JP4779269B2

JP4779269B2 - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JP4779269B2
Application number: JP2001281094A
Authority: JP
Inventors: 伸一前佛
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2021-09-17
Also published as: JP2003082197A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子は、主に熱硬化性樹脂組成物であるエポキシ樹脂組成物で封止され半導体装置とされている。近年の電子機器の小型化、軽量化、高性能化の市場動向において、半導体素子の高集積化が年々進み、又半導体装置の表面実装化が促進されるなかで、半導体装置への要求は益々厳しいものとなってきている。
近年、集積回路の高集積化に伴い半導体装置はＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＢＧＡ等の表面実装型に変わってきている。特に小型薄肉化と同時に生産性の向上を図るためには、多数個の半導体装置を一括成形し、成形後に個片に切り分けて各半導体装置とするＭＡＰ成形も検討されている。
ＭＡＰ成形品の技術には、薄く大型の成形品を成形するためにエポキシ樹脂組成物の低粘度化や、個片化する場合の切断に耐え得る強度、更には切断する際に用いる刃の摩耗が少ないこと等が要求される。
表面実装型の半導体装置に使用されるエポキシ樹脂組成物は、実装時の熱応力に耐え得る様にするため、低粘度性の樹脂成分を配合し無機充填材を高充填化し吸湿率を低下させたり、従来のオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂に比べて、より強靱性が得られるビフェニル型エポキシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂やジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂等を用いる様になってきているが、切削抵抗が高いため刃が摩耗しやすく、個片化する際に刃にエポキシ樹脂組成物の硬化物の破片が噛みこみ、刃が破損するという問題もあり、個片化のし易さや、刃の摩耗防止においては十分に満足できるものではない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、金属フレームを有する半導体装置の多数個を一括封止した後に、成形品を切断して個片化することが容易で、切断用の刃の摩耗が少ないことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び半導体装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
［１］半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて金属フレームを有する半導体素子を封止して硬化した後に、成形品を切断して個片化する半導体装置の製造方法であって、半導体封止用エポキシ樹脂組成物が（Ａ）結晶性エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）結晶水を２０重量％以上含有する金属水酸化物及び／又は結晶水を２０重量％以上含有する金属水酸化物固溶体、（Ｅ）（Ｄ）成分以外の無機充填材を必須成分とし、（Ｄ）結晶水を２０重量％以上含有する金属水酸化物及び／又は結晶水を２０重量％以上有する金属水酸化物固溶体が、全エポキシ樹脂組成物中に０．５重量％以上５重量％以下であり、（Ｅ）（Ｄ）成分以外の無機充填材の含有量が、全エポキシ樹脂組成物中に７５〜９１重量％であることを特徴とする半導体装置の製造方法、
［２］（Ｅ）（Ｄ）成分以外の無機充填材が、予めシランカップリング剤で処理されたものである第［１］項記載の半導体装置の製造方法、
である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる結晶性エポキシ樹脂は、エポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を指し、例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、高純度ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。又、これらは１種類を単独で使用しても、２種類以上を併用してもよい。
特にエポキシ樹脂組成物の低粘度化が図れるビフェニル型エポキシ樹脂や、高純度ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が好ましい。結晶性エポキシ樹脂の融点としては、成形時に十分な低粘度を得るためには極力低いことが望ましく、１２０℃以下、特に８０℃以下であることが好ましい。
結晶性のエポキシ樹脂はエポキシ樹脂組成物の溶融時の低粘度化が図れ、薄型でかつＭＡＰ成形の充填性付与に寄与する。又、低粘度のエポキシ樹脂組成物を用いることで、金属フレームとの濡れ性が向上するため、個片化の際に金属フレームとエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面で剥離して破片が刃に噛み込んで刃を破損するという問題を防止でき、個片化を容易にすることができる。
又これら結晶性エポキシ樹脂の特性を損なわない範囲で、他のエポキシ樹脂を併用することも可能である。併用可能な他のエポキシ樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂（フェニレン骨格、ビフェニル骨格等を有する）、オルソ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、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは１種類を単独で使用しても、２種類以上を併用してもよい。特にジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂やフェノールアラルキル型エポキシ樹脂（フェニレン骨格、ビフェニル骨格等を有する）が好ましい。
結晶性エポキシ樹脂の添加量としては、成形時に十分な低粘度を得るために全エポキシ樹脂組成物中に２重量％以上が好ましく、特に３％重量以上が好ましい。
【０００６】
本発明に用いられるフェノール樹脂としては、分子内にフェノール性水酸基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を指し、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、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、トリフェノールメタン型樹脂、フェノールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ビフェニル骨格等を有する）、ナフトールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ビフェニル骨格等を有する）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。又、これらは１種類を単独で使用しても、２種類以上を併用してもよい。
特にエポキシ樹脂組成物の低粘度化が図れるフェノールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ビフェニル骨格等を有する）が好ましい。
【０００７】
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としては、特に限定しないが、好ましくは０．７〜１．４、特に好ましくは０．８〜１．２である。０．７〜１．４の範囲を外れると、硬化性、耐湿信頼性等が低下する可能性がある。
【０００８】
本発明に用いられる硬化促進剤としては、前記エポキシ樹脂とフェノール樹脂との架橋反応を促進するものであればよく、例えば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等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。又、これらは１種類を単独で使用しても２種類以上を併用してもよい。
【０００９】
本発明に用いられる（Ｄ）成分は、結晶水を２０重量％以上含有する金属水酸化物及び／又は結晶水を２０重量％以上含有する金属水酸化物固溶体である。
金属水酸化物としては特に限定しないが、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等が挙げられる。又、一部分をベーマイト化、微細化、あるいはナトリウムイオンの低減化等をして、結晶水の放出開始温度を上げた高耐熱タイプの水酸化アルミニウムを用いることもできる。これらは１種類を単独で使用しても、２種類以上を併用してもよい。
又、金属水酸化物の結晶中の一部の元素を、鉄、ニッケル、チタン、亜鉛等の別の元素と置換し、固溶体を形成した金属水酸化物固溶体を用いることもできる。これらは１種類を単独で使用しても、２種類以上を併用してもよい。
本発明の（Ｄ）成分は、半導体装置を個片化する際に結晶水を放出し、刃との摩擦による発熱を抑えることで、切削抵抗を低減し、ひいては刃の摩耗を抑える効果を発揮する。
金属水酸化物中の結晶水の含有率、金属水酸化物固溶体中の結晶水の含有率としては、いずれも２０重量％以上であることが必須である。２０重量％未満のものを用いると結晶水の放出による発熱の抑制や、切削抵抗の低減の効果が十分に発揮されないので好ましくない。
又、全（Ｄ）成分の添加量としては、全エポキシ樹脂組成物中に０．５重量％以上であることが必須である。特に１〜５重量％が好ましい。０．５重量％未満だと、結晶水の放出による発熱の抑制や切削抵抗の低減の効果が期待できないので好ましくない。
【００１０】
本発明に用いられる無機充填材の種類については特に制限はなく、一般に封止材料に用いられているものを使用することができる。例えば、溶融破砕シリカ、溶融球状シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ、アルミナ、チタンホワイト、ガラス繊維等が挙げられ、これらは１種類を単独で使用しても２種類以上を併用してもよい。特に溶融球状シリカが好ましい。粒子の形状は限りなく真球状であることが好ましく、又、粒子の大きさの異なるものを混合することにより充填量を多くすることができる。球状シリカを用いることで切削抵抗も低減するという利点もある。
無機充填材の含有量としては、全エポキシ樹脂組成物中に６５〜９４重量％が好ましく、特に７５〜９１重量％が好ましい。６５重量％未満だと、無機充填材による補強効果が十分に発現せず、且つ吸湿要因である樹脂成分の配合量が多くなるので、エポキシ樹脂組成物の硬化物の吸湿量が増大してしまい、半田処理時に半導体装置にクラックが発生し易くなる可能性がある。９４重量％を越えると、エポキシ樹脂組成物の流動性が極端に低下し、成形時に充填不良やチップシフト、パッドシフト、ワイヤースイープが発生し易くなる可能性がある。
又、本発明に用いる無機充填材は、予め十分に混合しておくことが好ましい。
特に無機充填材をシランカップリング剤で予め処理して用いると、成形品の強度が向上し、ＭＡＰ成形後の個片化の際にリードフレームと成形品界面との剥離や、成形品の割れ・欠けが生じにくくなるという特徴がある。シランカップリング剤としては、特に限定しないが、例えば、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といったエポキシ系カップリング剤、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、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−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシランといったアミノ系シランカップリング剤、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランといったメルカプト系シランカップリング剤等が挙げられ、これらは１種類を単独で使用しても、２種類以上を併用してもよい。処理の方法としては、特に限定しないが、例えば、シランカップリング剤を溶剤に薄めて無機充填材に噴霧、混合した後に溶媒を除去する方法や、直接無機充填材に添加し混合機を用いて処理する方法等が挙げられる。
【００１１】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）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、リン化合物等の難燃剤、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剤、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。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）をミキサーを用いて混合後、熱ロール、加熱ニーダー、押出機等の混練機で溶融混練し、冷却後粉砕して得られる。
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硬化成形すればよい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、特に薄型のＭＡＰ成形を行う半導体装置の封止用に好適である。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明を実施例で具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。配合割合は重量部とする。
実施例、比較例で用いた表面処理シリカとは、溶融球状シリカ（平均粒径１５μｍ、比表面積２．４ｍ²／ｇ）９９．８重量部をミキサーで攪拌しながら、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン０．２重量部を噴霧し、そのまま攪拌を１５分間継続した後、室温で８時間放置し、１５０メッシュを通過させたものである。
【００１３】
実施例１
結晶性エポキシ樹脂１（ジャパンエポキシレジン（株）・製ＹＬ６８１０、融点４５℃、エポキシ当量１７１）４．００重量部
式（１）に示すエポキシ樹脂（軟化点５８℃、エポキシ当量２７２）４．００重量部
【化１】

（式中、ｎは平均値で、正数である。）
【００１４】
式（２）に示すフェノール樹脂（軟化点７２℃、水酸基当量２００）７．６５重量部
【化２】

（式中、ｎは平均値で、正数である。）
水酸化アルミニウム１（平均粒径１０μｍ、結晶水含有率３４重量％）４．００重量部
１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵという）０．２５重量部
球状溶融シリカ（平均粒径２６μｍ、比表面積１．４ｍ²／ｇ）３９．５０重量部
表面処理シリカ４０．００重量部
カルナバワックス０．３０重量部
カーボンブラック０．３０重量部
をミキサーを用いて混合した後、表面温度が９５℃と２５℃の２軸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を以下の方法で評価した。結果を表１に示す。
【００１５】
評価方法
スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用金型を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒で測定した。
切削抵抗及び工具摩耗性：金型温度１７５℃、注入圧力８．３ＭＰａ、硬化時間１８０秒で成形した３ｍｍ厚の試験片を成形後、ポストキュアとして１７５℃で８時間処理し、特公平７−１７８１４号公報で使用されたドリル摩耗試験装置を用いて行った。この試験装置はドリル径３ｍｍ、刃の切れが同等のドリルを使用し、ドリル回転数８５０ｒｐｍ、荷重２ｋｇ重（１９．６Ｎ）に設定されたものである。試験片はそれぞれ３０回ずつ穿孔して評価したが、刃の切れ具合の差による誤差を回避するため、試験片を３０回穿孔する前後に、Ａｌ板（厚さ３ｍｍ）を１回ずつ穿孔した。次の値を求め、切削抵抗並びに工具摩耗性を評価した。
切削抵抗：ｔ₁／ｔＡｌ
工具摩耗性：ｔＡｌ³⁰／ｔＡｌ
ｔ₁：試験片１回目穿孔時の穿孔所要時間
ｔＡｌ：試験片穿孔前のＡｌ板穿孔所要時間
ｔＡｌ³⁰：試験片を３０回穿孔後のＡｌ板穿孔所要時間
なお、切削抵抗及び工具摩耗性は共に値が小さいもの程良好である。
【００１６】
実施例２〜６、比較例１〜６
表１、表２の配合に従い、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得て、実施例１と同様にして評価した。結果を表１、表２に示す。
結晶性エポキシ樹脂２はジャパンエポキシレジン（株）・製ＹＸ−４０００、融点１０５℃、エポキシ当量１９５である。
フェノールアラルキル樹脂は三井化学（株）・製ＸＬ−２２５、軟化点７９℃、水酸基当量１７４である。
水酸化アルミニウム２は、高耐熱タイプで平均粒径１μｍ、結晶水含有率３４重量％である。
水酸化マグネシウムは平均粒径２μｍ、結晶水含有率３１重量％である。
金属水酸化物固溶体はＭｇ_0.8Ｚｎ_0.2（ＯＨ）₂で示される組成のもので、平均粒径１μｍ、結晶水含有率２７重量％である。
未焼成クレーは平均粒径２μｍ、結晶水含有率１３重量％である。
硼酸亜鉛は２ＺｎＯ・３Ｂ₂Ｏ₃・３．５Ｈ₂Ｏで示される組成のもので、平均粒径５μｍ、結晶水含有率１４重量％である。
なお、結晶水含有率は、ＴＧ／ＤＴＡ分析装置を用いて２５℃〜７００℃まで５℃／分で昇温した時の重量減少値で表した。
【００１７】
【表１】

【００１８】
【表２】

【００１９】
【発明の効果】
本発明に従うと、金属フレームを有する多数個の半導体装置を一括封止した後に成形品を切断して個片化する際の切削抵抗が低く、個片化が容易で、切断用の刃の摩耗も少なく、生産性に優れ、産業上有用な半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び半導体装置が得られる。

Claims

半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて金属フレームを有する半導体素子を封止して硬化した後に、成形品を切断して個片化する半導体装置の製造方法であって、半導体封止用エポキシ樹脂組成物が（Ａ）結晶性エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）結晶水を２０重量％以上含有する金属水酸化物及び／又は結晶水を２０重量％以上含有する金属水酸化物固溶体、（Ｅ）（Ｄ）成分以外の無機充填材を必須成分とし、（Ｄ）結晶水を２０重量％以上含有する金属水酸化物及び／又は結晶水を２０重量％以上有する金属水酸化物固溶体が、全エポキシ樹脂組成物中に０．５重量％以上５重量％以下であり、（Ｅ）（Ｄ）成分以外の無機充填材の含有量が、全エポキシ樹脂組成物中に７５〜９１重量％であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
（Ｅ）（Ｄ）成分以外の無機充填材が、予めシランカップリング剤で処理されたものである請求項１記載の半導体装置の製造方法。