(57)【要約】【課題】  流動性、離型性、連続成形性に優れた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）硬化促進剤、（Ｄ）無機質充填材及び（Ｅ）（Ｅ）トリメチロールプロパンと炭素数１８〜３６の飽和脂肪酸との脂肪酸トリエステルを必須成分とすることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、好ましくは前記トリメチロールプロパンと炭素数１８〜３６の飽和脂肪酸との脂肪酸トリエステルが、全エポキシ樹脂組成物中に０．０２〜０．５重量％含まれ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】
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機質充填材及び（Ｅ）トリメチロールプロパンと炭素数１８〜３６の飽和脂肪酸との脂肪酸トリエステルを必須成分とす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】
上記（Ｅ）トリメチロールプロパンと炭素数１８〜３６の飽和脂肪酸との脂肪酸トリエステルが、全エポキシ樹脂組成物中に０．０２〜０．５重量％含まれる請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【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及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、電子機器の高度化、軽薄短小化が求められる中、半導体素子の高集積化、表面実装化が進んでいる。これに伴い、半導体封止用エポキシ樹脂組成物への要求は、益々過酷なものとなっているのが現状である。特に半導体装置の表面実装に際しては、吸湿した水分が半田処理時の昇温過程で急激に膨張し、半導体素子とエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面における密着性を低下させ、半導体装置の信頼性を損なうといった問題が生じている。このためエポキシ樹脂組成物の硬化物と半導体素子間の密着性の改善、ひいては耐半田性の向上は、封止材料にとって重要な課題となっている。
【０００３】
一般に、耐半田性を向上させる手段としては、（１）低粘度の樹脂成分を用いることで無機質充填材の高充填化を可能にし、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（例えば、特許文献１参照。）、（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。しかしながら、低粘度成分であるビフェニル型エポキシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂とフェノール樹脂系の硬化剤を用いる場合、硬化物の架橋密度が低くなり、機械的強度や熱時弾性率が低下する。このため、硬化物が金型から離型する際に金型表面に付着したり、硬化物に亀裂や欠陥が生じたりするといった問題が生じることがある。また低吸湿性で可撓性を有するフェノールアラルキル樹脂等を用いる場合、耐半田性は向上するものの熱時の剛性に欠け、硬化速度も遅いため金型からの離型性に劣るという問題があった。
【０００４】
上記問題点に対して、離型性を向上させる手段としては離型剤を多量に配合する方法が挙げられる。しかしながら多量の離型剤の配合は金型からの離型性を向上させる一方で、半導体装置内部の半導体素子やそれを搭載するリードフレームとエポキシ樹脂組成物の硬化物との間の密着性を低下させる。また、離型性が優れるという点で従来用いられてきたポリエチレンワックスは、結晶性が高く、融点が１３０℃程度であり、各成分を加熱混練してエポキシ樹脂組成物を製造する時に十分に溶融せず、分散性に劣るといった問題があり、また十分に融けずに残ったポリエチレンの粒子が流動性を低下させるおそれがあった。このため半導体装置における耐半田性等の信頼性を低下させずに、流動性、離型性、ひいては連続成形性等の成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物の開発が望まれている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３４８３５２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】
【０００６】
本発明は、半導体装置における耐半田性等の信頼性を低下させずに、流動性、離型性、連続成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びこれを用い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】
【０００７】
本発明は、
［１］  （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、及び（Ｅ）トリメチロールプロパンと炭素数１８〜３６の飽和脂肪酸との脂肪酸トリエステルを必須成分とす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］  上記（Ｅ）トリメチロールプロパンと炭素数１８〜３６の飽和脂肪酸との脂肪酸トリエステルが、全エポキシ樹脂組成物中に０．０２〜０．５重量％含まれる第［１］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［３］  第［１］項又は［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】
【０００８】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、流動性、離型性に優れ、その結果として連続成形性等の成形性に優れることから半導体装置の生産性向上に寄与し、産業上有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、硬化促進剤、無機質充填材を主成分とするエポキシ樹脂組成物に、トリメチロールプロパンと炭素数１８〜３６の飽和脂肪酸との脂肪酸トリエステルを配合することにより、半導体装置における耐半田性等の信頼性を低下させずに、流動性、離型性、連続成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びこれを用い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。
【００１０】
本発明で用いられるエポキシ樹脂は、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、例えば、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、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、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、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等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらのエポキシ樹脂は単独で用いても２種類以上併用しても構わない。これらの内で特に耐半田性が求められる場合、常温では結晶性の固体であるが、融点以上では極めて低粘度の液状となり、無機質充填材を高充填化できる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等が好ましい。その他のエポキシ樹脂も極力粘度の低いものを使用することが望ましい。しかし低粘度のエポキシ樹脂を用いることにより無機質充填材を高充填化できるが、架橋密度が低くなるため離型性に難点があり、後述の離型剤を用いることにより離型性を改善できる。
【００１１】
本発明で用いられ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、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、トリフェノールメタン樹脂、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、フェノールアラルキル（フェニレン、ビフェニレン骨格を有する）樹脂、ナフトールアラルキル（フェニレン、ビフェニレン骨格を有する）樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらのフェノール樹脂は単独で用いても２種類以上併用しても構わない。これらの内で特に耐半田性が求められる場合、エポキシ樹脂と同様に低粘度の樹脂が無機質充填材の高充填化でき、更に可撓性、低吸湿化のためには、フェノールアラルキル（フェニレン、ビフェニレン骨格を有する）樹脂の使用が好ましい。低粘度や可撓性を有するフェノール樹脂は、架橋密度が低くなるため離型性に難点があり、後述の離型剤を用いることにより離型性を改善できる。
本発明に用いられる全エポキシ樹脂のエポキシ基と全フェノール樹脂のフェノール性水酸基の当量比としては、成形性、耐半田性等の点から０．５〜２が好ましく、特に０．７〜１．３が望ましい。
【００１２】
本発明で用いられる硬化促進剤としては、前記エポキシ樹脂とフェノール樹脂との架橋反応の触媒となり得るものを指し、例えばトリエチルアミン、トリブチルアミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルアミン等の３級アミン系化合物、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ（４，３，０）ノネン、７−メチル−１，５，７−トリアザビシクロ（４，４，０）デセン−５等のアミジン系化合物、トリフェニルホスフィン、トリス（２，６−ジメトキシフェニル）ホスフィン、トリス（４−アルキルフェニル）ホスフィン、トリアルキルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム、テトラフェニルボレート塩等の有機リン系化合物、２−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、２−ウンデシルイミダゾール等のイミダゾール化合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの硬化促進剤は単独で用いても２種類以上併用しても構わない。
【００１３】
本発明で用いられる無機質充填材としては、例えば非結晶性シリカ、結晶性シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの無機質充填材は単独で用いても２種類以上併用しても構わない。無機質充填材の形状としては、球状、破砕状等のものを選択可能であるが、配合量を高め、かつエポキシ樹脂組成物の溶融粘度の上昇を抑えるためには、主に球状のものが好ましい。更に配合量を高めるためには、無機質充填材の粒度分布がより広くなるように調整することが望ましい。無機質充填材の配合量としては、機械的強度、低吸湿性、低熱膨張性といった点から全エポキシ樹脂組成物中７０〜９５重量％が好ましい。
【００１４】
本発明で用いられるトリメチロールプロパンと炭素数１８〜３６の飽和脂肪酸との脂肪酸トリエステルは、エポキシ樹脂組成物に充分な流動性を付与し、更に離型性を向上する機能を有している。トリメチロールプロパンと炭素数１８〜３６の飽和脂肪酸との脂肪酸トリエステルは、トリメチロールプロパンと炭素数１８〜３６の飽和脂肪酸とのエステル化反応によって得られる。通常、エステル化反応は両成分が溶解しうる溶媒中にて，バラトルエンスルホン酸などの有機酸、硫酸、塩酸などの無機酸、アルカリ、テトラアルコキシチタン等の触媒を用いて行うのが一般的であるが、必ずしもこれに限定されるものではない。また、トリメチロールプロパンと炭素数１８〜３６の飽和脂肪酸との脂肪酸トリエステルとしては、トリメチロールプロパンのトリモンタン酸エステル等が挙げられるが、これらはクラリアントジャパン株式会社より市販されており市場より容易に入手できる。
更に、トリメチロールプロパンのトリステアリン酸エステルは、BASF Japan Ltd.等より市販されているトリメチロールプロパン、及び日本油脂株式会社等より市販されているステアリン酸を用い、前述エステル化反応を用いて容易に合成することも可能である。
エステル化に用いる飽和脂肪酸が、炭素数１７以下では十分な離型性が得られないため好ましくない。炭素数３７以上では分子量が大き過ぎるため流動性が低下したり、過度に染み出すことにより金型汚れの原因となるので好ましくない。またモノエステル、ジエステルでは、残存する水酸基の影響によってエポキシ樹脂組成物の硬化物の耐湿性が低下し、その結果として耐半田性に悪影響を及ぼすので好ましくない。なお、本発明での飽和脂肪酸の炭素数とは、飽和脂肪酸中のアルキル基とカルボキシル基の炭素数を合計したものを指す。
【００１５】
本発明では、トリメチロールプロパンと炭素数１８〜３６の飽和脂肪酸との脂肪酸トリエステルを用いることによる特徴を損なわない範囲で他の離型剤を併用することもできる。例えばカルナバワックス、ライスワックス等の天然ワックス、ポリエチレンワックス、酸化ポリエチレンワックス、アミドワックス等の合成ワックス、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の高級脂肪酸の金属塩類等が挙げられる。
【００１６】
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アミノシラン、エポキシシラン、メルカプトシラン等のシランカップリング剤、臭素化エポキシ樹脂、金属水酸化物、無機リン、有機リン系化合物等の難燃剤、三酸化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモン等の難燃助剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、ハイドロタルサイト系、ビスマス系等のイオン補捉剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム、変性ニトリルゴム、変性ポリブタジエンゴム等の低応力剤、酸化防止剤等の各種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混合後、加熱ニーダ、熱ロール、押し出し機等を用いて加熱混練を行い、次いで冷却、粉砕して得られる。
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】
【００１７】
以下、本発明を実施例で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、ＹＸ４０００ＨＫ、融点１０５℃、エポキシ当量１９１）                                  ６．４重量部
フェノールアラルキル樹脂（三井化学（株）製、ＸＬＣ−ＬＬ、軟化点７９℃、水酸基当量１７４）                                                      ５．８重量部
１、８−ジアザビシクロ（５、４、０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵと略記）
０．２重量部
球状シリカ（平均粒径２０μｍ）                                ８７．０重量部
化合物１：トリメチロールプロパンとモンタン酸から成るトリエステル
０．３重量部
カーボンブラック                                                ０．３重量部
をミキサーを用いて混合した後、表面温度が９５℃と２５℃の２軸ロールを用いて２０回混練し、得られた混練物シートを冷却後粉砕して、エポキシ樹脂組成物とした。得られたエポキシ樹脂組成物の特性を以下の方法で評価した。結果を表１に示す。
【００１８】
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て、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒で測定した。単位はｃｍ。
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。
連続成形性：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．３ＭＰａ、硬化時間６０秒で１６０ｐＱＦＰ（２４ｍｍ×２４ｍｍ×１．４ｍｍ厚さ）を連続で成形した。未充填、ゲート詰まり、エアベント詰まり、金型へのパッケージ取られ、カル落ち等の成形不良が発生するまでのショット数を示した。
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９．３ＭＰａ、硬化時間６０秒で８０ｐＱＦＰ（１４ｍｍ×２０ｍｍ×２．７ｍｍ厚さ）を成形、１７５℃で４時間ポストキュアした後、８５℃、相対湿度８５％の恒温恒湿層に１６８時間放置、ＩＲリフロー処理して耐半田性を調べた。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）
【００１９】
実施例２〜９、比較例１〜４
実施例１以外に用いた各成分は、以下の通りである。
オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（軟化点５５℃、エポキシ当量１９６）
ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂（軟化点６０℃、エポキシ当量２６３）
フェノールノボラック樹脂（軟化点８１℃、水酸基当量１０５）
化合物２：トリメチロールプロパンとステアリン酸のトリエステル
化合物３：トリメチロールプロパンとモンタン酸のモノエステル
化合物４：トリメチロールプロパンとウンデシル酸のトリエステル
化合物５：トリメチロールプロパンと炭素数４０の脂肪酸のトリエステル
ステアリン酸亜鉛（融点１２５℃）
ポリエチレン（融点１３０℃）
表１、表２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、実施例１と同様にして評価した。結果を表１、表２に示す。
【００２０】
【表１】
2006219543.tif 000002
【００２１】
【表２】
2006219543.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明によると、半導体装置における耐半田性等の信頼性を低下させずに、流動性、離型性、連続成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られることから、半導体装置の生産性向上に寄与することができ、産業上極めて有用である。