(57)【要約】【課題】硬化物の低弾性と高強度の双方を備える半導体封止用組成物を提供する。【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填剤を含む半導体封止用組成物において、（Ｄ）無機充填剤の平均粒径が１〜１５μｍであり且つ成分（Ａ）と成分（Ｂ）の合計１００重量部に対して１００〜１０００重量部で含まれ、該組成物が（Ｅ）シリコーンゴム粒子をさらに含み、該（Ｅ）シリコーンゴム粒子の平均粒径が０．１μｍ以上且つ（Ｄ）無機充填剤の平均粒径（ｄ５０）×０．２以下であり、及び該（Ｅ）シリコーンゴム粒子の含有量の（Ｄ）無機充填剤の含有量に対する比が０．０１〜０．０５である、ことを特徴とする半導体封止用組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填剤を含む半導体封止用組成物において、
（Ｄ）無機充填剤の平均粒径が１〜１５μｍであり且つ成分（Ａ）と成分（Ｂ）の合計１００重量部に対して１００〜１０００重量部で含まれ、
該組成物が（Ｅ）シリコーンゴム粒子をさらに含み、該（Ｅ）シリコーンゴム粒子の平均粒径が０．１μｍ以上且つ（Ｄ）無機充填剤の平均粒径（ｄ５０）×０．２以下であり、及び
該（Ｅ）シリコーンゴム粒子の含有量の（Ｄ）無機充填剤の含有量に対する比が０．０１〜０．０５である、ことを特徴とする半導体封止用組成物。
【請求項２】
（Ｅ）シリコーンゴム粒子が、シリコーンレジンを表面に備える、架橋されたポリジメチルシロキサンである、請求項１記載の組成物。
【請求項３】
（Ｄ）無機充填剤が、球状シリカまたはアルミナである、請求項１または２記載の組成物。
【請求項４】
（Ｂ）硬化剤が、フェノールノボラック樹脂又は酸無水物硬化剤である、請求項１〜３のいずれか１項記載の組成物。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の半導体封止用組成物の硬化物を備える半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の封止用組成物に関し、詳細には、所定の無機充填剤とシリコーンゴム粒子の組み合わせを含むことによって、耐熱衝撃性の高い硬化物を与える半導体封止用組成物、及びこれを用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置用の封止剤に求められる性能の１つに半導体装置内部の応力緩和が挙げられる。通常、半導体装置は単結晶ケイ素を主成分とするチップを、エポキシ樹脂等を主成分とするダイボンド剤を介して、金属或いはプラスチックを主成分とする基板に接合し、更にこれらをエポキシ樹脂と無機充填剤を主成分とする封止剤で保護する為、封止剤内部或いは封止剤と周辺部材との界面には、これらの構成部材の特性、即ち熱膨張や弾性率の相違による大きな応力が発生する。該応力を吸収または発散することが、上記応力緩和である。
【０００３】
応力を緩和する第１の方法として、エポキシ樹脂、或いは硬化剤にシロキサン骨格を導入することにより、硬化物の弾性率を低減する方法がある（特許文献１、２）。しかし、この方法では化学結合によりエポキシ樹脂、或いは硬化剤にシロキサン骨格を導入する為に、原料が化学結合を形成し得る官能基を分子内に有することが必要であり、原料の構造が限定される欠点を有する。
【０００４】
第２の方法として、樹脂組成物中に、シリコーン成分を配合する方法がある。例えば、無機充填剤と、シリコーンオイルまたはシリコーンゲルと、シリコーンゴムパウダーを添加する方法（特許文献３）、所定の多官能フェノール樹脂を硬化剤として用い、シリコーンゴム粒子を添加することにより応力を低減する方法（特許文献４、５）がある。
【特許文献１】特公昭６１−４８５４４公報
【特許文献２】特開２００２−２４９５８４号公報
【特許文献３】特開平８−５３６０２号公報
【特許文献４】特開２００５−２６４０３７号公報
【特許文献５】特開２００６−２３３０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、エポキシ樹脂とシリコーンゴムは、本来、相溶性に乏しく、例えば外的衝撃により、両者の界面が起点となり硬化物に欠陥が生じ易い。即ち、シリコーンゴム粒子の添加量に比例して硬化物の弾性率は低下するものの、機械的特性、例えば曲げ強度、も低下するという問題がある。そこで、本発明は低弾性と高強度を両立し得る半導体封止用組成物と、これを用いる半導体装置に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
即ち、本発明は（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填剤を含む半導体封止用組成物において、
（Ｄ）無機充填剤の平均粒径が１〜１５μｍであり且つ成分（Ａ）と成分（Ｂ）の合計１００重量部に対して１００〜１０００重量部で含まれ、
該組成物が（Ｅ）シリコーンゴム粒子をさらに含み、該（Ｅ）シリコーンゴム粒子の平均粒径が０．１μｍ以上且つ（Ｄ）無機充填剤の平均粒径（ｄ５０）×０．２以下であり、及び
該（Ｅ）シリコーンゴム粒子の含有量の（Ｄ）無機充填剤の含有量に対する比が０．０１〜０．０５である、ことを特徴とする半導体封止用組成物である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の組成物は低弾性率と機械的特性を両立し得、半導体装置の封止用途に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（Ａ）エポキシ樹脂
エポキシ樹脂としては、例えばノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、トリスヒドロキシメタン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン含有型エポキシ樹脂、アミノ基含有型エポキシ樹脂等が挙げられる。これら２種類以上の混合物であってもよい。好ましくはノボラック型エポキシ樹脂、或いはビスフェノール型エポキシ樹脂が使用される。
【０００９】
（Ｂ）硬化剤
硬化剤としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、トリスヒドロキシフェニルメタン型樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、ナフタレン含有型フェノール樹脂等のフェノール樹脂、ドデセニル無水コハク酸、ポリアジピン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物、ポリセバシン酸無水物、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキサンジカルボン酸無水物、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールビストリメリテート、グリセロールトリストリメリテート等の酸無水物、エチレンジミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジプロプレンジアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、ヘキサメチレンジアミン、メンセンジアミン、イソフォロンジアミン、ビス（４−アミノ−３−メチルジンクロヘキシル）メタン、ジアミノジンクロヘキシルメタン、ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、Ｎ−アミノエチルピペラジン、３，９−ビス（３−アミノプロピル）２，４，８，１０−テトラオキサスピロ（５，５）ウンデカン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン、ジアミノジエチルジフェニルメタン等のアミン等が挙げられる。これら２種類以上の混合物であってもよい。好ましくはフェノールノボラック樹脂、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジエチルジフェニルメタンが使用される。硬化剤の含有量は、エポキシ樹脂と硬化剤の当量比が０．８〜１．２であることが好ましい。
【００１０】
（Ｃ）硬化促進剤
硬化促進剤の種類は特に限定されず、例えば、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ（ｐ−トルイル）ホスフィン、トリ（ｐ−メトキシフェニル）ホスフィン、トリ（ｐ−エトキシフェニル）ホスフィン、トリフェニルホスフィン・トリフェニルボレート、テトラフェニルホスフィン・テトラフェニルボレート等の有機リン、イミダゾールは２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−フェニル-4-メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール等のイミダゾール、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のアミン等が挙げられる。これらの中から１種類、或いは２種類以上を任意に選択することができる。硬化促進剤の添加量は、（Ａ）と（Ｂ）の総計の１００重量部に対して、０．１〜１０重量部であることが望ましく、特に０．５〜５重量部であることが望ましい。硬化促進剤が０．１重量部未満である場合は硬化不十分になる恐れがある。また１０重量部より多い場合は保存性に支障をきたす恐れがある。
【００１１】
（Ｄ）無機充填剤
無機充填剤としては、シリカ、アルミナ、タルク、マイカ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、銀等が挙げられるが、半導体装置の封止用途に用いる場合はシリカ、アルミナが好ましい。該無機充填剤の平均粒径は１〜１５μｍ、好ましくは２〜１０μｍである。平均粒径が、前記下限値未満では、組成物の粘度が大きくなり、作業性に支障をきたす恐れがある。一方、前記上限値を超えると、樹脂成分と無機充填剤の膨張率の相違により、これらの界面に大きな応力が発生し、硬化物の強度に支障をきたす恐れがある。本発明において、平均粒径は、メジアン径（ｄ５０）であり、レーザー光回折法により測定することができる。
【００１２】
無機充填剤の含有量は、（Ａ）と（Ｂ）の総計の１００重量部に対して、１００〜１０００重量部、好ましくは２００〜９００重量部である。無機充填剤が前記下限値未満であれば、硬化物の膨張率が大きくなり、例えはチップと封止剤の界面に大きな応力が発生する恐れがある。一方、前記上限値より多いと、組成物の粘度が大きくなり、作業性に支障をきたす恐れがある。
【００１３】
無機充填剤の形状は特に限定されないが、後述するシリコーンゴム粒子が、無機充填剤の形成する空隙に充填され易いことから、球状であることが望ましい。
【００１４】
（Ｅ）シリコーンゴム粒子
シリコーンゴム粒子は、その平均粒径（ｄ５０）の前記（Ｄ）無機充填剤の平均粒径に対する比が０．２以下である。即ち、（Ｄ）無機充填剤の平均粒径が１μｍの場合には０．２μｍ以下であり、１５μｍの場合には３μｍ以下である。該粒径以下であると、無機充填剤の間隙に収まり易く、無機充填剤の効果を減じることが無い。また、粒径の下限値は、粒子間の流動性が良く及び粒子間の凝集が少ない点で０．１μｍ、好ましくは０．２μｍである。
【００１５】
該シリコーンゴム粒子としては、架橋されたポリジメチルシロキサンからなるもの、或いは、これの表面をシリコーンレジンで被覆したものが挙げられる。なかでも、樹脂成分とシリコーンゴム粒子の相溶性の点から、架橋されたポリジメチルシロキサンの表面をシリコーンレジンで被覆したものが望ましく、例えば、特開平７−１９６８１５号公報に記載された粒子が挙げられ、これらは商品名ＫＭＰ−６０５、Ｘ−５２−７０３０（信越化学工業製）として市販されている。
【００１６】
シリコーンゴム粒子の含有量は、（Ｄ）無機充填剤の含有量に対する比が０．０１〜０．０５、好ましくは０．０２〜０．０４、である。該範囲内であれば、シリコーンゴム粒子が、無機充填剤粒子の間隙を埋め、その結果として、両者がもたらす特徴、即ち無機充填剤の強度と、シリコーンゴム粒子の低弾性が、互いに妨げあうことなく、両立して出現し得るものと考えられる。上述のとおり、（Ｄ）無機充填剤の最大含有量が成分（Ａ）と（Ｂ）の総計の１００重量部に対して１０００重量部であるので、シリコーンゴム粒子は成分（Ａ）と（Ｂ）の総計の１００重量部に対して５０重量部未満で含まれる。該量より多いと、組成物の粘度が高くなり、作業性に支障をきたす恐れがある。
【００１７】
その他の成分
本発明の組成物は、難燃助剤、イオントラップ剤、顔料、希釈剤等が目的や用途に応じて任意に選択される。
【００１８】
組成物の製造方法
本発明の組成物の製造方法は、特に制限されず、成分や目的に応じて任意に選択される。通常はミキサー、ロール等を用い、混合して得られる。必要に応じて混合順序、時間、温度、気圧等の条件を制御することができる。
【００１９】
組成物の応用分野
本発明の組成物は、半導体装置の封止用途に好適に用いられる。特に応力緩和に優れることから高密度、高精度実装用途に好適である。
【００２０】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２１】
実施例
表１〜３に示す各成分の同表に示す量（重量部）を、２５℃において、プラネタリーミキサーで混合した後、８０℃の熱ロールで混練し、再度、２５℃のプラネタリーミキサーで混合し、各組成物を得た。得られた組成物について、後述する（ａ）〜（ｅ）の諸試験を行った。結果を表１〜３に示す。また、これらの表に示す各物質は、以下のとおりである。
【００２２】
使用原料
エポキシ樹脂Ａ（クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量２００、日本化薬製ＥＯＣＮ１０２０（６５））
エポキシ樹脂Ｂ（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、エポキシ当量１８０、日本化薬製ＲＥ３１０Ｓ）
硬化剤Ｃ（フェノールノボラック樹脂、エポキシ当量１１０、明和化成製ＤＬ９２）
硬化剤Ｄ（メチルヘキサヒドロ無水フタル酸／テトラヒドロ無水フタル酸＝７／３の混合物、当量１７２、新日本理化製リカシッドＭＨ７００）
硬化促進剤Ｅ（トリフェニルホスフィン、北興化学製ＴＰＰ）
硬化促進剤Ｆ（ビスフェノール型エポキシ樹脂／マイクロカプセル化されたアミン系化合物＝６０／４０〜７０／３０の混合物、旭化成製ノバキュアＨＸ３０８８）
無機充填剤Ｇ（球状溶融シリカ、平均粒径１２μｍ、最大粒径７５μｍ、龍森製ＣＳ１０３Ｈ）
無機充填剤Ｈ（球状溶融シリカ、平均粒径６μｍ、最大粒径２５μｍ、龍森製ＬＶＳ５１５Ｈ）
シリコーンゴム粒子Ｉ（シリコーン複合パウダー、平均粒径２μｍ、最大粒径５μｍ、信越化学工業製ＫＭＰ−６０５）
シリコーンゴム粒子Ｊ（シリコーン複合パウダー、平均粒径０．８μｍ、最大粒径２μｍ、信越化学工業製Ｘ−５２−７０３０）
シランカップリング剤Ｋ（γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業製ＫＢＭ−４０３）
【００２３】
試験方法
（ａ）曲げ弾性率
実施例１〜５、比較例１及び２の組成物は、１８０℃／３分でのトランスファー成型後に、更に１８０℃／４時間で硬化させ、実施例６〜１０、比較例３〜５の組成物は、１００℃／１時間＋１５０℃／４時間で硬化させ、ＪＩＳ６９１１に準じて、２５℃での曲げ弾性率を測定した。
【００２４】
（ｂ）曲げ強度
（ａ）と同様に硬化物を作成し、ＪＩＳ６９１１に準じて、２５℃での曲げ強度を測定した。
【００２５】
（ｃ）耐湿、耐半田試験
断面が図１に示す構造である試験片２０個を以下の手順で作成した。
信越化学製ＳＦＸ５１３Ｓ（ダイボンド剤）を、ＡＵＳ３８０（２０μｍ厚）を塗布したＢＴ基板（２００μｍ厚、３５ｍｍ×３５ｍｍ）上に、ステンシルマスク（ＳＵＳ製、５０μｍ厚、開口部寸法：１０ｍｍ×１０ｍｍ）とスキージ（ＳＵＳ製、５００μｍ厚、角度６０°）を用いて、速度１０ｍｍ／秒、圧力１０ｐｓｉの条件で印刷し、１２０℃／１０分の条件で半硬化させた。これにシリコンチップ（２００μｍ厚、１０ｍｍ×１０ｍｍ）を、５０℃（チップ）／２５℃（基板）／０．１ｋｇ／０．１秒の条件で搭載する。これを１２０℃／１時間＋１６５℃／２時間、窒素通気下で硬化させた。
これを各組成物で封止した。成型条件、及び硬化条件は、試験方法（ａ）及び（ｂ）で用いた条件に準ずる。
【００２６】
（ｄ）温度サイクル試験
（ｃ）の耐湿、耐半田試験で不良がなかった試験片を引き続き温度サイクル試験機に投入した。ここでの試験条件は−５５℃／３０分＋（−５５℃→１２５℃）／５分＋１２５℃／３０分＋（１２５℃→−５５℃）／５分を１サイクルとし、５００サイクル或いは１０００サイクルを施した後に、超音波索傷装置で剥離、クラック等の不良の有無を観測し、不良が見られる試験片数／総試験片数を算出した。
【００２７】
【表１】
2010059241.tif 000002
【００２８】
【表２】
2010059241.tif 000003
【００２９】
【表３】
2010059241.tif 000004
【００３０】
比較例２，４はシリコーンゴム粒子を含まない。これらで封止された装置では、耐湿・耐半田試験で、総ての試験片に不良が見られた。比較例１、３は、本発明の範囲よりもシリコーンゴム粒子が多く、比較例５はシリコーンゴム粒子が大きく、いずれも曲げ強度が低く、温度サイクル試験で不良が多く見られた。これらに対して、実施例の試験片はいずれの試験においても不良はなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の組成物は、半導体素子封止用の組成物として好適であり、信頼性の高い半導体装置を作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例で作成した装置の断面図である。
【図１】
2010059241.tif 000005