JP2001002895A - 半導体用封止材の製造法及び樹脂封止型半導体装置 - Google Patents
半導体用封止材の製造法及び樹脂封止型半導体装置Info
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Abstract
ックに起因する電気不良がなく、且つ成形性、信頼性、
レーザーマーク性に優れたエポキシ樹脂封止材及び該封
止材を用いて封止した半導体装置を提供すること。 【解決手段】エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機
充填材及びカーボンブラックを必須成分とする半導体用
封止材の製造法において、カーボンブラックをエポキシ
樹脂又は硬化剤と混合してなるマスターバッチとして配
合する。
Description
が原因で発生する電気不良がなく、成形性、信頼性、レ
ーザーマーク性に優れた半導体用封止材及びそれを用い
た樹脂封止型半導体装置に関する。
プの集積度の向上と共に、チップサイズの大型化、半導
体装置の小型化、薄型化、多ピン化が進んでいる。同時
に、インナーリード間やパッド間、ワイヤー間などピッ
チ間距離も益々狭くなってきている。この時、封止材中
に着色剤として含まれるカーボンブラックが大きな粗粒
として存在する場合には、インナーリード間やパッド間
そしてワイヤー間に導電性であるカーボンブラックが挟
まり、電気不良をおこす原因になる。着色剤としてのカ
ーボンブラックの配合は、その配合量が封止材全体の1
重量%未満と少ないため、他の材料と一緒にして一括混
合・混練されるのが一般的であり、時おりカーボンブラ
ックの分散不良による電気事故を引き起こしていた。こ
のようなカーボンブラックに起因による電気不良の防止
策として、カーボンブラックの添加量の低減検討や、カ
ーボンブラックと染料の併用及びカーボン代替物質とし
ての染料等の検討も行われているがまだ満足できるもの
はないのが実状である。
に鑑みなされたもので、樹脂封止型半導体装置におけ
る、カーボンブラックに起因する電気不良がなく、且つ
成形性、信頼性、レーザーマーク性に優れたエポキシ樹
脂封止材及び該封止材を用いて封止した半導体装置を提
供することを目的とする。
れば、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材
及びカーボンブラックを必須成分とする半導体用封止材
の製造法において、カーボンブラックをエポキシ樹脂又
はその硬化剤をマトリクスとするマスターバッチとして
配合してなる半導体用封止材をもちいて半導体阻止を封
止することにより達成される。
は特に制限はないが、例えば、電子部品封止用として一
般に使用されている、フェノールノボラック型エポキシ
樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビ
スフェノールAノボラック型エポキシ樹脂をはじめとす
るフェノール類とアルデヒド類から合成されるノボラッ
ク樹脂をエポキシ化したエポキシ樹脂、ビスフェノール
A、ビスフェノールF、ビスフェノールS、アルキル置
換ビフェノールなどのジグリシジルエーテル、ジアミノ
ジフェニルメタン、イソシアヌル酸などのポリアミンと
エピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジルア
ミン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンとフェノー
ル類の共縮合樹脂のエポキシ化物、ナフタレン環を有す
るエポキシ樹脂、ナフトールアラルキル樹脂のエポキシ
化物、トリメチロールプロパン型エポキシ樹脂、テルペ
ン変性エポキシ樹脂、オレフィン結合を過酢酸などの過
酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂、及び脂
環族エポキシ樹脂などを、単独又は併用して用いること
ができる。
ないが、例えば、電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料
で一般に使用されている、フェノール、クレゾール、レ
ゾルシン、カテコール、ビスフェノールA、ビスフェノ
ールF等のフェノール類又はα−ナフトール、β−ナフ
トール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類とホ
ルムアルデヒド類のアルデヒド類とを酸性触媒下で縮合
又は共縮合させて得られる樹脂、フェノール・アラルキ
ル樹脂、ナフトール・アラルキル樹脂等のフェノール樹
脂系硬化剤を単独又は併用して用いることができる。硬
化剤の配合量は、エポキシ樹脂中のエポキシ基数/硬化
剤中の水酸基数の比で求められ、それぞれの未反応分を
少なく抑えるために、0.7〜1.3の範囲に設定する
ことが好ましく、特に0.8〜1.2の範囲に設定する
ことが好ましい。
進する硬化促進剤についても特に制限はなく、例えば、
1,8−ジアザ−ビシクロ(5,4,0)ウンデセン−
7、1,5−ジアザ−ビシクロ(4,3,0)ノネン、
5,6−ジブチルアミノ−1,8−ジアザ−ビシクロ
(5,4,0)ウンデセン−7、ベンジルジメチルアミ
ン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノー
ル、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等の3
級アミン類及びこれらの誘導体、2−メチルイミダゾー
ル、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メ
チルイミダゾール等のイミダゾール類及びこれらの誘導
体、トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィ
ン、トリフェニルホスフィン、ジフェニルホスフィン、
フェニルホスフィン等の有機ホスフィン類及びこれらの
ホスフィン類に無水マレイン酸、ベンゾキノン、ジアゾ
フェニルメタン等のπ結合をもつ化合物を付加してなる
分子内分極を有するリン化合物、テトラフェニルホスホ
ニウムテトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィ
ンテトラフェニルボレート、2−エチル−4−メチルイ
ミダゾールテトラフェニルボレート、N−メチルテトラ
フェニルホスホニウム−テトラフェニルボレート、トリ
フェニルホスフィン、トリフェニルホスフィンとベンゾ
キノンの付加物、1,8−ジアザ−ビシクロ(5,4,
0)−ウンデセン−7,2−フェニル−4−メチルイミ
ダゾール、トリフェニルホスホニウム−トリフェニルボ
ラン等があり、これらを単独又は併用して用いることが
できる。硬化促進剤の使用量は、その種類にもよるが通
常エポキシ樹脂と硬化剤の総量に対し0.1〜5重量%
用いられる。
度向上の観点から無機充填材を用いることが必要であ
る。無機充填材としては、溶融シリカ、結晶シリカ、ア
ルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、
炭化珪素、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコニア等の粉
体、又はこれらを球形化したビーズ、チタン酸カリウ
ム、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ等の単結晶繊維、ガ
ラス繊維等を1種類以上配合することができる。さら
に、難燃効果のある無機充填材としては水酸化アルミニ
ウム、硼酸亜鉛等が挙げられ、これらを単独または併用
することができる。無機充填材の配合量としては、吸湿
性、線膨張係数の低減及び強度向上の観点から封止材全
体の70〜95重量%が好ましい。上記の無機充填材の
中で、線膨張係数低減の観点からは溶融シリカが、高熱
伝導性の観点からはアルミナが好ましく、充填材形状は
成形時の流動性及び金型摩耗性の点から球形が好まし
い。
ては、不純物等のレベルが封止材に適用できるものであ
ればその製法および原料の材質に特に制限はないが、1
次粒子としての粒子径が10〜100nmであることが
着色力その他の特性に鑑み好ましい。マスターバッチ化
は、エポキシ樹脂または硬化剤の一部又は全部とカーボ
ンブラックを混合し、押出やバッチ式、ロール式の加熱
溶融法により混練することにより製造することができ
る。
に応じ、通常用いられるシリコーン等の可撓化材、各種
カップリング剤、カルナバワックスやポリエチレンワッ
クス等の離型剤、難燃剤、イオン捕捉剤等の添加剤を配
合することができる。
キル型フェノール樹脂硬化剤とカーボンブラックのマス
ターバッチを例に説明すると、硬化剤とカーボンブラッ
クを所定量混合し、その混合物をニーダ等で所定条件で
混練し冷却する。得られた混合物を再度熱ロールで練
り、冷却、粉砕し、アラルキル型フェノール樹脂硬化剤
とカーボンブラックのマスターバッチを得る。マスター
バッチ全体におけるカーボンブラックの重量分率は、
0.3〜60重量%とすることが好ましい。0.3重量
%未満では混和物自体の粘性不足によりカーボンの分散
性が低下し、60重量%を越えると混和物自体の粘性が
大きくなりすぎてマスターバッチ化が困難となる。特に
3〜50重量%の範囲が好適に用いられる。 なお、マ
スターバッチを製造するに際し、必要に応じ公知の分散
剤や表面処理剤等を添加することもできる。
する方法としては、所定の配合となるように、マスター
バッチ及びその他の原材料をミキサー等に投入し充分混
合した後、熱ロール、押出機等によって混練し、冷却、
粉砕することによって得ることができる。本発明で得ら
れる封止材を用いて電子部品を封止する方法としては、
低圧トランスファー成形法が最も一般的であるが、イン
ジェクション成形、圧縮成形、注型成形等の方法によっ
ても可能である。上記した手段を用いて製造したエポキ
シ樹脂封止材は、流動性、成形性、レーザーマーク性、
カーボンブラックの分散性に優れており、IC、LSI
等の半導体素子の封止に好適に用いることができる。ま
た、本封止材により得られた成形品中のカーボンブラッ
クの粒子は顕微鏡観察の結果いずれも50μm以下の粒
子になっており、電気不良の発生を防止するのに有効で
ある。
本発明はこれに限定されるものではない。 実施例1〜4、比較例1〜3 まず、表1〜3に示す各種の原料素材を予備混合(ドラ
イブレンド)した後、二軸ロール(ロール表面温度約8
0℃)で10分間混練し、冷却粉砕した。カーボンマス
ターバッチは表2に示す配合物をニ−ダに投入し、アラ
ルキル型フェノ−ル樹脂硬化剤の場合はシリンダ−温度
80℃で5分間混練し室温まで冷却し、ついで表面温度
を80℃とした2軸ロールにより10分間溶融混練し、
冷却粉砕したものを、ビフェニル型エポキシ樹脂の場合
はシリンダ−温度110℃で5分間混練し室温まで冷却
し、ついで表面温度を110℃とした2軸ロールにより
10分間溶融混練し冷却粉砕したものを用いた。なお、
マスターバッチはカーボンブラックの封止材全体に対す
る配合比率が0.3重量%となるよう配合した。
ポキシ(株)製 臭素化エポキシ樹脂(YDB-400 ):東都化成(株)製 アラルキル型フェノール樹脂(XL-225-3L ):三井東圧
化学(株)製 カーボンブラック(粒子径:18nm 比表面積:140m /
g):三菱化学(株)製 金属錯体染料(Cr含有系):中央合成(株)製 溶融シリカ(球状品 S-CO):(株)マイクロン製
を用い、金型温度180℃、成形圧力70kgf/cm
2 、硬化時間90秒の条件で各試験を行った。スパイラ
ルフローは、EMM11−66により測定した。熱時硬
度は、シェア硬度計にて測定した。また、この封止材を
用いて、半導体素子をトランスファー成形機で同様の条
件で成形し、175℃で6時間ポストキュアー後、耐湿
性と半田耐熱性を評価した。耐湿性に用いた半導体装置
はSOP(Small Outline Package)−28ピンであり、
85℃/85RH%72時間吸湿+215℃/90秒の
前処理後、PCT(121℃/2気圧)に放置してチッ
プ上配線の断線の有無を評価した。半田耐熱性に用いた
半導体装置は、QFP(Quad Flat Package)80ピンの
樹脂封止型半導体装置(外形寸法20×14×2.0m
m)であり、リードフレームは42アロイ材(加工な
し)で8×10mmのチップサイズを有するものであ
る。このようにして得られた樹脂封止型半導体装置につ
いて、半田耐熱性を125℃/24hベーキング後、8
5℃/85RH%で所定の時間吸湿した後、240℃/
10secの処理を行った時の樹脂封止型半導体装置の
クラック発生率により判定した。また、カーボン粒径の
評価は、この封止材を用いて、トランスファー成形機で
同様の条件でφ50の円板を成形し、成形品の表面をサ
ンドペーパーで研磨後、金属顕微鏡を用いて観察・評価
した。レーザーマーク性に用いた半導体装置は、QFP
−54ピンであり、パッケージ表面をYAGレーザーマ
ーキング装置で印字し、目視でマーク性を評価した。上
記のYAGレーザーのマーキング条件を以下に示す。 YAGレーザー波長:1064nm レーザーパワー:5J パルス幅:50μsec 上記の試験結果をまとめて表4に示す。
止材組成物にマスターバッチとして添加することによ
り、成形性、信頼性、レーザーマーク性に優れ、且つ電
気不良を大幅に低減可能な封止材および樹脂封止型半導
体装置を提供することができる。
Claims (5)
- 【請求項1】エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機
充填材及びカーボンブラックを必須成分とする半導体用
封止材の製造法において、カーボンブラックをエポキシ
樹脂又は硬化剤をマトリクスとするマスターバッチとし
て配合することを特徴とする半導体用封止材の製造法。 - 【請求項2】マトリクスがフェノール樹脂系硬化剤であ
る請求項1記載の半導体用封止材の製造法。 - 【請求項3】カーボンブラックのマスターバッチ全体に
しめる比率が0.3〜60重量%である請求項1又は2
記載の半導体用封止材の製造法。 - 【請求項4】請求項1乃至3のいずれか記載の半導体用
封止材を用いて半導体素子を封止してなる樹脂封止型半
導体装置。 - 【請求項5】半導体素子を封止した成形品中に分散され
たカーボンブラックの粒径が50μm以下である請求項
4記載の半導体装置。
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