(57)【要約】【課題】反りの発生が抑制され、信頼性に優れた片面封止タイプの半導体装置を得ることのできる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。【解決手段】半導体素子搭載基板１の片面に搭載された半導体素子２の、半導体素子２搭載面側のみを樹脂封止して封止樹脂３を形成するために用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する。（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）下記の一般式（１）で表され、かつ重量平均分子量（Ｍｗ）が１００００〜５００００の範囲であるシリコーン化合物。2008195750.tif 000016（Ｄ）無機質充填剤。【選択図】図１
2008195750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子搭載基板の片面に搭載された半導体素子の、半導体素子搭載面側のみを樹脂封止するために用いられるエポキシ樹脂組成物であって、下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）硬化剤。
（Ｃ）下記の一般式（１）で表され、かつ重量平均分子量（Ｍｗ）が１００００〜５００００の範囲であるシリコーン化合物。
【化１】
2008195750.tif 000013
（Ｄ）無機質充填剤。
【請求項２】
上記（Ｃ）成分であるシリコーン化合物の含有量が、エポキシ樹脂組成物全体の０．０５〜１．０重量％の範囲に設定されている請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
上記（Ｄ）成分である無機質充填剤の含有量が、エポキシ樹脂組成物全体の８５〜９０重量％の範囲に設定されている請求項１または２記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
上記（Ａ）成分であるエポキシ樹脂が、下記の式（２）で表されるエポキシ樹脂を含有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化２】
2008195750.tif 000014
【請求項５】
上記（Ｂ）成分である硬化剤が、下記の一般式（３）で表されるフェノール樹脂を含有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化３】
2008195750.tif 000015
【請求項６】
半導体素子搭載基板の片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載された基板面側のみが、請求項１〜５のいずれか一項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、反り発生が抑制され信頼性に優れた片面封止タイプの半導体装置の製造に用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子は、従来、セラミックパッケージ等によって封止され、半導体装置化されていたが、最近では、コスト，量産性の観点から、プラスチックパッケージを用いた樹脂封止が主流になっている。この種の樹脂封止には、従来からエポキシ樹脂組成物が使用されており良好な成績を収めている。しかしながら、半導体分野の技術革新によって集積度の向上とともに素子サイズの大形化，配線の微細化が進み、パッケージも小形化，薄形化する傾向にあり、これに伴って封止材料に対してより以上の信頼性の向上が要求されている。近年、半導体素子を搭載した基板の素子搭載面のみを樹脂封止した片面封止タイプのパッケージも量産されている。このようなパッケージに関しては、封止樹脂と基板の線膨張係数の差により発生する反りの低減も大きく要求されてきた。
【０００３】
これに関して、従来から、反り発生の抑制向上のためにシリコーン化合物を用い、これによりエポキシ樹脂を変性して熱応力を低減させることが検討されているが、その効果は未だ充分ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような反りを発生した半導体装置は、反り応力による封止界面の剥離等が生じ信頼性を低下させたり、さらには実装基板への実装性が劣る結果となる。このために片面封止型パッケージの反りの低減化の向上を図ることが強く望まれている。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、反りの発生が抑制され信頼性に優れた片面封止タイプの半導体装置を得ることのできる半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明は、半導体素子搭載基板の片面に搭載された半導体素子の、半導体素子搭載面側のみを樹脂封止するために用いられるエポキシ樹脂組成物であって、下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物を第１の要旨とする。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）硬化剤。
（Ｃ）下記の一般式（１）で表され、かつ重量平均分子量（Ｍｗ）が１００００〜５００００の範囲であるシリコーン化合物。
【化１】
2008195750.tif 000003
（Ｄ）無機質充填剤。
【０００７】
また、半導体素子搭載基板の片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載された基板面側のみが、上記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半導体装置を第２の要旨とする。
【０００８】
すなわち、本発明者らは、片面封止タイプの半導体装置の反りの発生を効果的に抑制することのできる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得るために一連の研究を重ねた。その結果、シリコーン化合物として上記一般式（１）で表されるシリコーン化合物であって、しかもその重量平均分子量（Ｍｗ）が１００００〜５００００の範囲のものを用いると、高温下では、エポキシ樹脂と硬化剤による架橋ネットワーク中に浸入して、樹脂組成物全体の自由体積を減少させ、一方、低温下では、シリコーン化合物が凝集して樹脂組成物全体の自由体積を増加させるという作用により、片面封止タイプの半導体装置の樹脂封止の際に発生する反りの抑制効果が向上して信頼性に優れたものが得られることを見出し本発明に到達した。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明は、片面封止タイプの半導体装置の封止に用いられる、前記一般式（１）で表され、重量平均分子量（Ｍｗ）が１００００〜５００００の特定のシリコーン化合物（Ｃ成分）を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。このため、これを片面封止タイプの半導体装置の封止材料として用いると、反りの発生が抑制され信頼性に優れた片面封止タイプの半導体装置を得ることができる。
【００１０】
そして、上記特定のシリコーン化合物（Ｃ成分）の含有量をエポキシ樹脂組成物全体の０．０５〜１．０重量％の範囲に設定すると、より一層反り発生の抑制効果が発揮される。
また、無機質充填剤（Ｄ成分）の含有量をエポキシ樹脂組成物全体の８５〜９０重量％の範囲に設定すると、成形時の流動性に優れ、成形物の線膨張係数が小さいため、反りの低減も図られる。
【００１１】
さらに、エポキシ樹脂として前記式（２）で表されるエポキシ樹脂を用いると、低粘度化されて流動特性に優れるようになり、架橋密度も高くなるため、機械的特性や耐熱性に優れるようになる。
【００１２】
そして、硬化剤として前記一般式（３）で表されるフェノール樹脂を用いると、低粘度化されて成形時の流動性に優れ、さらに低吸湿性で耐半田リフロー性にも優れるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
つぎに、本発明の実施の形態について詳しく説明する。
【００１４】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、半導体素子搭載基板の片面に搭載された半導体素子の、半導体素子搭載面側のみを樹脂封止する際に用いられるものであって、エポキシ樹脂（Ａ成分）と、硬化剤（Ｂ成分）と、特定のシリコーン化合物（Ｃ成分）と、無機質充填剤（Ｄ成分）とを用いて得られ、通常、粉末状もしくはこれを打錠したタブレット状になっている。
【００１５】
なお、本発明において、片面封止タイプの半導体装置としては、例えば、絶縁基板の片面に搭載した半導体素子の、半導体素子搭載面側のみを半導体素子を包含するよう樹脂封止したタイプの半導体装置や、絶縁基板の片面に半導体素子を搭載する際、両者の間に接続用電極を介して空隙が形成されるよう半導体素子が搭載され、上記空隙に封止材料を充填して硬化させ樹脂封止したタイプの半導体装置等があげられる。
【００１６】
本発明に用いるエポキシ樹脂（Ａ成分）は、特に限定されるものではなく通常用いられるエポキシ樹脂が用いられる。例えば、クレゾールノボラック型、フェノールノボラック型、ビスフェノールＡ型、ビフェニル型等の各種エポキシ樹脂やブロム化エポキシ樹脂等があげられる。これらは、単独で使用できるほか、２種以上を併用してもよい。なかでも、特に低粘度でかつ架橋密度が高くなるという観点から、特に下記の式（２）で表されるヒドロキノン型エポキシ樹脂が好適に用いられる。そして、本発明においては、上記ヒドロキノン型エポキシ樹脂とビフェニル型エポキシ樹脂の併用系が好ましい。この併用系の場合、エポキシ樹脂（Ａ成分）全体の１０重量％以上が上記ヒドロキノン型エポキシ樹脂で構成されることが好ましい。特に好ましくは２０〜７５重量％の範囲である。
【００１７】
【化２】
2008195750.tif 000004
【００１８】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とともに用いられる硬化剤（Ｂ成分）としては、特に限定されるものではなく従来公知の各種フェノール樹脂を用いることができる。なかでも、低吸湿性でかつ低粘度であるという観点から、下記の一般式（３）で表されるナフトール型フェノール樹脂を用いることが特に好ましい。
【００１９】
【化３】
2008195750.tif 000005
【００２０】
上記一般式（３）で表されるナフトール型フェノール樹脂としては、例えば、水酸基当量１８０〜２５０、軟化点６５〜８５℃のものを用いることが好ましい。そして、本発明においては、硬化剤（Ｂ成分）全体の１０重量％以上が上記ナフトール型フェノール樹脂で構成されることが好ましい。特に好ましくは３０〜８０重量％の範囲である。
【００２１】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）と硬化剤（Ｂ成分）の配合割合は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量当たり、硬化剤中の水酸基当量が０．５〜２．０当量となるように配合することが好ましい。より好ましくは０．８〜１．２当量である。
【００２２】
上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられる特定のシリコーン化合物（Ｃ成分）は、下記の一般式（１）で表されるメチルフェニルシロキサンである。
【００２３】
【化４】
2008195750.tif 000006
【００２４】
上記式（１）において、繰り返し数ｍ，ｎはそれぞれ、ｍ＝１〜１００、ｎ＝１００〜１０００の範囲であることが好ましい。また、ｍ／（ｍ＋ｎ）＝０．０１〜０．１０の範囲であり、特に好ましくは０．０３〜０．０７である。すなわち、ｍ／（ｍ＋ｎ）が０．１０を超えると、繰り返し単位ｍ部分が多くなり過ぎて、シロキサン鎖の柔軟性が低下して、反りの低減効果が得られ難くなり、０．０１を下回ると、シロキサンが成形物表面にブリードアウトして、捺印性を低下させたり、半導体素子や基板，導体との接着性を低下させるようになるからである。なお、上記式（１）における繰り返し単位ｍ，ｎは、ブロック，ランダム，交互等の態様のいずれであってもよい。
【００２５】
そして、上記一般式（１）で表されるシリコーン化合物の重量平均分子量（Ｍｗ）は、１００００〜５００００の範囲である必要があり、特に好ましくは２５０００〜４００００である。すなわち、重量平均分子量が上記範囲を外れると、樹脂の架橋ネットワークへの浸透性と、相分離性とのバランスが崩れるとの理由から反り発生の抑制効果をもたらさないからである。
【００２６】
上記特定のシリコーン化合物（Ｃ成分）の含有量は、エポキシ樹脂組成物全体の０．０５〜１．０重量％の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは０．０５〜０．４重量％である。すなわち、０．０５重量％未満では、反り発生の抑制効果を発現することが困難であり、１．０重量％を超えると、硬化物のガラス転移温度を大きく低下させ、シリコーン化合物のブリードアウトによって金型との離型性が低下する傾向がみられるからである。
【００２７】
上記Ａ〜Ｃ成分とともに用いられる無機質充填剤（Ｄ成分）としては、各種公知の無機質充填剤が用いられる。例えば、石英ガラス粉末，シリカ粉末，アルミナ，タルク等があげられる。特に溶融球状シリカ粉末が好ましく用いられる。
【００２８】
そして、上記無機質充填剤（Ｄ成分）の含有量は、エポキシ樹脂組成物全体の８５〜９０重量％の範囲に設定することが好ましい。すなわち、８５重量％未満では、耐半田特性や、片面封止タイプの半導体装置において反りレベルの特性が劣る傾向がみられ、９０重量％を超えると、粘度が高くなり、成形性が低下する傾向がみられるからである。
【００２９】
さらに、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物では、上記Ａ〜Ｄ成分に加えて、必要に応じて硬化促進剤、難燃剤、顔料、離型剤、シランカップリング剤等のカップリング剤等を適宜に用いることができる。
【００３０】
上記硬化促進剤としては、リン系化合物、従来公知の三級アミン，四級アンモニウム塩，イミダゾール類，ホウ素化合物等があげられ、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。なかでも、リン系化合物が好適に用いられ、特にトリフェニルホスフィンを用いることが好ましい。
【００３１】
上記難燃剤としては、三酸化アンチモン，リン系化合物等があげられる。
【００３２】
上記顔料としては、カーボンブラック，酸化チタン等があげられる。
【００３３】
上記離型剤としては、パラフィンや脂肪酸エステル等があげられる。
【００３４】
上記カップリング剤としては、例えば、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やγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤があげられる。
【００３５】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、例えばつぎのようにして製造することができる。すなわち、エポキシ樹脂（Ａ成分）、硬化剤（Ｂ成分）、特定のシリコーン化合物（Ｃ成分）および無機質充填剤（Ｄ成分）ならびに必要に応じて硬化促進剤，難燃剤，顔料，離型剤，カップリング剤等の他の添加剤を所定の割合で配合する。ついで、これらをミキシングロール機等の混練機を用いて加熱状態で溶融混練して、これを室温に冷却した後、公知の手段によって粉砕し、必要に応じて打錠するという一連の工程によって目的とするエポキシ樹脂組成物を製造することができる。
【００３６】
このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子搭載基板の片面に搭載された半導体素子の封止は、特に制限するものではなく、通常のトランスファー成形等の公知のモールド方法により行うことができる。
【００３７】
そして、上記エポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子の封止にて得られる半導体装置の一例を図１に示す。図１において、半導体素子搭載基板１上に半導体素子２が直接搭載され固定されている。そして、この基板１上に搭載された半導体素子２を内包するよう封止樹脂３により半導体素子２が樹脂封止されている。図１において、４はボンディングワイヤー、５は基板１の他面に設けられた半田端子である。
【００３８】
上記片面封止タイプの半導体装置において、半導体素子搭載基板１としては、特に限定するものではなく従来公知の各種半導体素子搭載基板があげられ、例えば、ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）基板、紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスエポキシ基板、テフロン（Ｒ）基板、アルミナ基板、ポリイミドフレキシブル基板等があげられる。特に、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いての反り発生の抑制や半田耐熱性という点から、ＢＴ基板が好適に用いられる。
【００３９】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００４０】
下記に示す各成分を準備した。
【００４１】
〔エポキシ樹脂ａ〕
下記の式（２）で表されるヒドロキノン型エポキシ樹脂（エポキシ当量１７５、軟化点１４５℃）
【化５】
2008195750.tif 000007
【００４２】
〔エポキシ樹脂ｂ〕
下記の式（４）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９１、融点１０５℃）
【化６】
2008195750.tif 000008
【００４３】
〔フェノール樹脂ｃ〕
前記一般式（３）で表されるナフトール型フェノール樹脂（水酸基当量２０９、軟化点７５℃）
【００４４】
〔フェノール樹脂ｄ〕
下記の式（５）で表されるフェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０７、軟化点９２℃）
【化７】
2008195750.tif 000009
【００４５】
〔シリコーン化合物ｅ〕
前記一般式（１）で表されるメチルフェニルシリコーン〔重量平均分子量（Ｍｗ）＝４００００、ｍ＝１６、ｎ＝５１０、ｍ／（ｍ＋ｎ）＝０．０３）
【００４６】
〔シリコーン化合物ｆ〕
前記一般式（１）で表されるメチルフェニルシリコーン〔重量平均分子量（Ｍｗ）＝２５０００、ｍ＝２２、ｎ＝２９０、ｍ／（ｍ＋ｎ）＝０．０７）
【００４７】
〔シリコーン化合物ｇ〕
下記の式（６）で表される側鎖変性型ポリエーテル変性シリコーン〔重量平均分子量（Ｍｗ）＝３５０００、ｍ＝７、ｎ＝１３０、ｍ／（ｍ＋ｎ）＝０．０５）
【化８】
2008195750.tif 000010
【００４８】
〔シリコーン化合物ｈ〕
前記一般式（１）で表されるメチルフェニルシリコーン〔重量平均分子量（Ｍｗ）＝８０００、ｍ＝５、ｎ＝９５、ｍ／（ｍ＋ｎ）＝０．０５）
【００４９】
〔シリコーン化合物ｉ〕
前記一般式（１）で表されるメチルフェニルシリコーン〔重量平均分子量（Ｍｗ）＝６００００、ｍ＝３９、ｎ＝７４０、ｍ／（ｍ＋ｎ）＝０．０５）
【００５０】
〔硬化促進剤〕
トリフェニルホスフィン
【００５１】
〔離型剤〕
カルナバワックス
【００５２】
〔無機質充填剤〕
溶融球状シリカ粉末
【００５３】
〔実施例１〜７、比較例１〜４〕
上記に示した各成分を後記の表１〜表２に示す割合で配合し、ミキシングロール機（温度１００℃）で３分間溶融混練を行い、冷却固化後粉砕して目的とする粉末状エポキシ樹脂組成物を得た。
【００５４】
このようにして得られた実施例および比較例のエポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子をトランスファー成形（条件：１７５℃×１分、１７５℃×１時間後硬化）することにより片面樹脂封止型パッケージを得た。そして、得られた片面樹脂封止型パッケージを反り評価に用いた。
【００５５】
すなわち、上記のようにして得られた各エポキシ樹脂組成物を用い、図１に示すように、半導体素子搭載基板であるＢＴレジン（ＪＣＩ社製）（３５ｍｍ×３５ｍｍ×厚み０．８ｍｍ）１上にＳｉチップ（１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み０．４ｍｍ）２を搭載して固定し、この搭載面側のみを樹脂封止（封止樹脂３サイズ：３０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み１．２ｍｍ）することにより片面封止タイプの半導体装置を作製した。図１において、４はＳｉチップ２とＢＴレジン１上の回路部分（図示せず）とを接続するボンディングワイヤー、５はＢＴレジン１の他面に形成された半田端子である。
【００５６】
上記のようにして得られた各半導体装置について、後硬化した後のパッケージ全体の２５℃での反り量をスマートスコープ（ＯＧＰ社製、ＺＩＰ２５０）により測定した。その結果を下記の表１および表２に併せて示す。
【００５７】
【表１】
2008195750.tif 000011
【００５８】
【表２】
2008195750.tif 000012
【００５９】
上記結果から、ＳｉチップをＢＴレジンに搭載固定しその搭載面側のみを樹脂封止した片面樹脂封止型パッケージの反り量は、前記特定のシリコーン化合物を含有するエポキシ樹脂組成物にて樹脂封止された実施例品が比較例品に比べて非常に小さく、樹脂封止後の反りが抑制されたことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】片面封止タイプの半導体装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  半導体素子搭載基板
２  半導体素子
３  封止樹脂
４  ボンディングワイヤー
５  半田端子
【図１】
2008195750.tif 000017