JP6839114B2 - 半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シート、半導体装置、及びその製造方法 - Google Patents
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Description
(A)結晶性を有するビスフェノールA型エポキシ樹脂及び/又はビスフェノールF型エポキシ樹脂、
(B)前記(A)成分以外の25℃で固体の多官能型エポキシ樹脂、
(C)1分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール化合物、
(D)無機充填材、及び
(E)融点が170℃以上であり、1分子中に1個又は2個のヒドロキシメチル基を有するイミダゾール系硬化促進剤、
を含有する組成物をシート状に成形したものである半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートを提供する。
(A)結晶性を有するビスフェノールA型エポキシ樹脂及び/又はビスフェノールF型エポキシ樹脂、
(B)前記(A)成分以外の25℃で固体の多官能型エポキシ樹脂、
(C)1分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール化合物、
(D)無機充填材、及び
(E)融点が170℃以上であり、1分子中に1個又は2個のヒドロキシメチル基を有するイミダゾール系硬化促進剤、
を含有する組成物をシート状に成形したものである半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートである。
本発明の半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートは、上述の(A)〜(E)成分を含有する組成物をシート状に成形したものである。以下、各成分についてさらに詳細に説明する。
本発明に用いる(A)結晶性を有するビスフェノール型エポキシ樹脂としては、結晶性を有するビスフェノールA型エポキシ樹脂及び/又はビスフェノールF型エポキシ樹脂を使用する。このような結晶性を有するビスフェノール型エポキシ樹脂を使用することで、シート状に成形した際にシートに可とう性を付与することができるだけでなく、後述する(D)成分である無機充填材を高充填しても良好な成形性を有するものとすることができる。また、(A)成分は、結晶性を有するビスフェノールA型エポキシ樹脂及び/又はビスフェノールF型エポキシ樹脂であれば、分子量等に制限されずに用いることができるが、好ましくは結晶性を有するビスフェノールA型エポキシ樹脂である。
本発明に用いる(B)成分は、(A)成分以外の25℃で固体の多官能型エポキシ樹脂である。(B)成分は、本発明の半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートに使用すると、高いガラス転移温度や低反り性を実現するため、用いられる。ここで、「多官能型エポキシ樹脂」とは1分子中にエポキシ基を3個以上有するエポキシ樹脂のことを指すものとする。多官能型エポキシ樹脂としては中でも下記一般式(2)で示される構造が好ましい。
(C)成分である1分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール化合物は(A)成分である結晶性を有するビスフェノールA型エポキシ樹脂及び/又はビスフェノールF型エポキシ樹脂、(B)成分である(A)成分以外の25℃で固体の多官能性エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂に対する硬化剤として使用するものであり、1分子中に2個以上、好ましくは3個以上のフェノール性水酸基を有するものであれば一般に公知のものが使用できる。このような(C)成分としては、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、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等が挙げられ、これらは単独又は混合して用いても良い。これらのフェノール系の樹脂は、分子量、軟化点、水酸基量等に制限なく使用することができるが、軟化点が低く比較的低粘度のものが好ましい。
(D)成分である無機充填材は、本発明の半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートの強度を高めるために配合される。(D)成分の無機充填材としては、通常エポキシ樹脂組成物やシリコーン樹脂組成物に配合されるものを使用することができる。例えば、球状シリカ、溶融シリカ及び結晶性シリカ等のシリカ類、窒化珪素、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド等の無機窒化物類、アルミナ、ガラス繊維及びガラス粒子等が挙げられるが、補強効果に優れている、得られる硬化物の反りを抑えられるなどの点から、(D)成分はシリカを含有するものであることが好ましい。
本発明に用いる(E)成分は、融点が170℃以上であり、1分子中に1個又は2個のヒドロキシメチル基を有するイミダゾール系硬化促進剤である。この(E)成分は、上述の(A)、(B)成分のエポキシ樹脂と(C)成分の硬化剤との硬化反応を促進するために配合される。このような(E)成分を用いることで、本発明の半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートの保存安定性を向上させながら、封止成形時は未硬化にはならずにしっかりと硬化させることができ、硬化物のガラス転移温度を高くすることができる。特に、ヒドロキシメチル基を有することでイミダゾール系の硬化促進剤でありながら、保存安定性を向上させることができる。
本発明の半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートの材料となる組成物には、(F)成分として離型剤を配合することができる。(F)成分の離型剤は、成形時の離型性を高めるために配合するものである。このような(F)成分としては、カルナバワックス、ライスワックスをはじめとする天然ワックス、酸ワックス、ポリエチレンワックス、脂肪酸エステルをはじめとする合成ワックスがあるが、離型性の観点からカルナバワックスが好ましい。
本発明の半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートには、難燃性を高めるために(G)成分として難燃剤を配合することができる。
本発明の半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートには、イオン不純物による信頼性の低下を防ぐためにイオントラップ材を配合することができる。
本発明の半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートには、(A)成分、(B)成分、及び(C)成分の樹脂成分と(D)無機充填材との結合強度を強くしたり、シリコンウエハや有機基板との接着性を高くしたりするため、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤などのカップリング剤を配合することができ、中でもシランカップリング剤が好ましい。
本発明の半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートには、更に必要に応じて各種の添加剤を配合することができる。例えば、樹脂の性質を改善する目的でオルガノポリシロキサン、シリコーンオイル、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、有機合成ゴム、又は酸化防止剤、光安定剤等の添加剤、着色の観点からカーボンブラックのような顔料などを添加配合することができる。
本発明の半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートの製造方法としては、上述の(A)、(B)成分のエポキシ樹脂、(C)成分のフェノール硬化剤、(D)成分の無機充填材、(E)成分の硬化促進剤、及びその他の添加物を所定の組成比で配合し、これをミキサー等によって十分均一に混合した後、先端にTダイを設置した二軸押し出し機を用いたTダイ押し出し法が挙げられる。
また、本発明では、上述の本発明の半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートで半導体素子が封止されたものである半導体装置を提供する。
また、本発明では、上述の半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートを用いて半導体素子を封止する半導体装置の製造方法を提供する。
(A)結晶性を有するビスフェノールA型エポキシ樹脂及び/又はビスフェノールF型エポキシ樹脂
(A−1):結晶性ビスフェノールA型エポキシ樹脂(YL−6810:三菱化学(株)製商品名、エポキシ当量170、融点45℃)
(B−1):トリスフェノールメタン型エポキシ樹脂(EPPN−502H:日本化薬(株)製、エポキシ当量168、軟化点60℃、下記式)
(B’−1):固形ビスフェノールA型エポキシ樹脂(jER−1001:三菱化学(株)製、エポキシ当量475、軟化点64℃)
(B’−2):クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(EPICLON N−670:(株)DIC製、エポキシ当量210、軟化点73℃)
(B’−3):ビフェニル型エポキシ樹脂(YX−4000:三菱化学(株)製、エポキシ当量186、融点105℃)
(C−1):フェノール樹脂(DL−92:明和化成(株)製、水酸基当量107)
(D−1):溶融球状シリカ(CS−6103 53C2、(株)龍森製、平均粒径10μm)
(E−1):2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール(2PHZ−PW、融点170℃以上(230℃で分解)、四国化成(株)製)
(E−2):2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(2P4MHZ−PW、融点170℃以上(191〜195℃で分解)、四国化成(株)製)
(E’−1):2−フェニル−4−メチルイミダゾール(2P4MZ、融点174〜184℃、四国化成(株)製)
(E’−2):トリフェニルホスフィン(TPP、北興化学(株)製)
(E’−3):脂肪族ジメチルウレア(U−CAT 3513N、サンアプロ(株)製)
(F−1)カルナバワックス(TOWAX−131:東亜化成(株)製)
(G−1):モリブデン酸亜鉛担持酸化亜鉛(KEMGARD 911C:シャーウィンウィリアムズ製)
(H−1):ハイドロタルサイト類化合物(DHT−4C:協和化学工業(株)製)
(I−1):シランカップリング剤:3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(KBM−803:信越化学工業(株)製)
表1及び2に示す配合(質量部)で、あらかじめヘンシェルミキサーでプレ混合した後、Tダイを取り付けた2軸押し出し機を用いて幅300mm、厚さ0.5mmのシート状のエポキシ樹脂組成物を得た。
高化式フローテスター((株)島津製作所製 製品名 フローテスターCFT−500型)を用い、25kgfの加圧下、直径1mmのノズルを用い、温度175℃で各半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートの最低溶融粘度を測定した。さらに、各半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートを40℃に設定した恒温槽に入れ、72時間放置後の最低溶融粘度も同様の条件で測定した。結果を表1及び表2に示す。
EMMI規格に準じた金型を使用して、成形温度175℃、成形圧力6.9N/mm2、成形時間180秒の条件で上記熱硬化性エポキシ樹脂組成物を硬化し、180℃で4時間ポストキュアーした。ポストキュアーした硬化物から作製した試験片のガラス転移温度及び熱膨張係数をTMA(TMA8310リガク(株)製)で測定した。
未硬化状態の縦100mm、横10mm、厚さ1.0mmの半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートを作製し、このシートを、三点曲げ試験として、JIS K 6911:2006規格に準じて室温(25℃)にて、荷重速度2mm/minの速度で押し、図1に示すような加重−たわみ量曲線からたわみ量を測定した。結果を表1及び表2に示す。
Tダイ押し出し法で0.5mmの厚さで製造した半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートを直径150mm(6インチ)に切り出し、直径200mm(8インチ)で厚さが725μmのシリコンウエハの上にセットし、さらに半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートの上にPET製離型フィルムをセットした。これを150℃300秒キュアにセットされた真空プレスを用いて真空圧縮成形することで硬化封止した。その後、剥離フィルムをはがし、充填性及び外観を確認した。
(充填性)
問題なく充填できたものを○、未充填の箇所が生じたものを×として表1及び表2に記載した。
(外観)
外観がきれいなものを○、フローマークなど外観に問題を生じたものを×として表1及び表2に記載した。
Claims (9)
- (A)結晶性を有するビスフェノールA型エポキシ樹脂及び/又はビスフェノールF型エポキシ樹脂、
(B)前記(A)成分以外の25℃で固体の多官能型エポキシ樹脂、
(C)1分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール化合物、
(D)無機充填材、及び
(E)融点が170℃以上であり、1分子中に1個又は2個のヒドロキシメチル基を有するイミダゾール系硬化促進剤、
を含有する組成物をシート状に成形したものであることを特徴とする半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シート。 - 前記(B)成分が、トリスフェノールアルカン型エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シート。
- 前記(D)成分が、シリカを含むものであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シート。
- 前記半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートは、成形圧力6.9N/mm2で、175℃で180秒間加圧成形した後、180℃で4時間二次硬化した硬化物の熱機械分析(TMA)によるガラス転移温度が150℃以上のものであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シート。
- 前記半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートは、未硬化状態において三点曲げ試験におけるシートのたわみ量が25mm以上のものであることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シート。
- 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートで半導体素子が封止されたものであることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の半導体封止用熱硬化性エポキシ樹脂シートを用いて半導体素子を封止することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 半導体素子を封止する際に、加圧下及び/又は減圧下において、加熱しながらシートを軟化・溶融して半導体素子を封止することを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
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