專利名稱：半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物及半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光標(biāo)記性及電氣特性優(yōu)良的半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物及使用了該環(huán)氧樹脂組合物的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
以往，主要用環(huán)氧樹脂組合物封裝的半導(dǎo)體器件，在其組成中作為著色劑含有具有導(dǎo)電性的碳黑。若使用作為著色劑含有碳黑的環(huán)氧樹脂，則半導(dǎo)體元件的屏蔽性優(yōu)良的同時，在半導(dǎo)體器件上用白字標(biāo)記品名和批號時，由于背景是黑的所以可以得到更鮮明的印字。特別是在最近，采用容易操作的YAG激光標(biāo)記的電子部件廠家正在增加，吸收YAG激光波長的碳黑已成為半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物的必要成分。
作為適合YAG激光標(biāo)記的環(huán)氧樹脂組合物，已經(jīng)知道，在組合物中含有0.1～3重量％碳黑的熱固化性樹脂組合物(特開平2-127449號公報)，其中，碳黑的碳含量是99.5％重量以上、氫含量為0.3％重量以下。
可是，隨著最近的半導(dǎo)體器件的微細(xì)間隔化，當(dāng)導(dǎo)電性著色劑的碳黑等作為粗大粒子存在于內(nèi)引線間、金屬線間時，往往產(chǎn)生所謂布線的短路及漏電的電氣特性不良現(xiàn)象。另外，碳黑等的粗大粒子夾在狹窄的金屬線間金屬線受到應(yīng)力，這也成為電氣特性不良的原因。
為了解決這些問題，在特開2001-335677號公報中公開了作為碳黑的替代品含有電阻107Ω以上的非導(dǎo)電性碳的封裝用環(huán)氧樹脂組合物。具有用該封裝用環(huán)氧樹脂組合物封裝的元件的電子部件裝置的YAG激光標(biāo)記性優(yōu)良，不發(fā)生漏電，成形性及包裝表面的外觀優(yōu)良。
可是，具有用含有電阻107Ω以上的非導(dǎo)電性碳的封裝用環(huán)氧樹脂組合物封裝的元件的電子部件裝置，雖然可以防止發(fā)生布線的短路或漏電，但是由于絕緣性高，因為靜電而生成粒徑約80μm以上的再凝聚物，該再凝聚物夾在金屬線間發(fā)生金屬線變形或金屬線流動，所以存在電氣特性不充分的問題。迄今，還沒有報道過電阻率高且不產(chǎn)生由靜電引起的再凝聚物的環(huán)氧樹脂組合物，因此強(qiáng)烈地需要開發(fā)這樣的產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物及使用它的半導(dǎo)體器件，該環(huán)氧樹脂組合物可得到優(yōu)良的YAG激光標(biāo)記性的同時，不發(fā)生布線的短路或漏電，不產(chǎn)生金屬線等的變形。
在這樣的實情下，本發(fā)明者進(jìn)行精心研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，作為著色劑，含有具有1×102Ω·cm以上、不足1×107Ω·cm的半導(dǎo)體領(lǐng)域的電阻率值的碳前驅(qū)體的環(huán)氧樹脂組合物可得到優(yōu)良的YAG激光標(biāo)記性的同時，不發(fā)生布線的短路或漏電，不產(chǎn)生金屬線變形等，從而完成本發(fā)明。
即，本發(fā)明是一種以環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、無機(jī)填充材料、固化促進(jìn)劑、具有1×102Ω·cm以上、不足1×107Ω·cm的半導(dǎo)體領(lǐng)域的電阻率值的碳前驅(qū)體作為必須成分的環(huán)氧樹脂組合物，其為半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其在全環(huán)氧樹脂組合物中，含有65～92重量％的上述無機(jī)填充材料及0.1～5.0重量％的上述碳前驅(qū)體。
另外，本發(fā)明在于提供一種半導(dǎo)體器件，其是使用上述半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物封裝半導(dǎo)體元件的。
在使用本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物封裝半導(dǎo)體元件時，可得到在黑色背景上用YAG激光進(jìn)行標(biāo)記的部分是白的且鮮明的對比度。另外，由于可高速，低電壓地得到Y(jié)AG激光的優(yōu)良的印字，所以生產(chǎn)效率提高。另外，作為著色劑，由于沒有必要使用碳黑等的導(dǎo)電性粒子，所以隨著最近的半導(dǎo)體器件的微細(xì)化，可避免因?qū)щ娦粤Ｗ佣略诓季€間引起的布線的短路或漏電。進(jìn)而，使用具有半導(dǎo)體領(lǐng)域的電阻率的碳前驅(qū)體，防止靜電的再凝聚，也可避免該再凝聚物夾在金屬線間而發(fā)生金屬線變形的危險性。
具體實施例方式
本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，作為必需成分含有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、無機(jī)填充材料、固化促進(jìn)劑及碳前驅(qū)體。作為本發(fā)明所用的環(huán)氧樹脂沒有特別限制，是在1個分子中具有2個以上的環(huán)氧基的物質(zhì)，例如，可舉出鄰甲酚漆用酚醛樹脂型環(huán)氧樹脂、苯酚漆用酚醛樹脂型環(huán)氧樹脂、三酚基甲烷型環(huán)氧樹脂、雙酚型環(huán)氧樹脂、聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂、二苯乙烯型環(huán)氧樹脂、二環(huán)戊二烯改性苯酚型環(huán)氧樹脂及萘酚型環(huán)氧樹脂等。這些環(huán)氧樹脂也可1種單獨或2種以上混合使用。另外，該環(huán)氧樹脂中從環(huán)氧樹脂組合物的固化性上看優(yōu)選環(huán)氧當(dāng)量是150～300的環(huán)氧樹脂。
作為本發(fā)明所用的苯酚樹脂沒有特別限制，是在分子中具有酚性羥基的物質(zhì)，例如，可舉出苯酚漆用酚醛樹脂、酚芳烷基樹脂、三酚基甲烷型樹脂及萜烯改性酚樹脂等。這些酚樹脂也可1種單獨或2種以上混合使用。另外，該環(huán)氧樹脂中從環(huán)氧樹脂組合物的固化性上看優(yōu)選羥基當(dāng)量是80～250的物質(zhì)。
作為本發(fā)明所用的無機(jī)填充材料，沒有特別限制，可使用一般封裝材料中所用的物質(zhì)，例如，可舉出熔融破碎氧化硅、熔融球狀氧化硅、結(jié)晶氧化硅、氧化鋁、鈦白、氫氧化鋁、滑石、白土及玻璃纖維等。作為這些無機(jī)填充材料的粒度分布，沒有特別限制，但粒徑150μm以下、優(yōu)選的是0.1～75μm的，在成型時，可向金屬模的細(xì)部填充的點上看是優(yōu)選的。
無機(jī)填充材料的添加量，在全環(huán)氧樹脂組合物中是65～92重量％、優(yōu)選的是70～91重量％。若不足上述下限值時，樹脂成分變多，受到Y(jié)AG激光標(biāo)記性的熱容易變色，為了得到鮮明的對比度，有必要另外添加防止樹脂成分由于熱而變色的添加劑等。另外，由于環(huán)氧樹脂組合物的固化物的吸濕率變高，所以在抗錫焊裂紋性或耐濕性等的特性不充分點上看是不理想的。另外，若超過上述上限值，由于流動性不充分，所以是不理想的。
作為本發(fā)明所用的固化促進(jìn)劑，只要是促進(jìn)環(huán)氧基和酚性羥基的反應(yīng)的就沒有特別限制，一般可利用封裝材料中所使用的固化促進(jìn)劑。若舉出該固化促進(jìn)劑，可舉出1，8-二氮雜二環(huán)(5，4，0)(十一)碳烯-7、三苯基膦、芐基二甲基胺及2-甲基咪唑等。這些固化促進(jìn)劑也可1種單獨或2種以上混合使用。
本發(fā)明所用的碳前驅(qū)體是具有1×102Ω·cm以上、不足1×107Ω·cm、優(yōu)選的是在1×104Ω·cm～1×107Ω·cm的半導(dǎo)體領(lǐng)域的電阻率值的物質(zhì)。另外，該碳前驅(qū)體的H/C重量％比是2/97～4/93、優(yōu)選的是2/97～4/94。對于電阻率值不足1×102Ω·cm或H/C重量％比不足2/97時，導(dǎo)電性提高，成為漏電的原因的點上是不理想的。另外，若電阻率超過1×107Ω·cm或H/C重量％比超過4/93時，由于接近絕緣領(lǐng)域，碳前驅(qū)體粒子由于靜電容易引起再凝聚，在封裝成形時，可能產(chǎn)生金屬線變形等，所以是不理想的。所說的H/C重量％比為2/97～4/93是指元素分析的碳前驅(qū)體的碳含有量是97～93重量％，氫原子含有量是2～4重量％。另外，碳前驅(qū)體的平均粒徑是0.5～50μm、優(yōu)選的是0.5～20μm的微粒子。若碳前驅(qū)體的平均粒徑不足0.5μm，YAG激光標(biāo)記性降低，不理想。若平均粒徑超過50μm，從著色力降低損壞外觀的點上看是不理想的。在封裝成形物中，若存在超過約80μm的凝聚物時，容易產(chǎn)生金屬線變形，但若使用含有本發(fā)明的碳前驅(qū)體的封裝用樹脂組合物，就不會產(chǎn)生這樣的凝聚物，所以對于金屬線不施加應(yīng)力而成為電氣特性優(yōu)良的部件。
上述電阻率可用公知的方法求出。具體地，可根據(jù)JISZ3197的方法測定。即，將具有梳型圖形的玻璃布基材環(huán)氧樹脂銅貼層壓板的G-10或SE-4作為基材，在該基材上涂覆焊劑后，進(jìn)行錫焊，在溫度25℃、相對濕度60％下用阻抗計測定在直流100V下的電阻值。
作為本發(fā)明所用的碳前驅(qū)體的制造方法，沒有特別限制，但例如可舉出將間甲酚樹脂、苯酚樹脂、聚丙烯腈等的芳香族聚合物，在600℃以上、650℃以下的燒成溫度下進(jìn)行了適當(dāng)時間燒成而碳化了的物質(zhì)。由該制造方法得到的碳前驅(qū)體可以1種單獨或2種以上混合使用。
碳前驅(qū)體的添加量，在全環(huán)氧樹脂組合物中是0.1～5.0重量％、優(yōu)選的是0.3～5.0重量％。若碳前驅(qū)體的添加量不足0.1重量％時，固化物的黑色度降低，固化物自身的顏色成為淺灰色，所以得不到印字是白色和背景是黑色的鮮明的對比度，是不理想的。另外，若超過5.0重量％，在半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂的流動性下降的點上是不理想的。
本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂，除了上述必須的成分外，根據(jù)需要也可適宜配合偶合劑、阻燃劑、脫模劑、應(yīng)力降低劑、抗氧化劑等的各種添加劑。
本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物是將上述必需的成分及其他的添加劑等用混合機(jī)等均勻地進(jìn)行常溫混合后，用加熱輥、捏合機(jī)和擠出機(jī)等的混煉機(jī)中進(jìn)行熔融混煉，將該混煉物冷卻后，粉碎而得到的。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件是通過使用上述半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物封裝半導(dǎo)體等的電子部件來制造的。作為使用本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物封裝電子部件的方法，例如可舉出轉(zhuǎn)移模具成型、壓塑模具成型、注塑模具成型等的成型方法。
以下，舉出實施例進(jìn)一步具體地說明本發(fā)明，但這只是一個例子，并不限制本發(fā)明。
實施例1用混合機(jī)常溫下混合表1的配合成分，用80～100℃的加熱輥熔融混煉，冷卻該混煉物后進(jìn)行粉碎得到環(huán)氧樹脂組合物。用以下的評價方法評價得到的環(huán)氧樹脂組合物。其結(jié)果表示在表2中。
表1

《評價方法》(螺旋流動)使用根據(jù)EMMI-1-66的金屬模，測定在金屬模溫度175℃、注入壓力6.9MPa、保壓時間120秒下的流動距離(cm)。螺旋流動判定的標(biāo)準(zhǔn)是將不足100cm作為不合格。將100cm以上作為合格。
(YAG激光標(biāo)記性)使用低壓傳遞成型機(jī)，在金屬模溫度175℃、注入壓力6.9MPa、保壓時間120秒下成型80pQFP(2.7mm厚度)，進(jìn)而，在175℃下進(jìn)行8小時的二次固化。接著，使用掩模型的YAG激光加印機(jī)(日本電氣社制)，在施加電壓2.4kV、脈沖寬度120μs的條件下標(biāo)記，評價印字的識別性(YAG激光標(biāo)記性)。將印字鮮明的作為合格。
(外觀觀察)使用低壓傳遞成型機(jī)，在金屬模溫度175℃、注入壓力6.9MPa、固化時間70秒下成型80pQFP(14×20×2.0mm厚度)，得到12個封裝體。用目視觀察外觀(固化物的顏色)。將黑色作為合格，將灰色作為不合格。
(錫焊裂紋性)使用低壓傳遞成型機(jī)，在金屬模溫度175℃、注入壓力6.9MPa、保持時間120秒下成型22個80pQFP(2.7mm厚度)，進(jìn)而，在175℃下進(jìn)行8小時的二次固化。接著，在150℃下進(jìn)行20小時的干燥后，在恒溫恒濕槽(85℃、相對濕度60％)中進(jìn)行加濕處理168小時后，在JEDEC條件的峰溫度235℃下進(jìn)行IR回流處理，用光學(xué)顯微鏡觀察外部有無裂紋。在不良品的個數(shù)是n個時，表示為n/22。另外，從吸濕前后的重量變化以重量％算出吸濕率。
(高溫漏電特性)使用低壓傳遞成型機(jī)，在金屬模溫度175℃、注入壓力7.8MPa、保壓時間90秒下封裝成型100個144pTQFP，該144pTQFP在金屬線結(jié)合間隙為60μm間距的試驗用芯片上實施了直徑30μm的金屬線。接著使用ADVANTEST制的微電流計8240A測定漏電流。判斷標(biāo)準(zhǔn)是將在175℃下漏電流比其中值高2個等級時作為不良。不良品的個數(shù)是n個時，表示為n/100。
(凝聚物評價)使用低壓傳遞成型機(jī)，在金屬模溫度175℃、注入壓力6.9MPa、保壓時間120秒下成形100mmφ的圓板。研磨該表面，用熒光顯微鏡(“BX51M-53MF”奧林帕斯社制)觀察研磨面，測定80μm以上的凝聚物個數(shù)。
(金屬線變形評價)使用低壓傳遞成型機(jī)，在金屬模溫度175℃、注入壓力7.8MPa、保壓時間90秒下封裝成形144pTQFP，該144pTQFP在金屬線結(jié)合間隙為60μm間距的試驗用芯片上實施了長度3mm、直徑25μm的金屬線。接著，照射X線使用不盡行破壞即可觀察封裝內(nèi)部的金屬線的軟X線裝置PRO-TEST-100(豎核題克(ソフテツクス)社制)測定金屬線移動。將對于金屬線長度方向垂直方向的變形的最大變形量作為a，將金屬線長度作為b時，將a/b×100(％)作為最大金屬線移動率。判斷標(biāo)準(zhǔn)是最大金屬線移動率為3％以上時作為不合格。
實施例2～實施例4除了用1.8重量份(實施例2)、3.0重量份(實施例3)、0.5重量份(實施例4)代替碳前驅(qū)體A的配合量1.0重量份之外，其他用與實施例1相同的方法進(jìn)行。另外，根據(jù)碳前驅(qū)體A的配合量的變化調(diào)整球狀熔融氧化硅的配合量。
實施例5除了使用下述碳前驅(qū)體B代替碳前驅(qū)體A之外，與實施例1相同地進(jìn)行。其結(jié)果表示在表2中。
將碳前驅(qū)體B；將平均粒徑15μm的球狀苯酚樹脂進(jìn)行干燥后，在650℃下燒成4小時以收率99％得到碳前驅(qū)體B。得到的碳前驅(qū)體B的物性是氫/碳重量％比＝2/97、平均粒徑是10μm、最大粒徑是30μm、電阻率值是1×104Ω·cm。
實施例6除了使用下述碳前驅(qū)體C3.0重量份代替碳前驅(qū)體A1.0重量份之外，與實施例1相同地進(jìn)行。另外，根據(jù)碳前驅(qū)體A的配合量的變化調(diào)整球狀熔融氧化硅的配合量。其結(jié)果表示在表2中。
碳前驅(qū)體C；將平均粒徑65μm的球狀苯酚樹脂進(jìn)行干燥后，在600℃下燒成4小時，以收率99％得到碳前驅(qū)體C。得到的碳前驅(qū)體C的物性是氫/碳重量％比＝3/96、平均粒徑是45μm、最大粒徑是60μm、電阻率是1×106Ω·cm。
實施例7除了使用下述碳前驅(qū)體D代替碳前驅(qū)體A之外，與實施例1相同地進(jìn)行。其結(jié)果表示在表2中。
碳前驅(qū)體D；將平均粒徑1.5μm的球狀苯酚樹脂進(jìn)行干燥后，在600℃下燒成4小時以收率99％得到碳前驅(qū)體D。得到的碳前驅(qū)體D的物性是氫/碳重量％比＝3/96、平均粒徑是1μm、最大粒徑是10μm、電阻率是1×106Ω·cm。
比較例1除了將配合成分的添加量作成表2所示的值之外，用與實施例1相同的方法進(jìn)行。也就是，比較例1是將球狀熔融氧化硅的配合量作成在環(huán)氧樹脂中超過92重量份的93重量份。其結(jié)果表示在表3中。
比較例2除了用配合量7.0重量份代替碳前驅(qū)體A的配合量1.0重量份之外，用與實施例1相同的方法進(jìn)行。另外，根據(jù)碳前驅(qū)體A的配合量的變化調(diào)整球狀熔融氧化硅的配合量。其結(jié)果表示在表3中。
比較例3除了用配合量0.1重量份代替碳前驅(qū)體A的配合量1.0重量份之外，用與實施例1相同的方法進(jìn)行。另外，根據(jù)碳前驅(qū)體A的配合量的變化調(diào)整球狀熔融氧化硅的配合量。其結(jié)果表示在表3中。
比較例4除了使用下述碳前驅(qū)體E代替碳前驅(qū)體A之外，與實施例1相同地進(jìn)行。其結(jié)果表示在表3中。
碳前驅(qū)體E；將平均粒徑80μm的苯酚樹脂進(jìn)行干燥后，在500℃下燒成4小時以收率99％得到碳前驅(qū)體E。得到的碳前驅(qū)體E的物性是氫/碳重量％比＝6/92、平均粒徑55μm、最大粒徑是70μm、電阻率是1×1010Ω·cm。
比較例5除了使用下述碳前驅(qū)體F代替碳前驅(qū)體A之外，與實施例1相同地進(jìn)行。其結(jié)果表示在表3中。
碳前驅(qū)體F；將平均粒徑4.5μm的苯酚樹脂進(jìn)行干燥后，在520℃下燒成4小時以收率99％得到碳前驅(qū)體F。得到的碳前驅(qū)體F的物性是氫/碳重量％比＝5/92、平均粒徑是3μm、最大粒徑是15μm、電阻率是1×109Ω·cm。
比較例6除了使用下述碳前驅(qū)體G代替碳前驅(qū)體A之外，與實施例1相同地進(jìn)行。其結(jié)果表示在表3中。
碳前驅(qū)體G；將平均粒徑4.5μm的苯酚樹脂進(jìn)行干燥后，在500℃下燒成4小時以收率99％得到碳前驅(qū)體G。得到的碳前驅(qū)體G的物性是氫/碳重量％比＝5/93、平均粒徑是3μm、最大粒徑是15μm、電阻率1×108Ω·cm。
比較例7除了使用下述碳黑A0.5重量份代替碳前驅(qū)體A1.0重量份之外，與實施例1相同地進(jìn)行。另外，根據(jù)碳前驅(qū)體A的配合量的變化調(diào)整球狀熔融氧化硅的配合量。其結(jié)果表示在表3中。
碳黑A；“MA600”，(三菱化學(xué)社制，氫/碳重量％比＝1.5/98、凝聚體尺寸300nm、附聚體尺寸100μm、電阻率4×10-1Ω·cm)
表2

表3

產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，對于半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域及使用該半導(dǎo)體器件的電子部件是有用的，特別是適宜具有狹窄的金屬線間隔且采用YAG激光標(biāo)記的半導(dǎo)體器件。另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，特別是在制造封裝具有狹窄的金屬線間隔且采用YAG激光標(biāo)記的半導(dǎo)體器件的環(huán)氧樹脂時是有用的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，以環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、無機(jī)填充材料、固化促進(jìn)劑、以及具有1×102Ω·cm以上、不足1×107Ω·cm的半導(dǎo)體領(lǐng)域中的電阻率值的碳前驅(qū)體作為必要成分，其特征是，在全環(huán)氧樹脂組合物中，含有65～92重量％的上述無機(jī)填充材料及0.1～5.0重量％的上述碳前驅(qū)體。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其中，上述碳前驅(qū)體通過元素分析的H/C重量％比是2/97～4/93。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其中，上述碳前驅(qū)體是平均粒徑為0.5～50μm的微粒。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其中，上述碳前驅(qū)體是平均粒徑為0.5～20μm的微粒。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其特征是，上述碳前驅(qū)體的電阻率值為1×104Ω·cm以上、不足1×107Ω·cm。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其特征是，在上述全環(huán)氧樹脂組合物中，含有70～91重量％的上述無機(jī)填充材料。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其特征是，上述碳前驅(qū)體是將酚醛樹脂在600℃以上、650℃以下的燒成溫度下進(jìn)行燒成而碳化了的物質(zhì)。
8.一種半導(dǎo)體器件，其特征是，使用權(quán)利要求1～7中任何一項所述的半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，封裝半導(dǎo)體元件而成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其以環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、無機(jī)填充材料、固化促進(jìn)劑、具有1×10
文檔編號C08L63/00GK1802415SQ200480010580
公開日2006年7月12日 申請日期2004年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月28日
發(fā)明者前田將克 申請人:住友電木株式會社