JP3862381B2 - Epoxy resin composition for semiconductor encapsulation and method for producing the same - Google Patents

Description

【０００６】
また、本発明は、上記（Ａ）〜（Ｅ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製法であって、上記（Ｂ）成分と（Ｄ）成分と（Ｅ）成分を予備混合した後、この予備混合物に、上記（Ａ）成分および（Ｃ）成分を含む残りの残余成分を配合する半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製法を第２の要旨とする。
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明者は、半導体装置の封止に用いられるエポキシ樹脂組成物の組成を中心に一連の研究を重ねた。その過程で、先に述べた提案技術をさらに改良すべく鋭意検討した結果、前記一般式（１）で表されるオルガノポリシロキサン〔（Ｅ）成分〕を用いるとともにブタジエン系ゴム粒子〔（Ｄ）成分〕を用いたエポキシ樹脂組成物を用い、しかも上記オルガノポリシロキサン〔（Ｅ）成分〕とブタジエン系ゴム粒子〔（Ｄ）成分〕とフェノール樹脂〔（Ｂ）成分〕からなる予備混合物として用いると、低応力性を付与するとともにボイドの発生が生じ易い厳しい条件下での成形においても、ボイドの発生が抑制された半導体装置が得られることを見出し本発明に到達した。
【０００８】
そして、本発明において、上記結晶性シリカ粉末〔（Ｃ）成分〕とともにアルミナ粉末を併用した場合、優れた熱伝導性が得られるとともに、低線膨張化が図れる。
【０００９】
また、上記結晶性シリカ粉末〔（Ｃ）成分〕として、特に結晶性摩砕シリカ粉末を用いた場合、その形状因子から、耐金型摩耗特性に優れるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明について詳しく説明する。
【００１１】
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、フェノール樹脂（Ｂ成分）と、結晶性シリカ粉末（Ｃ成分）と、ブタジエン系ゴム粒子（Ｄ成分）と、特定のオルガノポリシロキサン（Ｅ成分）とを用いて得られるものであり、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。
【００１２】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するものを用いることが好ましく、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，ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂，ビフェニル型エポキシ樹脂があげられる。これらは、単独であるいは２種類以上併せて使用される。これらのなかでも、エポキシ当量が１００〜３００，軟化点が５０〜１３０℃のものが特に好適に用いられる。さらに、本発明に用いられるエポキシ樹脂（Ａ成分）としては、上記条件に加え、耐湿信頼性という観点から、イオン性不純物および加水分解性イオンの含有量が少ないものほど特に好ましく用いられる。具体的には、遊離のナトリウムイオン濃度および塩素イオン濃度がそれぞれ５ｐｐｍ以下であり、かつ加水分解性の塩素イオン濃度が６００ｐｐｍ以下のエポキシ樹脂である。
【００１３】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とともに用いられるフェノール樹脂（Ｂ成分）は上記エポキシ樹脂の硬化剤として作用するものであって、特に限定するものではなく各種フェノール樹脂が用いられる。例えば、フェノールノボラック樹脂があげられ、なかでも、このフェノールノボラック樹脂として、水酸基当量が７０〜１５０、軟化点が５０〜１１０℃のものを用いることが好ましい。
【００１４】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とフェノール樹脂（Ｂ成分）との配合割合は、上記エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量当たりフェノール樹脂中の水酸基が０．５〜２．０当量となるように設定することが好ましい。より好ましくは、０．８〜１．２当量の範囲である。
【００１５】
上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられる結晶性シリカ粉末（Ｃ成分）は、いわゆる充填剤として用いられるものである。そして、上記結晶性シリカ粉末としては、結晶性破砕シリカ粉末や結晶性摩砕シリカ粉末があげられ、特に結晶性摩砕シリカ粉末が耐金型摩耗性という点から好ましく用いられる。上記結晶性摩砕シリカ粉末は、例えば、特公平６−２５６９号公報に記載されているように、破砕状シリカに外部から押圧力を加えながら、水系媒体存在下で粒子同士を摩砕することにより得ることができる。上記結晶性シリカ粉末に関して、流動性および成形性を考慮した場合、平均粒径１．５〜７０μｍの範囲のものを用いることが好ましく、特に好ましくは平均粒径２〜５０μｍの範囲である。
【００１６】
そして、本発明においては、上記結晶性シリカ粉末（Ｃ成分）のみで無機質充填剤成分を構成してもよいし、上記結晶性シリカ粉末とともにアルミナ粉末を併用してもよい。このように、結晶性シリカ粉末とともにアルミナ粉末を併用することにより、低線膨張化および高熱伝導性という効果が得られる。上記アルミナ粉末としては、例えば、耐金型摩耗性および高流動性という点から球状アルミナ粉末が好ましく用いられる。また、上記アルミナ粉末の平均粒径は、流動性を考慮した場合、０．２〜６０μｍの範囲のものを用いることが好ましく、特に好ましくは平均粒径２〜５０μｍの範囲である。
【００１７】
上記結晶性シリカ粉末（Ｃ成分）の配合量は、エポキシ樹脂組成物全体に対して５０〜９０重量％の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは７０〜８５重量％である。すなわち、結晶性シリカ粉末（Ｃ成分）の含有量が少な過ぎると、ボイドの発生が顕著になり、逆に多過ぎると、未充填を起こす傾向がみられるからである。また、結晶性シリカ粉末ととにアルミナ粉末を併用する場合も、併用した場合の合計量が上記結晶性シリカ粉末の配合量とみなし上記と同様の配合量の設定となる。
【００１８】
また、上記結晶性シリカ粉末（Ｃ成分）とともにアルミナ粉末を併用する場合において、結晶性シリカ粉末とアルミナ粉末を併用する場合の両者の混合割合は、重量基準で、〔結晶性シリカ粉末重量／（結晶性シリカ粉末重量＋アルミナ粉末重量）〕×１００＝１０〜５０重量％の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは２０〜４０重量％である。すなわち、両者の混合割合を上記範囲に設定することにより、良好な熱伝導性が得られるという効果が得られるようになる。
【００１９】
上記ブタジエン系ゴム粒子（Ｄ成分）は、その配合により半導体パッケージに対して低応力化作用および耐熱衝撃性を付与するようになる。そして、ブタジエン系ゴム粒子（Ｄ成分）としては、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。好適には、メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体が用いられ、特に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％以上のものが好ましい。さらに、上記ブタジエン系ゴム粒子としては、アクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体、アクリル酸メチル−ブタジエン−ビニルトルエン共重合体、ブタジエン−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−ブタジエン−ビニルトルエン共重合体、ブタジエン−ビニルトルエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体等をあげることができる。
【００２０】
さらに、上記ブタジエン系ゴム粒子として、コア−シェル構造を有するものが好ましく用いられる。このコア−シェル構造を有するブタジエン系ゴム粒子は、核となるコア部分がブタジエン系ゴム類からなる粒子で形成され、この核を被覆するよう核の外表面に、重合体樹脂からなるシェル部分（外層）が形成されたゴム粒子である。上記核の形成材料であるブタジエン系ゴム類としては、スチレン−ブタジエン共重合体ラテックス、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体ラテックス等があげられる。また、上記核を被覆する外層の形成材料となる重合体樹脂としては、例えば、ガラス転移温度が７０℃以上となる重合体樹脂があげられ、この重合体樹脂は不飽和二重結合を有する不飽和単量体の重合によって得られる。上記不飽和単量体としては、メタクリル酸メチル、アクリロニトリル、スチレン等があげられる。このようなコア−シェル構造を有するブタジエン系ゴム粒子は、例えば、水媒体重合法によって得られる。詳しく述べると、上記核の形成材料であるブタジエン系ゴム類と水を配合し重合させて核となるブタジエン系ゴム粒子を調製する。ついで、この水媒体中に、外層の形成材料となる不飽和単量体を添加して上記核であるブタジエン系ゴム類の表面に不飽和単量体をグラフト共重合させ、重合体樹脂を上記核の外周面上に積層形成することによってコア−シェル構造を有するブタジエン系ゴム粒子が得られる。このようなコア−シェル構造を有するブタジエン系ゴム粒子としては、コア（核）部分がスチレン−ブタジエン共重合体からなり、シェル部分がメタクリル酸メチルあるいはメタクリル酸メチルとスチレンからなるものが特に好ましく、その組成比は、前述のように、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％以上のものが好ましい。
【００２１】
上記ブタジエン系ゴム粒子（Ｄ成分）の配合量は、エポキシ樹脂組成物全体に対して０．１〜５重量％の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは０．５〜２重量％である。すなわち、ブタジエン系ゴム粒子（Ｄ成分）の含有量が少な過ぎると充分な低応力化が得られ難く、逆に多過ぎると粘度が上昇して成形作業性が低下する傾向がみられるからである。
【００２２】
上記特定の分子構造を有するオルガノポリシロキサン（Ｅ成分）は、ボイドの発生を効率良く抑制するために用いられるものである。このようなオルガノポリシロキサン（Ｅ成分）は、下記の一般式（１）で示され、１分子中に少なくとも１個のエポキシ基を含有する有機基および少なくとも１個のポリオキシアルキレン基を有するものである。
【００２３】
【化４】

【００２４】
上記式（１）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，ベンジル基があげられ、それぞれ互いに異なっていても同一であってもよい。また、上記式（１）中の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（３）または一般式（４）で表されるものである。
【００２５】
【化５】

【００２６】
【化６】

【００２７】
上記一般式（３）および一般式（４）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。
【００２８】
そして、上記式（１）において、Ｇは、下記の一般式（２）で表されるエーテル結合を有するものである。
【００２９】
【化７】

【００３０】
上記式（２）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はそれぞれ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。
【００３１】
そして、上記式（１）のＡは、上記Ｒ，Ｄ，Ｇのなかから選択されるものであり、それぞれ異なっていても同一であってもよい。また、繰り返し単位ｐは１〜１０００の整数であり、ｍおよびｎは１〜１００の整数である。上記ｐは、１０〜５００の範囲、ｍおよびｎは１〜５０の範囲が好ましい。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（以下同じ）。
【００３２】
このオルガノポリシロキサン（Ｅ成分）としては、具体的には下記の一般式（５）および一般式（６）で表されるものがあげられる。
【００３３】
【化８】

【００３４】
【化９】

【００３５】
このようなオルガノポリシロキサン（Ｅ成分）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。
【００３６】
また、オルガノポリシロキサン（Ｅ成分）の配合割合は、エポキシ樹脂組成物全体に対して、０．１〜５．０重量％の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは０．２〜３．０重量％の範囲である。すなわち、オルガノポリシロキサン（Ｅ成分）の配合割合が少な過ぎるとボイドの発生を抑制する効果が充分に得られず、逆に多過ぎると、エポキシ樹脂組成物の流動性が低下するとともに、得られる半導体装置の耐湿信頼性が低下する傾向がみられるからである。
【００３７】
前記のように、特定の分子構造を有するオルガノポリシロキサン（Ｅ成分）をエポキシ樹脂組成物の構成成分とすることにより、ボイドの発生を効果的に抑制することができるようになる。これは、上記オルガノポリシロキサン（Ｅ成分）が界面活性剤的な作用を奏し、樹脂封止の成形時にエポキシ樹脂組成物中からボイドの原因となるエアーが抜かれるためであると推察される。
【００３８】
さらに、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｅ成分に加えて、必要に応じて、シランカップリング剤，硬化促進剤，離型剤，難燃剤，難燃助剤，カーボンブラック等の着色剤等の各種添加剤が適宜配合される。
【００３９】
上記シランカップリング剤は、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等があげられる。
【００４０】
上記硬化促進剤は、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類，三級アミン類，有機リン化合物等があげられる。
【００４１】
上記離型剤は、ステアリン酸，パルミチン酸等の長鎖カルボン酸、ステアリン酸亜鉛，ステアリン酸カルシウム等の長鎖カルボン酸の金属塩、カルナバワックス，モンタンワックス等のワックス類、ポリエチレン系のワックス類等があげられる。
【００４２】
上記難燃剤は、ノボラック型ブロム化エポキシ樹脂，ビスフェノールＡ型ブロム化エポキシ樹脂等があげられる。
【００４３】
上記難燃助剤は、三酸化アンチモン，五酸化アンチモン等があげられる。
【００４４】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記添加剤の他に、さらに、耐湿信頼性テストにおける信頼性向上を目的として、ハイドロタルサイト類等のイオントラップ剤等を配合してもよい。
【００４５】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、例えば、つぎのような予備混合を経て加熱等により溶融混練した後、製造することができる。すなわち、まず、ブタジエン系ゴム粒子（Ｄ成分）と、特定のオルガノポリシロキサン（Ｅ成分）と、フェノール樹脂（Ｂ成分）とを予め予備混合する。ついで、この予備混合物に、残りの残余成分を配合し、加熱等により溶融混練する。ついで、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。
【００４６】
上記予備混合を経由する製造工程では、ブタジエン系ゴム粒子（Ｄ成分）の全部と、特定のオルガノポリシロキサン（Ｅ成分）の全部と、フェノール樹脂（Ｂ成分）の全使用量の１００重量％とを予め予備混合するという工程を経由する。
【００４７】
上記のように、エポキシ樹脂組成物の製造工程において、ブタジエン系ゴム粒子と特定のオルガノポリシロキサンとフェノール樹脂とを予備混合し、ついで残余成分を配合する工程を経由すると、ブタジエン系ゴム粒子の二次凝集物が生成され易いという傾向が抑制され、上記ブタジエン系ゴム粒子を均一に分散させることができる。
【００４８】
上記のように、エポキシ樹脂組成物の製造工程において、ブタジエン系ゴム粒子と特定のオルガノポリシロキサンとフェノール樹脂とを予備混合し、ついで残余成分を配合する工程を経由すると、このオルガノポリシロキサンが均一に分散し、その界面活性効果を有効に発揮できるようになる。
【００４９】
上記予備混合を経由する製造工程において、予備混合した後、この予備混合物に残余成分を配合するとあるが、この残余成分とは、予備混合工程で用いなかった成分、Ｃ成分および他の添加剤はもちろん、エポキシ樹脂を含む。
【００５０】
上記製造方法により得られるエポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子の封止方法は、特に制限されるものではなく、通常のトランスファー成形等の公知のモールド法により行うことができる。これにより、封止樹脂内部や、その表面等にボイドの発生の抑制された信頼性に優れた半導体装置が得られる。
【００５１】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００５２】
まず、エポキシ樹脂組成物の調製に先立って、下記の表１に示す、下記の成分を準備した。
【００５３】
〔エポキシ樹脂〕
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７０℃）
【００５４】
〔フェノール樹脂〕
フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０５、軟化点８３℃）
【００５５】
〔硬化促進剤〕
テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート
【００５６】
〔無機質充填剤〕
下記の表１に示す無機質充填剤ａ〜ｃを準備した。
【００５７】
【表１】

【００５８】
〔シランカップリング剤〕
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
【００５９】
〔ブタジエン系ゴム粒子〕
メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン共重合樹脂（平均粒径０．２μｍ）
【００６０】
〔オルガノポリシロキサン〕
オルガノポリシロキサンａ〔下記の式（５）で表されるオルガノポリシロキサン〕
【００６１】
【化１０】

【００６２】
オルガノポリシロキサンｂ〔下記の式（６）で表されるオルガノポリシロキサン〕
【００６３】
【化１１】

【００６４】
〔離型剤〕
カルナバワックス／ポリエチレン系ワックスの混合（混合重量比カルナバワックス／ポリエチレン系ワックス＝８０／２０）
【００６５】
〔難燃剤〕
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℃）
【００６６】
〔難燃助剤〕
三酸化アンチモン
【００６７】
〔溶融混合物〕
下記の表２に示す各成分を同表に示す割合で用い、つぎのようにして予備混練を行った。すなわち、下記の表２に示す各成分のうち、樹脂成分（フェノール樹脂）全部をミキシングロール機（温度１５０℃）で溶融し、これに残りの成分を順次添加し、３０分間溶融混合した。つぎに、これを冷却した後、粉砕することにより溶融混合物を得た。
【００６８】
【表２】

【００６９】
【実施例１〜７、比較例１〜３】
下記の表３〜表４に示す原料を同表に示す割合で配合し、ミキシングロール機を用いて１００℃で３分間混練してシート状組成物を得た。そして、このシート状組成物を粉砕し、目的とする粉末状エポキシ樹脂組成物を得た。
【００７０】
【表３】

【００７１】
【表４】

【００７２】
上記各エポキシ樹脂組成物を用いて、スパイラルフロー値および弾性率を下記の方法に従って測定した。その結果を後記の表５〜表７に示す。
【００７３】
〔スパイラルフロー値〕
ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用し、１７５℃×７０ｋｇ／ｃｍ² の条件で測定した。
【００７４】
〔弾性率〕
ＪＩＳ Ｋ−６９１１に準じた曲げ試験片を、成形温度１７５℃×成形時間１２０秒の成形条件で成形し、ついで１７５℃×５時間のポストキュアを行った。そして、この曲げ試験片を、島津製作所社製のオートグラフを用いて曲げ試験を行い、その傾きから弾性率を求めた。
【００７５】
上記各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半導体素子を封止して目的とする半導体装置を得た。なお、上記トランスファー成形は、ＴＯ−２２０型成形金型を用いて行った。
【００７６】
このようにして得られた、実施例品および比較例品の半導体装置について、ボイド発生を調べた。その結果を下記の表５〜表７に併せて示す。なお、ボイドの発生は、１ショット当たり（ＴＯ−２２０型、半導体パッケージ２０個）直径０．２ｍｍ以上のボイドの個数を数え、発生の程度を調べた。
【００７７】
さらに、上記実施例品の熱伝導率を下記の方法に従って測定した。結果を、下記の表５〜表７に併せて記載した。その結果、実施例品のなかでも、結晶性シリカ粉末とアルミナ粉末を併用した実施例２品は、他の実施例品よりもその値が大きく、また従来の高熱伝導材である結晶性シリカ粉末単独に比べて３０％以上向上しており、このことから熱伝導性に優れていることがわかる。
【００７８】
〔熱伝導率の測定方法〕
各エポキシ樹脂組成物を用い、大きさ：８０×５０×２０ｍｍの硬化成形物を作製した。そして、上記成形物の熱伝導率（λ）を熱伝導率測定装置（京都電子工業社製、ＱＴＭ−Ｄ３）を用いて測定した。
【００７９】
【表５】

【００８０】
【表６】

【００８１】
【表７】

【００８２】
上記表５〜表７より、実施例品は比較例品と比べてボイドの発生がはるかに少なかった。また、ボイドの発生が抑制されたにもかかわらず、スパイラルフロー値は比較例品と略同等程度であり、かつ低弾性率であった。これらのことから、実施例品はボイドの発生が抑制され、しかも流動性においても良好で封止作業性に優れ、かつ低応力性をも兼ね備えたものであることがわかる。これに対して、オルガノポリシロキサンを用いていない比較例１品は、低弾性率を有しているが、ボイドの発生数が多かった。また、ブタジエン系ゴム粒子を用いていない比較例２品は、ボイドの発生数は他の比較例品よりも少なかったが弾性率が高かった。さらに、オルガノポリシロキサンおよびブタジエン系ゴム粒子の双方が配合されていない比較例３品はボイドの発生数が著しく多く、しかも弾性率も高かった。
【００８３】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、エポキシ樹脂（Ａ成分），フェノール樹脂（Ｂ成分），結晶性シリカ粉末（Ｃ成分），ブタジエン系ゴム粒子（Ｄ成分）および前記特定の分子構造を有するオルガノポリシロキサン（Ｅ成分）を含む半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、上記Ｂ成分とＤ成分とＥ成分とからなる予備混合物と、上記Ａ成分およびＣ成分を混合してなる半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。このため、このエポキシ樹脂組成物を用いて得られる半導体装置の封止樹脂内部や表面において、ボイドの発生を抑制することができるようになる。そして、上記エポキシ樹脂組成物は適正な流動性を備えるようになるため、封止作業の作業性に優れ、半導体装置の製造効率が向上するようになる。また、上記ブタジエン系ゴム粒子（Ｄ成分）の配合により低応力化が実現し、信頼性に優れた半導体装置が得られる。
【００８４】
そして、上記結晶性シリカ粉末（Ｃ成分）とともにアルミナ粉末を併用して無機質充填剤とした場合、優れた熱伝導性が得られるとともに低線膨張化が図れる。
【００８５】
さらに、上記結晶性シリカ粉末（Ｃ成分）として、結晶性摩砕シリカ粉末を用いた場合、その形状因子から、優れた耐金型摩耗特性が得られる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation and a method for producing the same, in which the obtained semiconductor device has good thermal conductivity and excellent moldability with very few voids.
[0002]
[Prior art]
Semiconductor elements such as transistors, ICs, and LSIs are usually sealed in ceramic packages or plastic packages to form semiconductor devices. In the ceramic package, since the constituent material itself has heat resistance and excellent moisture resistance, the ceramic package is strong against temperature and humidity and can be sealed with high reliability. However, since the constituent materials are relatively expensive and have the disadvantages of being inferior in mass productivity, recently, resin sealing using the plastic package has become mainstream. Conventionally, an epoxy resin composition is used for this type of plastic packaging material. Since this epoxy resin composition is excellent in electrical insulation, mechanical properties, chemical resistance, etc., it is highly reliable and widely used for resin sealing of semiconductor devices.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, development of an epoxy resin composition with less generation of voids is desired in the manufacture of semiconductor devices. In response to this demand, the present applicant uses an epoxy resin and a novolac-type curing agent together with a silica powder having an average particle size, a particle size distribution, and a blending amount set in specific ranges, and the resulting epoxy resin. An epoxy resin composition for semiconductor encapsulation in which the melt viscosity of the composition is set within a specific range has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 6-216281). However, even with the above epoxy resin composition, the molding process under severe conditions where voids are likely to be generated has not yet been satisfactory.
[0004]
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation having excellent thermal conductivity, excellent void workability and excellent sealing workability, and a method for producing the same. Is the purpose.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned object, the present invention provides an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation containing the following components (A) to (E), wherein the components (B), (D) and (E The first gist is an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation formed by mixing a three-component premix consisting of the component (A) and the component (A) and the component (C).
(A) Epoxy resin.
(B) Phenolic resin.
(C) Crystalline silica powder.
(D) Butadiene rubber particles.
(E) Organopolysiloxane represented by the following general formula (1).
[Chemical 3]

[0006]
Moreover, this invention is a manufacturing method of the epoxy resin composition for semiconductor sealing containing said (A)-(E) component, Comprising: Said (B) component, (D) component, and (E) component are premixed Then, the manufacturing method of the epoxy resin composition for semiconductor sealing which mix | blends the remaining remainder component containing the said (A) component and (C) component with this premix is made into a 2nd summary.
[0007]
In order to achieve the above object, the inventor has conducted a series of studies focusing on the composition of an epoxy resin composition used for sealing a semiconductor device. In the process, as a result of intensive studies to further improve the above-described proposed technology, the organopolysiloxane [(E) component] represented by the general formula (1) is used and butadiene rubber particles [(D) When the epoxy resin composition using the component] is used and as a premix consisting of the organopolysiloxane [component (E)], the butadiene rubber particles [component (D)] and the phenol resin [component (B)] Further, the present inventors have found that a semiconductor device in which generation of voids is suppressed can be obtained even in molding under severe conditions that impart low stress properties and easily generate voids.
[0008]
In the present invention, when alumina powder is used together with the crystalline silica powder [component (C)], excellent thermal conductivity can be obtained and low linear expansion can be achieved.
[0009]
In addition, when crystalline ground silica powder is used as the crystalline silica powder [component (C)], the mold wear resistance is excellent due to its shape factor.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail.
[0011]
The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention comprises an epoxy resin (component A), a phenol resin (component B), crystalline silica powder (component C), butadiene rubber particles (component D), and a specific The organopolysiloxane (component E) is usually obtained in the form of a powder or a tablet obtained by tableting this.
[0012]
The epoxy resin (component A) is preferably one having two or more epoxy groups in one molecule. For example, a cresol novolac type epoxy resin, a phenol novolac type epoxy resin, a bisphenol A type epoxy resin, a biphenyl type Examples include epoxy resins. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, those having an epoxy equivalent of 100 to 300 and a softening point of 50 to 130 ° C. are particularly preferably used. Further, as the epoxy resin (component A) used in the present invention, in addition to the above conditions, from the viewpoint of moisture resistance reliability, those having a smaller content of ionic impurities and hydrolyzable ions are particularly preferably used. Specifically, the epoxy resin has a free sodium ion concentration and a chlorine ion concentration of 5 ppm or less and a hydrolyzable chlorine ion concentration of 600 ppm or less.
[0013]
The phenol resin (component B) used together with the epoxy resin (component A) acts as a curing agent for the epoxy resin, and is not particularly limited, and various phenol resins are used. For example, a phenol novolac resin can be mentioned, and among these, it is preferable to use a phenol novolak resin having a hydroxyl group equivalent of 70 to 150 and a softening point of 50 to 110 ° C.
[0014]
The blending ratio of the epoxy resin (component A) and the phenol resin (component B) is set so that the hydroxyl group in the phenol resin is 0.5 to 2.0 equivalents per equivalent of the epoxy group in the epoxy resin. It is preferable. More preferably, it is the range of 0.8-1.2 equivalent.
[0015]
The crystalline silica powder (component C) used together with the components A and B is used as a so-called filler. Examples of the crystalline silica powder include crystalline crushed silica powder and crystalline ground silica powder. In particular, the crystalline ground silica powder is preferably used from the viewpoint of mold wear resistance. For example, as described in Japanese Patent Publication No. 6-2569, the crystalline ground silica powder grinds particles in the presence of an aqueous medium while applying external pressure to the crushed silica. Can be obtained. In consideration of fluidity and moldability, the crystalline silica powder preferably has an average particle size in the range of 1.5 to 70 μm, particularly preferably in the range of 2 to 50 μm.
[0016]
And in this invention, an inorganic filler component may be comprised only with the said crystalline silica powder (C component), and an alumina powder may be used together with the said crystalline silica powder. As described above, by using the alumina powder together with the crystalline silica powder, the effects of low linear expansion and high thermal conductivity can be obtained. As the above-mentioned alumina powder, for example, spherical alumina powder is preferably used in terms of mold wear resistance and high fluidity. The average particle size of the alumina powder is preferably in the range of 0.2 to 60 μm, particularly preferably in the range of 2 to 50 μm, in consideration of fluidity.
[0017]
The amount of the crystalline silica powder (component C) is preferably set in the range of 50 to 90% by weight, particularly preferably 70 to 85% by weight, based on the entire epoxy resin composition. That is, if the content of the crystalline silica powder (component C) is too small, voids become prominent, and conversely if too much, there is a tendency to cause unfilling. Also, when alumina powder is used in combination with crystalline silica powder, the total amount of the combined use is regarded as the amount of crystalline silica powder, and the same amount as above is set.
[0018]
In addition, when the alumina powder is used together with the crystalline silica powder (component C), the mixing ratio when both the crystalline silica powder and the alumina powder are used is [weight of crystalline silica powder / ( Crystalline silica powder weight + alumina powder weight)] × 100 = 10 to 50 wt% is preferable, and 20 to 40 wt% is particularly preferable. That is, by setting the mixing ratio of the two in the above range, an effect that good thermal conductivity is obtained can be obtained.
[0019]
The butadiene rubber particles (component D) impart a low stress action and thermal shock resistance to the semiconductor package by the blending. And as a butadiene type rubber particle (D component), what is usually obtained by copolymerization reaction, such as alkyl methacrylate, alkyl acrylate, butadiene, styrene, is used. Preferably, a methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer is used, and in particular, a composition ratio of butadiene is 70% by weight or less and a composition ratio of methyl methacrylate is 15% by weight or more. Further, the butadiene rubber particles include methyl acrylate-butadiene-styrene copolymer, methyl acrylate-butadiene-vinyltoluene copolymer, butadiene-styrene copolymer, methyl methacrylate-butadiene-vinyltoluene copolymer. Examples thereof include a polymer, a butadiene-vinyltoluene copolymer, and an acrylonitrile-butadiene copolymer.
[0020]
Furthermore, those having a core-shell structure are preferably used as the butadiene rubber particles. The core-shell structure of the butadiene-based rubber particles has a core core portion formed of particles of butadiene-based rubber, and a shell portion made of a polymer resin (on the outer surface of the core so as to cover the core ( Rubber particles in which an outer layer is formed. Examples of the butadiene rubbers that are the core forming materials include styrene-butadiene copolymer latex, acrylonitrile-butadiene copolymer latex, and the like. Examples of the polymer resin used as the material for forming the outer layer covering the nucleus include a polymer resin having a glass transition temperature of 70 ° C. or higher, and this polymer resin has an unsaturated double bond. Obtained by polymerization of saturated monomers. Examples of the unsaturated monomer include methyl methacrylate, acrylonitrile, and styrene. The butadiene rubber particles having such a core-shell structure can be obtained by, for example, an aqueous medium polymerization method. More specifically, butadiene rubber particles serving as nuclei are prepared by blending and polymerizing butadiene rubber, which is a material for forming the nuclei, and water. Next, an unsaturated monomer as a material for forming the outer layer is added to the aqueous medium, and the unsaturated monomer is graft-copolymerized on the surface of the butadiene rubbers as the core, and the polymer resin is converted into the above-described polymer resin. Butadiene-based rubber particles having a core-shell structure are obtained by laminating on the outer peripheral surface of the core. As the butadiene-based rubber particles having such a core-shell structure, a core (core) portion is made of a styrene-butadiene copolymer, and a shell portion is particularly preferably made of methyl methacrylate or methyl methacrylate and styrene. As described above, the composition ratio is preferably such that the composition ratio of butadiene is 70% by weight or less and the composition ratio of methyl methacrylate is 15% by weight or more.
[0021]
The blending amount of the butadiene rubber particles (component D) is preferably set in the range of 0.1 to 5% by weight, particularly preferably 0.5 to 2% by weight, based on the entire epoxy resin composition. . That is, if the content of butadiene-based rubber particles (component D) is too small, it is difficult to achieve a sufficiently low stress, and conversely, if it is too large, viscosity tends to increase and molding workability tends to decrease. .
[0022]
The organopolysiloxane (E component) having the specific molecular structure is used for efficiently suppressing the generation of voids. Such an organopolysiloxane (component E) is represented by the following general formula (1) and has an organic group containing at least one epoxy group and at least one polyoxyalkylene group in one molecule. It is.
[0023]
[Formula 4]

[0024]
In the above formula (1), R is a monovalent hydrocarbon group, and examples thereof include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a vinyl group, a phenyl group, and a benzyl group. It may be. Moreover, D in the said Formula (1) is a monovalent organic group containing an epoxy group, for example, is represented by the following general formula (3) or general formula (4).
[0025]
[Chemical formula 5]

[0026]
[Chemical 6]

[0027]
In the above general formula (3) and general formula (4), R ₃ and R ₄ are divalent organic residues, such as methylene group, ethylene group, 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 -,
Etc.
[0028]
In the above formula (1), G has an ether bond represented by the following general formula (2).
[0029]
[Chemical 7]

[0030]
In the above formula (2), 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 albamyl group. A is 0 or 1, and b and c are each an integer of 0 to 50, preferably an integer of 10 to 50. However, b and c satisfy the condition of b + c = 1 to 100.
[0031]
A in the formula (1) is selected from R, D, and G, and may be different or the same. Moreover, the repeating unit p is an integer of 1-1000, and m and n are integers of 1-100. P is preferably in the range of 10 to 500, and m and n are preferably in the range of 1 to 50. The repeating unit of p, m, and n may be any of block, random, alternating, etc. (the same applies hereinafter).
[0032]
Specific examples of the organopolysiloxane (E component) include those represented by the following general formula (5) and general formula (6).
[0033]
[Chemical 8]

[0034]
[Chemical 9]

[0035]
Such an organopolysiloxane (component E) is obtained by, for example, adding an allyl glycidyl ether and a polyoxyalkylene allyl ether to an organohydrogenpolysiloxane in the presence of a platinum catalyst in an organic solvent such as water or toluene. Can be manufactured.
[0036]
Moreover, it is preferable to set the mixture ratio of organopolysiloxane (E component) to the range of 0.1 to 5.0 weight% with respect to the whole epoxy resin composition, Most preferably, it is 0.2 to 3. It is in the range of 0% by weight. That is, if the blending ratio of the organopolysiloxane (component E) is too small, the effect of suppressing the generation of voids cannot be obtained sufficiently, and conversely if too large, the fluidity of the epoxy resin composition is lowered and obtained. This is because the moisture resistance reliability of the semiconductor device tends to decrease.
[0037]
As described above, by using an organopolysiloxane (E component) having a specific molecular structure as a constituent component of the epoxy resin composition, generation of voids can be effectively suppressed. This is presumably because the organopolysiloxane (component E) has a surfactant action, and air that causes voids is extracted from the epoxy resin composition during molding of the resin seal.
[0038]
Further, in the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention, in addition to the components A to E, a silane coupling agent, a curing accelerator, a release agent, a flame retardant, and a flame retardant aid, as necessary. Various additives such as a colorant such as carbon black are appropriately blended.
[0039]
Examples of the silane coupling agent include γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, and the like.
[0040]
Examples of the curing accelerator include imidazoles such as 2-methylimidazole, tertiary amines, and organic phosphorus compounds.
[0041]
The above releasing agents include long chain carboxylic acids such as stearic acid and palmitic acid, metal salts of long chain carboxylic acids such as zinc stearate and calcium stearate, waxes such as carnauba wax and montan wax, polyethylene waxes, etc. Is given.
[0042]
Examples of the flame retardant include novolak-type brominated epoxy resins and bisphenol A-type brominated epoxy resins.
[0043]
Examples of the flame retardant aid include antimony trioxide and antimony pentoxide.
[0044]
In addition to the above additives, the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention may further contain an ion trapping agent such as hydrotalcite for the purpose of improving reliability in a moisture resistance reliability test. Good.
[0045]
The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention, for example, was melt-kneaded by heating or the like via a premix as follows, it can be produced. That is, first, the butadiene rubber particles (D component), and a specific organopolysiloxane (E component), advance pre-mixing the phenol resin (B component). Next, the remaining residual components are blended into this preliminary mixture and melt kneaded by heating or the like. Subsequently, after cooling this to room temperature, it can grind | pulverize by a well-known means and can manufacture by a series of processes of tableting as needed.
[0046]
In the manufacturing process via the premixing, 100% by weight of the total amount of all butadiene rubber particles (component D), specific organopolysiloxane (component E), and phenol resin (component B) used. through the process of advance premixed and.
[0047]
As described above, in the manufacturing process of the epoxy resin composition, a butadiene rubber particles and specific organopolysiloxane and phenol resins are premixed and then the via process of blending the residual components, of butadiene rubber particles The tendency that secondary aggregates are easily generated is suppressed, and the butadiene-based rubber particles can be uniformly dispersed.
[0048]
As described above, in the manufacturing process of the epoxy resin composition, a butadiene rubber particles and specific organopolysiloxane and phenol resins are premixed and then the via process of blending the residual component, the organopolysiloxane It is possible to disperse uniformly and effectively exert its surface-active effect.
[0049]
In the manufacturing process via the premixing, after premixing, the premix is mixed with the remaining components. The remaining components are components not used in the premixing step, component C and other additives. of course, including a picture epoxy resins.
[0050]
The method for sealing a semiconductor element using the epoxy resin composition obtained by the above production method is not particularly limited, and can be performed by a known molding method such as ordinary transfer molding. As a result, a highly reliable semiconductor device in which voids are suppressed in the sealing resin or on the surface thereof can be obtained.
[0051]
Next, examples will be described together with comparative examples.
[0052]
First, prior to the preparation of the epoxy resin composition, the following components shown in Table 1 below were prepared.
[0053]
〔Epoxy resin〕
o-Cresol novolac type epoxy resin (epoxy equivalent 195, softening point 70 ° C.)
[0054]
[Phenolic resin]
Phenol novolac resin (hydroxyl equivalent 105, softening point 83 ° C)
[0055]
[Curing accelerator]
Tetraphenylphosphonium ・ tetraphenylborate [0056]
[Inorganic filler]
Inorganic fillers a to c shown in Table 1 below were prepared.
[0057]
[Table 1]

[0058]
〔Silane coupling agent〕
γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilane [0059]
[Butadiene rubber particles]
Methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer resin (average particle size 0.2 μm)
[0060]
[Organopolysiloxane]
Organopolysiloxane a [organopolysiloxane represented by the following formula (5)]
[0061]
[Chemical Formula 10]

[0062]
Organopolysiloxane b [organopolysiloxane represented by the following formula (6)]
[0063]
Embedded image

[0064]
〔Release agent〕
Mixing of carnauba wax / polyethylene wax (mixed weight ratio carnauba wax / polyethylene wax = 80/20)
[0065]
〔Flame retardants〕
Novolac-type brominated epoxy resin (epoxy equivalent 275, softening point 84 ° C)
[0066]
[Flame retardant aid]
Antimony trioxide [0067]
(Molten mixture)
Each component shown in Table 2 below was used in the ratio shown in the same table, and preliminary kneading was performed as follows. That is, among the components shown in Table 2 below, the entire resin component (phenolic resin) was melted with a mixing roll machine (temperature 150 ° C.), and the remaining components were sequentially added thereto and melt mixed for 30 minutes. Next, after cooling this, the molten mixture was obtained by grind | pulverizing.
[0068]
[Table 2]

[0069]
Examples 1-7, Comparative Examples 1-3
The raw materials shown in Tables 3 to 4 below were blended in the proportions shown in the same table, and kneaded at 100 ° C. for 3 minutes using a mixing roll machine to obtain a sheet-like composition. And this sheet-like composition was grind | pulverized and the target powdery epoxy resin composition was obtained.
[0070]
[Table 3]

[0071]
[Table 4]

[0072]
Using each of the above epoxy resin compositions, the spiral flow value and the elastic modulus were measured according to the following methods. The results are shown in Tables 5 to 7 below.
[0073]
[Spiral flow value]
A mold conforming to the EMMI standard was used, and measurement was performed under the conditions of 175 ° C. × 70 kg / cm ² .
[0074]
[Elastic modulus]
A bending test piece according to JIS K-6911 was molded under molding conditions of a molding temperature of 175 ° C. and a molding time of 120 seconds, and then post-cured at 175 ° C. for 5 hours. The bending test piece was subjected to a bending test using an autograph manufactured by Shimadzu Corporation, and the elastic modulus was obtained from the inclination.
[0075]
A semiconductor device was obtained by encapsulating a semiconductor element by transfer molding using each of the epoxy resin compositions. The transfer molding was performed using a TO-220 mold.
[0076]
Void generation was examined for the semiconductor devices of the example product and the comparative example product thus obtained. The results are also shown in Tables 5 to 7 below. The generation of voids was counted by counting the number of voids having a diameter of 0.2 mm or more per shot (TO-220 type, 20 semiconductor packages).
[0077]
Furthermore, the thermal conductivity of the product of the above example was measured according to the following method. The results are listed in Tables 5 to 7 below. As a result, among the Example products, the Example 2 product in which the crystalline silica powder and the alumina powder are used in combination has a larger value than the other Example products, and the crystalline silica powder which is a conventional high thermal conductive material. It is improved by 30% or more as compared with the single substance, which indicates that the thermal conductivity is excellent.
[0078]
[Measurement method of thermal conductivity]
A cured molded product having a size of 80 × 50 × 20 mm was prepared using each epoxy resin composition. And the thermal conductivity ((lambda)) of the said molded object was measured using the thermal conductivity measuring apparatus (The Kyoto Electronics Co., Ltd. make, QTM-D3).
[0079]
[Table 5]

[0080]
[Table 6]

[0081]
[Table 7]

[0082]
From the said Table 5-Table 7, generation | occurrence | production of the void was much less in the Example goods compared with the comparative example goods. Moreover, although the generation of voids was suppressed, the spiral flow value was substantially the same as that of the comparative product and had a low elastic modulus. From these facts, it can be seen that the example products are those in which the generation of voids is suppressed, the fluidity is good, the sealing workability is excellent, and the low stress property is also obtained. On the other hand, the product of Comparative Example 1 that does not use organopolysiloxane has a low elastic modulus, but has a large number of voids. Moreover, although the comparative example 2 product which does not use a butadiene-type rubber particle had fewer void generation | occurrence | production than other comparative example products, its elasticity modulus was high. Furthermore, the comparative example 3 product in which both the organopolysiloxane and the butadiene rubber particles were not blended had a significantly large number of voids and also had a high elastic modulus.
[0083]
【The invention's effect】
As described above, the present invention relates to an epoxy resin (component A), a phenol resin (component B), a crystalline silica powder (component C), a butadiene-based rubber particle (component D), and an organopoly having the specific molecular structure. An epoxy resin composition for semiconductor encapsulation containing siloxane (E component), for semiconductor encapsulation, comprising a pre-mixture comprising the B component, D component and E component, and the A component and C component mixed together It is an epoxy resin composition . For this reason, generation | occurrence | production of a void can be suppressed now in the sealing resin inside and surface of the semiconductor device obtained using this epoxy resin composition. And since the said epoxy resin composition comes to have appropriate fluidity | liquidity, it is excellent in the workability | operativity of a sealing operation | work and the manufacture efficiency of a semiconductor device comes to improve. Further, the compounding of the butadiene-based rubber particles (D component) realizes low stress, and a semiconductor device having excellent reliability can be obtained.
[0084]
And when an alumina powder is used together with the crystalline silica powder (component C) as an inorganic filler, excellent thermal conductivity can be obtained and low linear expansion can be achieved.
[0085]
Furthermore, when crystalline ground silica powder is used as the crystalline silica powder (component C), excellent mold wear resistance can be obtained from its shape factor.

Claims (4)

An epoxy resin composition for semiconductor encapsulation containing the following components (A) to (E), a three-component premix consisting of the component (B), the component (D) and the component (E), The epoxy resin composition for semiconductor sealing formed by mixing said (A) component and (C) component.
(A) Epoxy resin.
(B) Phenolic resin.
(C) Crystalline silica powder.
(D) Butadiene rubber particles.
(E) Organopolysiloxane represented by the following general formula (1).

  The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to claim 1, wherein alumina powder is used in combination with the crystalline silica powder as the component (C).   The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to claim 1 or 2, wherein the crystalline silica powder is a crystalline ground silica powder. It is a manufacturing method of the epoxy resin composition for semiconductor sealing containing the following (A)-(E) component, Comprising: After pre-mixing the said (B) component, (D) component, and (E) component, this reserve The manufacturing method of the epoxy resin composition for semiconductor sealing characterized by mix | blending the remaining remainder component containing the said (A) component and (C) component with a mixture.
(A) Epoxy resin.
(B) Phenolic resin.
(C) Crystalline silica powder.
(D) Butadiene rubber particles.
(E) Organopolysiloxane represented by the following general formula (1).