KR20160021783A - 반도체 봉지용 수지 조성물 및 반도체 장치 - Google Patents

반도체 봉지용 수지 조성물 및 반도체 장치 Download PDF

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KR20160021783A
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Abstract

본 발명의 반도체 봉지용 수지 조성물은 하기 일반식(1)로 나타내는 말레이미드계 화합물과, 하기 일반식(2-1) 및 하기 일반식(2-2)로 나타내는 벤조옥사진계 화합물 중 적어도 1종과, 경화 촉매와, 무기 충전재를 함유하는 것을 특징으로 한다. 또한, 일반식(1), (2-1), (2-2) 중, X2, X3, 및 X4는 각각 독립적으로 탄소수 1~10의 알킬렌기, 하기 일반식(3)로 나타내는 기, 식 「-SO2-」혹은 「-CO-」로 나타내는 기, 산소 원자, 또는 단결합이다.

Description

반도체 봉지용 수지 조성물 및 반도체 장치{RESIN COMPOSITION FOR SEMICONDUCTOR SEALING AND SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 반도체 봉지용 수지 조성물 및 반도체 장치에 관한 것이다.
본원은 2013년 6월 21일에 일본에 출원된 일본 특원 2013-131198호에 근거해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
최근 전기 에너지의 유효 활용 등의 관점에서, SiC(탄화규소)나 GaN(질화갈륨)를 이용한 소자를 탑재하는 SiC/GaN 파워 반도체 장치가 주목받고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
이들 소자는 종래의 Si를 이용한 소자에 비해, 전력 손실을 큰폭으로 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 보다 높은 전압이나 대전류, 300℃에 이르는 고온 하에서도 동작하는 것이 가능하기 때문에, 종래의 Si 파워 반도체 장치에서는 적용이 어려웠던 용도로의 전개가 기대되고 있다.
이와 같이, SiC/GaN를 이용한 소자(반도체 소자) 자체가 전술한 것과 같은 가혹한 상황 하에서 동작 가능해지기 때문에, 이들 소자를 보호하기 위해서 반도체 장치에 마련된 반도체 봉지재에 대해서도 종래 이상의 내열성이 요구되고 있다.
여기서, 종래의 Si 파워 반도체 장치에서는 반도체 봉지재로서, 접착성, 전기적 안정성 등의 관점에서, 에폭시계의 수지 조성물의 경화물을 주재료로 하여 구성한 것이 일반적으로 이용되고 있다.
이와 같은 에폭시계의 수지 조성물에서, 그 구성 재료인 에폭시 수지의 에폭시기 당량, 또는 경화제(페놀 수지 경화제)의 수산기 당량을 떨어뜨려 가교 밀도를 올리거나 또는 이들 관능기(에폭시기 및 수산기) 사이를 연결하는 구조를 강직한 구조로 하는 등의 수법을 이용하여, 이러한 수지 조성물을 이용해 얻어지는 반도체 봉지재의 내열성을 향상시키는 것이 검토되고 있다.
그렇지만, 이와 같은 검토에 의해서도, 에폭시계의 수지 조성물을 이용해 얻어지는 반도체 봉지재에서는 그 내열성이 충분히 향상되어 있다고는 말할 수 없었다.
여기서, 에폭시계의 수지 조성물을 대신하여 비스말레이미드와 벤조옥사진을 함유하는 수지 조성물의 경화물을 반도체 봉지재로서 이용하는 것이 검토되고 있다(예를 들면, 비특허문헌 1).
수지 조성물을 이러한 구성의 것으로 함으로써 에폭시계의 수지 조성물과 비교하여, 그 내열성을 향상시킬 수 있지만, Si 파워 반도체 장치의 사용 조건에 보다 적합한 내열성을 구비하는 반도체 봉지재를 형성할 수 있는 수지 조성물에 대해서, 현재 추가적인 검토가 이루어지고 있는 것이 실상이다.
일본 특개 2005-167035호 공보
Takeichi et.al, Polymer., 제49권, 제1173~1179페이지(2008)
본 발명은 내열성이 뛰어난 반도체 봉지재를 형성할 수 있는 반도체 봉지용 수지 조성물 및, 이러한 반도체 봉지용 수지 조성물의 경화물에 의해 반도체 소자를 봉지해서 이루어지는 신뢰성이 뛰어난 반도체 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 이하의 양태를 포함하는 것이다.
(1) 하기 일반식(1)로 나타내는 말레이미드계 화합물과,
하기 일반식(2-1) 및 하기 일반식(2-2)로 나타내는 벤조옥사진계 화합물 중 적어도 1종과,
경화 촉매와,
무기 충전재를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 수지 조성물.
Figure pct00001
상기 일반식(1), (2-1), (2-2) 중, X2, X3, 및 X4는 각각 독립적으로 탄소수 1~10의 알킬렌기, 하기 일반식(3)로 나타내는 기, 식 「-SO2-」혹은 「-CO-」로 나타내는 기, 산소 원자, 또는 단결합이다. R2, R3, 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1~6의 탄화수소기이다. b, d 및 e는 각각 독립적으로 0~4의 정수, c는 0~3의 정수이다. n1은 1 이상의 정수이다.
Figure pct00002
상기 일반식(3) 중, Y는 방향족환을 가지는 탄소수 6~30의 탄화수소기이며, n2는 0 이상의 정수이다.
(2) 상기 일반식(1)에서의 상기 n1은 1~4인 상기 (1)에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물.
(3) 상기 일반식(1)로 나타내는 말레이미드계 화합물과, 상기 벤조옥사진계 화합물의 배합 비율은 당량비로 1:0.1~1:4인 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물.
(4) 상기 경화 촉매는 이미다졸계 화합물인 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물.
(5) 상기 경화 촉매의 함유량은 상기 말레이미드계 화합물과 상기 벤조옥사진계 화합물의 합계 100중량부에 대해서, 0.1~5.0중량부인 상기 (1) 내지 (4)의 어느 하나에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물.
(6) 상기 반도체 봉지용 수지 조성물을 경화시킴으로써 얻어지는 경화물의 25℃에서의 탄성률을 A[GPa]로 하고, 상기 경화물의 250℃에서의 탄성률을 B[GPa]로 했을 때, 0.1≤(A-B)/A≤0.9 되는 관계를 만족하는 상기 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물.
(7) 상기 반도체 봉지용 수지 조성물을 경화시킴으로써 얻어지는 경화물은 그 25℃에서의 탄성률 A가 10~50GPa인 상기 (1) 내지 (6)의 어느 하나에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물.
(8) 상기 반도체 봉지용 수지 조성물을 경화시킴으로써 얻어지는 경화물은 그 250℃에서의 탄성률 B가 1~30GPa인 상기 (1) 내지 (7)의 어느 하나에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물.
(9) 상기 반도체 봉지용 수지 조성물을 경화시킴으로써 얻어지는 경화물은 그 5% 감량 온도 Td5가 450℃ 이상인 상기 (1) 내지 (8)의 어느 하나에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물.
(10) 밀착 조제(助劑)를 추가로 함유하는 상기 (1) 내지 (9)의 어느 하나에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물.
(11) 상기 (1) 내지 (10)의 어느 하나에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물의 경화물에 의해, 반도체 소자를 봉지해 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
(12) 상기 반도체 소자가 SiC(탄화규소) 및/또는 GaN(질화갈륨)를 이용한 것인 상기 (11)에 기재된 반도체 장치.
본 발명에 의하면, 상기 일반식(1)로 나타내는 말레이미드계 화합물과, 상기 일반식(2-1) 및 상기 일반식(2-2)로 나타내는 벤조옥사진계 화합물 중 적어도 1종과, 경화 촉매와, 무기 충전재를 함유하는 것에 기인하여, 그 경화물로 구성되는 반도체 봉지재의 내열성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 봉지용 수지 조성물을 이용한 반도체 장치의 일례를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 반도체 봉지용 수지 조성물의 제조 방법의 일례를 나타내는 공정 개략도이다.
이하, 본 발명의 반도체 봉지용 수지 조성물 및 반도체 장치를 적합 실시 형태에 근거해 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명의 반도체 봉지용 수지 조성물을 설명하는데 앞서, 본 발명의 반도체 봉지용 수지 조성물을 이용한 반도체 장치(본 발명의 반도체 장치)에 대해 설명한다.
<반도체 장치>
도 1은 본 발명의 반도체 봉지용 수지 조성물을 이용한 반도체 장치의 일례를 나타내는 종단면도이다. 또한, 이하의 설명에서는 도 1 중의 위쪽을 「위」, 아래쪽을 「아래」라고 한다.
도 1에 나타내는 반도체 장치(10)는 QFP(Quad Flat Package)형의 반도체 패키지이며, 반도체 칩(반도체 소자)(20)과, 반도체 칩(20)을 접착층(60)을 통해서 지지하는 다이패드(30)와, 반도체 칩(20)과 전기적으로 접속된 리드(40)와, 반도체 칩(20)을 봉지하는 몰드부(봉지부)(50)를 가지고 있다.
다이패드(30)는 금속 기판으로 구성되고 반도체 칩(20)을 지지하는 지지체로서 기능을 가지는 것이다.
이 다이패드(30)는, 예를 들면 Cu, Fe, Ni나 이들 합금(예를 들면, Cu계 합금이나, Fe-42Ni와 같은 철·니켈계 합금) 등의 각종 금속 재료로 구성되는 금속 기판이나, 이 금속 기판의 표면에 은 도금이나, Ni-Pd 도금이 실시되어 있는 것, 추가로 Ni-Pd 도금의 표면에 Pd층의 안정성을 향상시키기 위해서 마련된 금 도금(금 플래시) 층이 마련되어 있는 것 등이 이용된다.
또, 다이패드(30)의 평면시 형상은 통상 반도체 칩(20)의 평면시 형상에 대응하고, 예를 들면 정사각형, 직사각형 등의 사각형이 된다.
다이패드(30)의 외주부에는 복수의 리드(40)가 방사상으로 마련되어 있다.
이 리드(40)의 다이패드(30)와 반대측의 단부는 몰드부(50)로부터 돌출(노출)하고 있다.
리드(40)는 도전성 재료로 구성되고, 예를 들면 전술한 다이패드(30)의 구성 재료와 동일한 것을 이용할 수 있다.
또, 리드(40)에는 그 표면에 주석 도금 등이 실시되어 있어도 된다. 이것에 의해, 메인보드가 구비하는 단자에 납땜을 통해서 반도체 장치(10)를 접속하는 경우에 납땜과 리드(40)의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
다이패드(30)에는 접착층(60)을 통해서 반도체 칩(20)이 고착(고정)되어 있다.
이 접착층(60)은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 에폭시계 접착제, 아크릴계 접착제, 폴리이미드계 접착제 및 시아네이트계 접착제 등의 각종 접착제를 이용해 형성된다.
또, 반도체 칩(20)은, 예를 들면 SiC(탄화규소)나 GaN(질화갈륨)를 이용한 것으로 구성된다.
이 반도체 칩(20)은 전극 패드(21)를 가지고 있고, 이 전극 패드(21)와 리드(40)가 와이어(22)와 전기적으로 접속되어 있다. 이것에 의해, 반도체 칩(20)과 각 리드(40)가 전기적으로 접속되어 있다.
이 와이어(22)의 재질은 특별히 한정되지 않지만, 와이어(22)는, 예를 들면 Au선이나 Al선으로 구성할 수 있다.
그리고, 다이패드(30), 다이패드(30)의 상면측에 마련된 접착제층(60), 반도체 칩(20), 전극 패드(21), 와이어(22), 및 리드(40)의 일부(내측의 부분)는 몰드부(50)에 의해 봉지되어 있다. 그 결과적으로, 리드(40)의 잔부(외측의 단부)가 몰드부(50)로부터 돌출하고 있다.
이 몰드부(반도체 봉지재)(50)가 본 발명의 반도체 봉지용 수지 조성물의 경화물에 의해 구성된다.
이하, 이 반도체 봉지용 수지 조성물(이하, 단순히 「수지 조성물」이라고 하는 경우도 있음)에 대해 설명한다.
<반도체 봉지용 수지 조성물>
본 발명의 반도체 봉지용 수지 조성물(폴리벤조옥사진 변성 말레이미드 수지 조성물)은 하기 일반식(1)로 나타내는 말레이미드계 화합물과, 하기 일반식(2-1) 및 하기 일반식(2-2)로 나타내는 벤조옥사진계 화합물 중 적어도 1종과, 경화 촉매와, 무기 충전재를 함유하는 것이다.
Figure pct00003
상기 일반식(1), (2-1), (2-2) 중, X2, X3, 및 X4는 각각 독립적으로 탄소수 1~10의 알킬렌기, 하기 일반식(3)로 나타내는 기, 식 「-SO2-」혹은 「-CO-」로 나타내는 기, 산소 원자, 또는 단결합이다. R2, R3, 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1~6의 탄화수소기이다. b, d 및 e는 각각 독립적으로 0~4의 정수, c는 0~3의 정수이다. n1은 1 이상의 정수이다.
Figure pct00004
상기 일반식(3) 중, Y는 방향족환을 가지는 탄소수 6~30의 탄화수소기이며, n2는 0 이상의 정수이다.
전술한 바와 같이, 반도체 칩(20)을 SiC(탄화규소)나 GaN(질화갈륨)를 이용한 것으로 하면, 반도체 칩(20)은 300℃에 이르는 고온 하에서도 동작하는 것이 가능하다. 그 때문에, 몰드부(50)로서는 뛰어난 내열성을 가지는 것이 요구되지만, 몰드부(50)를 이러한 구성의 수지 조성물의 경화물로 함으로써, 몰드부(50)는 뛰어난 내열성을 발휘하게 된다.
[말레이미드계 화합물]
말레이미드계 화합물은 상기 일반식(1)로 나타내는 화합물(이하, 단순히 「화합물(1)」이라고 하는 경우도 있음)로 구성되는 것으로, 수지 조성물에 포함되는 주재료 중 하나이다.
이들 상기 일반식(1)로 나타내는 화합물에서, X2는 탄소수 1~10의 알킬렌기, 상기 일반식(3)로 나타내는 기, 식 「-SO2-」혹은 「-CO-」로 나타내는 기, 산소 원자, 또는 단결합을 나타낸다.
X2에서의 탄소수 1~10의 알킬렌기로서는 특별히 한정되지 않지만, 직쇄상 또는 분기쇄상인 알킬렌기가 바람직하다.
이 직쇄상의 알킬렌기로서는 구체적으로는 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 부틸렌기, 펜틸렌기, 헥실렌기, 헵틸렌기, 옥틸렌기, 노닐렌기, 데카닐렌기, 트리메틸렌기, 테트라메틸렌기, 펜타메틸렌기, 헥사메틸렌기 등을 들 수 있다.
또, 분기쇄상인 알킬렌기로서는 구체적으로는 -C(CH3)2-(이소프로필렌기), -CH(CH3)-, -CH(CH2CH3)-, -C(CH3)(CH2CH3)-, -C(CH3)(CH2CH2CH3)-, -C(CH2CH3)2-와 같은 알킬메틸렌기; -CH(CH3)CH2-, -CH(CH3)CH(CH3)-, -C(CH3)2CH2-, -CH(CH2CH3)CH2-, -C(CH2CH3)2-CH2-와 같은 알킬에틸렌기 등을 들 수 있다.
또한, X2에서의 알킬렌기의 탄소수는 1~10이면 되지만, 1~7인 것이 바람직하고, 1~3인 것이 보다 바람직하다. 구체적으로는 이와 같은 탄소수를 가지는 알킬렌기로서는, 예를 들면 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 이소프로필렌기를 들 수 있다.
또, R2는 탄소수 1~6의 탄화수소기이지만, 탄소수 1 또는 2의 탄화수소기, 구체적으로는, 예를 들면 메틸기 또는 에틸기인 것이 바람직하다.
또한, b는 0~4의 정수이지만, 0~2의 정수인 것이 바람직하고, 2인 것이 보다 바람직하다. 또, c는 0~3의 정수이지만, 0~1의 정수인 것이 바람직하고, 1인 것이 보다 바람직하다.
또, 상기 일반식(1)로 나타내는 말레이미드계 화합물에서, n1은 1 이상의 정수이지만, 1~20인 것이 바람직하고, 1~4인 것이 보다 바람직하다. 이것에 의해, 수지 조성물로부터 얻어지는 경화물로 구성되는 몰드부(50)는 보다 뛰어난 내열성을 발휘하는 것이 된다.
또한, 상기 일반식(3)로 나타내는 기에서, 기 Y는 방향족환을 가지는 탄소수 6~30의 탄화수소기이며, n2는 0 이상의 정수이다.
이 방향족환을 가지는 탄소수 6~30의 탄화수소기는 방향족환만으로 이루어지는 것이어도 되고, 방향족환 이외의 탄화수소기를 가지고 있어도 된다. 기 Y가 가지는 방향족환은 1개이어도 되고, 2개 이상이어도 되며, 2개 이상인 경우, 이들 방향족환은 동일해도 상이해도 된다. 또, 상기 방향족환은 단환 구조 및 다환 구조 중 어느 하나여도 된다.
구체적으로는 방향족환을 가지는 탄소수 6~30의 탄화수소기로서는, 예를 들면 벤젠, 비페닐, 나프탈렌, 안트라센, 플루오렌, 페난트레인, 인다센, 터페닐, 아세나프틸렌, 페날렌 등의 방향족성을 가지는 화합물의 핵으로부터 수소 원자를 2개 제외한 2가의 기를 들 수 있다.
또, 이들 방향족 탄화수소기는 치환기를 가지고 있어도 된다. 여기서 방향족 탄화수소기가 치환기를 가진다는 것은 방향족 탄화수소기를 구성하는 수소 원자의 일부 또는 전부가 치환기에 의해 치환된 것을 말한다. 치환기로서는, 예를 들면 알킬기를 들 수 있다.
이 치환기로서의 알킬기로서는 쇄상의 알킬기인 것이 바람직하다. 또, 그 탄소수는 1~10인 것이 바람직하고, 1~6인 것이 보다 바람직하며, 1~4인 것이 특히 바람직하다. 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, tert-부틸기, sec-부틸기 등을 들 수 있다.
이와 같은 기 Y는 벤젠 또는 나프탈렌으로부터 수소 원자를 2개 제외한 기를 가지는 것이 바람직하고, 상기 일반식(3)로 나타내는 기로서는 하기 식(i), (ii)의 어느 하나로 나타내는 기인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 이러한 기를 구비하는 수지 조성물로부터 얻어지는 경화물로 구성되는 몰드부(50)는 보다 뛰어난 내열성을 발휘하는 것이 된다.
Figure pct00005
상기 식 중, R5는 각각 독립적으로 탄소수 1~6의 탄화수소기이다. f는 각각 독립적으로 0~4의 정수, 보다 바람직하게는 0이다.
추가로, 상기 일반식(3)로 나타내는 기에서, n2는 0 이상의 정수이면 되지만, 0~5의 정수인 것이 바람직하고, 1~3의 정수인 것이 보다 바람직하며, 1 또는 2인 것이 특히 바람직하다.
이상으로부터, 상기 일반식(1)로 나타내는 화합물은 상기 X2가 탄소수 1~3의 직쇄상 혹은 분기쇄상의 알킬렌기이며, R2가 1 또는 2의 탄화수소기이고, b가 0~2의 정수이며, n1이 1~4인 것이 바람직하다. 또는 상기 X2는 상기 식(i), (ii)의 어느 하나로 나타내는 기이며, f가 0인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 이러한 기를 구비하는 수지 조성물로부터 얻어지는 경화물로 구성되는 몰드부(50)는 보다 뛰어난 내열성을 발휘하는 것이 된다.
따라서, 상기 일반식(1)로 나타내는 화합물의 바람직한 구체예로서는, 예를 들면 하기 식(1a), (1b), (1c), (1d)로 나타내는 것과 같은 것을 들 수 있다. 이들 중에서도, 하기 식(1a)로 나타내는 화합물이 보다 바람직하게 사용된다.
Figure pct00006
[벤조옥사진계 화합물]
벤조옥사진계 화합물은 상기 일반식(2-1)로 나타내는 화합물(이하, 단순히 「화합물(2-1)」이라고 하는 경우도 있음) 및 상기 일반식(2-2)로 나타내는 화합물(이하, 단순히 「화합물(2-2)」이라고 하는 경우도 있음) 중 적어도 1종으로 구성되는 것으로, 수지 조성물에 포함되는 주재료 중 하나이다.
이들 상기 일반식(2-1)로 나타내는 화합물 및 상기 일반식(2-2)로 나타내는 화합물에서, X3 및 X4는 각각 독립적으로 탄소수 1~10의 알킬렌기, 상기 일반식(3)로 나타내는 기, 식 「-SO2-」혹은 「-CO-」로 나타내는 기, 산소 원자, 또는 단결합을 나타낸다.
상기 일반식(2-1) 및 상기 일반식(2-2)에서의 X3 및 X4로서는 상기 일반식(1)에서의 X2에서 설명한 것과 동일한 것을 들 수 있다. 또, 상기 일반식(2-1) 및 상기 일반식(2-2)에서의 R3 및 R4로서는 상기 일반식(1)에서의 R2에서 설명한 것과 동일할 수 있고, 또한 상기 일반식(2-1) 및 상기 일반식(2-2)에서의 d 및 e로서는 상기 일반식(1)에서의 b에서 설명한 것과 동일할 수 있다.
이와 같은 벤조옥사진계 화합물로서는 상기 일반식(2-1)로 나타내는 화합물 및 상기 일반식(2-2)로 나타내는 화합물 중, 상기 일반식(2-1)로 나타내는 화합물인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 수지 조성물로부터 얻어지는 경화물로 구성되는 몰드부(50)는 보다 뛰어난 내열성을 발휘하는 것이 된다.
또, 상기 일반식(2-1)로 나타내는 화합물은 상기 X3이 탄소수 1~3의 직쇄상 혹은 분기쇄상의 알킬렌기이며, R3이 1 또는 2의 탄화수소기이고, d가 0~2의 정수인 것이 바람직하다. 또는 상기 X3은 상기 식(i), (ii)의 어느 하나로 나타내는 기이며, f가 0인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 이러한 기를 구비하는 수지 조성물로부터 얻어지는 경화물로 구성되는 몰드부(50)는 보다 뛰어난 내열성을 발휘하는 것이 된다.
여기서, 상기 일반식(2-1)로 나타내는 화합물의 바람직한 구체예로서는, 예를 들면 하기 식(2-1a), (2-1b), (2-1c), (2-1d)로 나타내는 것을 들 수 있다. 이들 중에서도, 하기 식(2-1a)로 나타내는 화합물이 보다 바람직하게 사용된다.
Figure pct00007
또, 수지 조성물 중에서의, 상기 일반식(1)로 나타내는 말레이미드계 화합물과, 상기 일반식(2-1) 및 상기 일반식(2-2)로 나타내는 벤조옥사진계 화합물 중 적어도 1종의 배합 비율은 당량비로 1:0.1~1:4인 것이 바람직하고, 1:0.2~1:3인 것이 보다 바람직하다. 이것에 의해, 수지 조성물로부터 얻어지는 경화물로 구성되는 몰드부(50)의 내열성을 보다 뛰어난 것으로 할 수 있는데 더하여 성형 가공성과 수지 조성물이 경화할 때의 경화성을 양립시킬 수 있다.
또한, 본 명세서 중에서, 상기 당량비란, 수지 조성물 중에 포함되는 말레이미드계 화합물이 가지는 말레이미드기의 수와, 벤조옥사진계 화합물이 가지는 벤조옥사진기의 수의 비를 말한다.
[경화 촉매]
경화 촉매는 수지 조성물에 포함되는 주재료 중 하나이며, 상기 일반식(1)로 나타내는 말레이미드계 화합물과, 상기 일반식(2-1) 및 상기 일반식(2-2)로 나타내는 벤조옥사진계 화합물 중 적어도 1종의 중합 반응을 촉진하는 촉매(경화촉진제)로서의 기능을 가지는 것이다.
경화 촉매로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 포스핀 화합물, 포스포늄염을 가지는 화합물, 이미다졸계 화합물 등을 들 수 있고, 이들 1종 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다. 이들 중에서도 이미다졸계 화합물이 바람직하다. 이미다졸계 화합물은 특히 뛰어난 상기 촉매로서의 기능을 가지는 점에서, 상기 일반식(1)로 나타내는 말레이미드계 화합물과, 상기 일반식(2-1) 및 상기 일반식(2-2)로 나타내는 벤조옥사진계 화합물 중 적어도 1종의 중합 반응을 보다 확실히 촉진시킬 수 있다.
이미다졸계 화합물로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-에틸이미다졸, 2,4-디메틸이미다졸, 2-운데실이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸, 1-벤질-2-메틸이미다졸, 2-페닐-4,5-디히드록시메틸이미다졸, 2-페닐-4-메틸-5-히드록시 메틸이미다졸, 1-비닐-2-메틸이미다졸, 1-프로필-2-메틸이미다졸, 2-이소프로필이미다졸, 1-시아노메틸-2-메틸-이미다졸, 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-운데실이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐이미다졸 등을 들 수 있고, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다. 이들 중에서도, 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-운데실이미다졸, 및 2-에틸-4-메틸이미다졸인 것이 바람직하다. 이들 화합물을 이용함으로써, 상기 화합물의 반응이 보다 촉진되어 성형 가공성이 향상되면서, 얻어지는 경화물의 내열성이 향상된다는 이점이 얻어진다.
경화 촉매(이미다졸계 화합물)의 함유량은 상기 일반식(1)로 나타내는 이미다졸계 화합물과 상기 일반식(2-1) 및 상기 일반식(2-2)로 나타내는 벤조옥사진계 화합물의 합계 100중량부에 대해, 0.1~5.0중량부인 것이 바람직하고, 0.1~3.0중량부인 것이 보다 바람직하며, 0.3~1.5중량부인 것이 특히 바람직하다. 경화 촉매의 함유량을 이러한 범위 내로 설정함으로써, 수지 조성물로부터 얻어지는 경화물로 구성되는 몰드부(50)의 내열성을 보다 뛰어난 것으로 할 수 있다.
또한, 포스핀 화합물로서는 에틸포스핀, 프로필포스핀과 같은 알킬포스핀, 페닐포스핀 등의 1급 포스핀; 디메틸포스핀, 디에틸포스핀과 같은 디알킬포스핀, 디페닐포스핀, 메틸페닐포스핀, 에틸페닐포스핀 등의 2급 포스핀; 트리메틸 포스핀, 트리에틸포스핀, 트리부틸포스핀, 트리옥틸포스핀과 같은 트리알킬포스핀, 트리시클로헥실포스핀, 트리페닐포스핀, 알킬디페닐포스핀, 디알킬페닐포스핀, 트리벤질포스핀, 트리톨릴포스핀, 트리-p-스티릴포스핀, 트리스(2,6-디메톡시페닐)포스핀, 트리-4-메틸페닐포스핀, 트리-4-메톡시페닐포스핀, 트리-2-시아노에틸포스핀 등의 3급 포스핀 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 3급 포스핀이 바람직하게 사용된다.
또, 포스포늄염을 가지는 화합물로서는 테트라페닐포스포늄염, 알킬트리페닐포스포늄염 등을 가지는 화합물을 들 수 있고, 구체적으로는 테트라페닐포스포늄티오시아네이트, 테트라페닐포스포늄테트라-p-메틸페닐보레이트, 부틸트리페닐포스포늄티오시아네이트 등을 들 수 있다.
[무기 충전재]
무기 충전재는 수지 조성물에 포함되는 주재료 중 하나이며, 수지 조성물의 흡습량의 증가나, 강도의 저하를 저감하는 기능을 가지는 것이다.
무기 충전재로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 용융 실리카, 결정 실리카, 알루미나, 질화 규소 및 질화 알루미늄 등을 들 수 있으며, 용융 실리카가 바람직하게 사용되고, 구상인 용융 실리카가 보다 바람직하게 사용된다. 이들 무기질 충전재는 1종류를 단독으로 이용해도 2종류 이상을 혼합해 사용해도 된다. 또 이들이 커플링제로 표면 처리되어 있어도 상관없다.
무기 충전재의 입경은 금형 캐비티(cavity)로의 충전성의 관점에서, 0.01㎛ 이상, 150㎛ 이하인 것이 바람직하다. 무기 충전재의 최대 입경에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 무기 충전재의 조대(粗大) 입자가 좁아진 와이어 사이에 낌으로써 생기는 와이어 흐름 등의 결함의 방지를 고려하면, 105㎛ 이하인 것이 바람직하고, 75㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.
수지 조성물 중에서의 무기 충전재의 양의 하한값은 수지 조성물의 전중량에 대해서, 바람직하게는 65중량% 이상이며, 보다 바람직하게는 67중량% 이상이고, 추가로 바람직하게는 70중량% 이상이다. 하한값이 상기 범위 내이면, 얻어지는 수지 조성물의 경화에 수반하는 흡습량의 증가나, 강도의 저하를 저감할 수 있고, 따라서 양호한 내(耐)납땜 크랙성을 가지는 경화물을 얻을 수 있다.
또, 수지 조성물 중의 무기 충전재의 양의 상한값은 수지 조성물의 전중량에 대해서, 바람직하게는 93중량% 이하이며, 보다 바람직하게는 91중량% 이하이고, 추가로 바람직하게는 90중량% 이하이다. 상한값이 상기 범위 내이면, 얻어지는 수지 조성물은 양호한 유동성을 가지면서, 양호한 성형성을 구비한다.
이들 중에서도, 무기 충전재의 양은 수지 조성물의 전중량에 대해서, 65중량% 이상 93중량% 이하인 것이 바람직하고, 70중량% 이상 90중량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
[그 밖의 성분]
또, 본 발명의 반도체 봉지용 수지 조성물에는 상기 일반식(1)로 나타내는 말레이미드계 화합물과, 상기 일반식(2-1) 및 상기 일반식(2-2)로 나타내는 벤조옥사진계 화합물 중 적어도 1종과, 경화 촉매와, 무기 충전재 외에, 추가로 필요에 따라 이하에 나타내는 것과 같은 그 밖의 성분이 포함되어 있어도 된다.
[밀착 조제]
밀착 조제는 수지 조성물을 경화시킴으로써 얻어지는 경화물로 구성되는 몰드부(50)와, 반도체 장치(10)에서의 몰드부(50) 이외의 다른 부재와의 밀착성을 향상시키는 기능을 가지는 것이다.
밀착 조제로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 트리아졸계 화합물 등을 들 수 있으며 이 트리아졸계 화합물로서는 1,2,4-트리아졸환을 가지는 화합물, 1,2,3-트리아졸환을 가지는 화합물을 들 수 있다. 구체적인 화합물로서는, 예를 들면 3-아미노-1,2,4-트리아졸, 4-아미노-1,2,3-트리아졸, 3-아미노-1,2,4-트리아졸-5-카르복시산, 3-머캅토-1,2,4-트리아졸, 4-머캅토-1,2,3-트리아졸, 3,5-디아미노-1,2,4-트리아졸, 3,5-디머캅토-1,2,4-트리아졸, 4,5-디머캅토-1,2,3-트리아졸, 3-아미노-5-머캅토-1,2,4-트리아졸, 4-아미노-5-머캅토-1,2,3-트리아졸, 3-히드라지노-4-아미노-5-머캅토-1,2,4-트리아졸 및 5-머캅토-1,2,4-트리아졸-3-메탄올 등을 들 수 있고, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다. 이들 중, 적어도 1개의 머캅토기를 가지는 1,2,4- 또는 1,2,3-트리아졸 화합물인 것이 바람직하고, 3-아미노-5-머캅토-1,2,4-트리아졸이 보다 바람직하다.
수지 조성물 중에서의 밀착 조제의 함유량은 전체 수지 조성물 100중량부에 대해서, 0.01~2중량부인 것이 바람직하고, 0.03~1중량부인 것이 보다 바람직하다. 밀착 조제의 함유량을 이러한 범위 내로 설정함으로써, 상기 효과를 보다 현저하게 발휘시킬 수 있다.
또한, 밀착 조제로서, 트리아졸계 화합물을 이용한 경우, 트리아졸계 화합물은 상기 일반식(1)로 나타내는 말레이미드계 화합물과, 상기 일반식(2-1) 및 상기 일반식(2-2)로 나타내는 벤조옥사진계 화합물 중 적어도 1종의 중합 반응을 촉진하는 기능도 겸비하기 때문에, 밀착 조제와 경화 촉매로서의 기능을 발휘시킬 수 있다.
[커플링제]
커플링제는 수지 조성물 중에 포함되는 수지 성분과 무기 충전재의 밀착성을 향상시켜 기능을 가지는 것으로, 예를 들면 실란 커플링제 등이 이용된다.
실란 커플링제로서는 각종의 것을 이용할 수 있지만, 예를 들면 에폭시실란, 아미노실란, 알킬실란, 우레이드실란, 머캅토실란, 비닐실란 등을 들 수 있다.
구체적인 화합물로서는, 예를 들면 γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-페닐γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-페닐γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-6-(아미노헥실)3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(3-(트리메톡시실릴프로필)-1,3-벤젠디메타난, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-머캅토프로필트리메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, γ-우레이드프로필트리에톡시실란, 비닐트리에톡시실란 등을 들 수 있고, 이들 중 1종 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다. 이들 중 에폭시실란, 머캅토실란, 아미노실란이 바람직하고, 아미노실란으로서는 1급 아미노실란 또는 아닐리노실란이 보다 바람직하다.
실란 커플링제 등의 커플링제의 배합 비율의 하한값으로서는 전체 수지 조성물 중 0.01중량% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05중량% 이상, 특히 바람직하게는 0.1중량% 이상이다. 실란 커플링제 등의 커플링제의 배합 비율의 하한값이 상기 범위 내이면, 상기 수지 성분과 무기 충전재의 계면 강도가 저하되는 경우가 없고, 반도체 장치에서의 양호한 내납땜 크랙성을 얻을 수 있다. 또, 실란 커플링제 등의 커플링제의 배합 비율의 상한값으로서는 전체 수지 조성물 중 1중량% 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.8중량% 이하, 특히 바람직하게는 0.6중량% 이하이다. 실란 커플링제의 배합 비율의 상한값이 상기 범위 내이면, 수지 성분과 무기 충전재의 계면 강도가 저하되는 경우가 없고, 반도체 장치에서의 양호한 내납땜 크랙성을 얻을 수 있다. 이들 중에서도, 커플링제의 배합 비율은 전체 수지 조성물 중, 0.01중량% 이상 1중량% 이하가 바람직하고, 0.05중량% 이상 0.8중량% 이하가 보다 바람직하며, 0.1중량% 이상 0.6중량% 이하가 보다 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명에 이용되는 반도체 봉지용 수지 조성물은 상기 일반식(1)로 나타내는 말레이미드계 화합물과, 상기 일반식(2-1) 및 상기 일반식(2-2)로 나타내는 벤조옥사진계 화합물 중 적어도 1종과, 경화 촉매와, 무기 충전재를 포함하는 것이지만, 상술한 그 밖의 성분 외에, 추가로 필요에 따라 카르나우바 왁스 등의 천연 왁스, 폴리에틸렌 왁스 등의 합성 왁스, 스테아르산이나 스테아르산아연 등의 고급 지방산과 그 금속 염류 및 파라핀 등의 이형제; 카본 블랙, 벤가라(적산화철), 산화 티탄, 프탈로시아닌, 페릴렌 블랙 등의 착색제; 하이드로탈사이트류나, 마그네슘, 알루미늄, 비스무트, 티탄, 지르코늄으로부터 선택되는 원소의 함수산화물 등의 이온 트랩제; 실리콘 오일, 고무 등의 저응력 첨가제; 브롬화 에폭시 수지나 삼산화 안티몬, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 붕산 아연, 몰리브덴산 아연, 포스파젠 등의 난연제; 힌더드페놀, 인 화합물 등의 산화 방지제 등의 각종 첨가제를 적절히 배합해도 지장없다.
수지 조성물을 상술한 구성 재료로 구성되는 것으로 함으로써, 이 수지 조성물을 경화시킴으로써 얻어지는 경화물로 구성되는 몰드부(50)의 내열성을 향상시킬 수 있지만, 이러한 몰드부(50)를 구비하는 반도체 장치(10)가 300℃에 이르는 고온 하에서도 동작하는 것이 요구되기 때문에, 몰드부(경화물)(50)의 내열성은, 예를 들면 이하와 같은 지표를 이용해 평가된다.
수지 조성물을 경화시킴으로써 얻어지는 경화물의 25℃에서의 탄성률을 A[GPa]로 하고, 상기 경화물의 250℃에서의 탄성률을 B[GPa]로 했을 때, 0.1≤(A-B)/A≤0.9 되는 관계를 만족하는 것이 바람직하고, 0.1≤(A-B)/A≤0.7 되는 관계를 만족하는 것이 보다 바람직하다.
여기서, 이 지표는 경화물의 25℃에서의 탄성률 A와 경화물의 250℃에서의 탄성률 B의 차이를 경화물의 25℃에서의 탄성률 A로 나눈 것으로, 경화물의 25℃에서의 탄성률 A와 경화물의 250℃에서의 탄성률 B의 차이가 작을수록 그 값, 즉 [(A-B)/A]는 작아진다. 추가로, 경화물의 25℃에서의 탄성률 A와 경화물의 250℃에서의 탄성률 B의 차이가 작은 것은 상온시(반도체 칩 미구동시)의 탄성률과 고온시(반도체 칩 구동시)의 탄성률의 차이가 작고, 뛰어난 내열성을 가지고 있는 것이라고 할 수 있다. 따라서, [(A-B)/A]를 상기 범위 내로 설정함으로써, 수지 조성물을 경화시킴으로써 얻어지는 경화물로 구성되는 몰드부(50)에 뛰어난 내열성을 발휘시킬 수 있다.
또, 경화물의 25℃에서의 탄성률 A는 10~50GPa인 것이 바람직하고, 15~25GPa인 것이 보다 바람직하다. 탄성률 A를 이러한 범위 내로 설정함으로써, 상기 [(A-B)/A]를 용이하게 상기 범위 내로 설정할 수 있어 상기 경화물을 보다 확실히 내열성이 뛰어난 것으로 할 수 있다.
추가로, 경화물의 250℃에서의 탄성률 B는 1~30GPa인 것이 바람직하고, 5~20GPa인 것이 보다 바람직하다. 탄성률 B를 이러한 범위 내로 설정함으로써, 상기 [(A-B)/A]를 용이하게 상기 범위 내로 설정할 수 있어 상기 경화물을 보다 확실히 내열성이 뛰어난 것으로 할 수 있다.
또한, 25℃ 및 250℃에서의 탄성률은, 예를 들면 동적점탄성 장치(TA인스트루먼트사 제, 「RSA3」)를 이용하고, -30~300℃까지, 승온 속도 5℃/분, 주파수 10Hz로 측정하여 25℃ 및 250℃에서의 탄성률을 각각 읽어냄으로써 구할 수 있다.
추가로, 수지 조성물을 경화시킴으로써 얻어지는 경화물은 그 5% 감량 온도 Td5가 450℃ 이상인 것이 바람직하고, 470℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 5% 감량 온도 Td5를 가지는 몰드부(경화물)(50)는 뛰어난 내열성을 가지는 것이라고 할 수 있다.
또한, 경화물의 5% 감량 온도 Td5는, 예를 들면 열중량 시차열 분석 장치(세이코 인스트루먼트사 제, 「EXSTAR TG/DTA6200」)를 이용하고, 질소 가스 분위기 하, 승온 속도 10℃/분의 조건에서 중량 감소를 측정하며, 25℃에서의 중량에 대해, 5% 중량 감소하는 온도를 읽어냄으로써 구할 수 있다.
상기 25℃ 및 250℃에서의 탄성률, 및 상기 5% 감량 온도 Td5가 측정되는 상기 경화물로서, 저압 트랜스퍼 성형기(코타키세이키사 제, 「KTS-30」)를 이용하고, 금형 온도 200℃, 주입 압력 9.8MPa, 경화 시간 120s의 조건에서, 수지 조성물을 주입 성형하여 10mm×55mm, 두께 1.6mm로 성형하며, 250℃에서 4시간 경화시킴으로써 얻어지는 것이 사용된다.
이상과 같은 반도체 봉지용 수지 조성물은, 예를 들면 이하와 같은 반도체 봉지용 수지 조성물의 제조 방법을 이용해 제조할 수 있다.
<반도체 봉지용 수지 조성물의 제조 방법>
도 2는 반도체 봉지용 수지 조성물의 제조 방법의 일례를 나타내는 공정 개략도이다.
이하, 수지 조성물의 제조 방법의 각 공정에 대해서 차례로 설명한다.
(혼련 공정)
본 공정은 상기 일반식(1)로 나타내는 말레이미드계 화합물과, 상기 일반식(2-1) 및 상기 일반식(2-2)로 나타내는 벤조옥사진계 화합물 중 적어도 1종과, 경화 촉매와, 무기 충전재와, 필요에 따라 그 밖의 화합물을 혼합(분산 혼합), 가열 용융, 혼련함으로써 혼련물을 얻는 공정이다.
이하, 본 공정에 대해 상술한다.
<1> 우선, 상술한 수지 조성물의 구성 재료, 즉 상기 일반식(1)로 나타내는 말레이미드계 화합물과, 상기 일반식(2-1) 및 상기 일반식(2-2)로 나타내는 벤조옥사진계 화합물 중 적어도 1종과, 경화 촉매와, 무기 충전재에 대해서 소정량 칭량 하고, 이들을 배합함으로써 조성분(組成分)을 조제한다. 그리고, 이 조성분을, 예를 들면 믹서, 제트 밀 및 볼 밀 등을 이용해 상온에서 균일하게 분쇄, 혼합(분산 혼합)한다.
<2> 다음으로, 혼련기를 이용해 조성분을 가온하면서 용융해 혼련을 실시하여 혼련물을 얻은 후, 이 혼련물을 냉각한다.
혼련기로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 가열 롤, 니더 및 압출기 등을 이용할 수 있다.
또, 조성분을 용융시킬 때의 온도는 조성분의 구성 재료에 따라 약간 상이하지만, 통상 바람직하게는 50~150℃, 보다 바람직하게는 90~130℃로 설정된다. 이것에 의해, 상기 일반식(1)로 나타내는 말레이미드계 화합물과, 상기 일반식(2-1) 및/또는 상기 일반식(2-2)로 나타내는 벤조옥사진계 화합물의 양쪽을 용융 상태로 할 수 있기 때문에, 조성분에 포함되는 각 수지 성분이 균일하게 분산되어 있는 조성분으로 구성되는 혼련물을 확실히 얻을 수 있다.
(분쇄 공정)
본 공정은 혼련 공정에서 얻어진 상기 혼련물을 분쇄함으로써, 분체로 구성되는 수지 조성물(분쇄물로 된 혼련물)을 얻는 공정이다.
이 때, 혼련물의 분쇄는 압축, 충격, 전단, 마찰(마쇄) 및 냉동으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종류의 외력에 의해 분쇄를 실시할 수 있다. 보다 구체적으로는, 예를 들면 윙 밀(산쇼인 산업사 제), 마이티 밀(산쇼인 산업사 제), 제트 밀 등의 기류식 분쇄기; 진동 볼 밀, 연속식 회전 볼 밀, 배치식 볼 밀 등의 볼 밀; 습식 포트 밀, 유성 포트 밀 등의 포트 밀; 해머 밀; 롤러 밀 등의 분쇄기를 들 수 있고, 이들 중 1종 또는 2종 이상인 것을 조합하여 이용할 수 있다. 이들 중에서도, 제트 밀, 볼 밀, 해머 밀 및 포트 밀이 바람직하고, 제트 밀이 보다 바람직하다. 이것에 의해, 후술하는 메디안 지름을 가지는 분체를 확실히 얻을 수 있다.
혼련물을 분쇄하여 분체를 얻을 때의 온도는 40℃ 이하로 설정되어 있는 것이 바람직하고, 10~30℃인 것이 보다 바람직하다. 이것에 의해, 혼련물이 분쇄됨으로써 형성된 분체가 용융 상태가 되고, 이것에 기인하여 인접하는 분체끼리 응집해 덩어리를 형성해 버리는 것을 확실히 방지할 수 있기 때문에, 분체가 입자상의 형태를 유지하게 된다.
또한, 본 발명에서는 혼련물을 분쇄하여 분체를 얻을 때의 온도는 상기 혼련물을 분쇄한 직후의 온도이다.
또, 수지 조성물 중에 포함되는 각 구성 재료에서, 융점의 개념이 없는 것을 이용하는 경우에 대해서는 그것의 「융점」이란, 본 명세서 중에서는 「연화점」을 의미하는 것으로 한다.
이상과 같은 공정을 거침으로써, 분체로 구성되는 수지 조성물을 얻을 수 있다.
또한, 수지 조성물은 전술한 바와 같이, 분체로 구성되는 것으로 하여 보관, 수송해도 되지만, 그 보관, 수송 및 성형 작업의 용이성의 관점에서 수지 성형체로 해도 된다.
이하, 수지 성형체로서, 상술한 분체를 이용하여 타블렛을 얻는 경우를 일례로 설명한다.
(수지 성형체 성형 공정)
본 공정은 분쇄 공정에서 얻어진 분체로 구성되는 수지 조성물을 성형(수지 성형체 성형)해 타블렛상으로 함으로써, 타블렛(수지 성형체)으로 구성되는 수지 조성물을 얻는 공정이다.
타블렛(수지 성형체)은, 예를 들면 상기 분체를 가압해 타블렛상으로 성형함으로써 얻을 수 있다.
이상과 같은 공정을 거침으로써, 타블렛으로 구성되는 수지 조성물을 얻을 수 있다.
또한, 수지 성형체는 타블렛상의 타블렛으로 한정되지 않고, 그 외에 시트상, 직사각형상, 펠릿상의 것 등이어도 된다.
이상과 같은 수지 조성물을 이용하여 반도체 장치(10)는, 예를 들면 이하와 같은 반도체 장치의 제조 방법을 이용해 제조된다.
<반도체 장치의 제조 방법>
반도체 장치의 제조 방법에는 상술한 수지 조성물로 구성되는 분체 및 타블렛 중 어느 쪽도 이용할 수 있다.
타블렛을 이용해 반도체 장치를 제조하는 방법으로서는, 예를 들면 전술한 반도체 장치(10)를 구성하는 각 부재 중 몰드부(50)를 제외한 각 부재를 금형 캐비티 내에 설치한 후, 타블렛을 트랜스퍼 몰드, 컴프레션 몰드 등의 성형 방법으로 성형, 경화시킴으로써, 몰드부(50)를 제외한 각 부재를 봉지하는 방법을 들 수 있다.
분체를 이용해 반도체 장치를 제조하는 방법으로서는, 예를 들면 체분 등에 의해 입도를 정리한 분체를 이용하고, 컴프레션 몰드법을 적용하여, 분체로 구성되는 수지 조성물을 성형, 경화시킴으로써, 몰드부(50)를 제외한 각 부재를 봉지하는 방법을 들 수 있다.
또, 성형 온도는 바람직하게는 150~250℃, 보다 바람직하게는 160~220℃, 더욱 바람직하게는 175~200℃로 설정된다.
추가로, 성형 시간은 바람직하게는 30~600초, 보다 바람직하게는 45~240초, 추가로 바람직하게는 60~180초로 설정된다.
수지 조성물을 성형 후에 PMC(포스트 몰드 큐어)하는 경우의 가열 온도는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 150~250℃인 것이 바람직하고, 180~220℃인 것이 보다 바람직하다.
또, 성형 후에 PMC(포스트 몰드 큐어)하는 경우의 가열 시간은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 0.5~10시간인 것이 바람직하고, 1~5시간인 것이 보다 바람직하다.
수지 조성물을 성형 후에 PMC(포스트 몰드 큐어)할 때의 조건을 상기 범위 내로 설정함으로써, 수지 조성물을 보다 확실히 경화시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 반도체 장치(10)를 콰드·플랫·패키지(QFP)에 적용하는 경우에 대해 설명했지만, 이러한 경우로 한정되지 않고, 각종 형태의 반도체 패키지에 적용할 수 있으며, 예를 들면 듀얼·인라인·패키지(DIP), 플라스틱·리드 부착 칩·캐리어(PLCC), 로우·프로파일·콰드·플랫·패키지(LQFP), 스몰·아웃라인·패키지(SOP), 스몰·아웃라인·J리드·패키지(SOJ), 박형 스몰·아웃라인·패키지(TSOP), 박형 콰드·플랫·패키지(TQFP), 테이프·캐리어·패키지(TCP), 볼·그리드·어레이(BGA), 칩·사이즈·패키지(CSP), 매트릭스·어레이·패키지·볼·그리드·어레이(MAPBGA), 칩·스택드(stacked)·칩·사이즈·패키지 등의 메모리나 로직계 소자에 적용되는 패키지에 적용할 수 있는 것 외에, 파워 트랜지스터 등의 파워계 소자를 탑재하는 TO-220 등의 패키지에도 적용할 수 있다.
이상, 본 발명의 반도체 봉지용 수지 조성물 및 반도체 장치에 대해 설명했지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 본 발명의 반도체 봉지용 수지 조성물에는 동일한 기능을 발휘할 수 있는 임의의 성분이 첨가되어 있어도 된다.
또, 본 발명의 반도체 장치의 각 부의 구성은 동일한 기능을 발휘할 수 있는 임의의 것과 치환할 수 있고, 혹은 임의의 구성의 것을 부가할 수도 있다.
실시예
다음에, 본 발명의 구체적 실시예에 대해 설명한다.
또한, 본 발명은 이들 실시예의 기재로 전혀 한정되는 것은 아니다.
1. 원재료의 준비
우선, 각 실시예 및 비교예의 수지 조성물로 이용한 원재료를 이하에 나타낸다.
또한, 특별히 기재하지 않는 한, 각 성분의 배합량은 중량부로 한다.
(말레이미드계 화합물 1)
말레이미드계 화합물(BMI) 1로서, 상기 식(1a)로 나타내는 화합물을 준비했다. 또한, 이러한 화합물의 n1이 평균으로 1.6, 중량 평균 분자량은 654, 말레이미드 당량은 182g/eq이다.
(말레이미드계 화합물 2)
말레이미드계 화합물(BMI) 2로서, 하기 식(1a')로 나타내는 화합물을 준비했다. 또한, 이러한 화합물의 분자량은 358, 말레이미드 당량은 179g/eq이다.
Figure pct00008
(벤조옥사진계 화합물 1)
벤조옥사진계 화합물(P-d형 벤조옥사진) 1로서, 상기 식(2-1a)로 나타내는 화합물을 준비했다. 또한, 이러한 화합물의 분자량은 434, 벤조옥사진 당량은 217g/eq이다.
(벤조옥사진계 화합물 2)
벤조옥사진계 화합물(F-a형 벤조옥사진) 2로서, 하기 식(4)로 나타내는 화합물을 준비했다. 또한, 이러한 화합물의 분자량은 436, 벤조옥사진 당량은 218g/eq이다.
Figure pct00009
(에폭시계 화합물 1)
에폭시계 화합물 1로서, 테트라메틸비페닐형 에폭시 수지(미츠비시 화학(주) 제, YX4000K, 에폭시 당량 185g/eq)을 준비했다.
(페놀계 화합물 1)
페놀계 화합물 1로서, 페놀 노볼락형 페놀 수지(스미토모 베이크라이트(주) 제, PR-51714, 수산기 당량 104g/eq)를 준비했다.
(이미다졸계 화합물 1)
이미다졸계 화합물 1로서, 2-메틸이미다졸을 준비했다.
(이미다졸계 화합물 2)
이미다졸계 화합물 2로서, 2-운데실이미다졸을 준비했다.
(밀착 조제 1)
밀착 조제 1로서, 3-아미노-5-머캅토-1,2,4-트리아졸을 준비했다.
(밀착 조제 2)
밀착 조제 2로서, 4-아미노-1,2,3-트리아졸을 준비했다.
(무기 충전재 1)
무기 충전재 1로서, 용융 구상 실리카(평균 입경 30㎛)를 준비했다.
(실란 커플링제 1)
실란 커플링제 1로서, γ-머캅토프로필트리메톡시실란을 준비했다.
2. 수지 조성물의 제조
[실시예 1]
우선, 말레이미드계 화합물 1(71.43중량부), 벤조옥사진계 화합물 1(28.57중량부)와, 이미다졸계 화합물 1(1.00중량부), 무기 충전재 1(365.00중량부), 밀착 조제 1(1.00중량부), 실란 커플링제 1(0.50중량부)를 각각 칭량하고, 이들을 믹서를 이용해 혼합한 후, 롤을 이용해 100℃, 5분 혼련함으로써 혼련물을 얻었다. 그 다음에, 이 혼련물을 냉각 후 분쇄함으로써, 분체로 구성되는 실시예 1의 수지 조성물을 얻었다.
[실시예 2~10, 비교예 1, 2]
말레이미드계 화합물, 벤조옥사진계 화합물, 경화 촉매, 밀착 조제, 무기 충전재, 실란 커플링제의 종류 및 칭량하는 양을 제1표에 나타내는 바와 같이 변경한 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 하여, 실시예 2~10, 비교예 1, 2의 수지 조성물을 얻었다.
[비교예 3]
말레이미드계 화합물 1(71.43중량부) 및 벤조옥사진계 화합물 1(28.57중량부)을 대신하여, 에폭시계 화합물 1(64.00중량부), 페놀계 화합물 1(36.00중량부)를 첨가하도록 한 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 하여, 비교예 3의 수지 조성물을 얻었다.
[비교예 4]
무기 충전재 1(365.00중량부)의 첨가를 생략하도록 한 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 하여, 비교예 4의 수지 조성물을 얻었다.
3. 평가
얻어진 각 실시예 및 비교예의 수지 조성물을 이하의 방법으로 평가했다.
3-1. 탄성률의 평가
저압 트랜스퍼 성형기(코타키세이키사 제, 「KTS-30」)를 이용하고, 금형 온도 200℃, 주입 압력 9.8MPa, 경화 시간 120s의 조건에서 각 실시예 및 비교예의 수지 조성물을 주입 성형하여 10mm×55mm, 두께 1.6mm로 성형하며, 250℃에서 4시간 경화시킴으로써 각 실시예 및 비교예의 시험편을 제작했다.
다음에, 각 실시예 및 비교예의 시험편에 대해서, 동적점탄성 장치(TA인스트루먼트사 제, 「RSA3」)를 이용하고, -30~300℃까지, 승온 속도 5℃/분, 주파수 10Hz에서 측정하여 25℃에서의 탄성률 A 및 250℃에서의 탄성률 B를 각각 읽어냄으로써 구했다.
그리고, 얻어진 25℃에서의 탄성률 A 및 250℃에서의 탄성률 B로부터 (A-B)/A를 구했다.
3-2. 5% 감량 온도 Td5의 평가
저압 트랜스퍼 성형기(코타키세이키사 제, 「KTS-30」)를 이용하고, 금형 온도 200℃, 주입 압력 9.8MPa, 경화 시간 120s의 조건에서 각 실시예 및 비교예의 수지 조성물을 주입 성형하여 10mm×55mm, 두께 1.6mm로 성형하며, 250℃에서 4시간 경화시킨 후에 분쇄함으로써 각 실시예 및 비교예의 시험 샘플을 제작했다.
다음에, 각 실시예 및 비교예의 시험 샘플에 대해서, 열중량 시차열 분석 장치(세이코 인스트루먼트사 제, 「EXSTAR TG/DTA6200」)를 이용하고, 질소 가스 분위기 하, 승온 속도 10℃/분의 조건에서 중량 감소를 측정하여 25℃에서의 중량에 대해, 5% 중량 감소하는 온도를 읽어냄으로써, 5% 감량 온도 Td5를 구했다.
3-3. 성형 가공성의 평가
저압 트랜스퍼 성형기(코타키세이키(주) 제, KTS-15)를 이용하고, EMMI-1-66에 준한 스파이럴 플로우 측정용의 금형에 금형 온도 200℃, 주입 압력 6.9MPa, 보압 시간 120초의 조건에서 각 실시예 및 비교예의 봉지 수지 조성물을 주입, 경화시켜 스파이럴 플로우를 측정했다.
또, 판정 기준은 스파이럴 플로우가 80cm 이상, 250cm 이하인 것을 A, 80cm 미만인 것 또는 250cm를 초과하는 것을 B로 했다.
3-4. 경화성의 평가
경화성의 평가로서, 겔 타임의 평가를 실시했다. 각 실시예 및 비교예의 수지 조성물을 표면 온도 200℃의 열판 위에서부터 택 프리가 될 때까지의 시간을 측정해 겔 타임으로 했다.
또, 판정 기준은 겔 타임의 값이 10초 이상, 40초 이하인 것을 A, 10초 미만인 것 또는 40초를 초과하는 것을 B로 했다.
3-5. 온도 사이클성 시험
저압 트랜스퍼 성형기(코타키세이키사 제, 「KTS-30」)를 이용하고, 금형 온도 200℃, 주입 압력 9.8MPa, 경화 시간 120s로 160핀 LQFP(패키지 사이즈는 24mm×24mm, 두께 1.4mm, SiC 칩 사이즈는 7.0mm×7.0mm, 리드 프레임은 Cu제)를 성형하고 250℃에서 4시간 경화시킴으로써 테스트용 소자를 제작했다. 봉지한 테스트용 소자를 -65℃~250℃에서 500사이클 또는 1000사이클 반복해 패키지 크랙이나 부재간 박리의 유무를 판정했다(불량 수/샘플 수).
3-6. 고온 보관 시험
3-5와 동일한 방법으로 제작한 테스트용 소자를 250℃에서 500시간 또는 1000시간 연속으로 가열 처리를 하여 패키지 크랙이나 부재간 박리의 유무를 판정했다(불량 수/샘플 수).
이상과 같이 하여 얻어진 각 실시예 및 비교예의 수지 조성물에서의 평가 결과를 각각 하기의 제1표에 나타낸다.
Figure pct00010
에폭시계 화합물1: 테트라메틸비페닐형 에폭시 수지(미츠비시 화학(주) 제, YX4000K, 에폭시 당량 185g/eq)
페놀계 화합물 1: 페놀 노볼락형 페놀 수지(스미토모 베이크라이트(주) 제 PR-51714, 수산기 당량 104g/eq)
Figure pct00011
에폭시계 화합물 1: 테트라메틸비페닐형 에폭시 수지(미츠비시 화학(주) 제, YX4000K, 에폭시 당량 185g/eq)
페놀계 화합물 1: 페놀 노볼락형 페놀 수지(스미토모 베이크라이트(주) 제 PR-51714, 수산기 당량 104g/eq)
제1표에 나타낸 바와 같이, 각 실시예에서는 온도 사이클 시험 및 고온 보관 시험이 양호하고, 뛰어난 내열성을 나타내는 결과가 되었다. 또, 각 실시예에서는 (A-B)/A값이 0.1 이상, 0.9 이하의 범위 내가 되고, 추가로 5% 감량 온도 Td5가 450℃ 이상이며, 또한 성형 가공성 및 경화성이 뛰어난 결과가 되어 있었다.
이것에 비해서, 비교예 1~3에서는 각 실시예와 비교해 온도 사이클 시험 및 고온 보관 시험에서 함께 불량이 발생하고, 내열성, 성형 가공성, 경화성이 뒤떨어지는 결과가 되었다. 또 무기 충전재를 배합하지 않은 비교예 4는 성형 가공성, 경화성이 나쁘고, 시험 샘플을 제작할 수 없었다.
본 발명에 의하면, 내열성, 성형 가공성, 및 경화성이 뛰어난 반도체 봉지재를 형성할 수 있는 반도체 봉지용 수지 조성물이 제공된다.
10 반도체 장치
20 반도체 칩
21 전극 패드
22 와이어
30 다이 패드
40 리드
50 몰드부(반도체 봉지재)
60 접착층

Claims (12)

  1. 하기 일반식(1)로 나타내는 말레이미드계 화합물과,
    하기 일반식(2-1) 및 하기 일반식(2-2)로 나타내는 벤조옥사진계 화합물 중 적어도 1종과,
    경화 촉매와,
    무기 충전재를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 수지 조성물.
    [화 1]
    Figure pct00012

    상기 일반식(1), (2-1), (2-2) 중, X2, X3, 및 X4는 각각 독립적으로 탄소수 1~10의 알킬렌기, 하기 일반식(3)로 나타내는 기, 식 「-SO2-」혹은 「-CO-」로 나타내는 기, 산소 원자, 또는 단결합이다. R2, R3, 및 R4는 각각 독립적으로 탄소수 1~6의 탄화수소기이다. b, d 및 e는 각각 독립적으로 0~4의 정수, c는 0~3의 정수이다. n1은 1 이상의 정수이다.
    [화 2]
    Figure pct00013

    상기 일반식(3) 중, Y는 방향족환을 가지는 탄소수 6~30의 탄화수소기이며, n2는 0 이상의 정수이다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 일반식(1)에서의 상기 n1은 1~4인 반도체 봉지용 수지 조성물.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 일반식(1)로 나타내는 말레이미드계 화합물과, 상기 벤조옥사진계 화합물의 배합 비율은 당량비로 1:0.1~1:4인 반도체 봉지용 수지 조성물.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경화 촉매는 이미다졸계 화합물인 반도체 봉지용 수지 조성물.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경화 촉매의 함유량은 상기 말레이미드계 화합물과, 상기 벤조옥사진계 화합물의 합계 100중량부에 대해서, 0.1~5.0중량부인 반도체 봉지용 수지 조성물.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 봉지용 수지 조성물을 경화시킴으로써 얻어지는 경화물의 25℃에서의 탄성률을 A[GPa]로 하고, 상기 경화물의 250℃에서의 탄성률을 B[GPa]로 했을 때, 0.1≤(A-B)/A≤0.9 되는 관계를 만족하는 반도체 봉지용 수지 조성물.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 봉지용 수지 조성물을 경화시킴으로써 얻어지는 경화물은 그 25℃에서의 탄성률 A가 10~50GPa인 반도체 봉지용 수지 조성물.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 봉지용 수지 조성물을 경화시킴으로써 얻어지는 경화물은 그 250℃에서의 탄성률 B가 1~30GPa인 반도체 봉지용 수지 조성물.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 봉지용 수지 조성물을 경화시킴으로써 얻어지는 경화물은 그 5% 감량 온도 Td5가 450℃ 이상인 반도체 봉지용 수지 조성물.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    밀착 조제를 추가로 함유하는 반도체 봉지용 수지 조성물.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항의 반도체 봉지용 수지 조성물의 경화물에 의해, 반도체 소자를 봉지해 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 반도체 소자가 SiC(탄화규소) 및/또는 GaN(질화갈륨)를 이용한 것인 반도체 장치.
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