KR20240034802A - 반도체 봉지용 수지 조성물 및 반도체 장치 - Google Patents

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스미또모 베이크라이트 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 반도체 봉지용 수지 조성물은, 에폭시 수지 (A)와, 페놀 수지 (B1) 및 활성 에스터 수지 (B2)를 포함하는 경화제 (B)와, 경화 촉진제 (C)를 포함하고, 활성 에스터 수지 (B2)는, 일반식 (1)로 나타나는 구조를 가지며, 경화 촉진제 (C)는, 테트라페닐포스포늄-4,4'-설포닐다이페놀레이트, 테트라페닐포스포늄비스(나프탈렌-2,3-다이옥시)페닐실리케이트, 4-하이드록시-2-(트라이페닐포스포늄)페놀레이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함한다.

Description

반도체 봉지용 수지 조성물 및 반도체 장치
본 발명은, 반도체 봉지용 수지 조성물 및 반도체 장치에 관한 것이다.
반도체 패키지 등을 봉지하기 위한 재료로서, 열경화성의 수지 조성물(봉지용 수지 조성물)이 알려져 있다.
특허문헌 1, 2에는, 에폭시 수지와, 경화제로서 활성 에스터 화합물과, 소정의 평균 입경을 갖는 무기 충전재를 포함하는 봉지용 수지 조성물이 개시되어 있다.
특허문헌 3에는, 다관능 에폭시 수지 및 2관능 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지와, 경화제로서 활성 에스터 화합물을 포함하는 봉지용 수지 조성물이 개시되어 있다.
국제 공개공보 제2020/065872호 국제 공개공보 제2020/065873호 국제 공개공보 제2020/066856호
그러나, 특허문헌 1~3에 기재된 종래의 봉지용 수지 조성물에 있어서는, 성형 시의 수축률이 높고 제품의 수율이 낮으며, 또한 얻어진 봉지재의 기계 강도가 낮고, 또 유전 특성에 개선의 여지가 있었다.
본 발명자들은, 경화제로서 페놀 수지와 활성 에스터 수지를 병용하고, 소정의 경화 촉진제를 포함하는 반도체 봉지용 수지 조성물을 이용함으로써 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명은, 이하에 나타낼 수 있다.
[1] (A) 에폭시 수지와,
(B) 경화제와,
(C) 경화 촉진제를 포함하는, 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
경화제 (B)는, 페놀 수지 (B1)과 활성 에스터 수지 (B2)를 포함하고,
활성 에스터 수지 (B2)는, 일반식 (1)로 나타나는 구조를 가지며,
(일반식 (1)에 있어서, A는, 지방족 환상 탄화 수소기를 통하여 연결된 치환 또는 비치환의 아릴렌기이고,
Ar'은, 치환 또는 비치환의 아릴기이며,
k는, 반복 단위의 평균값이고, 0.25~3.5의 범위이고,
일반식 (1)에 있어서 B는, 일반식 (B)로 나타나는 구조이며,
(일반식 (B) 중, Ar은, 치환 또는 비치환의 아릴렌기이고, Y는, 단결합, 치환 또는 비치환의 탄소 원자수 1~6의 직쇄의 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환의 탄소 원자수 3~6의 환식(環式)의 알킬렌기, 치환 또는 비치환의 2가의 방향족 탄화 수소기, 에터 결합, 카보닐기, 카보닐옥시기, 설파이드기, 혹은 설폰기이다. n은 0~4의 정수이다.)
경화 촉진제 (C)는, 테트라페닐포스포늄-4,4'-설포닐다이페놀레이트, 테트라페닐포스포늄비스(나프탈렌-2,3-다이옥시)페닐실리케이트, 4-하이드록시-2-(트라이페닐포스포늄)페놀레이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는, 반도체 봉지용 수지 조성물.
[2] [1]에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
상기 일반식 (B)로 나타나는 구조는, 일반식 (B-1)~(B-6)으로부터 선택되는 적어도 하나인, 반도체 봉지용 수지 조성물.
(일반식 (B-1)~(B-6) 중, R1은, 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소 원자수 1~4의 알킬기, 탄소 원자수 1~4의 알콕시기, 페닐기, 또는 아랄킬기이며, R2는 각각 독립적으로 탄소 원자수 1~4의 알킬기, 탄소 원자수 1~4의 알콕시기, 또는 페닐기이고, X는 탄소 원자수 2~6의 직쇄의 알킬렌기, 에터 결합, 카보닐기, 카보닐옥시기, 설파이드기, 설폰기 중 어느 하나이며, n은 0~4의 정수이고, p는 1~4의 정수이다.)
[3] [1] 또는 [2]에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
상기 일반식 (1)에 있어서, A가, 일반식 (A)로 나타나는 구조를 갖는, 반도체 봉지용 수지 조성물.
(일반식 (A) 중, R3은 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소 원자수 1~4의 알킬기, 탄소 원자수 1~4의 알콕시기, 페닐기, 아랄킬기 중 어느 하나이며, l은 0 또는 1이고, m은 1 이상의 정수이다.)
[4] [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
페놀 수지 (B1)의 함유량과 활성 에스터 수지 (B2)의 함유량의 비율이, 25:75~75:25인, 반도체 봉지용 수지 조성물.
[5] [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
커플링제 (D)를 더 포함하는, 반도체 봉지용 수지 조성물.
[6] [5]에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
커플링제 (D)가 2급 아미노실레인 커플링제인, 반도체 봉지용 수지 조성물.
[7] [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
에폭시 수지 (A) 및 페놀 수지 (B1) 중 적어도 일방이, 바이페닐아랄킬 구조를 갖는, 반도체 봉지용 수지 조성물.
[8] [1] 내지 [7] 중 어느 하나에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
페놀 수지 (B1)이, 바이페닐아랄킬 구조를 갖는, 반도체 봉지용 수지 조성물.
[9] [1] 내지 [8] 중 어느 하나에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
에폭시 수지 (A)가, 바이페닐아랄킬형 수지 및 다이사이클로펜타다이엔형 수지로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는, 반도체 봉지용 수지 조성물.
[10] [1] 내지 [9] 중 어느 하나에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
실리콘 오일 (E)를 더 포함하는, 반도체 봉지용 수지 조성물.
[11] [1] 내지 [10] 중 어느 하나에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
무기 충전제 (F)를 더 포함하는, 반도체 봉지용 수지 조성물.
[12] [11]에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
무기 충전제 (F)가, 실리카, 알루미나, 탤크, 산화 타이타늄, 질화 규소, 질화 알루미늄으로부터 선택되는 적어도 1종인, 반도체 봉지용 수지 조성물.
[13] [1] 내지 [12] 중 어느 하나에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
당해 반도체 봉지용 수지 조성물의 젤 타임이 50초 이상 80초 이하인, 반도체 봉지용 수지 조성물.
[14] 반도체 소자와,
[1] 내지 [13] 중 어느 하나에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물의 경화물로 이루어지는, 상기 반도체 소자를 봉지하는 봉지재
를 구비하는, 반도체 장치.
본 발명의 반도체 봉지용 수지 조성물은 성형 시의 수축률이 낮고 제품의 수율이 우수하며, 또한 당해 조성물로부터 얻어지는 경화물은, 기계 강도 및 유전 특성이 우수하다. 바꾸어 말하면, 본 발명의 반도체 봉지용 수지 조성물은 이들 특성의 밸런스가 우수하다.
도 1은 실시형태에 있어서의 반도체 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 실시형태에 있어서의 반도체 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 모든 도면에 있어서, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 적절히 설명을 생략한다. 또, "~"는 특별히 설명이 없으면 "이상"부터 "이하"를 나타낸다.
본 실시형태의 반도체 봉지용 수지 조성물은, 에폭시 수지 (A)와, 경화제 (B)와, 경화 촉진제 (C)를 포함한다.
이하, 본 실시형태의 반도체 봉지용 수지 조성물(이하, 봉지용 수지 조성물이라고도 기재한다)에 포함되는 각 성분에 대하여 설명한다.
[에폭시 수지 (A)]
에폭시 수지 (A)는, 1분자 내에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 화합물이며, 모노머, 올리고머 및 폴리머 중 어느 것이어도 된다.
에폭시 수지 (A)는, 구체적으로는, 바이페닐형 에폭시 수지, 비스페놀형 에폭시 수지, 스틸벤형 에폭시 수지 등의 결정성 에폭시 수지; 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지 등의 노볼락형 에폭시 수지; 트리스페닐메테인형 에폭시 수지, 알킬 변성 트라이페놀메테인형 에폭시 수지 등의 다관능 에폭시 수지; 페닐렌 골격 함유 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 바이페닐렌 골격 함유 페놀아랄킬형 에폭시 수지 등의 페놀아랄킬형 에폭시 수지; 다이하이드록시나프탈렌형 에폭시 수지, 다이하이드록시나프탈렌의 2량체를 글리시딜에터화하여 얻어지는 에폭시 수지 등의 나프톨형 에폭시 수지; 트라이글리시딜아이소사이아누레이트, 모노알릴다이글리시딜아이소사이아누레이트 등의 트라이아진 핵 함유 에폭시 수지; 다이사이클로펜타다이엔 변성 페놀형 에폭시 수지 등의 유교(有橋) 환상 탄화 수소 화합물 변성 페놀형 에폭시 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상이다.
본 발명의 효과의 관점에서, 에폭시 수지 (A)는, 바람직하게는, 트리스페닐메테인형 에폭시 수지, 바이페닐아랄킬형 다관능 에폭시 수지, 오쏘크레졸형 2관능 에폭시 수지, 바이페닐형 2관능 에폭시 수지, 비스페놀형 2관능 에폭시 수지 및 다이사이클로펜타다이엔형 2관능 에폭시 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상이다. 에폭시 수지 (A)는, 바이페닐아랄킬형 다관능 에폭시 수지, 다이사이클로펜타다이엔형 2관능 에폭시 수지인 것이 보다 바람직하다.
봉지용 수지 조성물 중의 에폭시 수지 (A)의 함유량은, 성형 시에 적합한 유동성을 얻어 충전성이나 성형성의 향상을 도모하는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여, 바람직하게는 2질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 3질량% 이상, 더 바람직하게는 4질량% 이상이다.
또, 봉지용 수지 조성물을 이용하여 얻어지는 장치의 신뢰성을 향상시키는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 중의 에폭시 수지 (A)의 함유량은, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여, 바람직하게는 40질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 30질량% 이하, 더 바람직하게는 20질량% 이하, 특히 바람직하게는 10질량% 이하이다.
[경화제 (B)]
본 실시형태에 있어서, 경화제 (B)는, 페놀 수지 (B1)와 활성 에스터 수지 (B2)를 포함한다.
(페놀 수지 (B1))
페놀 수지 (B1)로서는, 본 발명의 효과를 나타내는 범위에서 봉지용 수지 조성물에 일반적으로 사용되는 것을 이용할 수 있다.
페놀 수지 (B1)은, 예를 들면, 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지를 비롯한 페놀, 크레졸, 레조신, 카테콜, 비스페놀 A, 비스페놀 F, 페닐페놀, 아미노페놀, α-나프톨, β-나프톨, 다이하이드록시나프탈렌 등의 페놀류와 폼알데하이드나 케톤류를 산성 촉매하에서 축합 또는 공축합시켜 얻어지는 노볼락 수지, 상기한 페놀류와 다이메톡시파라자일렌 또는 비스(메톡시메틸)바이페닐로부터 합성되는 바이페닐렌 골격을 갖는 페놀아랄킬 수지, 페닐렌 골격을 갖는 페놀아랄킬 수지 등의 페놀아랄킬 수지, 트리스페닐메테인 골격을 갖는 페놀 수지 등을 들 수 있다. 이들을 단독으로 이용해도 되고 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다.
본 실시형태에 있어서, 페놀 수지 (B1)은, 본 발명의 효과의 관점에서, 바이페닐아랄킬 구조를 구비하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 바이페닐렌 골격을 갖는 페놀아랄킬 수지가 바람직하다. 바이페닐아랄킬 구조를 구비하는 페놀 수지는 저흡습, 저탄성이며 신뢰성이 우수하다.
본 실시형태에 있어서는, 에폭시 수지 (A) 및 페놀 수지 (B1) 중 일방 또는 양방이, 바이페닐아랄킬 구조를 갖는 것이 바람직하다.
(활성 에스터 수지 (B2))
활성 에스터 수지 (B2)는, 이하의 일반식 (1)로 나타나는 구조를 갖는 수지를 이용할 수 있다.
식 (1)에 있어서, "B"는, 식 (B)로 나타나는 구조이다.
식 (B) 중, Ar은, 치환 또는 비치환의 아릴렌기이다. 치환된 아릴렌기의 치환기는 탄소 원자수 1~4의 알킬기, 탄소 원자수 1~4의 알콕시기, 페닐기, 아랄킬기 등을 들 수 있다.
Y는, 단결합, 치환 또는 비치환의 탄소 원자수 1~6의 직쇄의 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환의 탄소 원자수 3~6의 환식의 알킬렌기, 치환 또는 비치환의 2가의 방향족 탄화 수소기, 에터 결합, 카보닐기, 카보닐옥시기, 설파이드기, 혹은 설폰기이다. 상기 기의 치환기로서는, 탄소 원자수 1~4의 알킬기, 탄소 원자수 1~4의 알콕시기, 페닐기, 아랄킬기 등을 들 수 있다.
Y로서 바람직하게는, 단결합, 메틸렌기, -CH(CH3)2-, 에터 결합, 치환되어 있어도 되는 사이클로알킬렌기, 치환되어 있어도 되는 9,9-플루오렌일렌기 등을 들 수 있다.
n은 0~4의 정수이며, 바람직하게는 0 또는 1이다.
B는, 구체적으로는, 하기 일반식 (B1) 또는 하기 일반식 (B2)로 나타나는 구조이다.
상기 일반식 (B1) 및 상기 일반식 (B2) 중, Ar 및 Y는, 일반식 (B)와 동일한 의미이다.
A는, 지방족 환상 탄화 수소기를 통하여 연결된 치환 또는 비치환의 아릴렌기이고,
Ar'은, 치환 또는 비치환의 아릴기이며,
k는, 반복 단위의 평균값이고, 0.25~3.5의 범위이다.
본 실시형태의 반도체 봉지용 수지 조성물은, 페놀 수지 (B1)과 함께 특정 활성 에스터 수지 (B2)를 포함함으로써, 성형 시의 수축률이 낮고 제품의 수율이 우수하며, 또한 기계 강도 및 저유전 탄젠트가 우수한 경화물(봉지재)이 얻어진다.
본 실시형태의 반도체 봉지용 수지 조성물에 이용되는 활성 에스터 수지 (B2)는, 식 (B)로 나타나는 활성 에스터기를 갖는다. 에폭시 수지 (A)와 활성 에스터 수지 (B2)의 경화 반응에 있어서, 활성 에스터 수지 (B2)의 활성 에스터기는 에폭시 수지의 에폭시기와 반응하여 2급의 수산기를 발생시킨다. 이 2급의 수산기는, 활성 에스터 수지 (B2)의 에스터 잔기에 의하여 봉쇄된다. 그 때문에, 경화물의 유전 탄젠트가 저감된다.
일 실시형태에 있어서, 상기 식 (B)로 나타나는 구조는, 이하의 식 (B-1)~식 (B-6)으로부터 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다.
식 (B-1)~(B-6)에 있어서,
R1은 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소 원자수 1~4의 알킬기, 탄소 원자수 1~4의 알콕시기, 페닐기, 아랄킬기 중 어느 하나이며,
R2는 각각 독립적으로 탄소 원자수 1~4의 알킬기, 탄소 원자수 1~4의 알콕시기, 페닐기 중 어느 하나이고, X는 탄소 원자수 2~6의 직쇄의 알킬렌기, 에터 결합, 카보닐기, 카보닐옥시기, 설파이드기, 설폰기 중 어느 하나이며,
n은 0~4의 정수이고, p는 1~4의 정수이다.
상기 식 (B-1)~(B-6)으로 나타나는 구조는, 모두 배향성이 높은 구조인 점에서, 이것을 포함하는 활성 에스터 수지 (B2)를 이용한 경우, 얻어지는 수지 조성물의 경화물은, 저유전율 및 저유전 탄젠트를 가짐과 함께, 금속에 대한 밀착성이 우수하며, 그 때문에 반도체 봉지 재료로서 적합하게 이용할 수 있다.
그중에서도, 저유전율 및 저유전 탄젠트의 관점에서, 식 (B-2), 식 (B-3) 또는 식 (B-5)로 나타나는 구조를 갖는 활성 에스터 수지 (B2)가 바람직하고, 또한 식 (B-2)의 n이 0인 구조, 식 (B-3)의 X가 에터 결합인 구조, 또는 식 (B-5)에 있어서 2개의 카보닐옥시기가 4,4'-위에 있는 구조를 갖는 활성 에스터 수지 (B2)가 보다 바람직하다. 또 각 식 중의 R1은 모두 수소 원자인 것이 바람직하다.
식 (1)에 있어서의 "Ar'"은 아릴기이고, 예를 들면, 페닐기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, 3,5-자일릴기, o-바이페닐기, m-바이페닐기, p-바이페닐기, 2-벤질페닐기, 4-벤질페닐기, 4-(α-큐밀)페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기 등일 수 있다. 그중에서도, 특히 유전율 및 유전 탄젠트가 낮은 경화물이 얻어지는 점에서, 1-나프틸기 또는 2-나프틸기인 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서, 식 (1)로 나타나는 활성 에스터 수지 (B2)에 있어서의 "A"는, 지방족 환상 탄화 수소기를 통하여 연결된 치환 또는 비치환의 아릴렌기이며, 이와 같은 아릴렌기로서는, 예를 들면, 1분자 중에 이중 결합을 2개 함유하는 불포화 지방족 환상 탄화 수소 화합물과, 페놀성 화합물을 중부가 반응시켜 얻어지는 구조를 들 수 있다.
상기 1분자 중에 이중 결합을 2개 함유하는 불포화 지방족 환상 탄화 수소 화합물은, 예를 들면, 다이사이클로펜타다이엔, 사이클로펜타다이엔의 다량체, 테트라하이드로인덴, 4-바이닐사이클로헥센, 5-바이닐-2-노보넨, 리모넨 등을 들 수 있고, 이들은 각각 단독으로 이용해도 되고, 2종류 이상을 병용해도 된다. 이들 중에서도, 내열성이 우수한 경화물이 얻어지는 점에서 다이사이클로펜타다이엔이 바람직하다. 또한, 다이사이클로펜타다이엔은 석유 유분 중에 포함되는 점에서, 공업용 다이사이클로펜타다이엔에는 사이클로펜타다이엔의 다량체나, 다른 지방족 혹은 방향족성 다이엔 화합물 등이 불순물로서 함유되는 경우가 있지만, 내열성, 경화성, 성형성 등의 성능을 고려하면, 다이사이클로펜타다이엔의 순도 90질량% 이상의 제품을 이용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 페놀성 화합물은, 예를 들면, 페놀, 크레졸, 자일레놀, 에틸페놀, 아이소프로필페놀, 뷰틸페놀, 옥틸페놀, 노닐페놀, 바이닐페놀, 아이소프로페닐페놀, 알릴페놀, 페닐페놀, 벤질페놀, 클로로페놀, 브로모페놀, 1-나프톨, 2-나프톨, 1,4-다이하이드록시나프탈렌, 2,3-다이하이드록시나프탈렌, 2,3-다이하이드록시나프탈렌, 2,6-다이하이드록시나프탈렌, 2,7-다이하이드록시나프탈렌 등을 들 수 있으며, 각각 단독으로 이용해도 되고, 2종류 이상을 병용해도 된다. 이들 중에서도, 경화성이 높고 경화물에 있어서의 유전 특성이 우수한 활성 에스터 수지 (B2)가 되는 점에서 페놀이 바람직하다.
바람직한 실시형태에 있어서, 식 (1)로 나타나는 활성 에스터 수지 (B2)에 있어서의 "A"는, 식 (A)로 나타나는 구조를 갖는다. 식 (1)에 있어서의 "A"가 이하의 구조인 활성 에스터 수지 (B2)를 포함하는 수지 조성물은, 그 경화물이 저유전율, 저유전 탄젠트이며, 인서트품에 대한 밀착성이 우수하다.
식 (A)에 있어서,
R3은 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소 원자수 1~4의 알킬기, 탄소 원자수 1~4의 알콕시기, 페닐기, 아랄킬기 중 어느 하나이며,
l은 0 또는 1이고, m은 1 이상의 정수이다.
식 (1)로 나타나는 활성 에스터 경화제 중, 보다 바람직한 것으로서, 하기 식 (1-1), 식 (1-2) 및 식 (1-3)으로 나타나는 수지를 들 수 있고, 특히 바람직한 것으로서, 하기 식 (1-3)으로 나타나는 수지를 들 수 있다.
식 (1-1) 중, R1 및 R3은 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소 원자수 1~4의 알킬기, 탄소 원자수 1~4의 알콕시기, 페닐기, 아랄킬기 중 어느 하나이며, Z는 페닐기, 나프틸기, 또는, 방향핵 상에 탄소 원자수 1~4의 알킬기를 1~3개 갖는 페닐기 혹은 나프틸기이고, l은 0 또는 1이며, k는 반복 단위의 평균이고, 0.25~3.5이다.
식 (1-2) 중, R1 및 R3은 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소 원자수 1~4의 알킬기, 탄소 원자수 1~4의 알콕시기, 페닐기, 아랄킬기 중 어느 하나이며, Z는 페닐기, 나프틸기, 또는, 방향핵 상에 탄소 원자수 1~4의 알킬기를 1~3개 갖는 페닐기 혹은 나프틸기이고, l은 0 또는 1이며, k는 반복 단위의 평균이고, 0.25~3.5이다.
식 (1-3) 중, R1 및 R3은 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소 원자수 1~4의 알킬기, 탄소 원자수 1~4의 알콕시기, 페닐기, 아랄킬기 중 어느 하나이며, Z는 페닐기, 나프틸기, 또는, 방향핵 상에 탄소 원자수 1~4의 알킬기를 1~3개 갖는 페닐기 혹은 나프틸기이고, l은 0 또는 1이며, k는 반복 단위의 평균이고, 0.25~3.5이다.
본 발명에서 이용되는 활성 에스터 수지 (B2)는, 지방족 환상 탄화 수소기를 통하여 페놀성 수산기를 갖는 아릴기가 복수 결절된 구조를 갖는 페놀성 화합물 (a)와, 방향핵 함유 다이카복실산 또는 그 할라이드 (b)와, 방향족 모노하이드록시 화합물 (c)를 반응시키는, 공지의 방법에 의하여 제조할 수 있다.
상기 페놀성 화합물 (a)와, 방향핵 함유 다이카복실산 또는 그 할라이드 (b)와, 방향족 모노하이드록시 화합물 (c)의 반응 비율은, 원하는 분자 설계에 따라 적절히 조정할 수 있지만, 그중에서도, 보다 경화성이 높은 활성 에스터 수지 (B2)가 얻어지는 점에서, 방향핵 함유 다이카복실산 또는 그 할라이드 (b)가 갖는 카복실기 또는 산 할라이드기의 합계 1몰에 대하여, 상기 페놀성 화합물 (a)가 갖는 페놀성 수산기가 0.25~0.90몰의 범위가 되고, 또한, 상기 방향족 모노하이드록시 화합물 (c)가 갖는 하이드록실기가 0.10~0.75몰의 범위가 되는 비율로 각 원료를 이용하는 것이 바람직하며, 상기 페놀성 화합물 (a)가 갖는 페놀성 수산기가 0.50~0.75몰의 범위가 되고, 또한, 상기 방향족 모노하이드록시 화합물 (c)가 갖는 하이드록실기가 0.25~0.50몰의 범위가 되는 비율로 각 원료를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
또, 활성 에스터 수지 (B2)의 관능기 당량은, 수지 구조 중에 갖는 아릴카보닐옥시기 및 페놀성 수산기의 합계를 수지의 관능기 수로 한 경우, 경화성이 우수하고, 유전율 및 유전 탄젠트가 낮은 경화물이 얻어지는 점에서, 200g/eq 이상 230g/eq 이하의 범위인 것이 바람직하며, 210g/eq 이상 220g/eq 이하의 범위인 것이 보다 바람직하다.
본 실시형태의 경화제 (B)는, 페놀 수지 (B1) 및 활성 에스터 수지 (B2)를 조합하여 포함한다.
이로써, 본 실시형태의 반도체 봉지용 수지 조성물은 성형 시의 수축률이 낮고 제품의 수율이 우수하며, 또한 당해 조성물로부터 얻어지는 경화물은, 기계 강도 및 저유전 탄젠트가 우수하다.
본 실시형태에 있어서는, 에폭시 수지 (A)에 대한 경화제 (B)의 당량비(경화제 (B)/에폭시 수지 (A))는, 본 발명의 효과의 관점에서, 0.50~1.00, 바람직하게는 0.52~0.95, 보다 바람직하게는 0.55~0.90, 특히 바람직하게는 0.60~0.80으로 할 수 있다.
본 실시형태에 있어서는, 에폭시 수지 (A)에 대한 활성 에스터 수지 (B2)의 당량비(활성 에스터 수지 (B2)/에폭시 수지 (A))는, 0.10~0.60, 바람직하게는 0.12~0.50, 보다 바람직하게는 0.15~0.47, 특히 바람직하게는 0.17~0.45로 할 수 있다.
이로써, 본 실시형태의 반도체 봉지용 수지 조성물은 경화성이 우수한 점에서, 성형 시의 수축률이 보다 낮고 제품의 수율이 보다 우수하며, 또한 당해 조성물로부터 얻어지는 경화물은, 기계 강도 및 저유전 탄젠트가 더 우수하다.
상기 당량비 (B2/A)가 상한값을 초과하면, 에폭시기가 개환했을 때에 발생하는 수산기를 활성 에스터로 캡핑하기 쉬워지기 때문에 유전 탄젠트가 저하된다. 그러나, 본 실시형태와 같이, 페놀 경화제 (B1)과 활성 에스터 수지 (B2)를 병용하는 경화제 (B)에 있어서는, 상기 당량비 (B2/A)의 상한값을 초과하면, 페놀 경화제 (B1)의 페놀 수산기와 활성 에스터 수지 (B2)의 활성 에스터가 작용하고, 에폭시 수지 (A)의 경화에 영향을 주는 점에서, 경화성(스파이럴 플로, 젤 타임 등)이 흐트러져, 내열성(Tg 등)이나 기계 특성(굴곡 강도·휨 탄성률 등)이 저하되며, 또한 균질한 유전 특성(경화체 내의 유전 특성의 균질성)이 제어하기 어려워지는, 등의 문제가 발생한다.
본 실시형태에 있어서는, 에폭시 수지 (A)에 대한 페놀 수지 (B1)의 당량비(페놀 수지 (B1)/에폭시 수지 (A))는, 본 발명의 효과의 관점에서, 0.10~0.70, 바람직하게는 0.15~0.65, 보다 바람직하게는 0.18~0.60, 특히 바람직하게는 0.20~0.55로 할 수 있다.
본 발명의 효과의 관점에서, 경화제 (B)는, 페놀 수지 (B1)의 함유량(중량부)과, 활성 에스터 수지 (B2)의 함유량(중량부)의 비율을, 25:75~75:25, 바람직하게는 30:70~70:30으로 할 수 있다.
본 실시형태의 수지 조성물에 있어서, 페놀 수지 (B1) 및 활성 에스터 수지 (B2)를 포함하는 경화제 (B)와 에폭시 수지 (A)의 배합량은, 경화성이 우수하고, 유전율 및 유전 탄젠트가 낮은 경화물이 얻어지는 점에서, 경화제 (B) 중의 활성기의 합계 1당량에 대하여, 에폭시 수지 중의 에폭시기가 0.8~1.2당량이 되는 비율인 것이 바람직하다. 여기에서, 경화제 (B) 중의 활성기란, 수지 구조 중에 갖는 아릴카보닐옥시기 및 페놀성 수산기를 가리킨다.
본 실시형태의 조성물에 있어서, 경화제 (B)는, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여, 바람직하게는 0.2질량% 이상 15질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.5질량% 이상 10질량% 이하, 더 바람직하게는 1.0질량% 이상 7질량% 이하의 양으로 이용된다.
경화제 (B)를 상기 범위로 포함함으로써, 얻어지는 경화물은 보다 우수한 유전 특성을 가질 수 있고, 저유전 탄젠트가 더 우수하다.
[경화 촉진제 (C)]
경화 촉진제 (C)는, 테트라페닐포스포늄-4,4'-설포닐다이페놀레이트, 테트라페닐포스포늄비스(나프탈렌-2,3-다이옥시)페닐실리케이트, 4-하이드록시-2-(트라이페닐포스포늄)페놀레이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함한다. 본 실시형태에 있어서는, 2종 포함할 수 있다.
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% 이상, 더 바람직하게는 0.1질량% 이상이다.
또, 봉지용 수지 조성물의 성형 시에 바람직한 유동성을 얻는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 중의 경화 촉진제의 함유량은, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여, 바람직하게는 2.0질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 1.0질량% 이하, 더 바람직하게는 0.5질량% 이하이다.
[커플링제 (D)]
본 실시형태의 봉지용 수지 조성물은, 커플링제 (D)를 포함할 수 있다.
커플링제 (D)로서, 예를 들면, 에폭시실레인, 머캅토실레인, 페닐아미노실레인 등의 아미노실레인을 들 수 있다. 봉지재와 금속 부재의 밀착성을 향상시키는 관점에서, 커플링제 (D)는, 바람직하게는 에폭시실레인 또는 아미노실레인이며, 보다 바람직하게는 2급 아미노실레인이다. 동일한 관점에서, 커플링제 (D)는, 바람직하게는 페닐아미노프로필트라이메톡시실레인, γ-글리시독시프로필트라이메톡시실레인 및 3-머캅토프로필트라이메톡시실레인으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상이다.
봉지용 수지 조성물 중의 커플링제 (D)의 함유량은, 봉지용 수지 조성물의 성형 시에 바람직한 유동성을 얻는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여, 바람직하게는 0.01질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.05질량% 이상이다.
또, 수지 점도의 증점 억제의 관점에서, 봉지용 수지 조성물 중의 커플링제 (D)의 함유량은, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여, 바람직하게는 2.0질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 1.0질량% 이하, 더 바람직하게는 0.5질량% 이하이다.
[실리콘 오일 (E)]
본 실시형태의 봉지용 수지 조성물은, 저응력제로서 실리콘 오일 (E)를 포함할 수 있다. 이로써, 봉지용 수지 조성물에 의하여 전자 소자 등을 봉지하여 얻어지는 성형체의 휨을 억제할 수 있다.
실리콘 오일 (E)는, 예를 들면 에폭시 변성 실리콘 오일, 카복실 변성 실리콘 오일, 알킬 변성 실리콘 오일, 및 폴리에터 변성 실리콘 오일 등의 유기 변성 실리콘 오일을 포함하는 것이 바람직하다. 이들 중에서도, 수지 성분 중에 실리콘 오일 (E)를 미분산시켜, 휨의 억제에 기여하는 관점에서는, 폴리에터 변성 실리콘 오일을 포함하는 것이 특히 바람직하다.
실리콘 오일 (E)의 함유량은, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 0.01질량% 이상인 것이 바람직하고, 0.05질량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 실리콘 오일 (E)의 함유량은, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 1질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.5질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 실리콘 오일 (E)의 함유량을 이와 같은 범위에 제어함으로써, 봉지용 수지 조성물에 의하여 전자 소자 등을 봉지하여 얻어지는 성형체의 휨 억제에 기여하는 것이 가능하다.
본 실시형태에 있어서는, 실리콘 오일 (E) 이외의 기타 저응력제를 포함할 수 있고, 구체예로서, 실리콘 고무, 실리콘 엘라스토머, 실리콘 레진 등의 실리콘; 아크릴로나이트릴뷰타다이엔 고무 등을 들 수 있다.
[무기 충전제 (F)]
본 실시형태의 봉지용 수지 조성물은, 무기 충전재 (F)를 포함할 수 있다.
무기 충전재 (F)로서, 일반적으로 반도체 봉지용 수지 조성물에 사용되고 있는 것을 이용할 수 있다. 또, 무기 충전재 (F)는 표면 처리가 이루어져 있는 것이어도 된다.
무기 충전재 (F)의 구체예로서, 용융 실리카 등, 결정 실리카, 비정질 이산화 규소 등의 실리카; 알루미나; 탤크; 산화 타이타늄; 질화 규소; 질화 알루미늄을 들 수 있다. 이들 무기 충전재는, 1종을 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
무기 충전재 (F)는, 범용성이 우수한 관점에서, 바람직하게는 실리카를 포함한다. 실리카의 형상으로서는, 구상(球狀) 실리카, 파쇄 실리카 등을 들 수 있다.
무기 충전재 (F)의 평균 직경(D50)은, 성형성 및 밀착성을 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 5μm 이상이며, 보다 바람직하게는 10μm 이상이고, 또, 바람직하게는 80μm 이하이며, 보다 바람직하게는 50μm 이하, 더 바람직하게는 40μm 이하이다.
여기에서, 무기 충전재 (F)의 입경 분포는, 시판 중인 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치(예를 들면, 시마즈 세이사쿠쇼사제, SALD-7000)를 이용하여 입자의 입도 분포를 체적 기준으로 측정함으로써 취득할 수 있다.
또, 무기 충전재 (F)의 최대 입경은, 성형성 및 밀착성을 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 10μm 이상이며, 보다 바람직하게는 20μm 이상이고, 또, 바람직하게는 100μm 이하이며, 보다 바람직하게는 80μm 이하이다.
또, 무기 충전재 (F)의 비표면적은, 성형성 및 밀착성을 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 1m2/g 이상이며, 보다 바람직하게는 3m2/g 이상이고, 또, 바람직하게는 20m2/g 이하이며, 보다 바람직하게는 10m2/g 이하이다.
봉지용 수지 조성물 중의 무기 충전재 (F)의 함유량은, 봉지용 수지 조성물을 이용하여 형성되는 봉지재의 저흡습성 및 저열 팽창성을 향상시키고, 얻어지는 반도체 장치의 내습 신뢰성이나 내(耐)리플로성을 보다 효과적으로 향상시키는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여, 바람직하게는 50질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 60질량% 이상, 더 바람직하게는 65질량% 이상이다.
또, 봉지용 수지 조성물의 성형 시에 있어서의 유동성이나 충전성을 보다 효과적으로 향상시키는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 중의 무기 충전재 (F)의 함유량은, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여 예를 들면 97질량% 이하여도 되고, 바람직하게는 95질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 90질량% 이하이다.
[그 외의 성분]
본 실시형태의 봉지용 수지 조성물은, 상술한 성분 이외의 성분을 포함해도 되고, 예를 들면 유동성 부여제, 이형제, 이온 포착제, 난연제, 착색제, 산화 방지제 등의 각종 첨가제 중 1종 이상을 적절히 배합할 수 있다. 또, 봉지용 수지 조성물은, 예를 들면, 2-하이드록시-N-1H-1,2,4-트라이아졸-3-일벤즈아마이드 및 3-아미노-5-머캅토-1,2,4-트라이아졸 중 1 이상을 더 포함해도 된다.
이형제는, 예를 들면 카나우바 왁스 등의 천연 왁스; 몬탄산 에스터 왁스, 산화 폴리에틸렌 왁스 등의 합성 왁스; 스테아르산 아연 등의 고급 지방산 및 그 금속 염류; 파라핀; 및 에루크산 아마이드 등의 카복실산 아마이드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류 또는 2종류 이상을 포함할 수 있다.
봉지용 수지 조성물 중의 이형제의 함유량은, 봉지용 수지 조성물의 경화물의 이형성을 향상시키는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여, 바람직하게는 0.01질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.05질량% 이상, 더 바람직하게는 0.1질량% 이상이고, 또, 바람직하게는 2.0질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 1.0질량% 이하, 더 바람직하게는 0.5질량% 이하이다.
이온 포착제의 구체예로서, 하이드로탈사이트를 들 수 있다.
봉지용 수지 조성물 중의 이온 포착제의 함유량은, 봉지재의 신뢰성을 향상시키는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여, 바람직하게는 0.01질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.05질량% 이상이고, 또, 바람직하게는 1.0질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.5질량% 이하이다.
난연제의 구체예로서, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 붕산 아연, 몰리브데넘산 아연, 포스파겐을 들 수 있다.
봉지용 수지 조성물 중의 난연제의 함유량은, 봉지재의 난연성을 향상시키는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여, 바람직하게는 1질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 5질량% 이상이고, 또, 바람직하게는 20질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 10질량% 이하이다.
착색제의 구체예로서, 카본 블랙, 벵갈라를 들 수 있다.
봉지용 수지 조성물 중의 착색제의 함유량은, 봉지재의 색조를 바람직한 것으로 하는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 전체에 대하여, 바람직하게는 0.1질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.2질량% 이상이고, 또, 바람직하게는 2질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 1질량% 이하이다.
산화 방지제의 구체예로서, 힌더드 페놀 화합물, 힌더드 아민 화합물, 싸이오에터 화합물을 들 수 있다.
<봉지용 수지 조성물>
본 실시형태의 봉지용 수지 조성물은, 상온(25℃)에서 고체이며, 그 형상은 봉지용 수지 조성물의 성형 방법 등에 따라 선택할 수 있고, 예를 들면 태블릿상; 분말상, 과립상 등의 입자상; 시트상을 들 수 있다.
또, 봉지용 수지 조성물의 제조 방법에 대해서는, 예를 들면, 상술한 각 성분을, 공지의 수단으로 혼합하고, 롤, 니더 또는 압출기 등의 혼련기로 더 용융 혼련하여, 냉각한 후에 분쇄하는 방법에 의하여 얻을 수 있다. 또, 분쇄 후, 성형하여 입자상 또는 시트상의 봉지용 수지 조성물을 얻어도 된다. 예를 들면, 태블릿상으로 타정(打錠) 성형하여 입자상의 봉지용 수지 조성물을 얻어도 된다. 또, 예를 들면 진공 압출기에 의하여 시트상의 봉지용 수지 조성물을 얻어도 된다. 또 얻어진 봉지용 수지 조성물에 대하여, 적절히 분산도나 유동성 등을 조정해도 된다.
또한, 활성 에스터 수지 (B2)의 융점이 높은 경우에는, 미리 페놀 수지 (B1)과 활성 에스터 수지 (B2)를 용융 혼합하여 균일하게 혼합하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서 얻어지는 봉지용 수지 조성물은, 경화제 (B)로서 페놀 수지 (B1) 및 활성 에스터 수지 (B2)를 포함하기 때문에, 수축률이 낮고 제품의 수율이 우수하며, 또한 기계 강도 및 유전 특성이 우수한 경화물을 얻을 수 있다.
본 실시형태의 봉지용 수지 조성물은, 트랜스퍼 성형, 사출 성형, 또는 압축 성형에 이용할 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서 얻어지는 봉지용 수지 조성물을 이용함으로써, 제품 신뢰성이 우수한 반도체 장치를 얻을 수 있다.
다음으로, 봉지용 수지 조성물 또는 그 경화물의 물성에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 봉지용 수지 조성물의 젤 타임은 50초 이상 80초 이하인 것이 바람직하고, 55초 이상 70초 이하가 보다 바람직하다.
봉지용 수지 조성물의 젤 타임을 상기 하한값 이상으로 함으로써, 충전성이 우수한 패키지가 얻어진다. 한편, 봉지용 수지 조성물의 젤 타임을 상기 상한값 이하로 함으로써, 성형성이 양호해진다.
본 실시형태의 봉지용 수지 조성물로부터 얻어지는 경화물은, 굽힘 강도가 높고, 종래의 경화물에 비하여 굽힘 탄성률의 상승폭이 작기 때문에, 기계 강도 및 제품 신뢰성이 우수한 봉지재를 제공할 수 있다.
본 실시형태의 봉지용 수지 조성물을 175℃, 120초의 조건에서 경화시켰을 때의 경화물의, 상온(25℃)에 있어서의 굽힘 탄성률이, 15,000MPa 이상, 바람직하게는 16,000MPa 이상, 보다 바람직하게는 17,000MPa 이상이다. 상한값은 특별히 한정되지 않지만 30,000MPa 이하로 할 수 있다.
본 실시형태의 봉지용 수지 조성물을 175℃, 120초의 조건에서 경화시켰을 때의 경화물은, 상온(25℃)에 있어서의 굽힘 강도가, 60MPa 이상, 바람직하게는 80MPa 이상, 보다 바람직하게는 100MPa 이상이다. 상한값은 특별히 한정되지 않지만 200MPa 이하로 할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 봉지용 수지 조성물의 성형 수축률의 상한값은, 0.14% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.13% 이하로 하는 것이 보다 바람직하며, 0.12% 이하로 하는 것이 특히 바람직하다. 상기 성형 수축률의 상한값을 낮게 억제함으로써, 성형체의 휨을 억제할 수 있다. 한편, 봉지용 수지 조성물의 성형 수축률의 하한값은, 예를 들면 -0.5% 이상으로 하는 것이 바람직하고, -0.3% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 상기 성형 수축률을 상기 범위 내로 함으로써, 성형체의 탈형을 보다 용이하게 할 수 있다. 상기 성형 수축률의 측정은, 예를 들면 봉지용 수지 조성물을 이용하여, 저압 트랜스퍼 성형기(코타키 세이키(주)제 "KTS-15")에 의하여 금형 온도 175℃, 주입 압력 6.9MPa, 경화 시간 120초의 조건에서 제작한 시험편에 대하여, JIS K 6911에 준하여 행할 수 있다.
본 실시형태의 경화물의 주파수 5GHz에 있어서의 유전율은, 4.0 이하, 바람직하게는 3.8 이하, 보다 바람직하게는 3.6 이하로 할 수 있다. 이로써, 경화물을 저유전율 재료에 적용할 수 있다.
본 실시형태의 경화물은, 주파수 5GHz로 측정했을 때의 유전 탄젠트(tanδ)가, 0.007 이하이며, 바람직하게는 0.006 이하, 보다 바람직하게는 0.005 이하로 할 수 있다. 이로써, 경화물의 유전 특성을 보다 한층 향상시킬 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 봉지용 수지 조성물 및 경화물의 물성은, 당해 봉지용 수지 조성물 중에 포함되는 각 성분의 종류나 배합량, 당해 봉지용 수지 조성물의 조제 방법 등을 적절히 선택함으로써, 제어하는 것이 가능하다.
<반도체 장치>
본 실시형태에 있어서의 반도체 장치는, 상술한 본 실시형태에 있어서의 봉지용 수지 조성물의 경화물에 의하여 반도체 소자가 봉지되어 있는 것이다. 반도체 소자의 구체예로서는, 집적 회로, 대규모 집적 회로, 트랜지스터, 사이리스터, 다이오드, 고체 촬상 소자 등을 들 수 있다. 반도체 소자는, 바람직하게는, 수광 소자 및 발광 소자(발광 다이오드 등) 등의 광반도체 소자를 제외한, 이른바, 광의 입출을 수반하지 않는 소자이다.
반도체 장치의 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, 예를 들면, MAP(Mold Array Package), QFP(Quad Flat Package), SOP(Small Outline Package), CSP(Chip Size Package), QFN(Quad Flat Non-leaded Package), SON(Small Outline Non-leaded Package), BGA(Ball Grid Array), LF-BGA(Lead Frame BGA), FCBGA(Flip Chip BGA), MAPBGA(Molded Array Process BGA), eWLB(Embedded Wafer-Level BGA), Fan-In형 eWLB, Fan-Out형 eWLB 등의 종류를 들 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명한다.
도 1 및 도 2는, 모두, 반도체 장치의 구성을 나타내는 단면도이다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 반도체 장치의 구성은, 도 1 및 도 2에 나타내는 것에는 한정되지 않는다.
먼저, 도 1에 나타낸 반도체 장치(100)는, 기판(30) 상에 탑재된 반도체 소자(20)와, 반도체 소자(20)를 봉지하여 이루어지는 봉지재(50)를 구비하고 있다.
봉지재(50)는, 상술한 본 실시형태에 있어서의 봉지용 수지 조성물을 경화하여 얻어지는 경화물에 의하여 구성되어 있다.
또, 도 1에는, 기판(30)이 회로 기판인 경우가 예시되어 있다. 이 경우, 도 1에 나타내는 바와 같이, 기판(30) 중 반도체 소자(20)를 탑재하는 일면과는 반대 측의 타면에는, 예를 들면 복수의 땜납 볼(60)이 형성된다. 반도체 소자(20)는, 기판(30) 상에 탑재되고, 또한 와이어(40)를 개재하여 기판(30)과 전기적으로 접속된다. 한편, 반도체 소자(20)는, 기판(30)에 대하여 플립 칩 실장되어 있어도 된다. 여기에서, 와이어(40)로서는, 한정되지 않지만, 예를 들면, Ag선, Ni선, Cu선, Au선, Al선을 들 수 있고, 바람직하게는, 와이어(40)는 Ag, Ni 또는 Cu 혹은 이들 1종 이상을 포함하는 합금으로 구성된다.
봉지재(50)는, 예를 들면 반도체 소자(20) 중 기판(30)과 대향하는 일면과는 반대 측의 타면을 덮도록 반도체 소자(20)를 봉지한다. 도 1에 나타내는 예에 있어서는, 반도체 소자(20)의 상기 타면과 측면을 덮도록 봉지재(50)가 형성되어 있다.
본 실시형태에 있어서, 봉지재(50)는, 상술한 봉지용 수지 조성물의 경화물에 의하여 구성된다. 이 때문에, 반도체 장치(100)에 있어서는, 봉지재(50)와 와이어(40)의 밀착성이 우수하고, 이로써, 반도체 장치(100)는 신뢰성이 우수한 것이다.
봉지재(50)는, 예를 들면 봉지용 수지 조성물을 트랜스퍼 성형법 또는 압축 성형법 등의 공지의 방법을 이용하여 봉지 성형함으로써 형성할 수 있다.
도 2는, 본 실시형태에 있어서의 반도체 장치(100)의 구성을 나타내는 단면도이며, 도 1과는 상이한 예를 나타내는 것이다. 도 2에 나타내는 반도체 장치(100)는, 기판(30)으로서 리드 프레임을 사용하고 있다. 이 경우, 반도체 소자(20)는, 예를 들면 기판(30) 중 다이 패드(32) 상에 탑재되고, 또한 와이어(40)를 통하여 아우터 리드(34)에 전기적으로 접속된다. 또, 봉지재(50)는, 도 1에 나타내는 예와 동일하게 하여, 본 실시형태에 있어서의 봉지용 수지 조성물의 경화물에 의하여 구성된다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 이들은 본 발명의 예시이며, 상기 이외의 다양한 구성을 채용할 수도 있다.
실시예
이하에, 실시예에 의하여 본 발명을 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1~12, 비교예 1~3(봉지용 수지 조성물의 제조)>
표 1, 2에 기재된 각 성분을 기재된 양비(量比)로 혼합하여, 혼합물을 얻었다. 혼합은, 상온에서 헨셸 믹서를 이용하여 행했다.
그 후, 그 혼합물을, 70~100℃에서 롤 혼련하여, 혼련물을 얻었다. 얻어진 혼련물을 냉각하고, 그 후, 분쇄하여, 봉지용 수지 조성물을 얻었다. 표 1, 2에 기재된 각 성분은 이하와 같다.
(무기 충전재)
·무기 충전재 1: 실리카(마이크론사제, 제품명: TS-6026, 평균 직경 9μm)
·무기 충전재 2: 미분 실리카(아드마텍스사제, 제품명: SC-2500-SQ, 평균 직경 0.6μm)
·무기 충전재 3: 미분 실리카(아드마텍스사제, 제품명: SC-5500-SQ, 평균 직경 1.6μm)
(난연제)
·난연제 1: 수산화 알루미늄(닛폰 게이킨조쿠사제, Dp5μm)
(커플링제)
·실레인 커플링제 1: N-페닐아미노프로필트라이메톡시실레인(도레이·다우코닝사제, CF-4083)
·실레인 커플링제 2: 3-머캅토프로필트라이메톡시실레인(신에쓰 가가쿠 고교사제, KBM803P)
·실레인 커플링제 3: 3-글리시독시프로필메틸다이메톡시실레인(도레이·다우코닝사제, AZ-6137)
(에폭시 수지)
·에폭시 수지 1: 바이페닐아랄킬형에폭시 수지(닛폰 가야쿠사제, NC-3000L, 에폭시 당량 273g/eq)
·에폭시 수지 2: 다이사이클로펜타다이엔 골격 함유 다관능 고형 에폭시 수지(DIC사제, 에피클론 HP-7200L, 에폭시 당량 246g/eq)
(경화제)
·페놀 수지: 바이페닐렌 골격 함유 페놀 아랄킬형 수지(메이와 가세이사제, MEH-7851SS, 수산기 당량 200g/eq)
·활성 에스터 수지 1: 하기 조제 방법으로 조제한 활성 에스터 수지
(활성 에스터 수지 1의 조제 방법)
온도계, 적하 깔때기, 냉각관, 분류관, 교반기를 장착한 플라스크에, 바이페닐-4,4'-다이카복실산 다이클로라이드 279.1g(산클로라이드기의 몰수: 2.0몰)과 톨루엔 1338g을 투입하고, 계 내를 감압 질소 치환하여 용해시켰다. 이어서, α-나프톨 96.5g(0.67몰), 다이사이클로펜타다이엔페놀 수지를 219.5g(페놀성 수산기의 몰수: 1.33몰)을 투입하고, 계 내를 감압 질소 치환하여 용해시켰다. 그 후, 질소 가스 퍼지를 실시하면서, 계 내를 60℃ 이하로 제어하여, 20% 수산화 나트륨 수용액 400g을 3시간 동안 적하했다. 이어서 이 조건하에서 1.0시간 교반을 계속했다. 반응 종료 후, 정치 분액하고, 수층을 제거했다. 또한 반응물이 용해되어 있는 톨루엔상(相)에 물을 투입하여 약 15분간 교반 혼합하고, 정치 분액하여 수층을 제거했다. 수층의 pH가 7이 될 때까지 이 조작을 반복했다. 그 후, 디캔터 탈수로 수분을 제거하여 불휘발분 65%의 톨루엔 용액 상태에 있는 활성 에스터 수지 1을 얻었다. 얻어진 활성 에스터 수지 1의 구조를 확인한 결과, 상술한 식 (1-1)에 있어서 R1 및 R3이 수소 원자, Z가 나프틸기, l이 0인 구조를 갖고 있었다. 활성 에스터 수지 1의 반복 단위의 평균값 k는, 반응 등량비로부터 산출한 결과 0.5~1.0의 범위였다. 또, 활성기 당량은 247g/eq였다.
·활성 에스터 수지 2: 하기 조제 방법으로 조제한 활성 에스터 수지
(활성 에스터 수지 2의 조제 방법)
온도계, 적하 깔때기, 냉각관, 분류관, 교반기를 장착한 플라스크에, 1,3-벤젠다이카복실산 다이클로라이드 203.0g(산 클로라이드기의 몰수: 2.0몰)과 톨루엔 1338g을 투입하고, 계 내를 감압 질소 치환하여 용해시켰다. 이어서, α-나프톨 96.5g(0.67몰), 다이사이클로펜타다이엔페놀 수지를 219.5g(페놀성 수산기의 몰수: 1.33몰)을 투입하고, 계 내를 감압 질소 치환하여 용해시켰다. 그 후, 질소 가스 퍼지를 실시하면서, 계 내를 60℃ 이하로 제어하여, 20% 수산화 나트륨 수용액 400g을 3시간 동안 적하했다. 이어서 이 조건하에서 1.0시간 교반을 계속했다. 반응 종료 후, 정치 분액하고, 수층을 제거했다. 또한 반응물이 용해되어 있는 톨루엔상(相)에 물을 투입하여 약 15분간 교반 혼합하고, 정치 분액하여 수층을 제거했다. 수층의 pH가 7이 될 때까지 이 조작을 반복했다. 그 후, 디캔터 탈수로 수분을 제거하여 불휘발분 65%의 톨루엔 용액 상태에 있는 활성 에스터 수지 2를 얻었다. 얻어진 활성 에스터 수지의 구조를 확인한 결과, 상술한 식 (1-3)에 있어서 R1 및 R3이 수소 원자, Z가 나프틸기, l이 0인 구조를 갖고 있었다. 활성 에스터 수지 2의 반복 단위의 평균값 k는, 반응 등량비로부터 산출한 결과 0.5~1.0의 범위였다. 얻어진 활성 에스터 수지 2는 구체적으로 이하의 화학식으로 나타나는 구조를 갖고 있었다. 또, 활성기 당량은 209g/eq였다.
(경화 촉진제)
·경화 촉진제 1: 테트라페닐포스포늄-4,4'-설포닐다이페놀레이트
·경화 촉진제 2: 테트라페닐포스포늄비스(나프탈렌-2,3-다이옥시)페닐실리케이트
·경화 촉진제 3: 4-하이드록시-2-(트라이페닐포스포늄)페놀레이트
(이온 포착제)
·이온 포착제 1: 마그네슘·알루미늄·하이드로옥사이드·카보네이트·하이드레이트(교와 가가쿠 고교사제, DHT-4H)
(왁스(이형제))
·왁스 1: 산화 폴리에틸렌 왁스(클라리언트·재팬사제, 리코 왁스 PED191)
·왁스 2: 카나우바 왁스(도아 고세이사제, TOWAX-132)
(착색제)
·카본 블랙: ERS-2001(도카이 카본사제)
(저응력제)
·저응력제 1: 카복실기 말단 뷰타다이엔·아크릴로나이트릴 공중합체(우베 고산사제, CTBN1008SP)
·저응력제 2: 에폭시·폴리에터 변성 실리콘 오일(도레이다우코닝사제, FZ-3730)
<평가>
각 예에서 얻어진 수지 조성물 또는 당해 조성물을 이용하여 이하의 방법으로 평가용 시료를 제작하고, 얻어진 시료의 밀착성 및 신뢰성을 이하의 방법으로 평가했다.
[스파이럴 플로(SF)]
실시예 및 비교예의 봉지용 수지 조성물을 이용하여 스파이럴 플로 시험을 행했다.
시험은, 저압 트랜스퍼 성형기(코타키 세이키(주)제 "KTS-15")를 이용하여, EMMI-1-66에 준한 스파이럴 플로 측정용의 금형에, 금형 온도 175℃, 주입 압력 6.9MPa, 경화 시간 120초의 조건에서 봉지용 수지 조성물을 주입하고, 유동 길이를 측정함으로써 행했다. 수치가 클수록, 유동성이 양호한 것을 나타낸다.
[젤 타임(GT)]
175℃로 가열한 열판 상에서 실시예 및 비교예의 봉지용 수지 조성물을 각각 용융 후, 주걱으로 반죽하면서 경화될 때까지의 시간(단위: 초)을 측정했다.
(유리 전이 온도, 선팽창 계수(α1 및 α2))
이하와 같은 수순으로 측정했다.
(1) 트랜스퍼 성형기를 이용하여, 금형 온도 175℃, 주입 압력 10.0MPa, 경화 시간 120초의 조건에서 봉지용 수지 조성물을 주입 성형하여, 15mm×4mm×3mm의 성형품을 얻었다.
(2) 얻어진 성형품을, 오븐을 이용하여 175℃에서 4시간 가열하여, 충분히 경화시켰다. 그리고, 측정용의 시험편(경화물)을 얻었다.
(3) 열기계 분석 장치(세이코 덴시 고교(주)제, TMA100)를 이용하여, 측정 온도 범위 0℃~320℃, 승온 속도 5℃/분의 조건하에서 측정을 행했다. 측정 결과로부터, 유리 전이 온도 Tg(℃), 40~80℃에 있어서의 선팽창 계수(α1), 및, 190~230℃에 있어서의 선팽창 계수(α2)를 산출했다. α1과 α2의 단위는 ppm/℃이며, 유리 전이 온도의 단위는 ℃이다.
[기계적 강도의 평가(굽힘 강도 및 굽힘 탄성률)]
봉지용 수지 조성물을, 저압 트랜스퍼 성형기(코타키 세이키 주식회사제 "KTS-30")를 이용하여, 금형 온도 175℃, 주입 압력 10.0MPa, 경화 시간 120초의 조건에서 금형에 주입 성형했다. 이로써, 폭 10mm, 두께 4mm, 길이 80mm의 성형품을 얻었다. 이어서, 얻어진 성형품을 175℃, 4시간의 조건에서 후경화시켰다. 이로써, 기계적 강도의 평가용의 시험편을 제작했다. 그리고, 시험편의 260℃ 또는 상온(25℃)에 있어서의 굽힘 강도(MPa) 및 굽힘 탄성률(MPa)을, JIS K 6911에 준거하여 측정했다.
(자비(煮沸) 흡수율)
각 실시예 및 비교예에 대하여, 얻어진 봉지용 수지 조성물의 경화물의 자비 흡수율을, 이하와 같이 측정했다. 먼저, 저압 트랜스퍼 성형기(코타키 세이키(주)제 "KTS-15")를 이용하여, 금형 온도 175℃, 주입 압력 6.9MPa, 경화 시간 120초로 직경 50mm, 두께 3mm의 원반상 시험편을 성형했다. 이어서, 얻어진 시험편을 175℃, 4시간으로 후경화한 후, 이 시험편의 자비 처리 전의 질량과 24시간 순수 중에서 자비 처리 후의 질량을 측정했다. 이 측정 결과에 근거하여 자비 처리 전후에 있어서의 질량 변화를 산출한 결과로부터, 시험편의 자비 흡수율을 백분율로 얻었다. 표 1에 있어서의 단위는 질량%이다.
(성형 수축률)
각 실시예 및 비교예에 대하여, 얻어진 수지 조성물에 대하여, 성형(ASM: as Mold)을 행한 후의 성형 수축률(ASM 후)을 측정하고, 당해 성형 후, 본경화시켜 유전체 기판을 제작하는 것을 상정한 가열 조건(PMC: Post Mold Cure)에서 성형 수축률(PMC 후)을 평가했다.
먼저, 저압 트랜스퍼 성형기(고타키 세이키(주)제 "KTS-15")를 이용하여 금형 온도 175℃, 주입 압력 6.9MPa, 경화 시간 120초의 조건에서 제작한 시험편에 대하여, JIS K 6911에 준하여 성형 수축률(ASM 후)을 얻었다.
또한, 얻어진 시험편을 175℃에서 4시간 가열 처리하고, JIS K 6911에 준하여 성형 수축률(ASM 후)을 측정했다.
(공동(空洞) 공진기법에 의한 유전율 및 유전 탄젠트의 평가)
먼저, 수지 조성물을 이용하여, 시험편을 얻었다.
구체적으로는, 실시예 및 비교예에서 조제한 수지 조성물을, Si 기판에 도포하고, 120℃에서 4분간 프리베이크를 행하여, 도포막 두께 12μm의 수지막을 형성했다.
이것을, 질소 분위기하, 오븐을 이용하여 200℃에서 90분 가열하고, 불산 처리(2질량% 불산 수용액에 침지)했다. 불산으로부터 기판을 취출한 후, 경화막을 Si 기판으로부터 박리하여, 이것을 시험편으로 했다.
측정 장치는, 네트워크 애널라이저 HP8510C, 신디사이즈드 스위퍼 HP83651A 및 테스트 세트 HP8517B(모두 애질런트·테크놀로지사제)를 이용했다. 이들 장치와, 원통 공동 공진기(내경 φ42mm, 높이 30mm)를, 셋업했다.
상기 공진기 내에 시험편을 삽입한 상태와, 미삽입 상태에서, 공진 주파수, 3dB 대역폭, 투과 전력비 등을, 주파수 5GHz로 측정했다. 그리고, 이들 측정 결과를 소프트웨어로 해석적으로 계산함으로써, 유전율(Dk) 및 유전 탄젠트(Df)의 유전 특성을 구했다. 또한, 측정 모드는 TE011 모드로 했다.
표 1, 2에 기재된 바와 같이, 경화제로서 페놀 수지와 활성 에스터 수지를 병용하고, 소정의 경화 촉진제를 더 포함하는 반도체 봉지용 수지 조성물을 이용함으로써, 성형 시의 수축률이 낮고 제품의 수율이 우수한 것이 상정된, 또한, 당해 조성물로부터 얻어지는 경화물은, 기계 강도 및 유전 특성이 우수한 것이 확인되었다. 즉, 본 발명의 반도체 봉지용 수지 조성물은 이들 특성의 밸런스가 우수한 것이 확인되었다.
이 출원은, 2021년 7월 16일에 출원된 일본 특허출원 2021-117662호를 기초로 하는 우선권을 주장하고, 그 개시의 모두를 여기에 원용한다.
20 반도체 소자
30 기판
32 다이 패드
34 아우터 리드
40 와이어
50 봉지재
60 땜납 볼
100 반도체 장치

Claims (14)

  1. (A) 에폭시 수지와,
    (B) 경화제와,
    (C) 경화 촉진제를 포함하는, 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
    경화제 (B)는, 페놀 수지 (B1)과 활성 에스터 수지 (B2)를 포함하고,
    활성 에스터 수지 (B2)는, 일반식 (1)로 나타나는 구조를 가지며,

    (일반식 (1)에 있어서, A는, 지방족 환상 탄화 수소기를 통하여 연결된 치환 또는 비치환의 아릴렌기이고,
    Ar'은, 치환 또는 비치환의 아릴기이며,
    k는, 반복 단위의 평균값이고, 0.25~3.5의 범위이고,
    일반식 (1)에 있어서 B는, 일반식 (B)로 나타나는 구조이며,

    (일반식 (B) 중, Ar은, 치환 또는 비치환의 아릴렌기이고, Y는, 단결합, 치환 또는 비치환의 탄소 원자수 1~6의 직쇄의 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환의 탄소 원자수 3~6의 환식의 알킬렌기, 치환 또는 비치환의 2가의 방향족 탄화 수소기, 에터 결합, 카보닐기, 카보닐옥시기, 설파이드기, 혹은 설폰기이다. n은 0~4의 정수이다.)
    경화 촉진제 (C)는, 테트라페닐포스포늄-4,4'-설포닐다이페놀레이트, 테트라페닐포스포늄비스(나프탈렌-2,3-다이옥시)페닐실리케이트, 4-하이드록시-2-(트라이페닐포스포늄)페놀레이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는, 반도체 봉지용 수지 조성물.
  2. 청구항 1에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
    상기 일반식 (B)로 나타나는 구조는, 일반식 (B-1)~(B-6)으로부터 선택되는 적어도 하나인, 반도체 봉지용 수지 조성물.

    (일반식 (B-1)~(B-6) 중, R1은, 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소 원자수 1~4의 알킬기, 탄소 원자수 1~4의 알콕시기, 페닐기, 또는 아랄킬기이며, R2는 각각 독립적으로 탄소 원자수 1~4의 알킬기, 탄소 원자수 1~4의 알콕시기, 또는 페닐기이고, X는 탄소 원자수 2~6의 직쇄의 알킬렌기, 에터 결합, 카보닐기, 카보닐옥시기, 설파이드기, 설폰기 중 어느 하나이며,
    n은 0~4의 정수이고, p는 1~4의 정수이다.)
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
    상기 일반식 (1)에 있어서, A가, 일반식 (A)로 나타나는 구조를 갖는, 반도체 봉지용 수지 조성물.

    (일반식 (A) 중, R3은 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소 원자수 1~4의 알킬기, 탄소 원자수 1~4의 알콕시기, 페닐기, 아랄킬기 중 어느 하나이며, l은 0 또는 1이고, m은 1 이상의 정수이다.)
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
    페놀 수지 (B1)의 함유량과 활성 에스터 수지 (B2)의 함유량의 비율이, 25:75~75:25인, 반도체 봉지용 수지 조성물.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
    커플링제 (D)를 더 포함하는, 반도체 봉지용 수지 조성물.
  6. 청구항 5에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
    커플링제 (D)가 2급 아미노실레인 커플링제인, 반도체 봉지용 수지 조성물.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
    에폭시 수지 (A) 및 페놀 수지 (B1) 중 적어도 일방이, 바이페닐아랄킬 구조를 갖는, 반도체 봉지용 수지 조성물.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
    페놀 수지 (B1)이, 바이페닐아랄킬 구조를 갖는, 반도체 봉지용 수지 조성물.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
    에폭시 수지 (A)가, 바이페닐아랄킬형 수지 및 다이사이클로펜타다이엔형 수지로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는, 반도체 봉지용 수지 조성물.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
    실리콘 오일 (E)를 더 포함하는, 반도체 봉지용 수지 조성물.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
    무기 충전제 (F)를 더 포함하는, 반도체 봉지용 수지 조성물.
  12. 청구항 11에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
    무기 충전제 (F)가, 실리카, 알루미나, 탤크, 산화 타이타늄, 질화 규소, 질화 알루미늄으로부터 선택되는 적어도 1종인, 반도체 봉지용 수지 조성물.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물로서,
    당해 반도체 봉지용 수지 조성물의 젤 타임이 50초 이상 80초 이하인, 반도체 봉지용 수지 조성물.
  14. 반도체 소자와,
    청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 기재된 반도체 봉지용 수지 조성물의 경화물로 이루어지는, 상기 반도체 소자를 봉지하는 봉지재
    를 구비하는, 반도체 장치.
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