(57)【要約】【課題】流動性、耐半田性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供すること。【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填材、及び（Ｅ）一般式（１）で示されるシリコーンオイルを必須成分とす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】2004182825.tif 000018（式中、ｍ及びｎは平均値で、０≦ｍ≦７、１≦ｎ≦８、１≦ｍ＋ｎ≦８。Ｒ１〜Ｒ８は炭素数１〜１０の有機基。Ｒａ、Ｒｂはそれぞれ炭素数１〜３０の有機基であり、Ｒａ、Ｒｂ合計の炭素数は２〜４０。Ｒａ、Ｒｂ、Ｒ１〜Ｒ８それぞれにおいて、水酸基、カルボキシル基やエーテル結合を有していても良いが、炭素数／酸素数≧４。）【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填材、及び（Ｅ）一般式（１）で示されるシリコーンオイルを必須成分とす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】
2004182825.tif 000017
（式中、ｍ及びｎは平均値で、０≦ｍ≦７、１≦ｎ≦８、１≦ｍ＋ｎ≦８。Ｒ１〜Ｒ８は炭素数１〜１０の有機基。Ｒａ、Ｒｂはそれぞれ炭素数１〜３０の有機基であり、Ｒａ、Ｒｂ合計の炭素数は２〜４０。Ｒａ、Ｒｂ、Ｒ１〜Ｒ８それぞれにおいて、水酸基、カルボキシル基やエーテル結合を有していても良いが、炭素数／酸素数≧４。）
【請求項２】
一般式（１）から選ばれるシリコーンオイル（Ｅ）において、全炭素数／全珪素数≦１０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】
一般式（１）から選ばれるシリコーンオイル（Ｅ）の分子量が１０００以下である請求項１又は２のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
一般式（１）から選ばれるシリコーンオイル（Ｅ）において、Ｓｉの重合度が２０を越える成分の割合が５％以下である請求項１、２又は３のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体封止用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、半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子の封止方法としてエポキシ樹脂組成物のトランスファー成形が低コスト、大量生産に適しており、採用されて久しく、信頼性の点でもエポキシ樹脂や硬化剤であるフェノール樹脂の改良により特性の向上が図られてきた。しかし、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、半導体の高集積化も年々進み、また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。このため、従来からのエポキシ樹脂組成物では解決出来ない問題点も出てきている。
その最大の問題点は、表面実装の採用により半導体装置が半田浸漬或いは半田リフロー工程で急激に２００℃以上の高温にさらされ、吸湿した水分が爆発的に気化する際の応力により、半導体装置にクラックが発生したり、半導体素子、リードフレーム、インナーリード上の各種メッキされた各接合部分とエポキシ樹脂組成物の硬化物の界面で剥離が生じたりして、信頼性が著しく低下する現象である。
【０００３】
半田処理による信頼性低下を改善するために、エポキシ樹脂組成物中の無機質充填材の充填量を増加させることで低吸湿化、高強度化、低熱膨張化を達成し耐半田性を向上させ、低溶融粘度の樹脂を使用して、成形時に低粘度で高流動性を維持させる手法がある（例えば、特許文献１参照。）。この手法を用いることにより耐半田性がかなり改良されるが、無機充填材の充填割合の増加と共に、流動性が犠牲になりパッケージ内に空隙が生じやすくなる欠点があった。こうした欠点を改善するため、エポキシ変性シリコーンオイルを添加して流動性と耐半田性の両立を図る手法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）が、この方法では吸水率が上昇して信頼性が低下してしまうため、良好な半導体封止用エポキシ樹脂組成物は得られなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６４−６５１１６号公報（２〜７頁）
【特許文献２】
特開平６−２２８２７５号公報（２〜８頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、流動性、耐湿性、耐半田性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いた半導体装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
［１］  （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填材、及び（Ｅ）一般式（１）で示されるシリコーンオイルを必須成分とす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２】
2004182825.tif 000002
（式中、ｍ及びｎは平均値で、０≦ｍ≦７、１≦ｎ≦８、１≦ｍ＋ｎ≦８。Ｒ１〜Ｒ８は炭素数１〜１０の有機基。Ｒａ、Ｒｂはそれぞれ炭素数１〜３０の有機基であり、Ｒａ、Ｒｂ合計の炭素数は２〜４０。Ｒａ、Ｒｂ、Ｒ１〜Ｒ８それぞれにおいて、水酸基、カルボキシル基やエーテル結合を有していても良いが、炭素数／酸素数≧４。）
【０００７】
［２］  一般式（１）から選ばれるシリコーンオイル（Ｅ）において、全炭素数／全珪素数≦１０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］  一般式（１）から選ばれるシリコーンオイル（Ｅ）の分子量が１０００以下である第［１］又は［２］項のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［４］  一般式（１）から選ばれるシリコーンオイル（Ｅ）において、Ｓｉの重合度が２０を越える成分の割合が５％以下である第［１］、［２］又は［３］項のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［５］  第［１］乃至［４］項のいずれかに記載の半導体封止用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。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に用いるエポキシ樹脂としては、１分子内にエポキシ基を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、分子構造は特に限定するものではないが、例えばビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、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、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
【０００９】
本発明に用いるフェノール樹脂としては、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、分子構造を特に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、トリフェノールメタン型樹脂、フェノールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
【００１０】
エポキシ樹脂とフェノール樹脂の配合量としては、全エポキシ樹脂のエポキシ基数と全フェノール樹脂のフェノール性水酸基数の比が０．８〜１．３であることが好ましく、この範囲を外れると、エポキシ樹脂組成物の硬化性の低下、或いは硬化物のガラス転移温度の低下、耐湿信頼性の低下等が生じる可能性がある。
【００１１】
本発明に用いる硬化促進剤としては、エポキシ基とフェノール性水酸基との硬化反応を促進させるものであればよく、一般に封止材料に使用するものを用いることができる、例えば１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリフェニルホスフィン、２−メチルイミダゾール、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
【００１２】
本発明に用いる無機充填材としては、一般に半導体封止用エポキシ樹脂組成物に使用されているものを用いることができる。例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、窒化珪素等が挙げられ、最も好適に使用されるものとしては、球状の溶融シリカである。これらの無機充填剤は、単独でも混合して用いても差し支えない。またこれらがカップリング剤により表面処理されていてもかまわない。無機充填材の配合量は、特に限定されないが、全エポキシ樹脂組成物中７８〜９６重量％が好ましい。下限値を下回ると十分な耐半田性が得られない可能性があり、上限値を超えると十分な流動性が得られない可能性がある。
【００１３】
本発明において使用する一般式（１）から選ばれるシリコーンオイルは、Ｓｉの平均重合度が最大１０であり、好ましくは全珪素数に対する全炭素数の比が全炭素数／全珪素数≦１０であり、より好ましくは分子量が１０００以下のものであり、更に好ましくはＳｉの重合度が２０を超える成分の割合が５％以下のものである。これらは従来から使用されているシリコーンオイルより極端に分子量が小さく、そのことにより高分子界面活性剤として効果的に作用するものである。すなわち、本発明において使用する一般式（１）から選ばれるシリコーンオイルは、分子量が小さいため粘度も低く、無機充填材の表面に容易に付着することにより、無機充填材の粒子間の摩擦を小さくし、樹脂組成物の流動性を向上させる効果をもたらすものである。また本発明において使用する一般式（１）から選ばれるシリコーンオイルを用いると、無機充填材と樹脂との混ざりが良くなり、充填材と樹脂の密着性が向上することにより、樹脂組成物の耐半田性も向上するものである。
また、本発明において使用する一般式（１）から選ばれるシリコーンオイルは、その側鎖の有機基に水酸基やエーテル結合を有していても良いが、各有機基（Ｒａ、Ｒｂ、Ｒ１〜Ｒ８）における酸素数に対する炭素数の比が炭素数／酸素数≧４のものである必要がある。従来、無機充填材の表面や樹脂とのなじみを良くするために、シリコーンオイルの側鎖には長鎖のポリエーテルがよく用いられてきたが、これは材料中に水を貯める要因ともなっており、そのため吸水率が大きくなり、耐半田性の悪化の一因となっていた。そこで側鎖の酸素の数を抑えることで親水性を高めず、吸水率の増加を防ぎ、さらに低分子量にすることで、無機充填材や樹脂のなじみをよくすることができるのである。
【００１４】
本発明において一般式（１）から選ばれるシリコーンオイルは、１種類を単独で使用しても２種類以上を併用してもよい。また、一般式（１）から選ばれるシリコーンオイルの配合量は、特に限定されないが、全エポキシ樹脂組成物中０．０１〜３重量％が望ましく、より好ましくは０．０５〜１重量％である。下限値を下回ると十分な流動性が得られない可能性があり、上限値を超えると硬化性が低下する可能性がある。
【００１５】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、フェノール硬化剤、硬化促進剤、無機充填材、一般式（１）から選ばれるシリコーンオイルを必須成分とし、更にこれ以外に必要に応じて、エポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン等のシランカップリング剤や、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、アルミニウム／ジルコニウムカップリング剤等のカップリング剤、カーボンブラック等の着色剤、天然ワックス、合成ワックス等の離型剤及び、ゴム等の低応力添加剤、臭素化エポキシ樹脂や三酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ほう酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、フォスファゼン等の難燃剤等の添加剤を適宜配合しても差し支えない。
【００１６】
また、本発明のエポキシ樹脂組成物は、ミキサー等を用いて原料を充分に均一に混合した後、更に熱ロール又はニーダー等で溶融混練し、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、半導体素子等の各種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従来からの成形方法で硬化成形すればよい。
【００１７】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。配合割合は重量部とする。
なお、実施例、及び比較例で用いたシリコーンオイルについて、以下に示す。
なおＳｉの重合度が２０を超える割合については、ガスクロマトグラフ（島津製作所製  ＧＣＭＳ−ＱＰ２０１０）により分析した。
シリコーンオイル１：式（２）で示されるシリコーンオイル（Ｓｉの重合度が２０を越える成分の割合１％以下）
【化３】
2004182825.tif 000003
【００１８】
シリコーンオイル２：式（３）で示されるシリコーンオイル（Ｓｉの重合度が２０を越える成分の割合１％以下）
【化４】
2004182825.tif 000004
【００１９】
シリコーンオイル３：式（４）で示されるシリコーンオイル（Ｓｉの重合度が２０を越える成分の割合１％以下）
【化５】
2004182825.tif 000005
【００２０】
シリコーンオイル４：式（５）で示されるシリコーンオイル（Ｓｉの重合度が２０を越える成分の割合１％以下）
【化６】
2004182825.tif 000006
【００２１】
シリコーンオイル５：式（６）で示されるシリコーンオイル（Ｓｉの重合度が２０を越える成分の割合約３％）
【化７】
2004182825.tif 000007
【００２２】
シリコーンオイル６：式（７）で示されるシリコーンオイル（Ｓｉの重合度が２０を越える成分の割合約３％）
【化８】
2004182825.tif 000008
【００２３】
シリコーンオイル７：式（８）で示されるシリコーンオイル（Ｓｉの重合度が２０を越える成分の割合約２％）
【化９】
2004182825.tif 000009
【００２４】
シリコーンオイル８：式（９）で示されるシリコーンオイル（Ｓｉの重合度が２０を越える成分の割合９９％以上）
【化１０】
2004182825.tif 000010
【００２５】
実施例１
エポキシ樹脂１：式（１０）を主成分とするエポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＸ−４０００、エポキシ当量１９０ｇ／ｅｑ、融点１０５℃、以下、Ｅ−１という）                                      ４９重量部
【化１１】
2004182825.tif 000011
【００２６】
フェノール樹脂２：式（１１）で示されるフェノール樹脂（三井化学（株）製、ＸＬＣ−ＬＬ、水酸基当量１６５ｇ／ｅｑ、軟化点７９℃、以下Ｈ−１という）                                                          ４２重量部
【化１２】
2004182825.tif 000012
【００２７】
2004182825.tif 000013
をミキサーにて混合し、熱ロールを用いて、９５℃で８分間混練して冷却後粉砕し、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。
【００２８】
評価方法
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金型を用いて、金型温度１７５℃、圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒で測定した。単位はｃｍ。
吸湿率：低圧トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力７．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒で、直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円板を成形し、１７５℃、８時間加熱処理し、８５℃、相対湿度８５％の環境下で１６８時間加湿処理し、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：低圧トランスファー成形機を用いて成形温度１７５℃、圧力８．３ＭＰａ、硬化時間１２０秒で８０ｐＱＦＰ（チップサイズ６．０ｍｍ×６．０ｍｍ）を成形し、アフターベークとして１７５℃、８時間加熱処理した後、８５℃、相対湿度８５％で１２０時間の加湿処理を行った後、２６０℃のＩＲリフロー処理をした。パッケージ内部の剥離とクラックを超音波探傷機で確認した。１０個のパッケージ中の不良パッケージ数を示す。
【００２９】
実施例２〜７、比較例１〜６
表１の配合に従い、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得て、実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。
実施例１以外で用いた原材料を以下に示す。
エポキシ樹脂２：式（１２）で示されるエポキシ樹脂（日本化薬（株）製、ＮＣ３０００Ｐ、軟化点５８℃、エポキシ当量２７３、以下、Ｅ−２という）
【化１３】
2004182825.tif 000014
【００３０】
フェノール樹脂２：式（１３）で示されるフェノール樹脂（明和化成（株）製、ＭＥＨ−７８５１ＳＳ、軟化点１０７℃、水酸基当量２０４、以下、Ｈ−２という）
【化１４】
2004182825.tif 000015
【００３１】
【表１】
2004182825.tif 000016
【００３２】
【発明の効果】
本発明に従うと、流動性、耐半田性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び半導体装置を得ることができる。