが要求されるようになってきた。
【００１５】
かかる実情に基づき、従来から半導体封止用エポキシ樹脂組成物の改良が種々検討されており、例えば、耐湿信頼性の向上を目的としてエポキシシラン系カップリング剤を添加する方法（特公昭６２−１７６４０号公報）、一級のアミノ基を有するアミノシラン系カップリング剤を添加する方法（特開昭５７−１５５７５３号公報）およびウレイドシラン系カップリング剤を添加する方法（特開昭６３−１１０２１２号公報）などが提案されている。
【００１６】
また、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の耐ハンダクラック性を向上させる目的では、ビフェニル型エポキシ樹脂を用いる方法（特開昭６３−２５１４１９号公報）などが提案されている。
【００１７】
しかしながら、耐湿信頼性を改良するために、エポキシシラン系カップリング剤、アミノシラン系カップリング剤およびウレイドシラン系カップリング剤を添加する方法では、これらシラン系カップリング剤の添加による耐湿信頼性やハンダ耐熱性の向上効果がいまだに十分ではないばかりか、硬化性、流動性およびバリ、ボイドなどの成形性の点でも、その改良効果が不満足であった。
【００１８】
また、ビフェニル型エポキシ樹脂を用いる方法では、耐ハンダクラック性は向上するものの、いまだに満足できるレベルではないばかりか、成形時の硬化性およびバリが悪く、生産性が低下したり、流動性およびボイドなどの点でもいまだに問題を残していた。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来の半導体封止用樹脂組成物が有する問題点の解決を課題として検討した結果、達成されたものである。
【００２０】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、耐ハンダクラック性、耐湿信頼性などの信頼性、および成形時の流動性、硬化性、ボイド、バリなどの成形性がすぐれた半導体封止用樹脂組成物を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は以下の構成をとる。「エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、無機充填剤（Ｃ）およびシランカップリング剤（Ｄ）を含有せしめてなるエポキシ樹脂組成物であって、前記シランカップリング剤（Ｄ）が、（Ｄ−１）すべてが２級であるアミノ基が結合した有機基を有するシランカップリング剤を必須成分とし、任意に配合されるエポキシ基が結合した有機基を有するシランカップリング剤との和が１０〜９０重量％，ならびに（Ｄ−２）Ｄ−１に定義される以外のシランカップリング剤９０〜１０重量％からなるものであり、前記無機充填剤（Ｃ）の配合割合が、全組成物に対し８５〜９５重量％であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。」からなる。
【００２２】
本発明によれば、特定のシランカップリング剤を特定の割合で混合して使用する場合に限って、耐ハンダクラック性および耐湿信頼性を向上することができ、かつ成形時の流動性、硬化性にすぐれ、ボイドやバリの発生がない外観のすぐれた成形品を与え得る半導体封止用樹脂組成物を得ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を詳述する。なお本発明において「重量」とは「質量」を意味する。また特に示さない限り、以下の説明は第１の発明及び第２の発明に共通するものである。
【００２４】
本発明で用いるエポキシ樹脂（Ａ）は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するものでとくに限定されず、これらの具体例としては、例えばクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノ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、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、線状脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、スピロ環含有エポキシ樹脂およびハロゲン化エポキシ樹脂などが挙げられる。
【００２５】
これらのエポキシ樹脂（Ａ）のなかで特に本発明において好ましく使用されるものは、ハンダ耐熱性がすぐれる点で、下記一般式（Ｉ）で表される骨格を有するビフェニル型エポキシ樹脂を必須成分として含有するものである。
【００２６】
【化５】
（ただし、式中のＲ1 〜Ｒ8 は、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基またはハロゲン原子を示す）。
【００２７】
そして、エポキシ樹脂（Ａ）は、上記一般式一般式（Ｉ）で表される骨格を有するビフェニル型エポキシ樹脂を５０重量％以上、特に７０重量％以上含有することが好ましい。
【００２８】
上記式（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂骨格の好ましい具体例としては、
４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ビフェニル、
４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´テトラメチルビフェニル、
４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメチル−２−クロロビフェニル、
４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメチル−２−ブロモビフェニル、
４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラエチルビフェニル、
４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラブチルビフェニル、
４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ビフェニル、および
４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメチルビフェニルなどが挙げられ、それぞれ単独でも、または混合系で用いる場合でも十分に効果を発揮する。
【００２９】
本発明において、上記エポキシ樹脂（Ａ）の配合量は、通常３〜１５重量％、好ましくは３〜１０重量％である。エポキシ樹脂（Ａ）の配合量が３重量％未満では成形性や接着性が不十分であり、また１５重量％を越えると線膨脹係数が大きくなり、低応力化が困難になる傾向がある。
【００３０】
本発明で使用される硬化剤（Ｂ）は、エポキシ樹脂（Ａ）と反応して硬化させるものであれば特に限定されず、これらの具体例としては、例えばフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、下記式（II）で示されるフェノールｐ−キシリレンコポリマー、ビスフェノールＡやレゾルシンから合成される各種ノボラック樹脂、ポリビニルフェノールなどの各種多価フェノール化合物、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水ピロメリット酸などの酸無水物、およびメタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンなどの芳香族ジアミンなどが挙げられる。
【化６】
（ただし、式中のＲは同一でも異なっていても良く、それぞれ水素原子、炭素数１〜４のアルキル基またはハロゲン原子を示す。ｍは０以上の整数を示す。）
エポキシ樹脂組成物の硬化剤としては、耐熱性、耐湿性および保存性の点から、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂およびフェノールｐ−キシリレンコポリマーが好ましく用いられ、用途によっては二種以上の硬化剤を併用してもよい。また、封止剤の流動性の点から、硬化剤の溶融粘度がＩＣＩ（５０℃）粘度で６poise （６Pa・s) 以下、さらに４poise （4Pa ・s) 下、さらに２poise （２Pa・s) 以下のものが好ましく使用される。
【００３１】
本発明において、硬化剤（Ｂ）の配合量は通常２〜１５重量％、好ましくは２〜１０重量％、さらに好ましくは２〜８重量％である。
【００３２】
さらには、エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）の配合比は、機械的性質および耐湿信頼性の点からエポキシ樹脂（Ａ）に対する硬化剤（Ｂ）の化学当量比が０．５〜１．６、特に０．８〜１．３の範囲にあることが好ましい。
【００３３】
また、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物においては、上記エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）との反応を促進させるための硬化促進剤を含有することができる。
【００３４】
硬化促進剤は硬化反応を促進するものならば特に限定されず、その具体例としては、例えば
２−メチルイミダゾール、２，４−ジメチルイミダゾール、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−メチルイミダゾールおよび２−ヘプタデシルイミダゾールなどのイミダゾール化合物、
トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミン、２−（ジメチルアミノメチル）フェノール、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノールおよび１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７などの３級アミン化合物、
ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウムテトラプロポキシド、テトラキス（アセチルアセトナト）ジルコニウムおよびトリ（アセチルアセトナト）アルミニウムなどの有機金属化合物、および
トリフェニルホスフィン、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（ｐ−メチルフェニル）ホスフィンおよびトリ（ノニルフェニル）ホスフィンなどの有機ホスフィン化合物
などが挙げられる。
【００３５】
これら硬化促進剤の中でも、特に耐湿信頼性の点からは、有機ホスフィン化合物が好ましく、特にトリフェニルホスフィンが好ましく用いられる。
【００３６】
なお、これらの硬化促進剤は、用途によっては二種以上を併用してもよく、その添加量は、エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して０．１〜１０重量部の範囲が好ましい。
【００３７】
本発明で使用する無機充填剤（Ｃ）としては、溶融シリカ、結晶性シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、アルミナ、マグネシア、クレー、タルク、ケイ酸カルシウム、酸化チタン、酸化アンチモンなどの金属酸化物、アスベスト、ガラス繊維およびガラス球などが挙げられるが、中でも非晶性シリカは線膨脹係数を低下させる効果が大きく、低応力化に有効ななため好ましく用いられる。非晶性シリカの例としては、石英を溶融して製造した溶融シリカがあげられ、破砕状のものや球状のものが用いられる。
【００３８】
ここでいう溶融シリカとは、一般的には真比重が２．３以下の非晶性シリカを意味する。この溶融シリカの製造においては必ずしも溶融状態を経る必要はなく、任意の製造方法を用いることができ、例えば結晶性シリカを溶融する方法および各種原料から合成する方法などで製造することができる。
【００３９】
さらに好ましくは、無機充填剤（Ｃ）が無機充填剤（Ｃ）中に粒子径０．１〜３μｍの球状シリカ２０〜９５重量％と粒子径３〜５０μｍの球状シリカ５〜８０重量％の混合物からなり、得られる半導体封止用エポキシ樹脂組成物の流動性と耐ハンダクラック性がすぐれる点で好ましい。
【００４０】
無機充填剤（Ｃ）の配合割合は、得られる半導体封止用エポキシ樹脂組成物の成形性および低応力性を考慮して、組成物全体の８５〜９５重量％の範囲とすることが好ましい。
【００４１】
次に、本発明で使用するシランカップリング剤（Ｄ）とは、アルコキシ基、ハロゲン原子、アミノ基などの加水分解性基および有機基がケイ素原子に直結したもの、およびその部分加水分解縮合物が一般的に用いられる。加水分解性の基としてはアルコキシ基、なかでも、メトキシ基、エトキシ基が好ましく用いられる。有機基としては、炭化水素基や窒素原子、酸素原子、ハロゲン原子、硫黄原子などによって置換された炭化水素基のものが使用され、さらに上記原子によって置換された炭化水素基が好ましく使用される。
【００４２】
本発明のシランカップリング剤の特徴は、（Ｄ−１）すべてが２級であるアミノ基が結合した有機基を有するシランカップリング剤を必須成分とし、任意に配合されるエポキシ基が結合した有機基を有するシランカップリング剤との和が１０〜９０重量％，ならびにＤ−１に定義されるもの以外のシランカップリング剤（Ｄ−２）が９０〜１０重量％からなるものである。これを換言すると、シランカップリング剤（Ｄ）は「すべてが２級であるアミノ基が結合した有機基を有するシランカップリング剤を必須成分とし、必須成分ではなく任意成分であるエポキシ基が結合した有機基を有するシランカップリング剤との和が、シランカップリング剤（Ｄ）に対して１０〜９０重量％」にある。さらに（Ｄ−１）と（Ｄ−２）との混合割合は、重量比で６０／４０〜９０／１０の範囲とするのがより好ましい。
シランカップリング剤（Ｄ−１）および（Ｄ−２）のいずれかを単独使用する場合には、ハンダ付け工程におけるクラックの防止効果および流動性、硬化性、ボイド、バリなどの成形性向上効果が発揮されず、また（Ｄ−１）を使用しない場合は、ハンダ付け工程におけるクラックの防止効果および硬化性、バリなどの成形性向上効果はある程度発揮されるものの十分ではないばかりか、充填性特にボイドが多数発生するなどの成形性が著しく低下する。特にすべてが２級であるアミノ基が結合した有機基を有するシランカップリング剤を必須成分とすることが好ましい。
【００４５】
前記シランカップリング剤（Ｄ）の混合物は個々に添加してもよく、またあらかじめ樹脂組成物に含まれる他の成分と混合することも、反応させて用いることもできる。
【００４６】
ここでエポキシ基が結合した有機基を有するシランカップリング剤としては以下のものが例示される。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シラン、γ−（２，３−エポキシシクロヘキシル）プロピルトリメトキシシラン。
【００４７】
またすべてが２級であるアミノ基が結合した有機基を有するシランカップリング剤としては、γ−（Ｎ−フェニルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−フェニルアミノ）プロピルメチルジメトキシシラン、γ−（Ｎ−メチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−メチルアミノプロピル）メチルジメトキシシラン、γ−（Ｎ−エチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、およびγ−（Ｎ−エチルアミノ）プロピルメチルジメトキシシランなどが挙げられる。
【００４８】
Ｄ−１に定義されるシランカップリング剤のなかでも、耐湿信頼性と流動性の点から、特にγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−エチルアミノ）プロピルメチルトリメトキシシランが好ましく使用される。
【００４９】
シランカップリング剤（Ｄ−１）以外のシランカップリング剤（Ｄ−２）としては、ケイ素原子に結合した有機基が、炭化水素基、ならびに１級アミノ基、３級アミノ基、（メタ）アクリロイル基、メルカプト基などを有する炭化水素基であるものが例示される。その具体例としては、、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカトプロピルメチルジメトキシシラン、
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−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリエチルシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ− （Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）プロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。これらのなかでも、耐湿信頼性の点から、１級アミノ基を有する有機基がケイ素原子に結合したシランカップリング剤が好ましく使用され、このようなものとしてはγ−アミノプロピルトリエトキシシランおよびγ−アミノプロピルトリメトキシシランが例示される。
【００５０】
このシランカップリング剤（Ｄ）の添加量は、無機充填剤（Ｃ）に対し０．５〜６重量％、特に０．７〜２重量％であることが好ましく、また組成物に対して、シランカプリング剤（Ｄ）の配合量が０．２〜１０重量％であることが好ましい。
【００５１】
ハロゲン化エポキシ樹脂などのハロゲン化合物およびリン化合物などの難燃剤、三酸化アンチモンなどの各種難燃助剤も配合できる。これら難燃剤は充填材（Ｃ）の添加量が８８重量％を越える領域では、樹脂組成物から発生する不要物の廃棄の容易さの観点からハロゲン原子およびアンチモン原子それぞれが、樹脂組成物に対して０．２重量％以下、さらには実質的に配合されていないことが好ましい。
【００５２】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、さらに次に挙げる各種添加剤を任意に含有することができる。
カーボンブラックおよび酸化鉄などの各種着色剤や各種顔料、
シリコーンゴム、オレフィン系共重合体、変性ニトリルゴム、変性ポリブタジエンゴムなどの各種エラストマー、シリコーンオイル、
ポリエチレンなどの各種熱可塑性樹脂、
長鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸の金属塩、長鎖脂肪酸のエステル、長鎖脂肪酸のアミドおよびパラフィンワックスなどの各種離型剤および
ハイドロタルサイト類などのイオン補足剤、
有機過酸化物などの架橋剤。
【００５３】
本発明の特徴であるシランカップリング剤（Ｄ）を配合した場合、組成物中では以下の反応が起きている可能性があるが、組成物中でシランカップリング剤（Ｄ）が化学的に転換していても、本発明の作用は発揮される。
シランカップリング剤の加水分解性基に起因する加水分解縮合。
シランカップリング剤の加水分解性基と無機充填剤の表層との縮合反応。
シランカップリング剤のエポキシ基と硬化剤（Ｂ）との反応。
シランカップリング剤のアミノ基とエポキシ樹脂（Ａ）との反応。
シランカップリング剤のエポキシ基と、シランカップリング剤のその他の官能基（例えばアミノ基）との反応。
シランカップリング剤のアミノ基と、シランカップリング剤のその他の官能基との反応。
シランカップリング剤と任意に添加されるシリコーンとの反応。
【００５４】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、溶融混練することが好ましく、たとえばバンバリーミキサー、ニーダー、ロール、単軸もしくは二軸の押出機およびコニーダーなどの公知の混練方法を用いて溶融混練することにより製造される。
【００５５】
かくして構成される本発明の半導体封止用樹脂組成物は、耐ハンダクラック性および耐湿信頼性が向上し、かつ成形時の流動性、硬化性にすぐれ、ボイドやバリの発生がない外観のすぐれた半導体封止装置を与えることができる。
【００５６】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
【００５７】
［実施例１〜１０、比較例１〜８］
下記エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填剤、シランカップリング剤およびその他の添加剤を、それぞれ下記および表１に示した割合でミキサーによってドライブレンドした。
Ａ．エポキシ樹脂
Ｉ……エポキシ当量２００のオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂
II……４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメチルビフェニル
Ｂ．硬化剤
下記式（II）で示されるフェノールｐ−キシリレンコポリマー（ただし、ｍは数平均で０．３である。）
【化７】
Ｃ．無機充填剤
I ……平均粒子径１μｍの球状シリカ／平均粒子径６μｍの破砕シリカ／平均粒子径３０μｍの球状シリカ（１０／３０／６０重量比）の混合物
粒子径０．１〜３μｍ／３〜５０μｍの球状シリカが無機充填剤に占める割合（２０／４０重量％）
II……平均粒子径１μｍの球状シリカ／平均粒子径６μｍの破砕シリカ／平均粒子径１２μｍの球状シリカ（１０／３０／６０重量比）の混合物
粒子径０．１〜３μｍ／３〜５０μｍの球状シリカが無機充填剤に占める割合（３０／３５重量％）
III ……平均粒子径１μｍの球状シリカ／平均粒子径１２μｍの球状シリカ（１０／９０重量比）の混合物
粒子径０．１〜３μｍ／３〜５０μｍの球状シリカが無機充填剤に占める割合（４０／５５重量％）
Ｄ．シランカップリング剤
I ……Ｎ−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン
II ……γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
III ……γ−アミノプロピルトリメトキシシラン
Ｅ．難燃剤……エポキシ当量４００、臭素含量４９％の臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
（［実施例１〜１０、比較例１〜８］添加量：それぞれ０．８重量％）
Ｆ．難燃助剤……三酸化アンチモン
（［実施例１〜１０、比較例１〜８］添加量：それぞれ１．０重量％）
Ｇ．その他添加剤
(1)硬化促進剤……トリフェニルフォスフィン（表１に示した量を添加）
(2)離型剤……カルナバワックス（添加量：それぞれ０．３重量％）
(3)着色剤……カーボンブラック（添加量：それぞれ０．３重量％）。
【００５８】
【表１】
【００６０】
これらの混合物を、各々ロール温度９０℃のミキシングロールを用いて５分間加熱混練後、冷却粉砕して、１０種類の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００６１】
これらの各封止用樹脂組成物を用い、低圧トランスファー成形法により、成形温度１７５℃、成形時間２分、トランスファー圧力７０ｋｇ／ｃｍ²の条件で成形した、さらに１７５℃×５時間の条件でポストキュアし、次の物性測定法により各組成物の物性を測定した結果を表２に示す。
【００６２】
スパイラルフロー：ＥＭＭＩ型評価用金型を用いて１７５℃で成形速度２５ｍ／ｓｅｃで測定した。
【００６３】
ハンダ耐熱性：表面にアルミニウムを蒸着した模擬半導体素子を搭載したチップサイズ９×９ｍｍの１６０ｐｉｎＱＦＰ２０個を成形（２８×２８×３．４（厚さ）ｍｍ）してポストキュアし半導体装置とした。さらに８５℃／８５％ＲＨでそれぞれ７２時間、および１２０時間加湿後、最高温度２４０℃のＩＲリフロー炉で加熱処理し、外部クラック発生数を調べた。
耐湿信頼性：加湿７２時間のハンダ耐熱性評価後のＱＦＰを用い、１２１℃／１００％ＲＨのＰＣＴ条件下で、アルミニウム配線の断線を故障として累積故障率５０％になる時間を求め、寿命とした。
充填性：ハンダ耐熱試験に用いる１６０ｐｉｎＱＦＰを、成形後に目視および顕微鏡を用いて観察し、未充填の有無および表面ボイドを観察した。
バリ：低圧トランスファー成形法によりバリ測定金型を用いて１７５℃×９０秒の条件で成形し、５μｍの幅の隙間に発生するバリの長さを測定した。
硬化性：低圧トランスファー成形法により直径５ｃｍの円盤を成形し、１７５℃で処理し、熱時硬度（ショアＤ）が７０を越えるまでのキュアー時間を測定した。
【００６４】
【表２】
【００６６】
表２の結果から明らかなように、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物（実施例１〜１０）は、ハンダ耐熱性および耐湿信頼性にすぐれるばかりか、充填性、バリおよび硬化性などの成形性にもすぐれており、生産性がきわめて良好である。
【００６７】
一方、本発明の範囲外のシランカップリング剤の使用である、比較例１〜３では、ハンダ耐熱性および耐湿信頼性に劣るばかりか、充填性、バリおよび硬化性などの成形性も極端に低いものである。
【００６８】
また、無機充填剤の量が８５重量％以下の比較例８では、ハンダ耐熱性および耐湿信頼性に劣っている。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、耐ハンダクラック性（ハンダ耐熱性）および耐湿信頼性を向上することができ、しかも成形時の流動性、硬化性にすぐれ、ボイドやバリの発生がない外観のすぐれた成形品を、すぐれた生産性のもとに与えることができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor sealing epoxy resin composition used for sealing a semiconductor device. More specifically, an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation that prevents cracking in the encapsulation resin in the soldering process when mounting the resin-encapsulated semiconductor device, particularly moisture resistance reliability and moldability (flowability, The present invention relates to an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation having excellent curing speed and filling property.
[0002]
[Prior art]
Epoxy resins are excellent in heat resistance, moisture resistance, electrical properties, adhesiveness, and the like. Furthermore, since various properties can be imparted by blending formulation, they are used as industrial materials such as paints, adhesives and electrical insulating materials.
[0003]
For example, as methods for sealing electronic circuit components such as semiconductor devices, conventionally, hermetic sealing with metals and ceramics and resin sealing with phenolic resins, silicone resins, and epoxy resins have been proposed. From the point of balance of performance, productivity, and physical properties, resin sealing with an epoxy resin is central.
[0004]
On the other hand, the density and automation of component mounting on printed circuit boards have recently been promoted, and instead of the conventional “insertion mounting method” in which lead pins are inserted into holes in the substrate, the components are soldered to the surface of the substrate. “Surface mounting method” has become popular.
[0005]
Along with this, the package is shifting from the conventional DIP (dual in-line package) to a thin FPP (flat plastic package) suitable for high-density mounting and surface mounting.
[0006]
Along with the shift to the surface mounting method, the soldering process, which has not been a problem in the past, has become a big problem.
[0007]
That is, in the conventional pin insertion mounting method, the lead portion is only partially heated in the soldering process, but in the surface mounting method, the entire package is immersed in a heat medium and heated.
[0008]
As a soldering method in this surface mounting method, immersion in a solder bath, heating with a saturated vapor of an inert gas (vapor phase method), an infrared reflow method, or the like is used. In any method, the entire package is 210 to 270 ° C. Because it is heated to a high temperature, in a package sealed with a conventional sealing resin, cracks may occur in the resin part during soldering, or peeling may occur between the chip and the resin. The problem arises that the product cannot be used as a product due to a decrease in performance.
[0009]
The occurrence of cracks in the soldering process is said to be caused by the moisture absorbed between the post-curing and mounting processes explosively steaming and expanding during soldering heating. A method is used in which a post-cured package is stored in a completely dried and sealed container for shipping.
[0010]
However, the method of enclosing the dry package in a container has the disadvantages that the manufacturing process and product handling work become complicated and the product price is expensive.
[0011]
In addition, as a sealing method using an epoxy resin, a method in which a composition in which an epoxy resin is mixed with a curing agent and an inorganic filler is used, a semiconductor element is set in a mold, and sealing is performed by a low-pressure transfer molding machine. Has been used.
[0012]
The molding machine to be used is also changing from the conventional conventional system to the multi-plunger system with the recent thinning and miniaturization of packages and automation of molding. Here, the conventional method is to form a large number of devices in one pot and is excellent in moldability, whereas the multi-plunger method is basically a method to form 1-2 devices in one pot. It can be automated, but it is inferior to the conventional method in terms of productivity.
[0013]
However, along with the shift of the molding method, the required characteristics of moldability to the resin composition are becoming more severe. Specifically, the demand for thinner and smaller packages requires more fluidity than before, and from the viewpoint of automation and productivity, excellent curability, mold release and low variability during molding. Sex has come to be demanded fairly severely.
[0014]
In addition, along with the miniaturization of aluminum wiring in response to higher integration of devices, when a resin-encapsulated semiconductor device is left in a high-temperature and high-humidity environment, the encapsulating resin itself or the interface between the encapsulating resin and the lead frame As moisture penetrates through the semiconductor, higher performance is required for preventing the failure of the semiconductor, that is, moisture resistance reliability.
[0015]
Based on this situation, various improvements of epoxy resin compositions for semiconductor encapsulation have been studied. For example, a method of adding an epoxysilane coupling agent for the purpose of improving moisture resistance reliability (Japanese Patent Publication No. 62-17640). No. 1), a method of adding an aminosilane-based coupling agent having a primary amino group (Japanese Patent Laid-Open No. 57-155753) and a method of adding a ureidosilane-based coupling agent (Japanese Patent Laid-Open No. 63-110212) Etc. have been proposed.
[0016]
For the purpose of improving the solder crack resistance of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation, a method using a biphenyl type epoxy resin (Japanese Patent Laid-Open No. 63-251419) has been proposed.
[0017]
However, in order to improve moisture resistance reliability, in the method of adding an epoxy silane coupling agent, an aminosilane coupling agent and a ureido silane coupling agent, the moisture resistance reliability and solder due to the addition of these silane coupling agents. Not only is the heat resistance improvement effect still satisfactory, but the improvement effect is unsatisfactory in terms of curability, fluidity, and moldability such as burrs and voids.
[0018]
In addition, although the method using biphenyl type epoxy resin improves solder crack resistance, it is still not at a satisfactory level, but also has poor curability and burrs during molding, resulting in decreased productivity, fluidity and voids. The problem still remained in the point.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been achieved as a result of studying as a subject to solve the problems of the above-described conventional resin composition for semiconductor encapsulation.
[0020]
Therefore, the problem to be solved by the present invention is a resin for semiconductor encapsulation which has excellent reliability such as solder crack resistance and moisture resistance reliability, and excellent moldability such as fluidity, curability, voids and burrs during molding. It is to provide a composition.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration . “An epoxy resin composition comprising an epoxy resin (A), a curing agent (B), an inorganic filler (C) and a silane coupling agent (D), wherein the silane coupling agent (D) and (D-1) all are secondary in which amino group is bonded to an organic radical essential components a silane coupling agent having a silane coupling agent having an organic group epoxy group to be blended optionally bound Of the silane coupling agent other than those defined in (D-2) D-1, and the blending ratio of the inorganic filler (C) is 10 to 90% by weight. a semiconductor encapsulating epoxy resin composition, characterized in that the total composition is 85 to 95% by weight. "or Ranaru.
[0022]
According to the present invention, solder crack resistance and moisture resistance reliability can be improved only when a specific silane coupling agent is mixed and used at a specific ratio, and fluidity and curing during molding. It is possible to obtain a resin composition for encapsulating a semiconductor, which is excellent in properties and can give a molded article having an excellent appearance without generation of voids or burrs.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail. In the present invention, “weight” means “mass”. Unless otherwise indicated, the following description is common to the first invention and the second invention.
[0024]
The epoxy resin (A) used in the present invention is not particularly limited because it has two or more epoxy groups in one molecule. Specific examples thereof include, for example, a cresol novolac type epoxy resin, a phenol novolac type epoxy resin, Biphenyl type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, linear aliphatic epoxy resin, alicyclic epoxy resin, heterocyclic epoxy resin, spiro ring-containing epoxy resin, halogenated epoxy resin, etc. .
[0025]
Among these epoxy resins (A), those which are particularly preferably used in the present invention include biphenyl type epoxy resins having a skeleton represented by the following general formula (I) as essential components because they have excellent solder heat resistance. It is contained as
[0026]
[Chemical formula 5]
(In the formula, R1 to R8 represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or a halogen atom).
[0027]
The epoxy resin (A) preferably contains 50% by weight or more, particularly 70% by weight or more of the biphenyl type epoxy resin having a skeleton represented by the general formula (I).
[0028]
As a preferable specific example of the epoxy resin skeleton represented by the above formula (I),
4,4'-bis (2,3-epoxypropoxy) biphenyl,
4,4'-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ', 5,5' tetramethylbiphenyl,
4,4′-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-2-chlorobiphenyl,
4,4'-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ', 5,5'-tetramethyl-2-bromobiphenyl,
4,4′-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ′, 5,5′-tetraethylbiphenyl,
4,4′-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ′, 5,5′-tetrabutylbiphenyl,
4,4′-bis (2,3-epoxypropoxy) biphenyl, 4,4′-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ′, 5,5′-tetramethylbiphenyl, etc. Even when each is used alone or in a mixed system, it is sufficiently effective.
[0029]
In this invention, the compounding quantity of the said epoxy resin (A) is 3 to 15 weight% normally, Preferably it is 3 to 10 weight%. When the blending amount of the epoxy resin (A) is less than 3% by weight, the moldability and the adhesiveness are insufficient, and when it exceeds 15% by weight, the linear expansion coefficient tends to increase and it is difficult to reduce the stress.
[0030]
The curing agent (B) used in the present invention is not particularly limited as long as it is cured by reacting with the epoxy resin (A). Specific examples thereof include, for example, phenol novolac resin, cresol novolac resin, Such as phenol p-xylylene copolymer represented by formula (II), various novolak resins synthesized from bisphenol A and resorcin, various polyhydric phenol compounds such as polyvinylphenol, maleic anhydride, phthalic anhydride, pyromellitic anhydride, etc. Examples thereof include acid anhydrides and aromatic diamines such as metaphenylenediamine, diaminodiphenylmethane, and diaminodiphenylsulfone.
[Chemical 6]
(However, R in the formula may be the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or a halogen atom. M represents an integer of 0 or more.)
As the curing agent for the epoxy resin composition, phenol novolac resin, cresol novolac resin and phenol p-xylylene copolymer are preferably used from the viewpoint of heat resistance, moisture resistance and storage stability. May be used in combination. In addition, from the viewpoint of the fluidity of the sealant, the melt viscosity of the curing agent is 6 poise (6 Pa · s) or less in terms of ICI (50 ° C.) viscosity, further 4 poise (4 Pa · s) or less, and further 2 poise (2 Pa · s) or less. Are preferably used.
[0031]
In this invention, the compounding quantity of a hardening | curing agent (B) is 2 to 15 weight% normally, Preferably it is 2 to 10 weight%, More preferably, it is 2 to 8 weight%.
[0032]
Furthermore, the compounding ratio of the epoxy resin (A) and the curing agent (B) is such that the chemical equivalent ratio of the curing agent (B) to the epoxy resin (A) is 0.5 to 1 from the viewpoint of mechanical properties and moisture resistance reliability. .6, particularly in the range of 0.8 to 1.3.
[0033]
Moreover, in the epoxy resin composition for semiconductor sealing of this invention, the hardening accelerator for promoting reaction of the said epoxy resin (A) and a hardening | curing agent (B) can be contained.
[0034]
The curing accelerator is not particularly limited as long as it accelerates the curing reaction. Specific examples thereof include, for example, 2-methylimidazole, 2,4-dimethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, Imidazole compounds such as 2-phenyl-4-methylimidazole and 2-heptadecylimidazole,
Triethylamine, benzyldimethylamine, α-methylbenzyldimethylamine, 2- (dimethylaminomethyl) phenol, 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol and 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undecene Tertiary amine compounds such as 7,
Organometallic compounds such as zirconium tetramethoxide, zirconium tetrapropoxide, tetrakis (acetylacetonato) zirconium and tri (acetylacetonato) aluminum, and triphenylphosphine, trimethylphosphine, triethylphosphine, tributylphosphine, tri (p-methyl) And organic phosphine compounds such as phenyl) phosphine and tri (nonylphenyl) phosphine.
[0035]
Among these curing accelerators, an organic phosphine compound is particularly preferred from the viewpoint of moisture resistance reliability, and triphenylphosphine is particularly preferably used.
[0036]
In addition, these hardening accelerators may use 2 or more types together depending on a use, and the addition amount has the preferable range of 0.1-10 weight part with respect to 100 weight part of epoxy resins (A).
[0037]
As the inorganic filler (C) used in the present invention, fused silica, crystalline silica, calcium carbonate, magnesium carbonate, alumina, magnesia, clay, talc, calcium silicate, titanium oxide, antimony oxide and other metal oxides, Examples include asbestos, glass fiber, and glass sphere. Among these, amorphous silica is preferably used because it has a large effect of reducing the linear expansion coefficient and is effective in reducing stress. Examples of amorphous silica include fused silica produced by melting quartz, and crushed or spherical ones are used.
[0038]
The term “fused silica” as used herein generally means amorphous silica having a true specific gravity of 2.3 or less. In the production of this fused silica, it is not always necessary to go through a molten state, and any production method can be used. For example, it can be produced by a method of melting crystalline silica and a method of synthesizing from various raw materials.
[0039]
More preferably, the inorganic filler (C) is a mixture of 20 to 95% by weight of spherical silica having a particle size of 0.1 to 3 μm and 5 to 80% by weight of spherical silica having a particle size of 3 to 50 μm in the inorganic filler (C). It is preferable in terms of excellent fluidity and solder crack resistance of the obtained epoxy resin composition for semiconductor encapsulation.
[0040]
The blending ratio of the inorganic filler (C) is preferably in the range of 85 to 95% by weight of the entire composition in consideration of the moldability and low stress property of the obtained epoxy resin composition for semiconductor encapsulation.
[0041]
Next, the silane coupling agent (D) used in the present invention is one in which a hydrolyzable group such as an alkoxy group, a halogen atom or an amino group and an organic group are directly bonded to a silicon atom, and a partial hydrolysis condensate thereof. Is generally used. As the hydrolyzable group, an alkoxy group, particularly a methoxy group or an ethoxy group is preferably used. As the organic group, a hydrocarbon group or a hydrocarbon group substituted by a nitrogen atom, oxygen atom, halogen atom, sulfur atom or the like is used, and a hydrocarbon group substituted by the above atom is preferably used.
[0042]
Features of the silane coupling agent of the present invention, the (D-1) all is an essential component of a silane coupling agent having an organic group having an amino group attached thereto a secondary, epoxy group to be blended optionally The sum of the silane coupling agent having a bonded organic group is 10 to 90% by weight, and the silane coupling agent (D-2) other than those defined in D-1 is 90 to 10% by weight. is there. In other words, the silane coupling agent (D) is “ a silane coupling agent having an organic group to which all amino groups are bonded is an essential component, and an epoxy group as an optional component is bonded instead of an essential component. The sum of the organic group and the silane coupling agent having an organic group is 10 to 90 wt% with respect to the silane coupling agent (D). Furthermore, the mixing ratio of (D-1) and (D-2) is more preferably in the range of 60/40 to 90/10 in weight ratio .
When one of the silane coupling agents (D-1) and (D-2) is used alone, the effect of preventing cracks in the soldering process and the effect of improving the moldability such as fluidity, curability, voids, and burrs. When (D-1) is not used, the crack prevention effect in the soldering process and the moldability improvement effect such as curability and burr are exhibited to some extent, but are not sufficient. In particular, moldability such as generation of many voids is remarkably lowered. In particular, it is preferable that a silane coupling agent having an organic group bonded to an amino group which is all secondary is used as an essential component.
[0045]
The mixture of the silane coupling agent (D) may be added individually, or may be mixed with other components contained in the resin composition in advance or used after reaction.
[0046]
The following are illustrated as a silane coupling agent which has an organic group which the epoxy group couple | bonded here. γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, γ- (2,3-epoxycyclohexyl) propyltrimethoxysilane.
[0047]
Examples of the silane coupling agent having an organic group bonded to an amino group, all of which are secondary, include γ- (N-phenylamino) propyltrimethoxysilane, γ- (N-phenylamino) propylmethyldimethoxysilane, γ -(N-methylamino) propyltrimethoxysilane, γ- (N-methylaminopropyl) methyldimethoxysilane, γ- (N-ethylamino) propyltrimethoxysilane, and γ- (N-ethylamino) propylmethyldimethoxy Silane etc. are mentioned.
[0048]
Among the silane coupling agents defined in D-1, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane and γ- (N-ethylamino) propylmethyltrimethoxysilane are particularly preferable from the viewpoint of moisture resistance reliability and fluidity. Preferably used.
[0049]
As the silane coupling agent (D-2) other than the silane coupling agent (D-1), an organic group bonded to a silicon atom is a hydrocarbon group, a primary amino group, a tertiary amino group, (meth). Examples thereof are hydrocarbon groups having an acryloyl group, a mercapto group, and the like. Specific examples thereof include γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropylmethyldimethoxysilane,
N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltriethylsilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-aminopropylmethyldiethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, γ- (N, N-dimethylamino) propyltrimethoxysilane, etc. It is done. Among these, from the viewpoint of moisture resistance reliability, a silane coupling agent in which an organic group having a primary amino group is bonded to a silicon atom is preferably used, such as γ-aminopropyltriethoxysilane and γ -Aminopropyltrimethoxysilane is exemplified.
[0050]
The amount of the silane coupling agent (D) added is preferably 0.5 to 6% by weight, particularly 0.7 to 2% by weight, based on the inorganic filler (C). It is preferable that the compounding quantity of a silane coupling agent (D) is 0.2 to 10 weight%.
[0051]
Flame retardants such as halogen compounds such as halogenated epoxy resins and phosphorus compounds, and various flame retardant aids such as antimony trioxide can also be blended. In these flame retardants, in the region where the amount of filler (C) added exceeds 88% by weight, each of halogen atoms and antimony atoms is contained in the resin composition from the viewpoint of easy disposal of unnecessary materials generated from the resin composition. It is preferable that the content is 0.2% by weight or less, and further substantially not blended.
[0052]
The epoxy resin composition of the present invention can further optionally contain the following various additives.
Various colorants and pigments such as carbon black and iron oxide,
Various elastomers such as silicone rubber, olefin copolymer, modified nitrile rubber, modified polybutadiene rubber, silicone oil,
Various thermoplastic resins such as polyethylene,
Long-chain fatty acids, metal salts of long-chain fatty acids, esters of long-chain fatty acids, various release agents such as amides of long-chain fatty acids and paraffin wax, and ion-supplementing agents such as hydrotalcites,
Crosslinkers such as organic peroxides.
[0053]
When the silane coupling agent (D), which is a feature of the present invention, is blended, the following reaction may occur in the composition, but the silane coupling agent (D) is chemically present in the composition. Even if converted, the effect of the present invention is exhibited.
Hydrolytic condensation resulting from the hydrolyzable group of the silane coupling agent.
Condensation reaction between the hydrolyzable group of the silane coupling agent and the surface layer of the inorganic filler.
Reaction of epoxy group of silane coupling agent and curing agent (B).
Reaction of amino group of silane coupling agent with epoxy resin (A).
Reaction of epoxy group of silane coupling agent with other functional group (for example, amino group) of silane coupling agent.
Reaction of the amino group of the silane coupling agent with other functional groups of the silane coupling agent.
Reaction of silane coupling agent with optional silicone.
[0054]
The epoxy resin composition of the present invention is preferably melt-kneaded, and is produced, for example, by melt-kneading using a known kneading method such as a Banbury mixer, a kneader, a roll, a single-screw or twin-screw extruder and a kneader. The
[0055]
The resin composition for encapsulating a semiconductor of the present invention thus configured has improved solder crack resistance and moisture resistance reliability, excellent fluidity and curability during molding, and excellent appearance with no voids or burrs. A semiconductor sealing device can be provided.
[0056]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
[0057]
[Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 8]
Under Symbol epoxy resin, curing agent, an inorganic filler, a silane coupling agent and other additives were dry blended by each mixer in the proportions indicated below and in Table 1.
A. Epoxy resin I ... Orthocresol novolac type epoxy resin with an epoxy equivalent of 200
II ...... 4,4'-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ', 5,5'-tetramethylbiphenyl Curing Agent Phenol p-xylylene copolymer represented by the following formula (II) (where m is 0.3 on the number average)
[Chemical 7]
C. Inorganic filler
I ...... Spherical silica with an average particle size of 1 μm / crushed silica with an average particle size of 6 μm / spherical silica with an average particle size of 30 μm (10/30/60 weight ratio) spherical with a particle size of 0.1-3 μm / 3-50 μm Ratio of silica to inorganic filler (20/40% by weight)
II: mixture of spherical silica with an average particle diameter of 1 μm / crushed silica with an average particle diameter of 6 μm / spherical silica with an average particle diameter of 12 μm (10/30/60 weight ratio) spherical with a particle diameter of 0.1 to 3 μm / 3 to 50 μm Ratio of silica to inorganic filler (30/35% by weight)
III: Mixture of spherical silica having an average particle diameter of 1 μm / spherical silica having an average particle diameter of 12 μm (10/90 weight ratio) Ratio of spherical silica having a particle diameter of 0.1 to 3 μm / 3 to 50 μm in the inorganic filler (40 / 55 wt%)
D. Silane coupling agent
I ...... N-phenylaminopropyltrimethoxysilane
II ...... γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilane
III ...... γ-aminopropyltrimethoxysilane E.I. Flame retardant: Brominated bisphenol A type epoxy resin having an epoxy equivalent of 400 and a bromine content of 49% ([Examples 1 to 10 , Comparative Examples 1 to 8] added: 0.8% by weight each)
F. Flame retardant auxiliary agent: antimony trioxide ([Examples 1 to 10 , Comparative Examples 1 to 8] added amount: 1.0% by weight each)
G. Other additives
(1) Curing accelerator: Triphenylphosphine (addition amount shown in Table 1 )
(2) Mold release agent: carnauba wax (addition amount: 0.3 wt% each)
(3) Colorant: Carbon black (added amount: 0.3% by weight each).
[0058]
[Table 1]
[0060]
These mixtures were heated and kneaded for 5 minutes using mixing rolls each having a roll temperature of 90 ° C., then cooled and crushed to produce 10 types of epoxy resin compositions for semiconductor encapsulation.
[0061]
Each of these sealing resin compositions was molded by a low pressure transfer molding method under the conditions of a molding temperature of 175 ° C., a molding time of 2 minutes, and a transfer pressure of 70 kg / cm ^2. Table 2 shows the results of curing and measuring the physical properties of the respective compositions by the following physical property measurement methods.
[0062]
Spiral flow: Measured at a molding speed of 25 m / sec at 175 ° C. using an EMMI mold for evaluation.
[0063]
Solder heat resistance: 20 pieces of 160 pin QFP with a chip size of 9 × 9 mm mounted with a simulated semiconductor element having aluminum deposited on the surface are molded (28 × 28 × 3.4 (thickness) mm) and post-cured to form a semiconductor device did. Further, after humidifying at 85 ° C./85% RH for 72 hours and 120 hours, respectively, heat treatment was performed in an IR reflow furnace with a maximum temperature of 240 ° C., and the number of external cracks was examined.
Moisture resistance reliability: Using QFP after soldering heat resistance evaluation of 72 hours of humidification, under a PCT condition of 121 ° C / 100% RH, find the time to achieve a cumulative failure rate of 50% due to failure of aluminum wire disconnection, did.
Fillability: 160pin QFP used in the solder heat resistance test was observed visually and using a microscope after molding, and the presence or absence of unfilled and surface voids were observed.
Burr: Molded under a condition of 175 ° C. × 90 seconds using a burr measuring mold by a low-pressure transfer molding method, and the length of the burr generated in a gap having a width of 5 μm was measured.
Curability: A disk having a diameter of 5 cm was formed by a low-pressure transfer molding method, treated at 175 ° C., and the curing time until the hot hardness (Shore D) exceeded 70 was measured.
[0064]
[ Table 2 ]
[0066]
As is clear from the results in Table 2, the epoxy resin compositions for semiconductor encapsulation of the present invention (Examples 1 to 10 ) have not only excellent solder heat resistance and moisture resistance reliability, but also filling properties, burrs, and curability. The moldability is excellent, and the productivity is very good.
[0067]
On the other hand, Comparative Examples 1 to 3, which are the use of a silane coupling agent outside the scope of the present invention, are not only inferior in solder heat resistance and moisture resistance reliability, but also extremely in moldability such as filling property, burr and curability. It is low.
[0068]
In Comparative Example 8 in which the amount of the inorganic filler is 85% by weight or less, the solder heat resistance and the moisture resistance reliability are inferior.
[0073]
【The invention's effect】
As described above, the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention can improve solder crack resistance (solder heat resistance) and moisture resistance reliability, and also has excellent fluidity and curability during molding. In addition, it is possible to give a molded product having an excellent appearance free from voids and burrs to excellent productivity.

Claims

An epoxy resin composition comprising an epoxy resin (A), a curing agent (B), an inorganic filler (C) and a silane coupling agent (D), wherein the silane coupling agent (D) is ( D-1) all have a secondary a is amino group bonded organic groups essential components a silane coupling agent having, with the silane coupling agent having an organic group epoxy group to be blended optionally bound The sum is 10 to 90% by weight, and (D-2) is composed of 90 to 10% by weight of a silane coupling agent other than defined in D-1, and the blending ratio of the inorganic filler (C) is: An epoxy resin composition for semiconductor encapsulation, characterized by being 85 to 95% by weight based on the total composition.

2. The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to claim 1, wherein the silane coupling agent having an organic group to which all of the secondary amino groups are bonded is N-phenylaminopropyltrimethoxysilane.

The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to claim 1 or 2, wherein the silane coupling agent (D-2) comprises a silane coupling agent having an organic group bonded with a primary amino group as an essential component.

The mixing ratio of the epoxy resin (A), a semiconductor encapsulating epoxy resin composition according to any one of 3 claims 1, characterized in that 3 to 15% by weight relative to the total composition.

The resin composition for semiconductor encapsulation according to any one of claims 1 to 4 , wherein the amount of the silane coupling agent (D) is 0.2 to 10% by weight based on the composition.

The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to any one of claims 1 to 5, wherein the epoxy resin (A) contains at least one epoxy resin having a structure represented by the following formula (I).
(In the formula, R1 to R8 represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or a halogen atom.)

The inorganic filler (C) is composed of 20 to 95% by weight of spherical silica having a particle size of 0.1 to 3 μm and 5 to 80% by weight of spherical silica having a particle size of 3 to 50 μm in the inorganic filler (C). An epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to any one of claims 1 to 6 .

Curing agent (B) semiconductor encapsulation according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises at least one of phenol -p- xylylene copolymers having the structure represented by the following formula (II) Epoxy resin composition.
(However, R in the formula may be the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or a halogen atom. M represents an integer of 0 or more.)

A semiconductor device in which a semiconductor element is encapsulated with the epoxy resin composition for encapsulating a semiconductor according to claim 1.