(57)【要約】  封止用樹脂組成物は、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３、またはダイヤモンドにより形成されたパワー半導体素子を封止するために用いられる封止用樹脂組成物であって、熱硬化性樹脂（Ａ）と、シリカ（Ｂ）と、を含み、前記シリカ（Ｂ）がＦｅを含んでおり、前記Ｆｅの含有量が、前記シリカ（Ｂ）全量に対して２２０ｐｐｍ以下であり、顆粒状、タブレット状またはシート状である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３、またはダイヤモンドにより形成されたパワー半導体素子を封止するために用いられる封止用樹脂組成物であって、
熱硬化性樹脂（Ａ）と、
シリカ（Ｂ）と、
を含み、
前記シリカ（Ｂ）がＦｅを含んでおり、
前記Ｆｅの含有量が、前記シリカ（Ｂ）全量に対して２２０ｐｐｍ以下であり、
顆粒状、タブレット状またはシート状である、封止用樹脂組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の封止用樹脂組成物において、
前記シリカ（Ｂ）がＭｎをさらに含むものであり、
前記Ｆｅおよび前記Ｍｎの含有量の合計値が、前記シリカ（Ｂ）全量に対して２２０ｐｐｍ以下である、封止用樹脂組成物。
【請求項３】
請求項２に記載の封止用樹脂組成物において、
前記シリカ（Ｂ）がＮｉおよびＴｉをさらに含むものであり、
前記Ｆｅ、前記Ｍｎ、前記Ｎｉおよび前記Ｔｉの含有量の合計値が、前記シリカ（Ｂ）全量に対して２５０ｐｐｍ以下である、封止用樹脂組成物。
【請求項４】
請求項３に記載の封止用樹脂組成物において、
前記Ｆｅ、前記Ｍｎ、前記Ｎｉおよび前記Ｔｉの含有量の合計値に対する、前記Ｆｅの含有量の比率が、８６．０％以下である、封止用樹脂組成物。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の封止用樹脂組成物において、
前記熱硬化性樹脂（Ａ）は、マレイミド基を２つ以上有する化合物を含む封止用樹脂組成物。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の封止用樹脂組成物において、
前記シリカ（Ｂ）全量に対するＳｉＯ２の含有量が９９．８質量％以上である封止用樹脂組成物。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の封止用樹脂組成物において、
前記シリカ（Ｂ）の含有量は、当該封止用樹脂組成物全体に対して５５質量％以上９０質量％以下である封止用樹脂組成物。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の封止用樹脂組成物において、
当該封止用樹脂組成物を、２００℃、１２０秒の条件で加熱し、その後２５０℃、２４０分間の条件で加熱して得られる硬化物の、２５０℃における曲げ弾性率が、３ＧＰａ以上１６ＧＰａ以下である、封止用樹脂組成物。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の封止用樹脂組成物において、
当該封止用樹脂組成物を、２００℃、１２０秒の条件で加熱し、その後２５０℃、２４０分間の条件で加熱して得られる硬化物のガラス転移温度が２５０℃以上３５０℃以下である封止用樹脂組成物。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の封止用樹脂組成物において、
当該封止用樹脂組成物は、基板上に搭載された前記パワー半導体素子の面のうち、前記基板と対向する一面とは反対側の他面を覆うように封止するものである、封止用樹脂組成物。
【請求項１１】
基板上に搭載され、かつＳｉＣ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３、またはダイヤモンドにより形成されたパワー半導体素子と、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の封止用樹脂組成物の硬化物により構成され、かつ前記パワー半導体素子を封止してなる封止材と、
を備える半導体装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体装置において、
前記封止材は、前記パワー半導体素子のうちの前記基板と対向する一面とは反対側の他面を覆うように前記パワー半導体素子を封止したものである半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、封止用樹脂組成物、および半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置に用いられる樹脂組成物については、チップの反りを抑制する観点から、様々な検討がなされている。このような技術としては、たとえば特許文献１に記載のものが挙げられる。特許文献１は、エポキシ樹脂とマレイミド樹脂とを含有する樹脂ペースト組成物が記載されている。同文献によれば、かかる樹脂ペースト組成物は、半導体装置のダイボンディング材として使用することにより、銅リードフレーム上にダイボンディング材を介して形成されたシリコンチップにおける反りを抑制できると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３２２８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記文献に記載の樹脂ペーストは、シリコンチップとリードフレームとを接着するダイアタッチ材であり、一般的な半導体素子を封止する封止材とは異なる製品である。
本発明者が検討した結果、上記文献に記載の樹脂ペーストにおいて、下記のようなパワー半導体素子を封止する封止材に適用した場合、高温の環境下における長時間使用に対する耐久性の点で改善の余地を有していることが判明した。【０００５】
ここで、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３、またはダイヤモンドのようなワイドバンドギャップ材料を使用したパワー半導体素子は、高電圧・大電流で使用されるように設計されているため、通常のシリコンチップよりも発熱量が大きくなるので、さらに高温の環境下で動作することになる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、パワー半導体素子を封止するために用いられる封止用樹脂組成物において、高温環境下における長時間使用に対する耐久性とシリカの不純物に着眼し、鋭意検討した結果、シリカの不純物の種類と含有量を適切に制御することにより、かかる耐久性を向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。【０００７】
本発明によれば、
ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３、またはダイヤモンドにより形成されたパワー半導体素子を封止するために用いられる封止用樹脂組成物であって、
熱硬化性樹脂（Ａ）と、
シリカ（Ｂ）と、
を含み、
前記シリカ（Ｂ）がＦｅを含んでおり、
前記Ｆｅの含有量が、前記シリカ（Ｂ）全量に対して２２０ｐｐｍ以下であり、
顆粒状、タブレット状またはシート状である、封止用樹脂組成物が提供される。【０００８】
本発明によれば、
基板上に搭載され、かつＳｉＣ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３、またはダイヤモンドにより形成されたパワー半導体素子と、
上述の封止用樹脂組成物を硬化して得られる硬化物により構成され、かつ前記パワー半導体素子を封止してなる封止材と、
を備える半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、封止材の高温環境下における長時間使用に対する耐久性を向上させることができる封止用樹脂組成物、およびそれを用いた半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００１１】
【図１】本実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面図である。
【図２】本実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面図である。
【図３】高温長期保管特性試験後における封止材の断面構造を示すＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１３】
本実施形態の封止用樹脂組成物の概要を説明する。
本実施形態に係る封止用樹脂組成物は、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３、またはダイヤモンドにより形成されたパワー半導体素子を封止するために用いられる封止用樹脂組成物であって、熱硬化性樹脂（Ａ）と、シリカ（Ｂ）と、を含む。また、シリカ（Ｂ）は、Ｆｅを含んでおり、かかるＦｅの含有量が、シリカ（Ｂ）全量に対して２２０ｐｐｍ以下である。
【００１４】
また、本実施形態の封止用樹脂組成物は、顆粒状、タブレット状またはシート状とすることができる。
【００１５】
通常のシリコンデバイスにおいては、たとえば１７５℃程度の温度環境下での使用に耐え得ることが重要である。こうした事情に鑑みて、１７５℃程度の環境下における封止材の保管特性についての検討は、これまでにもなされてきた。
しかしながら、２００℃を超えるような高温環境下における封止材の長期保管特性については十分に検討されていなかった。ここで、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３、またはダイヤモンドのようなワイドバンドギャップ材料を使用したパワー半導体素子を封止する封止材については、２００℃を超えるような高温環境下における長期使用に耐え得る特性を有することが求められる。このような高温長期保管特性は、たとえば２５０℃という高温環境下において封止材を長時間保管した場合における質量減少率に基づいて評価することが可能である。
【００１６】
本発明者は、パワー半導体素子を封止するために用いられる封止用樹脂組成物において、高温環境下における長時間使用に対する耐久性とシリカの不純物に着眼し、鋭意検討した結果、シリカの不純物の種類と含有量を適切に制御することにより、かかる耐久性を向上できることを見出した。
このような知見に基づいて更に検討した結果、本発明者は、封止用樹脂組成物中に含まれているシリカ（Ｂ）中のＦｅや、Ｍｎなどの他の不純物の含有量を所定値以下となるように制御することにより、封止用樹脂組成物を用いて形成される封止材の、２００℃を超える高温環境下における保管特性を向上させることができることを新たに見出した。このため、本実施形態によれば、封止材の高温環境下における長時間使用に対する耐久性を向上させることが可能となる。これにより、半導体装置の信頼性向上に寄与することもできる。
【００１７】
以下、本実施形態に係る封止用樹脂組成物、および封止用樹脂組成物を用いて製造される半導体装置について詳細に説明する。
【００１８】
本実施形態の封止用樹脂組成物は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、Ｇａ２Ｏ３（酸化ガリウム）、またはダイヤモンドを半導体材料として用いて形成されたパワー半導体素子を封止するために用いられる。パワー半導体素子は、たとえば電源や電力の制御、供給を行う半導体素子である。本実施形態においては、上記パワー半導体素子として、たとえば入力電力が１．７Ｗ以上であるものを使用することができる。
【００１９】
本実施形態では、たとえば封止用樹脂組成物を硬化して得られる硬化物により、基板上に搭載されたパワー半導体素子を封止する封止材が構成される。これにより、基板と、基板上に搭載されたパワー半導体素子と、パワー半導体素子を封止する封止材と、を備える半導体装置が形成される。この場合、封止材は、たとえばパワー半導体素子の少なくとも上面を覆うようにパワー半導体素子を封止することができる。パワー半導体素子の上面とは、パワー半導体素子のうちの基板と対向する一面とは反対側の他面である。
【００２０】
封止用樹脂組成物は、たとえば、顆粒状、タブレット状またはシート状等の所定の形状を有していてもよい。これにより、トランスファー成形、射出成形、および圧縮成形等の公知の成形方法を用いて半導体素子を封止成形することが容易となる。本実施形態において、顆粒状とは、封止用樹脂組成物の粉末同士を固めた凝集体であり、タブレット状とは、封止用樹脂組成物を高圧で打錠成形することによって所定形状を有するように造形された造形体であり、シート状とは、例えば、枚葉状または巻き取り可能なロール状を有する封止用樹脂組成物からなる樹脂膜であることを意味する。顆粒状、タブレット状またはシートの封止用樹脂組成物は、半硬化状態（Ｂステージ状態）であってもよい。
【００２１】
以下、本実施形態の封止用樹脂組成物の各成分について説明する。
本実施形態の封止用樹脂組成物は、上述のとおり、熱硬化性樹脂（Ａ）と、シリカ（Ｂ）と、を含む。
【００２２】
（熱硬化性樹脂（Ａ））
熱硬化性樹脂（Ａ）は、たとえばマレイミド基を２つ以上有する化合物、ベンゾオキサジン環を２つ以上有する化合物、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア（尿素）樹脂、メラミン樹脂等のトリアジン環を有する樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、およびベンゾシクロブテン樹脂から選択される一種または二種以上を含むことができる。
【００２３】
封止材の２００℃以上という高温環境下における長期保管特性や、封止材の機械的特性を向上させる観点からは、熱硬化性樹脂（Ａ）として、たとえばマレイミド基を２つ以上有する化合物、ベンゾオキサジン環を２つ以上有する化合物、およびエポキシ樹脂から選択される一種または二種以上を含むことが好ましく、マレイミド基を２つ以上有する化合物を少なくとも含むことがより好ましい。これにより、封止用樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度（Ｔｇ）を高めることができるため、結果として、これを用いた半導体装置の耐熱性を高めることが可能である。
【００２４】
とくに靭性および機械的強度を両立する観点からは、マレイミド基を２つ以上有する化合物とベンゾオキサジン環を２つ以上有する化合物を併用することが好ましい態様の一例として挙げられる。また、靭性および機械的強度のバランスを向上させる観点から、マレイミド基を２つ以上有する化合物とエポキシ樹脂を併用することが好ましい態様の一例として挙げられる。一方で、本実施形態においては、たとえば熱硬化性樹脂（Ａ）がエポキシ樹脂を含み、マレイミド基を２つ以上有する化合物を含まない態様を採用することも可能である。マレイミド基を２つ以上有する化合物を含まないとは、たとえば封止用樹脂組成物全体に対してマレイミド基を２つ以上有する化合物の含有量が１質量％未満である場合を指す。
【００２５】
マレイミド基を２つ以上有する化合物は、たとえば下記式（１）に示す化合物、および下記式（２）に示す化合物のうちの少なくとも一方を含むことができる。これにより、封止用樹脂組成物の硬化物のＴｇを高めることができ、封止材の高温長期保管特性をより効果的に向上させることができる。
【００２６】
【化１】
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【００２７】
上記式（１）において、Ｒ１は炭素数１〜３０の２価の有機基であり、酸素原子および窒素原子のうちの一種以上を含んでいてもよい。封止材の高温保管特性を向上させる観点からは、Ｒ１が芳香環を含む有機基であることがより好ましい。本実施形態においては、Ｒ１として、たとえば下記式（１ａ）のような構造が例示できる。
【００２８】
【化２】
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【００２９】
上記式（１ａ）において、Ｒ１１は、酸素原子および窒素原子のうちの一種以上を含んでいてもよい炭素数１〜１８の２価の有機基である。また、複数のＲ１２は、それぞれ独立して水素原子または炭素数１〜４の置換もしくは無置換の炭化水素基である。
【００３０】
本実施形態において適用することができる上記式（１）に示す化合物としては、たとえば、下記式（１−１）〜（１−３）に示す化合物が挙げられる。
【化３】
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【００３１】
【化４】
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【００３２】
上記式（２）において、複数のＲ２は、それぞれ独立して水素原子または炭素数１〜４の置換もしくは無置換の炭化水素基である。
【００３３】
ベンゾオキサジン環を２つ以上有する化合物は、たとえば下記式（３）に示す化合物、および下記式（４）に示す化合物のうちの少なくとも一方を含むことができ、下記式（３）に示す化合物を少なくとも含むことがより好ましい。これにより、封止材の高温長期保管特性をより効果的に向上させることができる。また、封止材の機械的特性の向上に寄与することも可能である。
【００３４】
【化５】
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【００３５】
上記式（３）において、Ｒ３は炭素数１〜３０の２価の有機基であり、酸素原子および窒素原子のうちの一種以上を含んでいてもよい。封止材の高温保管特性を向上させる観点からは、Ｒ３が芳香環を含む有機基であることがより好ましい。本実施形態においては、上記式（３）に示す化合物として、たとえば下記式（３ａ）に示す化合物を用いることができる。
【００３６】
【化６】
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【００３７】
【化７】
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【００３８】
上記式（４）において、Ｒ４は炭素数１〜３０の２価の有機基であり、酸素原子、窒素原子、および硫黄原子のうちの一種以上を含んでいてもよい。二つのＲ５は、それぞれ独立して炭素数１〜１２の芳香族炭化水素基である。
【００３９】
エポキシ樹脂は、たとえばビフェニル型エポキシ樹脂；ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等の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等の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等の多官能エポキシ樹脂；フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂等のアラルキル型エポキシ樹脂；ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシナフタレンの２量体をグリシジルエーテル化して得られるエポキシ樹脂等のナフトール型エポキシ樹脂；トリグリシジルイソシアヌレート、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート等の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の有橋環状炭化水素化合物変性フェノール型エポキシ樹脂から選択される一種類または二種類以上を含むことができる。
【００４０】
封止用樹脂組成物中における熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量は、たとえば封止用樹脂組成物全体に対して、７質量％以上であることが好ましく、１２質量％以上であることがより好ましく、１６質量％以上であることがとくに好ましい。熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量を上記下限値以上とすることにより、封止用樹脂組成物の流動性を向上させ、より安定的な封止材の形成を可能とすることができる。また、封止用樹脂組成物中における熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量は、たとえば封止用樹脂組成物全体に対して４０質量％以下であることが好ましく、３５質量％以下であることがより好ましく、３０質量％以下であることがとくに好ましい。熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量を上記上限値以下とすることにより、半導体装置の耐湿信頼性や耐リフロー性を向上させることができる。
【００４１】
（シリカ（Ｂ））
シリカ（Ｂ）は、たとえば溶融球状シリカ、溶融破砕シリカ、および結晶シリカから選択される一種または二種以上を含むことができる。これらの中でも、封止用樹脂組成物の充填性や、封止材の高温長期保管特性等を向上させる観点からは、溶融球状シリカを含むことがより好ましい。また、シリカ（Ｂ）は、非晶質であってもよい。
【００４２】
シリカ（Ｂ）は、不純物として、Ｆｅ（鉄）を含んでいてもよい。
また、シリカ（Ｂ）には、Ｆｅの他に、Ｍｎ（マンガン）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）、Ｃａ（カルシウム）、Ｐ（リン）、からなる群から選択される一種以上の成分が不純物として含まれていてもよい。
【００４３】
本発明者が検討した結果、このようなシリカ（Ｂ）を含む封止用樹脂組成物からなる樹脂層を、パワー半導体素子の封止材として使用したとき、樹脂とシリカ等のフィラーとの界面に剥離やクラックが発生したり、酸化分解によって樹脂自体が劣化が生じるという、樹脂層の劣化が引き起こされることが判明した。
詳細なメカニズムは定かでないが、パワー半導体素子の使用環境（例えば、２００℃以上や２５０℃以上という高温条件）下において、Ｆｅや、Ｍｎ、ＮｉおよびＴｉなどの他の不純物が触媒として働くことにより、上記のような、剥離・クラックや樹脂自体の酸化分解という樹脂層の劣化が生じる、と考えられる。
このような知見に基づいて、本発明者が鋭意検討した結果、不純物の種類と含有量について適切に制御することにより、高温環境下における長時間使用に対する耐久性を向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。
また、本実施形態の封止用樹脂組成物によれば、上記のような樹脂自体の酸化分解による劣化を抑制することができる。
【００４４】
ここで、本実施形態に係る封止用樹脂組成物において、シリカ（Ｂ）全量に対するＦｅの含有量は、例えば、２２０ｐｐｍ以下であるが、好ましくは、２００ｐｐｍ以下であり、より好ましくは、１８０ｐｐｍ以下である。こうすることで、封止材の高温条件下における長期保管特性や機械的特性をより効果的に向上させることが可能となる。
本発明者によれば２００℃以上という高温条件下において、鉄が樹脂の酸化分解を促進する作用が要因の一つとして想定されている。
本発明者は、シリカ（Ｂ）全量に対するＦｅの含有量が上記数値範囲内となるように制御した場合に、結果として、封止材内部において生じる樹脂の酸化量を低減できるため、封止材内部の酸化に起因した劣化を抑制できるものと考えている。なお、シリカ（Ｂ）中におけるＦｅの含有量の下限値は、とくに限定されず、０ｐｐｍ以上としてもよく、１ｐｐｍ以上としてもよい。
【００４５】
本実施形態において、シリカ（Ｂ）中におけるＦｅの含有量は、たとえばＩＣＰ発光分光分析法により測定することができる。
【００４６】
また、シリカ（Ｂ）は、Ｍｎ（マンガン）を不純物として含んでもよい。
ここで、シリカ（Ｂ）全量に対するＭｎ（マンガン）の含有量は、できるだけ少ないことが好ましい。これにより、封止用樹脂組成物を用いて形成される封止材の、２００℃以上という高温条件下における長期保管特性を向上させることが可能となる。
Ｍｎの含有量ができるだけ少ないシリカ（Ｂ）を含むことにより封止材の高温長期保管特性を向上させることができる理由は明らかではないが、２００℃以上という高温条件下における封止材内部の酸化に起因した劣化を抑制できることが要因の一つとして想定される。具体的には、本発明者は、Ｍｎの含有量ができるだけ少ないシリカ（Ｂ）を用いた場合、２００℃以上という高温条件下における封止材内部において、酸化剤の１つであるＭｎにより当該封止材内部に存在する樹脂成分が酸化されてしまうことを抑制できているものと考えている。また、このような劣化の抑制については、たとえば封止材を２５０℃の高温環境下で１０００時間保管した場合の質量減少率に基づいて評価することが可能である。なお、シリカ（Ｂ）中におけるＭｎの含有量の下限値は、とくに限定されず、０ｐｐｍ以上としてもよく、１ｐｐｍ以上としてもよい。
【００４７】
本実施形態において、ＦｅおよびＭｎの含有量の合計値の上限値は、シリカ（Ｂ）全量に対して、例えば、２２０ｐｐｍ以下であり、好ましくは２１５ｐｐｍ以下であり、より好ましくは２１０ｐｐｍ以下である。これにより、封止材の高温長期保管特性を向上させることができる。一方で、ＦｅおよびＭｎの含有量の合計値の下限値は、特に限定されないが、例えば、０ｐｐｍ以上でもよく、１ｐｐｍ以上でもよい。
【００４８】
本実施形態において、シリカ（Ｂ）中におけるＭｎの含有量は、たとえばＩＣＰ発光分光分析法により測定することができる。
【００４９】
本実施形態においては、シリカ（Ｂ）中に、各種不純物含有量の異なる二種以上のシリカが含まれていてもよい。これにより、封止材の耐熱性や機械的特性を向上させつつ、製造コストの低減を図ることが可能となる。
【００５０】
シリカ（Ｂ）は、Ｎｉ（ニッケル）を不純物として含んでもよい。
ここで、シリカ（Ｂ）全量に対するＮｉ（ニッケル）の含有量は、できるだけ少ないことが好ましい。
これにより、封止材の高温における長期保管特性や機械的特性をより効果的に向上させることが可能となる。この理由は明らかではないが、本発明者は、Ｎｉ（ニッケル）の含有量ができるだけ少ないシリカ（Ｂ）を用いた場合、２００℃以上という高温条件下における封止材内部において樹脂成分が酸化される量を低減できるため、封止材内部の酸化に起因した劣化を抑制できるものと考えている。なお、シリカ（Ｂ）中におけるＮｉの含有量の下限値は、とくに限定されず、０ｐｐｍ以上としてもよく、１ｐｐｍ以上としてもよい。
【００５１】
シリカ（Ｂ）は、Ｔｉ（チタン）を不純物として含んでもよい。
ここで、シリカ（Ｂ）全量に対するＴｉ（チタン）の含有量は、できるだけ少ないことが好ましい。これにより、封止材の高温における長期保管特性や機械的特性をより効果的に向上させることが可能となる。この理由は明らかではないが、本発明者は、Ｔｉ（チタン）の含有量ができるだけ少ないシリカ（Ｂ）を用いた場合、２００℃以上という高温条件下における封止材内部において樹脂成分が酸化される量を低減できるため、封止材内部の酸化に起因した劣化を抑制できるものと考えている。なお、シリカ（Ｂ）中におけるＴｉの含有量の下限値は、とくに限定されず、０ｐｐｍ以上としてもよく、１ｐｐｍ以上としてもよい。
【００５２】
本実施形態において、シリカ（Ｂ）がＦｅ、Ｍｎ、ＮｉおよびＴｉを含む場合、Ｆｅ、ＮｉおよびＴｉの含有量の合計値の上限値は、シリカ（Ｂ）全量に対して、例えば、２６０ｐｐｍ以下であり、好ましくは２５０ｐｐｍ以下であり、より好ましくは２４０ｐｐｍ以下である。これにより、封止材の高温長期保管特性を向上させることができる。一方で、Ｆｅ、Ｍｎ、ＮｉおよびＴｉの含有量の合計値の下限値は、特に限定されないが、例えば、０ｐｐｍ以上でもよく、１ｐｐｍ以上でもよい。
【００５３】
また、本実施形態において、シリカ（Ｂ）がＦｅ、Ｍｎ、ＮｉおよびＴｉを含む場合、Ｆｅ、ＮｉおよびＴｉの含有量の合計値に対するＦｅの含有量の比率の上限値は、例えば、８６．０％以下であり、好ましくは８５．９％以下であり、より好ましくは８５．８％以下である。これにより、封止材の高温長期保管特性を向上させることができる。一方で、Ｆｅ、Ｍｎ、ＮｉおよびＴｉの含有量の合計値の下限値は、特に限定されないが、例えば、５０．０％以上でもよく、６０．０％以上でもよい。これにより、高温長期保管特性に優れた封止用樹脂組成物を安定的に製造することができる。
【００５４】
本実施形態において、シリカ（Ｂ）中におけるＮｉおよびＴｉの含有量は、たとえばＩＣＰ発光分光分析法により測定することができる。
【００５５】
本実施形態において、シリカ（Ｂ）は、Ｃａを不純物として含んでもよい。シリカ（Ｂ）がＣａを含む場合、Ｃａの含有量の上限値は、シリカ（Ｂ）全量に対して、５０ｐｐｍ以下でもよく、４５ｐｐｍ以下でもよい。これにより、パワー半導体素子の絶縁信頼性を向上させることができる。一方で、Ｃａの含有量の下限値は、特に限定されないが、例えば、０ｐｐｍ以上でもよく、１ｐｐｍ以上でもよい。
【００５６】
本実施形態において、シリカ（Ｂ）は、Ｐを不純物として含んでもよい。シリカ（Ｂ）がＰを含む場合、Ｐの含有量の上限値は、シリカ（Ｂ）全量に対して、９ｐｐｍ以下でもよく、８ｐｐｍ以下でもよい。これにより、パワー半導体素子の絶縁信頼性を向上させることができる。一方で、Ｐの含有量の下限値は、特に限定されないが、例えば、０ｐｐｍ以上でもよく、１ｐｐｍ以上でもよい。
【００５７】
シリカ（Ｂ）は、たとえばＳｉＯ２の含有量が９９．８質量％以上である。このような純度の高いシリカを使用することによって、上述したような金属不純物等のイオン性不純物量を低減させつつ、良好な耐熱性や機械的特性を有する封止材を実現することが容易となる。封止材の高温長期保管特性をより効果的に向上させる観点からは、シリカ（Ｂ）中にＳｉＯ２の含有量が９９．９質量％以上であることが好ましい。
【００５８】
封止用樹脂組成物中におけるシリカ（Ｂ）の含有量は、たとえば封止用樹脂組成物全体に対して５５質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であることがより好ましく、６５質量％以上であることがとくに好ましい。これにより、封止用樹脂組成物を用いて形成される封止材の、２００℃以上という高温条件における長期保管特性をより効果的に向上させることができる。また、封止材の機械的特性の向上に寄与することも可能である。一方で、封止用樹脂組成物中におけるシリカ（Ｂ）の含有量は、たとえば封止用樹脂組成物全体に対して９０質量％以下であることが好ましく、８７質量％以下であることがより好ましく、８５質量％以下であることがとくに好ましい。これにより、封封止用樹脂組成物の流動性の低下にともなう成型性の低下や、高粘度化に起因したボンディングワイヤ流れ等を抑制することが可能となる。
【００５９】
また、シリカ（Ｂ）の平均粒径ｄ５０としては、例えば、０．１μｍ以上でもよく、０．５μｍ以上でもよく、一方で、５０μｍ以下でもよく、４０μｍ以下でもよい。また、異なる平均粒径を有するシリカ（Ｂ）を二種類以上組み合わせて使用することもできる。
【００６０】
（硬化剤（Ｃ））
封止用樹脂組成物は、熱硬化性樹脂（Ａ）とともに、必要に応じて硬化剤（Ｃ）を含むことができる。
【００６１】
（硬化促進剤（Ｄ））
封止用樹脂組成物は、たとえば硬化促進剤（Ｄ）を含むことができる。硬化促進剤（Ｄ）は、熱硬化性樹脂（Ａ）の架橋反応を促進させるものであればよい。たとえば有機ホスフィン、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物等のリン原子含有化合物；２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類；１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７、ベンジルジメチルアミン等が例示されるアミジンや３級アミン、前記アミジンやアミンの４級塩等の窒素原子含有化合物から選択される１種類または２種類以上を含むことができる。
【００６２】
封止用樹脂組成物中における硬化促進剤（Ｄ）の含有量は、たとえば封止用樹脂組成物全体に対して０．０１質量％以上であることが好ましく、０．０３質量％以上であることがより好ましい。硬化促進剤（Ｄ）の含有量を上記下限値以上とすることにより、樹脂組成物の硬化性を効果的に向上させることができる。一方で、封止用樹脂組成物中における硬化促進剤（Ｄ）の含有量は、たとえば封止用樹脂組成物全体に対して５質量％以下であることが好ましく、３質量％以下であることがより好ましい。硬化促進剤（Ｄ）の含有量を上記上限値以下とすることにより、封止用樹脂組成物のハンドリング性能を向上させることができる。
【００６３】
（カップリング剤（Ｅ））
封止用樹脂組成物は、たとえばカップリング剤（Ｅ）を含むことができる。カップリング剤（Ｅ）は、たとえばカップリング剤（Ｅ）により表面処理が施されたシリカ（Ｂ）を熱硬化性樹脂（Ａ）等と混合することにより封止用樹脂組成物中に含ませることができる。一方で、シリカ（Ｂ）に対して上記表面処理を行わず、熱硬化性樹脂（Ａ）およびシリカ（Ｂ）等の各成分とともにカップリング剤（Ｅ）をミキサー等へ投入し、これを混合することによってカップリング剤（Ｅ）を封止用樹脂組成物中に含ませてもよい。
【００６４】
カップリング剤（Ｅ）としては、たとえばエポキシシラン、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、メタクリルシラン等の各種シラン系化合物、チタン系化合物、アルミニウムキレート類、アルミニウム／ジルコニウム系化合物等の公知のカップリング剤を用いることができる。これらを例示すると、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、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、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ−アニリノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−［ビス（β−ヒドロキシエチル）］アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−（β−アミノエチル）アミノプロピルジメトキシメチルシラン、Ｎ−（トリメトキシシリルプロピル）エチレンジアミン、Ｎ−（ジメトキシメチルシリルイソプロピル）エチレンジアミン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、Ｎ−β−（Ｎ−ビニルベンジルアミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチルーブチリデン）プロピルアミンの加水分解物等のシラン系カップリング剤、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルパイロホスフェート）チタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミノエチル−アミノエチル）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスファイト）チタネート、テトラ（２，２−ジアリルオキシメチル−１−ブチル）ビス（ジトリデシル）ホスファイトチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）オキシアセテートチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）エチレンチタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、イソプロピルジメタクリルイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルイソステアロイルジアクリルチタネート、イソプロピルトリ（ジオクチルホスフェート）チタネート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート、テトライソプロピルビス（ジオクチルホスファイト）チタネート等のチタネート系カップリング剤が挙げられる。これらは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、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、ウレイドシランまたはビニルシランのシラン系化合物がより好ましい。
【００６５】
封止用樹脂組成物中におけるカップリング剤（Ｅ）の含有量は、たとえば封止用樹脂組成物全体に対して、０．０１質量％以上であることが好ましく、０．０３質量％以上であることがより好ましい。これにより、封止用樹脂組成物中におけるシリカ（Ｂ）の分散性を向上させることができる。このため、耐湿信頼性や耐リフロー性等をより効果的に向上させることが可能となる。また、封止用樹脂組成物中におけるカップリング剤（Ｅ）の含有量は、たとえば封止用樹脂組成物全体に対して、５質量％以下であることが好ましく、３質量％以下であることがより好ましい。これにより、封止用樹脂組成物の流動性を良好なものとし、成形性の向上を図ることができる。
【００６６】
封止用樹脂組成物には、さらに必要に応じて、シリカ以外の充填材；ハイドロタルサイト類および多価金属酸性塩等の無機イオン交換体に例示されるイオン捕捉剤；シリコーンゴム等の低応力材；カルナバワックス等の天然ワックス、合成ワックス、ステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸及びその金属塩類もしくはパラフィン等の離型剤；カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤；水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ホウ酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、ホスファゼン等の難燃剤；酸化防止剤等の各種添加剤を適宜配合してもよい。シリカ以外の充填材としては、タルク、アルミナ、チタンホワイト、窒化珪素等の無機充填材、オルガノシリコーンパウダー、ポリエチレンパウダー等の有機充填材から選択される一種または二種以上を含むことができる。
【００６７】
本実施形態の封止用樹脂組成物の製造方法は、とくに限定されないが、たとえば上述の各成分を、公知の手段で混合し、さらにロール、ニーダーまたは押出機等の混練機で溶融混練し、冷却した後に粉砕した顆粒状のものや、粉砕後にタブレット状に打錠成型したもの、また必要に応じて、上記粉砕したものを篩分したり、遠心製粉法、ホットカット法などで適宜分散度や流動性等を調整した造顆方法により製造した顆粒状のもの等を封止用樹脂組成物として用いることができる。
また、シート状の封止用樹脂組成物は、ワニス状である封止用樹脂組成物をフィルム化することにより得ることができる。例えば、封止用樹脂組成物を塗布して得られた塗布膜に対して、溶剤を除去することにより得ることができる。このようなシート状の封止用樹脂組成物においては、溶剤含有率が全体に対して５質量％以下とすることができる。
【００６８】
以下、本実施形態の封止用樹脂組成物の物性について説明する。
本実施形態の封止用樹脂組成物を、たとえば２００℃、１２０秒の条件で加熱し、その後２５０℃、２４０分間の条件で加熱して得られる硬化物の、室温における曲げ弾性率の上限値は、例えば、５０ＧＰａ以下でもよく、４０ＧＰａ以下でもよく２５ＧＰａ以下でもよい。これにより、外部からの応力を効果的に緩和して、半導体装置の信頼性向上を図ることができる。一方で、上記硬化物の室温における曲げ弾性率の下限値は、例えば、１０ＧＰａ以上であり、好ましくは１１ＧＰａ以上であり、より好ましくは１２ＧＰａ以上である。これにより、高温環境下でも機械強度を向上させることができる。
【００６９】
また、本実施形態の封止用樹脂組成物を、たとえば２００℃、１２０秒の条件で加熱し、その後２５０℃、２４０分間の条件で加熱して得られる硬化物の、２５０℃における曲げ弾性率の上限値は、例えば、１６ＧＰａ以下でもよく、１５ＧＰａ以下でもよく１４ＧＰａ以下でもよい。これにより、外部からの応力を効果的に緩和して、半導体装置の信頼性向上を図ることができる。一方で、上記硬化物の２５０℃における曲げ弾性率の下限値は、例えば、３ＧＰａ以上であり、好ましくは５ＧＰａ以上であり、より好ましくは７ＧＰａ以上である。これにより、高温環境下でも機械強度を向上させることができる。
【００７０】
上記曲げ弾性率は、ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１に準拠して、たとえば以下の方法で作製した試験片を用いて測定することができる。まず、トランスファー成形装置を用いて金型温度２００℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒間で封止用樹脂組成物を注入成形し、幅１０ｍｍ×厚さ４ｍｍ×長さ８０ｍｍの成形品を得る。得られた成形品を２５０℃、２４０分間の条件で加熱硬化することで測定用の試験片を作製する。
【００７１】
本実施形態の封止用樹脂組成物を、たとえば２００℃、１２０秒の条件で加熱し、その後２５０℃、２４０分間の条件で加熱して得られる硬化物の、ガラス転移温度が２５０℃以上であることが好ましく、２５５℃以上であることがより好ましい。これにより、半導体装置の耐熱性を効果的に向上させることができる。上記硬化物のガラス転移温度の上限値は、とくに限定されないが、たとえば３５０℃以下とすることができる。
【００７２】
上記ガラス転移温度は、熱機械分析装置を用い、たとえば以下の方法で作製した試験片を用いて測定することができる。まず、トランスファー成形装置を用いて金型温度２００℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒で封止用樹脂組成物を注入成形し、１５ｍｍ×４ｍｍ×４ｍｍの成形品を得る。得られた成形品を２５０℃、２４０分間の条件で加熱硬化することで測定用の試験片を作製する。
【００７３】
本実施形態に係る封止用樹脂組成物の硬化物の上記曲げ弾性率および上記ガラス転移温度は、たとえば封止用樹脂組成物に含まれる各成分の種類や配合割合をそれぞれ調製することにより制御することが可能である。
【００７４】
次に、半導体装置について説明する。
図１は、本実施形態に係る半導体装置１００の一例を示す断面図である。本実施形態に係る半導体装置１００は、基板３０上に搭載された半導体素子２０と、半導体素子２０を封止してなる封止材５０と、を備えている。半導体素子２０は、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３、またはダイヤモンドにより形成されたパワー半導体素子である。また、封止材５０は、本実施形態に係る封止用樹脂組成物を硬化して得られる硬化物により構成されている。
【００７５】
本実施形態に係る半導体装置１００において、半導体素子２０は、上述したようにＳｉＣ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３、またはダイヤモンドにより形成されたパワー半導体素子であり、２００℃以上という高温で動作することができる。このような高温環境での長時間使用においても、本実施形態に係る封止用樹脂組成物を用いて形成した封止材５０は、上述したとおり優れた耐熱性を示すものである。このため、半導体装置１００の信頼性を向上させることが可能となる。なお、半導体素子２０は、たとえば入力電力が１．７Ｗ以上であるパワー半導体素子とすることができる。
【００７６】
図１においては、基板３０が回路基板である場合が例示されている。この場合、図１に示すように、基板３０のうちの半導体素子２０を搭載する一面とは反対側の他面には、たとえば複数の半田ボール６０が形成される。半導体素子２０は、基板３０上に搭載され、かつワイヤ４０を介して基板３０と電気的に接続される。一方で、半導体素子２０は、基板３０に対してフリップチップ実装されていてもよい。ここで、ワイヤ４０は、たとえば銅で構成される。
【００７７】
封止材５０は、たとえば半導体素子２０のうちの基板３０と対向する一面とは反対側の他面を覆うように半導体素子２０を封止する。すなわち、本実施形態の封止用樹脂組成物は、基板３０上に搭載されたパワー半導体素子（半導体素子２０）の面のうち、基板３０と対向する一面とは反対側の他面を覆うように封止することができる。図１に示す例においては、半導体素子２０の上記他面と側面を覆うように封止材５０が形成されている。封止材５０は、たとえば封止用樹脂組成物をトランスファー成形法または圧縮成形法等の公知の方法を用いて封止成形することにより形成することができる。
【００７８】
図２は、本実施形態に係る半導体装置１００の一例を示す断面図であって、図１とは異なる例を示すものである。図２に示す半導体装置１００は、基板３０としてリードフレームを使用している。この場合、半導体素子２０は、たとえば基板３０のうちのダイパッド３２上に搭載され、かつワイヤ４０を介してアウターリード３４へ電気的に接続される。半導体素子２０は、図１に示す例と同様に、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３、またはダイヤモンドにより形成されたパワー半導体素子である。また、封止材５０は、図１に示す例と同様にして、本実施形態に係る封止用樹脂組成物を用いて形成される。
【００７９】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【実施例】
【００８０】
次に、本発明の実施例について説明する。【００８１】
（封止用樹脂組成物の調製）
各実施例、および各比較例のそれぞれについて、以下のように封止用樹脂組成物を調製した。まず、表２に示す配合に従い、各成分をミキサーにより混合した。次いで、得られた混合物をロール混練した後、冷却、粉砕して打錠成形することでタブレット状の封止用樹脂組成物を得た。
表２中における各成分の詳細は下記のとおりである。また、表２中に示す各成分の配合割合は、封止用樹脂組成物全体に対する配合割合（質量％）を示している。【００８２】
（Ａ）熱硬化性樹脂
熱硬化性樹脂１：下記式（５）に示すマレイミド基を二つ以上有する化合物
熱硬化性樹脂２：下記式（６）に示すベンゾオキサジン環を二つ以上有する化合物（四国化成工業社製、Ｐ−ｄ型ベンゾオキサジン）
熱硬化性樹脂３：ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂（日本化薬社製、ＮＣ−３０００Ｌ）
熱硬化性樹脂４：トリスフェニルメタン型フェノール樹脂（明和化成社製、ＭＥＨ−７５００）【００８３】
【化８】
2017110373.tif 000010
【００８４】
【化９】
2017110373.tif 000011
【００８５】
（Ｂ）シリカ
表２中に示す、各実施例および各比較例の封止用樹脂組成物を調製するために用いたシリカ（Ｂ１）〜（Ｂ４）としては、以下の表１に示すものを用いた。
また、シリカ（Ｂ１）の平均粒径ｄ５０は０．５μｍ、シリカ（Ｂ２）の平均粒径ｄ５０は１μｍ、シリカ（Ｂ３）の平均粒径ｄ５０は３２μｍ、シリカ（Ｂ４）の平均粒径ｄ５０は１２μｍである。【００８６】
シリカ（Ｂ１）〜（Ｂ４）のそれぞれについて、これらの各シリカ中におけるＦｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐ、およびＳｉＯ２の含有量は以下の表１に示すとおりである。なお、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｎｉ、ＴｉおよびＰの含有量はＩＣＰ発光分光分析法により、それぞれ測定した。また、下記表１に示すＦｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｎｉ、ＴｉおよびＰの含有量は、個々のシリカ全量に対する割合を指し、その単位は、いずれも、ｐｐｍである。なお、下記表１中、「ｎ．ｄ．」とは、検出不可であったことを意味する。【００８７】
【表１】
2017110373.tif 000012
【００８８】
（Ｄ）硬化促進剤
硬化促進剤：２−メチルイミダゾール（四国化成工業社製、２ＭＺ−Ｈ）【００８９】
（Ｅ）カップリング剤
カップリング剤：フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン（東レ・ダウコーニング社製、ＣＦ−４０８３）【００９０】
（Ｆ）その他の成分
離型剤：モンタン酸エステル（クラリアントジャパン社製、リコルブＷＥ−４）
着色剤：カーボンブラック（三菱化学社製、＃５）【００９１】
（ガラス転移温度）
各実施例および各比較例について、得られた封止用樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度を、次のように測定した。まず、トランスファー成形装置を用いて、所定の金型温度に設定し、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒で封止用樹脂組成物を注入成形し、１５ｍｍ×４ｍｍ×４ｍｍの成形品を得た。具体的には、上記金型温度は、２００℃に設定した。
次いで、得られた成形品を２５０℃、２４０分間で後硬化して試験片を作製した。その後、得られた試験片に関し、熱機械分析装置（セイコーインスツル社製、ＴＭＡ１００）を用いて、測定温度範囲０℃〜３２０℃、昇温速度５℃／分の条件下でガラス転移温度を測定した。表２中におけるガラス転移温度の単位は℃である。【００９２】
（曲げ弾性率）
各実施例および各比較例について、得られた封止用樹脂組成物の硬化物の曲げ弾性率を次のように測定した。まず、トランスファー成形装置を用いて金型温度２００℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒で封止用樹脂組成物を注入成形し、幅１０ｍｍ×厚さ４ｍｍ×長さ８０ｍｍの成形品を得た。次いで、得られた成形品を２５０℃、２４０分間で後硬化して、試験片を作製した。次いで、試験片の、室温２５℃、および２５０℃における曲げ弾性率をＪＩＳ  Ｋ  ６９１１に準拠して測定した。表２における曲げ弾性率の単位はＧＰａである。【００９３】
（高温長期保管特性）
各実施例および各比較例について、得られた封止用樹脂組成物の硬化物の高温保管特性を次のように測定した。まず、トランスファー成形装置を用いて金型温度２００℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒間で封止用樹脂組成物を注入成形し、直径１０ｍｍΦ×厚さ４ｍｍの成形品を得た。次いで、得られた成形品を２５０℃、２４０分間で後硬化した後、１５０℃で１６時間乾燥して試験片を得て、この初期質量を測定した。次いで、２５０℃のオーブンに投入し１００、２５０、５００、１０００時間後に取り出して質量を測定した。表２における質量減少率は、初期質量に対する１０００時間後の質量減少量を算出したものであり、単位は質量％である。【００９４】
【表２】
2017110373.tif 000013
【００９５】
図３は、高温長期保管特性試験後における封止材の断面構造を示すＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真である。図３（ａ）は比較例１に係る封止材表面の断面構造を、図３（ｂ）は実施例１に係る封止材表面の断面構造を、それぞれ示している。図３（ａ）と図３（ｂ）を比較すると、実施例１の方が比較例１よりも高温長期保管特性試験によって封止材に生じる酸化層（樹脂とシリカの界面に生じる剥離やクラック、または樹脂自体の酸化分解が生じる層）の厚みが薄いことが分かる。すなわち、実施例１では、比較例１よりも封止材内部の酸化が抑制されている。このように、実施例に係る封止用樹脂組成物によって、２００℃以上という高温条件で長期間保管した場合の劣化を抑制できることが図３からも理解できる。【００９６】
この出願は、２０１５年１２月２５日に出願された日本出願特願２０１５−２５４０８２号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
2017110373.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年4月17日(2017.4.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３、またはダイヤモンドにより形成されたパワー半導体素子を封止するために用いられる封止用樹脂組成物であって、
熱硬化性樹脂（Ａ）と、
シリカ（Ｂ）と、
を含み、
前記シリカ（Ｂ）がＦｅを含んでおり、
前記Ｆｅの含有量が、前記シリカ（Ｂ）全量に対して２２０ｐｐｍ以下であり、
顆粒状、タブレット状またはシート状である、封止用樹脂組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の封止用樹脂組成物において、
前記シリカ（Ｂ）がＭｎをさらに含むものであり、
前記Ｆｅおよび前記Ｍｎの含有量の合計値が、前記シリカ（Ｂ）全量に対して２２０ｐｐｍ以下である、封止用樹脂組成物。
【請求項３】
請求項２に記載の封止用樹脂組成物において、
前記シリカ（Ｂ）がＮｉおよびＴｉをさらに含むものであり、
前記Ｆｅ、前記Ｍｎ、前記Ｎｉおよび前記Ｔｉの含有量の合計値が、前記シリカ（Ｂ）全量に対して２５０ｐｐｍ以下である、封止用樹脂組成物。
【請求項４】
請求項３に記載の封止用樹脂組成物において、
前記Ｆｅ、前記Ｍｎ、前記Ｎｉおよび前記Ｔｉの含有量の合計値に対する、前記Ｆｅの含有量の比率が、８６．０％以下である、封止用樹脂組成物。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の封止用樹脂組成物において、
前記熱硬化性樹脂（Ａ）は、マレイミド基を２つ以上有する化合物を含む封止用樹脂組成物。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の封止用樹脂組成物において、
前記シリカ（Ｂ）全量に対するＳｉＯ２の含有量が９９．８質量％以上である封止用樹脂組成物。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の封止用樹脂組成物において、
前記シリカ（Ｂ）の含有量は、当該封止用樹脂組成物全体に対して５５質量％以上９０質量％以下である封止用樹脂組成物。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の封止用樹脂組成物において、
当該封止用樹脂組成物を、２００℃、１２０秒の条件で加熱し、その後２５０℃、２４０分間の条件で加熱して得られる硬化物の、２５０℃における曲げ弾性率が、３ＧＰａ以上１６ＧＰａ以下である、封止用樹脂組成物。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の封止用樹脂組成物において、
当該封止用樹脂組成物を、２００℃、１２０秒の条件で加熱し、その後２５０℃、２４０分間の条件で加熱して得られる硬化物のガラス転移温度が２５０℃以上３５０℃以下である封止用樹脂組成物。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の封止用樹脂組成物において、
当該封止用樹脂組成物は、基板上に搭載された前記パワー半導体素子の面のうち、前記基板と対向する一面とは反対側の他面を覆うように封止するものである、封止用樹脂組成物。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の封止用樹脂組成物において、
動作環境が２００℃以上である前記パワー半導体素子を封止する封止材を形成するための、封止用樹脂組成物。
【請求項１２】
基板上に搭載され、かつＳｉＣ、ＧａＮ、Ｇａ２Ｏ３、またはダイヤモンドにより形成されたパワー半導体素子と、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の封止用樹脂組成物の硬化物により構成され、かつ前記パワー半導体素子を封止してなる封止材と、
を備える半導体装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の半導体装置において、
前記封止材は、前記パワー半導体素子のうちの前記基板と対向する一面とは反対側の他面を覆うように前記パワー半導体素子を封止したものである半導体装置。
【国際調査報告】
2017110373.tif 000017
2017110373.tif 000018
2017110373.tif 000019
2017110373.tif 000020