JP2014152189A - 封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(A)150℃のICI粘度が0.02〜0.20Pa・sのエポキシ樹脂、(B)150℃のICI粘度が0.06〜0.3Pa・sのフェノール樹脂、(C)硬化促進剤、(D)球状シリカおよび(E)平均粒子径が10〜40nmであり、水で抽出したときの抽出液のpHが6.0以下であるカーボンブラックを含む、封止用樹脂組成物及びそれを用いて半導体素子を封止してなる半導体装置である。
【選択図】なし
Description
このため、カーボンブラックを樹脂被覆することにより絶縁化する方法、あるいは、篩により粗粒分をカットする方法、予備混練による粗粒壊砕等の方法でカーボンブラックを微細化する方法が検討されている(例えば、特許文献1参照)。
(1)(A)150℃のICI粘度が0.02〜0.20Pa・sのエポキシ樹脂、(B)150℃のICI粘度が0.06〜0.3Pa・sのフェノール樹脂、(C)硬化促進剤、(D)球状シリカおよび(E)平均粒子径が10〜40nmであり、水で抽出したときの抽出液のpHが6.0以下であるカーボンブラックを含む、封止用樹脂組成物。
(2)前記(A)エポキシ樹脂がビスフェノール型エポキシ樹脂である、上記(1)に記載の封止用樹脂組成物。
(3)前記(B)フェノール樹脂がザイログ型フェノール樹脂である、上記(1)又は(2)に記載の封止用樹脂組成物。
(4)前記(C)硬化促進剤が2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾールである、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の封止用樹脂組成物。
(5)前記封止用樹脂組成物が、さらに(F)ハイドロタルサイトを含む、上記(1)〜(4)のいずれかに記載の封止用樹脂組成物。
(6)前記封止用樹脂組成物の全量に対する、(A)成分の含有量が3〜20質量%、(B)成分の含有量が1〜11質量%、(C)成分の硬化促進剤が0.01〜5質量%、(D)成分の含有量が70〜94質量%および(E)成分の含有量が0.05〜1.0質量%である、上記(1)〜(5)のいずれかに記載の封止用樹脂組成物。
(7)上記(1)〜(6)のいずれかに記載の封止用樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してなる、半導体装置。
本発明の封止用樹脂組成物は、(A)150℃のICI粘度が0.02〜0.20Pa・sのエポキシ樹脂、(B)150℃のICI粘度が0.06〜0.3Pa・sのフェノール樹脂、(C)硬化促進剤、(D)球状シリカおよび(E)平均粒子径が10〜40nmであり、水で抽出したときの抽出液のpHが6.0以下であるカーボンブラックを含む、封止用樹脂組成物である。
すなわち、例えば、下記一般式(9)で示されるフェノールノボラック樹脂、一般式(10)で示されるクレゾールノボラック樹脂、一般式(11)で示されるジシクロペンタ
ジエン変性フェノール樹脂、一般式(12)で示されるフェノールアラルキル樹脂(ザイログ型フェノール樹脂)、又は一般式(13)で示される多官能型フェノール樹脂などが好ましく使用される。この中で、フェノールアラルキル樹脂(ザイログ型フェノール樹脂)が特に好ましく用いられる。これらのフェノール樹脂硬化剤は、1種を単独で使用しても、2種以上を混合して使用してもよい。また、本発明に用いるフェノール樹脂には、ナフトールアラルキル樹脂のような公知のフェノール樹脂を併用することができる。
なお、前記溶融シリカ粉末以外には、結晶シリカ、微細合成シリカを配合することができる。前記微細合成シリカを適量配合することにより、流動性、成形性が、さらに良好となる。
球状シリカの平均粒子径は、特に制限はないが、好ましくは5〜75μm、より好ましくは10〜30μmであり、よりさらに好ましくは10〜18μmである。平均粒子径が上記範囲であれば、流動性、成形性および充填性が良好となり好ましい。
なお、本発明において、カーボンブラックの平均粒子径は、対象となる粒子の断面をSEM(走査型電子顕微鏡)で25000倍にて撮像した画面において、無作為に10個のカーボンブラックの粒子を抽出し、各々の粒子径を算出した後、その数平均値を平均粒子径とする。各粒子の粒子径は、粒子の断面において、最も長い径と最も短い径との平均値とする。
なお、実施例で使用した前記カーボンブラックの水で抽出されたときの抽出液のpHの測定は、カーボンブラック10gを蒸留水100mlに加え、ホットプレート上で15分間沸騰(100℃)させ、室温(25℃)まで冷却した後、遠心分離により得られた上澄液(泥状物の抽出液)のpHを,ガラス電極pHメーターで測定することにより行ったものである。
(F)ハイドロタルサイトの含有量は、封止用樹脂組成物の全量に対して、好ましくは0.01〜2質量%、より好ましくは0.1〜1質量%であり、さらに好ましくは0.1〜0.5質量%である。上記の範囲であれば、成形された半導体パッケージの信頼性の観点から吸湿量が低く抑えられるため好ましい。
また、前記pH6以下の力−ボンブラックとハイドロタルサイトを併用することによって、カーボンブラックの分散性がさらに良くなり耐湿特性が向上する。
また、コバルトブルーなどのカーボンブラック以外の着色剤も、本発明の効果を阻害しない範囲で適宜配合することができる。さらにまた、(D)球状シリカ以外の、無機充填剤も配合してもよい。
[半導体装置]
本発明の封止用樹脂組成物を用いて、半導体素子を封止して半導体装置を作製することができる。半導体素子としては、特に限定されるものではなく、例えば、集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード等が挙げられる。
なお、封止後の樹脂の硬化温度は、適宜調整すればよいが、150℃以上とすることが好ましい。
なお、150℃のICI粘度、カーボンブラックの抽出液のpHは以下のように測定した。
(1)ICI粘度
(A)成分、(B)成分について、ICI粘度計(ASTM D4287、米国試験材料協会規格に準拠)である高剪断速度、コーンプレート粘度計を用い測定した。
(2)カーボンブラックの抽出液のpHの測定
カーボンブラック10gを蒸留水100mlに加え、ホットプレート上で15分間沸騰(100℃)させ、室温(25℃)まで冷却した後、遠心分離により得られた上澄液(泥状物の抽出液)のpHを,ガラス電極pHメーターにて測定した。
なお、封止用樹脂組成物の成形は、トランスファー成形機を用い、金型温度175℃、成形圧力6MPa、硬化時間2分間の条件で行った。また、後硬化は、175℃で4時間行い、30mm角の試験用成形品を得た。さらに、樹脂封止は、20μmのワイヤー配線を有するPBGA(Plastic Ball Grid Array、35mm×35mm×厚さ1mm)に対して、前記の成形と同一条件で行い、樹脂封止型半導体装置(パッケージ)を得た。
(1)体積抵抗率(カーボンブラック分散性)
φ100mm、厚さ2mmの試験片に導電性ペーストを両面に塗り、500Vの電圧を印加し、体積抵抗率を求めた。体積抵抗値が大きいほど絶縁性に優れ、カーボブラックの分散性がよく均一な隠蔽効果を奏する。
(2)ワイヤー流れ不良
軟X線装置((株)島津製作所製、型名:MSX−1000)を用いて10個のパッケージのベント部およびコーナー部におけるワイヤーの変形の有無を調べ、最も変形した箇所の変位量をワイヤー変形量とし、ワイヤー変形率〈(ワイヤー変形量)/(ワイヤーの長さ)×100〉を算出した。ワイヤーはφ18μm、長さ3.5mmの金ワイヤーを用いた。
(3)リーク不良
樹脂封止後の各パッケージ30個に対し、20Vの電圧を印加し、漏れ電流の発生個数を数えた。
(4)HAST(Highly Accelerated Stress Test)
樹脂封止後の各パッケージ30個に対し、HAST(耐湿性試験:130℃、85%RH、192時間)を行い、ワイヤーと配線間の接合部分の不良の発生個数を数えた。
前述した各成分を表1に示す割合で配合しエポキシ樹脂組成物を作製した(実施例では、すべて[(p)/(q)]=0.8としている)。
まず、球状シリカ、カーボンブラックをヘンシェルミキサーに入れ、常温で30秒間、回転数870rpmで混合分散させた。次に、シリンジに秤量したカップリング剤を滴下し、120秒間混合分散させ後、さらにエポキシ樹脂、フェノール硬化剤、硬化促進剤、ワックスを投入し、120秒間、回転数870rpmで混合分散させた。その後、加圧型ニーダー(栗本鐵工所社製、型名:KRC−T−2)を用い、70〜100℃の温度で3分間加熱混練し、冷却固化させた後、ミル粉砕機(田島化学機械社製、型名:ND−30)を用い、平均粒径が1000±500μmになるように粉砕した、エポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物を用い、前述した方法で、成形品および樹脂封止型半導体装置を得た。評価結果を表1に示す。
実施例1と同様にして、各成分を表1に示す割合で配合し、エポキシ樹脂組成物を得た。さらに、得られたエポキシ樹脂組成物を用い、実施例1と同様に、成形品および樹脂封止型半導体装置を得た。評価結果を表1に示す。
・エポキシ樹脂
ビスフェノール型エポキシ樹脂(新日鐵化学社製、商品名:YSLV−80XY、粘度0.05Pa・s)
オルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂(日本化薬社製、商品名:EOCN−1020−65、粘度0.35Pa・s)
・フェノール樹脂
ザイログ型フェノール樹脂(明和化成社製、商品名:MEH−7800SS、粘度0.09Pa・s)
ザイログ型フェノール樹脂(明和化成社製、商品名:MEH−7800M、粘度0.4Pa・s)
・硬化促進剤(モメンティブ社製、商品名:2P4MHZ、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシイミダゾール)
・シリカ粉末(電気化学工業社製、商品名:FB−105、粒径12μm)
・カーボンブラック(4種)
(三菱化学社製、商品名:MA100、平均粒径24nm)
(三菱化学社製、商品名:MA600、平均粒径20nm)
(三菱化学社製、商品名:#30、平均粒径30nm)
(三菱化学社製、商品名:MA11、平均粒径29nm)
・ハイドロタルサイト(協和化学社製、商品名:KW−2200)
・エポキシ系シランカップリング剤(モメンティブ社製、商品名:Y−9669)
Claims (7)
- (A)150℃のICI粘度が0.02〜0.20Pa・sのエポキシ樹脂、(B)150℃のICI粘度が0.06〜0.3Pa・sのフェノール樹脂、(C)硬化促進剤、(D)球状シリカおよび(E)平均粒子径が10〜40nmであり、水で抽出したときの抽出液のpHが6.0以下であるカーボンブラックを含む、封止用樹脂組成物。
- 前記(A)エポキシ樹脂がビスフェノール型エポキシ樹脂である、請求項1に記載の封止用樹脂組成物。
- 前記(B)フェノール樹脂がザイログ型フェノール樹脂である、請求項1又は2に記載の封止用樹脂組成物。
- 前記(C)硬化促進剤が2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾールである、請求項1〜3のいずれかに記載の封止用樹脂組成物。
- 前記封止用樹脂組成物が、さらに(F)ハイドロタルサイトを含む、請求項1〜4のいずれかに記載の封止用樹脂組成物。
- 前記封止用樹脂組成物の全量に対する、
(A)成分の含有量が3〜20質量%、(B)成分の含有量が1〜11質量%、(C)成分の硬化促進剤が0.01〜5質量%、(D)成分の含有量が70〜94質量%および(E)成分の含有量が0.05〜1.0質量%である、請求項1〜5のいずれかに記載の封止用樹脂組成物。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の封止用樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してなる、半導体装置。
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