(57)【要約】【課題】  接着性を損なうことなく、離型性に優れ、パッケージ外観も良好な封止用エポキシ樹脂成形材料、及びこれを用いて半導体素子を封止してなる耐半田性に優れた半導体装置を提供すること。【解決手段】  （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機質充填材、（Ｅ）ワックス及び（Ｆ）グルシジル基を２個有する化合物を必須成分とし、上記グルシジル基を２個有する化合物が全エポキシ樹脂組成物中に対して０．１〜５重量％含まれることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂と、ワックスと、一般式（１）で示される化合物とを含む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】
2006016581.tif 000008
【請求項２】
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機質充填材、（Ｅ）ワックス及び（Ｆ）一般式（１）で示される化合物を必須成分とし、上記の一般式（１）で示される化合物（Ｆ）が全エポキシ樹脂組成物中に対して０．１〜５重量％含まれ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２】
2006016581.tif 000009
【請求項３】
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、半導体封止用エポキシ樹脂組成物、およびこれを用いた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の小型化、軽量化、高性能化の市場動向において、半導体素子の高集積化が年々進み、また、半導体装置の表面実装化が促進されるなかで、半導体封止用エポキシ樹脂組成物への要求は益々厳しいものとなってきている。特に半導体装置の表面実装化が一般的になってきている現状では、吸湿した半導体装置が半田処理時に高温にさらされ、気化した水蒸気の爆発的応力により半導体装置にクラックが発生したり、或いは半導体素子やリードフレームとエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面に剥離が発生したりすることにより、電気的信頼性を大きく損なう不良が生じ、これらの不良の防止、即ち耐半田性の向上が大きな課題となっている。この耐半田性を向上させる手段として、種々の提案がなされており、代表的なものとしては、（１）低粘度の樹脂成分を使用して無機質充填材を高充填化し、樹脂成分を減少させて、エポキシ樹脂組成物の硬化物を低熱膨張化、低吸湿化させる、（２）吸湿性が少なく可撓性を有する樹脂を使用する等が挙げられる。
【０００３】
低粘度樹脂成分としては、低粘度のエポキシ樹脂や結晶性エポキシ樹脂、硬化剤としての低粘度のフェノール樹脂が挙げられ、これらは一般的に低分子量化合物であり、このため成形時の加熱により３次元化して得られる架橋構造の架橋密度は低くなり、機械的強度や熱時弾性率が低い硬化物となるため、金型からの離型時に硬化物が金型に付着したり、或いは成形品の割れ・欠けが発生する等、離型性に劣るという欠点を有する。離型性を向上させるためには離型剤を多量に配合することが対策として挙げられるが、多量の離型剤成分が金型側に付着することによる金型汚れ、型取られが発生する問題、及び各部材界面へのワックスの染み出しによって樹脂硬化物と各部材間の接着性が損なわれることによる耐半田クラック性の低下といった問題があった。
このため、金型汚れが少なく、離型性に優れ、かつ耐半田性とを両立するエポキシ樹脂組成物の開発が望まれていた。
金型汚れが少なく、離型性に優れ、かつ耐半田性を両立するエポキシ樹脂組成物としては、融点ピーク温度が１００℃以下のワックスと融点ピーク温度が１１０〜１５０℃のワックスとを併用するものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）が、ワックスの染み出しによる耐半田クラック性の低下の抑制は未だ十分とは言えなかった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３２３１３３号公報（第２〜５頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、フレームやＩＣチップに対する接着性を損なうことなく、金型からの離型性に優れ、金型汚れも発生し難い半導体封止用エポキシ樹脂組成物、およびこれを用いて半導体素子を封止してなる耐半田性に優れた半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、
［１］  エポキシ樹脂と一般式（１）で示される化合物とを含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【化３】
2006016581.tif 000002
［２］  （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機質充填材、（Ｅ）ワックス及び（Ｆ）一般式（１）で示される化合物を必須成分とし、上記の一般式（１）で示される化合物（Ｆ）が全エポキシ樹脂組成物中に対して０．１〜５重量％含まれ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４】
2006016581.tif 000003
［３］  第［１］又は［２］項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、
である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に従うと、フレームやＩＣチップに対する接着性を損なうことなく、金型からの離型性に優れ金型汚れも発生し難い半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られるため、こ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半導体装置は外観及び耐半田性に優れたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、特に主要な構成として、一般式（１）のようなグルシジル基を２個有する構造をもつワックス分散剤を含むことにより、接着性が良好でかつ離型性、成形性にも優れ、パッケージ汚れも改善された半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び耐半田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。
【０００９】
本発明に用いるエポキシ樹脂は、１分子内にエポキシ基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造等を特に限定するものではないが、例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、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、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、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、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）、ナフトール型エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いてもよい。特に一般式（２）に示される様なビフェニレン骨格を分子構造中に含んだエポキシ樹脂は、低吸水性と高強度性に優れた特性を発現するので好適に用いられる。
【化５】
2006016581.tif 000004
【００１０】
この骨格構造を有したエポキシ樹脂としては、４，４'−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ビフェニル又は４，４'−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３'，５，５'−テトラメチルビフェニルを主成分とするエポキシ樹脂、エピクロルヒドリンと４，４'−ビフェノールや４，４'−（３，３'，５，５'−テトラメチル）ビフェノールとを反応して得られるエポキシ樹脂、更には一般式（３）で示される構造のエポキシ樹脂が挙げられ、これらを単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。一般式（３）で示される構造のエポキシ樹脂のなかでは、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４が水素である物が好適に使用される。
【化６】
2006016581.tif 000005
【００１１】
本発明に用いるフェノール樹脂は、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造等を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、クレゾールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、トリフェノールメタン型樹脂、フェノールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）、ナフトールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）等が挙げられ、単独でも混合して用いてもよい。これらの配合量としては、全エポキシ樹脂のエポキシ基数と全フェノール樹脂のフェノール性水酸基数の比で０．８〜１．３が好ましい。
【００１２】
本発明に用いる硬化促進剤としては、エポキシ基とフェノール性水酸基との硬化反応を促進させるものであればよく、一般に半導体用封止材料に使用するものを用いることができる。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、トリブチルアミン、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、トリフェニルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラ安息香酸ボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイックアシッドボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイルオキシボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフチルオキシボレート等のテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート、ベンゾキノンをアダクトしたトリフェニルホスフィン等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
【００１３】
本発明に用いる無機充填材としては、無機充填材全般を好適に使用できるが、特に表面に活性水素を含有している無機充填材全般を用いることが有効である。例えば溶融シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、窒化珪素等が挙げられる。多くの無機充填材の表面は、元来化学的に活性であり大気中の水分と反応して活性水素を生成しやすく、特に溶融シリカや結晶シリカの表面にはＳｉ−ＯＨ基が多量に存在し、アルミナ表面にはＡｌ−ＯＨ基が存在する。これらの無機充填材は単独でも混合して用いてもよい。これらの内では球形度の高い溶融球状シリカを全量用いるか、或いは溶融球状シリカに一部破砕シリカを併用することが好ましい。無機充填材の平均粒径としては０．０１〜４０μｍ、最大粒径としては１５０μｍ以下が好ましく、特に平均粒径０．２〜３５μｍ、最大粒径７４μｍ以下がより好ましい。また粒子の大きさの異なるものを混合することによって充填量を多くすることができる。
【００１４】
本発明に用いるワックスとしては、一般に半導体封止材料に用いられるワックス全般を用いることができる。例えば、カルナバワックス等の天然ワックス、ポリエチレンワックス等の合成ワックス、ステアリン酸やステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸及びその金属塩類若しくはパラフィン等の離型剤等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
【００１５】
本発明に用いる一般式（１）で示される化合物は、ワックス分散剤であり、これを配合することにより接着性が良好でかつ離型性、成形性にも優れ、パッケージ汚れも改善された半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られる。一般式（１）で示される化合物としては、構造式中のｍで示されているアルキル部分の炭素数が１０〜４０であることが必要であり、２０〜３０のものが好ましい。上記下限値を下回るとワックスの分散が悪くなり、離型性低下となる恐れがあり、上限値を超えると粘度上昇・フレームとの接着性低下となる恐れがあるので好ましくない。また、一般式（１）で示される化合物の含有量は、全エポキシ樹脂組成物中に対して０．１〜５重量％であることが好ましく、より好ましくは０．１〜１重量％、更に好ましくは０．１〜０．５重量％である。上記下限値を下回るとワックスの分散が悪くなり、離型性低下となる恐れがあり、上限値を超えると粘度上昇・フレームとの接着性低下となる恐れがあるので好ましくない。
【化７】
2006016581.tif 000006
【００１６】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｆ）成分を主成分とするが、これ以外に必要に応じて、エポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニル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のカップリング剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、シリコーンオイル、ゴム等の低応力添加剤、臭素化エポキシ樹脂、三酸化アンチモン、トリフェニルホスフェート、フェノキシホスファゼン、水酸化マグネシウム、水酸化マグネシウムの亜鉛固溶体、水酸化アルミニウム、硼酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛等の難燃剤を適宜配合しても差し支えない。
【００１７】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｆ）成分及びその他の添加剤等を、混合機を用いて充分に均一に混合した後、更に混練機で溶融混練し、冷却後粉砕して得られる。なお混合機としては特に限定しないが、例えばボールミル、ヘンシェルミキサー、Ｖブレンダーやダブルコーンブレンダー、コンクリートミキサーやリボンブレンダー等のブレンダー類がある。また混練機も特に限定しないが、熱ロール、加熱ニーダー、一軸もしくは二軸のスクリュー型混練機等が好適に使用される。
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子等の各種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従来からの成形方法で硬化成形すればよい。
【実施例】
【００１８】
以下に本発明の実施例を示すが、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
エポキシ樹脂１：日本化薬（株）製ＮＣ−３０００、ビフェニレン変性多官能エポキシ樹脂、エポキシ当量２７０、軟化点６０℃（以下、Ｅ−１という）      ８．０重量部
フェノール樹脂１：明和化成（株）製ＭＥＨ−７８５１ＳＳ、ビフェニレン変性多官能フェノールノボラック硬化剤、水酸基当量１９９、軟化点１０７℃（以下、Ｈ−１という）                                                                ６．３重量部
１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵという）
０．４重量部
溶融球状シリカ（平均粒径３５μｍ、最大粒径７４μｍ。以下、無機充填材１という）
７４．０重量部
溶融球状シリカ（平均粒径０．５μｍ、最大粒径２５μｍ。以下、無機充填材２という）                                                              １０．０重量部
カルナバワックス                                                ０．３重量部
ワックス分散剤１（式１で表されるワックス分散剤、ｍ＝２０）      ０．５重量部
シランカップリング剤（γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）
０．２重量部
カーボンブラック                                                ０．３重量部
を混合し、熱ロールを用いて、９５℃で８分間混練して冷却後粉砕し、エポキシ樹脂組成物を得た。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。
【００１９】
評価方法
スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６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６．９ＭＰａ、硬化時間２分で測定した。スパイラルフローは、流動性のパラメータであり、数値が大きい方が流動性が良好である。単位はｃｍ。
【００２０】
離型荷重：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間９０秒で直径１５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円盤状の成形品を１０ショット連続で成形し、１０ショット目の成形品を金型から抜き出す際に必要な荷重をプッシュ／プルゲージにて測定した。尚、測定は各品番５回づつ行い、その平均値を離型荷重の値とした。単位はＮ。
【００２１】
密着強度：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒で、９×２９ｍｍの短冊状の試験用リードフレーム上に２ｍｍ×２ｍｍ×２ｍｍの密着強度試験片を成形した。リードフレームにはＣｕ（以下、Ｆ１という）、Ａｇ（以下、Ｆ２という）、４２アロイ（以下、Ｆ３という）、ＮｉＰｄＡｕ（以下、Ｆ４という）の４種類を用いた。その後、自動せん断強度測定装置（ＤＡＧＥ社製、ＰＣ２４００）を用いて、エポキシ樹脂組成物の硬化物とフレームとのせん断強度を測定した。単位はＮ／ｍｍ2。
【００２２】
金型・パッケージ汚れ：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力７．４ＭＰａ、硬化時間２分で、１４４ｐＱＦＰ（２０×２０×１．７ｍｍ厚さ）を２００回連続で成形した。成形品表面と金型表面の両方に白化があるものを×、どちらか片方に白化があるものを△、どちらにも白化のないものを○と判定した。
【００２３】
耐半田性：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力７．４ＭＰａ、硬化時間２分で、１４４ｐＱＦＰ（２０×２０×１．７ｍｍ厚さ）を成形し、１７５℃、８時間で後硬化させ、８５℃、相対湿度８５％の環境下で１６８時間加湿処理し、その後２４０℃の半田槽に１０秒間浸漬した。その後、顕微鏡でパッケージ外観を観察し、クラックがあるものを×、クラックがないものを〇とした。また、超音波探傷装置で内部を透視し内部素子との剥離があるものは×、剥離がないものは○とした。
【００２４】
実施例２〜９、比較例１〜２
表１の配合に従い、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得て、実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。実施例１以外で使用した原料について以下に示す。
エポキシ樹脂２：４,４’−ビス（２,３−エポキシプロポキシ）−３,３’,５,５’−テトラメチルビフェニル、ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＸ−４０００ＨＫ。エポキシ当量１９０ｇ／ｅｑ、融点１０５℃（以下Ｅ−２という）
フェノール樹脂２：パラキシリレン変性フェノールノボラック樹脂、三井化学（株）製、ＸＬＣ−４Ｌ、水酸基当量１６５ｇ／ｅｑ、軟化点７９℃（以下、Ｈ−２という）
ワックス分散剤２（式（１）で表されるワックス分散剤、ｍ＝３０）
【００２５】
【表１】
2006016581.tif 000007
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、フレームやＩＣチップに対する接着性を損なうことなく、金型からの離型性に優れ、金型汚れも発生し難いものであり、これを用いて半導体素子を封止してなる半導体装置は外観及び耐半田性に優れたものとなるため、樹脂封止型半導体装置、特に表面実装対応の半田謡装置の製造用として好適である。