(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材及びカーボンブラックを必須成分とする半導体用封止材の製造法において、カーボンブラックをエポキシ樹脂又は硬化剤をマトリクスとするマスターバッチとして配合する半導体用封止材の製造法であって、
前記マスターバッチは、エポキシ樹脂または硬化剤の一部又は全部とカーボンブラックとを混合し、混練することにより製造したものであることを特徴とする半導体用封止材の製造法。
【請求項２】
マトリックスの硬化剤がフェノール樹脂系硬化剤である請求項１記載の半導体用封止材の製造法。
【請求項３】
カーボンブラックのマスターバッチ全体にしめる比率が０．３〜６０重量％である請求項１又は２記載の半導体用封止材の製造法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の製造法で得られた半導体用封止材を用いて半導体素子を封止してなる樹脂封止型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーボンブラックが原因で発生する電気不良がなく、成形性、信頼性、レーザーマーク性に優れた半導体用封止材及びそれを用いた樹脂封止型半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップは、チップの集積度の向上と共に、チップサイズの大型化、半導体装置の小型化、薄型化、多ピン化が進んでいる。同時に、インナーリード間やパッド間、ワイヤー間などピッチ間距離も益々狭くなってきている。この時、封止材中に着色剤として含まれるカーボンブラックが大きな粗粒として存在する場合には、インナーリード間やパッド間そしてワイヤー間に導電性であるカーボンブラックが挟まり、電気不良をおこす原因になる。
着色剤としてのカーボンブラックの配合は、その配合量が封止材全体の１重量％未満と少ないため、他の材料と一緒にして一括混合・混練されるのが一般的であり、時おりカーボンブラックの分散不良による電気事故を引き起こしていた。
このようなカーボンブラックに起因による電気不良の防止策として、カーボンブラックの添加量の低減検討や、カーボンブラックと染料の併用及びカーボン代替物質としての染料等の検討も行われているがまだ満足できるものはないのが実状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる状況に鑑みなされたもので、樹脂封止型半導体装置における、カーボンブラックに起因する電気不良がなく、且つ成形性、信頼性、レーザーマーク性に優れたエポキシ樹脂封止材及び該封止材を用いて封止した半導体装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
かかる目的は本発明によれば、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材及びカーボンブラックを必須成分とする半導体用封止材の製造法において、カーボンブラックをエポキシ樹脂又はその硬化剤をマトリクスとするマスターバッチとして配合してなる半導体用封止材をもちいて半導体阻止を封止することにより達成される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられるエポキシ樹脂は特に制限はないが、例えば、電子部品封止用として一般に使用されている、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂をはじめとするフェノール類とアルデヒド類から合成されるノボラック樹脂をエポキシ化したエポキシ樹脂、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、アルキル置換ビフェノールなどのジグリシジルエーテル、ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸などのポリアミンとエピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンとフェノール類の共縮合樹脂のエポキシ化物、ナフタレン環を有するエポキシ樹脂、ナフトールアラルキル樹脂のエポキシ化物、トリメチロールプロパン型エポキシ樹脂、テルペン変性エポキシ樹脂、オレフィン結合を過酢酸などの過酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂、及び脂環族エポキシ樹脂などを、単独又は併用して用いることができる。
【０００６】
エポキシ樹脂の硬化剤としては特に制限はないが、例えば、電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料で一般に使用されている、フェノール、クレゾール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のフェノール類又はα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類とホルムアルデヒド類のアルデヒド類とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られる樹脂、フェノール・アラルキル樹脂、ナフトール・アラルキル樹脂等のフェノール樹脂系硬化剤を単独又は併用して用いることができる。
硬化剤の配合量は、エポキシ樹脂中のエポキシ基数／硬化剤中の水酸基数の比で求められ、それぞれの未反応分を少なく抑えるために、０．７〜１．３の範囲に設定することが好ましく、特に０．８〜１．２の範囲に設定することが好ましい。
【０００７】
また、エポキシ樹脂と硬化剤との反応を促進する硬化促進剤についても特に制限はなく、例えば、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、１，５−ジアザ−ビシクロ（４，３，０）ノネン、５，６−ジブチルアミノ−１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール等の３級アミン類及びこれらの誘導体、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール等のイミダゾール類及びこれらの誘導体、トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィン等の有機ホスフィン類及びこれらのホスフィン類に無水マレイン酸、ベンゾキノン、ジアゾフェニルメタン等のπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有するリン化合物、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィンテトラフェニルボレート、２−エチル−４−メチルイミダゾールテトラフェニルボレート、Ｎ−メチルテトラフェニルホスホニウム−テトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィンとベンゾキノンの付加物、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）−ウンデセン−７，２−フェニル−４−メチルイミダゾール、トリフェニルホスホニウム−トリフェニルボラン等があり、これらを単独又は併用して用いることができる。
硬化促進剤の使用量は、その種類にもよるが通常エポキシ樹脂と硬化剤の総量に対し０．１〜５重量％用いられる。
【０００８】
また、充填材としては、吸湿性低減及び強度向上の観点から無機充填材を用いることが必要である。無機充填材としては、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭化珪素、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコニア等の粉体、又はこれらを球形化したビーズ、チタン酸カリウム、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ等の単結晶繊維、ガラス繊維等を１種類以上配合することができる。さらに、難燃効果のある無機充填材としては水酸化アルミニウム、硼酸亜鉛等が挙げられ、これらを単独または併用することができる。
無機充填材の配合量としては、吸湿性、線膨張係数の低減及び強度向上の観点から封止材全体の７０〜９５重量％が好ましい。
上記の無機充填材の中で、線膨張係数低減の観点からは溶融シリカが、高熱伝導性の観点からはアルミナが好ましく、充填材形状は成形時の流動性及び金型摩耗性の点から球形が好ましい。
【０００９】
本発明に用いられるカーボンブラックとしては、不純物等のレベルが封止材に適用できるものであればその製法および原料の材質に特に制限はないが、１次粒子としての粒子径が１０〜１００ｎｍであることが着色力その他の特性に鑑み好ましい。
マスターバッチ化は、エポキシ樹脂または硬化剤の一部又は全部とカーボンブラックを混合し、押出やバッチ式、ロール式の加熱溶融法により混練することにより製造することができる。
【００１０】
本発明においては上記必須成分以外に必要に応じ、通常用いられるシリコーン等の可撓化材、各種カップリング剤、カルナバワックスやポリエチレンワックス等の離型剤、難燃剤、イオン捕捉剤等の添加剤を配合することができる。
【００１１】
上記のマスターバッチの作製方法をアラルキル型フェノール樹脂硬化剤とカーボンブラックのマスターバッチを例に説明すると、硬化剤とカーボンブラックを所定量混合し、その混合物をニーダ等で所定条件で混練し冷却する。得られた混合物を再度熱ロールで練り、冷却、粉砕し、アラルキル型フェノール樹脂硬化剤とカーボンブラックのマスターバッチを得る。
マスターバッチ全体におけるカーボンブラックの重量分率は、０．３〜６０重量％とすることが好ましい。０．３重量％未満では混和物自体の粘性不足によりカーボンの分散性が低下し、６０重量％を越えると混和物自体の粘性が大きくなりすぎてマスターバッチ化が困難となる。特に３〜５０重量％の範囲が好適に用いられる。 なお、マスターバッチを製造するに際し、必要に応じ公知の分散剤や表面処理剤等を添加することもできる。
【００１２】
以上のような原材料を用いて封止材を製造する方法としては、所定の配合となるように、マスターバッチ及びその他の原材料をミキサー等に投入し充分混合した後、熱ロール、押出機等によって混練し、冷却、粉砕することによって得ることができる。
本発明で得られる封止材を用いて電子部品を封止する方法としては、低圧トランスファー成形法が最も一般的であるが、インジェクション成形、圧縮成形、注型成形等の方法によっても可能である。
上記した手段を用いて製造したエポキシ樹脂封止材は、流動性、成形性、レーザーマーク性、カーボンブラックの分散性に優れており、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子の封止に好適に用いることができる。また、本封止材により得られた成形品中のカーボンブラックの粒子は顕微鏡観察の結果いずれも５０μｍ以下の粒子になっており、電気不良の発生を防止するのに有効である。
【００１３】
【実施例】
以下に本発明の実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
実施例１〜４、比較例１〜３
まず、表１〜３に示す各種の原料素材を予備混合（ドライブレンド）した後、二軸ロール（ロール表面温度約８０℃）で１０分間混練し、冷却粉砕した。
カーボンマスターバッチは表２に示す配合物をニ−ダに投入し、アラルキル型フェノ−ル樹脂硬化剤の場合はシリンダ−温度８０℃で５分間混練し室温まで冷却し、ついで表面温度を８０℃とした２軸ロールにより１０分間溶融混練し、冷却粉砕したものを、ビフェニル型エポキシ樹脂の場合はシリンダ−温度１１０℃で５分間混練し室温まで冷却し、ついで表面温度を１１０℃とした２軸ロールにより１０分間溶融混練し冷却粉砕したものを用いた。なお、マスターバッチはカーボンブラックの封止材全体に対する配合比率が０．３重量％となるよう配合した。
【００１４】
【表１】
0004517418.tif 000002
【００１５】
【表２】
0004517418.tif 000003
【００１６】
【表３】
0004517418.tif 000004
【００１７】
表１〜３に記載の材料は次の通りである。
ビフェニル型エポキシ樹脂（YX-4000H）：油化シェルエポキシ（株）製
臭素化エポキシ樹脂（YDB-400 ）：東都化成（株）製
アラルキル型フェノール樹脂（XL-225-3L ）：三井東圧化学（株）製
カーボンブラック（粒子径：18nm  比表面積：140m  /g)：三菱化学（株）製
金属錯体染料（Ｃｒ含有系）：中央合成（株）製
溶融シリカ（球状品  S-CO）：（株）マイクロン製
【００１８】
この封止材を用い、トランスファー成形機を用い、金型温度１８０℃、成形圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ2 、硬化時間９０秒の条件で各試験を行った。スパイラルフローは、ＥＭＭ１１−６６により測定した。熱時硬度は、シェア硬度計にて測定した。
また、この封止材を用いて、半導体素子をトランスファー成形機で同様の条件で成形し、１７５℃で６時間ポストキュアー後、耐湿性と半田耐熱性を評価した。
耐湿性に用いた半導体装置はＳＯＰ（Small Outline Package)−２８ピンであり、８５℃／８５ＲＨ％７２時間吸湿＋２１５℃／９０秒の前処理後、ＰＣＴ（１２１℃／２気圧）に放置してチップ上配線の断線の有無を評価した。
半田耐熱性に用いた半導体装置は、ＱＦＰ(Quad Flat Package)８０ピンの樹脂封止型半導体装置（外形寸法２０×１４×２．０ｍｍ）であり、リードフレームは４２アロイ材（加工なし）で８×１０ｍｍのチップサイズを有するものである。
このようにして得られた樹脂封止型半導体装置について、半田耐熱性を１２５℃／２４ｈベーキング後、８５℃／８５ＲＨ％で所定の時間吸湿した後、２４０℃／１０ｓｅｃの処理を行った時の樹脂封止型半導体装置のクラック発生率により判定した。
また、カーボン粒径の評価は、この封止材を用いて、トランスファー成形機で同様の条件でφ５０の円板を成形し、成形品の表面をサンドペーパーで研磨後、金属顕微鏡を用いて観察・評価した。
レーザーマーク性に用いた半導体装置は、ＱＦＰ−５４ピンであり、パッケージ表面をＹＡＧレーザーマーキング装置で印字し、目視でマーク性を評価した。
上記のＹＡＧレーザーのマーキング条件を以下に示す。
ＹＡＧレーザー波長：１０６４ｎｍ
レーザーパワー：５Ｊ
パルス幅：５０μｓｅｃ
上記の試験結果をまとめて表４に示す。
【００１９】
【表４】
0004517418.tif 000005
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、カーボンブラックを封止材組成物にマスターバッチとして添加することにより、成形性、信頼性、レーザーマーク性に優れ、且つ電気不良を大幅に低減可能な封止材および樹脂封止型半導体装置を提供することができる。