專利名稱：環(huán)氧樹脂組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)氧樹脂組合物、精密部件和半導(dǎo)體裝置，更具體地說，涉及不發(fā)生樹脂未充填、樹脂剝落、金絲滑落、臺(tái)面(ステ-ジ)偏移和彎角堵塞等缺點(diǎn)，其成型性好的環(huán)氧樹脂組合物和用該環(huán)氧樹脂組合物封裝成的耐濕可靠性、高溫可靠性和焊料耐熱性均優(yōu)異的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
含有環(huán)氧樹脂、固化劑、無機(jī)填充劑和其它各種添加劑的環(huán)氧樹脂組合物，與其它樹脂組合物相比，由于其電氣特性和機(jī)械特性等性能優(yōu)異，因此很久以來就廣泛用作為各種成型材料。
另一方面，半導(dǎo)體裝置，尤其是樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置，與采用其它封裝方法制造的半導(dǎo)體裝置相比，其大規(guī)模生產(chǎn)性好，并且可以以低廉的價(jià)格生產(chǎn)出半導(dǎo)體裝置，正因?yàn)槠渚哂腥绱酥畠?yōu)點(diǎn)，因此其適用范圍不斷增大。作為用于該用途的封裝樹脂，可以使用苯酚樹脂、有機(jī)硅樹脂和環(huán)氧樹脂等的組合物，但是，從經(jīng)濟(jì)性、生產(chǎn)性和物理特性均衡的觀點(diǎn)出發(fā)采用環(huán)氧樹脂組合物的樹脂封裝正成為焦點(diǎn)。然而，在近年的半導(dǎo)體裝置領(lǐng)域中，半導(dǎo)體裝置的大面積化、薄型化和多管腳化等正成為封裝趨勢(shì)，這一傾向已然存在，從而，在制造樹脂封裝型的半導(dǎo)體裝置時(shí)，產(chǎn)生了若干實(shí)用上的問題，難以使用以往的半導(dǎo)體封裝用樹脂組合物。
作為其代表例，首先可舉出的是成型性的問題。即，在使用以往的半導(dǎo)體封裝用樹脂組合物時(shí)，伴隨封裝形狀的大面積化，在傳遞成型時(shí)樹脂充填不充分，于是，在封裝上容易產(chǎn)生氣孔等，這類問題十分突出。
同樣，在成形多管腳化等復(fù)雜形狀的封裝時(shí)，業(yè)已確認(rèn)封裝的樹脂一部分剝落之類的缺點(diǎn)，即所謂的樹脂剝落的問題。
還有，隨著封裝的薄型化，對(duì)于芯片或者金絲的成型所容許的偏移幅度變得極小，因此用以往的半導(dǎo)體封裝用樹脂組合物就變得十分難以適應(yīng)。
而且，為了應(yīng)付這些問題，雖然很久以來即嘗試改善樹脂組合物流動(dòng)性的方法，并研究了降低無機(jī)填充劑用量、改變凝膠時(shí)間或改變樹脂本身來達(dá)到低粘度化等，但是用這些方法，難以滿足所要求的所有特性，如對(duì)于彎曲強(qiáng)度和玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)等樹脂本身的特性的要求，對(duì)于耐濕可靠性、高溫可靠性和焊料耐熱性(在焊接溫度下處理半導(dǎo)體裝置時(shí)，不發(fā)生裂紋)等半導(dǎo)體裝置本身可靠性的要求，以及對(duì)于在成型周期中表現(xiàn)出的大量生產(chǎn)性等的要求。
另外，如果改善流動(dòng)性，在傳遞成型反復(fù)進(jìn)行的場(chǎng)合中，樹脂組合物流入金屬模的拐彎處，出現(xiàn)彎角堵塞之類的問題。
另外，雖一直嘗試通過使無機(jī)填充劑的填料形狀特定化，改善樹脂組合物在成型時(shí)的流動(dòng)性，但是在這種情況下，雖然達(dá)到了改善流動(dòng)性的目的，但是對(duì)于半導(dǎo)體裝置的焊料耐熱性、耐濕可靠性和成型性，特別是對(duì)于樹脂剝落的改善卻并不充分。
在歐洲專利公開0450944號(hào)公報(bào)中，披露了一種由具有聯(lián)苯骨架的環(huán)氧樹脂、固化劑、具有特定大小的二氧化硅組合而成的環(huán)氧樹脂組合物，并且還記載了該組合物可以提高焊料耐熱性。但是，使用上述公報(bào)中披露的樹脂組合物仍不能充分解決上述各種問題。
鑒于存在著如此的技術(shù)背景，本發(fā)明具有如下目的。1).成型性本發(fā)明提供一種環(huán)氧樹脂組合物，該環(huán)氧樹脂組合物的熔融粘度低，即使反復(fù)成型也沒有金屬模的彎角堵塞，得到的成型品中不存在樹脂剝落，且沒有氣孔、也沒有臺(tái)面偏移。2).半導(dǎo)體裝置的可靠性本發(fā)明提供一種在封裝半導(dǎo)體元件制成半導(dǎo)體裝置時(shí)，半導(dǎo)體裝置的耐濕可靠性、高溫可靠性和焊料耐熱性都優(yōu)良的環(huán)氧樹脂組合物。
發(fā)明的公開為解決上述課題，本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物是由，“在由環(huán)氧樹脂(A)、固化劑(B)和無機(jī)填充劑構(gòu)成的環(huán)氧樹脂組合物中，無機(jī)填充劑含有二氧化硅(C)作為必要成分，上述固化劑(B)是每個(gè)分子中至少含有2個(gè)以上苯酚性羥基和/或萘酚性羥基的固化劑，并且上述二氧化硅(C)含有1～99重量％的合成二氧化硅，99～1重量％的天然熔融二氧化硅的環(huán)氧樹脂組合物?！彼鶚?gòu)成。
作為其制造方法是由，“使以天然SiO2為主要成分的物質(zhì)熔融，獲得天然熔融二氧化硅的步驟，無論在上述步驟之前或之后，通過使不以SiO2作為主成分的含硅物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，獲得以SiO2作為主成分的合成二氧化硅的步驟，將環(huán)氧樹脂(A)、每一分子中至少含有2個(gè)以上苯酚性羥基和/或萘酚性羥基的固化劑(B)、由上述步驟得到的合成二氧化硅(對(duì)于二氧化硅總重量為1～99％)，以及上述步驟得到的天然熔融二氧化硅(對(duì)于二氧化硅總重量為99～1％)混合的步驟組成的環(huán)氧樹脂組合物的制造方法”所構(gòu)成。
另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的特征在于半導(dǎo)體元件用上述環(huán)氧樹脂組合物封裝。
按照本發(fā)明，可以大幅度改善環(huán)氧樹脂組合物的成型性，而且在成型時(shí)不會(huì)發(fā)生樹脂未填充、樹脂脫落、金絲滑落、臺(tái)面偏移和彎角堵塞等缺點(diǎn)，而可以成型出優(yōu)良的半導(dǎo)體裝置。
另外，使用上述環(huán)氧樹脂組合物封裝得到的本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其耐濕可靠性、高溫可靠性和焊料耐熱性均優(yōu)良，從而可以發(fā)揮其作為電子部件的理想特性，另外，該樹脂組合物即使對(duì)于不以半導(dǎo)體裝置作為必要條件的成型物也有良好的成型性，因此當(dāng)然可適用于精密成型部件用途。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式下面詳細(xì)說明本發(fā)明的構(gòu)成和效果。
對(duì)于本發(fā)明中所用的環(huán)氧樹脂(A)沒有特別地限制，只要是分子中含有環(huán)氧基團(tuán)的樹脂均可。
本發(fā)明所用的環(huán)氧樹脂(A)的具體實(shí)例，可列舉的是雙酚A型環(huán)氧樹脂、雙酚C型環(huán)氧樹脂、氫化雙酚型環(huán)氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂、苯酚酚醛清漆型環(huán)氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環(huán)氧樹脂、含有雙環(huán)戊二烯環(huán)等脂環(huán)型構(gòu)造的環(huán)氧樹脂、聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂以及環(huán)氧改性的有機(jī)硅等，這些環(huán)氧樹脂組合物可以單獨(dú)使用或者兩種以上混合使用。
在這些環(huán)氧樹脂(A)當(dāng)中，在本發(fā)明中尤其優(yōu)選使用的是含有50州％(重量百分比)以上的下列通式(I)或(II)的聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂的樹脂。 (式中的R為氫原子，或?yàn)橄嗤虿煌耐ǔ＞哂?～4個(gè)碳原子的一價(jià)有機(jī)碳基團(tuán))。另外也可以使用因環(huán)氧基團(tuán)的反應(yīng)而具有部分聚合結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。
作為上述通式(I)的環(huán)氧樹脂的優(yōu)選具體實(shí)例可列舉4，4’-二羥基聯(lián)苯的二縮水甘油基醚、3，3’，5，5’-四甲基-4，4’-二羥基聯(lián)苯的二縮水甘油基醚、3，3’，5，5’-四叔丁基-4，4’-二羥基聯(lián)苯的二縮水甘油基醚、二甲基二丙基雙酚的二縮水甘油基醚以及二甲基雙酚的二縮水甘油基醚。
用于本發(fā)明的固化劑(B)，是與環(huán)氧樹脂(A)反應(yīng)而可使其固化的物質(zhì)，而且凡是每分子中含有兩個(gè)以上苯酚基、甲酚基和二甲苯酚基等苯酚性羥基和/或萘酚性羥基結(jié)構(gòu)的固化劑均可使用，而沒有特別地限制。
作為用于本發(fā)明的固化劑(B)的具體實(shí)例可列舉苯酚酚醛清漆樹脂、甲酚酚醛清漆樹脂、萘酚酚醛清漆樹脂、上面所示的那些酚醛清漆樹脂的共聚物、雙酚A、雙酚F、苯酚芳烷基樹脂、萘酚芳烷基樹脂、三羥基甲烷、三羥基乙烷和雙酚樹脂以及它們的共聚物。
此外，這些固化劑(B)也可以兩種以上混合使用，相對(duì)于100重量份的環(huán)氧樹脂(A)，其添加量?jī)?yōu)選范圍為33～300重量份。從官能基方面出發(fā)考慮，優(yōu)選環(huán)氧樹脂(A)的環(huán)氧基當(dāng)量與固化劑(B)的羥基當(dāng)量之比(環(huán)氧基當(dāng)量/羥基當(dāng)量)在0.7～1.3之間。
用于本發(fā)明的二氧化硅(C)以1～99wt％的合成二氧化硅作為必要成分。合成二氧化硅少時(shí)，成型時(shí)容易發(fā)生樹脂脫落，相反，在合成二氧化硅多時(shí)，存在著產(chǎn)生外部氣孔等欠缺，進(jìn)而有在成型時(shí)發(fā)生流動(dòng)性不良等問題的傾向。
這里所說的合成二氧化硅，是原料物質(zhì)為不以SiO2作為所含主要成分的物質(zhì)，通過化學(xué)反應(yīng)人工合成的二氧化硅，凡是這類合成二氧化硅均可使用，而沒有特別限制。
作為該合成二氧化硅的制造方法，可作為實(shí)例舉出的方法有以Si作為原料物質(zhì)采用氧化反應(yīng)的方法，以四烷氧基硅烷(原硅酸四烷基酯)、單烷基三烷氧基硅烷或二烷基二烷氧基硅烷等作為原料物質(zhì)采用溶膠凝膠化的方法，將四氯硅烷、三氯硅烷、單烷基三氯硅烷等水解之后，進(jìn)行加熱脫水或通過直接氫氧焰進(jìn)行分解氧化的方法，以及以聚硅氧烷作為原料物質(zhì)對(duì)其進(jìn)行氧化的方法。
對(duì)于二氧化硅(C)中的必要成分合成二氧化硅的大小沒有特別的限制。但是，從高溫可靠性，耐濕可靠性、焊料耐熱性和防止半導(dǎo)體元件上產(chǎn)生缺陷等方面考慮，合成二氧化硅的平均粒徑優(yōu)選在0.1～30μm，特別優(yōu)選0.1～3.0μm的范圍內(nèi)。這里所說的平均粒徑，是指累積重量50％的粒徑(中值粒徑)。
對(duì)于合成二氧化硅的大小沒有特別地限制。但是，考慮到高溫可靠性、耐濕可靠性、焊料耐熱性、器件芯片等特別容易損傷的半導(dǎo)體裝置的成型，以及不因不純物二氧化硅附著而引起污染等事宜，合成二氧化硅的平均粒徑優(yōu)選0.1～30μm，尤其是0.1～3.0μm的范圍，最優(yōu)選0.1～1μm的范圍。
另外，對(duì)于合成二氧化硅的形狀沒有特別地限制，但是，考慮到成型時(shí)的流動(dòng)性，應(yīng)使二氧化硅的外形不成為銳角的形狀，即，最好為球狀，因此在合成二氧化硅中有銳角形狀的部分最好占50wt％以下。
在本發(fā)明中作為二氧化硅(C)的混合二氧化硅，除1～99wt％的合成二氧化硅以外，還含有99～1wt％的天然熔融二氧化硅。
天然熔融二氧化硅，是事先就以SiO2作為所含主成分的硅石等原料作為起始物質(zhì)，經(jīng)熔融而獲得的物質(zhì)。
對(duì)于天然熔融二氧化硅的大小沒有特別地限制，但是，考慮到高溫可靠性、耐濕可靠性、焊料耐熱性，其優(yōu)選尺寸為1～50μm，特別優(yōu)選3～50μm的范圍。
對(duì)天然熔融二氧化硅的形狀沒有特別的限制，但是，考慮到成型時(shí)的流動(dòng)性，應(yīng)使二氧化硅的外形不成為銳角的形狀，即，優(yōu)選球形。在天然熔融二氧化硅中含有的破碎形狀即具有銳角形狀的粒子含量，優(yōu)選低于二氧化硅(C)總量的30wt％以下。
另外，在作為二氧化硅(C)的混合二氧化硅中，合成二氧化硅和天然熔融二氧化硅的配合比是，合成二氧化硅為1～99wt％，優(yōu)選5～95wt％，特別優(yōu)選的是，作為配合量的下限量按5wt％、10wt％的順序?yàn)榧?，作為上限?0wt％、30wt％的順序?yàn)榧?。而?duì)于天然熔融二氧化硅則為99～1wt％，優(yōu)選95～5wt％，尤其是，作為配合量的下限量按50wt％、70wt％的順序?yàn)榧?，作為上限量?5wt％、90wt％的順序?yàn)榧选?br> 對(duì)于本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中的二氧化硅(C)的配合量沒有特別地限制，但是，為了提高所得成型物的高溫可靠性、耐濕可靠性和焊料耐熱性，優(yōu)選配合量為總量的85wt％以上，特別優(yōu)選89wt％以上。
在本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中，配合使用有機(jī)硅烷耦聯(lián)劑是有效的。所說的有機(jī)硅烷耦聯(lián)劑是指在硅原子上直接連接有機(jī)基團(tuán)，和烷氧基、乙酰氧基、鹵原子、氨基等水解性基團(tuán)的那些化合物。特別是，作為有機(jī)基團(tuán)含有環(huán)氧基的物質(zhì)或含有氨基的物質(zhì)對(duì)本發(fā)明提供顯著的效果，因此優(yōu)選使用。作為有機(jī)硅烷耦聯(lián)劑的配合量，優(yōu)選占樹脂組合物總量的0.01～5wt％。在有氨基的化合物中，尤其優(yōu)選有仲氨基的化合物，而所有的氨基均為仲氨基的化合物更好。作為有機(jī)硅烷耦聯(lián)劑可列舉如下化合物。
作為具有無取代的有機(jī)基團(tuán)的化合物有乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷。
作為具有環(huán)氧基的化合物有γ-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-環(huán)氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷。
作為有氨基的化合物有γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-(2-氨基乙基)氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2-氨基乙基)氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-苯氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-苯氨基丙基三乙氧基硅烷、N～β-(N-乙烯基芐基氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷和N-β-(N-乙烯基芐基氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。
作為其它種類的化合物有γ-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-環(huán)氧丙氧基丙基乙烯基乙氧基硅烷、γ-巰基丙基三甲氧基硅烷、γ-巰基丙基三乙氧基硅烷、γ-脲基丙基三甲氧基硅烷、γ-脲基丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷。
在本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中，還可以配合使用聚乙烯蠟、カルバナ蠟、褐煤酸蠟和硬脂酸鎂等各種蠟類，脂肪酸金屬鹽、長(zhǎng)鏈脂肪酸、長(zhǎng)鏈脂肪酸的金屬鹽、長(zhǎng)鏈脂肪酸酯或酰胺以及各種改性聚硅氧烷化合物等各種脫模劑。
在半導(dǎo)體元件的用途中，有時(shí)要求要有阻燃性，故而可以配合使用溴化雙酚A的縮水甘油基醚、溴化甲酚酚醛清漆樹脂、溴化環(huán)氧樹脂等有機(jī)鹵化物或磷化合物等阻燃劑。另外，也可以配合使用三氧化銻、四氧化二銻、五氧化銻等阻燃助劑。在本發(fā)明的樹脂組合物中，從高溫可靠性、耐濕可靠性、焊料耐熱性的觀點(diǎn)考慮，這些阻燃劑、阻燃助劑引入的鹵原子、銻原子應(yīng)越少越好，各種原子的含量?jī)?yōu)選占環(huán)氧樹脂組合物的0.2wt％以下。
作為無機(jī)填充劑，除了二氧化硅(C)以外，在不損害本發(fā)明效果的范圍內(nèi)，根據(jù)需要還可以含有氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、硼硅酸玻璃、碳酸鈣、碳酸鎂、粘土、滑石、硅酸鈣、氧化鈦、氧化銻和水滑石等無機(jī)化合物。關(guān)于本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中無機(jī)填充劑的配合量無特別地限制，但是為了提高所得成型物的高溫可靠性、耐濕可靠性和焊料耐熱性，優(yōu)選占總量的85wt％以上，尤其優(yōu)選89wt％以上。
另外，在本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中，可以配合使用三苯基膦、三-間-甲苯基膦、三-對(duì)-甲苯基膦、三-鄰-甲苯基膦、三-(2，6-二甲氧基苯基)膦等各種膦化合物，溴化四苯基鏻、溴化四乙基鏻、溴化四丁基鏻、四苯基硼酸四苯基鏻、四苯基硼酸四乙基鏻和四苯基硼酸四丁基鏻等各種鏻鹽，以及咪唑、1-甲基咪唑、2-甲基咪唑、1，2-二甲基咪唑、1-苯基咪唑、2-苯基咪唑、1-芐基咪唑、1，8-二氮雜-二環(huán)-(5，4，0)十一碳-7-烯(DBU)、DBU的酚、DBU苯酚酚醛清漆樹脂鹽、DBU辛基鹽、DBU對(duì)-甲苯磺酸鹽和1，5-二氮雜-二環(huán)(4，3，0)壬-5-烯(DBN)等各種胺化合物等固化促進(jìn)劑。另外還可以配合使用炭黑和氧化鐵等各種著色劑、各種顏料、硅橡膠、烯烴共聚物、改性丁腈橡膠、改性聚丁二烯橡膠等各種彈性體、聚乙烯等各種熱塑性樹脂、有機(jī)過氧化物等交聯(lián)劑。
本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物，可以通過使用，例如班伯里混煉機(jī)等將環(huán)氧樹脂(A)、固化劑(B)、無機(jī)填充劑和其它添加劑混合以后，使用單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)、捏合機(jī)和熱滾壓機(jī)等各種混煉機(jī)進(jìn)行熔融混煉，冷卻后進(jìn)行粉碎等步驟而進(jìn)行制備。
這樣得到的本發(fā)明組合物，可以形成精密部件，特別是使用樹脂組合物中含85wt％以上二氧化硅(C)的組合物制造的精密部件具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性。作為精密部件的形狀，在假設(shè)有外接精密部件的球的場(chǎng)合，優(yōu)選該球的最小直徑為盡可能30mm以下。
另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的特征在于使用上述環(huán)氧樹脂組合物封裝半導(dǎo)體元件，在具有良好的商品外觀之外，還兼?zhèn)溆袃?yōu)良的耐濕可靠性、高溫可靠性和耐焊接性。
實(shí)施例下面舉出實(shí)施例和對(duì)比例以便更具體地說明本發(fā)明的效果。另外，在實(shí)施例和對(duì)比例之前，先說明下面的實(shí)施例和對(duì)比例中使用的合成二氧化硅的合成實(shí)施例?！埠铣蓪?shí)施例1〕在乙醇溶劑中，按每摩爾原硅酸四乙基酯，分別加入1摩爾氨和4摩爾水的比例進(jìn)行混合，通過水解制得的二氧化硅被干燥之后，進(jìn)行灼燒和粉碎，制備出破碎形狀的合成二氧化硅A-1。
另一方面，再將上面制備的合成二氧化硅A-1粉碎規(guī)定的時(shí)間，并使之通過網(wǎng)眼為74μm的篩子，制備破碎形狀的合成二氧化硅A-2。
通過激光散射法測(cè)得所制得的合成二氧化硅A-1和A-2的平均粒徑分別是50μm和20μm?！埠铣蓪?shí)施例2〕在乙醇溶劑中，按每摩爾原硅酸四乙基酯分別加入1摩爾γ-氨基丙基三甲氧基硅烷和50摩爾水的比例進(jìn)行溶解混合，分離生成的白色混濁液，用 1/1的水/甲醇混合液處理之后，在500℃下干燥24小時(shí)，制得球形的合成二氧化硅A-3。通過激光散射法測(cè)得制得的合成二氧化硅C的平均粒徑是0.3μm?！埠铣蓪?shí)施例3〕作為原料物質(zhì)使用的是三氯硅烷，采用公知的方法進(jìn)行水解，經(jīng)加熱，制得平均粒徑12μm的合成二氧化硅A-4和平均粒徑40μm的合成二氧化硅A-5。
另外，同樣地，以金屬硅作為原料物質(zhì)，經(jīng)爆炸氣相氧化、凝聚固化的過程，制得了平均粒徑為0.5μm的合成二氧化硅A-6和平均粒徑為1.0μm的合成二氧化硅A-7。
另一方面，使硅石熔融得到的二氧化硅被粉碎或制成球形，制得形狀和平均粒徑各不相同的5種天然熔融二氧化硅B-1～B-5。
這些二氧化硅的形狀、平均粒徑以及類型被整理并列入表1中。
表1使用的各種二氧化硅

〔實(shí)施例1-20，比較例1-13〕將下述環(huán)氧樹脂(I)～(IV)、下述固化劑(I)～(IV)、上述合成二氧化硅(A-1)～(A-6)和上述天然熔融二氧化硅(B-1)～(B-5)，分別按表2～表5所示的比例進(jìn)行混合，對(duì)于混合的合計(jì)100重量份，分別配合0.6重量份的γ-環(huán)氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、0.3重量份的褐煤酸蠟和0.1重量份的炭黑，再相對(duì)于100重量份的環(huán)氧樹脂和固化劑的合計(jì)量，加入1.0重量份的三苯基膦，用混煉機(jī)進(jìn)行干混以后，再用擠出機(jī)進(jìn)行熔融混煉，因此制得環(huán)氧樹脂組合物。再粉碎之后進(jìn)行制片。
對(duì)各環(huán)氧樹脂組合物的特性和用這些環(huán)氧樹脂組合物封裝制得的半導(dǎo)體裝置的特性，按下列的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其結(jié)果列于表2～5?！箔h(huán)氧樹脂的種類〕I…3，3’，5，5’-四甲基-4，4’-二羥基聯(lián)苯的二縮水甘油基醚(環(huán)氧當(dāng)量195)。
II…4，4’-二羥基聯(lián)苯的二縮水甘油基醚與前面的I按1比1(重量比)的混合物III…是使鄰甲酚酚醛清漆進(jìn)行縮水甘油基醚化得到的產(chǎn)物(環(huán)氧當(dāng)量200)IV…是使雙酚A縮水甘油基醚化得到的產(chǎn)物(環(huán)氧當(dāng)量185)?！补袒瘎┑姆N類〕I…苯酚酚醛清漆樹脂(羥基當(dāng)量107)II…苯酚/萘酚的共聚酚醛清漆樹脂(羥基當(dāng)量114)III…苯酚/對(duì)-甲氧基二甲苯的縮合共聚物(ザイロツク)(羥基當(dāng)量175)IV…三(羥基苯基)甲烷(羥基當(dāng)量97)〔評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)〕<熔融粘度>
使用環(huán)氧樹脂組合物的片料，用高化式粘度計(jì)求出175℃的最低熔融粘度。<熱時(shí)硬度>
在成型溫度175℃、成型時(shí)間90秒的條件下，由環(huán)氧樹脂組合物成型直徑4英寸、厚度3mm的圓板，求出成型后的巴科爾硬度。<成型性>
在成型溫度175℃，成型時(shí)間90秒的條件下，由環(huán)氧樹脂組合物成型出160個(gè)管腳的QFP(QUAD FLAT PACKAGE)，目測(cè)其外觀，用下列標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)和判斷樹脂剝落、氣孔，以及成型時(shí)金屬模具彎角堵塞?！渲瑒兟?點(diǎn)不剝落4點(diǎn)表面的2％以下剝落3點(diǎn)表面的2％以上5％以下剝落1點(diǎn)表面的5％以上剝落·氣孔按以下標(biāo)準(zhǔn)對(duì)10個(gè)成型品進(jìn)行評(píng)定5點(diǎn)無氣孔4點(diǎn)每個(gè)成型品具有不滿0.8個(gè)直徑為0.5mm以下的外部氣孔3點(diǎn)每個(gè)成型品具有0.8～2個(gè)直徑為0.5mm以下的外部氣孔1點(diǎn)直徑0.5mm以下的外部氣孔超過2個(gè)，或者直徑超過0.5mm的外部氣孔每1封裝超過1個(gè)。·彎角堵塞，進(jìn)行四次連續(xù)注射和8次注射的連續(xù)成型，觀察各連續(xù)成型后的金屬模彎角部分的堵塞。5點(diǎn)在8次注射的連續(xù)成型無彎角堵塞4點(diǎn)8次注射的連續(xù)成型后稍有堵塞。4次注射后看不到堵塞。3點(diǎn)4次注射的連續(xù)成型后，稍有彎角堵塞1點(diǎn)在4次注射的連續(xù)成型中，在第4次注射中因彎角堵塞引起的封裝未充填發(fā)生?！づ_(tái)面偏移(ステ-ジシフト)成型芯片大小12×12mm、封裝尺寸28×28mm×3.4mm(厚度)的160個(gè)管腳QFP，并于180℃下進(jìn)行5小時(shí)的二次固化。
將得到的試驗(yàn)片相對(duì)于小島(island)面垂直地切斷，用顯微鏡觀察斷面，觀察有無臺(tái)面偏移，按下列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定。5點(diǎn)臺(tái)面(ステ-ジ)在封裝內(nèi)，從所規(guī)定的位置移動(dòng)的距離的最大值不滿25μm4點(diǎn)臺(tái)面(ステ-ジ)在封裝內(nèi)，從所規(guī)定的位置移動(dòng)的距離的最大值為25～50μm3點(diǎn)臺(tái)面(ステ-ジ)在封裝內(nèi)，從所規(guī)定的位置移動(dòng)的距離的最大值超過50μm1點(diǎn)臺(tái)面(ステ-ジ)在封裝表面露出<高溫可靠性>
在硅芯片上通過鋁蒸鍍進(jìn)行布線，除去鋁焊盤并將進(jìn)行過氮化膜鈍化了的半導(dǎo)體元件，通過金絲使鋁焊盤和內(nèi)部導(dǎo)線接線，并用各種環(huán)氧樹脂組合物成型16個(gè)管腳的DIP(Dual Inline Package)，然后在180℃、5小時(shí)的條件下進(jìn)行后固化。再使該器件于260℃的焊料浴中浸漬120秒，然后將其放置在190℃的氣氛下。經(jīng)50小時(shí)后測(cè)定布線電阻，求出電阻值達(dá)到初期電阻值10倍時(shí)的時(shí)間，該時(shí)間被稱做高溫可靠性。該時(shí)間越長(zhǎng)越好。<耐濕可靠性>
與高溫可靠性評(píng)價(jià)采取相同方法步驟獲得的器件，于260℃的焊浴中浸漬120秒后，放置在121℃和100％RH的條件下。經(jīng)50小時(shí)后進(jìn)行測(cè)定，求出到達(dá)斷線的時(shí)間，該時(shí)間被稱做耐濕可靠性。該時(shí)間越長(zhǎng)越好。<焊料耐熱性>
將聚酰亞胺涂覆的硅芯片進(jìn)行了芯片焊接的100個(gè)管腳的QFP，用各種環(huán)氧樹脂組合物封裝，并于175℃、5小時(shí)的條件下進(jìn)行后固化，作成多個(gè)樣品。接著，制出在85℃、85％RH的條件下保存不同時(shí)間(每隔12小時(shí))的試樣，然后使這些樣品進(jìn)行最高達(dá)260℃溫度下的IR軟熔。觀察有無軟熔后的外部裂紋，可以看到裂紋發(fā)生的樣品在IR軟熔前在85℃、85％RH下的放置時(shí)間的最小值為焊料耐熱性。該時(shí)間越長(zhǎng)越好。
表2

1)二氧化硅量在全量組合物中的二氧化硅的含量(wt％)2)合成二氧化硅量在全部二氧化硅中的合成二氧化硅的含量(wt％)
表3

1)二氧化硅量全部組合物中的二氧化硅的含量(wt％)2)合成二氧化硅量全部二氧化硅中的合成二氧化硅的含量(wt％)
表4

1)二氧化硅量全部組合物中的二氧化硅的含量(wt％)2)合成二氧化硅量全部二氧化硅中的合成二氧化硅的含量(wt％)*沒有得到半導(dǎo)體裝置，不能進(jìn)行評(píng)價(jià)表5

1)二氧化硅量全部組合物中的二氧化硅的含量(wt％)2)合成二氧化硅量全部二氧化硅中的合成二氧化硅的含量(wt％)實(shí)施例21-24除了使用具有仲氨基的硅烷耦聯(lián)劑N-(N-苯基氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷代替實(shí)施例1～20中使用的γ-環(huán)氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷外，其余按實(shí)施例1～19同樣地進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果示于表6中。
表6

1)二氧化硅量全量組合物中的二氧化硅的含量(wt％)2)合成二氧化硅的量全部二氧化硅中的合成二氧化硅的含量(wt％)
如表2-3、6的結(jié)果所示，本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物(實(shí)施例1～20)，幾乎不發(fā)生樹脂未充填、樹脂脫落、臺(tái)面偏移和彎角堵塞等缺點(diǎn)，其成型性優(yōu)良，從而用該環(huán)氧樹脂組合物封裝的半導(dǎo)體裝置，其耐濕可靠性、高溫可靠性和防止臺(tái)面偏移性、焊料耐熱性均衡優(yōu)異。特別是使用環(huán)氧樹脂(I)的場(chǎng)合，即，使用具有聯(lián)苯型環(huán)氧基的環(huán)氧樹脂的場(chǎng)合，或者二氧化硅含量為85％以上，尤其是89％以上的場(chǎng)合，這些效果尤為顯著。另外，作為硅烷耦聯(lián)劑，當(dāng)使用其中所具有的氨基均為仲氨基的硅烷耦聯(lián)劑時(shí)，這些效果更加顯著。
與此相反，當(dāng)單獨(dú)使用合成二氧化硅時(shí)以及單獨(dú)使用天然熔融二氧化硅時(shí)，不僅成型性差，而且不能得到可靠性優(yōu)良的半導(dǎo)體裝置。
如上所述，本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物，在成型時(shí)樹脂未充填、樹脂剝落、臺(tái)面偏移和彎角堵塞等缺點(diǎn)均不發(fā)生，成型性極其優(yōu)良，因此可以很好地適用作為精密成型部件。進(jìn)而，使用本發(fā)明的上述環(huán)氧樹脂組合物封裝得到的本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其耐濕可靠性、高溫可靠性和焊料耐熱性優(yōu)異，因此作為電子部件會(huì)發(fā)揮出理想的性能。產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如上所述，本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物，由于其成型性好，所以不僅可以在各種精密部件中利用，同時(shí)還可以在半導(dǎo)體元件封裝場(chǎng)合提供具有優(yōu)良的可靠性的半導(dǎo)體裝置。
權(quán)利要求
1.環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，在由環(huán)氧樹脂(A)、固化劑(B)和無機(jī)填充劑構(gòu)成的環(huán)氧樹脂組合物中，無機(jī)填充劑含有作為必要成分的二氧化硅(C)，上述固化劑(B)是每分子中至少含有2個(gè)以上苯酚性羥基和/或萘酚性羥基的固化劑，而上述二氧化硅(C)含有1～99wt％(重量百分?jǐn)?shù))，的合成二氧化硅、99～1wt％的天然熔融二氧化硅。
2.按照權(quán)利要求1的環(huán)氧樹脂組合物，其中無機(jī)填充劑占樹脂組合物的85wt％以上。
3.按照權(quán)利要求1的環(huán)氧樹脂組合物，其中二氧化硅(C)的含量占樹脂組合物的85wt％以上。
4.按照權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)的環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于環(huán)氧樹脂(A)含有作為必要成分的下式(I)的聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂， (式中R為氫原子，或是一價(jià)有機(jī)碳基團(tuán)，并且各自可以相同也可以不相同)。
5.按照權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)的環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于環(huán)氧樹脂(A)含有作為必要成分的下式(II)的聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂， (式中R是氫原子，或是一價(jià)有機(jī)碳基團(tuán)，并且各自可以相同也可以不相同)。
6.按照權(quán)利要求1～5中任何一項(xiàng)的環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于混合二氧化硅含有5～50wt％的球形合成二氧化硅和95～50wt％的天然熔融二氧化硅。
7.按照權(quán)利要求1～5中任何一項(xiàng)的環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于混合二氧化硅含有10～50wt％的球形合成二氧化硅和90～50wt％的天然熔融二氧化硅。
8.按照權(quán)利要求1～7中任何一項(xiàng)的環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于天然熔融二氧化硅中含有的具有破碎形狀的二氧化硅的含量為30wt％以下。
9.按照權(quán)利要求1～8中任何一項(xiàng)的環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于二氧化硅(C)中含有的合成二氧化硅其平均粒徑為0.1～30μm，另外，二氧化硅(C)中含有的天然熔融二氧化硅是具有1～50μm平均粒徑的物質(zhì)。
10.按照權(quán)利要求1～8中任何一項(xiàng)的環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于二氧化硅(C)中含有的合成二氧化硅具有0.1～3μm的平均粒徑，并且二氧化硅(C)中含有的天然熔融二氧化硅具有3～50μm的平均粒徑。
11.按照權(quán)利要求1～10中任何一項(xiàng)的環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于該環(huán)氧樹脂組合物含有其中具有環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)基團(tuán)直接與硅原子連接的硅烷耦聯(lián)劑。
12.按照權(quán)利要求1～10中任何一項(xiàng)的環(huán)氧樹脂組合物，該環(huán)氧樹脂組合物含有其中具有氨基的有機(jī)基團(tuán)直接與硅原子連接的耦聯(lián)劑。
13.按照權(quán)利要求12的環(huán)氧樹脂組合物，其中硅烷耦聯(lián)劑是其氨基為仲氨基的硅烷耦聯(lián)劑。
14.按照權(quán)利要求1～13中任何一項(xiàng)的環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于組合物中的鹵原子含量為0.2wt％以下，而且銻原子的含量為0.2wt％以下。
15.使權(quán)利要求1～14中任一項(xiàng)的環(huán)氧樹脂組合物成型而成的精密部件。
16.半導(dǎo)體封裝用的權(quán)利要求1～14中任何一項(xiàng)的環(huán)氧樹脂組合物。
17.半導(dǎo)體裝置，其特征在于半導(dǎo)體元件用權(quán)利要求16的環(huán)氧樹脂組合物封裝。
18.半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物的制造方法，該方法是由下列步驟構(gòu)成使以天然存在的SiO2作為主要成分的物質(zhì)熔融，制得天然熔融二氧化硅的步驟；無論在上述步驟之前或之后，由不以SiO2作為主要成分的含硅物質(zhì)通過化學(xué)反應(yīng)，制得以SiO2作為主要成分的合成二氧化硅的步驟；和將環(huán)氧樹脂(A)、每分子中至少含有2個(gè)以上苯酚性羥基和/或萘酚性羥基的固化劑(B)、通過上述步驟制得的合成二氧化硅(占二氧化硅總量的1～99wt％)和上述步驟制得的天然熔融二氧化硅(占二氧化硅總量的99～1wt％)進(jìn)行混合的步驟。
19.按照權(quán)利要求18的半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物的制造方法，其中環(huán)氧樹脂(A)以聯(lián)苯型環(huán)氧基團(tuán)作為必要成分，二氧化硅的配合量占樹脂組合物的85wt％以上。
20.按照權(quán)利要求19的半導(dǎo)體封裝用環(huán)氧樹脂組合物的制造方法，其中以二氧化硅總量計(jì)，合成二氧化硅的配合量為5～50wt％，天然熔融二氧化硅的配合量為95～50wt％。
21.半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于通過權(quán)利要求18～20中任何一項(xiàng)的方法制得環(huán)氧樹脂組合物后，使用該環(huán)氧樹脂組合物，采用傳遞成型法封裝半導(dǎo)體元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及由環(huán)氧樹脂(A)、固化劑(B)和無機(jī)填充劑構(gòu)成的環(huán)氧樹脂組合物，其中無機(jī)填充劑含有二氧化硅(C)作為必要成分，上述固化劑(B)是每分子中至少含有2個(gè)以上苯酚性羥基和/或萘酚性羥基的固化劑，上述二氧化硅(C)含有1～99wt％的合成二氧化硅和99～1wt％的天然熔融二氧化硅,以及用其封裝半導(dǎo)體元件構(gòu)成的半導(dǎo)體裝置。其結(jié)果是，在成型時(shí)不存在樹脂未充填、樹脂剝落、金絲滑移、臺(tái)面偏移和彎角堵塞等缺點(diǎn)，并且用于半導(dǎo)體裝置封裝時(shí)，可提供耐濕可靠性、高溫可靠性和耐焊接性優(yōu)良的半導(dǎo)體裝置。
文檔編號(hào)C08L63/00GK1143377SQ95191977
公開日1997年2月19日 申請(qǐng)日期1995年12月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月5日
發(fā)明者德永淳人, 澤村泰司, 田中正幸 申請(qǐng)人:東麗株式會(huì)社