(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）次の一般式で示されるジフェニルメタン骨格を有するエポキシ樹脂、
【化１】
0003705618.tif 000012
（Ｂ）フェノール樹脂、
（Ｃ）有機塩基をシランカップリング剤に対して０．０００５〜０．０５重量％添加した、次の一般式で示されるエポキシ基を有するシランカップリング剤、
【化２】
0003705618.tif 000013
（但し、式中Ｒ1 はエポキシ基を有する原子団を、Ｒ2 はメチル基又はエチル基を、n は0 又は1 以上の整数をそれぞれ表す）
（Ｄ）最大粒径が100 μm 以下の溶融球状シリカ粉末及び最大粒径が100 μm 以下の結晶性シリカ粉末からなる複合シリカ粉末、および
（Ｅ）硬化促進剤
を必須成分とし、全体の樹脂組成物に対して前記（Ｄ）の複合シリカ粉末を25〜90重量％の割合で含有してなることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
（Ａ）次の一般式で示されるジフェニルメタン骨格を有するエポキシ樹脂、
【化３】
0003705618.tif 000014
（Ｂ）フェノール樹脂、
（Ｃ）有機塩基をシランカップリング剤に対して０．０００５〜０．０５重量％添加した、次の一般式で示されるエポキシ基を有するシランカップリング剤、
【化４】
0003705618.tif 000015
（但し、式中Ｒ1 はエポキシ基を有する原子団を、Ｒ2 はメチル基又はエチル基を、n は0 又は1 以上の整数をそれぞれ表す）
（Ｄ）最大粒径が100 μm 以下の溶融球状シリカ粉末及び最大粒径が100 μm 以下の結晶性シリカ粉末からなる複合シリカ粉末、および
（Ｅ）硬化促進剤
を必須成分とし、全体の樹脂組成物に対して前記（Ｄ）の複合シリカ粉末を25〜90重量％の割合で含有したエポキシ樹脂組成物の硬化物によって、半導体チップが封止されてなることを特徴とする半導体封止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、耐湿性、半田耐熱性、成形性及び熱伝導性に優れたエポキシ樹脂組成物および半導体封止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の分野において、高集積化、高信頼性化の技術開発と同時に半導体装置の実装工程の自動化が推進されている。例えばフラットパッケージ型の半導体装置を回路基板に取り付ける場合に、従来、リードピン毎に半田付けを行っていたが、最近では半田浸漬方式や半田リフロー方式が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体封止装置、すなわちノボラック型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂および無機充填剤からなる樹脂組成物によって封止した半導体装置は、装置全体の半田浴浸漬を行うと耐湿性が低下するという欠点があった。特に吸湿した半導体装置を浸漬すると、封止樹脂と半導体チップ、あるいは封止樹脂とリードフレームとの間の剥がれや、内部樹脂クラックが生じて著しい耐湿性劣化を起こし、電極の腐蝕による断線や水分によるリーク電流を生じ、その結果、半導体装置は、長期間の信頼性を保証することができないという欠点があった。
【０００４】
また、無機充填剤を高充填することにより、樹脂分の割合が少なくなり、樹脂組成物の低吸湿化を図ることができるが、無機質充填剤の高充填化に伴い流動性が著しく損なわれるばかりでなく、樹脂等の有機分と無機質充填剤との界面が多くなるため、内部樹脂クラックがその界面を伝って外部樹脂クラックへと進行するという欠点があった。
【０００５】
本発明は、上記の欠点を解消するためになされたもので、吸湿の影響が少なく、特に半田浴浸漬後の耐湿性、半田耐熱性、成形性、流動性、熱伝導性に優れ、封止樹脂と半導体チップあるいは封止樹脂とリードフレームとの間の剥がれや、内部樹脂クラックの発生がなく、また電極の腐蝕による断線や水分によるリーク電流の発生もなく、長期信頼性を保証できるエポキシ樹脂組成物および半導体封止装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、特定のエポキシ樹脂、特定のシランカップリング剤および複合シリカ粉末を用いることによって、耐湿性、半田耐熱性、成形性、熱伝導性等に優れた樹脂組成物が得られることを見いだし、本発明を完成したものである。
【０００７】
即ち、本発明は、
（Ａ）次の一般式で示されるジフェニルメタン骨格を有するエポキシ樹脂、
【０００８】
【化５】
0003705618.tif 000002
（Ｂ）フェノール樹脂、
（Ｃ）有機塩基を極微量添加した、次の一般式で示されるエポキシ基を有するシランカップリング剤、
【０００９】
【化６】
Ｒ1 −Ｃn Ｈ2n−Ｓi （ＯＲ2 ）3 
（但し、式中Ｒ1 はエポキシ基を有する原子団を、Ｒ2 はメチル基又はエチル基を、n は0 又は1 以上の整数をそれぞれ表す）
（Ｄ）最大粒径が100 μm 以下の溶融球状シリカ粉末及び最大粒径が100 μm 以下の結晶性シリカ粉末からなる複合シリカ粉末、および
（Ｅ）硬化促進剤
を必須成分とし、全体の樹脂組成物に対して前記（Ｄ）の複合シリカ粉末を25〜90重量％の割合で含有してなることを特徴とするエポキシ樹脂組成物である。また、このエポキシ樹脂組成物の硬化物によって、半導体チップが封止されてなることを特徴とする半導体封止装置である。
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１１】
本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂は、前記の一般式化５で示されるジフェニルメタン骨格を有するエポキシ樹脂が使用される。また、このエポキシ樹脂には、ノボラック系エポキシ樹脂、エピビス系エポキシ樹脂、その他の公知のエポキシ樹脂を併用することができる。
【００１２】
本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂としては、前記（Ａ）のエポキシ樹脂のエポキシ基と反応し得るフェノール性水酸基を分子中に2 個以上有するものであれば特に制限するものではない。具体的な化合物として例えば
【００１３】
【化７】
0003705618.tif 000003
（但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）
【００１４】
【化８】
0003705618.tif 000004
（但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）
【００１５】
【化９】
0003705618.tif 000005
（但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）
【００１６】
【化１０】
0003705618.tif 000006
（但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）
【００１７】
【化１１】
0003705618.tif 000007
（但し、n は0 又は1 以上の整数を表す）
等が挙げられ、これらは単独又は混合して使用することができる。
【００１８】
本発明に用いる（Ｃ）有機塩基を極微量添加した、エポキシ基を有するシランカップリング剤としては、前記の一般式化６で示されるものが使用される。具体的なものとして、例えば、
【００１９】
【化１２】
0003705618.tif 000008
【００２０】
【化１３】
0003705618.tif 000009
等が挙げられ、これらは単独又は混合して使用することができる。
【００２１】
このシランカップリング剤には極微量の有機塩基を添加処理することが重要である。有機塩基で処理することによって加水分解性を高めることができる。ここで添加処理する有機塩基としては、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ピリジン、キノリン、ピペリジン等の環状有機塩基を挙げることができ、これらは単独又は2 種以上混合して使用することができる。有機塩基の添加配合量は、シランカップリング剤に対して0.0005〜0.05重量％の範囲内で使用することが望ましい。この配合量が0.0005重量％未満ではシランカップリング剤の加水分解を十分に促進することができず、また、0.05重量％を超えると耐湿信頼性が低下して好ましくない。
【００２２】
本発明に用いる（Ｄ）複合シリカ粉末としては、不純物濃度が低く最大粒径が100 μm 以下で、平均粒径30μm 以下の溶融球状シリカ粉末と、不純物濃度が低く最大粒径が100 μm 以下で、平均粒径30μm 以下の結晶シリカ粉末との複合物が好ましく使用される。平均粒径30μm を超えると耐湿性および成形性が劣り好ましくない。複合シリカ粉末の配合割合は、全体の樹脂組成物に対して25〜90重量％含有するように配合することが好ましい。その割合が25重量％未満では樹脂組成物の吸湿性が高く、半田浸漬後の耐湿性に劣り、また90重量％を超えると極端に流動性が悪くなり、成形性に劣り好ましくない。また、結晶シリカ粉末の割合が全体の樹脂組成物に対して20重量％以上含有するように配合すると十分な熱伝導性を得ることができる。これらの複合シリカ粉末に、シランカップリング剤に有機塩基を添加し、直ちにヘンシェルミキサー、スーパーミキサー等で処理を行うと均一に表面処理ができ、その効果が十分に発揮できる。
【００２３】
本発明に用いる（Ｅ）硬化促進剤としては、リン系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、ＤＢＵ系硬化促進剤その他の硬化促進剤等を広く使用することができる。これらは単独又は2 種以上併用することができる。硬化促進剤の配合割合は、全体の樹脂組成物に対して0.01〜5 重量％含有するように配合することが望ましい。その割合が0.01重量％未満では樹脂組成物のゲルタイムが長く、硬化特性も悪くなり、また、5 重量％を超えると極端に流動性が悪くなって成形性に劣り、さらに電気特性も悪くなり耐湿性に劣り好ましくない。
【００２４】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した特定のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、有機塩基を微量配合した特定のシランカップリング剤、複合シリカ粉末および硬化促進剤を必須成分とするが、本発明の目的に反しない限度において、また必要に応じて、例えば天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪酸の金属塩、酸アミド類、エステル類、パラフィン類等の離型剤、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、ゴム系やシリコーン系の低応力付与剤等を適宜添加配合することができる。
【００２５】
本発明の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方法は、前述した特定のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、特定のシランカップリング剤、複合シリカ粉末および硬化促進剤その他の成分を配合し、ミキサー等によって十分均一に混合した後、さらに熱ロールによる溶融混合処理またはニーダ等による混合処理を行い、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。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或いは電気部品の封止・被覆・絶縁等に適用すれば優れた特性と信頼性を付与させることができる。
【００２６】
また、本発明の半導体封止装置は、上述の成形材料を用いて半導体チップを封止することにより容易に製造することができる。封止を行う半導体チップとしては、例えば集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード等で特に限定されるものではない。封止の最も一般的な方法としては、低圧トランスファー成形法があるが、射出成形、圧縮成形、注形等による封止も可能である。成形材料で封止後加熱して硬化させ、最終的にはこの硬化物によって封止された半導体封止装置が得られる。加熱による硬化は、175 ℃以上に加熱して硬化させることが望ましい。
【００２７】
【作用】
本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体封止装置は、特定のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、有機塩基を極微量添加した特定のシランカップリング剤、複合シリカ粉末および硬化促進剤を用いることによって、樹脂組成物の吸水性を低減し、成形性、流動性、熱機械的特性と低応力性が向上し、半田浸漬、半田リフロー後の樹脂クラックの発生がなくなり、良好な熱伝導性を示し、耐湿性劣化が少なくなるものである。
【００２８】
【実施例】
次に本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。以下の実施例および比較例において「％」とは「重量％」を意味する。
【００２９】
実施例１
溶融球状シリカ粉末（最大粒径100 μm 以下、平均粒径20μm ）54％、微細な溶融球状シリカ粉末（平均粒径0.5 μm ）10％、結晶シリカ粉末（最大粒径100μm 以下、平均粒径10μm ）20％からなる複合シリカ粉末をヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化１２のシランカップリング剤0.4 ％、ジエチルアミン4 ×10-4％を加えて複合シリカ粉末の表面処理をした。
【００３０】
次に前述した化５のジフェニルメタン骨格を有するエポキシ樹脂6.2 ％、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂1.5 ％、前述した化７のフェノールノボラック樹脂1.5 ％、前述した化８のフェノールアラルキル樹脂3.5 ％、トリフェニルホスフィン0.2 ％、カルナバワックス類0.4 ％、カーボンブラック0.3 ％、三酸化アンチモン2.0 ％を常温で混合し、さらに70〜100 ℃で混練冷却した後、粉砕して成形材料を製造した。
【００３１】
実施例２〜３
表１に示した組成で実施例１と同様にして成形材料を製造した。
【００３２】
比較例１〜３
表１に示した組成で実施例１と同様にして成形材料を製造した。
【００３３】
こうして製造した成形材料を用いて 175℃に加熱した金型内にトランスファー注入、半導体チップを封止し硬化させて半導体封止装置を製造した。これらの半導体封止装置について、諸試験を行ったのでその結果を表２に示したが、本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体封止装置は、成形性、耐湿性、半田耐熱性、熱伝導性に優れており、本発明の顕著な効果を確認することができた。
【００３４】
【表１】
0003705618.tif 000010
【００３５】
【表２】
0003705618.tif 000011
＊1 ：ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準じてスパイラルフロー測定した（175 ℃）。
＊2 ：高化式フロー粘度（175 ℃）。
＊3 ：175 ℃，80kg／cm2 ，2 分間のトランスファー成形によって得られた成形品（試験片）をつくり、175 ℃，8 時間の後硬化を行い、ＪＩＳ−Ｋ−６９１１に準じて試験した。
＊4 ：＊3 と同様な成形品を作り、175 ℃，8 時間の後硬化を行い、適当な大きさの試験片とし、熱機械分析装置を用いて測定した。
＊5 ：φ100 ，25mm厚の成形品を作り、熱伝導率計を用いて測定した。
＊6 ：5.3 ×5.3mm チップをＶＱＦＰ80pin （12×12×1.4mm ）パッケージ用金型に納め、成形材料を用いて175 ℃，2 分間トランスファー成形した後、175 ℃，8 時間の後硬化を行った。こうして得た半導体封止装置を85℃，85％，48時間の吸湿処理した後、増加した重量によって計算した。
＊7 ：＊6 のＶＱＦＰ80pin パッケージの半導体封止装置をエアーリフローマシン（Ｍax 240℃）に通し、外部および内部クラックの有無を調査した。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明および表２から明らかなように、本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体封止装置は、耐湿性、半田耐熱性、成形性、熱伝導性に優れ、また、薄型パッケージ等の充填性にも優れ、吸湿による影響が少なく、放熱性が良好でしかも長期間にわたって信頼性を保証することができる。