(57)【要約】【課題】硬化が速く、金型汚れが少なく成形性に優れ、かつ耐半田性に優れた特性を有するエポキシ樹脂組成物を提供すること。【解決手段】（Ａ）式（１）で示されるエポキシ樹脂を含む結晶性エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤及び（Ｄ）無機充填材を必須成分とし、無機充填材が全エポキシ樹脂組成物中８７〜９４重量％であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。【化１】2004026961.tif 000013
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）式（１）で示されるエポキシ樹脂を含む結晶性エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤及び（Ｄ）無機充填材を必須成分とし、無機充填材が全エポキシ樹脂組成物中８７〜９４重量％であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化１】
2004026961.tif 000011
【請求項２】
式（１）で示されるエポキシ樹脂を含む結晶性エポキシ樹脂が、融点４０〜５０℃である請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
フェノール樹脂が、一般式（２）又は一般式（３）である請求項１又は２記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化２】
2004026961.tif 000012
（Ａは、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素に１個又は２個の水酸基を有する芳香族化合物であり、ｎは平均値で１〜７の正数）
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか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ことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び耐半田性に優れた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の小型化、軽量化、高性能化の市場動向において、半導体素子の高集積化が年々進み、又半導体装置の表面実装化が促進されるなかで、半導体封止用エポキシ樹脂組成物への要求は益々厳しいものとなってきている。特に半導体装置の表面実装化が一般的になってきている現状では、吸湿した半導体装置が半田処理時に高温にさらされ、気化した水蒸気の爆発的応力により半導体装置にクラックが発生したり、或いは半導体素子やリードフレームとエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面に剥離が発生することにより、電気的信頼性を大きく損なう不良が生じ、これらの不良の防止、即ち耐半田性の向上が大きな課題となっている。
【０００３】
耐半田性を向上させる手段として、種々の提案がなされており、代表的なものとしては、（１）低粘度の樹脂成分を使用して無機充填材を高充填化し、樹脂成分を減少させて、エポキシ樹脂組成物の硬化物を低熱膨張化、低吸湿化させる、（２）吸湿性が少なく可撓性を有する樹脂の使用等が挙げられる。低粘度樹脂成分としては、低粘度のエポキシ樹脂、フェノール樹脂や結晶性エポキシ樹脂が挙げられるが、軟化点が低いものは常温で液状もしくは半固形のため取扱いに難点がある。一方結晶性エポキシ樹脂として代表的なビフェニル型エポキシ樹脂は、融点が１００℃以上あり混練時に十分に溶けきれず分散が不十分な場合があった。又ビフェニル型エポキシ樹脂は、硬化剤であるフェノール樹脂との反応が遅いため硬化が不十分となる傾向にあり、金型からの離型時に半導体装置が金型に付着したり、又は半導体装置の割れ・欠けが発生する等の成形性に問題があった。このため成形性と耐半田性に優れたエポキシ樹脂組成物が求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、硬化が速く、成形性、耐半田性に優れた特性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びこれを用いて半導体素子を封止してなる半導体装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
［１］　（Ａ）式（１）で示されるエポキシ樹脂を含む結晶性エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤及び（Ｄ）無機充填材を必須成分とし、無機充填材が全エポキシ樹脂組成物中８７〜９４重量％であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【０００６】
【化３】
2004026961.tif 000002
【０００７】
［２］　式（１）で示されるエポキシ樹脂を含む結晶性エポキシ樹脂が、融点４０〜５０℃である第［１］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［３］　フェノール樹脂が、一般式（２）又は一般式（３）である第［１］項又は［２］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【０００８】
【化４】
2004026961.tif 000003
【０００９】
（Ａは、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素に１個又は２個の水酸基を有する芳香族化合物であり、ｎは平均値で１〜７の正数）
［４］　第［１］項〜［３］項のいずれか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ことを特徴とする半導体装置、
である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる式（１）で示されるエポキシ樹脂を含む結晶性エポキシ樹脂は、１分子中に２個のエポキシ基を有する２官能型エポキシ樹脂で、従来の結晶性ビフェニル型エポキシ樹脂に比べ、立体障害が少なく硬化剤であるフェノール樹脂との反応が早く硬化性が高いため、成形性に優れている。通常ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂は、分子量分布がブロードなため融点は持たず、数平均分子量の差により異なる軟化点を持つ。即ち平均分子量が小さい樹脂（数平均分子量が７００以下）は、低粘度であるが常温で液状を示すため、取扱い作業性が悪く、得られたエポキシ樹脂組成物が固結しやすく好ましくない。分子量が大きい樹脂（数平均分子量が９００以上）は、常温で固体であるが高粘度であり、これを用いたエポキシ樹脂組成物は流動性が十分に得られない。本発明に用いる式（１）で示されるエポキシ樹脂を含む結晶性エポキシ樹脂は、ほぼ単一分子量からなるものであり、取扱い作業性等の点から、その融点としては４０〜５０℃が好ましい。この範囲の融点ならば、常温では固形であり取扱い作業性が容易で、かつ溶融した状態では結晶性エポキシ樹脂の特徴である溶融粘度が低く、流動性に優れているため、無機充填材を多く配合することができ、エポキシ樹脂組成物の硬化物の低吸湿化及び低熱膨張化が図られ、耐半田性を向上させることができる。これらのエポキシ樹脂は、ジャパンエポキシレジン（株）からＹＬ６８１０として市販されている。ＹＬ６８１０の１５０℃での溶融粘度は、０．１ポイズ以下である。これに対し結晶性ビフェニル型エポキシ樹脂ＹＸ４０００Ｈ（ジャパンエポキシレジン（株））の１５０℃での溶融粘度は０．２ポイズである。
本発明でのエポキシ樹脂の融点とは、示差走査熱量計（セイコー電子工業（株）・製）を用い、エポキシ樹脂１０ｍｇ前後を精秤し、昇温速度５℃／分で測定した吸熱ピークの温度を言う。
【００１１】
式（１）で示されるエポキシ樹脂を含む結晶性エポキシ樹脂の特性を損なわない範囲で、他のエポキシ樹脂と併用することができる。併用できるエポキシ樹脂としては、例えば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、フェノールアラルキル（フェニレン骨格、ジフェニレン骨格を含む）型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、ヒドロキノン型エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても良い。
【００１２】
本発明に用いられるフェノール樹脂は、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を言い、その分子量、分子構造を限定するものではないが、例えばフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、一般式（２）で示されるフェノール樹脂、一般式（３）で示されるフェノール樹脂等が挙げられ、式（１）で示されるエポキシ樹脂を含む結晶性エポキシ樹脂の特徴を最大限発現させるには、分子内の水酸基が少ないために硬化物の吸水率が小さく、又低粘度化も可能であることから、特に一般式（２）で示されるフェノール樹脂、一般式（３）で示されるフェノール樹脂が好ましい。
一般式（２）又は一般式（３）で示されるフェノール樹脂中のＡは、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素に１個又は２個の水酸基を有する芳香族化合物であり、芳香族化合物としてはフェノール、クレゾール類、レゾルシン、カテコール、ナフトール、ジナフトール等が挙げられ、硬化性や吸水率の点からフェノール、ナフトールが好ましい。
【００１３】
本発明で用いられる硬化促進剤は、前記エポキシ樹脂とフェノール樹脂との架橋反応を促進するものであればよく、例えば１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のアミジン系化合物、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスフォニウム・テトラフェニルボレート塩等の有機リン系化合物、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの硬化促進剤は単独でも混合して用いても差し支えない。
【００１４】
本発明で用いられる無機充填材については、特に制限はなく、一般に封止材料に用いられているものを使用することができる。例えば溶融破砕シリカ、溶融球状シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ、アルミナ、チタンホワイト、水酸化アルミニウム等が挙げられ、特に溶融球状シリカが好ましい。球状シリカの形状としては、流動性向上のために限りなく真球状であり、且つ粒度分布がブロードであることが好ましい。
【００１５】
無機充填材の含有量は、全エポキシ樹脂組成物中８７〜９４重量％であることが必須である。８７重量％未満だとエポキシ樹脂組成物が固結し取扱い作業性が悪化する他、エポキシ樹脂組成物の硬化物の低吸湿性が得られず、半導体装置の耐半田性が不十分となり、９４重量％を越えるとエポキシ樹脂組成物の流動性が低下し、成形時に充填不良等が生じたり、高粘度化による半導体装置内の金線変形等の不都合が生じる。
又必要に応じて無機充填材をカップリング剤やエポキシ樹脂或いはフェノール樹脂等で予め処理して用いても良く、処理の方法としては、例えば溶剤を用いて混合した後に溶媒を除去する方法や直接無機充填材に添加し、混合機を用いて処理する方法等がある。
【００１６】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分の他、必要に応じて臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチモン、リン化合物等の難燃剤、酸化ビスマス水和物等の無機イオン交換体、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力化成分、天然ワックス、合成ワックス、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、酸化防止剤等の各種添加剤を適宜配合しても差し支えない。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分及びその他の添加剤等をミキサーを用いて常温混合し、ロール、ニーダー、押出機等の混練機で溶融混練し、冷却後粉砕して得られる。
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子等の電子部品を封止し、半導体装置を製造するには、トランスファーモールド、コンプレッションモールド、インジェクションモールド等の成形方法で硬化成形すればよい。
【００１７】
【実施例】
以下に、本発明を製造例、実施例及びその比較例を挙げて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
なお結晶性エポキシ樹脂の融点は、前記方法で測定した。
実施例及び比較例で用いたエポキシ樹脂、フェノール樹脂の略号及び構造を、まとめて以下に示す。
【００１８】
エポキシ樹脂（１）：式（４）で示されるエポキシ樹脂を主成分とする樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＬ６８１０）（融点４５℃、エポキシ当量：１７２ｇ／ｅｑ）
【００１９】
【化５】
2004026961.tif 000004
【００２０】
エポキシ樹脂（２）：式（５）で示されるエポキシ樹脂を主成分とする樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＸ４０００Ｋ）（融点１０５℃、エポキシ当量：１８５ｇ／ｅｑ）
【００２１】
【化６】
2004026961.tif 000005
【００２２】
フェノール樹脂（１）：式（６）で示されるフェノール樹脂（軟化点７０℃、水酸基当量１７０ｇ／ｅｑ）
【００２３】
【化７】
2004026961.tif 000006
【００２４】
フェノール樹脂（２）：式（７）で示されるフェノール樹脂（軟化点８７℃、水酸基当量２１０ｇ／ｅｑ）
【００２５】
【化８】
2004026961.tif 000007
【００２６】
フェノール樹脂（３）：式（８）で示されるフェノール樹脂（軟化点６７℃、水酸基当量２０３ｇ／ｅｑ）
【００２７】
【化９】
2004026961.tif 000008
【００２８】
エポキシ樹脂組成物の製造例
配合割合は重量部とする。
実施例１
エポキシ樹脂（１）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５．５１重量部
フェノール樹脂（１）　　　　　　　　　　　　　　　　　　５．４４重量部
トリフェニルホスフィン　　　　　　　　　　　　　　　　　０．１５重量部
溶融球状シリカ（平均粒径１５μｍ）　　　　　　　　　　８８．００重量部
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン　　　　　　　０．３０重量部
カーボンブラック　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．３０重量部
カルナバワックス　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．３０重量部
を、常温でミキサーを用いて混合し、７０〜１２０℃で２本ロールを用いて混練し、冷却後粉砕してエポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物を以下の方法で評価した。結果を表１に示す。
【００２９】
スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型を用い、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分で測定した。単位はｃｍ。
硬化トルク：キュラストメータ（（株）オリエンテック・製、ＪＳＲキュラストメータＩＶＰＳ型）を用い、金型温度１７５℃、加熱開始９０秒後のトルクを求めた。キュラストメータにおけるトルクは硬化性のパラメータであり、数値の大きい方が硬化性良好である。単位はＮ・ｍ。
吸湿率：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間２分で直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤を成形し、１７５℃、８時間で後硬化し、更に８５℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間放置し、重量変化を測定して吸湿率を求めた。単位は重量％。
耐半田性：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間２分で１４４ｐＱＦＰ（２０×２０×１．７ｍｍ厚さ）を成形し、１７５℃、８時間で後硬化させ、８５℃、相対湿度６５％及び８５℃、相対湿度８５％の環境下で各々１６８時間放置し、ＩＲリフロー処理（２４０℃）を行った。処理後の内部の剥離及びクラックの有無を超音波探傷機で観察し、不良パッケージの個数を数えた。不良パッケージの個数がｎ個であるとき、ｎ／１０と表示する。
離型性：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間２分で１４４ｐＱＦＰ（２０×２０×１．７ｍｍ厚さ）を１０回連続で成形した。この１０回の成形で、離型時に金型に付着したり、成形品に割れ・欠けが発生しなかったものを○と判定した。
金型汚れ：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間２分で１４４ｐＱＦＰ（２０×２０×１．７ｍｍ厚さ）を５００回連続で成形した。成形品表面と金型表面の両方に白化があるものを×、いずれかに白化があるものを△、いずれにも白化のないものを○と判定した。
【００３０】
実施例２〜６、比較例１〜８
表１、表２の配合に従って、実施例１と同様にエポキシ樹脂組成物を得、実施例１と同様にして評価した。結果を表１、表２に示す。
なお実施例４、比較例４に用いたフェノールノボラック樹脂の水酸基当量は１０４ｇ／ｅｑである。比較例８に用いた固形ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の軟化点は６４℃、エポキシ当量は４７０ｇ／ｅｑである。
【００３１】
【表１】
2004026961.tif 000009
【００３２】
【表２】
2004026961.tif 000010
【００３３】
【発明の効果】
本発明に従うと、硬化が速く、金型汚れが少なく成形性に優れ、かつ低吸湿、低熱膨張に優れた特性を有したエポキシ樹脂組成物が得られ、これを用いて半導体素子を封止してなる半導体装置は耐半田性に優れている。