JP4734731B2

JP4734731B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法

Info

Publication number: JP4734731B2
Application number: JP2001049172A
Authority: JP
Inventors: 貴之市川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2021-02-23
Also published as: JP2002249643A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品や半導体装置などの封止に用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ダイオード、トランジスタ、集積回路などの電気、電子部品や半導体装置の封止方法として、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などを含む樹脂組成物による封止方法や、ガラス、金属、セラミックなどを用いたハーメチックシール法などが採用されているが、近年では、封止信頼性の向上と共に大量生産が可能であり、しかもコストメリットに優れる方法として、エポキシ樹脂を含む樹脂組成物を用いた低圧トランスファー成形による封止方法が採用され主流を占めている。このようなエポキシ樹脂組成物を用いる封止方法では、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂を樹脂成分とし、且つフェノールノボラック型樹脂を硬化剤成分とする組成物を成形材料として用いることが最も一般的に行われている。
【０００３】
しかしながら、ＩＣ、ＬＳＩ、ＶＬＳＩなどの電子部品や半導体装置の高密度化、高集積化に伴って、封止樹脂（モールド樹脂）の薄肉化のためには、これまでのエポキシ樹脂組成物では必ずしも満足に対応することができなくなっている。
【０００４】
また、近年、環境問題により半田（錫Ｓｎ／鉛Ｐｂ合金）に含まれている鉛が、人体に及ぼす影響が懸念されているため、鉛を含まない半田（鉛フリー半田）が開発されている。この鉛フリー半田は鉛の代替成分としてビスマスＢｉ、インジウムＩｎ、銀Ａｇ、銅Ｃｕ等が検討されている。しかしながら、鉛フリー半田の融点は従来の半田の融点（１８３℃）よりも高くなるために、実装時のリフロー温度が２４０〜２６５℃と従来より更に高温になる。従って、表面実装用デバイスなどの半導体装置においては、実装時にデバイス自体が急激に高温過酷な環境下に曝されるため、パッケージクラックの発生が避けられない事態となっている。すなわち、成形後の保管中に吸湿した水分が高温に曝される際に急激に気化膨張することにより、封止樹脂がこれに耐えきれずパッケージにクラックが生じるのである。
【０００５】
半導体封止用樹脂組成物については、耐熱性や密着性の向上等の検討がなされ、実際にこれらの特性は改善されてきているが、耐熱性や密着性の向上、特に低応力性と共に、上記の耐リフロー性（耐吸湿半田クラック性）の向上については未だ満足できる状況にはない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、耐リフロー性を向上させることができる半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、式（１）で示されるエポキシ樹脂と、式（２）で示されるカップリング剤で処理された無機充填材と、式（３）で示されるカップリング剤と、硬化剤とを含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法であって、前記式（２）で示されるカップリング剤で処理された無機充填材と前記エポキシ樹脂と前記硬化剤とを混合した後、この混合物に前記式（３）で示されるカップリング剤を配合して成ることを特徴とするものである。
【０００８】
【化３】

【０００９】
また、本発明にあっては、式（２）で示されるカップリング剤を無機充填材の全量に対して０．２〜２．０質量％配合して処理すると共に、式（３）で示されるカップリング剤を組成物の全量に対して０．１〜２．０質量％含有するのが好ましい。
【００１０】
また、本発明にあっては、式（４）で示される硬化剤を含有するのが好ましい。
【００１１】
【化４】

【００１２】
また、本発明にあっては、無機充填材を組成物の全量に対して７５〜９０質量％含有するのが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
エポキシ樹脂としては、式（１）に示すジシクロペンタジエン型の骨格を有するジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂を必須とし、その他必要に応じて、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂、ナフタレン環を有するエポキシ樹脂などの１分子中に２個以上のエポキシ基を有する各種の多価エポキシ樹脂を配合することができる。尚、式（１）に示すエポキシ樹脂の配合量は、エポキシ樹脂全量に対して３０〜１００質量％にするのが好ましく、これにより、本発明のエポキシ樹脂組成物の密着性や耐リフロー性を高くすることができるものであり、リードフレームからの剥離の発生が抑制されると共に耐吸湿信頼性を高くすることができるものである。
【００１５】
エポキシ樹脂の硬化剤としては、式（４）に示すフェノールアラルキル（樹脂）を必須とし、その他必要に応じて、フェノールノボラック（樹脂）、ナフトール（樹脂）などの１分子中に２個以上のフェノール水酸基を有する各種の多価フェノール化合物を配合することができる。尚、式（４）に示すフェノールアラルキルの配合量は、硬化剤全量に対して３０〜１００質量％にするのが好ましく、これにより、本発明のエポキシ樹脂組成物の密着性、耐リフロー性を高くすることができる。また、硬化剤の配合量はエポキシ樹脂の１当量に対して０．８〜１．１当量の範囲にするのが好ましく、硬化剤の配合量が上記範囲を外れると、エポキシ樹脂組成物の硬化不足が発生する恐れがある。
【００１６】
無機充填材としては、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素などを用いることができるが、溶融シリカを用いるのが低応力化（低線膨張係数）のために好ましい。また、無機充填材の配合量はエポキシ樹脂組成物の全量に対して７５〜９０質量％にするのが好ましい。無機充填材の配合量が７５質量％未満であれば、耐リフロー性が低下する恐れがあり、無機充填材の配合量が９０質量％を超えると、エポキシ樹脂組成物の粘度が高くなり過ぎて流れ性が低下し、半導体にボンディングされたワイヤーがエポキシ樹脂組成物で流されたりエポキシ樹脂組成物の未充填部分が生じたりする恐れがある。
【００１７】
カップリング剤としては、式（２）に示すメルカプトシランカップリング剤と、式（３）に示すアミノシランカップリング剤を併用する。式（２）のメルカプトシランカップリング剤としては、γ-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルメチルトリメトキシシランなどを例示することができる。また、式（３）のアミノシランカップリング剤としては、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、Ｎ-アミノエチル-γ-アミノプロピルメチルトリメトキシシラン、Ｎ-アミノエチル-γ-アミノプロピルメチルジメトキシシランなどを例示することができる。
【００１８】
式（２）のカップリング剤は上記の無機充填材に対して添加するものであり、その配合量は無機充填材の全量に対して０．２〜２．０質量％にするのが好ましい。式（２）のカップリング剤の配合量が０．２質量％未満であると、無機充填材の表面処理を十分に行うことができず、本発明のエポキシ樹脂組成物の密着性や耐リフロー性を高くすることができず、リードフレームからの剥離が発生したり耐吸湿信頼性が低下したりする恐れがある。一方、式（２）のカップリング剤の配合量が２．０質量％よりも多くなっても、エポキシ樹脂組成物の密着性や耐リフロー性の大きな改善は見られないので、式（２）のカップリング剤が無駄になる恐れがある。
【００１９】
また、式（３）のアミノシランカップリング剤の配合量はエポキシ樹脂組成物の全量に対して０．１〜２．０質量％にするのが好ましい。式（３）のカップリング剤の配合量が０．１質量％未満であると、本発明のエポキシ樹脂組成物の密着性や耐リフロー性を高くすることができず、リードフレームからの剥離が発生したり耐吸湿信頼性が低下したりする恐れがある。一方、式（３）のカップリング剤の配合量が２．０質量％よりも多くなっても、エポキシ樹脂組成物の密着性や耐リフロー性の大きな改善は見られないので、式（３）のカップリング剤が無駄になる恐れがある。
【００２０】
また、本発明のエポキシ樹脂組成物には上記の他に必要に応じて、硬化助剤、離型剤、難燃剤、シリコーン可撓剤等を配合することができる。硬化助剤としてはリン系、イミダゾール系、アミン系などの各種公知の硬化助剤を用いることができ、また、離型剤としては通常の封止材に用いるものが使用可能であり、カルナバワックス、ステアリン酸、モンタン酸、モンタン酸エステル、リン酸エステルなどを用いることができる。難燃剤としてはブロム化エポキシ樹脂や三酸化アンチモンなどを用いることができる。
【００２１】
そして、本発明のエポキシ樹脂組成物は上記のエポキシ樹脂、充填材、硬化剤及びその他の成分を混合することによって調製することができるが、その混合順が重要である。まず、無機充填材に式（２）のカップリング剤を配合して均一に混合し、無機充填材の表面処理を行う。次に、式（３）のカップリング剤以外の成分、つまり、エポキシ樹脂と処理された無機充填材と硬化剤及びその他の成分をミキサーやブレンダー等で混合する。次に、この混合物に式（３）のカップリング剤を配合した後、ニーダーやロールで８０〜１３０℃で加熱混練する。このようにして本発明のエポキシ樹脂組成物を調製することができる。また、加熱混練後、必要に応じて冷却固化し、粉砕して粉状等にしても良い。
【００２２】
本発明の半導体装置は、上記エポキシ樹脂組成物で半導体チップを封止して形成されるものである。成形方法としてはトランスファー成形などを用いることができる。また、成形条件は、例えば、温度が１６０〜２００℃、注入スピード５〜３０秒、注入圧力６．９〜１４．７ＭＰａ、キュアタイム６０〜３００秒に設定することができるが、半導体装置の大きさ等に応じて適宜設定可能である。
【００２３】
そして、本発明では、式（２）のカップリング剤で処理した無機充填材をエポキシ樹脂や硬化剤と混合した後、この混合物に式（３）のカップリング剤を配合するので、密着性や耐リフロー性を高くすることができる。
【００２４】
【実施例】
以下本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００２５】
（実施例１〜５及び比較例１）
表１の配合量で各成分を配合する。混合順は、まず、無機充填材に式（２）のカップリング剤を配合して均一に混合し、次に、エポキシ樹脂と処理された無機充填材と硬化剤及びその他の成分（式（３）のカップリング剤以外の成分）をミキサーやブレンダー等で混合し、次に、この混合物に式（３）のカップリング剤を配合した後、ニーダーやロールで１２０℃で加熱混練する。このようにしてエポキシ樹脂組成物を調製した。
【００２６】
式（１）に示すジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂としては、大日本インキ（株）製のＨＰ７２００（エポキシ当量２６４）を用いた。オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては、住友化学（株）製のＥＳＣＮ１９５ＸＬ（エポキシ当量１９５）を用いた。フェノールノボラック樹脂としては、群栄化学（株）製のＰＳＭ６２００（水酸基当量１０５）を用いた。式（２）に示すフェノールアラルキル樹脂としては、住金化工（株）製のＨＥ１００Ｃ（水酸基当量１６９）を用いた。
【００２７】
式（２）に示すメルカプトシランカップリング剤としては、信越化学（株）製のＫＢＭ８０２、ｎ＝３）を用いた。式（３）に示すアミノシランカップリング剤としては、信越化学（株）製のＫＢＭ９０３（ｍ＝３、ｎ＝３）を用いた。
（比較例２）
各成分の配合量は実施例１と同様にした。混合順は、まず、無機充填材に式（２）のカップリング剤と式（３）のカップリング剤の両方を配合して均一に混合し、次に、エポキシ樹脂と処理された無機充填材と硬化剤及びその他の成分をミキサーやブレンダー等で混合した後、ニーダーやロールで加熱混練する。このようにしてエポキシ樹脂組成物を調製した。
【００２８】
（比較例３）
各成分の配合量は実施例１と同様にした。混合順は、まず、無機充填材に式（３）のカップリング剤を配合して均一に混合し、次に、エポキシ樹脂と処理された無機充填材と硬化剤及びその他の成分（式（２）のカップリング剤以外の成分）をミキサーやブレンダー等で混合し、次に、この混合物に式（２）のカップリング剤を配合した後、ニーダーやロールで加熱混練する。このようにしてエポキシ樹脂組成物を調製した。
【００２９】
上記の実施例１〜５及び比較例１〜３について、密着性と耐リフロー性と内部クラックの有無について評価した。
【００３０】
密着性の試験は、４２アロイの金属板の表面に実施例１〜５及び比較例１〜３のプリン型成形品を１７５℃で成形した後、せん断方向に荷重をかけてプリン型成形品と金属板とが剥離するまでの荷重を測定した。
【００３１】
耐リフロー性の試験は、実施例１〜５及び比較例１〜３を封止樹脂として、１４ｍｍ角のＬＱＦＰＴＥＧ（外形サイズ：１４×１４×１．４ｔ４２アロイのリードフレーム）のパッケージを形成し、このパッケージを８５℃／８５％ＲＨ／１６８ｈｒ吸湿後，ＩＲリフロー処理（２６５℃ＭＡＸ／２６０℃１０秒）を行った。そして、ＩＲリフロー処理後の封止樹脂とリードフレームの剥離を観察した。内部クラックの試験は、上記の耐リフロー性の試験を行ったパッケージを超音波探査装置で確認したのち、実体顕微鏡でクラックの有無を観察した。尚、耐リフロー性及び内部クラックの試験は１０個のサンプルで行い、耐リフロー性では（裏面剥離発生数）／１０個で、内部クラックは（クラック発生数）／１０個でそれぞれ表した。結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】

【００３３】
表１から明らかなように、実施例１〜５は比較例１〜３に比べて密着性、耐リフロー性、内部クラックの各性能が大幅に向上した。特に、実施例１と比較例２、３とを対比すると、これらの各成分の配合量は同一であるにもかかわらず、実施例１の方が比較例２、３よりも各性能が向上した。このようになる理由は各シランカップリング剤の添加方法の違いによるところである。
【００３４】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１の発明は、式（１）で示されるエポキシ樹脂と、式（２）で示されるカップリング剤で処理された無機充填材と、式（３）で示されるカップリング剤と、硬化剤とを含有するので、この組成物で半導体装置の封止樹脂を成形することによって、リードフレームとの密着性及び耐リフロー性を向上させることができるものである。
【００３５】
また、本発明の請求項２の発明は、式（２）で示されるカップリング剤を無機充填材の全量に対して０．２〜２．０質量％配合して処理すると共に、式（３）で示されるカップリング剤を組成物の全量に対して０．１〜２．０質量％含有するので、封止樹脂の密着性及び耐リフロー性をさらに向上させることができるものである。
【００３６】
また、本発明の請求項３の発明は、式（４）で示される硬化剤を含有するので、封止樹脂の密着性及び耐リフロー性をさらに高くすることができるものである。
【００３７】
また、本発明の請求項４の発明は、無機充填材を組成物の全量に対して７５〜９０質量％含有するので、封止樹脂の耐リフロー性を高く維持しながら、成形の際に半導体にボンディングされたワイヤーが流されたり未充填部分が生じたりすることがなくなるものである。

Claims

式（１）で示されるエポキシ樹脂と、式（２）で示されるカップリング剤で処理された無機充填材と、式（３）で示されるカップリング剤と、硬化剤とを含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法であって、前記式（２）で示されるカップリング剤で処理された無機充填材と前記エポキシ樹脂と前記硬化剤とを混合した後、この混合物に前記式（３）で示されるカップリング剤を配合して成ることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法。
式（２）で示されるカップリング剤を無機充填材の全量に対して０．２〜２．０質量％配合して処理すると共に、式（３）で示されるカップリング剤を組成物の全量に対して０．１〜２．０質量％含有して成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の製造方法。
式（４）で示される硬化剤を含有して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法。
無機充填材を組成物の全量に対して７５〜９０質量％含有して成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法。