説明

半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびこれを用いた半導体装置

【課題】従来の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の欠点を改善し、密着性と耐リフロークラック性の共に優れた封止用エポキシ樹脂組成物を提供すること。
【解決手段】エポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤および無機充填材を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、添加剤としてビス(p−ニトロフェニル)ジスルフィドを、好ましくは半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量中に占める割合で0.01〜0.5質量%含有させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体素子の封止に用いられるエポキシ樹脂組成物と、これを用いて封止された半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、各種電子機器の小型化や薄肉化が進むにつれて、表面実装型半導体装置の利用分野はますます増大してきている。この種の半導体装置を作製する際に、表面実装型パッケージは直接はんだ温度に曝されため、パッケージが吸湿する様なことがあると、はんだ付け時に吸湿水分が急激に揮発膨張し、パッケージクラックを引き起こすことがある。従って、パッケージの構成要素となる封止材は、高レベルの密着性を備えることは当然として、はんだ付け時の耐リフロークラック性においても優れた特性が求められる。
【0003】
そこで、はんだ付け時のクラック耐性、即ち耐リフロークラック性を改善するため、封止材の構成成分である無機充填材を増量する高充填化法が試みられた。しかし、無機充填材の高充填化は、成形時における封止材の流動性を低下させるため限界があり、耐リフロークラック性の大幅な改善は望めない。
【0004】
そこで、エポキシ樹脂成分自体の性能向上によって耐リフロークラック性を改善すべく、硬化促進剤や第三成分の添加などを含めて幾つかの改良技術が提案されている。例えば特許文献1には、第三成分としてジアルキルジスルフィド化合物を適量含有させる方法、特許文献2には、水酸基を有する2つの芳香族基で置換されたジスルフィド化合物を適量含有させる方法、特許文献3には、カルボキシル基やアミノ基を有する2つのフェニル基で置換されたジスルフィド化合物を適量含有させる方法、などが提案されている。しかし、これらにしても、必ずしも満足し得る結果は得られていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2004−285316号公報
【特許文献2】特開2005−2221号公報
【特許文献3】特許第4016989号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の欠点を改善し、密着性と耐リフロークラック性の共に優れた封止用樹脂組成物を開発し、併せて高性能の半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決することのできた本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物とは、エポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤および無機充填材を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、添加剤としてビス(p−ニトロフェニル)ジスルフィドを含有するところに特徴を有している。
【0008】
本発明に係る上記エポキシ樹脂組成物において、その特徴である優れた密着性と耐リフロークラック性を両立させる上で好ましいビス(p−ニトロフェニル)ジスルフィドの含有量は、エポキシ樹脂組成物全量中に占める比率で0.01〜0.5質量%の範囲である。
【0009】
また本発明の半導体装置とは、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物で半導体を封止してなるところに特徴を有している。
【発明の効果】
【0010】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、第三成分として含有させるビス(p−ニトロフェニル)ジスルフィドの作用によって、半導体を封止する際に優れた密着性と耐リフロークラック性を発揮する。従って、これを半導体の封止材として用いるにより、コンパクトでより信頼性の高い半導体装置を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明に係る実施の形態を詳細に説明していく。
【0012】
本発明で用いるエポキシ樹脂は、封止用エポキシ樹脂材料として一般的に用いられているものであればその種類に格別の制限はなく、例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニレン型エポキシ樹脂、ナフトール・アラルキル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単独で使用できるほか、必要により任意の組み合わせで2種以上を併用できる。
【0013】
本発明で用いるフェノール樹脂硬化剤は、エポキシ樹脂の硬化剤として一般に使用されるものであればその種類は特に制限されず、例えば、ノボラック型フェノール樹脂、ビフェニル型フェノール樹脂、アラルキル型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂などが挙げられ、これらも単独で使用できる他、必要により任意の組み合わせで2種以上を併用できる。
【0014】
これらフェノール樹脂硬化剤の配合量は特に制限されないが、前記エポキシ樹脂中のエポキシ基数に対するフェノール樹脂硬化剤中のフェノール水酸基数の当量比(エポキシ基/フェノール水酸基)で、それぞれの未反応分を少なく抑える意味から0.5〜2とするのがよく、更に耐熱性や耐湿性を考慮すると、0.6〜1.3の範囲とするのがより好ましい。
【0015】
また、上記フェノール樹脂硬化剤の効果を一層高めるため、硬化促進剤を添加することも有効である。硬化促進剤としては、エポキシ基とフェノール性水酸基の反応を促進するものであればその種類は問わず、例えばテトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレートやトリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、ジアザビシクロウンデセン等の三級アミン類、2−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等が挙げられ、これらも単独で添加し得るほか、必要により2種以上を複合添加してもよい。
【0016】
本発明で用いる無機充填材としては、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコニア、チタニア等の粉体、ビーズ、繊維などが挙げられ、これらの無機充填材は単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0017】
上記無機充填材の中でも、充填性や線膨張係数低減の観点からは溶融シリカが特に好ましく、また、無機充填材の形状は充填性や金型摩耗性の観点からすると球形が好ましい。
【0018】
無機充填材の配合量は、密着性、耐リフロークラック性、あるいは更に、難燃性、成形性、吸湿性、線膨張係数低減、強度などの観点から、エポキシ樹脂組成物全量中に占める比率で60〜95質量%の範囲が好ましい。60質量%未満では耐リフロークラック性が不足気味となり、95質量%を超えると密着性が低下傾向となる。
【0019】
本発明では、上記成分に加えて、第三成分としてビス(p−ニトロフェニル)ジスルフィドを含有させるところに最大の特徴を有している。即ちこの成分は、封止用のエポキシ樹脂組成物として従来レベルを超える優れた密着性と耐リフロークラック性を与える上で必須の成分であり、その好ましい含有量は、エポキシ樹脂組成物全量中に占める比率で0.01〜0.5質量%の範囲である。
【0020】
本発明では、上記必須成分に加えて、通常の封止用樹脂組成物に配合されることのある各種の成分、例えば、シランカップリング剤や離型剤、着色剤、可とう剤などを、必要に応じて配合することができる。
【0021】
上記シランカップリング剤とは、1分子中に有機性官能基と加水分解性基を有しており、無機物とエポキシ樹脂との接着性を高める成分であり、例えば、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エトキシシラン等のアミノシラン;メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプトシラン;或いは、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のグリシドキシシラン等が挙げられ、これらは夫々単独で使用できる他、必要により2種以上を任意に組み合わせて使用できる。
【0022】
また、本発明で必要に応じて使用することのできる離型剤としては、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、カルボキシル基含有ポリオレフィンなどが、また難燃剤としては、リン系化合物、ブロム化合物、三酸化アンチモンなどが、さらに着色剤としては、カーボンブラックや有機染料などが、可とう剤としては、シリコーン可とう剤など例示される。
【0023】
上記配合成分からなる半導体封止用エポキシ樹脂組成物の調製法にも格別の制限はなく、常法に従って上記各成分を夫々秤量し、ミキシングロール、ブレンダー、押出機、らいかい機、プラネタリミキサ等によって混合又は溶融混練し、調製される樹脂組成物が固形である場合は、溶融混練した後に冷却固化してから粉砕すると、粉末状の樹脂組成物を得ることができる。また必要によっては、粉末状の樹脂組成物をタブレット状に打錠することもできる。
【0024】
この様にして得られる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いた半導体装置の製造例を挙げると、例えば、Niを35〜50質量%程度含むNi−Fe合金製のリードフレーム上に半導体素子をダイボンディングし、次にAu等からなる細線ワイヤーを用いたワイヤボンディング法などでリードフレームと半導体素子を結線する。次いで、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体装置とワイヤーを樹脂封止する。
【0025】
樹脂封止を行うに当たり、半導体封止用エポキシ樹脂組成物が固形である場合には、粉末状またはタブレット状の封止用エポキシ樹脂組成物をトランスファー成形などによって金型成形すればよく、封止用エポキシ樹脂組成物が液状である場合は、キャスティングやポッティング、印刷などの方法で注型・固化すればよい。
【実施例】
【0026】
以下、実施例、比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限されるものではない。
(実施例1〜6、及び、比較例1〜4)
下記表1に示す各配合原料を秤量し、ブレンダーで30分間混合して均一化する。次いで、80℃に加熱した2本ロールで溶融混練してから押出し、冷却後、粉砕機で所定の粒度に破砕して粒状の封止材を得た。
【0027】
なお、用いた配合原料は下記の通りである。
・エポキシ樹脂A:o−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(住友化学(株)製の商品名「ESCN 195XL」、エポキシ当量 195)
・エポキシ樹脂B:ビフェニル型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)製の商品名「YX4000H」、エポキシ当量 196)
・フェノール樹脂硬化剤A:ノボラック型フェノール樹脂(荒川化学(株)製の商品名「タマノール752」、水酸基当量 104)
・フェノール樹脂硬化剤B:アラルキル型フェノール樹脂(三井化学(株)製の商品名「XL−225」、水酸基当量 176)
・無機充填材:シリカ(電気化学社製の商品名「FB820」)
・シランカップリング剤:γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製の商品名「KBM403」)
・ビス(p−ニトロフェニル)ジスルフィド:和光純薬社製の試薬1級
・カーボンブラック:三菱化学社製の商品名「40B」
・硬化促進剤:北興化学社製の商品名「TPP」
・離型剤:大日化学社製のカルナバワックス、商品名「F1−100」
得られた封止用エポキシ樹脂組成物を使用し、下記の方法で評価試験を行なった。
【0028】
(評価試験法と条件および評価基準)
〔トランスファー成形条件〕
金型温度:175℃
注入圧力:70Kgf/cm
成形時間:90秒
後硬化 :175℃/6時間
〔スパイラルフロー〕
ASTM D3123に準拠したスパイラルフロー測定金型を使用し、上記条件で成形を行ったときの流動距離(cm)を測定した。
【0029】
〔耐リフロークラック性1〕
Cuリードフレームに、銀ペーストを用いて寸法8×9×0.4mmのテスト用チップを搭載する。外形寸法14×14×2.7mmの128pinQFPのパッケージを上記条件で成形し、85℃、85%の条件で168時間吸湿させた後、IRリフロー装置により240℃、10秒の条件でリフロー処理を行ってクラックの有無を確認し、試験パッケージ数に対するクラック発生パッケージ数で評価した。
【0030】
〔耐リフロークラック性2〕
上記耐リフロークラック性1において、吸湿時間を72時間、96時間および168時間とし、IRリフロー装置により260℃、10秒の条件でリフロー処理を行った以外は、前記上記耐リフロークラック性1と同様にしてクラックの有無を確認し、同様に試験パッケージ数に対するクラック発生パッケージ数で評価した。
結果を表1に示す。
【0031】
【表1】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、及び無機充填材を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、添加剤としてビス(p−ニトロフェニル)ジスルフィドを含有することを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項2】
前記ビス(p−ニトロフェニル)ジスルフィドの含有量が、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量中に占める割合で0.01〜0.5質量%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。
【請求項3】
前記請求項1または2に記載のエポキシ樹脂組成物で半導体を封止して得られることを特徴とする半導体装置。

【公開番号】特開2010−195880(P2010−195880A)
【公開日】平成22年9月9日(2010.9.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−40360(P2009−40360)
【出願日】平成21年2月24日(2009.2.24)
【出願人】(000005832)パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Fターム(参考)】