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Hintergrund
der Erfindung
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Epoxidharzzusammensetzungen, die
schnellhärtend
und gut formbar sind und zu verlässlichen
Produkten härten
ohne dass sie nachgehärtet
werden müssen.
Die Erfindung betrifft auch Halbleitervorrichtungen, die mit im
gehärteten
Zustand befindlichen Zusammensetzungen eingekapselt sind.
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Stand der
Technik
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Die
derzeit in Verwendung befindlichen Halbleitervorrichtungen sind
hauptsächlich
in Harz eingekapselte Dioden, Transistoren, Chips für integrierte
Schaltungen (IC), Chips für
große
integrierte Schaltungen (LSI) und Chips für sehr große integrierte Schaltungen
(VLSI). Die Einkapselung mit Harz erfolgt üblicherweise mit Epoxidharzzusammensetzungen,
weil Epoxidharze, verglichen mit anderen warmhärtenden Harzen, überlegene
Eigenschaften (z. B. Formbarkeit, Adhäsion, elektrische Eigenschaften,
mechanische Eigenschaften und Feuchtigkeitsbeständigkeit) bieten.
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Aus
Gründen
der Kosten- und Energieersparnis besteht eine steigende Nachfrage
nach Epoxidharzusammensetzungen mit vergleichbaren Gießeigenschaften,
einschließend
eine schnelle Aushärtung
und Härten
zu verlässlichen
Produkten, welche ohne Nachhärtung
verwendet werden können.
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Wird
jedoch zur Erzielung schnellhärtender
Eigenschaften der Katalysatoranteil erhöht, weisen die resultierenden
Epoxidharze viele Nachteile auf, einschließlich einer verkürzten Gelzeit
und einer erhöhten Schmelzviskosität, welche
eine unvollständige
Füllung,
Hohlräume
und Golddrahtverschiebungen verursachen. Darüber hinaus besitzen diese Zusammensetzungen
eine schlechte Lagerstabilität
und liefern eine weniger verlässliche
Einkapselung von Halbleitervorrichtungen.
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JP 07196773 A betrifft
ein Gießmaterial
zum Versiegeln elektronischer Teile, unfassend ein Epoxidharz-Gießmaterial,
welches 4,4'-Bis(2,3-epoxypropoxy)-3,3',5,5'-Tetramethylbiphenyl
(A), Poly-p-vinylphenol (B) mit einem Mw bis zu 1500, einem Mn bis
zu 1000, sowie auch einen anorganischen Füllstoff umfasst.
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JP 05036867 A betrifft
eine Halbleitervorrichtung, welche mit einer Zusammensetzung versiegelt
ist, welche ein Epoxidharz umfasst, das durch Umsetzung von 4,4'-Dihydroxybiphenyl
oder 4,4'-Dihydroxy-3,3',5,5'-tetramethylbiphenyl
mit einem Überschuss
von Epihalogenhydrin oder durch Umsetzung eines Hydroxybiphenyls
mit einem Überschuss
an Epihalogenhydrin hergestellt wurde, worin das Epoxidharz einen Mw/Mn-Wert
von 1,0–1,5
aufweist, (B) einem Härter
und (C) einem anorganischen Füllstoff.
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JP 63301218 A betrifft
eine Epoxidharzzusammensetzung, umfassend (a) ein Epoxidharz vom
Novolak-Typ mit einem Mw/Mn von 1,1–1,5 und einer zweibasische
Einheit mit eines Gehalt von unter 5 Gew.-% und (b) Härtungsmittel.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Epoxidharzzusammensetzung
vorzusehen, welche leicht gießbar
ist und keiner Nachhärtung
bedarf. Eine andere Aufgabe ist es, eine verlässliche Halbleitervorrichtung
bereitzustellen, welche mit der Zusammensetzung im gehärteten Zustand
eingekapselt ist.
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Betrachtet
man eine Epoxidharzzusammensetzung, welche ein Epoxidharz, einen
Härter
und einen anorganischen Füllstoff
bei hoher Füllung
mit anorganischem Füllstoff
umfasst, hat der Erfinder gefunden, dass, wenn entweder das Epoxidharz
oder der Härter
oder beide eine spezielle Molekulargewichtsverteilung besitzen und
die Änderung
der Glasübergangstemperatur,
welche die Produkte zwischen wie-gegossen und wie-nachgehärtet aufweisen,
einen Mindestwert besitzt, die resultierende Epoxidharzzusammensetzung
eine gute Gießfähigkeit
und Lagerstabilität
besitzt und ohne Nachhärtung
verwendet werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Epoxidharzzusammensetzung bereit,
umfassend ein Epoxidharz vom Novolak-Typ, ein Phenolharz-Härtungsmittel
vom Novolak-Typ und einen anorganischen Füllstoff als wesentliche Komponenten.
(A) mindestens eines aus dem Epoxidharz und dem Härtungsmittel
weist eine solche Molekulargewichtsverteilung auf, dass die durchschnittliche
Dispersität
Mw/Mn, definiert als ein gewichtsmittleres Molekulargewicht MW geteilt
durch ein zahlenmittleres Molekulargewicht Mn, weniger als 1,6 beträgt, und
der Gehalt einer Zweikern-Verbindung weniger als 8 Gew.-% beträgt und der
Gesamtgehalt an sieben- und mehrkernigen Verbindungen weniger als
32 Gew.-% beträgt.
(B) der anorganische Füllstoff
in einer Menge von mindestens 70 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung
vorliegt. (C) Wird die Zusammensetzung bei 180°C während 90 Sekunden zu einem
primären
Produkt mit einer ersten Glasübergangstemperatur
Tg1 gehärtet und
das primäre
Produkt bei 180°C
während
5 Stunden zu einem sekundären
Produkt mit einer zweiten Glasübergangstemperatur
Tg2 nachgehärtet,
genügt
die erste und die zweite Glasübergangstemperatur
Tg1 und Tg2 der folgenden Beziehung: (Tg2 – Tg1)/Tg2 < 0,1.
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Der
Einfachheit halber wird die Glasübergangstemperatur
oft als Tg abgekürzt.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Das
hierin verwendete Epoxidharz besitzt mindestens zwei Epoxygruppen
pro Molekül
und ist ein Exoxidharz vom Novolak-Typ, wobei Epoxycresol-Novolakharze
aus Kosten- und Gießbarkeitsgründen bevorzugt sind.
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Die
Epoxidharze sollten vorzugsweise einen Erweichungspunkt von 50 bis
120°C und
ein Epoxidäquivalent
von 100 bis 400 besitzen. Epoxidharze mit einem Erweichungspunkt
von niedriger als 50°C
neigen beim Gießen
zur Billdung von Graten und Hohlräumen, was zu gehärteten Produkten
mit einer niedrigeren Tg führen würde, wo
hingegen Epoxidharze mit einem Erweichungspunkt von über 120°C zu viskos
zum Gießen
wären.
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Werden
die Epoxidharze zur Einkapselung von Halbleitervorrichtungen verwendet,
ist es bevorzugt, dass der Gehalt an hydrolysierbarem Chlor bis
zu 1000 ppm, weiter vorzugsweise bis zu 500 ppm und der Gehalt an
Natrium und Kalium jeweils bis zu 10 ppm beträgt. Werden Halbleitervorrichtungen
mit Zusammensetzungen eingekapselt, welche ein Epoxidharz mit mehr
als 1000 ppm hydrolysierbarem Chlor oder mehr als 10 ppm Natrium
oder Kalium enthalten, würden
die eingekapselten Vorrichtungen bei der Langzeitlagerung unter feuchten
Bedingungen einem Abfall der Feuchtigkeitsbeständigkeit erleiden.
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Das
Härtungsmittel
für die
Epoxidharze ist ein phenolisches Harz mit mindestens zwei phenolischen Hydroxylgruppen
pro Molekül.
Das Härtungsmittel
ist ein phenolisches Harz vom Novolak-Typ, wobei phenolische Novolakharze
aus Kosten- und Gießbarkeitsgründen bevorzugt
sind. Amin-Härtungsmittel
und Säureanhydrid-Härtungsmittel
können
in Kombination mit Phenolharzen ebenfalls verwendet werden.
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Das
Phenolharz-Härtungsmittel
sollte vorzugsweise einen Erweichungspunkt von 60 bis 150°C, insbesondere
von 70 bis 130°C
und ein phenolisches Hydroxyläquivalent
von 90 bis 250 besitzen. Werden die Phenolharze zur Einkapselung
von Halbleitervorrichtungen verwendet, ist es bevorzugt, dass der
Gehalt an Natrium und Kalium jeweils bis zu 10 ppm beträgt. Werden
Halbleitervorrichtungen mit Zusammensetzungen eingekapselt, welche
mehr als 10 ppm Natrium oder Kalium enthalten, würden die eingekapselten Vorrichtungen
bei der Langzeitlagerung unter feuchten Bedingungen einem Abfall
der Feuchtigkeitsbeständigkeit
erleiden.
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Das
Härtungsmittel
kann in beliebiger Menge abgemischt werden, so lange als die Menge
ausreicht, um das Epoxidharz zu härten. Wird das oben erwähnte Phenolharz
als Härtungsmittel
verwendet, wird es vorzugsweise in solchen Mengen abgemischt, dass
das Molverhältnis
von phenolichen Hydroxylgruppen zu Epoxygruppen im Epoxidharz von
0,5 bis 1,5, insbesondere von 0,8 bis 1,2 reicht.
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Um
die Gießfähigkeit
zu verbessern und die Nachhärtung
zu erübrigen
sollte gemäß der vorliegenden Erfindung
entweder eines, vorzugsweise beide, das Epoxidharz und das Härtungsmittel,
eine solche Molekulargewichtsverteilung aufweisen, dass (1) die
durchschnittliche Dispersität
Mw/Mn, definiert als ein gewichtsmittleres Molekulargewicht MW,
geteilt durch ein zahlenmittleres Molekulargewicht Mn, weniger als
1,6 beträgt, und
(2) der Gehalt einer Zweikern-Verbindung
weniger als 8 Gew.-% beträgt
und der Gesamtgehalt an sieben- und mehrkernigen Verbindungen weniger
als 32 Gew.-% beträgt.
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Bei
einer durchschnittlichen Dispersität Mw/Mn von weniger als 1,6
wenn der Gehalt an Zweikern-Verbindung gleich oder größer als
8 Gew.-% beträgt,
wird die Tg im gegossenen Zustand zu niedrig, und wenn der Gehalt
an sieben- oder mehrkernigen Verbindungen gleich oder größer als
32 Gew.-% ist, wird die Schmelzviskosität zu hoch und gibt zu Schäden wie
Drahtverschiebungen Anlass. Ist die durchschnittliche Dispersität Mw/Mn
gleich oder größer als
1,6, wird selbst dann, wenn die Bedingung (2) erfüllt ist,
die Härtungsreaktion
uneinheitlich und die Reaktionsfähigkeit
nimmt ab, was zur Abnahme der Tg und der Feuchtigkeitsbeständigkeit
führt.
Bei der weiter bevorzugten Molekulargewichtsverteilung beträgt die durchschnittliche
Dispersität
Mw/Mn 1,0 ≤ Mw/Mn ≤ 1,5, der
Gehalt an Zweikern-Verbindung bis zu 7 Gew.-% und der Gesamtgehalt an
sieben- und mehrkernigen Verbindungen bis zu 30 Gew.-%.
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Der
Ausdruck "Kern" im Epoxidharz oder
im Härtungsmittel
(d. h. Phenolharz) bezeichnet ein Benzolringskelett, welches im
Molekül
des Epoxidharzes oder des Phenolharzes als Härtungsmittel enthalten ist.
Ein Biphenyl-Skelett und Naphthalin-Skelett werden zum Beispiel
jeweils als "zweikernig" gezählt.
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Der
anorganische Füllstoff
wird aus Füllstoffen
gewählt,
wie sie üblicherweise
in Epoxidharzzusammensetzungen verwendet und in Mengen von mindestens
70 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung eingearbeitet werden. Der anorganische
Füllstoff
wird eingearbeitet, um den Ausdehnungskoeffizienten des Einkapselungsmittels
zu reduzieren und damit die auf die Halbleitervorrichtung ausgeübte Spannung
zu verringern. Für
anorganische Füllstoffe
typisch ist gebranntes Siliciumdioxid in gemahlener oder sphärischer
Form und kristallines Siliciumdioxid, obwohl Aluminiumoxid, Siliciumnitrid,
Aluminiumnitrid und andere Füllstoffe
ebenfalls verwendet werden können.
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Der
anorganische Füllstoff
besitzt vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße von 3 bis 30 μm, insbesondere
von 5 bis 20 μm.
Die Füllung
mit anorganischem Füllstoff
beträgt
mindestens 70 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung und typischerweise
70 bis 92 Gew.-%, insbesondere 75 bis 90 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung.
Epoxidharzzusammensetzungen, welche mit weniger als 70 Gew.-% anorganischem
Füllstoff
gefüllt
sind, besitzen einen hohen Ausdehnungskoeffizienten, üben größerer Spannungen
auf die Halbleitervorrichtungen aus und verschlechtern daher die
Eigenschaften der Vorrichtung. Darüber hinaus besitzen Epoxidharzzusammensetzungen,
welche mit weniger als 70 Gew.-% anorganischem Füllstoff gefüllt sind, gleich nach dem Gießen eine
niedrigere Tg als die vollständig
gefüllten
Zusammensetzungen.
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Die
mittlere Teilchengröße kann
als Gewichtsmitteldurchmesser oder mittlerer Durchmesser mithilfe einer
Teilchengrößenverteilungsmessvorrichtung
wie einem Verfahrens auf der Basis eines Laserlichtstreuverfahrens
bestimmt werden.
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Um
einen guten Kompromiss zwischen einer geringeren Ausdehnung gehärteter Produkte
und der Gießfähigkeit
der Zusammensetzungen zu erreichen wird die Verwendung von Abmischungen
von Füllstoffen in
sphärischer
und gemahlener Form oder nur eines Füllstoffs in sphärischer
Form empfohlen. Der anorganische Füllstoff wird vorzugsweise verwendet,
nachdem er mit einem Kopplungsmittel, wie Silan-Kopplungsmitteln
und Kopplungsmitteln in Form von Titanverbindungen, oberflächenbehandelt
worden ist.
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In
der Zusammensetzung können.
herkömmliche
wohlbekannte Härtungsbeschleuniger
wie organische Phosphorderivate und organische Stickstoffderivate
verwendet werden. Die Verwendung von latenten Katalysatoren als
Härtungsbeschleunigern
ist besonders bevorzugt. Werden nicht-latente Härtungsbeschleuniger in ausreichender
Menge verwendet, um ein schnelles Aushärtevermögen herbeizuführen, kann
sich die Gießfähigkeit
und Lagerstabilität
der Zusammensetzungen verschlechtern. Der latente Katalysator kann
aus den herkömmlichen
wohlbekannten Katalysatoren gewählt
werden, wie zum Beispiel aus tertiären Aminverbindungen und organischen
Phosphorverbindungen.
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Beispiele
tertiärer
Aminverbindungen schließen
Aminverbindungen mit Alkyl- oder
Aralkylgruppen in Form von an ein Stickstoffatom gebundenen Substituenten
ein, wie Triethylamin, Benzyldimethylamin und α-Methylbenzyldimethylamin; Cycloamidinverbindungen
und organische Säuresalze
hiervon, wie 1.8-Diaza-bicylo[5,4,0]undecen-7
und sein Phenolsalz, Octansäuresalz
und Ölsäuresalz;
und Salze oder Komplexsalze von Cycloamidinverbindungen und quaternären Borverbindungen
wie die nachstehende Verbindung:
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Beispiele
organischer Phosphorverbindungen schließen ein: organische Phosphorverbindungen
und deren Salze wie Triphenylphosphin, Tributylphosphin, Tri(p-toluyl)phosphin,
Tri(p-methoxyphenyl)phosphin, Tri(p-ethoxyphenyl)phosphin, Triphenylphosphintriphenylborat
und quaternäre
Phosphoniumverbindungen und deren Salze wie Tetraphenylphosphoniumtetraphenylborat.
Bevorzugt sind Triphenylphosphin und seine Derivate und Phenolsalze,
quaternäre
Phosphoniumsalze und Derivate von tertiären Aminen.
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Der
verwendete Gehalt an Härtungsbeschleuniger
beträgt üblicherweise
bis zu 10 T1., vorzugsweise 0,001 bis 10 T1., insbesondere 0,1 bis
4 Gew.-T1. pro 100 Gew.-T1. Epoxidharz. Weniger als 0,001 T1. Härtungsbeschleuniger
wären manchmal
zu wenig, um für
ein schnelles Aushärtevermögen zu sorgen,
wo hingegen mehr als 10 T1. eine zu hohe Aushärtegeschwindigkeit liefern
würden,
um brauchbare Teile zu gießen.
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Um
einer Epoxidharzzusammensetzung im gehärteten Zustand Flexibilität, Festigkeit
und Bindevermögen
zu verleihen, können
Silizium-modifizierte aromatischen Copolymerharze wie Blockcopolymere
von organischen Polysiloxanen und Epoxidharzen und Blockcopolymere
von organischen Polysiloxanen und Phenolharzen, verschiedene synthetische
organische Kautschuke, thermoplastische Harze wie Methacrylat-Styrol-Butadien-Copolymere
und Styrol-Ethylen-Buten-Styrol-Copolymere,
Silicon-Gel und Siliconkautschuk in feinverteilter Form zugegeben
werden. Auch können
die anorganischen Füllstoffe
mit 2-Komponenten-Siliconkautschukverbindungen
oder Silicon-Gel oberflächenbehandelt
werden. Es sei erwähnt,
dass die vorerwähnten
Silicium-modifizierten aromatischen Copolymeren und Methylmethacrylat-Styrol-Butadien-Copolymeren auch
zum Spannungsabbau bei Epoxidharzen dienen.
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Der
Anteil an Silicium-modifizertem aromatischem Harzcopolymer und/oder
thermoplastischem Harz, welcher als Spannung abbauendes Mittel verwendet
wird, beträgt üblicherweise
bis zu 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,2 bis 10 Gew.-%, insbesondere 0,5
bis 5 Gew.-% der Epoxidharzgesamtzusammensetzung. Weniger als 0,2%
einer solchen Komponente würde
manchmal für
keine ausreichende Wärmeschockbeständigkeit
sorgen, wo hingegen mehr als 10% die mechanische Festigkeit verringern
würde.
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Wird
bei der Zusammensetzung der Erfindung eine verbesserte Feuchtigkeitsbeständigkeit
und Lagerstabilität
in der Wärme
gewünscht,
können
ferner Trennmittel eingebaut werden wie modifiziertes Carnaubawachs,
höhere
Fettsäuren
und synthetische Wachse, ebenso wie Silankopplungsmittel, Titankopplungsmittel, Antimonoxid
und Phosphorverbindungen.
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Die
Epoxidharzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann durch
Mischen der vorstehend beschriebenen Bestandteile in der Schmelze
in einer geeigneten Anlage, wie einer beheizten Walzenmühle, einem
Kneter oder einem kontinuierlichen Extruder hergestellt werden.
Die Reihenfolge des Mischens der Bestandteile ist nicht kritisch.
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Damit
die Epoxidharzzusammensetzung verwendbar ist, ohne dass sie nachgehärtet werden
muss, sollte die Zusammensetzung einem minimalen Unterschied bei
der Glasüberganstemperatur
zwischen ihrem gegossenen und ihrem nachgehärteten Produkt genügen. Speziell
dann, wenn die Zusammensetzung zu einem ersten Produkt mit einer
ersten Glasübergangstemperatur
Tg1 gegossen (und gehärtet)
ist und das erste Produkt dann zu einem zweiten Produkt mit einer
zweiten Glasüberganstemperatur
Tg2 nachgehärtet
ist, sollte die Änderung
von Tg, definiert als (Tg2 – Tg1)/Tg2,
weniger als 0,1 betragen: (Tg2 – Tg1)/Tg2 < 0,1.
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Die
Tg1 des ersten oder wie-gegossenen Produkts ist die Glasübergangstemperatur,
gemessen mithilfe der TMA (d. h. Thermo-Mechanische-Analyse) eines
gegossenen und bei 180°C
während
90 s gehärteten Probeteils
(5 × 5 × 165 mm)
unter Verwendung einer Transferspritzgussmaschine. Die Tg2 des zweiten
oder wie-nachgehärteten
Produkts ist die Glasübergangstemperatur
der gleichen Probe, welche 5 Stunden bei 180°C nachgehärtet wurde.
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Eine
Tg-Änderung
von mehr als 0,1 zeigt eine größere Differenz
bei der Glasübergangstemperatur zwischen
dem gegossenen und dem nachgehärteten
Zustand an und liefert keine Epoxidharzzusammensetzung, welche ohne
Nachhärtung
verwendet werden kann. Nachdem mit Epoxidharzzusammensetzungen eingekapselte
Halbleitervorrichtungen wegen der Wärmeentwicklung beim Betrieb
oft einer Umgebung mit hoher Temperatur ausgesetzt sind, kann eine
Zusammensetzungen mit einer Tg-Änderung
von gleich oder größer als
0,1 ihre Tg während
des Betriebs allmählich ändern, was
zu einer Änderung
verschiedener Eigenschaften, und was noch schlimmer ist, zum Verwerfen
der Vorrichtung führt.
Die Tg-Änderung
beträgt
vorzugsweise 0 bis 0,08.
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Um
sicher zu stellen, dass die Epoxidharzzusammensetzung ohne Nachhärtung ihre
Leistung erbringt, sollte die Epoxidharzzusammensetzung einen nicht
umgesetzten besitzen, wie durch den folgenden Ausdruck definiert: ΔH1/ΔH0 < 0,05
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ΔH ist die
Enthalpieänderung,
d. h. die Reaktionsenergie, die erhalten wird, wenn die Epoxidharzzusammensetzung
oder ihr erstes Härtungssprodukt
mittels Differenzialabtastkolorimetrie (DSC) analysiert wird. ΔH0 ist die
Enthalpie änderung,
welche erhalten wird, wenn die nicht gehärtete Zusammensetzung mittels
DSC analysiert wird, und ΔH1
ist die Enthalpieänderung,
welche erhalten wird, wenn das erste, bei Härtung der Zusammensetzung bei
180°C während 90
Sekunden erhaltene Produkt, mittels DSC analysiert wird.
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Vorausgesetzt,
die mittels DSC gemessene Enthalpieänderung ΔH0 der nicht gehärteten Zusammensetzung
entspricht, bis diese vollständig
gehärtet
ist, einer 100% Umwandlung, zeigt der obige Ausdruck an, dass das
erste Produkt, welches durch Härtung
bei 180°C
während
90 Sekunden erhalten wurde, einen nicht umgesetzten Rest von weniger
als 5% besitzt. ΔH1/ΔH0-Werte
gleich oder größer als
0,05 zeigen an, dass die Härtungsreaktion
des erstens Produkts nicht vollständig abgelaufen ist, so dass
dann, wenn das erste Produkt wie-gegossen ohne Nachhärtung verwendet
wird, dieses einem unerwünschten
thermischen Abbau unterliegt und daher seine Eigenschaften ändert. Der
bevorzugte ΔH1/ΔH0-Wert,
das heißt
der nicht umgesetzte Rest, beträgt
bis zu 4,5%, insbesondere 0 bis 4,2%.
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Die
Tg-Änderung
kann durch Wahl der Molekulargewichtsverteilung des Epoxidharzes
und/oder des Härtungsmittels
innerhalb der vorstehend spezifizierten Bereiche sowie durch die
Wahl des Mischungsanteils des anorganischen Füllstoffs mit oder über 70 Gew.-%
der Gesamtzusammensetzung so gesteuert werden, dass sie in den vorstehend
spezifizierten Bereich fällt.
Der nicht umgesetzte Anteil kann, zusätzlich zu den obigen Auswahlkriterien,
durch Beschränkung
des Gehalts an Zweikern-Verbindung so gesteuert werden, dass er
in den vorstehend spezifizierten Bereich von unter 8 Gew.-% fällt.
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Die
Epoxidharzzusammensetzungen der Erfindung können zur wirksamen Einkapselung
von verschiedenen Arten von Halbleiterpackungen verwendet werden,
einschließend
DIP, Flachpackung, PLCC- und SO-Typen. Die Einkapselung kann nach üblichen
Gießverfahren
erfolgen, wie zum Beispiel Transferguss, Spritzguss und Gießen. Die
Epoxidharzzusammensetzung wird vorzugsweise bei einer Temperatur
von etwa 150 bis 190°C
gegossen. Nachhärten
ist effektiv unnötig,
obwohl keine nachteiligen Probleme auftreten, wenn die Nachhärtung bei
etwa 150 bis 185°C
während ½ bis 16
Stunden erfolgt.
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Es
sind hiermit Epoxidharzzusammensetzungen beschrieben worden, welche
schnellhärtend
und erfolgreich zu vergießen
sind und zu verlässlichen
Produkten härten,
ohne dass eine Nachhärtung
erforderlich wäre.
Die mit diesen Zusam mensetzungen eingekapselten Halbleitervorrichtungen
sind im gehärteten
Zustand folglich hochgradig zuverlässig.
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Beispiele
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Die
folgenden Beispiele sind dazu vorgesehen die Erfindung zu veranschaulichen
und nicht dazu vorgesehen deren Umfang zu beschränken. Alle Teile sind Gewichtsteile.
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Beispiele 1–2 und Vergleichsbeispiele
1–3
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Die
Epoxidharzzusammensetzungen wurden unter Verwendung der in Tabelle
1 aufgeführten
Epoxidharze und der in Tabelle 2 aufgeführten Phenolharze in den in
Tabelle 3 angegebenen Kombinationen und Zugabe von 400 T1. einer
Siliciumdioxidmischung hergestellt, bestehend aus 20 Gew.-% gebrochenen
gebrannten Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 10 μm, 75 Gew.-%
sphärischem
gebrannten Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 μm, 10 T1.
Antimontrioxid, 1,5 T1. E-Wachs, 1,0 T1. Ruß, 10 T1. bromiertem Epoxidphenol-Novolakharz
mit einem Bromgehalt von 35,5 Gew.-% und einem Epoxidäquivalent
von 283, und 1,0 T1. Glycidyloxypropyltrimethoxysilan. Die Mischungen
wurden in einer beheizten Zweiwalzenmühle in der Schmelze gemahlen
und mit Triphenylphosphin als Härtungsbeschleuniger
in der Schmelze weiter gemahlen, dessen Menge in Tabelle 3 angegeben
ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Menge Epoxidharz, Phenolharz
und bromiertes Epoxyphenol-Novolakharz zusammen genommen 100 T1.
ergibt, und dass das Molverhältnis
von phenolischen Hydroxylgruppen im Phenolharz zu Epoxidgruppen
in allen Epoxidharzen 1,0 betrug.
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Die
so erhaltenen Epoxidharzzusammensetzungen wurden auf die folgenden
Eigenschaften hin untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt.
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(1) Spiralfluss
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Der
Spiralfluss wurde gemäß den EMMI-Standards
durch Formschmelzen der Zusammensetzung bei 180°C und 6,86 106 Pa (70 kgf/cm2) gemessen.
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(2) Heißhärteprüfung
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Ein
Stab mit der Abmessung 100 × 10 × 4 mm wurde
bei 180°C
und 6,86·106 Pa (70 kgf/cm2)
während 90
Sekunden geformt. Die Härte
wurde mit einem Barcol Penetrometer heiß gemessen.
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(3) Glasübergangstemperatur
Tg
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Eine
Prüfprobe
mit den Abmessungen 5 × 5 × 15 mm
wurde bei 180°C
und 6,86·106 Pa (70 kgf/cm2) während 90
Sekunden geformt. Die Messung erfolgte durch Erhitzen der Prüfprobe mit
einer Rate von 5°C/min mithilfe
eines Dilatometers, was Tg1 lieferte. Die Prüfprobe wurde bei 180°C während 5
Stunden nachgehärtet, ehe
die Messung auf ähnliche
Weise mithilfe eines Dilatometers erfolgte, was Tg2 lieferte.
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(4) Nicht umgesetzter
Rest
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Die
Zusammensetzung wurde mittels DSC analysiert, um ΔH0 und ΔH1 zu bestimmen,
woraus der nicht umgesetzte Rest ΔH1/ΔH0 berechnet
wurde.
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Es
sie darauf hingewiesen, dass ΔH
die Enthalpieänderung
ist, welche erhalten wird, wenn die Epoxidharzzusammensetzung oder
ihr erstes gehärtetes
Produkt mittels DSC analysiert wird. ΔH0 ist die Enthalpieänderung,
welche erhalten wird, wenn die ungehärtete Zusammensetzung mittels
DSC analysiert wird, und ΔH1
ist die Enthalpieänderung,
welche erhalten wird, wenn das beim Gießen der Zusammensetzung bei 180°C während 90
Sekunden erhaltene Produkt mittels DSC analysiert wird.
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(5) Packungshohlräume
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Sechs
flache Quadpacks (QFP) von 14 × 20 × 2 mm wurden
unter den Bedingungen: 180°C,
6,86·106 Pa (70 kgf/cm2)
während
einer Zeit von 90 Sekunden geformt. Innenhohlräume wurden mithilfe eines Ultraschallmaterialfehlerdetektors
untersucht. Es wurden Hohlräume
größer als
0,5 mm gezählt.
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(6) Feuchtigkeitsbeständigkeit
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Vierzig
flache 100-Pin Quadpacks (QFP), einschließend einen IC-Stromkreis wurden
unter den Bedingungen: 180°C,
6,86·106 Pa (70 kgf/cm2)
während
einer Zeit von 90 Sekunden geformt. Es erfolgte eine Druckkocherprüfung (PCT)
bei 121°C
während
1500 Stunden. Es wurden die Proben gezählt, deren Beständig keit um
den Faktor 3 oder größer zunahm.
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(7) Drahtfluss
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Zehn
100-Pin OFP's wurden
unter den gleichen Bedingungen wie unter (6) geformt. Es wurde die
prozentuale Golddrahtverschiebung bestimmt. Für jede Packung wurde der Mittelwert
der maximalen prozentualen Drahtverschiebung ermittelt. Tabelle
1
- Epoxidharz A ist ein epoxidiertes o-Cresolnovolakharz,
- Epoxidharz B ist ein epoxidiertes Triphenolmethanharz;
- Epoxidharz C ist ein epoxidiertes o-Cresolnovolakharz (eine
Vergleich).
Tabelle
2 - Phenolharz D ist ein Phenolnovolakharz,
- Phenolharz E ist ein Phenolnovolakharz (ein Vergleich);
- Phenolharz F ist ein Phenolnovolakharz (ein Vergleich).
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Die
Werte in Tabelle 3 zeigen, dass Epoxidharzzusammensetzungen im Rahmen
der Erfindung, verglichen mit den Epoxidharzzusammensetzungen nach
dem Stand der Technik (Vergleichsbeispiele CE), ein verbessertes
Härtungs-
und Gießverhalten
zeigen und selbst bei Verwendung ohne Nachhärtung verlässliche Gussteile liefern.
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Die
Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 1 zeigt aufgrund des hohen
nicht umgesetzten Rests eine niedrige TG wie-gegossen und eine erhöhte Drahtverschiebung
aufgrund des schlechten Fließens.
Die Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 2 weist dank der erhöhten Menge
an Härtungsbeschleuniger
ein verbessertes Härteverhalten
auf, jedoch auf Kosten von Drahtverschiebung und Drahtbruch. Die
Zusammensetzung von Vergleichsbeispiel 3 verwendet ein Harz mit
niedriger Viskosität,
um das Fließverhalten
zu verbessern, was jedoch die Härtung
der Zusammensetzung behindert.
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Beispiele 3–5 und Vergleichsbeispiel
4
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Es
wurden Epoxidharzzusammensetzungen wie in Beispiel 1 hergestellt,
außer
dass der Anteil an Siliciumdioxidabmischung geändert wurde, wie in Tabelle
4 wiedergegeben. Diese Zusammensetzungen wurden in ähnlicher
Weise geprüft
und lieferten die in Tabelle 4 gezeigten Ergebnisse.
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Wie
aus Tabelle 4 ersichtlich, besitzen die Zusammensetzungen bei hoher
Füllung
mit anorganischen Füllstoffen
eine hohe Tg wie-gegossen und sind demzufolge am besten zur Verwendung
ohne Nachhärtung geeignet.
