JP4196033B2

JP4196033B2 - 離型処理用樹脂組成物とこれを用いた封止半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP4196033B2
Application number: JP4369999A
Authority: JP
Inventors: 博則池田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2019-02-22
Also published as: JP2000239490A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型を用いて成形を行う際に金型面の離型処理を行うのに使用される樹脂組成物とこれを用いた封止半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子（チップ）などの電子部品の封止方法として、セラミックや熱硬化性樹脂を封止材に用いる方法が、従来より行われている。なかでも、エポキシ樹脂による封止が、経済性と性能のバランスの点で好ましく、広く行われている。半導体素子の樹脂封止は、例えばリードフレーム用金属上に半導体素子を搭載し、その半導体素子とリードフレームをボンディングワイヤー等を用いて電気的に接続し、金型を使用して、半導体素子の全体及びリードフレームの一部を、樹脂で封止することにより行われる。
【０００３】
このとき、金型からの成形品の脱型を容易にするために、金型面に離型処理を行う必要がある。金型面に離型剤を塗布する外部離型処理は成形工程を一旦停止し、金型を冷やして離型処理を行う方法であり、生産性が悪いので、封止用エポキシ樹脂組成物中に離型剤を配合しておくことにより離型剤塗布を不必要とする内部離型処理が一般に行われている。
【０００４】
この場合、樹脂封止のショット数が増すにつれて次第に離型剤による金型面汚れが増して来る。この金型面汚れがある段階に達すると成形品表面に欠陥が発生して来るので、金型面をクリーニングする必要がある。このクリーニング処理は、生産性を考慮し、成形工程を一旦停止して行うことを避けるために、樹脂汚れを除去する性質を持つ他の樹脂を配合したクリーニング用樹脂組成物を用いて数ショットのクリーニング処理成形を行い、前記の金型汚れを除去するようにしている。このクリーニング処理成形のあと、再び、封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体装置の封止成形を所定のショット数行い、また、クリーニング処理成形を行う。封止半導体装置の製造はこれら両工程の繰り返しで行われる。
【０００５】
ところが、前記クリーニング処理成形により、金型面に付着していた離型剤も同時に除去されるため、クリーニング処理成形直後の封止成形で得られる成形品は、表面欠陥を持つか、時には脱型不良を起こす。これによる歩留りの低下と生産性低下が従来、問題であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の課題は、このような歩留り低下や生産性低下を防ぐための離型処理用樹脂組成物とこれを用いた、歩留りが良く生産性も高い封止半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者は、種々検討した結果、クリーニング処理成形工程と本来の成形工程の間に、本来の成形用樹脂組成物よりも離型剤含有量の高い離型処理用樹脂組成物を用いて数ショットの離型処理成形を行えば良いことを着想し、また、樹脂成形がエポキシ樹脂組成物を用いて行う封止用半導体装置の製造である場合においては、離型剤としてカルナバワックスと脂肪酸アミドをやや多い目に用いれば良いことを見いだし、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明にかかる離型処理用樹脂組成物は、金型面に離型処理を施すためのエポキシ樹脂組成物であって、エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤と無機充填材とを含み、さらに、離型剤としてカルナバワックスおよび脂肪酸アミドを、それぞれの含有量が組成物全体の０．２〜０．７重量％となる範囲で含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明にかかる封止半導体装置の製造方法は、エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤と無機充填材とを含むとともに０．４重量％以下の離型剤をも含む封止用エポキシ樹脂組成物を用いて所定ショット数の半導体装置の封止成形を行ったのち、クリーニング剤を含むクリーニング用樹脂組成物を用いて数ショットのクリーニング処理成形を行うことを繰り返す半導体装置の製造方法において、前記クリーニング処理成形のあとで、上記離型処理用エポキシ樹脂組成物を用いて数ショットの離型処理成形を行い、そののち、前記所定ショット数の半導体装置の封止成形を行うようにすることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる離型処理用樹脂組成物は、本来の成形に使用される離型剤含有樹脂組成物とほぼ同じ基本的組成において離型剤の量だけは本来の量よりも多くしている。したがって、樹脂の種類や量、その他の配合物の種類や量を含むその組成は成形用樹脂組成物の組成に応じて変化させるのである。
【００１１】
以下では、封止半導体装置の製造に用いるエポキシ樹脂組成物を例に挙げて、これを具体的に説明する。
（エポキシ樹脂組成物）
以下に述べるエポキシ樹脂組成物の説明は、特に断らない限り、封止成形用および離型処理成形用に共通する。
【００１２】
エポキシ樹脂としては、封止材に一般的に使用可能なエポキシ樹脂を使用することができる。エポキシ樹脂としては、１分子中に２個以上のエポキシ基を持っているものであれば特に制限はないが、例えば、オルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂、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、フェノールノボラックエポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ナフタレン骨格含有エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは単独で用いても併用してもよい。
【００１３】
硬化剤としては、一般的に封止材に使用可能であり上記エポキシ樹脂の硬化剤として使用可能なものであれば特に限定はなく、たとえば、フェノールノボラック樹脂、ナフタレン骨格含有フェノール樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂などの多価フェノール化合物；無水ヘキサヒドロフタル酸等の酸無水物；キシレノール、レゾルシン等とホルムアルデヒドとを縮合反応して得られるノボラック樹脂；アミン系硬化剤等が挙げられる。これらは単独で用いても併用してもよい。これらのうちでも、フェノールノボラック樹脂が、反応性が高く、成形性に優れるため好ましく、フェノールノボラック樹脂のみを硬化剤として用いるとさらに好ましい。
【００１４】
前記硬化剤の配合割合は、エポキシ樹脂１当量に対して硬化剤０．５〜１．５当量の範囲に設定することが好ましく、より好ましくは０．８〜１．２当量である。硬化剤の配合割合が上記範囲を外れると、十分な硬化反応が進行せず、未硬化の樹脂が金型を汚すおそれがある。
エポキシ樹脂組成物では、硬化促進のために、通常、硬化促進剤が用いられる。硬化促進剤としては、一般的に封止材に使用可能でありエポキシ樹脂と硬化剤の反応を促進させる作用があるものであれば特に制限はないが、たとえば、トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）、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；２−メチルイミダゾール（２ＭＺ）、２−フェニル−４−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；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級アミン類などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、併用してもよい。
【００１５】
前記硬化促進剤の配合割合は、エポキシ樹脂組成物全体に対して硬化促進剤０．０３〜１．０重量％であることが好ましい。硬化促進剤の配合量が０．０３重量％未満では、ゲル化時間が長くなり、硬化時の剛性の低下により作業性を低下させる傾向がみられ、逆に１．０重量％を超えると、成形中に硬化してしまい、未充填が発生しやすくなる傾向にある。
【００１６】
エポキシ樹脂組成物では、無機充填材が用いられる。無機充填材としては、一般的に封止材に使用可能であり粉末状のものであれば特に限定する訳ではないが、溶融シリカ（非晶質シリカとも言う。）、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム等を挙げることができる。これらは単独で使用されるほか、併用されることもある。これらのうちでも、溶融シリカおよび／または結晶シリカが、成形性と硬化物性とのバランスに優れ、かつ、経済的であるため、好ましい。無機充填材の粉末は、封止材に通常用いられる程度の平均粒径、たとえば、平均粒径１〜１００μｍの範囲のもの、であればよい。無機充填材の配合割合は、特に限定されないが、従来よりも高充填、たとえば、組成物全体の７０〜９２重量％であることが好ましい。この範囲を下回ると、強度が十分でなかったり、吸湿量が大きくなり、信頼性が低下する。他方、上回ると流動性の低下をもたらし充填不良（未充填部を生じること）、ワイヤースイープまたは断線（ワイヤーボンディングされている場合のみ）のおそれがある。
【００１７】
本発明にかかる離型処理用エポキシ樹脂組成物では、離型剤としてカルナバワックスおよび脂肪酸アミドが用いられる。カルナバワックスは、主に金型クリーニング直後に離型性を早期に回復させることができ、脂肪酸アミドは主に金型汚れを抑制することができる。
カルナバワックスおよび脂肪酸アミドの配合割合は、それぞれ、エポキシ樹脂組成物全体に対して０．２〜０．７重量％であり、好ましくは０．２５〜０．４５重量％である。それぞれの配合割合が０．２重量％未満であると、離型性が低下する。他方、それぞれの配合割合が０．７重量％を超えると、金型汚れが激しく生じるようになる。
【００１８】
しかし、通常の封止用エポキシ樹脂組成物では、離型剤として、カルナバワックスおよび脂肪酸アミド以外のものを用いてもよく、たとえば、高級脂肪酸（または、その金属石鹸類）、エステル類、アマイド類、ポリエチレン系ワックス等のポリオレフィン類などが挙げられる。ただし、離型剤の合計使用量は０．４重量％以下にすることが好ましい。これ以上に多く用いると、離型剤による金型面汚れが早くなり、生産性が悪くなるからである。なお、離型剤の合計使用量は０．１重量％以上にしておくことが、封止成形中での離型性維持のためには好ましい。
【００１９】
エポキシ樹脂組成物では、上記離型剤の分散性を高め、その金型表面へのブリードを防ぎ、金型汚れを抑制するために、下記一般式（１）で示されるポリオルガノシロキサンを、ブリード防止剤として用いることが好ましい。
【００２０】
【化２】

【００２１】
〔式（１）中、Ｘはポリエーテル基（ポリオキシアルキレン基）であり、Ｙはエポキシ基、アミノ基、カルボキシル基、フェニル基のいずれかであり、ｌ、ｍ、ｎは任意の整数である。ただし、ｌ、ｍ、ｎが同時に０にはならない。〕
上記式（１）で、Ｘであるポリエーテル基としては、たとえば下式（２）で示される基が挙げられる。
【００２２】
【化３】

【００２３】
（式（２）中、ａは２〜３、ｂ＋ｃは５〜１００、好ましくは１０〜５０、ｄは２〜３であり、繰り返し数ｂとｃの繰り返し単位の順番は入れ代わっていてもよい。）
上記一般式（１）で示されるポリオルガノシロキサンの分子量や、有する官能基数等には何らの制限もないが、１０≧ｍ≧２、１０≧ｎ≧２、３５０≧ｌ＋ｍ＋ｎ≧３０が好ましい。ｍ、ｎとも、１以下ではブリードしやすく、金型汚れが発生することがある。
【００２４】
上記ポリオルガノシロキサンの配合割合は、エポキシ樹脂組成物全体に対してポリオルガノシロキサン０．１〜２．０重量％であることが好ましく、さらに好ましくは０．２〜０．５重量％である。ポリオルガノシロキサンの配合割合が０．１重量％未満であると、離型剤がブリードして、金型汚れが生じるおそれがある。他方、ポリオルガノシロキサンの配合割合が２．０重量％を超えると、ポリオルガノシロキサン自身のブリードが金型汚れを生じさせるおそれがある。
【００２５】
エポキシ樹脂組成物には、必要に応じて、着色剤、低応力化剤、難燃剤、シランカップリング剤等が適宜量添加されてよい。着色剤としては、例えばカーボンブラック、酸化チタン等が挙げられる。低応力化剤としては、例えば、シリコーンゲル、シリコーンゴム等が挙げられる。難燃剤としては、例えば、三酸化アンチモン、ハロゲン化合物、リン化合物等が挙げられる。前記着色剤、低応力化剤、難燃剤等は２種類以上を併用することもできる。シランカップリング剤としては、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トリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
（組成物の製造）
エポキシ樹脂組成物は、前述した各成分（配合剤）をミキサー等によって均一に混合したのち、ロール、ニーダー等によって混練することで製造することができる。成分の配合順序は特に制限はない。
【００２６】
エポキシ樹脂組成物の製造は、より具体的には、例えば、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材その他の配合成分を混合又は溶融混合した後、熱ロール等で溶融混練し、この混練物を冷却・固化した後、粉砕し、必要ならタブレット状に打錠することにより行う。
（半導体装置の封止）
このようにして得られたエポキシ樹脂組成物は、金型を用い、固形の場合はタブレットをトランスファー成形することにより、リードフレームに搭載した半導体素子を封止することができる。特に、通常のエポキシ樹脂組成物で成形を行って金型汚れが生じ、この汚れをメラミン樹脂からなるクリーニング用樹脂組成物を用いて清掃した直後に、このエポキシ樹脂組成物を用いて成形を行うと、金型汚れが生じることなく、金型の離型性を回復させることができる。具体的にには、封止用エポキシ樹脂組成物を用いて所定ショット数の半導体装置の封止成形を行ったのち、クリーニング用樹脂組成物を用いて数ショットのクリーニング処理成形を行い、そのあと、離型処理用エポキシ樹脂組成物を用いて数ショットの離型処理成形を行うことを繰り返して、封止半導体装置を製造する。離型処理用エポキシ樹脂組成物を用いての離型処理成形は数ショット、例えば、１〜５ショット程度行えば良い。
【００２７】
この場合、封止成形は離型剤量の少ないエポキシ樹脂組成物で行い、離型処理は離型剤量の多いエポキシ樹脂組成物で行うが、クリーニング処理はクリーニング剤配合のメラミン樹脂組成物等の他の樹脂組成物で行われる。
上記リードフレームとしては、電気伝導性の点で銅合金製のリードフレームが、また、熱膨張率の点で４２アロイ合金製のリードフレームが一般に使用されている。なお、クリーニング処理成形工程と離型処理成形工程では半導体素子を金型に入れても良く、入れないでも良い。
【００２８】
【実施例】
以下に、クリーニング処理成形工程と封止成形工程との間に、本発明にかかる離型処理用エポキシ樹脂組成物を用いた成形工程を挟んだ実施例と、離型剤配合が本発明の範囲に入らないエポキシ樹脂組成物を用いた成形工程を挟んだ比較例とを示すが、本発明の実施の範囲は下記実施例に限定されない。
【００２９】
（実施例１〜４および比較例１〜６）
実施例、比較例で使用した封止成形用および離型処理用のエポキシ樹脂組成物では、以下の成分が用いられた。
エポキシ樹脂としては、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（住友化学工業（株）製、品番ＥＳＣＮ１９５ＸＬ、エポキシ当量１９５）および臭素化エポキシ樹脂（住友化学工業（株）製、品番ＥＳＢ４００、エポキシ当量４００）を用いた。
【００３０】
硬化剤としては、フェノールノボラック型硬化剤（荒川化学（株）製、品番タマノール７５２、水酸基当量１０５）を用いた。
硬化促進剤としては、トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ。北興化学（株）製）を用いた。
無機充填材は、結晶シリカ（平均粒径２８μｍ）を使用した。
【００３１】
離型剤は、カルナバワックスおよびオレイン酸アミドを使用した。
ポリオルガノシロキサンは、ポリオルガノシロキサン（信越化学工業（株）製、品番Ｘ−２２−４７４１、エポキシ基当量２５００）を用いた。
難燃剤は、三酸化アンチモンを使用した。
シランカップリング剤は、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシランを使用した。
【００３２】
エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材、カルナバワックス、オレイン酸アミドおよびその他の成分を表１に示すように配合し、ミキサー等によって均一に混合したのち、ロール、ニーダー等によって混練することによって、エポキシ樹脂組成物を調製した。すなわち、２軸加熱ロールを用いて温度８５℃で５分間混練し、次いで冷却した。その後、粉砕機で粉砕して、封止成形用エポキシ樹脂組成物と離型処理用のエポキシ樹脂組成物を得た。
【００３３】
クリーニング処理用樹脂組成物は、クリーニング用メラミン樹脂組成物（松下電工社製、品番ＣＶ９７００）を用いた。
上記３種類の樹脂組成物を交互に用いて、トランスファプレスにより、成形圧力１４０ｋｇ／ｃｍ²、成形温度１７５℃、成形時間１００秒の成形条件で、ＴＯＰ−３Ｆパッケージ（１６０キャビティ、１６０個取り）の成形を繰り返した。封止成形工程では１ラウンド、２０ショットの封止成形を行ったのち、クリーニング処理成形工程に入り、５ショットのクリーニング処理成形を行い、続いて、１ショットの離型処理成形を行い、次の封止成形に入った。上記では、すべてダミーフレームを用いて成形評価を行った。
【００３４】
【表１】

【００３５】
離型処理用エポキシ樹脂組成物による離型処理効果を、下記の評価基準で評価し、表１に併記した。
（金型汚れ）
離型処理成形１ショットを行った後の金型面の汚れ具合を、得られたパッケージの鏡面の目視での観察によって評価した。評価基準は以下の通り。
【００３６】
○：パッケージの鏡面が光り輝いている。
△：パッケージの鏡面が白く曇っている（ぼやけている。）。
×：パッケージの鏡面に多数の汚れむらが存在する。
（離型性）
離型処理成形１ショットを行った後、次の封止成形に入った時の離型性を見た。すなわち、金型が開いた時点での成形品の金型への貼り付き具合、ランナーゲート等の金型内への残りの有無を目視で確認した。評価基準は以下の通り。
【００３７】
○：成形品の金型への貼り付き、成形屑の金型残り、および、パッケージ表面のふくれが、いずれもない。
△：成形品の金型への貼り付きはないものの、パッケージ表面のふくれが散在しており、１６０個のパッケージのうち、ふくれているものが１０個未満ある。×：成形品の金型への貼り付きが一部生じ、成形品の大半がふくれており、１６０個のパッケージのうち、ふくれているものが１０個以上ある。
【００３８】
【発明の効果】
本発明にかかる離型処理用樹脂組成物は、クリーニング直後の金型面に離型性を回復させることが出来て、成形品の歩留り低下を防ぎ、かつ、成形品の生産性を向上させる。
オルガノポリシロキサン配合の離型処理用エポキシ樹脂組成物は、離型剤の分散性が高いため、離型剤配合量を多くしても離型処理用エポキシ樹脂組成物による金型面汚れが生じにくい。
【００３９】
本発明にかかる封止半導体装置の製造方法は、本発明にかかる離型処理用エポキシ樹脂組成物を使用して半導体素子封止を行うため、成形品の歩留りが良く、かつ、成形品の生産性も高い。

Claims

金型面に離型処理を施すためのエポキシ樹脂組成物であって、エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤と無機充填材とを含み、さらに、離型剤としてカルナバワックスおよび脂肪酸アミドを、それぞれの含有量が組成物全体の０．２〜０．７重量％となる範囲で含むことを特徴とする、離型処理用エポキシ樹脂組成物。
下記一般式（１）で示されるオルガノポリシロキサンをも含む、請求項１に記載の離型処理用エポキシ樹脂組成物。

〔式（１）中、Ｘはポリエーテル基（ポリオキシアルキレン基）であり、Ｙはエポキシ基、アミノ基、カルボキシル基、フェニル基のいずれかであり、ｌ、ｍ、ｎは任意の整数である。ただし、ｌ、ｍ、ｎが同時に０にはならない。〕
前記オルガノポリシロキサンの含有量が組成物全体の０．１〜２．０重量％である、請求項２に記載の離型処理用エポキシ樹脂組成物。
前記硬化剤がフェノールノボラック樹脂である、請求項１から３までのいずれかに記載の離型処理用エポキシ樹脂組成物。
前記無機充填材が結晶シリカおよび／または溶融シリカである、請求項１から４までのいずれかに記載の離型処理用エポキシ樹脂組成物。
エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤と無機充填材とを含むとともに０．４重量％以下の離型剤をも含む封止用エポキシ樹脂組成物を用いて所定ショット数の半導体装置の封止成形を行ったのち、クリーニング剤を含むクリーニング用樹脂組成物を用いて数ショットのクリーニング処理成形を行うことを繰り返す半導体装置の製造方法において、前記クリーニング処理成形のあとで、請求項１から５までのいずれかに記載の離型処理用エポキシ樹脂組成物を用いて数ショットの離型処理成形を行い、そののち、前記所定ショット数の半導体装置の封止成形を行うようにすることを特徴とする封止半導体装置の製造方法。