JP4910241B2

JP4910241B2 - Epoxy resin composition for semiconductor encapsulation and semiconductor device using the same

Info

Publication number: JP4910241B2
Application number: JP2001097641A
Authority: JP
Inventors: 修一新谷; 宙夫清水; 喜亨辻
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: JP2002294036A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形性および信頼性、特に高温リフロー信頼性に優れ、特に半導体封止用として好適な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優れており、さらに配合処方により種々の特性が付加できるため、塗料、接着剤、電気絶縁材料など工業材料として利用されている。
【０００３】
例えば、半導体素子などの電子回路部品の封止方法として、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、エポキシ樹脂などによる樹脂封止が提案されているが、その中でも、生産性、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最も盛んに行われている。エポキシ樹脂による封止方法は、エポキシ樹脂に硬化剤、充填剤などを添加した組成物を用い、半導体素子を金型にセットしてトランスファー成形法などにより封止する方法が一般的に行われている。
【０００４】
半導体封止用エポキシ樹脂組成物に要求される特性としては、信頼性および成形性などがあり、信頼性としては半田耐熱性、耐湿性などが、成形性としては充填性、流動性、生産性（硬化性や連続成形性）、などがあげられる。
【０００５】
近年は、半導体装置の高密度実装化の流れにともない従来のリードピンを基板の穴に挿入する挿入実装方式から、基板表面に半導体装置を半田付けする表面実装方式が主流になっている。
【０００６】
表面実装においては、通常半田リフローによる実装が行われる。この方法では、基板の上に半導体装置を乗せ、これらを２００℃以上の高温にさらし、基板にあらかじめつけられた半田を溶融させて半導体装置を基板表面に接着させる。このような実装方法では半導体装置全体が高温にさらされるため、封止樹脂組成物の耐湿性が悪いと吸湿した水分が半田リフロー時に爆発的に膨張しクラックが生じたり、半導体装置中の部材と封止樹脂組成物との界面で剥離が生じるという現象が起こる。従って半導体用封止樹脂組成物において耐湿性や部材との密着性が非常に重要となる。
【０００７】
更に最近では、地球環境保護を目的に鉛を含んでいない鉛フリー半田の使用が進んでいる。鉛フリー半田は従来の鉛使用半田より融点が高く、そのためリフロー温度も上がることになり、封止用樹脂組成物にはこれまで以上の耐熱性、耐湿性が求められている。
【０００８】
一方、半導体装置自体も高密度実装化の流れから、従来のＤＩＰ（デュアル・インライン・パッケージ）からＦＰＰ（フラット・プラスチック・パッケージ）に移行してきており、中でも最近では厚さ２ｍｍ以下のＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＬＱＦＰが主流となっている。そのため湿気や温度など外部からの影響をいっそう受けやすくなり、高温リフロー信頼性、耐熱性、耐湿性などの信頼性がますます重要となっている。
【０００９】
さらに、上記のように半導体装置のさらなる薄型化にともなって、封止樹脂組成物にはよりよい充填性、流動性が求められるようになってきた。
【００１０】
このような課題を克服するため、１５０℃におけるＩＣＩ粘度が１．０ポイズ以下のエポキシ樹脂、例えばビフェニル型エポキシ樹脂や２，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−１，４−ジヒドロキシベンゼンのエポキシ化物を用いる方法（特開平１１−３５７９８号公報）が提案されている。しかし、１５０℃におけるＩＣＩ粘度が１．０ポイズ以下のエポキシ樹脂を用いるだけでは、封止樹脂組成物にした時の粘度が高くなり、半導体装置を成形する際に充填不良（未充填）や半導体素子が装置内で傾く流動不良（ステージシフト）の問題が起きてしまったり、エポキシ樹脂の粘度が高いために充填剤の増量が制限されてしまい、耐湿性、耐熱性、リフロー信頼性の点で十分な樹脂組成物が得られない。また、ビフェニル型エポキシ樹脂もそれを用いると樹脂組成物が低粘度化し、充填剤の増量が可能になるのでリフロー信頼性が向上するが、高温リフロー信頼性を満足するといった厳しい要求は達成できていない。また、２，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−１，４−ジヒドロキシベンゼンのエポキシ化物も樹脂組成物の低粘度化には有効であるが、これのみを使用した場合は吸水率が向上してしまい、リフロー信頼性を低下させる欠点があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、成形性（充填性、流動性）と信頼性、特に高温リフロー信頼性全てを同時に満足するようなエポキシ樹脂組成物と半導体装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者らは、鋭意検討した結果、複数の特定のエポキシ樹脂を使用し、更に封止樹脂組成物中の充填剤含有量を上げることにより、上記課題を達成することができ、目的に合致したエポキシ樹脂組成物と半導体装置が得られることを見いだし、本発明に到達した。
【００１３】
すなわち本発明は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）および無機充填剤（Ｃ）を含む半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂（Ａ）が下記一般式（Ｉ）
【００１４】
【化６】

で表されるエポキシ樹脂（ａ１）を必須成分として含み、さらに下記一般式（ＩＩ）
【００１５】
【化７】

で表されるエポキシ樹脂（ａ２）または下記一般式（III）
【００１６】
【化８】

で表されるエポキシ樹脂（ａ３）のいずれか少なくとも一種を含有し、硬化剤（Ｂ）が、上記一般式（ＩＶ）で表される硬化剤（ｂ１）または上記一般式（Ｖ）で表される硬化剤（ｂ２）のいずれか少なくとも一つを含有する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それを用いた半導体装置である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を詳述する。
【００１８】
本発明は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）および無機充填剤（Ｃ）を含有する。
【００１９】
本発明においてエポキシ樹脂（Ａ）は下記一般式（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂（ａ１）を必須成分とし、さらに下記一般式（II）で表されるエポキシ樹脂（ａ２）或いは下記一般式（III）で表されるエポキシ樹脂（ａ３）のいずれか少なくとも一種を含む。エポキシ樹脂（ａ１）を含有することにより、樹脂組成物の粘度が低減し、充填不良（未充填）や流動不良（ステージ変位）が激減し、成形性が大幅に向上する。そしてエポキシ樹脂（ａ２）或いはエポキシ樹脂（ａ３）のいずれか少なくとも一種を用いることにより樹脂組成物の低粘度化はもちろんのこと吸水率が低減しリフロー信頼性が向上するのである。
【００２０】
【化９】

【００２１】
【化１０】

【００２２】
【化１１】

【００２３】
エポキシ樹脂（ａ１）の具体例としては２，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−１，４−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ベンゼンや１，４−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ベンゼンなどがある。中でも取り扱い作業性の点から２，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−１，４−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ベンゼンが好ましく用いられる。
【００２４】
エポキシ樹脂（ａ２）の具体例としては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などが挙げられるが、中でも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やこれら二つの混合物が好ましく用いられる。
【００２５】
エポキシ樹脂（ａ３）の具体例としては、４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシフェニル）メタン、２，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシフェニル）メタン、２，２’−ビス（２，３−エポキシプロポキシフェニル）メタン、３，３’，５，５’−テトラメチル−４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシフェニル）メタンなどが挙げられる。
【００２６】
本発明において、エポキシ樹脂（ａ１）とエポキシ樹脂（ａ２）および（ａ３）の併用比率は、重量比で（ａ１）：（ａ２）＋（ａ３）＝１０：１〜１：１０の間が好ましい。
【００２７】
また本発明のエポキシ樹脂（Ａ）は上記のエポキシ（ａ１）、（ａ２）、（ａ３）以外の公知のエポキシ樹脂を併用しても良く、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、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、１，５−ジ（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタレン、１，６−ジ（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタレン、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂などのナフタレン型エポキシ樹脂、３−ｔ−ブチル−２，４’−ジヒドロキシ−３’，５’，６−トリメチルスチルベンのジグリシジルエーテル、３−ｔ−ブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，５，５’−トリメチルスチルベンのジグリシジルエーテル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルスチルベンのジグリシジルエーテル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジ−ｔ−ブチル−６，６’−ジメチルスチルベンのジグリシジルエーテルなどのスチルベン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、１，４−ビス（３−メチル−４ヒドロキシクミル）ベンゼンのジグリシジルエーテル、４，４’−ジヒドロキシジフェニルエーテルのジグリシジルエーテル、２，２−ジメチル−５，５’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４，４’−ジヒドロキシジフェニルスフィドなどのビスフェノール型エポキシ樹脂、鎖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あげられる。
【００２８】
本発明において、エポキシ樹脂（ａ１）、エポキシ樹脂（ａ２）および（ａ３）の合計のエポキシ樹脂（Ａ）中の配合率は２５重量％以上が好ましく、さらには成形性、信頼性の点から５０重量％以上が好ましい。
【００２９】
本発明においてエポキシ樹脂（Ａ）の配合量は、全樹脂組成物に対して通常１．０〜１０．０重量％である。
【００３０】
本発明にはエポキシ樹脂（Ａ）を硬化させるために硬化剤（Ｂ）を用いる。
下記一般式（IV）で表される硬化剤（ｂ１）や下記一般式（Ｖ）で表される硬化剤（ｂ２）が成形性、信頼性の点で好ましく用いられるが、これら以外のものを用いても良い。それらの具体例としては、例えばフェノールノボラック、クレゾールノボラックなどのノボラック樹脂、ビスフェノールＡなどのビスフェノール化合物、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アミンなどがあげられる。なかでも、半導体装置封止用としては、耐熱性、耐湿性および保存性に優れる点から、フェノール性水酸基を有する硬化剤が好ましい。フェノール性水酸基を有する硬化剤の具体例としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂などのノボラック樹脂、トリス（ヒドロキシフェニル）メタン、１，１，２−トリス（ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，３−トリス（ヒドロキシフェニル）プロパン、テルペンとフェノールの縮合化合物、ジシクロペンタジエン骨格含有フェノール樹脂、ナフトールアラルキル樹脂などがあげられる。さらには、粘度は２ポイズ以下が好ましく、１ポイズ以下がより好ましい。
【００３１】
【化１２】

【００３２】
【化１３】

【００３３】
本発明において、硬化剤（ｂ１）および（ｂ２）の合計の硬化剤（Ｂ）中の配合率は２５重量％、より好ましくは５０重量％以上含有させることが成形性と信頼性の点で重要である。２５重量％以上であると、成形性や信頼性が低下することがない。
【００３４】
本発明において、硬化剤（Ｂ）の配合量は、全樹脂組成物に対して通常１．０〜１０．０重量％である。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性の点から（Ａ）に対する（Ｂ）の化学当量比が０．５〜２．０、特に０．６〜１．５の範囲にあることが好ましい。
【００３５】
本発明において、無機充填剤（Ｃ）の割合が全樹脂組成物に対して８０重量％以上であることが好ましく、さらには８５重量％以上がより好ましい。無機充填剤（Ｃ）の含有量を８０重量％以上にすることにより樹脂組成物の吸水率が低下し、良好なリフロー信頼性が得られる。
【００３６】
本発明における無機充填剤（Ｃ）の具体的な種類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、アルミナなどを用いることが好ましく、成形性、信頼性の点から溶融シリカ、結晶性シリカがより好ましい。また、用途によっては２種類以上の無機充填剤を併用することができ、併用する充填剤としては、具体的には溶融シリカ、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、アスベスト、ガラス繊維などがあげられる。充填剤の平均粒径は、０．５〜４０μmが好ましい。
【００３７】
本発明においてエポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）の硬化反応を促進するために硬化促進剤を用いてもよい。硬化促進剤としては、例えば、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、トリ（ノニルフェニル）ホスフィンなどのりん系化合物、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、２−ヘプタデシルイミダゾール、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、ジメチルベンジルメチルアミン、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、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７などのアミン系化合物などが成形性、信頼性の点で好ましく用いられるが、硬化反応を促進するものであれば特に限定されない。
【００３８】
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重量部の範囲が望ましい。
【００３９】
本発明のエポキシ樹脂組成物には充填剤とエポキシ樹脂や硬化剤の結合を強化し、信頼性の向上を図る目的でシランカップリング剤を用いてもよい。中でも、アミノ基を含有するシランカップリング剤、エポキシ基を含有するシランカップリング剤或いはメルカプト基を含有するシランカップリング剤が成形性、信頼性の点で好ましく用いられる。
【００４０】
本発明において、シランカップリング剤の割合が全樹脂組成物に対して０．０５〜２重量％の範囲にあることが成形性、信頼性の点で好ましく、０．１〜１重量％の範囲がより好ましい。
【００４１】
また、本発明のエポキシ樹脂組成物には、カーボンブラック、酸化鉄などの着色剤、シリコーンゴム、スチレン系ブロック共重合体、オレフィン系重合体、変性ニトリルゴム、変性ポリブタジエンゴムなどのエラストマー、ポリスチレンなどの熱可塑性樹脂、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、パラフィンワックスなどの離型剤および有機過酸化物など架橋剤、三酸化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモンなどの難燃助剤、難燃剤としての臭素化合物を任意に添加することができる。
【００４２】
本発明のエポキシ樹脂組成物の製造方法としては、たとえば溶融混練による方法が好ましく、各種原料をミキサーなどで混合した後、通常は６０〜１４０℃で、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できる。このエポキシ樹脂組成物は通常粉末またはタブレット状態から、成形によって半導体封止に供される。半導体素子を封止する方法としては、低圧トランスファー成形法が一般的であるがインジェクション成形法や圧縮成形法も可能である。成形条件としては、たとえばエポキシ樹脂組成物を成形温度１５０℃〜２００℃、成形圧力５〜１５ＭＰａ、成形時間３０〜３００秒で成形し、エポキシ樹脂組成物の硬化物とすることによって半導体装置が製造される。また、必要に応じて上記成形物を１００〜２００℃で２〜１５時間、追加加熱処理も行われる。
【００４３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、実施例中の％は重量％を示す。
【００４４】
[実施例１〜２１、比較例１〜３]
本発明で使用した各原料を表１に示す。なお、ここで言う粘度とは１５０℃におけるＩＣＩ粘度のことである。
【００４５】
＜エポキシ樹脂（Ａ）＞
ａ１：東都化成（株）”ＹＤＣ−１３１２”、エポキシ当量１７６、粘度０．１０ポイズ
ａ２：ジャパンエポキシレジン（株）”ＹＸ４０００Ｈ”、エポキシ当量１９３、粘度０．２ポイズ
ａ３：：新日鉄化学（株）”ＹＳＬＶ−８０ＸＹ”、エポキシ当量１９２、粘度０．０８ポイズ
Ａ１：日本化薬（株）”ＥＯＣＮ１０２０”エポキシ当量２００、粘度１０ポイズ
＜硬化剤（Ｂ）＞
ｂ１：明和化成（株）”ＭＥＨ７８００ＳＳ”水酸基当量１７５、粘度０．７ポイズ
ｂ２：明和化成（株）”ＭＥＨ７８５１ＳＳ”水酸基当量２０３，粘度０．７ポイズ
Ｂ１：明和化成（株）”Ｈ−１”水酸基当量１０６、粘度２．０ポイズ
＜充填剤（Ｃ）＞
平均粒径２５μｍの溶融球状シリカ
＜硬化促進剤（Ｄ）＞
ｄ１：トリフェニルホスフィン（以下、ＴＰＰと省略）：ケイ・アイ化成（株）”ＰＰ−３６０”
ｄ２：１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵと省略）：サンアプロ（株）
＜カップリング剤（Ｅ）＞
ｅ１：γ−アミノプロピルトリエトキシシラン：信越化学（株）”ＫＢＥ９０３”
ｅ２：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン：信越化学（株）”ＫＢＭ４０３”
ｅ３：γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン：信越化学（株）”ＫＢＭ８０３Ｐ”
＜着色剤＞
カーボンブラック：三菱化学（株）”♯７５０Ｂ”
＜離型剤＞
モンタン酸エステルワックス：クラリアントジャパン（株）”ＬＩＣＯＷＡＸ−Ｅ”
【００４６】
【表１】

【００４７】
上記各成分を、表２〜４に示した組成比（重量比）で計量し、ミキサーによりドライブレンドした。これをロール表面温度９０℃のミキシングロールを用いて５分間溶融混練後、冷却、粉砕して半導体封止用のエポキシ樹脂組成物を得た。
【００４８】
この樹脂組成物を用いて、低圧トランスファー成形法により１７５℃、キュアータイム２分間の条件で、１７６ｐｉｎＬＱＦＰ（外形：２４ｍｍ×２４ｍｍ×１．４ｍｍｔ、フレーム材料：銅、チップは模擬素子、チップサイズ１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３ｍｍｔ）を成形した。１７５℃、１２時間の条件でポストキュアーを行い、下記の測定法により各樹脂組成物の物性を評価した。
【００４９】
高温リフロー信頼性：１７６ｐｉｎＬＱＦＰを２０個成形し、８５℃／６０％ＲＨで１６８時間加湿後、最高温度２６０℃のＩＲリフロー炉で２分間加熱処理し、外部クラックの発生数と超音波探傷機によりステージ裏面の剥離発生数を調べた。
【００５０】
充填性：１７６ｐｉｎＬＱＦＰを２０個成形後に目視および光学顕微鏡（倍率：４０倍）を用いて観察し、未充填のパッケージの個数を調べた。
流動性：１７６ｐｉｎＬＱＦＰを２０個成形後、パッケージを樹脂充填口（ゲート）と空気抜き口（エアベント）線上、すなわち樹脂充填口を起点に対角線上にで切断した。パッケージ断面における半導体素子の傾き（両端部の高さの差）をチップチルトとして求めた。チップチルトが５０μｍ以上を不良とし、２０個中の不良発生数を調べた。
【００５１】
【表２】

【００５２】
【表３】

【００５３】
【表４】

【００５４】
表２、３の実施例１〜２１に見られるように本発明のエポキシ樹脂組成物は高温リフロー信頼性、成形性（充填性、流動性）に優れている。
すなわち、表４の比較例１〜３と比較すれば、実施例が高温リフロー信頼性や成形性に優れることがわかる。エポキシ樹脂（ａ１）にエポキシ樹脂（ａ２）またはエポキシ樹脂（ａ３）を併用することで、課題である信頼性と成形性を向上することができる。
【００５５】
【発明の効果】
複数の特定のエポキシ樹脂を使用し、更に封止樹脂組成物中の充填剤含有量を上げることにより、良好な高温リフロー信頼性と成形性を併せ持つ半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた樹脂封止型半導体装置が得られる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an epoxy resin composition excellent in moldability and reliability, particularly high-temperature reflow reliability, and particularly suitable for semiconductor encapsulation.
[0002]
[Prior art]
Epoxy resins are excellent in heat resistance, moisture resistance, electrical characteristics, adhesiveness, and the like, and can be added with various characteristics depending on the formulation, and thus are used as industrial materials such as paints, adhesives, and electrical insulating materials.
[0003]
For example, as a sealing method for electronic circuit components such as semiconductor elements, conventionally, hermetic sealing with metal or ceramics and resin sealing with phenol resin, silicone resin, epoxy resin, etc. have been proposed. From the viewpoint of balance of physical properties, resin sealing with an epoxy resin is most actively performed. As a sealing method using an epoxy resin, a method is generally used in which a composition obtained by adding a curing agent or a filler to an epoxy resin is used, and a semiconductor element is set in a mold and sealed by a transfer molding method or the like. Yes.
[0004]
Properties required for epoxy resin compositions for semiconductor encapsulation include reliability and moldability, reliability includes solder heat resistance and moisture resistance, and moldability includes fillability, fluidity, and productivity. (Curability and continuous formability).
[0005]
In recent years, along with the trend toward high-density mounting of semiconductor devices, a surface mounting method in which the semiconductor device is soldered to the surface of the substrate has become the mainstream from the conventional mounting method in which the lead pins are inserted into holes in the substrate.
[0006]
In surface mounting, mounting is usually performed by solder reflow. In this method, semiconductor devices are placed on a substrate, these are exposed to a high temperature of 200 ° C. or higher, solder previously applied to the substrate is melted, and the semiconductor device is bonded to the substrate surface. In such a mounting method, the entire semiconductor device is exposed to a high temperature. Therefore, if the moisture resistance of the encapsulating resin composition is poor, the absorbed moisture explosively expands at the time of solder reflow and cracks occur. A phenomenon occurs in which peeling occurs at the interface with the sealing resin composition. Therefore, moisture resistance and adhesion to members are very important in the semiconductor sealing resin composition.
[0007]
More recently, lead-free solder containing no lead has been used for the purpose of protecting the global environment. Lead-free solder has a higher melting point than conventional lead-based solder, and therefore the reflow temperature is increased, and the sealing resin composition is required to have higher heat resistance and moisture resistance.
[0008]
On the other hand, the semiconductor device itself has shifted from the conventional DIP (Dual In-line Package) to FPP (Flat Plastic Package) due to the trend of high-density mounting, and recently, TSOP and TQFP with a thickness of 2 mm or less. LQFP has become mainstream. For this reason, it becomes more susceptible to external influences such as humidity and temperature, and reliability such as high temperature reflow reliability, heat resistance and moisture resistance is becoming more important.
[0009]
Furthermore, as the semiconductor device is further reduced in thickness as described above, the sealing resin composition is required to have better filling properties and fluidity.
[0010]
In order to overcome such problems, an epoxy resin having an ICI viscosity at 150 ° C. of 1.0 poise or less, for example, a biphenyl type epoxy resin or an epoxidized product of 2,5-di-tert-butyl-1,4-dihydroxybenzene is used. A method to be used (Japanese Patent Laid-Open No. 11-35798) has been proposed. However, if only an epoxy resin having an ICI viscosity at 150 ° C. of 1.0 poise or less is used, the viscosity of the encapsulating resin composition is increased, resulting in poor filling (unfilled) or semiconductor when molding a semiconductor device. Problems such as poor flow (stage shift) in which the device tilts inside the device, and the increase in the amount of filler due to the high viscosity of the epoxy resin, are limited in terms of moisture resistance, heat resistance, and reflow reliability. A sufficient resin composition cannot be obtained. In addition, when biphenyl type epoxy resin is used, the resin composition has a low viscosity and the amount of filler can be increased, so that the reflow reliability is improved. However, the strict requirement of satisfying the high temperature reflow reliability has been achieved. Absent. In addition, epoxidized product of 2,5-di-tert-butyl-1,4-dihydroxybenzene is also effective for lowering the viscosity of the resin composition, but if only this is used, the water absorption rate is improved. There was a drawback that the reflow reliability was lowered.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an epoxy resin composition and a semiconductor device that simultaneously satisfy all of moldability (fillability, fluidity) and reliability, particularly high-temperature reflow reliability.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, as a result of intensive studies, the present inventors can achieve the above-mentioned problems by using a plurality of specific epoxy resins and further increasing the filler content in the sealing resin composition. The inventors have found that a matching epoxy resin composition and semiconductor device can be obtained, and reached the present invention.
[0013]
That is, the present invention provides an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation containing an epoxy resin (A), a curing agent (B) and an inorganic filler (C), wherein the epoxy resin (A) is represented by the following general formula (I):
[0014]
[Chemical 6]

And an epoxy resin (a1) represented by the following general formula (II)
[0015]
[Chemical 7]

Epoxy resin (a2) represented by the following general formula (III)
[0016]
[Chemical 8]

At least one of the epoxy resins (a3) represented by the formula (I), and the curing agent (B) is represented by the curing agent (b1) represented by the formula (IV) or the formula (V). An epoxy resin composition for encapsulating a semiconductor, and a semiconductor device using the same , containing at least one of the curing agent (b2) .
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail.
[0018]
The present invention contains an epoxy resin (A), a curing agent (B) and an inorganic filler (C).
[0019]
In the present invention, the epoxy resin (A) comprises an epoxy resin (a1) represented by the following general formula (I) as an essential component, and further an epoxy resin (a2) represented by the following general formula (II) or the following general formula ( It includes at least one of epoxy resins (a3) represented by III). By containing the epoxy resin (a1), the viscosity of the resin composition is reduced, filling defects (unfilled) and flow defects (stage displacement) are drastically reduced, and moldability is greatly improved. By using at least one of the epoxy resin (a2) and the epoxy resin (a3), not only the viscosity of the resin composition is lowered, but also the water absorption is reduced and the reflow reliability is improved.
[0020]
[Chemical 9]

[0021]
[Chemical Formula 10]

[0022]
Embedded image

[0023]
Specific examples of the epoxy resin (a1) include 2,5-di-tert-butyl-1,4-bis (2,3-epoxypropoxy) benzene and 1,4-bis (2,3-epoxypropoxy) benzene. There is. Among these, 2,5-di-tert-butyl-1,4-bis (2,3-epoxypropoxy) benzene is preferably used from the viewpoint of handling workability.
[0024]
Specific examples of the epoxy resin (a2) include 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'-tetraethylbiphenyl, 4,4'-bis (2,3-epoxypropoxy) -3, 3 ', 5,5'-tetrabutylbiphenyl and the like are mentioned, among which 4,4'-bis (2,3-epoxypropoxy) biphenyl, 4,4'-bis (2,3-epoxypropoxy) -3 , 3 ′, 5,5′-tetramethylbiphenyl or a mixture of these two is preferably used.
[0025]
Specific examples of the epoxy resin (a3) include 4,4′-bis (2,3-epoxypropoxyphenyl) methane, 2,4′-bis (2,3-epoxypropoxyphenyl) methane, and 2,2′-. Examples thereof include bis (2,3-epoxypropoxyphenyl) methane and 3,3 ′, 5,5′-tetramethyl-4,4′-bis (2,3-epoxypropoxyphenyl) methane.
[0026]
In the present invention, the combined ratio of the epoxy resin (a1) and the epoxy resins (a2) and (a3) is preferably (a1) :( a2) + (a3) = 10: 1 to 1:10 in weight ratio. .
[0027]
In addition, the epoxy resin (A) of the present invention may be used in combination with known epoxy resins other than the above-mentioned epoxy (a1), (a2), (a3), for example, cresol novolac type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, Phenol-aralkyl-type epoxy resins, 1,5-di (2,3-epoxypropoxy) naphthalene, 1,6-di (2,3-epoxypropoxy) naphthalene, naphthalene-type epoxy resins such as naphthol aralkyl-type epoxy resin, 3- di-glycidyl ether of t-butyl-2,4′-dihydroxy-3 ′, 5 ′, 6-trimethylstilbene, of 3-t-butyl-4,4′-dihydroxy-3 ′, 5,5′-trimethylstilbene Diglycidyl ether, 4,4'-dihydroxy-3,3 ', 5,5'-tetramethylstilbene diglycidyl Stilbene-type epoxy resins such as diethersyl ethers of 4,4'-dihydroxy-3,3'-di-t-butyl-6,6'-dimethylstilbene, dicyclopentadiene skeleton-containing epoxy resins, triphenylmethane type Epoxy resin, diglycidyl ether of 1,4-bis (3-methyl-4hydroxycumyl) benzene, diglycidyl ether of 4,4′-dihydroxydiphenyl ether, 2,2-dimethyl-5,5′-di-tert -Bisphenol type epoxy resins such as butyl-4,4'-dihydroxydiphenyl sulfide, chain aliphatic epoxy resins, alicyclic epoxy resins, heterocyclic epoxy resins, spiro ring-containing epoxy resins and halogenated epoxy resins can give.
[0028]
In the present invention, the blending ratio in the total epoxy resin (A) of the epoxy resin (a1), the epoxy resin (a2) and (a3) is preferably 25% by weight or more, and further from the viewpoint of moldability and reliability. % By weight or more is preferred.
[0029]
In this invention, the compounding quantity of an epoxy resin (A) is 1.0-10.0 weight% normally with respect to all the resin compositions.
[0030]
In the present invention, the curing agent (B) is used to cure the epoxy resin (A).
The curing agent (b1) represented by the following general formula (IV) and the curing agent (b2) represented by the following general formula (V) are preferably used in terms of moldability and reliability. It may be used. Specific examples thereof include novolak resins such as phenol novolak and cresol novolak, bisphenol compounds such as bisphenol A, acid anhydrides such as maleic anhydride, phthalic anhydride, pyromellitic anhydride, and metaphenylenediamine, diaminodiphenylmethane, And aromatic amines such as diaminodiphenylsulfone. Among these, a curing agent having a phenolic hydroxyl group is preferable for sealing a semiconductor device because it is excellent in heat resistance, moisture resistance and storage stability. Specific examples of the curing agent having a phenolic hydroxyl group include novolak resins such as phenol novolak resin, cresol novolak resin, naphthol novolak resin, tris (hydroxyphenyl) methane, 1,1,2-tris (hydroxyphenyl) ethane, 1 1,3-tris (hydroxyphenyl) propane, terpene and phenol condensation compounds, dicyclopentadiene skeleton-containing phenol resins, naphthol aralkyl resins, and the like. Furthermore, the viscosity is preferably 2 poises or less, and more preferably 1 poise or less.
[0031]
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[0032]
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[0033]
In the present invention, it is important in terms of moldability and reliability that the total content of the curing agents (b1) and (b2) in the curing agent (B) is 25% by weight, more preferably 50% by weight or more. It is. When it is 25% by weight or more, moldability and reliability are not deteriorated.
[0034]
In the present invention, the amount of the curing agent (B) is usually 1.0-10.0% by weight relative to the total resin composition. Furthermore, the compounding ratio of the epoxy resin (A) and the curing agent (B) is such that the chemical equivalent ratio of (B) to (A) is 0.5 to 2.0, particularly 0, from the viewpoint of mechanical properties and moisture resistance. Preferably it is in the range of 6 to 1.5.
[0035]
In this invention, it is preferable that the ratio of an inorganic filler (C) is 80 weight% or more with respect to all the resin compositions, Furthermore, 85 weight% or more is more preferable. By making the content of the inorganic filler (C) 80% by weight or more, the water absorption of the resin composition is lowered, and good reflow reliability is obtained.
[0036]
As specific types of the inorganic filler (C) in the present invention, it is preferable to use fused silica, crystalline silica, calcium carbonate, magnesium carbonate, alumina, etc., and from the viewpoint of moldability and reliability, fused silica, crystalline Silica is more preferred. Depending on the application, two or more kinds of inorganic fillers can be used in combination. Specifically, the fillers used in combination include fused silica, crystalline silica, calcium carbonate, magnesium carbonate, alumina, magnesia, clay, talc. , Calcium silicate, titanium oxide, asbestos, glass fiber and the like. The average particle size of the filler is preferably 0.5 to 40 μm.
[0037]
In the present invention, a curing accelerator may be used to accelerate the curing reaction between the epoxy resin (A) and the curing agent (B). Examples of the curing accelerator include phosphorus compounds such as triphenylphosphine, trimethylphosphine, triethylphosphine, tributylphosphine, tri (p-methylphenyl) phosphine, tri (nonylphenyl) phosphine, 2-methylimidazole, 2, 4 -Dimethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole, 2-heptadecylimidazole, triethylamine, benzyldimethylamine, dimethylbenzylmethylamine, 2- (dimethylaminomethyl) ) Amine compounds such as phenol, 2,4,6-tris (dimethylaminomethyl) phenol, 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undecene-7 are preferably used in terms of moldability and reliability. It is, but is not particularly limited as long as it promotes the curing reaction.
[0038]
These curing accelerators may be used in combination of two or more depending on the application, and the addition amount is preferably in the range of 0.1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin (A).
[0039]
In the epoxy resin composition of the present invention, a silane coupling agent may be used for the purpose of strengthening the bond between the filler and the epoxy resin or the curing agent and improving the reliability. Among them, a silane coupling agent containing an amino group, a silane coupling agent containing an epoxy group, or a silane coupling agent containing a mercapto group is preferably used in terms of moldability and reliability.
[0040]
In the present invention, the ratio of the silane coupling agent is preferably in the range of 0.05 to 2% by weight with respect to the total resin composition in terms of moldability and reliability, and in the range of 0.1 to 1% by weight. Is more preferable.
[0041]
In addition, the epoxy resin composition of the present invention includes colorants such as carbon black and iron oxide, silicone rubber, styrene block copolymer, olefin polymer, modified nitrile rubber, elastomer such as modified polybutadiene rubber, polystyrene, etc. Thermoplastic resins, long-chain fatty acids, metal salts of long-chain fatty acids, long-chain fatty acid esters, long-chain fatty acid amides, release agents such as paraffin wax and crosslinking agents such as organic peroxides, antimony trioxide, tetraoxide Flame retardant aids such as antimony and antimony pentoxide, and bromine compounds as flame retardants can be optionally added.
[0042]
As a method for producing the epoxy resin composition of the present invention, for example, a method by melt kneading is preferable. After mixing various raw materials with a mixer or the like, usually at 60 to 140 ° C., for example, a Banbury mixer, kneader, roll, uniaxial or It can be manufactured by melt kneading using a known kneading method such as a twin screw extruder and a kneader. This epoxy resin composition is usually used for semiconductor encapsulation by molding from a powder or tablet state. As a method for sealing a semiconductor element, a low-pressure transfer molding method is generally used, but an injection molding method or a compression molding method is also possible. As a molding condition, for example, an epoxy resin composition is molded at a molding temperature of 150 ° C. to 200 ° C., a molding pressure of 5 to 15 MPa, a molding time of 30 to 300 seconds, and a cured product of the epoxy resin composition is manufactured. Is done. Moreover, the said molded object is further heat-processed for 2 to 15 hours at 100-200 degreeC as needed.
[0043]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples. In addition,% in an Example shows weight%.
[0044]
[Examples 1-21, Comparative Examples 1-3]
Table 1 shows the raw materials used in the present invention. In addition, the viscosity said here is an ICI viscosity in 150 degreeC.
[0045]
<Epoxy resin (A)>
a1: Toto Kasei Co., Ltd. “YDC-1312”, epoxy equivalent 176, viscosity 0.10 poise a2: Japan Epoxy Resin Co., Ltd. “YX4000H”, epoxy equivalent 193, viscosity 0.2 poise a3 :: Nippon Steel Chemical Co., Ltd. ) “YSLV-80XY”, epoxy equivalent 192, viscosity 0.08 poise A1: Nippon Kayaku Co., Ltd. “EOCN1020” epoxy equivalent 200, viscosity 10 poise <curing agent (B)>
b1: Meiwa Kasei Co., Ltd. “MEH7800SS” hydroxyl group equivalent 175, viscosity 0.7 poise b2: Meiwa Kasei Co., Ltd. “MEH7851SS” hydroxyl group equivalent 203, viscosity 0.7 poise B1: Meiwa Kasei Co., Ltd. “H-1” Hydroxyl equivalent weight 106, viscosity 2.0 poise <Filler (C)>
Fused spherical silica with an average particle size of 25 μm <Hardening accelerator (D)>
d1: Triphenylphosphine (hereinafter abbreviated as TPP): Kay Kasei Co., Ltd. “PP-360”
d2: 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undecene-7 (hereinafter abbreviated as DBU): San Apro Co., Ltd.
<Coupling agent (E)>
e1: γ-aminopropyltriethoxysilane: Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. “KBE903”
e2: γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane: Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. “KBM403”
e3: γ-mercaptopropyltrimethoxysilane: Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. “KBM803P”
<Colorant>
Carbon black: Mitsubishi Chemical Corporation “# 750B”
<Release agent>
Montanate wax: Clariant Japan KK "LICOWAX-E"
[0046]
[Table 1]

[0047]
The above components were weighed at the composition ratios (weight ratios) shown in Tables 2 to 4 and dry blended with a mixer. This was melt kneaded for 5 minutes using a mixing roll having a roll surface temperature of 90 ° C., then cooled and pulverized to obtain an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation.
[0048]
Using this resin composition, 176 pin LQFP (external shape: 24 mm × 24 mm × 1.4 mmt, frame material: copper, chip is a simulated element, chip size is 10 mm × under the conditions of 175 ° C. and cure time of 2 minutes by a low-pressure transfer molding method. 10 mm × 0.3 mmt). Post cure was performed at 175 ° C. for 12 hours, and the physical properties of each resin composition were evaluated by the following measurement methods.
[0049]
High-temperature reflow reliability: Molding 20 pieces of 176pinLQFP, humidifying at 85 ° C / 60% RH for 168 hours, then heat-treating in an IR reflow oven with a maximum temperature of 260 ° C for 2 minutes, using the number of external cracks and ultrasonic flaw detector The number of peelings on the back of the stage was examined.
[0050]
Fillability: 20 pieces of 176 pin LQFP were molded and observed visually and using an optical microscope (magnification: 40 times) to examine the number of unfilled packages.
Flowability: After forming 20 pieces of 176 pin LQFP, the package was cut on the resin filling port (gate) and the air vent port (air vent) line, that is, on the diagonal line starting from the resin filling port. The inclination of the semiconductor element in the package cross section (difference in height between both ends) was determined as the chip tilt. The chip tilt of 50 μm or more was regarded as defective, and the number of defects generated in 20 chips was examined.
[0051]
[Table 2]

[0052]
[Table 3]

[0053]
[Table 4]

[0054]
As seen in Examples 1 to 21 in Tables 2 and 3, the epoxy resin composition of the present invention is excellent in high-temperature reflow reliability and moldability (fillability, fluidity).
That is, when compared with Comparative Examples 1 to 3 in Table 4, it can be seen that the examples are excellent in high-temperature reflow reliability and formability. By using the epoxy resin (a2) or the epoxy resin (a3) in combination with the epoxy resin (a1), it is possible to improve the reliability and formability which are problems.
[0055]
【Effect of the invention】
By using a plurality of specific epoxy resins and further increasing the filler content in the sealing resin composition, the epoxy resin composition for semiconductor sealing having good high-temperature reflow reliability and moldability is used. A resin-encapsulated semiconductor device can be obtained.

Claims

In the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation containing the epoxy resin (A), the curing agent (B) and the inorganic filler (C), the epoxy resin (A) is represented by the following general formula (I)

And an epoxy resin (a1) represented by the following general formula (II)

An epoxy resin (a2) represented by the following general formula (III)

Containing at least one of the epoxy resins (a3) represented by the following formula, the curing agent (B) is represented by the curing agent (b1) represented by the following general formula (IV) or the following general formula (V). An epoxy resin composition for encapsulating a semiconductor, comprising at least one of the curing agent (b2) .

The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to claim 1 , wherein R ₁ and R ₃ in the general formula (I) are —C (CH ₃ ) ₃ groups.

The proportion of the filler (C) in the entire composition is 88% by weight or more, and the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to claim 1 or 2 .

A resin-encapsulated semiconductor device obtained by encapsulating at least a circuit formation surface of a semiconductor element using the cured product of the epoxy resin composition for encapsulating a semiconductor according to claim 1 .