JP5487540B2 - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents
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Description
このような課題に対し、半田耐熱性の向上に対して低吸水性のエポキシ樹脂や硬化剤を適用することにより(例えば、特許文献1、2、3参照)、実装温度の上昇に対して対応が取れるようになってきた。その反面、このような低吸水・低弾性率を示すエポキシ樹脂組成物は架橋密度が低く、硬化直後の成形物は軟らかく、連続生産では金型への樹脂トラレ等の成形性での不具合が生じ、生産性を低下させる問題があった。
また、生産性向上への取り組みとしては、離型効果の高い離型剤の適用が提案されている(例えば、特許文献4参照)が、離型効果の高い離型剤は必然的に成形品の表面に浮き出しやすく、連続生産すると成形品の外観を著しく汚してしまう欠点があった。成形品外観に優れるエポキシ樹脂組成物として特定の構造を有するシリコーン化合物を添加する手法等が提案されている(例えば、特許文献5、6参照。)が、離型性は不十分で連続成形においてエアベント部分で樹脂が付着してエアベントを塞ぐことにより、未充填等の成形不具合を生じさせる等、生産性の低下を引き起こす問題があった。以上より、半田耐熱性、離型性、連続成形性、成形品外観、金型汚れ全ての課題に対応した半導体封止用エポキシ樹脂組成物が要求されている。
[1](A)エポキシ樹脂、(B)フェノール樹脂、(C)硬化促進剤、(D)無機質充填材、並びに(E)カルボキシル基を有するブタジエン・アクリロニトリル共重合体(e1)を全エポキシ樹脂組成物中に0.01重量%以上、1重量%以下及び/又はカルボキシル基を有するブタジエン・アクリロニトリル共重合体(e1)とエポキシ樹脂との反応生成物(e2)を必須成分として含み、
前記(A)エポキシ樹脂がビフェニル型エポキシ樹脂(a1)、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(a2)から選ばれる少なくとも1種のエポキシ樹脂を含み、かつ前記(B)フェノール樹脂がフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型樹脂(b1)、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型樹脂(b2)から選ばれる少なくとも1種のフェノール樹脂を含み、トランスファーモールド法、コンプレッションモールド法またはインジェクションモールド法の少なくともいずれか一つに用いられることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
[2]前記(A)エポキシ樹脂がビフェニル型エポキシ樹脂(a1)を含み、かつ前記(B)フェノール樹脂がフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型樹脂(b1)を含む[1]記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
[3]前記(A)エポキシ樹脂が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(a2)を含み、かつ前記(B)フェノール樹脂がビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型樹脂(b2)を含む[1]記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
[4]前記(e1)成分に含まれるナトリウムイオン量が10ppm以下、塩素イオン量が450ppm以下である[1]ないし[3]のいずれか1項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
[5]前記カルボキシル基を有するブタジエン・アクリロニトリル共重合体(e1)が一般式(1):
で表される化合物である[1]ないし[4]のいずれか1項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
[6](F)カルボキシル基を有するオルガノポリシロキサン(f1)及び/又はカルボキシル基を有するオルガノポリシロキサン(f1)とエポキシ樹脂との反応生成物(f2)を含み、(f1)成分として全エポキシ樹脂組成物中に0.01重量%以上、3重量%以下の割合で含む[1]ないし[5]のいずれか1項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
[7]前記カルボキシル基を有するオルガノポリシロキサン(f1)が一般式(2):
[8][1]ないし[7]のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物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、を提供するものである。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明で用いられるエポキシ樹脂(A)は、分子中に2個以上のエポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般であり、例えば、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、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、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、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等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらのエポキシ樹脂は単独で用いても2種類以上併用してもよい。これらの内で特に耐半田性が求められる場合、常温では結晶性の固体であるが、融点以上では極めて低粘度の液状となり、無機質充填材を高充填化できる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等が好ましい。その他のエポキシ樹脂も極力粘度の低いものを使用することが望ましい。更に可撓性、低吸湿化のためには、フェニレン骨格又は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の使用が好ましい。しかし低粘度や可撓性を有するエポキシ樹脂を用いることにより無機質充填材を高充填化できるが、架橋密度が低くなるため離型性が低下するという問題点もあり、後述の(E)成分を用いることにより離型性を改善できる。
本発明に用いられる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の当量比としては、好ましくは0.5以上、2以下であり、特に好ましくは0.7以上、1.5以下である。上記範囲にすることで、耐湿性、硬化性等の低下を抑えることができる。
前記カルボキシル基を有するブタジエン・アクリロニトリル共重合体(e1)としては、特に限定するものではないが、その構造の両端にカルボキシル基を有する化合物が好ましく、一般式(1)で表される化合物がより好ましい。このカルボキシル基が極性を有しているため、封止用エポキシ樹脂組成物の原料として含まれるエポキシ樹脂中でのブタジエン・アクリロニトリル共重合体の分散性が良好となり、金型表面の汚れや成形品表面の汚れの進行を抑えることができ、また連続成形性を向上させることができる。一般式(1)のxはブタジエン由来の繰り返し単位の含有モル分率を表し、1未満の正数、yはアクリロニトリル由来の繰り返し単位の含有モル分率を表し、1未満の正数、x+y=1、zは50〜80の整数である。また、本発明の樹脂組成物には、(E)成分として、カルボキシル基を有するブタジエン・アクリロニトリル共重合体(e1)の全量又は一部を、エポキシ樹脂と硬化促進剤により予め溶融・反応させた反応生成物(e2)を用いることもできる。ここで言う、エポキシ樹脂とは、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、分子構造を特に限定するものではなく、エポキシ樹脂(A)として前述したものと同じものを用いることができる。また、ここで言う硬化促進剤とは、カルボキシル基を有するブタジエン・アクリロニトリル共重合体中のカルボキシル基とエポキシ樹脂中のエポキシ基との硬化反応を促進させるものであればよく、前述した硬化促進剤(C)として使用することができる硬化促進剤として例示したものと同じものを用いることができる。本発明に用いる(e1)成分としての配合量は、全エポキシ樹脂組成物中0.01重量%以上、1重量%以下が必須であるが、0.05重量%以上、0.5重量%以下が好ましく、より好ましくは0.1重量%以上、0.3重量%以下である。上記範囲にすることで、流動性の低下による成形時における充填不良の発生や高粘度化による金線変形等の不具合の発生を抑えることができる。
本発明に用いられるカルボキシル基を有するブタジエン・アクリロニトリル共重合体(e1)のカルボキシル基当量は1200以上、3000以下が好ましく、より好ましくは1700以上、2500以下である。上記範囲内にすることで、樹脂組成物の成形時における流動性や離型性を低下させることなく、金型や成形品の汚れがより発生し難く、連続成形性が特に良好となる効果が得られる。
本発明に用いられるカルボキシル基を有するブタジエン・アクリロニトリル共重合体(e1)に含まれるナトリウムイオン量は10ppm以下、塩素イオン量は450ppm以下であることが好ましい。ナトリウムイオン量及び塩素イオン量は以下の方法で求めることができる。カルボキシル基を有するブタジエン・アクリロニトリル共重合体(e1)を乾式分解・灰化後酸溶解し、ICP発光分析法にてナトリウムイオン量を測定する。また塩素イオン量はイオンクロマトグラフ法にて測定する。ナトリウムイオン量や塩素イオン量が上記範囲内であると、ナトリウムイオンや塩素イオンによる回路の腐食が進み易くなることによる半導体装置の耐湿信頼性の低下を引き起こす恐れが少ない。
また、本発明においては、(F)カルボキシル基を有するオルガノポリシロキサン(f1)及び/又はカルボキシル基を有するオルガノポリシロキサン(f1)とエポキシ樹脂との反応生成物(f2)を添加する効果を損なわない範囲で、他のオルガノポリシロキサンを併用することができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)〜(F)成分及びその他の添加剤等を、ミキサー等を用いて混合後、加熱ニーダ、熱ロール、押し出し機等を用いて加熱混練し、続いて冷却、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従来からの成形方法で硬化成形すればよい。
実施例1
E−1:式(3)で表されるエポキシ樹脂[日本化薬(株)製、NC3000P、軟化点58℃、エポキシ当量274] 8.07重量部
0.15重量部
溶融球状シリカ(平均粒径21μm) 85.00重量部
ブタジエン・アクリロニトリル共重合体1[宇部興産(株)製、HYCAR CTBN 1008−SP]、[一般式(1)において、x=0.82、y=0.18、zの平均値は62、数平均分子量3550、カルボキシル基当量2200g/eq、ナトリウムイオン量5ppm、塩素イオン量200ppm]
0.20重量部
カップリング剤(γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)
0.20重量部
カーボンブラック 0.20重量部
カルナバワックス 0.20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。結果を第1表に示す。
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。判定基準は100cm未満を不合格(×)、100cm以上を合格(○)とした。
連続成形性:低圧トランスファー自動成形機を用いて、金型温度175℃、注入圧力9.6MPa、硬化時間70秒の条件で、80pQFP(Cuリードフレーム、パッケージ外寸:14mm×20mm×2mm厚、パッドサイズ:6.5mm×6.5mm、チップサイズ6.0mm×6.0mm)を連続で700ショットまで成形した。判定基準は、未充填等全く問題なく700ショットまで連続成形できたものを◎、未充填等全く問題なく500ショットまで連続成形できたものを○、500ショットまでに未充填が発生したものを×とした。
成形品外観及び金型汚れ:上記連続成形において500及び700ショット経過後のパッケージ及び金型について、目視で汚れを評価した。パッケージ外観及び金型汚れの判定基準は、700ショットまで汚れていないものを◎で、500ショットまで汚れていないものを○で、500ショットまでに汚れが発生したものを×とした。
金線変形:低圧トランスファー成形機を用いて、成形温度175℃、圧力9.3MPa、硬化時間120秒で、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。パッケージ成形した160pQFPパッケージを軟X線透視装置で観察し、金線の変形率を(流れ量)/(金線長)の比率で算出した。判定基準は、変形率4%以下のものを○、変形率4%を超えるものを×とした。
半田耐熱性:上記連続成形性の評価において成形したパッケージを、175℃、8時間で後硬化し、85℃、相対湿度85%で168時間加湿処理後、260℃の半田槽にパッケージを10秒間浸漬した。顕微鏡でパッケージを観察し、クラック発生率[(クラック発生率)=(外部クラック発生パッケージ数)/(全パッケージ数)×100]を算出した。単位は%。評価したパッケージの数は10個。また、半導体素子とエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面の密着状態を超音波探傷装置により観察した。評価したパッケージの数は10個。耐半田クラック性判断基準は、クラック発生率が0%で、かつ剥離なし:○、クラックもしくは剥離が発生したものは×とした。
第1表、第2表及び第3表の配合に従い、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。結果を第1表、第2表及び第3表に示す。
実施例1以外で用いた原材料を以下に示す。
E−2:式(5)で表される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185g/eq、融点105℃]
ブタジエン・アクリロニトリル共重合体2:一般式(1)のブタジエン・アクリロニトリル共重合体[一般式(1)においてx=0.82、y=0.18、zの平均値は62、数平均分子量3550、カルボキシル基当量2200g/eq、ナトリウムイオン量5ppm、塩素イオン量200ppm]
ブタジエン・アクリロニトリル共重合体3:一般式(1)のブタジエン・アクリロニトリル共重合体[一般式(1)においてx=0.82、y=0.18、zの平均値は62、数平均分子量3550、カルボキシル基当量2200g/eq、ナトリウムイオン量500ppm、塩素イオン量1500ppm]
ブタジエン・アクリロニトリル共重合体4:一般式(1)のブタジエン・アクリロニトリル共重合体[一般式(1)においてx=0.82、y=0.18、zの平均値は62、数平均分子量3550、カルボキシル基当量2200g/eq、ナトリウムイオン量5ppm、塩素イオン量200ppm]
オルガノポリシロキサン1:式(7)で示されるオルガノポリシロキサン
Claims (8)
- (A)エポキシ樹脂、(B)フェノール樹脂、(C)硬化促進剤、(D)無機質充填材、並びに(E)カルボキシル基を有するブタジエン・アクリロニトリル共重合体(e1)を全エポキシ樹脂組成物中に0.01重量%以上、1重量%以下及び/又はカルボキシル基を有するブタジエン・アクリロニトリル共重合体(e1)とエポキシ樹脂との反応生成物(e2)を必須成分として含み、
前記(A)エポキシ樹脂がビフェニル型エポキシ樹脂(a1)、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(a2)から選ばれる少なくとも1種のエポキシ樹脂を含み、かつ前記(B)フェノール樹脂がフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型樹脂(b1)、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型樹脂(b2)から選ばれる少なくとも1種のフェノール樹脂を含み、トランスファーモールド法、コンプレッションモールド法またはインジェクションモールド法の少なくともいずれか一つに用いられることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 - 前記(A)エポキシ樹脂がビフェニル型エポキシ樹脂(a1)を含み、かつ前記(B)フェノール樹脂がフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型樹脂(b1)を含む請求項1記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 前記(A)エポキシ樹脂が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(a2)を含み、かつ前記(B)フェノール樹脂がビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型樹脂(b2)を含む請求項1記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 前記(e1)成分に含まれるナトリウムイオン量が10ppm以下、塩素イオン量が450ppm以下である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- (F)カルボキシル基を有するオルガノポリシロキサン(f1)及び/又はカルボキシル基を有するオルガノポリシロキサン(f1)とエポキシ樹脂との反応生成物(f2)を含み、(f1)成分として全エポキシ樹脂組成物中に0.01重量%以上、3重量%以下の割合で含む請求項1ないし5のいずれか1項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 請求項1ないし7のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物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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