JP2013067693A - Epoxy resin composition for sealing semiconductor, and semiconductor apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体封止のための成形材料として用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物とそれを用いた半導体装置に関する。 The present invention relates to an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation used as a molding material for semiconductor encapsulation, and a semiconductor device using the same.
集積回路などの半導体素子は、これを外部環境から保護して各種の信頼性を確保し、かつ、マザーボードなどの基板への実装を容易にするためパッケージが必要である。パッケージには種々の形態があるが、一般には低圧トランスファ成形法で封止したパッケージが広く用いられている。 A semiconductor element such as an integrated circuit needs a package in order to protect it from the external environment to ensure various reliability and to facilitate mounting on a substrate such as a mother board. There are various types of packages. Generally, packages sealed by a low-pressure transfer molding method are widely used.
このパッケージの封止材料としてセラミックや熱硬化性樹脂が一般に用いられているが、近年では生産性、コストなどの面から樹脂封止が主流となり、エポキシ樹脂組成物が封止材料として広く用いられている。この理由としては、エポキシ樹脂組成物は電気特性、耐湿性、耐熱性、機械特性、インサート品との接着性などの諸特性のバランスが良く、経済性と性能とのバランスにも優れている点などが挙げられる。 Ceramics and thermosetting resins are generally used as the sealing material for this package, but in recent years, resin sealing has become the mainstream in terms of productivity and cost, and epoxy resin compositions are widely used as sealing materials. ing. The reason for this is that the epoxy resin composition has a good balance of various properties such as electrical properties, moisture resistance, heat resistance, mechanical properties, and adhesion to inserts, and is also excellent in balance between economy and performance. Etc.
従来、このようなエポキシ樹脂組成物として、エポキシ樹脂と、フェノールノボラック樹脂などのフェノール樹脂硬化剤と、溶融シリカなどの無機充填剤とを配合したものが一般に用いられている（特許文献１、２参照）。 Conventionally, as such an epoxy resin composition, a mixture of an epoxy resin, a phenol resin curing agent such as a phenol novolac resin, and an inorganic filler such as fused silica has been generally used (Patent Documents 1 and 2). reference).
そして近年では、電子機器の小型化、薄型化、高密度実装化が進展する中で、半導体装置として片面封止型パッケージが急速に増加している。この片面封止型パッケージは、マザーボードなどへの接続用の端子を形成した回路基板に半導体素子が搭載され、バンプまたはワイヤボンディングにより半導体素子と回路基板に形成された配線とが接続される。そして半導体封止用エポキシ樹脂組成物により半導体素子搭載側の片面が封止される。最近では、多数の半導体素子を並べた大型基板を片面一括封止した後、個々の片面封止型パッケージにダイシングする方法も用いられている。 In recent years, single-side sealed packages as semiconductor devices are rapidly increasing as electronic devices become smaller, thinner, and higher-density mounted. In this single-side sealed package, a semiconductor element is mounted on a circuit board on which a terminal for connection to a mother board or the like is formed, and the semiconductor element and a wiring formed on the circuit board are connected by bumps or wire bonding. Then, one surface on the semiconductor element mounting side is sealed with the epoxy resin composition for semiconductor sealing. Recently, a large substrate on which a large number of semiconductor elements are arranged is sealed on one side and then dicing into individual single-side sealed packages.
このように回路基板の片面にのみ樹脂封止を行う片面封止型パッケージでは、封止樹脂と回路基板が貼り合わされた構造であるため、成形完了後に常温まで冷却される過程において、それぞれの熱収縮量の差異により、反りが発生しやすくなる。 In this way, the single-side sealed package that performs resin sealing only on one side of the circuit board has a structure in which the sealing resin and the circuit board are bonded to each other. Warpage tends to occur due to the difference in shrinkage.
これに対して、封止樹脂として多官能のトリフェニルメタン型エポキシ樹脂を用いることで、ガラス転移温度を高め、反りを低減することができる。また、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂は剛直な分子構造を有し、反りの低減の他に、成形性や耐半田性などの向上にも有効である。 In contrast, by using a polyfunctional triphenylmethane type epoxy resin as the sealing resin, the glass transition temperature can be increased and the warpage can be reduced. In addition, triphenylmethane type epoxy resin has a rigid molecular structure and is effective in improving moldability and solder resistance in addition to reducing warpage.
従来、半導体素子を封止する際には、金型キャビティに回路基板をセットした後、溶融状態の封止樹脂をキャビティ内に押し込む低圧トランスファ成形法が主に用いられている。このとき、成形後に成形品である片面封止型パッケージを金型から容易に脱型し連続成形できるように離型性を高めるため、封止樹脂には予め離型剤が配合されている（特許文献１、２参照）。 Conventionally, when sealing a semiconductor element, a low-pressure transfer molding method in which a circuit board is set in a mold cavity and then a molten sealing resin is pushed into the cavity is mainly used. At this time, a release agent is blended in advance in the sealing resin in order to enhance the release property so that the single-sided sealed package, which is a molded product after molding, can be easily removed from the mold and continuously molded ( (See Patent Documents 1 and 2).
しかしながら、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂を用いた半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、従来の離型剤を用いても成形時にパッケージの離型性が悪く、パッケージ性能や生産性に不具合を起こす場合があった。 However, the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation using a triphenylmethane type epoxy resin has a poor package releasability at the time of molding even if a conventional mold release agent is used, and causes problems in package performance and productivity. was there.
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂を用いた場合にも離型性を向上することができる半導体封止用エポキシ樹脂組成物とそれを用いた半導体装置を提供することを課題としている。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation that can improve the releasability even when a triphenylmethane type epoxy resin is used. An object is to provide a semiconductor device used.
上記の課題を解決するために、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、無機充填剤、および離型剤を必須成分として含有し半導体封止のための成形材料として用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂として、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂全量に対して３０〜７０質量％含有し、離型剤として、酸化ポリエチレン、天然カルナバワックス、および１２−ヒドロキシステアリン酸アミドの溶融混合物を含有し、この溶融混合物における酸化ポリエチレンの含有量が溶融混合物全量に対して１〜５０質量％であることを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problems, the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention contains an epoxy resin, a phenol resin curing agent, an inorganic filler, and a release agent as essential components for semiconductor encapsulation. In an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation used as a molding material, the epoxy resin contains 30 to 70% by mass of a triphenylmethane type epoxy resin based on the total amount of the epoxy resin, and polyethylene oxide and natural carnauba as a release agent. A molten mixture of wax and 12-hydroxystearic acid amide is contained, and the content of oxidized polyethylene in the molten mixture is 1 to 50% by mass based on the total amount of the molten mixture.
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、天然カルナバワックスの含有量が溶融混合物全量に対して１０〜８０質量％であることが好ましい。 In this epoxy resin composition for semiconductor encapsulation, the content of natural carnauba wax is preferably 10 to 80% by mass with respect to the total amount of the molten mixture.
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、１２−ヒドロキシステアリン酸アミドの含有量が溶融混合物全量に対して１０〜８０質量％であることが好ましい。 In this epoxy resin composition for semiconductor encapsulation, the content of 12-hydroxystearic acid amide is preferably 10 to 80% by mass relative to the total amount of the molten mixture.
本発明の半導体装置は、前記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物により半導体素子が封止されていることを特徴とする。 The semiconductor device of the present invention is characterized in that a semiconductor element is sealed with a cured product of the above-described epoxy resin composition for semiconductor sealing.
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物および半導体装置によれば、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂を用いた場合にも離型性を向上することができる。 According to the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation and the semiconductor device of the present invention, the releasability can be improved even when a triphenylmethane type epoxy resin is used.
以下に、本発明について詳細に説明する。 The present invention is described in detail below.
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、エポキシ樹脂として、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂が配合される。 The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention contains a triphenylmethane type epoxy resin as an epoxy resin.
トリフェニルメタン型エポキシ樹脂としては、例えば、次の式（I）で表わされるトリフェニルメタン型エポキシ樹脂が配合される。
（式中、ｍは０〜２の整数を示し、互いに同一でも異なっていてもよい。ｎは１〜１０、好ましくは１〜５の整数を示す。Ｒ1〜Ｒ3は、炭素数１〜６の直鎖または分岐のアルキル基を示し、互いに同一でも異なっていてもよい。）
As the triphenylmethane type epoxy resin, for example, a triphenylmethane type epoxy resin represented by the following formula (I) is blended.
(In the formula, m represents an integer of 0 to 2 and may be the same as or different from each other. N represents an integer of 1 to 10, preferably 1 to 5. R 1 to R 3 represent 1 to 10 carbon atoms. 6 straight or branched alkyl groups, which may be the same or different.)
Ｒ1〜Ｒ3の炭素数１〜６の直鎖または分岐のアルキル基としては、例えば、メチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基などが挙げられる。 Examples of the linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms of R 1 to R 3 include a methyl group and a tert-butyl group.
トリフェニルメタン型エポキシ樹脂を用いると、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度を高めることができる。しかも硬化収縮率を小さくできるので、パッケージの反りを低減することができる。また成形性や耐半田性などの向上にも有効である。 When a triphenylmethane type epoxy resin is used, the glass transition temperature of the hardened | cured material of the epoxy resin composition for semiconductor sealing can be raised. In addition, since the curing shrinkage rate can be reduced, the warpage of the package can be reduced. It is also effective in improving moldability and solder resistance.
トリフェニルメタン型エポキシ樹脂の含有量は、エポキシ樹脂全量に対して３０〜７０質量％である。この範囲内にすると、離型性を高めることができる。 Content of a triphenylmethane type epoxy resin is 30-70 mass% with respect to the epoxy resin whole quantity. When it is within this range, the releasability can be improved.
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂とともに、他のエポキシ樹脂が配合される。このような他のエポキシ樹脂としては、１分子内にエポキシ基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造は特に限定されず各種のものを用いることができる。 The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention is blended with another epoxy resin together with the triphenylmethane type epoxy resin. Examples of such other epoxy resins include monomers, oligomers, and polymers in general having two or more epoxy groups in one molecule, and the molecular weight and molecular structure are not particularly limited, and various types can be used.
具体的には、例えば、グリシジルエーテル型、グリシジルアミン型、グリシジルエステル型、オレフィン酸化型（脂環式）などの各種のエポキシ樹脂を用いることができる。 Specifically, for example, various epoxy resins such as a glycidyl ether type, a glycidyl amine type, a glycidyl ester type, and an olefin oxidation type (alicyclic) can be used.
さらに具体的には、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などのアルキルフェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、フェニレン骨格、ビフェニレン骨格などを有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェニレン骨格、ビフェニレン骨格などを有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、テトラキスフェノールエタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂などのビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型ブロム含有エポキシ樹脂などのブロム含有エポキシ樹脂、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と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、フタル酸、ダイマー酸などの多塩基酸とエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。 More specifically, for example, phenol phenolic novolac epoxy resins, alkylphenol novolac epoxy resins such as cresol novolac epoxy resins, naphthol novolac epoxy resins, phenylene skeletons, phenol aralkyl epoxy resins having a biphenylene skeleton, phenylene skeletons, Naphthol aralkyl type epoxy resin having biphenylene skeleton, tetrakisphenol ethane type epoxy resin, dicyclopentadiene type epoxy resin, stilbene type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin and other bisphenol type epoxy resins, biphenyl type Epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, cycloaliphatic epoxy resin, bisphenol A type bromine-containing epoxy resin, etc. -Containing epoxy resin, diaminodiphenylmethane, isocyanuric acid and other polyamines obtained by the reaction of epichlorohydrin with glycidylamine type epoxy resins, phthalic acid, dimer acid and other polybasic acids obtained by the reaction of epichlorohydrin with glycidyl ester type epoxy resins, A sulfur atom-containing epoxy resin or the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
半導体封止用エポキシ樹脂組成物としての耐湿信頼性を考慮すると、エポキシ樹脂中に含まれるイオン性不純物であるＮａイオンやＣｌイオンが極力少ない方が好ましく、硬化性などを考慮すると、エポキシ樹脂のエポキシ当量は１００〜５００ｇ／ｅｑが好ましい。 In consideration of moisture resistance reliability as an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation, it is preferable that Na ions and Cl ions, which are ionic impurities contained in the epoxy resin, be as small as possible. The epoxy equivalent is preferably 100 to 500 g / eq.
これらの中でも、特に融点または軟化点が室温を超えているエポキシ樹脂を含むことが好ましい。例えば、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量１８０〜２１０、軟化点６０〜１１０℃のものが好適に用いられ、硬化性を高めることができる。また、ビフェニル型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量１８０〜２１０、融点８０〜１２０℃のものが好適に用いられ、流動性および耐リフロー性を高めることができる。 Among these, it is particularly preferable to include an epoxy resin whose melting point or softening point exceeds room temperature. For example, as the cresol novolac type epoxy resin, those having an epoxy equivalent of 180 to 210 and a softening point of 60 to 110 ° C. are suitably used, and the curability can be enhanced. Moreover, as a biphenyl type epoxy resin, an epoxy equivalent 180-210 and a melting | fusing point 80-120 degreeC are used suitably, and can improve fluidity | liquidity and reflow resistance.
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物におけるエポキシ樹脂の含有量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して５〜２０質量％が好ましい。この範囲内にすると、封止樹脂の流動性や成形品の物性を高めることができる。 As for content of the epoxy resin in the epoxy resin composition for semiconductor sealing of this invention, 5-20 mass% is preferable with respect to the whole quantity of the epoxy resin composition for semiconductor sealing. Within this range, the fluidity of the sealing resin and the physical properties of the molded product can be enhanced.
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、フェノール樹脂硬化剤が配合される。フェノール樹脂硬化剤としては、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、ナフトールノボラック樹脂などのノボラック型樹脂、フェニレン骨格またはビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン骨格またはビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂などのアラルキル型樹脂、トリフェニルメタン型樹脂などの多官能型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン型ナフトールノボラック樹脂などのジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦなどのビスフェノール型樹脂、ビスフェノールＳなどの硫黄原子含有型フェノール樹脂、トリアジン変性ノボラック樹脂などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。 A phenol resin curing agent is blended in the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention. Examples of the phenol resin curing agent include aralkyl such as phenol novolak resin, cresol novolak resin, novolak type resin such as naphthol novolak resin, phenol aralkyl resin having phenylene skeleton or biphenylene skeleton, and naphthol aralkyl resin having phenylene skeleton or biphenylene skeleton. Type resin, polyfunctional phenol resin such as triphenylmethane type resin, dicyclopentadiene type phenol novolak resin, dicyclopentadiene type naphthol novolak resin, etc., dicyclopentadiene type phenol resin, terpene modified phenol resin, bisphenol A, bisphenol F Bisphenol type resins such as, bisphenol S and other sulfur atom containing type phenol resins, triazine modified novolak resins, etc. It can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
フェノール樹脂硬化剤は、硬化性などを考慮すると、水酸基当量は７０〜２５０ｇ／ｅｑが好ましく、軟化点は５０〜１１０℃が好ましい。 In view of curability and the like, the phenol resin curing agent preferably has a hydroxyl group equivalent of 70 to 250 g / eq and a softening point of 50 to 110 ° C.
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物におけるフェノール樹脂硬化剤の含有量は、フェノール性水酸基とエポキシ基との当量比（ＯＨ基当量／エポキシ基当量）が０．５〜１．５となる量が好ましく、当量比が０．８〜１．２となる量がより好ましい。当量比がこのような範囲内であると、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化性を高め、ガラス転移温度の低下を抑制し、耐湿信頼性を高めることができる。 The content of the phenol resin curing agent in the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention is such that the equivalent ratio of phenolic hydroxyl group to epoxy group (OH group equivalent / epoxy group equivalent) is 0.5 to 1.5. An amount is preferable, and an amount with an equivalent ratio of 0.8 to 1.2 is more preferable. When the equivalent ratio is within such a range, the curability of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation can be increased, the decrease in the glass transition temperature can be suppressed, and the moisture resistance reliability can be increased.
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、硬化促進剤を配合することが好ましい。硬化促進剤としては、例えば、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリ（ｐ−メチルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェニル）ホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、ジブチルフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、ビス（ジフェニルホスフィノ）メタン、１，２−ビス（ジフェニルホスフィノ）エタン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィン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ボランなどの有機ホスフィン化合物、１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７（ＤＢＵ）、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチル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）フェノールなどの３級アミン化合物、２−ヘプタデシルイミダゾール、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、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、４−メチルイミダゾール、４−エチルイミダゾール、２−フェニル−４−ヒドロキシメチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾールなどのイミダゾール化合物などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。 It is preferable to mix | blend a hardening accelerator with the epoxy resin composition for semiconductor sealing of this invention. Examples of the curing accelerator include trimethylphosphine, triethylphosphine, tributylphosphine, triphenylphosphine, tri (p-methylphenyl) phosphine, tri (nonylphenyl) phosphine, methyldiphenylphosphine, dibutylphenylphosphine, tricyclohexylphosphine, bis Organic diphosphine compounds such as (diphenylphosphino) methane, 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane, tetraphenylphosphonium tetraphenylborate, triphenylphosphinetetraphenylborate, triphenylphosphinetriphenylborane, 1,8-diazabicyclo [5,4,0] undecene-7 (DBU), triethylamine, triethylenediamine, benzyldimethylamine, α-methylbenzyldi Tertiary amine compounds such as tilamine, triethanolamine, dimethylaminoethanol, tris (dimethylaminomethyl) phenol, 2-heptadecylimidazole, 2-methylimidazole, 2-ethylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-phenyl-4 -Methylimidazole, 4-methylimidazole, 4-ethylimidazole, 2-phenyl-4-hydroxymethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-methylimidazole, 2-phenyl-4-methyl- Imidazole compounds such as 5-hydroxymethylimidazole and 2-phenyl-4,5-dihydroxymethylimidazole can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
硬化促進剤の含有量は、エポキシ樹脂と硬化剤の合計量に対して０．１〜５質量％が好ましい。この範囲内にすると、硬化特性が良好になり、流動性や耐湿性の低下も抑制することができる。 As for content of a hardening accelerator, 0.1-5 mass% is preferable with respect to the total amount of an epoxy resin and a hardening | curing agent. When it is within this range, the curing characteristics are improved, and the decrease in fluidity and moisture resistance can be suppressed.
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、無機充填剤が配合される。無機充填剤としては、例えば、シリカ、アルミナ、窒化珪素、タルク、炭酸カルシウム、クレーなどを用いることができる。 An inorganic filler is blended in the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention. As the inorganic filler, for example, silica, alumina, silicon nitride, talc, calcium carbonate, clay and the like can be used.
無機充填剤のシリカとしては、例えば、溶融シリカ、結晶シリカなどを用いることができる。シリカは、得られる硬化物の線膨張係数を低減することができる。 As silica of the inorganic filler, for example, fused silica or crystalline silica can be used. Silica can reduce the linear expansion coefficient of the resulting cured product.
シリカの中でも、溶融シリカを用いることが、高充填性および高流動性という点から好ましい。 Among silicas, it is preferable to use fused silica from the viewpoints of high filling properties and high fluidity.
溶融シリカとしては、球状溶融シリカ、破砕溶融シリカなどを用いることができる。中でも、流動性を考慮すると、球状溶融シリカを用いることが好ましい。 As the fused silica, spherical fused silica, crushed fused silica, or the like can be used. Among them, it is preferable to use spherical fused silica in consideration of fluidity.
溶融シリカは、平均粒径が５〜７０μｍの範囲のものを用いることが好ましい。さらに、平均粒径が０．５〜２μｍの範囲のものを併用すると、流動性の向上という観点からさらに好ましい。 It is preferable to use a fused silica having an average particle diameter in the range of 5 to 70 μm. Further, it is more preferable to use those having an average particle size in the range of 0.5 to 2 μm from the viewpoint of improving fluidity.
なお、平均粒径は、例えば、レーザ回折散乱式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。そして、平均粒径は、母集団から任意に抽出される試料を用い、この測定装置を利用して測定し導出される値である。 In addition, an average particle diameter can be measured using a laser diffraction scattering type particle size distribution measuring apparatus, for example. The average particle diameter is a value derived by measuring using this measuring apparatus using a sample arbitrarily extracted from the population.
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物における無機充填剤の含有量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して６８〜９０質量％が好ましい。無機充填剤の含有量をこの範囲内とすることで、成形時の流動特性を損なうことなく熱膨張などを抑制し耐半田性を高めることができる。 As for content of the inorganic filler in the epoxy resin composition for semiconductor sealing of this invention, 68-90 mass% is preferable with respect to the whole quantity of the epoxy resin composition for semiconductor sealing. By setting the content of the inorganic filler within this range, thermal expansion and the like can be suppressed and solder resistance can be enhanced without impairing the flow characteristics during molding.
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、離型剤として、酸化ポリエチレン、天然カルナバワックス、および１２−ヒドロキシステアリン酸アミドの溶融混合物が配合される。 The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention is blended with a molten mixture of polyethylene oxide, natural carnauba wax, and 12-hydroxystearic acid amide as a release agent.
酸化ポリエチレンは、滴点、酸価、平均分子量、密度、平均粒径などを適宜選定して用いることが好ましい。中でも、滴点は１００〜１４０℃（ＡＳＴＭ Ｄ１２７に準拠）、酸価は５〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇ（ＪＩＳ Ｋ ３５０４に準拠）、平均分子量は５００〜２００００、密度は０．８〜１．１ｇ／ｃｍ3が好ましい。 The oxidized polyethylene is preferably used by appropriately selecting the dropping point, acid value, average molecular weight, density, average particle diameter, and the like. Among them, the dropping point is 100 to 140 ° C. (according to ASTM D127), the acid value is 5 to 100 mgKOH / g (according to JIS K 3504), the average molecular weight is 500 to 20000, and the density is 0.8 to 1.1 g / cm. 3 is preferred.
酸化ポリエチレンとしては、低圧重合法により製造されたポリエチレンワックスの酸化物、高圧重合法により製造されたポリエチレンワックスの酸化物、高密度ポリエチレンポリマーの酸化物などを用いることができる。 As the oxidized polyethylene, an oxide of polyethylene wax produced by a low pressure polymerization method, an oxide of polyethylene wax produced by a high pressure polymerization method, an oxide of a high density polyethylene polymer, or the like can be used.
酸化ポリエチレンの含有量は、離型剤全量に対して１〜５０質量％である。この範囲内にすると、離型性を高めることができる。 Content of oxidized polyethylene is 1-50 mass% with respect to the mold release agent whole quantity. When it is within this range, the releasability can be improved.
天然カルナバワックスは、ヤシ科のパーム樹から採取される植物系天然ろうである。高級脂肪酸と高級アルコールとのエステルが主成分であり、その他に遊離アルコール、炭化水素などを含有している。天然カルナバワックスとしては、例えば、市販のものを用いることができる。 Natural carnauba wax is a plant-based natural wax collected from palm trees of the palm family. Esters of higher fatty acids and higher alcohols are the main components, and in addition, free alcohols and hydrocarbons are contained. As the natural carnauba wax, for example, a commercially available product can be used.
天然カルナバワックスの含有量は、離型剤全量に対して１０〜８０質量％が好ましく、２０〜７０質量％がより好ましい。この範囲内にすると、離型性を特に高めることができる。 The content of natural carnauba wax is preferably 10 to 80% by mass, and more preferably 20 to 70% by mass with respect to the total amount of the release agent. When it is within this range, the releasability can be particularly improved.
１２−ヒドロキシステアリン酸アミドの含有量は、離型剤全量に対して１０〜８０質量％が好ましく、２０〜７０質量％がより好ましい。この範囲内にすると、離型性を特に高めることができる。 The content of 12-hydroxystearic acid amide is preferably 10 to 80% by mass and more preferably 20 to 70% by mass with respect to the total amount of the release agent. When it is within this range, the releasability can be particularly improved.
酸化ポリエチレン、天然カルナバワックス、および１２−ヒドロキシステアリン酸アミドは、これらを加熱により溶融、混合後、常温まで冷却した溶融混合物が予め調製される。この溶融混合物は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の原料として配合される。 The oxidized polyethylene, natural carnauba wax, and 12-hydroxystearic acid amide are prepared in advance by melting and mixing them by heating and then cooling to room temperature. This molten mixture is blended as a raw material for the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation.
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物における離型剤の含有量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して０．１〜１．０質量％が好ましい。この範囲内にすると、硬化物の特性などを損なうことなく離型性を高めることができる。 As for content of the mold release agent in the epoxy resin composition for semiconductor sealing of this invention, 0.1-1.0 mass% is preferable with respect to the whole quantity of the epoxy resin composition for semiconductor sealing. When it is within this range, the releasability can be enhanced without impairing the properties of the cured product.
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲内において、さらに他の成分を配合することができる。このような成分としては、例えば、カップリング剤、着色剤、難燃剤、シリコーン可とう剤、イオントラップ剤などを用いることができる。 The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention can further contain other components within a range not impairing the effects of the present invention. As such a component, for example, a coupling agent, a colorant, a flame retardant, a silicone flexible agent, an ion trap agent, and the like can be used.
カップリング剤としては、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシランなどのグリシドキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのメルカプトシラン、Ｎ−β（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシランなどのシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、アルミニウム／ジルコニウムカップリング剤などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。 As the coupling agent, for example, glycidoxysilane such as γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, Mercaptosilane such as γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, aminosilane such as N-β (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilane Silane coupling agents such as alkyl silane, ureido silane, and vinyl silane, titanate coupling agents, aluminum coupling agents, aluminum / zirconium coupling agents, and the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
着色剤としては、例えば、カーボンブラック、ベンガラ、酸化チタン、フタロシアニン、ペリレンブラックなどを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。 Examples of the colorant that can be used include carbon black, bengara, titanium oxide, phthalocyanine, and perylene black. These may be used alone or in combination of two or more.
難燃剤としては、例えば、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、赤リンなどを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。 As the flame retardant, for example, magnesium hydroxide, aluminum hydroxide, red phosphorus, or the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
シリコーン可とう剤としては、例えば、シリコーンエラストマーなどを用いることができる。 As the silicone flexible agent, for example, a silicone elastomer can be used.
イオントラップ剤としては、例えば、ハイドロタルサイト類や、アルミニウム、ビスマス、チタン、およびジルコニウムから選ばれる元素の含水酸化物などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。 Examples of ion trapping agents that can be used include hydrotalcites and hydrated oxides of elements selected from aluminum, bismuth, titanium, and zirconium. These may be used alone or in combination of two or more.
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、例えば、次のようにして製造することができる。前記のエポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、無機充填剤、離型剤、および必要に応じて他の成分を配合し、ミキサー、ブレンダーなどを用いて十分均一になるまで混合する。その後、熱ロールやニーダーなどの混練機により加熱状態で溶融混合し、これを室温に冷却した後、公知の手段により粉砕することにより半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造することができる。 The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention can be produced, for example, as follows. The above epoxy resin, phenol resin curing agent, inorganic filler, mold release agent, and other components as necessary are blended and mixed using a mixer, blender or the like until sufficiently uniform. Thereafter, the mixture is melted and mixed in a heated state by a kneader such as a hot roll or a kneader, cooled to room temperature, and then pulverized by a known means to produce an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation.
なお、半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、粉末状であってもよいが、取り扱いを容易にするために、成形条件に合うような寸法と質量に打錠したタブレットとしてもよい。 The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation may be in the form of a powder, but in order to facilitate handling, it may be a tablet that is tableted to a size and mass that meet the molding conditions.
本発明の半導体装置は、前記のようにして得られた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止することにより製造することができる。 The semiconductor device of this invention can be manufactured by sealing a semiconductor element using the epoxy resin composition for semiconductor sealing obtained as mentioned above.
半導体素子としては、例えば、集積回路、大規模集積回路などを用いることができる。 As the semiconductor element, for example, an integrated circuit, a large-scale integrated circuit, or the like can be used.
本発明の半導体装置のパッケージ形態としては、例えば、表面実装型パッケージ、特に、片面封止型パッケージを挙げることができる。 As a package form of the semiconductor device of the present invention, for example, a surface mount package, particularly a single-side sealed package can be cited.
片面封止型パッケージは、マザーボードなどへの接続用の端子を形成した回路基板に半導体素子が搭載され、バンプまたはワイヤボンディングにより、半導体素子と回路基板に形成された配線とが接続される。そして半導体封止用エポキシ樹脂組成物により半導体素子搭載側の片面が封止される。 In the single-side sealed package, a semiconductor element is mounted on a circuit board on which a terminal for connection to a mother board or the like is formed, and the semiconductor element and a wiring formed on the circuit board are connected by bumps or wire bonding. Then, one surface on the semiconductor element mounting side is sealed with the epoxy resin composition for semiconductor sealing.
片面封止型パッケージとして、具体的には、ＢＧＡ(Ball grid array)、ＣＳＰ(Chip size package)などが挙げられる。また、これらの片面封止型パッケージは、回路基板に半導体素子が２個以上重なった形で搭載されるスタックド（積層）型パッケージであってもよい。また、２個以上の半導体素子を一度に封止した一括モールド型パッケージであってもよい。 Specific examples of the single-side sealed package include BGA (Ball grid array) and CSP (Chip size package). In addition, these single-side sealed packages may be stacked packages in which two or more semiconductor elements are stacked on a circuit board. Moreover, the package mold type package which sealed 2 or more semiconductor elements at once may be sufficient.
その他、本発明の半導体装置は、リードフレームに半導体素子を固定し、半導体素子の端子部とリードフレームのリード部とをワイヤボンディングなどで接続した後、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止した両面実装型パッケージであってもよい。 In addition, in the semiconductor device of the present invention, the semiconductor element is fixed to the lead frame, the terminal part of the semiconductor element and the lead part of the lead frame are connected by wire bonding or the like, and then the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation is used. It may be a sealed double-sided package.
本発明の半導体装置は、例えば次のようにして製造される。例えば、半導体素子を搭載した回路基板を金型のキャビティ内に設置した後、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて低圧トランスファ成形法、コンプレッション成形法、インジェクション成形法などの方法で封止成形することができる。 The semiconductor device of the present invention is manufactured, for example, as follows. For example, after a circuit board on which a semiconductor element is mounted is placed in a cavity of a mold, sealing molding is performed by a low-pressure transfer molding method, a compression molding method, an injection molding method, etc., using an epoxy resin composition for semiconductor sealing. can do.
低圧トランスファ成形法の場合は、半導体素子が搭載された回路基板を金型のキャビティ内に設置した後、このキャビティ内に溶融状態の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を所定の圧力で注入する。溶融した半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、回路基板上の半導体素子を包み込みながらキャビティ内を流動し、キャビティ内に充満する。 In the case of the low-pressure transfer molding method, a circuit board on which a semiconductor element is mounted is placed in a cavity of a mold, and a molten semiconductor resin epoxy resin composition is injected into the cavity at a predetermined pressure. The melted epoxy resin composition for semiconductor encapsulation flows in the cavity while wrapping the semiconductor element on the circuit board, and fills the cavity.
このときの注入圧力は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物や半導体装置の種類に応じて適宜に設定することができるが、例えば４〜７ＭＰａ、金型温度は、例えば１６０〜１９０℃、成形時間は、例えば３０〜３００秒に設定することができる。 The injection pressure at this time can be appropriately set according to the type of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation and the semiconductor device. For example, the mold pressure is, for example, 4 to 7 MPa, the mold temperature is, for example, 160 to 190 ° C., and the molding time. Can be set to 30 to 300 seconds, for example.
次に、金型を閉じたまま後硬化（ポストキュア）を行った後、型開きして成形物すなわち半導体装置（パッケージ）を取り出す。このときの後硬化条件は、例えば１６０〜１９０℃、２〜８時間に設定することができる。 Next, after the mold is closed, post-curing is performed, and then the mold is opened to take out a molded product, that is, a semiconductor device (package). The post-curing conditions at this time can be set to 160 to 190 ° C. and 2 to 8 hours, for example.
以下に、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、表１および表２に示す配合量は質量部を表す。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples. In addition, the compounding quantity shown in Table 1 and Table 2 represents a mass part.
表１および表２に示す配合成分として、以下のものを用いた。
（エポキシ樹脂）
・トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、式（I）においてｍ＝０、ｎ＝１〜２の混合物
・クレゾールノボラック型エポキシ樹脂
（フェノール樹脂硬化剤）
・フェノールノボラック型エポキシ樹脂
（無機充填剤）
・溶融シリカ
（離型剤）
溶融混合物は、次の成分を適宜に組み合わせ、加熱により溶融、混合後、常温まで冷却して調製した。
酸化ポリエチレン
天然カルナバワックス
１２−ヒドロキシステアリン酸アミド
（硬化促進剤）
・リン系硬化促進剤
（シランカップリング剤）
・γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
（着色剤）
カーボンブラック
As the blending components shown in Table 1 and Table 2, the following were used.
(Epoxy resin)
・ Triphenylmethane type epoxy resin, mixture of m = 0 and n = 1 to 2 in formula (I) ・ Cresol novolac type epoxy resin (phenolic resin curing agent)
・ Phenol novolac type epoxy resin (inorganic filler)
・ Fused silica (release agent)
The molten mixture was prepared by appropriately combining the following components, melting and mixing by heating, and then cooling to room temperature.
Oxidized polyethylene natural carnauba wax 12-hydroxystearic acid amide (curing accelerator)
・ Phosphorus curing accelerator (silane coupling agent)
・ Γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilane (colorant)
Carbon black
表１および表２に示す各配合成分を、表１および表２に示す割合で配合し、ブレンダーで３０分間混合し均一化した後、８０℃に加熱した２本ロール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の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。 Each compounding component shown in Table 1 and Table 2 was blended in the proportions shown in Table 1 and Table 2, mixed and homogenized for 30 minutes with a blender, then kneaded and melted with two rolls heated to 80 ° C, extruded, After cooling, the mixture was pulverized to a predetermined particle size by a pulverizer to obtain a granular epoxy resin composition for semiconductor encapsulation.
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて次の評価を行った。 The following evaluation was performed using this epoxy resin composition for semiconductor encapsulation.
[スパイラルフロー]
ＡＳＴＭ Ｄ３１２３に準拠したスパイラルフロー測定金型を用いて、次の成形条件で半導体封止用エポキシ樹脂組成物の成形を行い、流動距離（ｃｍ）を測定した。
金型温度 ： １７５℃
注入圧力 ： ７０ｋｇｆ／ｃｍ2
成形時間 ： ９０秒
後硬化 ： １７５℃／６ｈ
スパイラルフローは成形性の目安となり、この値が長いほど流動性が良い材料であることを示す。
[Spiral flow]
Using a spiral flow measurement mold conforming to ASTM D3123, the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation was molded under the following molding conditions, and the flow distance (cm) was measured.
Mold temperature: 175 ° C
Injection pressure: 70 kgf / cm 2
Molding time: 90 seconds after curing: 175 ° C / 6h
Spiral flow is a measure of moldability, and the longer this value, the better the fluidity of the material.
[ゲルタイム]
キュラストメータ（オリエンテック社製）を用いて、１６０℃にて半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化トルクを経時的に測定し、硬化トルク値が０．１ｋｇｆになるまでの時間（ｓ）をゲルタイムとして測定した。速硬化性という観点では、この値の大きい方が良好である。
[Geltime]
Using a curast meter (Orientec Co., Ltd.), the curing torque of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation was measured over time at 160 ° C., and the time until the curing torque value reached 0.1 kgf (s) Was measured as gel time. From the viewpoint of fast curability, a larger value is better.
[離型抵抗力・離型性]
表面にクロムメッキを施した板の片面に、直径１１．３ｍｍ、高さ１ｃｍのプリン型の成形物を成形して評価用サンプルを作製した。そして得られた評価用サンプルを、プッシュプルゲージを用いて剪断方向に引っ張り、破断したときの強度を求めた。なお、成形は、トランスファ成型機を用いて、１７０℃、９０秒の条件で行った。
離型性は、離型抵抗力が２０Ｎ以上の場合は×、２０Ｎ未満の場合は○として評価した。
[Release resistance / Releasability]
A sample for evaluation was prepared by molding a pudding-type molded product having a diameter of 11.3 mm and a height of 1 cm on one surface of a plate having a chromium plating on the surface. The obtained sample for evaluation was pulled in the shearing direction using a push-pull gauge, and the strength when it was broken was determined. The molding was performed using a transfer molding machine at 170 ° C. for 90 seconds.
The releasability was evaluated as x when the releasable resistance was 20N or more and ◯ when it was less than 20N.
評価結果を表１および表２に示す。
表１より、実施例１〜７では、離型剤として、離型剤全量に対して１〜５０質量％の酸化ポリエチレンと、天然カルナバワックスと、１２−ヒドロキシステアリン酸アミドとの溶融混合物を用いた。この溶融混合物を用いた場合には、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂全量に対して３０〜７０質量％含有する場合に離型性が良好であった。
一方、表２より、酸化ポリエチレンの含有量が離型剤全量に対して５０質量％を超える比較例１、２は十分な離型性が得られなかった。天然カルナバワックス単独で用いた比較例３、酸化ポリエチレンを配合しなかった比較例４も同様であった。またトリフェニルメタン型エポキシ樹脂の含有量がエポキシ樹脂全量に対して３０質量％未満の比較例５と７０質量％を超える比較例６も十分な離型性が得られなかった。
From Table 1, in Examples 1-7, the molten mixture of 1-50 mass% polyethylene oxide, natural carnauba wax, and 12-hydroxystearic acid amide with respect to the total amount of the release agent is used as the release agent. It was. When this molten mixture was used, the releasability was good when the triphenylmethane type epoxy resin was contained in an amount of 30 to 70% by mass with respect to the total amount of the epoxy resin.
On the other hand, from Table 2, Comparative Examples 1 and 2 in which the content of polyethylene oxide exceeds 50% by mass with respect to the total amount of the release agent did not provide sufficient release properties. The same was true for Comparative Example 3 in which natural carnauba wax was used alone and Comparative Example 4 in which polyethylene oxide was not blended. In addition, Comparative Example 5 in which the content of the triphenylmethane type epoxy resin was less than 30% by mass and Comparative Example 6 in which the content was more than 70% by mass with respect to the total amount of the epoxy resin could not obtain sufficient release properties.
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