【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エリア実装型半導体装置での成形後や半田処理時の反りが小さく、耐半田クラック性、流動性に優れ、かつ高熱伝導性に優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の小型化、軽量化、高機能化の市場動向において、半導体の高集積化が年々進み、また半導体装置の表面実装化が促進されるなかで、新規にエリア実装型半導体装置が開発され、従来構造の半導体装置から移行し始めている。
エリア実装型半導体装置としては、ボールグリッドアレイ（以下、ＢＧＡという）、あるいは更に小型化を追求したチップサイズパッケージ（以下、ＣＳＰという）が代表的であるが、これらは従来クワッドフラットパッケージ（以下、ＱＦＰという）、スモールアウトラインパッケージ（以下、ＳＯＰという））に代表される表面実装型半導体装置では限界に近づいている多ピン化・高速化への要求に対応するために開発されたものである。
構造としては、ビスマレイミド・トリアジン（以下、ＢＴという）樹脂／銅箔回路基板に代表される硬質回路基板あるいはポリイミド樹脂フィルム／銅箔回路基板に代表されるフレキシブル回路基板の片面上に半導体素子を搭載し、その素子搭載面、即ち基板の片面のみが樹脂組成物等で成形・封止されている。また基板の素子搭載面の反対面には半田ボールを２次元的に並列して形成し、半導体装置を実装する回路基板との接合を行う特徴を有している。更に素子を搭載する基板としては、上記有機回路基板以外にもリードフレーム等の金属基板を用いる構造も考案されている。
【０００３】
これらエリア実装型半導体装置の構造は基板の素子搭載面のみを樹脂組成物で封止し、半田ボール形成面側は封止しないという片面封止の形態をとっている。ごく希に、リードフレーム等の金属基板等では、半田ボール形成面でも数十μｍ程度の封止樹脂層が存在することもあるが、素子搭載面では数百μｍから数ｍｍ程度の封止樹脂層が形成されるため、実質的に片面封止となっている。このため有機基板や金属基板と樹脂組成物の硬化物との間での熱膨張・熱収縮の不整合あるいは樹脂組成物の成形・硬化時の硬化収縮による影響により、これらの半導体装置では成形直後から反りが発生しやすい。
【０００４】
一方使用する半導体デバイスの発熱は増える一方であり、半導体デバイスが発生する熱を、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を介在してパッケージ外部へ放散する必要性は最近急速に重要になってきた。従来エリア実装型半導体装置の構造においては、エリア実装可能なことから外部端子の多ピン化、パッケージの縮小化が容易の為に、大量の熱を発生する半導体デバイスの適用が進み、ＰＫＧ外部への熱放散が大きく注目されている。特に半導体封止用エポキシ樹脂組成物から外部への熱放散を高める為に熱放散性の高い金属板等をパッケージに付着することで改良を行ってきたが、半導体封止用エポキシ樹脂組成物自身の熱放散性を高めない限り限界があり、その重要性が特に着目されている。
しかし、過去エリア実装型半導体装置の構造に着目した高熱伝導性エポキシ封止樹脂の開発は皆無であった。従来のＱＦＰ、ＳＯＰに代表されるリードフレームを使用した両面封止型パッケージ用途にアルミナ、アルミニウムナイトライド等を利用した高熱伝導性エポキシ封止樹脂の開発があるが、エリア実装型半導体装置の構造への適用では、高流動性やパッケージでの反りが満足されず、新しい半導体用高熱伝導性エポキシ封止樹脂の開発が急務であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、エリア実装型半導体装置での成形後や半田処理時の反りが小さく、耐半田クラック性、流動性に優れ、かつ高熱伝導性に優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置を提供するところにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、特定の粒度を有する球状アルミナ、特定の球状シリカを所定比率使用し、かつ低粘度のエポキシ樹脂を使用することにより高流動性、低成形収縮性、耐湿信頼性、かつ高熱伝導性に優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られることを見出したものであり、その構成は、
［１］（Ａ）平均粒径が３５〜５５μｍである球状アルミナ粗粒（Ａ１）と平均粒径が４〜１０μｍである球状アルミナ細粒（Ａ２）の混合物、（Ｂ）球状溶融シリカ、（Ｃ）１５０℃のＩＣＩ粘度が０．５ポイズ以下である低粘度エポキシ樹脂、（Ｄ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｅ）燐又は窒素を含有する硬化促進剤を必須成分とし、３５〜５５μｍである球状アルミナ粗粒（Ａ１）と平均粒径と４〜１０μｍである球状アルミナ細粒（Ａ２）との混合比率が２５重量％／７５重量％〜７５重量％／２５重量％の範囲にあり、３５〜５５μｍである球状アルミナ粗粒（Ａ１）と平均粒径と４〜１０μｍである球状アルミナ細粒（Ａ２）と（Ｂ）球状溶融シリカの総配合量が総樹脂組成物中で８５〜９５重量％であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［２］（Ｃ）１５０℃のＩＣＩ粘度が０．５ポイズ以下である低粘度エポキシ樹脂が、式（１）又は式（２）で示されるエポキシ樹脂のいずれか１種類又は２種類の混合物である第［１］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【０００７】
【化６】
【０００８】
【化７】
【０００９】
［３］（Ｂ）球状溶融シリカの平均粒径が０．１〜６μｍであり、かつ（Ｂ）球状溶融シリカの配合量が総樹脂組成物中で２〜１２重量％である第［１］又は［２］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［４］（Ｄ）フェノール樹脂硬化剤が、式（３）、式（４）又は式（５）で示されるフェノール樹脂のいずれか１種類又は２〜３種類の混合物であ第［１］〜［３］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【００１０】
【化８】
【００１１】
【化９】
【００１２】
【化１０】
【００１３】
［５］基板の片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみが第［１］〜［４］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物によって封止されてなることを特徴とする半導体装置、
である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる球状アルミナは、平均粒径が３５〜５５μｍである球状アルミナ粗粒（Ａ１）と平均粒径が４〜１０μｍである球状アルミナ細粒（Ａ２）の混合物である。過去、特公平７−４７６８２に示されるように、平均粒径が８〜３５μｍの球状アルミナ粗粒と平均粒径が０．１〜４μｍの球状アルミナ細粒の混合物の組合せが示されているが、この粒径の組合せでは高流動性は得られるものの、充分な高熱伝導性は得られない。
本発明に用いる球状アルミナは平均粒径が３５〜５５μｍである球状アルミナ粗粒は高流動性と高熱伝導性を発現するに重要な役割が得られることがわかった。球状アルミナ粗粒が３５μｍ以下であると高流動性と高熱伝導性が得られず好ましくない。球状アルミナ粗粒が５５μｍ以上であると高熱伝導性は得られるものの、流動性が低下するばかりでなく、パッケージでの充填時にボイドや流動跡が見られるようになり好ましくない。３５〜５５μｍである球状アルミナ粗粒の形状としては、流動性改善のために限りなく真球状であることが好ましい。
本発明に用いる平均粒径が４〜１０μｍである球状アルミナ細粒は、平均粒径が３５〜５５μｍである球状アルミナ粗粒と併用した場合、高充填時に高流動性を発現するのに極めて有効な粒径である。すなわち、平均粒径が３５〜５５μｍである球状アルミナ粗粒と併用する場合、球状アルミナ細粒の平均粒径が４μｍ以下であると高流動性と高熱伝導性が得られず好ましくない。また、球状アルミナ細粒の平均粒径が１０μｍ以上であると高熱伝導性は得られるものの、流動性が低下し好ましくない。４〜１０μｍである球状アルミナ細粒の形状としては、流動性改善のために限りなく真球状であることが好ましい。
【００１５】
本発明に用いる３５〜５５μｍである球状アルミナ粗粒（Ａ１）と平均粒径と４〜１０μｍである球状アルミナ細粒（Ａ２）との混合比率は２５重量％／７５重量％〜７５重量％／２５重量％の範囲であり、より好ましくは４０重量％／６０重量％〜６０重量％／４０重量％である。粗粒の割合が下限値を下回ると、高流動性と高熱伝導性が得られず好ましくない。また、粗粒の割合が上限値を上回ると高熱伝導性は得られるものの、流動性の低下が著しく好ましくない。また、粗粒と細粒の合計量は特には限定されない。一般的には７７〜９３重量％程度が高流動性と高熱伝導性を同時に得るために好ましいが、別途配合する球状溶融シリカとの総配合量が重要であり、これに限定されるものではない。
【００１６】
本発明に用いる球状溶融シリカは球状であれば限定されるものではない。球状溶融シリカの形状としては、流動性改善のために限りなく真球状であることが好ましい。また、平均粒径は０．１〜６μｍであることが好ましい。下限値を下回ると、溶融シリカ同士の凝集が発生するために流動性が低下するので好ましくない。上限値を超えると、球状アルミナ細粒の粒径と同等の粒径となり最密充填性が保てない場合があるため、流動性が低下する可能性があり好ましくない。本発明に用いる球状溶融シリカの配合量は、総樹脂組成物中で２〜１２重量％であることが好ましい。下限値を下回ると、０．１〜６μｍという微粒な粒径部分が減少するため、流動性が向上しないので好ましくない。１２重量％以上であると０．１〜６μｍという微粒な粒径部分が多すぎるために高流動性が低下するばかりではなく、熱伝導性の低い、球状シリカの比率が増える為に高熱伝導性も得られず好ましくない。
【００１７】
本発明に用いる（Ａ）３５〜５５μｍである球状アルミナ粗粒（Ａ１）と平均粒径と４〜１０μｍである球状アルミナ細粒（Ａ２）と（Ｂ）球状溶融シリカの配合量は総樹脂中で８５〜９５重量％であり、より好ましくは８８〜９３重量％である。下限値を下回ると高熱伝導性が得られないばかりか、エリア実装型半導体装置の成形品が反るので好ましくない。また上限値を超えると高熱伝導性は得られるが、流動性が損なわれるので好ましくない。
【００１８】
本発明で用いる（Ａ）３５〜５５μｍである球状アルミナ粗粒（Ａ１）と平均粒径と４〜１０μｍである球状アルミナ細粒（Ａ２）と（Ｂ）球状溶融シリカは、予め十分に混合しておくことが好ましい。また必要に応じて上記混合物をカップリング剤やエポキシ樹脂あるいはフェノール樹脂で予め被覆して用いてもよく、被覆の方法としては、溶剤を用いて混合した後に溶媒を除去する方法や直接無機充填材に添加し、混合機を用いて混合する方法等がある。
【００１９】
本発明に用いるエポキシ樹脂は、１５０℃のＩＣＩ粘度が０．５ポイズ以下である低粘度エポキシ樹脂である。０．５ポイズ以上のエポキシ樹脂を使用すると流動性が損なわれるので好ましくない。１５０℃のＩＣＩ粘度が０．５ポイズ以下である低粘度エポキシ樹脂としては、式（１）、式（２）に示される構造がより好ましいがこれに限定されるものではない。
【００２０】
【化１１】
【００２１】
【化１２】
【００２２】
式（１）、式（２）以外の１５０℃のＩＣＩ粘度が０．５ポイズ以下である低粘度エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂が知られている。しかし各種特性を付与するため、１５０℃のＩＣＩ粘度が０．５ポイズ以上のエポキシ樹脂を少量併用することはなんら差し支えない。これら１５０℃のＩＣＩ粘度が０．５ポイズ以上のエポキシ樹脂としては、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、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、テルペン変性フェノール型エポキシ樹脂、が知られている。
本発明に用いるフェノール樹脂硬化剤は特に限定される物ではないが、高流動性、低収縮性を保持するために、式（３）、式（４）、式（５）に示されるフェノール樹脂硬化剤が好ましい。しかし上記に限定される物ではなく、フェノールノボラック樹脂、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ール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂等も使用することもできる。
【００２３】
【化１３】
【００２４】
【化１４】
【００２５】
【化１５】
【００２６】
本発明に用いる（Ｅ）燐又は窒素を含有する硬化促進剤は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物において一般に使用される物が使用できる。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、ベンジルジメチルアミン、２−メチルイミダゾール、式（６）で示される化合物、式（７）で示される化合物等が挙げられるが、これらに限定される物ではない。また使用においては単独でも混合して用いてもよい。
【００２７】
【化１６】
【００２８】
【化１７】
【００２９】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）成分の他、必要に応じて酸化ビスマス水和物、マグネシウム−アルミニウム化合物等の無機イオン交換体、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力化成分、天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸及びその金属塩類もしくはパラフィン等の離型剤、臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチモン、燐酸エステル、フォスファゼン化合物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の難燃剤ならびに酸化防止剤等の各種添加剤を適宜配合しても差し支えない。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）成分、及びその他の添加剤等を、ミキサーを用いて常温混合し、ロール、ニーダー、押出機等の混練機で溶融混練し、冷却後粉砕して得られる。本発明の樹脂組成物を用いて、半導体素子等の電子部品を封止し、半導体装置を製造するには、トランスファーモールド、コンプレッションモールド、インジェクションモールド等の成形方法で硬化成形すればよい。
【００３０】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
【００３１】
式（１）を主成分とするエポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製 Ｙ
Ｘ４０００ＨＫ、１５０℃ＩＣＩ粘度０．１５ポイズ、エポキシ当量１９１ｇ／
ｅｑ） ５．２重量％
【化１８】
【００３２】
式（５）のフェノール樹脂（明和化成（株）製 ＭＥＨ７５００、軟化点１１
０℃、水酸基当量９７ｇ／ｅｑ） ２．８重量％
【化１９】
【００３３】
平均粒径が３８．２μｍの球状アルミナ粗粒 ４３．０重量％
平均粒径が５．１μｍの球状アルミナ細粒 ４３．０重量％
平均粒径が２．６μｍの球状溶融シリカ ４．０重量％
トリフェニルホスフィン ０．１５重量％
三酸化二アンチモン ０．８５重量％
ブロム化エポキシ（１５０℃ＩＣＩ粘度６．７ポイズ、エポキシ当量２７３ｇ
／ｅｑ） ０．４重量％
カーボンブラック ０．３重量％
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン ０．１重量％
カルナバワックス ０．２重量％
を常温においてミキサーで混合し、７０〜１２０℃で２本ロールにより混練し、冷却後粉砕して樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物を以下の方法で評価した。
［評価方法］
・スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型を用い、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分で測定した。単位はｃｍ。８０ｃｍ以上を合格とした。
・熱伝導率：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分で直径４０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの成形品を成形し、１７５℃、８時間で後硬化し、得られた成形品の熱伝導率を熱伝導率計（京都電子工業社製ＱＴＭ−５００）で測定した。単位はＷ／ｍＫ。３Ｗ／ｍＫ以上を合格とした。
・パッケージ反り量ならびに成形性：トランスファー成形機を用いて、金型温度１８０℃、注入圧力７．４ＭＰａ、硬化時間２分で２２５ｐＢＧＡ（基板は厚さ０．３６ｍｍ、ビスマレイミド・トリアジン／ガラスクロス基板、パッケージサイズは２４×２４ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ、シリコンチップはサイズ９×９ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍ、チップと回路基板のボンディングパッドとを２５μｍ径の金線でボンディングしている）を成形し、１７５℃、８時間で後硬化した。室温に冷却後パッケージのゲートから対角線方向に、表面粗さ計を用いて高さ方向の変位を測定し、変位差の最も大きい値を反り量とした。単位はμｍ。反り量は１２０μｍ以下が良好であり、成形性は外観にボイド、流動痕等がみられない正常な外観のものを良好と判定した。
【００３４】
実施例２〜１７、比較例１〜１３
表１、表２の組成に従って配合し、実施例１と同様にして樹脂組成物を得、同様に評価した。これらの評価結果を表１、表２に示す。なお、実施例１以外で用いた原材料を以下に示す。
【００３５】
式（２）のエポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製 ＹＬ６８１０、１５０℃ＩＣＩ粘度０．１ポイズ以下、エポキシ当量１６３ｇ／ｅｑ）
【化２０】
【００３６】
式（８）のエポキシ樹脂（日本化薬（株）製 Ｅ−１０３２、１５０℃ＩＣＩ粘度０．５５ポイズ、エポキシ当量１６９ｇ／ｅｑ）
【化２１】
【００３７】
オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（日本化薬（株）製 ＥＯＣＮ、１５０℃ＩＣＩ粘度１．２ポイズ、エポキシ当量１９６ｇ／ｅｑ）
【００３８】
式（３）のフェノール樹脂（新日鐵化学（株）製 ＳＮ４８５、軟化点８７℃、水酸基当量２１０ｇ／ｅｑ）
【化２２】
【００３９】
式（４）のフェノール樹脂（明和化成（株）製 ＭＥＨ７８５１、軟化点７３℃、水酸基当量１９９ｇ／ｅｑ）
【化２３】
【００４０】
平均粒径４４．１μｍの球状アルミナ粗粒
平均粒径５０．９μｍの球状アルミナ粗粒
平均粒径２１．０μｍの球状アルミナ粗粒
平均粒径６１．２μｍの球状アルミナ粗粒
平均粒径８．６μｍの球状アルミナ細粒
平均粒径１．１μｍの球状アルミナ細粒
平均粒径１３．８μｍの球状アルミナ細粒
平均粒径０．５μｍの球状溶融シリカ
１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵという）
【００４１】
式（６）の燐系硬化促進剤
【化２４】
【００４２】
式（７）の燐系硬化促進剤
【化２５】
【００４３】
【表１】
【００４４】
【表２】
【００４５】
【発明の効果】
本発明に従うと、流動性、熱伝導性に優れるエポキシ樹脂組成物が得られ、これを用いたエリア実装型半導体装置は反りが小さい。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation having a small warpage after molding or soldering in an area-mounted semiconductor device, having excellent solder crack resistance, excellent fluidity, and excellent heat conductivity, and a semiconductor device. Things.
[0002]
[Prior art]
In the recent market trend of miniaturization, weight reduction and high functionality of electronic equipment, the area integration type semiconductor device is newly developed as the integration of semiconductors progresses year by year and the surface mounting of semiconductor devices is promoted. It has been developed and has begun to shift from conventional semiconductor devices.
A ball grid array (hereinafter, referred to as BGA) or a chip size package (hereinafter, referred to as CSP) pursuing further miniaturization is representative of the area mounting type semiconductor device, and these are conventionally known as quad flat packages (hereinafter, referred to as "CSP"). Surface mount semiconductor devices represented by QFP) and small outline package (hereinafter, referred to as SOP) have been developed to meet the demand for multi-pin and high-speed, which is approaching the limit.
As a structure, a semiconductor element is mounted on one side of a rigid circuit board represented by a bismaleimide / triazine (hereinafter referred to as BT) resin / copper circuit board or a flexible circuit board represented by a polyimide resin film / copper circuit board. It is mounted, and only its element mounting surface, that is, only one surface of the substrate is molded and sealed with a resin composition or the like. Also, on the surface opposite to the element mounting surface of the substrate, solder balls are formed two-dimensionally in parallel and joined to a circuit board on which a semiconductor device is mounted. Further, as a substrate on which the element is mounted, a structure using a metal substrate such as a lead frame other than the organic circuit substrate has been devised.
[0003]
The structure of these area mounting type semiconductor devices adopts a single-sided sealing configuration in which only the element mounting surface of the substrate is sealed with a resin composition and the solder ball forming surface is not sealed. Very rarely, on a metal substrate such as a lead frame, a sealing resin layer of about several tens of μm may be present even on a solder ball forming surface, but a sealing resin layer of several hundred μm to several mm on an element mounting surface. Since the layer is formed, one-sided sealing is substantially achieved. Therefore, due to the mismatch of thermal expansion and thermal shrinkage between the organic substrate or the metal substrate and the cured product of the resin composition, or the effect of the curing shrinkage during molding and curing of the resin composition, these semiconductor devices immediately after molding. Warpage easily occurs.
[0004]
On the other hand, the heat generation of the semiconductor device used is increasing, and the necessity of dissipating the heat generated by the semiconductor device to the outside of the package through the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation has recently become rapidly important. In the structure of the conventional area mounting type semiconductor device, the application of semiconductor devices that generate a large amount of heat is progressing because the number of external terminals can be increased and the size of the package can be easily reduced because the area can be mounted. Heat dissipation has attracted much attention. In particular, to improve heat dissipation from the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation to the outside, improvements have been made by attaching a highly heat-dissipating metal plate to the package, but the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation itself has been improved. There is a limit as long as the heat dissipation property is not enhanced, and its importance is particularly noted.
However, in the past, there was no development of a high thermal conductive epoxy encapsulating resin focusing on the structure of an area-mounted semiconductor device. High thermal conductive epoxy encapsulation resin using alumina, aluminum nitride, etc. has been developed for double-sided encapsulation using lead frames such as conventional QFPs and SOPs. However, high fluidity and warpage in the package were not satisfied, and there was an urgent need to develop a new highly heat-conductive epoxy sealing resin for semiconductors.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention relates to an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation and a semiconductor device having a small warpage after molding or soldering in an area-mounted semiconductor device, having excellent solder crack resistance, excellent fluidity, and excellent high thermal conductivity. To provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention uses a predetermined ratio of spherical alumina having a specific particle size and specific spherical silica, and uses a low-viscosity epoxy resin to provide high fluidity, low molding shrinkage, moisture resistance reliability, and high thermal conductivity. It has been found that an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation excellent in can be obtained, the configuration of which is
[1] (A) Mixture of spherical alumina coarse particles (A1) having an average particle diameter of 35 to 55 μm and spherical alumina fine particles (A2) having an average particle diameter of 4 to 10 μm, (B) spherical fused silica, C) A low-viscosity epoxy resin having an ICI viscosity at 150 ° C. of 0.5 poise or less, (D) a phenol resin curing agent, and (E) a curing accelerator containing phosphorus or nitrogen. The mixing ratio of the spherical alumina coarse particles (A1) and the spherical alumina fine particles (A2) having an average particle size of 4 to 10 μm is in the range of 25% by weight / 75% by weight to 75% by weight / 25% by weight, The total amount of the spherical alumina coarse particles (A1) having an average particle size of 4 to 10 μm, the spherical alumina fine particles (A2) having a particle size of 4 to 10 μm, and the spherical fused silica (B) is 85 to 95% by weight in the total resin composition. % Semiconductor encapsulation Epoxy resin composition,
[2] (C) A low-viscosity epoxy resin having an ICI viscosity at 150 ° C. of 0.5 poise or less is a mixture of one or two of the epoxy resins represented by the formula (1) or (2). An epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to [1],
[0007]
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[3] The first [1], wherein the average particle size of (B) the spherical fused silica is 0.1 to 6 µm and the blending amount of the (B) spherical fused silica is 2 to 12% by weight in the total resin composition. Or the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to [2],
[4] The (D) phenolic resin curing agent is any one of phenolic resins represented by the formula (3), the formula (4) or the formula (5) or a mixture of two or three of the phenolic resins. [3] The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to the item [3],
[0010]
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[5] A semiconductor element is mounted on one surface of a substrate, and substantially only one surface on the substrate surface side on which the semiconductor element is mounted is formed of the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to any one of [1] to [4]. A semiconductor device characterized by being sealed,
It is.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The spherical alumina used in the present invention is a mixture of spherical alumina coarse particles (A1) having an average particle diameter of 35 to 55 μm and spherical alumina fine particles (A2) having an average particle diameter of 4 to 10 μm. In the past, as shown in Japanese Patent Publication No. 7-47682, a combination of a mixture of spherical alumina coarse particles having an average particle size of 8 to 35 μm and spherical alumina fine particles having an average particle size of 0.1 to 4 μm has been described. With this combination of particle sizes, high fluidity can be obtained, but sufficient high thermal conductivity cannot be obtained.
The spherical alumina used in the present invention has an average particle diameter of 35 to 55 μm, and it has been found that coarse alumina coarse particles can play an important role in exhibiting high fluidity and high thermal conductivity. If the spherical alumina coarse particles are 35 μm or less, high fluidity and high thermal conductivity cannot be obtained, which is not preferable. If the spherical alumina coarse particles have a particle size of 55 μm or more, high thermal conductivity can be obtained, but not only the fluidity is lowered, but also voids and flow marks are seen when the package is filled, which is not preferable. The shape of the spherical alumina coarse particles having a diameter of 35 to 55 μm is preferably infinitely spherical in order to improve fluidity.
The spherical alumina fine particles having an average particle diameter of 4 to 10 μm used in the present invention are extremely effective in expressing high fluidity at high filling when used in combination with spherical alumina coarse particles having an average particle diameter of 35 to 55 μm. Particle size. That is, when used in combination with spherical alumina coarse particles having an average particle diameter of 35 to 55 μm, if the average particle diameter of the spherical alumina fine particles is 4 μm or less, high fluidity and high thermal conductivity cannot be obtained, which is not preferable. On the other hand, if the average particle diameter of the spherical alumina fine particles is 10 μm or more, high thermal conductivity can be obtained, but the fluidity decreases, which is not preferable. The shape of the spherical alumina fine particles having a diameter of 4 to 10 μm is preferably infinitely spherical in order to improve fluidity.
[0015]
The mixing ratio of the spherical alumina coarse particles (A1) having a diameter of 35 to 55 μm and the spherical alumina fine particles (A2) having an average particle diameter of 4 to 10 μm used in the present invention is 25% by weight / 75% by weight to 75% by weight / It is in the range of 25% by weight, more preferably 40% by weight / 60% by weight to 60% by weight / 40% by weight. If the proportion of coarse particles is below the lower limit, high fluidity and high thermal conductivity cannot be obtained, which is not preferable. On the other hand, if the proportion of coarse particles exceeds the upper limit, high thermal conductivity can be obtained, but the fluidity is not significantly reduced. The total amount of coarse particles and fine particles is not particularly limited. Generally, about 77 to 93% by weight is preferable in order to simultaneously obtain high fluidity and high thermal conductivity, but the total amount of the spherical fused silica separately compounded is important and is not limited thereto. .
[0016]
The spherical fused silica used in the present invention is not limited as long as it is spherical. The shape of the spherical fused silica is preferably infinitely spherical in order to improve fluidity. Further, the average particle size is preferably from 0.1 to 6 μm. If the value is below the lower limit value, the aggregation of the fused silica occurs and the fluidity decreases, which is not preferable. If the value exceeds the upper limit, the particle size becomes equivalent to the particle size of the spherical alumina fine particles, and the close-packing property may not be maintained in some cases. The amount of the spherical fused silica used in the present invention is preferably 2 to 12% by weight in the total resin composition. If the value is below the lower limit, the fine particle size portion of 0.1 to 6 μm is reduced, and the fluidity is not improved, which is not preferable. When the content is 12% by weight or more, not only the high fluidity is lowered due to too large a fine particle size portion of 0.1 to 6 μm, but also the thermal conductivity is low, and the ratio of spherical silica is increased, so that the thermal conductivity is high. Is not obtained, which is not preferable.
[0017]
The blending amounts of (A) spherical alumina coarse particles (A1) having a particle size of 35 to 55 μm, average particle size, spherical alumina fine particles (A2) having a particle size of 4 to 10 μm, and (B) spherical fused silica used in the present invention are based on the total resin. Is from 85 to 95% by weight, more preferably from 88 to 93% by weight. If the value is below the lower limit, not only high thermal conductivity cannot be obtained, but also a molded product of the area-mounted semiconductor device is undesirably warped. If it exceeds the upper limit, high thermal conductivity can be obtained, but fluidity is impaired, which is not preferred.
[0018]
The (A) spherical alumina coarse particles (A1) having a size of 35 to 55 μm, the spherical alumina fine particles (A2) having an average particle size of 4 to 10 μm, and (B) spherical fused silica used in the present invention are sufficiently mixed in advance. It is preferable to keep it. If necessary, the above mixture may be coated with a coupling agent, an epoxy resin or a phenol resin in advance, and used as a coating method. A method of removing the solvent after mixing using a solvent or a method of directly using an inorganic filler. And mixing using a mixer.
[0019]
The epoxy resin used in the present invention is a low-viscosity epoxy resin having an ICI viscosity at 150 ° C. of 0.5 poise or less. It is not preferable to use an epoxy resin of 0.5 poise or more, since the fluidity is impaired. As the low-viscosity epoxy resin having an ICI viscosity at 150 ° C. of 0.5 poise or less, the structures represented by the formulas (1) and (2) are more preferable, but are not limited thereto.
[0020]
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Examples of the low-viscosity epoxy resin having an ICI viscosity at 150 ° C. of 0.5 poise or less other than the formulas (1) and (2) include bisphenol F type epoxy resin, stilbene type epoxy resin, naphthol novolak type epoxy resin, and hydroquinone type. Epoxy resins are known. However, in order to impart various properties, a small amount of an epoxy resin having an ICI viscosity at 150 ° C. of 0.5 poise or more may be used in a small amount. These epoxy resins having an ICI viscosity at 150 ° C. of 0.5 poise or more include phenol novolak type epoxy resin, orthocresol novolak type epoxy resin, triphenolmethane type epoxy resin, dicyclopentadiene modified phenol type epoxy resin, and terpene modified phenol. Epoxy resins are known.
The phenolic resin curing agent used in the present invention is not particularly limited, but in order to maintain high fluidity and low shrinkage, the phenolic resin represented by the formula (3), (4) or (5) Curing agents are preferred. However, it is not limited to the above, and phenol novolak resin, cresol novolak resin, dicyclopentadiene-modified phenol resin, terpene-modified phenol resin, and the like can also be used.
[0023]
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As the (E) curing accelerator containing phosphorus or nitrogen used in the present invention, those generally used in epoxy resin compositions for semiconductor encapsulation can be used. For example, 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undecene-7, triphenylphosphine, benzyldimethylamine, 2-methylimidazole, a compound represented by the formula (6), a compound represented by the formula (7), and the like. But not limited thereto. In use, they may be used alone or as a mixture.
[0027]
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The epoxy resin composition of the present invention may further comprise, if necessary, an inorganic ion exchanger such as bismuth oxide hydrate or a magnesium-aluminum compound, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, in addition to the components (A) to (E). Coupling agents such as carbon black, red iron oxide, etc., low-stress components such as silicone oil and silicone rubber, natural wax, synthetic wax, release agents such as higher fatty acids and their metal salts or paraffin, brominated epoxy Various additives such as a flame retardant such as a resin, antimony oxide, a phosphate ester, a phosphazene compound, aluminum hydroxide and magnesium hydroxide, and an antioxidant may be appropriately compounded.
The epoxy resin composition of the present invention is prepared by mixing components (A) to (E), other additives, and the like at room temperature using a mixer, kneading with a kneading machine such as a roll, kneader, or extruder, and cooling. It is obtained by subsequent grinding. In order to manufacture a semiconductor device by encapsulating an electronic component such as a semiconductor element using the resin composition of the present invention, it is sufficient to cure and mold by a molding method such as transfer molding, compression molding and injection molding.
[0030]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
Example 1
[0031]
Epoxy resin having the formula (1) as a main component (Y by Epoxy Resin Co., Ltd.)
X4000HK, 150 ° C. ICI viscosity 0.15 poise, epoxy equivalent 191 g /
eq) 5.2% by weight
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Phenol resin of formula (5) (MEH7500, manufactured by Meiwa Kasei Co., Ltd., softening point 11)
0 ° C., hydroxyl equivalent 97 g / eq) 2.8% by weight
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Spherical alumina coarse particles having an average particle size of 38.2 μm 43.0% by weight
Spherical alumina fine particles having an average particle size of 5.1 μm 43.0% by weight
Spherical fused silica having an average particle size of 2.6 μm 4.0% by weight
0.15% by weight of triphenylphosphine
0.85% by weight of diantimony trioxide
Brominated epoxy (ICO viscosity at 150 ° C 6.7 poise, epoxy equivalent 273 g)
/ Eq) 0.4% by weight
0.3% by weight of carbon black
γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane 0.1% by weight
Carnauba wax 0.2% by weight
Was mixed at room temperature with a mixer, kneaded at 70 to 120 ° C. with two rolls, cooled and pulverized to obtain a resin composition. The obtained resin composition was evaluated by the following method.
[Evaluation method]
Spiral flow: Measured using a mold for measuring spiral flow according to EMMI-1-66, at a mold temperature of 175 ° C., an injection pressure of 6.9 MPa, and a curing time of 2 minutes. The unit is cm. 80 cm or more was regarded as a pass.
-Thermal conductivity: Using a transfer molding machine, mold a mold with a mold temperature of 175 ° C, an injection pressure of 6.9 MPa, a curing time of 2 minutes, a diameter of 40 mm and a thickness of 30 mm, and post cure at 175 ° C for 8 hours. Then, the thermal conductivity of the obtained molded product was measured by a thermal conductivity meter (QTM-500, manufactured by Kyoto Electronics Industry Co., Ltd.). The unit is W / mK. 3 W / mK or more was regarded as a pass.
・ Package warpage and moldability: 225 pBGA using a transfer molding machine at a mold temperature of 180 ° C., an injection pressure of 7.4 MPa, and a curing time of 2 minutes (substrate is 0.36 mm thick, bismaleimide triazine / glass cloth substrate) , The package size is 24 × 24 mm, the thickness is 1.17 mm, and the silicon chip is 9 × 9 mm, the thickness is 0.35 mm, and the chip and the bonding pad of the circuit board are bonded with a 25 μm diameter gold wire.) And post-cured at 175 ° C. for 8 hours. After cooling to room temperature, the displacement in the height direction was measured diagonally from the gate of the package using a surface roughness meter, and the largest value of the displacement difference was defined as the amount of warpage. The unit is μm. The amount of warpage was good at 120 μm or less, and the moldability was judged to be good if the appearance was normal with no voids, flow marks, etc.
[0034]
Examples 2 to 17, Comparative Examples 1 to 13
It was blended in accordance with the compositions shown in Tables 1 and 2, and a resin composition was obtained in the same manner as in Example 1 and evaluated in the same manner. Tables 1 and 2 show the evaluation results. In addition, the raw materials used other than Example 1 are shown below.
[0035]
Epoxy resin of formula (2) (YL6810 manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd., ICI viscosity at 150 ° C. 0.1 or less, epoxy equivalent 163 g / eq)
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Epoxy resin of formula (8) (E-1032, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., ICI viscosity at 150 ° C. 0.55 poise, epoxy equivalent 169 g / eq)
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Orthocresol novolak type epoxy resin (EOCN manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., ICI viscosity of 150 ° C., 1.2 poise, epoxy equivalent 196 g / eq)
[0038]
Phenol resin of formula (3) (SN485 manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd., softening point 87 ° C., hydroxyl equivalent 210 g / eq)
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Phenol resin of the formula (4) (MEH7851 manufactured by Meiwa Kasei KK, softening point 73 ° C, hydroxyl equivalent 199 g / eq)
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Spherical alumina coarse particles having an average particle size of 44.1 μm Spherical alumina coarse particles having an average particle size of 50.9 μm 21.0 μm Spherical alumina coarse particle average particle size of 61.2 μm Spherical alumina coarse particle average particle size of 8.6 μm 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undecene spherical alumina fine particles having an average particle diameter of 1.1 μm, spherical alumina fine particles having an average particle diameter of 13.8 μm, and spherical alumina having an average particle diameter of 13.8 μm -7 (hereinafter referred to as DBU)
[0041]
Phosphorus curing accelerator of the formula (6)
Phosphorus-based curing accelerator of the formula (7)
[Table 1]
[Table 2]
【The invention's effect】
According to the present invention, an epoxy resin composition having excellent fluidity and heat conductivity can be obtained, and an area-mounted semiconductor device using the epoxy resin composition has a small warpage.