JPWO2014203781A1 - 半導体封止用樹脂組成物および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
本発明の半導体封止用樹脂組成物は、下記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、下記一般式(2−1)および下記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物のうちの少なくとも1種と、硬化触媒と、無機充填材とを含有することを特徴とする。なお、一般式(1)、(2−1)、(2−2)中、X2、X3、およびX4は、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキレン基、下記一般式(3)で表される基、式「−SO2−」もしくは「−CO−」で表される基、酸素原子、または単結合である。
【化1】
【化1】
Description
本発明は、半導体封止用樹脂組成物および半導体装置に関する。
本願は、2013年6月21日に日本に出願された特願2013−131198号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、2013年6月21日に日本に出願された特願2013−131198号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年、電気エネルギーの有効活用等の観点から、SiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)を用いた素子を搭載するSiC/GaNパワー半導体装置が注目されている(例えば、特許文献1参照。)。
これらの素子は、従来のSiを用いた素子に比べて、電力損失を大幅に低減できるばかりでなく、より高い電圧や大電流、300℃に達する高温下であっても動作することが可能であるため、従来のSiパワー半導体装置では適用が難しかった用途への展開が期待されている。
このように、SiC/GaNを用いた素子(半導体素子)自体が前述のような過酷な状況下で動作可能となるため、これらの素子を保護するために半導体装置に設けられる半導体封止材に対しても従来以上の耐熱性が求められている。
ここで、従来のSiパワー半導体装置では、半導体封止材として、接着性、電気的安定性等の観点から、エポキシ系の樹脂組成物の硬化物を主材料として構成したものが一般的に用いられている。
このようなエポキシ系の樹脂組成物において、その構成材料であるエポキシ樹脂のエポキシ基当量、または、硬化剤(フェノール樹脂硬化剤)の水酸基当量を下げて架橋密度を上げたり、または、それら官能基(エポキシ基および水酸基)間を繋ぐ構造を剛直な構造にする等の手法を用いて、かかる樹脂組成物を用いて得られる半導体封止材の耐熱性を向上させることが検討されている。
しかしながら、このような検討によっても、エポキシ系の樹脂組成物を用いて得られる半導体封止材では、その耐熱性が十分に向上しているとは言えなかった。
そこで、エポキシ系の樹脂組成物に代えて、ビスマレイミドとベンゾオキサジンとを含有する樹脂組成物の硬化物を半導体封止材として用いることが検討されている(例えば、非特許文献1)。
樹脂組成物をかかる構成のものとすることで、エポキシ系の樹脂組成物と比較して、その耐熱性を向上させることができるが、Siパワー半導体装置の使用条件により適した耐熱性を備える半導体封止材を形成することができる樹脂組成物について、現在、さらなる検討がなされているのが実状である。
Takeichi et.al、Polymer.、第49巻、第1173〜1179頁(2008)
本発明は、耐熱性に優れた半導体封止材を形成し得る半導体封止用樹脂組成物および、かかる半導体封止用樹脂組成物の硬化物により半導体素子を封止してなる信頼性に優れた半導体装置を提供することにある。
本発明は以下の態様を包含するものである。
(1) 下記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、
下記一般式(2−1)および下記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物のうちの少なくとも1種と、
硬化触媒と、
無機充填材とを含有することを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
(1) 下記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、
下記一般式(2−1)および下記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物のうちの少なくとも1種と、
硬化触媒と、
無機充填材とを含有することを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
前記一般式(1)、(2−1)、(2−2)中、X2、X3、およびX4は、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキレン基、下記一般式(3)で表される基、式「−SO2−」もしくは「−CO−」で表される基、酸素原子、または単結合である。R2、R3、およびR4は、それぞれ独立に、炭素数1〜6の炭化水素基である。b、dおよびeは、それぞれ独立に、0〜4の整数、cは、0〜3の整数である。n1は、1以上の整数である。
前記一般式(3)中、Yは、芳香族環を有する炭素数6〜30の炭化水素基であり、n2は0以上の整数である。
(2) 前記一般式(1)における前記n1は、1〜4である上記(1)に記載の半導体封止用樹脂組成物。
(3) 前記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、前記ベンゾオキサジン系化合物との配合比率は、当量比で1:0.1〜1:4である上記(1)または(2)に記載の半導体封止用樹脂組成物。
(4) 前記硬化触媒は、イミダゾール系化合物である上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物。
(5) 前記硬化触媒の含有量は、前記マレイミド系化合物と前記ベンゾオキサジン系化合物との合計100質量部に対して、0.1〜5.0質量部である上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物。
(6) 当該半導体封止用樹脂組成物を硬化させることにより得られる硬化物の25℃における弾性率をA[GPa]とし、前記硬化物の250℃における弾性率をB[GPa]としたとき、0.1≦(A−B)/A≦0.9なる関係を満足する上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物。
(7) 当該半導体封止用樹脂組成物を硬化させることにより得られる硬化物は、その25℃における弾性率Aが10〜50GPaである上記(1)ないし(6)のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物。
(8) 当該半導体封止用樹脂組成物を硬化させることにより得られる硬化物は、その250℃における弾性率Bが1〜30GPaである上記(1)ないし(7)のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物。
(9) 当該半導体封止用樹脂組成物を硬化させることにより得られる硬化物は、その5%減量温度Td5が450℃以上である上記(1)ないし(8)のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物。
(10) 密着助剤を更に含有する上記(1)ないし(9)のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物。
(11) 上記(1)ないし(10)のいずれかに記載の半導体封止用樹脂組成物の硬化物により、半導体素子を封止してなるものであることを特徴とする半導体装置。
(12) 前記半導体素子がSiC(炭化ケイ素)および/またはGaN(窒化ガリウム)を用いたものである上記(11)に記載の半導体装置。
本発明によれば、上記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、上記一般式(2−1)および上記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物のうちの少なくとも1種と、硬化触媒と、無機充填材とを含有することに起因して、その硬化物で構成される半導体封止材の耐熱性を向上させることができる。
以下、本発明の半導体封止用樹脂組成物および半導体装置を好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明の半導体封止用樹脂組成物を説明するのに先立って、本発明の半導体封止用樹脂組成物を用いた半導体装置(本発明の半導体装置)について説明する。
<半導体装置>
図1は、本発明の半導体封止用樹脂組成物を用いた半導体装置の一例を示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図1中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図1は、本発明の半導体封止用樹脂組成物を用いた半導体装置の一例を示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図1中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図1に示す半導体装置10は、QFP(Quad Flat Package)型の半導体パッケージであり、半導体チップ(半導体素子)20と、半導体チップ20を接着層60を介して支持するダイパッド30と、半導体チップ20と電気的に接続されたリード40と、半導体チップ20を封止するモールド部(封止部)50とを有している。
ダイパッド30は、金属基板で構成され、半導体チップ20を支持する支持体として機能を有するものである。
このダイパッド30は、例えば、Cu、Fe、Niやこれらの合金(例えば、Cu系合金や、Fe−42Niのような鉄・ニッケル系合金)等の各種金属材料で構成される金属基板や、この金属基板の表面に銀メッキや、Ni−Pdメッキが施されているもの、さらにNi−Pdメッキの表面にPd層の安定性を向上するために設けられた金メッキ(金フラッシュ)層が設けられているもの等が用いられる。
また、ダイパッド30の平面視形状は、通常、半導体チップ20の平面視形状に対応し、例えば、正方形、長方形等の四角形とされる。
ダイパッド30の外周部には、複数のリード40が、放射状に設けられている。
このリード40のダイパッド30と反対側の端部は、モールド部50から突出(露出)している。
このリード40のダイパッド30と反対側の端部は、モールド部50から突出(露出)している。
リード40は、導電性材料で構成され、例えば、前述したダイパッド30の構成材料と同一のものを用いることができる。
また、リード40には、その表面に錫メッキ等が施されていてもよい。これにより、マザーボードが備える端子に半田を介して半導体装置10を接続する場合に、半田とリード40との密着性を向上させることができる。
ダイパッド30には、接着層60を介して半導体チップ20が固着(固定)されている。
この接着層60は、特に限定されないが、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、ポリイミド系接着剤およびシアネート系接着剤等の各種接着剤を用いて形成される。
この接着層60は、特に限定されないが、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、ポリイミド系接着剤およびシアネート系接着剤等の各種接着剤を用いて形成される。
また、半導体チップ20は、例えば、SiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)を用いたもので構成される。
この半導体チップ20は、電極パッド21を有しており、この電極パッド21とリード40とが、ワイヤー22で電気的に接続されている。これにより、半導体チップ20と各リード40とが電気的に接続されている。
このワイヤー22の材質は、特に限定されないが、ワイヤー22は、例えば、Au線やAl線で構成することができる。
そして、ダイパッド30、ダイパッド30の上面側に設けられた接着剤層60、半導体チップ20、電極パッド21、ワイヤー22、およびリード40の一部(内側の部分)は、モールド部50により封止されている。その結果として、リード40の残部(外側の端部)がモールド部50から突出している。
このモールド部(半導体封止材)50が、本発明の半導体封止用樹脂組成物の硬化物により構成される。
以下、この半導体封止用樹脂組成物(以下、単に「樹脂組成物」と言うこともある。)について説明する。
<半導体封止用樹脂組成物>
本発明の半導体封止用樹脂組成物(ポリベンゾオキサジン変性マレイミド樹脂組成物)は、下記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、下記一般式(2−1)および下記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物のうちの少なくとも1種と、硬化触媒と、無機充填材とを含有するものである。
本発明の半導体封止用樹脂組成物(ポリベンゾオキサジン変性マレイミド樹脂組成物)は、下記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、下記一般式(2−1)および下記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物のうちの少なくとも1種と、硬化触媒と、無機充填材とを含有するものである。
前記一般式(1)、(2−1)、(2−2)中、X2、X3、およびX4は、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキレン基、下記一般式(3)で表される基、式「−SO2−」もしくは「−CO−」で表される基、酸素原子、または単結合である。R2、R3、およびR4は、それぞれ独立に、炭素数1〜6の炭化水素基である。b、dおよびeは、それぞれ独立に、0〜4の整数、cは、0〜3の整数である。n1は、1以上の整数である。
前記一般式(3)中、Yは、芳香族環を有する炭素数6〜30の炭化水素基であり、n2は0以上の整数である。
前述のとおり、半導体チップ20を、SiC(炭化ケイ素)やGaN(窒化ガリウム)を用いたものとすると、半導体チップ20は300℃に達する高温下であっても動作することが可能である。そのため、モールド部50としては、優れた耐熱性を有することが求められるが、モールド部50を、かかる構成の樹脂組成物の硬化物とすることにより、モールド部50は、優れた耐熱性を発揮することとなる。
[マレイミド系化合物]
マレイミド系化合物は、前記一般式(1)で表される化合物(以下、単に「化合物(1)」と言うこともある。)で構成されるものであり、樹脂組成物に含まれる主材料のうちの1つである。
マレイミド系化合物は、前記一般式(1)で表される化合物(以下、単に「化合物(1)」と言うこともある。)で構成されるものであり、樹脂組成物に含まれる主材料のうちの1つである。
これら前記一般式(1)で表される化合物において、X2は、炭素数1〜10のアルキレン基、前記一般式(3)で表される基、式「−SO2−」もしくは「−CO−」で表される基、酸素原子、または単結合を表す。
X2における炭素数1〜10のアルキレン基としては、特に限定されないが、直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基が好ましい。
この直鎖状のアルキレン基としては、具体的には、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、ヘプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、デカニレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基等が挙げられる。
また、分岐鎖状のアルキレン基としては、具体的には、−C(CH3)2−(イソプロピレン基)、−CH(CH3)−、−CH(CH2CH3)−、−C(CH3)(CH2CH3)−、−C(CH3)(CH2CH2CH3)−、−C(CH2CH3)2−のようなアルキルメチレン基;−CH(CH3)CH2−、−CH(CH3)CH(CH3)−、−C(CH3)2CH2−、−CH(CH2CH3)CH2−、−C(CH2CH3)2−CH2−のようなアルキルエチレン基等が挙げられる。
なお、X2におけるアルキレン基の炭素数は、1〜10であればよいが、1〜7であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。具体的には、このような炭素数を有するアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基が挙げられる。
また、R2は、炭素数1〜6の炭化水素基であるが、炭素数1または2の炭化水素基、具体的には、例えば、メチル基またはエチル基であるのが好ましい。
さらに、bは0〜4の整数であるが、0〜2の整数であることが好ましく、2であることがより好ましい。また、cは0〜3の整数であるが、0〜1の整数であることが好ましく、1であることがより好ましい。
また、前記一般式(1)で表わされるマレイミド系化合物において、n1は1以上の整数であるが、1〜20であるのが好ましく、1〜4であるのがより好ましい。これにより、樹脂組成物から得られる硬化物で構成されるモールド部50は、より優れた耐熱性を発揮するものとなる。
さらに、前記一般式(3)で表される基において、基Yは、芳香族環を有する炭素数6〜30の炭化水素基であり、n2は0以上の整数である。
この芳香族環を有する炭素数6〜30の炭化水素基は、芳香族環のみからなるものでもよいし、芳香族環以外の炭化水素基を有していてもよい。基Yが有する芳香族環は、1つでもよいし、2つ以上でもよく、2つ以上の場合、これら芳香族環は、同一でも異なっていてもよい。また、前記芳香族環は、単環構造および多環構造のいずれでもよい。
具体的には、芳香族環を有する炭素数6〜30の炭化水素基としては、例えば、ベンゼン、ビフェニル、ナフタレン、アントラセン、フルオレン、フェナントレイン、インダセン、ターフェニル、アセナフチレン、フェナレン等の芳香族性を有する化合物の核から水素原子を2つ除いた2価の基が挙げられる。
また、これら芳香族炭化水素基は、置換基を有していてもよい。ここで芳香族炭化水素基が置換基を有するとは、芳香族炭化水素基を構成する水素原子の一部または全部が置換基により置換されたことをいう。置換基としては、例えば、アルキル基が挙げられる。
この置換基としてのアルキル基としては、鎖状のアルキル基であることが好ましい。また、その炭素数は1〜10であることが好ましく、1〜6であることがより好ましく、1〜4であることが特に好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、sec−ブチル基等が挙げられる。
このような基Yは、ベンゼンまたはナフタレンから水素原子を2つ除いた基を有することが好ましく、前記一般式(3)で表される基としては、下記式(i)、(ii)のいずれかで表される基であることが好ましい。これにより、かかる基を備える樹脂組成物から得られる硬化物で構成されるモールド部50は、より優れた耐熱性を発揮するものとなる。
前記式中、R5は、それぞれ独立に、炭素数1〜6の炭化水素基である。fは、それぞれ独立に、0〜4の整数、より好ましくは0である。
さらに、前記一般式(3)で表される基において、n2は、0以上の整数であればよいが、0〜5の整数であることが好ましく、1〜3の整数であることがより好ましく、1または2であることが特に好ましい。
以上のことから、前記一般式(1)で表される化合物は、前記X2が、炭素数1〜3の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキレン基であり、R2が1または2の炭化水素基であり、bが0〜2の整数であり、n1が1〜4であることが好ましい。または、前記X2は前記式(i)、(ii)のいずれかで表される基であり、fが0であることが好ましい。これにより、かかる基を備える樹脂組成物から得られる硬化物で構成されるモールド部50は、より優れた耐熱性を発揮するものとなる。
したがって、前記一般式(1)で表される化合物の好ましい具体例としては、例えば、下記式(1a)、(1b)、(1c)、(1d)に示すようなものが挙げられる。これらの中でも、下記式(1a)で示される化合物がより好ましく使用される。
[ベンゾオキサジン系化合物]
ベンゾオキサジン系化合物は、前記一般式(2−1)で表される化合物(以下、単に「化合物(2−1)」と言うこともある。)および前記一般式(2−2)で表される化合物(以下、単に「化合物(2−2)」と言うこともある。)のうちの少なくとも1種で構成されるものであり、樹脂組成物に含まれる主材料のうちの1つである。
ベンゾオキサジン系化合物は、前記一般式(2−1)で表される化合物(以下、単に「化合物(2−1)」と言うこともある。)および前記一般式(2−2)で表される化合物(以下、単に「化合物(2−2)」と言うこともある。)のうちの少なくとも1種で構成されるものであり、樹脂組成物に含まれる主材料のうちの1つである。
これら前記一般式(2−1)で表される化合物および前記一般式(2−2)で表される化合物において、X3およびX4は、それぞれ独立して、炭素数1〜10のアルキレン基、前記一般式(3)で表される基、式「−SO2−」もしくは「−CO−」で表される基、酸素原子、または単結合を表す。
前記一般式(2−1)および前記一般式(2−2)におけるX3およびX4としては、前記一般式(1)におけるX2で説明したのと同様のものが挙げられる。また、前記一般式(2−1)および前記一般式(2−2)におけるR3およびR4としては、前記一般式(1)におけるR2で説明したのと同様とすることができ、さらに、前記一般式(2−1)および前記一般式(2−2)におけるdおよびeとしては、前記一般式(1)におけるbで説明したのと同様とすることができる。
このようなベンゾオキサジン系化合物としては、前記一般式(2−1)で表される化合物および前記一般式(2−2)で表される化合物のうち、前記一般式(2−1)で表される化合物であるのが好ましい。これにより、樹脂組成物から得られる硬化物で構成されるモールド部50は、より優れた耐熱性を発揮するものとなる。
また、この前記一般式(2−1)で表される化合物は、前記X3が、炭素数1〜3の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキレン基であり、R3が1または2の炭化水素基であり、dが0〜2の整数であることが好ましい。または、前記X3は前記式(i)、(ii)のいずれかで表される基であり、fが0であることが好ましい。これにより、かかる基を備える樹脂組成物から得られる硬化物で構成されるモールド部50は、より優れた耐熱性を発揮するものとなる。
そこで、前記一般式(2−1)で表される化合物の好ましい具体例としては、例えば、下記式(2−1a)、(2−1b)、(2−1c)、(2−1d)に示すようなものが挙げられる。これらの中でも、下記式(2−1a)で示される化合物がより好ましく使用される。
また、樹脂組成物中における、上記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、上記一般式(2−1)および上記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物のうちの少なくとも1種との配合比率は、当量比で1:0.1〜1:4であるのが好ましく、1:0.2〜1:3であるのがより好ましい。これにより、樹脂組成物から得られる硬化物で構成されるモールド部50の耐熱性をより優れたものにすることができるのに加え、成形加工性と樹脂組成物が硬化する際の硬化性とを両立させる事ができる。
なお、本明細書中において、前記当量比とは、樹脂組成物中に含まれる、マレイミド系化合物が有するマレイミド基の数と、ベンゾオキサジン系化合物が有するベンゾオキサジン基の数との比のことを言う。
[硬化触媒]
硬化触媒は、樹脂組成物に含まれる主材料のうちの1つであり、前記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、前記一般式(2−1)および前記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物のうちの少なくとも1種との重合反応を促進する触媒(硬化促進剤)としての機能を有するものである。
硬化触媒は、樹脂組成物に含まれる主材料のうちの1つであり、前記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、前記一般式(2−1)および前記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物のうちの少なくとも1種との重合反応を促進する触媒(硬化促進剤)としての機能を有するものである。
硬化触媒としては、特に限定されず、例えば、ホスフィン化合物、ホスホニウム塩を有する化合物、イミダゾール系化合物等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合せて用いることができる。これらの中でもイミダゾール系化合物が好ましい。イミダゾール系化合物は、特に優れた前記触媒としての機能を有するものであることから、前記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、前記一般式(2−1)および前記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物のうちの少なくとも1種との重合反応をより確実に促進させることができる。
イミダゾール系化合物としては、特に限定されず、例えば、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2,4−ジメチルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、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、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、1−ビニル−2−メチルイミダゾール、1−プロピル−2−メチルイミダゾール、2−イソプロピルイミダゾール、1−シアノメチル−2−メチル−イミダゾール、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合せて用いることができる。これらの中でも、2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、および2−エチル−4−メチルイミダゾールであることが好ましい。これらの化合物を用いることにより、前記化合物の反応がより促進され、成形加工性が向上するとともに、得られる硬化物の耐熱性が向上するという利点が得られる。
硬化触媒(イミダゾール系化合物)の含有量は、上記一般式(1)で表されるイミダゾール系化合物と上記一般式(2−1)および上記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物との合計100質量部に対し、0.1〜5.0質量部であることが好ましく、0.1〜3.0質量部であることがより好ましく、0.3〜1.5質量部であることが特に好ましい。硬化触媒の含有量をかかる範囲内に設定することにより、樹脂組成物から得られる硬化物で構成されるモールド部50の耐熱性をより優れたものとすることができる。
なお、ホスフィン化合物としては、エチルホスフィン、プロピルホスフィンのようなアルキルホスフィン、フェニルホスフィン等の1級ホスフィン;ジメチルホスフィン、ジエチルホスフィンのようなジアルキルホスフィン、ジフェニルホスフィン、メチルフェニルホスフィン、エチルフェニルホスフィン等の2級ホスフィン;トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリオクチルホスフィンのようなトリアルキルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリフェニルホスフィン、アルキルジフェニルホスフィン、ジアルキルフェニルホスフィン、トリベンジルホスフィン、トリトリルホスフィン、トリ−p−スチリルホスフィン、トリス(2,6−ジメトキシフェニル)ホスフィン、トリ−4−メチルフェニルホスフィン、トリ−4−メトキシフェニルホスフィン、トリ−2−シアノエチルホスフィン等の3級ホスフィン等が挙げられる。これらの中でも、3級ホスフィンが好ましく使用される。
また、ホスホニウム塩を有する化合物としては、テトラフェニルホスホニウム塩、アルキルトリフェニルホスホニウム塩等を有する化合物が挙げられ、具体的には、テトラフェニルホスホニウムチオシアネート、テトラフェニルホスホニウムテトラ−p−メチルフェニルボレート、ブチルトリフェニルホスホニウムチオシアネート等が挙げられる。
[無機充填材]
無機充填材は、樹脂組成物に含まれる主材料のうちの1つであり、樹脂組成物の吸湿量の増加や、強度の低下を低減する機能を有するものである。
無機充填材は、樹脂組成物に含まれる主材料のうちの1つであり、樹脂組成物の吸湿量の増加や、強度の低下を低減する機能を有するものである。
無機充填材としては、特に限定されず、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素および窒化アルミ等が挙げられ、溶融シリカが好ましく使用され、球状の溶融シリカがより好ましく使用される。これらの無機質充填材は、1種類を単独で用いても2種類以上を混合して使用してもよい。またこれらがカップリング剤により表面処理されていてもかまわない。
無機充填材の粒径は、金型キャビティへの充填性の観点から、0.01μm以上、150μm以下であることが好ましい。無機充填材の最大粒径については、特に限定されないが、無機充填材の粗大粒子が狭くなったワイヤー間に挟まることによって生じるワイヤー流れ等の不具合の防止を考慮すると、105μm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い。
樹脂組成物中における無機充填材の量の下限値は、樹脂組成物の全質量に対して、好ましくは65質量%以上であり、より好ましくは67質量%以上であり、さらに好ましくは70質量%以上である。下限値が上記範囲内であると、得られる樹脂組成物の硬化に伴う吸湿量の増加や、強度の低下が低減でき、したがって良好な耐半田クラック性を有する硬化物を得ることができる。
また、樹脂組成物中の無機充填材の量の上限値は、樹脂組成物の全質量に対して、好ましくは93質量%以下であり、より好ましくは91質量%以下であり、さらに好ましくは90質量%以下である。上限値が上記範囲内であると、得られる樹脂組成物は良好な流動性を有するとともに、良好な成形性を備える。
これらの中でも、無機充填材の量は、樹脂組成物の全質量に対して、65質量%以上93質量%以下であることが好ましく、70質量%以上90質量%以下であることがより好ましい。
また、樹脂組成物中の無機充填材の量の上限値は、樹脂組成物の全質量に対して、好ましくは93質量%以下であり、より好ましくは91質量%以下であり、さらに好ましくは90質量%以下である。上限値が上記範囲内であると、得られる樹脂組成物は良好な流動性を有するとともに、良好な成形性を備える。
これらの中でも、無機充填材の量は、樹脂組成物の全質量に対して、65質量%以上93質量%以下であることが好ましく、70質量%以上90質量%以下であることがより好ましい。
[その他の成分]
また、本発明の半導体封止用樹脂組成物には、上記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、上記一般式(2−1)および上記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物のうちの少なくとも1種と、硬化触媒と、無機充填材の他に、更に必要に応じて、以下に示すようなその他の成分が含まれていてもよい。
また、本発明の半導体封止用樹脂組成物には、上記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、上記一般式(2−1)および上記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物のうちの少なくとも1種と、硬化触媒と、無機充填材の他に、更に必要に応じて、以下に示すようなその他の成分が含まれていてもよい。
[密着助剤]
密着助剤は、樹脂組成物を硬化させることにより得られる硬化物で構成されるモールド部50と、半導体装置10におけるモールド部50以外の他の部材との密着性を向上させる機能を有するものである。
密着助剤は、樹脂組成物を硬化させることにより得られる硬化物で構成されるモールド部50と、半導体装置10におけるモールド部50以外の他の部材との密着性を向上させる機能を有するものである。
密着助剤としては、特に限定されず、例えば、トリアゾール系化合物等が挙げられ、このトリアゾール系化合物としては、1,2,4−トリアゾール環を有する化合物、1,2,3−トリアゾール環を有する化合物が挙げられる。具体的な化合物としては、例えば、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール、4−アミノ−1,2,3−トリアゾール、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール−5−カルボン酸、3−メルカプト−1,2,4−トリアゾール、4−メルカプト−1,2,3−トリアゾール、3,5−ジアミノ−1,2,4−トリアゾール、3,5−ジメルカプト−1,2,4−トリアゾール、4,5−ジメルカプト−1,2,3−トリアゾール、3−アミノ−5−メルカプト−1,2,4−トリアゾール、4−アミノ−5−メルカプト−1,2,3−トリアゾール、3−ヒドラジノ−4−アミノ−5−メルカプト−1,2,4−トリアゾールおよび5−メルカプト−1,2,4−トリアゾール−3−メタノール等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合せて用いることができる。これらのうち、少なくとも1つのメルカプト基を有する1,2,4−または1,2,3−トリアゾール化合物であることが好ましく、3−アミノ−5−メルカプト−1,2,4−トリアゾールがより好ましい。
樹脂組成物中における密着助剤の含有量は、全樹脂組成物100質量部に対して、0.01〜2質量部であることが好ましく、0.03〜1質量部であることがより好ましい。密着助剤の含有量をかかる範囲内に設定することにより、前記効果をより顕著に発揮させることができる。
なお、密着助剤としてトリアゾール系化合物を用いた場合、トリアゾール系化合物は、前記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、前記一般式(2−1)および前記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物のうちの少なくとも1種との重合反応を促進する機能をも併せ持つため、密着助剤に硬化触媒としての機能を発揮させることができる。
[カップリング剤]
カップリング剤は、樹脂組成物中に含まれる樹脂成分と無機充填材との密着性を向上させ機能を有するものであり、例えば、シランカップリング剤等が用いられる。
カップリング剤は、樹脂組成物中に含まれる樹脂成分と無機充填材との密着性を向上させ機能を有するものであり、例えば、シランカップリング剤等が用いられる。
シランカップリング剤としては、各種のものを用いることができるが、例えば、エポキシシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、メルカプトシラン、ビニルシラン等が挙げられる。
具体的な化合物としては、例えば、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−フェニルγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル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−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−6−(アミノヘキシル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(3−(トリメトキシシリルプロピル)−1,3−ベンゼンジメタナン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、β−(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、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合せて用いることができる。これらのうちエポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシランが好ましく、アミノシランとしては、1級アミノシラン又はアニリノシランがより好ましい。
シランカップリング剤等のカップリング剤の配合割合の下限値としては、全樹脂組成物中0.01質量%以上が好ましく、より好ましくは0.05質量%以上、特に好ましくは0.1質量%以上である。シランカップリング剤等のカップリング剤の配合割合の下限値が上記範囲内であれば、前記樹脂成分と無機充填材との界面強度が低下することがなく、半導体装置における良好な耐半田クラック性を得ることができる。また、シランカップリング剤等のカップリング剤の配合割合の上限値としては、全樹脂組成物中1質量%以下が好ましく、より好ましくは0.8質量%以下、特に好ましくは0.6質量%以下である。シランカップリング剤の配合割合の上限値が上記範囲内であれば、樹脂成分と無機充填材との界面強度が低下することがなく、半導体装置における良好な耐半田クラック性を得ることができる。これらの中でも、カップリング剤の配合割合は、全樹脂組成物中、0.01質量%以上1質量%以下が好ましく、0.05質量%以上0.8質量%以下がより好ましく、0.1質量%以上0.6質量%以下がより更に好ましい。
なお、本発明に用いられる半導体封止用樹脂組成物は、上記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、上記一般式(2−1)および上記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物のうちの少なくとも1種と、硬化触媒と、無機充填材とを含むものであるが、上述したその他の成分の他に、更に必要に応じて、カルナバワックス等の天然ワックス、ポリエチレンワックス等の合成ワックス、ステアリン酸やステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸とその金属塩類及びパラフィン等の離型剤;カーボンブラック、ベンガラ、酸化チタン、フタロシアニン、ペリレンブラック等の着色剤;ハイドロタルサイト類や、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等のイオントラップ剤;シリコーンオイル、ゴム等の低応力添加剤;臭素化エポキシ樹脂や三酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ほう酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、フォスファゼン等の難燃剤;ヒンダードフェノール、リン化合物等の酸化防止剤等の各種添加剤を適宜配合しても差し支えない。
樹脂組成物を、上述した構成材料で構成されるものとすることで、この樹脂組成物を硬化させることにより得られる硬化物で構成されるモールド部50の耐熱性を向上させることができるが、かかるモールド部50を備える半導体装置10が300℃に達する高温下であっても動作することが求められるため、モールド部(硬化物)50の耐熱性は、例えば、以下のような指標を用いて評価される。
樹脂組成物を硬化させることにより得られる硬化物の25℃における弾性率をA[GPa]とし、前記硬化物の250℃における弾性率をB[GPa]としたとき、0.1≦(A−B)/A≦0.9なる関係を満足するのが好ましく、0.1≦(A−B)/A≦0.7なる関係を満足するのがより好ましい。
ここで、この指標は、硬化物の25℃における弾性率Aと硬化物の250℃における弾性率Bとの差を、硬化物の25℃における弾性率Aで除したものであり、硬化物の25℃における弾性率Aと硬化物の250℃における弾性率Bとの差が小さいほど、その値すなわち[(A−B)/A]は小さくなる。さらに、硬化物の25℃における弾性率Aと硬化物の250℃における弾性率Bとの差が小さいものは、常温時(半導体チップ未駆動時)の弾性率と高温時(半導体チップ駆動時)との弾性率の差が小さく優れた耐熱性を有しているものと言うことができる。したがって、[(A−B)/A]を前記範囲内に設定することにより、樹脂組成物を硬化させることにより得られる硬化物で構成されるモールド部50に、優れた耐熱性を発揮させることができる。
また、硬化物の25℃における弾性率Aは、10〜50GPaであるのが好ましく、15〜25GPaであるのがより好ましい。弾性率Aをかかる範囲内に設定することにより、前記[(A−B)/A]を容易に前記範囲内に設定することができ、前記硬化物をより確実に耐熱性に優れたものとすることができる。
さらに、硬化物の250℃における弾性率Bは、1〜30GPaであるのが好ましく、5〜20GPaであるのがより好ましい。弾性率Bをかかる範囲内に設定することにより、前記[(A−B)/A]を容易に前記範囲内に設定することができ、前記硬化物をより確実に耐熱性に優れたものとすることができる。
なお、25℃および250℃における弾性率は、例えば、動的粘弾性装置(TAインスツルメント社製、「RSA3」)を用いて、−30〜300℃まで、昇温速度5℃/分、周波数10Hzで測定し、25℃および250℃での弾性率を、それぞれ読み取ることにより求めることができる。
さらに、樹脂組成物を硬化させることにより得られる硬化物は、その5%減量温度Td5が450℃以上であるのが好ましく、470℃以上であるのがより好ましい。このような5%減量温度Td5を有するモールド部(硬化物)50は、優れた耐熱性を有するものであると言うことができる。
なお、硬化物の5%減量温度Td5は、例えば、熱重量示差熱分析装置(セイコーインスツルメンツ社製、「EXSTAR TG/DTA6200」)を用いて、窒素ガス雰囲気下、昇温速度10℃/minの条件にて重量減少を測定し、25℃での重量に対し、5%重量減少する温度を読み取ることにより求めることができる。
前記25℃および250℃における弾性率、及び、前記5%減量温度Td5が測定される前記硬化物として、低圧トランスファー成形機(コータキ精機社製、「KTS−30」)を用いて、金型温度200℃、注入圧力9.8MPa、硬化時間120sの条件で、樹脂組成物を注入成形して、10mm×55mm、厚さ1.6mmに成形し、250℃で4時間硬化させることにより得られるものが使用される。
以上のような半導体封止用樹脂組成物は、例えば、以下のような半導体封止用樹脂組成物の製造方法を用いて製造することができる。
<半導体封止用樹脂組成物の製造方法>
図2は、半導体封止用樹脂組成物の製造方法の一例を示す工程概略図である。
<半導体封止用樹脂組成物の製造方法>
図2は、半導体封止用樹脂組成物の製造方法の一例を示す工程概略図である。
以下、樹脂組成物の製造方法の各工程について、順次説明する。
(混練工程)
本工程は、上記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、上記一般式(2−1)および上記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物のうちの少なくとも1種と、硬化触媒と、無機充填材と、必要に応じてその他の化合物とを混合(分散混合)、加熱溶融、混練することにより混練物を得る工程である。
(混練工程)
本工程は、上記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、上記一般式(2−1)および上記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物のうちの少なくとも1種と、硬化触媒と、無機充填材と、必要に応じてその他の化合物とを混合(分散混合)、加熱溶融、混練することにより混練物を得る工程である。
以下、本工程について詳述する。
<1> まず、上述した樹脂組成物の構成材料、すなわち、上記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、上記一般式(2−1)および上記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物のうちの少なくとも1種と、硬化触媒と、無機充填材とについて所定量秤量し、これらを配合することで組成分を調製する。そして、この組成分を、例えば、ミキサー、ジェットミルおよびボールミル等を用いて常温で均一に粉砕、混合(分散混合)する。
<1> まず、上述した樹脂組成物の構成材料、すなわち、上記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、上記一般式(2−1)および上記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物のうちの少なくとも1種と、硬化触媒と、無機充填材とについて所定量秤量し、これらを配合することで組成分を調製する。そして、この組成分を、例えば、ミキサー、ジェットミルおよびボールミル等を用いて常温で均一に粉砕、混合(分散混合)する。
<2> 次に、混練機を用いて組成分を加温しながら溶融し混練を行い、混練物を得た後、この混練物を冷却する。
混練機としては、特に限定されないが、例えば、加熱ロール、ニーダーおよび押出機等を用いることができる。
また、組成分を溶融させる際の温度は、組成分の構成材料によって若干異なるが、通常、好ましくは50〜150℃、より好ましくは90〜130℃に設定される。これにより、前記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、前記一般式(2−1)および/または前記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物との双方を溶融状態とすることができるため、組成分に含まれる各樹脂成分が均一に分散されている組成分で構成される混練物を確実に得ることができる。
(粉砕工程)
本工程は、混練工程で得られた前記混練物を粉砕することにより、粉体で構成される樹脂組成物(粉砕物とされた混練物)を得る工程である。
本工程は、混練工程で得られた前記混練物を粉砕することにより、粉体で構成される樹脂組成物(粉砕物とされた混練物)を得る工程である。
この際、混練物の粉砕は、圧縮、衝撃、剪断、摩擦(摩砕)および冷凍からなる群から選ばれる少なくとも1種類の外力により粉砕を行うことができる。より具体的には、例えば、ウイングミル(三庄インダストリー社製)、マイティーミル(三庄インダストリー社製)、ジェットミル等の気流式粉砕機;振動ボールミル、連続式回転ボールミル、バッチ式ボールミル等のボールミル;湿式ポットミル、遊星ポットミル等のポットミル;ハンマーミル;ローラーミル等の粉砕機が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上のものを組み合わせて用いることができる。これらの中でも、ジェットミル、ボールミル、ハンマーミルおよびポットミルが好ましく、ジェットミルがより好ましい。これにより、後述するようなメディアン径を有する粉体を確実に得ることができる。
混練物を粉砕して粉体を得る際の温度は、40℃以下に設定されているのが好ましく、10〜30℃であるのがより好ましい。これにより、混練物が粉砕されることにより形成された粉体が溶融状態となり、これに起因して、隣接する粉体同士が凝集してダマを形成してしまうのを確実に防止できるため、粉体が粒子状の形態を維持することとなる。
なお、本発明では混練物を粉砕して粉体を得る際の温度は前記混練物を粉砕した直後の温度である。
また、樹脂組成物中に含まれる各構成材料において、融点の概念がないものを用いる場合については、そのものの「融点」とは、本明細書中では、「軟化点」を意味することとする。
以上のような工程を経ることにより、粉体で構成される樹脂組成物を得ることができる。
なお、樹脂組成物は、前述のように、粉体で構成されるものとして保管、輸送してもよいが、その保管、輸送および成形作業の容易性の観点から樹脂成形体としてもよい。
以下、樹脂成形体として、上述した粉体を用いてタブレットを得る場合を一例に説明する。
(樹脂成形体成形工程)
本工程は、粉砕工程で得られた粉体で構成される樹脂組成物を成形(樹脂成形体成形)してタブレット状とすることにより、タブレット(樹脂成形体)で構成される樹脂組成物を得る工程である。
本工程は、粉砕工程で得られた粉体で構成される樹脂組成物を成形(樹脂成形体成形)してタブレット状とすることにより、タブレット(樹脂成形体)で構成される樹脂組成物を得る工程である。
タブレット(樹脂成形体)は、例えば、前記粉体を加圧してタブレット状に成形することにより得ることができる。
以上のような工程を経ることにより、タブレットで構成される樹脂組成物を得ることができる。
なお、樹脂成形体は、タブレット状のタブレットに限定されず、その他、シート状、短冊状、ペレット状のもの等であってもよい。
以上のような樹脂組成物を用いて、半導体装置10は、例えば、以下のような半導体装置の製造方法を用いて製造される。
<半導体装置の製造方法>
半導体装置の製造方法には、上述した樹脂組成物で構成される粉体およびタブレットのうちの何れをも用いることができる。
半導体装置の製造方法には、上述した樹脂組成物で構成される粉体およびタブレットのうちの何れをも用いることができる。
タブレットを用いて半導体装置を製造する方法としては、例えば、前述した半導体装置10を構成する各部材のうちモールド部50を除く各部材を、金型キャビティ内に設置した後、タブレットをトランスファーモールド、コンプレッションモールド等の成形方法で成形、硬化させることにより、モールド部50を除く各部材を封止する方法が挙げられる。
粉体を用いて半導体装置を製造する方法としては、例えば、篩分等により粒度を整えた粉体を用いて、コンプレッションモールド法を適用して、粉体で構成される樹脂組成物を成形、硬化させることにより、モールド部50を除く各部材を封止する方法が挙げられる。
また、成形温度は、好ましくは150〜250℃、より好ましくは160〜220℃、更に好ましくは175〜200℃に設定される。
さらに、成形時間は、好ましくは30〜600秒、より好ましくは45〜240秒、さらに好ましくは60〜180秒に設定される。
樹脂組成物を成形後にPMC(ポストモールドキュア)する場合の加熱温度は、特に限定されないが、例えば、150〜250℃であるのが好ましく、180〜220℃であるのがより好ましい。
また、成形後にPMC(ポストモールドキュア)する場合の加熱時間は、特に限定されないが、例えば、0.5〜10時間であるのが好ましく、1〜5時間であるのがより好ましい。
樹脂組成物を成形後にPMC(ポストモールドキュア)する際の条件を前記範囲内に設定することにより、樹脂組成物をより確実に硬化させることができる。
なお、本実施形態では、半導体装置10を、クワッド・フラット・パッケージ(QFP)に適用する場合について説明したが、かかる場合に限定されず、各種の形態の半導体パッケージに適用することができ、例えば、デュアル・インライン・パッケージ(DIP)、プラスチック・リード付きチップ・キャリヤ(PLCC)、ロー・プロファイル・クワッド・フラット・パッケージ(LQFP)、スモール・アウトライン・パッケージ(SOP)、スモール・アウトライン・Jリード・パッケージ(SOJ)、薄型スモール・アウトライン・パッケージ(TSOP)、薄型クワッド・フラット・パッケージ(TQFP)、テープ・キャリア・パッケージ(TCP)、ボール・グリッド・アレイ(BGA)、チップ・サイズ・パッケージ(CSP)、マトリクス・アレイ・パッケージ・ボール・グリッド・アレイ(MAPBGA)、チップ・スタックド・チップ・サイズ・パッケージ等のメモリやロジック系素子に適用されるパッケージに適用できる他、パワートランジスタなどのパワー系素子を搭載するTO−220等のパッケージにも適用することができる。
以上、本発明の半導体封止用樹脂組成物および半導体装置について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明の半導体封止用樹脂組成物には、同様の機能を発揮し得る、任意の成分が添加されていてもよい。
また、本発明の半導体装置の各部の構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することもできる。
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
なお、本発明はこれらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。
1.原材料の準備
まず、各実施例および比較例の樹脂組成物で用いた原材料を以下に示す。
なお、特に記載しない限り、各成分の配合量は、質量部とする。
なお、本発明はこれらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。
1.原材料の準備
まず、各実施例および比較例の樹脂組成物で用いた原材料を以下に示す。
なお、特に記載しない限り、各成分の配合量は、質量部とする。
(マレイミド系化合物1)
マレイミド系化合物(BMI)1として、前記式(1a)で表される化合物を用意した。なお、かかる化合物のn1が平均で1.6、質量平均分子量は654、マレイミド当量は182g/eqである。
マレイミド系化合物(BMI)1として、前記式(1a)で表される化合物を用意した。なお、かかる化合物のn1が平均で1.6、質量平均分子量は654、マレイミド当量は182g/eqである。
(マレイミド系化合物2)
マレイミド系化合物(BMI)2として、下記式(1a')で表される化合物を用意した。なお、かかる化合物の分子量は358、マレイミド当量は179g/eqである。
マレイミド系化合物(BMI)2として、下記式(1a')で表される化合物を用意した。なお、かかる化合物の分子量は358、マレイミド当量は179g/eqである。
(ベンゾオキサジン系化合物1)
ベンゾオキサジン系化合物(P−d型ベンゾオキサジン)1として、前記式(2−1a)で表される化合物を用意した。なお、かかる化合物の分子量は434、ベンゾオキサジン当量は217g/eqである。
ベンゾオキサジン系化合物(P−d型ベンゾオキサジン)1として、前記式(2−1a)で表される化合物を用意した。なお、かかる化合物の分子量は434、ベンゾオキサジン当量は217g/eqである。
(ベンゾオキサジン系化合物2)
ベンゾオキサジン系化合物(F−a型ベンゾオキサジン)2として、下記式(4)で表される化合物を用意した。なお、かかる化合物の分子量は436、ベンゾオキサジン当量は218g/eqである。
ベンゾオキサジン系化合物(F−a型ベンゾオキサジン)2として、下記式(4)で表される化合物を用意した。なお、かかる化合物の分子量は436、ベンゾオキサジン当量は218g/eqである。
(エポキシ系化合物1)
エポキシ系化合物1として、テトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製、YX4000K、エポキシ当量185g/eq)を用意した。
エポキシ系化合物1として、テトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製、YX4000K、エポキシ当量185g/eq)を用意した。
(フェノール系化合物1)
フェノール系化合物1として、フェノールノボラック型フェノール樹脂(住友ベークライト(株)製、PR−51714、水酸基当量104g/eq)を用意した。
フェノール系化合物1として、フェノールノボラック型フェノール樹脂(住友ベークライト(株)製、PR−51714、水酸基当量104g/eq)を用意した。
(イミダゾール系化合物1)
イミダゾール系化合物1として、2−メチルイミダゾールを用意した。
イミダゾール系化合物1として、2−メチルイミダゾールを用意した。
(イミダゾール系化合物2)
イミダゾール系化合物2として、2−ウンデシルイミダゾールを用意した。
イミダゾール系化合物2として、2−ウンデシルイミダゾールを用意した。
(密着助剤1)
密着助剤1として、3−アミノ−5−メルカプト−1,2,4−トリアゾールを用意した。
密着助剤1として、3−アミノ−5−メルカプト−1,2,4−トリアゾールを用意した。
(密着助剤2)
密着助剤2として、4−アミノ−1,2,3−トリアゾールを用意した。
密着助剤2として、4−アミノ−1,2,3−トリアゾールを用意した。
(無機充填材1)
無機充填材1として、溶融球状シリカ(平均粒径30μm)を用意した。
無機充填材1として、溶融球状シリカ(平均粒径30μm)を用意した。
(シランカップリング剤1)
シランカップリング剤1として、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランを用意した。
シランカップリング剤1として、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランを用意した。
2.樹脂組成物の製造
[実施例1]
まず、マレイミド系化合物1(71.43質量部)、ベンゾオキサジン系化合物1(28.57質量部)と、イミダゾール系化合物1(1.00質量部)、無機充填材1(365.00質量部)、密着助剤1(1.00質量部)、シランカップリング剤1(0.50質量部)をそれぞれ秤量し、これらをミキサーを用いて混合した後、ロールを用いて100℃、5分混練することにより混練物を得た。次いで、この混練物を、冷却後粉砕することで、粉体で構成される実施例1の樹脂組成物を得た。
[実施例1]
まず、マレイミド系化合物1(71.43質量部)、ベンゾオキサジン系化合物1(28.57質量部)と、イミダゾール系化合物1(1.00質量部)、無機充填材1(365.00質量部)、密着助剤1(1.00質量部)、シランカップリング剤1(0.50質量部)をそれぞれ秤量し、これらをミキサーを用いて混合した後、ロールを用いて100℃、5分混練することにより混練物を得た。次いで、この混練物を、冷却後粉砕することで、粉体で構成される実施例1の樹脂組成物を得た。
[実施例2〜10、比較例1、2]
マレイミド系化合物、ベンゾオキサジン系化合物、硬化触媒、密着助剤、無機充填材、シランカップリング剤の種類および秤量する量を第1表に示すように変更したこと以外は前記実施例1と同様にして、実施例2〜10、比較例1、2の樹脂組成物を得た。
マレイミド系化合物、ベンゾオキサジン系化合物、硬化触媒、密着助剤、無機充填材、シランカップリング剤の種類および秤量する量を第1表に示すように変更したこと以外は前記実施例1と同様にして、実施例2〜10、比較例1、2の樹脂組成物を得た。
[比較例3]
マレイミド系化合物1(71.43質量部)およびベンゾオキサジン系化合物1(28.57質量部)に代えて、エポキシ系化合物1(64.00質量部)、フェノール系化合物1(36.00質量部)を添加するようにしたこと以外は前記実施例1と同様にして、比較例3の樹脂組成物を得た。
マレイミド系化合物1(71.43質量部)およびベンゾオキサジン系化合物1(28.57質量部)に代えて、エポキシ系化合物1(64.00質量部)、フェノール系化合物1(36.00質量部)を添加するようにしたこと以外は前記実施例1と同様にして、比較例3の樹脂組成物を得た。
[比較例4]
無機充填材1(365.00質量部)の添加を省略するようにしたこと以外は前記実施例1と同様にして、比較例4の樹脂組成物を得た。
無機充填材1(365.00質量部)の添加を省略するようにしたこと以外は前記実施例1と同様にして、比較例4の樹脂組成物を得た。
3.評価
得られた各実施例および比較例の樹脂組成物を、以下の方法で評価した。
3−1.弾性率の評価
低圧トランスファー成形機(コータキ精機社製、「KTS−30」)を用いて、金型温度200℃、注入圧力9.8MPa、硬化時間120sの条件で、各実施例および比較例の樹脂組成物を注入成形して、10mm×55mm、厚さ1.6mmに成形し、250℃で4時間硬化させることで各実施例および比較例の試験片を作製した。
得られた各実施例および比較例の樹脂組成物を、以下の方法で評価した。
3−1.弾性率の評価
低圧トランスファー成形機(コータキ精機社製、「KTS−30」)を用いて、金型温度200℃、注入圧力9.8MPa、硬化時間120sの条件で、各実施例および比較例の樹脂組成物を注入成形して、10mm×55mm、厚さ1.6mmに成形し、250℃で4時間硬化させることで各実施例および比較例の試験片を作製した。
次に、各実施例および比較例の試験片について、動的粘弾性装置(TAインスツルメント社製、「RSA3」)を用いて、−30〜300℃まで、昇温速度5℃/分、周波数10Hzで測定し、25℃での弾性率Aおよび250℃での弾性率Bを、それぞれ読み取ることで求めた。
そして、得られた25℃での弾性率Aおよび250℃での弾性率Bから、(A−B)/Aを求めた。
3−2.5%減量温度Td5の評価
低圧トランスファー成形機(コータキ精機社製、「KTS−30」)を用いて、金型温度200℃、注入圧力9.8MPa、硬化時間120sの条件で、各実施例および比較例の樹脂組成物を注入成形して、10mm×55mm、厚さ1.6mmに成形し、250℃で4時間硬化させた後に粉砕することで各実施例および比較例の試験サンプルを作製した。
低圧トランスファー成形機(コータキ精機社製、「KTS−30」)を用いて、金型温度200℃、注入圧力9.8MPa、硬化時間120sの条件で、各実施例および比較例の樹脂組成物を注入成形して、10mm×55mm、厚さ1.6mmに成形し、250℃で4時間硬化させた後に粉砕することで各実施例および比較例の試験サンプルを作製した。
次に、各実施例および比較例の試験サンプルについて、熱重量示差熱分析装置(セイコーインスツルメンツ社製、「EXSTAR TG/DTA6200」)を用いて、窒素ガス雰囲気下、昇温速度10℃/minの条件にて重量減少を測定し、25℃での重量に対し、5%重量減少する温度を読み取ることにより、5%減量温度Td5を求めた。
3−3.成形加工性の評価
低圧トランスファー成形機(コータキ精機(株)製、KTS−15)を用いて、EMMI−1−66に準じたスパイラルフロー測定用の金型に、金型温度200℃、注入圧力6.9MPa、保圧時間120秒の条件で各実施例および比較例の封止樹脂組成物を注入、硬化させ、スパイラルフローを測定した。
低圧トランスファー成形機(コータキ精機(株)製、KTS−15)を用いて、EMMI−1−66に準じたスパイラルフロー測定用の金型に、金型温度200℃、注入圧力6.9MPa、保圧時間120秒の条件で各実施例および比較例の封止樹脂組成物を注入、硬化させ、スパイラルフローを測定した。
また、判定基準は、スパイラルフローが80cm以上、250cm以下のものをA、80cm未満のものまたは250cmを超えるものをBとした。
3−4.硬化性の評価
硬化性の評価としてゲルタイムの評価を実施した。各実施例および比較例の樹脂組成物を表面温度200℃の熱板上においてからタックフリーになるまでの時間を測定しゲルタイムとした。
硬化性の評価としてゲルタイムの評価を実施した。各実施例および比較例の樹脂組成物を表面温度200℃の熱板上においてからタックフリーになるまでの時間を測定しゲルタイムとした。
また、判定基準はゲルタイムの値が10秒以上、40秒以下のものをA、10秒未満のものまたは40秒を超えるものをBとした。
3−5.温度サイクル性試験
低圧トランスファー成形機(コータキ精機社製、「KTS−30」)を用いて、金型温度200℃、注入圧力9.8MPa、硬化時間120sで160ピンLQFP(パッケージサイズは24mm×24mm、厚み1.4mm、SiCチップサイズは7.0mm×7.0mm、リードフレームはCu製)を成形し、250℃で4時間硬化させることでテスト用素子を作製した。封止したテスト用素子を、−65℃〜250℃で500サイクルまたは1000サイクル繰り返し、パッケージクラックや部材間剥離の有無を判定した(不良数/サンプル数)。
低圧トランスファー成形機(コータキ精機社製、「KTS−30」)を用いて、金型温度200℃、注入圧力9.8MPa、硬化時間120sで160ピンLQFP(パッケージサイズは24mm×24mm、厚み1.4mm、SiCチップサイズは7.0mm×7.0mm、リードフレームはCu製)を成形し、250℃で4時間硬化させることでテスト用素子を作製した。封止したテスト用素子を、−65℃〜250℃で500サイクルまたは1000サイクル繰り返し、パッケージクラックや部材間剥離の有無を判定した(不良数/サンプル数)。
3−6.高温保管試験
3−5と同様の方法で作製したテスト用素子を、250℃で500時間または1000時間連続で加熱処理をし、パッケージクラックや部材間剥離の有無を判定した(不良数/サンプル数)。
3−5と同様の方法で作製したテスト用素子を、250℃で500時間または1000時間連続で加熱処理をし、パッケージクラックや部材間剥離の有無を判定した(不良数/サンプル数)。
以上のようにして得られた各実施例および比較例の樹脂組成物における評価結果を、それぞれ、下記の第1表に示す。
第1表に示したように、各実施例では、温度サイクル試験および高温保管試験が良好で、優れた耐熱性を示す結果となった。また、各実施例では、(A−B)/A値が0.1以上、0.9以下の範囲内となり、さらに、5%減量温度Td5が450℃以上で、かつ成形加工性および硬化性に優れた結果となっていた。
これに対して、比較例1〜3では、各実施例と比較して温度サイクル試験および高温保管試験でともに不良が発生し、耐熱性、成形加工性、硬化性に劣る結果となった。また無機充填材を配合しない比較例4は成形加工性、硬化性が悪く、試験サンプルを作製する事ができなかった。
本発明によれば、耐熱性、成形加工性、及び硬化性に優れた半導体封止材を形成し得る半導体封止用樹脂組成物が提供される。
10 半導体装置
20 半導体チップ
21 電極パッド
22 ワイヤー
30 ダイパッド
40 リード
50 モールド部(半導体封止材)
60 接着層
20 半導体チップ
21 電極パッド
22 ワイヤー
30 ダイパッド
40 リード
50 モールド部(半導体封止材)
60 接着層
Claims (12)
- 下記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、
下記一般式(2−1)および下記一般式(2−2)で表されるベンゾオキサジン系化合物のうちの少なくとも1種と、
硬化触媒と、
無機充填材とを含有することを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
前記一般式(1)、(2−1)、(2−2)中、X2、X3、およびX4は、それぞれ独立に、炭素数1〜10のアルキレン基、下記一般式(3)で表される基、式「−SO2−」もしくは「−CO−」で表される基、酸素原子、または単結合である。R2、R3、およびR4は、それぞれ独立に、炭素数1〜6の炭化水素基である。b、dおよびeは、それぞれ独立に、0〜4の整数、cは、0〜3の整数である。n1は、1以上の整数である。
- 前記一般式(1)における前記n1は、1〜4である請求項1に記載の半導体封止用樹脂組成物。
- 前記一般式(1)で表されるマレイミド系化合物と、前記ベンゾオキサジン系化合物との配合比率は、当量比で1:0.1〜1:4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。
- 前記硬化触媒は、イミダゾール系化合物である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
- 前記硬化触媒の含有量は、前記マレイミド系化合物と前記ベンゾオキサジン系化合物との合計100質量部に対して、0.1〜5.0質量部である請求項1ないし4のいずれか1項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
- 当該半導体封止用樹脂組成物を硬化させることにより得られる硬化物の25℃における弾性率をA[GPa]とし、前記硬化物の250℃における弾性率をB[GPa]としたとき、0.1≦(A−B)/A≦0.9なる関係を満足する請求項1ないし5のいずれか1項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
- 当該半導体封止用樹脂組成物を硬化させることにより得られる硬化物は、その25℃における弾性率Aが10〜50GPaである請求項1ないし6のいずれか1項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
- 当該半導体封止用樹脂組成物を硬化させることにより得られる硬化物は、その250℃における弾性率Bが1〜30GPaである請求項1ないし7のいずれか1項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
- 当該半導体封止用樹脂組成物を硬化させることにより得られる硬化物は、その5%減量温度Td5が450℃以上である請求項1ないし8のいずれか1項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
- 密着助剤を更に含有する請求項1ないし9のいずれか1項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
- 請求項1ないし10のいずれか1項に記載の半導体封止用樹脂組成物の硬化物により、半導体素子を封止してなるものであることを特徴とする半導体装置。
- 前記半導体素子がSiC(炭化ケイ素)および/またはGaN(窒化ガリウム)を用いたものである請求項11に記載の半導体装置。
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