JP4385885B2

JP4385885B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物とそれを用いた半導体装置

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Publication number: JP4385885B2
Application number: JP2004219354A
Authority: JP
Inventors: 辰佳和田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2024-07-27
Also published as: JP2006036940A

Description

本願発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関するものである。さらに詳しくは、本願発明は、ブラックライトの照射により蛍光発光する半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関するものである。

エポキシ樹脂は、接着性や低吸収性に優れ安価なことから、電気、電子部品や半導体装置などの封止において、従来のガラス、金属、セラミック等を用いたハーメチックシール法に代わる封止剤として主流となっている。このようなエポキシ樹脂による封止剤としては、主に、樹脂成分としてｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂を、硬化剤成分としてフェノールノボラック樹脂を配合したエポキシ樹脂組成物が使用されている。

一方、このようなエポキシ樹脂組成物により封止された半導体装置の製品表面には、通常、製品名や製造者名等がマーキングされているが、従来、このようなマーキングには、熱硬化性樹脂インクを捺印する方法が一般的であった。しかし、インクによるマークは、有機溶剤や摩擦により消えやすいという問題があったことから、近年、半導体装置の表面に、ＣＯ₂レーザー等を照射することにより文字や記号を書き込むレーザーマーキングが行われるようになっている。

しかしながら、レーザーマーキングではマーキング不良によりマークが不鮮明となる場合が多いという問題があり、集積回路（IC）、大規模集積回路（LSI）、超大規模集積回路（VLSI）などでは、高密度化、高集積化に伴い、封止剤の薄肉化が進んでおり、このような半導体装置においては、レーザーマーキングが施された半導体装置の封止効果が不十分となり、可視光や赤外光の透過による不具合が生じる場合があった。

このような問題を解消するものとして、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材を主成分とし、カーボンブラックとアゾ系有機染料を含有するエポキシ樹脂組成物を用いて半導体を封止し、レーザーマーキングを行うことにより、半導体装置における可視光や赤外光の透過を防止する方法が提案されている（特許文献１）。しかし、このようなレーザーマーキングにおいてもマーキング不良の低減は容易ではなかった。しかもまた、レーザーマーキングについての工夫が検討されてきているものの、従来、半導体装置の封止パッケージはほとんどが黒色を呈していることから、半導体装置の種別や製造者の識別が難しいという問題があった。
特開平１１−０６０９０４

そこで、本願発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、良好なレーザーマーキング性において、半導体装置等の種別や製造者等の明確な識別を可能とする新たな半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供することを課題としている。

本願発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、上記の課題を解決するものとして、第１には、ブラックライトの照射により蛍光発光する半導体封止用樹脂組成物であって、少なくともエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材および硬化促進剤とともに、蛍光剤を含有し、蛍光剤は、次式（Ｉ）

（ただし、ＸおよびＹは同一又は別異にヒドロキシル基またはフェニルアミノ基を表し、Ｒは水素原子またはアルカリ金属原子を表す）
で表されるものであることを特徴としている。

さらに、本願発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、第２には、硬化物表面の色差計測定により得られるＷＢ値（白度）が５〜３０であることを特徴とし、第３には、硬化物表面の色差計測定により得られるＬ値（明度）が１０〜５０であることを特徴としている。

そして、第４には、前記いずれか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をも提供する。

上記第１の発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、少なくともエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材および硬化促進剤とともに、蛍光剤を含有することから、ブラックライトを照射した場合に蛍光発光する。したがって、このような半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止された半導体装置では、半導体装置の性能や作動に影響を与えることなく、ブラックライト（近紫外光）の照射によって簡便かつ確実な識別が可能となる。しかも、蛍光剤として、式（Ｉ）の化合物を使用することから、通常は無色であるが、ブラックライトを照射した場合には、青紫色または青緑色に蛍光発光し、明確な識別が可能となる。
また、カーボンブラックを含有する場合には、このような半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止された半導体装置は、通常は従来の半導体封止用エポキシ樹脂組成物と同等の色調を示し、ブラックライトを照射した場合に蛍光発光して識別が可能となる。

さらに、上記第２の発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物では、硬化物表面の色差計測定により得られるＷＢ値（白度）が５〜30であることから、発光性が良好となる。

また、上記第３の発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物では、硬化物表面の色差計測定により得られるＬ値（明度）が10〜50であることから、発光性が良好となる。

そして、上記第４の発明の半導体装置では、前記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止された半導体装置では、ブラックライト等のブラックライトの照射により簡単に識別することが可能となる。

本願発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、前記のとおり、少なくともエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材および硬化促進剤とともに、蛍光剤を含有することを特徴とする。

本願発明の半導体封止用樹脂組成物において、エポキシ樹脂は、一般的に半導体封止用として使用される各種のエポキシ樹脂であってよく、とくに限定されない。例えば、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂等を挙げることができる。これらは１種に限定されず、複数種を組み合わせて使用してもよい。

また、硬化剤としては、一般的に半導体封止用として使用される各種のものを適用できる。具体的には、フェノールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等のナフタレン骨格含有フェノール樹脂、多価フェノール化合物、トリフェニルメタン骨格を有するもの、ジシクロ骨格を有するもの等が例示される。これらは１種に限定されず、複数種を組み合わせて使用してもよい。このとき、エポキシ樹脂と硬化剤の含有量はとくに限定されないが、例えば、エポキシ樹脂と硬化剤との当量比が0.5〜1.5となるように配合することができる。

さらに、無機充填材としては、一般的に半導体封止用として使用されるものであればよく、その種類は特に限定されない。例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等が挙げられる。無機充填材の含有量もとくに限定されないが、例えば、半導体封止用樹脂組成物全量に対して60〜93重量％とすることができる。無機充填材の含有量は、特に半導体封止用樹脂組成物全量に対して65〜85重量％とすることが好ましい。

さらに、本願発明の半導体封止用樹脂組成物において必須成分として含有される蛍光剤は、ブラックライトからの近紫外光を照射した際に蛍光発光するものであり、このような蛍光剤としては、分子中に連続した共役二重結合鎖を有するもの、とくに、芳香族基、複素環基、縮合環基を有するものが例示され、さらに具体的には、次式（Ｉ）

（ただし、ＸおよびＹは同一又は別異にヒドロキシル基またはフェニルアミノ基を表し、Ｒは水素原子またはアルカリ金属原子を表す）
で表されるスチルベン誘導体である。

以上のとおりの半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、硬化物表面の色差計測定により得られるＷＢ値が、５〜30であることを特徴とする。本願発明において、ＷＢ値が５未満の場合には、発光性が十分でなく30より大きい場合には発光性の増大にはあまり寄与しない。また、本願発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、硬化物表面の色差計測定により得られるＬ値が、10〜50であることを特徴とする。Ｌ値は、明度を表し、色の明暗、つまり「明るさ」を表す。明度が最大（100％）の場合には白、最低（０％）の場合には黒となるが、半導体封止用エポキシ樹脂組成物においては、Ｌ値が10〜50である場合に、もっとも識別が容易となり、好ましい。

なお、このような半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いた半導体装置を識別する際には、水銀ランプやハフニウム蛍光ランプ等から発生する近紫外線（300〜450 nm）を特殊な紫外線フィルターで取り出した照明、すなわちブラックライトを使用する。

本願発明の半導体封止用樹脂組成物において、蛍光剤の含有量は、好適には、樹脂組成物の全体量に対して0.02〜2.0重量％とする。蛍光剤の含有量が0.02重量％未満の場合、そして2.0重量％より多い場合には、発光性、レーザーマーキング性が十分に得られにくく、2.0重量％を超えるとエポキシ樹脂の硬化性に好ましくない影響を及ぼす傾向が強まることになる。

本願発明の半導体封止用樹脂組成物は、以上のとおり、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、硬化促進剤、および蛍光剤を必須成分として含有するものであるが、これら以外にも、一般的に半導体封止用として使用される各種の添加剤を含有していてもよい。

具体的には、カルナバワックス、ポリエチレンワックス、ステアリン酸、モンタン酸、カルボキシル基含有ポリオレフィン等の離型剤、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のシランカップリング剤、トリフェニルホスフィン（TPP）、トリメチルホスフィン等の有機リン化合物類、２−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類や、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミン等の三級アミン類等の硬化促進剤、リン系難燃剤、ブロム化合物、三酸化アンチモン等の難燃剤、カーボンブラック、有機染料等の着色剤や、表面がシリコーンレジンによって被覆されたシリコーンゴムパウダー等の改質剤を挙げることができる。

以上のとおりの本願発明の半導体封止用樹脂組成物は、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、硬化促進剤、蛍光剤、さらに必要に応じて各種の添加剤を配合し、これをミキサーやブレンダーで均一に混合した後に、加熱ロールやニーダー等で混練することによって調製できるものである。ここで、上記の各成分の配合順序は特に限定されるものではなく、また混練物を必要に応じて冷却固化させ、粉砕してペレットやパウダーにしたり、あるいはタブレット化したりして使用することができる。

そして、このようにして調製した半導体封止用樹脂組成物を用いて封止成形することによって、半導体装置を作製することができる。例えば、IC等の半導体素子を搭載したリードフレームをトランスファー成形金型にセットし、トランスファー成形を行うことによって、半導体素子を封止用樹脂組成物で封止した半導体装置を作製することができるものである。

このようにして得られる半導体装置では、封止材が前記の蛍光剤を含有する半導体封止用樹脂組成物であることから、高い接着強度を有しながら、ブラックライトの照射により蛍光発光する。したがって、半導体装置表面をインクやレーザーでマーキングすることなく、簡便かつ明確に識別が可能となる。

以下、実施例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。

＜実施例１〜５、比較例１＞
（１）半導体封止用樹脂組成物の調製
表１に示す配合量で各成分を配合し、ブレンダーで30分間混合して均一化した後、80℃に加熱したニーダーで混練溶融させて押し出し、冷却した後、粉砕機で所定の粒度に粉砕して粉粒状の半導体封止用樹脂組成物を得た。

なお、エポキシ樹脂としては、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（住友化学工業（株）製「ESCN-195XL-3」エポキシ当量195）を使用した。

また、硬化剤としては、フェノールノボラック樹脂（荒川化学工業（株）製「タマノル752」水酸基当量104）を、硬化促進剤としては、２−フェニルイミダゾール（メーカー名「型番等」）を使用した。

さらに、無機充填材として溶融シリカ（平均粒径20μm）を、蛍光剤として、前記の式（Ｉ）で表されるものを使用した。

さらに、シランカップリング剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業（株）「KBM403」）を、難燃剤としてブロム化エポキシ樹脂（住友化学工業（株）製「ESB400T」エポキシ当量400）を、難燃助剤として三酸化アンチモンを、離型剤として天然カルナバワックスを、そして着色剤としてカーボンブラックを用いた。

（２）色差計評価
日本電色工業（株）製分光式色彩計を用いて、標準物質との比較にてチップ表面の色差を測定した。次いで、成形品を125℃で24時間キュアした後、同様の測定を行った。

結果を表１に示した。

（３）発光性評価
得られた評価用成形品に暗室にてブラックライトを照射し、発光の有無を目視により確認した。

結果を表１に示した。

表１にみられるように、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、硬化促進剤および蛍光剤を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物では、ブラックライトの照射により蛍光発光することが確認された。

一方、蛍光剤を含有しないエポキシ樹脂組成物では、蛍光発光は見られなかった。

以上より、この発明によって、容易かつ明確な識別を可能とする新たなマーキング方法のための半導体封止用エポキシ樹脂組成物が提供されることが確認された。

Claims

ブラックライトの照射により蛍光発光する半導体封止用樹脂組成物であって、少なくともエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材および硬化促進剤とともに、蛍光剤を含有し、蛍光剤は、次式（Ｉ）

（ただし、ＸおよびＹは同一又は別異にヒドロキシル基またはフェニルアミノ基を表し、Ｒは水素原子またはアルカリ金属原子を表す）
で表されるもの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。
硬化物表面の色差計測定により得られるＷＢ値（白度）が、５〜３０であることを特徴とする請求項１の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
硬化物表面の色差計測定により得られるＬ値（明度）が、１０〜５０であることを特徴とする請求項１の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
請求項１ないし３のいずれか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。