(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）カーボンブラック以外の無機質充填剤、（Ｄ）カーボンブラックを必須成分とするエポキシ樹脂組成物において、（Ｄ）成分のカーボンブラックとして粒子径４５μｍ以上のグリッド及び二次凝集物粒子含有率が３０ｐｐｍ以下であるカーボンブラックを用いると共に、（Ｃ）成分の無機質充填剤として、粒子径４５μｍ以上の粒子含有率が２．０重量％以下であるものを用いたことを特徴とするチップ表面のアルミパターン配線又は金線の間隔が５０μｍ以下の半導体デバイス用である半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
上記カーボンブラックの添加量が（Ａ），（Ｂ）成分の合計量１００重量部に対して０．０１〜５．０重量部であることを特徴とする請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
請求項１又は２記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物にて封止された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信頼性、成形性に優れ、特にファインピッチ配線の半導体デバイス用として使用した場合にリーク不良などの電気特性不良発生の少ない硬化物を与える半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びその硬化物で封止された半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、半導体装置の高密度実装化・軽薄短小化に伴って配線数が増大し、チップ表面のアルミパターン配線・金線間のピッチ等がファイン化されてきている。特に金線間のピッチは従来１００μｍ以上であったものが、５０μｍ、更には４０μｍ以下になろうとしている。
【０００３】
このようなファインピッチ配線デバイスを封止材で成形する際、封止材の流動時に金線にダメージを与え、金線流れや、金線変形、断線などの成形性不良がしばしば発生する。
【０００４】
このため、ファインピッチ配線デバイスにおいて、成形時の金線流れ、金線切れを防止し、かつ金線間のリーク不良発生の少ない半導体封止用組成物及び半導体装置の開発が望まれている。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、信頼性、成形性に優れ、特にファインピッチ配線の半導体デバイス用として使用した場合に、金線流れ及びリーク不良などの電気特性不良発生の少ない硬化物を与える半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びその硬化物で封止された半導体装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を行った結果、エポキシ樹脂、硬化剤、無機質充填剤、カーボンブラックを含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、上記カーボンブラックとして、粒子径４５μｍ以上の粒子含有率が３０ｐｐｍ以下のものを使用することにより、成形性に優れ、特にファインピッチ配線の半導体デバイス用として使用した場合、リーク不良などの電気特性不良が低減し、優れた信頼性を与えることを知見した。
【０００７】
即ち、カーボンブラックは、着色剤として半導体封止用樹脂組成物の必須の成分である。通常カーボンブラックの一次粒子はサブミクロン以下と超微細であるが、４５μｍ以上のグリッドと呼ばれる粗粒塊や４５μｍ以上の二次凝集物などの粗粒が含まれている。これらカーボンブラックの粗粒が金線の間に留まった場合、カーボンブラックは導電性であるために、金線間でリーク不良などの特性不良が発生することを見出すと共に、４５μｍ以上の粗粒含有率を３０ｐｐｍ以下としたカーボンブラックを使用することにより、かかる問題を効果的に防止し得ることを知見した。なお、金線間のリーク防止のために有機染料を使用することは耐熱性や色調の面で十分でなく、問題の解決にはならない。またこの場合、無機質充填剤としても、粒子径４５μｍ以上の粒子含有率が２．０重量％以下のものを用いることが、より有効であることを知見し、本発明をなすに至った。
【０００８】
従って、本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）カーボンブラック以外の無機質充填剤、（Ｄ）カーボンブラックを必須成分とするエポキシ樹脂組成物において、（Ｄ）成分のカーボンブラックとして粒子径４５μｍ以上のグリッド及び二次凝集物粒子含有率が３０ｐｐｍ以下であるカーボンブラックを用いると共に、（Ｃ）成分の無機質充填剤として、粒子径４５μｍ以上の粒子含有率が２．０重量％以下であるものを用いたことを特徴とするチップ表面のアルミパターン配線又は金線の間隔が５０μｍ以下の半導体デバイス用である半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこのエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置を提供する。
【０００９】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明に用いられる（Ａ）成分のエポキシ樹脂としては、一分子中にエポキシ基を少なくとも２個有する化合物であれば、分子構造、分子量等は特に限定されない。エポキシ樹脂としては、例えば、一分子中に２個以上のエポキシ基があればいかなるものでも使用可能であるが、特に、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、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、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等のノボラック型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリフェノールプロパン型エポキシ樹脂等のトリフェノールアルカン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂などが例示され、これらの１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００１０】
本発明に用いられる（Ｂ）成分の硬化剤としては、（Ａ）成分のエポキシ樹脂中のエポキシ基と反応可能な官能基（例えばフェノール性水酸基、アミノ基、酸無水物基等）を２個以上（但し、酸無水物基は１個以上）有する化合物であれば、分子構造、分子量等は特に限定されない。硬化剤としては、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等のノボラック型フェノール樹脂、パラキシリレン変性ノボラック樹脂、メタキシリレン変性ノボラック樹脂、オルソキシリレン変性ノボラック樹脂等のキシリレン変性ノボラック樹脂、ビスフェノールＡ型樹脂、ビスフェノールＦ型樹脂等のビスフェノール型フェノール樹脂、ビフェニル型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、フェノールアラルキル型樹脂、ビフェニルアラルキル型樹脂、トリフェノールメタン型樹脂、トリフェノールプロパン型樹脂等のトリフェノールアルカン型樹脂及びその重合体等のフェノール樹脂等が例示され、いずれのフェノール樹脂も使用可能である。また、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、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミック酸等の酸無水物、アミン系硬化剤などを使用することもできるが、特に、低吸湿性のフェノール樹脂が信頼性に優れているため好ましい。これらの硬化剤は１種単独で又は２種以上混合して用いることができる。
【００１１】
硬化剤の配合量は特に制限されず、エポキシ樹脂の硬化有効量であり、例えばフェノール樹脂の場合、（Ａ）成分のエポキシ樹脂中に含まれるエポキシ基１モルに対して、（Ｂ）成分の硬化剤中に含まれるフェノール性ＯＨ基のモル比が０．５〜１．５であることが好ましい。
【００１２】
本発明に用いられる（Ｃ）成分の無機質充填剤としては、結晶性シリカ、球状あるいは破砕状の溶融シリカ等の非晶質シリカ、アルミナ、チッ化ケイ素などの後述するカーボンブラック以外のものが用いられるが、低線膨張係数、高流動性の面から、球状あるいは破砕状の非晶質シリカが好ましい。
【００１３】
この場合、無機質充填剤の平均粒子径は、通常０．１〜７５μｍ、好ましくは０．５〜３５μｍ、より好ましくは１〜２０μｍ程度とすることが好ましい。なお、本発明において、平均粒子径は、例えばレーザー光回折法による重量平均値（又はメジアン径）等として求めることができる。
【００１４】
また、成形時に半導体デバイスの金線などのダメージを少なくするためには、粗粒の少ない無機質充填剤、特にシリカが好ましく、ファインピッチ配線デバイスにおいては粒子径４５μｍ以上の粒子含有率が２．０重量％以下、好ましくは１．０重量％以下、より好ましくは０．５重量％以下のものを使用することが推奨される。粒子径４５μｍ以上の粒子が２．０重量％より多いと、半導体デバイスを成形する際に、金線にダメージを与え、金線流れ、金線の断線などの不良が発生しやすくなる。また、ＴＳＯＰ，ＴＱＦＰ，ＣＳＰなどの薄型パッケージを成形する時には、狭部への侵入性が悪くなり、未充填やボイドなどの成形性不良が発生しやすくなる。なお、粒子径４５μｍ以上の粒子含有率の測定方法は、湿式篩方法等が用いられる。
【００１５】
本発明の（Ｃ）成分の無機質充填剤の配合量は、（Ａ）エポキシ樹脂及び（Ｂ）硬化剤の合計量１００重量部に対し、２５０〜１０００重量部、好ましくは３５０〜９００重量部であることが望ましい。２５０重量部未満であると、線膨張係数が大きくなり、また組成物の硬化物の吸水量が多くなってしまう。また、１０００重量部を超えると、組成物の流動性が低下してしまい、成形が困難となるおそれがある。
【００１６】
本発明において、無機質充填剤はシランカップリング剤、チタネートカップリング剤などのカップリング剤であらかじめ表面処理することが低吸水性、耐衝撃性及び耐クラック性を更に向上させる点で好ましい。
【００１７】
カップリング剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシランのようなエポキシ官能性基含有アルコキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、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メトキシシランのようなアミノ官能性基含有アルコキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランのようなメルカプト官能性基含有アルコキシシランなどのシランカップリング剤を用いることが好ましい。ここで、表面処理に用いるカップリング剤量及び表面処理方法については特に制限されない。
【００１８】
本発明の（Ｄ）成分であるカーボンブラックは、特に限定されるものではないが、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ランプブラックなどの種類が使用でき、その形状も球状、破砕状、無定形状などいずれのものでもよく、これらは１種単独で又は２種以上を併用することができる。
【００１９】
本発明におけるカーボンブラックは、粒子径４５μｍ以上の粒子含有率が重量比率で３０ｐｐｍ以下、好ましくは２０ｐｐｍ以下のものである。粒子径４５μｍ以上の粒子が３０ｐｐｍを超えると、例えば金線間のピッチが５０μｍであるファインピッチ配線デバイスを封止する際、金線間にカーボン粒子が留まり、金線と接触し、カーボンブラックを通してショート不良が発生したり、またリーク不良が発生する。
【００２０】
なお、粒子径４５μｍ以上の粒子含有率は、ＪＩＳ  Ｋ  ６２１１に記載されている方法で測定される。使われる篩の例としては、４５μｍ間隔、ワイヤー内径２００μｍが挙げられる。
【００２１】
また、本発明のカーボンブラックの平均粒子径（凝集した２次粒子を含めた平均粒子径）は、０．１〜３５μｍ、特に１〜３０μｍ程度であることが好ましい。
【００２２】
本発明のカーボンブラックの添加量は、（Ａ）エポキシ樹脂と（Ｂ）硬化剤の合計量１００重量部に対して０．０１〜５重量部、好ましくは０．１〜３重量部が好ましい。添加量が０．０１重量部より少ないと、硬化物の色調が黒色になりにくく、また５重量部より多いと、成形時の流動性が低下することがある。
【００２３】
本発明において、（Ａ）エポキシ樹脂と（Ｂ）硬化剤との硬化反応を促進するため、硬化触媒を用いることが好ましい。硬化触媒は、硬化反応を促進させるものならば特に限定されず、汎用されているものを用いることができ、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−メチルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェニル）ホスフィン、トリフェニルホスフィン・トリフェニルボラン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレートなどの有機リン系化合物、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などの第３級アミン化合物、２−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などのイミダゾール化合物等を使用することができる。
【００２４】
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、無機質充填剤、及びカーボンブラックを必須成分とするものであるが、更に必要に応じて、ワックス類、有機染料などの着色剤、シランカップリング剤、イオントラップ剤、シリコーンポリマー，熱可塑性樹脂などの低応力化剤、界面活性剤、更には臭素化エポキシ樹脂，アンチモン化合物などの難燃剤などを本発明の目的を損なわない範囲で添加配合することができる。
【００２５】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を成形材料として調製する場合の一般的な方法としては、エポキシ樹脂、硬化剤、無機質充填剤、カーボンブラック、その他の添加物を所定の組成比で配合し、これをミキサー等によって十分均一に混合した後、熱ロール又はニーダー等による溶融混合処理を行い、次いで冷却固化させ、適当な大きさに粉砕して成形材料とすることができる。
【００２６】
こうして得られた成形材料は、半導体装置をはじめとする電子部品あるいは電気部品の封止、被覆に用いることができ、この成形材料を用いることにより、優れた特性と信頼性とを付与させることができる。
【００２７】
本発明の半導体装置は、上述す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することにより、容易に製造することができる。封止を行う半導体素子としては、特に限定されるものではないが、例えば集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード等が挙げられ、特にファインピッチ配線デバイスに用いた場合、優れた特性を発揮する。
【００２８】
半導体装置の最も一般的な封止方法としては、トランスファー成形法が挙げられる。また、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、成形の後に更に加熱して後硬化させることが好ましく、この後硬化は、１５０℃以上の加熱条件で行うことが望ましい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、半導体部品を成形する際の成形性に優れる。また、本発明の樹脂組成物の硬化物で封止した半導体装置は、電気特性、熱的特性、低吸水性、耐衝撃性に優れるとともに、特性のバランスが良好であり、特に半導体デバイスに使用した場合、金線流れ及びリーク不良などが少なく、信頼性の高いものである。
【００３０】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００３１】
［実施例１〜５、比較例１〜３］
表１に示した特性のシリカ、及び表２に示したカーボンブラックを用い、表３に示す成分を熱２本ロールにて均一に溶融混合し、冷却、粉砕して半導体封止用樹脂組成物を得た。
【００３２】
これらの組成物につき、次の（イ）〜（ニ）の諸試験を行った。結果を表３に併記する。
（イ）スパイラルフロー値
ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して、１７５℃、７０ｋｇｆ／ｃｍ2の条件で測定した。
（ロ）最低溶融粘度
高化式フローテスターで、ダイス１ｍｍφ×１０ｍｍ、プランジャー面積１００ｍｍ2を用いて１７５℃／荷重１０ｋｇｆで測定を行い、最低溶融粘度を算出した。
（ハ）金線流れ
サイズ６×６×０．３５ｍｍのチップがマウントされた２０×２０×１．０ｍｍのフラットパッケージを用い、金線間隔５０μｍ、金線径２５μｍ、金線長さ５ｍｍで配線したデバイスを、１７５℃、７０ｋｇｆ／ｃｍ2、１２０秒の成形条件で成形した。成形された成形物の金線流れ性を軟Ｘ線装置で観察した。成形キャビティのゲート側に最も近い位置の金線流れを測定した。金線が金線長さに対して３％以上流れているものを不良とした。
（ニ）リーク不良
上記（ハ）で成形したデバイスを１８０℃で４時間ポストキュアーしたものを８５℃／８５％ＲＨの恒温恒湿器に７２時間放置して吸湿させた後、金線間に流れる電流値を測定した。電流値が、１０μＡ以上のものを不良とした。
【００３３】
【表１】
0003729246.tif 000002
【００３４】
【表２】
0003729246.tif 000003
【００３５】
【表３】
0003729246.tif 000004
ビフェニル型エポキシ樹脂：油化シェル製ＹＸ−４０００ＨＫ（エポキシ当量１９０）
硬化剤：フェノールアラルキル樹脂、三井東圧製ＸＬ−２２５−３Ｌ（フェノール当量１６８）
臭素化ノボラック型エポキシ樹脂：日本化薬製ＢＲＥＮ−１０５（エポキシ当量２８０）
シランカップリング剤：γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、信越化学製ＫＢＭ−８０３
【００３６】
表３の結果より、本発明の半導体封止用樹脂組成物は、流動性に優れ、かつ本発明の組成物の硬化物で封止された半導体装置は金線流れがなく、電気特性不良が少ないことが実証された。