JP4967353B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体封止用のエポキシ樹脂組成物及びこれを用いた半導体装置に関するものであり、特に流動性、成形性、硬化性、耐半田性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関するものである。
従来、ダイオード、トランジスタ、集積回路等の半導体装置は、主にエポキシ樹脂組成物で封止されているが、これらのエポキシ樹脂組成物中には、通常難燃性を付与するために、臭素含有有機化合物及び三酸化アンチモン、四酸化アンチモン等のアンチモン化合物が配合されている。ところが、環境・衛生の点から臭素含有有機化合物及びアンチモン化合物を使用しないで、難燃性に優れたエポキシ樹脂組成物の開発が望まれている。また、半導体装置のプリント回路基板への実装時において、鉛を含有する半田(スズ−鉛合金)が使用されており、同様に環境・衛生の点から鉛を含有する半田(スズ−鉛合金)を使用しないことが望まれている。鉛を含有する半田(スズ−鉛合金)の融点は、183℃で、実装時の半田処理の温度は220〜240℃である。これに対し、スズ−銀合金に代表される鉛を含有しない半田は、融点が高く、半田処理時の温度が260℃程度となるため、より耐半田性に優れたエポキシ樹脂組成物の開発が望まれている。
半田処理による信頼性低下やプレプリーティングフレームを用いた半導体装置を使用することによる信頼性低下を改善するために、エポキシ樹脂組成物中の無機質充填材の充填量を増加させることで低吸湿化、高強度化、低熱膨張化を達成し耐半田性を向上させ、低溶融粘度の樹脂を使用して、成形時に低粘度で高流動性を維持させる手法がある(例えば、特許文献1参照。)。この手法を用いることにより耐半田性は改良されるが、無機充填材の充填割合の増加と共に、流動性が犠牲になりパッケージ内に空隙が生じやすくなる点に課題があった。そこで平均粒径の異なる充填材を併用して流動性を維持する手法(例えば、特許文献2参照。)が提案されているが、流動性と耐半田性を両立するような半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得られるに至っていない。
また、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んでいる。従来のMQFP、SOP等に代表される厚型の表面実装型半導体装置では高集積化に対して限界に近づいており、LQFPなどの薄型かつ高集積な表面実装型半導体装置やボールグリッドアレイ(以下BGAという)、或いは更に小型化を追求したチップサイズパッケージ(以下CSPという)などといったエリア実装型半導体装置が開発されている。このような半導体パッケージの薄型化やファインピッチ化に伴って、金線変形、空隙、硬化後の離型不足によるパッケージの変形など成形性に問題が生じる場合が多い。この中でも、金線変形に対する要求がますます厳しくなっており、無機充填材の配合量を高めても低粘度でかつ金線変形の少ない半導体封止用エポキシ樹脂組成物の開発が求められており、低溶融粘度の樹脂と、特殊構造のシランカップリング剤とを併用する手法等が提案されている(例えば、特許文献3参照)。しかしながら、最近のパッケージは以前にも増して薄型かつ高集積になり、ファインピッチ化も進んでいることから、これらの技術では最新のパッケージに対応しきれなくなっている。この動向に対応するためには更なる半導体封止材用エポキシ樹脂組成物の低粘度化と成形性向上を達成する必要がある。しかし、半導体封止用エポキシ樹脂組成物における無機充填材の高い配合量と低い金線変形率の両立は難しく、十分に金線変形率が低く、かつ耐半田性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物は得られていない。
特開昭64−65116号公報(2〜7頁) 特開平8−20673号公報(2〜6頁) 特開2005−126578号公報(第2〜12頁)
本発明は、上記のような従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、金線変形が発生し難く、流動性、成形性、硬化性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び耐半田性に優れた半導体装置を提供することにある。
本発明は、
[1]エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)、硬化促進剤(C)、及び無機充填材(D)を含むエポキシ樹脂組成物であって、前記硬化促進剤(C)が一般式(1)で表されるホスホベタイン化合物(c1)を含むものであり、前記無機充填材(D)が平均粒径10μm以上40μm以下、比表面積1m/g以上3.5m/g以下の球状溶融シリカ(d1)を含むものであり、かつ該球状溶融シリカ(d1)が平均粒径20μm以上60μm以下、比表面積0.1m/g以上0.5m/g以下の球状溶融シリカ(d11)と、平均粒径0.1μm以上10μm以下、比表面積1m/g以上50m/g以下の球状溶融シリカ(d12)とを含んでなるものであり、
球状溶融シリカ(d11)は、その粒子表面に溶融シリカ微粒子が付着したものであり、球状溶融シリカ(d11)の粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径が0.1μm以上0.6μm以下であり、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合が20重量%以下であり、球状溶融シリカ(d1)の全エポキシ樹脂組成物に対する配合割合が40重量%以上93重量%以下であり、無機充填材(D)の全エポキシ樹脂組成物中に対する配合割合が78重量%以上93重量%以下であり、球状溶融シリカ(d1)は、(d11)の球状溶融シリカを50重量%以上95重量%以下、(d12)の球状溶融シリカを5重量%以上50重量%以下の割合で含むものであり、球状溶融シリカ(d1)、球状溶融シリカ(d11)及び球状溶融シリカ(d12)の平均粒径はレーザー式粒度分布計で測定するものであり、球状溶融シリカ(d11)の粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径は走査型電子顕微鏡を用いてその表面の粒子画像の画像解析により測定するものである半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
Figure 0004967353
(ただし、上記一般式(1)において、Xは水素又は炭素数1以上3以下のアルキル基、Yは水素又はヒドロキシル基を表す。m、nは1以上3以下の整数。)
] 第[1]項に記載のエポキシ樹脂組成物を混合及び/又は溶融混練してなる半導体封止用エポキシ樹脂成形材料、
] 第[]項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂成形材料を用いて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。
本発明によれば、金線変形が発生し難く、流動性、成形性、硬化性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び耐半田性に優れた半導体装置を得ることができる。
本発明は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、特定構造の硬化促進剤、無機充填材として特定の平均粒径、比表面積である球状溶融シリカ(d11)と特定の平均粒径、比表面積である球状溶融シリカ(d12)を含んでなり、特定の平均粒径、比表面積である球状溶融シリカ(d1)を含むことにより、金線変形が発生し難く、流動性、成形性、硬化性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び耐半田性に優れた半導体装置を得ることができるものである。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に用いるエポキシ樹脂(A)は、1分子内にエポキシ基を2個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造は特に限定するものではないが、例えばビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、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、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(フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する)等が挙げられ、これらは1種類を単独で用いても、2種以上を併用しても差し支えない。
本発明に用いる硬化剤(B)は、エポキシ樹脂(A)と反応して硬化させるものであれば特に限定されず、それらの具体例としては、例えばフェノール系樹脂、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挙げられこれらを単独で用いても、2種以上の硬化剤を併用しても良い。
これらの硬化剤の中でも特にフェノール系樹脂を用いることが好ましい。本発明に用いるフェノール系樹脂は、1分子内にフェノール性水酸基を2個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造を特に限定するものではないが、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、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、テルペ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、ビフェニレン骨格等を有する)等が挙げられ、これらは1種類を単独で用いても、2種以上を併用しても差し支えない。
エポキシ樹脂(A)と硬化剤であるフェノール系樹脂の配合割合としては、全エポキシ樹脂(A)のエポキシ基数(Ep)と全フェノール系樹脂のフェノール性水酸基数(Ph)との比(Ep/Ph)が0.7以上、1.3以下であることが好ましい。上記範囲内であると、エポキシ樹脂組成物の硬化性の低下、或いは硬化物のガラス転移温度の低下、耐湿信頼性の低下、耐半田性の低下等を引き起こす可能性が低い。
本発明では、硬化促進剤(C)として速硬化性を有する一般式(1)で表されるホスホベタイン化合物(c1)の使用を必須とする。一般式(1)で表されるホスホベタイン化合物(c1)としては、一般式(1)の構造であれば特に限定するものではないが、好ましくはXが水素又はメチル基であり、かつYが水素又はヒドロキシル基であることが好ましい。また、本発明では、硬化促進剤(C)として一般式(1)で表されるホスホベタイン化合物(c1)のみの使用に限定されるものではなく、エポキシ基とフェノール性水酸基の反応を促進する他の硬化促進剤を併用しても構わない。併用することができる硬化促進剤としては、例えば、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7等のジアザビシクロアルケン及びその誘導体、トリブチルアミン、ベンジルジメチルアミン等のアミン系化合物、2−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物、トリフェニルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラ安息香酸ボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイックアシッドボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイルオキシボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフチルオキシボレート等のテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート等が挙げられる。ただし、一般式(1)で表されるホスホベタイン化合物(c1)と他の硬化促進剤とを併用する場合は、速硬化性を損なわないために、一般式(1)で表されるホスホベタイン化合物(c1)の配合割合を全硬化促進剤量の50重量%以上、好ましくは80重量%以上とする必要がある。上記範囲内であれば、充分な速硬化性を得ることができる。
Figure 0004967353
(ただし、上記一般式(1)において、Xは水素又は炭素数1以上3以下のアルキル基、Yは水素又はヒドロキシル基を表す。m、nは1以上3以下の整数。)
本発明では無機充填材(D)として、平均粒径10μm以上40μm以下、比表面積1m/g以上3.5m/g以下の球状溶融シリカ(d1)の使用を必須とする。この球状溶融シリカ(d1)は、平均粒径20μm以上60μm以下、比表面積0.1m/g以上0.5m/g以下の球状溶融シリカ(d11)と平均粒径0.1μm以上10μm以下、比表面積1m/g以上50m/g以下の球状溶融シリカ(d12)を含んでなるものである。球状溶融シリカ(d1)の平均粒径が上記範囲内であると、金線変形が発生し難く、良好な流動性、成形性を得ることができる。また、球状溶融シリカ(d1)の比表面積が上記範囲内であると、一般式(1)で表されるホスホベタイン化合物(c1)を用いることによる速硬化性の効果を損なうことがなく、また良好な耐半田性を得ることができる。本発明に用いる無機充填材の平均粒径は市販のレーザー式粒度分布計(例えば、(株)島津製作所製、SALD−7000等)、比表面積は市販の比表面積計(例えば、(株)マウンテック製MACSORB HM−MODEL−1201)を用いて測定することができる。
本発明で用いる球状溶融シリカ(d1)は、好ましくは(d11)の球状溶融シリカを40重量%以上99重量%以下、(d12)の球状溶融シリカを1重量%以上60重量%以下、より好ましくは(d11)の球状溶融シリカを50重量%以上95重量%以下、(d12)の球状溶融シリカを5重量%以上50重量%以下の割合で含むものである。球状溶融シリカ(d1)における(d11)及び(d12)の球状溶融シリカの含有割合が上記範囲内であれば、充分な流動性を得ることができる。
本発明で用いる球状溶融シリカ(d1)に含まれる球状溶融シリカ(d11)は、平均粒径20μm以上60μm以下、比表面積0.1m/g以上0.5m/g以下のものである。球状溶融シリカ(d11)の平均粒径が上記範囲内であると、金線変形が発生し難く、良好な流動性を得ることができる。また、球状溶融シリカ(d11)の比表面積が上記範囲内であると、樹脂への溶け性の悪化や粒子同士の凝集を引き起こす可能性が低い。
本発明で用いる球状溶融シリカ(d1)に含まれる球状溶融シリカ(d11)は、好ましくは、シリカ粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径が0.1μm以上0.6μm以下であり、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合が20重量%以下のものである。
球状溶融シリカ(d11)は、生産されるシリカの表面に付着する溶融シリカ微粒子の平均粒径及び0.1μm未満の超微粒子の割合が上記の範囲となるように、例えば、シリカの融点を超える火炎中に原料粉末を噴射する際に、熔融炉内の温度を均一に保つことで生産することができる。従来の一般の球状溶融シリカの生産においては、熔融炉内の温度が一定に保たれず、シリカの表面に付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合は20重量%以上のものとなっていた。この0.1μm未満の超微粒子の含有量が増えるに従って、シリカ粒子の表面活性が上昇する。この表面活性の強い超微粒子が、球状溶融シリカ(d11)のシリカ粒子表面に付着していると、粒子同士の凝集が起こりやすく、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の溶融粘度を上昇させるため、シリカ表面に付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合が20重量%以下であることが好ましい。また、この表面活性の強い超微粒子は、エポキシ樹脂組成物の速硬化性を発現させることができる一般式(1)で表されるホスホベタイン化合物の触媒活性を失わせてしまうので、シリカ表面に付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合が20重量%以下であることが同様に好ましい。
シリカの表面に付着した溶融シリカ微粒子は、走査型電子顕微鏡等を用いて3万倍以上で観察し、その表面の粒子画像を画像解析すること等により確認できる。画像解析の手段として、(株)マウンテック製のMACVIEWなどを用いて、シリカの表面に付着する微粒子の平均粒径や粒度分布を確認することができる。
本発明で用いる球状溶融シリカ(d1)に含まれる球状溶融シリカ(d12)は、平均粒径0.1μm以上10μm以下、比表面積1m/g以上50m/g以下のものである。球状溶融シリカ(d12)は、上記の平均粒径、比表面積のものであれば、どのような製法のものでも構わないが、球状溶融シリカを製造する際に分級されたものであるか、又はバグフィルター回収品を用いることができる。球状溶融シリカ(d12)は、平均粒径が上記範囲内であると、シリカ同士の凝集が起こり難く、また、球状溶融シリカ(d1)として最密充填構造を保つことができる。また、比表面積が上記範囲内であると、耐半田性を損なうことがなく、また、表面活性が強くなることによるシリカの凝集化を抑えることができる。
本発明に用いる無機充填材(D)としては、球状溶融シリカ(d1)の他に、一般に半導体封止用エポキシ樹脂組成物に使用されているものを併用することができる。併用することができるものとしては、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、窒化珪素等が挙げられる。これらの併用する無機充填材は、1種類を単独で用いても、2種類以上を併用しても差し支えない。ただし、併用する際には、球状溶融シリカ(d1)を用いることによる流動性向上効果を損なわない範囲の添加量とする。
本発明における球状溶融シリカ(d1)の含有割合としては、全エポキシ組成物中の40重量%以上93重量%以下であることが好ましく、より好ましくは65重量%以上91重量%以下である。上記範囲内であると、充分な流動性や速硬化性を得ることができる。
本発明における無機充填材(D)全体の配合割合としては、全エポキシ組成物中の78重量%以上93重量%以下であることが好ましい。上記範囲内であると、充分な流動性と耐半田性を得ることができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に応じてカップリング剤を使用することができる。本発明で使用可能なカップリング剤は、通常無機物質の表面処理に用いられているカップリング剤であり、特に限定するものではないが、例えば、アミノシラン、エポキシシラン、メルカプトシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン、シラザン等のシランカップリング剤や、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、アルミニウム/ジルコニウムカップリング剤等が挙げられるが、最も好適に使用されるものとしてはシランカップリング剤が挙げられ、より好ましく使用されるものとしてはアミノシラン、エポキシシラン、メルカプトシラン、ウレイドシランが挙げられる。アミノシランとしては、例えば、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、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−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−フェニルγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニルγ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−6−(アミノヘキシル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(3−(トリメトキシシリルプロピル)−1,3−ベンゼンジメタナンなどが挙げられ、エポキシシランとしては、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、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などが挙げられ、メルカプトシランとしては、例えば、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランが挙げられ、ウレイドシランとしては、例えば、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザンなどが挙げられる。これらのカップリング剤は、1種類を単独で用いても、2種類以上を併用しても差し支えない。また、これらのカップリング剤は、予め水或いは必要に応じて酸又はアルカリを添加して、加水分解処理して用いてもよい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)〜(D)成分を必須とし、必要に応じてカップリング剤を添加するが、更にこれ以外に、カーボンブラック等の着色剤、天然ワックス、合成ワックス等の離型剤及び、ゴム等の低応力添加剤、臭素化エポキシ樹脂や三酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ほう酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、フォスファゼン等の難燃剤等の添加剤を適宜配合しても差し支えない。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)〜(D)成分の他、必要に応じて添加する添加物を、例えば、ミキサー等で充分に均一に混合した後、更に熱ロール、押し出し機又はニーダー等で溶融混練し、冷却後粉砕してエポキシ樹脂成形材料とすることができる。
本発明のエポキシ樹脂成形材料を用いて、半導体素子等の各種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従来からの成形方法で硬化成形すればよい。
以下に本発明の実施例を示すが、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。
なお、実施例及び比較例で用いた無機充填材の内容について以下に示す。
球状溶融シリカ1:平均粒径24.0μm、比表面積2.2m/g、球状溶融シリカA(平均粒径33.0μm、比表面積0.2m/g、粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径0.3μm、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合5重量%)80重量%と球状溶融シリカB(平均粒径2.0μm、比表面積10m/g)20重量%とをエアブレンダーで混合したもの
球状溶融シリカ2:平均粒径28.0μm、比表面積3.0m/g、球状溶融シリカC(平均粒径38.0μm、比表面積0.3m/g、粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径0.2μm、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合10重量%)90重量%と球状溶融シリカD(平均粒径2.0μm、比表面積25.0m/g)10重量%とをエアブレンダーで混合したもの
球状溶融シリカ3:平均粒径32.0μm、比表面積1.3m/g、球状溶融シリカE(平均粒径45.0μm、比表面積0.5m/g、粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径0.15μm、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合15重量%)72重量%と球状溶融シリカF(平均粒径5.0μm、比表面積3.0m/g)28重量%とをエアブレンダーで混合したもの
球状溶融シリカ4:平均粒径25.0μm、比表面積2.6m/g、球状溶融シリカG(平均粒径37.0μm、比表面積1.2m/g、粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径0.08μm、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合60重量%)80重量%と球状溶融シリカH(平均粒径2.0μm、比表面積10m/g)20重量%とをエアブレンダーで混合したも
球状溶融シリカ5:平均粒径35.0μm、比表面積1.6m/g、球状溶融シリカI(平均粒径45.0μm、比表面積1.0m/g、粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径0.08μm、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合60重量%)72重量%と球状溶融シリカJ(平均粒径5.0μm、比表面積3.0m/g)28重量%とをエアブレンダーで混合したもの
球状溶融シリカ6:平均粒径20.0μm、比表面積4.0m/g、球状溶融シリカK(平均粒径30.0μm、比表面積1.3m/g、粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径0.07μm、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合65重量%)72重量%と球状溶融シリカL(平均粒径3.0μm、比表面積15.0m/g)28重量%とをエアブレンダーで混合したもの
球状溶融シリカ7:平均粒径:33.0μm、比表面積:6.3m/g、球状溶融シリカM(平均粒径38.0μm、比表面積0.3m/g、粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径0.25μm、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合10重量%)96.5重量%と球状溶融シリカN(平均粒径0.05μm、比表面積183m/g)3.5重量%とをエアブレンダーで混合したもの
球状溶融シリカ8:球状溶融シリカM(平均粒径38.0μm、比表面積0.3m/g、粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径0.25μm、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合10重量%)
球状溶融シリカ9:球状溶融シリカF(平均粒径5.0μm、比表面積3.0m/g)
球状溶融シリカ10:平均粒径0.6μm、比表面積6.2m/g、金属シリコンと酸素と反応させて得た球状溶融シリカ
破砕シリカ:平均粒径22.5μm、比表面積1.8m/g
実施例1
エポキシ樹脂1: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、YX−4000、エポキシ当量190g/eq、融点105℃) 68重量部
フェノール樹脂1:フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂(三井化学(株)製、XLC−LL、水酸基当量165g/eq、軟化点79℃) 48重量部
硬化促進剤1:下記式(2)で示される硬化促進剤 2重量部
Figure 0004967353
球状溶融シリカ1 770重量部
球状溶融シリカ10 100重量部
カップリング剤1:γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン 3重量部
カーボンブラック 4重量部
カルナバワックス 5重量部
を混合し、熱ロールを用いて、95℃で8分間混練して冷却後粉砕し、エポキシ樹脂成形材料を得た。得られたエポキシ樹脂成形材料を用いて、以下の方法で評価した。結果を表1に示す。
評価方法
スパイラルフロー:低圧トランスファー成形機(コータキ精機株式会社製 KTS−15)を用いて、EMMI−1−66に準じたスパイラルフロー測定用金型に、金型温度175℃、注入圧力6.9MPa、硬化時間120秒の条件でエポキシ樹脂組成物を注入し、流動長を測定した。単位はcmで、100cm以上を流動性良好とした。
金線変形:低圧トランスファー成形機(第一精工株式会社製 GP−ELF)を用いて、成形温度175℃、注入圧力9.3MPa、硬化時間120秒の条件で、160pLQFP(PPFフレーム、パッケージサイズ24mm×24mm×1.4mm、チップサイズ7.0mm×7.0mm、金線の太さ25μm、金線の長さ3mm)を成形した。成形した160pLQFPパッケージを軟X線透視装置(ソフテックス株式会社製 PRO−TEST 100)で観察し、金線の変形率を(流れ量)/(金線長)の比率で表した。単位は%で、変形率4%以下を金線変形が少なく良好であるとした。
硬化性:キュラストメーター(オリエンテック(株)製、JSRキュラストメーターIVPS型)を用い、175℃、60秒後のトルク値を300秒後のトルク値で除した値で示した。この値が0.6以上を硬化性良好とした。
耐半田性:低圧トランスファー成形機(第一精工株式会社製 GP−ELF)を用いて、成形温度175℃、圧力8.3MPa、硬化時間120秒の条件で、160pLQFP(Cuフレーム、パッケージサイズ24mm×24mm×1.4mm、チップサイズ7.0mm×7.0mm)を成形し、アフターベークとして175℃、4時間加熱処理した後、30℃、相対湿度60%で192時間の加湿処理を行った後、260℃のIRリフロー処理(Heller社製 1812EXL−S)をした。パッケージ内部の剥離とクラックを超音波探傷機(日立建機ファインテック社製 mi−scope 10)で確認した。10個のパッケージ中の不良パッケージ数を示す。不良数0個を耐半田性良好とした。
実施例2〜15、比較例1〜9
表1、2、3の配合に従い、実施例1と同様にしてエポキシ樹脂成形材料を得て、実施例1と同様に評価した。結果を表1、2、3に示す。
実施例1以外で用いた原材料を以下に示す。
エポキシ樹脂2(ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、日本化薬(株)製、NC3000P、軟化点58℃、エポキシ当量273)
フェノール樹脂2(ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、明和化成(株)製、MEH−7851SS、軟化点107℃、水酸基当量204)
硬化促進剤2:下記式(3)で示される硬化促進剤
Figure 0004967353
硬化促進剤3:トリフェニルホスフィン
硬化促進剤4:1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7
カップリング剤2:N−フェニルγ−アミノプロピルトリエトキシシラン
カップリング剤3:γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン
Figure 0004967353
Figure 0004967353
Figure 0004967353
実施例1〜15は、硬化促進剤(C)として一般式(1)で表されるホスホベタイン化合物(c1)をその種類と量を変えて用いたもの、及び、無機充填材(D)として特定の平均粒径、特定の比表面積である球状溶融シリカ(d11)と特定の平均粒径、特定の比表面積である球状溶融シリカ(d12)とを含んでなる特定の平均粒径、特定の比表面積である球状溶融シリカ(d1)をその種類と量を変えて用いたもの、並びに、エポキシ樹脂(A)と硬化剤(B)の種類やカップリング剤の種類を変えたもの等を含むものであるが、いずれも、流動性(スパイラルフロー)、金線変形、硬化性、及び耐半田性の全てに亘って良好な結果が得られた。
一方、硬化促進剤(C)として一般式(1)で表されるホスホベタイン化合物(c1)を用いていない比較例1、2では、流動性、金線変形、硬化性、及び耐半田性の全てに亘って劣る結果となった。また、球状溶融シリカ(d11)の比表面積が本願発明の数値範囲から外れるものを用いた比較例3、4、5では、流動性、金線変形、及び硬化性が劣る結果となった。また、球状溶融シリカ(d12)の比表面積が本願発明の数値範囲から外れるものを用いた比較例6では、流動性、金線変形、硬化性、及び耐半田性の全てに亘って劣る結果となった。また、球状溶融シリカ(d11)を用いなかった比較例8では、流動性、金線変形、硬化性、及び耐半田性の全てに亘って劣る結果となった。また、球状溶融シリカ(d1)の代わりに破砕シリカを用いた比較例9では、流動性が著しく劣り、金線変形及び耐半田性の評価を行うためのパッケージの成形で未充填が生じる結果となった。
以上の通り、本発明に従うと、金線変形が発生し難く、流動性、成形性、硬化性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び耐半田性に優れた半導体装置が得られることが分かった。
本発明によれば、金線変形が発生し難く、流動性、成形性、硬化性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得ることができるため、より高いレベルの耐半田性が要求される半導体装置に好適に用いることができる。

Claims (3)

  1. エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)、硬化促進剤(C)、及び無機充填材(D)を含むエポキシ樹脂組成物であって、前記硬化促進剤(C)が一般式(1)で表されるホスホベタイン化合物(c1)を含むものであり、前記無機充填材(D)が平均粒径10μm以上40μm以下、比表面積1m/g以上3.5m/g以下の球状溶融シリカ(d1)を含むものであり、かつ該球状溶融シリカ(d1)が平均粒径20μm以上60μm以下、比表面積0.1m/g以上0.5m/g以下の球状溶融シリカ(d11)と、平均粒径0.1μm以上10μm以下、比表面積1m/g以上50m/g以下の球状溶融シリカ(d12)とを含んでなるものであり、球状溶融シリカ(d11)は、その粒子表面に溶融シリカ微粒子が付着したものであり、球状溶融シリカ(d11)の粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径が0.1μm以上0.6μm以下であり、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合が20重量%以下であり、球状溶融シリカ(d1)の全エポキシ樹脂組成物に対する配合割合が40重量%以上93重量%以下であり、無機充填材(D)の全エポキシ樹脂組成物中に対する配合割合が78重量%以上93重量%以下であり、球状溶融シリカ(d1)は、(d11)の球状溶融シリカを50重量%以上95重量%以下、(d12)の球状溶融シリカを5重量%以上50重量%以下の割合で含むものであり、球状溶融シリカ(d1)、球状溶融シリカ(d11)及び球状溶融シリカ(d12)の平均粒径はレーザー式粒度分布計で測定するものであり、球状溶融シリカ(d11)の粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径は走査型電子顕微鏡を用いてその表面の粒子画像の画像解析により測定するものである半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
    Figure 0004967353
    (ただし、上記一般式(1)において、Xは水素又は炭素数1以上3以下のアルキル基、Yは水素又はヒドロキシル基を表す。m、nは1以上3以下の整数。)
  2. 請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物を混合及び/又は溶融混練してなる半導体封止用エポキシ樹脂成形材料。
  3. 請求項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂成形材料を用いて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。
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