JP4950010B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法および半導体装置の製造方法に関するものである。

従来、半導体チップなどの電子部品の封止材としてセラミックや熱硬化性樹脂組成物が一般に用いられている。中でも、エポキシ樹脂組成物は経済性と性能のバランスの点で優れた封止材であり、たとえば、近年の電子機器の小型化、薄型化にともない主流になりつつある表面実装型パッケージの封止材としてエポキシ樹脂組成物が広く用いられている（特許文献１、２参照）。

表面実装型パッケージにおける半導体チップの樹脂封止は、金属のリードフレーム上に半導体チップを搭載し、半導体チップとリードフレームをボンディングワイヤなどを用いて電気的に接続し、成形金型を用いて半導体チップ全体とリードフレームの一部をエポキシ樹脂組成物などの封止材で封止することにより行われるのが一般的である。

このような表面実装型パッケージにおいて用いられる封止用エポキシ樹脂組成物には、成形品の反りを抑制することが要求される。すなわち、成形品の反りが大きい場合、半導体装置の基板への実装時においてはんだと基板との導通が確保できなくなるといった不良モードが発生する。従来、成形品の反りを抑制するために、封止用エポキシ樹脂組成物の無機成分を増減する方法が採られている。
特公平７−０６８３２９号公報 特開２００６−２７３９０４号公報

しかしながら、上記の無機成分を増減する方法では、封止用エポキシ樹脂組成物の配合設計を大きく変更せざるを得なくなるという問題点があった。

本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、無機成分の増減に依らずに成形品の反りを抑制することが可能な半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法および半導体装置の製造方法を提供することを課題としている。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。

第１に、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法は、エポキシ樹脂、硬化剤、および無機充填材を必須の配合成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法であって、硬化剤を含む全ての配合成分を混練する工程の前に、エポキシ樹脂および下記式（Ｉ）

（式中、ｎは１〜２５の整数を示す。）で表されるエポキシ変性シリコーン化合物を混合しシランカップリング剤を噴霧する工程と、これにより得られたエポキシ樹脂、式（Ｉ）で表されるエポキシ変性シリコーン化合物、およびシランカップリング剤の混合物に無機充填材を配合し、これらの混合物を予備混練することによりカップリング処理する工程とを含むことを特徴とする。

第２に、本発明の半導体装置の製造方法は、上記第１の方法により半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造する工程と、この半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて成形し半導体チップを封止する工程とを含むことを特徴とする。

上記第１の発明によれば、シランカップリング剤と無機充填材とを、エポキシ樹脂および式（Ｉ）のエポキシ変性シリコーン化合物を含有する樹脂成分と共に予備混練してカップリング処理するようにしたので、無機充填材に対して均一にカップリング処理が施され、無機充填材と樹脂成分との馴染み性が向上する。その結果として、封止用エポキシ樹脂組成物を成形して得られる成形品の反りを大幅に抑制することができる。

上記第２の発明によれば、上記第１の方法により製造された封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体チップが封止されているので、反りが少なく、実装時においてはんだと基板との導通が確保できなくなるといった不良モードの発生を抑制することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明において、エポキシ樹脂としては、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するものであれば特に制限なく使用することができる。このようなエポキシ樹脂の具体例としては、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、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂、ナフタレン環を有するエポキシ樹脂などが挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

本発明において、硬化剤としては、フェノール性水酸基を有する硬化剤が好ましく用いられる。フェノール性水酸基を有する硬化剤としては、多価フェノール化合物、多価ナフトール化合物などが挙げられる。多価フェノール化合物の具体例としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂などが挙げられる。多価ナフトール化合物の具体例としては、ナフトールアラルキル樹脂などが挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

フェノール性水酸基を有する硬化剤の配合量は、好ましくは、フェノール性水酸基とエポキシ基との当量比（ＯＨ当量／エポキシ当量）が０．５〜１．５となる量であり、より好ましくは当量比が０．８〜１．２となる量である。当量比が当該範囲外であると、封止用エポキシ樹脂組成物の硬化特性が低下し、あるいは成形後の耐湿性が低下する場合がある。

本発明において、封止用エポキシ樹脂組成物には、硬化促進剤を配合することができる。このような硬化促進剤の具体例としては、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、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリメチルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート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、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミン等の第三級アミン類などが挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

硬化促進剤の配合量は、エポキシ樹脂と硬化剤の合計量に対して０．１〜５質量％が好ましい。硬化促進剤の配合量が過少であると、硬化促進作用が不十分となる場合があり、硬化促進剤の配合量が過剰であると、硬化特性が低下する場合がある。

本発明において、無機充填材としては、特に制限なく適宜のものを用いることができるが、その具体例としては、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素などが挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用して用いてもよい。

無機充填材の配合量は、封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して好ましくは６８〜８５質量％である。無機充填材の配合量が過少であると、熱伝導性、熱膨張率などの特性が低下する場合がある。一方、無機充填材の配合量が過剰であると、成形時の流動性と金型充填性が低下する場合がある。

本発明において、封止用エポキシ樹脂組成物には、シランカップリング剤が配合される。本発明で好適に用いられるシランカップリング剤としては、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン等のメルカプトシランを挙げることができる。その他、グリシドキシシラン、アミノシランなどを用いてもよい。

シランカップリング剤の配合量は、封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して好ましくは０．０１〜１質量％、より好ましくは０．１〜１質量％である。当該配合量が過少であると、成形品の反りを抑制する効果やリードフレーム等に対する密着性などが低下する場合があり、当該配合量が過剰であると、硬化特性に影響する場合がある。

本発明で用いられる上記式（Ｉ）のエポキシ変性シリコーン化合物は、ｎが１〜２５の整数であり、より好ましくは１〜１５の整数である。ｎが大き過ぎるものを用いた場合、成形品の反りを抑制する効果が得られなくなる。

式（Ｉ）のエポキシ変性シリコーン化合物の配合量は、封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して好ましくは０．０１〜１質量％、より好ましくは０．１〜１質量％である。当該配合量が過少であると、反りの抑制効果が得られず、当該配合量が過剰であると、成形品の特性に影響する場合がある。

本発明の封止用エポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲内において、上記以外の成分を配合することができる。このような成分の具体例としては、カルナバワックス、ステアリン酸、モンタン酸、カルボキシル基含有ポリオレフィン等の離型剤、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、赤リン等の難燃剤、カーボンブラック等の着色剤、シリコーンエラストマー等のシリコーン可とう剤、無機イオントラップ剤などが挙げられる。

本発明の封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法では、上記のエポキシ樹脂および式（Ｉ）のエポキシ変性シリコーン化合物を含有する樹脂成分と、シランカップリング剤と、無機充填材とを配合した混合物を予備混練することによりカップリング処理を行う。

このようにすることで、たとえば無機充填材に対して直接にシランカップリング剤を噴霧してカップリング処理を行い、次いでエポキシ樹脂を配合して混練した場合と比較して、無機充填材に対して均一にカップリング処理が施され、無機充填材と樹脂成分との馴染み性が向上する。その結果として、封止用エポキシ樹脂組成物を成形して得られる成形品の反りを大幅に抑制することができる。

具体的な一例として、次の手順により封止用エポキシ樹脂組成物を製造することができる。上記のエポキシ樹脂および式（Ｉ）のエポキシ変性シリコーン化合物を混合してシランカップリング剤を噴霧したものに、無機充填材を配合し、この混合物を熱ロール、ニーダーなどを用いて予備混練する。次いで、硬化剤および他の配合成分を予備混練物に配合して混練を行った後、最後に硬化促進剤を配合して混練を行う。

その後、室温に冷却して粉砕することにより封止用エポキシ樹脂組成物とすることができる。なお、封止用エポキシ樹脂組成物は、取り扱いを容易にするために、成形条件に合うような寸法と質量を有するタブレットとしてもよい。

本発明の半導体装置は、上記のようにして製造された封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体チップを封止することにより製造することができる。この封止には、トランスファー成形、コンプレッション成形、インジェクション成形などの従来より用いられている成形方法を適用することができる。

トランスファー成形を適用する場合、たとえば、ＩＣチップ、ＬＳＩチップなどの半導体チップを搭載したリードフレームを成形金型のキャビティに配置した後、キャビティに封止用エポキシ樹脂組成物を充填し、これを加熱下にて硬化させることで、半導体チップを封止用エポキシ樹脂組成物で封止した半導体装置を製造することができる。

トランスファー成形を適用する場合、たとえば、金型温度１７０〜１８０℃、成形時間３０〜１２０秒に設定することができるが、金型温度、成形時間およびその他の成形条件は、封止用エポキシ樹脂組成物の配合組成などに応じて適宜に変更すればよい。

本発明の半導体装置の具体例としては、リードフレーム上に半導体チップを固定し、ボンディングパッドなどの半導体チップの端子部と、リードフレームのリード部とをワイヤボンディングやバンプで接続した後、封止用エポキシ樹脂組成物を用いてトランスファー成形などにより封止してなる、ＤＩＰ（Dual Inline Package）、ＰＬＣＣ（Plastic Leaded Chip Carrier）、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＳＯＰ（Small Outline Package）、ＳＯＪ（Small Outline J-lead package）、ＴＳＯＰ（Thin Small Outline Package）、ＴＱＦＰ（Thin Quad Flat Package）、ＬＱＦＰ（Lowprofile Quad Flat Package）などが挙げられる。その他の具体例としては、封止用エポキシ樹脂組成物で半導体チップを封止したＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＣＳＰ（Chip Size Package）などが挙げられる。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、表１に示す配合量は質量部を表す。

表１に示す配合成分として、以下のものを使用した。
エポキシ樹脂：ビフェニル型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＸ４０００Ｈ
硬化剤１：フェノールノボラック樹脂、明和化成（株）製、ＤＬ９２
硬化剤２：ビフェニルアラルキル樹脂、明和化成（株）製、ＭＥＨ７８５１ＳＳ
硬化促進剤：明和化成（株）製、ＫＸＭ
無機充填材：溶融シリカ、電気化学工業（株）製、ＦＢ９４０
シランカップリング剤：γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、信越化学工業（株）製、ＫＢＭ８０２
式（Ｉ）のエポキシ変性シリコーン化合物１：信越化学工業（株）製、ＫＦ１０５
式（Ｉ）のエポキシ変性シリコーン化合物２：東レ・ダウコーニング（株）製、ＢＹ１６８５５
離型剤：天然カルナバワックス、大日化学工業（株）製、Ｆ１−１００
着色剤：カーボンブラック、三菱化学（株）製、ＭＡ６００
＜実施例１，２＞
表１に示す配合成分のうち、ビフェニル型エポキシ樹脂および式（Ｉ）のエポキシ変性シリコーン化合物を混合し、これにシランカップリング剤を噴霧した。次いでこの樹脂混合物に溶融シリカを配合し、二軸ロールを用いて温度６０℃で５回の予備混練を行った。

次いで、この予備混練物に、硬化剤、離型剤、および着色剤を配合し、二軸ロールを用いて温度１１０℃で１０回の混練を行った。

最後に、硬化促進剤を配合し、二軸ロールを用いて温度１１０℃でさらに１０回の混練を行った。混練物を冷却後、粉砕機で所定粒度に粉砕して粒状の封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
＜比較例１＞
式（Ｉ）のエポキシ変性シリコーン化合物を配合しないで予備混練を行った以外は実施例１，２と同様にして封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
[反り評価]
上記のようにして得られた実施例１，２および比較例１の封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、２８ｍｍ×２８ｍｍの封止面積を有するＢＧＡパッケージをトランスファー成形により成形した。

このＢＧＡパッケージの封止面を、対角線上に沿いながら、触針付きの表面粗さ測定器によりプロファイルし、表面粗さ（μｍ）を測定した。測定試料として、成形直後のもの（ＡＭ）と、温度１７５℃で６時間の後硬化をしたもの（ＡＣ）の２種類を用いた。

評価結果を表１に示す。

表１より、シランカップリング剤と無機充填材とを、エポキシ樹脂および式（Ｉ）のエポキシ変性シリコーン化合物を配合した樹脂成分と共に予備混練してカップリング処理した実施例１，２の封止用エポキシ樹脂組成物を用いたＢＧＡパッケージでは、式（Ｉ）のエポキシ変性シリコーン化合物を配合しなかった比較例１のＢＧＡパッケージと比較して反りが大幅に抑制されていた。

Claims (2)

1. エポキシ樹脂、硬化剤、および無機充填材を必須の配合成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法であって、硬化剤を含む全ての配合成分を混練する工程の前に、エポキシ樹脂および下記式（Ｉ）
   

   

   （式中、ｎは１〜２５の整数を示す。）で表されるエポキシ変性シリコーン化合物を混合しシランカップリング剤を噴霧する工程と、これにより得られたエポキシ樹脂、式（Ｉ）で表されるエポキシ変性シリコーン化合物、およびシランカップリング剤の混合物に無機充填材を配合し、これらの混合物を予備混練することによりカップリング処理する工程とを含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法。
2. 請求項１に記載の方法により半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造する工程と、この半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて成形し半導体チップを封止する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。