(57)【要約】【課題】成形性や耐リフロー性などの信頼性に優れ、且つＷＢＧＡのパッケージ形態において、パッケージ内部における無機充填材の偏析がなく、レーザーマーク性に優れたエポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置を提供する。【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填材を含み、（Ｄ）無機充填材の平均粒径が、１３μｍ以下であるエポキシ樹脂組成物。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填材を含み、（Ｄ）無機充填材の平均粒径が、１３μｍ以下であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
（Ｄ）無機充填材の配合量が、７０重量％以上であることを特徴とする請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
請求項１または２に記載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ＷＢＧＡ（ウィンドウ  ボール  グリット  アレイ）のパッケージ形態を持つ樹脂封止型半導体装置。
【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それを用いた樹脂封止型半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子部品のプリント配線板への高密度実装化が進んでいる。これに伴い、半導体装置は従来のピン挿入型のパッケージから、表面実装型のパッケージが主流になっており、パッケージの形態もＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）といったものから、より多ピン化に対応しやすく、かつより高密度実装が可能なＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）やＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）へ移行しつつある。
【０００３】
またこれまでメモリ分野においてＤＤＲやＳＤＲＡＭといったものに適用するパッケージとしてはＬＯＣ（Ｌｅａｄ  ｏｎ  Ｃｈｉｐ）技術を使用したＴＳＯＰ（Ｔｈｉｎ  Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）が主流となっていた。しかし、ＤＤＲ２  ＳＤＲＡＭといったより高速な動作が求められるパッケージになると、ＢＧＡ（Ｆｉｎｅ  ｐｉｔｃｈ  ＢＧＡ）タイプのパッケージなかでも低コストで高速動作可能なＢＯＣ（Ｂｏａｒｄ  ｏｎ  Ｃｈｉｐ）構造を持ったＷＢＧＡ（Ｗｉｎｄｏｗ  ＢＧＡ）への移行が進んでいる。ＷＢＧＡの代表的な構造を図１に示す。
【０００４】
【特許文献１】特公平０６−６８０１０号公報
【特許文献２】特許第２９８５８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＷＢＧＡは封止樹脂の図２、３に示すようなパッケージ内での流動経路を持っており、発明者らは無機充填材の偏析を起こしやすい事を見出した。こういった無機充填剤の偏析が起きるとレーザーマークにおいてマーク部の色調が不均一になるといった不具合を引き起こす可能性が高い。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、成形性や耐リフロー性などの信頼性に優れ、且つＷＢＧＡのパッケージ形態においてパッケージ内部における無機充填材の偏析がなく、レーザーマーク性に優れたエポキシ樹脂組成物及びそれを用いた樹脂封止型半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者らは、上記の課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤および無機充填材を配合し、特に無機充填材の平均粒径を１３μｍ以下とすることで目的を達成しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
なお、封止用樹脂組成物に含有している無機充填材の粒子径を限定した出願としては特公平０６−６８０１０号公報、特許第２９８５８６４号公報等がある。これらの発明は半田漬け工程におけるクラックの改善に着目したものである。これに対して、本発明はＷＢＧＡの特殊な構造に着目し、ＷＢＧＡの成形時における無機充填材の偏析が粒子径に大きく関与していることを見いだし、これを回避し、レーザーマーク性を向上させるために、無機充填材の粒子径を規定することを見いだしたものである
【０００９】
本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填材を含有し、無機充填材の平均粒径が１３μｍ以下である、エポキシ樹脂組成物に関する。
また、本発明は、無機充填材が７０重量％以上である前記エポキシ樹脂組成物に関する。
また、本発明は、前記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ＷＢＧＡのパッケージ形態を持つ樹脂封止型半導体装置に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、ＷＢＧＡにおいて無機充填材の偏析を起こさずその結果としてレーザーマーク性に優れた封止材及びそれを用いた半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の（Ａ）エポキシ樹脂は、特に限定されるものではなく、封止用エポキシ樹脂成形材料で一般に使用されているエポキシ樹脂を使用することができる。それを例示すればフェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂をはじめとするフェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のフェノール類及び／又はα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等のアルデヒド類とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるノボラック樹脂をエポキシ化したもの、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＡＤ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、アルキル置換または非置換のビフェノール等のジグリシジルエーテル、フェノール・アラルキル樹脂をエポキシ化したもの、フェノール類とジシクロペンタジエンやテルペン類との付加物または重付加物をエポキシ化したもの、フタル酸、ダイマー酸などの多塩基酸とエピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸等のポリアミンとエピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂、オレフィン結合を過酢酸等の過酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂、及び脂環族エポキシ樹脂などが挙げられ、これらを適宜何種類でも併用することができる。なかでも、流動性及び耐リフロー性の観点からはビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂及び硫黄原子含有エポキシ樹脂が好ましく、硬化性の観点からはノボラック型エポキシ樹脂が好ましく、低吸湿性の観点からはジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂が好ましく、耐熱性及び低反り性の観点からはナフタレン型エポキシ樹脂及びトリフェニルメタン型エポキシ樹脂が好ましく、難燃性の観点からはビフェニレン型エポキシ樹脂及びナフトール・アラルキル型エポキシ樹脂が好ましい。これらのエポキシ樹脂の少なくとも１種を含有していることが好ましい。
【００１２】
これら（Ａ）成分のエポキシ樹脂の純度、特に加水分解性塩素量は、ＩＣなど素子上のアルミ配線腐食に係わるため少ない方がよく、耐湿性の優れた電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料を得るためには５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。ここで、加水分解性塩素量とは試料のエポキシ樹脂１ｇをジオキサン３０ｍｌに溶解し、１Ｎ−ＫＯＨメタノール溶液５ｍｌを添加して３０分間リフラックス後、電位差滴定により求めた値を尺度としたものである。
【００１３】
本発明の（Ｂ）硬化剤は特に限定はないが、たとえば、電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料で一般に使用されているもので、フェノール、クレゾール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のフェノール類又はα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類とホルムアルデヒド等のアルデヒド類とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られる樹脂、フェノール・アラルキル樹脂、ナフトール・アラルキル樹脂等があり、単独又は併用して用いることができる。中でも、耐リフロー性向上の観点から好適なものとして、フェノール・アラルキル樹脂が挙げられる。これらの硬化剤は単独又は２種類以上併用して用いることができる。
【００１４】
本発明の（Ｃ）硬化促進剤としては、特に制限はなく、例えば、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、５、６−ヂブチルアミノ−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、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール等の３級アミン類及びこれらの誘導体、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等のイミダゾール類及びこれらの誘導体、トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィン等の有機ホスフィン類及びこれらのホスフィン類に無水マレイン酸、ベンゾキノン、ジアゾフェニルメタン等のπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有するリン化合物、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィンテトラフェニルボレート、２−エチル−４−メチルイミダゾールテトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモテトラフェニルホスホニウム−テトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィンとベンゾキノンの付加物、トリパラトリルフォスフィンとベンゾキノンの付加物、１，８−ジアザービシクロ（５，４，０）−ウンデセン−７，２−フェニル−４メチル−イミダゾール、トリフェニルホスホニウム−トリフェニルボラン等があり、単独又は併用して用いることができる。
【００１５】
また、充填材としては、吸湿性低減及び強度向上の観点から（Ｄ）無機充填材を用いることが必要である。無機充填材としては、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭化珪素、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコニア等の粉体、又はこれらを球形化したビーズ、チタン酸カリウム、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ等の単結晶繊維、ガラス繊維等を１種類以上配合することができる。さらに、難燃効果のある無機充填材としては水酸化アルミニウム、硼酸亜鉛等が挙げられ、これらを単独または併用することができる。
【００１６】
無機充填材の配合量としては、吸湿性、線膨張係数の低減、強度向上及び半田耐熱性の観点から７０重量％以上であることが好ましい。特に本発明の課題を解決するために、無機充填材の平均粒径としては１３μｍ以下である。粒子径が１３μｍ以下であれば、ＷＢＧＡの成形時に無機充填材の偏析を回避し、レーザーマーク性の向上効果が十分に得られる。
【００１７】
上記の無機充填材の中で、線膨張係数低減の観点からは溶融シリカが、高熱伝導性の観点からはアルミナが好ましく、充填材形状は成形時の流動性及び金型摩耗性の点から球形が好ましい。
【００１８】
その他の添加剤として、必要に応じ、カップリング剤、離型剤、着色剤（カーボンブラック、アゾ染料等）、改質材（シリコーン、シリコーンゴム等）、イオントラッパー（ハイドロタルサイト、アンチモン−ビスマス系含水酸化物等）を用いることができる。
【００１９】
カップリング剤については、特に制限はなく、シランカップリング剤以外に従来公知のカップリング剤を併用してもよい。たとえば、ビニルトリクロロシラン、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、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−［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、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、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、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、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等のシラン系カップリング剤、あるいは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を１種以上併用することができる。なかでも流動性、難燃性の観点からは２級アミノ基を有するシランカップリング剤が好ましい。
【００２０】
また難燃性の観点から、さらに各種難燃剤を添加してもよい。難燃剤は封止用エポキシ樹脂成形材料に一般に使用されているもので特に制限はないが、たとえば、テトラブロモビスフェノールＡのジグリシジルエーテル化物やブロム化フェノールノボラックエポキシ樹脂等のブロム化エポキシ樹脂。酸化アンチモン、赤リン及びリン酸エステル等の燐化合物、メラミン、メラミンシアヌレート、メラミン変性フェノール樹脂及びグアナミン変性フェノール樹脂等の含窒素化合物、シクロホスファゼン等の燐／窒素含有化合物、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化モリブデン、フェロセン、上記水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム及び複合金属水酸化物等の金属化合物などが挙げられる。
【００２１】
以上のような原材料を用いて成形材料を作製する一般的な方法としては、所定の配合量の原材料混合物をミキサー等によって充分混合した後、熱ロール、押出機等によって混練し、冷却、粉砕、することによって成形材料を得ることができる。
【００２２】
本発明で得られるエポキシ樹脂組成物を用いて電子部品を封止する方法としては、低圧トランスファー成形法が最も一般的であるが、インジェクション成形、圧縮成形、注型等の方法によっても可能である。
【００２３】
上記した手段を用いて製造したエポキシ樹脂組成物は、ＷＢＧＡにおいてレーザーマーク性且つ成形性、信頼性に優れており、ＩＣ、ＬＳＩ等の封止に好適に用いることができる。
【実施例】
【００２４】
以下に本発明の実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例１〜２、比較例１〜３）
まず、表１に示すように無機充填材（溶融シリカ）の平均粒径が違うものを用意し、各種の素材と予備混合（ドライブレンド）した後、二軸ロール（ロール表面温度約８０℃）で１０分間混練し、冷却粉砕して製造した。また無機充填材（溶融シリカ）の平均粒径はＨＯＲＩＢＡ製ＬＡ９２０にて測定した。
【００２５】
【表１】
2008274041.tif 000003
【００２６】
表１記載の原材料は次の通りである。
オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂：住友化学製ＥＳＣＮ−１９０
ビフェニル型エポキシ樹脂：ジャパンエポキシ製ＹＸ−４０００
フェノール・アラルキル樹脂：明和化成製ＭＥＨ−７８００
エポキシシラン：日本ユニカー株式会社製商品名Ａ−１８７
カルナバワックス：野田化学製カルナバワックスＮｏ．１
カーボンブラック：三菱化学製ＭＡ６００
【００２７】
この封止材を用い、トランスファー成形機を用い、金型温度１８０℃、成形圧力６．９ＭＰａ、硬化時間９０秒の条件で各試験を行なった。スパイラルフローは、ＥＭＭ１１−６６により測定した。熱時硬度は、シェア硬度計にて測定した。
【００２８】
また、この封止材を用いて、半導体素子をトランスファー成形機で同様の条件で成形しポストキュアー（１７５℃／６ｈ）後半田耐熱性、超音波探傷による無機充填材の偏析、レーザーマーク性を評価した。
【００２９】
半田耐熱性に用いた半導体装置は、ＷＢＧＡ樹脂封止型半導体装置であり、１２×１２ｍｍのパッケージサイズで８．８×８．８ｍｍのチップサイズを有するものである。
【００３０】
この様にして得られた樹脂封止型半導体装置について、半田耐熱性を１２５℃／２４ｈベーキング後、８５℃／８５ＲＨ％／１６８ｈ時間吸湿した後、２６０℃／１０ｓｅｃの処理を行なった時の樹脂封止型半導体装置の剥離発生及びクラック発生率により判定した。
【００３１】
超音波探傷による無機充填材の偏析評価は、成形後のＷＢＧＡ樹脂封止型半導体装置を用い超音波探傷装置にて観察し偏析の有無を確認した。
【００３２】
レーザーマーク性はＷＢＧＡ、ＰＢＧＡ、ＴＳＯＰ，ＳＯＰ，ＱＦＰ，ＬＱＦＰ、ＤＩＰのパッケージ表面をＹＡＧレーザーマーキング装置で印字し、目視でマーク性を評価した。
上記のＹＡＧレーザーの条件を以下に示す。
ＹＡＧレーザー波長：１０６４ｎｍ
レーザーパワー：５Ｊ
上記の試験結果をまとめて表２に示した。
【００３３】
【表２】
2008274041.tif 000004
【００３４】
実施例１，２に示したように、ＷＢＧＡにおいて無機充填材の偏析を起こさず、その結果としてレーザーマーク性に優れた封止材及びそれを用いた半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ＷＢＧＡの構造を示す断面図である。
【図２】パッケージ内部の封止樹脂の流動示す上面図である。
【図３】パッケージ内部の封止樹脂の流動示す断面図である。
【図１】
2008274041.tif 000005
【図２】
2008274041.tif 000006
【図３】
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