專利名稱：環(huán)氧樹脂組合物及半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物及采用該半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物的半導(dǎo)體裝置。特別是涉及適用于在汽車用等的要求在超過150℃的高溫環(huán)境下保證運(yùn)行的在電子部件中使用的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
作為IC、LSI等半導(dǎo)體元件的封固方法，環(huán)氧樹脂組合物的傳輸成型適于低成本地大量生產(chǎn)，可長期采用，即使從可靠性方面考慮，通過改善環(huán)氧樹脂及作為固化劑的酚醛樹脂，也可以謀求特性的提高。然而，在近年來的電子儀器小型化、輕量化、高性能化的市場動向中，半導(dǎo)體元件的高集成化也在年年發(fā)展，另外，在促進(jìn)半導(dǎo)體裝置的表面安裝化中，對半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物的要求日益嚴(yán)格。特別是汽車用半導(dǎo)體，要求在發(fā)動機(jī)室內(nèi)或車體內(nèi)的嚴(yán)酷的高溫環(huán)境下保證運(yùn)行時，不僅要求原來的所謂耐焊錫性的安裝特性，而且還要求在高溫保管下的可靠性(下面又稱作“HTSL”(HighTemperature Storage Life高溫保管壽命))或高溫運(yùn)行下的可靠性(下面又稱作“HTOL”(High Temperature Operation Life高溫運(yùn)轉(zhuǎn)壽命))。HTSL意指高溫保管下，在不施加電流工作的條件下的壽命，HTOL意指高溫下在流過電流進(jìn)行工作的放置條件下的壽命。
一般，半導(dǎo)體裝置，在半導(dǎo)體元件與引線框之間用金線連通。特別是引線框側(cè)，金線與鋁墊片通過熱或超聲波相接合。此時，金與鋁制成共晶或稱作金屬間化合物的合金。在高溫下保管時，該金屬間化合物成長，產(chǎn)生裂紋或腐蝕，存在連接電阻上升的問題。另一方面，當(dāng)在高溫下流過電流使其工作時，由于流過實(shí)際的電流而成為在產(chǎn)生電子流動的環(huán)境下的現(xiàn)象，與電流不流動下的高溫保管時，則呈現(xiàn)出不同的行為。特別是在高溫、大電流下，因電子作用，則發(fā)生金屬間化合物的移動，即電遷移，存在陰極中金屬間化合物的移動、接合部分中發(fā)生裂紋或空隙、以及電阻值增大、導(dǎo)電不良等問題。
以往，為了改善高溫保管下的可靠性(HTSL)的低劣，一般采用的方法是，通過把環(huán)氧樹脂組合物中的雜質(zhì)盡力降低，或者添加離子捕集器，或采用根本不含溴、氧化銻類這樣的阻燃劑的樹脂類等，來維持高溫保管下的可靠性。采用該方法，雖然能夠降低離子性雜質(zhì)和提高HTSL，但是在元件的實(shí)際工作狀態(tài)、即高溫下工作時的可靠性(HTOL)的提高這一點(diǎn)上來說該方法并不能滿足(例如，JP特開2004-035781號公報(第2～20頁)，JP特開2000-230111號公報(第2～6頁)等)。
因此，本發(fā)明是為了解決從前這樣的問題點(diǎn)而研制的，提供一種提高高溫工作時的可靠性(HTOL)、特別是在汽車用等的超過150℃的高溫環(huán)境下的運(yùn)行可靠性方面具有優(yōu)良特性的半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物及半導(dǎo)體裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物，其以(A)環(huán)氧樹脂、(B)酚醛類樹脂、(C)固化促進(jìn)劑、(D)二氧化硅、以及(E)氧化鋁及/或氫氧化鋁為必須成分，其中，在該環(huán)氧樹脂組合物中，鋁元素的含量在0.25重量％以上5重量％以下，平均粒徑在25μm以下的二氧化硅在全部二氧化硅中占70重量％以上。
另外，本發(fā)明提供一種采用上述環(huán)氧樹脂組合物封固半導(dǎo)體元件而構(gòu)成的半導(dǎo)體裝置。
按照本發(fā)明，可以得到高溫工作時的可靠性、特別是在超過150℃的高溫環(huán)境下工作時的可靠性優(yōu)良的半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物及半導(dǎo)體裝置，所以適于汽車用等的電子部件中使用的半導(dǎo)體裝置。
具體實(shí)施例方式
作為本發(fā)明的半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物中使用的環(huán)氧樹脂(A)，為1個分子內(nèi)有2個以上環(huán)氧基的單體、低聚物或聚合物，對其分子量及分子結(jié)構(gòu)未作特別限定，例如，可以舉出雙酚A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、萘酚酚醛清漆型環(huán)氧樹脂、二環(huán)戊二烯改性酚型環(huán)氧樹脂、茋型環(huán)氧樹脂、三苯酚甲烷型環(huán)氧樹脂、烷基改性三苯酚甲烷型環(huán)氧樹脂以及含三嗪核環(huán)氧樹脂等，這些物質(zhì)可1種單獨(dú)使用或2種以上組合使用。
上述環(huán)氧樹脂中，當(dāng)用下述通式(1) (式中，R1、R2、R3、R4為氫原子或碳原子數(shù)1～4的烷基，其彼此相同或相異；a及d分別為0～3的整數(shù)；b及c分別為0～4的整數(shù)，m為平均值表示正數(shù))表示的環(huán)氧樹脂在全部環(huán)氧樹脂(A)中的用量達(dá)到40～100重量％、優(yōu)選為50～100重量％、特別優(yōu)選為70～100重量％時，可得到低彈性系數(shù)及低吸水率的組合物，并發(fā)現(xiàn)焊錫耐熱性得到提高，同時，HTOL得到提高，從這點(diǎn)考慮因而優(yōu)選。通式(1)中，R1、R2、R3、R4優(yōu)選為氫原子，m通常為1～3。另外，用通式(1)表示的環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當(dāng)量為265～285，軟化點(diǎn)為50～63℃。作為環(huán)氧樹脂，當(dāng)用通式(1)表示的環(huán)氧樹脂采用了規(guī)定量以上時，HTOL提高的理由如下所述。高溫下流過電流使其工作時，金與Al的共晶從接合部向接合部外移動，開始所謂遷移。當(dāng)遷移開始時，在接合部產(chǎn)生間隙，電阻上升，接合部發(fā)熱。接合部周圍因發(fā)熱，而暴露在高于半導(dǎo)體裝置環(huán)境溫度150～200℃的高溫下而發(fā)生膨脹。另一方面，封固接合部分的樹脂組合物的固化物，由于受環(huán)境溫度的影響而不發(fā)生膨脹，其結(jié)果，在接合部產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。通過該壓縮應(yīng)力，金與Al的共晶的遷移被進(jìn)一步促進(jìn)。在這種情況下，由于采用在高溫下彈性系數(shù)更低的以通式(1)表示的環(huán)氧樹脂，所以，樹脂組合物的固化部分在接合部分容易變形，故可以謀求接合部的低應(yīng)力化，抑制金與Al共晶遷移的促進(jìn)，HTOL特性得到提高。
作為本發(fā)明的半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物中使用的酚醛類樹脂(B)，為1個分子內(nèi)有2個以上酚性羥基的單體、低聚物或聚合物，對其分子量及分子結(jié)構(gòu)未作特別限定，例如，可以舉出苯酚酚醛清漆型樹脂、甲酚酚醛清漆型樹脂、二環(huán)戊二烯改性酚醛樹脂、萜烯改性酚醛樹脂、苯酚芳烷基樹脂以及萘酚芳烷基樹脂等。苯酚芳烷基樹脂以及萘酚芳烷基樹脂，優(yōu)選為分別具有亞苯基骨架或聯(lián)亞苯基骨架的樹脂。
上述酚醛類樹脂中，用下述通式(2) (式中，R5、R6、R7、R8為氫原子或碳原子數(shù)1～4的烷基，它們彼此相同或相異；e及h分別為0～3的整數(shù)；f及g分別為0～4的整數(shù)；n為平均值表示正數(shù))表示的酚醛樹脂，或用下述通式(3) (式中，R9、R10、R11為氫原子或碳原子數(shù)1～4的烷基，它們彼此相同或相異；i及k分別為0～3的整數(shù)，j為0～4的整數(shù)，x為平均值表示正數(shù))表示的酚醛樹脂，在全部酚醛類樹脂(B)中用量達(dá)到40～100重量％、優(yōu)選為50～100重量％、特別優(yōu)選為70～100重量％時，可得到低彈性系數(shù)及低吸水率的組合物，并發(fā)現(xiàn)焊錫耐熱性得到提高，同時，HTOL得到提高，從這點(diǎn)考慮因而優(yōu)選。通式(2)中，R5、R6、R7、R8優(yōu)選為氫原子，n通常為1～3。另外，用通式(2)表示的酚醛樹脂的羥基當(dāng)量為190～210，軟化點(diǎn)為63～70℃。另外，通式(3)中，R9、R10、R11優(yōu)選為氫原子，x通常為1～5。另外，用通式(3)表示的酚醛樹脂的羥基當(dāng)量為165～190，軟化點(diǎn)為75～90℃。作為酚醛樹脂，當(dāng)通式(2)及/或通式(3)表示的酚醛樹脂采用規(guī)定量以上時，HTOL提高的理由與用通式(1)表示的環(huán)氧樹脂采用規(guī)定量以上的情形的理由相同。還有，上述通式(2)或上述通式(3)也可以并用，此時，兩者的合計配合量也處在上述范圍內(nèi)。
作為本發(fā)明的半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物中使用的固化促進(jìn)劑(C)，只要能促進(jìn)環(huán)氧基與酚性羥基的固化反應(yīng)即可而未作特別限定，可廣泛采用一般在封固材料中使用的固化促進(jìn)劑。例如，可列舉出1，8-二氮雜雙環(huán)(5，4，0)十一烯-7等胺類化合物、2-甲基咪唑等咪唑化合物、三苯基膦等有機(jī)磷類化合物等，這些可1種單獨(dú)使用或2種以上組合使用。
作為本發(fā)明的半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物中使用的二氧化硅(D)，未作特別限定，可以舉出球狀熔融二氧化硅、破碎狀熔融二氧化硅。其中，使用球狀熔融二氧化硅最合適。這些二氧化硅，可1種單獨(dú)使用或2種以上組合使用。另外，這些二氧化硅用偶合劑進(jìn)行表面處理也可。作為二氧化硅的形狀，優(yōu)選地，為了改善流動性而盡可能選擇球狀并且粒度分布寬者。
在本發(fā)明中，平均粒徑為25μm以下的二氧化硅在全部二氧化硅中占70重量％以上。借此可提高HTOL。如上所述，當(dāng)高溫下流過電流進(jìn)行工作時，通過電遷移，在金線與焊接部分的接合部分產(chǎn)生空隙或細(xì)小裂縫。此時當(dāng)在焊接部分附近產(chǎn)生應(yīng)力時，則裂縫發(fā)生擴(kuò)大，容易在更短的時間內(nèi)產(chǎn)生導(dǎo)通不良。當(dāng)平均粒徑為25μm以下的二氧化硅在全部二氧化硅中配合70重量％以上時，可有效抑制焊接部分附近產(chǎn)生應(yīng)力。
上述平均粒徑為25μm以下的二氧化硅，優(yōu)選平均粒徑為15μm以下的二氧化硅。另外，作為最大粒徑，優(yōu)選75μm以上的粒度的二氧化硅在2重量％以下，更優(yōu)選在1重量％以下。該最大粒徑意指進(jìn)行濕式篩選的篩上捕集的最大粒徑。另外，作為大徑粒子，優(yōu)選64μm以上的粒子在20重量％以下，更優(yōu)選在10重量％以下。該大徑粒子采用通常的激光式粒度分布進(jìn)行測定。當(dāng)采用平均粒徑超過25μm、粒徑為75μm以上的比例超過2重量％、或粒徑64μm以上的比例超過20重量％的二氧化硅時，因接合部附近存在的樹脂組合物的固化物中的大粒徑粒子與接合部的線膨脹差而產(chǎn)生應(yīng)力，促進(jìn)接合部的導(dǎo)通不良。另外，平均粒徑為25μm以下的二氧化硅的含量，在全部二氧化硅中達(dá)到70重量％以上，優(yōu)選為80重量％以上，更優(yōu)選為100重量％。當(dāng)該二氧化硅含量低于70重量％時，大粒子的占有比例增加，在金線接合部附近因大粒子與接合部的線膨脹差而產(chǎn)生應(yīng)力，促進(jìn)接合部的導(dǎo)通不良。作為二氧化硅平均粒徑的下限值，從樹脂組合物的粘度上升、成本等考慮，優(yōu)選為5μm以上。
本發(fā)明的半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物中使用的氧化鋁及/或氫氧化鋁(E)中，鋁元素的含有率在環(huán)氧樹脂組合物中達(dá)到0.25重量％以上5重量％以下，優(yōu)選為1重量％以上4重量％以下。當(dāng)?shù)陀?.25重量％時，不能賦予充分的HTOL特性。而當(dāng)添加量大而大于5重量％時，HTOL的改善效果不變，但發(fā)生成型品強(qiáng)度、流動性下降等問題，因而不被優(yōu)選。在半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物中配合氧化鋁或氫氧化鋁這種情況，在JP特開平10-182941號公報等中已經(jīng)公開。然而，以往的配合氧化鋁或氫氧化鋁，是為了散發(fā)半導(dǎo)體元件的發(fā)熱或賦予阻燃性，而不是提高HTOL特性。
通過配合規(guī)定量的鋁元素，HTOL特性提高的理由如下。金與Al的共晶從陰極向其外側(cè)移動時，由于封固陰極的樹脂組合物的固化物含有Al元素，受該Al元素濃度的影響，金與Al的共晶的移動難以發(fā)生。另外，當(dāng)在樹脂組合物中含Al元素時，在高溫保存下(HTSL)，金與Al的共晶的成長被抑制，所以即使在流過電流的HTOL條件下，共晶的成長也被抑制，使電移動緩慢。因此，當(dāng)鋁元素含量在環(huán)氧樹脂組合物中達(dá)到0.25重量％以上5重量％以下時，電遷移能夠被大幅地抑制。
上述氧化鋁，優(yōu)選平均粒徑為25μm以下，更優(yōu)選平均粒徑為15μm以下。另外，優(yōu)選不含有過大的粒子，作為最大粒徑，75μm以上的粒度在2重量％以下，更優(yōu)選為1重量％以下。該最大粒徑意指進(jìn)行濕式篩選的篩上捕集的最大粒徑。另外，作為大徑粒子，優(yōu)選64μm以上的粒子在20重量％以下，更優(yōu)選在10重量％以下。作為小徑粒子，優(yōu)選1μm以下的粒子在20重量％以下，更優(yōu)選在10重量％以下。該大徑粒子及小徑粒子為采用激光式粒度分布進(jìn)行測定得到。另外，氧化鋁為具有通常六角平面狀結(jié)晶，因為在結(jié)晶時產(chǎn)生方向性，當(dāng)添加到組合物中時，當(dāng)有稍微的影響，在加熱時于接合部易產(chǎn)生應(yīng)力。因此，作為氧化鋁，采用球狀氧化鋁，在加熱時接合部的應(yīng)力降低，因而從謀求HTOL特性的進(jìn)一步提高方面考慮是優(yōu)選的。
另外，上述氫氧化鋁平均粒徑在25μm以下，特別是在20μm以下，尤其優(yōu)選在10μm以下。另外，作為最大粒徑，優(yōu)選75μm以上的粒度在2重量％以下，更優(yōu)選在1重量％以下。該最大粒徑意指進(jìn)行濕式篩選的篩上捕集的最大粒徑。另外，作為大徑粒子，優(yōu)選64μm以上的粒子在20重量％以下，更優(yōu)選10重量％以下。作為小徑粒子，優(yōu)選0.5μm以下的粒子在30重量％以下，更優(yōu)選在15重量％以下。該大徑粒子及小徑粒子為采用激光式粒度分布進(jìn)行測定。使用平均粒徑比二氧化硅及氧化鋁的平均粒徑小的氫氧化鋁，則阻燃性進(jìn)一步提高，因而優(yōu)選。
氧化鋁及氫氧化鋁的平均粒徑及粒度分布處在上述范圍內(nèi)時，則HTOL提高的理由如下所示。如上所述，通過鋁元素的配合，可以抑制電遷移，當(dāng)一旦發(fā)生電遷移時，接合部分的強(qiáng)度降低。另一方面，當(dāng)半導(dǎo)體裝置暴露在高溫下時，接合部分產(chǎn)生應(yīng)力。當(dāng)接合部分的應(yīng)力超出接合部分的強(qiáng)度時，引起接合部分發(fā)生剝離，即焊接升起(bond lift)，連接電阻上升。因此，為了提高HTOL，除大幅地抑制電遷移外，使應(yīng)力降低也是重要的。
在接合部分的周圍，存在樹脂組合物中的二氧化硅以及氧化鋁及/或氫氧化鋁等粒狀無機(jī)填充材料，但由于無機(jī)填充材料受熱時的彈性系數(shù)比樹脂大，故成為接合部分產(chǎn)生應(yīng)力的原因。為了降低起因于無機(jī)填充材料的應(yīng)力，必須調(diào)整無機(jī)填充材料粒子大小。在本樹脂組合物中，通過含氧化鋁及/或氫氧化鋁，可大幅抑制電遷移，但由于氧化鋁及氫氧化鋁的線膨脹系數(shù)比熔融二氧化硅大，所以與熔融二氧化硅相比，氧化鋁及/或氫氧化鋁成為加熱時在接合部產(chǎn)生應(yīng)力的重要原因。因此，通過使氧化鋁及氫氧化鋁的平均粒徑在25μm以下，可極力抑制起因于氧化鋁及氫氧化鋁的應(yīng)力的發(fā)生。當(dāng)氧化鋁及氫氧化鋁的平均粒徑大于25μm時，成為焊接升起(bond lift)的原因，可能不能發(fā)揮充分的HTOL特性。從樹脂組合物的粘度上升、成本等考慮優(yōu)選氧化鋁及氫氧化鋁的平均粒徑的下限值為1μm。
另外，本發(fā)明中使用的氧化鋁及氫氧化鋁，當(dāng)考慮在半導(dǎo)體封固用樹脂組合物中使用時，優(yōu)選耐熱性、雜質(zhì)低、耐藥品性方面優(yōu)良的物質(zhì)。
從可更加提高HTOL特性這點(diǎn)考慮，優(yōu)選本發(fā)明的半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物中含有(F)25℃下為固體的硅橡膠及/或25℃下為液體的硅油，其在全部環(huán)氧樹脂組合物中達(dá)到0.5重量％以上5重量％以下。當(dāng)配合量小于0.5重量％時，受熱時對接合部的應(yīng)力降低效果不能充分發(fā)揮，而當(dāng)大于5重量％時，雖然可使應(yīng)力降低，但引起流動性下降、機(jī)械強(qiáng)度降低，因而是不優(yōu)選的。25℃下為固體的硅橡膠以有機(jī)聚硅氧烷的三元交聯(lián)結(jié)構(gòu)作為基本骨架。往該固態(tài)的硅橡膠中可導(dǎo)入各種官能基，作為可以導(dǎo)入的官能基未作特別限定，例如，可以舉出環(huán)氧基、氨基、甲氧基、苯基、羧基、羥基、烷基、乙烯基、巰基等。作為制得有機(jī)聚硅氧烷的方法，未作特別限定，通常通過使甲基氯硅烷、三甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷等有機(jī)氯硅烷進(jìn)行聚合得到。另外，作為往該硅橡膠中導(dǎo)入各種官能基的方法，未作特別限定，通?？梢耘e出使具有各種官能基的烯丙基化合物進(jìn)行加成反應(yīng)的方法。此時，既可以采用在得到有機(jī)聚硅氧烷后進(jìn)行加成反應(yīng)的方法，也可以采用在有機(jī)氯硅烷上加成具有各種官能基的烯丙基化合物，然后進(jìn)行聚合的方法。
25℃下為液體的硅油，是以聚有機(jī)硅氧烷為主成分的化合物。在25℃下為液體的硅油的末端或側(cè)鏈也可導(dǎo)入各種官能基。作為可以導(dǎo)入的官能基，未作特別限定，例如，可以舉出環(huán)氧基、氨基、甲氧基、苯基、羧基、羥基、烷基、乙烯基、巰基等。這些官能基中，羧基、環(huán)氧基、聚醚基因與環(huán)氧樹脂的相溶性良好而優(yōu)選。作為制得有機(jī)聚硅氧烷的方法，未作特別限定，通常可以舉出使甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷等的無3元交聯(lián)性的有機(jī)氯硅烷進(jìn)行聚合而得到線性有機(jī)聚硅氧烷的方法。另外，作為向該線性有機(jī)聚硅氧烷導(dǎo)入各種官能基的方法，未作特別限定，通常通過使具有各種官能基的烯丙基化合物進(jìn)行加成反應(yīng)而得到，但既可以采用在得到有機(jī)聚硅氧烷后進(jìn)行加成反應(yīng)的方法，也可以采用在有機(jī)氯硅烷上加成具有各種官能基的烯丙基化合物，然后進(jìn)行聚合的方法。
通過含有25℃下為固體的硅橡膠與25℃下為液體的硅油的任何一方或雙方，可更加使起因于無機(jī)填充材料的應(yīng)力降低。另外，在本發(fā)明中，通過并用25℃下為固體的硅橡膠與25℃下為液體的硅油，可以得到更低彈性且高流動、高強(qiáng)度的特性，同時可以提高HTOL特性，因而是更優(yōu)選的。
在本組合物中進(jìn)一步根據(jù)需要，還可以采用以往以來一直使用于半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物的填充材料，例如可以采用鈦白、氮化硅等，從上述理由考慮，優(yōu)選采用平均粒徑在25μm以下者。
本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物，以(A)～(E)或(A)～(F)成分為必須成分，但根據(jù)需要，還可配合溴化環(huán)氧樹脂、三氧化銻、磷化合物、氫氧化鎂、硼酸化合物等阻燃劑類；氧化鉍水合物等無機(jī)離子交換體；γ-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷或γ-氨基丙基三乙氧基硅烷等偶合劑；炭黑、鐵丹等著色劑；聚丁二烯類橡膠、NBR橡膠等低應(yīng)力化成分；天然蠟、合成蠟、高級脂肪酸及其金屬鹽類或石蠟等脫模劑等各種添加劑。但是，當(dāng)大量添加溴化環(huán)氧樹脂、三氧化銻時，由于使HTSL的可靠性降低，故可在滿足HTSL的可靠性的范圍內(nèi)少量添加。
本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物采用如下的一般方法得到，即利用混合機(jī)等進(jìn)行常溫混合，利用輥、捏合機(jī)、擠出機(jī)等混煉機(jī)進(jìn)行熔融混煉，冷卻后進(jìn)行粉碎。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，是采用上述環(huán)氧樹脂組合物封固半導(dǎo)體元件而構(gòu)成。采用本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物，封固半導(dǎo)體元件等電子部件，制造半導(dǎo)體裝置時，采用傳送模具、壓縮模具、注射模具等成型方法進(jìn)行成型固化即可。在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，半導(dǎo)體元件通常用金線接合在引線框或基板上。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，適于在要求超過150℃的高溫環(huán)境下保證運(yùn)行的電子部件中使用。作為這種電子部件，未作特別限定，可以舉出功率晶體管、點(diǎn)火器、功率放大器等。
其次，舉出實(shí)施例以更具體地說明本發(fā)明，但這僅僅是舉例，不是限制本發(fā)明。配合比例為重量份。
實(shí)施例1用混合器把下述成分混合后，用表面溫度為90℃與45℃的2根輥進(jìn)行混煉，冷卻后進(jìn)行粉碎，得到環(huán)氧樹脂組合物。把得到的環(huán)氧樹脂組合物用下述評價方法進(jìn)行評價。其結(jié)果示于表1。
聯(lián)苯基型環(huán)氧樹脂 5.65重量份(ジヤパンエポキシレジン(株)制造，YX-4000K，環(huán)氧當(dāng)量185，熔點(diǎn)105 ℃)苯酚芳烷基樹脂2式(3)表示的酚醛樹脂 5.35重量份(三井化學(xué)(株)制造，XL-225，軟化點(diǎn)79℃，羥基當(dāng)量174)TPP三苯基膦 0.20重量份球狀熔融二氧化硅B 86.50重量份(平均粒徑11μm，粒徑75μm以上的粒子比例為0.3重量％，粒徑64μm以上的粒子比例為3重量％，比表面積為4.8mm2/g)球狀氧化鋁1.50重量份(平均粒徑20μm，粒徑75μm以上的粒子比例為0.2重量％，粒徑64μm以上的粒子比例為5重量％)γ-縮水甘油基丙基三甲氧基硅烷 0.30重量份巴西棕櫚蠟0.20重量份炭黑 0.30重量份(評價方法)旋流采用低壓傳送成型機(jī)(トランスフア一成形機(jī))，在按照EMMI-1-66的旋流測定用模具內(nèi)，以模具溫度為175℃、注入壓力為6.9MPa、固化時間為120秒的條件下，注入環(huán)氧樹脂組合物，測定流動長度。單位為cm。
玻璃轉(zhuǎn)移溫度(Tg)采用傳送成型機(jī)，以模具溫度為175℃、注入壓力為9.8MPa、固化時間為180秒的條件下成型10mm×4mm×4mm的試驗片，作為后固化而在175℃處理8小時后，以5℃/分的升溫速度進(jìn)行TMA分析。讀取所得到的TMA曲線的60℃及240℃的切線的交點(diǎn)溫度，把該溫度作為玻璃轉(zhuǎn)移溫度。采用セイコ一イ ン スツルメンツ(株)制造的TMA-100進(jìn)行測定。單位為℃。
彎曲強(qiáng)度及彎曲彈性系數(shù)采用傳送成型機(jī)，在模具溫度為175℃、壓力為9.8MPa、固化時間為120秒的條件下，成型為長80mm、寬10mm、厚4mm的試驗片，作為后固化而在175℃加熱處理8小時后，于260℃按照J(rèn)ISK6911測定彎曲強(qiáng)度及彎曲彈性系數(shù)。單位均為MPa。
煮沸吸水率采用低壓傳送成型機(jī)，在模具溫度為175℃、注入壓力為9.8MPa、固化時間為120秒的條件下，成型成直徑50mm、厚3mm的圓盤狀試驗片，作為后固化而在175℃下處理8小時。測定試驗片吸濕處理前與在純水中煮沸24小時進(jìn)行處理后的重量變化，試驗片的吸水率用百分率表示。單位為％。
耐焊錫性采用低壓傳送成型機(jī)，在模具溫度為175℃、注入壓力為8.3MPa、固化時間為120秒的條件下，成型160管腳LQFP，于175℃后固化8小時。160管腳LQFP，是使用封裝尺寸為24×24mm、厚為1.4mm、硅芯片尺寸為7.0×7.0mm、引線框為在銅材料上實(shí)施了銅的薄鍍的材料而制成。所得到的封裝，于85℃、相對濕度85％的環(huán)境下，進(jìn)行72小時(10個)及168小時(10個)加濕處理，然后，于260℃的焊錫槽中浸漬10秒。用顯微鏡觀察外部裂縫，裂縫發(fā)生率[(裂縫發(fā)生率)＝(發(fā)生裂縫的封裝數(shù))/(全部封裝數(shù))×100]用％表示。
高溫保管特性采用傳送成型機(jī)，在模具溫度為175℃、壓力為9.8MPa、固化時間為2分鐘的條件下，成型成芯片尺寸為3.5×3.5mm的16pSOP，于175℃后固化8小時后，于185℃下進(jìn)行高溫保管試驗。將配線間的電阻值相對于初始值增加20％的封裝判斷為不良，測定達(dá)到不良的時間。不良時間為n＝4的平均值，單位為小時。
高溫工作特性采用傳送成型機(jī)，在模具溫度為175℃、壓力為9.8MPa、固化時間為2分鐘的條件下，成型成芯片尺寸為3.5×3.5mm的16pSOP，于175℃后固化8小時后，在連接于雛菊鏈(daisy chain)的兩端流通0.5A的直流電流，在該狀態(tài)下進(jìn)行185℃下的高溫保管。將配線間的電阻值相對于初始值增加20％的封裝判斷為不良，測定達(dá)到不良的時間。不良時間為n＝4的平均值，單位為小時。
實(shí)施例2～11、比較例1～7除按表1及表2進(jìn)行配合外，與實(shí)施例1同樣操作，得到環(huán)氧樹脂組合物，并且用同樣的評價方法進(jìn)行評價。結(jié)果示于表1及表2。另外，在實(shí)施例1以外采用的成分如下所示。
鄰甲酚酚醛清漆型環(huán)氧樹脂日本化藥(株)制造，EOCN-1020-62，軟化點(diǎn)62℃，羥基當(dāng)量198。
芳烷基型環(huán)氧樹脂式(4)表示的環(huán)氧樹脂，軟化點(diǎn)58℃，羥基當(dāng)量272。
二環(huán)戊二烯型環(huán)氧樹脂大日本インキ工業(yè)(株)制造，HP-7200，軟化點(diǎn)60℃，羥基當(dāng)量263。
溴化環(huán)氧樹脂日本化藥(株)制造，BREN-S，軟化點(diǎn)84℃，羥基當(dāng)量273。
苯酚酚醛清漆型環(huán)氧樹脂軟化點(diǎn)80℃，羥基當(dāng)量104。
苯酚芳烷基樹脂1式(5)表示的酚醛樹脂，軟化點(diǎn)73℃，羥基當(dāng)量200。
DBU1，8-二氮雜雙環(huán)(5，4，0)十一碳烯-7球狀熔融二氧化硅A平均粒徑為8μm、粒徑75μm以上粒子的比例為0.5重量％，粒徑64μm以上粒子的比例為1重量％，比表面積為5.4m2/g。
球狀熔融二氧化硅C平均粒徑為18μm、粒徑75μm以上粒子的比例為0.1重量％，粒徑64μm以上粒子的比例為4重量％，比表面積為3.0m2/g。
球狀熔融二氧化硅D平均粒徑為30μm、粒徑75μm以上粒子的比例為0.8重量％，粒徑64μm以上粒子的比例12重量％，比表面積為1.3m2/g。
氧化鋁平均粒徑為20μm、粒徑75μm以上粒子的比例為0.5重量％，粒徑64μm以上粒子的比例為5重量％，為六角平面狀結(jié)晶品。
氫氧化鋁平均粒徑為3μm、粒徑75μm以上粒子的比例為0重量％，粒徑64μm以上粒子的比例為0.1重量％。
固體硅橡膠以二甲基甲硅烷基為主成分的有機(jī)硅橡膠交聯(lián)物(平均粒徑12μm)。
液體硅油其為在甲基甲硅烷基側(cè)鏈接枝聚乙烯醚及聚丙烯醚的聚合物，并且聚乙烯醚及聚丙烯醚的聚合物的無甲基甲硅烷基的末端具有甲基或環(huán)氧基，并且二甲基硅含量為20％的硅油。
低應(yīng)力化劑丙烯腈、丁二烯改性橡膠(丙烯腈與丁二烯改性的比例為50∶50，平均粒徑為3μm)。
氧化鋅平均粒徑為0.5μm。
氫氧化鎂Mg(OH)2，平均粒徑為3μm。
表1

表2

產(chǎn)業(yè)上的可利用性按照本發(fā)明，由于可以得到高溫保管特性、高溫工作時的可靠性均優(yōu)良的環(huán)氧樹脂組合物，故可適于高溫環(huán)境下使用的半導(dǎo)體裝置，例如適用于汽車發(fā)動機(jī)室內(nèi)或車體內(nèi)的半導(dǎo)體裝置等中。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物，其為以(A)環(huán)氧樹脂、(B)酚醛類樹脂、(C)固化促進(jìn)劑、(D)二氧化硅、以及(E)氧化鋁及/或氫氧化鋁為必須成分的環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，在該環(huán)氧樹脂組合物中，鋁元素的含有率為0.25重量％以上5重量％以下，平均粒徑為25μm以下的二氧化硅在全部二氧化硅中占70重量％以上。
2.按照權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，在環(huán)氧樹脂組合物中還含有0.5重量％以上5重量％以下的(F)25℃下為固體的硅橡膠及/或25℃下為液體的硅油。
3.按照權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，在全部環(huán)氧樹脂(A)中含有40～100重量％的用下述通式(1)表示的環(huán)氧樹脂， 式中，R1、R2、R3、R4為氫原子或碳原子數(shù)1～4的烷基，彼此相同或相異，a及d分別為0～3的整數(shù)，b及c分別為0～4的整數(shù)，m為平均值且表示正數(shù)。
4.按照權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，在全部酚醛類樹脂(B)中含有40～100重量％的用下述通式(2)表示的酚醛樹脂及/或用下述通式(3)表示的酚醛樹脂， 式(2)中，R5、R6、R7、R8為氫原子或碳原子數(shù)1～4的烷基，彼此相同或相異，e及h分別為0～3的整數(shù)，f及g分別為0～4的整數(shù)，n為平均值且表示正數(shù)， 式(3)中，R9、R10、R11為氫原子或碳原子數(shù)1～4的烷基，彼此相同或相異，i及k分別為0～3的整數(shù)，j為0～4的整數(shù)，x為平均值且表示正數(shù)。
5.按照權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，所述氧化鋁及氫氧化鋁的平均粒徑為25μm以下。
6.按照權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，所述氧化鋁為球狀氧化鋁。
7.按照權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，該半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物用于在超過150℃的高溫環(huán)境下使用的半導(dǎo)體裝置的封同。
8.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，該半導(dǎo)體裝置采用權(quán)利要求1～7中任一項所述的環(huán)氧樹脂組合物封固半導(dǎo)體元件而制成。
9.按照權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件用金線接合在引線框或基板上。
10.按照權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，該半導(dǎo)體裝置在超過150℃的高溫環(huán)境下使用。
全文摘要
一種環(huán)氧樹脂組合物，其以(A)環(huán)氧樹脂、(B)酚醛類樹脂、(C)固化促進(jìn)劑、(D)二氧化硅、以及(E)氧化鋁及/或氫氧化鋁為必須成分，其中，在該環(huán)氧樹脂組合物中鋁元素的含有率在0.25重量％以上5重量％以下，平均粒徑在25μm以下的二氧化硅在全部二氧化硅中占70重量％以上。采用該半導(dǎo)體封固用環(huán)氧樹脂組合物及使用它來封固半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置，具有在高溫下工作時的可靠性優(yōu)良的特性。
文檔編號H01L23/28GK1984961SQ20058002357
公開日2007年6月20日 申請日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月29日
發(fā)明者前佛伸一 申請人:住友電木株式會社