(57)【要約】【課題】  成形性にほとんど影響を与えずにバリの発生を抑えることができる半導体封止用エポキシ樹脂組成物とそれを用いた半導体装置を提供する。【解決手段】  平均粒径５〜２００ｎｍの範囲のシロキサン結合をもつポリマーがエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材とともに必須成分として含有されていることとする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒径５〜２００ｎｍの範囲のシロキサン結合をもつポリマーがエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材とともに必須成分として含有されてい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】
シロキサン結合をもつポリマーは、アクリルポリマーでコーティングされていることを特徴とする請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
シロキサン結合をもつポリマーは、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して０．５〜１０質量％の範囲で含有されていることを特徴とする請求項１または２に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から３のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子が封止され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】
本願発明は、電気・電子部品、汎用半導体装置、光半導体装置等における半導体を封止するために用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物と、この半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止された半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気・電子部品、汎用半導体装置、光半導体装置等の封止方法として、エポキシ樹脂組成物やシリコン樹脂組成物等による封止方法や、ガラス、金属、セラミック等を用いたハーメチックシール法が知られている。エポキシ樹脂は、密着性、耐湿性、電気絶縁性、耐熱性、透明性等の点で優れており、さらに、大量生産可能でコストメリットがあるため、近年ではエポキシ樹脂組成物を用いる封止方法が主流を占めている。このようなエポキシ樹脂組成物として、たとえば、難燃性を向上させるためにオルガノポリシロキサン化合物を含有させたり（たとえば、特許文献１参照）、半導体封止時や、高温下、高湿下において半導体素子に与える応力を低くするためにシリコーン・アクリル複合ゴム系グラフト共重合体を含有させたエポキシ樹脂組成物（たとえば、特許文献２参照）が報告されている。
【０００３】
以上のようなエポキシ樹脂組成物を用いてパッケージを成形する場合、たとえば金型のパーティング面からもれるバリの発生量を抑えることが課題となっている。バリが発生した場合にはそれを取り除くのに時間がかかるのはもちろん、バリを完全に取り除かずにリードフレームに付着したままだと、リードフレームをカットして搬送する際にズレが生じて生産ラインが止まってしまったり、バリが金型上に落ちて成形不良になってしまうなど歩留まりが悪化する原因となっていた。このため、バリの発生を低減する方法として、エポキシ樹脂組成物に粒径の小さいシリカを含有させる方法が提案されている。
【０００４】
しかしながら、上記の方法によれば、シリカの粒径が小さくなるにつれて比表面積が大きくなりエポキシ樹脂との接触面積が増えて増粘するため、エポキシ樹脂組成物の成形性に悪影響を与えてしまうという問題があった。
【特許文献１】特開平１０−１９５１７９号公報
【特許文献２】特開２００３−５５５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明は、以上の通りの背景から、成形性にほとんど影響を与えずにバリの発生を抑えることができる半導体封止用エポキシ樹脂組成物と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】
【０００６】
本願発明は、前記の課題を解決するものとして、第１には、平均粒径５〜２００ｎｍの範囲のシロキサン結合をもつポリマーがエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材とともに必須成分として含有されていることを特徴とする。
【０００７】
そして、第２には、上記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、シロキサン結合をもつポリマーは、アクリルポリマーでコーティングされていることを特徴とし、第３には、シロキサン結合をもつポリマーは、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して０．５〜１０質量％の範囲で含有されていることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本願発明は、第４には、半導体装置として、以上のいずれかの半導体封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子が封止されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
前記のとおりの上記の第１の発明によれば、平均粒径５〜２００ｎｍの範囲のシロキサン結合をもつポリマーがエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材とともに必須成分として含有されていることにより、成形性にほとんど影響を与えずにバリの発生を抑えることができる。
【００１０】
上記の第２の発明によれば、シロキサン結合をもつポリマーがアクリルポリマーでコーティングされていることにより、エポキシ樹脂との相溶性が向上し、成形性への影響をさらに小さくすることができる。
【００１１】
また、上記の第３の発明によれば、シロキサン結合をもつポリマーが、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して０．５〜１０質量％の範囲で含有されていることにより、第１、第２の発明の効果に加え、その硬化物の曲げ強度や曲げ弾性率などの特性を損なうことなくバリの発生を抑えることができる。
【００１２】
以上のような顕著な効果は、上記の第４の発明の半導体装置として実際上大きく実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本願発明は前記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に、発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１４】
本願発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物では、前記のとおり、平均粒径５〜２００ｎｍの範囲のシロキサン結合をもつポリマーがエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材とともに必須成分として含有されているものである。
【００１５】
本願発明におけるシロキサン結合をもつポリマーは、その平均粒径が５〜２００ｎｍの範囲であれば特に制限されることはなく、主鎖にシロキサン結合をもつシリコーンゴムあるいはシリコーンエラストマーであってもよい。たとえば、このようなシリコーンゴムとしては、重合度５０００〜１００００程度の線状ポリマーで、ジメチルシリコーン系、メチルビニルシリコーン系、メチルフェニルビニルシリコーン系などのミラブル型シリコーンゴムや、重合度１００〜２０００程度の線状ポリマーである液状シリコーンゴムなどが考慮される。
【００１６】
上記ポリマーの平均粒径はより小さい方が物性に悪影響を与えないため好ましいが、製造上の実用的なレベルで下限値を５ｎｍとしている。平均粒径が２００ｎｍを超える場合には、Ｔｇなどの物性に悪影響を与えることになり、成形性に影響を与えずにバリの発生を抑えることができない。
【００１７】
また、本願発明におけるシロキサン結合をもつポリマーは、その表面がアクリルポリマーでコーティングされていてもよい。これによって、エポキシ樹脂との相溶性が向上し、成形性への影響を小さくすることができる。
【００１８】
アクリルポリマーとしては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリグリシジルメタクリレート（ＰＧＭＡ）などを例示することができる。そして、使用するシロキサン結合をもつポリマーの平均粒径やエポキシ樹脂との相溶性を考慮して、たとえば膜厚が５０〜１００μｍの範囲になるようにコーティングされることが好ましい。
【００１９】
本願発明におけるシロキサン結合をもつポリマーは、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して０．５〜１０質量％の範囲で含有されていることが好ましく、特に１〜３質量％の範囲が好適である。０．５質量％未満では十分にバリの発生を抑えることができない場合があり、１０質量％を超えるとＴｇが低下し、その硬化物の曲げ強度や曲げ弾性率などの特性を損なう場合があるため好ましくない。
【００２０】
本願発明におけるエポキシ樹脂としては、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するものであれば特に制限されることなく使用することができる。たとえば、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、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、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂などを例示することができ、これらを単独もしくは複数種併用してもよい。なお、エポキシ樹脂は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して７〜３５質量％の範囲で配合することができる。
【００２１】
硬化剤としては、１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有し、上記のエポキシ樹脂を硬化させることができるものであれば特に制限されることなく使用することができる。たとえば、フェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、酸無水物硬化剤などを用いることができるが、吸湿率が小さくて信頼性の高いエポキシ樹脂組成物とするにはフェノール系硬化剤を用いることが好ましい。このフェノール系硬化剤としては、たとえばフェノールアラルキル、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、トリフェニルメタン骨格を有する硬化剤、ジシクロ骨格を有する硬化剤、パラキシリレン骨格を有する硬化剤、ナフトールアラルキルなど、各種の多価フェノール化合物あるいはナフトール化合物を用いることができる。これらを単独もしくは複数種併用してもよい。フェノール系硬化剤を用いる場合の配合量は、エポキシ樹脂のエポキシ当量／フェノール当量＝０．５〜１．５となるように設定することが好ましく、好適には０．８〜１．２となるように設定する。
【００２２】
無機充填材としては、非晶質シリカ（溶融シリカ）、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素などの各種の無機充填材を用いることができ、単独もしくは複数種併用してもよい。半導体封止用エポキシ樹脂組成物の流動性などを考慮すると、これらの中でも特に、溶融シリカや結晶シリカを用いることが好ましい。無機充填材の配合量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して６０〜９３質量％の範囲に設定することが好ましい。無機充填材の配合量が半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して６０質量％未満の場合、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の封止成形体として必要な低線膨張率、低吸湿率、高信頼性、耐はんだ性などの性能を十分に得ることができない場合があるので好ましくない。９３質量％を超える場合には、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の成形時の流動性が低下して成形性が悪化する場合があるため好ましくない。
【００２３】
本願発明は、さらに硬化促進剤を併用してもよく、エポキシ樹脂と硬化剤の反応を促進させる作用があるものであれば特に制限されるものではない。たとえば、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾールなどのイミダゾール類、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリメチルホスフィンなどの有機ホスフィン類、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（ＤＢＵ）、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミンなどの３級アミンなどを用いることができる。これらを単独もしくは複数種併用してもよい。
【００２４】
また、本願発明は、カップリング剤を配合することができる。カップリング剤としては、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのメルカプトシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどのグリシドキシシラン、アミノシランなどのシランカップリング剤や、エポキシ基／ポリエーテル基含有ポリシロキサンなどのカップリング剤を用いることができる。これらを単独もしくは複数種併用してもよい。なお、エポキシ基／ポリエーテル基含有ポリシロキサンについてその分子量及び官能基当量は特に限定されるものではない。
【００２５】
本願発明は、さらに必要に応じて、カーボンブラックなどの着色剤、カルナバワックスなどの金型離型用ＷＡＸ、シリコーン可とう剤、ブロム化エポキシ樹脂などの難燃剤、三酸化アンチモンなどの難燃助剤などを添加することができる。
【００２６】
本願発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、平均粒径５〜２００ｎｍの範囲のシロキサン結合をもつポリマー、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、必要に応じてその他の材料を配合し、ミキサーやブレンダーなどで均一に混合した後、ニーダーやロールなどで加熱・混合して調製することができる。なお、加熱・混合した後で必要に応じて冷却固化し、粉砕して粉状にして使用してもよいし、タブレット状、スティック状に成形して使用してもよい。
【００２７】
そして、上記のようにして調製した半導体封止用エポキシ樹脂組成物を封止成形することによって、半導体装置を作製することができる。たとえば、ＩＣなどの半導体素子を搭載したリードフレームをトランスファー成形金型にセットし、トランスファー成形を行うことによって、半導体素子を上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物による封止樹脂で封止した半導体装置を作製することができる。
【００２８】
以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん以下の例によって本願発明が限定されることはない。
【実施例】
【００２９】
＜実施例１〜５及び比較例＞
表１に示す配合物（配合量の単位は質量％）をブレンダーで３０分間混合し均一化した後、８０℃に加熱したニーダーで混練溶融させて押出し、冷却後、粉砕機で所定粒度に粉砕して、実施例１〜５及び比較例の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を粒状材料として得た。これらの半導体封止用エポキシ樹脂組成物について、流動性、バリ発生の程度、曲げ強度、曲げ弾性率、Ｔｇを評価した。
【００３０】
なお、表１における半導体封止用エポキシ樹脂組成物の配合材料としては、下記のものを用いた。
ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂：住友化学工業（株）製「ＥＳＣＮ１９５ＸＬ」エポキシ当量１９５
フェノールノボラック樹脂：荒川化学工業（株）製「タマノール７５２」水酸基当量１０４
シリカ：電気化学工業（株）製「ＦＢ８２０」
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン：信越化学工業（株）製「ＫＢＭ４０３」
エポキシ基／ポリエーテル基含有ポリシロキサン：東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製「ＳＦ８４２１」
カーボンブラック：三菱化学（株）製「４０Ｂ」
硬化促進剤：北興化学工業（株）製「ＴＰＰ」
カルナバワックス：大日化学製「Ｆ１−１００」
ブロム化エポキシ樹脂：住友化学（株）製「ＥＳＢ４００Ｔ」（エポキシ当量４００）
三酸化アンチモン：東湖産業（株）製「ＮＴ３」
シロキサン結合をもつポリマー：旭化成ワッカーシリコーン(株)製「Ｓｉｌｉｃｏｎｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｍｏｄｉｆｅｒ」（５〜２００ｎｍの範囲の粒径分布）
（半導体封止用エポキシ樹脂組成物の評価）
流動性：スパイラルフロー測定用金型を用い、金型温度１７５℃、注入圧力６．８６ＭＰａ（７０ｋｇｆ／ｃｍ２）で硬化時間１００秒で成形し、流れ距離を測定して流動性を評価した。
【００３１】
バリ発生の程度：１０、２０、３０、５０、１００μｍの隙間が設計されたバリ評価用金型をスパイラルフローと同条件で成形し、バリの長さを測定した。
【００３２】
曲げ強度、曲げ弾性率：曲げ強度、曲げ弾性率はＪＩＳ  Ｋ６９１１に従い測定した。試験機は、島津製作所製オートグラフＡＧ−５０００Ｄを用いた。
【００３３】
Ｔｇ：  東京工業社製線膨張率試験機を用いて測定した。
【００３４】
以上の結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
2006299128.tif 000002
表１の結果より、実施例１〜５では、平均粒径５〜２００ｎｍの範囲のシロキサン結合をもつポリマーが含有されていることで、成形性にほとんど影響を与えずにバリの発生を抑えることができることが確認された。また、シロキサン結合をもつポリマーが半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して０．５〜１０質量％の範囲で含有されていることにより（実施例１，３，４）、Ｔｇがほとんど低下せず、曲げ強度や曲げ弾性率を損なうことなくバリの発生を抑えることができることが確認された。比較例では、平均粒径５〜２００ｎｍの範囲のシロキサン結合をもつポリマーが含有されていないことにより、バリの発生が低減されていないことが確認された。