JP3740983B2

JP3740983B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JP3740983B2
Application number: JP2001009316A
Authority: JP
Inventors: 博則池田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-01-17
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2021-01-17
Also published as: JP2002212395A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子などの電子部品の封止に用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこの半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止された半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、半導体素子などの電子部品の封止材としては、セラミックや熱硬化性樹脂が一般的に用いられてきた。中でもエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いて行われる樹脂封止は、経済性と製品性能とのバランスの点において好ましいものであり、現在では主流となっている。
【０００３】
かかる樹脂封止は具体的には例えば、以下のようにして行われている。すなわち、まずリードフレーム用の金属片に半導体素子を搭載してダイボンディングを行い、次いで、金などの金属細線を用いて半導体素子とリードフレームとを電気的に接続してワイヤボンディングを行い、その後、半導体素子とリードフレームとを金型のキャビティにセットしてトランスファー成形を行うことによって、半導体素子の全体とリードフレームの一部とが熱硬化性樹脂によって封止された成形品、すなわち半導体装置が製造されている。
【０００４】
そして、実際の製造現場においては、上記のような成形は連続的に行われているため、封止材中には予め連続成形の効率を高めるために離型剤が含有されているものである。すなわちこの離型剤は、成形時に封止材の内部から金型のキャビティ内面に染み出し、成形品と金型との接着力を低下させることにより、成形品の金型からの離型性を上昇させる機能を有するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような連続成形をある程度行うと、金型のキャビティ内面に汚れが蓄積され、ついにはこの汚れが成形品の表面に転写されて成形品の外観を損なうようになる。このため従来、成形品として許容されるか否かの判断の基準となる限度見本を予め用意しておき、この見本と連続成形された成形品との外観を比較して、成形品の外観が見本よりも悪化する前に製造を中止すると共に、金型のキャビティ内面に付着している汚れをクリーニング材などの樹脂を用いて除去し清掃を行っていた。
【０００６】
従って、離型剤の添加によって良好な離型性を得ることはできても、離型剤自体が汚れとなる場合があり、金型を頻繁に清掃しなければならなくなるという問題が生じるものであった。逆に、離型剤の添加を抑えるなどして金型のキャビティ内面に付着する汚れを防止すれば、金型清掃の周期は長くなるものの、良好な離型性を得ることができなくなるという問題も生じるものであった。
【０００７】
このように、いずれの場合であっても半導体装置の製造の効率は著しく低下するものであり、また、上記のように離型剤の量のみならず、その種類も金型清掃の周期に大きな影響を与えるものである。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、金型からの離型性を損なうことなく、金型を清掃する周期を延長することができる半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこの半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止された半導体装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、離型剤、無機充填材を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、離型剤として、下記の式（１）と式（２）で示される化合物より選ばれるものが、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して０．０１〜２．０質量％含有されていると共に、無機充填材として、結晶シリカと溶融シリカより選ばれるものが含有されて成ることを特徴とするものである。
【００１０】
【化２】

【００１１】
また請求項２の発明は、請求項１において、式（１）及び式（２）で示される化合物として、式中のｘが１≦ｘ≦１０を満たす整数であり、かつ式中のｙが１≦ｙ≦５０を満たす整数であるものが用いられて成ることを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、式（１）と式（２）で示される化合物より選ばれるものと、エポキシ樹脂とが予め溶融混合されたものが用いられて成ることを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、離型剤として、式（１）と式（２）で示される化合物より選ばれるものと、天然カルナバワックスとが併用されて成ることを特徴とするものである。
【００１４】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、硬化促進剤として、トリフェニルホスフィンが用いられて成ることを特徴とするものである。
【００１５】
また請求項６に係る半導体装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物によって半導体素子が封止されて成ることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
本発明において半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、エポキシ樹脂、硬化剤、離型剤、無機充填材が必須成分として含有されており、必要に応じて硬化促進剤その他の添加剤を配合することができる。以下ではまず上記の各成分の詳細について説明する。
【００１８】
本発明においてエポキシ樹脂としては、特に限定されるものではなく、例えば、ｏ−クレゾ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、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ブロム化エポキシ樹脂等を用いることができる。特に、ブロム化エポキシ樹脂は難燃剤としても用いることができるものである。そして、上記のエポキシ樹脂のうちの１種のみを用いたり、２種以上を併用したりすることができる。また、エポキシ樹脂の配合量は、特に限定されるものではないが、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して７〜３５質量％であることが好ましい。
【００１９】
また硬化剤としては、特に限定されるものではなく、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、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等の各種多価フェノール化合物の他に、ナフトール化合物も用いることができる。そして、これらの硬化剤のうちの１種のみを用いたり、２種以上を併用したりすることができる。また、エポキシ樹脂と硬化剤との当量比は、０．５〜１．５となるように配合することが好ましく、より好ましくは０．８〜１．２である。
【００２０】
また離型剤としては、上記の式（１）と式（２）で示される化合物のいずれか一方を用いるか、あるいは両方を用いるようにするものである。これらの化合物は、例えば、低分子量ポリエチレンの末端に第１級アルコールを付加してユニリンアルコールを合成し、さらにこのユニリンアルコールにエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを付加することにより、合成することができるものであり、以下ではこのものをユニリンアルコール変性物ともいう。そして本発明において、このユニリンアルコール変性物が半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して０．０１〜２．０質量％含有されていることにより、良好な離型性が長期に亘って発現されると共に、金型を清掃してから次に清掃するまでの期間、すなわち金型清掃の周期が延長されるものである。このため半導体装置を製造するにあたって、良好な離型性によって、金型から成形品を脱型する作業時間を短縮することができると共に、金型清掃の周期の延長によって、半導体装置の製造を頻繁に中断して金型を清掃する必要が無くなり、半導体装置の製造効率を著しく高めることができるものである。なお、ユニリンアルコール変性物が０．０１質量％未満であると、上記のような効果を十分に得ることが不可能となるものであり、逆に２．０質量％を超えると、このユニリンアルコール変性物が成形品の表面に染み出したり、接触している金型のキャビティ内面に移行したりしてブリードが起こり、汚れが蓄積され易くなり、金型を清掃する周期が短縮化されてしまうものである。
【００２１】
また、ユニリンアルコール変性物を示す式（１）や式（２）中において、ｘ，ｙ，ｎは１以上の整数であれば、特に限定されるものではないが、ｘが１≦ｘ≦１０を満たす整数であり、かつｙが１≦ｙ≦５０を満たす整数であることが好ましい。このようなユニリンアルコール変性物を用いると、上述した効果を一層高く得ることができるものである。しかし、ｘが１０＜ｘであるような整数であったり、またｙが５０＜ｙであるような整数であったりすると、−ＯＣ₃Ｈ₆−や−ＯＣ₂Ｈ₄−の官能基数が増加して半導体封止用エポキシ樹脂組成物中の他の成分との相溶性が良好となり、成形時において金型のキャビティ内面への染み出しが却って困難となり、成形品と金型との接着力が十分低下せずに、成形品の金型からの離型性が悪化するおそれがあるものである。
【００２２】
さらに離型剤としては、上記のユニリンアルコール変性物の他に、必要に応じて、天然カルナバワックス、脂肪酸アミド、ステアリン酸、モンタン酸、脂肪酸エステル、カルボキシル基含有ポリオレフィン等を併用することができる。中でも天然カルナバワックスを併用することが好ましく、これによって離型性を損なうことなく金型清掃の周期を延長させることができるという効果を、より確実に得ることができるものである。
【００２３】
また無機充填材としては、結晶シリカと溶融シリカのいずれか一方を用いるか、あるいは両方を用いるようにするものである。さらに必要に応じて、これらの他に窒化珪素等を併用することができる。そして結晶シリカや溶融シリカと、上述したユニリンアルコール変性物とを共に用いることによって、長期に亘って良好な離型性が保持されると共に、金型を頻繁に清掃する必要が無くなるものである。また、無機充填材の配合量は、特に限定されるものではないが、上記の効果を一層高く得るためには、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して６０〜９３質量％であることが好ましい。
【００２４】
また硬化促進剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類の他に、トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）、トリブチルホスフィン、トリメチルホスフィン等の有機ホスフィン類、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（ＤＢＵ）、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミン等の三級アミン等を用いることができる。中でもトリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）を用いることが好ましく、これによって離型性を損なうことなく金型清掃の周期を延長させることができるという効果を、より一層確実に得ることができるものである。また、上記の硬化促進剤のうちの１種のみを用いたり、２種以上を併用したりすることができる。
【００２５】
またその他の添加剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランやγ−メルカプト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、三酸化アンチモンや上述したブロム化エポキシ樹脂等の難燃剤、カーボンブラック等の着色剤、シリコーン可撓剤などを用いることができる。
【００２６】
そして、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、離型剤、無機充填材を必須成分とし、さらに必要に応じて硬化促進剤その他の添加剤を配合し、これをミキサーやブレンダー等で均一に混合した後に、ニーダーやロールで加熱混練し、この混練物を冷却固化し、粉砕して粉粒状等にすることによって、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製することができるものである。
【００２７】
上記のようにして半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製する際に、予めエポキシ樹脂と、離型剤であるユニリンアルコール変性物とを溶融混合しておくと、上述したような長期に亘る良好な離型性の発現や、金型清掃の周期の延長の効果を一層高く得ることができて好ましい。
【００２８】
そして、上記のようにして調製した半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止成形することによって、半導体装置を製造することができる。例えば、ＩＣ等の半導体素子を搭載したリードフレームをトランスファー成形金型にセットし、トランスファー成形を行うことによって、半導体素子を半導体封止用エポキシ樹脂組成物による封止材で封止した半導体装置を製造することができるものである。
【００２９】
このようにして製造される半導体装置にあって、封止材として、上述したような半導体封止用エポキシ樹脂組成物が用いられているので、金型のキャビティ内面の汚れが転写されにくくなり、金型を頻繁に清掃する必要が無くなるものである。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００３１】
エポキシ樹脂として、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂である住友化学工業（株）製「ＥＳＣＮ１９５ＸＬ」（エポキシ当量１９５）を用いた。
【００３２】
また硬化剤として、フェノールノボラック樹脂である荒川化学（株）製「タマノール７５２」（水酸基当量１０４）を用いた。
【００３３】
また難燃剤として、ブロム化エポキシ樹脂である住友化学工業（株）製「ＥＳＢ４００Ｔ」（エポキシ当量４００）と三酸化アンチモンを用いた。
【００３４】
また硬化促進剤として、トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）（北興化学（株）製）、２−メチルイミダゾール、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（ＤＢＵ）を用いた。
【００３５】
また離型剤として、脂肪酸アミドである日本化成（株）製オレイン酸アミド「ダイワックスＯ−２００」、天然カルナバワックスである大日化学工業（株）製「Ｆ１−１００」、脂肪酸エステルであるクラリアント・ジャパン（株）製モンタン酸ワックス「ワックスＳ」、式（１）で示される化合物であるユニリンアルコール変性物を用いた。
【００３６】
また着色剤として、カーボンブラックを用いた。
【００３７】
また無機充填材として、結晶シリカ（平均粒径２５μｍ）を用いた。なお、この無機充填材は、シランカップリング剤であるγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（東レ・ダウコーニングシリコーン（株）製「ＳＨ６０４０」）で処理して用いた。
【００３８】
次に、各成分を表１及び表２の配合量で配合し、これをブレンダーで３０分間混合して均一化した後、８０℃に加熱したニーダーで混練溶融させて押し出し、冷却後、粉砕機で所定粒度に粉砕して、半導体封止用エポキシ樹脂組成物からなる粒状の成形材料を得た。なお、式（１）で示されるユニリンアルコール変性物を添加するにあたっては、上記のように他の成分と共に添加する以外に、予めエポキシ樹脂と溶融混合しておくことも行った。前者の添加方法を「生添加」とし、後者の添加方法を「溶融混合」として、表１及び表２の「ユニリンアルコール変性物の添加方法」の欄に示す。
【００３９】
上記のようにして得た実施例１〜９及び比較例１，２の成形材料について、連続成形性の試験を以下のようにして行った。
【００４０】
リードフレームに半導体素子を搭載して８ｍｍ×８ｍｍ×厚み３ｍｍのＴＯ−２２０（ＪＥＤＥＣ規格）用の金型（キャビティ数：２０個）にセットし、上記の実施例１〜９及び比較例１，２の成形材料を用いてこの金型にトランスファー成形した。成形条件は温度１７５℃、注入時間３秒、加圧時間９０秒、注入圧力１０ＭＰａであり、成形後に１７５℃で６時間ポストキュアーすることによって、ＴＯ−２２０フィン付きパッケージを得た。
【００４１】
次に、このパッケージの表面を限度見本と比較観察し、いずれの方が汚れの程度が大きいかを目視により評価した。ここで、パッケージの方が限度見本よりも汚れの程度が小さいか、あるいはパッケージと限度見本との汚れの程度が同程度であると目視により判断されれば、このパッケージは製品として許容されるものである。このようなパッケージが得られていれば、さらにパッケージの成形を行い、新たに得られたパッケージと限度見本との汚れの程度の比較観察を行った。そして、成形を開始した時点から、パッケージの方が限度見本よりも汚れの程度が大きくなる時点まで上記の操作を繰り返し行うと共に、この間の成形回数（ショット回数）を計測した。この結果を表１及び表２に示す。すなわち、パッケージの方が汚れの程度が大きくなる時点が金型を清掃する時期であり、成形開始からこの時点までの間が金型清掃の周期（クリーニング周期）となる。従って、成形回数が多いものほど金型清掃の周期が長くなり、連続成形性に優れているといえるものである。なお、比較例１及び２において、２５０ショット目のパッケージの表面状態が製品として許容され、このショット数を超えると製品として許容されないものであると目視により判断されたので、実際にはこれを基準すなわち限度見本として用い、各実施例を相対評価した。
【００４２】
【表１】

【００４３】
【表２】

【００４４】
表１及び表２にみられるように、実施例１〜９のものは比較例１，２のものに比べて金型清掃の周期が長く、連続成形性に優れていることが確認される。
【００４５】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、離型剤、無機充填材を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、離型剤として、上記の式（１）と式（２）で示される化合物より選ばれるものが、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して０．０１〜２．０質量％含有されていると共に、無機充填材として、結晶シリカと溶融シリカより選ばれるものが含有されているので、良好な離型性が長期に亘って発現されると共に金型清掃の周期が延長されることとなり、半導体装置を製造するにあたって、脱型の作業時間を短縮することができると共に、金型を清掃するために半導体装置の製造を頻繁に中断する必要が無くなり、半導体装置の製造効率を著しく高めることができるものである。
【００４６】
また請求項２の発明は、式（１）及び式（２）で示される化合物として、式中のｘが１≦ｘ≦１０を満たす整数であり、かつ式中のｙが１≦ｙ≦５０を満たす整数であるものが用いられているので、良好な離型性が長期に亘って発現されると共に金型清掃の周期が延長されるという効果を一層高く得ることができるものである。
【００４７】
また請求項３の発明は、式（１）と式（２）で示される化合物より選ばれるものと、エポキシ樹脂とが予め溶融混合されたものが用いられているので、長期に亘る良好な離型性の発現や金型清掃の周期の延長の効果を一層高く得ることができるものである。
【００４８】
また請求項４の発明は、離型剤として、式（１）と式（２）で示される化合物より選ばれるものと、天然カルナバワックスとが併用されているので、離型性を損なうことなく金型清掃の周期を延長させるという効果をより確実に得ることができるものである。
【００４９】
また請求項５の発明は、硬化促進剤として、トリフェニルホスフィンが用いられているので、離型性を損なうことなく金型清掃の周期を延長させるという効果をより一層確実に得ることができるものである。
【００５０】
また請求項６に係る半導体装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物によって半導体素子が封止されているので、金型のキャビティ内面の汚れが転写されにくくなり、金型を頻繁に清掃する必要が無くなるものである。

Claims

エポキシ樹脂、硬化剤、離型剤、無機充填材を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、離型剤として、下記の式（１）と式（２）で示される化合物より選ばれるものが、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して０．０１〜２．０質量％含有されていると共に、無機充填材として、結晶シリカと溶融シリカより選ばれるものが含有されて成ることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
式（１）及び式（２）で示される化合物として、式中のｘが１≦ｘ≦１０を満たす整数であり、かつ式中のｙが１≦ｙ≦５０を満たす整数であるものが用いられて成ることを特徴とする請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
式（１）と式（２）で示される化合物より選ばれるものと、エポキシ樹脂とが予め溶融混合されたものが用いられて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
離型剤として、式（１）と式（２）で示される化合物より選ばれるものと、天然カルナバワックスとが併用されて成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
硬化促進剤として、トリフェニルホスフィンが用いられて成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物によって半導体素子が封止されて成ることを特徴とする半導体装置。