JPH11349825A - Sealing resin composition and semiconductor device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sealing thermosetting resin composition prepared by adding a silica filler to a thermosetting resin and having good packing properties and workability in transfer molding, causing less abrasion of an apparatus in a molding process, and giving a sealed product having a small internal stress and to provide a semiconductor device. SOLUTION: There are provided a sealing resin composition comprising a thermosetting resin and a silica filler, wherein the silica filer comprises rounded silica microparticles prepared by chamfering crushed silica particles by attriting them under pressure in a gas by applying mechanical force to them and having a mean particle diameter of 200 μm or below in terms of the maximum particle diameter and is used in an amount of 100-2,000 pts.wt. per 100 pts.wt. thermosetting resin and a semiconductor device sealed therewith.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップ等の
電子部品をトランスファー成形などで封止するに用いる
封止用樹脂組成物と、該組成物によって樹脂封止された
半導体装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sealing resin composition used for sealing an electronic component such as a semiconductor chip by transfer molding or the like, and a semiconductor device resin-sealed with the composition.

【０００２】[0002]

【従来の技術】半導体チップ等の電子部品は、それを外
部環境から保護するためにセラミックパッケージや樹脂
パッケージで封止されているが、この封止材料について
は、コスト、生産性等の面から無機質充填剤を含有させ
た合成樹脂組成物によるものが普及している。2. Description of the Related Art Electronic components such as semiconductor chips are sealed with a ceramic package or a resin package in order to protect them from an external environment. A synthetic resin composition containing an inorganic filler has been widely used.

【０００３】この合成樹脂組成物は、エポキシ樹脂など
の熱硬化性樹脂とシリカ等の無機充填剤とから構成され
ているが、これらの合成樹脂組成物は、熱膨張係数が小
さく、良熱伝導性、低透湿性で機械的特性などに優れ、
しかも低コストのものが望ましいことから、この無機質
充填剤をその成形性の許す限り、できるだけ多量に配合
する必要がある。[0003] This synthetic resin composition is composed of a thermosetting resin such as an epoxy resin and an inorganic filler such as silica. However, these synthetic resin compositions have a small coefficient of thermal expansion and a good thermal conductivity. , Low moisture permeability, excellent mechanical properties, etc.
In addition, since a low-cost one is desirable, it is necessary to mix this inorganic filler in as large an amount as possible, as long as its moldability is allowed.

【０００４】しかしながら、充填剤として用いる無機質
粉末は、主としてその塊状物を、適度の大きさと分布を
もった粉末に粉砕するため、その形状は一般に角をもっ
ており、これとエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を混練し
て封止材料とした場合、その流動性が十分ではなく、充
填性や作業性が悪いうえ、成形加工工程で使用する装置
類を著しく摩耗するという欠点をもっていた。また、封
止される半導体チップにとっても、充填剤粒子の鋭くと
がった角が半導体素子表面を傷つけ、そのことがソフト
エラーを引き起こす原因となるとの報告も出されてい
る。[0004] However, the inorganic powder used as a filler is mainly crushed into a powder having an appropriate size and distribution. When a resin is kneaded to form a sealing material, the fluidity is not sufficient, the filling property and the workability are poor, and the devices used in the molding process have the drawback of being significantly worn. In addition, it has been reported that, even for a semiconductor chip to be sealed, sharp sharp corners of the filler particles damage the surface of the semiconductor element, which causes a soft error.

【０００５】一般に、熱硬化性樹脂が硬化する際には、
収縮することにより応力が生じるが、この応力のほか半
導体素子から発生する熱により、半導体基板と封止樹脂
組成物の熱膨張係数の差が大きいために生ずる応力が存
在する。これらの内部応力のうち、後者の応力を緩和す
るために、通常、熱膨張率の小さい無機質充填剤を、で
きるだけ多量に充填することが望ましい。しかしなが
ら、この面においても、粉砕によって製造された角ばっ
た充填剤では、充填剤を増やすと極端に流動性が低下す
るために、量的な制約を受けざるを得ず、その制約のも
とでは内部応力の緩和には役立たない。Generally, when a thermosetting resin is cured,
The shrinkage causes stress, but in addition to this stress, there is a stress generated due to a large difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor substrate and the sealing resin composition due to heat generated from the semiconductor element. Of these internal stresses, in order to relieve the latter stress, it is usually desirable to fill the inorganic filler having a low coefficient of thermal expansion as much as possible. However, also in this aspect, in the case of a square filler produced by pulverization, an increase in the amount of the filler extremely decreases the flowability, so that the amount of the filler must be limited, and under such restrictions, It does not help alleviate internal stress.

【０００６】このような問題点を解決するため、例え
ば、特開昭 58-145613号公報または特開昭 61-118131号
公報によれば、結晶微粉末シリカをガス流とともにノズ
ルから噴出させ、粒子の分散、溶融、冷却等を適当な条
件に制御して、球状の溶融微粉末シリカをつくる方法が
提案されている。しかしながら、この方法はコストが高
くなる欠点を有する。In order to solve such a problem, for example, according to JP-A-58-145613 or JP-A-61-118131, silica fine powder is ejected from a nozzle together with a gas flow to form particles. There has been proposed a method for producing spherical fused fine powder silica by controlling dispersion, melting, cooling and the like of the powder under appropriate conditions. However, this method has the disadvantage of increasing costs.

【０００７】一方、結晶タイプの球状シリカの丸味を帯
びたシリカ微粉末粒子の製造方法については、特公平 4
-60053号公報（シリカ微粉末粒子の製造方法）が公告さ
れている。しかしながら、この方法は、シリカ充填剤の
不純物イオン濃度が高くなり、また、シリカ充填剤の水
分含有量も高くなる等の欠点があった。On the other hand, a method for producing rounded silica fine powder of crystalline spherical silica is disclosed in
No. -60053 (a method for producing silica fine powder particles) has been published. However, this method has drawbacks such as an increase in the impurity ion concentration of the silica filler and an increase in the water content of the silica filler.

【０００８】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、シリ
カ充填剤を配合した熱硬化性樹脂の組成物であって、ト
ランスファー成形に適して充填性や作業性がよく、成形
加工工程で使用する装置の摩耗も少なくて、かつ電子部
品の内部応力が小さい封止用樹脂組成物および半導体装
置を提供しようとするものである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thermosetting resin composition containing a silica filler, which is suitable for transfer molding, has good filling properties and workability, and is used in a molding process. It is an object of the present invention to provide a sealing resin composition and a semiconductor device in which the abrasion of the device is small and the internal stress of the electronic component is small.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、機械的応力を加
えながら気体中で粒子同士を摩砕して、最大粒子径が20
0 μｍ以下で、平均粒子径が5 μｍ以上70μｍ以下であ
るシリカ微粉末が、熱硬化性樹脂に配合するシリカ充填
剤として、良好な流動性を付与するとともに高配合を可
能にすることを知った。Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor has crushed particles in a gas while applying mechanical stress, and has a maximum particle diameter of 20 μm.
We know that silica fine powder with an average particle diameter of 0 μm or less and an average particle diameter of 5 μm or more and 70 μm or less provides good fluidity and enables high compounding as a silica filler to be mixed with thermosetting resin. Was.

【００１０】さらに、上記特定の方法で角を丸めたシリ
カ微粉末粒子を熱硬化性樹脂に配合すれば、トランスフ
ァー成形における充填性や作業性がよく、成形加工工程
での装置の摩耗も少なくて、かつ半導体封止装置などの
内部応力が小さい封止用樹脂組成物が得られることをも
見いだし、本発明を完成したものである。Furthermore, if the silica fine powder particles whose corners are rounded by the above-mentioned specific method are mixed with a thermosetting resin, the filling property and the workability in transfer molding are good, and the wear of the apparatus in the molding process is small. Further, the present inventors have also found that a sealing resin composition having a small internal stress in a semiconductor sealing device or the like can be obtained, and the present invention has been completed.

【００１１】即ち、本発明の封止用樹脂組成物は、熱硬
化性樹脂とシリカ充填剤とからなり、シリカ充填剤が、
破砕状シリカに機械的応力を加えながら気体中で粒子同
士を摩砕することによってシリカ粒子の角をとり、丸み
をおびさせたシリカ微粉末であって、最大粒子径が200
μｍ以下で平均粒子径が5 μｍ以上70μｍ以下であると
ともに、熱硬化性樹脂100 重量部に対して該シリカ充填
剤が100 〜2000重量部の割合に配合されることを特徴と
し、本発明の半導体装置は、熱硬化性樹脂がエポキシ樹
脂である上記封止用樹脂組成物の硬化物によって、半導
体チップが封止されてなることを特徴とするものであ
る。That is, the encapsulating resin composition of the present invention comprises a thermosetting resin and a silica filler, wherein the silica filler is
This is a silica fine powder that has rounded and rounded silica particles by grinding particles in a gas while applying mechanical stress to the crushed silica, and has a maximum particle diameter of 200.
The present invention is characterized in that the average particle diameter is 5 μm or more and 70 μm or less, and the silica filler is blended in a proportion of 100 to 2000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the thermosetting resin. The semiconductor device is characterized in that a semiconductor chip is sealed with a cured product of the sealing resin composition in which the thermosetting resin is an epoxy resin.

【００１２】以下、本発明を詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail.

【００１３】本発明に用いるシリカは、結晶シリカ、溶
融シリカのいずれでも構わず、結晶シリカとしては、一
般に天然の高純度の珪石、珪砂、水晶等が用いられ、溶
融シリカは、これら結晶シリカを高温で溶融してインゴ
ットにしたものである。通常、これらをジョークラッシ
ャー、ロールクラッシャー等で粗砕し、これら粗砕品を
さらにボールミル等で微粉砕し、本発明における破砕状
シリカとして用いる。ここで得られる破砕状シリカの平
均粒子径は、最終製品の角をとって丸みを帯びたシリカ
充填剤のそれよりもやや大きくしておく必要がある。The silica used in the present invention may be either crystalline silica or fused silica. As the crystalline silica, natural high-purity silica, silica sand, quartz or the like is generally used. It is melted at high temperature to form an ingot. Usually, these are coarsely crushed by a jaw crusher, a roll crusher or the like, and these crushed products are further finely crushed by a ball mill or the like, and used as crushed silica in the present invention. The average particle size of the crushed silica obtained here must be slightly larger than that of the silica filler which is rounded at the corners of the final product.

【００１４】また、本発明において機械的応力として、
外部からローラーに加える押圧力は、機械により押圧の
仕方が異なるので数値的に限定できないが、押圧力があ
まり強い場合、角とりのみならず粒子の体積破壊がお
き、粉砕が進行し角とりが阻害される。また、あまり弱
い場合は、角とりの効率が低下してくるので、機械、原
料、品種（結晶質、非結晶質）等に応じて、適切に決め
ればよい。また、数ｍｍ以下の粗砕品を直接この角とり
工程に送って、所望粒度への粉砕と同時に角とり操作を
行うこともできる。Further, in the present invention, the mechanical stress is
The pressing force applied to the roller from the outside cannot be limited numerically because the pressing method differs depending on the machine. Be inhibited. In addition, if it is too weak, the efficiency of the squaring decreases, so it may be appropriately determined according to the machine, raw material, type (crystalline, non-crystalline) and the like. In addition, a crushed product having a size of several mm or less can be directly sent to the de-squaring step, and the de-sizing operation can be performed simultaneously with the pulverization to a desired particle size.

【００１５】このように外部から押圧力を加えがら粒子
同士を摩砕する手段には、種々の方法があるが、エネル
ギー等のコストあるいは効率性の面からみてローラミル
が最も有効に使用できる。There are various methods for grinding the particles while applying a pressing force from the outside as described above, but a roller mill can be used most effectively from the viewpoint of cost and efficiency of energy and the like.

【００１６】本発明に用いるシリカ充填剤は、上記の如
くして得たシリカ微粉末を含有するものである。そのシ
リカ充填剤の最大粒子径は、200 μｍ以下で、好ましく
は100 μｍ以下である。粒子径が200 μｍを超えると、
半導体の樹脂封止の工程でつまりを生じる場合があるた
め使用できない。更に平均粒子径は、5 μｍ以上70μｍ
以下である。5 μｍ未満または70μｍを超えると樹脂組
成物の良好な流動性が損なわれる。上記、5 〜70μｍの
平均粒子径のシリカ充填剤は、摩砕手段における押圧力
あるいは回転数等を適宜調節することにより得ることが
できる。The silica filler used in the present invention contains the silica fine powder obtained as described above. The maximum particle size of the silica filler is 200 μm or less, preferably 100 μm or less. When the particle size exceeds 200 μm,
It cannot be used because clogging may occur in the resin sealing process of the semiconductor. Further, the average particle size is 5 μm or more and 70 μm
It is as follows. If it is less than 5 μm or more than 70 μm, good fluidity of the resin composition is impaired. The silica filler having an average particle diameter of 5 to 70 μm can be obtained by appropriately adjusting the pressing force or the number of revolutions in the grinding means.

【００１７】本発明の樹脂組成物は、上述したシリカ充
填剤を熱硬化性樹脂に配合させたものである。The resin composition of the present invention is obtained by mixing the above-mentioned silica filler with a thermosetting resin.

【００１８】ここで用いる熱硬化性樹脂としては、例え
ば、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レゾ
ルシノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、酢
酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、アクリル樹
脂、ビニルウレタン樹脂、シリコーン樹脂、α−オレフ
ィン無水マレイン酸樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド
樹脂等が挙げられ、これらは単独又は2 種以上混合して
使用することができる。このなかでもエポキシ樹脂が工
業的に有利に用いられる。これらの熱硬化性樹脂100 重
量部に対して、本発明のシリカ充填剤を100 〜2000重量
部の範囲で配合すると所望の樹脂組成物が得られる。な
お、熱硬化性樹脂の100 重量部のなかには、その熱硬化
性樹脂に必要な硬化剤および硬化触媒の配合量が含まれ
る。シリカ充填剤配合が100 重量部以下では内部応力低
下の効果がみられず、2000重量部を超えると、樹脂の流
動性が著しく低下するので好ましくない。熱硬化性樹脂
に充填剤を混練する方法としては、通常、ニーダ、ロー
ルミル、ミキサー等を用いればよい。The thermosetting resin used here includes, for example, urea resin, melamine resin, phenol resin, resorcinol resin, epoxy resin, polyurethane resin, vinyl acetate resin, polyvinyl alcohol resin, acrylic resin, vinyl urethane resin, silicone resin , Α-olefin maleic anhydride resin, polyamide resin, polyimide resin and the like, and these can be used alone or in combination of two or more. Among them, epoxy resins are industrially advantageously used. By mixing the silica filler of the present invention in an amount of 100 to 2,000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the thermosetting resin, a desired resin composition can be obtained. The amount of the curing agent and curing catalyst required for the thermosetting resin is included in 100 parts by weight of the thermosetting resin. When the amount of the silica filler is less than 100 parts by weight, the effect of lowering the internal stress is not observed, and when the amount exceeds 2,000 parts by weight, the fluidity of the resin is remarkably reduced. As a method of kneading the filler with the thermosetting resin, usually, a kneader, a roll mill, a mixer, or the like may be used.

【００１９】本発明の封止用樹脂組成物は、上述したシ
リカ充填剤および熱硬化性樹脂を主成分とするが、本発
明の目的に反しない限り、また必要に応じて、粘度調整
用の溶剤、カップリング剤、その他の添加剤を配合する
ことができる。その溶剤としては、ジオキサン、ヘキサ
ン、ベンゼン、トルエン、ソルベントナフサ、工業用ガ
ソリン、酢酸セロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセ
ロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート、
ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メ
チルピロリドン等が挙げられ、これらは単独又は2 種以
上混合して使用することができる。The encapsulating resin composition of the present invention contains the above-mentioned silica filler and thermosetting resin as main components, but it does not adversely affect the object of the present invention and, if necessary, adjusts the viscosity. Solvents, coupling agents, and other additives can be blended. As the solvent, dioxane, hexane, benzene, toluene, solvent naphtha, industrial gasoline, cellosolve acetate, ethyl cellosolve, butyl cellosolve acetate, butyl carbitol acetate,
Examples thereof include dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, and the like, and these can be used alone or in combination of two or more.

【００２０】本発明の半導体装置は、エポキシ樹脂を熱
硬化性樹脂とした上記樹脂組成物より半導体チップを封
止して容易に製造できる。The semiconductor device of the present invention can be easily manufactured by encapsulating a semiconductor chip from the above resin composition using an epoxy resin as a thermosetting resin.

【００２１】[0021]

【作用】本発明において角が丸められた特定のシリカ充
填剤と、熱硬化性樹脂とを配合することによって、本発
明の封止用樹脂組成物が得られる。この樹脂組成物を使
用することにより、トランスファー成形における充填性
や作業性がよく、成形加工工程での装置の摩耗も少なく
なり、かつ良好な充填性にみあってシリカ充填剤の配合
量も高められて、封止物での内部応力を小さくすること
ができる。The sealing resin composition of the present invention can be obtained by blending a specific silica filler having rounded corners and a thermosetting resin in the present invention. By using this resin composition, the filling property and workability in transfer molding are good, the wear of the equipment in the molding process is reduced, and the blending amount of silica filler is increased due to good filling property. As a result, the internal stress in the sealed object can be reduced.

【００２２】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例によって説
明するが、本発明は、これらの実施例によって限定され
るものではない。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【００２３】実施例１〜４ 破砕状シリカを気体中で粒子同士を摩砕することによっ
てシリカ粒子の角をとり、丸みをおびさせたシリカ微粉
末であって、最大粒子径が180 μｍで平均粒子径が20μ
ｍであるシリカ充填剤Ａを、エポキシ樹脂100 重量部に
対し、表１に示す重量部を配合し、ロールミルにて混練
後冷却、粉砕し、実施例１〜４のエポキシ樹脂組成物を
得た。Examples 1 to 4 A silica fine powder obtained by grinding crushed silica particles in a gas to grind the particles and rounding the silica particles, and having a maximum particle diameter of 180 μm and an average particle diameter of 180 μm. Particle size 20μ
m of the silica filler A was mixed with 100 parts by weight of the epoxy resin in parts by weight shown in Table 1, kneaded by a roll mill, and then cooled and pulverized to obtain epoxy resin compositions of Examples 1 to 4. .

【００２４】比較例１〜４ 角張ったシリカ微粉末であって、最大粒子径が120 μｍ
で平均粒子径が25μｍであるシリカ充填剤Ｂを、実施例
で使用したと同じエポキシ樹脂の100 重量部に対し、表
２に示す重量部を配合し、ロールミルにて混練後冷却、
粉砕し、比較例１〜４のエポキシ樹脂組成物を得た。Comparative Examples 1 to 4 Square silica fine powder having a maximum particle size of 120 μm
The silica filler B having an average particle diameter of 25 μm was mixed with 100 parts by weight of the same epoxy resin as used in the examples, and the weight parts shown in Table 2 were blended.
By pulverizing, the epoxy resin compositions of Comparative Examples 1 to 4 were obtained.

【００２５】前記実施例および比較例で作成したエポキ
シ樹脂組成物の流動性をみるため、高化式フロー粘度お
よびスパイラルフローを測定してこの結果を表１〜２に
それぞれ示した。実施例１〜４のシリカ充填剤Ａを使用
した樹脂組成物が比較例１ろ４のシリカ充填剤Ｂを使用
した樹脂組成物より流動性に優れ、また、フィラーを高
充填しても樹脂組成物粘度が低く、成形性および作業性
に優れていて、本発明の効果が確認された。In order to check the fluidity of the epoxy resin compositions prepared in the above Examples and Comparative Examples, Koka flow viscosity and spiral flow were measured, and the results are shown in Tables 1 and 2, respectively. The resin compositions using the silica filler A of Examples 1 to 4 are more excellent in fluidity than the resin compositions using the silica filler B of Comparative Examples 1 to 4, and the resin composition is high even if the filler is highly filled. The product viscosity was low, the moldability and workability were excellent, and the effect of the present invention was confirmed.

【００２６】[0026]

【表１】 ＊1 ：クレゾールノボラックエポキシ樹脂−ノボラックフェノール樹脂等量配合 、有機燐系触媒。 ＊2 ：175 ℃、荷重10ｋｇ（島津フローテスターＣＦＴ−５００型）。 ＊3 ：175 ℃×2 分硬化、ＥＭＭＩ規格１一６６に準じる。[Table 1] * 1: Cresol novolak epoxy resin-novolak phenol resin equivalent weight blend, organophosphorus catalyst. * 2: 175 ° C, load 10kg (Shimadzu flow tester CFT-500 type). * 3: Cured at 175 ° C for 2 minutes, according to EMMI Standard 1-166.

【００２７】[0027]

【表２】 ＊1 ：クレゾールノボラックエポキシ樹脂−ノボラックフェノール樹脂等量配合 、有機燐系触媒。 ＊2 ：175 ℃、荷重10ｋｇ（島津フローテスターＣＦＴ−５００型）。 ＊3 ：175 ℃×2 分硬化、ＥＭＭＩ規格１一６６に準じる[Table 2] * 1: Cresol novolak epoxy resin-novolak phenol resin equivalent weight blend, organophosphorus catalyst. * 2: 175 ° C, load 10kg (Shimadzu flow tester CFT-500 type). * 3: Curing at 175 ° C for 2 minutes, according to EMMI Standard 1-166

【００２８】[0028]

【発明の効果】本発明のシリカ充填剤を含有する熱硬化
性樹脂組成物を半導体等の電子部品の封止に用いること
により、トランスファー成形工程における流動性、摩耗
性が改善されるうえ、封止物の内部応力の低下にも役立
ち、作業性、特性の両面で改善をはかることができる。By using the thermosetting resin composition containing the silica filler of the present invention for sealing electronic parts such as semiconductors, the fluidity and abrasion in the transfer molding step are improved and the sealing property is improved. It also helps to reduce the internal stress of the fastener and improves both workability and characteristics.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 熱硬化性樹脂とシリカ充填剤とからな
り、シリカ充填剤が、破砕状シリカに機械的応力を加え
ながら気体中で粒子同士を摩砕することによってシリカ
粒子の角をとり、丸みをおびさせたシリカ微粉末であっ
て、最大粒子径が200 μｍ以下で平均粒子径が5 μｍ以
上70μｍ以下であるとともに、熱硬化性樹脂100 重量部
に対して該シリカ充填剤が100 〜2000重量部の割合に配
合されることを特徴とする封止用樹脂組成物。Claims: 1. A silica filler comprising a thermosetting resin and a silica filler, wherein the silica filler corners the silica particles by grinding the particles in a gas while applying mechanical stress to the crushed silica; A rounded silica fine powder having a maximum particle diameter of 200 μm or less, an average particle diameter of 5 μm or more and 70 μm or less, and a silica filler of 100 to 100 parts by weight of the thermosetting resin. A sealing resin composition, which is blended at a ratio of 2000 parts by weight. 【請求項２】 熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である請求
項１記載の封止用樹脂組成物の硬化物によって、半導体
チップが封止されてなることを特徴とする半導体装置。2. A semiconductor device wherein a semiconductor chip is sealed with a cured product of the sealing resin composition according to claim 1, wherein the thermosetting resin is an epoxy resin.