(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）式（１）で示されるエポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）式（２）で示される化合物を全硬化促進剤中に５０〜１００重量％含む硬化促進剤、及び（Ｄ）溶融球状シリカを必須成分とし、全フェノール樹脂のフェノール性水酸基数に対する全エポキシ樹脂のエポキシ基数が１．１〜１．４であり、溶融球状シリカ中の粒径６０μｍ以上のものが１重量％以下で、且つ粒径４０μｍ以上のものが１０〜１００重量％であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化１】
0003582771.tif 000011
（Ｒ１は、水素原子、メチル基、エチル基、ブチル基、又はハロゲン原子であって、Ｒ１は互いに同じであっても異なっていてもよい。）
【化２】
0003582771.tif 000012
【請求項２】
硬化促進剤が、全硬化促進剤中に式（２）で示される化合物を５０〜９０重量％、及びトリフェニルホスフィンを１０〜５０重量％含む請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
全エポキシ樹脂組成物中のウラン及びトリウムの合計量が、２ｐｐｂ以下である請求項１、又は２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、２又は３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な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、常温保存性、成形性、信頼性に優れた表面実装対応の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いて半導体素子を封止してなる半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子本体を機械的、化学的作用から保護するために半導体封止用エポキシ樹脂組成物（以下、樹脂組成物という）が開発、生産されてきた。この樹脂組成物に要求される項目は、半導体素子の種類、封止されるパッケージの構造、使用される環境等によって変化しつつあるが、現在最も大きな要求項目は、パッケージを実装する際に発生するパッケージクラックである。この要求に対し、結晶性エポキシ樹脂であるビフェニル型エポキシ樹脂を使用し、例えば、硬化剤であるフェノール樹脂に対し、エポキシ樹脂を理論当量より多く使用することによって、耐半田クラック性はかなり改善された。しかし、ビフェニル型エポキシ樹脂は、単体では常温で結晶性であるが、樹脂組成物に使用すると、材料の混練時や常温保存時に架橋反応のために粘度が上昇し、結晶性が一部損なわれるため、封止工程において、半導体素子のアイランドが傾く不良（アイランドシフト）等、成形性に不具合を生じたり、ビフェニル型エポキシ樹脂を、例えば、硬化剤であるフェノール樹脂に対し、理論当量より過剰に加えるため、硬化性が低くなり、作業性に支障をきたしていた。
【０００３】
上記の問題を解決するために、例えば、硬化促進剤としてトリフェニルホスフィンを使用する際に常温保存性の低下を防止するため添加量を抑えるという方法や、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート（以下、ＴＰＰ−Ｋという）を用い、常温保存性と硬化性を改善する方法（特公昭５１−２４３９９号公報）が提案されているが、これらの特性を両立することはできず、不十分であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、耐半田クラック性に優れ、成形時の硬化性を維持しながら常温保存性を改善し、流動性、及びウスバリ特性を向上させた半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いて半導体素子を封止してなる半導体装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ビフェニル型エポキシ樹脂に対して特定の硬化促進剤を使用し、全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂との配合割合を、フェノール性水酸基数に対するエポキシ基数の割合を多くすることにより、極めて優れた前述の特性を示すことを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
即ち本発明は、（Ａ）式（１）で示されるエポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）式（２）で示される化合物を全硬化促進剤中に５０〜１００重量％含む硬化促進剤、及び（Ｄ）溶融球状シリカを必須成分とし、全フェノール樹脂のフェノール性水酸基数に対する全エポキシ樹脂のエポキシ基数が１．１〜１．４であり、溶融球状シリカ中の粒径６０μｍ以上のものが１重量％以下で、且つ粒径４０μｍ以上のものが１０〜１００重量％であることを特徴とし、特に、硬化促進剤が、全硬化促進剤中に式（２）で示される化合物を５０〜９０重量％、及びトリフェニルホスフィンを１０〜５０重量％含み、全エポキシ樹脂組成物中のウラン及びトリウムの合計量が２ｐｐｂ以下であ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ことを特徴とする半導体装置である。
【化３】
0003582771.tif 000002
（Ｒ１は、水素原子、メチル基、エチル基、ブチル基、又はハロゲン原子であって、Ｒ１は互いに同じであっても異なっていてもよい。）
【０００６】
【化４】
0003582771.tif 000003
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる式（１）で示されるビフェニル型エポキシ樹脂は、メソゲン骨格を主鎖に持ち、比較的低分子であるため結晶性を有し、１分子内にエポキシ基を２個有するジエポキシ化合物であるため、融点未満の温度では固体であるが、融点以上の温度で低粘度の液状物質となる。このため式（１）のエポキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物は、溶融状態で低粘度を示し、成形時の流動性が高く、薄型パッケージへの充填性に優れ、成形性が良好である。又、式（１）のエポキシ樹脂は２官能であるため、これを用いた樹脂組成物の硬化物は架橋密度が低く抑えられ、高温での弾性率が抑えられるため、半田処理時等の応力緩和に適しており、成形性と耐半田クラック性とを向上できる。
又、式（１）のエポキシ樹脂の特性を損なわない範囲で、例えば、ビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂等の他のエポキシ樹脂を併用してもよい。これらのエポキシ樹脂は、単独でも混合して用いてもよい。融点又は軟化点、エポキシ当量等も特に限定するものではないが、エポキシ樹脂中の塩素含有量は極力低い方が長期信頼性の点から好ましい。
【０００８】
本発明に用いられるフェノール樹脂としては、１分子内に２個以上のフェノール性水酸基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を指し、例えば、フェノ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、テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いてもよい。軟化点、水酸基当量等も特に限定するものではないが、フェノール樹脂中の塩素含有量は極力低い方が長期信頼性の点から好ましい。
全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂の配合割合としては、成形性と耐半田クラック性との兼ね合いから、フェノール性水酸基数に対しエポキシ基数が１．１〜１．４の割合が最もバランスが良く、好ましい。更に好ましくは、１．２〜１．３である。１．１未満だと、耐半田クラック性が低下し、１．４を越えると、硬化性が低下するので好ましくない。
【０００９】
本発明に用いられる硬化促進剤は、式（２）で示される化合物であり、この化合物は常温では活性が低く、１００℃以上の高温では活性が高く、又、融点が２００℃〜２５０℃の範囲内にあるため、混練時の分散性、常温保存性、反応性の点で優れている。式（２）の化合物の配合量としては、全硬化促進剤中に５０〜１００重量％が好ましい。５０重量％未満だと、常温保存性が悪いので好ましくない。
又、式（２）の化合物のみだと、材料の混練温度域での反応性が極端に低くなり、混練時の低分子量成分の反応まで抑制され、成形時にウスバリが発生しやすくなるおそれがある。そこで、式（２）の化合物に比べると常温保存性や流動性の点では劣るものの、低温での反応促進作用に優れたトリフェニルホスフィンを併用すると、反応性のバランスをとることができるため、より好ましい。この場合の配合量としては、全硬化促進剤中に式（２）の化合物が５０〜９０重量％、トリフェニルホスフィンが１０〜５０重量％である割合が好ましい。式（２）の化合物が５０重量％未満だと、上記の効果が十分に発現されず、従来の硬化促進剤系と同様の効果しか得られないので好ましくない。トリフェニルホスフィンが１０重量％未満だと、成形時にウスバリが多くなるので好ましくない。
又、これらの硬化促進剤の特性を損なわない範囲で、例えばテトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、２−メチルイミダゾール、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等の他の硬化促進剤と併用してもよい。
【００１０】
本発明に用いられる溶融球状シリカは、溶融球状シリカ中に粒径６０μｍ以上のものが１重量％以下、且つ粒径４０μｍ以上のものが１０〜１００重量％が好ましく、特に、流動性の点から１０〜３０重量％が好ましい。粒径６０μｍ以上のものが１重量％を越えると、金型内の狭流路での樹脂組成物の流動性が低下し、アイランドシフトが発生するので好ましくない。又、粒径４０μｍ以上のものが１０重量％未満だと、ウスバリが多くなるので好ましくない。
又、本発明の溶融球状シリカの特性を損なわない範囲で、例えば、溶融破砕シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ、アルミナ、チタンホワイト、水酸化アルミニウム、タルク、クレー、ガラス繊維等の他の無機充填材を併用してもよい。
なお、メモリー系の半導体素子等では、放射性物質による誤動作が問題となるため、全樹脂組成物中のウラン（以下、Ｕという）及びトリウム（以下、Ｔｈという）の合計量が２ｐｐｂ以下であることが好ましい。Ｕ、Ｔｈの定量方法としては、樹脂組成物を秤量、灰化後、弗酸を用いて溶融球状シリカを溶解、除去し、更に塩酸を用いてアンチモンを溶解、除去した残渣水溶液をＩＣＰ−ＭＳ（高周波誘導結合プラズマ質量分析）を用いて測定する。
【００１１】
本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分の他、必要に応じてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤、カーボンブラック等の着色剤、臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチモン、リン化合物等の難燃剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力成分、天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸及びその金属塩類もしくはパラフィン等の離型剤、酸化防止剤等の各種添加剤を配合することができる。
本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分、及びその他の添加剤等をミキサーを用いて常温混合し、ニーダ、ロール、押出機等の混練機で加熱混練し、冷却後粉砕して得られる。
本発明の樹脂組成物を用いて、半導体素子等の電子部品を封止し、半導体装置を製造するには、トランスファーモールド、コンプレッションモールド、インジェクションモールド等の成形方法で硬化成形すればよい。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明を実施例で具体的に説明する。配合割合は重量部とする。
実施例１
式（３）の構造を主成分とするビフェニル型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）・製ＹＸ−４０００Ｈ、融点１０５℃、エポキシ当量１９５）１３．２重量部
【化５】
0003582771.tif 000004
【００１３】
式（４）のフェノールノボラック樹脂（軟化点８０℃、水酸基当量１０５）
５．６重量部
【化６】
0003582771.tif 000005
【００１４】
式（５）の硬化促進剤                                    ０．３０重量部
【化７】
0003582771.tif 000006
【００１５】
トリフェニルホスフィン                                  ０．１０重量部
溶融球状シリカＩ（Ｕ含有量０．１ｐｐｂ、Ｔｈ含有量０．１ｐｐｂ、粒径６
０μｍ以上が０．７重量％、粒径４０μｍ以上が１６重量％）８０．０重量部
カーボンブラック                                          ０．３重量部
カルナバワックス                                          ０．５重量部
をミキサーを用いて混合し、表面温度が９０℃と４５℃の２本ロールを用いて混練し、冷却後粉砕して、樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物を以下の方法で評価した。結果を表１に示す。
【００１６】
評価方法
スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型を用い、金型温度１７５℃、注入圧力７０ｋｇ／ｃｍ２、硬化時間２分で測定した。単位はｃｍ。
常温保存性：２５℃で１週間保存した後、スパイラルフローを測定し、調製直後のスパイラルフローに対する百分率として表した。単位は％。
硬化性：ショアＤ硬度計を用い、金型温度１７５℃、注入圧力７０ｋｇ／ｃｍ２、硬化時間２分で成形し、型開き１０秒後に測定したショアＤ硬度の値を硬化性とする。
ウスバリ特性：トランスファー成形機を用いて金型温度１７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ２、硬化時間２分で１６ｐＤＩＰ（チップサイズ３００×３００ミル）を成形し、ベントのバリ長さを測定した。単位はｍｍ。
アイランドシフト特性：トランスファー成形機を用い、金型温度１８０℃、圧力１００ｋｇ／ｃｍ２、硬化時間１分で４４ｐＴＳＯＰ（ＬＯＣ構造：ＬＥＡＤＯＮ  ＣＨＩＰ構造）を成形し、パッケージの中央を切断、研磨した後、拡大投影機を用いて、ゲート側の半導体素子表面〜パッケージ上面間の距離と、ベント側の半導体素子表面〜パッケージ上面間の距離との差を、アイランドシフト量と定義し測定した。単位はμｍ。
耐半田性：トランスファー成形機を用い、金型温度１７５℃、圧力７０ｋｇ／ｃｍ２、硬化時間２分で８０ｐＱＦＰ（厚さ１．５ｍｍ）を８個成形し、１７５℃で８時間アフターキュア後、８５℃、相対湿度６０％の環境下に１６８時間放置し、その後ＩＲリフロー（２４０℃）で１０秒間処理した。得られたパッケージを目視及び超音波探傷機で観察し、外部クラック、チップ上剥離、及びパッド下剥離の発生したパッケージ個数をそれぞれｎ／８と表示した。
Ｕ、Ｔｈ量：樹脂組成物を灰化後、弗酸を用いて溶融球状シリカを溶解、除去し、更に塩酸を用いてアンチモンを溶解、除去した残渣水溶液をＩＣＰ−ＭＳ（高周波誘導結合プラズマ質量分析）で測定した。単位は、全樹脂組成物中の重量比でｐｐｂ。
【００１７】
実施例２〜９、比較例１〜７
表１、表２の配合に従い、実施例１と同様にして樹脂組成物を得、実施例１と同様にして評価した。結果を表１、表２に示す。
実施例及び比較例で使用した式（６）の硬化促進剤、式（７）のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（軟化点５５℃、エポキシ当量２０１）、溶融球状シリカＩＩ〜Ｖの構造及び性状を以下に示す。
【化８】
0003582771.tif 000007
【００１８】
【化９】
0003582771.tif 000008
【００１９】
溶融球状シリカＩＩ（Ｕ含有量１．１ｐｐｂ、Ｔｈ含有量１．６ｐｐｂ、粒径６０μｍ以上が０．７重量％、粒径４０μｍ以上が１６重量％）、
溶融球状シリカＩＩＩ（Ｕ含有量０．１ｐｐｂ、Ｔｈ含有量０．１ｐｐｂ、粒径６０μｍ以上が１．７重量％、粒径４０μｍ以上が６重量％）、
溶融球状シリカＩＶ（Ｕ含有量０．１ｐｐｂ、Ｔｈ含有量０．１ｐｐｂ、粒径６０μｍ以上が３．２重量％、粒径４０μｍ以上が２５重量％）、
溶融球状シリカＶ（Ｕ含有量０．１ｐｐｂ、Ｔｈ含有量０．１ｐｐｂ、粒径６０μｍ以上が０．５重量％、粒径４０μｍ以上が４重量％）。
【表１】
0003582771.tif 000009
【００２０】
【表２】
0003582771.tif 000010
【００２１】
【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、常温保存性に優れ、成形時の硬化性、及びウスバリ特性、アイランドシフト特性を改善し、これを用いた半導体装置は耐半田クラック性に優れる。