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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Epoxyharzzusammensetzung zur
Verkapselung von Halbleitern, welche eine niedrige Schmelzviskosität besitzt
und eine hervorragende Lagerbeständigkeit
und Formbarkeit besitzt und welche ein gehärtetes Produkt mit einer hervorragenden
Lötrissbeständigkeit
ergibt.
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Epoxyharzzusammensetzungen
wurden in breitem Umfang für
die/das Haftung, Gießen,
Verkapselung, Laminierung, Formen, Beschichten und dergleichen aufgrund
ihrer hervorragenden Härtungseigenschaften
und leichten Handhabung verwendet. Weiterhin gibt es verschiedene
Arten von Epoxyharzen, und die Härtungseigenschaften
variieren beträchtlich
in Abhängigkeit
von deren Wahl. Aus diesen Gründen
werden Epoxyharze geeigneter Weise entsprechend dem Verwendungszweck
eingesetzt.
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Allerdings
sind in den letzten Jahren verschiedene Charakteristika, die von
polymeren Materialien verlangt werden, streng geworden, da die Anwendungsbedingungen
der polymeren Materialien streng geworden sind, und bei verschiedenen,
allgemein verwendeten Epoxyharzen können die geforderten Charakteristika nicht
ausreichend erfüllt
werden.
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Zum
Beispiel werden Epoxyharzzusammensetzungen zur Verkapselung von
Halbleitern verwendet, doch werden die geforderten Leistungen selbst
auf diesem Gebiet streng. Das bedeutet, es geht ein hohes Maß der Integration
von Halbleiterbauelementen vonstatten, was zu einem großen Halbleiterelement
und auch zu einer kleinen und dünnen
Bau- bzw. Montagegruppe führt.
Außerdem
geht die Montagetechnologie des Halbleiterbauelements zu einer Oberflächenmontage über. Bei
der Oberflächenmontage
insbesondere wird ein Halbleiterbauelement direkt in ein Lötbad eingetaucht
und damit einer hohen Temperatur ausgesetzt. Als eine Folge davon
wird eine hohe Spannung auf die gesamte Baugruppe ausgeübt infolge
einer raschen Expansion der absorbierten Feuchtigkeit, und diese
Spannung verursacht Risse bei einem zu verkapselnden Kör per. Aus
diesem Grund muss eine Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung
von Halbleitern mit einer guten Lötrissbeständigkeit geringe Feuchtigkeitsabsorptions-
und geringe Spannungseigenschaften aufweisen.
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Weithin
erfolgt die Verbesserung der geringen Feuchtigkeitsabsorptions-
und der geringen Spannungseigenschaften (d. h. niedriger Elastizitätsmodul)
durch starkes Befüllen
mit einem anorganischen Füllstoff,
wie mit einem Quarzglaspulver, und dies ist sehr wirksam bei der
Verbesserung der Lötrissbeständigkeit. Wenn
jedoch der anorganische Füllstoff
stark angefüllt
ist, wird dessen Fluidität
zum Zeitpunkt des Formens beeinträchtigt. Daher war es ebenfalls
erforderlich, dass ein Epoxyharz für ein zu verkapselndes Element
eine niedrige Schmelzviskosität
besitzt.
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Weiterhin
ist es mit einer fortschreitenden Baugruppenminiaturisierung und
einem Dünnerwerden
der Baugruppe erforderlich, dass eine Epoxyharzzusammensetzung für die Verkapselung
eine hohe Fluidität
besitzt und die Anforderung einer niedrigen Schmelzviskosität an das
Epoxyharz wird strenger.
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Weiterhin
wird auch eine Formbarkeit (das heisst rasche Härtbarkeit) in hohem Maße verlangt,
um einen Formungszyklus vom Standpunkt der Produktivitätsverbesserung
der Halbleiterbauelemente zu erhöhen, und
in der Realität
werden Materialien ohne eine Schnellhärtbarkeit, selbst wenn sie
andere gute Eigenschaften besitzen, nicht verwendet werden.
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Zusammensetzungen
für die
Verkapselung, welche eine Mischung von Epoxyharzen vom Kresol-Novolak-Typ
und phenolische Harze umfassen, werden derzeit hauptsächlich verwendet
und besitzen eine hervorragende Schnellhärtbarkeit. Allerdings lässt sich
nicht mehr sagen, dass sie ausreichend sind, was eine niedrige Feuchtigkeitsabsorption
und niedrige Schmelzviskosität
angeht.
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In
den letzten Jahren wird in breitem Umfang die Verwendung eines Epoxyharzes
vom Biphenyltyp mit einer niedrigen Schmelzviskosität untersucht
(offen gelegte japanische Patentanmeldung Nr. Sho 61-47725) und
ein derartiges Harz kommt bereits in der Praxis zum Einsatz. Im
Falle der Verwendung dieses Epoxyharzes können solche Eigen schaften wie
eine geringe Feuchtigkeitsabsorption, geringe Spannung oder dergleichen
verbessert werden. Bei einer Formulierung mit einem herkömmlichen
Härtungsmittel
jedoch ist die Schnellhärtbarkeit
unzureichend und dies ist ein großes Produktivitätsproblem.
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Die
Patentschrift US-A 5 578 660 ergibt eine Formulierung auf Basis
eines Epoxyharzes und die Härtungsmittel
sind phenolische Harze und ein Beschleuniger. Die Lagerstabilität und das
Flammverzögerungsvermögen und
die Lötrissbeständigkeit
sind gering.
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Aus
der JP-A 05 039 439 kann ein Fachmann auf dem Gebiet die Kenntnis
erlangen, dass die Verwendung von Diphenolverbindungen mit den durch
eine Sauerstoff-, eine Schwefel- oder eine Sulfoxidfunktionalität verknüpften aromatischen
Ringen zu einer hervorragenden Feuchtigkeitsbeständigkeit und Wärmeschockbeständigkeit
führen
könnte.
Die Zusammenfassung bringt den Leser zu dem Schluss, dass die Sauerstoffverknüpfung (mit
z. B. 4,4'-Dihydroxydiphenylether)
die bevorzugte Diphenolverbindung ist, um die beschriebene Leistungsreihe
zu erzielen.
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Die
JP-A 06 145 306 lehrt, dass die Kombination einer Thiodiphenolverbindung
mit einem Epoxyharz eine hervorragende Verarbeitbarkeit und Formbarkeit
vorsieht, und es ist keine Auswirkung auf die Lötrissbeständigkeits- oder Flammverzögerungsvermögenseigenschaften
in der Zusammenfassung angegeben.
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Eine
zusätzliche
Menge eines Härtungsbeschleunigers
in der Zusammensetzung kann erhöht
werden, um die Härtbarkeit
zu verbessern, doch in diesem Fall verschlechtert sich die Lagerbeständigkeit
eines verkapselnden Mittels und ist somit in der Praxis nicht anwendbar.
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Wie
weiter oben beschrieben, war es allgemein schwierig, Formbarkeit
und Lötrissbeständigkeit
bei einem guten Gleichgewicht in einer Epoxyharzzusammensetzung
für die
Verkapselung von Halbleitern zu realisieren.
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Die
vorliegende Erfindung hat das Ziel, eine Epoxyharzzusammensetzung
zur Verkapselung von Halbleitern bereitzustellen, welche eine niedrige
Schmelzviskosität
besitzt und auch geringe Feuchtigkeitsabsorptions- und geringe Spannungseigenschaften
besitzt, wodurch ein gehärtetes
Produkt mit einer hervorragenden Lötrissbeständigkeit und Formbarkeit erhalten
wird.
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Als
ein Ergebnis umfangreicher Forschungsarbeiten und Experimente stellte
man nun überraschend fest,
dass das Ziel durch Kombinieren eines Epoxyharzes vom Biphenoltyp
mit hervorragenden geringen Feuchtigkeitsabsorptions- und geringen
Spannungseigenschaften und einer Thiodiphenolverbindung und mehrwertigen
Phenolverbindung als Härtungsmittel
vom Phenoltyp erreicht werden kann.
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Demzufolge
betrifft die vorliegende Erfindung:
Eine Epoxyharzzusammensetzung
zur Verkapselung von Halbleitern, umfassend als wesentliche Komponenten:
- (a) als Epoxyharz, ein Epoxyharz vom Biphenoltyp,
das durch die allgemeine Formel (I) dargestellt wird: (worin
R1–R8 jeweils gleich oder verschieden sein können und
für Wasserstoff,
eine Alkylgruppe mit 1–12 Kohlenstoffatomen,
eine substituierte oder unsubstituierte Phenylgruppe, eine substituierte
oder unsubstituierte Aralkylgruppe, oder eine Alkoxylgruppe stehen,
und n für
eine Zahl von 0–5
als Durchschnittwert steht);
- (b) ein Härtungsmittel
vom Phenoltyp;
- (b-1) eine Thiodiphenolverbindung, die durch die allgemeine
Formel (II) dargestellt wird: in einer Menge von 1–90 Gew.-%
in der Komponente (b); (worin X jeweils gleich oder verschieden
sein kann und für
eine Alkylgruppe mit 1–12
Kohlenstoffatomen, eine substituierte oder unsubstituierte Phenylgruppe, eine
substituierte oder unsubstituierte Aralkylgruppe, oder eine Alkoxylgruppe
steht, und m jeweils gleich oder verschieden sein kann und für eine ganze
Zahl von 0–3
steht);
- (b-2) eine mehrwertige Phenolverbindung mit einer Struktur,
die von der Komponente (b-1) verschieden ist, in einer Menge von
10–99
Gew.-% in der Komponente (b);
- (c) einen anorganischen Füllstoff
in einer Menge von 75–95
Gew.-% der gesamten Zusammensetzung; und (d) einen Härtungsbeschleuniger.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung eine Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung
von Halbleitern, die dadurch gekennzeichnet ist, dass, als Epoxyharz
(a), das durch R1 = R2 =
R1 = R8 = CH3 dargestellte Epoxyharz vom Biphenoltyp
und R3 = R4 = R5 = R6 = H in der
allgemeinen Formel (I) verwendet wird.
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Eine
spezielle Ausführungsform
der Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung von Halbleitern ist
dadurch gekennzeichnet, dass als Epoxyharz (a) das Epoxyharz vom
Biphenoltyp, das durch Umsetzen von 1 Mol 3,3',5,5'-Tetramethyl-4,4'-biphenol mit 5–30 Mol
Epihalogenhydrin in Gegenwart eines Alkalimetallhydroxids erhalten
wird, verwendet wird.
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Eine
noch speziellere Ausführungsform
der hierin zuvor definierten Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung
von Halbleitern ist dadurch gekennzeichnet, dass als Epoxyharz (a)
die Epoxyharzmischung vom Biphenoltyp, die durch Umsetzen einer
Mischung von 4,4'-Biphenol
und 3,3',5,5'-Tetramethyl-4-4'-biphenol mit einem
Epihalogenhydrin in einer Menge von 3–15 Mol pro Mol der phenolischen
Hydroxylgruppen der Mischung der Phenolverbindungen in Gegenwart
eines Alkalimetallhydroxids erhalten wird, verwendet wird.
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Eine
bevorzugte Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung von Halbleitern
ist dadurch gekennzeichnet, dass als Thiodiphenolverbindung (b-1)
mindestens eine Art Thiodiphenolverbindung, ausgewählt aus der
Gruppe bestehend aus Bis(4-hydroxyphenyl)-sulfid, Bis(4-hydroxy-3-methylphenyl)sulfid,
Bis(4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl)sulfid und Bis(4-hydroxy-3-tert-butyl-6-methylphenyl)sulfid
verwendet wird.
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Eine
stärker
bevorzugte Ausführungsform
der Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung von Halbleitern ist
dadurch gekennzeichnet, dass als mehrwertige Phenolverbindung (b-2)
mindestens eine Art einer mehrwertigen Phenolverbindung, gewählt aus
der Gruppe bestehend aus Phenol-Novolak-Harz, Phenol-Aralkyl-Harz,
Terpen-Phenol-Harz,
Dicyclopentadien-Phenol-Harz und Naphthol-Novolak-Harz, verwendet wird.
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Eine
stärker
bevorzugte Ausführungsform
der Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung von Halbleitern ist
dadurch gekennzeichnet, dass als anorganischer Füllstoff (c) bruchartiges und/oder
kugelförmiges
Quarzglaspulver und/oder kristallines Siliciumdioxidpulver in einer
Menge von 83–93
Gew.-% der gesamten Zusammensetzung enthalten ist.
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Am
meisten bevorzugt ist die Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung
von Halbleitern dadurch gekennzeichnet, dass als Härtungsbeschleuniger
(d) mindestens eine Art Härtungsbeschleuniger,
gewählt
aus der Gruppe bestehend aus Imidazolen, Aminen, organischen Phosphorverbindungen
und deren Salzen, verwendet wird.
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Das
in der Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung von Halbleitern
der vorliegenden Erfindung verwendete Epoxyharz (a) unterliegt keiner
speziellen Beschränkung,
solange es ein durch die oben genannte allgemeine Formel (I) dargestelltes
Epoxyharz ist und zum Beispiel Epoxyharze einschließt, welche
durch Umsetzen von 4,4'-Dihydroxybiphenylen
mit einem Epihalogenhydrin in Gegenwart eines Alkalimetallhydroxids erhalten
werden.
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Beispiele
für 4,4'-Dihydroxybiphenyle
als Rohmaterial für
die Herstellung des Epoxyharzes vom Biphenoltyp schließen 4,4'-Biphenol, 3,3'-Dimethyl-4,4'-biphenol, 3,5-Dimethyl-4,4'-biphenol, 3,5-Dibutyl-4,4'-biphenol, 3,3'-Diphenyl-4,4'-biphenol, 3,3',5,5'-Tetramethyl-4,4'-biphenol, 3,3'-Dimethyl-5,5'-dibutyl-4,4'-biphenol und 3,3',5,5'-Tetrabutyl-4,4'-biphenol ein.
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Diese
4,4'-Dihydroxybiphenyle
können
allein oder als Mischungen davon als Rohmaterialien für die Herstellung
des Epoxyharzes verwendet werden. Von diesen sind 4,4'-Biphenol und 3,3',5,5'-Tetramethyl-4,4'-biphenol vom Standpunkt
der Härtungseigenschaften
bevorzugt.
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Die
Umsetzung dieser 4,4'-Dihydroxybiphenyle
und eines Epihalogenhydrins wird durch herkömmliche bekannte Verfahren
durchgeführt
und eine repräsentative
Ausführungsform
hierfür
ist weiter unten ausführlich
beschrieben.
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Zuerst
werden 4,4'-Dihydroxybiphenyle
in einem Epihalogenhydrin in einer Menge gelöst, die 3–15 Molen pro Mol phenolische
Hydroxylgruppe in 4,4'-Dihydroxybiphenylen
entspricht, um eine homogen Lösung herzustellen.
Unter Umrühren
der Lösung
wird ein Alkalimetallhydroxid in einer Menge von 0,9–2 Mol pro
Mol phenolische Hydroxylgruppen in der Form eines Feststoffs oder
einer wässrigen
Lösung
zur Durchführung
der Reaktion hinzugegeben. Diese Reaktion kann unter gewöhnlichem
oder vermindertem Druck durchgeführt werden,
und die Reaktionstemperatur beträgt
allgemein etwa 30–105°C im Falle
der Reaktion unter gewöhnlichem
Druck und etwa 30–80°C im Falle
der Reaktion unter vermindertem Druck. Die Reaktion wird derart durchgeführt, dass
Wasser aus dem Reaktionssystem entfernt wird durch Rückführen einer öligen Komponente
von Kondensat in das System, das durch Kühlen von verflüchtigtem
Dampf erhalten wird, gefolgt von einer Öl/Wasser-Separation und Wasserentzug,
während
im Bedarfsfall Azeotrop unter Beibehaltung der Reaktionstemperatur
auf einer festgelegten Temperatur verwendet wird. Das Alkalimetallhydroxid
wird mit Unterbrechungen oder kontinuierlich in kleinen Portionen über 1–8 Stunden
zugegeben, um eine rasche Umsetzung zu unterdrücken. Die gesamte Reaktionszeit
beträgt
allgemein etwa 1–10
Stunden.
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Nach
Beendigung der Reaktion werden unlösliche, als Nebenprodukte gebildete
Salze durch Filtration entfernt oder sie werden durch Waschen mit
Wasser entfernt, und unumgesetztes Epihalogenhydrin wird anschließend durch
Destillation unter vermindertem Druck entfernt, wodurch das gewünschte Epoxyharz
erhalten wird.
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Epichlorhydrin
oder Epibromhydrin wird allgemein als Epihalogenhydrin in dieser
Reaktion verwendet. Weiterhin wird NaOH oder KOH allgemein als Alkalimetallhydroxid
verwendet.
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Weiterhin
kann die Reaktion einen Katalysator, zum Beispiel quaternäre Ammoniumsalze,
wie Tetramethylammoniumchlorid oder Tetraethylammoniumbromid; tertiäre Amine,
wie Benzyldimethylamin, 2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol; Imidazole,
wie 2-Ethyl-4-methylimidazol
oder 2-Phenylimidazol; Phosphoniumsalze, wie Ethyltriphenylphosphoniumiodid;
und Phosphine, wie Triphenylphosphin, verwenden.
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Außerdem kann
die Reaktion ein inertes organisches Lösungsmittel, zum Beispiel Alkohole,
wie Ethanol oder 2-Propanol, Ketone, wie Aceton oder Methylethylketon;
Ether, wie Dioxan oder Ethylenglykoldimethylether; Glykolether,
wie Methoxypropanol; und aprotische polare Lösungsmittel, wie Dimethylsulfoxid
oder Dimethylformamid, verwenden.
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Für den Fall,
dass die Menge von verseiftem Halogen des oben erhaltenen Epoxyharzes
hoch ist, kann das Epoxyharz erneut behandelt werden, um ein gereinigtes
Epoxyharz mit einer ausreichend verringerten Menge an verseiftem
Halogen zu erhalten. Das heisst, das rohe Epoxyharz wird in einem
inerten organischen Lösungsmittel,
wie 2-Propanol,
Methylethylketon, Methylisobutylketon, Toluol, Xylol, Dioxan, Methoxypropanol oder
Dimethylsulfoxid, erneut gelöst,
das Alkalimetallhydroxid wird in der Form eines Feststoffs oder
einer wässrigen
Lösung
zugegeben und die Umkristallisationsreaktion wird bei einer Temperatur
von etwa 30–120°C während 0,5–8 Stunden
durchgeführt.
Im Anschluss werden überschüssiges Alkalimetallhydroxid
oder als Nebenprodukt gebildete Salze durch ein Verfahren, wie Waschen
mit Wasser, entfernt und das organische Lösungsmittel wird unter vermindertem
Druck abdestilliert, wodurch ein gereinigtes Epoxyharz erhalten
wird.
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Weiterhin
ist es zur Beibehaltung einer niedrigen Schmelzviskosität des Epoxyharzes
vom Biphenoltyp und für
die ausreichende Erzielung der Wirkung der vorliegenden Erfindung
bevorzugt, dass n in der allgemeinen Formel (I) n = 0–0,2 ist.
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Das
von 3,3',5,5'-Tetramethyl-4,4'-biphenol abgeleitete
Epoxyharz ist kommerziell beispielsweise als Epikote YX4000 (Handelsname,
ein Produkt von Japan Epoxy Resins Co., Ltd.) verfügbar und
ein gemischtes Epoxyharz eines von 4,4'-Biphenol abgeleiteten Epoxyharzes und
eines von 3,3',5,5'-Tetramethyl-4,4'-biphenol abgeleiteten
Epoxyharzes ist kommerziell beispielsweise als YL6121H verfügbar. Die
vorliegende Erfindung kann unter Verwendung dieser kommerziell verfügbaren Produkte
in der Praxis durchgeführt
werden.
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Weiterhin
kann in der vorliegenden Erfindung zur Regulierung der Handhabungseigenschaften
oder der Härtungseigenschaften
der Zusammensetzung das vorgenannte Epoxyharz vom Biphenoltyp durch
Mischen eines anderen Epoxyharzes damit verwendet werden.
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Beispiele
für andere
Epoxyharze, die vermischt werden können, schließen Epoxyharze
ein, die aus verschiedenen Phenolen (z. B. Bisphenol A, Bisphenol
F, Bisphenol AD, Bisphenol S, Thiodiphenol, Hydrochinon, Methylhydrochinon,
Dibutylhydrochinon, Resorcin, Methylresorcin, Dihydroxydiphenylether,
Thiodiphenol, Dihydroxynaphthalin etc.) gebildet werden, oder mehrwertige
phenolische Harze, die durch eine Polykondensationsreaktion verschiedener
Phenole und verschiedener Aldehyde (z. B. Hydroxybenzaldehyd, Krotonaldehyd,
Glyoxal etc.) und eines Epihalogenhydrins erhalten werden; Epoxyharze,
die durch verschiedene Aminverbindungen, wie Diaminodiphenylmethan,
Aminophenol oder Xylylendiamin und ein Epihalogenhydrin gebildet
werden; und Epoxyharze, die aus verschiedenen Carbonsäuren, wie
Methylhexahydroxyphthalsäure oder
Dimersäure,
und einem Epihalogenhydrin gebildet werden, ein.
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Die
Menge der anderen verwendeten Epoxyharze ist vorzugsweise 100 Gewichtsteile
oder weniger, stärker
bevorzugt 50 Gewichtsteile oder weniger, pro 100 Gewichtsteile des
Epoxyharzes vom Biphenoltyp. Wenn die Menge der anderen verwendeten
Epoxy harze zu hoch ist, stellt sich die Wirkung der vorliegenden Erfindung
nicht in ausreichender Weise ein.
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Die
Thiodiphenolverbindung (b-1) wird als eine Komponente des Härtungsmittels
vom Phenoltyp mit der Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung
von Halbleitern der vorliegenden Erfindung kompoundiert. Die Thiodiphenolverbindung
unterliegt keiner Beschränkung,
solange sie die durch die vorgenannte allgemeine Formel (II) dargestellte
Struktur aufweist. Beispiele für
die Verbindung schließen
Bis(4-hydroxyphenyl)sulfid, Bis(2-hydroxyphenyl)sulfid, 2-Hydroxyphenyl-4'-hydroxyphenylsulfid,
Bis(4-hydroxy-3-methylphenyl)sulfid, Bis(4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl)sulfid,
Bis(4-hydroxy-2-methyl-5-tert-butylphenyl)sulfid,
Bis(4-hydroxy-3-methyl-5-tert-butylphenyl)sulfid, Bis(4-hydroxy-3-tert-butyl-6-methylphenyl)sulfid
und Bis(4-hydroxy-3,5-di-tert-butylphenyl)sulfid ein.
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Aufgrund
der leichten Verfügbarkeit
und der Härtungseigenschaften
sind Bis(4-hydroxyphenyl)sulfid, Bis(4-hydroxy-3-methylphenyl)sulfid,
Bis(4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl)sulfid und Bis(4-hydroxy-3-tert-butyl-6-methylphenyl)sulfid
bevorzugt, und Bis(4-hydroxyphenyl)sulfid
ist stärker
bevorzugt.
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Als
eine weitere Komponente (2-b) des Härtungsmittels vom Phenoltyp
(b) können
herkömmliche
bekannte Verbindungen als mehrwertige Phenolverbindung mit einer
anderen Struktur als die Komponente (b-1) verwendet werden, und
Beispiele hierfür
schließen
verschiedene phenolische Harze, wie mehrwertige phenolische Harze,
die durch eine Kondensationsreaktion von mehrwertigen Phenolen (z.
B. Bisphenol A, Bisphenol F, Bisphenol S, Hydrochinon, Resorcin,
Biphenol, Tetramethylbiphenol, Dihydroxynaphthalin, Dihydroxydiphenylether,
Phenol-Novolak-Harz, Kresol-Novolak-Harz, Bisphenol-A-Novolak-Harz,
Naphthol-Novolak-Harz etc.) oder von verschiedenen Phenolen und
verschiedenen Aldehyden (z. B. Benzaldehyd, Hydroxybenzaldehyd,
Krotonaldehyd, Glyoxal etc.) erhalten werden; und modifizierte phenolische
Harze, die durch Polykondensationsreaktion von Phenol-Aralkyl-Harz,
Phenol-Terpen-Harz, Dicyclopentadien-Phenol-Harz, Schweröle oder
Peche, Phenole und Aldehydverbindung erhalten werden, ein.
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Aufgrund
der Formbarkeit und der Lötrissbeständigkeit
sind Phenol-Novolak-Harz, Phenol-Aralkyl-Harz, Terpen-Phenol-Harz,
Dicyclopentadien-Phenol-Harz und Naphthol-Novolak-Harz bevorzugt, und Phenol-Aralkyl-Harz
ist stärker
bevorzugt.
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Diese
mehrwertigen Phenolverbindungen (b-2) können allein oder als Mischungen
von zwei Arten oder mehr verwendet werden.
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Bei
dem Härtungsmittel
vom Phenoltyp (b), welches die wesentliche Komponente in der Epoxyharzzusammensetzung
zur Verkapselung von Halbleitern der vorliegenden Erfindung ist,
ist der Anteil jeder verwendeten Komponente 10–99 Gew.-% der mehrwertigen
Phenolverbindung (b-2) mit einer anderen Struktur als die Verbindung
(b-1) zu 1–90
Gew.-% der Thiodiphenolverbindung (b-1). Wenn die Thiodiphenolverbindung (b-1)
weniger als 1 Gew.-% ausmacht, nimmt die Härtbarkeit ab, sodass keine
ausreichende Formbarkeit erhalten werden kann. Wenn diese mehr als
90 Gew.-% ausmacht, werden die mechanischen Eigenschaften (Festigkeit
und dergleichen) des erhaltenen gehärteten Produkts unzureichend.
Aufgrund des Gleichgewichts der oben genannten verschiedenen Eigenschaften
ist der Gebrauchsanteil der Komponente (b-1) und der Komponente
(b-2) vorzugsweise 30–97
Gew.-% (b-2) zu 3–70
Gew.-% (b-1), stärker
bevorzugt 45–95
Gew.-% (b-2) zu 5–55
Gew.-% (b-1).
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Andere
Härtungsmittel
als das Härtungsmittel
vom Phenoltyp (b) können
mit der Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung von Halbleitern
der vorliegenden Erfindung vermischt werden. Beispiele für das Härtungsmittel,
das vermischt werden kann, schließen Säureanhydride, wie Methyltetrahydrophthalsäureanhydrid,
Hexahydrophthalsäureanhydrid,
Pyromellithsäureanhydrid
oder Methylnadinsäure;
Amine, wie Diethylentriamin, Isophorondiamin, Diaminodiphenylmethan,
Diaminodiphenylsulfon oder Dicyandiamid; und aktivierte Esterverbindungen,
die durch Verestern, wie durch Benzoatierung oder Acetatisierung,
der gesamten oder eines Teils der phenolischen Hydroxylgruppen in
verschiedenen Phenolverbindungen, die in den Beispielen des Härtungsmittels
vom Phenoltyp (b) veranschaulicht sind, erhalten werden, ein.
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Die
Menge dieser anderen verwendeten Härtungsmittel ist vorzugsweise
50 Gew.-% oder weniger zu der Gesamtmenge der Härtungsmittel vom Phenoltyp.
Wenn die Gebrauchsmenge des von Epoxyharz-Härtungsmittel verschiedenen
Härtungsmittels
der vorliegenden Erfindung zu hoch ist, stellt sich die Wirkung
der vorliegenden Erfindung nicht in ausreichender Weise ein.
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Jede
Komponente dieser Härtungsmittel
kann durch vorausgehendes Mischen zur Herstellung eines gemischten
Härtungsmittels
verwendet werden oder mit verschiedenen Komponenten bei der Herstellung
der Epoxyharzzusammensetzung vermischt werden, jede der Komponenten
des Härtungsmittels
für Epoxyharz kann
getrennt zugegeben werden und dann gleichzeitig zusammen vermischt
werden.
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Die
Gebrauchsmenge des verwendeten Härtungsmittels
ist eine solche, dass die Menge der Gruppen, die mit Epoxygruppen
in den gesamten Härtungsmitteln
reagieren, vorzugsweise 0,5–2,0
Mol, stärker
bevorzugt 0,7–1,2
Mol, pro Mol Epoxygruppen in den gesamten Epoxyharzkomponenten ausmacht.
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Die
anorganische Füllstoffkomponente
(c) wird mit der Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung von Halbleitern
der vorliegenden Erfindung vermischt. Beispiele für den anorganischen
Füllstoff
schließen Quarzglaspulver,
kristallines Silica, Glaspulver, Aluminiumoxid und Calciumcarbonat
ein. Deren Gestalt ist bruchartig oder kugelförmig. Verschiedene anorganische
Füllstoffe
werden allein oder als Mischungen von zwei Arten oder mehr verwendet.
Von diesen ist Quarzglas oder kristallines Silica bevorzugt. Die
Menge des verwendeten anorganischen Füllstoffs ist 75–95 Gew.-%,
stärker
bevorzugt 83–93
Gew.-% der gesamten Zusammensetzung.
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Wenn
die Menge des anorganischen Füllstoffs
der Komponente (c) zu gering ist, ist die Verbesserungswirkung einer
geringen Feuchtigkeitsabsorption gering, was zu einer schlechten
Lötrissbeständigkeit führt. Wenn
die Menge des anorganischen Füllstoffs
(c) zu hoch ist, wird dessen Fluidität beim Formen beeinträchtigt,
weil dieser keine niedrige Schmelzviskosität besitzt.
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Der
eingesetzte Härtungsbeschleuniger
(d) in der Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung von Halbleitern
der vorliegenden Erfindung ist eine Verbindung, welche die Reaktion
zwischen Epoxygruppen in dem Epoxyharz und aktiven Gruppen in dem
Härtungsmittel
beschleunigt.
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Beispiele
für den
Härtungsbeschleuniger
schließen
Phosphinverbindungen, wie Tributylphosphin, Triphenylphosphin, Tris(dimethoxyphenyl)phosphin,
Tris(hydroxypropyl)phosphin und Tris(cyanoethyl)phosphin; Phosphoniumsalze,
wie Tetraphenylphosphoniumtetraphenylborat, Methyltributylphosphoniumtetraphenylborat
und Methyltricyanoethylphosphoniumtetraphenylborat; Imidazole, wie
2-Methylimidazol, 2-Phenylimidazol, 2-Ethyl-4-methylimidazol, 2-Undecylimidazol,
1-Cyanoethyl-2-methylimidazol, 2,4-Dicyano-6[2-methylimidazolyl-(1)]-ethyl-S-triazin
und 2,4-Dicyano-6-[2-undecylimidazolyl-(1)]-ethyl-S-triazin; Imidazoliumsalze,
wie 1-Cyanoethyl-2-undecylimidazoliumtrimellitat, 2-Methylimidazoliumisocyanurat,
2-Ethyl-4-methylimidazolium-tetraphenylborat und 2-Ethyl-1,4-dimethylimidazoliumtetra-phenylborat;
Amine, wie 2,4,6-Tris(dimethylaminomethyl)phenol,
Benzyldimethylamin, Tetramethylbutylguanidin, N-Methylpiperazin und 2-Dimethylamino-1-pyrrolin;
Ammoniumsalze, wie Triethylammoniumtetraphenylborat; Diazabicycloverbindungen,
wie 1,5-Diazabicyclo(5,4,0)-7-undecen, 1,5-Diazabicyclo(4,3,0)-5-nonen
und 1,4-Diazabicyclo(2,2,2)octan; und Tetraphenylborate, Phenolsalze,
Phenol-Novolak-Salze und 2-Ethylhexansäuresalze dieser Diazabicycloverbindungen
ein. Von den als diese Härtungsbeschleuniger
verwendeten Verbindungen sind Phosphinverbindungen, Imidazolverbindungen,
Diazabicycloverbindungen und ihre Salze bevorzugt.
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Verschiedene
Additive können
mit der Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung von Halbleitern der
vorliegenden Erfindung ähnlich
wie andere allgemeine Epoxyharzzusammensetzungen vermischt werden. Beispiele
für solche
unterschiedlichen Additive schließen Haftvermittler, Flammverzögerer, Plastifizierungsmittel,
reaktive Verdünnungsmittel
und Pigmente ein. Diese können
in geeigneter Weise je nach Bedarf vermischt werden.
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Beispiele
für Flammverzögerer schließen Flammverzögerer vom
Halogentyp, wie bromiertes Epoxyharz und bromiertes Phenolharz;
Antimonverbindungen, wie Antimontrioxid; Flammverzögerer vom
Phosphortyp, wie Phosphorsäureester
und Phosphine; Flammverzögerer
vom Stickstofftyp, wie Melaminderivate; und anorganische Flammverzögerer, wie
Aluminiumhydroxid und Magnesiumhydroxid, ein.
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Allerdings
ist es neuerdings vom Standpunkt der Verschlechterung der Charakteristika
oder des Umweltschutzes wünschenswert,
die oben genannten Flammverzögerer
nicht einzumischen. Da das gehärtete Produkt
der Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung von Halbleitern der
vorliegenden Erfindung ein hervorragendes Flammverzögerungsvermögen besitzt,
ist es nicht erforderlich, diese Flammverzögerer einzumischen, oder es
ist möglich,
die verwendeten Flammverzögerer
auf eine kleine Menge zu verringern.
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Die
Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung von Halbleitern der vorliegenden
Erfindung besitzt eine niedrige Schmelzviskosität, eine hervorragende Lagerstabilität und Formbarkeit
und ergibt ein gehärtetes
Produkt mit hervorragender Lötrissbeständigkeit
und kann damit in vorteilhafter Weise auf dem Gebiet der Halbleiterverkapselung
eingesetzt werden.
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Darüber hinaus
zeigen diese Epoxyzusammensetzungen in einem gehärteten Zustand ein Flammverzögerungsvermögen ohne
den Einsatz von halogenierten Verbindungen.
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BEISPIEL
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Herstellungsbeispiele
der Komponenten für
die Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung von Halbleitern der
vorliegenden Erfindung und Beispiele und Vergleichsbeispiele der
Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung von Halbleitern der vorliegenden
Erfindung sind weiter unten gezeigt.
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Herstellungsbeispiel 1
von Epoxyharz vom Biphenyltyp der Komponente (a)
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200
g 3,3',5,5'-Tetramethyl-4,4'-biphenol, 917 g
Epichlorhydrin und 357 g 2-Propanol wurden in einen 3-Liter-Vierhalskolben,
der mit einem Thermometer, einer Rührvorrichtung und einer Kühlleitung
ausgestattet war, gefüllt
und die Temperatur in dem System wurde auf 40°C erhöht. Im Anschluss wurden 157
g einer wässrigen
Natriumhydroxidlösung
von 48,5 Gew.-% tropfenweise über
90 Minuten hinzugegeben. Während
der Zu gabe wurde die Temperatur schrittweise erhöht, sodass das System 65°C nach Abschluss
der tropfenweisen Zugabe erreichte. Das System wurde 30 Minuten
lang auf 65°C
gehalten, um die Reaktion zu vollenden, und die als Nebenprodukte
gebildeten Salze und überschüssiges Natriumhydroxid
wurden durch Waschen mit Wasser entfernt. Überschüssiges Epichlorhydrin und 2-Propanol
wurden aus dem Reaktionsprodukt unter vermindertem Druck abgestilliert,
wodurch ein rohes Epoxyharz erhalten wurde.
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Diese
rohe Epoxyharz wurde in 683 g Methylisobutylketon gelöst, 10 g
einer wässrigen
Natriumhydroxidlösung
von 48,5 Gew.-% wurden hinzugegeben, und die Reaktion wurde bei
einer Temperatur von 65°C 1
Stunde lang durchgeführt.
Danach wurde Mononatriumphosphat der Reaktionsmischung zugegeben,
um überschüssiges Natriumhydroxid
zu neutralisieren, gefolgt von einem Waschen mit Wasser, um als
Nebenprodukte gebildete Salze zu entfernen. Methylisobutylketon
wurde vollständig
unter vermindertem Druck entfernt, wodurch 286 g des gewünschten
Epoxyharzes erhalten wurden. Das erhaltene Epoxyharz hatte ein Epoxy-Äquivalent
von 186 g/Äqu.
und eine Viskosität
bei 150°C
von 0,2 P.
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Herstellungsbeispiel 2
von Epoxyharz vom Biphenyltyp der Komponente (a)
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90
g 4,4'-Biphenol,
100 g 3,3',5,5'-Tetramethyl-4,4'-biphenol, 995 g
Epichlorhydrin und 387 g 2-Propanol wurden eingefüllt, die
Reaktion wurde in der gleichen Weise wie im Herstellungsbeispiel
1 durchgeführt, wodurch
281 g des gewünschten
Epoxyharzes erhalten wurden. Das erhaltene Epoxyharz hatte ein Epoxyäquivalent
von 171 g/Äqu.
und eine Viskosität
bei 150°C
von 0,1 P.
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Epoxyharzzusammensetzungsbeispiele
1–6 und
Vergleichsbeispiele A–C
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Das
in den Herstellungsbeispielen 1 und 2 als Epoxyharz vom Biphenyltyp
hergestellte Epoxyharz und Epoxyharz vom Orthokresol-Novolak-Harztyp;
Phenol-Novolak-Harz, Phenol-Aralkyl-Harz, Naphthol-Aralkyl-Harz,
Dicyclopentadien-Phenol-Harz, Terpen-Phenol-Harz als Härtungsmittel; Epoxyharz vom
Tetrabrombisphenol A-Typ als bromiertes Epoxyharz; Silicapulver
als anorganischer Füllstoff;
Triphenylphosphin als Härtungsbeschleuniger;
Antimontrioxid als Flammverzögerer;
Epoxysilan als Haftvermittler; und Karnaubawachs als Trennmittel
wurde jeweils wie in Tabelle 1 gezeigt zur Formulierung jeder der
Epoxyharzzusammensetzungen verwendet.
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Die
Anteile der Thiodiphenolverbindung (b-1) und der mehrwertigen Phenolverbindung
(b-2) in dem Härtungsmittel
vom Phenoltyp (b) in Beispiel 1 sind 5 Gew.-% bzw. 95 Gew.-%, jene
in Beispiel 2 sind 10 Gew.-% bzw. 90 Gew.-%, jene in Beispiel 3
sind 20 Gew.-% bzw. 80 Gew.-%, jene in Beispiel 4 sind 30 Gew.-% bzw.
70 Gew.-%, jene in Beispiel 5 sind 40 Gew.-% bzw. 60 Gew.-%, und
jene in Beispiel 6 sind 60 Gew.-% bzw. 40 Gew.-%.
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Jede
Mischung wurde bei einer Temperatur von 70–120°C 5 Minuten lang mit Hilfe eines
Mischwalzwerks schmelzgeknetet. Jede erhaltene geschmolzene Mischung
wurde in der Form einer dünnen
Bahn entnommen, und die Bahn wurde gekühlt und pulverisiert unter
Erhalt des jeweiligen Formmaterials. Jedes Formmaterial wurde mit
einer Niederdruck-Pressspritz- bzw. -Transferformungsmaschine bei
einer Formungstemperatur von 175°C
und einer Formungszeit von 180 Sekunden geformt unter Erhalt der
jeweiligen Teststücke, und
jedes Teststück
wurde bei 180°C
8 Stunden lang nachgehärtet.
Weiterhin wurde die Wendelströmung
gemessen, um die Fluidität
und Lagerstabilität
jedes der Formmaterialien zu untersuchen, und es wurden die Gelierzeit
und die Warmhärte
beim Formentrennen gemessen, um die Formbarkeit jedes der Formmaterialien
zu untersuchen.
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Weiterhin
wurden die Feuchtigkeitsabsorption, der Elastizitätsmodul
und das Flammverzögerungsvermögen jedes
der Teststücke
nach dem Nachhärten
untersucht. Darüber
hinaus wurde die Lötrissbeständigkeit eines
Dummy-Halbleiterbauelements, das mit jedem der Formmaterialien verkapselt
wurde, untersucht. Alle diese Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle
1: Beispiele 1–6
und Vergleichsbeispiele A–C
der Epoxyharzzusammensetzung
- *1: A; Epoxyharz vom Kresol-Novolak-Typ (Epikote
180S62, Handelsname von Japan Epoxy Resins Co., Ltd., Epoxyäquivalent:
210 g/Äqu.)
- *2: B; Bis(4-hydroxy-3-tert-butyl-6-methylphenyl)-sulfid
- *3: C; Bis(4-hydroxy-3-methylphenyl)sulfid
- *4: D; Bis(4-hydroxyphenyl)sulfid
- *5: E; Phenol-Novolak-Harz (Resitop PSM4261, Handelsname von
Gun-ei Kagaku K.K., Hydroxyl-Äquivalent: 103
g/Äqu.,
Erweichungspunkt: 85°C
- *6: F; Phenol-Aralkyl-Harz (MEH7800S, Handelsname von Meiwa
Plastics Ind. Ltd., Hydroxyl-Äquivalent:
170 g/Äqu.,
Erweichungspunkt: 71°C)
- *7: G; Phenol-Aralkyl-Harz (MEH7851S, Handelsname von Meiwa,
Plastics Ind. Ltd., Hydroxyl-Äquivalent:
205 g/Äqu.,
Erweichungspunkt: 73°C)
- *8: H; Naphthol-Aralkyl-Harz (MEH7810, Handelsname von Meiwa,
Plastics Ind. Ltd., Hydroxyl-Äquivalent:
210 g/Äqu.,
Erweichungspunkt: 86°C)
- *9: I; Dicyclopentadien-Phenol-Harz (DPP-M, Handelsname von
Nippon Petrochemical Co., Hydroxyl-Äquivalent: 170 g/Äqu., Erweichungspunkt:
95°C)
- *10: J; Terpen-Phenol-Harz (Epicure MP402, Handelsname von Japan
Epoxy Resins Co., Ltd., Hydroxyl-Äquivalent: 175 g/Äqu., Erweichungspunkt:
125°C)
- *11: Bromiertes Epoxyharz (Epikote 5050, Handelsname von Japan
Epoxy Resins Co., Ltd., Epoxy-Äquivalent: 385
g/Äqu.,
Brom-Gehalt: 48%)
- *12: Kugelförmiges
Quarzglaspulver (ELSIL BF100, Handelsname von Nippon Aerosil Co.)
- *13: Epoxysilan (KBM-403, Handelsname von Shin-Etsu Chemical
Industry Co.)
- *14: Retention der Wendelströmung
der 96 Stunden lang unter einer Umgebung von 25°C und 50% RH behandelten Zusammensetzung
- *15: Gemessen mit Shore D
- *16: Feuchtigkeitsabsorption nach der Behandlung bei 85°C, 85% RH
und 300 Stunden
- *17: 16 Probenexemplare (80 pin QFP) wurden einer Feuchtigkeitsabsorption
bei 85°C
und 85% RH während 300
Stunden unterzogen und danach in ein Lötbad bei 260°C 10 Sekunden
lang eingetaucht. Die Anzahl der Probenexemplare mit Rissbildung
wurde gezählt.
- *18: UL94
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Wie
sich aus Tabelle 1 ergibt, besitzt jedes Formmaterial der Beispiele
1–6 ein
hervorragendes Gleichgewicht der Lagerstabilität (d. h. eine hohe Wendelströmungsretention),
Fluidität
(d. h. hohe Wendelströmung), Formbarkeit
(d. h. hohe Warmhärte
bei der Formentrennung), Feuchtigkeitsbeständigkeit (d. h. geringe Feuchtigkeitsabsorption)
und geringen Spannung (d. h. einen niedrigen Elastizitätsmodul)
und ist auch hervorragend, was die Lötrissbeständigkeit angeht, verglichen
mit den Formmaterialien der Vergleichsbeispiele A–C. Weiterhin
enthält
jedes der Formmaterialien der Beispiele 1–6 keinen schädlichen
Flammverzögerer
vom Halogentyp, und besitzt ein hervorragendes Flammverzögerungsvermögen.
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Die
Epoxyharzzusammensetzung zur Verkapselung von Halbleitern der vorliegenden
Erfindung besitzt eine niedrige Schmelzviskosität, eine hervorragende Lagerstabilität und Formbarkeit
und ergibt ein gehärtetes
Produkt mit einer hervorragenden Lötrissbeständigkeit und kann daher in
vorteilhafter Weise auf dem Gebiet der Halbleiterverkapselung eingesetzt
werden.