(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂組成物の硬化物を粉砕する硬化物粉砕工程と、この工程で得られた粉砕物を乾燥する乾燥工程と、乾燥された前記粉砕物をカップリング剤で表面処理する表面処理工程と、８０重量％以下となる量の表面処理の施された前記粉砕物と未硬化のエポキシ樹脂、フェノ一ル系樹脂硬化剤、硬化促進剤および無機充填材を混練する混練工程とを具備してなることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法。
【請求項２】
前記硬化物粉砕工程が、エポキシ樹脂組成物の硬化物を粒度が１５０μｍ以下、平均粒径が５０μｍ以下に粉砕する工程であることを特徴とする請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法。
【請求項３】
前記乾燥工程が、前記硬化物粉砕工程で得られた前記粉砕物を１１０℃から１５０℃の温度で２０時間以上加熱して乾燥する工程であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物、半導体装置および半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エポキシ樹脂組成物は、優れた成形加工性、耐熱性、耐候性および信頼性を有し、さらに量産に適し安価であるところから、集積回路素子などの半導体装置の封止樹脂として大量に用いられている。
【０００３】
これらの半導体装置はパソコンその他の電子機器に多量に使用されているが、急激な需要増加と限りなく続く機能の向上により、比較的短期間で廃棄されている。
【０００４】
また、半導体装置などの製造工程においても、トランスファー成形装置などにより半導体装置を樹脂封止する際、封止樹脂使用量の３〜７割がカル部や、ランナー部などの成形屑や不良品などとなって製品とならずに廃棄されている。
【０００５】
熱可塑性樹脂のリサイクル方法についてはかなり研究が進められ、その技術も多数発表されているが、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂組成物については、製造ラインに実用可能な技術がなく、そのほとんどが廃棄物となっているのが実情である。
【０００６】
硬化したエポキシ樹脂組成物は、そのままでは再利用ができない上に、粉砕してエポキシ樹脂組成物の充填材に利用しようとしても粉砕物を配合したエポキシ樹脂組成物は電気絶縁特性が低く、一方、半導体装置の封止樹脂には高い電気絶縁特性が要求されるため、このようなエポキシ樹脂組成物の使用は集積回路素子に不良を発生させたり寿命に影響を与えるおそれがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、硬化したエポキシ樹脂組成物の硬化物は、そのままの再利用ができない上に、粉砕して充填材として再利用しようとしても電気特性の低い成形品しか得られないという問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる従来の問題を解決すべくなされたもので、エポキシ樹脂組成物の硬化物を充填材として再利用した半導体封止用エポキシ樹脂組成物、半導体装置および半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂組成物の硬化物を粉砕しカップリング剤で表面処理した充填材の８０重量％以下と、未硬化のエポキシ樹脂、フェノ一ル系樹脂硬化剤、硬化促進剤および無機充填材とを混練してなることを特徴としている。
【００１０】
本発明の半導体装置は、この半導体封止用エポキシ樹脂組成物によりモールドしてなることを特徴としている。
【００１１】
本発明の半導体装置用エポキシ樹脂組成物の製造方法は、図１に示すように、エポキシ樹脂組成物の硬化物を粉砕する硬化物粉砕工程１と、この工程で得られた粉砕物を乾燥する乾燥工程２と、乾燥された前記粉砕物をカップリング剤で表面処理する表面処理工程３と、８０重量％以下となる量の表面処理の施された前記粉砕物と未硬化のエポキシ樹脂、フェノ一ル系樹脂硬化剤、硬化促進剤および無機充填材を混練する混練工程４とを具備してなることを特徴としている。
【００１２】
以下、図１に従ってこの実施態様の各工程を具体的に説明する。
【００１３】
硬化物粉砕工程１は、例えば硬化したエポキシ樹脂組成物を粗粉砕する工程と微細粉砕する工程の２段階で行われ、粗粉砕工程では、ロールミル、ロータリーカッターミル、ジョクシャーなどを用いて硬化物の粗粉砕がおこなわれ、微細粉砕工程では振動ミル、ボールミルなどを用いて粗粉砕された硬化物が微粉砕される。硬化したエポキシ樹脂組成物としては、無機充填材を５０〜９５％含むエポキシ樹脂組成物が適している。
【００１４】
この硬化物粉砕工程１では、エポキシ樹脂組成物の硬化物が粒度が１５０μｍ以下で、平均粒径が５０μｍ以下、好ましくは粒度が７５μｍ以下で平均粒径が１５〜２５μｍとなるよう粉砕され、必要に応じて篩分けされる。この粉砕物の粒度が１５０μｍを越えると、成形の際、粉砕品が成形装置のゲート等に詰まってしまい、未充填を起こし、成形性が劣り実用困難となり、平均粒径が５０μｍを越えると十分な流動性が得られなくなるのでいずれも好ましくない。
【００１５】
また、乾燥工程２では、硬化物粉砕工程で得られた粉砕物が１１０℃から１５０℃、好ましくは１２０℃から１３０℃、の温度で２０時間以上加熱乾燥されて粉砕物から水分が除去される。１１０℃より低い温度では、得られる封止樹脂の成形品の耐半田リフロー性が悪くなり、１５０℃を越えると粉砕された硬化エポキシ樹脂組成物が熱劣化するようになるのでいずれも好ましくない。加熱時間は粉砕物中の水分を十分に乾燥させる必要があるので２０時間以上とすることが望ましい。なお、粉砕物を減圧下で乾燥するようにすれば、１１０℃より低い温度で短時間で乾燥することも可能である。乾燥手段としては、公知の任意の乾燥装置を使用できるが、必要に応じて除湿乾燥機や真空乾燥機を用いることができる。  表面処理工程３では、乾燥させた粉砕品がγ−グリシドオキシプロピルメトキシシラン等のエポキシシラン、γ−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、アミノシラン等のカップリング剤を用いて表面処理される。この表面処理により粉砕物の流動性と得られる封止樹脂の耐半田リフロー性が向上する。カップリング剤の使用量は、乾燥後の粉砕品１００重量部に対して０．０５〜３０重量部が望ましい。
【００１６】
混練工程４では、まず表面処理された粉砕物と、（Ａ）未硬化のエポキシ樹脂、（Ｂ）フェノ一ル系樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤および（Ｄ）無機充填材とが均一に混合される。このとき、粉砕物の配合量は、全体の８０重量％以下となるようにする。粉砕物の配合量が８０重量％を越えると得られる半導体封止用エポキシ樹脂組成物の成形時の流動性が十分得られず好ましくない。（Ａ）未硬化のエポキシ樹脂、（Ｂ）フェノ一ル系樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤および（Ｄ）無機充填材の配合量は、（Ａ）：（Ｂ）：（Ｃ）：（Ｄ）＝３〜１５：１〜１０：０．１〜３：５０〜９５の範囲が好ましい。
【００１７】
（Ａ）エポキシ樹脂としては、例えば１分子中に２個以上のエポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマーを挙げることができる。このようなエポキシ樹脂としては、例えば、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノ一ルノボラック型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノ一ルメタン型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ化合物、ビスフェノ一ル型エポキシ化合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらは単独で用いても混合して用いてもよい。エポキシ樹脂の軟化点、融点、エポキシ当量については特に制限されることはない。
【００１８】
（Ｂ）フェノ一ル系樹脂硬化剤としては、例えば１分子に２個以上のフェノ一ル性水酸基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマーが挙げられる。このようなフェノ一ル系樹脂硬化剤としては、例えば、フェノ一ルノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノ一ル樹脂、キシリレン変性フェノ一ル樹脂、トリフェノ一ルメタン型フェノ一ル樹脂等が例示されるが、これらに限定されるものではない。また、これらは単独でも、混合して用いてもよい。フェノ一ル系樹脂硬化剤の軟化点、融点、水酸基当量については特に制限されるものではない。
【００１９】
（Ｃ）硬化促進剤としては、エポキシ基とフェノ一ル性水酸基との反応を促進させるものであればよく、一般に封止用材料に使用されているものを広く使用することができる。例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリフェニルホスフィン、ジメチルベンジルアミン、２−メチルイミダゾール等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いてもよい。これらの硬化促進剤は、樹脂組成物中にドライブレンドされても溶融ブレンドされても、または両者の併用でブレンドされてもよい。
【００２０】
（Ｄ）無機充填材としては、一般に溶融シリカ粉未、結晶シリカ粉末等の封止材料に使用されているものを広く使用することができる。また、無機充填材の形状は粉砕状、球状のいずれも使用可能である。
【００２１】
以上の各配合成分の他、必要に応じてシランカップリング剤、ブロム化エポキシ樹脂、三酸化アンチモン等の難燃剤、カーボンブラック等の着色剤、天然ワックス、合成ワックス等の離型剤およびシリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力添加剤等種々の添加剤を適宜配合してもよい。
【００２２】
これらの各成分は、リボンブレンダ−やタンブラーのような公知の混合手段で混合される。
【００２３】
混練工程４では、均一に混合され混合物が、例えば熱ロール、ニーダ、バンバリーミキサのような混練手段で剪断力を加えながら混練される。混練過程では剪断発熱により混合物の温度は７０〜１２０℃程度まで上昇する。十分混練が行われた硬化性の混練物は、放冷または冷却ロールのような冷却手段を用いて、常温または必要に応じて常温以下にまで冷却される。
【００２４】
粉砕工程８では、冷却された混練物が粉砕される。
【００２５】
このようにして得られた熱硬化性樹脂組成物９は、タブレット化され半導体封止用エポキシ樹脂として成形装置例えばトランスファー成形装置、注型装置、ブロー成形装置、射出成形装置、押出成形装置等に供給されて半導体装置に成形される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００２７】
［実施例］
実施例１
溶融シリカ含有率が８３重量％の硬化したエポキシ樹脂組成物を、ロールミルで粗粉砕し、次いでボールミルで微粉砕し篩分けして、粒度が１５０μｍ以下で、平均粒怪が５０μｍの粉砕品を得た。
【００２８】
この粉砕品を、１２５℃のオーブンで２４時間加熱し、粉砕物中の水分を乾燥させた。次に、乾燥された粉砕品１００重量部に対して、０．１重量部のγグリシドオキシプロピルメトキシシランカップリング剤を加え、公知の方法で表面処理を行った。以下の説明では、この表面処理の行われた粉砕品を粉砕処理品Ａという。
【００２９】
粉砕処理品Ａの２０重量部と次の成分とを、ヘンシエルミキサを用いて常温で混合した。
【００３０】
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂          ８．５重量部
テトラブロモビスフェノ一ルＡ型エポキシ樹脂  １．５重量部
フェノ一ルノボラック樹脂                        ６重量部
トリフェニルホスフィン                      ０．２重量部
三酸化アンチモン                                ２重量部
カーボンブラック                            ０．２重量部
ワックス                                    ０．２重量部
カップリング剤                              ０．４重量部
球状シリカ                                    ６１重量部
次に、この混合物を熱ロールを用いて混練した。混練中の混練物の温度は９０〜１２０℃となった。混練物が冷却した後、スピードミルを用いて粉砕し、粉末状の熱硬化性樹脂脂組成物を得た。
【００３１】
この粉末状の熱硬化性樹脂組成物をタブレット化し、トランスファー成形機により１８０℃の温度で半導体パッケージを成形した。
【００３２】
図２は、成形直後の半導体パッケージを模式的に示したもので、銅板を打ち抜いたリードフレーム１１の半導体素子マウント用リード１２に、集積回路素子１３がマウントされ、集積回路素子１３の各電極パッド１４と予め定められた各リード１５とが、ワイヤボンダによりワイヤボンデイングされている。このワイヤボンデイング部および上記集積回路素子１３は、この実施例で得られた熱硬化性エポキシ樹脂組成物１５により樹脂モールドされて半導体装置が成形される。
【００３３】
実施例２
カップリング剤として、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランカップリング剤を用いた以外は、実施例１と同様にして、粒度が１５０μｍ以下で平均粒径が５０μｍ以下の粉末状の粉砕処理品Ｂを得た。
【００３４】
粉砕処理品Ｂの３０重量部と次の成分とを、ヘンシエルミキサを用いて常温で混合した。
【００３５】
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂          ８．５重量部
テトラブロモビスフェノ一ルＡ型エポキシ樹脂  １．５重量部
フェノ一ルノボラック樹脂                        ６重量部
トリフェニルホスフィン                      ０．２重量部
三酸化アンチモン                                ２重量部
カーボンブラック                            ０．２重量部
ワックス                                    ０．２重量部
カップリング剤                              ０．４重量部
球状シリカ                                    ５１重量部
次に、この混合物を熱ロールを用いて混練した。混練中の混練物の温度は９０〜１００℃となった。混練物が冷却した後、スピードミルを用いて粉砕し、粉末状の熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００３６】
実施例３
カップリング剤として、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランカップリング剤とγ−グリシドオキシプロピルメトキシシランカップリング剤を１対１  （重量）で混合したものを用いた以外は、実施例１と同様にして、粒度が１５０μｍ以下で平均粒径が５０μｍ以下の粉末状の粉砕処理品Ｃを得た。
【００３７】
粉砕処理品Ｃの１０重量部と次の成分とを、ヘンシエルミキサを用いて常温で混合した。
【００３８】
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂          ８．５重量部
テトラブロモビスフェノ一ルＡ型エポキシ樹脂  １．５重量部
フェノ一ルノボラック樹脂                        ６重量部
トリフェニルホスフィン                      ０．２重量部
三酸化アンチモン                                ２重量部
カーボンブラック                            ０．２重量部
ワックス                                    ０．２重量部
カップリング剤                              ０．４重量部
球状シリカ                                    ５１重量部
破砕シリカ                                    ２０重量部
次に、この混合物を熱ロールを用いて混練した。混練中の混練物の温度は９０〜１２０℃となった。混練物が冷却した後、スピードミルを用いて粉砕し、粉末状の熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００３９】
実施例４
粉砕処理品Ａの配合量を５重量部、球状シリカ５１重量部、破砕シリカ２５重量部とした以外は、他の成分および方法は実施例１と同様の配合とし、実施例１の方法で、粉末状の熱硬化性樹脂脂組成物を得た。
【００４０】
実施例５
溶融シリカ含有率が７５重量％の硬化したエポキシ樹脂組成物を、ロールミルで粗粉砕し、次いでボールミルで微粉砕し篩分けして、粒度が１５０μｍ以下で、平均粒怪が５０μｍの粉砕品を得た。
【００４１】
この粉砕品を、１２５℃のオーブンで２４時間加熱し、粉砕物中の水分を乾燥させた。次に、乾燥された粉砕品１００重量部に対して、０．１重量部のγグリシドオキシプロピルメトキシシランカップリング剤を加え、公知の方法で表面処理を行った。この粉砕品を粉砕処理品Ｄという。
【００４２】
粉砕処理品Ｄの３０重量部と次の成分とを、ヘンシエルミキサを用いて常温で混合した。
【００４３】
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂          ８．５重量部
テトラブロモビスフェノ一ルＡ型エポキシ樹脂  １．５重量部
フェノ一ルノボラック樹脂                        ６重量部
トリフェニルホスフィン                      ０．２重量部
三酸化アンチモン                                ２重量部
カーボンブラック                            ０．２重量部
ワックス                                    ０．２重量部
カップリング剤                              ０．４重量部
球状シリカ                                    ５１重量部
次に、この混合物を熱ロールを用いて混練した。混練中の混練物の温度は９０〜１２０℃となった。混練物が冷却した後、スピードミルを用いて粉砕し、粉末状の熱硬化性樹脂脂組成物を得た。
【００４４】
実施例６，７
粉砕処理品Ｄの配合量を１０重量部（実施例６）、５重量部（実施例７）とした以外は実施例１と同様の配合および方法で、粉末状の熱硬化性樹脂脂組成物を得た。
【００４５】
比較例１、２
実施例１と同様の方法で、表１に示した組成により、粉末状の熱硬化性樹脂脂組成物を得た。
【００４６】
実施例１〜７および比較例１、２の配合を表１に示す。
【００４７】
【表１】
0003957944.tif 000002
これらの硬化性樹脂組成物の特性を測定した結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】
0003957944.tif 000003
なお、表中、吸水率は、トランスファー成形によって直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの成形品を作り、これを１２７℃、２気圧の飽和水蒸気中に２４時間放置し、この間に増加した重量によって求めたものである。
【００４９】
また、耐ハンダ信頼性は、低圧トランスファー成形機を用いて１７５℃、射出圧７０ｋｇｆ／ｃｍ3 、保圧時間６０秒の条件で８０ｐＱＦＰ（１．４ｍｍ厚）を成形し、得られた成形品を１２５℃で８時間ポストキュアし、１２５℃で２４時間乾燥させた後、８５℃、相対湿度７０％の恒温恒湿槽で１６８時間吸湿させ、ＩＲリフロー２４０℃の半田処理を行ない、外部クラックを外観検査にて調べ、内部クラックおよび内部剥離の発生状態を超音波探傷装置を用いて調べたものである。
【００５０】
【発明の効果】
表２の結果からも明らかなように、本発明の硬化したエポキシ樹脂組成物の粉砕品を配合した半導体封止用エポキシ樹脂組成物は新規配合品だけからなる半導体封止用エポキシ樹脂組成物と同等の特性を有し、環境問題および資源再利用の問題を解消しつつ半導体装置の封止用樹脂として有効に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様の各工程を示す概要図
【図２】成形直後の半導体パッケージの模式図
【図１】
0003957944.tif 000004
【図２】
0003957944.tif 000005