JP5990959B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置 - Google Patents
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Description
(A)ビフェニル型エポキシ樹脂またはトリフェニルメタン型エポキシ樹脂からなるエポキシ樹脂。
(B)フェノールノボラック樹脂エポキシ樹脂またはトリフェニルメタン型フェノール樹脂からなるフェノール樹脂(ただし、(A)成分がビフェニル型エポキシ樹脂の場合はフェノールノボラック樹脂であり、(A)成分がトリフェニルメタン型エポキシ樹脂の場合はトリフェニルメタン型フェノール樹脂である。)。
(C)リン系化合物またはイミダゾール類からなる硬化促進剤。
(D)球状溶融シリカ粉末。
(E)ケイ素に直接結合する官能基にアルコキシ基を含有せず、シラノール基を含有するシリコーン化合物、または、ケイ素に直接結合するアルコキシ基を含有し、シラノール基を含有しないシリコーン化合物。
(x)175±10℃×120±40秒間の加熱硬化の後、175±10℃×3±2時間のアフターキュア。
(y)130℃×85%RHにて80±30時間の吸湿処理。
上記エポキシ樹脂(A成分)としては、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が、信頼性・成形性の点から用いられる。このようなエポキシ樹脂としては、例えば、エポキシ当量150〜250g/eq、軟化点もしくは融点が50〜130℃のものが好適に用いられる。
上記エポキシ樹脂(A成分)とともに用いられるフェノール樹脂(B成分)は、上記エポキシ樹脂(A成分)の硬化剤としての作用を有するものであり、連続成形性の向上という観点から、フェノールノボラック樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂が用いられる。
上記A成分およびB成分とともに用いられる硬化促進剤(C成分)としては、リン系化合物、イミダソール類があげられる。なかでも、イミダゾール類、特に下記の一般式(1)で表されるようなイミダゾール化合物を用いることが、成形性・硬化性の点から好ましい。このようなイミダゾール化合物としては、具体的には、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール等があげられる。
上記A〜C成分とともに用いられる無機質充填剤(D成分)としては、流動性という観点から、球状溶融シリカ粉末が用いられる。
なお、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記A〜D成分、さらにE成分に加えて、各種添加剤を必要に応じて適宜配合することができる。例えば、シランカップリング剤、難燃剤、難燃助剤、離型剤、イオントラップ剤、カーボンブラック等の顔料や着色料、低応力化剤、粘着付与剤等の他の添加剤を必要に応じて適宜配合することができる。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、例えば、つぎのようにして製造することができる。すなわち、上記A〜E成分、さらに必要に応じて他の添加剤を配合し混合した後、ミキシングロール機等の混練機にかけ加熱状態で溶融混練する。ついで、これを室温に冷却固化させた後、公知の手段によって粉砕し、必要に応じて打錠するという一連の工程により目的とするエポキシ樹脂組成物を製造することができる。
(x)175±10℃×120±40秒間の加熱硬化の後、175±10℃×3±2時間のアフターキュア。
(y)130℃×85%RHにて80±30時間の吸湿処理。
上記特性を備えたエポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子の封止方法は、特に制限するものではなく、通常のトランスファー成形等の公知のモールド方法により行なうことができ、半導体装置化することができる。このようにして得られる半導体装置としては、ICやLSI等の半導体装置等があげられる。
まず、下記に示す各成分を準備した。
ビフェニル型エポキシ樹脂(三菱化学社製、YX4000H)
〔エポキシ樹脂a2〕
トリフェニルメタン型エポキシ樹脂(日本化薬社製、EPPN−501HY)
フェノールビフェニレン樹脂(明和化成社製、MEH−7851SS)
〔フェノール樹脂b2〕
フェノールノボラック樹脂(三井化学株式会社製、VR8210)
〔フェノール樹脂b3〕
トリフェニルメタン型フェノール樹脂(明和化成社製、MEH−7500)
〔フェノール樹脂b4〕
フェノールノボラック樹脂(群栄化学工業社製、GS180)
2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(四国化成工業社製、2P4MHZ)
〔硬化促進剤c2〕
リン系硬化促進剤(北興化学工業社製、TPP−MK)
〔硬化促進剤c3〕
リン系硬化促進剤(北興化学工業社製、TPP)
〔硬化促進剤c4〕
リン系硬化促進剤(北興化学工業社製、TPP−S)
アルコキシ基非含有シラノール基含有シリコーン化合物(東レ・ダウコーニング社製、217FLAKE)
〔シリコーン化合物e2〕
アルコキシ基非含有シラノール基含有シリコーン化合物(東レ・ダウコーニング社製、SH6018FLAKE)
〔シリコーン化合物e3〕
アルコキシ基非含有シラノール基含有シリコーン化合物(東レ・ダウコーニング社製、220FLAKE)
〔シリコーン化合物e4〕
アルコキシ基非含有シラノール基含有シリコーン化合物(東レ・ダウコーニング社製、255FLAKE)
〔シリコーン化合物e5〕
シラノール基非含有アルコキシ基含有シリコーン化合物(東レ・ダウコーニング社製、3074INTERMEDIATE)
〔シリコーン化合物e6〕
シラノール基非含有アルコキシ基含有シリコーン化合物(東レ・ダウコーニング社製、SR2402)
〔シリコーン化合物e7〕
シラノール基非含有アルコキシ基含有シリコーン化合物(東レ・ダウコーニング社製、AY42−163)
〔シリコーン化合物e8〕
シラノール基非含有アルコキシ基含有シリコーン化合物(東レ・ダウコーニング社製、3037INTERMEDIATE)
〔シリコーン化合物e9〕
シラノール基非含有アルコキシ基含有シリコーン化合物(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、TSR165)
〔シリコーン化合物e10〕
シラノール基非含有アルコキシ基含有シリコーン化合物(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、XR31−B2733)
〔シリコーン化合物e11〕
シラノール基非含有アルコキシ基含有シリコーン化合物(信越化学工業社製、KR−500)
〔シリコーン化合物e12〕
シラノール基非含有アルコキシ基含有シリコーン化合物(信越化学工業社製、KR−9218)
〔シリコーン化合物e13〕
シラノール基非含有アルコキシ基含有シリコーン化合物(小西化学工業株式会社製、SR−23)
球状溶融シリカ粉末(平均粒径13μm)
カーボンブラック
水酸化マグネシウム
3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン
直鎖飽和カルボン酸(ベーカー・ペトロライト社製,Unicid−700)
後記の表1〜表3に示す各成分を同表に示す割合で配合し、ミキサーにて充分混合した後、2軸混練機を用い100℃にて2分間溶融混練した。つぎに、この溶融物を冷却した後、固体状になったものを粉末状に粉砕することにより目的とする粉末状エポキシ樹脂組成物を作製した。
a)サンプルの作製
上記調製の各エポキシ樹脂組成物を用い、金型を用いて175℃で120秒間のプレス成型を行い、さらに175℃で3時間の後硬化を行うことにより、直径50mmで厚み1mmの円板状樹脂硬化体サンプルを作製した。
上記サンプルに、130℃×85%RHでの80時間の吸湿処理条件にて吸湿処理を施した。
ソーラトロン社製の1296型誘電率測定インターフェースを、ソーラトロン社製の1255B型インピーダンスアナライザーに接続した。つぎに、動的粘弾性測定装置であるTAインスツルメント社製のARESに測定用電極(電極直径30mm)を取り付けた後、動的粘弾性測定装置を上記誘電率測定インターフェースに接続した。このようにして誘電緩和測定装置を完成させた(図1参照)。そして、上記動的粘弾性測定装置の恒温槽の設定温度を130℃にし、ギャップゼロ設定を行った後、恒温槽の扉を開け、測定用電極間に上記作製のサンプルをセットし、恒温槽の扉を閉めた。測定用電極間には荷重を400g程度かけ、サンプルと電極とを充分に接触させた。このようにサンプルをセットしてから5分後、誘電緩和測定を開始した。また、上記サンプルと同一ギャップ(1mm)で、別途、空気の誘電率測定も行った。なお、誘電緩和測定条件は、以下の条件で行った。
・AC電圧:1V
・周波数範囲:1000000Hz〜0.01Hz
・積算時間:1秒
空気の誘電率測定結果から、空気の平均の誘電率を算出した。つぎに、サンプルの誘電緩和測定結果(capacitance realと、capacitance imagenary)から、これらを空気の平均の誘電率で割り算規格化し、サンプルの誘電率と誘電損失を算出した。そして、サンプルの誘電損失を測定周波数に対してプロットし、イオンの分極由来のシグナルを確認し、上記シグナルの中で、誘電損失の値が0.812となっているところの周波数(誘電緩和測定での既定の周波数K)(Hz)を読み取った。
得られた実施例および比較例の各エポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子を、トランスファー成形機により、トランスファー成形(条件:成形温度175℃×成形時間120秒間の加熱硬化+175℃×180分間のアフターキュア)することにより、つぎのような片面樹脂封止型パッケージを作製した。すなわち、半導体素子搭載基板であるBTレジン(JCI社製)(大きさ:49mm×49mm×厚み0.21mm)上に、半導体素子であるSiチップ(大きさ:30mm×30mm×厚み0.2mm)を搭載して固定し、この搭載面側のみを樹脂封止(封止樹脂サイズ:49mm×49mm×厚み0.7mm)することにより片面封止タイプの半導体装置を作製した。なお、SiチップとBTレジン上の回路部分との接続には銅製のボンディングワイヤーを用いた。
得られた実施例および比較例の各エポキシ樹脂組成物を用い、打錠することにより直径8mm×厚み1mmのタブレットを作製した。ついで、上記タブレットを用いて175℃で90秒間加熱硬化した時点におけるずり弾性率を、下記の測定条件にて、下記の測定装置を用いて測定した。
・測定条件:測定温度175℃、測定周波数1Hz、歪み0.03%。
・測定装置:ボーリン インスツルメント社製、C−VOR。
予め成形金型をクリーニングおよび離型処理したものを準備して、実施例および比較例で得られたエポキシ樹脂組成物を用いて、トランスファー成形(成形温度175℃、成形時間90秒)にてパッケージの封止作業工程を繰り返した(連続成形工程)。そして、エポキシ樹脂組成物が成形金型に張り付く状態(スティッキング)が確認された時点で成形工程を停止し、その停止に至った成形ショット数を測定,カウントした。
なお、上記評価パッケージには、半導体素子を搭載していない半導体素子搭載基板〔BTレジン(JCI社製)(大きさ:49mm×49mm×厚み0.21mm)〕を用いた。
そして、上記の結果、下記のようにして評価し表示した。
○:トランスファー成形による連続成形工程(封止作業工程)を行ない、成形ショット数が500回を超えてもスティッキングが発生しなかった。
×:トランスファー成形による連続成形工程(封止作業工程)を行ない、成形ショット数が500回以下にてスティッキングが発生した。
Claims (4)
- 下記の(A)〜(E)成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、(C)成分の含有量が(B)成分に対して1.0〜12.0重量%であり、(D)成分の含有量がエポキシ樹脂組成物全体の70〜92重量%であり、(E)成分の含有量がエポキシ樹脂組成物全体の0.5〜5.0重量%であり、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を下記の条件(x)で硬化した後、下記の条件(y)にて吸湿処理してなる硬化物(誘電緩和測定装置の電極の直径以上×厚み1±0.6mmの円板状)を誘電緩和測定した際に、イオン分極起因の誘電損失のピーク上において、誘電損失が0.81±0.05となる時点の周波数が25Hz以下となり、かつ上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を175℃で90秒間加熱硬化した時点でのずり弾性率が120MPa以上であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
(A)ビフェニル型エポキシ樹脂またはトリフェニルメタン型エポキシ樹脂からなるエポキシ樹脂。
(B)フェノールノボラック樹脂エポキシ樹脂またはトリフェニルメタン型フェノール樹脂からなるフェノール樹脂(ただし、(A)成分がビフェニル型エポキシ樹脂の場合はフェノールノボラック樹脂であり、(A)成分がトリフェニルメタン型エポキシ樹脂の場合はトリフェニルメタン型フェノール樹脂である。)。
(C)リン系化合物またはイミダゾール類からなる硬化促進剤。
(D)球状溶融シリカ粉末。
(E)ケイ素に直接結合する官能基にアルコキシ基を含有せず、シラノール基を含有するシリコーン化合物、または、ケイ素に直接結合するアルコキシ基を含有し、シラノール基を含有しないシリコーン化合物。
(x)175±10℃×120±40秒間の加熱硬化の後、175±10℃×3±2時間のアフターキュア。
(y)130℃×85%RHにて80±30時間の吸湿処理。 - (E)成分であるシリコーン化合物の重量平均分子量が1000〜5000である請求項1または2記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子を樹脂封止してなる半導体装置。
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