(57)【要約】【課題】従来の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の欠点を改善し、密着性と耐リフロークラック性の共に優れた封止用エポキシ樹脂組成物を提供すること。【解決手段】エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、無機質充填材およびシランカップリング剤を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、添加剤として２，４−ジヒドロキシピリジンを、好ましくは半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量中に占める比率で０．１〜１．５質量％含有させる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、無機質充填材およびシランカップリング剤を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、
添加剤として２，４−ジヒドロキシピリジンを含有することを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
前記２，４−ジヒドロキシピリジンの含有量が、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量中に占める比率で０．１〜１．５質量％である請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
前記請求項１または２に記載のエポキシ樹脂組成物を半導体の封止に用いたものであることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の封止に用いられるエポキシ樹脂組成物と、これを用いて封止された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子機器の小型化や薄肉化が進むにつれて、表面実装型半導体装置の利用分野はますます増大してきている。この種の半導体装置を作製する際に、表面実装型パッケージは直接はんだ温度に曝されため、パッケージが吸湿する様なことがあると、はんだ付け時に吸湿水分が急激に揮発膨張し、パッケージクラックを引き起こすことがある。
【０００３】
従って、パッケージの構成要素となる封止材は、高レベルの密着性を備えることは当然として、はんだ付け時の耐リフロークラック性においても優れた特性が求められる。そこで、はんだ付け時のクラック耐性、即ち耐リフロークラック性を改善するため、封止材の構成成分である無機質充填材を増量する高充填化法が試みられた。しかし、無機質充填材の高充填化は、成形時における封止材の流動性を低下させるため限界があり、耐リフロークラック性の大幅な改善は望めない。
【０００４】
そこで、エポキシ樹脂成分自体の性能向上によって耐リフロークラック性を改善すべく、硬化促進剤や第三成分の添加などを含めて幾つかの改良技術が提案されている（特許文献１，２，３など）。しかし、必ずしも満足し得るものは得られていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−８１１５８号公報
【特許文献２】特開２００１−１１２８９号公報
【特許文献３】特開２００３−８２１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の欠点を改善し、密着性と耐リフロークラック性の共に優れた封止用樹脂組成物を開発し、併せて高性能の半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決することのできた本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物とは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、無機質充填材およびシランカップリング剤を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、添加剤として２，４−ジヒドロキシピリジンを含有するところに特徴を有している。
【０００８】
本発明に係る上記エポキシ樹脂組成物において、その特徴である優れた密着性と耐リフロークラック性を両立させる上でより好ましい２，４−ジヒドロキシピリジンの含有量は、エポキシ樹脂組成物全量中に占める比率で０．１〜１．５質量％の範囲である。
【０００９】
また本発明の半導体装置とは、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物で半導体を封止してなるところに特徴を有している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、第三成分として含有させる２，４−ジヒドロキシピリジンの作用によって、半導体を封止する際に優れた密着性と耐リフロークラック性を発揮する。従って、これを半導体の封止材として用いるにより、コンパクトでより信頼性の高い半導体装置を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る実施の形態を詳細に説明していく。
【００１２】
本発明で用いるエポキシ樹脂は、封止用エポキシ樹脂材料として一般的に用いられているものであればその種類に格別の制限はなく、例えば、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、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニレン型エポキシ樹脂、ナフトール・アラルキル型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単独で使用できるほか、必要により任意の組み合わせで２種以上を併用できる。
【００１３】
上記エポキシ樹脂の中でも、密着性や耐リフロークラック性の観点からは、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂が好ましく、これらのうち１種以上を選択することが望ましい。また、求められる他の特性によっては、次のようなエポキシ樹脂を併用することも効果的である。即ち、硬化性の観点からはノボラック型エポキシ樹脂、低吸湿性の観点からはジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、耐熱性や低反り性の観点からはナフタレン型エポキシ樹脂やトリフェニルメタン型エポキシ樹脂、難燃性の観点からはビフェニレン型エポキシ樹脂やナフトール・アラルキル型エポキシ樹脂、がそれぞれ好ましく、これらを併用することで更なる性能向上を図ることができる。
【００１４】
本発明で用いるフェノール樹脂硬化剤は、エポキシ樹脂の硬化剤として一般に使用されるものであればその種類は特に制限されず、例えば、ノボラック型フェノール樹脂、ビフェニル型フェノール樹脂、アラルキル型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂などが挙げられ、これらも単独で使用できる他、必要により任意の組み合わせで２種以上を併用できる。
【００１５】
これらフェノール樹脂硬化剤の配合量は特に制限されないが、前記エポキシ樹脂中のエポキシ基数に対するフェノール樹脂硬化剤中のフェノール水酸基数の当量比（エポキシ基／フェノール水酸基）で、それぞれの未反応分を少なく抑える意味から０．５〜２とするのがよく、更に耐熱性や耐湿性を考慮すると、０．６〜１．３の範囲とするのがより好ましい。
【００１６】
また、上記フェノール樹脂硬化剤の効果を一層高めるため、硬化促進剤を添加することも有効である。硬化促進剤としては、エポキシ基とフェノール性水酸基の反応を促進するものであればその種類は問わず、例えばテトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレートやトリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、ジアザビシクロウンデセン等の三級アミン類、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類等が挙げられ、これらも単独で添加し得るほか、必要により２種以上を複合添加してもよい。
【００１７】
本発明で用いる無機質充填材としては、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコニア、チタニア等の粉体、ビーズ、繊維などが挙げられ、これらの無機質充填材は単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００１８】
上記無機質充填材の中でも、充填性や線膨張係数低減の観点からは溶融シリカが特に好ましく、また、無機質充填材の形状は充填性や金型摩耗性の観点からすると球形が好ましい。
【００１９】
無機質充填材の配合量は、密着性、耐リフロークラック性、あるいは更に、難燃性、成形性、吸湿性、線膨張係数低減、強度などの観点から、エポキシ樹脂組成物全量中に占める比率で７０〜９１質量％の範囲が好ましい。７０質量％未満では耐リフロークラック性が不足気味となり、９１質量％を超えると密着性が低下傾向となる。
【００２０】
本発明で用いるシランカップリング剤とは、一分子中に有機性官能基と加水分解性基を有しており、無機物とエポキシ樹脂との接着性を高める成分であり、例えば、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン等のアミノシラン；メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプトシラン；或いは、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のグリシドキシシラン等が挙げられ、これらも夫々単独で使用できる他、必要により２種以上を任意に組み合わせて使用できる。
【００２１】
シランカップリング剤の添加量も特に制限されないが、通常は、エポキシ樹脂組成物全量に占める比率で０．２〜０．６質量％、より好ましくは０．２〜０．４質量％の範囲であることが好ましい。
【００２２】
本発明では、上記成分に加えて、第三成分として２，４−ジヒドロキシピリジンを含有させるところに最大の特徴を有している。即ちこの成分は、封止用のエポキシ樹脂組成物として従来レベルを超える優れた密着性と耐リフロークラック性を与える上で必須の成分であり、その好ましい含有量は、エポキシ樹脂組成物全量中に占める比率で０．１〜１．５質量％の範囲である。
【００２３】
２，４−ジヒドロキシピリジンの添加によって密着性と耐リフロークラック性が大幅に改善される理由はまだ解明されていないが、金属との密着性が向上することによると考えられる。いずれにしても、エポキシ樹脂組成物中に適量の２，４−ジヒドロキシピリジンを含有させることで、密着性と耐リフロークラック性が大幅に改善されることは、後述する実施例で示す通りである。
【００２４】
本発明では、上記の他に、通常の封止用樹脂組成物に配合されることのある各種の成分、例えば、ステアリン酸、モンタン酸、モンタン酸エステル、リン酸エステルなどの離型剤；リン系化合物、ブロム化合物、三酸化アンチモンなどの難燃剤；カーボンブラック、有機染料などの着色剤などを、必要に応じて配合することができる。
【００２５】
上記配合成分からなる半導体封止用エポキシ樹脂組成物の調製法にも格別の制限はなく、常法に従って上記各成分を夫々秤量し、ミキシングロール、ブレンダー、押出機、らいかい機、プラネタリミキサ等によって混合又は溶融混練し、調製される樹脂組成物が固形である場合は、溶融混練した後に冷却固化してから粉砕すると、粉末状の樹脂組成物を得ることができる。また必要によっては、粉末状の樹脂組成物をタブレット状に打錠することもできる。
【００２６】
このようにして得られる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いた半導体装置の製造例を挙げると、例えば、Ｎｉを３５〜５０質量％程度含むＮｉ−Ｆｅ合金製のリードフレーム上に半導体素子をダイボンディングし、次にＡｕ等からなる細線ワイヤーを用いたワイヤボンディング法などでリードフレームと半導体素子を結線する。次いで、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体装置とワイヤーを樹脂封止する。
【００２７】
樹脂封止を行うに当たり、半導体封止用エポキシ樹脂組成物が固形である場合には、粉末状またはタブレット状の封止用エポキシ樹脂組成物をトランスファー成形などによって金型成形すればよく、封止用エポキシ樹脂組成物が液状である場合は、キャスティングやポッティング、印刷などの方法で注型・固化すればよい。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例、比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限されるものではない。
【００２９】
（実施例１〜４、及び、比較例１）
下記表１に示す各配合原料を秤量し、ブレンダーで３０分間混合して均一化する。次いで、８０℃に加熱した二本ロールで溶融混練してから押出し、冷却後、粉砕機で所定の粒度に破砕して粒状の封止材を得た。
【００３０】
なお、用いた配合原料は下記の通りである。
【００３１】
・エポキシ樹脂：ビフェニル型エポキシ樹脂（ＪＥＲ社製の商品名「ＹＸ４０００Ｈ」、エポキシ当量  １９５）
・フェノール樹脂硬化剤：フェノールアラルキル樹脂（三井化学社製の商品名「ＸＬ−２２５」、水酸基当量  １７６）
・無機質充填材：シリカ（電気化学社製の商品名「ＦＢ８２０」）
・シランカップリング剤：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学社製の商品名「ＫＢＭ４０３」）
・２，４−ジヒドロキシピリジン：和光純薬社製
・カーボンブラック：三菱化学社製の商品名「４０Ｂ」
・硬化促進剤：北興化学社製の商品名「ＴＰＰ」
・金型離型用ワックス：大日化学社製の商品名「Ｆ１−１００」
得られた封止用エポキシ樹脂組成物を使用し、下記の方法で評価試験を行なった。
【００３２】
（評価試験法と条件および評価基準）
〔トランスファー成形条件〕
金型温度：１７５℃
注入圧力：７０Ｋｇｆ／ｃｍ２
成形時間：９０秒
後硬化  ：１７５℃／６時間
〔スパイラルフロー〕
ＡＳＴＭ  Ｄ３１２３に準拠したスパイラルフロー測定金型を使用し、上記条件で成形を行ったときの流動距離（ｃｍ）を測定した。
【００３３】
〔耐リフロークラック性〕
Ｃｕリードフレームに、銀ペーストを用いて寸法８×９×０．４ｍｍのテスト用チップを搭載する。外形寸法２８×２８×３．２ｍｍの１６０ｐｉｎＱＦＰのパッケージを上記条件で成形し、８５℃、１０秒の条件でリフロー処理を行ってクラックの有無を確認し、試験パッケージ数に対するクラック発生パッケージ数で評価した。
【００３４】
結果を表１に一括して示す。
【００３５】
【表１】
2010189591.tif 000002
【００３６】
表１の結果から、本願発明に係る実施例１〜４の２，４−ヒドロキシピリジンを配合したエポキシ樹脂組成物は、２，４−ヒドロキシピリジンを配合していない比較例１のエポキシ樹脂組成物に比べて、明らかに耐リフロークラック性に優れていた。また、実施例１〜４のエポキシ樹脂組成物はスパイラルフローによる流動性も優れていた。さらに、２，４−ヒドロキシピリジンの配合割合が０．１〜０．５質量％の実施例１から３は特に、耐リフロークラック性に優れており、実施例４のように２，４−ヒドロキシピリジンの配合割合が比較的多くなった場合には、やや耐リフロークラック性が低下した。