JP6590133B1 - 半導体封止用樹脂組成物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明者は、特許文献1に記載の封止用樹脂組成物によって半導体装置を作製する場合、ショートが発生してしまい、半導体装置の電気的信頼性が低下することがあると知見した。
本発明は、半導体装置としたときに電気的信頼性を向上できる、半導体封止用樹脂組成物を提供することを課題とする。
そこで、本発明者は、半導体封止用樹脂組成物中に含まれるカーボンブラックの凝集物の最大粒子径を特定の数値以下として、ボンディングワイヤ間におけるカーボンブラックの凝集物の詰まりの発生を制御することにより、半導体装置の電気的信頼性を向上できることを見出し、本発明を完成させた。
基板上に搭載された半導体素子と、
前記半導体素子を封止する封止部材と、を備える半導体装置であって、
前記封止部材が、上記半導体封止用樹脂組成物の硬化物で構成される、半導体装置が提供される。
エポキシ樹脂と、硬化剤と、無機充填材と、前記カーボンブラック微粒子とを混合して半導体封止用樹脂組成物を得る工程と、を含む、半導体封止用樹脂組成物の製造方法が提供される。
以上より、本実施形態に係る半導体封止用樹脂組成物は、半導体装置としたときに電気的信頼性を向上できると推測される。
まず、本実施形態に係る半導体封止用樹脂組成物について説明する。
また、本実施形態に係る封止用樹脂組成物を硬化物としたときのカーボンブラック微粒子の凝集物の最大粒子径の下限値は、例えば、0.1μm以上でもよく、1μm以上でもよい。基本的に、カーボンブラック微粒子は高分散するほうが電気信頼性の向上の観点から好ましい。
なお、本実施形態において、封止用樹脂組成物を硬化物としたときのカーボンブラック微粒子の凝集物の最大粒子径は以下のように測定することができる。
まず、封止用樹脂組成物を、例えば、低圧トランスファー成形機を用いて、金型温度175℃、注入圧力10MPa、硬化時間120秒の条件で長さ80mm、幅10mm、厚さ4mmに注入成形し、次いで、175℃で4時間加熱処理して硬化物を作製する。この封止用樹脂組成物の硬化物の表面を蛍光顕微鏡で観察し、カーボンブラック微粒子の凝集物の最大粒子径を評価する。なお、カーボン凝集物の最大粒子径とは、観察する領域における、カーボン凝集物の粒子径の最大値である。カーボン凝集物の粒子径は、あるカーボン凝集物中の任意の2点を結んだ時の最大長さを粒子径とすることで測定される。
本実施形態では、カーボンブラックを粉砕する方法を工夫することにより、得られるカーボンブラック微粒子の凝集物の最大粒子径を所望の数値範囲に制御することが可能である。カーボンブラックを粉砕してカーボンブラック微粒子を製造する方法については、以下で詳述するが、カーボンブラックと無機充填材とを混合して混合物を作製し、混合物をジェットミル粉砕する方法が用いられる。詳細なメカニズムは定かではないがカーボンブラックとカーボンブラックより硬度の高い無機充填材とを混合することにより、無機充填材がカーボンブラックを破砕し、再凝集した粗大なカーボン凝集物を破砕することができると推測される。これにより、カーボンブラックの最大粒子径を所望の数値範囲に制御することが可能である。
また、上記カーボンブラックを粉砕する方法においては、無機充填材の種類、粒径、比表面積、モース硬度といった無機充填材の性状;混合物中の無機充填材と、カーボンブラックとの含有量;混合物中のカーボンブラックの凝集物の平均粒径;ジェットミル粉砕における混合物の供給量、気体圧力といった要素を制御することが、カーボンブラックを粉砕し、所望の最大粒子径を実現するうえで重要である。
以下、本実施形態に係る封止用樹脂組成物の原料成分について説明する。
エポキシ樹脂は、1分子内に2個以上のエポキシ基を有する化合物(モノマー、オリゴマー及びポリマー)を示し、分子量及び分子構造を限定するものではない。
エポキシ樹脂としては、具体的には、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂といった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の結晶性エポキシ樹脂;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等の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等の多官能エポキシ樹脂;フェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂等のフェノールアラルキル型エポキシ樹脂;ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシナフタレンの2量体をグリシジルエーテル化して得られるエポキシ樹脂等のナフトール型エポキシ樹脂;トリグリシジルイソシアヌレート、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート等の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の有橋環状炭化水素化合物変性フェノール型エポキシ樹脂などが挙げられる。エポキシ樹脂としては、上記具体例のうち、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
エポキシ樹脂としては、上記具体例のうち、例えば、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂またはビスフェノール型エポキシ樹脂を用いることが好ましい。これにより、封止用樹脂組成物中にカーボンブラック微粒子を好適に分散でき、半導体装置としたときに電気的信頼性を向上できる。
また、封止用樹脂組成物中のエポキシ樹脂の含有量の上限値は、例えば、封止用樹脂組成物の固形分100質量部に対して、20質量部以下であることが好ましく、15質量部以下であることがより好ましく、10質量部以下であることが更に好ましい。
封止用樹脂組成物中のエポキシ樹脂の含有量が上記数値範囲内であることにより、封止用樹脂組成物中にカーボンブラック微粒子を好適に分散でき、半導体装置としたときに電気的信頼性を向上できる。
硬化剤は、エポキシ樹脂の種類に応じて公知の硬化剤を選択することができる。硬化剤としては、具体的には、重付加型の硬化剤、触媒型の硬化剤、および縮合型の硬化剤などが挙げられる。
フェノール樹脂系硬化剤としては、一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、ポリマー全般を用いることができ、その分子量、分子構造は限定されない。
フェノール樹脂系硬化剤としては、具体的には、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールノボラック、フェノール‐ビフェニルノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂;ポリビニルフェノール;トリフェノールメタン型フェノール樹脂等の多官能型フェノール樹脂;テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等の変性フェノール樹脂;フェニレン骨格及び/又はビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂、フェニレン及び/又はビフェニレン骨格含有ナフトールアラルキル樹脂等のフェノールアラルキル型フェノール樹脂;ビスフェノールA、ビスフェノールFなどのビスフェノール化合物などが挙げられる。フェノール樹脂系硬化剤としては、上記具体例のうち、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
フェノール樹脂系硬化剤としては、上記具体例のうち、フェニレン骨格及び/又はビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂を含むことが好ましい。これにより封止用樹脂組成物において、エポキシ樹脂を良好に硬化することができる。したがって、硬化が不十分であることに起因して、カーボンブラック微粒子の粗大な凝集物が発生することを抑制できる。
また、封止用樹脂組成物中の硬化剤の含有量の上限値は、例えば、封止用樹脂組成物の固形分100質量部に対して、10質量部以下であることが好ましく、8質量部以下であることがより好ましく、6質量部以下であることがさらに好ましく、5質量部以下であることが一層好ましい。
封止用樹脂組成物中の硬化剤の含有量が上記数値範囲内であることにより、エポキシ樹脂を良好に硬化することができる。したがって、硬化が不十分であることに起因して、カーボンブラック微粒子の粗大な凝集物が発生することを抑制できる。
本実施形態に係る封止用樹脂組成物は無機充填材を含む。この無機充填材によって後述するカーボンブラックを粉砕することができる。なお、本実施形態に係る封止用樹脂組成物は、例えば、粉砕に用いる無機充填材に加えて、粉砕に用いない無機充填材を含有してもよい。
無機充填材としては限定されず、具体的には、無機酸化物、無機窒化物、無機炭化物及び無機水酸化物などが挙げられる。
無機酸化物としては、具体的には、シリカ、アルミナ、酸化チタン、タルク、クレー、マイカ、ガラス繊維(石英ガラス)などが挙げられる。なお、シリカとしては、具体的には、溶融破砕シリカ、溶融球状シリカ、結晶性シリカ、2次凝集シリカ、微粉シリカなどを用いることができる。
また、無機窒化物としては、具体的には、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などが挙げられる。
また、無機炭化物としては、具体的には、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化ホウ素、炭化タンタルなどが挙げられる。
また、無機水酸化物としては、具体的には、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどが挙げられる。
無機充填材としては上記具体例のうち、例えば、無機酸化物または無機水酸化物を用いることが好ましく、シリカ、アルミナ及び水酸化アルミニウムからなる群より選択される1種以上を用いることがより好ましい。これにより、無機充填材と、カーボンブラックとの混合物がジェットミル粉砕されることによって、カーボンブラックと、無機充填材とが好適に衝突し、カーボンブラックを細かく粉砕することができる。したがって、最大粒子径を所望の数値範囲とすることができる。
また、本実施形態に係る無機充填材の体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D50の上限値としては、例えば、100μm以下であることが好ましく、75μm以下であることがより好ましく、50μm以下であることが更に好ましい。これにより、粉砕工程において、無機充填材が、カーボンブラックに対して衝突する頻度を向上できる。したがって、カーボンブラックを好適に粉砕する事ができる。
また、本実施形態に係る無機充填材の比表面積の上限値としては、例えば、10m2/g以下としてもよく、8m2/g以下としてもよい。
また、本実施形態に係る無機充填材のモース硬度の上限値としては、例えば、10以下であり、9以下であってもよい。
本実施形態に係るカーボンブラック微粒子として用いられるカーボンブラックとしては限定されず、具体的には、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ランプブラックなどのカーボンブラックを用いることができる。
また、本実施形態に係るカーボンブラック微粒子の凝集物の体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D50の下限値は、例えば、0.01μm以上であってもよく、0.1μm以上であってもよい。電気的信頼性を向上ために、カーボンブラック微粒子の平均粒径は小さいほうが好ましいが、上記下限値以上であることにより、カーボンブラック微粒子の取り扱い性を向上できる。
また、封止用樹脂組成物中のカーボンブラック微粒子の含有量の上限値としては、封止用樹脂組成物の固形分100質量部に対して、例えば、2.0質量部以下であることが好ましく、1.5質量部以下であることがより好ましく、1.0質量部以下であることが更に好ましく、0.5質量部以下であることが一層好ましい。本実施形態に係るカーボンブラック微粒子は、従来の着色剤と比べて、微細である。したがって、含有量が上記下限値以下と少ない場合でも、着色能を維持できる点で好適である。また、上記下限値以下であることによって、半導体装置の電気的信頼性を向上できる観点でも好ましい。
本実施形態に係るカーボンブラック微粒子の製造方法は、カーボンブラックと、無機充填材とを混合した混合物を作製する混合工程と、該混合物をジェットミル粉砕することでカーボンブラックを粉砕する粉砕工程と、を含む。
また、本実施形態に係るカーボンブラック微粒子の製造方法は、例えば、混合工程の前にカーボンブラックを単独でジェットミル粉砕する前粉砕工程をさらに含んでもよい。
以下、各工程の詳細について説明する。
混合工程では、カーボンブラックと、上述した無機充填材とを混合した混合物を作製する。
混合する方法としては、カーボンブラックと、無機充填材とが均一に混合されれば限定されない。混合する方法としては、具体的には、ミキサーなどを用いることができる。
また、混合物中のカーボンブラックの凝集体の体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D50の上限値は、例えば、500μm以下であってもよく、300μm以下であってもよい。これにより、混合物中における、カーボンブラックと、無機充填材との分散を均一にすることができる。したがって、粉砕工程において、均一にカーボンブラックを粉砕し、カーボン凝集体の最大粒子径を所望の数値範囲内とすることができる。
また、A/Bの上限値としては、例えば、200以下であることが好ましく、75以下であることがより好ましく、150以下であることが一層好ましい。これにより、粉砕工程において、無機充填材が、粗大なカーボンブラックに衝突することで、適切な衝撃をカーボンブラックに与え、粉砕することができる。したがって、より小粒径のカーボンブラック微粒子を得ることができる。
また、混合物中の無機充填材の含有量の上限値は、混合物中のカーボンブラック100質量部に対して、例えば、2000質量部以下であることが好ましく、1300質量部以下であることがより好ましく、1000質量部以下であることが更に好ましい。
無機充填材の含有量が上記数値範囲内であることにより、無機充填材がカーボンブラックに対して適切に衝突し、カーボンブラックを粉砕することができる。
粉砕工程では、混合物をジェットミル粉砕することでカーボンブラックを粉砕する。これにより、カーボンブラック微粒子を得ることができる。
ジェットミル粉砕の方法としては、従来公知の方法を用いることができる。ジェットミル粉砕の方法としては、具体的には、壁衝突式ジェットミル、粉体衝突式ジェットミルなどの気流式ジェットミルが挙げられる。ジェットミル粉砕の方法としては、上記具体例のうち例えば、気流式ジェットミルを用いることが好ましい。これにより、無機充填材とカーボンブラックとを好適に衝突させることができる。したがって、粗大なカーボンブラックを細かく粉砕することができる。
例えば、定量供給機からジェットミルへの混合物の供給量と、ジェットミルに供給される気体圧力とを適切に調整することで、粗大なカーボンブラックをさらに細かく粉砕することができる。
本実施形態に係るカーボンブラック微粒子の製造方法は、例えば、混合工程の前にカーボンブラックを単独でジェットミル粉砕する前粉砕工程をさらに含んでもよい。
前粉砕工程によってカーボンブラックをジェットミル粉砕しておくことにより、混合物中のカーボンブラック及び無機充填材をさらに均一に分散できる。これにより、ジェットミル粉砕によって、粗大なカーボンブラックを細かく粉砕することができる。
なお、前粉砕工程におけるジェットミル粉砕の方法としては限定されず、例えば、上述した粉砕工程と同様の方法を用いることができる。
封止用樹脂組成物中には、必要に応じて、カップリング剤、流動性付与剤、離型剤、イオン捕捉剤、硬化促進剤、低応力剤、着色剤及び難燃剤等の各種添加剤のうち1種または2種以上を適宜配合することができる。
以下、代表成分について説明する。
カップリング剤としては、具体的には、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランなどのビニルシラン;2−(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、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどのエポキシシラン;p−スチリルトリメトキシシランなどのスチリルシラン;3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランなどのメタクリルシラン;3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランなどのアクリルシラン;N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、フェニルアミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノシラン;イソシアヌレートシラン;アルキルシラン;3−ウレイドプロピルトリアルコキシシランなどのウレイドシラン;3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのメルカプトシラン;3−イソシアネートプロピルトリエトキシシランなどのイソシアネートシラン;チタン系化合物;アルミニウムキレート類;アルミニウム/ジルコニウム系化合物などが挙げられる。カップリング剤としては、上記具体例のうち1種または2種以上を配合することができる。
流動性付与剤は、リン原子含有硬化促進剤などの潜伏性を有さない硬化促進剤が、樹脂組成物の溶融混練時に反応することを抑制できる。これにより、封止用樹脂組成物の生産性を向上できる。
流動性付与剤としては、具体的には、カテコール、ピロガロール、没食子酸、没食子酸エステル、1,2−ジヒドロキシナフタレン、2,3−ジヒドロキシナフタレン及びこれらの誘導体などの芳香環を構成する2個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物などが挙げられる。
離型剤としては、具体的には、カルナバワックスなどの天然ワックス;モンタン酸エステルワックス、酸化ポリエチレンワックスなどの合成ワックス;ステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸及びその金属塩;パラフィン;エルカ酸アミドなどのカルボン酸アミドなどが挙げられる。離型剤としては、上記具体例のうち1種または2種以上を配合することができる。
上記イオン捕捉剤は、具体的には、ハイドロタルサイト、ハイドロタルサイト状物質などのハイドロタルサイト類;マグネシウム、アルミニウム、ビスマス、チタン、ジルコニウムから選ばれる元素の含水酸化物などが挙げられる。イオン捕捉剤としては、上記具体例のうち1種または2種以上を配合することができる。
硬化促進剤としては、具体的には、オニウム塩化合物、有機ホスフィン、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物等のリン原子含有化合物;2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール(EMI24)、2−フェニル−4−メチルイミダゾール(2P4MZ)、2−フェニルイミダゾール(2PZ)、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシイミダゾール(2P4MHZ)、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール(1B2PZ)などのイミダゾール化合物;1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7、ベンジルジメチルアミン等が例示されるアミジンや3級アミン;上記アミジンまたは上記3級アミンの4級アンモニウム塩等の窒素原子含有化合物などが挙げられる。硬化促進剤としては、上記具体例のうち1種または2種以上を配合することができる。
低応力剤としては、具体的には、シリコーンオイル、シリコーンゴムなどのシリコーン化合物;ポリブタジエン化合物;アクリロニトリル−カルボキシル基末端ブタジエン共重合化合物などのアクリロニトリル−ブタジエン共重合化合物などを挙げることができる。低応力剤としては、上記具体例のうち1種または2種以上を配合することができる。
着色剤としては、具体的には、カーボンブラック、ベンガラ、酸化チタンなどを挙げることができる。着色剤としては、上記具体例のうち1種または2種以上を配合することができる。
難燃剤としては、具体的には、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ホウ酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、ホスファゼン、カーボンブラックなどを挙げることができる。難燃剤としては、上記具体例のうち1種または2種以上を配合することができる。
次に、本実施形態に係る封止用樹脂組成物の製造方法について説明する。
本実施形態に係る封止用樹脂組成物の製造方法は、例えば、上述した原料成分を混合して混合物を作製する混合工程(S1)と、次いで、混合物を成形する成形工程(S2)とを含む。
混合工程は、原料成分を混合し、混合物を作製工程である。混合する方法は限定されず、用いられる成分に応じて、公知の方法を用いることができる。
混合工程としては、具体的には、上述した封止用樹脂組成物が含む原料成分を、ミキサーなどを用いて均一に混合する。次いで、ロール、ニーダーまたは押出機等の混練機で溶融混練し、混合物を作製する。
上述した混合工程(S1)に、次いで、混合物を成形する成形工程(S2)を行う。
成形する方法としては限定されず、封止用樹脂組成物の形状に応じて、公知の方法を用いることができる。封止用樹脂組成物の形状としては限定されず、例えば、顆粒形状、粉末形状、タブレット形状、シート形状などが挙げられる。封止用樹脂組成物の形状は、成形方法に応じて選択できる。
また、粉末形状とした封止用樹脂組成物を作製する成形工程としては、例えば、混合物を粉砕し顆粒形状の封止用樹脂組成物とした後、該顆粒形状の封止用樹脂組成物をさらに粉砕する工程が挙げられる。
また、タブレット形状とした封止用樹脂組成物を作製する成形工程としては、例えば、混合物を粉砕し顆粒形状の封止用樹脂組成物とした後、該顆粒形状の封止用樹脂組成物を打錠成型する工程が挙げられる。
また、シート形状とした封止用樹脂組成物を作製する成形工程としては、例えば、溶融混練後、混合物を押出成形またはカレンダー成形する工程が挙げられる。
次に、本実施形態にかかる封止用樹脂組成物を用いた半導体装置について説明する。
本実施形態に係る半導体装置は、例えば、基板上に搭載された半導体素子と、半導体素子を封止する封止部材と、を備える。さらに、上記封止部材は、例えば、上記封止用樹脂組成物の製造方法によって得られる封止用樹脂組成物の硬化物で構成される。
基材としては、限定されるものではないが、例えば、インターポーザ等の配線基板、リードフレーム等が挙げられる。
半導体素子と、基材との電気的な接続が必要な場合、適宜接続してもよい。電気的に接続する方法は、限定されるものではないが、例えば、ワイヤボンディング、フリップチップ接続などが挙げられる。
半導体装置の種類としてしては、具体的には、MAP(Mold Array Package)、QFP(Quad Flat Package)、SOP(Small Outline Package)、CSP(Chip Size Package)、QFN(Quad Flat Non−leaded Package)、SON(Small Outline Non−leaded Package)、BGA(Ball Grid Array)、LF−BGA(Lead Flame BGA)、FCBGA(Flip Chip BGA)、MAPBGA(Molded Array Process BGA)、eWLB(Embedded Wafer−Level BGA)、Fan−In型eWLB、Fan−Out型eWLBなどの種類が挙げられる。
図1は本実施形態に係る半導体装置100を示す断面図である。
本実施形態の半導体装置100は、電子素子20と、電子素子20に接続されるボンディングワイヤ40と、封止部材50と、を備えるものであり、当該封止樹脂層50は、前述の封止用樹脂組成物の硬化物により構成される。
より具体的には、電子素子20は、基材30上にダイアタッチ材10を介して固定されており、半導体装置100は、電子素子20上に設けられた図示しない電極パッドからボンディングワイヤ40を介して接続されるアウターリード34を有する。ボンディングワイヤ40は用いられる電子素子20等を勘案しながら設定することができるが、たとえばCuワイヤを用いることができる。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、例えば、上述した封止用樹脂組成物の製造方法により、封止用樹脂組成物を得る製造工程と、基板上に電子素子を搭載する工程と、前記封止用樹脂組成物を用いて、前記電子素子を封止する工程と、を備える。
まず、基板上に電子素子を搭載する。具体的には、ダイアタッチ材10を用いてダイパッド32(基板30)上に電子素子20を固定し、ボンディングワイヤ40によりリードフレームであるダイパッド32(基材30)を接続する。これにより、被封止物を形成する。
この被封止物を、封止用樹脂組成物を用いて封止し、封止部材50を形成することにより、半導体装置100が製造される。
電子素子20が封止された半導体装置100は、必要に応じて、80℃から200℃程度の温度で10分から10時間程度の時間をかけて封止用樹脂組成物を硬化させた後、電子機器等に搭載される。
以下、実施形態の例を付記する。
1. エポキシ樹脂と、
硬化剤と、
無機充填材と、
カーボンブラック微粒子と、を含む半導体封止用樹脂組成物であり、
当該封止用樹脂組成物を、金型温度175℃、注入圧力10MPa、硬化時間120秒の条件で長さ80mm、幅10mm、厚さ4mmに注入成形し、次いで、175℃で4時間加熱処理して硬化物を得て、当該硬化物の表面を蛍光顕微鏡で観察した時、前記カーボンブラック微粒子の凝集物の最大粒子径は50μm以下である、半導体封止用樹脂組成物。
2. 1.に記載の半導体封止用樹脂組成物であって、
前記カーボンブラック微粒子の凝集物の体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D 50 は0.01μm以上25μm以下である、半導体封止用樹脂組成物。
3. 1.または2.に記載の半導体封止用樹脂組成物であって、
当該半導体封止用樹脂組成物中のカーボンブラック微粒子の含有量は、当該半導体封止用樹脂組成物の固形分100質量部に対して、0.10質量部以上2.0質量部以下である、半導体封止用樹脂組成物。
4. 基板上に搭載された半導体素子と、
前記半導体素子を封止する封止部材と、を備える半導体装置であって、
前記封止部材が、1.から3.のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物の硬化物で構成される、半導体装置。
5. 4.に記載の半導体装置であって、
前記半導体素子は、ボンディングワイヤを介して、前記基板と接続されており、
前記封止部材は、前記ボンディングワイヤを封止する、半導体装置。
6. カーボンブラックと、無機充填材とを混合して混合物を得、前記混合物をジェットミル粉砕することで前記カーボンブラックを粉砕してカーボンブラック微粒子を得る工程と、
エポキシ樹脂と、硬化剤と、無機充填材と、前記カーボンブラック微粒子とを混合して半導体封止用樹脂組成物を得る工程と、を含む、
半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
7. 前記混合物中の前記無機充填材の含有量は、前記カーボンブラック100質量部に対して、5質量部以上2000質量部以下である、6.に記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
8. 前記混合物中の前記カーボンブラックの凝集物の体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D 50 は、6μm以上500μm以下である、6.または7.に記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
9. 前記D 50 をAとし、前記混合物中の前記無機充填材の体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D 50 をBとしたとき、A/Bが0.1以上200以下である、8.に記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
10. 前記混合物中の前記無機充填材は、無機酸化物、無機窒化物、無機炭化物及び無機水酸化物からなる群より選択される1種以上である、6.から9.のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
11. 前記混合物中の前記無機充填材のモース硬度が、2以上10以下である、6.から10.のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
12. 前記混合物中の前記無機充填材は、シリカ、アルミナ及び水酸化アルミニウムからなる群より選択される1種以上である、6.から11.のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
13. 前記カーボンブラック微粒子の凝集物の体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D 50 は、0.01μm以上25μm以下である、6.から12.のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
まず、各実施例、各比較例の封止用樹脂組成物に用いた原料成分について説明する。
・エポキシ樹脂1:ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂(日本化薬社製、NC−3000L)
・エポキシ樹脂2:ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学社製、YL6810)
・硬化剤1:ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂(日本化薬社製、GPH−65)
・カーボンブラック1:カーボンブラック1として、三菱化学社製のカーボン#5を用いた。カーボンブラック1の一次粒径は80nmであった。また、カーボンブラック1の凝集物の体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D50(すなわち、二次粒径)は200μmであった。
・カーボンブラック2:カーボンブラック2として、東海カーボン社製のESR−2001を用いた。カーボンブラック2の一次粒径は60nmであった。また、カーボンブラック3の凝集物の体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D50(すなわち、二次粒径)は200μmであった。
・無機充填材1:球状微粉シリカ(アドマテックス社製、SO−32R、体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D50=1.5μm、比表面積5.5m2/g、モース硬度:7)
・無機充填材2:溶融球状シリカ(マイクロン社製、TS−3100、体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D50=2.5μm、比表面積7.5m2/g、モース硬度:7)
・無機充填材3:溶融球状シリカ(デンカ社製、FB−560、体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D50=30μm、比表面積1.3m2/g、モース硬度:7)
・無機充填材4:アルミナ(デンカ社製、DAB−30FC、体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D50=13μm、比表面積1.4m2/g、モース硬度:9)
・無機充填材5:水酸化アルミニウム(住友化学社製、CL−303、体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D50=5μm、比表面積1.0m2/g、モース硬度:3)
・無機充填材6:溶融球状シリカ(デンカ社製、FB−950、体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D50=23μm、比表面積1.5m2/g)
・カップリング剤1:3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(チッソ社製、S810)
・硬化促進剤1:下記式(P1)で表わされるホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物を合成して、硬化促進剤1として用いた。以下に合成方法について詳細を説明する。
まず、メタノール1800gを入れたフラスコに、フェニルトリメトキシシラン249.5g、2,3−ジヒドロキシナフタレン384.0gを加えて溶かし、次に室温攪拌下28%ナトリウムメトキシド−メタノール溶液231.5gを滴下した。次いで、フラスコにテトラフェニルホスホニウムブロマイド503.0gをメタノール600gに溶かした溶液を室温攪拌下滴下し、結晶を析出させた。析出させた結晶を濾過、水洗、真空乾燥し、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物の桃白色結晶である硬化促進剤1を得た。
・離型剤1:モンタン酸エステルワックス(クラリアント・ジャパン社製、リコルブ WE−4)
まず、実施例1に係るカーボンブラックを粉砕した。カーボンブラックの粉砕は、下記表1に示す配合量(質量部)のカーボンブラック1と、無機充填材1とを用いて行った。
具体的には、まず、気流式ジェットミル(供給量10kg/hour、空気圧0.45MPa)を用いて、カーボンブラック1について第1のジェットミル粉砕をした。なお、第1のジェットミル粉砕したカーボンブラック1の凝集物の体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D50(すなわち、二次粒径)は10μmであった。
次いで、第1のジェットミル粉砕したカーボンブラック1と、無機充填材1とを混合し、混合物を作製した。
次いで、該混合物を気流式ジェットミル(供給量50kg/hour、空気圧0.45MPa)を用いて、第2のジェットミル粉砕をし、カーボンブラック1の微粒子を得た。実施例1のカーボンブラック1の微粒子の凝集物の体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D50(すなわち、二次粒径)は3μmであった。
次いで、カーボンブラック1の微粒子と、粉砕に用いた無機充填材1と、カーボンブラック1の微粒子の作製に用いた以外の原料成分とを、常温でミキサーを用いて、下記表1に記載した配合量で混合し、次に温度70℃以上100℃以下の温度で2軸混練した。次いで、常温まで冷却後、粉砕して実施例1の封止用樹脂組成物を得た。
実施例2〜4の封止用樹脂組成物は、各成分の配合量を下記表1のように変更した以外は、実施例1の封止用樹脂組成物と同様の方法で作製した。
実施例2〜4のカーボンブラック微粒子の凝集物の体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D50(すなわち、二次粒径)を、それぞれ下記表1に示す。なお、単位はμmである。
実施例5の封止用樹脂組成物は、各成分の配合量を下記表1のように変更し、さらに、カーボンブラック1に対して第1のジェットミル粉砕を行わず、第2のジェットミル粉砕のみを行って粉砕したカーボンブラック1の微粒子を作製する以外は、実施例1の封止用樹脂組成物と同様の方法で作製した。実施例5のカーボンブラック微粒子の凝集物の体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D50(すなわち、二次粒径)は5μmであった。
実施例6の封止用樹脂組成物は、カーボンブラックの粉砕を下記表1に示す配合量のカーボンブラック2と、無機充填材1とを用いて行い、さらに、各成分の配合量を下記表1のように変更した以外は、実施例5の封止用樹脂組成物と同様の方法で作製した。実施例6のカーボンブラック微粒子の凝集物の体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D50すなわち、二次粒径)は3μmであった。
実施例7の封止用樹脂組成物は、各成分の配合量を下記表1のように変更し、カーボンブラック1と、無機充填材2とを用いて実施例7に係る粉砕したカーボンブラック1を作製した以外は、実施例1の封止用樹脂組成物と同様の方法で作製した。
実施例8の封止用樹脂組成物は、各成分の配合量を下記表1のように変更し、カーボンブラック1と、無機充填材3とを用いて実施例8に係る粉砕したカーボンブラックを作製した以外は、実施例1の封止用樹脂組成物と同様の方法で作製した。
実施例9の封止用樹脂組成物は、各成分の配合量を下記表1のように変更し、カーボンブラック1と、無機充填材4とを用いて実施例9に係る粉砕したカーボンブラックを作製した以外は、実施例1の封止用樹脂組成物と同様の方法で作製した。
実施例10の封止用樹脂組成物は、各成分の配合量を下記表1のように変更し、カーボンブラック1と、無機充填材5とを用いて実施例10に粉砕したカーボンブラックを作製した以外は、実施例1の封止用樹脂組成物と同様の方法で作製した。
下記表1に記載した配合量の各成分を、常温でミキサーを用いて混合し、次に温度70℃以上100℃以下の温度で2軸混練した。次いで、常温まで冷却後、粉砕して比較例1の封止用樹脂組成物を得た。
実施例1〜10、比較例1の封止用樹脂組成物について、以下の評価を行った。
実施例1〜10、比較例1に係る封止用樹脂組成物の硬化物について、これに含まれる粒径が25μmを超えるカーボンブラック微粒子の凝集物(カーボンブラック凝集物)の個数、およびカーボンブラック凝集物の最大粒子径を評価した。
まず、低圧トランスファー成形機を用いて、実施例1〜10、比較例1の封止用樹脂組成物を、金型温度175℃、注入圧力10MPa、硬化時間120秒の条件で直径100mm、厚さ2mmに注入成形し、硬化物を得た。この硬化物の表面を蛍光顕微鏡で観察し、25μmよりも大きいカーボンブラック凝集物の数を計測した。なお、25μmよりも大きいカーボンブラック凝集物とは、ある1つのカーボンブラック凝集物中の任意の2点を結んだ時の最大長さが25μmよりも大きいことを示す。評価結果を下記表1に、「カーボンブラック凝集物(粒径25μmを超える)の数」として示す。単位は、「個」である。さらに上記硬化物の表面を蛍光顕微鏡で観察して、カーボンブラック凝集物の最大粒子径を測定した。結果を表1に示す。単位はμmである。なお、カーボンブラック凝集物の最大粒子径とは、カーボン凝集物の粒子径の最大値である。カーボンブラック凝集物の粒子径は、あるカーボン凝集物中の任意の2点を結んだ時の最大長さを粒子径とすることで測定した。
実施例1〜10、比較例1の封止用樹脂組成物を用いて半導体装置を作製し、半導体装置の電気的信頼性として高温リーク特性を評価した。詳細を以下に示す。
まず、低圧トランスファー成形機(TOWA社製、Yシリーズ)を用いて、実施例1〜10、比較例1の封止用樹脂組成物を、金型温度175℃、注入圧力6.9MPa、保圧時間90秒の条件で、樹脂組成物を注入成形して352ピンBGAを封止成形し、175℃で4時間後硬化した。次いで、100個の352ピンBGAについて、ADVANTEST社製の微少電流計8240Aを用いて、175℃におけるリーク電流を測定し、高温リーク特性の評価とした。評価基準は、以下の通りとした。
○:100個の352ピンBGAすべてについて、リーク電流が検出されなかった。
×:1個以上の352ピンBGAについて、リーク電流が検出された。
Claims (8)
- カーボンブラックと、無機充填材とを混合して混合物を得、前記混合物をジェットミル粉砕することで前記カーボンブラックを粉砕してカーボンブラック微粒子を得る工程と、
エポキシ樹脂と、硬化剤と、無機充填材と、前記カーボンブラック微粒子とを混合して半導体封止用樹脂組成物を得る工程と、を含む、
半導体封止用樹脂組成物の製造方法。 - 前記混合物中の前記無機充填材の含有量は、前記カーボンブラック100質量部に対して、5質量部以上2000質量部以下である、請求項1に記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
- 前記混合物中の前記カーボンブラックの凝集物の体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D50は、6μm以上500μm以下である、請求項1または2に記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
- 前記D50をAとし、前記混合物中の前記無機充填材の体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D50をBとしたとき、A/Bが0.1以上200以下である、請求項3に記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
- 前記混合物中の前記無機充填材は、無機酸化物、無機窒化物、無機炭化物及び無機水酸化物からなる群より選択される1種以上である、請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
- 前記混合物中の前記無機充填材のモース硬度が、2以上10以下である、請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
- 前記混合物中の前記無機充填材は、シリカ、アルミナ及び水酸化アルミニウムからなる群より選択される1種以上である、請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
- 前記カーボンブラック微粒子の凝集物の体積基準粒度分布の累積頻度が50%となる粒径D50は、0.01μm以上25μm以下である、請求項1から7のいずれか1項に記載の半導体封止用樹脂組成物の製造方法。
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