專利名稱：半導體封裝用環(huán)氧樹脂組合物及使用這種組合物的半導體裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體封裝用低介電常數(shù)環(huán)氧樹脂組合物、比介電常數(shù)顯著降低的環(huán)氧樹脂組合物和其中半導體元件用該環(huán)氧樹脂組合物進行樹脂封裝的半導體裝置。
通常，樹脂封裝型半導體裝置包含半導體元件如晶體管、IC或LSI和封裝材料如環(huán)氧樹脂組合物，其中半導體元件采用壓鑄通過封裝材料的模塑進行封裝。這種樹脂封裝型半導體裝置由于其可靠性、大批生產(chǎn)性及低成本而與陶瓷封裝型半導體裝置一起已得到廣泛應用。
但是，最近，已經(jīng)發(fā)明了微處理機等設備中用的高功能和高性能半導體元件。借助這類發(fā)明，操作頻率顯著增加。此外，在與信息傳輸有關的領域中，在小型化電子裝置如蜂窩電話機和PHS中已經(jīng)使用了大約千兆赫的頻段，使用二位數(shù)千兆赫頻段的通訊研究開發(fā)最近也已取得進展。
由于半導體裝置中的高頻發(fā)展趨勢，具有優(yōu)異高頻特性的陶瓷封裝型半導體裝置目前已大量用于要求高可靠性的半導體裝置中。然而，另一方面，目前的計劃是使用低成本的樹脂封裝型半導體裝置，這種裝置在大量生產(chǎn)及上述各種可靠性方面具有優(yōu)越性。因此，開發(fā)一種低壓壓鑄用低介電常數(shù)的環(huán)氧樹脂組合物，用于樹脂封裝型半導體裝置已成為需要。
此外，已經(jīng)有人提出了一種用具有低介電常數(shù)的硅氧烷樹脂對半導體進行樹脂封裝的方法；一種利用雙模塑技術的方法，其中用一種低介電常數(shù)樹脂模塑半導體元件的內(nèi)包封層，而用普通的環(huán)氧樹脂模塑外層(日本專利公開昭61-237455)；利用空心無機填料如空心玻璃球的方法(日本專利公開平5-283561)；以及其它方法。然而，封裝樹脂的介電常數(shù)的降低是有限度的。由于半導體元件向高頻發(fā)展的趨勢目前越來越有進展，因此介電常數(shù)還不能達到所需的降低水平。
此外，作為用于樹脂封裝半導體元件的利用空心無機填料的低壓壓鑄用環(huán)氧樹脂組合物，日本專利公開昭62-161851公開了一種封裝半導體的環(huán)氧樹脂組合物，其中用內(nèi)部有空穴的二氧化硅作為全部或部分無機填料。但是，該公開文獻對固化產(chǎn)品的介電性能卻只字未提。另一方面，日本專利公開平5-9270公開了一種半導體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其中該組合物具有降低的介電常數(shù)，其中該空心無機填料占無機填料重量的30～100％。但是，由于該空心結構在各種添加組分的捏合或熔融分布過程中被施加的剪切力所破壞，因此從生產(chǎn)力的觀點來看存在一個缺點，即并非所有的原料都能同時被捏合。此外，日本專利公開平5-206325公開了一種使用一種含氣體的填料的半導體封裝用樹脂組合物，其中該樹脂組合物固化產(chǎn)物在50℃在1MHz～50GHz頻段的介電常數(shù)是3.5。但是，該公開文獻中所公開的樹脂組合物很難說是一種有利于封裝新近開發(fā)的窄間距布線結構半導體的含填料樹脂組合物。
因此，從高頻半導體元件發(fā)展的進步的觀點看，本發(fā)明的一個目的是提供一種半導體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，該組合物具有進一步降低的比介電常數(shù)，能適應高頻發(fā)展趨勢的需要，有利于組裝窄間距布線結構的半導體，并且具有優(yōu)異生產(chǎn)力。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用該環(huán)氧樹脂組合物封裝的半導體裝置。
從下面的描述來看，本發(fā)明的這些目的和其它目的將會一目了然。
本發(fā)明的第一個具體實施方案涉及一種半導體裝置封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其中包含下列主要組分(A)一種環(huán)氧樹脂；(B)一種酚醛樹脂；(C)一種固化促進劑；和(D)一種空心無機填料，其平均粒徑為4～100μm，平均殼厚為1.5μm或更大，其中組分(A)和組分(B)的量是這樣控制的，即要使得X和Y的總量(X+Y)是350或更大，其中X是環(huán)氧樹脂(A)的環(huán)氧當量，Y是酚醛樹脂(B)的羥基當量。
本發(fā)明的第二個具體實施方案涉及一種包含用上述環(huán)氧樹脂組合物封裝的半導體元件的半導體裝置。
由于從完成上述目的出發(fā)而進行的廣泛研究的結果，本發(fā)明者注意到環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂，即半導體封裝用環(huán)氧樹脂組合物的有機組分，并發(fā)現(xiàn)這些組分反應后所形成的產(chǎn)物中仲羥基含量的降低能有效降低介電常數(shù)，即將環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當量和酚醛樹脂的羥基當量兩者的總量調(diào)節(jié)到某一特定值或高些。本發(fā)明者還發(fā)現(xiàn)，除上述有機組分的調(diào)節(jié)外，由于與上述環(huán)氧樹脂組合物的有機組分一起，使用空心無機填料作為無機填料，所以可以得到一種比介電常數(shù)進一步降低了的環(huán)氧樹脂組合物。這種比介電常數(shù)能適應半導體元件向高頻發(fā)展的趨勢。
此外，例如，當空心二氧化硅球、空心Shirasu球、空心玻璃球或含有氧化硅和氧化鋁的空心球以及含有其它各種陶瓷的空心材料供入制備普通環(huán)氧樹脂組合物的常規(guī)工藝中作為含氣體(空氣)的空心無機填料時，這些空心材料在由捏合機、加熱輥等施加了強剪切力的加熱和捏合分散過程中容易破裂。因此，需要使用其殼強度強得足以耐受上述加熱和捏合分散過程的空心無機填料。
此外，該半導體元件按照導線連接方法配備了80～100μm的窄間距布線，這是最新趨向的半導體元件電氣布線的一個有代表性的例子。因此，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧樹脂組合物中所用無機填料的粒徑必須加以調(diào)節(jié)，使得最大粒徑做得更小，以便不妨礙布線。
此外，半導體外殼已變得越來越薄，而且越來越小型化，以致希望進一步降低封裝外殼的低壓壓鑄用環(huán)氧樹脂組合物的熔體粘度。因此，一直迫切希望通過將無機填料成形為球形的方法來降低粘度。
具體說，由于在上述發(fā)現(xiàn)的基礎上進行的廣泛研究的結果，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，當環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當量與酚醛樹脂的羥基當量這兩者的總量控制在某一特定值或更高時，反應后所形成的產(chǎn)物中的仲羥基含量就會降低，從而能有效地降低介電常數(shù)，并發(fā)現(xiàn)，當另外還使用具有特定平均粒徑和特定殼厚的空心無機填料(D)時，就能進一步降低介電常數(shù)而不會使上述空心無機填料破裂，即使當在該原材料制備過程中施加了強剪切力時也是這樣。
因此，特別優(yōu)選的是使用通式(1)代表的特定環(huán)氧樹脂作為環(huán)氧樹脂(A)和通式(2)代表的特定的酚醛樹脂作為酚醛樹脂(B)，其中環(huán)氧當量與羥基當量的總量是高的，使得所形成的環(huán)氧樹脂組合物的固化產(chǎn)物的比介電常數(shù)更進一步降低。
尤其優(yōu)選的是使用空心玻璃球作為空心無機填料，因為這樣做可以達到降低介電常數(shù)的效果，并能減輕通過本發(fā)明環(huán)氧樹脂組合物的模塑而得到的半導體裝置的重量。
下面詳細敘述本發(fā)明的具體實施方案。
本發(fā)明的半導體封裝用環(huán)氧樹脂組合物(以下簡稱為“環(huán)氧樹脂組合物”)是從環(huán)氧樹脂〔組分(A)〕、酚醛樹脂〔組分(B)〕、固化促進劑〔組分〔C)〕和特定的空心無機填料〔組分(D)〕得到的，且該環(huán)氧樹脂組合物通常呈粉末形式或壓成片。替代地，在環(huán)氧樹脂組合物熔融捏合后，將該組合物模塑成大致圓柱形狀的粒狀形式。
作為環(huán)氧樹脂〔組分(A)〕，可以使用任何傳統(tǒng)已知的各種環(huán)氧樹脂，沒有特別限制，只要該環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當量與下面提到的酚醛樹脂的羥基當量的總量是某一特定值或更高，而且該環(huán)氧樹脂在常溫(25℃)下為固體就可以。這樣的環(huán)氧樹脂包括，例如聯(lián)苯環(huán)氧樹脂、苯酚線型酚醛清漆環(huán)氧樹脂、甲酚線型酚醛清漆環(huán)氧樹脂等。這些環(huán)氧樹脂可以單獨使用或2種或更多種組合使用。這類環(huán)氧樹脂的具體例子包括通式(1)代表的環(huán)氧樹脂 其中n是0或正數(shù)；通式(3)代表的環(huán)氧樹脂 其中n是0或正數(shù)；通式(4)代表的環(huán)氧樹脂 和通式(5)代表的環(huán)氧樹脂 其中n是0或正數(shù)。
酚醛樹脂〔組分(B)〕可以是能作為環(huán)氧樹脂〔組分(A)〕固化劑的任何一種樹脂，而且可以使用任何一種酚醛樹脂，只要該酚醛樹脂的羥基當量與上述環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當量的總量為某一特定值或更高就可以。這類酚醛樹脂包括，例如苯酚線型酚醛清漆、甲酚線型酚醛清漆、雙酚A線型酚醛清漆、萘酚線型酚醛清漆、苯酚芳烷基線型酚醛清漆等。這些酚醛樹脂可以單獨使用，或2種或更多種組合使用。其具體例子包括通式(2)代表的酚醛樹脂 其中m是0或正數(shù)；
通式(6)代表的酚醛樹脂 其中m是0或正數(shù)；通式(7)代表的酚醛樹脂 其中m是0或正數(shù)；和通式(8)代表的酚醛樹脂 其中m是0或正數(shù)。
優(yōu)選的是，環(huán)氧樹脂〔組分(A)〕與酚醛樹脂〔組分(B)〕的比例按這樣來調(diào)節(jié)，使得相對于環(huán)氧樹脂中每當量環(huán)氧基而言，酚醛樹脂中的羥基當量數(shù)為0.5～1.6，更優(yōu)選為0.8～1.2。
其次，與組分(A)和組分(B)一起使用的固化促進劑〔組分(C)〕沒有特別限制，任何傳統(tǒng)上已知的都可以使用。其具體例子包括1,8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一烯-7；叔胺如三亞乙基二胺；咪唑類如2-甲基咪唑；含磷固化促進劑如三苯膦和四苯基磷鎓四苯基硼酸鹽等。這些固化促進劑可以單獨使用或2種或更多種混合使用。
優(yōu)選的是，以100重量份酚醛樹脂〔組分(B)〕為基準，固化促進劑〔組分(C)〕的含量調(diào)節(jié)到0.5～10重量份。
作為與組分(A)～(C)一起使用的特定空心無機填料〔組分(D)〕，該空心無機填料顆粒應滿足下列要求平均粒徑為4～100μm，構成該空心無機填料的殼的厚度為1.5μm或以上。更優(yōu)選的是，最大粒徑為150μm或以下。尤其優(yōu)選的是，平均粒徑為10～70μm，構成該空心無機填料的殼的厚度是1.5～4μm或以下。且最大粒徑是110μm或以下。具體說，當平均粒徑小于4μm時，該空心顆粒中所含氣體(空氣)的含量就降低，所以介電常數(shù)的降低不能達到所希望的水平。還有，當平均粒徑超過100μm時，就會妨礙半導體元件的布線。此外，當殼的厚度小于1.5μm時，空心顆粒就有可能破裂，因為在存在捏合機和加熱輥所施加的強剪力的加熱和捏合分散過程中空心顆粒的強度不夠。還有，當最大顆粒超過150μm時，就有可能妨礙半導體元件的布線。
上面定義的空心無機填料包括，例如空心二氧化硅球、空心Shirasu球、空心玻璃球、由包含氧化硅和氧化鋁的組合物制成的空心球、空心材料如各種陶瓷等。其中，從殼強度觀點來看，優(yōu)選使用空心玻璃球。更優(yōu)選的是該空心玻璃球的粒徑為30～60μm，最大顆粒為110μm，殼的平均厚度為2～4μm，真密度為0.70～0.80g/cm3，且具有高壓縮強度，使得當以6864牛頓/cm3的靜壓進行壓制時破碎率為10％或以下。此外，如果空心無機填料顆粒表面事先用下面所述的硅烷偶聯(lián)劑進行涂布，則是優(yōu)選的，因為這可改善無機填料和有機組分如環(huán)氧樹脂和上述的酚醛樹脂界面的粘合力，從而當其吸收水分時能滿意地使介電性能穩(wěn)定。
在本發(fā)明中，傳統(tǒng)的各種無機填料均可與空心無機填料〔組分(D)〕一起使用。傳統(tǒng)無機填料包括，例如二氧化硅粉末如氣相二氧化硅、氧化鋁、氮化硅、氮化鋁、氮化硼、氧化鎂、硅酸鈣、氫氧化鎂、鈦白粉等。在這些無機填料中，可以優(yōu)選使用球形二氧化硅粉末、碾磨二氧化硅粉末、脆性二氧化硅粉末等。作為無機填料，優(yōu)選的是最大粒徑為100μm或以下者。此外，除上述定義的最大粒徑外，平均粒徑為1～20μm者也是優(yōu)選的。因此，當傳統(tǒng)無機填料與空心無機填料〔組分(D)〕一起使用時，優(yōu)選的是，傳統(tǒng)無機填料的配方比例應調(diào)節(jié)到全部填料(空心無機填料與傳統(tǒng)無機填料的總量)的30％重量或以下。這是因為，當傳統(tǒng)無機填料的配方比例超過30％重量時，就很難使介電常數(shù)降低到所希望的水平。
這里，空心無機填料和傳統(tǒng)無機填料的最大粒徑和平均粒徑可用例如激光散射掃描型粒度分布分析儀測定。此外，空心無機填料的殼厚可通過例如用電子顯微鏡觀察樣品有意破裂的情況來測定。
優(yōu)選的是，空心無機填料〔組分(D)〕的含量比例(或在空心無機填料與傳統(tǒng)無機填料一起使用的情況下，空心無機填料和傳統(tǒng)無機填料的總含量比例)應調(diào)節(jié)到整個環(huán)氧樹脂組合物的40～70％重量，更優(yōu)選40～60％重量。具體說，空心無機填料〔組分(D)〕的含量比例小于40％重量時，就很難使介電常數(shù)降低到所希望的水平。還有，當空心無機填料〔組分(D)〕的含量比例超過70％重量時，環(huán)氧樹脂組合物的熔體粘度就變得相當高，因而流動性降低，從而使得難以采用低壓壓鑄法對該環(huán)氧樹脂組合物進行模塑。
在本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中，除了環(huán)氧樹脂〔組分(A)〕、酚醛樹脂〔組分(B)〕、固化促進劑〔組分(C)〕、空心無機填料〔組分(D)〕以及傳統(tǒng)無機填料之外，還可以任選地加入適量的各種助劑，如脫模劑、撓曲性賦予劑、顏料、阻燃劑和偶聯(lián)劑。
脫模劑包括聚乙烯蠟、巴西棕櫚蠟、脂肪酸鹽等。
撓曲性賦予劑包括硅氧烷化合物如側鏈乙二醇型二甲基硅氧烷、丁腈橡膠等。
顏料包括炭黑、二氧化鈦等。
阻燃劑包括鹵基阻燃劑如溴化環(huán)氧樹脂，與阻燃助劑如三氧化銻一起使用。
此外，作為除上述鹵基阻燃劑以外的阻燃劑可以使用通式(9)代表的具有多面體形狀的復合金屬氫氧化物M1-xQx(OH)2(9)其中M是選自Mg、Ca、Sn和Ti這一組中的至少1個金屬原子；Q是選自Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn這一組中的至少1個金屬原子；X是0.01～0.5的正數(shù)。
該復合金屬氫氧化物具有多面體形式的結晶結構。它沒有通常的六面體形式，或厚度薄的片狀形式如鱗狀的結晶結構。說得更確切些，它屬于一種在厚度方向(C-軸方向)以及長度和寬度方向有大晶體生長的復合金屬氫氧化物，包括例如具有粒狀結晶形式的那些，由于片狀結晶在厚度方向(C-軸方向)上的晶體生長使得它們形成類似空間和球形的形式，粒狀結晶形式包括近似十二面體，近似八面體、近似四面體等。
例如，在厚度方向(C-軸方向)以及長度和寬度方向有大晶體生長的復合金屬氫氧化物和呈近似十二面體、近似八面體、近似四面體等形式的所希望的多面體結晶形式可通過控制該復合金屬氫氧化物制造工藝中的各種條件來獲得，且通常可為各種形狀的混合物。
具有上述多面體形狀的復合金屬氫氧化物的有代表性的具體例子包括氧化鎂和氧化鎳的水合物、氧化鎂和氧化鋅的水合物、氧化鎂和氧化銅的水合物等。
還有，具有上述多面體形狀的復合金屬氫氧化物具有下列由激光散射粒度分析儀所測得的粒度分布(α)～(γ)(α):10-35％質(zhì)量粒徑小于1.3μm的顆粒；(β):50～65％質(zhì)量粒徑等于或大于1.3μm但小于2.0μm的顆粒；和(γ):10～30％質(zhì)量粒徑等于或大于2.0μm的顆粒。
此外，具有上述多面體形狀的復合金屬氫氧化物的縱橫比優(yōu)選為1～8，更優(yōu)選為1～7，特別優(yōu)選為1～4。這里提及的縱橫比是用該復合金屬氫氧化物的長度與寬度之比表示的。當縱橫比超過8時，包含該復合金屬氫氧化物的環(huán)氧樹脂組合物熔融時對粘度降低的效果變差。當該復合金屬氫氧化物用作本發(fā)明環(huán)氧樹脂組合物的一種成分時可以使用縱橫比為1～4的復合金屬氫氧化物。
偶聯(lián)劑包括硅烷偶聯(lián)劑如γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、β-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷等。
在本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中，要求組合使用環(huán)氧樹脂的酚醛樹脂，使得X和Y的總量(X+Y)調(diào)節(jié)到350或以上，其中X是環(huán)氧樹脂(A)的環(huán)氧當量，Y是酚醛樹脂(B)的羥基當量。尤其優(yōu)選這樣的組合，其中總量(X+Y)等于或大于400。順便提及，總量(X+Y)的上限是2000或2000左右。具體說，當總量(X+Y)小于350時，不能使所形成的環(huán)氧樹脂組合物的固化產(chǎn)物的介電常數(shù)降低到滿意的程度。關于環(huán)氧樹脂〔組分(A)〕和酚醛樹脂〔組分(B)〕的組合，從得到特別高總量的環(huán)氧當量和羥基當量，從而獲得滿意的降低介電常數(shù)的效果的觀點來看，優(yōu)選的是使用上述式(1)代表的環(huán)氧樹脂和上述式(2)代表的酚醛樹脂的組合。此外，當組合使用2種或更多種樹脂作為環(huán)氧樹脂(A)時，這些多種環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當量的乎均值定義為環(huán)氧當量X。當組合使用2種或更多種樹脂作為酚醛樹脂(B)時，這些多種酚醛樹脂的羥基當量的平均值定義為羥基當量Y。這些環(huán)氧當量和羥基當量中每種當量均用g/eq表示。在本發(fā)明中，按上述定義的環(huán)氧當量X和羥基當量Y的總量(X+Y)不包括用作阻燃劑如溴化環(huán)氧樹脂的環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當量。
本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物可按，例如，下述方法制備。具體說，所希望的環(huán)氧樹脂組合物可通過下述一系列步驟制備，包括加入給定量的環(huán)氧樹脂〔組分(A)〕、酚醛樹脂〔組分(B)〕、固化促進劑〔組分(C)〕、空心無機填料〔組分(D)〕和各種助劑如脫模劑，用加熱輥和擠出捏合機進行熔融分散使各組分充分混合，使混合物冷卻，并將混合物粉碎，以及任選地將混合物壓塑成片狀料粒。
此外，如上面所提到的，環(huán)氧樹脂組合物可通過如下方法制備先將空心無機填料〔組分(D)〕與硅烷偶合劑混合，從而使空心無機填料〔組分(D)〕的表面涂布上硅烷偶聯(lián)劑，然后再加入其余各組分進行上述各步驟。通過事先對上述空心無機填料〔組分(D)〕進行表面涂布，空心無機填料與各有機組分之間界面的粘著力就獲得改善，從而當封裝樹脂(固化產(chǎn)物)吸收水分時介電性能也能穩(wěn)定。
本發(fā)明的半導體裝置包含用上述的環(huán)氧樹脂組合物封裝的半導體元件。這里，封裝沒有特別的限制，且可用通常已知的模塑法如低壓壓鑄法進行。
按上述方法得到的半導體裝置具有優(yōu)異的高頻性能。這是因為用作半導體裝置用封裝樹脂組合物的環(huán)氧樹脂組合物包含組合使用的環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂，使得環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當量與酚醛樹脂的羥基當量的總量為某一特定值或以上，并使得含有氣體(空氣)的空心無機填料的含量為某一特定量，以致所形成的環(huán)氧樹脂組合物具有低的介電常數(shù)，從而大大降低了比介電質(zhì)常數(shù)。由于高頻半導體元件的趨向，用本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物封裝的半導體裝置各引線之間的內(nèi)部端電容小，所以可以減少高頻信號的傳輸損失。
下面列舉實施例和比較例。
在進行實例之前，先準備下列各組分。
〔環(huán)氧樹脂a〕下式(a)代表的一種環(huán)氧樹脂(環(huán)氧當量195g/eq.，軟化點74℃) 〔環(huán)氧樹脂b〕下式(b)代表的一種環(huán)氧樹脂(環(huán)氧當量192g/eq.，軟化點107℃) 〔環(huán)氧樹脂c〕下式(c)代表的一種環(huán)氧樹脂(環(huán)氧當量273g/eq.，軟化點61℃)
〔環(huán)氧樹脂d〕下式(d)代表的一種環(huán)氧樹脂(環(huán)氧當量290g/eq.，軟化點95℃) 〔酚醛樹脂a〕下式(a)代表的一種酚醛樹脂(羥基當量106g/eq.，軟化點82℃) 〔酚醛樹脂b〕下式(b)代表的一種酚醛樹脂(羥基當量162g/eq.，軟化點60℃) 〔酚醛樹脂c〕下式(c)代表的一種酚醛樹脂(羥基當量170g/eq.，軟化點70℃) 〔酚醛樹脂d〕下式(d)代表的一種酚醛樹脂(羥基當量208g/eq.，軟化點69℃) 〔固化促進劑〕四苯基磷鎓四苯基硼酸鹽〔空心無機填料a〕空心玻璃球(由硼硅酸鹽玻璃制成，平均粒徑40μm，最大粒徑110μm，平均殼厚2μm，真密度0.75g/cm3，在6864牛頓/cm3靜壓下壓制時的破碎率6％)。
〔空心無機填料b〕空心玻璃球(由硼硅酸鹽玻璃制成，平均粒徑40μm，最大粒徑80μm，平均殼厚1μm，真密度0.39g/cm3，在2451牛頓/cm3強度下壓制時的破碎率6％)。
〔二氧化硅粉末a〕球形氣相法二氧化硅粉末(平均粒徑0.5μm，最大粒徑1μm)。
〔二氧化硅粉末b〕球形氣相法二氧化硅粉末(平均粒徑15μm，最大粒徑96μm)。
〔脫模劑〕聚乙烯蠟
〔阻燃劑〕溴化苯酚線型酚醛清漆型環(huán)氧樹脂(環(huán)氧數(shù)量280g/eq.)。
〔阻燃助劑〕三氧化銻〔顏料〕炭黑〔硅烷偶聯(lián)劑〕β-(3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷實施例1～8和比較例1～4將表1或表2中所示各原材料按表中所示比例同時加入，然后將混合物進行熔融捏合一段足夠的時間，加熱輥加熱到95℃(由加熱輥進行的捏合時間也一起示于表1或2)，然后讓其冷卻。隨后將所得到的產(chǎn)物進行粉化，得到通10目的粉末狀環(huán)氧樹脂組合物。
表1
表2
按照下述方法評價上述實施例和比較例得到的各種粉末狀環(huán)氧樹脂組合物的比介電常數(shù)、玻璃化轉變溫度和耐濕可靠性。結果示于表3和表4。
〔比介電常數(shù)的測定〕上述各種粉末狀環(huán)氧樹脂組合物在下列條件下進行壓鑄模塑壓力6.9MPa，模溫175℃，模塑時間2分鐘。然后將模制品在175℃進行后5小時的固化，以制備厚度為3mm、直徑為50mm的圓盤形固化產(chǎn)品。隨后，從銀的膏狀物制備銀電極，該銀電極包含直徑為30mm的主電極、直徑為32mm的保護電極和直徑為45mm的相反電極。然后在1MHz的檢測頻率和25℃溫度的條件下測定該固化產(chǎn)品的電容，并按下式計算比介電常數(shù)ϵ=Cx×tπ×r2×ϵ0]]>式中ε是比介電常數(shù)；ε0是真空(空氣)的介電常數(shù)〔=0.0885(pF/cm)〕；r是主電極的半徑(cm)；t是試片的厚度(cm)；Cx是試片的電容(pF)。
〔玻璃化轉變溫度〕上述各種粉末狀環(huán)氧樹脂組合物在與上述相同的條件下進行壓鑄，以制備長20mm、寬3mm、厚3mm的固化產(chǎn)品，然后將該固化產(chǎn)品在175℃進行5小時的后固化。在5℃/分鐘的加熱速率條件下用一臺熱力學分析僅(從Rigaku公司購得的TMA僅，型號為MG800GM)測定所得固化產(chǎn)品的玻璃化轉變溫度(Tg)、〔耐濕可靠性〕上述各種粉末狀環(huán)氧樹脂組合物在與上述相同的條件下進行壓鑄，以模塑成由42號合金制成的16腳-DIP(雙列直插封裝)引線框，然后用1個部件將其安裝起來用于評估用金絲連接的鋁布線的腐蝕情況。該模制產(chǎn)品在175℃進行后固化5小時，以制備一種半導體裝置。將所制得的半導體裝置進行加壓蒸煮試驗(PCT試驗)，試驗溫度是121℃，壓力是202.6KPa，時間是直到測不到導電性(電失效)為止的時間。
表3
表4
表3和表4所示結果清楚地說明，所有實施例都具有低的比介電常數(shù)，即使在進行熔融捏合工藝之后也是這樣，而且耐濕可靠性優(yōu)異。尤其在實施例1、6和7中，環(huán)氧當量和羥基當量的總量為400或以上，比介電常數(shù)降低效果明顯。此外，就玻璃化轉變溫度而言，本發(fā)明實施例的環(huán)氧樹脂組合物的固化產(chǎn)品沒有很大的惡化數(shù)值。
另一方面，在比較例1中，盡管玻璃化轉變溫度高而且耐濕可靠性也高，但是空心玻璃球在熔融捏合過程中仍然發(fā)生破裂，其原因是比介電常數(shù)高且平均殼厚度較薄。比較例2的比介電常數(shù)高，所以與實施例1相比顯示出加入空心玻璃球的效果。比較例3和4各自的環(huán)氧當量和羥基當量的總量都小于350，所以比介電常數(shù)高。因此，與這些比較例相比，本發(fā)明的實施例顯示出羥基含量低的環(huán)氧樹脂組合物的有機組分的效果。
如上所述，本發(fā)明提供一種半導體封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其中環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當量與酚醛樹脂的羥基當量的總量調(diào)節(jié)到某一特定值或以上，且該組合物還包含具有特定平均粒徑和特定平均殼厚的空心無機填料〔組分(D)〕。這種環(huán)氧樹脂組合物的優(yōu)點是介電常數(shù)低，其中比介電常數(shù)顯著降低，而且生產(chǎn)性優(yōu)異，即使在該環(huán)氧樹脂組合物的制備過程中加入了空心無機填料，并與其它原材料一起進行熔融捏合時也不會破壞空心結構。因此，用這種環(huán)氧樹脂組合物進行樹脂封裝而制得半導體裝置具有優(yōu)異的高波長特性，適應了高頻發(fā)展的趨勢。
此外，當組合使作為環(huán)氧樹脂的式(1)代表的特定的環(huán)氧樹脂和作為酚醛樹脂的式(2)代表的特定的酚醛樹脂時，所得到的環(huán)氧樹脂組合物的固化產(chǎn)品的比介電常數(shù)甚至會更明顯地降低。
加之，用空心玻璃球作為空心無機填料，所以可以達到降低介電常數(shù)的目的。還有，通過本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物的模塑制得的半導體裝置的重量可以減輕。
這些發(fā)現(xiàn)清楚地表明，本發(fā)明的半導體裝置是樹脂封裝型半導體裝置，能適應高頻發(fā)展的趨向，這種半導體裝置完全能替代傳統(tǒng)的陶瓷封裝型半導體裝置。此外，這種半導體裝置還具有傳統(tǒng)性能方面的優(yōu)點，如各種可靠性優(yōu)異，能大量生產(chǎn)，以及成本低廉。
盡管上面已經(jīng)對本發(fā)明進行了這樣的描述，但顯而易見的是，同樣的東西可以進行許多改變。這樣的改變不被認為是離開本發(fā)明的精神和范圍，且所有這樣的改變對于本領域的技術人員來說都是顯而易見的，因此應當包括在下列權利要求的范圍內(nèi)。
權利要求
1．一種半導體裝置封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其中包含下列主要組分(A)一種環(huán)氧樹脂；(B)一種酚醛樹脂；(C)一種固化促進劑；和(D)一種空心無機填料，其平均粒徑為4～100μm，平均殼厚為1.5μm或更大，其中組分(A)和組分(B)的量是這樣控制的，即要使得X和Y的總量(X+Y)是350或更大，其中X是環(huán)氧樹脂(A)的環(huán)氧當量，Y是酚醛樹脂(B)的羥基當量。
2．按照權利要求1的環(huán)氧樹脂組合物，其中環(huán)氧樹脂(A)是下面式(1)代表的一種環(huán)氧樹脂 其中n是0或正數(shù)，且其中酚醛樹脂(B)是下面式(2)所代表的一種酚醛樹脂 其中m是0或正數(shù)。
3．按照權利要求1的環(huán)氧樹脂組合物，其中酚醛樹脂中的羥基當量與環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧當量之比為0.5～1.6。
4．按照權利要求1～3中任何一項的環(huán)氧樹脂組合物，其中空心無機填料(D)的最大粒徑等于或小于150μm。
5．按照權利要求4的環(huán)氧樹脂組合物，其中該空心無機填料(D)是空心玻璃球。
6．按照權利要求1的環(huán)氧樹脂組合物，其中該空心無機填料(D)的含量為整個環(huán)氧樹脂組合物的40～70％質(zhì)量。
7．一種半導體裝置，其中包含用權利要求1～6中任何一項的環(huán)氧樹脂組合物封裝的半導體元件。
全文摘要
一種半導體裝置封裝用環(huán)氧樹脂組合物，其中包含下列主要組分(A)一種環(huán)氧樹脂；(B)一種酚醛樹脂；(C)一種固化促進劑；和(D)一種空心無機填料，其平均粒徑為4～100μm,平均殼厚為1.5μm或更大,其中組分(A)和組分(B)的量是這樣控制的,即要使得X和Y的總量(X+Y)是350或更大,其中X是環(huán)氧樹脂(A)的環(huán)氧當量,Y是酚醛樹脂(B)的羥基當量;以及包含用該環(huán)氧樹脂組合物封裝的半導體元件的半導體裝置。
文檔編號C08L63/00GK1316447SQ0111632
公開日2001年10月10日 申請日期2001年4月6日 優(yōu)先權日2000年4月6日
發(fā)明者五十嵐一雅 申請人:日東電工株式會社