(57)【要約】【課題】表面実装タイプの半導体装置を封止したとき、高温下での耐クラック性及び耐湿信頼性に優れ、かつ、成形性、難燃性、熱伝導性に優れた、臭素系難燃剤／アンチモン化合物を実質的に含まない樹脂組成物を提供する。【解決手段】（ａ）エポキシ樹脂と、（ｂ）フェノール樹脂硬化剤と、（ｃ）硬化促進剤と、（ｄ）酸化マグネシウムの含有率が３０質量％以上で、結晶水を持たない炭酸マグネシウムの含有率が３０質量％以上である炭酸マグネシウムを含有する充填剤と、を必須成分とし、（ｄ）炭酸マグネシウムを含有する充填剤が樹脂組成物全体に対して２０質量％以上配合されており、実質的に臭素系難燃剤及びアンチモン化合物を含まない封止用樹脂組成物及びこの樹脂組成物を用いた樹脂封止型半導体装置。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）エポキシ樹脂と、
（ｂ）フェノール樹脂硬化剤と、
（ｃ）硬化促進剤と、
（ｄ）酸化マグネシウムの含有率が３０質量％以上で、結晶水を持たない炭酸マグネシウムの含有率が３０質量％以上である炭酸マグネシウムを含有する充填剤と、
を必須成分とし、前記（ｄ）炭酸マグネシウムを含有する充填剤が樹脂組成物全体に対して２０質量％以上配合されており、実質的に臭素系難燃剤及びアンチモン化合物を含まないことを特徴とする封止用樹脂組成物。
【請求項２】
前記（ｄ）炭酸マグネシウムを含有する充填剤が、５００℃に加熱したときの質量減少が１０質量％以下であることを特徴とする請求項１記載の封止用樹脂組成物。
【請求項３】
前記（ａ）エポキシ樹脂を１〜１５質量％、前記（ｂ）フェノール樹脂硬化剤を１〜１５質量％、前記（ｃ）硬化促進剤を０．０１〜５質量％、前記（ｄ）炭酸マグネシウムを含有する充填剤を２０〜９５質量％で含有し、さらに他の充填剤を０〜７５質量％含有し、充填剤の配合量の合計が樹脂組成物全体に対して８０〜９５質量％であることを特徴とする請求項１又は２記載の封止用樹脂組成物。
【請求項４】
前記封止用樹脂組成物の硬化物の熱伝導率が２．５Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の封止用樹脂組成物。
【請求項５】
半導体素子を請求項１乃至４のいずれか１項記載の封止用樹脂組成物で封止したことを特徴とする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、炭酸マグネシウムを含有する所定の充填剤を構成要素として含有する封止用樹脂組成物及びその樹脂組成物を用いた樹脂封止型半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の封止用樹脂組成物としては、二酸化珪素を充填剤としてエポキシ樹脂組成物に用いた場合に、その硬化物が耐湿性、高温電気特性、成形性などに優れていることから、充填剤として二酸化珪素を用いたものがモールド用樹脂の主流になっている。そして、この二酸化珪素としては、結晶性シリカ、あるいは溶融シリカが主に使用されており、前者は、高い熱伝導性、後者は低熱膨張性に優れるという特徴がある。したがって、電源デバイス等の熱放散が必要なものには結晶性シリカを、ＬＳＩ、メモリー等の搭載チップの大きいものに対しては溶融シリカが使用されてきている。
【０００３】
近年、パッケージの薄型化、小型化により、パッケージの内部構造がより複雑化され、それに伴い搭載チップからの熱放散の必要性がより重要視されるようになってきた。結晶性シリカは破砕形状であるため、充填剤としてエポキシ樹脂組成物に使用した場合、高充填が難しく、また、成形時にチップ表面を破壊し、製品不良の要因となる場合があることが判ってきた。さらには、エポキシ樹脂組成物の熱伝導率も２．０Ｗ／ｍＫ程度であり、より高度に熱放散が求められる現在、十分な熱放散性を有するとはいえなくなってきた。これを解決する手段としては、二酸化珪素よりも熱伝導率が高い、球状アルミナ、球状窒化珪素等が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００５−２００５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、充填剤として熱伝導率が高い、球状アルミナ、球状窒化珪素等を用いた場合には不純物等の問題がいまだ解決されていない。
【０００５】
一方、最近は環境についての関心が高まり、半導体のパッケージ分野においても、外装や接合に使用されるはんだからの鉛の除去、有機パッケージ材料中に含まれる臭素化合物やアンチモン化合物の除去が強く求められている。
【０００６】
現在、鉛を使用しないはんだのうち、半導体のパッケージ分野に使用可能なはんだの多くは、従来のはんだに比較して融点が高く、リフロー温度は相当高くなる。すなわち、加熱により発生する水蒸気圧はいっそう増大し、封止樹脂にはさらに優れた耐リフロー性が要求されている。
【０００７】
また、一般に封止樹脂には難燃剤として臭素化エポキシ樹脂と酸化アンチモンが使用されており、これらも環境汚染の観点からこの組み合わせに代わる代替難燃手法の開発が強く求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、実質的に臭素系難燃剤及びアンチモン化合物を使用せずに優れた難燃性を有し、かつ、高温でのリフローに耐え、成形性に優れた封止用樹脂組成物及びこの樹脂組成物で封止された高い信頼性を有する樹脂封止型半導体装置を提供しようとするものである。
【０００９】
すなわち、本発明の封止用樹脂組成物は、（ａ）エポキシ樹脂と、（ｂ）フェノール樹脂硬化剤と、（ｃ）硬化促進剤と、（ｄ）酸化マグネシウムの含有率が３０質量％以上で、結晶水を持たない炭酸マグネシウムの含有率が３０質量％以上である炭酸マグネシウムを含有する充填剤と、を必須成分とし、（ｄ）炭酸マグネシウムを含有する充填剤が樹脂組成物全体に対して２０質量％以上配合されており、実質的に臭素系難燃剤及びアンチモン化合物を含まないことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の樹脂封止型半導体装置は、半導体素子を本発明の封止用樹脂組成物で封止したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の封止用樹脂組成物によれば、その硬化物が、高温下での耐クラック性及び耐湿信頼性が極めて良好であり、表面実装タイプの半導体装置の封止に好適に用いることができる。また、本発明の封止用樹脂組成物で封止された樹脂封止型半導体装置は、表面実装を行っても、その後の耐湿性は良好であり、高い信頼性を有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１３】
本発明に用いられる（ａ）エポキシ樹脂は、分子中にエポキシ基を少なくとも２つ有するものであれば、分子構造、分子量などは特に特定されるものではなく、一般に半導体の封止材料として用いられているものが好適なものとして挙げられる。なお、このエポキシ樹脂としては、信頼性を確保するため、その樹脂中に含まれる塩素が、１０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。また、本発明においては、本発明の効果を失わない範囲で２種類以上のエポキシ樹脂を併用することができる。
【００１４】
ここで用いることができる（ａ）エポキシ樹脂としては、具体的には、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、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトールのノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡのノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡのグリシジルエーテル、テトラ（ヒドロキシフェニル）アルカンのエポキシ樹脂、ビスヒドロキシビフェニル系エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００１５】
また、この（ａ）エポキシ樹脂の配合割合は、樹脂組成物全体に対して１〜１５質量％の範囲であることが好ましく、３〜１２質量％の範囲であることがより好ましい。
【００１６】
本発明で用いられる（ｂ）フェノール樹脂硬化剤は、（ａ）エポキシ樹脂成分と反応し得るフェノール性水酸基を少なくとも２つ有するものであれば、分子構造、分子量などは特に限定されるものではなく、一般にエポキシ樹脂の硬化剤として用いられているものであればよい。なお、このフェノール樹脂としては、信頼性を確保するため、樹脂中に含まれるフリーのフェノール類の濃度が１質量％以下であることが好ましい。また本発明においては、本発明の効果を失わない範囲で、２種類以上のフェノール樹脂硬化剤を併用することができる。
【００１７】
ここで用いることができる（ｂ）フェノール樹脂硬化剤としては、具体的には、ビフェニルアラルキル樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトール樹脂、テルペンフェノール樹脂などが挙げられる。
【００１８】
また、この（ｂ）フェノール樹脂硬化剤の配合割合は、樹脂組成物全体に対して１〜１５質量％の範囲であることが好ましく、３〜１０質量％の範囲であることがより好ましい。
【００１９】
上記した、これら（ａ）エポキシ樹脂と（ｂ）フェノール樹脂硬化剤の配合比は、硬化剤であるフェノール樹脂のフェノール性水酸基数とエポキシ樹脂のエポキシ基数の比（フェノール性水酸基数／エポキシ基数）が０．５〜１．５の範囲になるように配合することが望ましい。この比の値が０．５未満では硬化反応が充分に起こりにくくなり、一方上記値が１．５を超えると、硬化物の特性、特に耐湿性が劣化しやすくなるためである。
【００２０】
本発明で用いられる（ｃ）硬化促進剤は、エポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤の硬化反応を促進するものであれば、分子構造、分子量などは特に限定されるものではない。なお、この硬化促進剤としては、本発明の効果を失わない範囲で、２種類以上の硬化促進剤を併用することができる。
【００２１】
ここで用いることができる硬化促進剤としては、例えば、ＤＢＵ（１，８−ジアザビシクロ（５．４．０）ウンデセン−７）、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリ（ｐ−メチルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェニルホスフィン）、メチルジフェニルホスフィン、ジブチルフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、１，２−ビス（ジフェニルホスフィノ）エタン、ビス（ジフェニルホスフィノ）メタンなどの有機ホスフィン化合物、２−メチルイミダゾール、２，４−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−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−ヘプタデシルイミダゾールなどのイミダゾール化合物、又はこれらの誘導体などが挙げられる。
【００２２】
これら硬化促進剤の配合割合は、それぞれの触媒活性が異なるため一概にその好適量は決められないが、樹脂組成物全体に対し、０．１〜５質量％の範囲で加えることが好ましい。これは、０．１質量％未満では硬化性能が劣り、一方、５質量％を超えると耐湿信頼性が劣化する傾向があるためである。
【００２３】
本発明で用いられる（ｄ）炭酸マグネシウムを含有する充填剤は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有率が３０質量％以上で、結晶水を持たない炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）の含有率が３０質量％以上である、炭酸マグネシウムからなるものである。これは、マグネサイトと呼ばれるマグネシウムの炭酸塩鉱物や、各成分を上記のような配合となるようにして得られる充填剤で、酸化マグネシウムの含有率が３０質量％以上となることで熱分解温度が高くなり、高温下でも炭酸マグネシウムが安定となる。
【００２４】
このような炭酸マグネシウムを含有する充填剤は、例えば、５００℃の加熱下における質量減少率が１０質量％以下であることが好ましく、酸化マグネシウムが３０質量％以上含まれていることで、このような質量減少率に抑えやすくなる。
【００２５】
そして、熱分解温度が高くなることで、樹脂組成物の難燃性を向上させることができる。酸化マグネシウムが３０質量％未満であると無機充填剤自体の熱分解温度が極端に低くなってしまうため、これを配合した樹脂組成物の難燃性が悪くなり、また、抽出水中の不純物濃度が上昇してしまうため、半導体装置としたときの信頼性に悪影響を及ぼしてしまう。好ましくは酸化マグネシウムが４０質量％以上、さらに好ましくは５０質量％以上の含有率の充填剤であることが望ましい。
【００２６】
また、この（ｄ）炭酸マグネシウムを含有する充填剤における、炭酸マグネシウムの含有率は、３０〜６０質量％であることが好ましく、このような充填剤を樹脂組成物中に添加することにより樹脂硬化物の熱伝導性を向上することができる。この含有率が３０質量％未満であると樹脂硬化物の熱伝導性が低下してしまい、６０質量％を超えると耐熱性が劣化してしまう。この（ｄ）炭酸マグネシウムを含有する充填剤の粒径は、０．１〜１００μｍであることが好ましい。
【００２７】
この（ｄ）炭酸マグネシウムを含有する充填剤の配合割合は、樹脂組成物全体に対して２０質量％以上含有するものであって、２０〜９５質量％の範囲であることが好ましく、４０〜９０質量％の範囲であることがさらに好ましい。配合量を２０質量％以上とすることにより、樹脂組成物の硬化物について高い熱伝導率を維持できることができる。
【００２８】
また、本発明においては、本発明の効果を失わない範囲で、（ｄ）成分の他に１種類以上の充填剤を併用でき、例えば、結晶シリカ、溶融シリカ、アルミナ等が挙げられる。これらの配合量は、０〜７５質量％とすることが好ましい。
【００２９】
このとき、充填剤全体が樹脂組成物全体に対して、８０〜９５質量％以上含有していることが好ましく、８０〜９０質量％であることが特に好ましい。この配合割合が、８０質量％未満では樹脂硬化物の難燃性及び耐クラック性に劣る傾向があり、９５質量％を超えると樹脂組成物の流動性が低下して成形性が悪くなる傾向がある。
【００３０】
本発明の樹脂組成物は、上記した以外のその他の成分として、カップリング剤、天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪酸やその金属塩、酸アミド類、エステル類、パラフィン類などの離型剤；カーボンブラック、二酸化チタンなどの顔料；シリコーンゴム、各種プラスチックス粉末、各種エンジニアリングプラスチックス粉末、ＡＢＳ樹脂やＭＢＳ樹脂の粉末などの低応力化剤などを適宜添加することができる。
【００３１】
カップリング剤としては充填剤の表面処理に使用されるものであればいかなるものであってもよいが、シリコン原子に結合したアルコキシ基を有するシラン化合物が好ましく、なかでも一級又は二級のアミンを有するシランカップリング剤（アミノシラン）であることが特に好ましい。これらのカップリング剤を用いることにより組成物の成形性をより良好にすることができる。
【００３２】
ここで用いるカップリング剤としては、具体的には、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、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メトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ−Ｎ−フェニルアミノプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。
【００３３】
これらのアミノシランは単独又は２種以上混合して使用することができ、さらにアミノシラン以外のカップリング剤を併用してもかまわない。
【００３４】
このカップリング剤の配合割合は、樹脂組成物全体に対して０．０１〜５質量％の範囲であることが好ましい。０．０１質量％未満では樹脂組成物の成形性の向上に効果がなく、５質量％を超えると半導体装置としたときの装置の信頼性に悪影響を与え好ましくない。
【００３５】
本発明の封止用樹脂組成物は、上記した原料成分を、例えば、ヘンシェルミキサーなどのミキサーによって充分混合し、さらに熱ロールによる溶融処理又は二軸の押し出し機などによる溶融混合処理を加えた後、冷却、粉砕することにより調製することができる。
【００３６】
そして、このようにして得られた封止用樹脂組成物の硬化物は、その熱伝導率が２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、この場合には、優れた放熱性により、この樹脂組成物により封止された装置が高熱になるのを防止して、装置を安定して動作させることができ、信頼性を向上させることができる。
【００３７】
本発明の樹脂封止型半導体装置は、半導体チップを、上記した本発明の封止用樹脂組成物を用いた常法により樹脂封止することによって製造することができる。この場合、最も一般的には、低圧トランスファ成形が用いられるが、コンプレッション成形、インジェクション成形、注型などによっても封止することができる。なお本発明の封止用樹脂組成物によって封止される半導体チップは特に限定されるものではない。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。
【００３９】
（実施例１）
まず、ヘンシェルミキサー中で、炭酸マグネシウムを主成分とする無機充填剤として合成マグネサイト（神島化学工業株式会社製、商品名：高純度マグネサイト；充填剤Ａ）  ８７質量％、表面処理剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（日本ユニカー株式会社製、商品名：Ａ−１８７）  ０．３５質量％を加え、無機充填剤の表面処理を行い、次いで、他の成分、エポキシ樹脂としてオルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂（住友化学株式会社製、商品名：ＥＳＣＮ１９５ＸＬ；エポキシ当量  １１９７）  ７．０質量％、フェノール樹脂硬化剤としてフェノールノボラック樹脂（昭和高分子株式会社製、商品名：ＢＲＧ−５５６；水酸基当量  １０４）  ５．０質量％、硬化促進剤としてトリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）  ０．１５質量％、離型剤としてカルナバワックス  ０．２０質量％、顔料としてカーボンブラック  ０．３０質量％を添加配合して、混合し、さらに、６０〜１３０℃の加熱ロールで混練し、冷却した後、粉砕することにより樹脂組成物を製造した。
なお、ここで用いた合成マグネサイトの５００℃における質量減少率は１．７％であった。また、この合成マグネサイトは、炭酸マグネシウムを５１．０質量％、酸化マグネシウムを４８．５質量％、その他、炭酸カルシウム、硫酸ナトリウム等で構成されたものである。
【００４０】
（実施例２〜４及び比較例１〜２）
表１に示した通りの割合で各成分を配合して、実施例１と同様の操作により樹脂組成物を製造した。なお、ここで用いた充填剤Ｂとしては、平均粒径２０μｍの溶融球状シリカ（株式会社龍森製、商品名：ＭＳＲ−２２１２）を用いた。
【００４１】
次いで、各実施例及び比較例で得られた、各エポキシ樹脂組成物についてそれぞれ下記のような評価試験を行った。これらの結果を表２及び表３に示した。
【００４２】
［１］スパイラルフロー：エポキシ樹脂組成物のスパイラルフローを、ＥＭＭＩ−１−６６に準じて測定した。
［２］硬化性：エポキシ樹脂組成物を１７５℃で、９０秒加熱して硬化させたときの硬化物の外観を目視により次の基準により評価した。
良好：金型への樹脂付着無し、不良：金型への樹脂付着有り
［３］熱伝導率：エポキシ樹脂組成物の硬化物の熱伝導率を迅速熱伝導率計（京都電子工業株式会社製、商品名：ＱＴＭ−Ｄ３）を用いて調べた。
［４］難燃性：エポキシ樹脂組成物の燃焼試験を厚さ０．８ｍｍの試験片を用いＵＬ−９４に準じて行い、難燃性を調べた。
［５］耐湿信頼性：エポキシ樹脂組成物を用い、９．５×９．５ｍｍ試験用デバイスを封止した後、１８０℃で４時間アフターキュアを行った。次いで、このパッケージを８５℃、相対湿度６０％の雰囲気中に１６８時間放置して吸湿処理を行った後、これをＭＡＸ温度２６０℃のＩＲリフロー炉に３回通し、この時点でパッケージのクラック発生率を調べた（不良数／サンプル数）。
【００４３】
【表１】
2008174616.tif 000002
【００４４】
【表２】
2008174616.tif 000003
【００４５】
【表３】
2008174616.tif 000004
【００４６】
以上、表２及び表３に示したように、実施例１〜４で得られた樹脂組成物は、比較例１〜２で得られた樹脂組成物に比べ、高温下での耐クラック性及びその後の耐湿信頼性が良好で、かつ、成形性も良好である。難燃性も保持しており、また、高い熱伝導性も有している。