(57)【要約】【課題】  密着性に優れた特性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供すること。【解決手段】  （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）無機充填材、（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物において、示差走査熱量計で昇温速度を３℃／ｍｉｎとした場合における２００℃を超える温度域の発熱ピークの発熱量が１０ｍＪ／ｍｇ以下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、及びこれ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。【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）無機充填材、（Ｄ）硬化促進剤、（Ｅ）カップリング剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物において、示差走査熱量計で昇温速度を３℃／ｍｉｎとした場合における２００℃を超える温度域の発熱ピークの発熱量が１０ｍＪ／ｍｇ以下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。
【請求項２】
請求項１に記載の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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密着性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び信頼性に優れた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置は生産性、コスト、信頼性等のバランスに優れることからエポキシ樹脂組成物を用いて封止されるのが主流となっている。半導体装置の小型化、薄型化に伴い、封止用エポキシ樹脂組成物に対しては、より一層の低粘度化、高強度化が要求されている。このような背景から、最近のエポキシ樹脂組成物の動向は、より低粘度の樹脂を適用し、より多くの無機充填材を配合する傾向が強くなっている。また新たな動きとして、半導体装置を実装する際、従来よりも融点の高い非含鉛半田の使用が強まってきている。この半田の適用により実装温度を従来に比べ約２０℃高くする必要があり、実装後の半導体装置の信頼性が現状に比べ著しく低下する問題が生じている。このようなことからエポキシ樹脂組成物のレベルアップによる半導体装置の信頼性の向上要求が加速的に強くなってきており、樹脂の低粘度化と無機充填材の高充填化に拍車がかかっている。また、樹脂の半導体装置構成部材への高密着化も今まで以上に要求されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１は半導体素子の表面に存在する元素のうちＣ，Ｏ，Ｈ以外の元素を１種類以上含むカップリング剤を必須成分とすることにより半導体素子との密着向上を図ったものであるが、樹脂組成物の製造において不均一分散によって本来発揮すべき密着向上効果が十分に達成できないという欠点があった。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２７１０４号公報（第２〜７頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、密着性に優れた半導体封止用樹脂組成物及び耐半田クラック性等の信頼性に優れた半導体装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、
[１]  （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）無機充填材、（Ｄ）硬化促進剤、（Ｅ）カップリング剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物において、示差走査熱量計で昇温速度を３℃／ｍｉｎとした場合における２００℃を超える温度域の発熱ピークの発熱量が１０ｍＪ／ｍｇ以下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、
［２]  第［１］項に記載の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、
である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に従うと、従来技術では得られなかった密着性に優れたエポキシ樹脂組成物及び耐半田クラック性等の信頼性に優れた半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、無機充填材、硬化促進剤、カップリング剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物において、示差走査熱量計で昇温速度を３℃／ｍｉｎとした場合における２００℃を超える温度域の発熱ピークの発熱量が１０ｍＪ／ｍｇ以下となるように配合処方、混練方法を調整することにより、従来技術では得られなかった密着性に優れたエポキシ樹脂組成物及び耐半田クラック性等の信頼性に優れた半導体装置が得られるものである。
以下、本発明について詳細に説明する。
【０００８】
本発明に用いるエポキシ樹脂は、分子中に２個以上のエポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造は特に限定するものではないが、例えばビスフェノールＡ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、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、フェニレン骨格，ビフェニレン骨格等を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単独で用いるかもしくは併用することができる。半導体封止用エポキシ樹脂組成物としての耐湿信頼性を考慮すると、イオン性不純物であるＮａイオンやＣｌイオンが極力少ない方が好ましく、硬化性の点からエポキシ当量としては１００〜５００ｇ／ｅｑが好ましい。
【０００９】
本発明に用いるフェノール樹脂は、分子中に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、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造は特に限定するものではないが、例えばフェノールノボラック樹脂、フェニレン骨格，ビフェニレン骨格等を有するフェノ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、これらは単独で用いるかもしくは併用することができる。硬化性の点から水酸基当量は９０〜２５０ｇ／ｅｑが好ましい。
【００１０】
本発明に用いる無機充填材としては、一般に封止材料に用いられている溶融シリカ、球状シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミ等が挙げられる。無機充填材の粒径としては、金型への充填性を考慮すると１５０μｍ以下であることが望ましい。また無機充填材の充填量としては、エポキシ樹脂組成物全体に対し８０〜９４重量％が好ましく、下限値を下回るとエポキシ樹脂組成物の硬化物の吸水量が増加し、強度が低下するため耐半田クラック性が劣る恐れがあり、上限値を越えると流動性が損なわれるために成形性に不具合を生じる恐れがあるので好ましくない。
【００１１】
本発明に用いる硬化促進剤は、エポキシ基とフェノール性水酸基の反応を促進するものであればよく、一般に封止材料に使用されているものを利用することができる。例えば１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のジアザビシクロアルケン及びその誘導体、トリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、ベンジルジメチルアミン等のアミン系化合物、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物等があり、これらは単独でも混合して用いてもよい。
【００１２】
本発明に用いるカップリング剤は、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のシランカップリング剤や、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、アルミニウム／ジルコニウムカップリング剤等が挙げられるが、これらに限定するものではないが、シランカップリング剤が好ましい。またこれらは単独で用いるかもしくは併用しても差し支えない。
【００１３】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）成分を必須成分とするが、これ以外に必要に応じて臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチモン等の難燃剤、離型剤、カーボンブラック等の着色剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力添加剤、無機イオン交換体等の添加剤を適宜配合してもよい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）成分及びその他の添加剤等をミキサー等で用いて常温で均一に混合した後、加熱ロール又はニーダー、押出機等で溶融混練し、冷却後粉砕して製造することができる。全ての成分を混合する前に、予めカップリング剤を無機充填材に混合処理することが望ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子を封止し、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成形硬化すればよい。
【００１４】
本発明の最も重要な点は、示差走査熱量計で昇温速度を３℃／ｍｉｎとした場合における２００℃を超える温度域の発熱ピークの発熱量が１０ｍＪ／ｍｇ以下であることである。示差走査熱量計で昇温速度を３℃／ｍｉｎとした場合、エポキシ樹脂組成物の発熱ピークは１個又は２個発生するが、この２個目（高温側）の発熱ピークはエポキシ樹脂組成物中の未反応部分が反応することにより２００℃を超える温度域に発生する。２００℃を超える温度域の発熱ピークの発熱量が上記上限値を超えると、半導体装置の構成部材を汚染し、密着性が阻害される。そのため金型離型時にエポキシ樹脂組成物と半導体装置の構成部材とで剥離が生じたり、信頼性評価において剥離が生じたりする。
本評価における２００℃を超える温度域の発熱ピークの発熱量を１０ｍＪ／ｍｇ以下となるようにするためには、エポキシ樹脂組成物を製造する際の製造条件を適正化することが必要となる。具体的にはカップリング剤添加時の均質性や原料混合時の均質性、混練工程における均質性の維持などが挙げられる。これらの条件は少なくとも一つ以上を適正化することが重要となる。カップリング剤の添加時の均質性を維持するためには、ミキサーに無機充填材を投入後、ミキサーで混合しながらカップリング剤の添加を行うことが必要であり、かつ無機充填材１００重量部あたりのカップリング剤の添加速度を０．１５重量部／ｍｉｎ以下とする必要がある。また、カップリング剤の総添加量としては、無機充填材１００重量部に対して０．１〜１重量部とすることが望ましい。また、原料混合時の均質性を維持するためには、混合時間を原料重量１０００ｋｇあたり１０分以上とすることが必要である。また、混練工程における均質性を維持するには、原料重量１０００ｋｇあたり３０分以上混練することが必要である。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明を実施例にて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。配合割合は重量部とする。
実施例１
ビフェニル型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＸ−４０００Ｈ、融点１０５℃、エポキシ当量１９１）                                  ６．８重量部
フェノールノボラック樹脂（軟化点６５℃、水酸基当量１０４）      ３．６重量部
球状溶融シリカ（平均粒径２２μｍ）                            ８７．５重量部
トリフェニルホスフィン                                          ０．２重量部
γ−メルカプトプロピルメトキシシラン                            ０．２重量部
臭素化エポキシ樹脂（エポキシ当量３６０、臭素含有量４８％）      ０．５重量部
三酸化アンチモン                                                ０．８重量部
カルナバワックス                                                ０．２重量部
カーボンブラック                                                ０．２重量部
ミキサーに球状溶融シリカを投入後、ミキサーで混合しながらカップリング剤であるγ−メルカプトプロピルメトキシシランを一定速度で添加し、続けて他の成分を投入後常温混合し、８０〜１００℃の加熱ロールで溶融混練し、冷却後粉砕し、エポキシ樹脂組成物を得た。尚、カップリング剤の添加速度、混合時間、混練時間については表１に示す。得られたエポキシ樹脂組成物を、以下の方法で評価した。結果を表１に示す。
【００１６】
発熱ピーク温度および発熱ピーク数、発熱量：前記エポキシ樹脂組成物を１０ｍｇ精秤し、示差走査熱量計（セイコー電子（株）製）を用い、昇温速度３℃／ｍｉｎで測定した。
初期剥離：タブレット化した前記エポキシ樹脂組成物を用い、８０ｐＱＦＰ（２．７ｍｍ厚）を低圧トランスファー成形機にて、金型温度１７５℃、注入圧６．９ＭＰａ、保圧時間５０秒の条件で成形し、１７５℃で４時間ポストキュアした後、剥離の発生の有無を超音波探傷装置を用いて観察した。剥離のないものを合格とした（ｎ＝３６）。
耐半田性：初期剥離試験に用いた成形品を８５℃、相対湿度８５％の恒温恒湿層で１６８時間加湿処理し、ＩＲリフロー処理（ＪＥＤＥＣ：鉛フリー対応規格）して耐半田性を調べた。観察方法は実態顕微鏡によるクラック観察および超音波探傷による剥離観察とした。処理後にクラック、剥離の発生がないものを合格とした（ｎ＝３６）。
【００１７】
実施例２〜５、比較例１〜３
表１の配合及びカップリング剤の添加速度、混合時間、混練時間に従い、実施例１と同様にして、エポキシ樹脂組成物を製造し、同様にして評価した。評価結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】
2006045393.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は優れた密着性を有しており、これを用いた半導体装置は耐半田クラック性等の信頼性に優れたものとなるため、従来よりも融点の高い非含鉛半田を使用する半導体装置に好適に用いることができる。