KR20200058566A - 봉지용 수지 조성물 및 반도체 장치 - Google Patents

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Abstract

봉지용 수지 조성물은, 성분 (A): 에폭시 수지, 성분 (B): 무기 충전재, 및, 성분 (C): 흑색계 착색제를 포함하고, 봉지용 수지 조성물의 경화물 중의 S의 함유량이, 경화물 전체에 대하여 10ppm 이하이다.

Description

봉지용 수지 조성물 및 반도체 장치
본 발명은, 봉지용(封止用) 수지 조성물 및 반도체 장치에 관한 것이다.
반도체 패키지의 전기 특성을 향상시키기 위한 기술로서 특허문헌 1(일본 공개특허공보 2007-161990호)에 기재된 것이 있다. 동 문헌에는, 에폭시 수지, 경화제 및 미리 수지와 전기 비저항이 특정의 범위에 있는 착색제를 혼합한 착색제 수지 혼합물을 함유하는 봉지용 에폭시 수지 성형 재료에 대하여 기재되어 있다. 동 문헌에 의하면, 이러한 봉지용 에폭시 수지 성형 재료는, 유동성, 경화성 및 착색성이 양호하고, 패드간이나 와이어간 거리가 좁은 전자 부품 장치에 봉지용 재료로서 이용한 경우에서도 전기 특성이 우수한 전자 부품 장치가 얻어진다고 인식되고 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2007-161990호
그런데, 반도체 패키지에 있어서, 칩과 리드 프레임을 도통시키기 위하여 종래는 Au 와이어를 이용했지만, 저코스트화를 위하여 최근, Cu 와이어가 많이 채용되고 있다.
Cu 와이어는, Au 와이어에 비하여, 저가이지만 화학적 안정성이 뒤떨어지고, 봉지재에 포함되는 할로젠 이온, pH, 황계 불순물에 의하여 열화하는 것이 고려되고 있다. 특히, 반도체 패키지의 적용 범위가 확장되어, 고온 환경하에서의 사용도 증가해왔다는 점에서, 고온 동작시에서의 황계 불순물에 의한 고온 보관 특성(High Temperature Storage Life: HTSL)의 악화가 Cu 와이어를 이용할 때의 과제로서 들 수 있다.
따라서, 본 발명자가 검토한바, 종래의 봉지재를 이용한 경우, Cu 와이어를 포함한 반도체 장치에 적용되는 경우에도, 얻어지는 반도체 장치의 HTSL 특성이 우수함과 함께, 레이저 날인(捺印)성이 우수한 반도체 장치를 얻는다는 점에서, 또한 개선의 여지가 있었다.
본 발명에 의하면,
이하의 성분 (A)~(C):
(A) 에폭시 수지,
(B) 무기 충전재, 및
(C) 흑색계 착색제
를 포함하는, 봉지용 수지 조성물로서,
이하의 제작 방법으로 얻어지는 시험편을 이하의 방법으로 측정함으로써 얻어지는, 당해 봉지용 수지 조성물의 경화물 중의 S의 함유량이, 상기 경화물 전체에 대하여 10ppm 이하인, 봉지용 수지 조성물이 제공된다.
(시료 제작 방법)
트랜스퍼 성형기를 이용하여, 금형 온도 175℃, 주입 압력 7.4MPa, 경화 시간 2분에서, 직경 50mm, 두께 3mm의 성형품을 성형하고, 175℃, 4시간에서 후경화하여 원판형의 시료를 얻는다.
(S의 함유량의 측정 방법)
파장 분산형 형광 X선 분석 장치(시마즈 세이사쿠쇼사제, XRF-1800)를 이용하여, 관 전압 40kV, 관 전류 95mA의 조건으로 상기 시료 중의 황 농도를 측정한다.
또, 본 발명에 의하면, 상기 본 발명에 있어서의 봉지용 수지 조성물로 반도체 소자를 봉지하여 이루어지는, 반도체 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, Cu 와이어를 포함하는 반도체 장치에 적용되는 경우에도, 얻어지는 반도체 장치의 HTSL 특성이 우수함과 함께, 레이저 날인성이 우수한 반도체 장치를 얻을 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 있어서의 반도체 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
이하, 실시형태에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 모든 도면에 있어서, 동일한 구성 요소에는 공통의 부호를 붙이고, 적절히 설명을 생략한다. 또, 도는 개략도이며, 실제의 길이 비율과는 반드시 일치하지 않는다. 또, 수치 범위의 "A~B"는 언급이 없으면, "A 이상 B 이하"를 나타낸다.
본 실시형태에 있어서, 봉지용 수지 조성물은, 이하의 성분 (A)~(C)를 포함한다.
(A) 에폭시 수지
(B) 무기 충전재, 및
(C) 흑색계 착색제
그리고, 이하의 제작 방법으로 얻어지는 시험편을 이하의 방법으로 측정함으로써 얻어지는, 봉지용 수지 조성물의 경화물 중의 S(황)의 함유량이, 경화물 전체에 대하여 10ppm 이하이다.
(시료 제작 방법)
트랜스퍼 성형기를 이용하여, 금형 온도 175℃, 주입 압력 7.4MPa, 경화 시간 2분에서, 직경 50mm, 두께 3mm의 성형품을 성형하고, 175℃, 4시간에서 후경화하여 원판형의 시료를 얻는다.
(S의 함유량의 측정 방법)
파장 분산형 형광 X선 분석 장치(시마즈 세이사쿠쇼사제, XRF-1800)를 이용하여, 관 전압 40kV, 관 전류 95mA의 조건으로 상기 시료 중의 황 농도를 측정한다.
본 실시형태에 있어서는, 봉지용 수지 조성물 중에 성분 (A)~(C)를 조합하여 이용함과 함께, 봉지용 수지 조성물의 경화물 중의 S의 함유량을 상술한 특정의 범위로 한다. 이러한 봉지용 수지 조성물을 이용함으로써, Cu 와이어를 포함하는 반도체 장치에 적용되는 경우에도, HTSL 특성 및 레이저 날인성이 우수한 반도체 장치를 얻을 수 있다.
이하, 본 실시형태에 있어서의 봉지용 수지 조성물 및 반도체 장치에 대하여 더 상세하게 설명한다.
봉지용 수지 조성물은, 예를 들면 입자형 또는 시트형이다.
입자형의 봉지용 수지 조성물로서, 구체적으로는, 태블릿형 또는 분립체인 것을 들 수 있다. 이 중, 봉지용 수지 조성물이 태블릿형인 경우, 예를 들면, 트랜스퍼 성형법을 이용하여 봉지용 수지 조성물을 성형할 수 있다. 또, 봉지용 수지 조성물이 분립체인 경우에는, 예를 들면, 압축 성형법을 이용하여 봉지용 수지 조성물을 성형할 수 있다. 여기에서, 봉지용 수지 조성물이 분립체라 함은, 분말형 또는 과립형 중 어느 하나인 경우를 의미한다.
기재는, 예를 들면, 인터포저 등의 배선 기판, 또는 리드 프레임이다. 또, 반도체 소자는, 와이어 본딩 또는 플립 칩 접속 등에 의하여, 기재에 전기적으로 접속된다.
봉지용 수지 조성물을 이용한 봉지 성형에 의하여 반도체 소자를 봉지하여 얻어지는 반도체 장치로서는, 한정되지 않지만, 예를 들면, QFP(쿼드 플랫 패키지(Quad Flat Package)), SOP(스몰 아웃라인 패키지(Small Outline Package)), BGA(볼 그리드 어레이(Ball Grid Array)), CSP(칩 사이즈 패키지(Chip Size Package)), QFN(쿼드 플랫 논-리디드 패키지(Quad Flat Non-leaded Package)), SON(스몰 아웃라인 논-리디드 패키지(Small Outline Non-leaded Package)), LF-BGA(리드 플레임 비지에이(Lead Flame BGA)) 등을 들 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 봉지용 수지 조성물은, 최근 이들 패키지의 성형에 많이 적용되는 MAP(몰드 어레이 패키지(Mold Array Package)) 성형에 의하여 형성되는 구조체에도 적용할 수 있다. 이 경우, 기재 상에 탑재되는 복수의 반도체 소자를, 봉지용 수지 조성물을 이용하여 일괄적으로 봉지함으로써 패키지가 얻어진다.
또, 상기 반도체 소자로서는, 예를 들면, 집적 회로, 대규모 집적 회로, 트랜지스터, 사이리스터, 다이오드, 고체 촬상 소자 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 봉지용 수지 조성물의 봉지 대상이 되는 반도체 소자는, 수광 소자 및 발광 소자(발광 다이오드 등) 등의 광반도체 소자를 제외한, 이른바, 광의 입출을 수반하지 않는 소자를 말한다.
본 실시형태에 있어서, 봉지용 수지 조성물의 경화물 중의 S의 함유량은, Cu 와이어와 함께 이용되는 경우에도 HTSL 특성 및 레이저 날인성이 우수한 반도체 장치를 얻는 관점에서, 상기 경화물 전체에 대하여 10ppm 이하이며, 바람직하게는 9ppm 이하, 보다 바람직하게는 8.5ppm 이하, 더 바람직하게는 7.5ppm이다.
상기 경화물 중의 S의 함유량의 하한값은 0ppm 이상이지만, 예를 들면 검출 한계값 이상이어도 되고, 구체적으로는 1ppm 이상이어도 된다.
본 실시형태에 있어서, 봉지용 수지 조성물의 경화물의 유리 전이 온도(Tg)는, 경화물의 내열성을 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 110℃ 이상이며, 보다 바람직하게는 115℃ 이상, 더 바람직하게는 125℃ 이상, 보다 더 바람직하게는 135℃ 이상이다.
또, 경화물의 유리 전이 온도의 상한에 제한은 없지만, 경화물의 인성을 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 230℃ 이하이며, 보다 바람직하게는 200℃ 이하, 더 바람직하게는 180℃ 이하이다.
여기에서, 경화물의 유리 전이 온도는, 열기계분석(Thermal Mechanical Analysis: TMA) 장치(세이코 인스트루먼트사제, TMA100)를 이용하여 측정 온도 범위 0℃~320℃, 승온 속도 5℃/분의 조건에서 측정된다. 유리 전이 온도의 더 구체적인 측정 방법은, 실시예의 항에서 후술한다.
본 실시형태에 있어서, 봉지용 수지 조성물은, 상기 성분 (A)~(C)를 포함한다. 이하, 봉지용 수지 조성물의 구성 성분에 대하여 설명한다.
(성분 (A): 에폭시 수지)
본 실시형태에 있어서, 성분 (A)의 에폭시 수지로서는, 예를 들면, 바이페닐형 에폭시 수지; 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 테트라메틸비스페놀 F형 에폭시 수지 등의 비스페놀형 에폭시 수지; 스틸벤형 에폭시 수지; 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지 등의 노볼락형 에폭시 수지; 트라이페놀메테인형 에폭시 수지, 알킬 변성 트라이페놀메테인형 에폭시 수지 등의 다관능 에폭시 수지; 페닐렌 골격 및 바이페닐렌 골격으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 또는 2의 골격을 갖는 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 페닐렌 골격 및 바이페닐렌 골격으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 또는 2의 골격을 갖는 나프톨아랄킬형 에폭시 수지 등의 페놀아랄킬형 에폭시 수지; 다이하이드록시나프탈렌형 에폭시 수지, 다이하이드록시나프탈렌의 2량체를 글리시딜에터화하여 얻어지는 에폭시 수지 등의 나프톨형 에폭시 수지; 트라이글리시딜아이소사이아누레이트, 모노알릴다이글리시딜아이소사이아누레이트 등의 트라이아진핵 함유 에폭시 수지; 다이사이클로펜타다이엔 변성 페놀형 에폭시 수지 등의 유교(有橋) 환상 탄화 수소 화합물 변성 페놀형 에폭시 수지를 들 수 있으며, 이들은 1종류를 단독으로 이용해도 2종류 이상을 병용해도 된다.
반도체 장치의 HTSL 특성 및 레이저 날인성의 밸런스를 향상시키는 관점에서, 에폭시 수지는, 바람직하게는 페닐렌 골격 함유 페놀아랄킬형 에폭시 수지, o-크레졸 노볼락형 에폭시 수지 및 바이페닐형 에폭시 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상이다.
봉지용 수지 조성물 중의 성분 (A)의 함유량은, 성형시에 적합한 유동성을 얻어 충전성이나 성형성의 향상을 도모하는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 전체를 100질량%로 했을 때, 바람직하게는 2질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 3질량% 이상, 더 바람직하게는 4질량% 이상이다.
또, 봉지용 수지 조성물을 이용하여 형성되는 봉지재를 구비하는 반도체 장치의 HTSL 특성을 향상시키는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 중의 성분 (A)의 함유량은, 봉지용 수지 조성물 전체를 100질량%로 했을 때, 바람직하게는 40질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 30질량% 이하, 더 바람직하게는 15질량% 이하, 보다 더 바람직하게는 10질량% 이하이다.
(성분 (B): 무기 충전재)
본 실시형태에 있어서, 성분 (B)의 무기 충전재로서는, 일반적으로 반도체 봉지용 수지 조성물에 사용되고 있는 것을 이용할 수 있다. 무기 충전재의 구체예로서, 용융 실리카, 결정 실리카 등의 실리카; 알루미나; 탤크; 산화 타이타늄; 질화 규소; 질화 알루미늄을 들 수 있다. 이들 무기 충전재는, 1종을 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
이들 중에서도, 범용성이 우수한 관점에서, 실리카를 이용하는 것이 바람직하고, 용융 실리카를 이용하는 것이 보다 바람직하다. 또, 실리카의 형상은 바람직하게는 구상(球狀)이다.
봉지용 수지 조성물 중의 성분 (B)의 함유량은, 봉지용 수지 조성물을 이용하여 형성되는 봉지재의 저흡습성 및 저열팽창성을 향상시켜, 얻어지는 반도체 장치의 내습 신뢰성이나 내(耐)리플로성을 보다 효과적으로 향상시키는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 전체를 100질량%로 했을 때, 바람직하게는 50질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 70질량% 이상, 더 바람직하게는 80질량% 이상이다.
또, 봉지용 수지 조성물의 성형시에 있어서의 유동성이나 충전성을 보다 효과적으로 향상시키는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 중의 성분 (B)의 함유량은, 봉지용 수지 조성물 전체를 100질량%로 했을 때, 바람직하게는 95질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 93질량% 이하, 더 바람직하게는 90질량% 이하이다.
(성분 (C): 흑색계 착색제)
성분 (C)의 흑색계 착색제의 구체예로서, 아세틸렌 블랙, 흑색 산화 타이타늄(타이타늄 블랙) 등을 들 수 있다.
여기에서, 흑색 산화 타이타늄은, TinO(2n-1)(n은 양의 정수)로서 존재한다. 본 실시형태에 있어서 이용되는 흑색 산화 타이타늄 TinO(2n-1)로서는, n이 4 이상 6 이하인 것을 이용하는 것이 바람직하다. n을 4 이상으로 함으로써, 봉지용 수지 조성물 중에서의 흑색 산화 타이타늄의 분산성을 향상시킬 수 있다. 한편, n을 6 이하로 함으로써, YAG 레이저 등의 레이저의 날인성을 향상시킬 수 있다. 여기에서는, 흑색 산화 타이타늄으로서 Ti4O7, Ti5O9, 및 Ti6O11 중의 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 흑색 산화 타이타늄은 Ti4O7이다.
성분 (C)는, Cu 와이어와 함께 이용되는 경우에도, HTSL 특성이 우수한 반도체 장치를 얻는 관점에서, 바람직하게는 아세틸렌 블랙을 포함하고, 보다 바람직하게는 아세틸렌 블랙으로 이루어진다.
동일한 관점에서, 봉지용 수지 조성물은, 성분 (C) 중에 불가피적으로 포함되는 원료 유래의 황의 함유량을 저감시켜 Cu 와이어를 포함하는 반도체 장치의 HTSL 특성을 더 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 퍼니스 블랙을 실질적으로 포함하지 않고, 보다 바람직하게는 아세틸렌 블랙을 포함함과 함께 퍼니스 블랙을 실질적으로 포함하지 않는다.
여기에서, 봉지용 수지 조성물이 퍼니스 블랙을 실질적으로 포함하지 않는다 함은, 봉지용 수지 조성물에 의도적으로 퍼니스 블랙이 배합되지 않는 것을 말한다.
봉지용 수지 조성물 중의 아세틸렌 블랙의 함유량은, 바람직한 봉지재의 외관을 얻는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 바람직하게는 0.10질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.20질량% 이상이다. 또, 반도체 장치의 절연 신뢰성을 향상시키는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 중의 아세틸렌 블랙의 함유량은, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 바람직하게는 1.0질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.8질량% 이하, 더 바람직하게는 0.6질량% 이하이다.
봉지용 수지 조성물 중의 성분 (C)의 함유량은, 바람직한 봉지재의 외관을 얻는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 바람직하게는 0.10질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.20질량% 이상이다. 또, 반도체 장치의 절연 신뢰성을 향상시키는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 중의 성분 (C)의 함유량은, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 바람직하게는 1.0질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.8질량% 이하, 더 바람직하게는 0.6질량% 이하이다.
또, 아세틸렌 블랙의 2차 입자의 평균 입경 d50은, 레이저 날인성을 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 1μm 이상이며, 보다 바람직하게는 3μm 이상이다.
또, 레이저 날인성을 향상시키는 관점에서, 아세틸렌 블랙의 2차 입자의 평균 입경 d50은, 바람직하게는 20μm 이하이며, 보다 바람직하게는 10μm 이하이다.
여기에서, 아세틸렌 블랙의 2차 입자의 평균 입경 d50은, 레이저 회절법에 의하여 측정된다.
본 실시형태에 있어서, 봉지용 수지 조성물은, 에폭시 수지 및 무기 충전재 이외의 성분을 포함해도 된다.
예를 들면, 봉지용 수지 조성물은, 경화제를 더 포함해도 된다.
(경화제)
경화제는, 예를 들면 중부가형의 경화제, 촉매형의 경화제, 및 축합형의 경화제의 3타입으로 크게 나눌 수 있으며, 이들의 1종 또는 2종 이상을 이용할 수 있다.
중부가형의 경화제로서는, 예를 들면 다이에틸렌트라이아민(DETA), 트라이에틸렌테트라민(TETA), 메타자일렌다이아민(MXDA) 등의 지방족 폴리아민, 다이아미노다이페닐메테인(DDM), m-페닐렌다이아민(MPDA), 다이아미노다이페닐설폰(DDS) 등의 방향족 폴리아민 외, 다이사이안다이아마이드(DICY), 유기산 다이하이드라자이드 등을 포함하는 폴리아민 화합물; 헥사하이드로 무수 프탈산(HHPA), 메틸테트라하이드로 무수 프탈산(MTHPA) 등의 지환족 산무수물, 무수 트라이멜리트산(TMA), 무수 파이로멜리트산(PMDA), 벤조페논테트라카복실산(BTDA) 등의 방향족 산무수물 등을 포함하는 산무수물; 노볼락형 페놀 수지, 폴리바이닐 페놀 등의 페놀 수지 경화제; 폴리설파이드, 싸이오에스터, 싸이오에터 등의 폴리머캅탄 화합물; 아이소사이아네이트 프리폴리머, 블록화 아이소사이아네이트 등의 아이소사이아네이트 화합물; 카복실산 함유 폴리에스터 수지 등의 유기산류; 등을 들 수 있다.
촉매형의 경화제로서는, 예를 들면 벤질다이메틸아민(BDMA), 2,4,6-트리스다이메틸아미노메틸페놀(DMP-30) 등의 3급 아민 화합물; 2-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸(EMI24) 등의 이미다졸 화합물; BF3 착체 등의 루이스산; 등을 들 수 있다.
축합형의 경화제로서는, 예를 들면 페놀 수지; 메틸올기 함유 요소 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 수지 경화제가 바람직하다. 페놀 수지 경화제로서는, 1분자 내에 페놀성 수산기를 2개 이상 갖는 모노머, 올리고머, 폴리머 전반을 이용할 수 있고, 그 분자량, 분자 구조는 한정되지 않는다.
경화제에 이용되는 페놀 수지 경화제로서는, 예를 들면 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, 비스페놀 노볼락 등의 노볼락형 페놀 수지; 폴리바이닐 페놀; 페놀·하이드록시벤즈알데하이드 수지, 트라이페놀메테인형 페놀 수지 등의 다관능형 페놀 수지; 터펜 변성 페놀 수지, 다이사이클로펜타다이엔 변성 페놀 수지 등의 변성 페놀 수지; 페닐렌 골격 및/또는 바이페닐렌 골격을 갖는 페놀아랄킬 수지, 페닐렌 및/또는 바이페닐렌 골격을 갖는 나프톨아랄킬 수지 등의 아랄킬형 페놀 수지; 비스페놀 A, 비스페놀 F 등의 비스페놀 화합물 등을 들 수 있으며, 이들은 1종류를 단독으로 이용해도 되고 2종류 이상을 병용해도 된다. 이들 중에서도, Cu 와이어를 포함하는 반도체 장치에 적용되는 경우에, HTSL 특성 및 레이저 날인성이 우수한 반도체 장치를 얻는 관점에서, 바이페닐아랄킬형 페놀 수지, 노볼락형 페놀 수지 및 페닐렌 골격 함유 페놀아랄킬 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 이용하는 것이 보다 바람직하다.
또, 본 실시형태에 있어서, 성분 (A)와 페놀 수지 경화제의 조합으로서, 바람직하게는, 바이페닐아랄킬형 에폭시 수지/바이페닐아랄킬형 페놀 수지의 조합, 오쏘크레졸 노볼락형 에폭시 수지/노볼락형 페놀 수지의 조합, 및, 바이페닐형 에폭시 수지/페놀아랄킬 수지의 조합을 들 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 봉지용 수지 조성물 중의 경화제의 함유량은, 성형시에 있어서, 우수한 유동성을 실현하고, 충전성이나 성형성의 향상을 도모하는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 바람직하게는 1질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 2질량% 이상, 더 바람직하게는 3질량% 이상이다.
또, 봉지용 수지 조성물의 경화물을 봉지재로 하는 반도체 장치에 대하여, 내습 신뢰성이나 내리플로성을 향상시키는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 중의 경화제의 함유량은, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 바람직하게는 25질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 15질량% 이하, 더 바람직하게는 10질량% 이하이다.
또, 봉지용 수지 조성물에는, 상술한 성분 이외의 성분을 포함해도 되고, 예를 들면 경화 촉진제, 커플링제, 이형제, 이온 포착제, 저응력 성분, 난연제, 및 산화 방지제 등의 각종 첨가제 중 1종 이상을 적절하게 배합할 수 있다.
경화 촉진제는, 예를 들면, 유기 포스핀, 테트라 치환 포스포늄 화합물, 포스포베타인 화합물, 포스핀 화합물과 퀴논 화합물의 부가물, 포스포늄 화합물과 실레인 화합물의 부가물 등의 인 원자 함유 화합물; 1,8-다이아자바이사이클로[5.4.0]운데센-7, 벤질다이메틸아민, 2-메틸이미다졸 등이 예시되는 아미딘이나 3급 아민, 상기 아미딘이나 아민의 4급염 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 실레인 화합물의 부가물 등의 잠복성을 갖는 것을 포함하는 것이 보다 바람직하다. 동일한 관점에서, 경화 촉진제는, 보다 바람직하게는 트라이페닐포스핀을 포함한다.
봉지용 수지 조성물 중의 경화 촉진제의 함유량은, 봉지용 수지 조성물의 경화 특성을 향상시키는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여, 바람직하게는 0.01질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.05질량% 이상이며, 또, 바람직하게는 2.0질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 1.0질량% 이하이다.
커플링제는, 예를 들면, 에폭시실레인, 머캅토실레인, 페닐아미노실레인 등의 아미노실레인, 알킬실레인, 유레이도실레인, 바이닐실레인, 메타크릴실레인 등의 각종 실레인계 화합물, 타이타늄계 화합물, 알루미늄 킬레이트류, 알루미늄/지르코늄계 화합물 등의 공지의 커플링제로부터 선택되는 1종류 또는 2종류 이상을 포함할 수 있다. 이들 중에서도, 본 발명의 효과를 보다 효과적으로 발현하는 것으로서, 에폭시실레인 또는 아미노실레인을 포함하는 것이 보다 바람직하고, 2급 아미노실레인을 포함하는 것이 유동성 등의 관점에서 더 바람직하다. 2급 아미노실레인의 구체예로서, N-페닐-γ-아미노프로필트라이메톡시실레인을 들 수 있다.
봉지용 수지 조성물 중의 커플링제의 함유량은, 봉지용 수지 조성물의 성형시에 바람직한 유동성을 얻는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여, 바람직하게는 0.01질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.05질량% 이상이며, 또, 바람직하게는 2.0질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 1.0질량% 이하이다.
이형제는, 예를 들면 카나우바 왁스 등의 천연 왁스; 산화 폴리에틸렌 왁스, 몬탄산 에스터 왁스 등의 합성 왁스; 스테아르산 아연 등의 고급 지방산 및 그 금속염류; 그리고 파라핀으로부터 선택되는 1종류 또는 2종류 이상을 포함할 수 있다.
봉지용 수지 조성물 중의 이형제의 함유량은, 경화물의 바람직한 이형 특성을 얻는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여, 바람직하게는 0.01질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.05질량% 이상이며, 또, 바람직하게는 2.0질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 1.0질량% 이하이다.
이온 포착제는, 예를 들면, 하이드로탈사이트를 포함한다.
봉지용 수지 조성물 중의 이온 포착제의 함유량은, 반도체 장치의 신뢰성을 향상시키는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여, 바람직하게는 0.03질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.05질량% 이상이며, 또, 바람직하게는 2.0질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 1.0질량% 이하이다.
저응력 성분으로서는, 예를 들면, 실리콘 오일, 실리콘 고무, 카복실기 말단 뷰타다이엔아크릴로나이트릴 고무를 들 수 있다.
봉지용 수지 조성물 중의 저응력 성분의 함유량은, 반도체 장치의 접속 신뢰성을 향상시키는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여, 바람직하게는 0.01질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.02질량% 이상이며, 또, 바람직하게는 2.0질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 1.0질량% 이하이다.
난연제는, 예를 들면 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 붕산 아연, 몰리브데넘산 아연, 포스파젠으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다.
산화 방지제는, 예를 들면, 힌더드 페놀계 화합물, 힌더드 아민계 화합물 및 싸이오에터계 화합물로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함한다.
(봉지용 수지 조성물의 제조 방법)
다음으로, 봉지용 수지 조성물의 제조 방법을 설명한다.
본 실시형태에 있어서, 봉지용 수지 조성물은, 예를 들면, 상술한 각 성분을, 공지의 수단으로 혼합하고, 또한 롤, 니더 또는 압출기 등의 혼련기로 용융 혼련하여, 냉각한 후에 분쇄하는 방법에 의하여 얻을 수 있다. 또, 필요에 따라서, 상기 방법에 있어서의 분쇄 후에 태블릿형으로 타정 성형하여 입자형 봉지용 수지 조성물을 얻어도 된다. 또, 상기 방법에 있어서의 분쇄 후에 예를 들면 진공 래미네이트 성형 또는 압축 성형에 의하여 시트형 봉지용 수지 조성물을 얻어도 된다. 또 얻어진 봉지용 수지 조성물에 대하여, 적절하게 분산도나 유동성 등을 조정해도 된다.
그리고, 본 실시형태에 있어서는, 봉지용 수지 조성물에 포함되는 성분 및 배합을 조정함으로써, 경화물 중의 S의 함유량이 상술한 특정의 범위에 있는 봉지용 수지 조성물을 얻을 수 있다.
본 실시형태에 있어서 얻어지는 봉지용 수지 조성물은, 성분 (A)~(C)를 포함함과 함께, 경화물 중의 S의 함유량이 특정의 범위에 있기 때문에, 이를 이용함으로써, Cu 와이어와 조합하여 이용되는 경우에도, HTSL 특성이 우수함과 함께, 레이저 날인성이 우수한 반도체 장치를 얻을 수 있다.
(반도체 장치)
본 실시형태에 있어서의 반도체 장치는, 상술한 본 실시형태에 있어서의 봉지용 수지 조성물로 반도체 소자를 봉지하여 이루어진다.
도 1은 본 실시형태에 관한 반도체 장치(100)의 일례를 나타내는 단면도이다. 여기에서, 기재(30)는, 예를 들면, 리드 프레임이다.
본 실시형태의 반도체 장치(100)는, 반도체 소자(20)와, 반도체 소자(20)에 접속되는 본딩 와이어(40)와, 봉지 부재(50)를 구비하는 것이며, 당해 봉지 부재(50)는, 상술의 봉지용 수지 조성물의 경화물에 의하여 구성된다.
보다 구체적으로는, 반도체 소자(20)는, 기재(30) 상에 다이 어태치재(10)를 통하여 고정되어 있으며, 반도체 장치(100)는, 반도체 소자(20) 상에 마련된 전극 패드(22)로부터 본딩 와이어(40)를 통하여 접속되는 아우터 리드(34)를 갖는다. 본딩 와이어(40)는 이용되는 반도체 소자(20)에 따라 설정할 수 있지만, 예를 들면 Cu 와이어를 이용할 수 있다.
또한, 반도체 소자(20)는, 기재(30)가 구비하는 다이 패드(32)의 위에 다이 어태치재(10)를 통하여 고정되어도 된다.
본 실시형태에 있어서, 봉지 부재(50)는, 상술의 봉지용 수지 조성물의 경화물에 의하여 구성된다. 이 때문에, 반도체 장치(100)에 있어서, 본딩 와이어(40)가 Cu를 포함하는 재료에 의하여 구성되어 있는 경우에도, 우수한 HTSL 특성을 얻을 수 있음과 함께, 반도체 장치(100)는 YAG 레이저 등의 레이저의 날인성에 우수하다. 봉지 부재(50)는, 예를 들면, 봉지용 수지 조성물을 트랜스퍼 성형법 또는 압축 성형법 등의 공지의 방법을 이용하여 봉지 성형함으로써 형성된다.
또, 봉지 부재(50)의 상면에는, 예를 들면, YAG 레이저 등의 레이저에 의하여 마크가 날인된다. 이 마크는, 예를 들면, 직선 또는 곡선으로 이루어지는 문자, 숫자, 또는 기호의 적어도 1종류 이상에 의하여 구성된다. 또, 상기 마크는, 예를 들면, 반도체 패키지의 제품명, 제품 번호, 로트 번호, 또는 메이커명 등을 나타내는 것이다. 또, 상기 마크는, 예를 들면, YVO4 레이저, 탄산 레이저 등에 의하여 날인되어도 된다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 이들은 본 발명의 예시이며, 상기 이외의 다양한 구성을 채용할 수도 있다.
실시예
이하, 본 실시형태를, 실시예·비교예를 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시형태는, 이들 실시예의 기재에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1~5, 비교예 1~4)
(봉지용 수지 조성물의 조제)
각 실시예, 및 각 비교예의 각각에 대하여, 이하와 같이 봉지용 수지 조성물을 조제했다.
먼저, 표 1에 나타내는 각 성분을 믹서에 의하여 혼합했다. 이어서, 얻어진 혼합물을, 롤 혼련한 후, 냉각, 분쇄하여 분립체인 봉지용 수지 조성물을 얻었다.
표 1 중의 각 성분의 상세는 하기와 같다. 또, 표 1 중에 나타내는 각 성분의 배합 비율은, 수지 조성물 전체에 대한 배합 비율(질량부)을 나타내고 있다.
(원료)
충전재 1: 용융 구상 실리카(덴카사제, FB-950FC, 평균 입경 d50=22μm)
충전재 2: 합성 구상 실리카(아도마테크사제, SO-E2, 평균 입경 d50=0.5μm)
착색제 1: 카본 블랙(미쓰비시 가가쿠사제, MA-600)
착색제 2: 카본 블랙(미쓰비시 가가쿠사제, 카본 #5)
착색제 3: 흑색 산화 타이타늄(Ti4O7, 체적 저항률=7.3×104Ω·cm)
착색제 4: 아세틸렌 블랙(덴카사제, Li-100, 2차 입자의 평균 입경 d50=8μm)
착색제 5: 아세틸렌 블랙(덴카사제, Li-400, 2차 입자의 평균 입경 d50=5μm)
커플링제: N-페닐-γ-아미노프로필트라이메톡시실레인(도레이·다우코닝사제, CF-4083)
에폭시 수지 1: 페닐렌 골격 함유 페놀아랄킬형 에폭시 수지(닛폰 가야쿠사제, NC-3000)
에폭시 수지 2: o-크레졸 노볼락형 에폭시 수지(신닛테츠 수미킨 가가쿠 가부시키가이샤제, YDCN-800-70)
에폭시 수지 3: 바이페닐형 에폭시 수지(미쓰비시 가가쿠사제, YX4000HK)
경화제 1: 바이페닐아랄킬형 페놀 수지(닛폰 가야쿠사제, GPH-65)
경화제 2: 노볼락형 페놀 수지(스미토모 베이클라이트사제, PR-HF-3)
경화제 3: 페닐렌 골격 함유 페놀아랄킬 수지(미쓰이 가가쿠사제, XLC-4L)
경화 촉진제: 트라이페닐포스핀(TPP)
이형제 1: 카나우바 왁스(닛코 리카사제, 닛코 카나우바)
이형제 2: 산화 폴리에틸렌 왁스(클라리언트 케미컬즈사제, 리코 왁스 PED522)
이온 포착제: 하이드로탈사이트(교와 가가쿠고교사제, DHT-4H)
저응력제 1: 폴리알킬렌에터기, 메틸기 등을 갖는 실리콘 오일(도오레·다우코닝사제, FZ-3730)
저응력제 2: 카복실기 말단 뷰타다이엔아크릴로나이트릴 고무(우베 고산사제, CTBN1008SP)
(평가)
각 예에서 얻어진 봉지용 수지 조성물 또는 그 경화물에 대하여, 이하의 평가를 행했다. 평가 결과를 표 1에 함께 나타낸다.
(S량: 형광 X선 개산(ppm))
각 예에서 얻어진 봉지용 수지 조성물에 대하여, 트랜스퍼 성형기를 이용하여, 금형 온도 175℃, 주입 압력 7.4MPa, 경화 시간 2분에서, 직경 50mm, 두께 3mm의 성형품을 성형하고, 175℃, 4시간에서 후경화하여 원판형의 시료를 얻었다.
파장 분산형 형광 X선 분석 장치(시마즈 세이사쿠쇼사제, XRF-1800)를 이용하여, 시료의 표면을 X선(관 전압 40kV, 관 전류 95mA의 조건)으로 주사하여, 형광 X선 강도를 측정했다. 또, S량(1~50ppm)이 이미 알려진 표준 시료로부터 작성한 S량과 형광 X선 강도의 검량선을 이용하여 시료 중의 황 농도를 산출했다.
(Tg(℃))
유리 전이 온도: 저압 트랜스퍼 성형기(고타키세이키 가부시키가이샤제, KTS-30)를 인서트 성형에 전용하여, 금형 온도 175℃, 주입 압력 9.8MPa, 경화 시간 2분의 조건에서, 고정용 수지 조성물을 주입 성형하여, 4mm×4mm×15mm의 시험편을 얻었다. 얻어진 시험편을, 175℃, 4시간에서 후경화한 후, 열기계분석 장치(세이코덴시고교사제, TMA100)를 이용하여, 측정 온도 범위 0℃부터 320℃까지의 온도 구역에 있어서 승온 속도 5℃/분으로 측정했을 때의 차트에 의하여, 유리 전이 온도 이하의 영역에서의 선 팽창 계수(α1)와 고무형 상당 영역의 선 팽창 계수(α2)를 결정한다. 이 때, α1 및 α2의 연장선의 교점을 유리 전이 온도(단위는 ℃)로 했다.
(날인성)
트랜스퍼 성형기를 이용하여, 금형 온도 175℃, 주입 압력 7.4MPa, 경화 시간 2분에서, 직경 50mm, 두께 3mm의 성형품을 성형하고, 175℃, 4시간에서 후경화하여 원판형의 시료를 얻었다. 닛폰덴키사제의 마스크 타입의 YAG 레이저 날인기(인가 전압 2.4kV, 펄스폭 120μs이며 15A, 30kHz, 300mm/sec의 조건)를 이용하여, 원판상에 날인했다.
평가 기준을 이하에 나타낸다.
OK: 비교예 1과 동등 이상의 시인성
NG: 비교예 1에 비하여, 시인성이 뒤떨어짐
(색조)
각 예에 있어서 날인성의 평가에 이용한 시료의 색조를, 1명의 평가자가 목시로 평가했다.
평가 기준을 이하에 나타낸다.
OK: 비교예 1에 비하여, 동등의 흑색의 색조를 가짐
△: 비교예 1에 비하여, 색조가 다른 색에 가까움
NG: 비교예 1에 비하여, 흑색이 옅고, 또한 다른 색에 가까움
상기 "OK" 및 "△"의 것을 합격으로 했다.
(HTSL: 200℃, 1500h)
[반도체 장치의 제작]
실시예 1~5, 비교예 1~4의 각각에 대하여, 다음과 같이 반도체 장치를 제작했다.
우선, 알루미늄제 전극 패드를 구비하는 TEG(테스트 엘리먼트 그룹(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, 간략하게 "전극 패드"라고도 부름)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 조건에서 봉지용 수지 조성물을 이용하여 봉지 성형하여, 반도체 패키지를 제작했다. 그 후, 얻어진 반도체 패키지를 175℃, 4시간의 조건에서 후경화하여, 반도체 장치를 얻었다.
[고온 보관 특성]
얻어진 반도체 장치에 대하여, 이하의 방법에 의한 HTSL(고온 보관 시험)을 행했다. 각 반도체 장치를, 온도 200℃, 1500시간의 조건하에 보관했다. 보관 후의 반도체 장치에 대하여, 와이어와 전극 패드의 사이에 있어서의 전기 저항값을 측정했다. 각 반도체 장치의 평균값이 초기의 저항값의 평균값에 대하여 110% 미만의 전기 저항값을 나타내는 것을 OK, 110% 이상 전기 저항값을 나타내는 것을 NG로 했다.
[표 1]
Figure pct00001
이 출원은, 2017년 10월 16일에 출원된 일본 출원 특원 2017-200110호를 기초로 하는 우선권을 주장하고, 그 개시의 전체를 여기에 원용한다.

Claims (6)

  1. 이하의 성분 (A)~(C):
    (A) 에폭시 수지,
    (B) 무기 충전재, 및
    (C) 흑색계 착색제
    를 포함하는, 봉지용 수지 조성물로서,
    이하의 제작 방법으로 얻어지는 시험편을 이하의 방법으로 측정함으로써 얻어지는, 당해 봉지용 수지 조성물의 경화물 중의 S의 함유량이, 상기 경화물 전체에 대하여 10ppm 이하인, 봉지용 수지 조성물.
    (시료 제작 방법)
    트랜스퍼 성형기를 이용하여, 금형 온도 175℃, 주입 압력 7.4MPa, 경화 시간 2분에서, 직경 50mm, 두께 3mm의 성형품을 성형하고, 175℃, 4시간에서 후경화하여 원판형의 시료를 얻는다.
    (S의 함유량의 측정 방법)
    파장 분산형 형광 X선 분석 장치(시마즈 세이사쿠쇼사제, XRF-1800)를 이용하여, 관 전압 40kV, 관 전류 95mA의 조건으로 상기 시료 중의 황 농도를 측정한다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 성분 (C)가 아세틸렌 블랙을 포함하는, 봉지용 수지 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서,
    당해 봉지용 수지 조성물 중의 상기 아세틸렌 블랙의 함유량이, 당해 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 0.10질량% 이상 1.0질량% 이하인, 봉지용 수지 조성물.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 아세틸렌 블랙의 2차 입자의 평균 입경 d50이, 1μm 이상 20μm 이하인, 봉지용 수지 조성물.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    당해 봉지용 수지 조성물이 퍼니스 블랙을 실질적으로 포함하지 않는, 봉지용 수지 조성물.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 봉지용 수지 조성물로 반도체 소자를 봉지하여 이루어지는, 반도체 장치.
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