JP4742467B2

JP4742467B2 - エポキシ樹脂組成物および半導体装置

Info

Publication number: JP4742467B2
Application number: JP2001255246A
Authority: JP
Inventors: 良隆奥川; 信孝高須
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2021-08-24
Also published as: JP2003064240A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エポキシ樹脂組成物および半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の高機能化、並びに、軽薄短小化の要求に伴い、電子部品の高密度集積化、さらには、高密度実装化が進んできており、これらの電子機器に使用される半導体パッケージは、従来にも増して、益々、小型化が進んでいる。特に、携帯電話などの通信機器では高周波化が進んでおり、使用される高周波用デバイスにも、高周波における電気特性を維持しながら、小型化、薄型化することが求められている。
【０００３】
このような高周波用デバイスの小型化には、複数の機能素子をひとつの基板上に形成するマルチチップモジュール技術や、高誘電率基板技術が用いられている。この時に使用される高誘電率基板の材料としては、高周波領域で高い誘電率を有し、優れた電気特性をもつセラミック基板が用いられている。
【０００４】
セラミック基板材料は、通常１０００℃以上の高温で焼成することによって、その高誘電率の性能が発揮される。しかしながら、半導体素子の中でも、特に高周波で使用されるガリウム砒素系の半導体は、耐熱性が低い為、未焼成のセラミック基板に半導体素子を搭載してから、基板を焼成することが出来ない。このため、予め、高温で焼成を行ったセラミック基板を作製し、これに半導体チップを搭載することが行われている。
【０００５】
ところがセラミックを用いて薄型化しようとすると、セラミックは可撓性が無く、曲げや局所的な力がかかると、容易に割れてしまう為、加工工程や組み立て工程中で取り扱う為には、ある程度の厚みを必要とするので、薄型化に限界があった。
【０００６】
高誘電率を維持しながら、セラミックの上記の欠点を改良する方法として、特開平８−２３１２７４号には、特定の誘電体セラミック粉末と有機高分子樹脂を混合した樹脂―セラミック複合材が開示されている。しかしながら、ここで開示された方法により得られる樹脂―セラミック複合体は、加熱プレスや射出成型法、シートロール法などによって、シート状に成型することは出来るが、トランスファー成型によって、半導体を封入封止する為には、樹脂の流動性が悪く、薄い隙間をうまく充填させることが出来ない。また、熱硬化性の有機高分子樹脂をセラミック粉末と混合することが開示されているが、熱硬化性の有機高分子樹脂だけでは、硬化させるのに長時間を必要とし、生産効率が悪い。
【０００７】
また、特開平９−６９７０２号には、高誘電率セラミックを含有する樹脂接着剤を使用した誘電体フィルタが開示されている。エポキシ樹脂接着剤に高誘電率セラミックの粉末を混合する方法が開示されているが、液状接着剤であり、半導体を封入封止するためには流動性や硬化速度が十分ではない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高周波用デバイスの薄型化における、上記のような問題点に鑑み、低温で容易に成形できる高誘電率のエポキシ樹脂組成物、および、高周波電気特性の優れた半導体装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、特定のセラミック粉末を含むエポキシ樹脂組成物が、高周波電気特性に優れることを見いだし、更に、検討を進めて、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、（（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）セラミック粉末、及び（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物において、（Ｃ）セラミック粉末が５０から３００００の誘電率を有し、全エポキシ樹脂組成物中に３０から９０ｖｏｌ％で含まれることを特徴とするエポキシ樹脂組成物、およびこれを用いて、その硬化物で半導体素子を封止してなることを特徴とする半導体装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明で用いるエポキシ樹脂は、特に制限されるものではなく、例えば、クレゾ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、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ブロム含有型エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても良いが、分子量が小さく、溶融時の粘度が低いものが好ましい。
【００１１】
本発明で用いる硬化剤は、エポキシ樹脂と反応して硬化させるものであれば、特に制限されるものではなく、例えば、フェノ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、ビフェニルアラルキル樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等のフェノール樹脂、酸無水物、イミダゾール類等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても良い。
これらの内、フェノール樹脂は、分子量、軟化点、水酸基当量等に制限なく使用することができるが、軟化点９０℃以下の比較的低粘度のものが好ましい。
【００１２】
本発明において、硬化剤の配合量としては、全エポキシ樹脂のエポキシ基と全フェノール樹脂のフェノール性水酸基との当量比が、好ましくは０．５〜２．０、特に好ましくは０．７〜１．５である。前記範囲を外れると、硬化性、耐湿信頼性等が低下する恐れがある。
【００１３】
本発明で用いる硬化促進剤としては、エポキシ樹脂と硬化剤との硬化反応を促進するものであれば良く、例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のアミン系化合物、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスフォニウム・テトラフェニルボレート塩等の有機リン系化合物、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの硬化促進剤は、単独でも併用しても差し支えない。
【００１４】
本発明において、硬化促進剤の配合量としては、全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂との合計量１００重量部当たり、０．４〜２０重量部が好ましい。０．４重量部未満だと、十分な硬化性が得られないおそれがあり、一方、２０重量部を越えると、硬化が速すぎて流動性の低下による充填不良等を生じるおそれがある。
【００１５】
本発明で用いるセラミック粉末としては、誘電率が、３０から３００００の範囲を有するものであり、得られる樹脂組成物の誘電率特性により選ばれる。具体的な種類としては、酸化チタンやチタン酸バリウム系セラミック、チタン酸ストロンチウム系セラミック、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミックなどが挙げられ、チタン酸バリウムやチタン酸ジルコン亜鉛（ＢＺＴ）が好ましい。特に、チタン酸バリウム系セラミックは、高い誘電率をもつので好ましい。また、これらのセラミックは、あらかじめ１０００度以上の高温度で焼成して高誘電率セラミックとしたものを粉砕することで、安定した高誘電率の粉末が得られるので好ましい。
【００１６】
セラミック粉末の粒径は、０．５μｍから３０μｍが好ましい。前記上限値を越えると、薄型の半導体装置の封止時に金型の間隙にセラミック粉末が詰るなど充填性に影響を及ぼす恐れがある。前記下限値を下回ると、樹脂との混練時に粘度が高くなりすぎ、樹脂組成物の流動性調整が困難になったり、また、得られた樹脂組成物の溶融粘度も高くなると、成形時金型内での流動性に影響を及ぼす恐れがある。
【００１７】
セラミック粉末の形態は、球状に近い方が流動性や混練性がよく、好ましい。セラミックの場合、その結晶形態から、必ずしも球形にはならないものもあるが、磨砕などによって、角がとれたものであることが好ましい。粒径は、一様であるよりも、大きさの異なるものが混合されたものの方が、高充填とすることができ、より高い誘電率の樹脂組成物を得るのに好ましい。
また、上記の粒径範囲で、３μｍ以下の粒径のセラミック粉末を、積極的に添加することによって、より均一な誘電率を得ることが出来る。
【００１８】
本発明において、セラミック粉末の含有量としては、全エポキシ樹脂組成物中に出来るだけ多く含有させる方が、高誘電率の樹脂組成物が得られ、３０ｖｏｌ％以上９０ｖｏｌ％が必要である。前記下限値を下回ると、樹脂組成物の誘電率が十分に高くならず、前記上限値を上回ると、樹脂組成物の硬化物が脆くなったり、成形性に影響を及ぼす。
【００１９】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分の他、必要に応じて、臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチモン、リン化合物、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、硼酸化合物等の難燃剤類、酸化ビスマス水和物等の無機イオン交換体、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力化成分、天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸及びその金属塩類もしくはパラフィン等の離型剤、酸化防止剤等の各種添加剤を配合することができる。
【００２０】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分、及び、必要に応じて、その他の添加剤等をミキサー等を用いて常温混合し、ロール、ニーダー、押出機等の混練機で溶融混練し、冷却後粉砕する一般的な方法で得られる。
【００２１】
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子等の電子部品を封止し、半導体装置を製造するには、トランスファーモールド、コンプレッションモールド、インジェクションモールド等の成形方法で、成形硬化すればよい。この時の硬化温度は、１４０℃から１８０℃程度の低温度でよく、セラミックの焼成温度のように、１０００℃以上の高温度を必要とせずに、半導体装置を得ることができる。
【００２２】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００２３】

を、ミキサーを用いて混合した後、表面温度が９０度と４５度の２本ロールを用いて混練し、冷却後粉砕してエポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物の流動性と誘電率を評価した。尚、上記のセラミック粉末充填量（ｖｏｌ％）は、各原料の比重と配合割合から体積を計算して求めた。
【００２４】
[比較例]
実施例で用いたセラミック粉末に変えて、溶融球状シリカ粉末７７重量部を用いて実施例と同様にして、エポキシ樹脂組成物を得て、評価を行った。
【００２５】
[流動性／スパイラルフローの評価]
上記で得たエポキシ樹脂組成物を、ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型を用いて、金型温度１７５度、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒で測定した。
【００２６】
[誘電率測定]
上記で得たエポキシ樹脂組成物を、トランスファー成型機を用いて、金型温度１７５度、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１８０秒で直径５０ｍｍφ、厚さ３ｍｍのディスク状に成型し、１７５度、２時間で後硬化し、インピーダンスアナライザー（アジレント・テクノロジー（株）製RF Inpedance/Material anayzer HP4291B）によって１ＭＨｚから１ＧＨｚまでの誘電率を測定した。
それぞれの結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、流動性に優れ、短時間で硬化でき、高周波領域での誘電率が高いエポキシ樹脂組成物、およびこれを用いた高周波電気特性に優れた半導体装置が得られる。

Claims

（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）セラミック粉末、及び（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物において、（Ｂ）硬化剤がフェノール樹脂を含み、（Ｃ）セラミック粉末が、５０から３００００の誘電率を有し、全エポキシ樹脂組成物中に３０から９０ｖｏｌ％で含まれるエポキシ樹脂組成物をトランスファーモールド、コンプレッションモールド、又はインジェクションモールドの成形方法で成形硬化した硬化物により半導体素子を封止してなることを特徴とする半導体装置。
セラミック粉末が、０．５から３０μｍの平均粒径を有する請求項１記載の半導体装置。
セラミック粉末が、チタン酸バリウムからなる請求項１または請求項２記載の半導体装置。