JP5364963B2 - Epoxy resin composition and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は連続成形性が良好で生産時に金型汚れやゲート詰まり等の不良によるクリーニング頻度が少なく、かつ半田リフロー時の金属に対する密着性が高く、さらにパッケージ膨れが小さい半導体封止用エポキシ樹脂組成物、および該封止用組成物で封止してなる半導体装置に関する。 The present invention provides an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation having good continuous formability, less frequent cleaning due to defects such as mold contamination and gate clogging during production, high adhesion to metal during solder reflow, and small package swelling And a semiconductor device formed by sealing with the sealing composition.
半導体装置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ッチックシールと共にフェノール樹脂、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おり、一般にこのような封止に使用される樹脂を封止材樹脂と呼んでいる。その中でも、経済性、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。そして、エポキシ樹脂による封止方法は、エポキシ樹脂に硬化剤、充填材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型法などにより封止する方法が一般的に行われている。 As sealing methods for electronic circuit components such as semiconductor devices, resin sealing using phenolic resin, silicone resin, epoxy resin, etc. has been proposed as well as hermetic sealing using metal or ceramics. The resin used is called a sealing material resin. Among them, resin sealing with an epoxy resin is most actively performed from the viewpoint of the balance between economy, productivity, and physical properties. As a sealing method using an epoxy resin, a method in which a composition obtained by adding a curing agent, a filler or the like 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 is generally performed. It has been broken.
最近はプリント基板への半導体装置パッケージの実装において高密度化、自動化が進められており、従来のリードピンを基板の穴に挿入する“挿入実装方式”に代わり、基板表面に半導体装置パッケージを半田付けする“表面実装方式”が盛んになってきた。それに伴い、半導体装置パッケージも従来のＤＩＰ（デュアル・インライン・パッケージ）から、高密度実装・表面実装に適した薄型のＦＰＰ（フラット・プラスチック・パッケージ）に移行しつつある。その中でも最近では、微細加工技術の進歩により、厚さ２ｍｍ以下のＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＬＱＦＰが主流となりつつある。そのため湿度や温度など外部からの影響をいっそう受けやすくなり、耐リフロー信頼性、高温信頼性、耐湿信頼性などの信頼性が今後ますます重要となっている。特に最近ではＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ等厚さ１ｍｍ以下のパッケージにおける耐リフロー信頼性の向上が求められている。 Recently, high density and automation have been promoted in mounting semiconductor device packages on printed circuit boards. Instead of the conventional “insertion mounting method” in which lead pins are inserted into holes in the substrate, the semiconductor device packages are soldered to the substrate surface. “Surface mounting method” has become popular. Accordingly, semiconductor device packages are also shifting from conventional DIP (dual in-line package) to thin FPP (flat plastic package) suitable for high-density mounting and surface mounting. Among them, recently, TSOP, TQFP, and LQFP having a thickness of 2 mm or less are becoming mainstream due to advances in microfabrication technology. Therefore, it becomes more susceptible to external influences such as humidity and temperature, and reliability such as reflow reliability, high temperature reliability and moisture resistance reliability will become increasingly important in the future. In particular, recently, improvement in reflow resistance reliability in packages having a thickness of 1 mm or less such as TSOP and TQFP has been demanded.
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パッケージを載せ、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パッケージ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パッケージ全体が高温にさらされるため、封止樹脂の吸湿性が高いと封止樹脂と半導体チップの間、あるいは封止樹脂とリードフレームの間の剥がれが生じたり、吸湿した水分が半田リフロー時に爆発的に膨張してクラックが生じるという現象が起こる。また薄型パッケージの場合、銀ペースト層が吸湿してリフロー時にシリコンチップまたはリードフレームとの界面から剥離し、パッケージ底部が押し下げられてパッケージ底部が膨らむ現象（膨れ特性）が起こり問題になっている。更に、近年では環境保護の点から鉛を含んでいない鉛フリー半田の使用が進んでいるが、鉛フリー半田は融点が高く、そのためリフロー温度も上がることになりこれまで以上の耐リフロー信頼性が求められている。 In surface mounting, mounting is usually performed by solder reflow. In this method, semiconductor device packages are placed on a substrate, and these are exposed to a high temperature of 200 ° C. or higher, and solder previously applied to the substrate is melted to adhere the semiconductor device package to the substrate surface. In such a mounting method, the entire semiconductor device package is exposed to a high temperature. Therefore, if the hygroscopic property of the sealing resin is high, peeling between the sealing resin and the semiconductor chip or between the sealing resin and the lead frame may occur. A phenomenon occurs in which moisture that has absorbed moisture explodes during solder reflow and cracks occur. In the case of a thin package, the silver paste layer absorbs moisture and peels off from the interface with the silicon chip or the lead frame during reflow, and the bottom of the package is pushed down to cause the bottom of the package to swell (swelling characteristics). Furthermore, in recent years, the use of lead-free solder containing no lead has been promoted from the viewpoint of environmental protection. However, lead-free solder has a high melting point, which increases the reflow temperature, resulting in higher reflow resistance reliability than before. It has been demanded.
一般的に耐リフロー信頼性を向上させるには封止樹脂組成物中の充填材の割合を上げることが有効であることが知られているが、封止樹脂組成物中の樹脂成分を減らすことにより吸湿性が低下するからである。しかしながら、単純に封止樹脂組成物中の充填材の割合を大きくするだけだと流動性が悪化し、パッケージ未充填やステージシフトなどの問題が起こる。 In general, it is known that increasing the proportion of the filler in the sealing resin composition is effective for improving the reflow resistance reliability, but reducing the resin component in the sealing resin composition. It is because hygroscopicity falls by this. However, if the ratio of the filler in the sealing resin composition is simply increased, the fluidity is deteriorated and problems such as package unfilling and stage shift occur.
そのため、耐リフロー信頼性を向上するため、エポキシ樹脂としてテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を、硬化剤としてフェノールアラルキル樹脂を含有するエポキシ樹脂組成物が提案されている（特開平８−１３４１８３号公報）が、効果はそれなりに奏するものの未だ十分ではない。さらに、さらなる耐リフロー信頼性、特に２ｍｍ以下の厚みのパッケージにおいてさらに膨れ特性の優れる樹脂組成物が求められている。 Therefore, in order to improve the reflow resistance reliability, an epoxy resin composition containing tetramethylbisphenol F type epoxy resin as an epoxy resin and phenol aralkyl resin as a curing agent has been proposed (JP-A-8-134183). However, although the effect is appropriate, it is not enough. Furthermore, there is a need for a resin composition that is further excellent in reflow reliability, particularly in a bulging property in a package having a thickness of 2 mm or less.
一方、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂は、硬化性の悪さから連続成形時に金型汚れやゲート詰まり等の不良を生じやすく、金型クリーニングを頻繁に行う必要があり、生産性の面からこの点についても改良を要求されようになってきている。 On the other hand, tetramethylbisphenol F type epoxy resin tends to cause defects such as mold contamination and gate clogging during continuous molding due to its poor curability, and it is necessary to frequently perform mold cleaning. There is a growing demand for improvements.
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は連続成形性が良好で、生産時に金型汚れやゲート詰まり等の不良によるクリーニング頻度が少なく、かつ半田リフロー時の金属に対する密着性が高く、パッケージ膨れが小さい半導体封止用エポキシ樹脂組成物、および該封止用組成物で封止してなる半導体装置の提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the problem of the present invention is that the continuous formability is good, the frequency of cleaning due to defects such as mold contamination and gate clogging is low during production, and during solder reflow It is an object of the present invention to provide an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation with high adhesion to metal and small package swelling, and a semiconductor device encapsulated with the encapsulation composition.
本発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意検討した結果、本発明に到達した。本発明は、主として次の構成を有する。すなわち、
「エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、充填材（Ｃ）、式（Ｉ）で示される化合物（Ｄ）およびアミン系シランカップリング剤（Ｅ）を含有するエポキシ樹脂組成物であって、エポキシ樹脂（Ａ）が下記一般式（II）で表されるテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂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。The inventors of the present invention have reached the present invention as a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object. The present invention mainly has the following configuration. That is,
“An epoxy resin composition containing an epoxy resin (A), a curing agent (B), a filler (C), a compound (D) represented by the formula (I) and an amine-based silane coupling agent (E) An epoxy resin composition for semiconductor encapsulation, wherein the epoxy resin (A) contains a tetramethylbisphenol F type epoxy resin represented by the following general formula (II).
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明のエポキシ樹脂組成物は必須成分として、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、充填材（Ｃ）、式（Ｉ）で示される化合物（Ｄ）およびアミン系シランカップリング剤（Ｅ）を含有する。 The epoxy resin composition of the present invention includes, as essential components, an epoxy resin (A), a curing agent (B), a filler (C), a compound (D) represented by the formula (I), and an amine silane coupling agent (E ).
用途によっては一般式（II）で表されるテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂を併用しても良い。その他の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化合物であれば特に限定されず、モノマー、オリゴマー、ポリマー全般である。例えばアルキル置換基を持たないビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、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、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のビフェニル型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、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、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挙げられる。その他のエポキシ樹脂として２種以上用いても良い。 Depending on the application, an epoxy resin other than the tetramethylbisphenol F type epoxy resin represented by the general formula (II) may be used in combination. Other epoxy resins are not particularly limited as long as they are compounds having two or more epoxy groups in one molecule, and they are monomers, oligomers, and polymers in general. For example, bisphenol F type epoxy resin having no alkyl substituent, cresol novolac type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, 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, Biphenyl type epoxy resins such as 4'-bis (2,3-epoxypropoxy) -3,3 ', 5,5'-tetrabutylbiphenyl, phenol aralkyl type epoxy resins, naphthalene type epoxy resins, bisphenol A type epoxy resins, Stilbene type epoxy resin, dicyclopentadiene skeleton-containing epoxy resin, triphenylmethane type Examples include epoxy resins, chain aliphatic epoxy resins, alicyclic epoxy resins, heterocyclic epoxy resins, spiro ring-containing epoxy resins, and halogenated epoxy resins. Two or more kinds of other epoxy resins may be used.
本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）の配合量としては、エポキシ樹脂組成物全体に対して通常２〜２５重量％、特に２〜１０重量％が好ましい。さらに、２種以上のエポキシ樹脂を併用する場合、パッケージ膨れ特性改良の観点から一般式（II）で表されるテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の含有量はエポキシ樹脂（Ａ）全量に対して１０重量％以上が好ましい。In this invention, as a compounding quantity of an epoxy resin (A), 2 to 25 weight% is preferable normally with respect to the whole epoxy resin composition, and 2 to 10 weight% is especially preferable. Further, when two or more kinds of epoxy resins are used in combination, the content of the tetramethylbisphenol F type epoxy resin represented by the general formula (II) is 10 with respect to the total amount of the epoxy resin (A) from the viewpoint of improving the package swelling characteristics. % By weight or more is preferred.
本発明における硬化剤（Ｂ）は、エポキシ樹脂と反応する化合物であれば任意であるが、硬化物とした場合に吸水率が低い化合物として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、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、ビフェニル骨格含有フェノールアラルキル樹脂、などが挙げられ、これらを単独で用いても、２種類以上併用して用いてもかまわない。なかでもフェノールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、ビフェニル骨格含有フェノールアラルキル樹脂が好ましく用いられる。 The curing agent (B) in the present invention is arbitrary as long as it is a compound that reacts with an epoxy resin, but a curing agent having a phenolic hydroxyl group is preferably used as a compound having a low water absorption when it is a cured product. 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 compound, dicyclopentadiene skeleton-containing phenol resin, phenol aralkyl resin, naphthol aralkyl resin, biphenyl skeleton-containing phenol aralkyl resin, and the like. It may be used in combination with two or more kinds. Of these, phenol novolac resins, dicyclopentadiene skeleton-containing phenol resins, phenol aralkyl resins, naphthol aralkyl resins, and biphenyl skeleton-containing phenol aralkyl resins are preferably used.
本発明において、硬化剤（Ｂ）の配合量はエポキシ樹脂組成物全体に対して通常２〜２２重量％であり、好ましくは２〜１０重量％である。さらに、硬化剤（Ｂ）の全体量のうち、フェノールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、ビフェニル骨格含有フェノールアラルキル樹脂のいずれかを５０重量％以上配合することが、連続成形性ばかりでなく、密着性、耐半田リフロー性が優れる点からより好ましい。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信頼性の点から（Ａ）に対する（Ｂ）の化学当量比が０．５〜２、特に０．７〜１．５の範囲にあることが好ましい。 In this invention, the compounding quantity of a hardening | curing agent (B) is 2-22 weight% normally with respect to the whole epoxy resin composition, Preferably it is 2-10 weight%. Furthermore, 50% by weight or more of any of phenol novolak resin, dicyclopentadiene skeleton-containing phenol resin, phenol aralkyl resin, naphthol aralkyl resin, and biphenyl skeleton-containing phenol aralkyl resin in the total amount of the curing agent (B). However, it is more preferable from the viewpoint of not only continuous formability but also excellent adhesion and solder reflow resistance. 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, particularly preferably from the viewpoint of mechanical properties and moisture resistance reliability. It is preferably in the range of 7 to 1.5.
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エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）との反応を促進するものであれば公知のものを任意に使用できる。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、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾールなどのイミダゾール類およびそれらの塩、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルアミンなどの３級アミン化合物、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ（４，３，０）ノネン、７−メチル−１，５，７−トリアザビシクロ（４，４，０）デセン−５などのアミジン化合物およびそれらの塩、トリフェニルホスフィン、トリス（２，６−ジメトキシフェニル）ホスフィン、トリス（４−アルキルフェニル）ホスフィン、トリアルキルホスフィンなどリン化合物およびそれらの塩などが用いられる。これらの硬化促進剤は２種以上を併用しても良く、さらには予め使用する硬化剤（Ｂ）またはエポキシ樹脂（Ａ）と溶融混合させた後添加しても良い。 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). Any known curing accelerator can be used as long as it accelerates the reaction between the epoxy resin (A) and the curing agent (B). Specific examples of curing accelerators include imidazoles such as 2-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole, 2-undecylimidazole and their salts, triethylamine, benzyldimethylamine, α-methyl. Tertiary amine compounds such as benzylamine, 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undecene-7, 1,5-diazabicyclo (4,3,0) nonene, 7-methyl-1,5,7-tria Amidine compounds such as zabicyclo (4,4,0) decene-5 and their salts, phosphorus such as triphenylphosphine, tris (2,6-dimethoxyphenyl) phosphine, tris (4-alkylphenyl) phosphine, trialkylphosphine Compounds and their salts are used. These curing accelerators may be used in combination of two or more, and may be added after being melt mixed with the curing agent (B) or epoxy resin (A) used in advance.
硬化促進剤の配合量としては、エポキシ樹脂組成物全体に対して通常０．０２〜１．０重量％、特に０．０５〜０．５重量％が好ましい。 As a compounding quantity of a hardening accelerator, it is 0.02-1.0 weight% normally with respect to the whole epoxy resin composition, Especially 0.05-0.5 weight% is preferable.
本発明における充填材（Ｃ）としては無機充填材が好ましく、具体的には非晶性シリカ、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、窒化珪素、酸化マグネシウムアルミニウム、ジルコニア、ジルコン、クレー、タルク、マイカ、珪酸カルシウム、酸化チタン、酸化アンチモン、アスベスト、ガラス繊維などが挙げられる。形状も球状、破砕状、繊維状など任意のものが使用でき、なかでも球状の無機充填材を配合することが好ましい。特に好ましいものとして球状のシリカが挙げられる。 The filler (C) in the present invention is preferably an inorganic filler, specifically, amorphous silica, crystalline silica, calcium carbonate, magnesium carbonate, alumina, magnesia, silicon nitride, magnesium aluminum oxide, zirconia, zircon, Examples include clay, talc, mica, calcium silicate, titanium oxide, antimony oxide, asbestos, and glass fiber. Arbitrary shapes such as a spherical shape, a crushed shape, and a fibrous shape can be used, and it is particularly preferable to add a spherical inorganic filler. Particularly preferred is spherical silica.
充填材（Ｃ）の粒径としては、流動性の点から平均粒径５〜３０μｍ（メジアン径）が好ましい。 The particle size of the filler (C) is preferably an average particle size of 5 to 30 μm (median diameter) from the viewpoint of fluidity.
充填材（Ｃ）の配合量としては、成形性、耐半田リフロー性の点から、エポキシ樹脂組成物全体に対して８０〜９５重量％が特に好ましい。 As a compounding quantity of a filler (C), 80 to 95 weight% is especially preferable with respect to the whole epoxy resin composition from the point of a moldability and solder reflow resistance.
本発明においては、式（Ｉ）で示される化合物（Ｄ）を含有する。
式（Ｉ）で示される化合物（Ｄ）の具体例としては、１，２，３−トリヒドロキシベンゼン、１，３，５−トリヒドロキシベンゼン、１，２，４−トリヒドロキシベンゼン、３，４，５−トリヒドロキシベンゾイックアシッドなどの水酸基を３つ持つ化合物、１，２−ジヒドロキシベンゼン、１，３−ジヒドロキシベンゼン、１，４−ジヒドロキシベンゼン、２，５−ジヒドロキシベンズアルデヒド、３，４−ジヒドロキシベンズアルデヒド、１，２−ジヒドロキシベンゼン−３，５−ジスルフォニックアシッド、２，３−ジヒドロキシベンゾイックアシッド、２，４−ジヒドロキシベンゾイックアシッド、２，５−ジヒドロキシベンゾイックアシッド、２，６−ジヒドロキシベンゾイックアシッド、３，４−ジヒドロキシベンゾイックアシッド、３，５−ジヒドロキシベンゾイックアシッド、２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、３，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、１，２−ジヒドロキシ−４−ニトロベンゼン、２，５−ジヒドロキシフェニルアセティックアシッド、３，４−ジヒドロキシフェニルアセティックアシッド、２，６−ジヒドロキシトルエン、３，５−ジヒドロキシトルエン、２，３−ジヒドロキシトルエン、３，４−ジヒドロキシトルエンなどの水酸基を２つ持つ化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。なかでも１，２−ジヒドロキシベンゼン、１，３−ジヒドロキシベンゼン、１，４−ジヒドロキシベンゼン、１，２，３−トリヒドロキシベンゼン、１，３，５−トリヒドロキシベンゼン、３，４，５−トリヒドロキシベンゾイックアシッド、１，２，４−トリヒドロキシベンゼンが好ましく用いられる。なお、これらを単独で用いても、２種類以上併用してもかまわない。また、あらかじめ、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）等の樹脂中に溶融混合させて用いてもかまわない。 Specific examples of the compound (D) represented by the formula (I) include 1,2,3-trihydroxybenzene, 1,3,5-trihydroxybenzene, 1,2,4-trihydroxybenzene, 3,4 , Compounds having three hydroxyl groups such as 5-trihydroxybenzoic acid, 1,2-dihydroxybenzene, 1,3-dihydroxybenzene, 1,4-dihydroxybenzene, 2,5-dihydroxybenzaldehyde, 3,4-dihydroxy Benzaldehyde, 1,2-dihydroxybenzene-3,5-disulfonic acid, 2,3-dihydroxybenzoic acid, 2,4-dihydroxybenzoic acid, 2,5-dihydroxybenzoic acid, 2,6-dihydroxy Benzoic acid, 3,4-dihydroxybenzoic acid 3,5-dihydroxybenzoic acid, 2,4-dihydroxybenzophenone, 3,4-dihydroxybenzophenone, 1,2-dihydroxy-4-nitrobenzene, 2,5-dihydroxyphenylacetic acid, 3,4-dihydroxy Examples include compounds having two hydroxyl groups such as phenylacetic acid, 2,6-dihydroxytoluene, 3,5-dihydroxytoluene, 2,3-dihydroxytoluene, and 3,4-dihydroxytoluene, but are not limited thereto. It is not a thing. Among them, 1,2-dihydroxybenzene, 1,3-dihydroxybenzene, 1,4-dihydroxybenzene, 1,2,3-trihydroxybenzene, 1,3,5-trihydroxybenzene, 3,4,5-tri Hydroxybenzoic acid and 1,2,4-trihydroxybenzene are preferably used. These may be used alone or in combination of two or more. In addition, the resin may be previously melt-mixed in a resin such as epoxy resin (A) or curing agent (B).
式（Ｉ）で示される化合物（Ｄ）の添加量としては、好ましくはエポキシ樹脂組成物に対して０．０１〜０．５０重量％であり、より好ましくは０．０３〜０．３０重量％である。 The amount of the compound (D) represented by the formula (I) is preferably 0.01 to 0.50% by weight, more preferably 0.03 to 0.30% by weight, based on the epoxy resin composition. It is.
このように、式（Ｉ）で示される化合物（Ｄ）を少量、添加剤として用いることで、流動性と硬化性が向上し連続成形性に優れ、かつ、半導体部材に対して密着性が高く、鉛フリー半田を用いた耐半田リフロー性も良好な半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得ることができる。式（Ｉ）で示される化合物（Ｄ）の添加量を０．０１重量％以上とすることにより流動性と硬化性が向上し、連続成形時に不良が起こりにくくなる。また０．５０重量％以下とすることで半田耐熱性が低下することもない。 Thus, by using a small amount of the compound (D) represented by the formula (I) as an additive, the fluidity and curability are improved, the continuous formability is excellent, and the adhesiveness to the semiconductor member is high. In addition, an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation with good solder reflow resistance using lead-free solder can be obtained. By making the addition amount of the compound (D) represented by the formula (I) 0.01% by weight or more, fluidity and curability are improved, and defects are less likely to occur during continuous molding. Moreover, solder heat resistance does not fall by setting it as 0.50 weight% or less.
本発明では、アミン系シランカップリング剤（Ｅ）を含有する。好ましいアミン系シランカップリング剤としては、下記一般式（III）で表されるアミン系シランカップリング剤を挙げることが出来る。
具体例としては、γ−（Ｎ−フェニルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−フェニルアミノ）プロピルメチルジメトキシシラン、γ−（Ｎ−メチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−メチルアミノプロピル）メチルジメトキシシラン、γ−（Ｎ−エチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−エチルアミノ）プロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−エチルアミノ）プロピルメチ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−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリエチルシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）プロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。In this invention, an amine-type silane coupling agent (E) is contained. Preferred amine silane coupling agents include amine silane coupling agents represented by the following general formula (III).
Specific examples include γ- (N-phenylamino) propyltrimethoxysilane, γ- (N-phenylamino) propylmethyldimethoxysilane, γ- (N-methylamino) propyltrimethoxysilane, γ- (N-methyl). Aminopropyl) methyldimethoxysilane, γ- (N-ethylamino) propyltrimethoxysilane, γ- (N-ethylamino) propylmethyldimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ- (N-ethylamino) ) Propylmethyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) -γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-β- (aminoethyl)- γ-aminopropyltriethylsilane, γ-aminopropyltriethoxysilane .gamma.-aminopropyl methyl diethoxy silane, .gamma.-aminopropyltrimethoxysilane, .gamma.-aminopropyl methyl dimethoxy silane, γ- (N, N- dimethylamino) such as trimethoxy silane.
アミン系シランカップリング剤（Ｅ）の配合割合としてはエポキシ樹脂組成物に対して０．１〜３重量％であり、より好ましくは０．２〜２．０重量％である。 The mixing ratio of the amine-based silane coupling agent (E) is 0.1 to 3% by weight, more preferably 0.2 to 2.0% by weight, based on the epoxy resin composition.
本発明のエポキシ樹脂組成物では、必須成分ではないが難燃性をさらに向上させる目的でブロム化合物を配合できる。ブロム化合物は、通常、エポキシ樹脂組成物に難燃剤として添加されるものであれば、特に限定されない。ブロム化合物の好ましい具体例としては、ブロム化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ブロム化フェノールノボラック型エポキシ樹脂などのブロム化エポキシ樹脂、ブロム化ポリカーボネート樹脂、ブロム化ポリスチレン樹脂、ブロム化ポリフェニレンオキサイド樹脂、テトラブロモビスフェノールＡ、デカブロモジフェニルエーテルなどがあげられ、なかでも、ブロム化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ブロム化フェノールノボラック型エポキシ樹脂などのブロム化エポキシ樹脂が、成形性の点から特に好ましい。 In the epoxy resin composition of the present invention, although not an essential component, a bromine compound can be blended for the purpose of further improving flame retardancy. The bromine compound is not particularly limited as long as it is normally added as a flame retardant to the epoxy resin composition. Preferred specific examples of the bromo compound include brominated epoxy resins such as brominated bisphenol A type epoxy resin and brominated phenol novolac type epoxy resin, brominated polycarbonate resin, brominated polystyrene resin, brominated polyphenylene oxide resin, tetrabromobisphenol. A, decabromodiphenyl ether, and the like. Among them, brominated epoxy resins such as brominated bisphenol A type epoxy resins and brominated phenol novolac type epoxy resins are particularly preferable from the viewpoint of moldability.
同様に、本発明のエポキシ樹脂組成物では、必須成分ではないがアンチモン化合物を配合できる。これは通常半導体封止用エポキシ樹脂組成物に難燃助剤として添加されるもので、特に限定されず、公知のものが使用できる。アンチモン化合物の好ましい具体例としては、三酸化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモンがあげられる。 Similarly, in the epoxy resin composition of the present invention, an antimony compound can be blended although it is not an essential component. This is usually added as a flame retardant aid to the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation, and is not particularly limited, and known ones can be used. Preferable specific examples of the antimony compound include antimony trioxide, antimony tetraoxide, and antimony pentoxide.
本発明のエポキシ樹脂組成物は、さらに次に挙げる各種添加剤を任意に含有することができる。カーボンブラックおよび酸化鉄などの各種着色剤や各種顔料、シリコーンゴム、オレフィン系共重合体、変性ニトリルゴム、変性ポリブタジエンゴムなどの各種エラストマー、シリコーンオイル、ポリエチレンなどの各種熱可塑性樹脂、フッ素系、シリコーン系などの界面活性剤、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およびパラフィンワックスなどの各種離型剤およびハイドロタルサイト類などのイオン捕捉剤、有機過酸化物などの架橋剤。 The epoxy resin composition of the present invention can further optionally contain the following various additives. Various colorants and pigments such as carbon black and iron oxide, silicone rubber, olefin copolymers, various elastomers such as modified nitrile rubber and modified polybutadiene rubber, various thermoplastic resins such as silicone oil and polyethylene, fluorine based, silicone Surfactants such as long-chain fatty acids, metal salts of long-chain fatty acids, esters of long-chain fatty acids, various release agents such as long-chain fatty acid amides and paraffin wax, and ion-trapping agents such as hydrotalcites, organic Crosslinkers such as peroxides.
本発明のエポキシ樹脂組成物は上記各成分を溶融混線によって製造することが好ましい。たとえば各種原料をミキサーなどの公知の方法で混合した後、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される。溶融混練時の樹脂温度としては、通常７０〜１５０℃の範囲が使用される。 The epoxy resin composition of the present invention is preferably produced by melting and blending the above components. For example, various raw materials are mixed by a known method such as a mixer and then melt kneaded using a known kneading method such as a Banbury mixer, a kneader, a roll, a single or twin screw extruder and a kneader. As the resin temperature at the time of melt kneading, a range of 70 to 150 ° C. is usually used.
本発明のエポキシ樹脂組成物は、加熱混練で溶融し、冷却さらに粉砕した粉末の形状、粉末を打錠して得られるタブレットの形状、加熱混練で溶融し型内で冷却固化したタブレットの形状、加熱混線で溶融し押し出ししてさらに切断したぺレットの形状などの状態で使用できる。 The epoxy resin composition of the present invention is a powder shape melted by heat kneading, cooled and pulverized, a tablet shape obtained by tableting the powder, a tablet shape melted by heat kneading and cooled and solidified in a mold, It can be used in the form of a pellet or the like that has been melted and heated and extruded by heating.
そしてこれらの形状から半導体素子の封止に供され半導体装置の製造が行われる。半導体を基板に固定した部材に対して、本発明のエポキシ樹脂組成物を、例えば１２０〜２５０℃、好ましくは１５０〜２００℃の温度で、トランスファ成形、インジェクション成形、注型法などの方法で成形して、エポキシ樹脂組成物の硬化物によって封止された半導体装置が製造される。また必要に応じて追加熱処理（例えば、１５０〜２００℃、２〜１６時間）を行うことができる。 From these shapes, the semiconductor device is manufactured by sealing the semiconductor element. The epoxy resin composition of the present invention is formed on a member having a semiconductor fixed on a substrate by a method such as transfer molding, injection molding, or casting at a temperature of 120 to 250 ° C., preferably 150 to 200 ° C. Thus, a semiconductor device sealed with a cured product of the epoxy resin composition is manufactured. Moreover, additional heat processing (For example, 150-200 degreeC, 2 to 16 hours) can be performed as needed.
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はここに掲げた実施例によって限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples given here.
[実施例１〜１１、１３〜１４、１６、参考例１２、１５、比較例１〜４]
表１に示した成分を表２〜３に示す組成比（重量比）で、ミキサーによりドライブレンドした後、ロール表面温度９０℃のミキシングロールを用いて５分間加熱混練後、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。
[Examples 1 to 11, 13 to 14 , 16 , Reference Examples 12 and 15, Comparative Examples 1 to 4]
The components shown in Table 1 were dry blended with a mixer at the composition ratio (weight ratio) shown in Tables 2 to 3, and then heated and kneaded for 5 minutes using a mixing roll with a roll surface temperature of 90 ° C., and then cooled and ground. An epoxy resin composition for semiconductor encapsulation was obtained.
得られた樹脂組成物について１４４ｐｉｎＴＱＦＰ（外形：２０ｍｍ×２０ｍｍ×１．０ｍｍ、フレーム材料：４２アロイ）用金型を用いて、低圧トランスファー成形機で金型温度１７５℃、キュアータイム１分間の条件でパッケージを成形した。なお評価用のチップとしては表面に窒化珪素膜を被覆した模擬素子を搭載した、チップサイズ８ｍｍ×８ｍｍ×０．３ｍｍのものを用いた。
Using the mold for 144 pin TQFP (outer shape: 20 mm × 20 mm × 1.0 mm, frame material: 42 alloy), the obtained resin composition was subjected to a mold temperature of 175 ° C. and a cure time of 1 minute using a low pressure transfer molding machine. A package was molded. As the evaluation chip, a chip having a chip size of 8 mm × 8 mm × 0.3 mm, on which a simulated element having a silicon nitride film coated, was used.
上記成形により得られた１４４ｐｉｎＴＱＦＰのパッケージ１０個を１８０℃、６時間の条件でポストキュアーした後、マイクロメーターにてパッケージ中央部の厚みＩ（μm）を計測した。これを８５℃／６０％ＲＨで２４時間加湿後、最高温度２６０℃のＩＲリフロー炉で加熱処理した。なお、リフロー炉の温度プロファイルは、１５０℃〜２００℃の領域を６０秒〜１００秒、２００℃から２６０℃の昇温速度を１．５〜２．５℃／秒、最高温度である２５５℃〜２６５℃の領域で１０〜２０秒維持し、２６０℃から２００℃の降温速度を１．５〜２．５℃／秒とした。 Ten 144 pin TQFP packages obtained by the above molding were post-cured under conditions of 180 ° C. and 6 hours, and then the thickness I (μm) of the central portion of the package was measured with a micrometer. This was humidified at 85 ° C./60% RH for 24 hours and then heat-treated in an IR reflow furnace having a maximum temperature of 260 ° C. The temperature profile of the reflow furnace is such that the region of 150 ° C. to 200 ° C. is 60 seconds to 100 seconds, the temperature rising rate from 200 ° C. to 260 ° C. is 1.5 to 2.5 ° C./second, and the maximum temperature is 255 ° C. The temperature was maintained in the region of ˜265 ° C. for 10 to 20 seconds, and the temperature decrease rate from 260 ° C. to 200 ° C. was set to 1.5 to 2.5 ° C./second.
パッケージがリフロー炉を出た５秒後、再びマイクロメーターにてパッケージの中央部の厚みII（μm）を計測した。さらに１０個それぞれのパッケージについて（厚みII−厚みＩ）を算出し、この１０個の平均値を「膨れ」（μm）とした。なお、膨れは小さい方が好ましく、８０μｍ以下であることが特に好ましい。 Five seconds after the package exited the reflow furnace, the thickness II (μm) of the central portion of the package was again measured with a micrometer. Further, (thickness II−thickness I) was calculated for each of the 10 packages, and the average value of the 10 packages was defined as “swell” (μm). In addition, the one where a swelling is small is preferable and it is especially preferable that it is 80 micrometers or less.
＜半田耐熱性の評価＞
得られた樹脂組成物について、２０８ピンＬＱＦＰ（外形：２８×２８×１．４ｍｍ、フレーム材料：銅）用金型（ポット径：φ１８ｍｍ）を用いて、低圧トランスファー成形機で、金型温度１７５℃、成形時間９０秒の条件でパッケージを成形した。成形により得られた２０８ピンＬＱＦＰのパッケージ１０個を１７５℃で６時間硬化させ、８５℃、６０％ＲＨ、１６８時間の条件で加湿処理後、ＩＲリフロー炉を用いて２６０℃で１０秒間加熱処理した。その後のパッケージを、超音波探傷機を使用してダイパッド裏面を観察し、ダイパッド裏面の全面積に対し剥離が生じている面積から剥離率（％）を求めた。<Evaluation of solder heat resistance>
About the obtained resin composition, using a 208 pin LQFP (outer shape: 28 × 28 × 1.4 mm, frame material: copper) mold (pot diameter: φ18 mm), using a low pressure transfer molding machine, a mold temperature of 175 The package was molded under the conditions of ° C and molding time of 90 seconds. Ten 208-pin LQFP packages obtained by molding were cured at 175 ° C. for 6 hours, humidified under conditions of 85 ° C., 60% RH and 168 hours, and then heat treated at 260 ° C. for 10 seconds using an IR reflow oven. did. The subsequent package was observed on the back side of the die pad using an ultrasonic flaw detector, and the peel rate (%) was determined from the area where peeling occurred with respect to the entire area of the back side of the die pad.
＜連続成形性評価＞
上記と同様の方法で２０８ｐＬＱＦＰパッケージを成形して連続成形性の評価を行った。ただし、キュアータイムは４０秒とした。金型クリーニングのためメラミン樹脂で１ショット成形を行い、続いて金型と樹脂の離型性を回復するため東レ製離型回復材“ＴＲ−４”で２ショット成形をおこなった。その後続いて上述の樹脂組成物で連続成形を行い、金型汚れやゲート詰まり等の不良が発生するまでの成形ショット数で連続成形性の評価をおこなった。なお、ショット数は多い方が当然好ましいが、ここでは最大１００ショットまで行い成形不良を評価して不良が発生しなければ合格とし、表中には不良が発生するまでのショット数を記載した。<Continuous formability evaluation>
A 208 pLQFP package was molded by the same method as described above, and the continuous moldability was evaluated. However, the cure time was 40 seconds. One-shot molding was performed with melamine resin for mold cleaning, and then two-shot molding was performed with a release recovery material “TR-4” manufactured by Toray in order to recover the mold-release characteristics of the mold and the resin. Subsequently, continuous molding was performed with the above resin composition, and the continuous moldability was evaluated by the number of molding shots until defects such as mold contamination and gate clogging occurred. Of course, a larger number of shots is preferable, but here, up to 100 shots are evaluated and molding defects are evaluated. If no defects occur, the test is accepted, and the number of shots until defects occur is shown in the table.
表２〜３に評価結果を示す。表２〜３に見られるようにテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を含有し、式（Ｉ）で示される化合物（Ｄ）の添加量が０．０１〜０．５０重量％の範囲で、かつ、アミン系シランカップリング剤を用いた半導体封止用エポキシ樹脂組成物はリフロー時のパッケージ膨れ特性、耐剥離性、さらには連続成形性のいずれも優れている。 Tables 2 to 3 show the evaluation results. As shown in Tables 2 to 3, it contains tetramethylbisphenol F type epoxy resin, the amount of compound (D) represented by formula (I) is in the range of 0.01 to 0.50% by weight, and An epoxy resin composition for semiconductor encapsulation using an amine-based silane coupling agent is excellent in package swelling characteristics during reflow, peeling resistance, and continuous moldability.
以上説明したように、本発明によればリフロー時のパッケージ膨れ特性、耐剥離性、さらには連続成形性が優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び該エポキシ樹脂組成物によって封止してなる半導体装置を得ることができる。 As described above, according to the present invention, it is sealed with an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation having excellent package swell characteristics during reflow, peeling resistance, and continuous moldability, and the epoxy resin composition. A semiconductor device can be obtained.
Claims (3)
ことを特徴とする厚み１ｍｍ以下のパッケージ用半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
。
【化１】
上記式（１）において、６つのＲのうち２つ、もしくは、３つは水酸基であり、残りのＲは水素原子である。
【化２】
【化３】
（ただし、Ｒ１は水素、メチル基、エチル基、フェニル基、またはβ−アミノエチル基を示し、同一であっても異なっていてもよく、Ｒ２は炭素数１〜４のアルコキシ基を示し、同一であっても異なっていてもよい。）
An epoxy resin composition containing an epoxy resin (A), a curing agent (B), a filler (C), a compound (D) represented by the formula (I), and an amine-based silane coupling agent (E), The epoxy resin (A) contains tetramethylbisphenol F type epoxy resin represented by the following general formula (II) in an amount of 10% by weight or more based on the total amount of the epoxy resin (A), and the content of the compound (D) is the total resin. It is 0.01 to 0.5% by weight based on the composition, and the amine silane coupling agent (E) is an amine silane coupling agent represented by the following general formula (III). An epoxy resin composition for semiconductor encapsulation for a package having a thickness of 1 mm or less.
.
[Chemical 1]
In the above formula (1), two or three of the six R are hydroxyl groups, and the remaining R is a hydrogen atom.
[Chemical 2]
[Chemical Formula 3]
(However, R 1 represents hydrogen, methyl group, ethyl group, phenyl group, or β-aminoethyl group, which may be the same or different, and R 2 represents an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms. , May be the same or different.)
2. The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation for a package having a thickness of 1 mm or less according to claim 1, wherein the epoxy resin composition is for a lead-free solder compatible semiconductor device.
A semiconductor device comprising a package having a thickness of 1 mm or less, wherein a semiconductor element is sealed with a cured product of the epoxy resin composition for sealing a semiconductor having a thickness of 1 mm or less according to claim 1 or 2.
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