(57)【要約】【課題】従来の導電性金属異物の除去方法では検出・除去できなかったサイズの導電性金属異物を含有しない半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。【解決手段】下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。そして、上記エポキシ樹脂組成物中に、構成成分およびエポキシ樹脂組成物の製造装置に由来する、大きさ２０μｍ以上の導電性金属異物が実質的に含まれていないものである。（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）フェノール樹脂。（Ｃ）硬化促進剤。（Ｄ）無機質充填剤。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、上記エポキシ樹脂組成物中に、構成成分およびエポキシ樹脂組成物の製造装置に由来する、大きさ２０μｍ以上の導電性金属異物が実質的に含まれていないことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）フェノール樹脂。
（Ｃ）硬化促進剤。
（Ｄ）無機質充填剤。
【請求項２】
上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物が、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分に加えて下記（Ｅ）成分を含有するものである請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
（Ｅ）磁性酸化物。
【請求項３】
請求項１または２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樹脂封止してなる半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高信頼性の半導体装置を得ることのできる、所定の大きさ以上の導電性の金属異物を実質的に含有しない半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置は、金属製のリードフレーム上に半導体素子（半導体チップ）が実装され、外部との導通を図るために、上記半導体素子と上記リードフレームのインナーリードとが、金属のワイヤーをボンディングすることにより、接続されている。さらに、上記半導体素子およびリードフレームは、エポキシ樹脂組成物で樹脂封止されている。
【０００３】
そして、最近は、電化製品や携帯電話等の高性能化が進んできており、半導体装置においても、小型化，薄型化，高性能化が要請されている。これを実現するために、ＴＳＯＰ（シン・スモール・アウトライン・パッケージ）やＱＦＰ（クワッド・フラット・パッケージ）等の半導体装置の形態が開発されてきている。また、リードフレームタイプの半導体装置は、外部リードの数に限界があるため、リードでの導通に代えて、ボールやランドで導通を図るＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）やＬＧＡ（ランド・グリッド・アレイ）等の開発も進んできている。
【０００４】
このように、小型化や高性能化が進んでくると、それに伴い半導体装置内部の金属ワイヤーのピッチも狭くなり、最新の半導体装置では、金属ワイヤーのピッチが１００μｍ弱のものもある。
【０００５】
一方、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造工程としては、一般的に、混合，溶融混練，粉砕の各工程があり、これら各工程では、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物の構成材料と製造装置との摩擦や衝突が生起する。このため、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記製造装置に起因した導電性金属異物が混入する。さらには、上記製造装置に起因する以外に、上記構成材料自身に導電性金属異物が混入している場合もある。
【０００６】
このような導電性金属異物が混入した半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、上記半導体素子を樹脂封止すると、上記のような狭ピッチの半導体装置では、上記導電性金属異物が金属ワイヤー間等に挟まり、ショートを引き起こすおそれがある。
【０００７】
そこで、上記導電性金属異物の混入を低減するために、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造工程において、例えば、マグネットを用いて上記導電性金属異物の除去を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−１７３８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記マグネットを用いた除去方法では、大きなサイズの導電性金属異物や強磁性の導電性金属異物の除去は可能だが、微細な（直径約１００μｍ以下）導電性金属異物や弱磁性の導電性金属異物の除去は充分に行うことはできない。したがって、前記最新の狭ピッチの半導体装置には、依然として、ショートを引き起こすおそれがある。
【０００９】
また、磁性酸化物を含有した半導体封止用エポキシ樹脂組成物に対しては、その磁性酸化物もマグネットに付いてしまうため、従来のマグネットを用いた導電性金属異物の除去方法が使用できない。したがって、特に大きなサイズの導電性金属異物や強磁性の導電性金属異物であっても、半導体封止用エポキシ樹脂組成物中に含有されたままとなるという問題を有している。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、従来の導電性金属異物の除去方法では検出・除去できなかったサイズの導電性金属異物を含有しない半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明は、下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、上記エポキシ樹脂組成物中に、構成成分およびエポキシ樹脂組成物の製造装置に由来する、大きさ２０μｍ以上の導電性金属異物が実質的に含まれていない半導体封止用エポキシ樹脂組成物を第１の要旨とする。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）フェノール樹脂。
（Ｃ）硬化促進剤。
（Ｄ）無機質充填剤。
【００１２】
そして、上記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樹脂封止してなる半導体装置を第２の要旨とする。
【００１３】
すなわち、本発明者らは、最新の狭ピッチの半導体装置の封止材料として用いても、短絡（ショート）等の生じない信頼性の高いエポキシ樹脂組成物を得るために一連の研究を重ねた。その結果、エポキシ樹脂組成物の構成成分およびエポキシ樹脂組成物の製造装置に由来する導電性金属異物のなかでも、大きさ２０μｍ以上の導電性金属異物を除去してこのような導電性金属異物が実質的に含まれていないエポキシ樹脂組成物を用いると、所期の目的が達成されることを見出し本発明に到達した。
【発明の効果】
【００１４】
このように、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂組成物中に、このエポキシ樹脂組成物の構成成分およびエポキシ樹脂組成物の製造装置に由来する、大きさ２０μｍ以上の導電性金属異物が実質的に含まれていないものである。このため、最新の狭ピッチの半導体装置の封止材料として用いても、短絡不良も起こらず、高信頼性の半導体装置が得られる。
【００１５】
そして、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物が磁性酸化物を含有すると、磁性酸化物が半導体回路等から発生する電磁波を吸収し、さらに外部からの電磁波も吸収するため、他の電磁波に敏感な素子への悪影響が抑制され、半導体素子の誤動作も起きにくくなるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ成分）と、フェノール樹脂（Ｂ成分）と、硬化促進剤（Ｃ成分）と、無機質充填剤（Ｄ成分）とを用いて得られるものであって、通常、粉末状もしくはこれを打錠したタブレット状になっている。
【００１７】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）は、特に限定されるものではなく、通常用いられているものでよい。例えば、クレゾールノボラック型、フェノールノボラック型、ビスフェノールＡ型、ビフェニル型、トリフェニルメタン型、ナフタレン型等があげられる。これらは、単独で使用できるほか、２種以上を併用してもよい。
【００１８】
上記フェノール樹脂（Ｂ成分）は、上記エポキシ樹脂の硬化剤としての作用を奏するものであり、特に限定されるものではなく、通常用いられるものでよい。例えば、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールＡ型ノボラック、ナフトールノボラック、フェノールアラルキル樹脂等があげられる。これらは、単独で使用できるほか、２種以上を併用してもよい。
【００１９】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とフェノール樹脂（Ｂ成分）との配合割合は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量あたり、フェノール樹脂中の水酸基が０．５〜２．０当量となるように配合することが好ましい。より好ましくは、０．８〜１．２当量である。
【００２０】
上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられる硬化促進剤（Ｃ成分）としては、特に限定されるものではなく、例えば、アミン型やリン型等のものがあげられる。そのうちアミン型とてしは、２−イミダゾール等のイミダゾール類、トリエタノールアミンや１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等の三級アミン類等があげられる。また、リン型とてしは、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート等があげられる。これらは、単独で使用できるほか、２種以上を併用してもよい。そして、この硬化促進剤の配合割合は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体の０．１〜２．０重量％の割合に設定することが好ましい。さらに、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の流動性を考慮すると、より好ましくは、０．１５〜０．３５重量％である。
【００２１】
上記Ａ〜Ｃ成分とともに用いられる無機質充填剤（Ｄ成分）も、特に限定されるものではなく、通常用いられているものでよい。例えば、石英ガラス粉末、シリカ粉末、アルミナ、タルク等があげられる。特に好ましくは、球状溶融シリカ粉末、破砕シリカ粉末があげられる。これらは、単独で使用できるほか、２種以上を併用してもよい。そして、この無機質充填剤の配合割合は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体の７０〜９０重量％の割合に設定することが好ましく、より好ましくは、７５〜９０重量％である。さらに、上記無機質充填剤の平均粒径は、１〜１５０μｍであることが好ましく、より好ましくは、５〜７５μｍである。
【００２２】
本発明においては、上記Ａ〜Ｄ成分に加えて、電磁波遮蔽（シールド）効果の観点から、磁性酸化物（Ｅ成分）を含有させてもよい。この磁性酸化物も、特に限定されるものではなく、通常用いられているものでよい。例えば、酸化鉄、酸化銅、チタン酸バリウム、フェライト等があげられる。そして、この磁性酸化物の配合割合は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体の２０〜９０重量％の割合に設定することが好ましく、より好ましくは、３０〜７０重量％である。さらに、上記磁性酸化物の平均粒径は、１〜１００μｍであることが好ましく、より好ましくは、３〜５０μｍである。
【００２３】
なお、上記磁性酸化物（Ｅ成分）が含有されていると、この磁性酸化物も後述の導電性金属異物検出方法における誘導加熱により発熱するが、磁性酸化物と導電性金属異物とは、温度上昇率が異なる（導電性金属異物の方が高い）ため、それらを区別して検出することができ、導電性金属異物のみを除去することができる。
【００２４】
さらに、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｅ成分に加えて、必要に応じて、ブロム化エポキシ樹脂等のハロゲン系難燃剤、三酸化アンチモン等の難燃助剤、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシランやγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤、カルナバワックス等の離型剤等の他の添加剤が適宜用いられる。
【００２５】
そして、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、例えば、つぎのようにして製造することができる。すなわち、上記Ａ〜Ｄ成分、場合によりＥ成分および必要に応じて他の添加剤を配合した後、ミキシングロール機等の混練機にかけ加熱状態で溶融混練し、これを室温に冷却した後、公知の手段によって粉砕し、必要に応じて打錠するという一連の工程により製造することができる。
【００２６】
このようにして得られた半導体封止用エポキシ樹脂組成物に対して、上記各構成成分およびエポキシ樹脂組成物の製造装置（例えば、ミキシングロール機等の混練機等）に由来する、大きさ２０μｍ以上の導電性金属異物が混入していないかを検出し除去する。そして、このような導電性金属異物を検出・除去することにより、構成成分およびエポキシ樹脂組成物の製造装置に由来する、大きさ２０μｍ以上の導電性金属異物が実質的に含まれないエポキシ樹脂組成物が得られるのである。すなわち、大きさが２０μｍ未満の導電性金属異物の場合、小さ過ぎて現状の装置では検出困難であり、また最新の半導体装置における金属ワイヤーのピッチが１００μｍ弱であることを考慮しても、２０μｍを臨界としてこれ以上の大きさの導電性金属異物を除去することで充分であると考えられる。
【００２７】
このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子の封止方法は、特に限定するものではなく、通常のトランスファー成形等の公知のモールド方法により行うことができ、半導体装置化することができる。
【００２８】
つぎに、上記導電性金属異物の検出・除去方法について、説明する。
【００２９】
本発明において、導電性金属異物の検出・除去は、各種の除去・混入防止方法を複合的に使用することができる。例えば、構成成分である原材料においては、後述の誘導加熱による検出・除去やマグネットによる除去が可能である。また、エポキシ樹脂組成物の製造過程においては、原材料を混合するミキサー、混合した原材料の溶融混合を行うニーダー、溶融混合したエポキシ樹脂組成物を冷却・圧延する圧延ロール、圧延されたシート状のエポキシ樹脂組成物を粉砕する各種ミル、粉砕されたエポキシ樹脂組成物をタブレット化する打錠機等の装置としては、硬質で摩耗が発生した場合においてもその破片が２０μｍ未満となるような硬質の材料を使用してなるものであればよい。また、粉砕されたエポキシ樹脂組成物中の導電性金属異物の後述の誘導加熱による検出・除去やマグネットによる除去も可能である。ただし、その特性上、上記マグネットによる除去は磁性酸化物または磁性酸化物を含有するエポキシ樹脂組成物には使用することができない。
【００３０】
上記導電性金属異物の検出方法について図面に基づいて説明する。
【００３１】
図１は、導電性金属異物の検出方法の一形態を示している。この導電性金属異物の検出方法は、タブレット状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物Ｔを、磁化器１が発生する磁束中に通すことにより行われる。そして、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物Ｔ中に導電性金属異物が存在すると、その導電性金属異物は、上記磁束により、誘導加熱状態になって発熱する。このため、その半導体封止用エポキシ樹脂組成物Ｔの温度分布を赤外線カメラ２で測定すると、上記導電性金属異物の存在部分が局所的に高温となっており、上記導電性金属異物を検出することができる。そして、その高温部分を示した上記導電性金属異物を取り除くのである。
【００３２】
このような導電性金属異物の検出方法では、従来のマグネットを用いた方法では困難であった直径１００μｍ以下の導電性金属異物やマグネットに付かないステンレス等の導電性金属異物（磁性酸化物等）でも検出することが可能である。ただし、先に述べたように、上記導電性金属異物の検出方法でも、大きさ（直径）２０μｍ未満のものは、小さ過ぎて、現状では、検出困難となっているが、最新の半導体装置における金属ワイヤーのピッチが１００μｍ弱であることを考慮すると、それで充分である。
【００３３】
より詳しく説明すると、上記磁化器１は、対向し合う２つの磁極１１ａ，１１ｂと、これら両磁極１１ａ，１１ｂを接続するヨーク１２と、このヨーク１２の中間部に設けられたコイル１３とを備えており、そのコイル１３は、磁化電源回路１４に接続されている。そして、その磁化電源回路１４からコイル１３に高周波電流（２５〜７０ｋＨｚ）が供給されると、コイル１３は、高周波磁束を発生する。この高周波磁束は、ヨーク１２，一方の磁極１１ａ，他方の磁極１１ｂ，ヨーク１２の磁路を還流する。
【００３４】
また、上記両磁極１１ａ，１１ｂの間には、半導体封止用エポキシ樹脂組成物Ｔを載置するためのコンベア３が設けられており、そのコンベア３は、両磁極１１ａ，１１ｂの間の磁束と直向する方向に移動するようになっている。そして、上記コンベア３の移動により、その上に載置された半導体封止用エポキシ樹脂組成物Ｔが順次、両磁極１１ａ，１１ｂの間の磁束の中を通るようになっている。
【００３５】
上記赤外線カメラ２は、両磁極１１ａ，１１ｂの間の上方に設けられており、磁束の中を通る半導体封止用エポキシ樹脂組成物Ｔの温度分布を測定できるようになっている。また、赤外線カメラ２は、撮影制御回路２１を経て、モニタ２２と異物検出回路２３とに接続されている。赤外線カメラ２は、撮影制御回路２１により制御され、半導体封止用エポキシ樹脂組成物Ｔから放射される赤外線を捕えて電気信号に変換する。そして、上記撮影制御回路２１は、その電気信号をモニタ２２と異物検出回路２３と送る。モニタ２２は、その電気信号に基づいて温度分布画像を画面に表示し、その温度分布画像から導電性金属異物の有無とその存在位置とが視認できる。さらに、上記異物検出回路２３は、測定した半導体封止用エポキシ樹脂組成物Ｔからの電気信号と、導電性金属異物が存在しない半導体封止用エポキシ樹脂組成物Ｔからの電気信号（予めインプットしておく）とを比較して、導電性金属異物の有無を判定し、導電性金属異物が存在するときは、異物検出信号を発信する。
【００３６】
なお、上記形態では、温度分布の測定に赤外線カメラ２を用いたが、それに代えて、放射温度計やサーモグラフィー等を用いてもよい。また、半導体封止用エポキシ樹脂組成物Ｔをタブレット状に形成したものに対して導電性金属異物検出を行ったが、タブレット状に形成する前の粉末状のものに対して行ってもよい。
【００３７】
また、構成成分である原材料や粉末状のエポキシ樹脂組成物に対して、上記誘導加熱にて検出・除去する場合の方法としては、導電性金属異物周辺を吸引式の回収機を使用することができる。そして、タブレット状の場合であれば、タブレット通路に選別弁を設けて一定粒径以上の導電性金属異物を含むタブレットを選別することができる。
【００３８】
上記誘導加熱法による導電性金属異物の検出・除去工程は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造工程中の任意の工程にて実施することができるが、前述のように製造装置に起因する導電性金属異物の混入を未然に防止する目的で、製造工程の最終段階となるタブレット打錠後に行うことが特に好ましい。
【００３９】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００４０】
まず、下記に示す各成分を準備した。
【００４１】
〔エポキシ樹脂〕
下記の一般式（ａ）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９２、融点１００℃）。
【化１】
2006124478.tif 000002
【００４２】
〔フェノール樹脂〕
下記の一般式（ｂ）で表されるフェノールアラルキル樹脂（水酸基当量１７０、融点８３℃）。
【化２】
2006124478.tif 000003
【００４３】
〔硬化促進剤〕
トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）。
【００４４】
〔無機質充填剤ａ〕
平均粒径３０μｍの球状溶融シリカ。
【００４５】
〔無機質充填剤ｂ〕
平均粒径１μｍの球状溶融シリカ。
【００４６】
〔磁性酸化物〕
平均粒径３０μｍのＮｉ−Ｚｎ系破砕フェライト。
【００４７】
〔離型剤〕
カルナバワックス。
【実施例】
【００４８】
〔実施例１〜２、比較例１〜２〕
下記の表１に示す各成分を同表に示す割合で配合し、ミキシングロール機（温度１００℃）で３分間溶融混練した。ついで、この溶融物を室温（２５℃）に冷却した後、粉砕することにより、粉末状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。そして、これを打錠してタブレット状（直径２５ｍｍ、厚み３０ｍｍ）に加工した。
【００４９】
なお、実施例１〜２においては、使用した各成分は予め下記に示す導電性金属異物の検出方法に従って、大きさ２０μｍ以上の導電性金属異物を検出・除去したものを用い、さらに上記ミキシングロール機の材質には硬度が高く摩耗しても最大径が２０μｍ未満となるような超硬鋼を使用して、大きさ２０μｍ以上の導電性金属異物を実質的に含有しない粉末状エポキシ樹脂組成物を得た。一方、比較例１〜２においては、使用した各成分は入手時の状態のままで使用し、さらに上記ミキシングロール機、ニーダー、ミルの各装置の材質には超硬鋼よりも硬度の低い炭素鋼を使用して、粉末状エポキシ樹脂組成物を得た。
【００５０】
〔導電性金属異物の検出〕
上記実施例１〜２においては、使用した各成分に対して、図１に示す装置を用い、前述の導電性金属異物検出方法により導電性金属異物の検出を行った。すなわち、実施例１〜２の各タブレットを周波数７０ｋＨｚで駆動される磁化器のヨーク間に６秒間位置するようにした。
【００５１】
【表１】
2006124478.tif 000004
【００５２】
このようにして得られた実施例および比較例の粉末状エポキシ樹脂組成物を用い、これをアセトンにて溶解させた後、無機質充填剤（シリカ粉末）および磁性酸化物のみを取り出し、光学顕微鏡を用いて各エポキシ樹脂組成物中に含有されている導電性金属異物の最大粒径を測定した。その結果を後記の表２に示した。また、上記磁性酸化物と導電性金属異物との区別は、つぎのようにして確認可能である。すなわち、原材料に含まれる導電性金属異物および装置の摩耗により生じて製造過程で混入した摩耗性の導電性金属異物はいずれも球状を示し、磁性酸化物の破砕形状とは形状で区別することが可能である。
【００５３】
上記各エポキシ樹脂組成物を用いて、導電性金属異物混入による短絡不良を確認するために下記の方法に従って、半導体装置を作製して短絡不良の評価を行った。その結果を後記の表２に示した。
【００５４】
〔短絡不良評価〕
各エポキシ樹脂組成物を用い、打錠機によりタブレット化した。そして、得られたタブレット状のエポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子（チップサイズ：１０ｍｍ×１０ｍｍ）をトランスファー成形（条件：１７５℃×１２０秒）し、さらに１７５℃×５時間の後硬化を行うことにより半導体装置を作製した。得られた半導体装置は、下記に示す２０８ピンＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）である。
【００５５】
〔パッケージ形態〕
２０８ピンＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）タイプ：大きさ２８ｍｍ×２８ｍｍ×厚み２．８ｍｍ
半導体素子サイズ：１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み３７０μｍ
金属リードフレーム：銅製（サイズ：１１ｍｍ×１１ｍｍ×厚み１００μｍ）
ワイヤー：金製、直径２０μｍ、ピッチ８０μｍ、ワイヤー間距離６０μｍ
【００５６】
【表２】
2006124478.tif 000005
【００５７】
上記結果、実施例品のエポキシ樹脂組成物に含まれる導電性金属異物の最大粒径は２０μｍ未満であることから、短絡不良も起こらず、高信頼性の半導体装置が得られたことがわかる。これに対して、比較例品のエポキシ樹脂組成物に含まれる導電性金属異物の最大粒径は２０μｍを大きく上回った１１０μｍであり、半導体装置において短絡不良が生起してしまった。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】導電性金属異物の検出方法の一実施の形態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５９】
Ｔ  半導体封止用エポキシ樹脂組成物
１  磁化器
２  赤外線カメラ
【図１】
2006124478.tif 000006