DE69023019T2 - Epoxyharz-Zusammensetzung zur Verkapselung einer Halbleiteranordnung. - Google Patents

Epoxyharz-Zusammensetzung zur Verkapselung einer Halbleiteranordnung.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Halbleiter verkapselnde Epoxyharzzusammensetzung mit hervorragender Formbarkeit und Zuverlässigkeit und guter Tauchlötbeständigkeit.
  • Epoxyharze haben eine hervorragende Wärmebeständigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit und hervorragende elektrische Eigenschaften, und durch Änderung ihrer Rezepturen können verschiedene Eigenschaften erhalten werden. Deshalb werden Epoxyharze für Anstriche, Klebstoffe und Industriematerialien verwendet, z.B. für elektrisch isolierende Materia- lien.
  • Als Verfahren zum Verkapseln elektronischer Schaltungsteile, z.B. Halbleitervorrichtungen, wurden ein hermetisch verkapselndes Verfahren mit Metallen oder Keramikmaterialien und ein mit Harz verkapselndes Verfahren mit einem Phenolharz, einem Siliconharz, einem Epoxyharz oder dergleichen vorgeschlagen, aus ökonomischer Sicht, in Anbetracht der Produktivität und des Gleichgewichtes zwischen den physikalischen Eigenschaften wird jedoch hauptsächlich das mit Harz verkapselnde Verfahren unter Verwendung von Epoxyharz gewählt.
  • Nach dem verkapselnden Verfahren mit Epoxyharz wird eine Zusammensetzung verwendet, die durch Zugabe eines Härters, eines Füllstoffs und dergleichen gebildet wird, und das Halbleiterelement wird in eine Form gegeben und gewöhnlich durch ein Preßspritzverfahren oder dergleichen verkapselt.
  • Die wichtigsten Eigenschaften, die bei der verkapselnden Epoxyharzzusammensetzung gefordert werden, sind Zuverlässigkeit und Formbarkeit. Die Feuchtigkeitsbeständigkeit ist im Begriff Zuverlässigkeit enthalten, und das Fließvermögen, die Härte im warmen Zustand und das Gratverhinderungsvermögen werden vom Begriff Formbarkeit abgedeckt.
  • Wenn der mit Harz verkapselte Halbleiter in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit stehengelassen wird, dringt Wasser durch das verkapselnde Harz oder die Grenzfläche zwischen dem verkapselnden Harz und dem Leiterrahmen ein, wodurch Mängel des Halbleiters hervorgerufen werden. Somit betrifft der hier verwendete Begriff Feuchtigkeitsbeständigkeit die Fähigkeit, die oben genannten Unzulänglichkeiten des Halbleiters zu verhindern oder zu minimieren, die durch Wasser hervorgerufen werden. Es wird darauf hingewiesen, daß neueste Verbesserungen beim Integrationsgrad von Halbleitern zur Forderung nach einer höheren Feuchtigkeitsbeständigkeit geführt haben.
  • Gewöhnlich wird ein Silanhaftmittel zugesetzt, damit die Feuchtigkeitsbeständigkeit des verkapselnden Harzes verbessert wird. Insbesondere wurden der Zusatz von Epoxysilan (JP-B-62-18565), der Zusatz von Mercaptosilan (JP-A-55- 153357) und der Zusatz eines Aminosilans mit einer primären Aminogruppe (JP-A-57-155753) vorgeschlagen.
  • EP-A-0285450 beschreibt eine Epoxyharzzusammensetzung, die Siliciumdioxidpulver enthält, dessen Oberfläche mit einem Silanhaftmittel, einem Tensid bzw. oberflächenaktiven Mittel auf Siliconbasis und einem wärmehärtenden Siliconkautschuk behandelt wurde.
  • Die Zugabe eines Silanhaftmittels zum abdichtenden Harz verbessert die Feuchtigkeitsbeständigkeit wirksam; es hat sich jedoch gezeigt, daß bei einem Halbleiter mit einem hohen Integrationsgrad eine höhere Feuchtigkeitsbeständigkeit notwendig ist, und daß die von herkömmlichen Silanhaftmitteln gelieferte Feuchtigkeitsbeständigkeit noch zu niedrig ist.
  • Beim herkömmlichen Verfahren der Zugabe eines Aminosilans mit einer primären Aminogruppe wird die Feuchtigkeitsbeständigkeit verbessert und gleichzeitig werden die Formbarkeit verbessernde Wirkungen erreicht, z.B. eine Verbesserung der Härte im warmen Zustand und eine Verringerung der Gratbildung. Trotzdem kann dieses Verfahren in der Praxis nicht gewählt werden, da das Fließvermögen abnimmt.
  • Auf dem Gebiet von integrierten Halbleiterschaltkreisen wurden kürzlich Verfahren zur Erhöhung des Integrationsgrades und zur Verbesserung der Zuverlässigkeit entwickelt, und die Automatisierung des Schrittes für den Zusammenbau der Halbleitervorrichtungen wurde weiterentwickelt.
  • Zum Anbringen einer Halbleitervorrichtung vom Typ einer flachen Kompaktbaugruppe auf eine Leiterplatte wurde ein Verfahren gewählt, bei dem das Löten jedes Leiterstiftes erfolgt, es wird jedoch gleichzeitig ein Oberflächenbefestigungsverfahren angewendet, bei dem die Halbleitervorrichtung vollständig in ein Lötbad getaucht wird, das auf eine Temperatur von oberhalb 250ºC erwärmt wurde, damit das Löten erfolgt. Bei einer herkömmlichen Kompaktbaugruppe, die von einem verkapselnden Harz verkapselt ist, tritt beim Lötschritt somit das Reißen des Harzabschnittes auf, wodurch die Zuverlässigkeit verlorengeht, und somit kann das erhaltene Produkt in der Praxis nicht verwendet werden.
  • Es wurden verschiedene Verfahren zur Verbesserung der Lötreißfestigkeit verkapselnder Harze überprüft. Es wurde zum Beispiel ein Verfahren vorgeschlagen, das ein Epoxyharz vom Biphenyltyp verwendet (JP-A-63-251419). Dieses Verfahren mit einem Epoxyharz vom Biphenyltyp verbessert die Lotreißbeständigkeit des verkapselnden Harzes, die Feuchtigkeitsbeständigkeit nimmt jedoch ab, die Härte im warmen Zustand beim Formen ist gering, und die Gratbildung nimmt zu.
  • Deshalb versucht die vorliegende Erfindung primär, die obengenannten Probleme herkömmlicher Halbleiter verkapselnder Epoxyharzzusammensetzungen zu lösen und eine Epoxyharzzusammensetzung mit hervorragender Zuverlässigkeit, z.B. einer hohen Feuchtigkeitsbeständigkeit und einer hervorragenden Formbarkeit, z.B. Härte im warmen Zustand und der Fähigkeit, die Gratbildung zu verhindern, und mit einer guten Tauchlötbeständigkeit bereitzustellen, wodurch ein mit Harz verkapselter Halbleiter erhalten wird, bei dem das Oberflächenbefestigungsverfahren angewendet werden kann.
  • Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleiter verkapselnde Epoxyharzzusammensetzung bereitgestellt, welche umfaßt: (A) ein Epoxyharz, das ein Epoxyharz vom Biphenyltyp mit einer Grundgerüstkomponente umfaßt, die durch folgende Formel (I) dargestellt wird
  • worin R¹ bis R&sup8; jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine niedere Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder ein Halogenatom sind,
  • (B) einen Härter, (C) einen Füllstoff und (D) ein Silankopplungsmittel mit mindestens einer Aminogruppe, wobei die oder jede Aminogruppe eine sekundäre Aminogruppe ist.
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
  • Ein Epoxyharz mit mindestens zwei Epoxygruppen im Molekül kann bei der vorliegenden Erfindung ohne bestimmte Einschränkungen als Komponente des Epoxyharzes (A) verwendet werden. Als Beispiele des Epoxyharzes (A) können genannt werden ein Cresol-Novolak-Epoxyharz, ein Epoxyharz vom Biphenyltyp, ein Epoxyharz vom Typ Bisphenol A, ein lineares aliphatisches Epoxyharz, ein alicyclisches Epoxyharz, ein heterocyclisches Epoxyharz, ein halogeniertes Epoxyharz und ein einen Spiroring enthaltendes Epoxyharz. Mindestens zwei dieser Epoxyharze können bei einigen Anwendungen in Kombination verwendet werden.
  • In Anbetracht der Tauchlötbeständigkeit der Zusammensetzung zeigt sich jedoch ein Epoxyharz vom Biphenyltyp mit einem Grundgerüst, das durch die folgende Formel (I) dargestellt wird, als unerläßliche Komponente des Epoxyharzes (A):
  • worin R¹ bis R&sup8; jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine niedere Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder ein Halogenatom sind.
  • Bevorzugte Beispiele von R¹ bis R&sup8; in der obengenannten Formel (I) sind ein Wasserstoffatom, eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine n-Propylgruppe, eine Isopropylgruppe, eine n-Butylgruppe, eine sek.-Butylgruppe, eine tert.- Butylgruppe, ein Chloratom und ein Bromatom.
  • Spezifische Beispiele des Epoxyharzes vom Biphenyltyp mit einem Grundgerüst, das durch die obengenannte Formel (I) dargestellt wird, sind 4,4'-Bis(2,3-epoxypropoxy)biphenyl, 4,4'-Bis(2,3-epoxypropoxy)-3,3',5,5'-tetramethylbiphenyl, 4,4'-Bis(2,3-epoxypropoxy)-3,3',5,5'-tetramethyl-2-chlorbiphenyl, 4,4'-Bis(2,3-epoxypropoxy)-3,3',5,5'-tetramethyl-2-brombiphenyl, 4,4'-Bis(2,3-epoxypropoxy)-3,3',5,5'-tetraethylbiphenyl und 4,4'-(2,3-Epoxypropoxy)-3,3',5,5'-tetrabutylbiphenyl.
  • Bei der vorliegenden Erfindung beträgt die eingeführte Menge des Epoxyharzes (A) vorzugsweise 3 bis 30 Gew.-%, noch bevorzugter 5 bis 25 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichtes der Harzzusammensetzung.
  • Jeder Härter, der mit dem Epoxyharz (A) reagiert und dieses vernetzt, kann bei der vorliegenden Erfindung als Härter (B) verwendet werden. Beispiele sind ein Phenol-Novolakharz, ein Cresol-Novolakharz, ein Novolakharz der folgenden Formel (II):
  • worin n 0 oder eine ganze Zahl von mindestens 1 ist, Novolakharze, die aus Bisphenol A oder Resorcin synthetisiert werden, verschiedene mehrwertige Phenolverbindungen, Säureanhydride, z. B. Maleinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid, und Pyromellitsäureanhydrid, und aromatische Amine, z. B. Methaphenylendiamin, Diaminodiphenylmethan und Diaminodiphenylsulfon.
  • Im Hinblick auf Wärmebeständigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit und Lagerbeständigkeit eines eine Halbleitervorrichtung verschließenden Epoxyharzes wird vorzugsweise ein Härter verwendet, der aus einem Novolakharz besteht, z.B. ein Phenol-Novolakharz oder ein Cresol-Novolakharz. Je nach Bedarf kann eine Mischung von zwei oder mehreren dieser Härter verwendet werden.
  • Bei der vorliegenden Erfindung beträgt die Menge des eingeführten Härters (B) vorzugsweise 1 bis 20 Gew.-%, noch bevorzugter 2 bis 15 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichtes der Harz zusammensetzung.
  • In Anbetracht der mechanischen Eigenschaften und der Feuchtigkeitsbeständigkeit ist das Mischungsverhältnis von Epoxyharz (A) und Härter (B) vorzugsweise derart, daß das chemische Äquivalenzverhältnis der Komponente (B) zur Komponente (A) 0,5 bis 1,6, noch bevorzugter 0,8 bis 1,3 beträgt.
  • Als bei der vorliegenden Erfindung verwendeter Füllstoff (C) werden zum Beispiel genannt: verschmolzenes Siliciumdioxid, kristallines Siliciumdioxid, Antimontrioxid, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Ton, Talkum, Calciumsilicat, Titanoxid, Asbest und Glasfasern. Davon wird verschmolzenes Siliciumdioxid vorzugsweise verwendet, da dessen Wirkung bei der Verringerung des Linearausdehnungskoeffizienten hoch ist und die Spannung wirksam verringert wird. In Anbetracht der Tauchlötbeständigkeit beträgt das Mischungsverhältnis des Füllstoffs (C) vorzugsweise 73 bis 90 Gew.-% auf der Basis der gesamten Zusammensetzung, und der Füllstoff (C) umfaßt verschmolzenes Siliciumdioxid, das (C') 90 bis 40 Gew.-% zerkleinertes verschmolzenes Siliciumdioxid mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von nicht mehr als 12 um und (C") 10 bis 60 Gew.-% sphärisches bzw. kugelförmiges verschmolzenes Siliciumdioxid mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von nicht mehr als 40 um umfaßt.
  • Der hier genannte durchschnittliche Partikeldurchmesser bedeutet einen Partikeldurchmesser (mittlerer Durchmesser), bei dem das kumulative Gewicht 50 % beträgt.
  • Bei der vorliegenden Erfindung muß eine Silanverbindung als Silanhaftmittel (D) verwendet werden, die eine sekundäre Aminogruppe aufweist und bei der die einzige Aminogruppe oder alle Aminogruppen sekundäre Aminogruppen sind. Das Silanhaftmittel mit der sekundären Aminogruppe ermöglicht es, daß die Formbarkeit und Zuverlässigkeit im Vergleich mit dem Fall synergistisch verbessert werden, bei dem ein herkömmliches Haftmittel mit einer primären Aminogruppe verwendet wird, und das Fließvermögen der Zusammensetzung besonders deutlich verbessert wird, und somit kann eine dünne Kompaktbaugruppe geformt werden, bei der die Gratbildung vermindert ist.
  • Spezifische Beispiele des Silanhaftmittels (D) sind Verbindungen, die durch die folgenden Formeln (III) und IV) dargestellt werden:
  • worin R&sup9; bis R¹¹ unabhängig eine einwertige Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen darstellen, R¹² und R¹³ unabhängig eine zweiwertige Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen darstellen und n eine ganze Zahl von 1 bis 3 ist.
  • Von diesen Silanhaftmitteln wird als Silanhaftmittel (D) vorzugsweise eine Verbindung der Formel (III) verwendet, bei der R&sup9; eine Phenylgruppe darstellt, R¹&sup0; und R¹¹ eine Methylgruppe und/oder eine Ethylgruppe sind, R¹² eine Propylengruppe ist und n 2 oder 3 ist, dies erfolgt, da die Wirkungen bei der Verbesserung der Formbarkeit und der Zuverlässigkeit hoch sind.
  • In Anbetracht der Formbarkeit und Zuverlässigkeit wird das Silanhaftmittel (D) vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 5 Gew.-Teilen, noch bevorzugter 0,2 bis 3 Gew.-Teilen, besonders bevorzugt 0,3 bis 1,5 Gew.-Teilen pro 100 Gew.- Teile des Füllstoffs eingeführt. In Kombination mit dem Silanhaftmittel (D) kann je nach Bedarf ein Silanhaftmittel verwendet werden, zum Beispiel Epoxysilan oder Mercaptosilan.
  • In Anbetracht der Zuverlässigkeit wird der Füllstoff (C) vorzugsweise zuerst einer Oberflächenbehandlung mit dem Silanhaftmittel (D) oder einem anderen Silanhaftmittel unterzogen, z.B. einem Epoxysilan oder Mercaptosilan.
  • Zur Verbesserung der Tauchlötbeständigkeit kann der erfindungsgemäßen Zusammensetzung außerdem ein Blockcopolymer (E) aus aromatischem Vinylkohlenwasserstoff-konjugiertem Dien zugesetzt werden. Das Blockcopolymer (E) aus aromatischem Vinylkohlenwasserstoff-konjugiertem Dien umfaßt ein lineares, parabolisches oder verzweigtes Blockcopolymer, das Blöcke eines aromatischen Vinylkohlenwasserstoffpolymers mit einem Glasumwandlungspunkt von mindestens 25ºC, vorzugsweise mindestens 50ºC und Blöcke eines konjugierten Dienpolymers mit einem Glasumwandlungspunkt von nicht mehr als 0ºC, vorzugsweise nicht mehr als -25ºC umfaßt.
  • Als aromatischer Vinylkohlenwasserstoff können genannt werden: Styrol, α-Methylstyrol, o-Methylstyrol, p-Methylstyrol, 1,3-Dimethylstyrol und Vinylnaphthalin, und von diesen Verbindungen wird Styrol vorzugsweise verwendet.
  • Als konjugiertes Dien können genannt werden: Butadien (1,3- Butadien), Isopren (2-Methyl-1, 3-butadien), Methylisopren (2,3-Dimethyl-1,3-butadien) und 1,3-Pentadien, und von diesen konjugierten Dienen werden vorzugsweise Butadien und Isopren verwendet.
  • Der Anteil der Blöcke des aromatischen Vinylkohlenwasserstoffs, die Blöcke in der Glasphase sind, im Blockcopolymer (E) beträgt vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%, und der Anteil der Blöcke des konjugierten Dienpolymers, die Blöcke in der Kautschukphase sind, beträgt vorzugsweise 90 bis 50 Gew.-%.
  • Viele Kombinationen der Blöcke der Glasphase und der Blöcke der Kautschukphase sind möglich, und all diese Kombinationen können gewählt werdend ein Triblockcopolymer wird jedoch vorzugsweise verwendet, das Blöcke der Glasphase umfaßt, die mit beiden Enden des Zwischenblocks der Kautschukphase verbunden sind.
  • In diesem Fall beträgt das Zahlenmittel des Molekulargewichtes des Blocks der Glasphase vorzugsweise 5000 bis 150 000, noch bevorzugter 7000 bis 60 000, und das Zahlenmittel des Molekulargewichtes des Blocks der Kautschukphase beträgt vorzugsweise 10 000 bis 300 000, noch bevorzugter 30 000 bis 150 000.
  • Das Blockcopolymer (E) aus aromatischem Vinylkohlenwasserstoff-konjugiertem Dien kann durch das bekannte Verfahren der anionischen lebenden Polymerisation hergestellt werden, dessen Herstellung ist jedoch nicht auf dieses Polymerisationsverfahren begrenzt. Das Blockcopolymer (E) aus aromatischem Vinylkohlenwasserstoff-konjugiertem Dien kann auch durch ein kationisches Polymerisationsverfahren und das Radikalpolymerisationsverfahren hergestellt werden.
  • Das Blockcopolymer (E) aus aromatischem Vinylkohlenwasserstoff-konjugiertem Dien umfaßt auch ein hydriertes Blockcopolymer, das durch Reduzieren von Teilen der ungesättigten Bindungen des obengenannten Blockcopolymers durch Hydrierung hergestellt wurde. In diesem Fall werden vorzugsweise nicht mehr als 25 % der aromatischen Doppelbindungen der Blöcke des aromatischen Vinylkohlenwasserstoffpolymers hydriert, und mindestens 80 % der aliphatischen Doppelbindungen der Blöcke des konjugierten Dienpolymers werden hydriert.
  • Bevorzugte Beispiele des Blockcopolymers (E) aus aromatischem Vinylkohlenwasserstoff-konjugiertem Dien sind ein Polystyrol/Polybutadien/Polystyrol-Blockcopolymer (SBS), ein Polystyrol/Polyisopren/Polystyrol-Triblockcopolymer (SIS), ein hydriertes Copolymer von SBS (SEBS) und ein hydriertes Copolymer von SIS. Davon sind in Anbetracht der Wärmebeständigkeit das hydrierte Copolymer von SBS (SEBS) und das hydrierte Copolymer von SIS bevorzugter.
  • Die eingeführte Menge des Blockcopolymers (E) aus aromatischem Vinylkohlenwasserstoff-konjugiertem Dien beträgt vorzugsweise 0,2 bis 5 Gew.-%, noch bevorzugter 1 bis 4 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichtes der Harzzusammensetzung.
  • Zur Verringerung der Spannung und zur Verbesserung der Zuverlässigkeit kann der erfindungsgemäßen Zusammensetzung außerdem ein modifiziertes Siliconöl (F) zugesetzt werden.
  • Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete modifizierte Siliconöl (F) hat eine Organopolysiloxanstruktur. Als spezifische Beispiele können Verbindungen genannt werden, die durch die folgende Formel (V) dargestellt werden:
  • worin R¹&sup4; bis R¹&sup8; unabhängig ein Wasserstoffatom, mindestens eine funktionelle Gruppe darstellen, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, einer Phenylgruppe und einer Vinylgruppe besteht, X und Y mindestens eine funktionelle Gruppe darstellen, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, einer Phenylgruppe, einer Vinylgruppe, einer Hydroxylgruppe, einer Aminogruppe, einer Epoxygruppe, einer Carboxylgruppe, einer Mercaptogruppe, einer Polyoxyalkylengruppe, einer Alkoxygruppe und einem Fluoratom besteht, vorausgesetzt, daß Y ein Wasserstoffatom sein kann, und m eine ganze Zahl von mindestens 1 und n 0 oder eine ganze Zahl von mindestens 1 sind.
  • Zur Verringerung der Spannung und zur Verbesserung der Zuverlässigkeit wird das modifizierte Siliconöl (F) vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.-%, noch bevorzugter 0,1 bis 3 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,3 bis 2 Gew.-% eingeführt.
  • Bei der vorliegenden Erfindung kann für die Förderung der Vernetzungsreaktion zwischen dem Epoxyharz (A) und dem Härter (B) ein Vernetzungskatalysator verwendet werden, und jede Verbindung, die die Vernetzungsreaktion fördern kann, kann ohne Einschränkung bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Es können zum Beispiel verwendet werden: Imidazolverbindungen, wie 2-Methylimidazol, 2, 4-Dimethylimidazol, 2-Ethyl-4-methylimidazol, 2-Phenylimidazol, 2-Phenyl-4-methylimidazol und 2-Heptadecylimidazol, tertiäre Aminverbindungen, wie Triethylamin, Benzyldimethylamin, α-Methylbenzyldimethylamin, 2-(Dimethylaminomethyl)phenol, 2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol und 1,8-Diazabicyclo(5,4,0)undecen-7, Organometallverbindungen, wie Zirconiumtetramethoxid, Zirconiumtetrapropoxid, Tetrakis (acetylacetonat) zirconium und Tri(acetylacetonat)aluminium und organische Phosphinverbindungen (G), wie Triphenylphosphin, Trimethylphosphin, Triethylphospin, Tributylphosphin, Tri(p-methylphenyl)phosphin und Tri(nonylphenyl)phosphin. In Anbetracht der Feuchtigkeitsbeständigkeit wird vorzugsweise eine organische Phosphinverbindung (G) verwendet, und Tripbenylphophin ist stärker bevorzugt.
  • Je nach Bedarf kann eine Mischung aus zwei oder mehreren dieser Vernetzungskatalysatoren verwendet werden. Der Vernetzungskatalysator wird vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile des Epoxyharzes (A) eingeführt.
  • Eine Halogenverbindung, z.B. ein halogeniertes Epoxyharz, ein Flammverzögerungsmittel, z.B. phosphorhaltige Verbindungen, ein Flammverzögerungshilfsmittel, z.B. Antimontrioxid, ein Farbstoff, z.B. Kohlenstoffschwarz oder Eisenoxid, ein Elastomer, das vom obengenannten Blockcopolymer (E) aus aromatischem Vinylkohlenwasserstoff-konjugiertem Dien verschieden ist, z.B. Siliconkautschuk, ein Olefincopolymer, ein modifizierter Nitrilkautschuk oder ein modifizierter Polybutadienkautschuk, ein thermoplastisches Harz, z.B. Polyethylen, ein Kopplungs- bzw. Haftmittel, z.B. ein Titanathaftmittel, ein Trennmittel, z.B. eine langkettige Fettsäure, ein Metallsalz einer langkettigen Fettsäure, ein Ester einer langkettigen Fettsäure, ein Amid einer langkettigen Fettsäure oder ein Paraffinwachs und ein Vernetzungsmittel, z.B. ein organisches Peroxid können in die erfindungsgemäße Epoxyharz zusammensetzung eingeführt werden.
  • Die Epoxyharzzusammensetzung wird vorzugsweise in der Schmelze geknetet. Die Epoxyharzzusammensetzung kann zum Beispiel hergestellt werden, wenn das Kneten in der Schmelze nach einem bekannten Knetverfahren mit einem Banbury- Mischer, einer Knetvorrichtung, einer Rolle, einem Einzelschnecken- oder Doppelschneckenextruder oder einer gleichzeitig wirkenden Knetvorrichtung vorgenommen wird.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der folgenden Beispiele detailliert beschrieben.
    • Beispiel 1
  • Mit verschmolzenem Siliciumdioxid (I), das in Tabelle 2 gezeigt ist, und dem Silanhaftmittel, das in Tabelle 3 gezeigt ist, erfolgte das Trockenmischen bei den in Tabelle 1 und 6 gezeigten Mischungsverhältnissen mit einem Mischer. Die Mischung wurde erwärmt und 5 Minuten geknetet, wobei eine Mischwalze verwendet wurde, deren Oberflächentemperatur bei 90ºC gehalten wurde, und wurde dann abgekühlt und pulverisiert, wodurch die Epoxyharzzusammensetzung hergestellt wurde.
  • Die Eigenschaften der Formbarkeit, z.B. die Wendelströmung, die Bildung eines Harzgrates und die Härte der gebildeten Zusammensetzung im warmen Zustand wurden durch das Preßspritzverfahren bei geringem Druck ausgewertet. Ein Versuchselement wurde mit dem wärmehärtenden bzw. duroplastischen Harz verkapselt und das Nachhärten wurde vorgenommen, und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung wurde ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt.
  • Bei diesem Beispiel wurden die Eigenschaften nach folgenden Verfahren ausgewertet.
    • (Wendelströmung, Bildung von Harzgraten und Härte im warmen Zustand)
  • Das Formen erfolgte 120 Sekunden bei 175ºC und die entsprechenden Eigenschaften wurden ausgewertet.
    • (Zuverlässigkeit)
  • Ein QFP mit 44 Anschlüssen mit verkapselten Testelementen wurde geformt, das Nachhärten erfolgte 5 Stunden bei 175ºC. Der QFP wurde der Drucktopfprüfung mit ungesättigter vörspannung (unsaturated pressure cooker bias test) (USPBT) bei einer Temperatur von 130 ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 85% unter einer Vorspannung von 15 V unterzogen, und es wurde die erforderliche Zeit gemessen, damit die kumulative Fehlerrate 50 % erreicht.
  • Aus den in Tabelle 6 gezeigten Ergebnissen wird ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Epoxyharzzusammensetzung (Versuche 1 bis 3) hervorragende Formbarkeitseigenschaften, z.B. Wendelströmung, Bildung eines Halsgrates und Härte im warmen Zustand, und eine hohe Zuverlässigkeit aufweist. Bei den Versuchen 1 und 2, bei denen die organische Phosphinverbindung (G) eingeführt wurde, ist die Zuverlässigkeit besonders hoch.
  • Wenn demgegenüber das erfindungsgemäße, eine sekundäre Aminogruppe enthaltendes Silanhaftmittel (D) nicht eingeführt wird (Vergleichsversuche 1 bis 3), sind die Formbarkeit und Zuverlässigkeit gering. Tabelle 1 Komponente Gehalt Zugesetzte Menge (Gew.-%) Epoxyharz A Härter B Vernetzungskatalysator Trennmitel Flammhemmstoff Flammverzögerungshilfsmittel Farbstoff Epoxyharz vom Typ o-Cresol-Novolak mit einem Epoxyäquivalent von 190 Phenol-Novolakharz mit einem Hydroxyäquivalent von 110 Triphenylphosphin (TPP) oder 1,8-Diazabicyclo(5,4,0)-undecen-7 (DBU) Stearinsäure Bromiertes Phenol-Novolakharz mit einem Epoxyäquivalent von 270 und einem Bromgehalt von 36% Antimontrioxid Kohlenstoffschwarz Anmerkungen * : Der Härter wurde in einer Menge zugesetzt, die das molare Äquivalent zum Epoxyharz und zum Flammhemmstoff darstellt **: Dient auch als Füllstoffkomponente Tabelle 2 Verschmolzenes Siliciumdioxid Verschmolzenes Siliciumdioxid Zerkleinertes verschmolzenes Siliciumdioxid mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von Sphärisches Tabelle 3 Silanhaftmittel Struktur Tabelle 6 Ergebnisse von Beispiel 1 Zusammensetzung Auswertungsergebnisse Vernetzungspromotor Silanhaftmittel verschmolzenes Siliciumdioxid Füllstoff (C) Formbarkeitseigenschaften Zuverlässigkeit (h) Art zugesetzte Menge (Gew.-%) Wedelatrömung (cm) Harzgrat (mm) Warmhärte (Shore D) Versuch Vergleichsversuch
    • Beispiel 2
  • Mit dem in Tabelle 2 gezeigten verschmolzenen Siliciumdioxid und dem in Tabelle 3 gezeigten Silanhaftmittel (I) erfolgte das Trockenmischen mit einem Mischer bei den in Tabellen 1 und 7 gezeigten Mischungsverhältnissen. Die Mischung wurde erwärmt und 5 Minuten geknetet, dies erfolgte mit einer Mischwalze mit einer Oberflächentemperatur, die bei 90ºC gehalten wurde, danach wurde sie abgekühlt und pulverisiert, wodurch die Epoxyharzzusammensetzung hergestellt wurde.
  • Die Formbarkeitseigenschaften, z.B. die Bildung eines Harzgrates und die Härte im warmen Zustand der erhaltenen Zusammensetzung wurden ausgewertet, außerdem wurde eine Vorrichtung mit Versuchselementen geformt, verkapselt und nachgehärtet, und es wurden die Zuverlässigkeit und die Tauchlötbeständigkeit ausgewertet.
  • Die Tauchlötbeständigkeit wurde ausgewertet, indem ein QFB mit 44 Anschlüssen mit verkapselten Versuchselementen 5 Stunden nachgehärtet wurde, der QFP bei einer Temperatur von 65ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 95 % 24 Stunden befeuchtet wurde, der QFP 5 Sekunden in ein Lötbad getaucht wurde, das bei 245ºC gehalten wurde, und der Anteil (%) der QFP bestimmt wurde, bei dem keine Risse auftraten.
  • Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt.
  • Wie aus den in Tabelle 7 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, hatte die Epoxyharzzusammensetzung, die 75 bis 90 Gew.-% des Füllstoffs (C) enthielt, der nach der vorliegenden Erfindung das bestimmte verschmolzene Siliciumdioxid umfaßte (Versuche 4 und 6 bis 8) eine hervorragende Formbarkeit, Zuverlässigkeit und Tauchlötbeständigkeit. Tabelle 7 Ergebnisse von Beispiel 2 Zusammensetzung Auswertungsergebnisse Vernetzungspromotor Silanhaftmittel verschmolzenes Siliciumdioxid Füllstoff (C) Formbarkeitseigenschaften Zuverlässigkeit (h) Tauchlötbeständigkeit (%) Art zugesetzte Menge (Gew.-%) Wedelatrömung (cm) Harzgrat (mm) Warmhärte (Shore D) Versuch
    • Beispiel 3
  • Mit dem in Tabelle 2 gezeigten verschmolzenen Siliciumdioxid (I), dem in Tabelle 3 gezeigten Silanhaftmittel (I) und dem in Tabelle 4 gezeigten modifizierten Siliconöl (F) wurde das Trockenmischen mit einem Mischer bei den in Tabellen 1 und 8 gezeigten Mischungsverhältnissen vorgenommen. Die Mischung wurde erwärmt und 5 Minuten geknetet, dies erfolgte mit einer Mischwalze mit einer Oberflächentemperatur, die bei 90ºC gehalten wurde, und danach wurde sie abgekühlt und pulverisiert, wodurch die Epoxyharzzusammensetzung hergestellt wurde.
  • Die Bildung des Harzgrates und die Härte im warmen Zustand der erhaltenen Harzzusammensetzung wurden durch das Preßspritzverfahren bei geringem Druck ausgewertet, es wurde ein Stück für den Biegeversuch geformt und nachgehärtet, und dessen Biegeelastizitätsmodul wurde nach ASTM D-790 gemessen, und außerdem wurde eine Vorrichtung mit verkapselten Versuchselementen geformt und nachgehärtet, und deren Zuverlässigkeit wurde ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 gezeigt.
  • Aus den in Tabelle 8 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich, daß die Epoxyharzzusammensetzung, die nach der vorliegenden Erfindung das modifizierte Siliconöl (F) umfaßt (Versuch Nr. 10 bis Nr. 13), eine hervorragende Formbarkeit aufweist, und die Zuverlässigkeit weiter verbessert war. Außerdem nimmt das Biegeelastizitätsmodul ab, und es wird eine Verringerung der Spannung erreicht. Tabelle 4 Modifiziertes Siliconöl Modifiziertes Siliconöl (F) Gehalt Mit Carbonsäure modifiziertes Siliconöl, SF8418, von Toray Silicone geliefert Mit Epoxy modifiziertes Siliconöl, X-60-164, von Shinetsu Silicone geliefert Siliconöl, bei dem beide Enden mit Aminogruppen modifiziert sind, X-22-161A, von Shinetsu Silicone geliefert Siliconöl, bei dem beide Enden mit Carbonsäure modifiziert sind, BYLS-750, von Toray Silicone geliefert Tabelle 8 Ergebnisse von Beispiel 3 Zusammensetzung Auswertungsergebnisse Vernetzungspromotor Silanhaftmittel verschmolzenes Siliciumdioxid Füllstoff (C) modifiziertes Siliconöl (F) Formbarkeitseigenschaften Biegeelastizitätsmodul (kg/mm²) Zuverlässigkeit (h) Art zugesetzte Menge (Gew.-%) Harzgrat (mm) Warmhärte (Shore D) Versuch
    • Beispiel 4
  • Mit dem in Tabelle 2 gezeigten verschmolzenen Siliciumdioxid und dem in Tabelle 3 gezeigten Silanhaftmittel erfolgte das Trockenmischen bei den in Tabelle 5 und 9 gezeigten Mischungsverhältnissen, und die Mischung wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 beschrieben behandelt, wodurch die Epoxyharzzusammensetzung erhalten wurde, und es wurden die Formbarkeit, die Zuverlässigkeit und die Tauchlötbeständigkeit ausgewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 gezeigt.
  • Bei diesem Beispiel der Erfindung wurden die physikalischen Eigenschaften nach folgenden Verfahren ausgewertet:
    • (Bildung des Harzgrates)
  • Das Formen erfolgte 90 Sekunden bei 175ºC, und es wurde die Bildung eines Harzgrates beobachtet.
    • (Härte im warmen Zustand)
  • Das Formen erfolgte 120 Sekunden lang bei 175ºC und die Härte im warmen Zustand wurde ausgewertet.
    • (Zuverlässigkeit)
  • Ein DIP mit 16 Anschlüssen mit verkapselten Versuchselementen wurde geformt und 5 Stunden bei 175ºC nachgehärtet. Dieses Gerät wurde dem USPCBT (Drucktopfprüfung mit ungesättigter Vorspannung) bei einer Temperatur von 135ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 85 % und unter einer Vorspannung von 15 V unterzogen, und es wurde die Zeit gemessen, die erforderlich war, damit die kumulative Fehlerrate 50 % erreichte.
    • (Tauchlötbeständigkeit)
  • Ein QFP mit 44 Anschlüssen mit verkapselten Elementen wurde 5 Stunden bei 175ºC nachgehärtet, bei einer Temperatur von 85ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 85 % 50 Stunden befeuchtet und 10 Sekunden in ein Lötbad getaucht, das bei 260ºC gehalten wurde, und das Verhältnis (%) der QFP wurde bestimmt, bei denen keine Risse auftraten.
  • Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 gezeigt.
  • Wie aus den in Tabelle 9 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, hat die erfindungsgemäße Epoxyharzzusammensetzung (Versuche 14 bis 17) hervorragende Formbarkeitseigenschaften, z.B. bei der Bildung des Harzgrates und der Härte im warmen Zustand, und eine hervorragende Zuverlässigkeit. Wenn das Epoxyharz I (Epoxyharz vom Biphenyltyp) eingeführt wird, liegt selbst bei strengen Bedingungen, z.B. einem 10 Sekunden langen Eintauchen in ein Lötbad, das bei 260ºC gehalten wird, nach einer 50stündigen Befeuchtung bei einer Temperatur von 85ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 85 %, die Tauchlötbeständigkeit bei 40 % oder darüber und ist sehr gut.
  • Wenn demgegenüber das eine sekundäre Aminogruppe enthaltende Silanhaftmittel (D) der vorliegenden Erfindung nicht eingeführt wird (Vergleichsversuch 4), sind die Formbarkeit und Zuverlässigkeit schlecht. Tabelle 5 Epoxyharzzusammensetzung Komponente Gehalt Zugesetzte Menge (Gew.-%) Epoxyharz Härter Vernetzungspromotor Trennmitel Flammverzögerungsmittel Flammverzögerungshilfsmittel Farbstoff 4,4'-Bis(2,3-epoxypropoxy)-3,3',5,5'-tetramethylbiphenyl o-Cresol-Novolak mit einem Epoxyäquivalent von 200 Phenol-Novolakharz mit einem Hydroxyäquivalent von 107 Triphenylphosphin Carnaubawachs Bromiertes Phenol-Novolakharz mit einem Epoxyäquivalent von 270 und einem Bromgehalt von 36% Antimontrioxid Kohlenstoffschwarz Anmerkung * : in Tabelle 9 gezeigt Tabelle 9 Ergebnisse von Beispiel 4 Zusammensetzung Auswertungsergebnisse Epoxyharz Silanhaftmittel (D) verschmolzenes Siliciumdioxid Füllstoff (C) Formbarkeitseigenschaften Zuverlässigkeit (h) Tauchlötbeständigkeit (%) zugesetzte Menge (Gew.-%) Art Harzgrat (mm) Warmhärte (Shore D) Versuch Vergleichsversuch
    • Beispiel 5
  • Mit dem in Tabelle 2 gezeigten verschmolzenen Siliciumdioxid (I) wurden das in Tabelle 3 gezeigte Silanhaftmittel und ein Blockcopolymer aus aromatischem Vinylkohlenwasserstoff-konjugiertem Dien [hydriertes Triblockcopolymer von Polystyrol/Polybutadien/Polystyrol (Styrol/Butadien-Gewichtsverhältnis = 25/75, Zahlenmittel des Molekulargewichtes = 1,2 x 10&sup5;)] (E) in den in den Tabellen 1 und 10 gezeigten Mischungsverhältnissen und in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 beschrieben gemischt, es wurde eine Epoxyharzzusammensetzung hergestellt, und die Formbarkeit, Zuverlässigkeit und Tauchlötbeständigkeit wurden ausgewertet.
  • Die Auswertungsbedingungen und die Auswertungsergebnisse sind in Tabelle 10 gezeigt.
  • Bei diesem Beispiel der Erfindung wurden die physikalischen Eigenschaften nach folgenden Verfahren bestimmt.
    • (Zuverlässigkeit)
  • Ein QFP mit 80 Anschlüssen mit verkapselten Versuchselementen wurde geformt und 5 Stunden bei 175ºC nachgehärtet. Dieser QFP wurde dem USPCBT (ungesättigte Drucktopfprüfung) bei einer Temperatur von 130ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 85 % und unter einer Vorspannung von 10 V unterzogen, und die Zeit wurde gemessen, die erforderlich war, damit die kumulative Fehlerrate 50 % erreichte.
    • (Tauchlötbeständigkeit)
  • Ein QFP mit 80 Anschlüssen mit verkapselten Versuchselementen wurde geformt und 5 Stunden bei 175ºC nachgehärtet, bei einer Temperatur von 85ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 85 % 50 Stunden befeuchtet und 10 Sekunden in ein Lötbad getaucht, das bei 250ºC gehalten wurde, und das Verhältnis (%) der QFP wurde ausgewertet, bei denen keine Risse auftraten.
  • Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 gezeigt.
  • Wie aus den in Tabelle 10 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, hat die erfindungsgemäße Epoxyharzzusammensetzung (Versuche 18 und 19) eine gute Härte im warmen Zustand und eine hervorragende Formbarkeit und Zuverlässigkeit, und wenn das Blockcopolymer (E) aus aromatischem Vinylkohlenwasserstoff-konjugiertem Dien eingeführt wird, wird die Tauchlötbeständigkeit verbessert.
  • Wenn demgegenüber das eine sekundäre Aminogruppe enthaltende Silanhaftmittel D der vorliegenden Erfindung nicht eingeführt wird (Vergleichsversuch 5), beträgt die Zuverlässigkeit selbst bei relativ milden Bedingungen mit einer Temperatur von 130ºC, einer relativen Feuchtigkeit von 85 % und einer Vorspannung von 10 V nur 430 Stunden, und die Zuverlässigkeit ist schlecht. Tabelle 10 Ergebnisse von Beispiel 5 Zusammensetzung Auswertungsergebnisse Vernetzungspromotor Styrolblpckcopolymer (E) Silanhaftmittel (D) verschmolzenes Siliciumdioxid Füllstoff (C) Formbarkeitseigenschaften Zuverlässigkeit (h) Tauchlötbeständigkeit (%) Art zugesetzte Menge (Gew.-%) Harzgrat (mm) Warmhärte (Shore D) Versuch Vergleichsversuch

Claims (8)

1. Halbleiter verkapselnde Epoxyharzzusammensetzung, welche umfaßt (A) ein Epoxyharz, das ein Epoxyharz vom Biphenyltyp mit einer Grundgerüstkomponente umfaßt, die durch folgende Formel (I) dargestellt wird
worin R¹ bis R&sup8; jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine niedere Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder ein Halogenatom sind,
(B) einen Härter, (C) einen Füllstoff und (D) ein Silankopplungsmittel mit mindestens einer Aminogruppe, wobei die oder jede Aminogruppe eine sekundäre Aminogruppe ist.
2. Halbleiter verkapselnde Epoxyharzzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Härter (B) ein Phenol-Novolakharz ist.
3. Halbleiter verkapselnde Epoxyharzzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Füllstoff (C) verschmolzenes Siliciumdioxid umfaßt und die Menge des Füllstoffs (C) 73 bis 90 Gew.-% auf der Basis der gesamten Zusammensetzung beträgt.
4. Halbleiter verkapselnde Epoxyharzzusammensetzung nach Anspruch 3, wobei das verschmolzene Siliciumdioxid 40 bis 90 Gew.-% (C') zerkleinertes verschmolzenes Siliciumdioxid mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von nicht mehr als 12 1Lm und 10 bis 60 Gew.-% (C") kugelförmiges verschmolzenes Siliciumdioxid mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von nicht mehr als 40 um umfaßt.
5. Halbleiter verkapselnde Epoxyharzzusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das sekundäre Aminogruppen enthaltende Silankopplungsmittel (D) N- Phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilan ist.
6. Halbleiter verkapselnde Epoxyharzzusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die außerdem (E) ein Blockcopolymer aus aromatischem Phenylkohlenwasserstoffkonjugiertem Dien umfaßt.
7. Halbleiter verkapselnde Epoxyharzzusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die außerdem (F) ein modifiziertes Siliconöl umfaßt.
8. Halbleiter verkapselnde Epoxyharzzusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die außerdem (G) eine organische Phosphinverbindung umfaßt.
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