(57)【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において、予め脂肪酸アミドと溶融混合させたカルナバワックスのエチレンオキサイド付加物を離型剤として用いて成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】
離型剤として、カルナバワックスのエチレンオキサイド付加物のほか、エポキシ基とポリエーテル基の両方を含有するポリシロキサンを併用して成ることを特徴とする請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
カルナバワックスのエチレンオキサイド付加物を半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０３〜３質量％含有して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の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して成ることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を封止するために用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びこれを用いて封止した半導体装置に関するものであり、特にニッケルメッキが施されたリードフレームとの密着性が良好であり、かつ金型のクリーニング周期を向上させることができる半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子等の電子部品を封止するにあたっては、セラミック材料やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が一般的に用いられている。中でもエポキシ樹脂を封止材として用いる樹脂封止による方法は、経済性と性能のバランスの点で好ましく、従来より広く行われている。
【０００３】
例えば、半導体素子を樹脂封止して半導体装置を製造するにあたっては、金属製のリードフレームに半導体素子を搭載し、半導体素子とリードフレームとをボンディングワイヤー等の金属ワイヤーを用いて電気的に接続した後に、これを金型にセットし半導体素子の全体とリードフレームの一部をエポキシ樹脂等の封止材でトランスファー成形することによって、行われている。
【０００４】
ここで、上記のように樹脂封止する際には、リードフレーム及び半導体素子と封止材との密着性が重要となる。なぜなら、もしこれらの密着力が不十分であるとこれらの界面にエアーが侵入して残存し、半導体素子とリードフレームとをつないでいる金属ワイヤーや半導体素子自体を腐食させたり、半導体素子より発生する熱を外部に充分に逃がすことができなくなったりして、半導体装置としての機能が低下するからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そして、特にリードフレームとして広く用いられている、銅にニッケルメッキを施したものは、表面が化学的に非常に不活性であるために、通常の封止材とは接着させにくく、良好な半導体装置を得ることは困難であった。
【０００６】
また一般に、封止材中には離型剤として様々なワックス類を添加して、成形品を金型から脱型しやすくしているが、従来のワックス類では、封止材とリードフレーム及び半導体素子との界面にブリードし、これらの密着力を低下させてしまうという問題があった。さらに、上記ワックス類は封止材の表面にもブリードするため、金型が汚染されやすくなり、連続成形時においては金型を頻繁に洗浄しなければならなくなって、半導体装置製造の作業効率が低下するという問題もあった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、銅にニッケルメッキを施して得られるリードフレームとの密着性が特に良好であり、かつ金型の洗浄頻度が低く連続成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いて封止した半導体装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る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において、予め脂肪酸アミドと溶融混合させたカルナバワックスのエチレンオキサイド付加物を離型剤として用いて成ることを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項２の発明は、請求項１において、離型剤として、カルナバワックスのエチレンオキサイド付加物のほか、エポキシ基とポリエーテル基の両方を含有するポリシロキサンを併用して成ることを特徴とするものである。
【００１１】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、カルナバワックスのエチレンオキサイド付加物を半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０３〜３質量％含有して成ることを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項４に係る半導体装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の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して成ることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
本発明に係る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ものである。
【００１５】
エポキシ樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えばｏ−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、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ブロム化エポキシ樹脂等を用いることができる。エポキシ樹脂は半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して７〜３５質量％の範囲で使用することができる。
【００１６】
また硬化剤としては、特に限定されるものではないが、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、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、各種多価フェノール化合物あるいはナフトール化合物を用いることができる。ここで、エポキシ樹脂と硬化剤との当量比は０．５〜１．５が好ましく、より好ましくは０．８〜１．２である。
【００１７】
また無機充填材としては、特に限定されるものではないが、例えば結晶シリカや溶融シリカのほか、アルミナや窒化珪素等を用いることができる。無機充填材は半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して６０〜９３質量％の範囲で使用することができる。
【００１８】
そして離型剤としては、カルナバワックスのエチレンオキサイド付加物を用いるものである。本発明においてカルナバワックスのエチレンオキサイド付加物とは、カルナバワックスの主成分であるエステル分子中に、エチレンオキサイドによる結合（−ＯＣＨ2ＣＨ2−）が１又は２以上存在するものを意味する。この具体例としては、明成化学工業（株）製のものを挙げることができるが、このものは主成分がＣＨ3（ＣＨ2）mＣＯ（ＯＣＨ2ＣＨ2）kＯ（ＣＨ2）nＣＨ3（ｍ＝１２〜４０，ｎ＝１２〜５０，ｋ＝４〜５０）である。
【００１９】
上記カルナバワックスのエチレンオキサイド付加物を離型剤として封止材に添加しておくと、封止材とリードフレーム及び半導体素子との界面におけるブリードの発生が著しく抑制され、密着力の低下を防止することができるものである。この効果は、たとえリードフレームの表面が化学的に非常に不活性であっても充分に得ることができる。すなわち上記の離型剤であれば、エポキシ樹脂による接着作用を阻害することがなくなり、エポキシ樹脂の特性である接着性を充分に発揮させることが可能となるので、銅にニッケルメッキを施して得られるリードフレームに対しても、密着力を確保することができるものである。
【００２０】
しかもブリードの発生が抑制されるのは、封止材とリードフレーム及び半導体素子との界面のほか、封止材の表面についても同様であるため、ブリードに起因する金型の汚染が著しく防止されることとなる。そのため上記封止材を用いて連続成形する際には、金型を洗浄してから次に洗浄するまでのクリーニング周期を引き延ばすことができ、つまり金型を洗浄する頻度を低下させることができ、優れた連続成形性を得ることができるものである。
【００２１】
カルナバワックスのエチレンオキサイド付加物の含有量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０３〜３質量％であることが好ましく、０．０３〜１質量％であることが、より好ましい。含有量が０．０３質量％未満であると、離型剤としての効き目を得ることができなくなるおそれがあり、逆に３質量％を超えると、ブリードが発生して金型が汚染されやすくなって連続成形性が低下するおそれがある。
【００２２】
また離型剤としては、予め脂肪酸アミドと溶融混合させたカルナバワックスのエチレンオキサイド付加物を用いる。脂肪酸アミドとしては、飽和・不飽和を問わず、分子量や構造についても特に制限されるものではなく、例えばオレイン酸アミドを用いることができる。カルナバワックスのエチレンオキサイド付加物と脂肪酸アミドから溶融混合物を調製するにあたっては、例えば、既述の明成化学工業（株）製のカルナバワックスのエチレンオキサイド付加物とオレイン酸アミドとを１２０℃で融解し、ディスパーで１５分間溶融混合した後、冷却・粉砕することによって、行うことができる。このようにして得られる溶融混合物を離型剤として用いると、連続成形性についてより良く効果が発揮されるものである。なお、カルナバワックスのエチレンオキサイド付加物と脂肪酸アミドとの混合比は、特に限定されるものではない。
【００２３】
また離型剤としては、カルナバワックスのエチレンオキサイド付加物のほか、エポキシ基とポリエーテル基の両方を含有するポリシロキサンを併用することもできる。このようにすると、封止材とリードフレーム及び半導体素子との密着力を高めることができるものであるが、特に、銅にニッケルメッキを施して得られるリードフレームと封止材との密着性をさらに良好に得ることができるものである。しかもブリードの発生が一層抑制されるに伴い、金型の洗浄頻度がさらに低下し、連続成形性をより高く得ることができるものである。詳しく説明すると、上記ポリシロキサンにおけるエポキシ基が半導体封止用エポキシ樹脂組成物中のフェノールノボラック樹脂等の硬化剤と反応して上記ポリシロキサン自身がブリードするのを阻止する働きをするものであり、また上記ポリシロキサンにおけるポリエーテル基がワックス等の離型剤の上記組成物全体に対する分散性を高める働きをするものである。なお、上記ポリシロキサンとしては、分子量や官能基当量について特に制限されるものではない。
【００２４】
また離型剤としては、カルナバワックスのエチレンオキサイド付加物による効果を阻害しない範囲内であれば、必要に応じて天然カルナバワックス、脂肪酸アミド、ステアリン酸、モンタン酸アミド、脂肪酸エステル、カルボキシル基含有ポリオレフィン等を併用することができる。
【００２５】
また、本発明において半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製する際には、硬化促進剤やシランカップリング剤等を用いることができる。
【００２６】
硬化促進剤としては、特に限定されるものではないが、例えば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のほか、トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）、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３級アミン等を用いることができる。
【００２７】
またシランカップリング剤としては、特に限定されるものではないが、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のほか、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、またアミノシラン等も用いることができる。
【００２８】
その他、三酸化アンチモン等の難燃剤、カーボンブラック等の着色剤、シリコーン可撓剤等を添加することもできる。
【００２９】
本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材及び離型剤を必須成分とし、さらに必要に応じてその他の成分を配合し、これをミキサーやブレンダー等で均一に混合した後に、ニーダーやロールで加熱混練することによって、調製することができるものである。この混練物を必要に応じて冷却固化し、粉砕して粉状等にして使用するようにしてもよい。
【００３０】
そして、上記のようにして調製した半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止成形することによって、半導体装置を製造することができる。例えば、ＩＣ等の半導体素子を搭載したリードフレームをトランスファー成形用金型にセットし、トランスファー成形を行うことによって、半導体素子を上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物による封止材で封止した半導体装置を製造することができるものである。このとき、封止材の表面にブリードは見られないか、あるいは見られたとしてもごく微量であるので、連続成形時において金型に汚れがない状態から一定量の汚れが金型に付着するまでの成形回数を増加させることができ、半導体装置製造の作業効率を高めることができるものである。
【００３１】
しかも、上記のようにして製造した半導体装置にあって、リードフレーム及び半導体素子と封止材との界面にもブリードは見られないか、あるいは見られたとしてもごく微量であるので、密着力の低下が防止され、半導体装置としての機能を充分に確保することができるものである。特に、銅にニッケルメッキを施して得られるリードフレームを用いて製造された半導体装置にあっては、封止材中のエポキシ樹脂の特性を充分に発揮させることができ、リードフレームと封止材との密着力が高められて、信頼性に優れた良好な半導体装置を得ることができるものである。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００３３】
（実施例１、２及び比較例１〜１０）
エポキシ樹脂として、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂である住友化学工業（株）製「ＥＳＣＮ１９５ＸＬ」（エポキシ当量１９５）及びブロム化エポキシ樹脂である住友化学工業（株）製「ＥＳＢ４００Ｔ」（エポキシ当量４００）を用いた。
【００３４】
また硬化剤として、フェノールノボラック樹脂である荒川化学工業（株）製「タマノール７５２」（水酸基当量１０４）を用いた。
【００３５】
また無機充填材として、結晶シリカ（平均粒径２５μｍ）を用いた。
【００３６】
また離型剤として、カルナバワックスのエチレンオキサイド付加物である明成化学工業（株）製「カルナバワックスＥＯ付加物」（主成分：ＣＨ3（ＣＨ2）mＣＯ（ＯＣＨ2ＣＨ2）kＯ（ＣＨ2）nＣＨ3、ｍ＝１２〜４０，ｎ＝１２〜４０，ｋ＝４〜５０）、脂肪酸アミドであるオレイン酸アミド、上記「カルナバワックスＥＯ付加物」とオレイン酸アミドの溶融混合物、エポキシ基とポリエーテル基を含有するポリシロキサンである東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製「ＳＦ８４２１」、カルナバワックスを用いた。
【００３７】
ここで、上記「カルナバワックスＥＯ付加物」とオレイン酸アミドからなる溶融混合物は、「カルナバワックスＥＯ付加物」とオレイン酸アミドを質量比１：１で混合して１２０℃で融解し、ディスパーで１５分間溶融混合した後、冷却・粉砕することによって、調製した。
【００３８】
また硬化促進剤として、トリフェニルホスフィンである北興化学工業（株）製「ＴＰＰ」を用いた。
【００３９】
またシランカップリング剤として、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランである信越化学工業（株）製「ＫＢＭ４０３」を用いた。
【００４０】
さらに難燃剤として三酸化アンチモンを、着色剤としてカーボンブラックを用いた。
【００４１】
そして、各成分を表１に示す配合量で配合し、これをブレンダーで３０分間混合して均一化した後、８０℃に加熱したニーダーで混練溶融させて押し出し、冷却後、粉砕機で所定粒度に粉砕して、半導体封止用エポキシ樹脂組成物からなる粒状の成形材料を得た。このようにして得た実施例１、２及び比較例１〜１０の成形材料について、下記の試験を行った。
【００４２】
（銅−ニッケルメッキ板接着強度）
プリン金型を用いて実施例１、２及び比較例１〜１０の成形材料を成形することによって、銅板にニッケルメッキを施したもの（以下、銅−ニッケルメッキ板とする）の上にプリン形状の成形品を作製した。そしてこの成形品と銅−ニッケルメッキ板との接着面の剪断強度をプッシュプルゲージによって測定した。その結果を表１に示す。なお、成形条件は以下の通りである。
【００４３】
銅−ニッケルメッキ板：２５ｍｍ×２５ｍｍ角、厚み０．５ｍｍ
銅−ニッケルメッキ板と成形品との接着面積：１ｃｍ２
金型温度：１７５℃
注入圧力：６．８６ＭＰａ（７０ｋｇｆ／ｃｍ２）
成形時間：１００秒
ショット数：１ショット
（連続成形性）
ＴＯ−２２０パッケージ成形用金型（１リードフレームにつき２０キャビティ）を用いて実施例１、２及び比較例１〜１０の成形材料を連続成形し、得られたパッケージの汚れ具合を目視により観察した。そして金型のクリーニングが必要となるまでの成形回数を計測した。その結果を表１に示す。なお、成形条件は以下の通りである。
【００４４】
ＴＯ−２２０パッケージ：８ｍｍ×８ｍｍ角、厚み３．５ｍｍ
金型温度：１７５℃
注入圧力：６．８６ＭＰａ（７０ｋｇｆ／ｃｍ2）
成形時間：９０秒
【００４５】
【表１】
0003711947.tif 000002
【００４６】
表１にみられるように、実施例１、２のものはいずれも、銅−ニッケルメッキ板に対する接着強度が高く、しかも連続成形性に優れていることが確認される。これに対して、比較例１〜３のものはいずれも、上記接着強度が低く、しかも連続成形性に劣っていることが確認される。
【００４７】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る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において、予め脂肪酸アミドと溶融混合させたカルナバワックスのエチレンオキサイド付加物を離型剤として用いているので、プリードの発生が著しく抑制されることにより、リードフレームとの密着力の低下を防止することができるものであり、またブリードの抑制に伴って金型が汚れにくくなり、金型の洗浄頻度を低下させることができて、優れた連続成形性を得ることができるものである。しかも、離型剤として用いられる、予め脂肪酸アミドと溶融混合させたカルナバワックスのエチレンオキサイド付加物は、エポキシ樹脂の接着作用を阻害しないので、銅にニッケルメッキを施して得られるリードフレームに対しても、大きな密着力を得ることができると共に、連続成形性を一層高く得ることができるものである。
【００４９】
また請求項２の発明は、離型剤として、カルナバワックスのエチレンオキサイド付加物のほか、エポキシ基とポリエーテル基の両方を含有するポリシロキサンを併用しているので、リードフレームや半導体素子に対する密着力を高めることができるものであり、また連続成形性を一層高く得ることができるものである。
【００５０】
また請求項３の発明は、カルナバワックスのエチレンオキサイド付加物を半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０３〜３質量％含有しているので、ブリードの発生を確実に防止しつつ、離型剤としての効き目を得ることができるものである。
【００５１】
また請求項４に係る半導体装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の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しているので、リードフレーム及び半導体素子と封止材との密着力の低下が防止され、信頼性に優れたものとなる。