KR101827667B1 - 봉지용 수지 조성물 및 반도체 장치 - Google Patents

봉지용 수지 조성물 및 반도체 장치 Download PDF

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Abstract

봉지용 수지 조성물은, 반도체 소자와, 상기 반도체 소자에 접속되고, 또한 Cu를 주성분으로 하는 본딩 와이어를 봉지하기 위하여 이용되는 봉지용 수지 조성물로서, 에폭시 수지와, 경화제와, 황 함유 화합물을 포함하고, 특정 조건에 의하여 산출되는 팽창률 S가, 150% 이하이다.

Description

봉지용 수지 조성물 및 반도체 장치{RESIN COMPOSITION FOR ENCAPSULATION AND SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 봉지용 수지 조성물 및 반도체 장치에 관한 것이다.
본딩 와이어를 구비하는 반도체 장치에 있어서의 신뢰성 향상을 위하여, 봉지(封止)용 수지 조성물에 대하여 다양한 검토가 이루어지고 있다. 이와 같은 기술로서는, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 것을 들 수 있다.
특허문헌 1에는, 가수분해성 염소량이 10~20ppm인 비페닐형 에폭시 수지를 함유하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물이 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2013-67694호
반도체 소자와, 반도체 소자에 접속되고, 또한 Cu를 주성분으로 하는 본딩 와이어를 봉지용 수지 조성물의 경화물에 의하여 봉지하여 이루어지는 반도체 장치에 대하여, 그 신뢰성을 향상시킬 것이 요구되고 있다.
본 발명에 의하면,
반도체 소자와, 상기 반도체 소자에 접속되고, 또한 Cu를 주성분으로 하는 본딩 와이어를 봉지하기 위하여 이용되는 봉지용 수지 조성물로서,
에폭시 수지와,
경화제와,
황 함유 화합물
을 포함하고,
하기 조건 1에 의하여 산출되는 팽창률 S가, 150% 이하인 봉지용 수지 조성물이 제공된다.
(조건 1: 상기 봉지용 수지 조성물을 175℃, 4시간의 조건에 의하여 열경화시켜 얻어지는 경화물을 분쇄하여, 분쇄물을 얻는다. 이어서, 상기 분쇄물 1.0g과, Cu 와이어(중심점에 있어서의 최대 직경 D0=20μm)를 개재하여 서로 접속된 리드 프레임 및 반도체 칩에 의하여 구성되는 구조체를 상기 Cu 와이어가 공기에 노출되도록 밀폐 용기 내에 넣고, 공기 분위기하, 200℃, 96시간의 조건하에서 열처리를 행한다. 이어서, 상기 Cu 와이어의 중심점에 있어서의 최대 직경 D1을 측정하여, 얻어진 결과로부터 팽창률 S=D1/D0×100(%)을 산출한다)
또, 본 발명에 의하면,
반도체 소자와,
상기 반도체 소자에 접속되고, 또한 Cu를 주성분으로 하는 본딩 와이어와,
상술한 봉지용 수지 조성물의 경화물에 의하여 구성되고, 또한 상기 반도체 소자와 상기 본딩 와이어를 봉지하는 봉지 수지
를 구비하는 반도체 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 반도체 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상술한 목적, 및 그 외의 목적, 특징 및 이점은, 이하에 설명하는 적합한 실시형태 및 그에 부수하는 이하의 도면에 의하여 더 명확해진다.
도 1은 본 실시형태에 관한 반도체 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 팽창률의 측정 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 실시형태에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 모든 도면에 있어서, 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙여, 적절히 설명을 생략한다.
도 1은, 본 실시형태에 관한 반도체 장치(100)를 나타내는 단면도이다.
본 실시형태에 관한 봉지용 수지 조성물은, 반도체 소자와, 상기 반도체 소자에 접속되고, 또한 Cu를 주성분으로 하는 본딩 와이어를 봉지하기 위하여 이용되는 봉지용 수지 조성물로서, 에폭시 수지와, 경화제와, 황 함유 화합물을 포함한다. 또, 봉지용 수지 조성물은, 하기 조건 1에 의하여 산출되는 팽창률 S가, 150% 이하이다.
(조건 1: 상기 봉지용 수지 조성물을 175℃, 4시간의 조건에 의하여 열경화시켜 얻어지는 경화물을 분쇄하여, 분쇄물을 얻는다. 이어서, 상기 분쇄물 1.0g과, Cu 와이어(중심점에 있어서의 최대 직경 D0=20μm)를 개재하여 서로 접속된 리드 프레임 및 반도체 칩에 의하여 구성되는 구조체를 상기 Cu 와이어가 공기에 노출되도록 밀폐 용기 내에 넣고, 공기 분위기하, 200℃, 96시간의 조건하에서 열처리를 행한다. 이어서, 상기 Cu 와이어의 중심점에 있어서의 최대 직경 D1을 측정하여, 얻어진 결과로부터 팽창률 S=D1/D0×100(%)을 산출한다)
반도체 장치의 신뢰성을 나타내는 지표 중 하나로서, 고온 보관 특성을 들 수 있다. 고온 보관 특성은, 예를 들면 Cu를 주성분으로 하는 본딩 와이어와 반도체 소자의 접속부에 대한, 고온 조건하에서 장기간 보관한 후의 접속성에 근거하여 평가될 수 있다. 본 발명자는, 상기 조건 1에 의하여 측정되는 팽창률 S를 제어함으로써, 고온 보관 특성의 향상을 도모할 수 있는 것을 새롭게 발견했다. 본 실시형태는, 이와 같은 발견에 근거하여, 상기 조건 1에 의하여 측정되는 팽창률 S가 150% 이하인 봉지용 수지 조성물을 실현하는 것이다. 이로써, 봉지용 수지 조성물을 이용하여 제조되는 반도체 장치의 고온 보관 특성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 반도체 장치의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해진다.
이하, 본 실시형태에 관한 봉지용 수지 조성물, 및 봉지용 수지 조성물의 경화물에 의하여 구성되는 봉지 수지(50)를 구비하는 반도체 장치(100)에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 봉지용 수지 조성물에 대하여 설명한다.
봉지용 수지 조성물은, 반도체 소자와, 반도체 소자에 접속되고, 또한 Cu를 주성분으로 하는 본딩 와이어를 봉지하기 위하여 이용된다. 본 실시형태에 있어서는, 반도체 소자 및 본딩 와이어를, 봉지용 수지 조성물의 경화물에 의하여 구성되는 봉지 수지에 의하여 봉지함으로써, 반도체 패키지가 형성되는 경우가 예시된다.
반도체 소자는, 예를 들면 리드 프레임을 구성하는 다이 패드 혹은 유기 기판 등의 기재 상, 또는 다른 반도체 소자 상에 탑재된다. 이때, 반도체 소자는, 본딩 와이어를 개재하여, 리드 프레임을 구성하는 아우터 리드, 유기 기판 또는 다른 반도체 소자와 전기적으로 접속하게 된다. 본딩 와이어는, 예를 들면 반도체 소자에 마련되는 전극 패드에 접속된다. 반도체 소자의 전극 패드는, 예를 들면 적어도 표면이 Al을 주성분으로 하는 금속 재료에 의하여 구성된다.
본딩 와이어는, Cu를 주성분으로 하는 금속 재료에 의하여 구성된다. 이와 같은 금속 재료로서는, 예를 들면 Cu 단체로 이루어지는 금속 재료, 또는 Cu를 주성분으로 하여 다른 금속을 포함하는 합금재료를 들 수 있다.
본 실시형태에 있어서는, Cu의 함유량이 99.9질량% 이상인 금속 재료에 의하여 구성되는 본딩 와이어를 이용하는 것을, 저코스트화 등의 관점에서 바람직한 양태의 일례로서 들 수 있다. 일반적으로, 이와 같은 Cu 와이어를 이용하는 경우, 반도체 장치의 고온 보관 특성을 향상시키는 것이 곤란해지는 것이 우려된다. 그러나, 본 실시형태에 의하면, 후술하는 팽창률 S를 제어함으로써, 상술한 바와 같은 Cu 와이어를 이용한 경우이더라도 우수한 고온 보관 특성을 실현할 수 있다.
봉지용 수지 조성물은, 하기 조건 1에 의하여 산출되는 팽창률 S가 150% 이하이다. 이로써, 상술한 바와 같이, 반도체 장치의 고온 보관 특성을 향상시킬 수 있다.
조건 1: 상기 봉지용 수지 조성물을 175℃, 4시간의 조건에 의하여 열경화시켜 얻어지는 경화물을 분쇄하여, 분쇄물을 얻는다. 이어서, 상기 분쇄물 1.0g과, Cu 와이어(중심점에 있어서의 최대 직경 D0=20μm)를 개재하여 서로 접속된 리드 프레임 및 반도체 칩에 의하여 구성되는 구조체를 상기 Cu 와이어가 공기에 노출되도록 밀폐 용기 내에 넣고, 공기 분위기하, 200℃, 96시간의 조건하에서 열처리를 행한다. 이어서, 상기 Cu 와이어의 중심점에 있어서의 최대 직경 D1을 측정하여, 얻어진 결과로부터 팽창률 S=D1/D0×100(%)을 산출한다.
상기 조건 1에 있어서의 경화물의 분쇄 처리는, 예를 들면 TI-100((주)씨엠티제)을 이용하여, 경화물 5g을 분쇄 가마에 넣고, 2분간 분쇄함으로써 행할 수 있다. 밀폐 용기로서는, 예를 들면 내경 50mm, 높이 17mm의 유리 샬레를 이용할 수 있다. 열처리는, 예를 들면 Cu 와이어 전체가 공기에 노출된 상태에 있어서 행해진다. Cu 와이어로서는, 예를 들면 4N 그레이드인 것, 즉 Cu의 함유량이 99.99질량% 이상인 와이어를 사용할 수 있다.
또한, Cu 와이어의 중심점이란, 리드 프레임에 접하는 일단(一端)으로부터의 거리와, 반도체 칩에 접하는 타단으로부터의 거리가 동등한 점을 가리킨다. 또, D0 및 D1은, 각각 중심점을 포함하고, 또한 Cu 와이어의 연재(延在) 방향에 수직인 단면에 있어서의 최대 직경이다. 이 단면이 타원인 경우에는 그 장경(長徑)이, 진원인 경우에는 그 직경이, 각각 최대 직경이 된다.
황 화합물을 포함하는 감광성 수지 조성물을 이용하여 형성되는 봉지 수지를 구비하는 반도체 장치에 있어서는, 우수한 고온 보관 특성을 얻는 것이 곤란해지는 것이 우려된다. 이는, 고온 환경하에서 장시간, 황 화합물에 기인하여 발생하는 가스에 노출됨으로써, Cu 와이어와 전극 패드의 접속성이 저하되는 것이 요인 중 하나로서 상정된다. 이로 인하여, 고온 보관 특성을 향상시키는 것이 요구되고 있는데, 예를 들면 1000시간이라는 장시간의 고온 보관 시에 있어서의 접속 신뢰성의 유지를 실현하는 것이 가능한 봉지용 수지 조성물인 것을 나타내는 지표로서는, 지금까지 충분한 것이 없었다.
본 발명자는, 상기 조건 1에 의하여 산출되는 팽창률 S가, 장시간의 고온 보관 시에 있어서의 접속 신뢰성을 향상시키는 것이 가능한 것을 나타내는 지표가 될 수 있는 것을 새롭게 발견했다. 본 실시형태에 관한 봉지용 수지 조성물은, 이와 같은 발견에 근거하여, 상기 조건 1에 의하여 산출되는 팽창률 S를 150% 이하로 제어하는 것이다. 따라서, 본 실시형태에 관한 봉지용 수지 조성물에 의하면, 고온 보관 특성이 우수한 반도체 장치를 실현할 수 있다.
반도체 장치의 고온 보관 특성을 향상시키는 관점에서는, 봉지용 수지 조성물의 팽창률 S가 145% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 팽창률 S의 하한값은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 101%로 할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 봉지용 수지 조성물의 팽창률 S는, 예를 들면 봉지용 수지 조성물에 포함되는 각 성분의 종류나 함유량 및 봉지용 수지 조성물의 조제 방법 등을 적절히 조정함으로써 제어하는 것이 가능하다. 이 봉지용 수지 조성물의 조제 방법의 예로서는, 후술하는 충전제 (D)에 대한 황 함유 화합물 (C)에 의한 표면 처리를 들 수 있다.
봉지용 수지 조성물은, 에폭시 수지 (A)와, 경화제 (B)와, 황 함유 화합물 (C)를 포함한다. 이로써, 봉지용 수지 조성물을 이용하여, 본딩 와이어 및 반도체 소자를 봉지하기 위한 봉지 수지를 형성하는 것이 가능해진다.
((A) 에폭시 수지)
에폭시 수지 (A)로서는, 1분자 내에 에폭시기를 2개 이상 갖는 모노머, 올리고머, 폴리머 전반을 이용할 수 있고, 그 분자량이나 분자 구조는 특별히 한정되지 않는다.
본 실시형태에 있어서, 에폭시 수지 (A)는, 예를 들면 비페닐형 에폭시 수지; 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 테트라메틸 비스페놀 F형 에폭시 수지 등의 비스페놀형 에폭시 수지; 스틸벤형 에폭시 수지; 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지 등의 노볼락형 에폭시 수지; 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 알킬 변성 트리페놀메탄형 에폭시 수지 등의 다관능 에폭시 수지; 페닐렌 골격을 갖는 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 비페닐렌 골격을 갖는 페놀아랄킬형 에폭시 수지 등의 아랄킬형 에폭시 수지; 디하이드록시나프탈렌형 에폭시 수지, 디하이드록시나프탈렌의 2량체를 글리시딜에테르화하여 얻어지는 에폭시 수지 등의 나프톨형 에폭시 수지; 트리글리시딜이소시아누레이트, 모노알릴디글리시딜이소시아누레이트 등의 트리아진 핵 함유 에폭시 수지; 디시클로펜타디엔 변성 페놀형 에폭시 수지 등의 유교(有橋) 환상 탄화 수소 화합물 변성 페놀형 에폭시 수지로부터 선택되는 1종류 또는 2종류 이상을 포함할 수 있다. 이들 중에서도, 아랄킬형 에폭시 수지 및 비페닐형 에폭시 수지 중 적어도 한쪽을 포함하는 것이 보다 바람직하고, 아랄킬형 에폭시 수지를 포함하는 것이 특히 바람직하다. 또한, 아랄킬형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지 및 테트라메틸 비스페놀 F형 에폭시 수지 등의 비스페놀형 에폭시 수지, 또한 스틸벤형 에폭시 수지는, 결정성을 갖는 것이 바람직하다.
에폭시 수지 (A)로서는, 하기 식 (1)로 나타나는 에폭시 수지, 하기 식 (2)로 나타나는 에폭시 수지 및 하기 식 (3)으로 나타나는 에폭시 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 이들 중에서도, 하기 식 (1)로 나타나는 에폭시 수지, 및 하기 식 (2)로 나타나는 에폭시 수지 중 적어도 1종을 함유하는 것을 이용하는 것이 특히 바람직하다.
[화학식 1]
Figure 112016098866446-pct00001
(식 (1) 중, Ar1은 페닐렌기 또는 나프틸렌기를 나타내고, Ar1이 나프틸렌기인 경우, 글리시딜에테르기는 α위치, β위치 중 어느 쪽에 결합하고 있어도 된다. Ar2는 페닐렌기, 비페닐렌기 또는 나프틸렌기 중 어느 하나의 기를 나타낸다. Ra 및 Rb는, 각각 독립적으로 탄소수 1~10의 탄화 수소기를 나타낸다. g는 0~5의 정수이며, h는 0~8의 정수이다. n3은 중합도를 나타내고, 그 평균값은 1~3이다)
[화학식 2]
Figure 112016098866446-pct00002
(식 (2) 중, 복수 존재하는 Rc는, 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1~4의 탄화 수소기를 나타낸다. n5는 중합도를 나타내고, 그 평균값은 0~4이다)
[화학식 3]
Figure 112016098866446-pct00003
(식 (3) 중, 복수 존재하는 Rd 및 Re는, 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1~4의 탄화 수소기를 나타낸다. n6은 중합도를 나타내고, 그 평균값은 0~4이다)
봉지용 수지 조성물 중에 있어서의 에폭시 수지 (A)의 함유량은, 예를 들면 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여, 1질량% 이상인 것이 바람직하고, 2질량% 이상인 것이 보다 바람직하며, 5질량% 이상인 것이 특히 바람직하다. 에폭시 수지 (A)의 함유량을 상기 하한값 이상으로 함으로써, 봉지용 수지 조성물의 점도 상승에 기인한 본딩 와이어 절단을 억제할 수 있다. 한편으로, 봉지용 수지 조성물 중에 있어서의 에폭시 수지 (A)의 함유량은, 예를 들면 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 50질량% 이하인 것이 바람직하고, 30질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 20질량% 이하인 것이 특히 바람직하다. 에폭시 수지 (A)의 함유량을 상기 상한값 이하로 함으로써, 반도체 장치의 내습신뢰성이나 내리플로성을 향상시킬 수 있다.
((B) 경화제)
봉지용 수지 조성물에 포함되는 경화제 (B)로서는, 예를 들면 중부가형 경화제, 촉매형 경화제 및 축합형 경화제의 3타입으로 크게 나눌 수 있다.
경화제 (B)로 이용되는 중부가형 경화제로서는, 예를 들면 디에틸렌트리아민(DETA), 트리에틸렌테트라민(TETA), 메타크실릴렌디아민(MXDA) 등의 지방족 폴리아민, 디아미노디페닐메탄(DDM), m-페닐렌디아민(MPDA), 디아미노디페닐설폰(DDS) 등의 방향족 폴리아민 외에, 디시안디아마이드(DICY), 유기산 디하이드라지드 등을 포함하는 폴리아민 화합물; 헥사하이드로 무수 프탈산(HHPA), 메틸테트라하이드로 무수 프탈산(MTHPA) 등의 지환족 산무수물, 무수 트리멜리트산(TMA), 무수 피로멜리트산(PMDA), 벤조페논테트라카르복실산(BTDA) 등의 방향족 산무수물 등을 포함하는 산무수물; 노볼락형 페놀 수지, 폴리비닐페놀 등의 페놀 수지계 경화제; 폴리설파이드, 티오에스테르, 티오에테르 등의 폴리머캅탄 화합물; 이소시아네이트 프리폴리머, 블록화 이소시아네이트 등의 이소시아네이트 화합물; 카르복실산 함유 폴리에스테르 수지 등의 유기산류 등을 들 수 있다.
경화제 (B)로 이용되는 촉매형 경화제로서는, 예를 들면 벤질디메틸아민(BDMA), 2,4,6-트리스디메틸아미노메틸페놀(DMP-30) 등의 3급 아민 화합물; 2-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸(EMI24) 등의 이미다졸 화합물; BF3 착체 등의 루이스산 등을 들 수 있다.
경화제 (B)로 이용되는 축합형 경화제로서는, 예를 들면 레졸형 페놀 수지; 메틸올기 함유 요소(尿素) 수지와 같은 요소 수지; 메틸올기 함유 멜라민 수지와 같은 멜라민 수지 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 내연성, 내습성, 전기 특성, 경화성, 및 보존 안정성 등에 대한 밸런스를 향상시키는 관점에서, 페놀 수지계 경화제가 바람직하다. 페놀 수지계 경화제로서는, 1분자 내에 페놀성 수산기를 2개 이상 갖는 모노머, 올리고머, 폴리머 전반을 이용할 수 있고, 그 분자량, 분자 구조는 특별히 한정되지 않는다.
경화제 (B)로서 이용되는 페놀 수지계 경화제는, 예를 들면 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, 비스페놀 노볼락 등의 노볼락형 수지; 폴리비닐페놀; 트리페놀메탄형 페놀 수지 등의 다관능형 페놀 수지; 테르펜 변성 페놀 수지, 디시클로펜타디엔 변성 페놀 수지 등의 변성 페놀 수지; 페닐렌 골격 및/또는 비페닐렌 골격을 갖는 페놀아랄킬 수지, 페닐렌 및/또는 비페닐렌 골격을 갖는 나프톨아랄킬 수지 등의 아랄킬형 수지; 비스페놀 A, 비스페놀 F 등의 비스페놀 화합물 등으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다.
경화제 (B)로서는, 하기 식 (4)로 나타나는 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 경화제를 포함하는 것이 특히 바람직하다.
[화학식 4]
Figure 112016098866446-pct00004
(식 (4) 중, Ar3은 페닐렌기 또는 나프틸렌기를 나타내고, Ar3이 나프틸렌기인 경우, 수산기는 α위치, β위치 중 어느 쪽에 결합하고 있어도 된다. Ar4는, 페닐렌기, 비페닐렌기 또는 나프틸렌기 중 어느 하나의 기를 나타낸다. Rf 및 Rg는, 각각 독립적으로 탄소수 1~10의 탄화 수소기를 나타낸다. i는 0~5의 정수이며, j는 0~8의 정수이다. n4는 중합도를 나타내고, 그 평균값은 1~3이다)
봉지용 수지 조성물 중에 있어서의 경화제 (B)의 함유량은, 예를 들면 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 2질량% 이상인 것이 바람직하고, 3질량% 이상인 것이 보다 바람직하며, 4질량% 이상인 것이 특히 바람직하다. 경화제 (B)의 함유량을 상기 하한값 이상으로 함으로써, 충분한 유동성을 갖는 봉지용 수지 조성물을 실현하고, 성형성의 향상을 도모할 수 있다. 한편으로, 봉지용 수지 조성물 중에 있어서의 경화제 (B)의 함유량은, 예를 들면 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 15질량% 이하인 것이 바람직하고, 13질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 11질량% 이하인 것이 특히 바람직하다. 경화제 (B)의 함유량을 상기 상한값 이하로 함으로써, 반도체 장치의 내습신뢰성이나 내리플로성을 향상시킬 수 있다.
((C) 황 함유 화합물)
황 함유 화합물 (C)는, 1 또는 2 이상의 황원자를 포함하는 화합물이다. 봉지용 수지 조성물 중에 황 함유 화합물 (C)를 포함시킴으로써, 봉지용 수지 조성물을 이용하여 형성되는 봉지 수지의, 다른 부재에 대한 밀착성을 향상시킬 수 있다. 다른 부재로서는, 예를 들면 리드 프레임 등의 기판이나, 본딩 와이어 등을 들 수 있다. 또, 이로써, 반도체 장치의 내리플로성의 향상에 기여할 수도 있다. 또, 이와 같이 황 함유 화합물 (C)를 사용하는 경우에 있어서도, 상기 조건 1에 의하여 산출되는 팽창률 S를 제어함으로써, 우수한 고온 보관 특성을 실현할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 고온 보관 특성과 내리플로성의 양립을 도모하는 것이 가능해진다.
봉지용 수지 조성물이 후술하는 충전재 (D)를 포함하는 경우에는, 예를 들면 황 함유 화합물 (C)를 이용하여 표면 처리한 충전재 (D)를, 이들 이외의 성분과 함께 믹서로 투입하여 혼합함으로써, 황 함유 화합물 (C)를 봉지용 수지 조성물 중에 포함시킬 수 있다. 또, 황 함유 화합물 (C)는, 충전제 (D)에 대하여 상기 표면 처리를 행함으로써 봉지용 수지 조성물에 포함되는 경우 이외에, 믹서 내에 직접 투입하여 다른 성분과 혼합함으로써 봉지용 수지 조성물 내에 포함되어 있어도 된다.
황 함유 화합물 (C)는, 예를 들면 γ-머캅토프로필트리메톡시실란 등의 트리알콕시머캅토실란이나, γ-머캅토프로필메틸디메톡시실란 등의 모노알킬디알콕시머캅토실란, γ-머캅토프로필디메틸메톡시실란 등의 디알킬모노알콕시머캅토실란 등으로 예시되는 머캅토실란 및 3-아미노-1,2,4-트리아졸-5-티올, 3,5-디머캅토-1,2,4-트리아졸, 3-하이드록시-1,2,4-트리아졸-5-티올, 5-머캅토-1,2,4-트리아졸-3-메탄올 등의 티오트리아졸 화합물 등으로 대표되는 1,2,4-트리아졸환, 또는 1,2,3-트리아졸환에 황을 포함하는 치환기를 갖는 화합물로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다. 이들 중에서도, 봉지 수지의 밀착성을 향상시키는 관점에서는, 머캅토실란을 포함하는 것이 보다 바람직하고, γ-머캅토프로필트리알콕시실란을 포함하는 것이 특히 바람직하다.
봉지용 수지 조성물 중에 있어서의 황 함유 화합물 (C)의 함유량은, 예를 들면 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 0.05질량% 이상인 것이 바람직하고, 0.1질량% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.15질량% 이상인 것이 특히 바람직하다. 황 함유 화합물 (C)의 함유량을 상기 하한값 이상으로 함으로써, 봉지 수지의 밀착성을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다. 또, 봉지용 수지 조성물이 충전재 (D)를 포함하는 경우에는, 봉지용 수지 조성물 중에 있어서의 충전제 (D)의 분산성을 양호한 것으로 할 수도 있다. 이로 인하여, 내습신뢰성이나 내(耐)리플로성 등을 보다 효과적으로 향상시키는 것이 가능해진다. 한편으로, 봉지용 수지 조성물 중에 있어서의 황 함유 화합물 (C)의 함유량은, 예를 들면 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 2질량% 이하인 것이 바람직하고, 1질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.5질량% 이하인 것이 특히 바람직하다. 황 함유 화합물 (C)의 함유량을 상기 상한값 이하로 함으로써, 봉지용 수지 조성물의 유동성을 양호한 것으로 하여, 성형성의 향상을 도모할 수 있다.
((D) 충전재)
봉지용 수지 조성물은, 예를 들면 충전제 (D)를 포함할 수 있다. 충전재 (D)로서는, 일반적인 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로 사용되고 있는 것을 이용할 수 있고, 예를 들면 용융 구상(球狀) 실리카, 용융 파쇄 실리카, 결정 실리카, 탈크, 알루미나, 티타늄 화이트, 질화 규소 등의 무기 충전재, 오가노실리콘 파우더, 폴리에틸렌 파우더 등의 유기 충전재를 들 수 있다. 이들 중, 용융 구상 실리카를 이용하는 것이 특히 바람직하다. 이들 충전재는, 1종을 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
또, 충전재 (D)의 형상으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 봉지용 수지 조성물의 용융 점도의 상승을 억제하면서, 충전재의 함유량을 높이는 관점에서, 가능한 한 진구(眞球) 형상이고, 또한 입도 분포가 넓은 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서는, 황 함유 화합물 (C)를 이용하여 미리 표면 처리한 충전재 (D)를, 이들 이외의 성분과 함께 믹서로 투입하여 혼합함으로써 봉지용 수지 조성물을 제작할 수 있다.
충전제 (D)에 대한 황 함유 화합물 (C)에 의한 표면 처리는, 예를 들면 다음과 같이 행할 수 있다. 먼저, 충전제 (D)를 믹서에 투입한 후, 교반을 개시하며, 거기에 추가로 황 함유 화합물 (C)를 투입하고 이들을 1~5분간 교반하여, 충전제 (D) 및 황 함유 화합물 (C)의 혼합물을 얻는다. 이어서, 이 혼합물을 믹서에서 꺼내 방치한다. 방치 시간은, 적절히 선택할 수 있고, 예를 들면 3분~1시간으로 할 수 있다. 이로써, 황 함유 화합물 (C)에 의하여 표면 처리가 실시된 충전제 (D)가 얻어진다. 또, 방치 처리 후의 충전제 (D)에 대하여, 추가로 열처리를 실시해도 된다. 열처리는, 예를 들면 30~80℃, 0.1~10시간의 조건하에 있어서 행할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 믹서 내의 충전제 (D)에 대하여 분무기를 이용하여 황 함유 화합물 (C)를 분무하면서, 충전제 (D)를 교반함으로써, 충전제 (D) 및 황 함유 화합물 (C)의 혼합물을 얻어도 된다. 분무기로서는, 예를 들면 이류체 노즐 등을 구비한 미세한 액적을 분무할 수 있는 장치를 이용할 수 있다. 이와 같은 분무기를 사용함으로써, 충전제 (D) 표면이 보다 균일하게 황 함유 화합물 (C)로 처리되어 바람직하다. 본 실시형태에 있어서는, 예를 들면 상기 표면 처리의 조건을 조정함으로써, 팽창률 S를 제어할 수 있다. 이 표면 처리의 조건으로서는, 예를 들면 분무기의 사용 유무, 방치 시간, 열처리의 유무 및 열처리 조건 등을 들 수 있다.
또한, 충전재 (D)에 대한 상기 표면 처리는 행하지 않아도 된다.
봉지용 수지 조성물 중에 있어서의 충전제 (D)의 함유량은, 예를 들면 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 35질량% 이상인 것이 바람직하고, 50질량% 이상인 것이 보다 바람직하며, 65질량% 이상인 것이 특히 바람직하다. 충전제 (D)의 함유량을 상기 하한값 이상으로 함으로써, 저흡습성 및 저열팽창성을 향상시켜, 내습신뢰성이나 내리플로성을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다. 한편으로, 봉지용 수지 조성물 중에 있어서의 충전제 (D)의 함유량은, 예를 들면 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 95질량% 이하인 것이 바람직하고, 93질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 90질량% 이하인 것이 특히 바람직하다. 충전제 (D)의 함유량을 상기 상한값 이하로 함으로써, 봉지용 수지 조성물의 유동성 저하에 따른 성형성의 저하나, 고점도화에 기인한 본딩 와이어 변형 등을 억제하는 것이 가능해진다.
((E) 이온 포착제)
봉지용 수지 조성물은, 예를 들면 이온 포착제 (E)를 포함할 수 있다. 이로써, 봉지용 수지 조성물을 이용하여 형성되는 봉지 수지를 구비하는 반도체 장치의 고온 보관 특성을, 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다. 이온 포착제 (E)는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 하이드로탈사이트류 및 다가 금속 산성염 등의 무기 이온 교환체로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다. 이들 중에서도, 고온 보관 특성을 향상시키는 관점에서는, 하이드로탈사이트류를 포함하는 것이 특히 바람직하다.
봉지용 수지 조성물 중에 있어서의 이온 포착제 (E)의 함유량은, 예를 들면 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 0.05질량% 이상인 것이 바람직하고, 0.1질량% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.15질량% 이상인 것이 특히 바람직하다. 이온 포착제 (E)의 함유량을 상기 하한값 이상으로 함으로써, 고온 보관 특성을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다. 한편으로, 봉지용 수지 조성물 중에 있어서의 이온 포착제 (E)의 함유량은, 예를 들면 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 1질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.8질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.5질량% 이하인 것이 특히 바람직하다. 이온 포착제 (E)의 함유량을 상기 상한값 이하로 함으로써, 반도체 장치의 내습신뢰성이나 내리플로성을 향상시킬 수 있다.
(경화 촉진제 (F))
봉지용 수지 조성물은, 예를 들면 경화 촉진제 (F)를 포함할 수 있다. 경화 촉진제 (F)는, 에폭시 수지 (A)의 에폭시기와, 경화제 (B)(예를 들면, 페놀 수지계 경화제의 페놀성 수산기)의 가교반응을 촉진시키는 것이면 되고, 예를 들면 일반적인 봉지용 에폭시 수지 조성물로 사용하는 것을 이용할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 경화 촉진제 (F)는, 예를 들면 유기 포스핀, 테트라 치환 포스포늄 화합물, 포스포베타인 화합물, 포스핀 화합물과 퀴논 화합물의 부가물, 포스포늄 화합물과 실란 화합물의 부가물 등의 인 원자 함유 화합물; 1,8-디아자바이시클로(5,4,0)운데센-7, 벤질디메틸아민, 2-메틸이미다졸 등이 예시되는 아미딘이나 3급 아민, 상기 아미딘이나 아민의 4급 염 등의 질소 원자 함유 화합물로부터 선택되는 1종류 또는 2종류 이상을 포함할 수 있다. 이들 중에서도, 경화성을 향상시키는 관점에서는 인 원자 함유 화합물을 포함하는 것이 보다 바람직하다. 또, 성형성과 경화성의 밸런스를 향상시키는 관점에서는, 테트라 치환 포스포늄 화합물, 포스포베타인 화합물, 포스핀 화합물과 퀴논 화합물의 부가물, 포스포늄 화합물과 실란 화합물의 부가물 등의 잠복성을 갖는 것을 포함하는 것이 보다 바람직하다.
봉지용 수지 조성물에서 이용할 수 있는 유기 포스핀으로서는, 예를 들면 에틸포스핀, 페닐포스핀 등의 제1 포스핀; 디메틸포스핀, 디페닐포스핀 등의 제2 포스핀; 트리메틸포스핀, 트리에틸포스핀, 트리부틸포스핀, 트리페닐포스핀 등의 제3 포스핀을 들 수 있다.
봉지용 수지 조성물에서 이용할 수 있는 테트라 치환 포스포늄 화합물로서는, 예를 들면 하기 일반식 (5)로 나타나는 화합물 등을 들 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112016098866446-pct00005
(상기 일반식 (5)에 있어서, P는 인 원자를 나타낸다. R4, R5, R6 및 R7은 방향족기 또는 알킬기를 나타낸다. A는 하이드록실기, 카르복실기, 티올기로부터 선택되는 관능기 중 어느 하나를 방향환에 적어도 하나 갖는 방향족 유기산의 음이온을 나타낸다. AH는 하이드록실기, 카르복실기, 티올기로부터 선택되는 관능기 중 어느 하나를 방향환에 적어도 하나 갖는 방향족 유기산을 나타낸다. x, y는 1~3의 수, z는 0~3의 수이고, 또한 x=y이다.)
일반식 (5)로 나타나는 화합물은, 예를 들면 이하와 같이 하여 얻어지지만 이에 한정되는 것은 아니다. 먼저, 테트라 치환 포스포늄할라이드와 방향족 유기산과 염기를 유기 용제에 섞어 균일하게 혼합하고, 그 용액계 내에 방향족 유기산 음이온을 발생시킨다. 이어서 물을 첨가하면, 일반식 (5)로 나타나는 화합물을 침전시킬 수 있다. 일반식 (5)로 나타나는 화합물에 있어서, 인 원자에 결합하는 R4, R5, R6 및 R7이 페닐기이고, 또한 AH는 하이드록실기를 방향환에 갖는 화합물, 즉 페놀류이며, 또한 A는 그 페놀류의 음이온인 것이 바람직하다. 상기 페놀류로서는, 페놀, 크레졸, 레조신, 카테콜 등의 단환식 페놀류, 나프톨, 디하이드록시나프탈렌, 안트라퀴놀 등의 축합 다환식 페놀류, 비스페놀 A, 비스페놀 F, 비스페놀 S 등의 비스페놀류, 페닐페놀, 비페놀 등의 다환식 페놀류 등이 예시된다.
봉지용 수지 조성물에서 이용할 수 있는 포스포베타인 화합물로서는, 예를 들면, 하기 일반식 (6)으로 나타나는 화합물 등을 들 수 있다.
[화학식 6]
Figure 112016098866446-pct00006
(상기 일반식 (6)에 있어서, R8은 탄소수 1~3의 알킬기, R9는 하이드록실기를 나타낸다. f는 0~5의 수이며, g는 0~3의 수이다.)
일반식 (6)으로 나타나는 화합물은, 예를 들면 이하와 같이 하여 얻어진다. 먼저, 제3 포스핀인 트리 방향족 치환 포스핀과 디아조늄염을 접촉시켜, 트리 방향족 치환 포스핀과 디아조늄염을 갖는 디아조늄기를 치환시키는 공정을 거쳐 얻어진다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
봉지용 수지 조성물에서 이용할 수 있는 포스핀 화합물과 퀴논 화합물의 부가물로서는, 예를 들면, 하기 일반식 (7)로 나타나는 화합물 등을 들 수 있다.
[화학식 7]
Figure 112016098866446-pct00007
(상기 일반식 (7)에 있어서, P는 인 원자를 나타낸다. R10, R11 및 R12는 탄소수 1~12의 알킬기 또는 탄소수 6~12의 아릴기를 나타내며, 서로 동일해도 되고 상이해도 된다. R13, R14 및 R15는 수소 원자 또는 탄소수 1~12의 탄화 수소기를 나타내며, 서로 동일해도 되고 상이해도 되며, R14와 R15가 결합하여 환상 구조로 되어 있어도 된다.)
포스핀 화합물과 퀴논 화합물의 부가물에 이용하는 포스핀 화합물로서는, 예를 들면 트리페닐포스핀, 트리스(알킬페닐)포스핀, 트리스(알콕시페닐)포스핀, 트리나프틸포스핀, 트리스(벤질)포스핀 등의 방향환에 무치환 또는 알킬기, 알콕실기 등의 치환기가 존재하는 것이 바람직하고, 알킬기, 알콕실기 등의 치환기로서는 1~6의 탄소수를 갖는 것을 들 수 있다. 입수 용이성의 관점에서는 트리페닐포스핀이 바람직하다.
또, 포스핀 화합물과 퀴논 화합물의 부가물에 이용하는 퀴논 화합물로서는, 벤조퀴논, 안트라퀴논류를 들 수 있고, 그 중에서도 p-벤조퀴논이 보존 안정성의 점에서 바람직하다.
포스핀 화합물과 퀴논 화합물의 부가물의 제조 방법으로서는, 유기 제3 포스핀과 벤조퀴논류의 양자가 용해될 수 있는 용매 중에서 접촉, 혼합시킴으로써 부가물을 얻을 수 있다. 용매로서는 아세톤이나 메틸에틸케톤 등의 케톤류로 부가물로의 용해성이 낮은 것이 좋다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
일반식 (7)로 나타나는 화합물에 있어서, 인 원자에 결합하는 R10, R11 및 R12가 페닐기이고, 또한 R13, R14 및 R15가 수소 원자인 화합물, 즉 1,4-벤조퀴논과 트리페닐포스핀을 부가시킨 화합물이 봉지용 수지 조성물의 경화물의 열시(熱時) 탄성률을 저하시키는 점에서 바람직하다.
봉지용 수지 조성물에서 이용할 수 있는 포스포늄 화합물과 실란 화합물의 부가물로서는, 예를 들면 하기 일반식 (8)로 나타나는 화합물 등을 들 수 있다.
[화학식 8]
Figure 112016098866446-pct00008
(상기 일반식 (8)에 있어서, P는 인 원자를 나타내고, Si는 규소 원자를 나타낸다. R16, R17, R18 및 R19는, 각각, 방향환 또는 복소환을 갖는 유기기, 혹은 지방족기를 나타내며, 서로 동일해도 되고 상이해도 된다. 식 중 R20은, 기 Y2 및 Y3과 결합하는 유기기이다. 식 중 R21은, 기 Y4 및 Y5와 결합하는 유기기이다. Y2 및 Y3은, 프로톤 공여성기가 프로톤을 방출하여 이루어지는 기를 나타내고, 동일 분자 내의 기 Y2 및 Y3이 규소 원자와 결합하여 킬레이트 구조를 형성하는 것이다. Y4 및 Y5는 프로톤 공여성기가 프로톤을 방출하여 이루어지는 기를 나타내고, 동일 분자 내의 기 Y4 및 Y5가 규소 원자와 결합하여 킬레이트 구조를 형성하는 것이다. R20 및 R21은 서로 동일해도 되고 상이해도 되며, Y2, Y3, Y4 및 Y5는 서로 동일해도 되고 상이해도 된다. Z1은 방향환 또는 복소환을 갖는 유기기, 혹은 지방족기이다.)
일반식 (8)에 있어서, R16, R17, R18 및 R19로서는, 예를 들면, 페닐기, 메틸페닐기, 메톡시페닐기, 하이드록시페닐기, 나프틸기, 하이드록시나프틸기, 벤질기, 메틸기, 에틸기, n-부틸기, n-옥틸기 및 시클로헥실기 등을 들 수 있고, 이들 중에서도, 페닐기, 메틸페닐기, 메톡시페닐기, 하이드록시페닐기, 하이드록시나프틸기 등의 알킬기, 알콕시기, 수산기 등의 치환기를 갖는 방향족기 혹은 무치환의 방향족기가 보다 바람직하다.
또, 일반식 (8)에 있어서, R20은, Y2 및 Y3과 결합하는 유기기이다. 마찬가지로, R21은, 기 Y4 및 Y5와 결합하는 유기기이다. Y2 및 Y3은 프로톤 공여성기가 프로톤을 방출하여 이루어지는 기이며, 동일 분자 내의 기 Y2 및 Y3이 규소 원자와 결합하여 킬레이트 구조를 형성하는 것이다. 마찬가지로 Y4 및 Y5는 프로톤 공여성기가 프로톤을 방출하여 이루어지는 기이며, 동일 분자 내의 기 Y4 및 Y5가 규소 원자와 결합하여 킬레이트 구조를 형성하는 것이다. 기 R20 및 R21은 서로 동일해도 되고 상이해도 되며, 기 Y2, Y3, Y4 및 Y5는 서로 동일해도 되고 상이해도 된다. 이와 같은 일반식 (8) 중의 -Y2-R20-Y3-, 및 Y4-R21-Y5-로 나타나는 기는, 프로톤 공여체가, 프로톤을 2개 방출하여 이루어지는 기로 구성되는 것이며, 프로톤 공여체로서는, 분자 내에 카르복실기, 또는 수산기를 적어도 2개 갖는 유기산이 바람직하고, 나아가서는 방향환을 구성하는 인접하는 탄소에 카르복실기 또는 수산기를 적어도 2개 갖는 방향족 화합물이 바람직하며, 방향환을 구성하는 인접하는 탄소에 수산기를 적어도 2개 갖는 방향족 화합물이 보다 바람직하고, 예를 들면, 카테콜, 피로갈롤, 1,2-디하이드록시나프탈렌, 2,3-디하이드록시나프탈렌, 2,2'-비페놀, 1,1'-비-2-나프톨, 살리실산, 1-하이드록시-2-나프토산, 3-하이드록시-2-나프토산, 클로라닐산, 탄닌산, 2-하이드록시벤질알코올, 1,2-시클로헥산디올, 1,2-프로판디올 및 글리세린 등을 들 수 있는데, 이들 중에서도, 카테콜, 1,2-디하이드록시나프탈렌, 2,3-디하이드록시나프탈렌이 보다 바람직하다.
또, 일반식 (8) 중의 Z1은, 방향환 또는 복소환을 갖는 유기기 또는 지방족기를 나타내고, 이들의 구체적인 예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 헥실기 및 옥틸기 등의 지방족 탄화 수소기나, 페닐기, 벤질기, 나프틸기 및 비페닐기 등의 방향족 탄화 수소기, 글리시딜옥시프로필기, 머캅토프로필기, 아미노프로필기 등의 글리시딜옥시기, 머캅토기, 아미노기를 갖는 알킬기 및 비닐기 등의 반응성 치환기 등을 들 수 있는데, 이들 중에서도, 메틸기, 에틸기, 페닐기, 나프틸기 및 비페닐기가 열안정성의 면에서, 보다 바람직하다.
포스포늄 화합물과 실란 화합물의 부가물의 제조 방법으로서는, 메탄올을 넣은 플라스크에, 페닐트리메톡시실란 등의 실란 화합물, 2,3-디하이드록시나프탈렌 등의 프로톤 공여체를 첨가하여 용해시키고, 다음으로 실온 교반하에서 나트륨메톡사이드-메탄올 용액을 적하한다. 또한 거기에 미리 준비한 테트라페닐포스포늄 브로마이드 등의 테트라 치환 포스포늄할라이드를 메탄올에 용해시킨 용액을 실온 교반하에서 적하하면 결정이 석출된다. 석출된 결정을 여과, 수세, 진공 건조하면, 포스포늄 화합물과 실란 화합물의 부가물이 얻어진다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다.
봉지용 수지 조성물 중에 있어서의 경화 촉진제 (F)의 함유량은, 예를 들면 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 0.05질량% 이상인 것이 바람직하고, 0.1질량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 경화 촉진제 (F)의 함유량을 상기 하한값 이상으로 함으로써, 봉지용 수지 조성물의 경화성이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 한편으로, 봉지용 수지 조성물 중에 있어서의 경화 촉진제 (F)의 함유량은, 예를 들면 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 1질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.8질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 경화 촉진제 (F)의 함유량을 상기 상한값 이하로 함으로써, 봉지용 수지 조성물의 유동성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
봉지용 수지 조성물에는, 또한 필요에 따라, 커플링제; 카본 블랙, 벵갈라 등의 착색제; 실리콘 고무 등의 저응력 성분; 카나우바 왁스 등의 천연 왁스, 합성 왁스, 스테아르산 아연 등의 고급 지방산 및 그 금속염류 혹은 파라핀 등의 이형제; 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 붕산 아연, 몰리브덴산 아연, 포스파젠 등의 난연제, 산화 방지제 등의 각종 첨가제를 적절히 배합해도 된다. 커플링제로서는, 에폭시실란, 아미노실란, 알킬실란, 우레이드실란, 비닐실란, 메타크릴실란 등의 각종 실란계 화합물, 티타늄계 화합물, 알루미늄킬레이트류 및 알루미늄/지르코늄계 화합물 등으로 예시되는 공지의 커플링제를 1종 또는 2종 이상 이용할 수 있다.
봉지용 수지 조성물로서는, 예를 들면 상술한 각 성분을, 공지의 수단으로 혼합하고, 추가로 롤, 니더 또는 압출기 등의 혼련기로 용융 혼련하여, 냉각한 후에 분쇄한 것이나, 필요에 따라 적절히 분산도나 유동성 등을 조정한 것을 이용할 수 있다.
이어서, 본 실시형태에 관한 반도체 장치(100)에 대하여 설명한다.
반도체 장치(100)는, 반도체 소자(20)와, 본딩 와이어(40)와, 봉지 수지(50)를 구비하고 있다. 본딩 와이어(40)는, 반도체 소자(20)에 접속되고, 또한 Cu를 주성분으로 한다. 또, 봉지 수지(50)는, 상술한 봉지용 수지 조성물의 경화물에 의하여 구성되며, 반도체 소자(20) 및 본딩 와이어(40)를 봉지한다.
반도체 소자(20)는, 기재(30) 상에 탑재된다. 기재(30)는, 예를 들면 리드 프레임 또는 유기 기판이다. 또, 기재(30)는, 본딩 와이어(40)에 접속된다. 도 1에서는, 리드 프레임인 기재(30) 중의 다이 패드(32) 상에, 다이 어태치재(10)를 개재하여 반도체 소자(20)가 탑재되는 경우가 예시된다. 리드 프레임인 기재(30)는, 예를 들면 Cu 또는 42 알로이를 주성분으로 하는 금속 재료에 의하여 구성된다. 또한, 반도체 소자(20)는, 다른 반도체 소자 상에 배치되어 있어도 된다.
반도체 소자(20)의 상면에는, 예를 들면 복수의 전극 패드(22)가 형성되어 있다. 반도체 소자(20)에 마련된 전극 패드(22) 중 적어도 표면층은, 예를 들면 Al을 주성분으로 하는 금속 재료에 의하여 구성되어 있다. 이로써, Cu를 주성분으로 하는 본딩 와이어(40)와 전극 패드(22)의 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1에 있어서는, 본딩 와이어(40)가, 반도체 소자(20)의 전극 패드(22)와, 기재(30) 중의 아우터 리드(34)를 전기적으로 접속하는 경우가 예시되어 있다.
봉지 수지(50)는, 상술한 봉지용 수지 조성물의 경화물에 의하여 구성되어 있다. 이로 인하여, 기재(30)나 본딩 와이어(40)에 대한 밀착성이 양호하고, 내리플로성이나 고온 보관 특성, 내습신뢰성, 고온 동작 특성의 밸런스가 우수한 반도체 장치(100)가 얻어지게 된다. 이 효과는, 본딩 와이어(40)가 Cu를 주성분으로 하는 금속 재료에 의하여 구성되고, 또한 기재(30)가 유기 기판 또는 Cu 또는 42 알로이를 주성분으로 하는 금속 재료(리드 프레임)에 의하여 구성되는 경우에 있어서 보다 현저하게 되며, 기재(30)가 금속 재료(리드 프레임)인 경우에 있어서 특히 현저하게 얻어진다.
반도체 장치(100)는, 예를 들면 다음과 같이 제조된다.
먼저, 기재(30) 상에, 반도체 소자(20)를 탑재한다. 이어서, 기재(30)와 반도체 소자(20)를, Cu를 주성분으로 하는 본딩 와이어(40)에 의하여 서로 접속시킨다. 이어서, 반도체 소자(20)와, 본딩 와이어(40)를 상술한 봉지용 수지 조성물에 의하여 봉지한다. 봉지 성형의 방법으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 트랜스퍼 성형법 또는 압축 성형법을 들 수 있다. 이로써, 반도체 장치(100)가 제조되게 된다.
또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형, 개량 등은 본 발명에 포함되는 것이다.
실시예
다음으로, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
(봉지용 수지 조성물)
실시예 1~12 및 비교예 1~2의 각각에 대하여, 다음과 같이 봉지용 수지 조성물을 조제했다. 먼저, 충전제 (D)에 대하여, 표 1에 나타내는 배합량의 황 함유 화합물 (C)에 의하여 표면 처리를 실시했다. 이어서, 표 1에 나타내는 배합에 따라, 각 성분을, 믹서를 이용하여 15~28℃에서 혼합했다. 이어서, 얻어진 혼합물을, 70~100℃에서 롤 혼련했다. 이어서, 혼련 후의 혼합물을 냉각하고, 분쇄하여 봉지용 수지 조성물을 얻었다. 또한, 표 1 중에 있어서의 각 성분의 상세는 하기와 같다. 또, 표 1 중의 단위는, 질량%이다.
(A) 에폭시 수지
에폭시 수지 1: 비페닐렌 골격 함유 페놀아랄킬형 에폭시 수지(NC-3000P, 닛폰 가야쿠(주)제)
에폭시 수지 2: 비페닐형 에폭시 수지(YX4000K, 미쓰비시 가가쿠(주)제)
(B) 경화제
경화제 1: 비페닐렌 골격 함유 페놀아랄킬 수지(MEH-7851SS, 메이와 가세이(주)제)
경화제 2: 페닐렌 골격 함유 페놀아랄킬 수지(XLC-4L, 미쓰이 가가쿠(주)제)
(C) 황 함유 화합물
γ-머캅토프로필트리메톡시실란(신에쓰 가가쿠 고교(주)제, KBM-803)
(D) 충전제
충전제 1: 실리카(평균 입경 26μm, 비표면적 2.4mm2/g)
충전제 2: 실리카(SO-25R, (주)아드마텍스제, 평균 입경 0.5μm, 비표면적 6.0mm2/g)
(E) 이온 포착제
하이드로탈사이트(DHT-4H, 교와 가가쿠 고교(주)제)
(F) 경화 촉진제
경화 촉진제 1: 하기 식 (9)로 나타나는 화합물
경화 촉진제 2: 하기 식 (10)으로 나타나는 화합물
[화학식 9]
Figure 112016098866446-pct00009
[화학식 10]
Figure 112016098866446-pct00010
(G) 이형제
카나우바 왁스
실시예 1~4, 7~12 및 비교예 1~2에 있어서, 충전제 (D)에 대한 황 함유 화합물 (C)에 의한 표면 처리는, 이하와 같이 행했다. 먼저, 충전제 1 및 충전제 2를 믹서에 투입한 후, 교반을 개시하며, 거기에 추가로 황 함유 화합물 (C)를 투입하고 이들을 3.0분간 교반하여, 충전제 1, 충전제 2 및 황 함유 화합물 (C)의 혼합물을 얻었다. 이어서, 이 혼합물을 믹서에서 꺼내, 표 1에 나타내는 시간(분무 후의 방치 시간) 방치했다. 이로써, 황 함유 화합물 (C)에 의하여 표면 처리가 실시된 충전제 (D)를 얻었다.
실시예 5에 있어서는, 상기 혼합물을 방치한 후, 55℃, 3시간의 조건하에서 상기 혼합물에 대하여 열처리를 행하는 점을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 표면 처리를 행했다.
실시예 6에 있어서는, 다음과 같이 하여 충전제 1, 충전제 2 및 황 함유 화합물 (C)의 혼합물을 얻은 점을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 표면 처리를 행했다. 먼저, 충전제 1 및 충전제 2를 믹서에 투입하여, 이들을 혼합했다. 그리고, 믹서 내의 충전제 1 및 충전제 2에 대하여 분무기를 이용하여 황 함유 화합물 (C)를 분무하면서, 이들을 3.0분간 교반하여, 충전제 1, 충전제 2 및 황 함유 화합물 (C)의 혼합물을 얻었다. 이어서, 이 혼합물을 믹서에서 꺼내, 표 1에 나타내는 시간(분무 후의 방치 시간) 방치했다.
(팽창률 S의 측정)
실시예 1~12, 비교예 1~2의 각각에 대하여, 얻어진 봉지용 수지 조성물을 이용하여, 이하와 같이 팽창률 S를 측정했다. 또한, 도 2는, 팽창률의 측정 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
먼저, 봉지용 수지 조성물을 175℃, 4시간의 조건에 의하여 열경화시켜 얻어지는 경화물을 분쇄하여, 분쇄물(80)을 얻었다. 분쇄 처리는, TI-100((주)씨엠티제)으로, 경화물 5g을 분쇄 가마에 넣고, 2분간 분쇄함으로써 행했다. 이어서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 얻어진 분쇄물(80) 1.0g과, Cu 와이어(62)(4N 그레이드)를 개재하여 서로 접속된 리드 프레임(64) 및 반도체 칩(66)에 의하여 구성되는 구조체(60)를 Cu 와이어(62) 전체가 공기에 노출되도록 내경 50mm, 높이 17mm의 유리 샬레인 밀폐 용기(70) 내에 넣고, 공기 분위기하, 200℃, 96시간의 조건하에서 열처리를 행했다. 또한, 열처리 전의 Cu 와이어(62)의 중심점에 있어서의 최대 직경 D0은 20μm였다. 또, 리드 프레임(64)은, 캡톤 테이프(90)를 이용하여 밀폐 용기(70) 내에 고정했다. 이어서, 열처리 후의 Cu 와이어(62)의 중심점에 있어서의 최대 직경 D1을 측정하여, 얻어진 결과로부터 팽창률 S=D1/D0×100(%)을 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
(반도체 장치의 제작)
실시예 1~12, 비교예 1~2의 각각에 대하여, 다음과 같이 반도체 장치를 제작했다.
먼저, 알루미늄제 전극 패드를 구비하는 TEG(Test Element Group) 칩(3.5mm×3.5mm)을, 표면이 Ag에 의하여 도금된 리드 프레임의 다이 패드부 상에 탑재했다. 이어서, TEG 칩의 전극 패드(이하, 전극 패드)와, 리드 프레임의 아우터 리드부를 Cu 99.9%의 금속 재료에 의하여 구성되는 본딩 와이어를 이용하여, 와이어 피치 120μm로 와이어 본딩했다. 이로써 얻어진 구조체를, 저압 트랜스퍼 성형기를 이용하여, 금형 온도 175℃, 주입 압력 10.0MPa, 경화 시간 2분의 조건으로 봉지용 수지 조성물을 이용하여 봉지 성형하고, 반도체 패키지를 제작했다. 그 후, 얻어진 반도체 패키지를 175℃, 4시간의 조건으로 후경화하여, 반도체 장치를 얻었다.
(MSL(내리플로성 평가))
실시예 1~12, 비교예 1~2의 각각에 대하여, 얻어진 반도체 장치 12개에 대하여 85℃ 상대 습도 60%의 환경하에 168시간 방치한 후, IR 리플로 처리(260℃)를 행했다. 이어서, 처리 후의 반도체 장치 내부를 초음파 탐상(探傷) 장치로 관찰하고, 봉지 수지와, 리드 프레임의 계면에 있어서 박리가 발생한 면적을 산출했다. 모든 반도체 장치에 대하여 박리 면적이 5% 미만인 경우를 ◎, 5% 이상 10% 이하인 경우를 ○, 10%를 초과하는 경우를 ×로 했다.
(HTSL(고온 보관 특성 평가))
실시예 1~12, 비교예 1~2의 각각에 대하여, 얻어진 반도체 장치를 150℃의 환경하에서 보관하며, 24시간마다 반도체 칩의 전극 패드와 본딩 와이어의 사이에 있어서의 전기 저항값을 측정하여, 그 값이 초기 값에 대하여 20% 증가한 반도체 장치를 불량으로 했다. 2000시간 보관해도 불량이 발생하지 않은 것을 ◎, 1000~2000시간 사이에 불량이 발생한 것을 ○, 1000시간 이내에 불량이 발생한 것을 ×로 했다.
[표 1]
Figure 112016098866446-pct00011
표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1~12에 있어서는, 내리플로성 및 고온 보관 특성에 대하여 양호한 결과가 얻어졌다. 실시예 1~6, 8, 10, 12는, 실시예 7, 9, 11과 비교하여, 더 우수한 고온 보관 특성을 나타냈다. 또, 실시예 2~12는, 실시예 1과 비교하여 더 우수한 내리플로성을 나타냈다.
이 출원은, 2014년 3월 24일에 출원된 일본 특허출원 2014-060297호를 기초로 하는 우선권을 주장하고, 그 개시의 전체를 여기에 원용한다.

Claims (12)

  1. 반도체 소자와, 상기 반도체 소자에 접속되고, 또한 Cu를 포함하는 본딩 와이어를 봉지(封止)하기 위하여 이용되는 봉지용 수지 조성물로서,
    에폭시 수지와,
    경화제와,
    황 함유 화합물과,
    충전제
    를 포함하고,
    하기 조건 1에 의하여 산출되는 팽창률 S가 150% 이하이며,
    상기 봉지용 수지 조성물 전체에 대한 상기 황 함유 화합물의 함유량은 0.15질량% 이상 2질량% 이하이고,
    상기 본딩 와이어가 Cu의 함유량이 99.9질량% 이상인 금속 재료에 의해 구성되는 본딩 와이어인 봉지용 수지 조성물.
    (조건 1: 상기 봉지용 수지 조성물을 175℃, 4시간의 조건에 의하여 열경화시켜 얻어지는 경화물을 분쇄하여, 분쇄물을 얻는다. 이어서, 상기 분쇄물 1.0g과, Cu 와이어(중심점에 있어서의 최대 직경 D0=20μm)를 개재하여 서로 접속된 리드 프레임 및 반도체 칩에 의하여 구성되는 구조체를 상기 Cu 와이어가 공기에 노출되도록 밀폐 용기 내에 넣고, 공기 분위기하, 200℃, 96시간의 조건하에서 열처리를 행한다. 이어서, 상기 Cu 와이어의 중심점에 있어서의 최대 직경 D1을 측정하여, 얻어진 결과로부터 팽창률 S=D1/D0×100(%)을 산출한다)
  2. 청구항 1에 있어서,
    이온 포착제를 더 포함하는 봉지용 수지 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 봉지용 수지 조성물 전체에 대한 이온 포착제의 함유량은, 0.05질량% 이상 1질량% 이하인 봉지용 수지 조성물.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 이온 포착제가 하이드로탈사이트류 및 다가 금속 산성염으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 봉지용 수지 조성물.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 충전제가 용융 구상(球狀) 실리카, 용융 파쇄 실리카, 결정 실리카, 탈크, 알루미나, 티타늄 화이트 및 질화 규소로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 봉지용 수지 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 봉지용 수지 조성물 전체에 대한 상기 충전제의 함유량은 35질량% 이상 95질량% 이하인 봉지용 수지 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 황 함유 화합물이 머캅토실란 및 티오트리아졸 화합물로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 봉지용 수지 조성물.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 팽창률 S가 101% 이상인 봉지용 수지 조성물.
  11. 삭제
  12. 반도체 소자와,
    상기 반도체 소자에 접속되고, 또한 Cu를 포함하는 본딩 와이어와,
    청구항 1 내지 청구항 4, 청구항 6 내지 청구항 8 및 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 봉지용 수지 조성물의 경화물에 의하여 구성되고, 또한 상기 반도체 소자와 상기 본딩 와이어를 봉지하는 봉지 수지
    를 구비하고,
    상기 본딩 와이어가 Cu의 함유량이 99.9질량% 이상인 금속 재료에 의해 구성되는 본딩 와이어인 반도체 장치.
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