(57)【要約】【課題】  半導体素子と基板の空隙部と、半導体素子自体の封止をトランスファー成形により同時に行うパッケージ方法に用いられる封止材であって、成形時のバリの発生を抑制し、高熱伝導率特性を有し、かつ空隙部の充填性に優れた封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置を提供すること。【解決手段】  フリップチップ実装を使用した半導体装置のトランスファー成形用の封止用エポキシ樹脂組成物であって、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）硬化助剤、（Ｄ）無機充填剤を必須成分とし、前記（Ｄ）無機充填剤が、樹脂組成物全体の７５〜９５質量％の範囲で含み、かつ、（Ｄ）の構成は、アルミナを６０Ｖｏｌ％以上含み、粒径３２μｍ以下の粒子を９９．９Ｖｏｌ％以上含み、粒径０．５μｍ以下の粒子を５Ｖｏｌ％以上含み、平均粒径が１〜１０μｍの範囲の粒度分布であることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フリップチップ実装を使用した半導体装置のトランスファー成形用の封止用エポキシ樹脂組成物であって、
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）硬化助剤、（Ｄ）無機充填剤を必須成分とし、
前記（Ｄ）無機充填剤が、樹脂組成物全体の７５〜９５質量％の範囲で含み、
かつ、（Ｄ）の構成は、アルミナを６０Ｖｏｌ％以上含み、
粒径３２μｍ以下の粒子を９９．９Ｖｏｌ％以上含み、
粒径０．５μｍ以下の粒子を５Ｖｏｌ％以上含み、
平均粒径が１〜１０μｍの範囲の粒度分布であることを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
前記（Ｄ）無機充填剤が、粒径１０μｍ以下の粒子を７０Ｖｏｌ％以上含み、かつ、粒径０．１〜２．０μｍの粒子を１０Ｖｏｌ％以上含むことを特徴とする請求項１に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
請求項１から３のいずれか一項に記載の封止用エポキシ樹脂組成物を用いて成形したフリップチップ実装を使用した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、封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の高性能化かつ軽薄短小化に伴い、電子機器内部に半導体装置が高密度実装されることにより、半導体装置のより効率的な放熱方法が種々検討されている。
【０００３】
半導体装置の効率的な放熱のために、半導体装置の封止材に高熱電導特性を持たせるという手法がその一つである。
【０００４】
一方、半導体装置の形態としては、ピン挿入型から表面実装型が主流になってきており、さらに、ＣＳＰ（Chip Scale Package）やＢＧＡ（Ball Grid Array）といった表面実装型の半導体装置の中で、更なる高速化、多機能化を実現するためにフリップチップ、チップスタック等の実装方式で半導体素子が搭載されているものが開発されてきている。
【０００５】
フリップチップ型の半導体装置においては、半導体素子と基板の空隙部にエポキシ樹脂組成物を注入、充填して硬化させたのち、半導体素子を封止するのが一般的である。
【０００６】
しかしながら、この方法では、空隙部へのエポキシ樹脂組成物の注入、充填に非常に長い時間を要することや、上記工程の後に半導体素子の封止工程が入るため、工数も増え、生産性の面で課題があった。
【０００７】
そこで、この点を改良するため、半導体素子と基板の空隙部と半導体素子自身の封止を、トランスファー成形により同時に行う半導体装置の製造方法並びに封止用樹脂組成物が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２１４４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、半導体素子と基板の空隙部と半導体素子自身の封止を、トランスファー成形により同時に行う場合、バリ等の発生を抑制し、高熱伝導率特性と、半導体素子と基板の空隙部への充填性を満足させるのは困難であった。
【００１０】
本発明は以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、半導体素子と基板の空隙部と、半導体素子自体の封止をトランスファー成形により同時に行う封止方法に用いられる封止材であって、成形時のバリの発生を抑制し、高熱伝導率特性を有し、かつ空隙部の充填性に優れた封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
【００１２】
即ち、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、フリップチップ実装を使用した半導体装置のトランスファー成形用の封止用エポキシ樹脂組成物であって、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）硬化助剤、（Ｄ）無機充填剤を必須成分とし、前記（Ｄ）無機充填剤が、樹脂組成物全体の７５〜９５質量％の範囲で含み、かつ、（Ｄ）の構成は、アルミナを６０Ｖｏｌ％以上含み、粒径３２μｍ以下の粒子を９９．９Ｖｏｌ％以上含み、粒径０．５μｍ以下の粒子を５Ｖｏｌ％以上含み、平均粒径が１〜１０μｍの範囲の粒度分布であることを特徴とする。
【００１３】
この封止用エポキシ樹脂組成物において、前記（Ｄ）無機充填剤が、粒径１０μｍ以下の粒子を７０Ｖｏｌ％以上含み、かつ、粒径０．１〜２．０μｍの粒子を１０Ｖｏｌ％以上含むことが好ましい。
【００１４】
また、本発明の半導体装置は、前記封止用エポキシ樹脂組成物を用いて成形したフリップチップ実装を使用したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の封止用エポキシ樹脂組成物によれば、半導体素子と基板の空隙部と、半導体素子自体の封止をトランスファー成形により同時に行う封止方法に用いられる封止材であって、成形時のバリの発生を抑制し、高熱伝導率特性を有し、かつ空隙部の充填性に優れた封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１７】
本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）硬化助剤、（Ｄ）無機充填剤を必須成分とするものである。
【００１８】
本発明で用いられる（Ａ）エポキシ樹脂は、１分子内に２官能基以上のエポキシ基を有するものであり、その具体例としては、以下のようなものが例示される。
【００１９】
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、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、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、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂、脂肪族系エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレート等。
【００２０】
これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２１】
本発明で用いられる（Ｂ）硬化剤は、通常エポキシ樹脂の硬化剤として用いられるものであれば特に制限なく用いることができ、その具体例としては、以下のようなものが例示される。
【００２２】
ジシアンジアミド、酸無水物、ノボラック型フェノール樹脂（フェノールノボラック、クレゾールノボラック、フェノールアラルキル等）、ナフトールアラルキル等、各種多価フェノール化合物、あるいはナフトール化合物等。
【００２３】
これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２４】
硬化剤の配合量は、用いる硬化剤に応じて適宜設定することができ、通常、硬化剤のエポキシ樹脂に対する化学量論上の当量比（硬化剤当量／エポキシ基当量）が０．６〜１．４となる量であり、より好ましくは当量比が０．７５〜１．０となる量である。
【００２５】
当量比がこの範囲内であると、エポキシ樹脂に対する硬化剤の適正な配合量とすることができ、硬化不足、硬化物の耐熱性低下、硬化物の強度低下、硬化物の吸湿量の増加等を生じることがないため好ましい。
【００２６】
また、本発明で用いられる（Ｃ）硬化助剤としては、エポキシ基とフェノール性水酸基との反応を促進するものであれば特に制限されるものではなく、その具体例としては、以下のようなものが例示される。
【００２７】
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（ＴＰＰ）等の有機ホスフィン類、ジアザビシクロウンデセン等の第三級アミン類、２−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール等。
【００２８】
これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２９】
硬化助剤の配合量は、エポキシ樹脂組成物全量に対して０．１〜５０質量％、好ましくは０．２〜５質量％である。硬化助剤の配合量がこの範囲内であると、設定した加熱条件下で、適正な硬化を行うことができるため好ましい。
【００３０】
本発明で用いられる（Ｄ）無機充填剤としては、通常、エポキシ樹脂組成物の無機充填剤として用いられるものであれば特に制限なく用いることができ、その具体例としては以下のようなものを例示することができる。
【００３１】
溶融シリカ、結晶シリカ、微粉シリカ、アルミナ（例えば、球状アルミナ）、窒化珪素、マグネシア等。これら無機充填剤は１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３２】
無機充填剤の配合量は、エポキシ樹脂組成物全量に対して７５〜９５質量％、好ましくは８５〜９３質量％の範囲である。
【００３３】
配合量がこの範囲内であると、高熱伝導率特性を有し、かつ空隙部の充填性に優れた封止用エポキシ樹脂組成物とすることができ、高信頼性の半導体装置とすることができる。
【００３４】
また、本発明で用いられる無機充填剤は、アルミナを体積比で６０Ｖｏｌ％以上含むものである。これよりも少ないと、熱伝導率が大きく低下する。
【００３５】
アルミナを体積比で上記の配合範囲とすることにより良好な熱伝導率とすることができる。
【００３６】
また、本発明で用いられる無機充填剤の粒径は以下に示す条件を満足するものである。
（１）粒径が３２μｍ以下の粒子を体積比で９９．９Ｖｏｌ％以上含む。
（２）粒径が０．５μｍ以下の粒子を体積比で５Ｖｏｌ％以上含む。
（３）平均粒径が１〜１０μｍの粒度分布を有する。
【００３７】
無機充填剤の粒径が３２μｍ以下の粒子を体積比で９９．９Ｖｏｌ％以上含有させることにより、一般的なフリップチップのチップ下のギャップに対し優れた充填性を有する封止用エポキシ樹脂組成物とすることができる。
【００３８】
また、無機充填剤の粒径が０．５μｍ以下の粒子を体積比で５Ｖｏｌ％以上含有させることにより、バリの発生を抑制することができる。
【００３９】
また、平均粒径を１〜１０μｍの粒度分布とすることにより充填性を向上することができる。
【００４０】
さらに、本発明で用いられる無機充填剤では、以下に示す条件を満足するものが好ましい。
（４）粒径が１０μｍ以下の粒子を体積比で７０Ｖｏｌ％以上含む。
（５）粒径が０．１〜２．０μｍの粒子を１０Ｖｏｌ％以上含む。
【００４１】
無機充填剤の粒径が１０μｍ以下の粒子を体積比で７０Ｖｏｌ％以上含有させることにより、さらに充填性を向上させることができる。
【００４２】
また、無機充填剤の粒径が０．１〜２．０μｍ以下の粒子を体積比で１０Ｖｏｌ％以上含有させることにより、さらにバリの発生を抑制することができる。
【００４３】
なお、上記の各粒径はレーザー回折散乱法等により測定することができる。
【００４４】
本発明の封止用エポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲内において、さらに他の成分を配合することができる。このような他の成分の具体例としては、カーボンブラック等の顔料、離型剤、カップリング剤等を挙げることができる。
【００４５】
離型剤としては、例えば、カルナバワックス、ステアリン酸、モンタン酸、カルボキシル基含有ポリオレフィン等を用いることができる。
【００４６】
カップリング剤としては、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等を用いることができる。
【００４７】
本発明の封止用エポキシ樹脂組成物を製造する際には、前記のエポキシ樹脂、硬化剤、硬化助剤、無機充填剤、及び必要に応じて他の成分を配合する。
【００４８】
そして、ミキサー、ブレンダー等を用いて十分均一になるまで混合した後、熱ロールやニーダー等の混練機により加熱状態で溶融混練する。これを室温に冷却した後、公知の手段により粉砕することにより封止用エポキシ樹脂組成物を製造することができる。
【００４９】
なお、封止用エポキシ樹脂組成物は、取り扱いを容易にするために、成形条件に合うような寸法と質量を有するタブレットとしてもよい。
【００５０】
本発明の半導体装置は、前記のようにして得られた封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、ＩＣチップ、ＬＳＩチップ等の半導体素子と基板の空隙部と半導体素子自身の封止を、トランスファー成形により同時に行うことができる。
【００５１】
トランスファー成形の条件としては、例えば、金型温度１７０〜１８０℃、成形時間３０〜３００秒に設定することができるが、金型温度、成形時間およびその他の成形条件は、封止用エポキシ樹脂組成物の配合組成等に応じて適宜に変更すればよい。
【００５２】
このような本発明の半導体装置によれば、バリがなく、高熱伝導率特性を有し、かつ空隙部の未充填ボイドのない半導体装置とすることができる。
【実施例】
【００５３】
以下に、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００５４】
表１に示す配合成分として、以下のものを用いた。なお、表１に示す以下の配合成分の配合量は質量％を表す。
【００５５】
（エポキシ樹脂）
ビフェニル型エポキシ樹脂：三菱化学（株）、ＹＸ４０００Ｈ
（硬化剤）
フェノールノボラック樹脂：明和化成（株）、ＤＬ−９２
（硬化助剤）
ホスフィン系化合物：北興化学（株）、ＴＰＰ−Ｋ
【００５６】
（無機充填剤）
３２ミクロン以上の粗粒を除去した球状アルミナ
球状アルミナ以外の無機充填剤：球状溶融シリカ
【００５７】
（離型剤）
ワックス：大日化学工業（株）、Ｆ１−１００
（着色剤）
カーボンブラック：三菱化学（株）、ＭＡ−６００
（カップリング剤）
γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン
【００５８】
表１に示す各配合成分を、表１に示す割合で配合し、ミキサーで均一に混合した後、ニーダーで溶融混練し、その後冷却固化し、次いで粉砕機で所定粒度に粉砕して粒状の封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
【００５９】
この封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、基板に半導体素子をフリップチップ実装した状態で、次の条件にてトランスファー成形を行った。
【００６０】
金型温度：１７５℃
注入圧力：７０ｋｇｆ／ｃｍ2
成形時間：２００秒
後硬化：１７５℃／６ｈ
【００６１】
上記の条件にて作成した半導体装置について次の測定及び評価を行った。
【００６２】
[チップ下充填性]
作成した成形品のチップ下の充填状態をＳＡＴにて観察し、未充填ボイドのあるものをＮＧとして評価した。
【００６３】
[熱伝導率]
前記のトランスファー成形と同様の成形条件にて封止用エポキシ樹脂組成物を成形して１００φ×２５ｍｍｔのテストピースを作製し、プローブ法により熱伝導率を測定した。
上記の測定及び評価の結果を表１に示す。
【００６４】
[バリフロー]
前記のトランスファー成形と同様の成形条件にて、幅５ｍｍ、深さ１０ミクロンのスリット加工を施した金型を用いて封止材料を成形し、スリットに樹脂が浸入した距離（ｍｍ）を測定した。
【００６５】
【表１】
2014031460.tif 000002
【００６６】
表１より、実施例１は、無機充填剤におけるアルミナの割合、粒径０．５μｍ以下の割合及び０．１〜２．０μｍの割合が本発明の規定範囲にない比較例１、２に比べてチップ下充填性及びバリフローの結果が優れていた。
【００６７】
また、無機充填剤の平均粒径、粒径３２μｍの割合、粒径１０μｍ以下の割合、粒径１０μｍ以下の割合、粒径０．５μｍ以下の割合が本発明の範囲にない比較例３は、実施例１に比べて、熱伝導率及びバリフローの結果は優れていたが、チップ下充填性の結果は最も劣っていた。
【００６８】
これらのことから、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、成形時のバリの発生を抑制し、空隙部の充填性に優れ、かつ高熱伝導率特性をバランスよく備えた封止用エポキシ樹脂組成物であることが確認された。