JP5167587B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents
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Description
[1] エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)、硬化促進剤(C)、及び無機充填材(D)を含むエポキシ樹脂組成物であって、前記無機充填材(D)が平均粒径10μm以上40μm以下、比表面積1m2/g以上3.5m2/g以下の球状溶融シリカ(d1)を含むものであり、かつ該球状溶融シリカ(d1)が平均粒径20μm以上60μm以下、比表面積0.1m2/g以上0.5m2/g以下の球状溶融シリカ(d11)と、平均粒径0.1μm以上10μm以下、比表面積1m2/g以上50m2/g以下の球状溶融シリカ(d12)とを含んでなるものであることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
[2] 前記球状溶融シリカ(d11)は、その粒子表面に溶融シリカ微粒子)が付着したものであり、球状溶融シリカ(d11)の粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径が0.1μm以上0.6μm以下であり、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合が20重量%以下である第[1]項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
[3] 前記球状溶融シリカ(d1)の全エポキシ組成物に対する配合割合が40重量%以上93重量%以下である第[1]項又は第[2]項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
[4] 前記無機充填材(D)の全エポキシ組成物中に対する配合割合が78重量%以上93重量%以下である第[1]項ないし第[3]項のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
[7] 第[6]項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂成形材料を用いて半導体素子を封止してなることを特徴とする半導体装置、
である。
以下、本発明について詳細に説明する。
球状溶融シリカ(d11)は、生産されるシリカの表面に付着する溶融シリカ微粒子の平均粒径及び0.1μm未満の超微粒子の割合が上記の範囲となるように、例えば、シリカの融点を超える火炎中に原料粉末を噴射する際に、熔融炉内の温度を均一に保つことで生産することができる。従来の一般の球状溶融シリカの生産においては、熔融炉内の温度が一定に保たれず、シリカの表面に付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合は20重量%以上のものとなっていた。この0.1μm未満の超微粒子の含有量が増えるに従って、シリカ粒子の表面活性が上昇する。この表面活性の強い超微粒子が、球状溶融シリカ(d11)のシリカ粒子表面に付着していると、粒子同士の凝集が起こりやすく、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の溶融粘度を上昇させるため、シリカ表面に付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合が20重量%以下であることが好ましい。また、この表面活性の強い超微粒子は、エポキシ樹脂組成物の上記硬化促進剤の触媒活性を弱めるため、シリカ表面に付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合が20重量%以下であることが同様に好ましい。
シリカの表面に付着した溶融シリカ微粒子は、走査型電子顕微鏡等を用いて3万倍以上で観察し、その表面の粒子画像を画像解析すること等により確認できる。画像解析の手段として、(株)マウンテック製のMACVIEWなどを用いて、シリカの表面に付着する微粒子の平均粒径や粒度分布を確認することができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)〜(D)成分の他、必要に応じて添加する添加物を、例えば、ミキサー等で充分に均一に混合した後、更に熱ロール、押し出し機又はニーダー等で溶融混練し、冷却後粉砕してエポキシ樹脂成形材料とすることができる。
本発明のエポキシ樹脂成形材料を用いて、半導体素子等の各種の電子部品を封止し、半導体装置を製造するには、トランスファーモールド、コンプレッションモールド、インジェクションモールド等の従来からの成形方法で硬化成形すればよい。
なお、実施例及び比較例で用いた無機充填材の内容について以下に示す。
球状溶融シリカ1:平均粒径24.0μm、比表面積2.2m2/g、球状溶融シリカA(平均粒径33.0μm、比表面積0.2m2/g、粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径0.3μm、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合5重量%)80重量%と球状溶融シリカB(平均粒径2.0μm、比表面積10m2/g)20重量%とをエアブレンダーで混合したもの
球状溶融シリカ2:平均粒径28.0μm、比表面積3.0m2/g、球状溶融シリカC(平均粒径38.0μm、比表面積0.3m2/g、粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径0.2μm、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合10重量%)90重量%と球状溶融シリカD(平均粒径2.0μm、比表面積25.0m2/g)10重量%とをエアブレンダーで混合したもの
球状溶融シリカ3:平均粒径32.0μm、比表面積1.3m2/g、球状溶融シリカE(平均粒径45.0μm、比表面積0.5m2/g、粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径0.15μm、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合15重量%)72重量%と球状溶融シリカF(平均粒径5.0μm、比表面積3.0m2/g)28重量%とをエアブレンダーで混合したもの
球状溶融シリカ4:平均粒径25.0μm、比表面積2.6m2/g、球状溶融シリカG(平均粒径37.0μm、比表面積1.2m2/g、粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径0.08μm、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合60重量%)80重量%と球状溶融シリカH(平均粒径2.0μm、比表面積10m2/g)20重量%とをエアブレンダーで混合したも
球状溶融シリカ5:平均粒径35.0μm、比表面積1.6m2/g、球状溶融シリカI(平均粒径45.0μm、比表面積1.0m2/g、粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径0.08μm、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合60重量%)72重量%と球状溶融シリカJ(平均粒径5.0μm、比表面積3.0m2/g)28重量%とをエアブレンダーで混合したもの
球状溶融シリカ6:平均粒径20.0μm、比表面積4.0m2/g、球状溶融シリカK(平均粒径30.0μm、比表面積1.3m2/g、粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径0.07μm、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合65重量%)72重量%と球状溶融シリカL(平均粒径3.0μm、比表面積15.0m2/g)28重量%とをエアブレンダーで混合したもの)
球状溶融シリカ7:平均粒径33.0μm、比表面積6.3m2/g、球状溶融シリカM(平均粒径38.0μm、比表面積0.3m2/g、粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径0.25μm、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合10重量%)96.5重量%と球状溶融シリカN(平均粒径0.05μm、比表面積183m2/g)3.5重量%とをエアブレンダーで混合したもの
球状溶融シリカ8:球状溶融シリカM(平均粒径38.0μm、比表面積0.3m2/g、粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径0.25μm、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合10重量%)
球状溶融シリカ9:球状溶融シリカF(平均粒径5.0μm、比表面積3.0m2/g)
球状溶融シリカ10:平均粒径0.6μm、比表面積6.2m2/g、金属シリコンと酸素と反応させて得た球状溶融シリカ
破砕シリカ:平均粒径22.5μm、比表面積1.8m2/g
エポキシ樹脂1:ビフェニル型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)製、YX−4000、エポキシ当量190g/eq、融点105℃) 68重量部
フェノール樹脂1:フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂(三井化学(株)製、XLC−LL、水酸基当量165g/eq、軟化点79℃) 48重量部
球状溶融シリカ10 100重量部
カップリング剤1:γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン 3重量部
カーボンブラック 3重量部
カルナバワックス 5重量部
を混合し、熱ロールを用いて、95℃で8分間混練して冷却後粉砕し、エポキシ樹脂成形材料を得た。得られたエポキシ樹脂成形材料を用いて、以下の方法で評価した。結果を表1に示す。
スパイラルフロー:低圧トランスファー成形機(コータキ精機株式会社製 KTS−15)を用いて、EMMI−1−66に準じたスパイラルフロー測定用金型に、金型温度175℃、注入圧力6.9MPa、硬化時間120秒の条件でエポキシ樹脂組成物を注入し、流動長を測定した。単位はcmで、100cm以上を流動性良好とした。
表1、2、3の配合に従い、実施例1と同様にしてエポキシ樹脂成形材料を得て、実施
例1と同様に評価した。結果を表1、2、3に示す。
実施例1以外で用いた原材料を以下に示す。
エポキシ樹脂2:ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂(日
本化薬(株)製、NC3000P、軟化点58℃、エポキシ当量273)
フェノール樹脂2:ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂(明和化成(
株)製、MEH−7851SS、軟化点107℃、水酸基当量204)
硬化促進剤4:1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7
カップリング剤2:N−フェニルγ−アミノプロピルトリエトキシシラン
カップリング剤3:γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン
一方、球状溶融シリカ(d11)の比表面積が本願発明の数値範囲から外れるものを用いた比較例1〜3では、流動性、金線変形が劣り、耐半田性も若干劣る結果となった。また、球状溶融シリカ(d12)の比表面積が本願発明の数値範囲から外れるものを用いた比較例4では、流動性、金線変形、硬化性、及び耐半田性が大幅に劣る結果となった。また、球状溶融シリカ(d11)を用いなかった比較例6では、流動性、金線変形、硬化性、及び耐半田性が大幅に劣る結果となった。また、球状溶融シリカ(d1)の代わりに破砕シリカを用いた比較例7では、流動性が著しく劣り、金線変形及び耐半田性の評価を行うためのパッケージの成形で未充填が生じる結果となった。
以上の通り、本発明に従うと、金線変形が発生し難く、流動性、成形性、硬化性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び耐半田性に優れた半導体装置が得られることが分かった。
Claims (6)
- エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)、硬化促進剤(C)、及び無機充填材(D)を含むエポキシ樹脂組成物であって、前記無機充填材(D)が平均粒径10μm以上40μm以下、比表面積1m2/g以上3.5m2/g以下の球状溶融シリカ(d1)を含むものであり、かつ該球状溶融シリカ(d1)が平均粒径20μm以上60μm以下、比表面積0.1m2/g以上0.5m2/g以下の球状溶融シリカ(d11)と、平均粒径0.1μm以上10μm以下、比表面積1m2/g以上50m2/g以下の球状溶融シリカ(d12)とを含んでなるものであり、前記球状溶融シリカ(d11)は、その粒子表面に溶融シリカ微粒子が付着したものであり、球状溶融シリカ(d11)の粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径が0.1μm以上0.6μm以下であり、付着した溶融シリカ微粒子全体に対する0.1μm未満の超微粒子の割合が20重量%以下であり、
前記球状溶融シリカ(d1)、(d11)、および(d12)の平均粒径はレーザー式粒度分布計を用いて測定するものであり、
前記球状溶融シリカ(d11)の粒子表面に付着した溶融シリカ微粒子の平均粒径は走査型電子顕微鏡を用いて前記表面の粒子画像の画像解析により測定するものである半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 - 前記球状溶融シリカ(d1)の全エポキシ組成物に対する配合割合が40重量%以上93重量%以下である請求項1に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 前記無機充填材(D)の全エポキシ組成物中に対する配合割合が78重量%以上93重量%以下である請求項1または請求項2のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 前記硬化促進剤(C)が、下記一般式(1)で表されるホスホニウムボレート化合物(c1)、並びに、テトラ置換ホスホニウム(P)と1分子内にフェノール性水酸基を2個以上有する化合物(Q)及び1分子内にフェノール性水酸基を2個以上有する化合物(Q)の共役塩基との分子会合体であって、該共役塩基が前記1分子内にフェノール性水酸基を2個以上有する化合物(Q)から1個の水素を除いたフェノキシド型化合物である分子会合体(c2)から選ばれる潜伏性・即速硬化性を有する1種以上の硬化促進剤を含むものである請求項1ないし請求項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。
(ただし、上記一般式(1)において、X1、X2、X3、及びX4は、芳香環又は脂肪
族基であり、それらは互いに同一であっても異なっていてもよい。Y1、Y2、Y3、及びY4は、芳香環又は脂肪族基であって、それらのうち少なくとも1つは、分子外に放出
しうるプロトンを少なくとも1個有するプロトン供与体がプロトンを1個放出してなる基であり、それらは互いに同一であっても異なっていてもよい。) - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を混合及び/又は溶融混練してなる半導体封止用エポキシ樹脂成形材料。
- 請求項5に記載の半導体封止用エポキシ樹脂成形材料を用いて半導体素子を封止してなることを特徴とする半導体装置。
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