(57)【要約】【課題】  常温保存性を大幅に向上し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こと。【解決手段】  エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、前記硬化促進剤が、不飽和脂肪酸とイミダゾール系化合物との反応生成物を含み、前記不飽和脂肪酸とイミダゾール系化合物との反応生成物を、前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して０．０１〜１質量％の範囲で含有することを特長とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、前記硬化促進剤が、不飽和脂肪酸とイミダゾール系化合物との反応生成物を含み、前記不飽和脂肪酸とイミダゾール系化合物との反応生成物を、前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して０．０１〜１質量％の範囲で含有することを特長とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
前記不飽和脂肪酸がステアリドン酸、エルカ酸、オレイン酸、リノール酸のいずれかであり、イミダゾール系化合物が２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールであ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】
請求項１又は２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止されてい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。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップ等の電子部品の封止材として、セラミックや熱硬化性樹脂組成物が一般に用いられている。中でも、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を用いた封止材は、経済性と性能のバランスの点で優れた封止材であり、従来より広く用いられている。
【０００３】
半導体の樹脂封止は、金属のリードフレーム上に半導体チップを搭載し、半導体チップとリードフレームを、ボンディングワイヤ等を用いて電気的に接続し、成形金型を用いて半導体素子全体とリードフレームの一部をエポキシ樹脂組成物等の封止材で封止することにより行われるのが一般的である。
【０００４】
一方、半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、重合反応を途中で止めた状態で提供されるものであるが、常温においても少しずつ重合反応が進行するため、通常は５℃以下の冷暗所にて保管される。そして、使用の際は結露を防ぐため常温戻しを行うが、常温戻し後の重合反応の進行に鑑み、使用有効期限は通常２〜５日程度となっている。
【０００５】
しかしながら、生産計画が日々目まぐるしく変化する半導体組み立て工場においては、封止用の樹脂組成物を常に使用可能な状態とするために、常温での保存安定性が高い半導体封止用樹脂組成物の開発が望まれていた。
【０００６】
このような問題を解決するために、硬化促進剤として飽和脂肪酸とイミダゾール化合物の反応生成物を用いた半導体封止用エポキシ樹脂組成物が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１２７００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この、硬化促進剤として飽和脂肪酸とイミダゾール化合物の反応生成物を用いた半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、常温における保存安定性を良好にすることができる点で非常に優れたものである。しかしながら、さらなる保存安定性の向上に関しては改良の余地があった。
【０００９】
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、常温保存性を大幅に向上し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ことを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
【００１１】
即ち、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、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、前記硬化促進剤が、不飽和脂肪酸とイミダゾール系化合物との反応生成物を含み、前記不飽和脂肪酸とイミダゾール系化合物との反応生成物を、前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して０．０１〜１質量％の範囲で含有することを特長とする。
【００１２】
また、この半導体封止用エポキシ樹脂組成物においては、前記不飽和脂肪酸がステアリドン酸、エルカ酸、オレイン酸、リノール酸のいずれかであり、イミダゾール系化合物が２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールであることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の半導体装置は、上記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、常温保存性を大幅に向上し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ことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、硬化促進剤が、不飽和脂肪酸とイミダゾール系化合物との反応生成物を含む。そして、その不飽和脂肪酸とイミダゾール系化合物との反応生成物を、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して０．０１〜１質量％の範囲で含有するものである。
【００１６】
エポキシ樹脂としては、通常、半導体封止用樹脂組成物で用いられる１分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂であれば特に制限なく使用することができる。このようなエポキシ樹脂の具体例としては、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、ビスフェノール型エポキシ、ブロム含有エポキシ等が挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用して用いてもよい。
【００１７】
エポキシ樹脂の配合量は、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％の範囲で用いることができる。
【００１８】
硬化剤としては、用いるエポキシ樹脂に対応する硬化剤を適宜用いることができ、例えば、フェノール性水酸基を有する硬化剤が好適に用いられる。フェノール性水酸基を有する硬化剤としては、多価フェノール化合物、多価ナフトール化合物等が挙げられる。多価フェノール化合物の具体例としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂等が挙げられる。多価ナフトール化合物の具体例としては、ナフトールアラルキル樹脂等が挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用して用いてもよい。
【００１９】
フェノール性水酸基を有する硬化剤の配合量は、好ましくは、フェノール性水酸基とエポキシ基との当量比（ＯＨ当量／エポキシ当量）が０．５〜１．５となる量であり、好ましくは当量比が０．８〜１．２となる量である。当量比が当該範囲内であると、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化特性を良好なものとすることができ、また、成形後の耐湿性を良好なものとすることができる。
【００２０】
硬化促進剤としては、脂肪酸とイミダゾール系化合物の反応生成物を必須の成分とする。
この脂肪酸とイミダゾール系化合物の反応生成物の原料となる脂肪酸は、ステアリドン酸、エルカ酸、オレイン酸、リノール酸のいずれかを好適に用いることができる。また、原料となるイミダゾール系化合物としては、下記化学式（２）に示す２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールを好適に用いることができる。
【００２１】
ステアリドン酸と２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールの反応生成物は、以下の方法により製造することができる。
【００２２】
下記式（１−１）に示すステアリドン酸と、下記式（２）に示す２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールを、ＣＯＯＨ当量：ＮＨ当量＝１：１の割合でジメチルスルホキシドに溶解し、煮沸還流にて３時間撹拌を行う。
【００２３】
Ｃ１７Ｈ２７ＣＯＯＨ      （１−１）
【００２４】
【化１】
2015093895.tif 000002
【００２５】
その後、生成した白色沈殿物をろ過し、溶媒で洗浄して乾燥させて、下記式（３−１）に示す、ステアリドン酸と２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールの反応生成物を得ることができる。
【００２６】
【化２】
2015093895.tif 000003
【００２７】
エルカ酸と２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールの反応生成物の製造は、上記化学式（１−１）のステアリドン酸を、下記化学式（１−２）に示すエルカ酸に変更することにより、下記化学式（３−２）に示す、エルカ酸と２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールの反応生成物を得ることができる。
【００２８】
Ｃ２１Ｈ４１ＣＯＯＨ      （１−２）
【００２９】
【化３】
2015093895.tif 000004
【００３０】
オレイン酸と２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールの反応生成物の製造は、上記の化学式（１−１）のステアリドン酸を、下記化学式（１−３）に示すオレイン酸に変更することにより、下記化学式（３−３）に示す、オレイン酸と２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールの反応生成物を得ることができる。
【００３１】
Ｃ１７Ｈ３３ＣＯＯＨ      （１−３）
【００３２】
【化４】
2015093895.tif 000005
【００３３】
リノール酸と２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールの反応生成物の製造は、上記の化学式（１−１）のステアリドン酸を、下記化学式（１−４）に示すリノール酸に変更することにより、下記化学式（３−４）に示す、リノール酸と２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールの反応生成物を得ることができる。
【００３４】
Ｃ１７Ｈ３１ＣＯＯＨ      （１−４）
【００３５】
【化５】
2015093895.tif 000006
【００３６】
また、硬化促進剤としては、上記の脂肪酸とイミダゾール系化合物の反応生成物とともに、通常、半導体封止用エポキシ樹脂組成物で用いられる硬化促進剤を用いることができる。具体的には、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類が挙げられる。また、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等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、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミン等の第三級アミン類等が挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用して用いてもよい。
【００３７】
硬化促進剤の配合量は、少なくとも、前記不飽和脂肪酸とイミダゾール系化合物との反応生成物を、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して０．０１〜１質量％、好ましくは０．０２〜０．９質量％の範囲で配合する。
【００３８】
不飽和脂肪酸とイミダゾール系化合物との反応生成物をこの範囲で配合することにより、常温保存性を大幅に向上した半導体封止用エポキシ樹脂組成物とすることができる。
【００３９】
無機充填材としては、通常、半導体封止用エポキシ樹脂組成物で用いられる無機充填材であれば特に制限なく適宜のものを用いることができる。具体的には、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素等が挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用して用いてもよい。
【００４０】
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の全量に対して６０〜９３質量％の範囲である。無機充填材の配合量がこの範囲であると、良好な硬化特性とバリの発生を抑えることができ、優れた成形時の流動性と金型充填性を得ることができる。
【００４１】
半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲内において、上記必須成分以外の成分を配合することができる。このような成分としては、離型剤、シランカップリング剤、難燃剤、シリコーン可とう剤等を挙げることができる。
【００４２】
離型剤としては、天然カルナバ、脂肪酸アミド、ステアリン酸、モンタン酸、脂肪酸エステル、カルボキシル基含有ポリオレフィン等を用いることができる。シラン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等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等のグリシドキシシラン、アミノシラン等を用いることができる。難燃剤としては、三酸化アンチモン等を用いることができる。
【００４３】
半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造は、上記の熱硬化性樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材及び、必要に応じて他の成分を配合してミキサー、ブレンダー等を用いて十分均一に混合し、次いで熱ロールやニーダー等を用いて加熱状態にて溶融混合する。
【００４４】
そして、これを室温に冷却した後、粉砕することにより粒状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造することができる。なお、取り扱いを容易にするために、成形条件に合うような寸法と質量を有するタブレットとしてもよい。
【００４５】
半導体装置は、上記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を用いて半導体チップを封止することにより製造することができる。この封止には、トランスファー成形、コンプレッション成形、インジェクション成形等の従来より用いられている成形方法を適用することができる。
【００４６】
トランスファー成形を適用する場合、例えば、ＩＣチップ、ＬＳＩチップ等の半導体チップを搭載したリードフレームを成形金型のキャビティに配置した後、キャビティに半導体封止用エポキシ樹脂組成物を充填し、これを加熱下にて硬化させることで、半導体チップを半導体封止用エポキシ樹脂組成物で封止した半導体装置を製造することができる。
【００４７】
トランスファー成形を適用する場合、例えば、金型温度１７０〜１８０℃、成形時間３０〜１２０秒に設定することができるが、金型温度、成形時間及びその他の成形条件は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の配合組成等に応じて適宜に変更することができる。
【００４８】
本発明の実施形態の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、硬化促進剤として、不飽和脂肪酸とイミダゾール系化合物との反応生成物を用いることにより、常温保存性を大幅に向上させることができる。
【実施例】
【００４９】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００５０】
表１に示す各配合成分として以下のものを用いた。
エポキシ樹脂１：ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（住友化学社製  ＥＳＣＮ  １９５ＸＬ  エポキシ当量１９５）
エポキシ樹脂２：ブロム化エポキシ樹脂（住友化学社製  ＥＳＢ４００Ｔ  エポキシ当量４００）
硬化剤：フェノールノボラック樹脂（荒川化学社製  タマノール７５２  水酸基当量１０４）
硬化促進剤１：ステアリドン酸と２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールの反応生成物
硬化促進剤２：２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール：四国化成社製、２Ｐ４ＭＨＺ
硬化促進剤３：ステアリドン酸：（和光純薬工業社製）
硬化促進剤４：飽和脂肪酸（モンタン酸）と２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールの反応生成物
無機充填材：結晶シリカ（最大粒径１５０μｍ、平均粒径２５μｍ）
離型剤：モンタン酸（クラリアント社製 ＷＡＸ Ｓ）
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（信越化学工業社製 ＫＢＭ４０３）
着色剤：カーボンブラック（三菱化学社製、ＭＡ６００）
なお、上記硬化促進剤のステアリドン酸と２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールの反応生成物は、以下の方法により製造した。
【００５１】
ステアリドン酸と２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールを、ＣＯＯＨ当量：ＮＨ当量＝１：１の割合でジメチルスルホキシドに溶解し、煮沸還流にて３時間撹拌を行った。その後、生成した白色沈殿物をろ過し、溶媒で洗浄して乾燥させて、ステアリドン酸と２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールの反応生成物を得た。
【００５２】
上記の各成分を表１に示す割合で配合し、ブレンダーで３０分間混合して均一化した後、９０℃に加熱したニーダーで混練溶融させて押し出し、冷却後、粉砕機で所定粒度に粉砕して、粒状の実施例１〜３及び比較例１〜４の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。なお、表１に示す配合割合は重量部を表す。
【００５３】
得られた実施例１〜３及び比較例１〜４の半導体封止用エポキシ樹脂組成物について、スパイラルフロー減少率の測定を行った。
【００５４】
スパイラルフロー減少率は、０ｈ、７２ｈ、１４４ｈ、２１６ｈ、２８８ｈ、３６０ｈの常温放置後のスパイラルフロー値を測定した。常温放置は、温度２５℃、湿度５０％の条件とし、スパイラルフローの減少率の基準値を７２ｈの測定結果とした。それらの結果を表１に示す。
【００５５】
スパイラルフロー試験は以下の条件で行った。
スパイラルフロー金型：ＡＳＴＭ  Ｄ３１２３に準拠
金型温度：１７０℃
プレス：５ｔプレス、ポット径：３０ｍｍ
注入圧力：７０ｋｇｆ／ｃｍ２
注入時間：材料を入れずに空打ちで４秒以下
成形時間：９０秒
【００５６】
【表１】
2015093895.tif 000007
【００５７】
表１より、ステアリドン酸と２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールの反応生成物を、本発明で規定した配合範囲内で用いた実施例１〜３は、スパイラルフロー減少率が非常に少なく、保存安定性に優れていることが確認された。
【００５８】
これに対して、ステアリドン酸と２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールの単体を配合した比較例１及び、ステアリドン酸と２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールの反応生成物を本発明で規定した配合範囲内で用いなかった比較例２、３は、実施例１〜３に比べて保存安定性が劣っていた。
【００５９】
また、飽和脂肪酸であるモンタン酸と２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール反応生成物を用いた比較例４は、スパイラルフロー減少率 ３６０ｈに関して実施例１〜３に比べて劣っていた。
【００６０】
これらの結果から、硬化促進剤としてステアリドン酸と２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールの反応生成物を本発明の配合範囲内で用いることにより、優れた保存安定性が得られることが確認された。