DE69727869T2

DE69727869T2 - Anorganischer Füllstoff, Epoxyharzzusammensetzung und Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE69727869T2
Application number: DE69727869T
Authority: DE
Inventors: Noriaki Chiyoda-ku Higuchi; Takaaki Chiyoda-ku Fukumoto; Toshio Matsuida-machi Shiobara; Eiichi Matsuida-machi Asano; K. Matsuida-machi Tomiyoshi
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1997-08-25
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2017-08-26
Also published as: EP0829455A3; US6207296B1; TW495530B; CN1080746C; EP0829455A2; SG55369A1; DE69727869D1; KR19980019141A; MY124820A; CN1176276A; MY121624A; US5935314A; JPH1067883A; KR100255340B1; EP0829455B1; JP3611066B2

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen neuen anorganischen Füllstoff, der in Harzzusammensetzungen, typischerweise Epoxyharzzusammensetzungen, ohne eine Erhöhung der Viskosität hoch angereichert bzw. in hoher Menge eingebracht werden kann, womit Harzzusammensetzungen zur Verfügung gestellt werden, die eine für ein Formen ausreichend geringe Schmelzviskosität aufweisen. Sie betrifft auch eine Epoxyharzzusammensetzung, die mit dem anorganischen Füllstoff angereichert ist, und eine Halbleitervorrichtung, welche mit einem gehärteten Produkt der Zusammensetzung eingekapselt ist.
Stand der Technik
Die Epoxyharzzusammensetzungen des Standes der Technik, die für die Einkapselung von Halbleitervorrichtungen verwendet werden, enthalten im Allgemeinen weniger als 80 Gewichts-% eines anorganischen Füllstoffes. Um die Aufschmelzlötbeständigkeit zu verbessern, ist es seit kurzem eine gängige Technik, dass ein niedrigviskoses Harz eine Hauptkomponente ist, und eine große Menge eines anorganischen Füllstoffes in dem Harz eingemischt wird, um die prozentuale Wasserabsorption zu verringern. Wenn solche hoch angereicherten Harzzusammensetzungen mit einem sehr geringen Gehalt der Harzkomponente durch herkömmliche gut bekannte kontinuierliche Kneter erzeugt werden, weisen die resultierenden Zusammensetzungen eine hohe Viskosität und eine schlechte Formbarkeit auf, da die Benetzung des Füllstoffes mit dem Harz ungenügend ist.
Diesbezüglich haben wir gefunden, das ein wesentlicher Abfall der Formbarkeit auftritt, wenn der verwendete anorganische Füllstoff einen großen Anteil einer Füllstoff komponente mit einer spezifischen Oberfläche oberhalb von 10 m²/g und mit einer Teilchengröße von weniger als 2 μm, insbesondere von weniger als 0,5 μm, enthält. Wenn ein Füllstoff durch ein herkömmliches Verfahren hergestellt ist, schwankt auch der Gehalt der Submikron-Teilchen (mit einer Teilchengröße von weniger als 1 μm) etwas zwischen den Chargen. Dann hängt die Formbarkeit von einer einzelnen Charge des Füllstoffs ab. Solch unpässlichen Schwierigkeiten können überwunden werden, indem die Schnecke des kontinuierlichen Verkneters neu gestaltet wird oder die Verknetdauer verlängert wird. Unglücklicherweise weisen diese Ansätze eine geringe Produktivität auf und steigern die Kosten.
Es ist somit erwünscht, diese Schwierigkeiten, die mit hohen Anreicherungen an anorganischem Füllstoff in Verbindung gebracht werden, zu überwinden.
Die JP-A-3177450 offenbart, dass (A) ein Epoxyharz mit (B) einem geschmolzenen sphärischen Silicapulver mit einer Sphärodität von 0,7–1, gemessen nach der Waadel-Sphärodität, und mit einer Teilchengrößenverteilung von 16–23 Gew.-% Teilchen mit einem Durchmesser ≤ 2 μm, von 55–80 Gew.-% Teilchen mit einem Durchmesser ≤ 12 μm, ≥ 94,5 Gew.-% Teilchen mit einem Durchmesser ≤ 45 μm und ≤ 0,01 Gew.-% Teilchen mit einem Durchmesser ≥ 100 μm, vorzugsweise mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 5–9 μm und einer Oberfläche von 1–5 m²/g, gemischt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines anorganischen Füllstoffes, der in Harzzusammensetzungen hoch angereichert werden kann, wobei eine für ein Formen ausreichend geringe Schmelzviskosität beibehalten wird. Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Epoxyharzzusammensetzung, die mit dem anorganischen Füllstoff angereichert ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Halbleitervorrichtung, die mit der Epoxyharzzusammensetzung eingekapselt ist.
Wir haben gefunden, dass durch Entfernung der Fraktion an feinen Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 2 μm aus den anorganischen Ausgangsfüllstoffteilchen durch Klassieren oder Nasssieben und durch anschließende Zugabe von feinen Teilchen mit einer regulierten Teilchengröße, Teilchengrößenverteilung und spezifischen Ober fläche ein teilchenförmiger anorganischer Füllstoff erhalten wird der mit einem flüssigen oder festen Pulverharz, typischerweise einem Epoxyharz, vermischt werden kann, um eine Harzzusammensetzung mit stabilen Fließeigenschaften und einer verbesserten Formbarkeit zu bilden.
Genauer beeinflussen die Fließeigenschaften einer einkapselnden Harzzusammensetzung stark das Formen von modernen dünnen Baugruppen und großformatigen Mehrfachstiftbaugruppen. Bei Harzzusammensetzungen, die als ein Einkapselungsmittel dienen, ist es der gegenwärtige Ansatz, der genommen wird, um einen Kompromiss zwischen einer Füllverbesserung und einer geringen Wasserabsorption zu finden, einen sphärischen Füllstoff, der einen großen Anteil einer Submikron-Füllstoffkomponente mit einer mittleren Teilchengröße von weniger als 1 μm, wünschenswerter weise von weniger als 0,5 μm, enthält, einzumischen. Solch ein sphärischer Füllstoff wird im allgemeinen hergestellt, indem ein Silicastein zu einem feinen Pulver pulverisiert wird und das Pulver in einer Flamme zu sphärischen Teilchen geschmolzen wird. Bei diesem Verfahren ist es schwierig, den Gehalt einer feinen sphärischen Füllstofffraktion mit einer mittleren Teilchengröße von weniger als 2 μm, insbesondere von weniger als 0,5 μm, zu regulieren, und dieser Gehalt variiert oft mit den verschiedenen Chargen. Auch führt eine leichte Abwandlung der Herstellungsbedingungen zu einer Veränderung der Teilchengrößenverteilung einer feinen sphärischen Füllstofffraktion von weniger als 2 μm. Eine Variation solch einer feinen Füllstofffraktion kann im großen Ausmaß die Fließ- und Formgebungseigenschaften einer damit angereicherten Epoxyharzzusammensetzung beeinflussen. Um eine Verbesserung unter solchen Umständen zu bewirken, haben wir gefunden, dass ein einmaliger anorganischer Füllstoff erhalten wird, indem die Fraktion von feinen Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 2 μm und mit einer größeren spezifischen Oberfläche aus den anorganischen Ausgangsfüllstoffteilchen entfernt wird und dazu regulierte feine Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,3 bis 2 μm und einer spezifischen Oberfläche von 3 bis 10 m²/g zugegeben werden. Unter Verwendung dieses teilchenförmigen anorganischen Füllstoffes wird eine Harzzusammensetzung, typischerweise eine Epoxyharzzusammensetzung, erhalten, die die zuvor erwähnten Schwierigkeiten nicht aufweist.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein teilchenförmiger anorganischer Füllstoff gemäß dem Anspruch 1 zur Verfügung gestellt.
In einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung eine Epoxyharzzusammensetzung zu Verfügung, die ein Epoxyharz, ein Härtungsmittel und einen anorganischen Füllstoff, der wie in dem Anspruch 1 definiert ist, umfasst.
Auch hier in Betracht gezogen ist eine Halbleitervorrichtung, die mit einem gehärteten Produkt aus einer wie zuvor definierten Epoxyharzzusammensetzung eingekapselt ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Kurz gefasst, der teilchenförmige anorganische Füllstoff gemäß der vorliegenden Erfindung wird erhalten, indem feine Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 2 μm aus den anorganischen Ausgangsfüllstoffteilchen entfernt werden und statt dessen Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,3 bis 2 μm und einer spezifischen Oberfläche von 3 bis 10 m²/g zugegeben werden.
Der anorganische Ausgangsfüllstoff sollte eine mittlere Teilchengröße von 10 bis 50 μm, vorzugsweise 15 bis 40 μm, aufweisen. Falls die mittlere Teilchengröße weniger als 10 μm beträgt, was bedeutet, dass der Füllstoff eine zu geringe Teilchengröße aufweist, würde eine Epoxyharzzusammensetzung, die mit einem großen Anteil des Füllstoffes angereichert ist, für ein Formen zu viskos werden. Falls die mittlere Teilchengröße größer als 50 μm ist, würde ein gehärtetes Produkt hinsichtlich der Festigkeit gering werden. Der anorganische Ausgangsfüllstoff enthält feine Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 2 μm. Der anorganische Ausgangsfüllstoff, der 0,5 bis 25 Gewichts-%, insbesondere 0,5 bis 15 Gewichts-%, an feinen Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 2 μm enthält, ist zweckmäßig, da die Entfernung der feinen Teilchen leicht und kostengünstig ist. Weiter sollte der anorganische Ausgangsfüllstoff eine spezifische Oberfläche von 0,5 bis 3 m²/g, gemessen durch ein Stickstoffadsorptions-BET-Verfahren, aufweisen.
Im ersten Schritt der Erfindung wird eine Fraktion feiner Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 2 μm, die ursprünglich in dem anorganischen Ausgangsfüllstoff enthalten sind, entfernt.
Die feinen Teilchen können entfernt werden, indem der Ausgangsfüllstoff durch einen Klassierer, wie einen Cyclon oder einen Nasssieb, während der Herstellung des Füllstoffs geschickt wird. Die zu entfernenden Teilchen sind feine Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 2 μm, insbesondere weniger als 0,1 μm, und einer spezifischen Oberfläche von mehr als 50 m²/g. Der Gehalt an feinen Teilchen in dem anorganischen Ausgangsfüllstoff variiert zwischen verschiedenen Chargen der Füllstoffherstellung. Eine leichte Variation des Gehalts an feinen Teilchen kann im großen Ausmaß die Formgebungseigenschaften beeinflussen, da die feinen Teilchen eine größere spezifische Oberfläche aufweisen. Daher ist es zur Bereitstellung von stabilen Formgebungseigenschaften sehr wichtig, den Gehalt solcher feinen Teilchen zu regulieren.
In einem zweiten Schritt der Erfindung werden regulierte feine Teilchen zu dem anorganischen Füllstoff, von dem die Fraktion feiner Teilchen mit einem Teilchengröße von weniger als 2 μm entfernt wurde, zugegeben, wodurch ein teilchenförmiger anorganischer Füllstoff erhalten wird, der in einer Harzzusammensetzung zur Verleihung von stabilen Formgebungseigenschaften an die Zusammensetzung hoch angereichert seien kann.
Die regulierten feinen Teilchen sollten eine mittlere Teilchengröße von 0,3 bis 2 μm, mehr bevorzugt 0,5 bis 1,5 μm, und eine spezifische Oberfläche von 3 bis 10 m²/g, vorzugsweise von 4 bis 7 m²/g, gemessen durch ein Stickstoffadsorptions-BET-Verfahren, aufweisen. Solche regulierten feinen Teilchen sind als sphärische Silica- und Aluminafüllstoffe mit einer mittleren Teilchengröße von 0,3 bis 2 μm und einer spezifischen Oberfläche von 3 bis 10 m²/g zum Beispiel unter den Handelsnamen SO25 und SO32 von der Admatechs K. K. erhältlich. Auch nützlich sind sphärische feine Teilchen, die durch ein Sol-Gel-Werfahren hergestellt sind und ähnliche Charakteristika aufweisen. Ein zuzugebender beispielhafter Füllstoff kann durch ein Verfahren hergestellt werden, bei dem metallisches Silica in einer Flamme zur Oxidation verbrannt wird. Dieses Verfahren stellt sicher, dass die Teilchengrößenverteilung und die spezifische Oberfläche leicht zu regulieren sind.
Die Zugabe der regulierten feinen Teilchen führt zu einem teilchenförmigen anorganischen Füllstoff mit einer mittleren Teilchengröße von 5 bis 40 μm, insbesondere von 10 bis 35 μm. Falls die mittlere Teilchengröße weniger als 5 μm beträgt, würde solch ein Füllstoff die Viskosität einer Harzzusammensetzung, die damit angereichert ist, erhöhen, so dass der Füllstoff nicht in einem großen Anteil zugegeben werden kann. Eine mittlere Teilchengröße von mehr als 40 μm zeigt einen größeren Anteil von groben Teilchen an, was ein Verstopfen der Zugänge verursachen kann. Der anorganische Füllstoff sollte vorzugsweise eine maximale Teilchengröße von weniger als 74 μm, insbesondere von weniger als 50 μm, aufweisen.
Dem gemäß werden die regulierten feinen Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,3 bis 2 μm und einer spezifischen Oberfläche von 3 bis 10 m²/g zu den anorganischen Füllstoffteilchen (aus denen die ursprünglichen feinen Teilchen von weniger als 2 μm Größe entfernt worden waren) zugegeben, so dass der resultierende anorganische Füllstoff eine mittlere Teilchengröße in dem zuvor definierten Bereich aufweisen kann. 1 bis 30 Gewichtsteile, insbesondere 5 bis 25 Gewichtsteile, der regulierten feinen Teilchen werden zu 100 Gewichtsteilen der anorganischen Füllstoffteilchen, aus denen die ursprünglichen feinen Teilchen entfernt worden waren, zugegeben. Falls die Menge der regulierten feinen Teilchen weniger als 1 Teil auf dieser Basis beträgt, ist die Menge des feinen Pulvers zu gering, so dass die Formbarkeit erschwert sein könnte, und Pressbarte und Grate treten wahrscheinlich auf. Falls die Menge der regulierten feinen Teilchen mehr als 30 Teile beträgt, ist die Menge an feinem Pulver zu groß, so dass die Harzzusammensetzung eine zu große Viskosität aufweisen könnte.
Es ist unter den Gesichtspunkten einer geringen Viskosität und Formbarkeit notwendig, dass der anorganische Füllstoff der Erfindung eine spezifische Oberfläche von 0,5 bis 3 m²/g, mehr bevorzugt von 0,7 bis 2 m²/g, gemessen durch ein Stickstoff-Adsorptions-BET-Verfahren, aufweist, da eine Harzzusammensetzung, die damit angereichert ist, nicht so thixotroph ist.
Der anorganische Füllstoff der Erfindung ist im wesentlichen frei von einer feinen Teilchenfraktion mit einer Teilchengröße von weniger als 0,1 μm, die im großen Ausmaß die Fließeigenschaften beeinflusst. Anders ausgedrückt weist der anorganische Füllstoff der Erfindung eine relativ geringe Teilchengrößenverteilung auf.
Es sei angemerkt, dass die mittlere Teilchengröße und die Teilchengrößenverteilung Messungen (z. B. gewichtsmittlere Werte) durch ein Laserdiffraktionsteilchen-größenverteilungsmeßgerät, zum Beispiel ein Granulometer 920 von CILAS ALCATEL (Frankreich) sind.
Die Art des anorganischen Füllstoffs gemäß der Erfindung ist richtig in Abhängigkeit von der beabsichtigten Anwendung unter Kieselpuder, kristallinem Silica, Alumina, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Magnesia gewählt, und Magnesiumsilicat kann verwendet werden. Wo Halbleiterelemente eine beträchtliche Hitzefreisetzung erzeugen, ist es wünschenswert, Füllstoffe mit einer größeren thermischen Leitfähigkeit und einem geringeren Ausdehnungskoeffizienten, wie Alumina, Bornitrid, Aluminiumnitrid und Siliciumnitrid, zu verwenden. Sie können mit Kieselpuder vermischt sein. Die Form des anorganischen Füllstoffes ist nicht entscheidend. Füllstoffe mit Flocken-, Dendrit- und sphärischen Formen können alleine oder in Mischung von zweien oder mehreren verwendet werden. Vorzugsweise ist der Füllstoff mit Silankopplungsmitteln und Titankopplungsmitteln vor einer Verwendung oberflächenbehandelt.
Der anorganische Füllstoff der Erfindung kann in verschiedene Harzzusammensetzungen, zum Beispiel Epoxyharzzusammensetzungen, Siliconharzzusammensetzungen und Phenolharzzusammensetzungen, insbesondere in Epoxyharzzusammensetzungen für die Einkapselung von Halbleitervorrichtungen, eingemischt werden.
Nun wird diese Anwendung des anorganischen Füllstoffes beschrieben. Die Epoxyharzzusammensetzung gemäß der Erfindung enthält ein Epoxyharz, ein Härtungsmittel und einen anorganischen Füllstoff als wesentliche Bestandteile.
Das hier verwendete Epoxyharz kann unter im Stand der Technik gut bekannten Epoxyharzen mit mindestens zwei Epoxygruppen in einem Molekül, zum Beispiel Epoxyharze vom Bisphenol-A-Typ, Epoxyharze vom Bisphenol-F-Typ, Epoxyharze vom Phenol-Novolak-Typ, Epoxyharze vom Cresol-Novolak-Typ, Epoxyharze vom Naphthalin-Typ, Epoxyharze vom Biphenyl-Typ, Epoxyharze vom Phenol-Aralkyl-Typ und Epoxyharze vom Cyclopentadien-Typ, gewählt sein. Von diesen Epoxyharzen sind Epoxyharze vom Naphthalin-Typ, Epoxyharze vom Biphenyl-Typ und Epoxyharze mit einer Flüssigkristallstruktur, die durch eine der folgenden Strukturformeln dargestellt sind, bevorzugt.
In den Formeln steht E für
R steht für ein Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl und tert-Butyl, und der Buchstabe n steht für eine ganze Zahl von 0 bis 5.
Diese Epoxyharze sollten vorzugsweise einen Gesamtchlorgehalt von weniger als 1.00 ppm, mehr bevorzugt von weniger als 1.000 ppm, und einen wasserextrahierbaren Chlorgehalt von weniger als 5 ppm, gemessen bei einer Epoxyharzkonzentration von 50 Gewichts-% bei 120°C für 20 Stunden, aufweisen. Falls der Gesamtchlorgehalt mehr als 1.00 ppm und/oder der wasserextrahierbare Chlorgehalt mehr als 5 ppm beträgt, würden Halbleitervorrichtungen, die mit solchen Epoxyharzen eingekapselt sind, weniger zuverlässig gegenüber Feuchtigkeit werden.
Das Härtungsmittel kann unter herkömmlichen gut bekannten Verbindungen, die als ein Härtungsmittel für Epoxyharze verwendet werden, zum Beispiel Phenolverbindungen, Aminverbindungen und Säureanhydridverbindungen, ausgewählt sein. Insbesondere sind Phenolharze mit mindestens zwei phenolischen Hydroxylgruppen in einem Molekül nützlich. Beispielhafte Phenolharze sind Phenol-Novolak-Harze, Cresol-Novolak-Harze, Phenol-Aralkyl-Harze, Phenolharze vom Naphthalin-Typ, Phenolharze vom Cyclopentadien-Typ und phenolische Hydroxylgruppen enthaltende Phenolharze der folgenden Struktur:
wobei R für Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl und tert-Butyl, steht, und der Buchstabe n ist eine ganze Zahl von 0 bis 5.
Wie die Epoxyharze sollten die Phenolharze vorzugsweise Chlorid- und Natriumionengehalte von weniger als 10 ppm, insbesondere von weniger als 5 ppm, wenn sie bei 120°C extrahiert werden, aufweisen.
Das Epoxyharz und das Phenolharz werden vorzugsweise gemischt, so dass 0,5 bis 1,6 mol, insbesondere 0,6 bis 1,4 mol, der phenolischen Hydroxylgruppe pro mol der Epoxygruppe verfügbar ist. Weniger als 0,5 mol der phenolischen Hydroxylgruppe pro mol der Epoxygruppe bedeutet einen Mangel an Hydroxylgruppen, der zu einem größeren Anteil an Homopolymerisation von Epoxygruppen und somit zu einer geringeren Glasübergangstemperatur führen kann. Mehr als 1,6 mol der phenolischen Hydroxylgruppe pro mol der Epoxygruppe bedeutet einen höheren Anteil an phenolischen Hydroxylgruppen, was zu einer geringeren Reaktivität, einer geringeren Quervernetzungsdichte und zu einer ungenügenden Festigkeit führen kann.
Bei der Epoxyharzzusammensetzung der Erfindung kann ein Hartungsförderer eingemischt werden. Der Härtungsförderer kann unter Phosphorverbindungen, Imidazolderivaten und Cycloamidinderivaten ausgewählt sein. Die Menge des Härtungsförderers liegt vorzugsweise bei 0,01 bis 10 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des vereinigten Epoxyharzes und Phenolharzes.
Der in der Epoxyharzzusammensetzung der Erfindung verwendete Füllstoff ist ein teilchenförmiger anorganischer Füllstoff, der gemäß der Erfindung zuvor definiert wurde. Die Menge des eingemischten anorganischen Füllstoffes liegt bei 70 bis 90 Gewichts-%, insbesondere bei 80 bis 90 Gewichts-%, der Gesamtzusammensetzung. Anders ausgedrückt werden 250 bis 900 Gewichtsteile des anorganischen Füllstoffes pro 100 Gewichtsteile des vereinigten Epoxyharzes und Härtungsmittels vermischt. Außerhalb dieses Bereiches würden Epoxyharzzusammensetzungen mit geringeren Mengen des anorganischen Füllstoffes einen relativ hohen Ausdehnungskoeffizienten und eine hohe Wasserabsorption aufweisen, wobei das Risiko verbleiben würde, dass Baugruppen bzw. Packungen bei hoher Temperatur bei einer Aufschmelzlötung bei einer Befestigung auf Substraten aufbrechen. Epoxyharzzusammensetzungen mit größeren Mengen des anorganischen Füllstoffes würden zu viskos zum Formen werden. Wünschenswerter weise werden 500 bis 850 Gewichtsteile des anorganischen Füllstoffes pro 100 Gewichtsteile des vereinigten Epoxyharzes und Härtungsmittels vermischt.
Um Thixotropie zu verleihen, kann ultrafeines Silica, wie Aerosil, zu der Epoxyharzzusammensetzung zugegeben werden.
Weiter können herkömmliche gut bekannte Pulver, wie ein Silicongummi und -gel, Silicon-modifizierte Epoxyharze, Silicon-modifizierte Phenolharze und thermoplastische Harze, wie Methylmethacrylat-Butadien-Styrol-Copolymere, in die Epoxyharzzusammensetzung als ein spannungsminderndes Mittel eingemischt werden.
Auch können herkömmliche gut bekannte Verdünnungsmittel mit einer Epoxy- oder phenolischen Hydroxylgruppe zur Verminderung der Viskosität zugegeben werden. Beispielhafte Verdünnungsmittel schließen n-Butylglycidylether, Phenylglycidylether, Styroloxid, tert-Butylphenylglycidylether, Dicyclopentadiendiepoxid, Phenol, Cresol und tert-Butylphenol, ein.
Noch weiter werden Kupplungsmittel, wie Silankupplungsmittel, Titankupplungsmittel und Aluminiumkupplungsmittel, Pigmente, wie Ruß, und die benetzenden Eigenschaften modifizierende Mittel und Antischaummittel, wie nichtionische Tenside, fluorierte Tenside und Siliconfluide, zugegeben, falls dies erwünscht ist.
Bezüglich des Herstellungsverfahrens kann eine flüssige Epoxyharzzusammensetzung hergestellt werden, indem die zuvor erwähnten Bestandteile in einem rührenden Mischer, wie einem Shinagawa-Mischer, vollständig verknetet werden. Die Knettemperatur liegt wünschenswerter weise bei 20 bis 50°C. Eine Pulverepoxyharzzusammensetzung kann hergestellt werden, indem die zuvor erwähnten Bestandteile in einem Hochgeschwindigkeitsmischer gleichförmig vermischt werden, und die Mischung in einer Zwillingswalzenmühle oder einem kontinuierlichen Verkneter vollständig verknetet werden. Die Knettemperatur liegt wünschenswerter weise bei 50 bis 110°C. Nach dem Verkneten wird die Zusammensetzung dünn ausgebreitet, abgekühlt und pulverisiert.
Die Harzzusammensetzung der Erfindung wird als ein Allzweckformmaterial, insbesondere als ein Einkapselungsmaterial für Halbleiter, verwendet. Das hier verwendete Formverfahren schließt ein Transferformen, ein Vergießen und ein Unterfüttern für eine Clipchip-Befestigung ein. Die Härtungstemperatur für ein Transferformen liegt bei 150°C bis 180°C. Die Härtungstemperatur für ein Vergießen und ein Unterfüttern (underfilling) liegt bei 80 bis 170°C, wobei ein schrittweises Härten bei Temperaturen von etwa 100°C und etwa 150°C wünschenswert ist.
Verschiedene Halbleitervorrichtungen können mit der Epoxyharzzusammensetzung gemäß der Erfindung eingekapselt werden. Inter alia können diskrete Vorrichtungen, IC und hochintegrierte Vorrichtungen, wie ein LSI und ein Ultra-LSI, vorteilhafter weise eingekapselt werden.
Es wurde ein teilchenförmiger anorganischer Füllstoff beschrieben, der in Harzzusammensetzungen, typischer weise Epoxyharzzusammensetzungen, hoch angereichert werden kann, so dass die Harzzusammensetzungen eine für ein Formen ausreichend geringe Schmelzviskosität aufweisen können. Eine Epoxyharzzusammensetzung, die mit dem anorganischen Füllstoff angereichert ist, ist für eine Einkapselung einer Halbleitervorrichtung ohne das Verursachen einer Verformung des Lötauges bzw. Düsenklotzes (die pad) oder einer Drahtverformung wirksam. Die Halbleitervorrichtung, die mit der angereicherten Epoxyharzzusammensetzung eingekapselt ist, bleibt somit sehr zuverlässig.
Beispiel
Die Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend zur Erläuterung und nicht zur Beschränkung angegeben. Alle Teileangaben beziehen sich auf das Gewicht.
Beispiel 1: Herstellung von Silica
Sphärisches Silica mit einer mittleren Teilchengröße von 30,2 μm und einer spezifischen Oberfläche von 1,7 m²/g wurde einem Nassklassieren mit Wasser unterworfen, wodurch eine feine pulvrige Silicafraktion entfernt wurde. Sphärisches Silica (A) mit einer mittleren Teilchengröße von 32,1 μm und einer spezifischen Oberfläche von 0,8 m²/g wurde in einer Ausbeute von 94 Gewichts-% erhalten. Dies bedeutet, dass das sphärische Ausgangssilica mit einer mittleren Teilchengröße von 30,2 μm 6 Gewichts-% Teilchen mit einer Teilchengröße von 2 μm oder weniger enthielt. Die entfernte feine pulvrige Silicafraktion (B) wies eine mittlere Teilchengröße von 1,5 μm und eine spezifische Oberfläche von 15 m²/g auf. Feines sphärisches Silica, wie nachfolgend gezeigt, 6 Gewichts-%, wurde zu dem sphärischen Silica (A) zugegeben, wodurch eine sphärische Silicaprobe erhalten wurde. Zu Vergleichszwecken wurde auch eine sphärische Silicaprobe durch erneute Zugabe von 6 Gewichts-% der feinen pulvrigen Silicafraktion (B) zu dem sphärischen Silica (A) hergestellt. Die Charakteristika der so erhaltenen Silicaproben sind in der Tabelle 1 gezeigt.
Feines sphärisches Silica
Alle sind von der Admatechs K. K. erhältlich.
Tabelle 1
Beispiele 2–5 & Vergleichsbeispiele 1–3
Epoxyharzzusammensetzungen wurden hergestellt, indem 300 Gramm von jeder der sieben Silicaproben, die in dem Beispiel 1 hergestellt worden waren, und das Ausgangssilica vor der Klassierung, 100 Gramm eines Epoxyharzes Epikote 807 (ein Epoxyharz vom Bisphenol-F-Typ mit einem Epoxyäquivalent von 168 und einer Viskosität von 38 Poise bei 25°C, von der Shell Chemical Co.) und 1,2 Gramm 2-Phenylimidazol als ein Härtungsmittel eingewogen werden, und sie vollständig bei 30°C unter einem Vakuum für 30 Minuten verknetet werden. Am Ende des Knetens wurden die Zusammensetzungen bzgl. seiner Viskosität durch ein Viskosimeter vom E-Typ bei einer Scherrate von 0,6 s^–1 und 10 s^–1 und einer Temperatur von 25°C untersucht. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt.
Jede der Epoxyharzzusammensetzungen wurde bei 80°C auf einen verbleiten bzw. mit Leitungsstifften versehenen (leaded) Chipträger (PLCC), der Verbindungen mit 450 Golddrähten aufweist, vergossen und bei 110°C für 1 Stunde und bei 150°C für weitere 4 Stunden gehärtet. Die Einkapselung des PLCC wurde bewertet, indem auf die Anwesenheit oder Abwesenheit von innengelegenen Leerstellen mit einem Ultraschall-Fehlersucher untersucht wurde. Es liegt aufgrund der Ergebnisse auf der Hand, dass die Epoxyharzzusammensetzungen, die mit den Füllstoffen der Erfindung angereichert sind, was einen geringeren Viskositätsunterschied zwischen den Scherraten von 0,6 s^–1 und 10 s^–1 verursacht, eine wirksamere Einkapselung bewirken.
Tabelle 2
Beispiele 6–8 & Vergleichsbeispiele 4–5
Epoxyharzzusammensetzungen wurden hergestellt, indem 42,6 Gramm eines Epoxyharzes vom Biphenyl-Typ YX4000HK (Yuka Shell K. K.), 46,8 Gramm eines Phenolaralkylharzes Mylex-3L (Mitsui Toatsu Chemical K. K.), 6 Gramm Antimontrioxid, 4,2 Gramm eines bromierten Novolac-Epoxyharzes BREN-S (Nihon Kayaku K. K.), 2,6 Gramm Carnaubawachs, 1,3 Gramm Triphenylphosphin und die angegebene Menge (siehe Tabelle 3) einer Silicaprobe Nr. 1, 2, 4 oder 5 eingewogen wurden, und die Bestandteile in einem Henschel-Mischer vermischt wurden. Die Mischungen wurden weiter in einem kontinuierlichen Mischer verknetet. Die Zusammensetzungen wurden durch die folgenden Tests untersucht.
Anreicherung
Die Menge (in Teilen) des Füllstoffs pro 100 Teile des vereinigten Epoxyharzes und Härtungsmittels.
Spiralfluß
Ein Spiralfluß wurde durch ein Transferformen einer Epoxyharzzusammensetzung bei einer Temperatur von 175°C und einem Druck von 6,86·10⁶ Pa (70 kg/cm²) gemessen.
Gelierungsdauer
Eine Epoxyharzzusammensetzung wurde auf einer heißen Platte bei 175°C erhitzt, bis die Zusammensetzung gelierte.
Schmelzviskosität
Unter Verwendung eines Fließtesters vom Kouka-Typ mit einer Düse mit einem Durchmesser von 1 mm wurde eine Viskosität bei einer Temperatur von 175°C und einem Druck von 10 kg gemessen.
Innengelegene und außengelegene Leerstellen
Eine Epoxyharzzusammensetzung wurde über einer flachen Viereckbaugruppe (QFP, fünf Proben) bei einer Temperatur von 175°C und einem Druck von 6,86·10⁶ Pa (70 kgf/cm²) transfergeformt. Unter Verwendung eines Ultraschall-Fehlersuchers wurde die Anzahl der innengelegenen Leestellen gezählt. Die Anzahl der außengelegenen Leerstellen wurde durch visuelle Begutachtung gezählt. Die Anzahl der Leerstellen ist eine Summe von Leestellen in oder auf fünf Proben.
Düsenlötaugenverformung
Eine Epoxyharzzusammensetzung wurde über ein QFP bei einer Temperatur von 175°C und einem Druck von 6,86·10⁶ Pa (70 kgf/cm²) transfergeformt. Die Baugruppe wurde zerschnitten, um zu untersuchen, ob die Düsenlötaugen (die pads) verformt waren.
Drahtverformung
Eine Epoxyharzzusammensetzung wurde über ein QFP mit angeschlossenen Golddrähten von 3 mm Länge bei einer Temperatur von 175°C und einem Druck von 6,86·10⁶ Pa (70 kgf/cm²) transfergeformt. Die Baugruppe wurde durch einen Analysator mit weichen Röntgenstrahlen begutachtet, um zu untersuchen, ob die Golddrähte verformt waren.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3
Obgleich einige bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurden, können viele Modifikationen und Variationen davon angesichts der obigen Lehren durchgeführt werden. Es versteht sich daher, dass innerhalb des Umfangs der anhängenden Ansprüche die Erfindung anders als spezifisch beschrieben ausgeführt werden kann.

Claims

Teilchenförmiger anorganischer Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Quarzstaub, kristallinem Silica, Alumina, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Magnesia und Magnesiumsilicat, welcher eine mittlere Teilchengröße von 5 bis 40 μm und eine spezifische Oberfläche von 0,5 bis 3 m²/g aufweist sowie im wesentlichen frei von einer feinen Teilchenfraktion mit einer Teilchengröße von weniger als 0,1 μm ist, erhältlich durch die Entfernung der Fraktion feiner Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 2 μm, welche jene mit einer Teilchengröße von weniger als 0,1 μm und einer spezifischen Oberfläche von mehr als 50 m²/g enthalten, aus den anorganischen Ausgangsfüllstoffteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 10 bis 50 μm, welche diese feinen Teilchen enthalten, und Zugabe von 1 bis 30 Gewichtsteilen von anorganischen Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,3 bis 2 μm und einer spezifischen Oberfläche von 3 bis 10 m²/g, gemessen durch das Stickstoffadsorptions-BET-Verfahren, welche keine Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 0,1 μm enthalten, zu 100 Gewichtsteilen der anorganischen Füllstoffteilchen, von denen die feine Teilchenfraktion entfernt worden ist.
Epoxyharzzusammensetzung, umfassend ein Epoxyharz, ein Härtungsmittel sowie einen anorganischen Füllstoff, worin der anorganische Füllstoff ein solcher wie in Anspruch 1 angeben ist und die Menge des anorganischen Füllstoffs 70 bis 90 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung beträgt.
Halbleitervorrichtung, welche mit einem gehärteten Produkt einer Epoxyharzzusammensetzung, wie in Anspruch 2 spezifiziert, eingekapselt ist.