CN1217972C - 半导体封装用环氧树脂组合物及使用这种组合物的半导体装置 - Google Patents

半导体封装用环氧树脂组合物及使用这种组合物的半导体装置 Download PDF

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Abstract

一种半导体装置封装用环氧树脂组合物，其中包含下列主要组分：(A)一种环氧树脂；(B)一种酚醛树脂；(C)一种固化促进剂；和(D)一种空心无机填料，其平均粒径为4～100μm，平均壳厚为1.5μm或更大，其中组分(A)和组分(B)的量是这样控制的，即要使得X和Y的总量(X+Y)是350或更大，其中X是环氧树脂(A)的环氧当量，Y是酚醛树脂(B)的羟基当量；以及包含用该环氧树脂组合物封装的半导体元件的半导体装置。

Description

半导体封装用环氧树脂组合物 及使用这种组合物的半导体装置
技术领域
本发明涉及半导体封装用低介电常数环氧树脂组合物、比介电常数显著降低的环氧树脂组合物和其中半导体元件用该环氧树脂组合物进行树脂封装的半导体装置。
背景技术
通常，树脂封装型半导体装置包含半导体元件如晶体管、IC或LSI和封装材料如环氧树脂组合物，其中半导体元件采用压铸通过封装材料的模塑进行封装。这种树脂封装型半导体装置由于其可靠性、大批生产性及低成本而与陶瓷封装型半导体装置一起已得到广泛应用。
但是，最近，已经发明了微处理机等设备中用的高功能和高性能半导体元件。借助这类发明，操作频率显著增加。此外，在与信息传输有关的领域中，在小型化电子装置如蜂窝电话机和PHS中已经使用了大约千兆赫的频段，使用二位数千兆赫频段的通讯研究开发最近也已取得进展。
由于半导体装置中的高频发展趋势，具有优异高频特性的陶瓷封装型半导体装置目前已大量用于要求高可靠性的半导体装置中。然而，另一方面，目前的计划是使用低成本的树脂封装型半导体装置，这种装置在大量生产及上述各种可靠性方面具有优越性。因此，开发一种低压压铸用低介电常数的环氧树脂组合物，用于树脂封装型半导体装置已成为需要。
此外，已经有人提出了一种用具有低介电常数的硅氧烷树脂对半导体进行树脂封装的方法；一种利用双模塑技术的方法，其中用一种低介电常数树脂模塑半导体元件的内包封层，而用普通的环氧树脂模塑外层(日本专利公开昭61-237455)；利用空心无机填料如空心玻璃球的方法(日本专利公开平5-283561)；以及其它方法。然而，封装树脂的介电常数的降低是有限度的。由于半导体元件向高频发展的趋势目前越来越有进展，因此介电常数还不能达到所需的降低水平。
此外，作为用于树脂封装半导体元件的利用空心无机填料的低压压铸用环氧树脂组合物，日本专利公开昭62-161851公开了一种封装半导体的环氧树脂组合物，其中用内部有空穴的二氧化硅作为全部或部分无机填料。但是，该公开文献对固化产品的介电性能却只字未提。另一方面，日本专利公开平5-9270公开了一种半导体封装用环氧树脂组合物，其中该组合物具有降低的介电常数，其中该空心无机填料占无机填料重量的30～100％。但是，由于该空心结构在各种添加组分的捏合或熔融分布过程中被施加的剪切力所破坏，因此从生产力的观点来看存在一个缺点，即并非所有的原料都能同时被捏合。此外，日本专利公开平5-206325公开了一种使用一种含气体的填料的半导体封装用树脂组合物，其中该树脂组合物固化产物在50℃在1MHz～50GHz频段的介电常数是3.5。但是，该公开文献中所公开的树脂组合物很难说是一种有利于封装新近开发的窄间距布线结构半导体的含填料树脂组合物。
因此，从高频半导体元件发展的进步的观点看，本发明的一个目的是提供一种半导体封装用环氧树脂组合物，该组合物具有进一步降低的比介电常数，能适应高频发展趋势的需要，有利于组装窄间距布线结构的半导体，并且具有优异生产力。
本发明的另一个目的是提供一种用该环氧树脂组合物封装的半导体装置。
从下面的描述来看，本发明的这些目的和其它目的将会一目了然。
发明内容
本发明的第一个具体实施方案涉及一种半导体装置封装用环氧树脂组合物，其中包含下列主要组分：
(A)一种环氧树脂；
(B)一种酚醛树脂；
(C)一种固化促进剂；和
(D)一种空心无机填料，其平均粒径为4～100μm，平均壳厚为1.5μm或更大，
其中组分(A)和组分(B)的量是这样控制的，即要使得X和Y的总量(X+Y)是350或更大，其中X是环氧树脂(A)的环氧当量，Y是酚醛树脂(B)的羟基当量。
本发明的第二个具体实施方案涉及一种包含用上述环氧树脂组合物封装的半导体元件的半导体装置。
由于从完成上述目的出发而进行的广泛研究的结果，本发明者注意到环氧树脂和酚醛树脂，即半导体封装用环氧树脂组合物的有机组分，并发现这些组分反应后所形成的产物中仲羟基含量的降低能有效降低介电常数，即将环氧树脂的环氧当量和酚醛树脂的羟基当量两者的总量调节到某一特定值或高些。本发明者还发现，除上述有机组分的调节外，由于与上述环氧树脂组合物的有机组分一起，使用空心无机填料作为无机填料，所以可以得到一种比介电常数进一步降低了的环氧树脂组合物。这种比介电常数能适应半导体元件向高频发展的趋势。
此外，例如，当空心二氧化硅球、空心Shirasu球、空心玻璃球或含有氧化硅和氧化铝的空心球以及含有其它各种陶瓷的空心材料供入制备普通环氧树脂组合物的常规工艺中作为含气体(空气)的空心无机填料时，这些空心材料在由捏合机、加热辊等施加了强剪切力的加热和捏合分散过程中容易破裂。因此，需要使用其壳强度强得足以耐受上述加热和捏合分散过程的空心无机填料。
此外，该半导体元件按照导线连接方法配备了80～100μm的窄间距布线，这是最新趋向的半导体元件电气布线的一个有代表性的例子。因此，本发明者发现，环氧树脂组合物中所用无机填料的粒径必须加以调节，使得最大粒径做得更小，以便不妨碍布线。
此外，半导体外壳已变得越来越薄，而且越来越小型化，以致希望进一步降低封装外壳的低压压铸用环氧树脂组合物的熔体粘度。因此，一直迫切希望通过将无机填料成形为球形的方法来降低粘度。
具体说，由于在上述发现的基础上进行的广泛研究的结果，本发明者发现，当环氧树脂的环氧当量与酚醛树脂的羟基当量这两者的总量控制在某一特定值或更高时，反应后所形成的产物中的仲羟基含量就会降低，从而能有效地降低介电常数，并发现，当另外还使用具有特定平均粒径和特定壳厚的空心无机填料(D)时，就能进一步降低介电常数而不会使上述空心无机填料破裂，即使当在该原材料制备过程中施加了强剪切力时也是这样。
因此，特别优选的是使用通式(1)代表的特定环氧树脂作为环氧树脂(A)和通式(2)代表的特定的酚醛树脂作为酚醛树脂(B)，其中环氧当量与羟基当量的总量是高的，使得所形成的环氧树脂组合物的固化产物的比介电常数更进一步降低。
尤其优选的是使用空心玻璃球作为空心无机填料，因为这样做可以达到降低介电常数的效果，并能减轻通过本发明环氧树脂组合物的模塑而得到的半导体装置的重量。
具体实施方式
本发明的半导体封装用环氧树脂组合物(以下简称为“环氧树脂组合物”)是从环氧树脂〔组分(A)〕、酚醛树脂〔组分(B)〕、固化促进剂〔组分(C)〕和特定的空心无机填料〔组分(D)〕得到的，且该环氧树脂组合物通常呈粉末形式或压成片。替代地，在环氧树脂组合物熔融捏合后，将该组合物模塑成大致圆柱形状的粒状形式。
作为环氧树脂〔组分(A)〕，可以使用任何传统已知的各种环氧树脂，没有特别限制，只要该环氧树脂的环氧当量与下面提到的酚醛树脂的羟基当量的总量是某一特定值或更高，而且该环氧树脂在常温(25℃)下为固体就可以。这样的环氧树脂包括，例如联苯环氧树脂、苯酚线型酚醛清漆环氧树脂、甲酚线型酚醛清漆环氧树脂等。这些环氧树脂可以单独使用或2种或更多种组合使用。这类环氧树脂的具体例子包括通式(1)代表的环氧树脂：
其中n是0或正数；
通式(3)代表的环氧树脂：
其中n是0或正数；
通式(4)代表的环氧树脂：
Figure C0111632700081
和
和通式(5)代表的环氧树脂：
Figure C0111632700082
其中n是0或正数。
酚醛树脂〔组分(B)〕可以是能作为环氧树脂〔组分(A)〕固化剂的任何一种树脂，而且可以使用任何一种酚醛树脂，只要该酚醛树脂的羟基当量与上述环氧树脂的环氧当量的总量为某一特定值或更高就可以。这类酚醛树脂包括，例如苯酚线型酚醛清漆、甲酚线型酚醛清漆、双酚A线型酚醛清漆、萘酚线型酚醛清漆、苯酚芳烷基线型酚醛清漆等。这些酚醛树脂可以单独使用，或2种或更多种组合使用。其具体例子包括通式(2)代表的酚醛树脂：
其中m是0或正数；
通式(6)代表的酚醛树脂：
Figure C0111632700091
其中m是0或正数；
通式(7)代表的酚醛树脂：
Figure C0111632700092
其中m是0或正数；和
通式(8)代表的酚醛树脂：
其中m是0或正数。
优选的是，环氧树脂〔组分(A)〕与酚醛树脂〔组分(B)〕的比例按这样来调节，使得相对于环氧树脂中每当量环氧基而言，酚醛树脂中的羟基当量数为0.5～1.6，更优选为0.8～1.2。
其次，与组分(A)和组分(B)一起使用的固化促进剂〔组分(C)〕没有特别限制，任何传统上已知的都可以使用。其具体例子包括1，8-二氮杂双环[5.4.0]十一烯-7；叔胺如三亚乙基二胺；咪唑类如2-甲基咪唑；含磷固化促进剂如三苯膦和四苯基磷鎓四苯基硼酸盐等。这些固化促进剂可以单独使用或2种或更多种混合使用。
优选的是，以100重量份酚醛树脂〔组分(B)〕为基准，固化促进剂〔组分(C)〕的含量调节到0.5～10重量份。
作为与组分(A)～(C)一起使用的特定空心无机填料〔组分(D)〕，该空心无机填料颗粒应满足下列要求：平均粒径为4～100μm，构成该空心无机填料的壳的厚度为1.5μm或以上。更优选的是，最大粒径为150μm或以下。尤其优选的是，平均粒径为10～70μm，构成该空心无机填料的壳的厚度是1.5～4μm或以下。且最大粒径是110μm或以下。具体说，当平均粒径小于4μm时，该空心颗粒中所含气体(空气)的含量就降低，所以介电常数的降低不能达到所希望的水平。还有，当平均粒径超过100μm时，就会妨碍半导体元件的布线。此外，当壳的厚度小于1.5μm时，空心颗粒就有可能破裂，因为在存在捏合机和加热辊所施加的强剪力的加热和捏合分散过程中空心颗粒的强度不够。还有，当最大颗粒超过150μm时，就有可能妨碍半导体元件的布线。
上面定义的空心无机填料包括，例如空心二氧化硅球、空心Shirasu球、空心玻璃球、由包含氧化硅和氧化铝的组合物制成的空心球、空心材料如各种陶瓷等。其中，从壳强度观点来看，优选使用空心玻璃球。更优选的是该空心玻璃球的粒径为30～60μm，最大颗粒为110μm，壳的平均厚度为2～4μm，真密度为0.70～0.80g/cm3，且具有高压缩强度，使得当以6864牛顿/cm3的静压进行压制时破碎率为10％或以下。此外，如果空心无机填料颗粒表面事先用下面所述的硅烷偶联剂进行涂布，则是优选的，因为这可改善无机填料和有机组分如环氧树脂和上述的酚醛树脂界面的粘合力，从而当其吸收水分时能满意地使介电性能稳定。
在本发明中，传统的各种无机填料均可与空心无机填料〔组分(D)〕一起使用。传统无机填料包括，例如二氧化硅粉末如气相二氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮化铝、氮化硼、氧化镁、硅酸钙、氢氧化镁、钛白粉等。在这些无机填料中，可以优选使用球形二氧化硅粉末、碾磨二氧化硅粉末、脆性二氧化硅粉末等。作为无机填料，优选的是最大粒径为100μm或以下者。此外，除上述定义的最大粒径外，平均粒径为1～20μm者也是优选的。因此，当传统无机填料与空心无机填料〔组分(D)〕一起使用时，优选的是，传统无机填料的配方比例应调节到全部填料(空心无机填料与传统无机填料的总量)的30％重量或以下。这是因为，当传统无机填料的配方比例超过30％重量时，就很难使介电常数降低到所希望的水平。
这里，空心无机填料和传统无机填料的最大粒径和平均粒径可用例如激光散射扫描型粒度分布分析仅测定。此外，空心无机填料的壳厚可通过例如用电子显微镜观察样品有意破裂的情况来测定。
优选的是，空心无机填料〔组分(D)〕的含量比例(或在空心无机填料与传统无机填料一起使用的情况下，空心无机填料和传统无机填料的总含量比例)应调节到整个环氧树脂组合物的40～70％重量，更优选40～60％重量。具体说，空心无机填料〔组分(D)〕的含量比例小于40％重量时，就很难使介电常数降低到所希望的水平。还有，当空心无机填料〔组分(D)〕的含量比例超过70％重量时，环氧树脂组合物的熔体粘度就变得相当高，因而流动性降低，从而使得难以采用低压压铸法对该环氧树脂组合物进行模塑。
在本发明的环氧树脂组合物中，除了环氧树脂〔组分(A)〕、酚醛树脂〔组分(B)〕、固化促进剂〔组分(C)〕、空心无机填料〔组分(D)〕以及传统无机填料之外，还可以任选地加入适量的各种助剂，如脱模剂、挠曲性赋予剂、颜料、阻燃剂和偶联剂。
脱模剂包括聚乙烯蜡、巴西棕榈蜡、脂肪酸盐等。
挠曲性赋予剂包括硅氧烷化合物如侧链乙二醇型二甲基硅氧烷、丁腈橡胶等。
颜料包括炭黑、二氧化钛等。
阻燃剂包括卤基阻燃剂如溴化环氧树脂，与阻燃助剂如三氧化锑一起使用。
此外，作为除上述卤基阻燃剂以外的阻燃剂可以使用通式(9)代表的具有多面体形状的复合金属氢氧化物：
M1-xQx(OH)2             (9)
其中M是选自Mg、Ca、Sn和Ti这一组中的至少1个金属原子；Q是选自Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn这一组中的至少1个金属原子；X是0.01～0.5的正数。
该复合金属氢氧化物具有多面体形式的结晶结构。它没有通常的六面体形式，或厚度薄的片状形式如鳞状的结晶结构。说得更确切些，它属于一种在厚度方向(C-轴方向)以及长度和宽度方向有大晶体生长的复合金属氢氧化物，包括例如具有粒状结晶形式的那些，由于片状结晶在厚度方向(C-轴方向)上的晶体生长使得它们形成类似空间和球形的形式，粒状结晶形式包括近似十二面体，近似八面体、近似四面体等。
例如，在厚度方向(C-轴方向)以及长度和宽度方向有大晶体生长的复合金属氢氧化物和呈近似十二面体、近似八面体、近似四面体等形式的所希望的多面体结晶形式可通过控制该复合金属氢氧化物制造工艺中的各种条件来获得，且通常可为各种形状的混合物。
具有上述多面体形状的复合金属氢氧化物的有代表性的具体例子包括氧化镁和氧化镍的水合物、氧化镁和氧化锌的水合物、氧化镁和氧化铜的水合物等。
还有，具有上述多面体形状的复合金属氢氧化物具有下列由激光散射粒度分析仅所测得的粒度分布(α)～(γ)：
(α)：10-35％质量粒径小于1.3μm的颗粒；
(β)：50～65％质量粒径等于或大于1.3μm但小于2.0μm的颗粒；和
(γ)：10～30％质量粒径等于或大于2.0μm的颗粒。
此外，具有上述多面体形状的复合金属氢氧化物的纵横比优选为1～8，更优选为1～7，特别优选为1～4。这里提及的纵横比是用该复合金属氢氧化物的长度与宽度之比表示的。当纵横比超过8时，包含该复合金属氢氧化物的环氧树脂组合物熔融时对粘度降低的效果变差。当该复合金属氢氧化物用作本发明环氧树脂组合物的一种成分时可以使用纵横比为1～4的复合金属氢氧化物。
偶联剂包括硅烷偶联剂如γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷等。
在本发明的环氧树脂组合物中，要求组合使用环氧树脂的酚醛树脂，使得X和Y的总量(X+Y)调节到350或以上，其中X是环氧树脂(A)的环氧当量，Y是酚醛树脂(B)的羟基当量。尤其优选这样的组合，其中总量(X+Y)等于或大于400。顺便提及，总量(X+Y)的上限是2000或2000左右。具体说，当总量(X+Y)小于3 50时，不能使所形成的环氧树脂组合物的固化产物的介电常数降低到满意的程度。关于环氧树脂〔组分(A)〕和酚醛树脂〔组分(B)〕的组合，，从得到特别高总量的环氧当量和羟基当量，从而获得满意的降低介电常数的效果的观点来看，优选的是使用上述式(1)代表的环氧树脂和上述式(2)代表的酚醛树脂的组合。此外，当组合使用2种或更多种树脂作为环氧树脂(A)时，这些多种环氧树脂的环氧当量的平均值定义为环氧当量X。当组合使用2种或更多种树脂作为酚醛树脂(B)时，这些多种酚醛树脂的羟基当量的平均值定义为羟基当量Y。这些环氧当量和羟基当量中每种当量均用g/eq表示。在本发明中，按上述定义的环氧当量X和羟基当量Y的总量(X+Y)不包括用作阻燃剂如溴化环氧树脂的环氧树脂的环氧当量。
本发明的环氧树脂组合物可按，例如，下述方法制备。具体说，所希望的环氧树脂组合物可通过下述一系列步骤制备，包括：加入给定量的环氧树脂〔组分(A)〕、酚醛树脂〔组分(B)〕、固化促进剂〔组分(C)〕、空心无机填料〔组分(D)〕和各种助剂如脱模剂，用加热辊和挤出捏合机进行熔融分散使各组分充分混合，使混合物冷却，并将混合物粉碎，以及任选地将混合物压塑成片状料粒。
此外，如上面所提到的，环氧树脂组合物可通过如下方法制备：先将空心无机填料〔组分(D)〕与硅烷偶合剂混合，从而使空心无机填料〔组分(D)〕的表面涂布上硅烷偶联剂，然后再加入其余各组分进行上述各步骤。通过事先对上述空心无机填料〔组分(D)〕进行表面涂布，空心无机填料与各有机组分之间界面的粘着力就获得改善，从而当封装树脂(固化产物)吸收水分时介电性能也能稳定。
本发明的半导体装置包含用上述的环氧树脂组合物封装的半导体元件。这里，封装没有特别的限制，且可用通常已知的模塑法如低压压铸法进行。
按上述方法得到的半导体装置具有优异的高频性能。这是因为用作半导体装置用封装树脂组合物的环氧树脂组合物包含组合使用的环氧树脂和酚醛树脂，使得环氧树脂的环氧当量与酚醛树脂的羟基当量的总量为某一特定值或以上，并使得含有气体(空气)的空心无机填料的含量为某一特定量，以致所形成的环氧树脂组合物具有低的介电常数，从而大大降低了比介电质常数。由于高频半导体元件的趋向，用本发明的环氧树脂组合物封装的半导体装置各引线之间的内部端电容小，所以可以减少高频信号的传输损失。
下面列举实施例和比较例。
在进行实例之前，先准备下列各组分。
〔环氧树脂a〕
下式(a)代表的一种环氧树脂(环氧当量：195g/eq.，软化点：74℃)：
Figure C0111632700141
〔环氧树脂b〕
下式(b)代表的一种环氧树脂(环氧当量：192g/eq.，软化点：107℃)：
〔环氧树脂c〕
下式(c)代表的一种环氧树脂(环氧当量：273g/eq.，软化点：61℃)：
Figure C0111632700143
〔环氧树脂d〕
下式(d)代表的一种环氧树脂(环氧当量：290g/eq.，软化点：95℃)：
Figure C0111632700151
〔酚醛树脂a〕
下式(a)代表的一种酚醛树脂(羟基当量：106g/eq.，软化点：82℃)：
Figure C0111632700152
〔酚醛树脂b〕
下式(b)代表的一种酚醛树脂(羟基当量：162g/eq.，软化点：60℃)：
〔酚醛树脂c〕
下式(c)代表的一种酚醛树脂(羟基当量：170g/eq.，软化点：70℃)：
〔酚醛树脂d〕
下式(d)代表的一种酚醛树脂(羟基当量：208g/eq.，软化点：69℃)：
〔固化促进剂〕
四苯基磷鎓四苯基硼酸盐
〔空心无机填料a〕
空心玻璃球(由硼硅酸盐玻璃制成，平均粒径：40μm，最大粒径：110μm，平均壳厚：2μm，真密度：0.75g/cm3，在6864牛顿/cm3静压下压制时的破碎率：6％)。
〔空心无机填料b〕
空心玻璃球(由硼硅酸盐玻璃制成，平均粒径：40μm，最大粒径：80μm，平均壳厚：1μm，真密度：0.39g/cm3，在2451牛顿/cm3强度下压制时的破碎率：6％)。
〔二氧化硅粉末a〕
球形气相法二氧化硅粉末(平均粒径：0.5μm，最大粒径：1μm)。
〔二氧化硅粉末b〕
球形气相法二氧化硅粉末(平均粒径：15μm，最大粒径：96μm)。
〔脱模剂〕
聚乙烯蜡
〔阻燃剂〕
溴化苯酚线型酚醛清漆型环氧树脂(环氧数量：280g/eq.)。
〔阻燃助剂〕
三氧化锑
〔颜料〕
炭黑
〔硅烷偶联剂〕
β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷
实施例1～8和比较例1～4
将表1或表2中所示各原材料按表中所示比例同时加入，然后将混合物进行熔融捏合一段足够的时间，加热辊加热到95℃(由加热辊进行的捏合时间也一起示于表1或2)，然后让其冷却。随后将所得到的产物进行粉化，得到通10目的粉末状环氧树脂组合物。
                                           表1
                                                                                  质量份
                                实施例
    1   2   3   4   5   6
环氧树脂a环氧树脂b环氧树脂c环氧树脂d     --13.9-   ---17.9   --17.6-   13.4---   -13.0--   --13.9-
酚醛树脂a酚醛树脂b酚醛树脂c酚醛树脂d     ---10.6   6.6---   6.9---   -11.1--   --11.5-   ---10.6
固化促进剂     0.3   0.2   0.3   0.4   0.3   0.3
空心无机填料a空心无机填料b     21.7-   21.7-   21.7-   21.7-   21.7-   21.7-
二氧化硅粉末a二氧化硅粉末b     --   --   --   --   --   4.2-
阻燃剂     3.5   3.5   3.5   3.5   3.5   3.5
阻燃助剂     2.5   2.5   2.5   2.5   2.5   2.5
脱模剂     0.5   0.5   0.5   0.5   0.5   0.5
颜料     0.3   0.3   0.3   0.3   0.3   0.3
硅烷偶联剂     0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2
加热辊捏合时间(分钟)     5   5   5   5   5   5
环氧当量和羟基当量的总量     481   396   375   367   366   481
                                             表2
                                                                                          质量份
         实施例                          比较例
    7     8     1     2     3     4
环氧树脂a环氧树脂b环氧树脂c环氧树脂d     --13.9-     --13.9-     --13.9-     --13.9-     15.9---     15.9---
酚醛树脂a酚醛树脂b酚醛树脂c酚醛树脂d     ---10.6     ---10.6     ---10.6     ---10.6     8.6---     8.6---
固化促进剂     0.3     0.3     0.3     0.3     0.3     0.3
空心无机填料a空心无机填料b     18.7-     59.7-     -21.7     --     21.7-     --
二氧化硅粉末a二氧化硅粉末b     --     --     --     -66.6     --     -66.6
阻燃剂     3.5     3.5     3.5     3.5     3.5     3.5
阻燃助剂     2.5     2.5     2.5     2.5     2.5     2.5
脱模剂     0.5     0.5     0.5     0.5     0.5     0.5
颜料     0.3     0.3     0.3     0.3     0.3     0.3
硅烷偶联剂     0.2     0.2     0.2     0.2     0.2     0.2
加热辊捏合时间(分钟)     5     5     5     5     5     5
环氧当量和羟基当量的总量     481     481     481     481     301     301
按照下述方法评价上述实施例和比较例得到的各种粉末状环氧树脂组合物的比介电常数、玻璃化转变温度和耐湿可靠性。结果示于表3和表4。
〔比介电常数的测定〕
上述各种粉末状环氧树脂组合物在下列条件下进行压铸：模塑压力：6.9MPa，模温：175℃，模塑时间：2分钟。然后将模制品在175℃进行后5小时的固化，以制备厚度为3mm、直径为50mm的圆盘形固化产品。随后，从银的膏状物制备银电极，该银电极包含直径为30mm的主电极、直径为32mm的保护电极和直径为45mm的相反电极。然后在1MHz的检测频率和25℃温度的条件下测定该固化产品的电容，并按下式计算比介电常数：
ϵ = C X × t π × r 2 × ϵ 0
式中ε是比介电常数；ε0是真空(空气)的介电常数〔＝0.0885(pF/cm)〕；r是主电极的半径(cm)；t是试片的厚度(cm)；CX是试片的电容(pF)。
〔玻璃化转变温度〕
上述各种粉末状环氧树脂组合物在与上述相同的条件下进行压铸，以制备长20mm、宽3mm、厚3mm的固化产品，然后将该固化产品在175℃进行5小时的后固化。在5℃/分钟的加热速率条件下用一台热力学分析仪(从Rigaku公司购得的TMA仪，型号为MG800GM)测定所得固化产品的玻璃化转变温度(Tg)、
〔耐湿可靠性〕
上述各种粉末状环氧树脂组合物在与上述相同的条件下进行压铸，以模塑成由42号合金制成的16脚-DIP(双列直插封装)引线框，然后用1个部件将其安装起来用于评估用金丝连接的铝布线的腐蚀情况。该模制产品在175℃进行后固化5小时，以制备一种半导体装置。将所制得的半导体装置进行加压蒸煮试验(PCT试验)，试验温度是121℃，压力是202.6KPa，时间是直到测不到导电性(电失效)为止的时间。
                                     表3
                               实施例
    1   2     3    4    5    6
比介电常数玻璃化转变温度(℃)电失效时间(小时)    2.8144200小时或以上  2.9167200小时或以上    2.9158200小时或以上   3.1105200小时或以上   3.2123200小时或以上   2.8144200小时或以上
                                        表4
        实施例                       比较例
    7    8    1    2    3    4
比介电常数玻璃化转变温度(℃)电失效时间(小时)    2.7144200小时或以上   3.2143200小时或以上   3.9142200小时或以上   3.7143200小时或以上   3.5173200小时或以上   3.8175200小时或以上
表3和表4所示结果清楚地说明，所有实施例都具有低的比介电常数，即使在进行熔融捏合工艺之后也是这样，而且耐湿可靠性优异。尤其在实施例1、6和7中，环氧当量和羟基当量的总量为400或以上，比介电常数降低效果明显。此外，就玻璃化转变温度而言，本发明实施例的环氧树脂组合物的固化产品没有很大的恶化数值。
另一方面，在比较例1中，尽管玻璃化转变温度高而且耐湿可靠性也高，但是空心玻璃球在熔融捏合过程中仍然发生破裂，其原因是比介电常数高且平均壳厚度较薄。比较例2的比介电常数高，所以与实施例1相比显示出加入空心玻璃球的效果。比较例3和4各自的环氧当量和羟基当量的总量都小于350，所以比介电常数高。因此，与这些比较例相比，本发明的实施例显示出羟基含量低的环氧树脂组合物的有机组分的效果。
如上所述，本发明提供一种半导体封装用环氧树脂组合物，其中环氧树脂的环氧当量与酚醛树脂的羟基当量的总量调节到某一特定值或以上，且该组合物还包含具有特定平均粒径和特定平均壳厚的空心无机填料〔组分(D)〕。这种环氧树脂组合物的优点是介电常数低，其中比介电常数显著降低，而且生产性优异，即使在该环氧树脂组合物的制备过程中加入了空心无机填料，并与其它原材料一起进行熔融捏合时也不会破坏空心结构。因此，用这种环氧树脂组合物进行树脂封装而制得半导体装置具有优异的高波长特性，适应了高频发展的趋势。
此外，当组合使作为环氧树脂的式(1)代表的特定的环氧树脂和作为酚醛树脂的式(2)代表的特定的酚醛树脂时，所得到的环氧树脂组合物的固化产品的比介电常数甚至会更明显地降低。
加之，用空心玻璃球作为空心无机填料，所以可以达到降低介电常数的目的。还有，通过本发明的环氧树脂组合物的模塑制得的半导体装置的重量可以减轻。
这些发现清楚地表明，本发明的半导体装置是树脂封装型半导体装置，能适应高频发展的趋向，这种半导体装置完全能替代传统的陶瓷封装型半导体装置。此外，这种半导体装置还具有传统性能方面的优点，如各种可靠性优异，能大量生产，以及成本低廉。
尽管上面已经对本发明进行了这样的描述，但显而易见的是，同样的东西可以进行许多改变。这样的改变不被认为是离开本发明的精神和范围，且所有这样的改变对于本领域的技术人员来说都是显而易见的，因此应当包括在下列权利要求的范围内。

Claims (8)

1.一种半导体装置封装用环氧树脂组合物，其中包含下列主要组分：
(A)一种环氧树脂；
(B)一种酚醛树脂；
(C)一种固化促进剂；和
(D)一种空心无机填料，其平均粒径为4～100μm，平均壳厚为1.5～4μm，
其中组分(A)和组分(B)的量是这样控制的，即要使得X和Y的总量(X+Y)是350～2000，Y∶X＝0.5～1.6，其中X是环氧树脂(A)的环氧当量，Y是酚醛树脂(B)的羟基当量，且其中该空心无机填料(D)的含量为整个环氧树脂组合物的40～70％重量，而且，以100重量份酚醛树脂(B)为基准，固化促进剂(C)的含量为0.5～10重量份。
2.按照权利要求1的环氧树脂组合物，其中环氧树脂(A)是下面式(1)代表的一种环氧树脂：
其中n是0或正数，
且其中酚醛树脂(B)是下面式(2)所代表的一种酚醛树脂：
Figure C011163270002C2
其中m是0或正数。
3.按照权利要求1或2的环氧树脂组合物，其中空心无机填料(D)的最大粒径等于或小于150μm。
4.按照权利要求3的环氧树脂组合物，其中该空心无机填料(D)是空心玻璃球。
5.一种半导体装置，其中包含用权利要求1的环氧树脂组合物封装的半导体元件。
6.一种半导体装置，其中包含用权利要求2的环氧树脂组合物封装的半导体元件。
7.一种半导体装置，其中包含用权利要求3的环氧树脂组合物封装的半导体元件。
8.一种半导体装置，其中包含用权利要求4的环氧树脂组合物封装的半导体元件。
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