JPH03503294A - 難燃性エポキシ成形材料と、素子の封入方法と、封入された素子 - Google Patents
難燃性エポキシ成形材料と、素子の封入方法と、封入された素子Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
難燃性エポキシ成形材料と、素子の封入方法と、封入された素子
本発明はエポキシと、硬化剤と、触媒と、離型剤と、必要に応じて用いられる充
填剤と、必要に応じて用いられる着色剤と、必要に応じて用いられるカップリン
グ剤と、難燃化系とで構成される対人材料または封止材料(エンキャブス コン
パウンド)を半導体素子(デバイス)の周りで加熱硬化させることによって半導
体素子を封止する方法の改良に関するものである。
本発明の改良方法で用いられる上記難燃化系は、従来の成形材料よりも含有比率
の低い五酸化アンチモンおよびすトリウム吉、従来の成形材料よりもハロゲン含
有比率が高い有機化合物とによ、って構成されている。
I−記のように従来の成形材料よりも五酸化アンチモンおよびすトリウムの比率
を低くし7且つ従来の成形材料よりも有機化合物中のハロゲン含有比率を高くし
た難燃化系を含む本発明の改良ノブ法°テ・す11いられる対人材料ずなわぢ成
形材料は、加熱エージング(加熱老化)および水抽出を行った場合に、遊離臭素
の放出が従来の成形材料よりも少なくなるという予期しなかった結果を示し7た
1、また、本発明の改良j−だ成形材料で半導体素子を封止したものは、予想を
はるかに越える極めで高い熱安定性と、相溶性と、ボールリフ) (ball
1ift、)特性と、実際のデバイス作動性能(live device p
erfor+nanc;e) 、ヒを示す。
本発明はさらに、エポキシと、硬化剤と、触媒と、離型剤と、必要に応じて用い
られる充填剤と、必要に応じて用いられる着色剤と、必要に応じて用いられるカ
ップリング剤と、従来の成形材料に比べて比率の低い五酸化アンチモンおよびナ
トリウムと、従来の成形材料よりもハロゲン含有比率が高い有機化合物とによっ
て構成された難燃化系と、半導体素子の金属導体ラインおよびパッドの腐食を減
少させるために必要に応じて用いられる塩基性金属酸化物とで構成される改良さ
れた難燃性の熱硬化性エポキシ成形材料に関するものである。
本発明はさらに、従来の成形材料に比べて含有比率の低い五酸化アンチモンおよ
びナトリウムと、従来の成形材料よりもハロゲン含有比率が高い有機化合物とに
よって構成される難燃化系と、半導体素子の金属導体ラインおよびパッドの腐食
を減少させるために必要に応じて用いられる塩基性金属酸化物とを含む上記封止
剤によって封止された半導体素子にも関するものである。
上記3つの場合において、ハロゲンを含む有機化合物は別の成分としてもよいが
、エポキシまたは硬化剤の一部とするのが好ましい。このハロゲン含有有機化合
物は、さらに、硬化によってエポキシ樹脂と硬化剤との生成物に化学的に組込ま
れるハロゲン含有有機化合物とすることもでき、また、潤滑剤または着色剤等の
他の成分の一部とすることもできる。
本明細書で使用する用語「エポキシ成形材料(epoxy molclingc
ompo+」nd) 」とは、二つ以とのオキシラン(= ox 1rane
= :r−チレンオキシド)基を含む公知の任意のエポキシ系成形材料を意味す
る。−分子中に二つ以−りのエポキシ基を有するこのエボキノボラック型、タレ
ゾールノボラック型のようなグリシジルエーテル型のもの、グリシジル−、エス
テル型のもの、脂環式型のもの、複素環式型のものおよびハロゲン化エポキシ樹
脂が含まれる。これらのエポキシ系成形材料は単独または二種以上の樹脂の混合
物として使用することができる。
本明細書で使用する「エポキシ ノボラック成形材料」という用語には、エポキ
シ樹脂用の硬化剤として通常用いられている任意のフェノールや置換フェノール
から誘導されるノボラック硬化剤が含まれ、例えば、フェノール ノボラックや
、クレゾー、ル ノボラックやビスフェノールA誘導体が含まれる。このエポキ
シ ノボラック成形材料は単独またはニ一種以上の混合物として使用することが
できる。
本明細書で使用する[触媒」という用語は、本発明の組成物の硬化を促進するの
に使用される硬化剤に適した触媒を意味する。この触媒には塩基触媒および酸触
媒が含まれ、ルイス酸のハ(−1ゲン化金属、例えば、三弗化硼素、塩化第一錫
、塩化亜鉛や、カルボン酸の金属塩、例えば、メクタン酸第−錫や、アミン、例
えば、l・リエチルγミン、イミダゾール誘導体が含まれる3、これらの触媒は
エポキシよ硬化剤との6二1重量に対して一般に約0.1〜5.0重量%の筆だ
け使用される。
本明細書で使用ずろ「離型剤」という用語は、硬化後のエポキシ成形材料を金型
から離型するのを助けるために一般に使用されている化合物を意味し2、例えば
、カルナウバワックス、モンタン酸のエステルワックス、ポリエチレンワックス
、ポリテトラフルオDエチI/ンワックス、ゲ゛リセラルモノステアレ・−ト、
スj−rリン酸の金属塩、バラフィ〕・′ワックス等が含まれる、。
本明細書で使用する1−充填剤13′!・いう用語は、通常の充填剤を意味し、
例えば、シリカ、炭酸カルシウド、珪酸力ルシウl1、酸化アルミニウム、ガラ
ス繊維、クレー等が含まれる。好ましい充填剤はシリカまたはシリカを主成分と
るす他の充填剤との混合物である。この充填剤は一般に成形材料の重量に対して
少なくとも50重量%使用される。
本明細書で使用する「着色剤」という用語は、エポキシ成形材料で通常用いられ
ている着色剤を意味し、例えば、カーボンブラック、顔料、染料等が含まれる。
本明細書で使用する1カツプリング剤」という用語は、成形材料のウェットなく
湿った)電気的特性を向上させるために用いられる公知のカップリンク剤4意味
する。このカップリング剤としごは式: R’S+(OR)*で特徴付けられ
るシラン型のものにすることできる (ここで、P“は゛rアミンメ、ルカブト
、ビニル、エポキシまたはメタアクロオキシ等のオルガノ官能基を表し、ORは
珪素に結合1.た加水分解I)−1能7J、アル」キシ基を表す)。好まし7い
カップリング剤はアメリカ合衆国特許第4.042.550号および第3.84
9.187号に記載されでいる。これら特許の内容は本明細書の一部を成ず3、
本明細書で使用する1−ハロゲン化無r ’G−I!化化合物点いう用語は、あ
る化合物またはその前駆体(例えばモノマー)を/%10ゲン化するか、ハ
【1
ゲンが完全に除去されない及応によってI\ロゲ;ノ含有千ツマ−を付加する等
にJ 、で得られる任意の出発原料から得られるハロゲンを含む有機化合物を意
味する。
難燃系で使用されるハロゲン含有有機化合物として好ましいものは反応性のハロ
ゲン含有イj機化合物であり、特に好まj2、いものはハロゲンとして塩素また
は臭素を含むものである。例としては[]木火薬により「1)ren”Jの登録
商品名で市販されているド記の一般式r′7?′表されるボロし7□ノール−フ
ォルム−rルj゛ヒトノボラックのポリグリシジルニーアル型のものが挙げられ
る:
この他のハV、Iゲン含有有機化合物の例は、アメリカ合衆国特;n第4.04
.2.550号および第4.282,136号に記載されており、その内容は本
明細書の一部をなす。、−れらの特許には)XXiJゲノ化されたビスフェノー
ルAおよびビスフェノールAのa導体、例えばテトラブロモビスフェノールAが
記載されている1、エポキシ樹脂の一部となる反応性ハロゲン含有有機化合物の
その他の例としてはハロゲン化樹脂のグリシジルエーテル、例えばテトラブロモ
ビスフェノールへのジクリシジJトエーテル等が挙げられる。
これらのハロゲン含有イj機化合物は単独の添加剤古することも−びきるが、成
形材料中の有機成分、特に1ボキシまた(ユ硬化剤中に含まれていでも、よく、
場合によ−、では潤滑剤、着色剤、充填剤(有機物の場合)等の他の成分中に含
まれていでもよい。
硬化剤の一部を成ず反応性ハロゲン含有有機化合物の例としてはハロゲン化無水
物、例えばテトラブロモ−、テトラクロ11−無水フタル酸等が挙げられる。ま
た、テトラゾ[フモビスフェノールA、その他のハロゲン化千ツマ−を硬化剤の
一部とすることもでき、特にフェノールまたは置換ノエノールから誘導される硬
化剤の一部とすることができる。
本明細書で用いる「五酸化アンチモン(antimony pentoide)
Jという用語は、入手可能な任意JT?態の五酸化−r:/チモーンを意味す
る。使用可M、:な好ま1−い五酸化アンチモンは、P、01社のニー了コル(
Nyacol)ディに゛シミンからm 版されている二γ二l 、lL/(Ny
acol) A 15907tあり、これは、ニア1ル(Nyacnll) A
1588LPのような従来製品の五酸化−ノ′ンチモンのナトリウム含有率3
〜4重量%に比較1ノへナトリウムの含有率が0.03〜0.06%と1!″:
常に低くなっている、。
本明細書で用いる[塩基性金属酸化物(basic metal oxide)
j、という用語は、L酸化r゛ンチモンの酸度を中和して、金属製半導体素子
の導電ラインおよびパッド、特に2−)の異なる金属が互いに接触ずイン領域で
の腐食を低、汗さυ″るこ、!:が可能な任意形態の金属酸化物を意味する。こ
の塩基性金属酸化物としては好ましいものは三酸化ビスマス<8!203)であ
る。
1.2 発明の詳細な説明
、]−ボキシ樹脂材料は半導体、集積回路(If’:)、大規模集積回路(1、
S+)、トランジスタおよびダイオード等のデバイスまたはその他の電子部品の
IJ人(エンキャブスレージョン)に使用されている。これに用いられる封入剤
(エンキャプスラント)は、一般にエポキシと、硬化剤と、触媒と、離型剤と、
必要に応じて用いられる廃填剤と、必要に応じて用いられる着色剤とで構成され
、場合によ、ではさらにカップリング剤を含んでいる。
これら成分の配合例は、イケヤ (!keya)達のアメリカ合衆国特許第4.
710.796号、ハン) ()lunt)達のアメリカ合衆国特許第4、28
2.135号およびアメリカ合衆国特許第4.042.550号、さらには、こ
れら特許中で引用された参考文献に記載されている。
最近の電子工業界では、これらのエポキシ成形材料に難燃性が求められており、
アンダーライターズ研究所(llnderwritersl、aborator
y)の1716”バー(bar)の94V−0テストで測定した難燃度を高める
ために、ハロゲン化物、酸化遷移金属および水和アルミナを含む添加剤が報告さ
れている。しかし、これらの難燃性添加剤を添加すると、高温での封入剤と半導
体素子との相溶性が損なわれてしまう。
イケヤ(I keya)達のアメリカ合衆国特許第4.710.796号にはエ
ポキシ樹脂と、硬化剤と、有機ホスフィン化合物と、少なくとも一種の酸化アン
チモンとで構成される半導体素子用封入樹脂が記載されている。
゛rアメリカ合衆国特許第、 042.550号には、難燃化系中に三酸化アン
チモンまたは四酸化アンチモンとハロゲン化物とを含む二次充填材とエポキシ系
無水成形材料が記載されている。
ハン) (Hunt)達のアメリカ合衆国特許第4.282.136号には、ハ
ロゲン含有有機化合物と五酸化アンチモンとで構成される相乗効果を有する難燃
剤が記載されている。この特許によると、この難燃系を用いた封入剤で半導体素
子を封入した場合には、三酸化アンチモンまたは四酸化アンチモンを含んだ類似
の成形材料に比較して、高温での相溶性が良くなると記載されている。
しかし、従来のエポキシ成形材料はすl−IJウム含有比率が高いため、電流の
漏れが起こって半導体素子の性能が低下するということは知られている〔モルツ
ァン(Moltzan)達の「集積回路用エポキシ対人材料の発展」、ユーザの
展望、高度エレクトロニクスおよびプロトロニクス技術、AC3Sym、 シリ
ーズ346.521頁、1986年9月7〜12参照〕。
従来の難燃剤との組合せは、難燃性と電子デバイスに対する相溶性との点ではあ
る程度満足がいくものであるであるが、相溶性と、電子デバイスの性能と、費用
と、低毒性の全ての点で要求を満たす難燃性エポキシ成形材料に対する強い要望
が存在している。
従って、本発明の目的は改良された難燃性熱硬化性エポキシ成形材料を提供する
ことにある。
本発明の他の目的は半導体素子を封入する改良された方法を提供することにある
。
本発明のさらに他の目的は改良された封入半導体素子を提供することにある。
本発明の上記およびその他の目的と本発明の利点は、以下の説明および請求項か
らさらに明らかになるであろう。
2、発明の要約
前記本発明の目的は、下記の構成を有する本発明の改良されたエポキシ成形材料
によって達成される:(a) 成形材料の約5〜25重量%のエポキシ材料(
b) 成形材料の約4〜20重量%のフェノールまたは置換フェノールから誘
導される樹脂の硬化剤
(c) 上記エポキシ樹脂と上記硬化剤との開栓反応させるのに有効な上記エ
ポキシ樹脂と上記硬化剤との合計重量に対して約0.1〜10重量%の量の触媒
(d) 硬化した成形材料を離型させるのに有効な組成物重量に対して約0.
01〜2重量%の離型剤
(e) 成形材料重量に対し約50〜85重量%の充填剤、および(f)
下記で構成される難燃系
(1)成形材料の重量に対し7゛C約0.8重量%以下の五酸化アンチモン
(査)五酸化アンチそンの重量に対して約0.01〜1重量%のナトリウム
(3)他の成分を含んでいてもよい成形材料の重量に対し7て少なく店も約0.
1重量%の臭素を含む反応性有機化合物
(4)成形材料の@にに対1ヅこ約、i、0重量%以Fの塩基性金属酸化物、最
も好ましいのはニミ酸化ピ゛スマス。
下記11表は本発明の改良されたエポキシ成形材料をまとめめたものである3゜
乙の本発明の改良されたエポキシ成形材料は半導体素子を封入するのに適してい
る。
本発明の上記改良されたエポキシ成形材料は公知の任意の方法で製造することが
できる。%1文ば、各成分を細かく粉砕し、トライブレンドし、加熱した差動[
)−ルミル(differencialroll m1ll)で濃縮(dens
ification) ’L、、造粒する。一般には、各成分(またはその一部
)を微粉末にして押出機のような配合装置中・\直接送って、粗原料のプレミ・
ソクスを作る。全成分の一部のみを最初に混合した場合には、残りの成分は濃縮
前または濃縮中に添加する、。
濃縮は予備成形機を用いて機械的に行うことができ、微粉末の場合には複合ミル
を用いて行うことができ、直接供給される微粉末またはプレミックスの場合には
押出機また番ま差動1しで行うことができる。全成分の一部を含むブレミ・ンク
スまた(ま濃縮された形態(プレフォームや整粒状等)のものを、それと同じ形
態または別の形態の残りの成分と一緒に、最終金型へ供給することもできる。
本発明の難燃性成形材料は2成分系または多成分系の任意の物理形態にすること
ができる。2戊分系または多成分系の場合には、一方にエポキシを入れ、他方に
硬化剤を入れる必要力(ある。エポキシの触媒による単独重合を防ぐために、触
媒(ま硬化剤成分に入れるのが好ましい。
研究室規模での好ましい実施態様では、配合物のドライ成分を予め微粉末に粉砕
しておき、次いで、大きなプラスチ・ツクの袋の中で混合する。液体成分(すな
わちシラン力・ノブ!ノング剤)をこのドライ成分に加え、混合物を手で混−ぜ
る。次Iこ、混合1勿を大きな2本ロールミル(一方のn −)しは〜90℃(
こ加熱し、(生方のロールは水道水で冷却する)で処理して均一11シート (
幅〜6“×長さ24”)にする。このシートを冷却し、微粉末(こ粉砕する。
パイロットプラントオよび大量生産する場合の好まt、i7)態様は、ドライ成
分を大きなホ・7/%で混合し、液体成分を均一(こ添加・ブレンドし、混合を
続ける。得られた混合物を押H;(7yo熱する)して連続シートとし、冷却し
た後粉砕する。最柊自勺iこ粉砕された粉末はそのまま用いることもできるし、
ある(A(よ予備成形機中で圧縮して所望の形状および寸法のタブレ・ノド(プ
レフォーム)にすることもできる。
この材料(コンパウド)に適当な温度と圧力を加えて1重々の物品に成形するこ
とができる。本発明の封入半導体素子をイ乍る場合の成形条件は、例えば、温度
が約300〜400°F(約149〜204℃)、好ましくは約350〜375
°F(約177〜191 ℃)で、圧力が400〜1,500 psi (約
28〜105 kg/cm2)で、時間力で30〜120秒、好ましくは60〜
90秒の範囲である。
複数の成形キャビティーを有する金型を備えtこトランスファー成形膜等の任意
の適当な成形装置を使用することができる。
各成分間の比は大幅に変えることができる。一般に、エポキシのノボラック硬化
剤に対する比率は、オキシラン:反応性ヒドロキシ基のモル比が約0.8〜1.
25七なるようにする。同様(こ、エポキシの無水硬化剤に対する比率は、オキ
シラン:無水り勿当量の比が1.0〜1.7、好ましくは〕、11〜1.25と
なるようlこする。
触媒の使用量は、一般に1、所定の成形条件下でエポキシ成形材料を硬化するの
に充分な量にする。0.1〜5重量%(エポキシおよび硬化剤の合計重量に対し
て)の量で充分である。
離型剤は金型からの離型を良くし、封入された半導体素子のウェット電気特性を
良くするのに充分な車用いる。コン1<971重量%の車用いることができる。
充填剤の合計量は、コンパウンドの全重量に対して0〜85重量%の範囲であり
、好ましくは50重量%以」−1より好ましく(ま60〜85重量%である。ま
た、シリカ充填剤番、末全材料の60〜・80重量%であるのが好ましい。
着色剤を用いる場合には、一般に、封入された素子を所望の色、好ま1バは黒に
するのに充分な車用いる。コンパウンド全体の重量に対し約0,1〜1.5%の
車用いること力(できる。
カップリング剤、特にシラン力・ンブリング剤ζよ、所望のウェット電気特性を
与えるのに充分な債、好まシ、りは、(17]<ランドの全量の約0.05〜2
重量%、さらに好ましくは、約0.1〜1.5重量%用いられる。
得られたエポキシ成形材料は、公知の任意の方法を用(、)で半導体素子を封入
するのに使用することができる。例えば、五酸化アンチモンの含有率が0.4〜
0.8%で、ナトリウムの含有率が0.01〜0.06%(五酸化アンチモンの
重量に対して)で、有機化合物中の臭素の含有率が約1.0〜1.8%である本
発明の改良されたエポキシ成形材料を試験デ1<イス」二で成形したものζま、
ハント達のアメリカ合衆国特許第4.282.136号に開示の従来のコンパウ
ンドと比較した場合、予期し得ない優りたデノくイスとの高温相溶性と、難燃性
と、ボールリフト特性と、実際のデノく・イスの作動性能とを示した。
五酸化アンチモンは高価で有毒であるので、本発明で(ま五酸化アンチモンは低
い比率で使用するのが望ましい。
五酸化アンチモンの含有率が0.4〜0.8%で、ナl−IJウドの含有率が0
.01〜0.06%(過酸化アンチモンの重量1こ対する)で、有機化合物中の
臭素の含有率が約1.0〜1.8%である本発明の改良されたエポキシ成形材料
で封入した試験デ/ <イスは、優れたボールリフト(オートクレーブ)試験結
果を示す。このボールリフト(オートクレーブ)試験は、湿潤環境でのデ1<イ
スのイJ頼性を評価するために半導体製造者が慣用的1こ行、−こ17″lる試
験である。このボールリフト試験では、引っ張った時1こ持ち上げられたボール
ボンドのパーセントと、デノ<イスをJ−−−)クレープ中で2つの異なる条件
下(121℃、15 psi蒸気と、135℃、3Qps i蒸気)に維持した
時の時間数を関数とする接着強度ロスとを測定する。
本発明の改良されたエポキシ成形材料は、封入後の半導体デバイスでの[ボール
リフトの問題」を遅延または無くすのに有効である。本発明の改良されたエポキ
シ成形材料では]5および30 psiの両条件下で、1200時間までボール
リフトが見られなかったが、三酸化アンチモンを用いたサンプルでは30psi
で370時間で50%のボールがリフトした。
さらに、驚くべきことに、本発明の改良されたエポキシ成形材料は、臭素化樹脂
と二酸化アンチモン/五酸化アンチモンとを組合せた場合よりも優れた実際のデ
バ・イス作動性能を示した。
この実際のデバイス作動性能(live−device pweformanc
e)では、ナショナル(National)半導体1.P412 の作動増幅
器を本発明の改良されたエポキシ成形材料中に封入した。封入した約40個のパ
ッケージ(14ピン、シュアルライン)群をバイアス無しに高湿環境(30ps
iゲージ圧力の相対湿度1.(10%、131℃のオートクレーブ中)に入れ、
定期的にオートクレーブからデバイスを取り出して絶縁破壊(ゲイン7以下また
は65以上)を検査した。
本発明の改良されたエポキシ成形材料で封入した38個のナショナル(Nati
onal)半導体1.F 412の作動増幅器の中で19個は3036時間の試
験時間後も作動t7たが、比較のためのに2.4%の五酸化アンチモンを含んだ
従来の材料で成形し7た38個の作動増幅器は、その19個が198時間以内に
差動しなくなった。
これのことは、五酸化アンチモンを高い比率(1%以上)で用いた方が相乗効果
に優れた材料が得られるとする従来技術の教えからは特に驚くべきことである。
従来技術からは、約0.8%以下の五酸化アンチモンでは難燃性が悪くなるとい
うことが予想され、また]−ボボールリフト特性を改善するのにも不充分である
ことが教示されていた。従って成形材料の当業者は0.8%以下の五酸化アンチ
モンを用いようとはしなかった。
有機臭化物とAll/A1合金との相互作用が最も大きな絶縁破壊の原因であり
、「ボールリフト1の問題を引き起こす原因である乏いうことは当業者には周知
である〔カーノ(Khan)達の「上ボキシ封入VLSIデバイスの金−1−ア
ルミニウドボンドの信頼性に関する高温安定性成形月利の効県+ 1ERE講
事録参照。この論文は国際信頼性物理学会(Int、、 R?、1iabili
ty physics Symp、)、44=49’A、1988年4月に掲載
されている」。従って、難燃剤七し゛C墾素含6−量のより高い有機化合物を使
用する本発明の改良された成形材料組成物によってボ・−ルリフト特性と実際の
デバ、イス作動性能が達成できるということは予期もされないこまであった。
臭素含有量のより高い有機化合物を含んだ本発明の改良されたエポキシ成形材料
は、加熱エージングした場合と水抽出(−だ場合に遊離臭素イオンの放出が従来
材料よりも少なくなるという特異な特性を有1−でいる。
成形材料から放出された遊離臭素イオンは「臭素抽出試験」で測定した。この臭
素抽出試験では、成形材料を175℃で4時加熱硬化し、硬化後の材料を粉砕し
、35メツシユの篩を通して篩分けし、篩分けした材料を特定の温度、好ましく
は、200〜240 ”Cで加熱エージングし、所定の時間間隔を置いて、材料
の一部から取った1グラムの試料を100 mlの脱イオン化水と混合し、24
時間還流した。材料から抽出された遊離臭素イオンの量はイオンクロマトグラフ
ィーで測定した。
本発明の改良されたエポキシ成形材料を用いたデバイスでは、成形材料を200
℃に500時間曝した後に水で抽出された臭素イオンの竜は175 ppmであ
ったが、従来の成形材料を用いたデバイスでは400ppmであ、った。本発明
の改良されたエポキシ成形材料を用いたデバイスの場合には、240℃、500
時間硬化した後に水抽出された臭素は240 ppmであったが、従来の成形材
料を用いたデバイスの場合には1.、ooo ppmであった。
本発明は上記成分以外の難燃剤の難燃性を損なうことのない他の成分を含んでい
てもよい。従って、合計量が五酸化アンチモンの量より少ない三酸化アンチモン
および四酸化アンチモンを含む他の有機物または無機物を前記の条件下で添加す
ることができる。さらに、三酸化ビスマス等の塩基性金属酸化物をさらに添加す
ることによって封入後の半導体素子の実際の作動特性を向上させることもできる
。
3、好ましい実施例の説明
以下、本発明の改良されたエポキシ成形材料と、・封入方法と、封入されたデバ
イスとを実施例を用いてさらに詳しく説明するが、・本発明が以下の実施例に限
定されるものではない。
なお、別の記載がない限り以下に示す部は全て重量部である。
3.1 実施例1〜4
エポキシ封入剤を第■表に示した配合物へで製造した。
ここに示す4つのグループの配合物は、三酸化アンチモンおよび/または下記タ
イプの臭素化樹脂が存在するか/存在しないかの点で相違している。
* デユラン(Durran)の方法で測定した軟化点が70〜8(Fで、エポ
キシ当量が450〜470で、臭素の含有率が49重量であるテト・ラブロモビ
スフエノ〜ルーAグリシジルエーテル樹脂
3.2 実施例5
実施例1〜4に記載の4つの材料を試験デバイス上で成形した後、ボールリフト
(オートクレーブ)試験を行った。時間の関数と50%ボールリフトが起こる
までの推定時間すなわち初期ボンド−引張り強度の50%までの時間の試験結果
は第■表にまとめて示しである。
第■表
LSOO−接着強度とボールリフト
1 、 540 230 460 1604 >
>1300 1170 >>1300 1130これらのデータか
ら、デバイス」二のアルミニウムボンドパッドへの金のワイヤボール接着は、オ
ートクレーブの高湿度環境下でプラスチック封入剤中に難燃成分(ビスーAタイ
プの臭素化樹脂と三酸化アンチモン)が存在すると劣化するく物理的接着強度の
損失)ことが分かる。特に、二酸化アンチモンが存在すると臭素化樹脂が二次的
役割を果たし且つアンチモン含有率が低いときだけボールリフトの原因の主な要
因となることが認められる。これら両成分が存在しない場合(実施例4)のボー
ルリフトは、15 psiで1.300時間まで見られない。
3.3 実施例6〜9
五酸化アンチモンと三酸化アンチモンとの難燃性相乗効果を比較するために一連
のエポキシ対人材料を実験室レベルで製造し、試験デバイス上で成形した。結果
は第■表に示しである。
* この臭化樹脂は、デ;ランの方法で測定した軟化点が70〜80℃で、エポ
キシ当量が450〜470で、臭素が49重量%のデトラブロモビスーフェノー
ルーAグリシジルエーテル樹脂である。
3.4 実施例 10
実施例6〜9の硬化後の封入剤の特性をIIL−94V−0に従って、1/16
”バーの合計燃焼時間によって測定した。試験結果は第7表にまとめである。
十 この封入デバイスは、成形材料中に0.89%の臭素(Bren”2.5%
)しか使用しなかったため、1 /16”/< −(7)IIL−94V−0試
験に不合格となった。
178”バーまたは成形材料中に少なくとも1.0%の臭素を用いた場合の封入
デバイスはIIL−94V−0試験に合格する。
第7表のデータは、従来技術が教“えることとは反対に、1/1.6”バーの合
計燃焼時間([IL−94V、−0)で測定されるように、五酸化アンチモンは
三酸化アンチモンに比べて難燃性が低いことがわかる。難燃性は1716”バー
よりも1/8”バーを用いた方が容易に達成される(即ち、臭素含有量の要求が
低い)ということは当業者に周知のことである。さらに、一定の臭素含有率にお
いて達成可能な難燃性の程度は、他の成分の配合機、例えば充填剤の含有率、離
型剤および有機エラス1−7−の種類と量によって影響されるということも周知
である。従って、難燃性の試験に178”バーを用い且つ0.8%以下の5bJ
sを用いた場合には、臭素含有率が1.0%より若干少なくてもUL94V−0
に合格することもある。
3.5 実施例 11〜12
成形後のデバイス(実施例6〜9)に対して実施例5に記載のボールリフト(オ
ートクレーブ)試験を行った。15および30psiの両条件下で50%ボール
リフトが起こるまでの閃と推定時間数の試験結果は第■表および図1〜2にまと
めて示しである。
50%引張接着強 50%ボールリフ度までの時間 トまでの時間
実施例 材料 15 psi 30psi ユ陀si 3Qps
i? >>1.500 〜1100 >>1500 〜
10008 >1500 400 〜1530 370
9 >>1500 >>1200 >>1500 >
>1200上記データから、三酸化アンチモンの代わりに五酸化アンチモンを用
いた場合にはボールリフトの問題は遅くなるか、使用臭素化樹脂によっては全く
無くなることが分かる。五酸化アンチモンを用いた2つのサンプル(7と9)は
、サンプル6と8に比べて大幅にボールリフトか減少していることを示している
。
また、サンプル9は15および30 psiの両条件下で1200時間までボー
ルリフトが認められないのに対し、三酸化アンチモンを用いた比較サンプル8で
は30ρsiで370時間で50%ボールリフトを示す。
3.6 実施例 13
ナショナル半導体LP412の作動増幅器を実施例6〜9に記載の封入剤で封入
した。約40個の成形後のパッケージ(14ビン、シュアルインライン)群に対
して実際のデバイス性能試験を行った。その結果は第■表にまとめて示しである
。
第■表
このデータから、Bren ”と五酸化アンチモンきを併用した本発明の改良さ
れた成形材料で封入されたデバイスは、臭素化樹脂と三酸化アンチモン/五酸化
アンチモンとを併用したものよりも実際のデバイス性能が高いことが分かる。
3.7 実施例 14
パイロットプラント規模で、第■表に示す配合でエポキシ封入剤を製造した。得
られた成形材料を実施例5と同様な方法でデバイス上で成形した。
+ 臭素1.36%は3.8%Bren TMl:相当スル実施例14の封入剤
で封入したデバイスの特性を01.−94V−0試験(1/16 @’)でテス
トした。試験結果は第■表にまとめである。
実施例14で得られた封入後のデバイスをボールリフト試験した。試験結果は図
3にまとめで示しである。この試験結果から実施例14の11人剤は硬化後に1
35℃、30 psiの蒸気に1500時間曝時間後でもワイヤボンドの接着強
度が劣化しないことが分かる。
3.10 実施例 17
実施例14で得られた成形材料の臭素抽出試験を行った。試験結果は図4にまと
めて示しである。
この試験結果から、実施例14の熱硬化性成形材料の200℃、500時間加熱
エージングした後の水抽出による臭素イオン濃度は175 ppmである。この
値は、同じ条件下で従来のエポキシ成形材料の封入剤から水抽出される臭素イオ
ン濃度400 ppmに比べてはるかに低い。
3.11 実施例 18
実施例14から240℃で得られた成形材料に対して実施例17に記載の臭素抽
出試験を行った。試験結果を図5にまとめて示しである。この試験結果から、実
施例14の熱硬化性封入用成形材料を240℃で500時間加熱硬化させた後に
水で抽出される臭素イオン濃度は240 ppmであり、これは、同じ条件下で
従来のエポキシ成形材料の封入剤から水抽出で放出される臭素イオン濃度110
00ppより遥かに低い。
3.12 実施例 19〜21
実駿室規模で、0.75%の5b20sと、0.50%の5b20.10.25
%の5bzO’、 および0.25%の5b203/ 0.50%の5BJs
とを用いてエポキシ封入剤(実施例19〜21)を製造した。実施例19〜21
は五酸化アンチモンの代わりに三酸化アンチモンまt9は二酸化アンチモン/五
酸化アンチモンの混合物を使用することを除いて実施例14で使用したのと同じ
材料である。
3.13 実施例 22
実施例19〜21で製造されたエポキシ成形材料を実施例14と同様に試験デバ
イス上で成形した。
実施例14および実施例19〜21で得られた封入後のデバイスに対して実施例
5に記載のボールリフト試験を行った。15および30ρsi条件下での時間を
関数とした結果を図6および図7にそれぞれまとめて示しである。0.75%の
五酸化アンチモンを含む実施例14に記載の本発明の改良されたエポキシ成形材
料は、臭素化樹脂と二酸化アンチモン/過酸化アンチモンとの混合物を併用した
ものより高いボールリフト性能を示した。
3.14 実施例 23〜25
第X表に示した配合のエポキシ封入剤を製造した。これらの配合物は五酸化アン
チモンと二酸化ビスマスの含有率の違いを除いて第■表に示したものに類似して
いる。
3.15 実施例 26
実施例23〜25に記載の封入剤でナショナル半導体LF412の作第×1表
この試験データから、Bren”(実施例25)と同じレベルのの五酸化アンチ
モンと三酸化ビスマスとを併用したものは、五酸化アンチモンまたは三酸化ビス
マスをそれぞれ単独で用いた配合物より実際のデバイス作動性能が高いことが分
かる。
さらに、実施例25の燃焼時間とボールリフト試験から、五酸化アンチモンを単
独で用いた配合物に比較して、上記配合物は難燃性およびボール接着劣化に対し
て十分な抵抗力を維持することが分かった。
以上の実施例は本発明の改良された難燃性エポキシ成形材料と、その封入方法と
、封入されたデバイスの例を示すためのもので、本発明がこれらに限定されるも
のではない。請求項に定義する本発明の範囲を逸脱しない範囲でこれら実施例を
種々変更することができるということは明らかである。
補正書の翻訳文桿出書(特許法第184冬の8)19国際出願番号 PCT/
US 891046191、下記の構成を有するエポキシ成形材料:(a)
成形材料の約5〜25重量%のエポヰシ3.11記硬化剤がフェノール ノボラ
ックである請求項1記載のエポキシ成形材料。
4、上記硬化剤が無水物である請求項1記載のエポキシ成形材料。
5、上記硬化剤がマレイン系モノマーと少なくとも一つのアルキルスチレンモノ
マー々のポリ無水物またはポリ無水物とエポキシ樹脂とのブレポリ−7−である
請求項3記載の1ポキシ成形材料。
〔1,上記硬化剤が1−ポキン成形材料の約4〜12重量9も?″ある請求項1
記載の−[ポキシ成形材料。
゛71−記]−ボキシ成形材料が′、12なくきも約50@量%の無機充填剤を
含む請求項1記載のエポキシ成形材料。
8、上記玉ポキン成形トノー料、てバ4> r+’l: <壓イ)約60・・・
85重重量【;のンリりを含む請求項1記載の1−ボ・ヤン成形材料、。
1)4F−記無機充填剤がシリカを含む請求項1記載のエポキシ戊形材If 、
。
10、上記コ胃rギア成形材ネ−1がシランカソブリンノ7削交含む請求項1記
載θ)−〕−ボ」−シ序形月料、。
11ト記−■−ボ↑−ジ成形H料が首色柑をかむ請求項1記絨のf′、Pキシ成
形材料。
12、上記の臭素を含む反応性有機化合物がブロモフェノール−フォルムアルデ
ヒド ノボラックである請求項1記載のエポキシ成形材料。
13、上記の臭素を含む反応性有機化合物がブロモフェノール−フォルムアルデ
ヒド ノボラックのポリグリシジルエーテルである請求項1記載のエポキシ成形
材料。
14、上記の臭素を含む反応性有機化合物が上記エポキシの一部である請求項1
記載のエポキシ成形材料。
15、上記の臭素を含む反応性有機化合物が上記のフェノールまたは置換フェノ
ールから誘導される樹脂の硬化剤の一部である請求項1記載のエポキシ成形材料
。
16、1記のQ素を含む反応性有機化合物が成形材料の重量に対して約1.0〜
5.4重量%の臭素を含む請求項1記載のエポキシ成形材料。
17、上記の臭素を含む反応性+′i機化金化合物形材料の重量に対し、て約1
,0〜2,2重量%の臭素を含む請求項1記載のエポキシ成形材料。
18、上記の臭素を含む反応性有機化合物が成形材料の重量に対し7で約1.0
〜1.8重量%の臭素を八む請求項1記載のエポキシ成ff?、材料。
1!l−、、、tl記i!#燃系が、b酸化rン手−モンの千fa 1.−1
対i、−(約0.01〜0.0(i市i@%のすI・リウム苓含む請求fnI記
載の1−ボキン成jじ材料、1
20、−1−記N燃系が、)+見Iff I4′す・Iの重量に対j7で約1.
130〜1)20重問96の:、酸化ビスマス4− 、Q、む請求項1記載の丁
、ポ4−7成、3f目(牟4.。
21、金型中−こ゛液状0リハ硬化性θj 上、t’! −j :・成形材料−
コ゛゛+−リ体]−′べ・イスを取り囲むことによって半導体−・−゛バイスを
封入4る方法1、二おいて、上記エボキソ、1曵形材料が下5c】、の構成4自
するような方2人 ゛
(a> 成形材料の約5〜2り重量Q(のエポキシ(1+) 成形材料の約
4==2(1川礒0弓の)f 、/−ルまたは置換ツー丁−ノールから誘導され
る樹脂の硬化剤
(c) −tt記エポキシ樹脂杏土、記硬化剤吉の間を反[f、:、さ−1−
るの;、−有効な」−記Jボキシ樹脂と上記硬化剤、Lの合計iF9に対(7て
約(1,1〜t(す$@ % (7’) 1l(7) 触(j’K(Ll)硬化
した成V’i”;Hi離へ11させるのに6効な成形材料C)屯早に対し一ζ−
約0.01〜2市量%σ)離型剤(lり成形材料の重量に対1−約50・〜・8
5重fδ%の充填側、J沁I、び(f) 下記で構成される難燃系
(1) 成形材木1のΦit;−文・11−て約0.40へ・約0.80重ψ
%のh酸化°rンチ千ン
(2)五酸化了ンナモンの重量に対して約0.01〜l玉量%のナトリウノ・
(3)他の成分を含んで゛いでもよい成形材料の重量に対して少なくとも約0,
1重量%の臭素を含む反応性有機化合物
(4)成形材料の重量に対して約1,60・−約4.0重量%の二酸化ビスマス
9゜
の方法。、
ルキルスナレンモノ′7−のポリ無水物またはポリ無水物とエボ項21記載の方
法。
フォルト“γルデヒドノボラックのポリグリシジルエーテルであだはげ換フェノ
ールから誘導される樹脂の硬化剤の一部であるして約1.0〜5.4重量%の臭
素を含む請求項旺記載の方法。
36、上記の臭素を含む反応性有機化合物が成形材料の重量に対して約1.0〜
2.2重量%の臭素を含む請求項21記載の方法。
37、上記の臭素を含む反応性有機化合物が成形材料の重量に対して約1.0〜
1.8重量%の臭素を含む請求項社記載の方法。
並、上記難燃系が、五酸化アンチモンの重量に対して約0.01〜国際調査報告
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.下記の構成を有するエポキシ成形材料:(a)成形材料の約5〜25重量% のエポキシ(b)成形材料の約4〜20重量%のフェノールまたは置換フェノー ルから誘導される樹脂の硬化剤 (c)上記エポキシ樹脂と上記硬化剤との間を反応させるのに有効な上記エポキ シ樹脂と上記硬化剤との合計重量に対して約0.1〜10重量%の量の触媒 (d)硬化した成形材料を離型させるのに有効な成形材料の重量に対して約0. 01〜2重量%の離型剤(e)成形材料の重量に対し約50〜85重量%の充填 剤、および(f)下記で構成される難燃系 (1)成形材料の重量に対して約0.8重量%以下の五酸化アンチモン (2)五酸化アンチモンの重量に対して約0.01〜1重量%のナトリウム (3)他の成分を含んでいてもよい成形材料の重量に対して少なくとも約0.1 重量%の臭素を含む反応性有機化合物 (4)成形材料の重量に対して約4.0重量%以下の三酸化ビスマス。 2.上記エポキシがエポキシ成形材料の重量の約10〜16重量%である請求項 1記載のエポキシ成形材料。 3.上記硬化剤がフェノール ノボラックである請求項1記載 のエポキシ成形材料。 4.上記硬化剤か無水物である請求項1記載のエポキシ成形材料。 5.上記硬化剤がマレイン系モノマーと少なくとも一つのアルキルスチレンモノ マーとのポリ無水物またはポリ無水物とエポキシ樹脂とのプレポリマーである請 求項3記載のエポキシ成形材料。 6.上記硬化剤がエポキシ成形材料の約4〜12重量%である請求項1記載のエ ポキシ成形材料。 7.上記エポキシ成形材料が少なくとも約50重量%の無機充填剤を含む請求項 1記載のエポキシ成形材料。 8.上記エポキシ成形材料が少なくとも約60〜85重量%のシリカを含む請求 項1記載のエポキシ成形材料。 9.上記無機充填剤がシリカを含む請求項1記載のエポキシ成形材料。 10.上記エポキシ成形材料がシランカップリング剤を含む請求項1記載のエポ キシ成形材料。 11.上記エポキシ成形材料が着色材を含む請求項1記載のエポキシ成形材料。 12.上記の臭素を含む反応性有機化合物がブロモフェノールーフォルムアルデ ヒドノボラックである請求項1記載のエポキシ成形材料。 13.上記の臭素を含む反応性有機化合物がブロモフェノールーフォルムアルデ ヒドノボラックのポリグリシジルエーテルである請求項1記載のエポキシ成形材 料。 14.上記の臭素を含む反応性有機化合物が上記エポキシの一部である請求項1 記載のエポキシ成形材料。 15.上記の臭素を含む反応性有機化合物が上記のフェノールまたは置換フェノ ールから誘導される樹脂の硬化剤の一部である請求項1記載のエポキシ成形材料 。 16.上記の臭素を含む反応性有機化合物が成形材料の重量に対して約1.0〜 5.4重量%の臭素を含む請求項1記載のエポキシ成形材料。 17.上記の臭素を含む反応性有機化合物か成形材料の重量に対して約1.0〜 2.2重量%の臭素を含む請求項1記載のエポキシ成形材料。 18.上記の臭素を含む反応性有機化合物が成形材料の重量に対して約1.0〜 1.8重量%の臭素を含む請求項1記載のエポキシ成形材料。 19.上記難燃系が、五酸化アンチモンの重量に対して約0.01〜0.06重 量%のナトリウムを含む請求項1記載のエポキシ成形材料。 20.上記難燃系が、成形材料の重量に対して約0.40〜0.80重量%の五 酸化アンチモンを含む請求項1記載のエポキシ成形材料。 21.上記難燃系が、成形材料の重量に対して約1.60〜3.20重量%の三 酸化ビスマスを含む請求項1記載のエポキシ成形材料。 22.金型中で液状の熱硬化性のエポキシ成形材料で半導体デバイスを取り囲む ことによって半導体デバイスを封入する方法において、上記エポキシ成形材料が 下記の構成を有するような方法: (a)成形材料の約5〜25重量%のエポキシ(b)成形材料の約4〜20重量 %のフェノールまたは置換フェノールから誘導される樹脂の硬化剤 (c)上記エポキシ樹脂と上記硬化剤との間を反応させるのに有効な上記エポキ シ樹脂と上記硬化剤との合計重量に対して約0.1〜10重量%の量の触媒 (d)硬化した成形材料を離型させるのに有効な成形材料の重量に対して約0. 01〜2重量%の離型剤(e)成形材料の重量に対し約50〜85重量%の充填 剤、および(f)下記で構成される難燃系 (1)成形材料の重量に対して約0.8重量%以下の五酸化アンチモン (2)五酸化アンチモンの重量に対して約0.01〜1重量%のナトリウム (3)他の成分を含んでいてもよい成形材料の重量に対して少なくとも約0.1 重量%の臭素を含む反応性有機化合物 (4)成形材料の重量に対して約4.0重量%以下の三酸化ビスマス。 23.上記エポキシがエポキシ成形材料の重量の約10〜16重量%である請求 項22記載の方法。 24.上記硬化剤がフェノールノボラックである請求項22記載の方法。 25.上記硬化剤が無水物である請求項22記載の方法。 26.上記硬化化剤がマレイン系モノマーと少なくとも一つのアルキルスチレン モノマーのポリ無水物またはポリ無水物とエポキシ樹脂とのプレポリマーである 請求項22記載の方法。 27.上記エポキシ成形材料か少なくとも約50重量%の無機充填剤を含む請求 項22記載の方法。 28.上記無機充填剤がシリカを含む請求項22記載の方法。 29.上記エポキシ成形材料が少なくとも約60〜80重量%のシリカを含む請 求項22記載の方法。 30.上記エポキシ成形材料がシランカップリング剤を含む請求項22記載の方 法。 31.上記エポキシ成形材料が着色材を含む請求項22記載の方法。 22.上記の臭素を含む反応性有機化合物がブロモフェノールーフォルムアルデ ヒドノボラックである請求項22記載の方法。 33.上記の臭素を含む反応性有機化合物がブロモフェノールーフォルムアルデ ヒドノボラックのポリグリシジルエーテルである請求項22記載の方法。 34.上記の臭素を含む反応性有機化合物が上記エポキシの一部である請求項2 2記載の方法。 35.上記の臭素を含む反応性有機化合物が上記のフェノールまたは置換フェノ ールから誘導される樹脂の硬化剤の一部である請求項22記載の方法。 36.上記の臭素を含む反応性有機化合物が成形材料の重量に対して約1.0〜 5.4重量%の臭素を含む請求項22記載の方法。 37.上記の臭素を含む反応性有機化合物が成形材料の重量に対して約1.0〜 2.2重量%の臭素を含む請求項22記載の方法。 38.上記の臭素を含む反応性有機化合物が成形材料の重量に対して約1.0〜 1.8重量%の臭素を含む請求項22記載の方法。 39.上記難燃系が、五酸化アンチモンの重量に対して約0.01〜0.06重 量%のナトリウムを含む請求項22記載の方法。 40.上記難燃系か成形材料の重量に対して約0.40〜0.80重量%の五酸 化アンチモンを含む請求項22記載の方法。 41.上記難燃系が成形材料の重量に対して約1.60〜3.20重量%の三酸 化ビスマスを含む請求項40記載の方法。 42.上記半導体デバイスが処理済みのシリコンウェファである請求項22記載 の方法。 43.上記半導体デバイスがトランジスタ、ダイオード、集積回路から成る群の 中から選択される請求項22記載の方法。 44.請求項22に記載の方法で封入された半導体デバイス。 45.請求項24に記載の方法で封入された半導体デバイス。 46.請求項27に記載の方法で封入された半導体デバイス。 47.請求項33に記載の方法で封入された半導体デバイス。 48.請求項38に記載の方法で封入された半導体デバイス。 49.請求項39に記載の方法で封入された半導体デバイス。 50.請求項40に記載の方法で封入された半導体デバイス。 51.請求項4に記載の方法で封入された半導体デバイス。
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