专利名称：半导体封装用环氧树脂组合物及半导体器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光标记性及电气特性优良的半导体封装用环氧树脂组合物及使用了该环氧树脂组合物的半导体器件。
背景技术：
以往，主要用环氧树脂组合物封装的半导体器件，在其组成中作为着色剂含有具有导电性的碳黑。若使用作为着色剂含有碳黑的环氧树脂，则半导体元件的屏蔽性优良的同时，在半导体器件上用白字标记品名和批号时，由于背景是黑的所以可以得到更鲜明的印字。特别是在最近，采用容易操作的YAG激光标记的电子部件厂家正在增加，吸收YAG激光波长的碳黑已成为半导体封装用环氧树脂组合物的必要成分。
作为适合YAG激光标记的环氧树脂组合物，已经知道，在组合物中含有0.1～3重量％碳黑的热固化性树脂组合物(特开平2-127449号公报)，其中，碳黑的碳含量是99.5％重量以上、氢含量为0.3％重量以下。
可是，随着最近的半导体器件的微细间隔化，当导电性着色剂的碳黑等作为粗大粒子存在于内引线间、金属线间时，往往产生所谓布线的短路及漏电的电气特性不良现象。另外，碳黑等的粗大粒子夹在狭窄的金属线间金属线受到应力，这也成为电气特性不良的原因。
为了解决这些问题，在特开2001-335677号公报中公开了作为碳黑的替代品含有电阻107Ω以上的非导电性碳的封装用环氧树脂组合物。具有用该封装用环氧树脂组合物封装的元件的电子部件装置的YAG激光标记性优良，不发生漏电，成形性及包装表面的外观优良。
可是，具有用含有电阻107Ω以上的非导电性碳的封装用环氧树脂组合物封装的元件的电子部件装置，虽然可以防止发生布线的短路或漏电，但是由于绝缘性高，因为静电而生成粒径约80μm以上的再凝聚物，该再凝聚物夹在金属线间发生金属线变形或金属线流动，所以存在电气特性不充分的问题。迄今，还没有报道过电阻率高且不产生由静电引起的再凝聚物的环氧树脂组合物，因此强烈地需要开发这样的产品。
发明内容
本发明的目的在于提供半导体封装用环氧树脂组合物及使用它的半导体器件，该环氧树脂组合物可得到优良的YAG激光标记性的同时，不发生布线的短路或漏电，不产生金属线等的变形。
在这样的实情下，本发明者进行精心研究的结果发现，作为着色剂，含有具有1×102Ω·cm以上、不足1×107Ω·cm的半导体领域的电阻率值的碳前驱体的环氧树脂组合物可得到优良的YAG激光标记性的同时，不发生布线的短路或漏电，不产生金属线变形等，从而完成本发明。
即，本发明是一种以环氧树脂、酚醛树脂、无机填充材料、固化促进剂、具有1×102Ω·cm以上、不足1×107Ω·cm的半导体领域的电阻率值的碳前驱体作为必须成分的环氧树脂组合物，其为半导体封装用环氧树脂组合物，其在全环氧树脂组合物中，含有65～92重量％的上述无机填充材料及0.1～5.0重量％的上述碳前驱体。
另外，本发明在于提供一种半导体器件，其是使用上述半导体封装用环氧树脂组合物封装半导体元件的。
在使用本发明的半导体封装用环氧树脂组合物封装半导体元件时，可得到在黑色背景上用YAG激光进行标记的部分是白的且鲜明的对比度。另外，由于可高速，低电压地得到YAG激光的优良的印字，所以生产效率提高。另外，作为着色剂，由于没有必要使用碳黑等的导电性粒子，所以随着最近的半导体器件的微细化，可避免因导电性粒子堵在布线间引起的布线的短路或漏电。进而，使用具有半导体领域的电阻率的碳前驱体，防止静电的再凝聚，也可避免该再凝聚物夹在金属线间而发生金属线变形的危险性。
具体实施例方式
本发明的半导体封装用环氧树脂组合物，作为必需成分含有环氧树脂、酚醛树脂、无机填充材料、固化促进剂及碳前驱体。作为本发明所用的环氧树脂没有特别限制，是在1个分子中具有2个以上的环氧基的物质，例如，可举出邻甲酚漆用酚醛树脂型环氧树脂、苯酚漆用酚醛树脂型环氧树脂、三酚基甲烷型环氧树脂、双酚型环氧树脂、联苯型环氧树脂、二苯乙烯型环氧树脂、二环戊二烯改性苯酚型环氧树脂及萘酚型环氧树脂等。这些环氧树脂也可1种单独或2种以上混合使用。另外，该环氧树脂中从环氧树脂组合物的固化性上看优选环氧当量是150～300的环氧树脂。
作为本发明所用的苯酚树脂没有特别限制，是在分子中具有酚性羟基的物质，例如，可举出苯酚漆用酚醛树脂、酚芳烷基树脂、三酚基甲烷型树脂及萜烯改性酚树脂等。这些酚树脂也可1种单独或2种以上混合使用。另外，该环氧树脂中从环氧树脂组合物的固化性上看优选羟基当量是80～250的物质。
作为本发明所用的无机填充材料，没有特别限制，可使用一般封装材料中所用的物质，例如，可举出熔融破碎氧化硅、熔融球状氧化硅、结晶氧化硅、氧化铝、钛白、氢氧化铝、滑石、白土及玻璃纤维等。作为这些无机填充材料的粒度分布，没有特别限制，但粒径150μm以下、优选的是0.1～75μm的，在成型时，可向金属模的细部填充的点上看是优选的。
无机填充材料的添加量，在全环氧树脂组合物中是65～92重量％、优选的是70～91重量％。若不足上述下限值时，树脂成分变多，受到YAG激光标记性的热容易变色，为了得到鲜明的对比度，有必要另外添加防止树脂成分由于热而变色的添加剂等。另外，由于环氧树脂组合物的固化物的吸湿率变高，所以在抗锡焊裂纹性或耐湿性等的特性不充分点上看是不理想的。另外，若超过上述上限值，由于流动性不充分，所以是不理想的。
作为本发明所用的固化促进剂，只要是促进环氧基和酚性羟基的反应的就没有特别限制，一般可利用封装材料中所使用的固化促进剂。若举出该固化促进剂，可举出1，8-二氮杂二环(5，4，0)(十一)碳烯-7、三苯基膦、苄基二甲基胺及2-甲基咪唑等。这些固化促进剂也可1种单独或2种以上混合使用。
本发明所用的碳前驱体是具有1×102Ω·cm以上、不足1×107Ω·cm、优选的是在1×104Ω·cm～1×107Ω·cm的半导体领域的电阻率值的物质。另外，该碳前驱体的H/C重量％比是2/97～4/93、优选的是2/97～4/94。对于电阻率值不足1×102Ω·cm或H/C重量％比不足2/97时，导电性提高，成为漏电的原因的点上是不理想的。另外，若电阻率超过1×107Ω·cm或H/C重量％比超过4/93时，由于接近绝缘领域，碳前驱体粒子由于静电容易引起再凝聚，在封装成形时，可能产生金属线变形等，所以是不理想的。所说的H/C重量％比为2/97～4/93是指元素分析的碳前驱体的碳含有量是97～93重量％，氢原子含有量是2～4重量％。另外，碳前驱体的平均粒径是0.5～50μm、优选的是0.5～20μm的微粒子。若碳前驱体的平均粒径不足0.5μm，YAG激光标记性降低，不理想。若平均粒径超过50μm，从着色力降低损坏外观的点上看是不理想的。在封装成形物中，若存在超过约80μm的凝聚物时，容易产生金属线变形，但若使用含有本发明的碳前驱体的封装用树脂组合物，就不会产生这样的凝聚物，所以对于金属线不施加应力而成为电气特性优良的部件。
上述电阻率可用公知的方法求出。具体地，可根据JISZ3197的方法测定。即，将具有梳型图形的玻璃布基材环氧树脂铜贴层压板的G-10或SE-4作为基材，在该基材上涂覆焊剂后，进行锡焊，在温度25℃、相对湿度60％下用阻抗计测定在直流100V下的电阻值。
作为本发明所用的碳前驱体的制造方法，没有特别限制，但例如可举出将间甲酚树脂、苯酚树脂、聚丙烯腈等的芳香族聚合物，在600℃以上、650℃以下的烧成温度下进行了适当时间烧成而碳化了的物质。由该制造方法得到的碳前驱体可以1种单独或2种以上混合使用。
碳前驱体的添加量，在全环氧树脂组合物中是0.1～5.0重量％、优选的是0.3～5.0重量％。若碳前驱体的添加量不足0.1重量％时，固化物的黑色度降低，固化物自身的颜色成为浅灰色，所以得不到印字是白色和背景是黑色的鲜明的对比度，是不理想的。另外，若超过5.0重量％，在半导体封装用环氧树脂的流动性下降的点上是不理想的。
本发明的半导体封装用环氧树脂，除了上述必须的成分外，根据需要也可适宜配合偶合剂、阻燃剂、脱模剂、应力降低剂、抗氧化剂等的各种添加剂。
本发明的半导体封装用环氧树脂组合物是将上述必需的成分及其他的添加剂等用混合机等均匀地进行常温混合后，用加热辊、捏合机和挤出机等的混炼机中进行熔融混炼，将该混炼物冷却后，粉碎而得到的。
本发明的半导体器件是通过使用上述半导体封装用环氧树脂组合物封装半导体等的电子部件来制造的。作为使用本发明的半导体封装用环氧树脂组合物封装电子部件的方法，例如可举出转移模具成型、压塑模具成型、注塑模具成型等的成型方法。
以下，举出实施例进一步具体地说明本发明，但这只是一个例子，并不限制本发明。
实施例1用混合机常温下混合表1的配合成分，用80～100℃的加热辊熔融混炼，冷却该混炼物后进行粉碎得到环氧树脂组合物。用以下的评价方法评价得到的环氧树脂组合物。其结果表示在表2中。
表1
《评价方法》(螺旋流动)使用根据EMMI-1-66的金属模，测定在金属模温度175℃、注入压力6.9MPa、保压时间120秒下的流动距离(cm)。螺旋流动判定的标准是将不足100cm作为不合格。将100cm以上作为合格。
(YAG激光标记性)使用低压传递成型机，在金属模温度175℃、注入压力6.9MPa、保压时间120秒下成型80pQFP(2.7mm厚度)，进而，在175℃下进行8小时的二次固化。接着，使用掩模型的YAG激光加印机(日本电气社制)，在施加电压2.4kV、脉冲宽度120μs的条件下标记，评价印字的识别性(YAG激光标记性)。将印字鲜明的作为合格。
(外观观察)使用低压传递成型机，在金属模温度175℃、注入压力6.9MPa、固化时间70秒下成型80pQFP(14×20×2.0mm厚度)，得到12个封装体。用目视观察外观(固化物的颜色)。将黑色作为合格，将灰色作为不合格。
(锡焊裂纹性)使用低压传递成型机，在金属模温度175℃、注入压力6.9MPa、保持时间120秒下成型22个80pQFP(2.7mm厚度)，进而，在175℃下进行8小时的二次固化。接着，在150℃下进行20小时的干燥后，在恒温恒湿槽(85℃、相对湿度60％)中进行加湿处理168小时后，在JEDEC条件的峰温度235℃下进行IR回流处理，用光学显微镜观察外部有无裂纹。在不良品的个数是n个时，表示为n/22。另外，从吸湿前后的重量变化以重量％算出吸湿率。
(高温漏电特性)使用低压传递成型机，在金属模温度175℃、注入压力7.8MPa、保压时间90秒下封装成型100个144pTQFP，该144pTQFP在金属线结合间隙为60μm间距的试验用芯片上实施了直径30μm的金属线。接着使用ADVANTEST制的微电流计8240A测定漏电流。判断标准是将在175℃下漏电流比其中值高2个等级时作为不良。不良品的个数是n个时，表示为n/100。
(凝聚物评价)使用低压传递成型机，在金属模温度175℃、注入压力6.9MPa、保压时间120秒下成形100mmφ的圆板。研磨该表面，用荧光显微镜(“BX51M-53MF”奥林帕斯社制)观察研磨面，测定80μm以上的凝聚物个数。
(金属线变形评价)使用低压传递成型机，在金属模温度175℃、注入压力7.8MPa、保压时间90秒下封装成形144pTQFP，该144pTQFP在金属线结合间隙为60μm间距的试验用芯片上实施了长度3mm、直径25μm的金属线。接着，照射X线使用不尽行破坏即可观察封装内部的金属线的软X线装置PRO-TEST-100(竖核题克(ソフテツクス)社制)测定金属线移动。将对于金属线长度方向垂直方向的变形的最大变形量作为a，将金属线长度作为b时，将a/b×100(％)作为最大金属线移动率。判断标准是最大金属线移动率为3％以上时作为不合格。
实施例2～实施例4除了用1.8重量份(实施例2)、3.0重量份(实施例3)、0.5重量份(实施例4)代替碳前驱体A的配合量1.0重量份之外，其他用与实施例1相同的方法进行。另外，根据碳前驱体A的配合量的变化调整球状熔融氧化硅的配合量。
实施例5除了使用下述碳前驱体B代替碳前驱体A之外，与实施例1相同地进行。其结果表示在表2中。
将碳前驱体B；将平均粒径15μm的球状苯酚树脂进行干燥后，在650℃下烧成4小时以收率99％得到碳前驱体B。得到的碳前驱体B的物性是氢/碳重量％比＝2/97、平均粒径是10μm、最大粒径是30μm、电阻率值是1×104Ω·cm。
实施例6除了使用下述碳前驱体C3.0重量份代替碳前驱体A1.0重量份之外，与实施例1相同地进行。另外，根据碳前驱体A的配合量的变化调整球状熔融氧化硅的配合量。其结果表示在表2中。
碳前驱体C；将平均粒径65μm的球状苯酚树脂进行干燥后，在600℃下烧成4小时，以收率99％得到碳前驱体C。得到的碳前驱体C的物性是氢/碳重量％比＝3/96、平均粒径是45μm、最大粒径是60μm、电阻率是1×106Ω·cm。
实施例7除了使用下述碳前驱体D代替碳前驱体A之外，与实施例1相同地进行。其结果表示在表2中。
碳前驱体D；将平均粒径1.5μm的球状苯酚树脂进行干燥后，在600℃下烧成4小时以收率99％得到碳前驱体D。得到的碳前驱体D的物性是氢/碳重量％比＝3/96、平均粒径是1μm、最大粒径是10μm、电阻率是1×106Ω·cm。
比较例1除了将配合成分的添加量作成表2所示的值之外，用与实施例1相同的方法进行。也就是，比较例1是将球状熔融氧化硅的配合量作成在环氧树脂中超过92重量份的93重量份。其结果表示在表3中。
比较例2除了用配合量7.0重量份代替碳前驱体A的配合量1.0重量份之外，用与实施例1相同的方法进行。另外，根据碳前驱体A的配合量的变化调整球状熔融氧化硅的配合量。其结果表示在表3中。
比较例3除了用配合量0.1重量份代替碳前驱体A的配合量1.0重量份之外，用与实施例1相同的方法进行。另外，根据碳前驱体A的配合量的变化调整球状熔融氧化硅的配合量。其结果表示在表3中。
比较例4除了使用下述碳前驱体E代替碳前驱体A之外，与实施例1相同地进行。其结果表示在表3中。
碳前驱体E；将平均粒径80μm的苯酚树脂进行干燥后，在500℃下烧成4小时以收率99％得到碳前驱体E。得到的碳前驱体E的物性是氢/碳重量％比＝6/92、平均粒径55μm、最大粒径是70μm、电阻率是1×1010Ω·cm。
比较例5除了使用下述碳前驱体F代替碳前驱体A之外，与实施例1相同地进行。其结果表示在表3中。
碳前驱体F；将平均粒径4.5μm的苯酚树脂进行干燥后，在520℃下烧成4小时以收率99％得到碳前驱体F。得到的碳前驱体F的物性是氢/碳重量％比＝5/92、平均粒径是3μm、最大粒径是15μm、电阻率是1×109Ω·cm。
比较例6除了使用下述碳前驱体G代替碳前驱体A之外，与实施例1相同地进行。其结果表示在表3中。
碳前驱体G；将平均粒径4.5μm的苯酚树脂进行干燥后，在500℃下烧成4小时以收率99％得到碳前驱体G。得到的碳前驱体G的物性是氢/碳重量％比＝5/93、平均粒径是3μm、最大粒径是15μm、电阻率1×108Ω·cm。
比较例7除了使用下述碳黑A0.5重量份代替碳前驱体A1.0重量份之外，与实施例1相同地进行。另外，根据碳前驱体A的配合量的变化调整球状熔融氧化硅的配合量。其结果表示在表3中。
碳黑A；“MA600”，(三菱化学社制，氢/碳重量％比＝1.5/98、凝聚体尺寸300nm、附聚体尺寸100μm、电阻率4×10-1Ω·cm)
表2
表3
产业上的可利用性本发明的半导体器件，对于半导体器件制造领域及使用该半导体器件的电子部件是有用的，特别是适宜具有狭窄的金属线间隔且采用YAG激光标记的半导体器件。另外，本发明的半导体封装用环氧树脂组合物，特别是在制造封装具有狭窄的金属线间隔且采用YAG激光标记的半导体器件的环氧树脂时是有用的。
权利要求
1.一种半导体封装用环氧树脂组合物，以环氧树脂、酚醛树脂、无机填充材料、固化促进剂、以及具有1×102Ω·cm以上、不足1×107Ω·cm的半导体领域中的电阻率值的碳前驱体作为必要成分，其特征是，在全环氧树脂组合物中，含有65～92重量％的上述无机填充材料及0.1～5.0重量％的上述碳前驱体。
2.如权利要求1所述的半导体封装用环氧树脂组合物，其中，上述碳前驱体通过元素分析的H/C重量％比是2/97～4/93。
3.如权利要求1所述的半导体封装用环氧树脂组合物，其中，上述碳前驱体是平均粒径为0.5～50μm的微粒。
4.如权利要求1所述的半导体封装用环氧树脂组合物，其中，上述碳前驱体是平均粒径为0.5～20μm的微粒。
5.如权利要求1所述的半导体封装用环氧树脂组合物，其特征是，上述碳前驱体的电阻率值为1×104Ω·cm以上、不足1×107Ω·cm。
6.如权利要求1所述的半导体封装用环氧树脂组合物，其特征是，在上述全环氧树脂组合物中，含有70～91重量％的上述无机填充材料。
7.如权利要求1所述的半导体封装用环氧树脂组合物，其特征是，上述碳前驱体是将酚醛树脂在600℃以上、650℃以下的烧成温度下进行烧成而碳化了的物质。
8.一种半导体器件，其特征是，使用权利要求1～7中任何一项所述的半导体封装用环氧树脂组合物，封装半导体元件而成。
全文摘要
本发明涉及一种半导体封装用环氧树脂组合物，其以环氧树脂、酚醛树脂、无机填充材料、固化促进剂、具有1×10
文档编号C08L63/00GK1802415SQ200480010580
公开日2006年7月12日 申请日期2004年4月22日 优先权日2003年4月28日
发明者前田将克 申请人:住友电木株式会社