(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂成分、硬化剤及び無機充填材を含有し、リードフレームを用いて作製される半導体装置用の封止用エポキシ樹脂組成物であって、メルカプトプロピルメチルジメトキシシランを含有すると共にジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂成分全量に対して３０〜１００重量％の割合で含有して成ることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
メルカプトプロピルメチルジメトキシシランの含有量を０．０５〜２．００重量％として成ることを特徴とする請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
無機充填材を７０〜９３重量％の割合で含有して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
リードフレームを用いて作製され、請求項１乃至３のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物にて封止されて成ることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
銅製のリードフレームを用いて作製されて成ることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エポキシ樹脂組成物及びこのエポキシ樹脂組成物にて封止された半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体封止用として用いられるエポキシ樹脂組成物には、エポキシ樹脂組成物からなる封止樹脂とリードフレームとの密着性を高める等の目的のためにシランカップリング剤が配合されている。このシランカップリング剤として、従来は主にγ−メルカプトプロピルトリメトキシシランが用いられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし封止樹脂とリードフレームとの密着性の向上は未だ不十分であり、更なる密着性の向上が求められていた。特に封止樹脂と熱膨脹係数の差がある銅製のリードフレームを用いる場合は封止樹脂とリードフレームとの剥離が生じやすいものであった。
【０００４】
また信頼性の高い半導体装置を得るためには、吸湿性が低く、半導体装置の吸湿リフロー時におけるパッケージクラックの発生を抑制することができる封止樹脂が求められていた。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、半導体装置の封止樹脂を成形するにあたり、封止樹脂と熱膨張係数の差があるリードフレームを用いる場合においてもリードフレームとの良好な密着性を有すると共に吸湿リフローのような吸湿加熱時におけるパッケージクラックの発生が抑制された封止樹脂を成形することができるエポキシ樹脂組成物及びこのエポキシ樹脂組成物にて封止された半導体装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂成分、硬化剤及び無機充填材を含有するエポキシ樹脂組成物であって、メルカプトプロピルメチルジメトキシシランを含有して成ることを特徴とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂成分、硬化剤及び無機充填材を含有し、リードフレームを用いて作製される半導体装置用の封止用エポキシ樹脂組成物であって、メルカプトプロピルメチルジメトキシシランを含有すると共にジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂成分全量に対して３０〜１００重量％の割合で含有して成ることを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明の請求項３に係るエポキシ樹脂組成物は、請求項１又は２の構成に加えて、無機充填材を７０〜９３重量％の割合で含有して成ることを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明の請求項４に係る半導体装置は、リードフレームを用いて作製され、請求項１乃至３のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物にて封止されて成ることを特徴とするものである。
【００１１】
また本発明の請求項５に係る半導体装置は、請求項４の構成に加えて、銅製のリードフレームを用いて作製されて成ることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。尚、本明細書においては、エポキシ樹脂組成物の加熱硬化成形物を硬化成形体と呼称することがあり、半導体装置等における封止材として成形された硬化成形体を封止樹脂と呼称することがある。
【００１３】
エポキシ樹脂成分としては、例えばオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ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、線状脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂等が挙げられ、これらを単独で用いても、２種類以上を併用してもよい。特にジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂成分全量に対して３０〜１００重量％の割合で含有させると、封止樹脂とリードフレームとの密着性の向上及び吸湿性の低減に著しく寄与し、封止樹脂とリードフレームとの剥離や封止樹脂のパッケージクラックの改善効果が著しくなる。
【００１４】
また、このエポキシ樹脂成分の硬化剤としては、例えばフェノールノボラック樹脂及びその誘導体、クレゾールノボラック樹脂及びその誘導体、モノまたはジヒドロキシナフタレンノボラック樹脂及びその誘導体、フェノール類やナフトール類とｐ−キシレンの縮合体、ジシクロペンタジエンとフェノールの共重合体等のフェノール系硬化剤や、アミン系硬化剤や、酸無水物等が挙げられる。これらの硬化剤は、単独で用いても、２種類以上を併用してもよい。なお、フェノールノボラック樹脂を用いた場合、樹脂硬化物の吸湿率を低下することができ好ましい。その配合量としては、通常エポキシ樹脂成分に対して、当量比で０．１〜１０の範囲で配合される。
【００１５】
また、硬化促進剤としては、例えば、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン等の三級アミン化合物、２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−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等のイミダゾール化合物、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン等の有機ホスフィン化合物等が挙げられる。
【００１６】
また、シランカップリング剤としては、メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン（γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン）を配合するものであり、そのため封止樹脂とリードフレームとの密着性を向上して、リードフレームが銅製の場合のようにリードフレームと封止樹脂との熱膨張率の差が大きい場合であっても、リードフレームと封止樹脂との間の剥離の発生を抑制することができるものである。また硬化成形体の吸湿性を低減して、吸湿リフロー後の封止樹脂のパッケージクラックの発生を抑制することができると共に半導体装置の耐湿信頼性を向上することができるものである。特にメルカプトプロピルメチルジメトキシシランの配合量をエポキシ樹脂組成物全量に対して０．０５〜２．００重量％とすると、封止樹脂とリードフレームとの密着性の向上及び吸湿性の低減に著しく寄与し、封止樹脂とリードフレームとの剥離や封止樹脂のパッケージクラックの改善効果が著しくなる。
【００１７】
また、離型剤としては、ステアリン酸、モンタン酸、パルミチン酸、オレイン酸、リノール酸等の脂肪酸、その脂肪酸のカルシウム塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩、亜鉛塩等の塩、その脂肪酸のアミド、リン酸エステル、ポリエチレン、ビスアマイド、カルボキシル基含有ポリオレフィン及び天然カルナバ等が挙げられる。このような離型剤を配合すると、封止しようとする半導体素子やリードフレームとの密着性の高いエポキシ樹脂を使用した場合であっても、トランスファー成形時、樹脂硬化物とプランジャーや金型との離型性が優れるため作業性が向上し、好ましい。
【００１８】
また着色剤としては、例えば、カーボンブラック、酸化チタン等が挙げられる。また、樹脂成分に含有することができる低応力化剤としては、例えば、シリコーンゲル、シリコーンゴム、シリコーンオイル等が挙げられる。また界面活性剤としては例えば、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸モノグリセリド等が挙げられる。また難燃剤としては、例えば、三酸化アンチモン、ハロゲン化合物、リン化合物等が挙げられる。
【００１９】
これらの硬化促進剤、シランカップリング剤、離型剤、着色剤、低応力化剤、界面活性剤及び難燃剤等は２種類以上を併用することもできる。
【００２０】
また無機充填材としては特に限定するものではなく、例えば結晶シリカ、溶融シリカ、アルミナ、マグネシア、酸化チタン、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、窒化ケイ素、タルク、ケイ酸カルシウム等の粉末が挙げられる。上記無機充填材は、単独で用いても、２種類以上を併用してもよい。また無機充填材は、エポキシ樹脂組成物全量に対して７０〜９３重量％の割合で配合することが好ましく、この場合、硬化成形体の吸湿量が低下し、吸湿リフロー性が優れ好ましい。ここで無機充填材の配合量がこの範囲に満たないと、硬化成形体の熱膨脹率及び吸水率が大きくなって吸湿リフロー性が低下するおそれがあり、この範囲を超えると硬化成形体の成形時におけるエポキシ樹脂組成物の流動性が低減し、特に半導体装置の封止樹脂成形時にダイパット変位やワイヤスイープ等の不良の発生や、硬化成形体内部におけるボイドの発生のおそれがある。
【００２１】
本発明のエポキシ樹脂組成物を調製するにあたっては、調製されるエポキシ樹脂組成物の性状が液体状である場合は上記の各成分を所望の割合で配合したものを溶解混合し、又は溶融混合した後３本ロール等で溶融混練して液体状のエポキシ樹脂組成物を得ることができる。また調製されるエポキシ樹脂組成物の性状が固体状である場合は上記の各成分を所望の割合で配合したものをミキサー、ブレンダー等で均一に混合した後、ニーダーやロール等で加熱・混練することにより、目的とする樹脂組成物を得ることができる。また必要に応じて冷却固化した後粉砕して粉末状の樹脂組成物を得ることもできる。
【００２２】
このようにして得られたエポキシ樹脂組成物を用いて半導体装置の製造を行う際には、例えば先ず４２アロイや銅等の金属製のリードフレーム上に、半導体素子をダイボンディングする。次にＡｕ等の細線ワイヤを用いたワイヤボンディング法等でリードフレームと半導体素子を結線する。次に本発明のエポキシ樹脂組成物を用いてトランスファー成形等により封止樹脂を成形し、半導体素子とワイヤを封止するものである。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって詳述する。
【００２４】
（実施例１乃至３及び比較例１乃至３）
各実施例及び比較例について、各成分を表１に示す割合にて配合したものをミキサーで均一に混合した後、ニーダーで加熱・混練し、更に冷却固化した後粉砕して粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。
【００２５】
ここで表１中に示す各成分の詳細は次の通りである。
・エポキシ樹脂Ａ  ：  下記の式（１）に示す繰り返し構造を有するジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、大日本インキ化学工業株式会社製、品番「ＨＰ７２００」
・エポキシ樹脂Ｂ  ：  下記の式（２）に示す繰り返し構造を有するクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、住友化学工業株式会社製、品番「ＥＳＣＮ  １９５ＸＬ−３」
・フェノール樹脂Ｃ  ：  下記の式（３）に示す繰り返し構造を有するフェノールアラルキル樹脂、住友ケミカル株式会社製、品番「ＨＥ１００Ｃ−１５」
・フェノール樹脂Ｄ  ：  ノボラック型フェノール樹脂、群栄化学工業株式会社製、品番「ＰＳＭ６２００」
・ブロム化エポキシ樹脂  ：  住友化学工業株式会社製、品番「ＥＳＢ４００Ｔ」
・離型剤  ：  天然カルナバワックス、大日本化学工業株式会社、品番「ＦＩ−１００」
・シランカップリング剤Ｅ  ：  下記の式（４）に示されるγ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、  東レ・ダウコーニング・エポキシ株式会社製、品番「ＡＹ４３−０６２」
・シランカップリング剤Ｆ  ：  下記の式（５）に示されるγ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、東芝シリコーン株式会社製、品番「ＴＳＬ８３８０Ｅ」
・無機充填材Ｓ１  ：  真比重２．２、平均粒径１５μｍ、比表面積０．８ｍ２／ｇの非晶質シリカ粉末、株式会社トクヤマ製
・無機充填材Ｓ２  ：  真比重２．２、平均粒径８μｍ、比表面積１．５ｍ２／ｇの非晶質シリカ粉末、株式会社トクヤマ製
・無機充填材Ｓ３  ：  真比重２．２、平均粒径０．３μｍ、比表面積１５ｍ２／ｇの非晶質シリカ粉末、株式会社トクヤマ製
【００２６】
【化１】
0003591377.tif 000002
【００２７】
【化２】
0003591377.tif 000003
【００２８】
【化３】
0003591377.tif 000004
【００２９】
【化４】
0003591377.tif 000005
【００３０】
【化５】
0003591377.tif 000006
【００３１】
ここで表中のエポキシ樹脂の欄のＡ／Ｂは、エポキシ樹脂成分中におけるエポキシ樹脂Ａとエポキシ樹脂Ｂとの配合重量比を示す。またシランカップリング剤及び無機充填材の欄の重量割合は、それぞれのエポキシ樹脂組成物全量に対する重量割合を示す。また無機充填材の欄のＳ１／Ｓ２／Ｓ３は、無機充填材Ｓ１、無機充填材Ｓ２及び無機充填材Ｓ３の配合重量比を示す。他の欄は各成分の配合量を重量部で示すものである。
【００３２】
【表１】
0003591377.tif 000007
【００３３】
（評価試験１）
銅製の、リード端子が四方に延出したリードフレーム上に、半導体素子として評価用ＴＥＧ（ｔｅｓｔ  ｅｌｅｍｅｎｔ  ｇｒｏｕｐ）をダイボンディングし、ワイヤボンディング法にてリードフレームと接続した。次に各実施例及び比較例のエポキシ樹脂組成物を用いてトランスファー成形により封止樹脂を成形して半導体素子とワイヤを封止し、更に１７５℃、６時間の条件下でアフターキュアーを行って、パッケージサイズ２８ｍｍ×２８ｍｍ×３．２ｍｍの評価用の１６０ＱＦＰ（ｑｕａｄ  ｆｌａｔ  ｐａｃｋａｇｅ）を作製した。
【００３４】
ここで封止樹脂の成形条件は、注入圧力１００ｋｇ／ｃｍ２、金型温度１７５℃、保持時間７０秒間とした。
【００３５】
このようにして得られたパッケージを、８５℃／８５％ＲＨの条件下で１６８時間吸湿させた後、ピーク温度が２６０℃のはんだリフロー装置で処理した。処理後のパッケージを観察し、次の評価を行った。
【００３６】
・外部クラック評価
パッケージ外面に開口するクラックの有無を観察し、クラックの発生したものを不良とした。
【００３７】
・内部クラック評価
パッケージ内部のクラックの有無を観察し、クラックの発生したものを不良とした。
【００３８】
・リード剥離評価
封止樹脂とリードフレームの剥離の有無を観察し、剥離が発生したものを不良とした。
【００３９】
・チップ剥離評価
封止樹脂とチップとの剥離の有無を観察し、剥離が発生したものを不良とした。
【００４０】
・ダイ剥離評価
封止樹脂とリードフレームダイパットとの剥離の有無を観察し、剥離が発生したものを不良とした。
【００４１】
・内部ボイド評価
封止樹脂中におけるボイドの発生の有無を観察し、ボイドが発生したものを不良とした。
【００４２】
以上の評価結果を表２に示す。ここで分母はサンプル数、分子は不良発生数を示す。
【００４３】
【表２】
0003591377.tif 000008
【００４４】
表２から明らかなように、シランカップリング剤の種類以外の配合組成を同一とした比較例３と比較例１、あるいは実施例２と比較例２とを比較すると、比較例３及び実施例２において、各評価項目についてより優れた評価結果が得られた。
【００４５】
また実施例１乃至３並びに比較例３のうち、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂を用いた実施例１乃至３において、剥離及びクラックの発生が更に抑制された。
【００４６】
（評価試験２）
銅製の、リード端子が二方に延出したリードフレーム上に、評価用ＴＥＧ（ｔｅｓｔ  ｅｌｅｍｅｎｔ  ｇｒｏｕｐ）をダイボンディングし、ワイヤボンディング法にてリードフレームと接続した。次に各実施例及び比較例のエポキシ樹脂組成物を用いてトランスファー成形により封止樹脂を成形して半導体素子とワイヤを封止し、更に１７５℃、６時間の条件下でアフターキュアーを行って、パッケージサイズ４００ｍｉｌの評価用の２８ＳＯＰ（ｓｍａｌｌ  ｏｕｔｌｉｎｅ
ｐａｃｋａｇｅ）を作製した。
【００４７】
ここで封止樹脂の成形条件は、注入圧力１００ｋｇ／ｃｍ２、金型温度１７５℃、保持時間７０秒間とした。
【００４８】
得られたパッケージについて、評価試験１と同様に、外部クラック評価、内部クラック評価、リード剥離評価、チップ剥離評価及びダイ剥離評価を行った。
【００４９】
この結果を表３に示す。
【００５０】
【表３】
0003591377.tif 000009
【００５１】
表３から明らかなように、シランカップリング剤の種類以外の配合組成を同一とした比較例３と比較例１、あるいは実施例２と比較例２とを比較すると、比較例３及び実施例２において、各評価項目についてより優れた評価結果が得られた。
【００５２】
また実施例１乃至３並びに比較例１のうち、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂を用いた実施例１乃至３において、剥離及びクラックの発生が更に抑制された。
（評価試験３）
４２アロイ製のリードフレームを用いた以外は評価試験２と同様にして、実施例３及び比較例２のエポキシ樹脂組成物を用いて評価用の２８ＳＯＰを作製した。
【００５３】
得られたパッケージについて、評価試験１と同様に、外部クラック評価、内部クラック評価、リード剥離評価、チップ剥離評価及びダイ剥離評価を行った。
【００５４】
この結果を表４に示す。
【００５５】
【表４】
0003591377.tif 000010
【００５６】
表４から明らかなように、シランカップリング剤の種類以外の配合組成を同一とした実施例２と比較例２とを比較すると、実施例２において、より優れた評価結果が得られた。
【００５７】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係るエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂成分、硬化剤及び無機充填材を含有し、リードフレームを用いて作製される半導体装置用の封止用エポキシ樹脂組成物であって、メルカプトプロピルメチルジメトキシシランを含有するものであり、エポキシ樹脂組成物から形成される硬化成形体とリードフレームとの密着性を向上すると共に吸湿性を低減することができ、硬化成形体を半導体装置の封止樹脂として成形した場合、封止樹脂との熱膨張率の差が大きい銅製のリードフレームを用いても、リードフレームと封止樹脂との剥離を抑制すると共にパッケージクラックの発生を抑制し、信頼性の高い半導体装置を得ることができるものである。また、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂成分全量に対して３０〜１００重量％の割合で含有するものであり、硬化成形体のリードフレームとの密着性を更に向上すると共に吸湿性を低減することができ、封止樹脂とリードフレームとの剥離やパッケージクラックの発生を更に抑制し、更に信頼性の高い半導体装置を得ることができるものである。
【００５８】
また本発明の請求項２に係るエポキシ樹脂組成物は、請求項１の構成に加えて、メルカプトプロピルメチルジメトキシシランの含有量を０．０５〜２．００重量％としたものであり、封止樹脂とリードフレームとの剥離やパッケージクラックの発生を更に抑制すると共に、封止樹脂の内部ボイドの発生を抑制、更に信頼性の高い半導体装置を得ることができるものである。
【００６０】
また本発明の請求項３に係るエポキシ樹脂組成物は、請求項１又は２の構成に加えて、無機充填材を７０〜９３重量％の割合で含有するものであり、エポキシ樹脂組成物の粘度の増加を抑制すると共に硬化成形体の熱膨張率及び吸湿性の増大を抑制することができ、封止樹脂とリードフレームとの剥離やパッケージクラックの発生を更に抑制し、更に信頼性の高い半導体装置を得ることができるものである。
【００６１】
また本発明の請求項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エポキシ樹脂組成物にて封止されたものであり、リードフレームと封止樹脂との剥離を抑制すると共にパッケージクラックの発生を抑制し、信頼性の高い半導体装置を得ることができるものである。
【００６２】
また本発明の請求項５に係る半導体装置は、請求項４の構成に加えて、銅製のリードフレームを用いて作製されたものであり、封止樹脂との熱膨張率の差が大きい銅製のリードフレームを用いても、リードフレームと封止樹脂との剥離を抑制すると共にパッケージクラックの発生を抑制し、信頼性の高い半導体装置を得ることができるものである。