JP2008291249A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 金型クリーニングの周期をより長くして、半導体封止の連続成形における生産性の向上を図る。
【解決手段】 半導体封止用エポキシ樹脂組成物として、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）無機充填材、とともに、（Ｄ）脂肪酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物を含有するものとする。
【選択図】なし

Description

本発明は半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関するものである。

ダイオード、トランジスター、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置の封止には、成形性、接着性、電気的特性、耐湿性等に優れているエポキシ樹脂の組成物が広く使用されている。これらの封止用エポキシ樹脂組成物には、エポキシ樹脂とともに、硬化剤、さらには硬化促進剤、無機充填材等とともに、一般的に、連続成形に対応するために離型剤が配合されている。これら離型剤としては、ステアリン酸、モンタン酸等の長鎖脂肪酸やそれらのエステル、天然または合成のカルナバワックス、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンや、ポリアルキレンオキシド等が知られている。また、離型剤の向上や、汚れの防止等の向上のために、これら従来の離型剤とともに、変性オルガノポリシロキサンやアミノ基含有の変性ポリシロキサンを使用することも試みられている（たとえば特許文献１−５）。

しかしながら、従来においては、連続成形による離型剤の金型表面への蓄積と、これによる金型表面の汚れにともなう半導体封止パッケージ表面の外観不良の問題を解決することは難しかった。

このため、従来では、成形の度に金型をクリーニングすることが必要であって、生産性の向上にとっての支障となっていた。
特開２００５−１５６９３号公報 特開２００３−１０５０５７号公報 特開２００６−１８２８０２号公報 特許３１６７８５３号明細書 特開２０００−１０３９３８号公報

本発明は、上記のとおりの背景から、離型剤の使用にともなう従来の問題点を解消して、連続成形における金型表面の汚れの発生を抑え、金型のクリーニング周期をより長くして、半導体封止に係わる生産性の向上を図ることのできる、新しいエポキシ樹脂組成物を提供することを課題としている。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は以下のことを特徴としている。

第１：
（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）硬化剤、
（Ｃ）無機充填材、および
（Ｄ）脂肪酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物、
を含む。

第２：前記成分（Ｄ）の含有量が組成物全体量の０．０５〜２質量％の範囲内である。

第３：前記成分（Ｄ）が炭素数１５〜３０の長鎖の飽和または不飽和の脂肪酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物である。

第４：前記成分（Ｄ）がモンタン酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物である。

第５：モンタン酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物が次式（１）

（式中のｍは５〜５００の整数を示す。）
で表わされるものである。

第６：前記成分（Ｄ）がエルカ酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物である。

第７：エルカ酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物が次式（２）

（式中のｍは５〜５００の整数を示す。）
で表わされるものである。

第８：上記のいずれかの組成物であって、
（Ｅ）オレイン酸アミド
を含有する。

第９：上記いずれかの組成物であって、
（Ｆ）カルナバワックス
を含有する。

そして本発明は、上記いずれかの組成物の硬化物で封止されている半導体装置をも提供する。

上記第１の発明によれば、半導体封止用エポキシ樹脂組成物にモンタン酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物を含有させることで、連続成形における半導体封止における金型の汚れの発生を抑えて、従来に比べて金型のクリーニング周期を大幅に延長して生産性の向上を図ることが可能になる。そして、上記の反応生成物を特定の配合割合とする第２の発明、並びに特定の炭素数範囲の長鎖の脂肪酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物とする第３の発明、さらには、モンタン酸やエルカ酸という脂肪酸を用い、特定の化学構造で示される反応生成物とする第４から第７の発明によれば、上記の効果は、より確実に安定してより顕著なものとして実現される。

オレイン酸アミドやカルナバワックスをも配合する第８ないし第９の発明によれば、さらに離型性の向上が相乗的に図られることになる。

以上のような優れた効果をもって、第１０の発明によりエポキシ樹脂封止された外観性の良好な半導***置が提供されることになる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物においては、主成分（Ａ）として各種のエポキシ樹脂を含有する。エポキシ樹脂としては、たとえば、Ｏ−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、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂等を用いることができる。これらのエポキシ樹脂の配合量は、組成物全体量の７〜３５質量％の範囲とすることが一般的に考慮される。

本発明の組成物には硬化剤（Ｂ）を配合するが、この硬化剤としては、エポキシ樹脂（Ａ）と反応して硬化させるものであれば特に限定されず、それらの具体例としては、例えばフェノールノボラック、クレゾールノボラック、ナフトールノボラックなどのノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニル骨格含有フェノールアラルキル樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有フェノール樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、ビスフェノールＡなどのビスフェノール化合物、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水ピロメリット酸などの酸無水物およびメタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンなどの芳香族アミンなどが挙げられ、これらを単独で用いても、２種以上の硬化剤を併用してもよい。

なかでも、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、フェノールアラルキル、ナフトールアラルキル等、各種多価フェノール化合物あるいは、ナフトール化合物を好適に用いることができる。

エポキシ樹脂とこれらの硬化剤との当量比は、０．５〜１．５、好ましくは、０．８〜１．２である。

上記の硬化剤には、各種の硬化促進剤を併用してもよい。たとえば、硬化促進剤としては、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類の他、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリメチルホスフィン等の有機ホスフィン類、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（ＤＢＵ）、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミン等の３級アミン等を併用できる。

また、本発明の組成物に配合される無機充填材（Ｃ）としては、具体的には結晶性あるいは溶融シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、窒化珪素、アルミナ、マグネシア、クレー、タルク、ケイ酸カルシウム、酸化チタンや酸化アンチモンなどの金属酸化物、アスベスト、ガラス繊維およびガラス球などが挙げられる。

これらの無機充填材の配合量は、組成物全体量の６０〜９３質量％の範囲内とすることが好ましい。

そして、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、（Ｄ）脂肪酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物が必須の成分として配合される。ここで、脂肪酸は飽和または不飽和の脂肪酸であってよいが、比較的長鎖のものが好ましい。たとえばその炭素数は１２以上であることが好ましく、より好ましくは１５〜３０、さらに好ましくは２２〜２８の範囲内である。このような脂肪酸として、モンタン酸やエルカ酸が好適なものとして例示される。モンタン酸は、次式で表わされる炭素数２８の長鎖飽和脂肪酸である。

また、エルカ酸は、次式で表わされる炭素数２２の長鎖不飽和脂肪酸である。

そしてアミノ基含有ポリシロキサンとしては、脂肪酸のカルボキシル基と反応してアミド結合を形成するアミノ基を１ないし２以上有している各種のポリシロキサンであってよい。たとえば次式で表わされるものが好適なものの一例として示される。

たとえばモンタン酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物は、たとえば前記の式（１）で表わされるものとして、また、エルカ酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物は、たとえば前記の式（２）で表わされるものとして例示される。ここで、前記式（１）（２）での係数ｍについては５〜５００の範囲の整数であることがより好ましい。

脂肪酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応は、溶媒に溶解して加熱攪拌することにより行うことができる。溶媒としては、ジクロロエタン、クロロホルム等の有機ハロゲン化物や、メチルエチルケトン、イソブチルケトン等のケトン化合物、エーテル化合物、ＤＭＦ等のアミド化合物、スルホキシド化合物等であってよい。加熱は、たとえば煮沸還流であってよい。

たとえば前記式（１）の反応生成物の場合には、モンタン酸と、アミノ基含有ポリシロキサンとを、カルボキシル基：アミノ基当量＝２：１の割合で、イソブチルケトン：クロロホルム＝１：１の混合溶媒に溶解させて、３時間煮沸還流して反応させ、その後、溶媒を減圧除去して得ることができる。

以上のような成分（Ｄ）の脂肪酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物の配合割合は、組成物全体量において０．０５〜２質量％の範囲とすることが好適に考慮される。

また、本発明の組成物においては、さらに他の成分を適宜に添加配合することができる。たとえば、従来より知られている離型剤として、カルナバワックスや脂肪酸アミド、ステアリン酸、モンタン酸、脂肪酸エステル、カルボキシル基含有ポリオレフィン等を用いることができる。なかでもカルナバワックスやオレイン酸アミドの併用はより効果的である。

シランカップリング剤としてγ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプトシランの他、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のグリシドキシシラン、またアミノシラン等も併用する事ができる。

その他難燃剤、着色剤、シリコーン可とう剤などを加えることができる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は上記各成分を溶融混練によって製造することが好ましい。例えば各種原料をミキサーなどの公知の方法で混合した後、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール、単軸もしくは二軸の押出機およびコニーダーなどの公知の混練方法を用いて溶融混練することにより製造される。溶融混練時の樹脂温度としては、通常７０〜１５０℃の範囲が使用される。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、加熱混練で溶融し、冷却した後、粉砕した粉末状の形状、粉末を打錠して得られるタブレットの形状、加熱混練で溶融し型内で冷却固化したタブレットの形状、加熱混練で溶融し押し出してさらに切断したペレットの形状などの状態で使用できる。

そしてこれらの形状から半導体素子の封止に供され半導体装置の製造が行われる。半導体を基板に固定した部材に対して、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を、例えば１２０〜２５０℃、好ましくは１５０〜２００℃の温度で、トランスファ成形、インジェクション成形、注型成形などの方法で成形して、エポキシ樹脂組成物の硬化物によって封止された半導体装置が製造される。また必要に応じて後硬化処理（例えば、１５０〜２００℃、２〜１６時間）を行うことができる。

そこで、以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん、以下の例によって発明が限定されることはない。

＜実施例１〜８＞
表１に示した実施例、比較例の各配合材料をブレンダーで３０分間混合し均一化した後、９０℃に加熱したニーダーで混練溶融させて押し出し、冷却後、粉砕機で所定粒度に粉砕して、粒状材料を調製した。

なお、モンタン酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物は、前記の方法によって調整した前記式（１）で表わされるものを用いた。また、他の主な配合成分については表２に示したものを用いた。

得られた粒状材料としてのエポキシ樹脂組成物を用いて、半導体封止の連続成形を行い、その連続成形性能を評価した。評価の方法は次のとおりとした。

＜評価方法＞
（連続成形性評価）
ＴＯ−２２０パッケージ（１フレーム２０キャビティ）にて連続成形し、パッケージの汚れ具合を目視観察した。

ＴＯ−２２０パッケージ：８ｍｍ×８ｍｍ角、厚み３．５ｍｍ
金型温度：１７５℃
注入圧力：７０ｋｇｆ／ｃｍ²
成形時間：９０秒
目視評価し、金型クリーニングの必要になったショット数をカウントした。

＜結果＞
評価の結果を表１に示した。実施例１〜８においては連続成形性（ショット数）は「７００」以上を示し、モンタン酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物を配合しない比較例１〜５をはるかに上回っている。モンタン酸とアミノ基含有ポリシロキサンの両者を併用した比較例５においても「３８０」にとどまっている。

実施例１〜８において顕著な連続成形性の結果が得られていることがわかる。

＜実施例９〜１４＞
表３に示した各種配合材料をもって、前記実施例１〜８と同様にして粒状材料を調製した。ここで実施例１４ではカルナバワックスを配合している。

なお、エルカ酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物は、ＣＯＯＨ当量：ＮＨ₂当量＝１：１の割合でイソブチルケトンに溶解させ、煮沸還流にて３時間攪拌し、その後溶媒を除去することで、前記式（２）で表わされるものとし、これを配合成分とした。また、他の主な配合成分は前記表２と同様のものを用いた。

得られた粒状材料としてのエポキシ樹脂組成物を用いて、前記実施例１〜８と同様にして半導体封止の際の連続成形性能を評価した。

＜結果＞
評価の結果を表３に示した。実施例９〜１４においては連続成形性（ショット数）は「９００」以上を示し、エルカ酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物を配合していない比較例６〜９をはるかに上回っている。

実施例９〜１４において顕著な連続成形性の結果が得られていることがわかる。

Claims (10)

1. （Ａ）エポキシ樹脂、
   （Ｂ）硬化剤、
   （Ｃ）無機充填材、および
   （Ｄ）脂肪酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物、
   を含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
2. 前記成分（Ｄ）の含有量が組成物全体量の０．０５〜２質量％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 前記成分（Ｄ）が炭素数１５〜３０の長鎖の飽和または不飽和の脂肪酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
4. 前記成分（Ｄ）がモンタン酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物であることを特徴とする請求項３に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
5. モンタン酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物が次式（１）
   

   

   （式中のｍは５〜５００の整数を示す。）
   で表わされるものであることを特徴とする請求項４に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
6. 前記成分（Ｄ）がエルカ酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物であることを特徴とする請求項３に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
7. エルカ酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物が次式（２）
   

   

   （式中のｍは５〜５００の整数を示す。）
   で表わされるものであることを特徴とする請求項６に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
8. 請求項１から７のうちのいずれか一項に記載の組成物であって、
   （Ｅ）オレイン酸アミド
   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。
9. 請求項１から８のうちのいずれか一項に記載の組成物であって、
   （Ｆ）カルナバワックス
   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。
10. 請求項１から９のうちのいずれか一項に記載の組成物の硬化物で封止されていることを特徴とする半導体装置。