(57)【要約】【課題】連続成形における金型表面の汚染を効果的に抑制できる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供することを目的とする。また、該組成物で半導体素子を封止成形して形成される半導体装置を提供することを目的とする。【解決手段】エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、及び離型剤を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、前記離型剤が、パルミチン酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物を含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、及び離型剤を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、
前記離型剤が、パルミチン酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物を含む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】
前記反応生成物が、下記一般式（１）で表される化合物である請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化１】
2010100755.tif 000008
（式（１）中、ｍは、３〜１０００の整数を示す。）
【請求項３】
前記ｍが、５〜５００である請求項２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
前記反応生成物の含有量が、組成物全量の０．０５〜２質量％である請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
前記離型剤が、カルナバワックスをさらに含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子を封止成形して形成され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、半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び該組成物で半導体素子を封止成形して形成される半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、シリコンチップ等の半導体素子やリードフレーム等を封止材料で封止して半導体パッケージを形成することにより得られる。この封止材料としては、成形性、接着性、電気的特性、及び耐湿性等に優れているエポキシ樹脂組成物が挙げられる。
【０００３】
そして、エポキシ樹脂組成物を用いた封止方法としては、例えば、トランスファー成形により連続的に封止する方法等が挙げられる。具体的には、まず、エポキシ樹脂組成物からなる封止材料をトランスファー成形機に取り付けられた金型のポットに充填し、加熱して溶融させた後、溶融した封止材料をプランジャで加圧する。そうすることによって、溶融した封止材料が、金型のランナーやゲートを経由して、半導体素子等が予め配置されたキャビティに流入される。そして、流入された封止材料をさらに加熱することによって硬化させた後に、金型から離型することによって、封止材料で封止された半導体パッケージが得られる。
【０００４】
このような半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、及び無機充填剤等が含有されているとともに、一般的に、連続成形に対応するために離型剤が含有されている。この離型剤としては、従来から、例えば、ステアリン酸及びモンタン酸等の長鎖脂肪酸、該長鎖脂肪酸のエステル、天然又は合成のカルナバワックス、ポリエチレン及びポリプロピレン等のポリオレフィン、及びポリアルキレンオキシド等が用いられている。そして、離型性等の向上のために、変性オルガノポリシロキサンやアミノ基含有変性ポリシロキサン等のシロキサン化合物をさらに含有させることが検討されている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【特許文献１】特開２００５−１５６９３号公報
【特許文献２】特開２００３−１０５０５７号公報
【特許文献３】特開２００６−１８２８０２号公報
【特許文献４】特開平７−７８９１３号公報
【特許文献５】特開２０００−１０３９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜５によれば、前記シロキサン化合物をさらに含有させることによって、離型性等を高めることができることが開示されている。しかしながら、連続成形、例えば、上記のようなトランスファー成形を連続的に行うと、金型表面に離型剤が蓄積し、そのことによる金型表面の汚染を充分に抑制することは困難であった。また、この金型表面が汚染されていると、半導体パッケージ表面の外観不良が発生するおそれがあるので、金型表面が汚染される度に、金型を洗浄しなければならず、生産性が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は、連続成形における金型表面の汚染を効果的に抑制できる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供することを目的とする。また、該組成物で半導体素子を封止成形して形成される半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、及び離型剤を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、前記離型剤が、パルミチン酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物を含むことを特徴とするものである。
【０００８】
このような構成によれば、連続成形における金型表面の汚染を効果的に抑制できる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供することができる。このような半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いることによって、金型洗浄の周期を従来より長くすることができ、よって、半導体封止における生産性を向上させることができる。
【０００９】
このことは、以下のことによると推察される。
【００１０】
前記反応生成物のパルミチン酸部分によって、金型に対する離型性を充分に高めることができる。そして、前記反応生成物のポリシロキサン部分によって、無機充填材等の、エポキシ樹脂組成物の各成分に対する親和性を高めることができるので、反応生成物が、離型後、金型表面に残存することが少ない。従って、連続成形における金型表面の汚染を効果的に抑制できると考えられる。
【００１１】
また、前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、前記反応生成物が、下記一般式（１）で表される化合物であることが好ましい。
【００１２】
【化１】
2010100755.tif 000002
【００１３】
（式（１）中、ｍは、３〜１０００の整数を示す。）
このような構成によれば、連続成形における金型表面の汚染をより効果的に抑制できる。
【００１４】
また、前記ｍが、５〜５００であることが好ましい。このような構成によれば、連続成形における金型表面の汚染をより効果的に抑制できる。
【００１５】
また、前記反応生成物の含有量が、組成物全量の０．０５〜２質量％であることが好ましい。このような構成によれば、連続成形における金型表面の汚染をより効果的に抑制できる。
【００１６】
また、前記離型剤が、カルナバワックスをさらに含むことが好ましい。このように、前記反応生成物をカルナバワックスと併用することによって、連続成形における金型表面の汚染の抑制する効果をより安定して発揮される。
【００１７】
また、本発明の半導体装置は、前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子を封止成形して形成されることを特徴とするものである。
【００１８】
このような構成によれば、連続成形によって封止しても、外観の良好な半導体装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、連続成形における金型表面の汚染を効果的に抑制できる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供することができる。また、該組成物で半導体素子を封止成形して形成される半導体装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、及び離型剤を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、前記離型剤が、パルミチン酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物を含むことを特徴とするものである。
【００２１】
前記エポキシ樹脂としては、特に限定なく使用でき、半導体封止用エポキシ樹脂に使用される公知のエポキシ樹脂を使用することができる。具体的には、例えば、Ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等の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、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂やビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等のブロム含有エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの中では、パッケージ強度、成形性及びコストのバランスの点から、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。また、前記エポキシ樹脂としては、上記各エポキシ樹脂を単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。また、前記エポキシ樹脂のエポキシ当量としては、９０〜３００であることが好ましい。エポキシ当量が小さすぎると、反応性がやや低下するという傾向があり、また、大きすぎると、反応硬化後の強度がやや低下するおそれがある。また、臭素化エポキシ樹脂を含有させることによって、難燃性が高まるので、難燃性を高くする必要がある場合に含有させると好ましい。
【００２２】
また、前記エポキシ樹脂の含有量は、特に限定されないが、エポキシ樹脂組成物全量に対して、７〜３５質量％であることが好ましい。前記エポキシ樹脂が少なすぎると、粘度が上昇し、流動特性が低下するという傾向があり、また、多すぎると、反応硬化後の強度が低下するという傾向がある。
【００２３】
前記硬化剤としては、前記エポキシ樹脂を硬化させるためのものであれば、特に限定なく使用でき、公知の硬化剤を使用することができる。具体的には、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂等のノボラック樹脂、クレゾールアラルキル樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノールナフトールアラルキル樹脂等のナフトールアラルキル樹脂等の、各種多価フェノール化合物又はナフトール化合物、ビスフェノールＡ等のビスフェノール化合物、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水ピロメリット酸等の酸無水物等が挙げられる。これらの中では、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等の、各種多価フェノール化合物又はナフトール化合物が好ましく、フェノールノボラック樹脂がより好ましい。また、前記硬化剤としては、上記各硬化剤を単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
【００２４】
前記硬化剤の含有量は、特に限定されないが、エポキシ樹脂に対する割合（硬化剤／エポキシ樹脂）が、当量比で、０．５〜１．５であることが好ましく、０．８〜１．２であることが好ましい。硬化剤の含有量が少なすぎる場合、硬化不足になり、硬化物の形状安定性が不充分となる傾向がある。また、硬化剤の含有量が多すぎる場合、経済的に不利であり、フリーのフェノール等が残存し、得られた半導体装置の信頼性にも悪影響を与える。
【００２５】
また、前記エポキシ樹脂組成物は、硬化反応を促進するために硬化促進剤を含有するのが通常である。前記硬化促進剤としては、前記エポキシ樹脂と前記硬化剤との硬化反応を促進することができるものであれば、特に制限することなく使用することができる。具体的には、例えば、２−メチルイミダゾールや２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリメチルホスフィン等の有機ホスフィン類、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（ＤＢＵ）、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミン等の三級アミン類等が挙げられる。これらは、単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２６】
前記硬化促進剤の含有量は、全樹脂成分（エポキシ樹脂と硬化剤の合計量）に対して、０．１〜２質量％であることが好ましい。硬化促進剤の含有量が少なすぎると、硬化促進効果を高めることができない傾向にある。また、多すぎると、成形性に不具合を生じる傾向があり、また、硬化促進剤の含有量が多すぎて経済的に不利となる傾向がある。
【００２７】
前記無機充填材としては、従来公知の無機充填材を用いることができる。具体的には、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、アルミナ、窒化珪素、マグネシア、クレー、タルク、ケイ酸カルシウム、アスベスト、ガラス繊維及びガラス球等が挙げられる。これらは、単独でも、２種以上を組み合わせて用いてもよい。前記無機充填材の含有量は、エポキシ樹脂組成物全量の６０〜９３質量％であることが好ましい。
【００２８】
前記離型剤としては、パルミチン酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物を含む。なお、前記パルミチン酸は、下記式（２）で表される炭素数１４の長鎖飽和脂肪酸である。
【００２９】
ＣＨ３（ＣＨ２）１２ＣＯＯＨ    （２）
前記アミノ基含有ポリシロキサンとしては、前記パルミチン酸のカルボキシル基と反応してアミド結合を形成するアミノ基を、１又は２以上有するポリシロキサンであればよい。具体的には、例えば、下記一般式（３）〜（５）で表されるアミノ基含有ポリシロキサン等が挙げられる。
【００３０】
【化２】
2010100755.tif 000003
【００３１】
【化３】
2010100755.tif 000004
【００３２】
【化４】
2010100755.tif 000005
【００３３】
前記反応生成物は、前記パルミチン酸と前記アミノ基含有ポリシロキサンとを反応させて得られた生成物であればよい。前記パルミチン酸と前記アミノ基含有ポリシロキサンとの反応は、例えば、前記パルミチン酸と前記アミノ基含有ポリシロキサンとを溶媒に溶解させた後、加熱攪拌させることによって行うことができる。また、前記加熱としては、例えば、煮沸還流等が挙げられる。
【００３４】
また、前記溶媒としては、前記パルミチン酸及び前記アミノ基含有ポリシロキサンをともに溶解させることができ、さらに、前記パルミチン酸と前記アミノ基含有ポリシロキサンとのいずれとも反応しないものであれば、特に制限なく使用できる。具体的には、例えば、ジクロロエタンやクロロホルム等の有機ハロゲン化物、メチルケトンやイソブチルケトン等のケトン化合物、エーテル化合物、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）等のアミド化合物、スルホキシド化合物等が挙げられる。
【００３５】
そして、前記反応生成物としては、下記一般式（１）で表される化合物であることが好ましい。
【００３６】
【化５】
2010100755.tif 000006
【００３７】
なお、前記ｍは、３〜１０００であることが好ましく、５〜５００であることがより好ましい。ｍが小さすぎると、エポキシ樹脂組成物の各成分に対する無機充填材等の親和性を高める効果が小さくなるという傾向があり、また、大きすぎると、エポキシ樹脂組成物に対する反応生成物自身の親和性が低下するという傾向がある。
【００３８】
また、前記一般式（１）で表される化合物は、前記パルミチン酸と上記一般式（３）で表されるアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物である。この化合物は、例えば、以下のようにして得られる。まず、前記パルミチン酸と前記アミノ基含有ポリシロキサンとを、カルボキシル基とアミノ基との割合（カルボキシル基／アミノ基）が当量比で１となるように、溶媒であるイソブチルケトンに溶解させて、３時間煮沸還流する。そうすることによって、前記パルミチン酸と前記アミノ基含有ポリシロキサンとが反応する。そして、溶媒を減圧除去することによって、前記パルミチン酸と前記アミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物が得られる。
【００３９】
また、前記反応生成物の含有量が、組成物全量の０．０５〜２質量％であることが好ましく、０．１〜１質量％であることがより好ましい。前記反応生成物の含有量が少なすぎると、エポキシ樹脂組成物の各成分と無機充填材等との親和性を高める効果が低下するという傾向があり、また、多すぎると、反応硬化後の強度が低下するという傾向がある。したがって、前記反応生成物の含有量が、前記範囲内であると、連続成形における金型表面の汚染をより効果的に抑制できる。
【００４０】
前記離型剤としては、前記反応生成物以外の離型剤を含有していてもよい。この離型剤としては、公知の離型剤を使用することができる。具体的には、例えば、カルナバワックス、脂肪酸アミド、カルボシキル基含有ポリオレフィン、ステアリン酸、モンタン酸、エルカ酸等の脂肪酸、該脂肪酸のエステル等が挙げられる。これらの中では、カルナバワックスが好ましい。前記反応生成物をカルナバワックスと併用することによって、連続成形における金型表面の汚染の抑制する効果をより安定して発揮される。また、これらの離型剤は、単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４１】
前記エポキシ樹脂組成物には、上記以外の組成として、本発明の目的とする所望の特性を阻害しない範囲で従来公知の添加剤、例え、シランカップリング剤、難燃剤、着色剤、シリコーン可とう剤、及びイオントラップ剤等を必要に応じて添加してもよい。
【００４２】
前記シランカップリング剤としては、例えば、γ−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、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランやγ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のグリシドシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシラン等が挙げられる。
【００４３】
前記難燃剤としては、例えば、酸化チタンや酸化アンチモン等の金属酸化物、水酸化マグネシウムや水酸化アルミニウム等の金属水酸化物、赤リンや有機リン等のリン系難燃剤等が挙げられる。また、前記金属酸化物や前記金属水酸化物は、チタネート系カップリング剤等で予め表面処理されたものであってもよい。
【００４４】
前記着色剤としては、例えば、カーボンブラックや染料等が挙げられる。また、前記シリコーン可とう剤としては、例えば、シリコーンエラストマ、シリコーンオイル、シリコーンゲル、シリコーンゴム等が挙げられる。
【００４５】
前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製するにあたっては、まず、前記エポキシ樹脂、前記硬化剤、前記無機充填材、前記離型剤、及び必要に応じて前記硬化促進剤や前記各添加剤を所定の含有量となるように、タンブラーミキサーやヘンシェルミキサー等のミキサーやブレンダー等で均一に混合した後、ニーダー、ロール、ディスパー、アジホモミキサー、及びプラネタリーミキサー等で加熱しながら混練することによって製造することができる。また混練後に、必要に応じて冷却固化し、粉砕して粉状に形成してもよい。また、得られた粉末を打錠して得られるタブレットの形状にしてもよいし、加熱混練で溶融し型内で冷却固化したタブレットの形状にしてもよいし、加熱混練で溶融し押し出してさらに切断したペレットの形状にしてもよい。また、混練時の温度としては、硬化反応が生じない温度範囲である必要があり、エポキシ樹脂及び硬化剤の組成にもよるが、７０〜１５０℃程度で溶融混練することが好ましい。
【００４６】
半導体装置を構成する半導体素子や基板等の部材を前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物で封止することによって、半導体装置を製造することができる。具体的には、リードフレームや基板等に半導体素子を搭載した後、所定の封止領域を前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物で封止することにより半導体装置が得られる。この封止の手段としては、トランスファー成形、インジェクション成形、注型成形等により、半導体素子を搭載したリードフレームや基板等を金型内のキャビティに配置した後、キャビティに前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を充填し、これを加熱して硬化させる方法が挙げられる。ここでの金型の温度は、１２０〜２５０℃程度であることが好ましく、１５０〜２００℃程度であることが好ましい。また、トランスファー成形を採用した場合の金型の温度は、例えば、１６５〜１８５℃、成形時間５０〜１２０秒間に設定することができるが、金型の温度や成形時間及びその他の成形条件は、従来の封止成形と同様に設定することができ、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の材料の種類や製造される半導体装置の種類によって適宜設定変更できる。また、必要に応じて後硬化処理、例えば、１５０〜２００℃程度で、２〜１６時間の後硬化処理を施してもよい。この半導体装置は、連続成形における金型表面の汚染を効果的に抑制できる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止成形するので、連続成形によって封止したとしても、外観の良好なものとなる。
【００４７】
以下に、本発明を実施例により、さらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に
限定されるものではない。
【実施例】
【００４８】
表１に示す配合割合（質量部）で、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、及び離型剤等の各成分をブレンダーで３０分間混合し均一化した後、９０℃に加熱したニーダーで溶融混練し、冷却後、粉砕機で粉砕して粒状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製した。なお、実施例及び比較例においては次の原材料を用いた。
【００４９】
Ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂：住友化学株式会社製のＥＳＣＮ  １９５ＸＬ（エポキシ当量１９５）
ブロム化エポキシ樹脂：住友化学株式会社製のＥＳＢ４００Ｔ（エポキシ当量４００）
フェノールノボラック樹脂：荒川化学工業株式会社製のタマノール７５２（水酸基当量１０４）
結晶シリカ：平均粒子径２５μｍ
パルミチン酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物：上記一般式（１）で表される化合物
カルナバワックス：大日化学工業株式会社製のＦ１−１００
ＴＰＰ：トリフェニルホスフィン（北興化学工業株式会社製のＴＰＰ）
カーボンブラック：三菱化学株式会社製の♯４０
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン：信越化学工業株式会社製のＫＢＭ４０３
なお、上記一般式（１）で表される化合物は、前記の方法によって、パルミチン酸と前記一般式（２）で表されるアミノ基含有ポリシロキサンとを反応させて得られたものである。
【００５０】
上記のように調製した各組成物を用いて、以下に示す方法により評価を行った。
【００５１】
（クリーニングサイクル）
洗浄後の金型でＴＯ−２２０パッケージ（１フレーム２０キャビティ）にて連続して成形し、形成されたパッケージの汚れ具合を目視により観察した。そして、次の洗浄が必要になるまでのショット数（クリーニングサイクル）を数えた。なお、次の洗浄が必要になるまでとは、形成されるパッケージに目視により確認可能な汚れが発生するまでである。
【００５２】
ＴＯ−２２０パッケージ：８ｍｍ×８ｍｍ角、厚み３．５ｍｍ
金型温度：１７５℃
注入圧力：７０ｋｇｆ／ｃｍ２（約６８６ｋＰａ）
成形時間：９０秒間
なお、離型性が低く、所定の形状のパッケージが形成されなかった場合は、「−」と評価した。
【００５３】
評価の結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
2010100755.tif 000007
【００５５】
表１からわかるように、離型剤として、パルミチン酸とアミノ基含有ポリシロキサンとの反応生成物を含む場合（実施例１〜６）、離型剤を含まない場合（比較例１）及び前記反応生成物以外の離型剤のみしか含まない場合（比較例２〜４）と比較して、クリーニングサイクルが長かった。
【００５６】
また、一般式（１）におけるｍが５０である反応生成物を含む実施例１及び実施例６は、ｍが５未満や５００を超える反応生成物を含む、他の実施例（実施例２〜５）と比較して、クリーニングサイクルがより長かった。また、前記反応生成物とカルナバワックスとを併用している実施例６は、クリーニングサイクルが最も長かった。