(57)【要約】【課題】  ハロゲンフリー、アンチモンフリーの難燃性の付与とともに、封止にともなう超薄型パッケージの反りを効果的に抑制することのできる新しい半導体封止用の樹脂組成物と、その硬化材により封止された半導体装置を提供する。【解決手段】  エポキシ樹脂と共に金属水酸化物難燃剤が含有されている半導体封止用のエポキシ樹脂組成物であって、最大粒径４５μｍ未満のシリカが組成物全体量の４０〜６０重量％の範囲で配合されているものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂と共に金属水酸化物難燃剤が含有されている半導体封止用のエポキシ樹脂組成物であって、最大粒径４５μｍ未満のシリカが組成物全体量の４０〜６０重量％の範囲で配合されていることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
金属水酸化物が組成物全体量の１５〜３０重量％の範囲内で含有されている請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
金属水酸化物が水酸化マグネシウムであることを特徴とする請求項１または２に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物により封止されていることを特徴とする樹脂封止半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は封止用のエポキシ樹脂組成物とその硬化物により封止された半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子の封止用の樹脂組成物には、難燃性を付与するために、臭素化エポキシ樹脂等のハロゲン系難燃剤や二酸化アンチモンを添加することが一般的に行われてきている。
【０００３】
しかしながら、昨今、産業廃棄物中に含まれるハロゲン系物質やアンチモン化合物等のこれまで広く使用されている難燃剤物質が環境負荷物質としても世界的に規制される傾向にあることから、これらハロゲン系物質やアンチモン化合物に代わり得る難燃剤や、難燃剤を配合することなく難燃性、耐炎性を付与するための手段が求められている。
【０００４】
そこで、これまでにもリンやリン化合物、金属水酸化物を難燃剤とする封止用樹脂組成物が提案されている（たとえば特許文献１〜２）。また、リンやリン化合物は耐湿信頼性の低下が生じやすいことから、金属水酸化物を用い、その配合にともなう流動性の低下、成形不良という不具合の発生を抑制するために、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等の金属水酸化の難燃剤を非多孔質球状シリカ粒子によって包接させた特殊な形態の難燃剤包接マイクロカプセルをエポキシ樹脂に配合することが提案されている（特許文献３）。
【０００５】
一方、近年では、ＩＣパッケージの軽薄短小化が進み、薄くなったパッケージ内にチップを何枚も積み重ねるスタックパッケージや、パッケージを究極まで薄くしてパッケージを積み重ねるＰＯＰなどの開発が進展している。これらに対しての封止用樹脂組成物においても、当然のように、環境規制に対応したハロゲンフリー、アンチモンフリーの難燃性の実現が求められている。
【０００６】
しかしながら、たとえば封止厚みが０．４ｍｍ以下、基板厚みが０．３ｍｍ以下の超薄型ＰＯＰのようなパッケージの封止においては、従来の金属水酸化物を用いる、ハロゲンフリー、アンチモンフリーの難燃性の樹脂封止材であっても、難燃剤とともにこれに含有されているシリカ等の充填材の存在によって、基板の熱収縮が封止材の収縮を上回ってしまい封止材側への反りが発生してしまうという大きな問題があった。
【０００７】
たとえば、上記の特殊な金属水酸化物難燃剤包接のマイクロカプセルを用いる樹脂組成物（特許文献３）においても、平均粒径１０〜６０μｍのシリカ等の充填材を７０〜９０重量％もの割合で配合されているのである。
【特許文献１】特開２００１−２４７７５０号公報
【特許文献２】特開２００１−２７９０６３号公報
【特許文献３】特開２００４−９９７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のとおりの背景から、従来の問題点を解消し、ハロゲンフリー、アンチモンフリーの難燃性の付与とともに、封止にともなう超薄型パッケージの反りを効果的に抑制することのできる新しい半導体封止用の樹脂組成物と、その硬化物により封止され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】
【０００９】
本発明は以下のことを特徴としている。
【００１０】
第１：エポキシ樹脂と共に金属水酸化物難燃剤が含有されている半導体封止用のエポキシ樹脂組成物であって、最大粒径４５μｍ未満のシリカが組成物全体量の４０〜６０重量％の範囲内で配合されているエポキシ樹脂組成物。
【００１１】
第２：金属水酸化物が組成物全体量の１５〜３０重量％の範囲内で含有されている上記組成物。
【００１２】
第３：金属水酸化物が水酸化マグネシウムである上記いずれかの組成物。
【００１３】
第４：以上いずれかのエポキシ樹脂組成物の硬化物により封止されている半導体装置。
【発明の効果】
【００１４】
上記第１の発明のエポキシ樹脂組成物によれば、半導体装置の封止に際し、ハロゲンフリー、アンチモンフリーの難燃性の付与とともに、封止にともなう超薄型パッケージの反りを効果的に抑制することが可能となる。
【００１５】
第２および第３の発明によれば、難燃性をより確実に、安定して実現することができる。
【００１６】
第４の発明では、以上の効果が体現された樹脂封止半導体装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のエポキシ樹脂組成物においては主成分としてのエポキシ樹脂と金属水酸化物難燃剤、そしてシリカとが必須の成分として含有される。ここで、エポキシ樹脂については、従来公知のものをはじめとして各種のものを１種もしくは２種以上用いることができる。
【００１８】
これらエポキシ樹脂としては、たとえば、ビフェニル型エポキシの他、Ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ、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等を用いることができる。エポキシ樹脂の配合量は、組成物全体量に対し、７〜３５重量％の範囲とすることが考慮される。
【００１９】
また、エポキシ樹脂とともに硬化剤や硬化促進剤が配合されてよい。
【００２０】
たとえば、硬化剤としては、フェノールアラルキルの他、フェノルノボラック、クレゾールノボラック、ナフトール、アラルキル等、各種多価フェノール化合物あるいは、ナフトール化合物等の１種または２種以上を用いることができる。
【００２１】
エポキシ樹脂とこれらの硬化剤との当量比が、０．５〜１．５、好ましくは、０．８〜１．２の範囲で配合されることが考慮される。
【００２２】
また、硬化促進剤としては、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の他、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−７（ＤＢＵ）、トリエタノールアミン、ベンジルメチルアミン等の３級アミン等の１種または２種以上を用いることができる。
【００２３】
本発明のエポキシ樹脂組成物に含有される難燃剤としての金属水酸化物については、組成物全体量に対して１５〜３０重量％の範囲内で用いられることが好ましい。１５重量％未満では封止材の難燃性、耐炎性が十分に実現できない。一方、３０重量％を超える場合には、樹脂組成物の流動性が低下し、成形不良をもたらし易い。金属水酸化物としては、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ等の各種金属の水酸化物の１種または２種以上であってよく、より好適には水酸化マグネシウムあるいは水酸化マグネシウムと水酸化アルミニウムとの併用が例示される。
【００２４】
これらの難燃剤としての金属水酸化物は、通常、その平均粒径は、０．５〜４０μｍ、より好ましくは０．５〜２０μｍの範囲のものとすることができる。
【００２５】
なお、平均粒径については、たとえば、レーザー回折散乱式の粒度分布測定装置によって測定される。
【００２６】
そして、本発明のエポキシ樹脂組成物に配合されるシリカについては、その最大粒径が４５μｍ未満のものとする。つまり４５μｍ以上の粒子がカットされたものを用いる。平均粒径としては５〜３０μｍの範囲、より好ましくは５〜２０μｍの範囲のものとする。
最大粒径が４５μｍ以上のものを含むシリカでは、良好な難燃性、耐炎性とともに、半導体パッケージの封止時の反りの発生を抑えることが難しくなる。一方、平均粒径が５μｍ未満のあまりにも微細なシリカでは、成形性が低下する傾向にある。
【００２７】
最大粒径が４５μｍ以上のシリカについては、市販品等として入手したシリカ粉粒を篩等によって分別することにより、カット（除外）することができる。
【００２８】
本発明の組成物では、以上のようなシリカを、結晶シリカ、溶融シリカ等の各種のものとして使用できるが、球状シリカを用いることが好ましい。
【００２９】
また、本発明では、必要に応じてシリカ以外のアルミナ、窒化珪素等の無機充填材を配合してもよいが、これらは、上記シリカ配合量の１／１０以下とし、その最大粒径は４０μｍ以下とすることが好ましい。
【００３０】
さらにまた、本発明のエポキシ組成物には、離型剤やシランカップリング剤、着色剤、可とう剤等の他の成分を配合してもよい。
【００３１】
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、モンタン酸アミド、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。
【００３２】
シランカップリング剤として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の他、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、またアミノシラン等も併用する事ができる。
【００３３】
本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、所定の各成分を配合し、ミキサー、ブレンダー等で均一に混合した後に、ニーダやロールで加熱混練し、冷却固化したものを粉砕することで調製することができる。半導体装置の封止では、このようにして調製された組成物を加熱溶融して射出成形等により封止することができる。これらの調製や成形の条件については従来と同様に、さらには適宜に変更することで定めることができる。
【００３４】
そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん以下の例によって発明が限定されることはない。
【実施例】
【００３５】
表１、表２に示したとおりの成分を所定の配合比（重量％）で混合し、ミキサーで均一混合した後にニーダーで加熱混練した。冷却後に粉砕して粒状のエポキシ樹脂組成物を調製した。次いでこのものを封止材とした場合の耐炎（難燃）性と、成形の充填性、そして反りの発生の有無について評価した。
【００３６】
評価のための方法は次のとおりとした。また、その結果を表１に示した。
１）耐炎性試験：垂直燃焼９４Ｖ−０の試験方法に準ずる。
【００３７】
供給ガス      メタンガス  純度９８％以上
試験片        １２７×１２．７×０．８ｍｍ，１２７×１２．７×０．４ｍｍ
試験片処理Ａ  ２３±２℃  および５０±５％の相対湿度で４８ｈ以上
試験片処理Ｂ  ７０±２℃×１６８ｈ処理後２３±２℃／２０％ＲＨ以下で４ｈ以上
冷却
ガス流量      １０５ｍｌ／ｍｉｎ．
ガス背圧      １０ｍｍ未満
炎高さ        ２０±１ｍｍ
測定回数      ｎ＝５
２）充填性・反り試験
・評価金型：３５□ＰＢＧＡ（封止エリア３０ｍｍ□）×封止厚み０．８ｍｍ一個取
り金型に基板ＦＲ５、チップサイズ２０×２０×０．１ｍｍｔを７枚積
み重ね。
【００３８】
・成形条件：金型温度：１７５℃
注入圧力：５０ｋｇｆ／ｃｍ2
注入時間：３〜４秒
成形時間：１００秒
・評価方法（充填性）：チップ上充填性を確認し、チップ上の樹脂部分に外から見えるボイドや０．３ｍｍ径以上の内部ボイドがある場合を不可とした（表１に「×」として表示）。
【００３９】
・評価方法（反り）  ：図１の対角線の反りを測定。より詳しく説明すると、Mitutoyo製表面粗さ計ＳＪ４００」を用い、図１に示した矢印の対角線の２方向から、各々、２箇所で反りを測定した。表１の結果では、図１のように片面封止パッケージの封止材１を上側、基板２を下側に置いた状態で、凹形に反る場合を＋（プラス）、凸形に反る場合を−（マイナス）として表１に示している。数値の単位はμｍである。この反りが＋０〜５０μｍの範囲であれば良好もしくは可であり、０に近い程好ましい。一方、−（マイナス）の場合には実装できなくなることから不可である。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
【表２】
2008007570.tif 000004
【００４２】
表１の結果からも、実施例においては、良好な耐炎（難燃）性が得られるとともに、成形充填性が良好で、不都合な反りも抑制されていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】反りの試験の方法について示した平面概要図である。
【図１】
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