JP7047243B2 - Resin composition and electronic components - Google Patents
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Description
本発明は、電子部品に用いられる樹脂組成物に関する。 The present invention relates to resin compositions used in electronic components.
半導体パッケージには、半導体素子(チップ)を環境から保護するための封止材として、無機充填材を含むエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂組成物が広く用いられている。封止材は、チップ、Cu、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、絶縁基板等の線膨張係数が異なる複数の部材を封止する。熱硬化性樹脂に添加される無機充填材は、熱硬化性樹脂の熱膨張係数を下げて、樹脂硬化物の反りを抑え、半導体パッケージにおける界面剥離やクラック等の発生を防止している。 Thermosetting resin compositions such as epoxy resins containing an inorganic filler are widely used in semiconductor packages as a sealing material for protecting a semiconductor element (chip) from the environment. The sealing material seals a plurality of members having different linear expansion coefficients such as chips, Cu, PPS (polyphenylene sulfide), and insulating substrates. The inorganic filler added to the thermosetting resin lowers the coefficient of thermal expansion of the thermosetting resin, suppresses the warp of the cured resin, and prevents the occurrence of interface peeling and cracks in the semiconductor package.
しかし、従来の熱硬化性樹脂組成物からなる封止材を用いた半導体装置では、封止材と上記複数の部材との界面に極少の剥離を生じる場合があり、パワーサイクル耐量を低下させる問題が生じていた。さらに次世代パワー半導体の実用化により耐熱温度が上昇し、チップを封止する樹脂の耐熱性向上が求められている。これらの特性を向上させるべく、機械的強度、及び耐熱性に優れた樹脂が求められている。 However, in a semiconductor device using a conventional encapsulant made of a thermosetting resin composition, a minimum amount of peeling may occur at the interface between the encapsulant and the plurality of members, which causes a problem of lowering the power cycle endurance. Was occurring. Further, the heat-resistant temperature rises due to the practical application of next-generation power semiconductors, and it is required to improve the heat resistance of the resin that seals the chip. In order to improve these characteristics, a resin having excellent mechanical strength and heat resistance is required.
本発明者らは、鋭意検討の結果、熱硬化性樹脂及び無機充填材を少なくとも含んでなる樹脂組成物に、粉末状ポリエーテルイミドなどの熱可塑性樹脂粉末を添加することに想到し、本発明の課題を解決するに至った。すなわち、本発明は、樹脂組成物であって、熱硬化性樹脂主剤と、熱可塑性樹脂粉末と、硬化剤と、無機充填材とを含んでなる。 As a result of diligent studies, the present inventors have come up with the idea of adding a thermoplastic resin powder such as powdery polyetherimide to a resin composition containing at least a thermosetting resin and an inorganic filler, and the present invention has been made. It came to solve the problem of. That is, the present invention is a resin composition and comprises a thermosetting resin main agent, a thermoplastic resin powder, a curing agent, and an inorganic filler.
前記樹脂組成物において、前記熱可塑性樹脂粉末が、粉末状ポリエーテルイミドと、粉末状ポリベンゾイミダゾールと、粉末状熱可塑性ポリイミドと、粉末状ポリエーテルスルホンと、粉末状ポリスルホンと、粉末状ポリアミド46と、粉末状ポリアミドイミドとから選択される1種以上であることが好ましい。 In the resin composition, the thermoplastic resin powder is powdered polyetherimide, powdered polybenzoimidazole, powdered thermoplastic polyimide, powdered polyethersulfone, powdered polysulfone, and powdered polyamide 46. And, it is preferable that it is one or more selected from powdered polyamide-imide.
前記樹脂組成物において、前記熱可塑性樹脂粉末を、前記熱硬化性樹脂主剤100質量部に対し、10~50質量部含むことが好ましい。 In the resin composition, it is preferable that the thermoplastic resin powder is contained in an amount of 10 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent.
前記樹脂組成物において、前記熱可塑性樹脂粉末が粉末状ポリアミドイミドであり、前記熱硬化性樹脂主剤100質量部に対し、粉末状ポリアミドイミドを5~50質量部含むことが好ましい。 In the resin composition, the thermoplastic resin powder is preferably powdered polyamide-imide, and preferably contains 5 to 50 parts by mass of powdered polyamide-imide with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent.
前記樹脂組成物において、前記硬化剤が、酸無水物系硬化剤を含むことが好ましい。 In the resin composition, it is preferable that the curing agent contains an acid anhydride-based curing agent.
前記樹脂組成物において、前記無機充填材が、溶融シリカ、シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウム、タルク、クレー、マイカ、ガラス繊維から選択される1種又は2種以上を含むことが好ましい。 In the resin composition, the inorganic filler preferably contains one or more selected from fused silica, silica, alumina, aluminum hydroxide, talc, clay, mica, and glass fiber.
前記樹脂組成物において、硬化促進剤をさらに含み、前記硬化促進剤が、イミダゾールもしくはその誘導体を含むことが好ましい。 It is preferable that the resin composition further contains a curing accelerator, and the curing accelerator contains imidazole or a derivative thereof.
前記樹脂組成物が、電子部品封止用であることが好ましい。 It is preferable that the resin composition is used for encapsulating electronic components.
本発明は別の実施形態によれば、前述のいずれかに記載の樹脂組成物を硬化させてなる樹脂硬化物である。 According to another embodiment, the present invention is a cured resin product obtained by curing the resin composition according to any one of the above.
本発明はまた別の実施形態によれば、前述のいずれかに記載の樹脂組成物を硬化させてなる樹脂硬化物が、少なくとも一部に用いられている電子部品である。 According to another embodiment of the present invention, the cured resin composition obtained by curing the resin composition according to any one of the above is an electronic component used in at least a part thereof.
本発明はまた別の実施形態によれば、基板上に実装された半導体素子と金属部材とを含む部材を、前述のいずれかに記載の樹脂組成物を含む封止材により封止してなる半導体装置である。 According to another embodiment, the present invention comprises sealing a member including a semiconductor element and a metal member mounted on a substrate with a sealing material containing the resin composition according to any one of the above. It is a semiconductor device.
本発明によれば、機械的強度、及び耐熱性の優れた樹脂硬化物を得ることができる。また、機械的強度の向上に伴い、密着性、耐湿性も向上したものとなっている。そして、この樹脂組成物を電子部品の封止材として用いることにより、封止材の耐熱性、耐湿性、機械的強度が向上し、電子部品の信頼性を高めることができる。特には、半導体装置の封止材として好適であり、環境管理の難しい、屋外で使用される、自動車、車両、航空機、船舶、自動販売機、空調機、発電機などの電気・電力機器に好適に用いることができる。 According to the present invention, a cured resin product having excellent mechanical strength and heat resistance can be obtained. Further, as the mechanical strength is improved, the adhesion and moisture resistance are also improved. By using this resin composition as a sealing material for electronic parts, the heat resistance, moisture resistance, and mechanical strength of the sealing material can be improved, and the reliability of electronic parts can be improved. In particular, it is suitable as a sealing material for semiconductor devices, and is suitable for electric / electric power equipment such as automobiles, vehicles, aircraft, ships, vending machines, air conditioners, and generators, which are difficult to control the environment and are used outdoors. Can be used for.
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below.
[第1実施形態:樹脂組成物]
本発明は第1実施形態によれば、樹脂組成物であって、熱硬化性樹脂主剤と、熱可塑性樹脂粉末と、硬化剤と、無機充填材とを含んでなる。以下、これらの各構成要件について、より具体的に説明する。
[First Embodiment: Resin Composition]
According to the first embodiment, the present invention is a resin composition containing a thermosetting resin main agent , a thermoplastic resin powder, a curing agent, and an inorganic filler. Hereinafter, each of these constituent requirements will be described more specifically.
本実施形態に用いられる熱硬化性樹脂主剤としては、特に限定されず、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、マレイミド樹脂等を挙げることができる。電子部品の用途としては、1分子中に少なくとも2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂が、寸法安定性や耐水性・耐薬品性および電気絶縁性が高いことから、特に好ましい。具体的には、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、ビスフェノールE型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、マレイミドナフトール樹脂、マレイミドトリアジン樹脂、マレイミド樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂等を挙げることができるが、これらには限定されない。これらの熱硬化性樹脂主剤は、単独で用いてもよいが、2種以上を混合してもよい。共重合させるモノマー分子の組み合わせにより、耐熱性、強靭性、難燃性等の物性を適宜調整することができる。 The thermosetting resin main agent used in the present embodiment is not particularly limited, and examples thereof include an epoxy resin, a phenol resin, and a maleimide resin. Epoxy resins having at least two or more epoxy groups in one molecule are particularly preferable for the use of electronic components because they have high dimensional stability, water resistance, chemical resistance, and electrical insulation. Specifically, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol E type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, bisphenol AD type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy. Examples thereof include, but are not limited to, resins, alicyclic epoxy resins, maleimide naphthol resins, maleimide triazine resins, maleimide resins, glycidyl ether type epoxy resins, glycidyl ester type epoxy resins, and glycidylamine type epoxy resins. These thermosetting resin main agents may be used alone or in combination of two or more. Physical properties such as heat resistance, toughness, and flame retardancy can be appropriately adjusted by combining the monomer molecules to be copolymerized.
また、樹脂組成物には、末端にエポキシ基などの架橋性官能基を有する反応性希釈剤を、任意選択的な成分として、適宜混合することができる。粘度および架橋密度を調整するためである。反応性希釈剤としては、例えば、フェニルグリシジルエーテル、2-エチルヘキシルグリシジルエーテル、n-ブチルグリシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテル、p-s-ブチルフェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、α-ピネンオキシド、スチレンオキシド、メタクリル酸グリシジル、1-ビニル-3,4-エポキシシクロヘキサンを挙げることができるが、これらには限定されない。反応性希釈剤の添加量は、熱硬化性樹脂主剤の性状などに合せて当業者が適宜決定することができる。 Further, a reactive diluent having a crosslinkable functional group such as an epoxy group at the terminal can be appropriately mixed with the resin composition as an optional component. This is to adjust the viscosity and the crosslink density. Examples of the reactive diluent include phenylglycidyl ether, 2-ethylhexyl glycidyl ether, n-butyl glycidyl ether, cresyl glycidyl ether, ps-butyl phenyl glycidyl ether, allyl glycidyl ether, α-pinene oxide and styrene oxide. , Glycidyl methacrylate, 1-vinyl-3,4-epoxycyclohexane, but are not limited thereto. The amount of the reactive diluent to be added can be appropriately determined by those skilled in the art according to the properties of the thermosetting resin main agent and the like.
本実施形態に用いられる硬化剤としては、熱硬化性樹脂主剤と反応し、硬化しうるものであれば特に限定されないが、酸無水物系硬化剤を用いることが好ましい。酸無水物系硬化剤としては、例えば芳香族酸無水物、具体的には無水フタル酸、無水ピロメリット酸、無水トリメリット酸等が挙げられる。あるいは、環状脂肪族酸無水物、具体的にはテトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸等、もしくは脂肪族酸無水物、具体的には無水コハク酸、ポリアジピン酸無水物、ポリセバシン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物等を挙げることができる。硬化剤の配合量は、主剤である熱硬化性樹脂100質量部に対し、50~170質量部とすることが好ましく、80~150質量部とすることがより好ましい。硬化剤の配合量が50質量部未満であると架橋不足からガラス転移温度(Tg)が低下する場合があり、170質量部より多くなると耐湿性、高熱変形温度、耐熱安定性の低下を伴う場合がある。 The curing agent used in the present embodiment is not particularly limited as long as it can react with the thermosetting resin main agent and can be cured, but it is preferable to use an acid anhydride-based curing agent. Examples of the acid anhydride-based curing agent include aromatic acid anhydrides, specifically, phthalic anhydride, pyromellitic anhydride, trimellitic anhydride and the like. Alternatively, cyclic aliphatic acid anhydrides, specifically tetrahydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, methylnadic anhydride, etc., or aliphatic acid anhydrides, specifically. Examples thereof include phthalic anhydride, polyadipic acid anhydride, polysevacinic acid anhydride, and polyazeline acid anhydride. The blending amount of the curing agent is preferably 50 to 170 parts by mass, more preferably 80 to 150 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin as the main agent. If the blending amount of the curing agent is less than 50 parts by mass, the glass transition temperature (T g ) may decrease due to insufficient cross-linking, and if it exceeds 170 parts by mass, the moisture resistance, high thermal deformation temperature, and heat resistance stability decrease. In some cases.
樹脂組成物には、さらに、任意選択的な成分として、硬化促進剤を添加することができる。硬化促進剤としては、イミダゾールもしくはその誘導体、三級アミン、ホウ酸エステル、ルイス酸、有機金属化合物、有機酸金属塩等を適宜配合することができる。イミダゾール系硬化促進剤の場合、添加量は、熱硬化性樹脂主剤100質量部に対して、0.01~50質量部とすることが好ましく、0.1~20質量部とすることがより好ましい。 A curing accelerator can be further added to the resin composition as an optional component. As the curing accelerator, imidazole or a derivative thereof, a tertiary amine, boric acid ester, Lewis acid, an organic metal compound, an organic acid metal salt and the like can be appropriately blended. In the case of the imidazole-based curing accelerator, the amount added is preferably 0.01 to 50 parts by mass, more preferably 0.1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent. ..
熱可塑性樹脂粉末は、常温、常圧下で粉末状態であり、流動性を有さないものである。
熱可塑性樹脂粉末は、好ましくは、熱硬化性樹脂主剤の硬化温度よりも、融点(Tm)またはガラス転移温度が高いものであって、特には、粉末状ポリエーテルイミドと、粉末状ポリベンゾイミダゾールと、粉末状熱可塑性ポリイミドと、粉末状ポリエーテルスルホンと、粉末状ポリスルホンと、粉末状ポリアミド46と、粉末状半芳香族ポリアミドと、粉末状ポリアミドイミドから選択される1以上である。したがって、これらのうちの1種類のみを用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、半芳香族ポリアミドとは、ポリアミド46のような脂肪族ポリアミドの分子骨格中に一部芳香族ユニットを導入したポリアミドであり、ポリフタルアミド(PPA)、PA6T、PA9Tなどが挙げられるが、これらには限定されない。
The thermoplastic resin powder is in a powder state under normal temperature and pressure and has no fluidity.
The thermoplastic resin powder preferably has a melting point ( Tm ) or a glass transition temperature higher than the curing temperature of the thermosetting resin main agent, and in particular, powdery polyetherimide and powdered polybenzone. One or more selected from imidazole, powdered thermoplastic polyimide, powdered polyethersulfone, powdered polysulfone, powdered polyamide 46, powdered semi-aromatic polyamide, and powdered polyamide-imide. Therefore, only one of these may be used, or two or more thereof may be used in combination. The semi-aromatic polyamide is a polyamide in which an aromatic unit is partially introduced into the molecular skeleton of an aliphatic polyamide such as polyamide 46, and examples thereof include polyphthalamide (PPA), PA6T, and PA9T. Not limited to these.
熱可塑性樹脂粉末の形状は特には限定されず、球状、針状、箔状、繊維状などであってよいが、特には球状粒子であることが好ましい。また、その平均粒径は、約10~100μmであることが好ましく、約20~50μmであることがより好ましいが、これらの範囲には限定されない。平均粒径をこの範囲とすることで、良好な分散性を確保することができるためである。なお、本明細書において平均粒径は、レーザー回折法により測定した値をいうものとする。 The shape of the thermoplastic resin powder is not particularly limited and may be spherical, needle-like, foil-like, fibrous or the like, but spherical particles are particularly preferable. The average particle size is preferably about 10 to 100 μm, more preferably about 20 to 50 μm, but is not limited to these ranges. This is because good dispersibility can be ensured by setting the average particle size in this range. In the present specification, the average particle size means a value measured by a laser diffraction method.
熱可塑性樹脂粉末は、主剤である熱硬化性樹脂100質量部に対して、1~50質量部となるように添加することが好ましく、1~30質量部となるように添加することがより好ましい。 The thermoplastic resin powder is preferably added in an amount of 1 to 50 parts by mass, more preferably 1 to 30 parts by mass, based on 100 parts by mass of the thermosetting resin as the main agent. ..
粉末状ポリエーテルイミドは、常温、常圧下で粉末状態であるポリエーテルイミドである。本実施形態に用いられるポリエーテルイミドとしては、特に限定されず、脂肪族、脂環族または芳香族系のエーテル単位と環状イミドを繰り返し単位として含有するポリマーである。そのうち、2,2-ビス[4-(2,3-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物と、m-フェニレンジアミン、またはp-フェニレンジアミンとの縮合物が好ましく使用される。なお、粉末状ポリエーテルイミドは、ポリエーテルイミドを主成分とし、常温で粉末状であれば、そのほかの成分が混在していてもよい。ポリエーテルイミドの曲げ強さは164MPa、伸び率は60%である。エポキシ樹脂(ビスフェノールA型)の曲げ強さは73MPa、伸び率は2%である。すなわち、ポリエーテルイミドはエポキシ樹脂に比べて高い機械強度を有している。そして、ポリエーテルイミドは、樹脂硬化物において、機械的強度、耐熱性に加え、密着性向上にも寄与することができる点で、特に好ましく用いられる。なお、前記曲げ強さ及び、前記伸び率は、機械強度を表す特性である。前記曲げ強さは、プラスティック物性評価の試験規格のISO178(JIS K7171)で、伸び率は、ISO527-1(JIS K7161)によって測定される。 The powdery polyetherimide is a polyetherimide which is in a powder state under normal temperature and pressure. The polyetherimide used in the present embodiment is not particularly limited, and is a polymer containing an aliphatic, alicyclic or aromatic ether unit and a cyclic imide as a repeating unit. Of these, a condensate of 2,2-bis [4- (2,3-dicarboxyphenoxy) phenyl] propane dianhydride and m-phenylenediamine or p-phenylenediamine is preferably used. The powdery polyetherimide contains polyetherimide as a main component, and other components may be mixed as long as it is in the form of powder at room temperature. The bending strength of the polyetherimide is 164 MPa, and the elongation rate is 60%. The bending strength of the epoxy resin (bisphenol A type) is 73 MPa, and the elongation rate is 2%. That is, polyetherimide has higher mechanical strength than epoxy resin. Polyetherimide is particularly preferably used in a cured resin because it can contribute to improving adhesion in addition to mechanical strength and heat resistance. The bending strength and the elongation rate are characteristics representing mechanical strength. The bending strength is measured by ISO178 (JIS K7171), which is a test standard for evaluating plastic physical characteristics, and the elongation rate is measured by ISO527-1 (JIS K7161).
粉末状ポリベンゾイミダゾールは、ポリベンゾイミダゾールを主成分とし、常温で粉末状であれば、そのほかの成分が混在していてもよい。ポリベンゾイミダゾールの曲げ強さは220MPaで、伸び率は10%であり、高い機械特性を有している。ポリベンゾイミダゾールは、特にガラス転移温度が高く、引張強度、曲げ強度などバルクの強度が高いため、樹脂硬化物において、高い機械的強度、耐熱性を付与することができ、これに伴い耐湿性も付与することができる。 The powdered polybenzimidazole contains polybenzimidazole as a main component, and other components may be mixed as long as it is in the form of powder at room temperature. The bending strength of polybenzimidazole is 220 MPa, the elongation rate is 10%, and it has high mechanical properties. Since polybenzimidazole has a particularly high glass transition temperature and high bulk strength such as tensile strength and bending strength, it is possible to impart high mechanical strength and heat resistance to a cured resin product, and accordingly, moisture resistance is also obtained. Can be granted.
熱可塑性ポリイミドの曲げ強さ、伸び率は、それぞれ、137MPa、90%である。
ポリエーテルスルホンの曲げ強さ、伸び率は、それぞれ、129MPa、80%、ポリスルホンの曲げ強さ、伸び率は、それぞれ、106MPa、75%であり、ポリアミド46の曲げ強さ、伸び率は、それぞれ、120MPa、45%である。これらはいずれも、エポキシ樹脂より機械的強度は高い。ゆえに、ポリエーテルイミドやポリベンゾイミダゾールと同様に、耐湿性、密着性といった特性において、それぞれ有利である。
The bending strength and elongation of the thermoplastic polyimide are 137 MPa and 90%, respectively.
The bending strength and elongation of the polyethersulfone are 129 MPa and 80%, respectively, the bending strength and elongation of the polysulfone are 106 MPa and 75%, respectively, and the bending strength and elongation of the polyamide 46 are respectively. , 120 MPa, 45%. All of these have higher mechanical strength than epoxy resins. Therefore, like polyetherimide and polybenzimidazole, they are advantageous in terms of moisture resistance and adhesion.
粉末状ポリアミドイミドの曲げ強さは235MPa、伸び率は15%である。また、粉末状ポリアミドイミドは、粉末状ポリベンゾイミダゾールと同様に、ガラス転移温度が高く、引張強度、曲げ強度などバルクの強度が高いため、樹脂硬化物において、高い機械的強度、耐熱性を付与することができ、これに伴い耐湿性も付与することができる。また、粉末状ポリアミドイミドは、そのガラス転移温度、強度特性から、少ない添加量でもこれらの効果を十分に付与しうる点で有利である。 The bending strength of the powdered polyamide-imide is 235 MPa, and the elongation rate is 15%. Further, like powdered polybenzoimidazole, powdered polyamide-imide has a high glass transition temperature and high bulk strength such as tensile strength and bending strength, so that it imparts high mechanical strength and heat resistance to a cured resin product. Along with this, moisture resistance can also be imparted. Further, the powdered polyamide-imide is advantageous in that these effects can be sufficiently imparted even with a small addition amount because of its glass transition temperature and strength characteristics.
本実施形態に用いられる無機充填材としては、例えば、溶融シリカ、シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウム、チタニア、ジルコニア、窒化アルミニウム、タルク、クレー、マイカ、ガラス繊維等が挙げられるが、これらには限定されない。これらの無機充填材により、硬化物の熱伝導率を高め、熱膨張率を低減することができる。これらの無機充填材は、単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。また、これらの無機充填材は、マイクロフィラーであってもよく、ナノフィラーであってもよく、粒径及びまたは種類が異なる2種以上の無機充填材を混合して用いることもできる。特には、平均粒径が、0.2~20μm程度の無機充填材を用いることが好ましい。無機充填材の添加量は、熱硬化性樹脂主剤と硬化剤との総質量を100質量部としたとき、100~600質量部であることが好ましく、200~400質量部であることがさらに好ましい。無機充填材の配合量が100質量部未満であると封止材の熱膨張係数が高くなって剥離やクラックが生じ易くなる場合があり、配合量が600質量部よりも多いと組成物の粘度が増加して押出し成形性が悪くなる場合がある。 Examples of the inorganic filler used in the present embodiment include fused silica, silica, alumina, aluminum hydroxide, titania, zirconia, aluminum nitride, talc, clay, mica, glass fiber and the like, but are limited thereto. Not done. With these inorganic fillers, the thermal conductivity of the cured product can be increased and the coefficient of thermal expansion can be reduced. These inorganic fillers may be used alone or in combination of two or more. Further, these inorganic fillers may be microfillers or nanofillers, and two or more kinds of inorganic fillers having different particle sizes and / or types may be mixed and used. In particular, it is preferable to use an inorganic filler having an average particle size of about 0.2 to 20 μm. The amount of the inorganic filler added is preferably 100 to 600 parts by mass, more preferably 200 to 400 parts by mass, when the total mass of the thermosetting resin main agent and the curing agent is 100 parts by mass. .. If the blending amount of the inorganic filler is less than 100 parts by mass, the coefficient of thermal expansion of the encapsulant may increase and peeling or cracking may easily occur. If the blending amount is more than 600 parts by mass, the viscosity of the composition May increase and the extrudability may deteriorate.
本発明の樹脂組成物が半導体装置の封止材用途の樹脂として用いられる場合には、その特性を阻害しない範囲で、任意選択的な添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、例えば、難燃剤、樹脂を着色するための顔料、耐クラック性を向上するための可塑剤やシリコンエラストマーが挙げられるが、これらには限定されない。これらの任意成分、およびその添加量は、半導体装置の仕様に応じて、当業者が適宜決定することができる。 When the resin composition of the present invention is used as a resin for a sealing material of a semiconductor device, it may contain an optional additive as long as the characteristics are not impaired. Examples of the additive include, but are not limited to, a flame retardant, a pigment for coloring a resin, a plasticizer for improving crack resistance, and a silicon elastomer. Those skilled in the art can appropriately determine these optional components and their addition amounts according to the specifications of the semiconductor device.
本実施形態に係る樹脂組成物の調製方法は、上記構成成分を通常の方法で混合し、熱可塑性樹脂粉末を、熱硬化性樹脂中に好ましくは略均一に分散することにより調製することができる。 The method for preparing the resin composition according to the present embodiment can be prepared by mixing the above components by a usual method and preferably dispersing the thermoplastic resin powder in the thermosetting resin substantially uniformly. ..
本発明の第1実施形態に係る樹脂組成物によれば、機械的強度、及び耐熱性に優れた樹脂硬化物を提供することができる。また、機械的強度の向上により、耐湿性、密着性も優れたものとなっている。したがって、当該樹脂組成物は、電子部品の封止用途、特には半導体封止用途に好ましく用いることができる。 According to the resin composition according to the first embodiment of the present invention, it is possible to provide a cured resin product having excellent mechanical strength and heat resistance. In addition, due to the improvement of mechanical strength, moisture resistance and adhesion are also excellent. Therefore, the resin composition can be preferably used for encapsulating electronic components, particularly for semiconductor encapsulation.
[第2実施形態:樹脂硬化物]
本発明は別の実施形態によれば、上記樹脂組成物を硬化させてなる樹脂硬化物に関する。樹脂硬化物の調製方法は、上記樹脂組成物について説明した各構成成分を通常の方法で混合し、分散することにより樹脂組成物を調製する工程と、任意選択的に被封止物と接触させた状態で樹脂組成物を加熱硬化する工程とを含む。加熱硬化する工程においては、熱硬化性樹脂の硬化温度以上であって、熱可塑性樹脂の融点未満の温度で加熱することが好ましく、熱硬化性樹脂の硬化特性に適合する温度で二段階硬化することがより好ましい。
特に好ましい形態において、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である場合には、例えば80~150℃のいずれかの温度で、約30分から1時間保持し、その後、約100~200℃のいずれかの温度で、約1~10時間程度保時することにより硬化させることができる。
[Second embodiment: cured resin]
According to another embodiment, the present invention relates to a cured resin product obtained by curing the above resin composition. The method for preparing the cured resin composition is a step of preparing the resin composition by mixing and dispersing each component described for the above-mentioned resin composition by a usual method, and optionally contacting the resin composition with the object to be sealed. It includes a step of heating and curing the resin composition in the state of being in the state. In the heat-curing step, it is preferable to heat the resin at a temperature equal to or higher than the curing temperature of the thermosetting resin and lower than the melting point of the thermoplastic resin, and the thermosetting resin is cured in two steps at a temperature suitable for the curing characteristics of the thermosetting resin. Is more preferable.
In a particularly preferred embodiment, when the thermosetting resin is an epoxy resin, it is held at a temperature of, for example, 80 to 150 ° C. for about 30 minutes to 1 hour, and then held at any temperature of about 100 to 200 ° C. Then, it can be cured by keeping it for about 1 to 10 hours.
上記方法により調製された樹脂硬化物においては、熱硬化性樹脂中に、熱可塑性樹脂粉末が好ましくは略均一に分散した状態となっている。これにより、硬化物の機械的特性や耐熱性、耐湿性、密着性が向上したものとなっている。 In the cured resin product prepared by the above method, the thermoplastic resin powder is preferably dispersed in the thermosetting resin substantially uniformly. As a result, the mechanical properties, heat resistance, moisture resistance, and adhesion of the cured product are improved.
[第3実施形態:電子部品]
本発明は、第3実施形態によれば、先に説明した樹脂硬化物を構成要素の一部として含む電子部品に関する。当該電子部品としては、環境管理の難しい、屋外で使用される、自動車、車両、航空機、船舶、自動販売機、空調機、発電機などの電気・電力機器が挙げられる。具体的には、半導体モジュール、モールドトランス、ガス絶縁開閉装置等があるが、特には限定されない。典型的には、電子部品は、第1実施形態に係る樹脂組成物を含んでなる封止材により封止された半導体装置である。以下、本実施形態を、半導体装置について説明するが、本発明にかかる電子部品は半導体装置には限定されず、樹脂と、金属やセラミックスなどとの異素材界面が存在し、樹脂の機械的強度、及び耐熱性、界面での剥離が課題となりうる電子部品について、同様に機能するものである。
[Third Embodiment: electronic component]
According to the third embodiment, the present invention relates to an electronic component containing the cured resin product described above as a part of a component. Examples of the electronic components include electric / electric power devices such as automobiles, vehicles, aircraft, ships, vending machines, air conditioners, and generators, which are difficult to control the environment and are used outdoors. Specifically, there are a semiconductor module, a mold transformer, a gas-insulated switchgear, and the like, but the present invention is not particularly limited. Typically, the electronic component is a semiconductor device sealed with a sealing material comprising the resin composition according to the first embodiment. Hereinafter, the present embodiment will be described with respect to the semiconductor device, but the electronic component according to the present invention is not limited to the semiconductor device, and there is an interface between the resin and different materials such as metal and ceramics, and the mechanical strength of the resin is present. , And electronic components where heat resistance and peeling at the interface can be a problem, have the same function.
図1に、本実施形態に係る半導体装置の概念的な断面図を示す。当該半導体装置は、大電流を通電させる用途に用いられるパワーモジュールなどであってよいが、特には限定されない。半導体モジュールにおいては、絶縁基板22の一方の面である下面に第1導電性板23、他方の面である上面に第2導電性板21が配置されて積層基板2を構成する。積層基板2の第1導電性板23側の面である下面には、はんだ等の接合層により、ヒートスプレッダ3が取り付けられる。積層基板2の第2導電性板21側の面である上面には、図示しない導電接合層を介して、SiC半導体素子4が複数個搭載され取り付けられている。SiC半導体素子4は、RC-IGBT素子等であってよいが、特定の素子には限定されない。さらに半導体素子4の上面には、接合層5によりインプラントピン6を備えたインプラント方式プリント基板11が取り付けられている。第2導電性板21の上面には、制御端子7が取り付けられ、半導体モジュールの外部との電気的接続が可能に構成されている。また、第2導電性板21の上面には、主端子N8、P9、U10の一方の端部が取り付けられ、他方の端部は半導体モジュールの外側に露出される。そして、これらの部材は第1実施形態に係る樹脂組成物から構成された封止材1で封止され、半導体モジュールを構成している。また、なお、本明細書において、上面、下面とは、説明の目的で、図中の上下を指す相対的な用語であって、半導体モジュールの使用態様等との関係で上下を限定するものではない。
FIG. 1 shows a conceptual cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment. The semiconductor device may be a power module or the like used for energizing a large current, but is not particularly limited. In the semiconductor module, the first
このような半導体モジュールの製造方法は、従来技術に従って、ヒートスプレッダ3にはんだ等を用いて積層基板2を接合し、さらに積層基板2に半導体素子4を実装する。次いで、インプラントピン6、制御端子7、インプラント方式プリント基板11、主端子N8、P9、U10を取り付ける。その後、これらを、封止材1により、ポッティングあるいはトランスファー成形などの方法により封止し、加熱硬化させることにより、半導体モジュールを製造することができる。
In such a method for manufacturing a semiconductor module, the
図示する実施形態においては、半導体モジュールの全体が、本発明の第1実施形態に係る樹脂組成物から構成される封止材で封止されているが、封止の態様は図示するものには限定されない。例えば、積層基板の周辺部や、半導体素子の周辺部のみが、本発明に係る樹脂組成物で封止されており、その他の部分は熱可塑性樹脂粉末を含まない、従来技術によるほかの封止樹脂で封止されていてもよい。 In the illustrated embodiment, the entire semiconductor module is sealed with a sealing material composed of the resin composition according to the first embodiment of the present invention. Not limited. For example, only the peripheral part of the laminated substrate and the peripheral part of the semiconductor element are sealed with the resin composition according to the present invention, and the other parts do not contain the thermoplastic resin powder, and other sealing by the prior art. It may be sealed with a resin.
そのほかの態様として、図示はしないが、別の構成を備える半導体モジュールが挙げられる。具体的には、モジュールは、ヒートスプレッダ上に、外部端子を内蔵したケースが接着されている。ヒートスプレッダには、絶縁基板が上下2つの導電性板で挟まれた積層基板が接合される。そして、積層基板に実装された半導体素子、積層基板の上側の導電性板、外部端子がアルミワイヤにて接続される(ワイヤーボンディング)。モジュールのケース内部には、封止材が充填されている。封止材による封止態様は、上記と同様に全体が本発明に係る樹脂組成物で封止されていてもよく、積層基板の周辺部や、半導体素子の周辺部のみが、本発明に係る樹脂組成物で封止されており、その他の部分は熱可塑性樹脂粉末を含まない、従来技術によるほかの封止樹脂で封止されていてもよい。あるいは、ワイヤーボンディングに代えて、リードフレームにより半導体素子と端子等の導電性接続を確保した形態であってもよい。このような構成は、特には、Siパワー半導体素子を搭載する半導体モジュールにおいて好ましく採用される。 As another embodiment, although not shown, a semiconductor module having another configuration can be mentioned. Specifically, the module has a case with a built-in external terminal bonded on the heat spreader. A laminated substrate in which an insulating substrate is sandwiched between two upper and lower conductive plates is joined to the heat spreader. Then, the semiconductor element mounted on the laminated substrate, the conductive plate on the upper side of the laminated substrate, and the external terminal are connected by an aluminum wire (wire bonding). The inside of the module case is filled with a sealing material. As for the encapsulation mode with the encapsulant, the whole may be encapsulated with the resin composition according to the present invention as described above, and only the peripheral portion of the laminated substrate and the peripheral portion of the semiconductor element are according to the present invention. It may be sealed with a resin composition, and the other parts may be sealed with another sealing resin according to the prior art, which does not contain thermoplastic resin powder. Alternatively, instead of wire bonding, a lead frame may be used to secure a conductive connection between the semiconductor element and the terminal or the like. Such a configuration is particularly preferably adopted in a semiconductor module equipped with a Si power semiconductor element.
以下に、本発明の実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明は、以下の実施例の範囲に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples of the present invention. However, the present invention is not limited to the scope of the following examples.
[実施例1-1]
熱硬化性樹脂主剤として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(新日鉄住金株式会社製、商品名「YD-825GS」)とアミノグリシジルエーテル型エポキシ樹脂を(ジャパンエポキシレジン株式会社、商品名EP-630)を等質量で混合したものを用いた。そして、前記熱硬化性樹脂主剤100質量部に対して30質量部の粉末状ポリエーテルイミドを前記熱硬化性樹脂に混合した。なお、ここで用いたポリエーテルイミドは、SABICイノベーティブプラスチックスジャパン合同会社製、商品名「ULTEM」であった。このポリエーテルイミドのガラス転移点は217℃で、平均粒子径が45μmの粉末にして用いた。また、硬化剤として、酸無水物を前記熱硬化性樹脂主剤100質量部に対して120質量部用いた。さらに、無機充填材として、平均粒径5μmの溶融シリカ粒子(瀧森社製、商品名「ZA-30」)を用いた。添加量は、熱硬化性樹脂主剤と硬化剤の総質量を100質量部としたときに、230質量部となるように調合した。これらを混合し、未硬化の樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物を100℃で1h、200℃で1hの条件で加熱し硬化させて、樹脂硬化物を得た。
[Example 1-1]
Bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation, trade name "YD-825GS") and aminoglycidyl ether type epoxy resin (Japan Epoxy Resin Co., Ltd., trade name EP-630) are used as thermosetting resin main agents. A mixture by mass was used. Then, 30 parts by mass of powdered polyetherimide was mixed with the thermosetting resin with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent. The polyetherimide used here was manufactured by SABIC Innovative Plastics Japan GK and had a trade name of "ULTEM". The glass transition point of this polyetherimide was 217 ° C., and the powder was used as a powder having an average particle size of 45 μm. Further, as the curing agent, 120 parts by mass of acid anhydride was used with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent. Further, as the inorganic filler, molten silica particles having an average particle size of 5 μm (manufactured by Takimori Co., Ltd., trade name “ZA-30”) were used. The amount added was adjusted to be 230 parts by mass when the total mass of the thermosetting resin main agent and the curing agent was 100 parts by mass. These were mixed to obtain an uncured resin composition. The obtained resin composition was heated and cured under the conditions of 100 ° C. for 1 h and 200 ° C. for 1 h to obtain a cured resin composition.
[実施例1-2]
実施例1-1において、粉末状ポリエーテルイミドの組成を、熱硬化性樹脂主剤100質量部に対し、10質量部とした以外は実施例1-1と同様にして、実施例1-2の樹脂組成物及び樹脂硬化物を得た。
[Example 1-2]
In Example 1-1, the composition of the powdered polyetherimide was the same as that of Example 1-1 except that the composition of the powdery polyetherimide was 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent. A resin composition and a cured resin product were obtained.
[実施例1-3]
実施例1-1において、粉末状ポリエーテルイミドの組成を50質量部とした以外は実施例1と同様にして、実施例1-3の樹脂組成物及び樹脂硬化物を得た。
[Example 1-3]
The resin composition and the cured resin of Example 1-3 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the composition of the powdered polyetherimide was 50 parts by mass in Example 1-1.
[比較例1]
実施例1-1において、粉末状ポリエーテルイミドを配合しなかった。その他の組成、及び加熱硬化条件は実施例1-1と同様にして、比較例1の樹脂組成物及び樹脂硬化物を得た。
[Comparative Example 1]
In Example 1-1, the powdery polyetherimide was not blended. Other compositions and thermosetting conditions were the same as in Example 1-1, and the resin composition and the cured resin composition of Comparative Example 1 were obtained.
[実施例2-1]
熱硬化性樹脂主剤として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(新日鉄住金株式会社製、商品名「YD-825GS」)とアミノグリシジルエーテル型エポキシ樹脂を(ジャパンエポキシレジン株式会社、商品名EP-630)を等質量で混合したものを用いた。この熱硬化性樹脂主剤100質量部に対して30質量部の粉末状のポリベンゾイミダゾールを前記熱硬化性樹脂主剤に混合した。なお、ここで用いた粉末状のポリベンゾイミダゾールは、ガラス転移温度が427℃であり、平均粒径が50μmの、AZエレクトロニックマテリアルズ株式会社社製、商品名「ポリベンゾイミダゾール」であった。また、硬化剤として、酸無水物を前記熱硬化性樹脂主剤100質量部に対して120質量部用いた。さらに、無機充填材として、平均粒径5μmの溶融シリカ粒子(瀧森社製、商品名「ZA-30」)を用いた。添加量は、熱硬化性樹脂主剤と硬化剤の総質量を100質量部としたときに、230質量部となるように調合した。これらを混合し、未硬化の樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物を100℃で1h、200℃で10hの条件で加熱し硬化させて、樹脂硬化物を得た。
[Example 2-1]
Bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation, trade name "YD-825GS") and aminoglycidyl ether type epoxy resin (Japan Epoxy Resin Co., Ltd., trade name EP-630) are used as thermosetting resin main agents. A mixture by mass was used. 30 parts by mass of powdered polybenzimidazole was mixed with the thermosetting resin main agent with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent. The powdered polybenzimidazole used here had a glass transition temperature of 427 ° C. and an average particle size of 50 μm, and was manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd. under the trade name “polybenzimidazole”. Further, as the curing agent, 120 parts by mass of acid anhydride was used with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent. Further, as the inorganic filler, molten silica particles having an average particle size of 5 μm (manufactured by Takimori Co., Ltd., trade name “ZA-30”) were used. The amount added was adjusted to be 230 parts by mass when the total mass of the thermosetting resin main agent and the curing agent was 100 parts by mass. These were mixed to obtain an uncured resin composition. The obtained resin composition was heated and cured at 100 ° C. for 1 h and at 200 ° C. for 10 hours to obtain a cured resin composition.
[実施例2-2]
実施例2-1において、粉末状のポリベンゾイミダゾールの組成を、熱硬化性樹脂主剤100質量部に対し、10質量部とした以外は実施例2-1と同様にして、実施例2-2の樹脂組成物及び樹脂硬化物を得た。
[Example 2-2]
In Example 2-1 in the same manner as in Example 2-1 except that the composition of the powdered polybenzimidazole was 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent, Example 2-2. The resin composition and the cured resin of the above were obtained.
[実施例2-3]
実施例2-1において、粉末状のポリベンゾイミダゾールの組成を、熱硬化性樹脂主剤100質量部に対し、50質量部とした以外は実施例2-1と同様にして、実施例2-3の樹脂組成物及び樹脂硬化物を得た。
[Example 2-3]
In Example 2-1 in the same manner as in Example 2-1 except that the composition of the powdered polybenzimidazole was 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent, Example 2-3. The resin composition and the cured resin of the above were obtained.
[比較例2]
実施例2-1において、粉末状のポリベンゾイミダゾールを配合しなかった。その他の組成、及び加熱硬化条件は実施例2-1と同様にして、比較例2の樹脂組成物及び樹脂硬化物を得た。
[Comparative Example 2]
In Example 2-1 the powdery polybenzimidazole was not blended. Other compositions and thermosetting conditions were the same as in Example 2-1 to obtain the resin composition and the cured resin composition of Comparative Example 2.
[実施例3-1]
熱硬化性樹脂主剤として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学製、商品名「ビスフェノールA」)と脂環式エポキシ樹脂(株式会社ダイセル製、商品名「セロキサイド」)を等質量で混合したものを用いた。この熱硬化性樹脂主剤100質量部に対して30質量部の粉末状のポリアミドイミドを前記熱硬化性樹脂主剤に混合した。なお、ここで用いた粉末状のポリアミドイミドは、ガラス転移温度が280℃であり、平均粒径が50μmの、東レ製、商品名「TPS」であった。また、硬化剤として、酸無水物を前記熱硬化性樹脂主剤100質量部に対して120質量部用いた。さらに、無機充填材として、平均粒径5μmの溶融シリカ粒子(瀧森社製、商品名「ZA-30」)を用いた。添加量は、熱硬化性樹脂主剤と硬化剤の総質量を100質量部としたときに、230質量部となるように調合した。これらを混合し、未硬化の樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物を100℃で1h、200℃で10hの条件で加熱し硬化させて、樹脂硬化物を得た。
[Example 3-1]
As a thermosetting resin main agent, a mixture of bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Mitsubishi Chemical, trade name "bisphenol A") and alicyclic epoxy resin (manufactured by Daicel Co., Ltd., trade name "Selokiside") in equal mass is used. Using. 30 parts by mass of powdered polyamide-imide was mixed with the thermosetting resin main agent with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent. The powdery polyamide-imide used here had a glass transition temperature of 280 ° C. and an average particle size of 50 μm, and was manufactured by Toray Industries, Inc. under the trade name “TPS”. Further, as the curing agent, 120 parts by mass of acid anhydride was used with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent. Further, as the inorganic filler, molten silica particles having an average particle size of 5 μm (manufactured by Takimori Co., Ltd., trade name “ZA-30”) were used. The amount added was adjusted to be 230 parts by mass when the total mass of the thermosetting resin main agent and the curing agent was 100 parts by mass. These were mixed to obtain an uncured resin composition. The obtained resin composition was heated and cured at 100 ° C. for 1 h and at 200 ° C. for 10 hours to obtain a cured resin composition.
[実施例3-2]
実施例3-1において、粉末状のポリアミドイミドの組成を、熱硬化性樹脂主剤100質量部に対し、10質量部とした以外は実施例3-1と同様にして、実施例3-2の樹脂組成物及び樹脂硬化物を得た。
[Example 3-2]
In Example 3-1 the composition of the powdery polyamide-imide was the same as that of Example 3-1 except that the composition of the powdery polyamide-imide was 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent. A resin composition and a cured resin product were obtained.
[実施例3-3]
実施例3-1において、粉末状のポリアミドイミドの組成を、熱硬化性樹脂主剤100質量部に対し、5質量部とした以外は実施例3-1と同様にして、実施例3-3の樹脂組成物及び樹脂硬化物を得た。
[Example 3-3]
In Example 3-1, the composition of the powdery polyamide-imide was the same as that of Example 3-1 except that the composition of the powdery polyamide-imide was 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent. A resin composition and a cured resin product were obtained.
[実施例3-4]
実施例3-1において、粉末状のポリアミドイミドの組成を、熱硬化性樹脂主剤100質量部に対し、50質量部とした以外は実施例3-1と同様にして、実施例3-4の樹脂組成物及び樹脂硬化物を得た。
[Example 3-4]
In Example 3-1, the composition of the powdery polyamide-imide was the same as that of Example 3-1 except that the composition of the powdery polyamide-imide was 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent. A resin composition and a cured resin product were obtained.
[比較例3]
実施例3-1において、粉末状のポリアミドイミドを配合しなかった。その他の組成、及び加熱硬化条件は実施例3-1と同様にして、比較例3の樹脂組成物及び樹脂硬化物を得た。
[Comparative Example 3]
In Example 3-1 the powdery polyamide-imide was not blended. Other compositions and thermosetting conditions were the same as in Example 3-1 to obtain the resin composition and the cured resin composition of Comparative Example 3.
[ガラス転移温度]
実施例及び比較例の各樹脂組成物に対し、SII社製の熱機械分析(TMA)装置TMA/SS7100を用いて、樹脂の温度に対する長さの変化量を測定し、その変曲点をガラス転移温度と定義した。
[Glass-transition temperature]
For each of the resin compositions of Examples and Comparative Examples, the amount of change in length with respect to the temperature of the resin was measured using a thermomechanical analysis (TMA) device TMA / SS7100 manufactured by SII, and the inflection point was set to glass. It was defined as the transition temperature.
[耐湿性試験]
実施例及び比較例で得た樹脂組成物を封止樹脂として用いた試験用デバイス10個を作製した。試験用デバイスは、リードフレーム、ワイヤ、チップ、DCB(Direct Copper Bonding)基板、ベースで構成される。この試験用デバイスを、高温高湿保存試験を実施した。温度85℃、相対湿度85%で1000時間放置した後に、電気特性評価を行い、抵抗値を測定した。高温高湿保存試験前の初期の抵抗値と比較して、高温高湿保存試験後の抵抗値が上昇しているパッケージを不良品、抵抗値が上昇していないパッケージを良品と評価した。その結果、良品が10個中で9個以下の場合、耐湿性が「不良」、良品が10個で耐湿性が「良好」とした。
[Moisture resistance test]
Ten test devices were prepared using the resin compositions obtained in Examples and Comparative Examples as a sealing resin. The test device consists of a lead frame, wires, chips, a DCB (Direct Copper Bonding) board, and a base. This test device was subjected to a high temperature and high humidity storage test. After being left at a temperature of 85 ° C. and a relative humidity of 85% for 1000 hours, the electrical characteristics were evaluated and the resistance value was measured. Compared with the initial resistance value before the high temperature and high humidity storage test, the package whose resistance value increased after the high temperature and high humidity storage test was evaluated as a defective product, and the package whose resistance value did not increase was evaluated as a good product. As a result, when the number of good products was 9 or less out of 10, the moisture resistance was "poor", and when the number of good products was 10, the moisture resistance was "good".
[曲げ強度試験]
樹脂組成物の機械的強度を評価するために曲げ強度試験をおこなった。曲げ強度試験の試験片としては、実施例及び比較例で得た樹脂硬化物から、80mm×4mm×10mmの形状、寸法の試験片を切り出した。島津製作所製の万能材料試験装置(AG-50kNX)を用いて、支点間距離64mm、クロスヘッドスピード2mm/minの条件で3点曲げ強度を測定した。
[Bending strength test]
Bending strength tests were performed to evaluate the mechanical strength of the resin composition. As the test piece for the bending strength test, a test piece having a shape and size of 80 mm × 4 mm × 10 mm was cut out from the cured resin obtained in Examples and Comparative Examples. Using a universal material test device (AG-50kNX) manufactured by Shimadzu Corporation, the three-point bending strength was measured under the conditions of a distance between fulcrums of 64 mm and a crosshead speed of 2 mm / min.
[ヒートサイクル試験]
耐熱性および密着性の評価として、ヒートサイクル試験を行った。耐湿性試験に用いたのと同様の仕様で、樹脂組成物を用いて封止した試験用デバイスを、-40℃で30分間さらし、175℃で30分間さらすことを1サイクルとして、試験用デバイスのチップと封止樹脂間が剥離するまでのヒートサイクルをヒートサイクル耐量として評価した。剥離の発生は、目視および超音波探傷装置により確認した。
[Heat cycle test]
A heat cycle test was performed to evaluate heat resistance and adhesion. A test device sealed with a resin composition having the same specifications as that used for the moisture resistance test is exposed at -40 ° C for 30 minutes and exposed at 175 ° C for 30 minutes as one cycle. The heat cycle until the chip and the sealing resin were peeled off was evaluated as the heat cycle withstand. The occurrence of peeling was confirmed visually and by an ultrasonic flaw detector .
実施例1-1~1-3及び比較例1の樹脂組成物及び硬化物について、結果を表1に示す。
実施例2-1~2-3及び比較例2の樹脂組成物及び硬化物について、結果を表2に示す。
実施例3-1~3-4及び比較例3の樹脂組成物及び硬化物について、結果を表3に示す。
表1、2及び3に示した結果から、粉末状熱可塑性樹脂を添加することにより、樹脂組成物(または樹脂硬化物)のガラス転移温度の上昇の効果が得られることがわかった。特には、熱硬化性樹脂主剤100質量部に対し、10~50質量部の粉末状ポリエーテルイミドまたは粉末状ポリベンゾイミダゾール、あるいは5~50質量部の粉末状ポリアミドイミドを添加することにより、作業性が良好であり、その硬化物は良好な耐熱性、密着性、耐湿性、機械的強度が得られた。これらの樹脂組成物により、高信頼性の半導体装置を提供できる。なお、作業性は、半導体装置のパッケージを作成する際に、端子ケースに樹脂を流し込みやすいか否かを示す。樹脂の粘度が高いと、端子ケースに流し込みにくくなり、作業の手間が増え、半導体装置のパッケージを作成するための工数が増えるため、好ましくない。具体的に、作業性は、樹脂の粘度により評価される。50質量部の粉末状ポリエーテルイミドまたは粉末状ポリベンゾイミダゾール、または粉末状ポリアミドイミドを添加すると、30質量部の場合に比べて、粘性は若干上昇する。従って、さらに好ましい粉末状ポリエーテルイミドまたは粉末状ポリベンゾイミダゾールの添加量は、10~30質量部である。また、粉末状ポリアミドイミドについては、さらに好ましい添加量は、5~30質量部である。 From the results shown in Tables 1, 2 and 3, it was found that the effect of increasing the glass transition temperature of the resin composition (or the cured resin) can be obtained by adding the powdery thermoplastic resin. In particular, the work is carried out by adding 10 to 50 parts by mass of powdered polyetherimide or powdered polybenzoimidazole, or 5 to 50 parts by mass of powdered polyamide-imide to 100 parts by mass of the thermosetting resin main agent. The property was good, and the cured product had good heat resistance, adhesion, moisture resistance, and mechanical strength. These resin compositions can provide highly reliable semiconductor devices. The workability indicates whether or not the resin can be easily poured into the terminal case when the package of the semiconductor device is created. If the viscosity of the resin is high, it becomes difficult to pour it into the terminal case, the labor of the work increases, and the man-hours for creating the package of the semiconductor device increases, which is not preferable. Specifically, workability is evaluated by the viscosity of the resin. When 50 parts by mass of powdered polyetherimide, powdered polybenzoimidazole, or powdered polyamide-imide is added, the viscosity is slightly increased as compared with the case of 30 parts by mass. Therefore, a more preferable amount of powdered polyetherimide or powdered polybenzimidazole to be added is 10 to 30 parts by mass. Further, for powdered polyamide-imide, a more preferable addition amount is 5 to 30 parts by mass.
表1、2及び3に示した結果から、エポキシ樹脂より機械的強度の高い粉末状熱可塑性樹脂は、異なる化合物であっても、エポキシ樹脂に対して同様の効果を付与することがわかった。本実施例に係る樹脂組成物においては、熱可塑性樹脂粉末が、熱硬化性樹脂のマトッリクス中に微粒子として均一分散したミクロ相分離構造となるため、熱可塑性樹脂粉末の熱硬化性樹脂への混合量を増やすことができる。そして、本発明に係る所定の熱可塑性樹脂が本来持つ性質である、耐熱性と機械的強度を樹脂硬化物に付与することができる。また、本実施例に係る樹脂組成物は、エポキシ樹脂の硬化温度で硬化しており、この硬化温度はポリエーテルイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリアミドイミドのそれぞれの軟化温度よりも低い温度である。そのため、硬化工程における樹脂の発泡が少なく、ボイドの混入を防止することができた。なお、ポリエーテルイミド、ポリベンゾイミダゾール、またはポリアミドイミドとエポキシ樹脂モノマーを反応させ重合させることは難しい。 From the results shown in Tables 1, 2 and 3, it was found that the powdery thermoplastic resin having higher mechanical strength than the epoxy resin imparts the same effect to the epoxy resin even if it is a different compound. In the resin composition according to the present embodiment, the thermoplastic resin powder has a microphase-separated structure in which the thermoplastic resin powder is uniformly dispersed as fine particles in the thermosetting resin, so that the thermoplastic resin powder is mixed with the thermosetting resin. You can increase the amount . Then, it is possible to impart heat resistance and mechanical strength, which are inherent properties of the predetermined thermoplastic resin according to the present invention, to the cured resin product. Further, the resin composition according to the present embodiment is cured at the curing temperature of the epoxy resin, and the curing temperature is lower than the softening temperature of each of polyetherimide, polybenzimidazole, and polyamideimide. Therefore, the foaming of the resin in the curing step is small, and it is possible to prevent the mixing of voids. It is difficult to polymerize by reacting polyetherimide, polybenzimidazole, or polyamideimide with an epoxy resin monomer.
理論に拘束される意図はないが、本実施例においては、熱可塑性樹脂粉末がマトリックス樹脂であるエポキシ樹脂中に分散することで、エポキシ樹脂と熱可塑性樹脂粉末が結合し、エポキシ分子が熱可塑性樹脂粉末に固定されると考えられる。そのため、アンカー効果により、樹脂の機械的強度が増したのではないかと考えられる。また、機械的強度の高い熱可塑性樹脂粉末自体の寄与と共に、分散した熱可塑性樹脂粉末がクラック伸展を妨げているのではないかと考えられる。また、結合のネットワークが強固になることにより、界面での密着性および耐湿性も向上すると推定される。さらに、ポリエーテルイミド分子、ポリベンゾイミダゾール、ポリアミドイミドはいずれもその末端が窒素であるため、Cu部材(酸化物)やSiO2からなる無機充填材と、脱水を伴わない反応により結合しやすいことも考えられる。さらに、ポリアミドイミドは、優れた機械的強度を付与しうるイミド結合に加えて、アミド結合による可塑性を備える部材である。このため、封止用の樹脂組成物に添加することで、部材への追従性が向上し、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂主剤との密着性も高く、空孔が生じにくくなったと考えられる。そして、その結果として、少量添加でもヒートサイクル耐量を向上させたと考えられる。なお、かかる説明は、本発明の理解のための考察に過ぎず、本発明は上記の特定の理論に限定されるものではない。 Although it is not intended to be bound by the theory, in this embodiment, the thermoplastic resin powder is dispersed in the epoxy resin which is the matrix resin, so that the epoxy resin and the thermoplastic resin powder are bonded and the epoxy molecule is thermoplastic. It is thought that it is fixed to the resin powder. Therefore, it is considered that the mechanical strength of the resin is increased by the anchor effect. Further, it is considered that the dispersed thermoplastic resin powder hinders the crack elongation together with the contribution of the thermoplastic resin powder itself having high mechanical strength. It is also presumed that the strengthening of the bonding network will improve the adhesion and moisture resistance at the interface. Furthermore, since all of polyetherimide molecules, polybenzimidazoles, and polyamideimides have nitrogen at their ends, they are likely to bind to an inorganic filler composed of a Cu member (oxide) or SiO 2 by a reaction that does not involve dehydration. Is also possible. Further, the polyamide-imide is a member having plasticity due to an amide bond in addition to an imide bond that can impart excellent mechanical strength. Therefore, it is considered that by adding it to the resin composition for sealing, the followability to the member is improved, the adhesion to the thermosetting resin main agent such as epoxy resin is high, and the pores are less likely to occur. .. As a result, it is considered that the heat cycle resistance was improved even by adding a small amount. It should be noted that such an explanation is merely a consideration for understanding the present invention, and the present invention is not limited to the above-mentioned specific theory.
実施例に示す結果より、本発明の樹脂組成物によれば、熱硬化性樹脂の機械的、熱的特性を維持しながら熱可塑性樹脂の機械的強度を付与し、耐熱性、密着性、耐湿性に優れた硬化物を得ることができることが示された。 From the results shown in the examples, according to the resin composition of the present invention, the mechanical strength of the thermoplastic resin is imparted while maintaining the mechanical and thermal properties of the thermosetting resin, and heat resistance, adhesion and moisture resistance are imparted. It was shown that a cured product having excellent properties can be obtained.
1 封止材(樹脂硬化物)
2 積層基板
21 第2導電性板
22 絶縁基板
23 第1導電性板
3 ヒートスプレッダ
4 半導体素子
5 接合層
6 インプラントピン
7 制御端子
8 主端子N
9 主端子P
10 主端子U
11 プリント基板
1 Encapsulant (cured resin)
2 Laminated
9 Main terminal P
10 Main terminal U
11 Printed circuit board
Claims (10)
前記熱可塑性樹脂粉末が、粉末状ポリベンゾイミダゾールであり、硬化後の曲げ強度が144MPa以上である、樹脂組成物。 It contains an epoxy resin main agent, a thermoplastic resin powder, an epoxy resin curing agent, and an inorganic filler.
A resin composition in which the thermoplastic resin powder is powdered polybenzimidazole and has a bending strength of 144 MPa or more after curing.
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