JP2004224849A

JP2004224849A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JP2004224849A
Application number: JP2003011841A
Authority: JP
Inventors: Yoshibumi Inoue; 義文井上; Hidekazu Asano; 英一浅野
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）メタロセン触媒で合成したポリオレフィンワックス、及び（Ｅ）無機質充填剤を含有することを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【効果】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、金型離型回復性に優れ、製品汚れ、腐食性の少ないものである。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び該エポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の小型化、軽量化、高性能化の市場動向において、半導体素子の高集積化が年々進み、また半導体装置の表面実装化が促進されるなかで、半導体封止用エポキシ樹脂組成物への要求は益々厳しいものとなってきている。この要求に対応する様々な樹脂や添加剤が用いられた半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、連続成形時に金型汚れが発生し、金型取られ、未充填等の成形不具合が起こりやすくなり、そのため定期的に金型表面のクリーニングを行うことが通常となってきている。
【０００３】
従来、半導体封止用金型のクリーニング材は、アミノ系樹脂のような成形収縮率の大きい樹脂と、結晶破砕シリカ、ガラス繊維等の硬度の高い充填剤等からなるもので、このクリーニング材を用いて金型表面の汚れを削り落とすというものが主体であり、クリーニング材を使用した後は、金型表面が綺麗になる反面、金型表面の離型剤も取り去られるため、クリーニングした直後に成形された半導体装置は、極端に離型性が悪くなるという問題があった。そのため、クリーニング材の使用後は、金型表面の離型性を回復させる必要があり、金型表面にエポキシ樹脂組成物中の離型剤を移行させることが行われている。このエポキシ樹脂組成物は、金型表面に離型剤を移行させることにより速やかに離型性を回復させるものであり、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、硬化促進剤、カルナバワックス、及びシリカ等の成分からなるものが用いられているが、生産性向上等のため、より金型離型回復性に優れた樹脂組成物が求められている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１６１１８９号公報
【特許文献２】
特開２００２−１６１１９３号公報
【特許文献３】
特開平３−２９６５２２号公報
【特許文献４】
特開平６−１６９０４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、金型離型回復性に優れ、腐食性の少ない半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこのエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）メタロセン触媒で合成したポリオレフィンワックス、及び（Ｅ）無機質充填剤を含有し、更に好ましくは、メタロセン触媒で合成したポリオレフィンワックス（Ｄ）が、ポリエチレンワックスであり、全エポキシ樹脂組成物中に０．０１〜３．０重量％含まれるエポキシ樹脂組成物が、金型離型回復性に優れ、腐食性が少なく、半導体封止用として好適であることを見出し、本発明をなすに至ったものである。
【０００７】
従って、本発明は、下記に示すエポキシ樹脂組成物及び半導体装置を提供する。
〔Ｉ〕（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）メタロセン触媒で合成したポリオレフィンワックス、及び（Ｅ）無機質充填剤を含有することを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
〔ＩＩ〕上記メタロセン触媒で合成したポリオレフィンワックスが、ポリエチレンワックスであり、全エポキシ樹脂組成物中に０．０１〜３．０重量％含む〔Ｉ〕に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
〔ＩＩＩ〕上記メタロセン触媒で合成したポリオレフィンワックスの１４０℃における溶融粘度が、１０ｍＰａ・ｓ以上５００ｍＰａ・ｓ以下であり、ドロップポイントが、５０℃以上１３０℃以下であることを特徴とする〔Ｉ〕又は〔ＩＩ〕に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
〔ＩＶ〕〔Ｉ〕〜〔ＩＩＩ〕のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明で用いられるエポキシ樹脂（Ａ）としては、特に限定するものではないが、例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは１種単独でも２種以上を混合して用いてもよい。
【０００９】
本発明で用いられるフェノール樹脂（Ｂ）としては、特に限定するものではないが、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、トリフェノールメタン樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、フェニレン及び／又はジフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂等が挙げられ、これらは１種単独でも２種以上を混合して用いてもよい。
【００１０】
エポキシ樹脂（Ａ）とフェノール樹脂（Ｂ）との配合割合は、特に限定するものではないが、エポキシ樹脂中のエポキシ基／フェノール樹脂中のフェノール性水酸基のモル比が０．８〜１．３であることが好ましく、更には０．９〜１．２であることが好ましい。この範囲から大きく外れると、樹脂組成物が十分に硬化せず、離型性低下等の作業性の悪化が起こるおそれがある。
【００１１】
本発明で用いられる硬化促進剤（Ｃ）としては、前記エポキシ樹脂とフェノール樹脂との架橋反応の触媒となり得るものであり、例えば、トリブチルアミン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のアミン系化合物、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート塩等の有機リン系化合物、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらの硬化促進剤は、１種単独でも２種以上を混合して用いてもよい。
【００１２】
硬化促進剤の配合量は有効量であるが、（Ａ）エポキシ樹脂と（Ｂ）フェノール樹脂との総量１００重量部に対し、０．０１〜１０重量部、特に０．０５〜２重量部とすることが好ましい。配合量が少なすぎると成形時間が長くなるおそれがあり、多すぎるとポットライフ、シェルフライフが短くなるおそれがある。
【００１３】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、メタロセン触媒で合成したポリオレフィンワックス（Ｄ）を用いる。これは離型性回復直後に成形した半導体装置への油浮き、汚れ及び腐食防止と低粘度化が図れ、離型性回復効果を発揮するものである。
【００１４】
一般的に、チーグラー・ナッター触媒で合成したポリオレフィンワックスは、樹脂成分との相溶性に乏しく、成形時に金型表面に過度に染み出し、離型性回復直後に成形した半導体装置に汚れが付着する。また、触媒活性がメタロセン触媒と比較すると弱く、大量に必要で、ワックス中に不純物が多く残存し、金属に対しての腐食性が高まるという欠点を有する。これに対し、前記メタロセン触媒で合成したポリオレフィンワックスを用いると、樹脂成分との適度な相溶性により、半導体装置への油浮き防止や汚れ防止を図ることができ、また金属フレームに対する腐食性も低減できる。
【００１５】
メタロセン触媒で合成したポリオレフィンワックスとして、具体的には、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等が挙げられるが、中でも耐熱性が良好なポリエチレンワックスを用いることが好ましい。
【００１６】
また、本発明においては、上記ポリオレフィンワックスの１４０℃における溶融粘度が１０〜５００ｍＰａ・ｓ、特に１０〜３００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。溶融粘度が小さすぎると成形後の封止材の表面に汚れが発生するおそれがあり、大きすぎると封止材の粘度が増加し、成形しずらいおそれがある。
【００１７】
更に、ポリオレフィンワックスのドロップポイントが５０〜１３０℃、特に５０〜１００℃であることが好ましい。ドロップポイントが低すぎると離型効果が低下するおそれがあり、高すぎるとエポキシ樹脂、フェノール樹脂、充填剤との混合不良が発生するおそれがある。
【００１８】
本発明で用いられるメタロセン触媒で合成したポリオレフィンワックスの添加量は、特に限定するものではないが、全樹脂組成物中に０．０１〜３重量％が好ましく、更には０．０５〜１．５重量％が好ましい。３重量％を超えると金型に過度に染み出し、離型回復直後の半導体装置に油浮きが生じるおそれがある。また０．０１重量％未満であると金型表面に離型剤が十分に移行せず、期待されるような離型性回復効果が得られないおそれがある。
【００１９】
本発明で用いられる無機質充填剤（Ｅ）としては、通常エポキシ樹脂組成物に配合されるものを使用することができ、例えば溶融球状シリカ、結晶破砕シリカ等が挙げられる。これら無機質充填剤の平均粒径や形状は、特に制限されるものではない。
【００２０】
無機質充填剤の配合量は、（Ａ）エポキシ樹脂と（Ｂ）フェノール樹脂との総量１００重量部に対し、６００〜１５００重量部、特に８００〜１２００重量部とすることが好ましい。配合量が少なすぎると硬化物の硬度が低下するおそれがあり、多すぎると粘度、スパイラルフローがアップし、成形しずらくなるおそれがある。
【００２１】
本発明のエポキシ樹脂組成物には、（Ａ）〜（Ｅ）成分の他に、必要に応じて更にカルナバワックス、ステアリン酸、モンタン酸ワックスといった離型剤や、カップリング剤、酸化防止剤、カーボンブラック等の着色剤等の添加剤を本発明の目的を損なわない範囲で用いてもよい。
【００２２】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、各成分をミキサー等を用いて混合後、加熱ニーダ、熱ロール、押し出し機等を用いて加熱混練し、続いて冷却粉砕することで得られる。
【００２３】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、半導体装置の封止用として好適に使用することができる。この場合の成形方法としては、特に制限されるものではなく、従来より公知の方法を採用することができる。また、成形条件としては、温度１７０〜１８０℃で、６０〜１５０秒、後硬化は１７５〜１８５℃で、４〜６時間行うことが望ましい。
【００２４】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００２５】
［実施例１］
オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（軟化点６５℃、エポキシ当量２００）２１．４重量部、フェノールノボラック樹脂（軟化点９１℃、水酸基当量１０５）１０．４重量部、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵという）０．２重量部、球状溶融シリカ６６．９重量部、メタロセン触媒で合成したポリエチレンワックッス（Ｐ−６３、クラリアント製）０．５重量部、カルナバワックス０．３重量部、カーボンブラック０．３重量部をミキサーを用いて混合した後、表面温度が９５℃と２５℃の２軸ロールを用いて２０回混練して得られたシートを冷却して粉砕し、エポキシ樹脂組成物とした。得られたエポキシ樹脂組成物の特性を以下の方法で評価した。評価結果を表１に示す。
【００２６】
〔評価方法〕
スパイラルフロー：
ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ^２、硬化時間２分で測定した。
【００２７】
離型回復性：
金型表面をクリーニングするためのメラミン樹脂系クリーニング材を用いて、トランスファー成形機に取り付けた離型時荷重評価用金型で成形品を成形し、前記金型表面の離型剤成分を取り除いた。この金型にて、金型温度１７５℃、注入圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ^２、硬化時間２分の成形条件でエポキシ樹脂組成物を５回トランスファー成形した後、更にエポキシ樹脂組成物をトランスファー成形し、この製品抜き出し時の離型荷重（Ｎ）を測定した。
製品抜き出し時の離型荷重は、上型・中型・下型とからなる離型時荷重評価用金型の中型に付着した１４ｍｍφで１．５ｍｍ厚の円形の成形品に、中型の上部の穴からプッシュプルゲージを当て、成形品を突き出した際にかかる荷重を測定することにより求めた。実施例１の値を基準（１．０）として示した。
【００２８】
製品汚れ：
前記離型回復性評価において、離型剤成分を取り除いた直後に成形したエポキシ樹脂組成物の成形品表面の油浮きと汚れ具合を確認した。表面を拭いた時に拭き取れるものは油浮き、取れないものは汚れと判定し、製品表面に汚れが発生したものは×、汚れはないが油浮きがあるものを△、いずれもないものは○として評価した。
【００２９】
腐食テスト：
ＭＩＬ−Ａ４６１４６Ａの試験方法に従い、銅に関してテストを行い、目視にて下記基準により評価した。
○：金属表面に変化がない
×：金属表面の光沢、変色等の変化が観察された
【００３０】
［実施例２〜４、比較例１〜４］
表１，２の配合に従い、実施例１と同様にして組成物を得、実施例１と同様の評価を行った。なお、離型回復性は、実施例１の値を基準（１．０）として換算した値とした。結果を表１，２に併記する。
【００３１】
【表１】

＊：メタロセン触媒で合成したポリオレフィンワックス
Ｐ−６３：クラリアント製ポリエチレンワックス
溶融粘度：６０ｍＰａ・ｓ、ドロップポイント：１２２℃
Ｐ−７０：クラリアント製ポリエチレンワックス
溶融粘度：２００ｍＰａ・ｓ、ドロップポイント：８５℃
Ｐ−６８：クラリアント製ポリプロピレンワックッス
溶融粘度：２００ｍＰａ・ｓ、ドロップポイント：１００℃
【００３２】
【表２】

【００３３】
【発明の効果】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、金型離型回復性に優れ、製品汚れ、腐食性の少ないものである。

Claims

（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）メタロセン触媒で合成したポリオレフィンワックス、及び（Ｅ）無機質充填剤を含有することを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
上記メタロセン触媒で合成したポリオレフィンワックスが、ポリエチレンワックスであり、全エポキシ樹脂組成物中に０．０１〜３．０重量％含むことを特徴とする請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
上記メタロセン触媒で合成したポリオレフィンワックスの１４０℃における溶融粘度が、１０ｍＰａ・ｓ以上５００ｍＰａ・ｓ以下であり、ドロップポイントが、５０℃以上１３０℃以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
請求項１乃至３のいずれか１項記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置。