(57)【要約】【課題】本発明は、半導体装置中の部材に対して密着性が高く、かつ、成形時の離型性に優れ、成形品の外観が良好な半導体封止用として好適なエポキシ樹脂組成物、および該封止用組成物で封止してなる半導体装置を提供する。【解決手段】エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）充填剤（Ｃ）および、離型剤（Ｄ）を含有する樹脂組成物であって、離型剤（Ｄ）として最大粒径が１００μｍ以下のポリオレフィン系ワックスを含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）充填剤（Ｃ）および、離型剤（Ｄ）を含有する樹脂組成物であって、離型剤（Ｄ）として最大粒径が１００μｍ以下のポリオレフィン系ワックスを必須成分として含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
エポキシ樹脂（Ａ）が下記一般式（Ｉ）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂を含有することを特徴とする請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化１】
2004300239.tif 000005
（但し、Ｒ１〜Ｒ８は水素原子、ハロゲン原子または炭素数１〜４の低級アルキル基を示し、同一であっても異なっていても良い）
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物によって半導体素子が封止され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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置中の部材に対して密着性が高く、かつ、成形時の離型性に優れ、成形品の外観が良好な半導体封止用として好適なエポキシ樹脂組成物、および該封止用組成物で封止してなる樹脂封止型半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置などの電子回路部品の封止方法として、従来より金属やセラミックスによるハーメッチックシールと共にフェノール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などによる樹脂封止が提案されており、一般にこのような封止に使用される樹脂を封止材樹脂と呼んでいる。その中でも、経済性、生産性、物性のバランスの点からエポキシ樹脂による樹脂封止が最も盛んに行われている。そして、エポキシ樹脂による封止方法は、エポキシ樹脂に硬化剤、充填材などを添加した組成物を用い、半導体素子を金型にセットしてトランスファー成形法などにより封止する方法が一般的に行われている。
【０００３】
トランスファー成形において、成形により封止された半導体を金型から取り出しやすくするためにはあらかじめエポキシ樹脂組成物中に離型剤を添加することが常法である。
【０００４】
最近はプリント基板への半導体装置パッケージの実装において高密度化、自動化が進められており、従来のリードピンを基板の穴に挿入する挿入実装方式に替わり、基板表面に半導体装置パッケージを半田付けする表面実装方式が主流になってきた。それに伴い、半導体装置パッケージも従来のＤＩＰ（デュアル・インライン・パッケージ）から、高密度実装・表面実装に適した薄型のＦＰＰ（フラット・プラスチック・パッケージ）に移行してきた。その中でも最近では、微細加工技術の進歩により、厚さ２ｍｍ以下のＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＬＱＦＰが主流となっている。そのため湿度や温度など外部からの影響をいっそう受けやすくなり、半田耐熱性、高温信頼性、耐熱信頼性などの信頼性が今後ますます重要となってくる。
【０００５】
表面実装においては、通常半田リフローによる実装が行われる。この方法では、基板の上に半導体装置を乗せ、これらを２００℃以上の高温にさらし、基板にあらかじめつけられた半田を溶融させて半導体装置を基板表面に接着させる。このような実装方法では半導体装置パッケージ全体が高温にさらされるために封止樹脂組成物の耐湿性が悪いと吸湿した水分が半田リフロー時に爆発的に膨張し、クラックが生じるという現象や、半導体の各種部材と封止材界面の間に剥離が発生する。従って半導体用封止樹脂組成物において耐湿性は非常に重要となる。
【０００６】
更に、近年では環境保護の点から鉛を含んでいない鉛フリー半田の使用が進んでいる。鉛フリー半田は融点が高く、そのためリフロー温度も上がることになりこれまで以上の半田耐熱性、半導体装置中の部材との高密着性が求められている。
【０００７】
一方、封止用成形材料で成形時良好な離型性を求められる。しかし、上述の通り封止用樹脂組成物は各部材との良好な密着性が必要であり、これらは相反する要求特性である。これまで、エポキシ樹脂組成物の金型との離型性を得るために酸化ポリエチレンなどを用いていた（例えば特許文献１、２）。しかし、これらは離型性が良好ではあるが部材との密着性が低下し半導体装置の信頼性を低下させていた。また、部材との密着性を向上させるためにポリエチレンワックスを予め樹脂中にシリコーンと分散させる等（例えば特許文献３）の処方が提案されていたが、金型離型性が不良であり、金型汚れや成形品のの外観が不良であった。したがって、これまでは上記の離型性と密着性を両立できる離型剤が無く、これらを両立できる離型剤が求められていた。
【０００８】
【特許文献１】
特開５−１３１４８６号公報（請求項１）
【特許文献２】
特開６−１６９０５号公報（請求項１）
【特許文献３】
特開５−３１５４７２号公報（請求項１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、半導体装置中の部材に対して密着性が高く、かつ、成形時の離型性に優れ、成形品の外観が良好な半導体封止用として好適なエポキシ樹脂組成物、および該組成物で封止してなる半導体装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、離型剤として最大粒径が１００μｍ以下のポリオレフィン系ワックスを用いることにより、上記の課題を達成することができ、目的に合致したエポキシ樹脂組成物と半導体装置が得られることを見いだし、本発明に到達した。
【００１１】
すなわち本発明は、主として次の構成を有する。すなわち、
「エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）充填剤（Ｃ）および、離型剤（Ｄ）を含有する樹脂組成物であって、離型剤（Ｄ）として平均粒径Ｄ５０が１μｍ〜２０μｍのポリオレフィン系ワックスを含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。」である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を詳述する。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物はエポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、充填材（Ｃ）および離型剤（Ｄ）を含有する。
【００１３】
本発明においてエポキシ樹脂（Ａ）は１分子中に２個以上のエポキシ基を有する化合物であれば特に限定されず、具体例としてはクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ビフェニル、４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニル、４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラエチルビフェニル、４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラブチルビフェニルなどのビフェニル型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂、１，５−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタレン、１，６−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタレン、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂などのナフタレン型エポキシ樹脂、３−ｔ−ブチル−２，４’−ジヒドロキシ−３’，５’，６−トリメチルスチルベンのジグリシジルエーテル、３−ｔ−ブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，５，５’−トリメチルスチルベンのジグリシジルエーテル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルスチルベンのジグリシジルエーテル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジ−ｔ−ブチル−６，６’−ジメチルスチルベンのジグリシジルエーテルなどのスチルベン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、１，４−ビス（３−メチル−４ヒドロキシクミル）ベンゼンのジグリシジルエーテル、４，４’−ジヒドロキシジフェニルエーテルのジグリシジルエーテル、２，２−ジメチル−５，５’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４，４’−ジヒドロキシジフェニルスフィドなどのビスフェノール型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、鎖状脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、スピロ環含有エポキシ樹脂およびハロゲン化エポキシ樹脂などがあげられる。特に耐熱性の点から下記一般式（Ｉ）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂などが好ましい。
【００１４】
【化２】
2004300239.tif 000002
【００１５】
（但し、Ｒ１〜Ｒ８は水素原子、ハロゲン原子または炭素数１〜４の低級アルキル基を示し、同一であっても異なっていても良い）。
【００１６】
本発明においてエポキシ樹脂（Ａ）の配合量は、全樹脂組成物に対して通常１．５〜１０．０重量％が好ましい。
【００１７】
本発明にはエポキシ樹脂（Ａ）を硬化させるために硬化剤（Ｂ）を用いる。その種類はエポキシ樹脂（Ａ）と反応して硬化させるものであれば特に限定されず、それらの具体例としては、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などのノボラック樹脂、ビスフェノールＡなどのビスフェノール化合物、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水ピロメリット酸などの酸無水物およびメタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンなどの芳香族アミンなどがあげられる。なかでも、半導体装置封止用としては、耐熱性、耐湿性および保存性に優れる点から、フェノール性水酸基を有する硬化剤が好ましい。フェノール性水酸基を有する硬化剤の具体例としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂などのノボラック樹脂、トリス（ヒドロキシフェニル）メタン、１，１，２−トリス（ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，３−トリス（ヒドロキシフェニル）プロパン、テルペンとフェノールの縮合化合物、ジシクロペンタジエン骨格含有フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルノボラック樹脂、ナフトールアラルキル樹脂などがあげられる。なかでも、フェノールアラルキル樹脂、フェノールノボラック樹脂、ビフェニルノボラック樹脂が好ましい。また、これらは２種類以上併用しても良い。
【００１８】
本発明において、硬化剤（Ｂ）の配合量は、全樹脂組成物に対して通常１．５〜１０．０重量％である。さらには、エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）の配合比は、機械的性質および耐湿性の点からエポキシ樹脂（Ａ）に対する硬化剤（Ｂ）の化学当量比が０．５〜２．０、特に０．６〜１．５の範囲にあることが好ましい。
【００１９】
また、本発明においてエポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤の硬化反応を促進するため硬化促進剤を用いても良い。硬化促進剤は硬化反応を促進するものであれば特に限定されず、たとえば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、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、ジメチルベンジルメチルアミン、２−（ジメチルアミノメチル）フェノール、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７などの３級アミン化合物およびそれらの塩、ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウムテトラプロポキシド、テトラキス（アセチルアセトナト）ジルコニウム、トリ（アセチルアセトナト）アルミニウムなどの有機金属化合物およびトリフェニルホスフィン、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（ｐ−メチルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェニル）ホスフィンなどの有機ホスフィン化合物およびそれらの塩などがあげられる。
【００２０】
これらの硬化促進剤は、用途によっては二種以上を併用してもよく、その添加量はエポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して０．１〜１０重量部の範囲が望ましい。
【００２１】
本発明における充填剤（Ｃ）の種類は特に限定されないが、溶融シリカを用いることが好ましく、形状は球状である事が好ましく、平均粒径は１〜１００μｍが好ましく、５〜３０μｍがより好ましい。また、配合量としては特に限定されないが、全樹脂組成物に対して８５重量％〜９５重量％が好ましい。一般に充填剤（Ｃ）の割合が大きくなるにつれて流動性などの成形性は悪化するが、球状の充填剤を使用することにより流動性の悪化をより抑えることができる。用途によっては２種類以上の充填剤を併用することができ、併用する充填剤としては、無機質充填剤が好ましく、具体的には溶融シリカ、結晶性シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、アルミナ、マグネシア、クレー、タルク、ケイ酸カルシウム、酸化チタン、アスベスト、ガラス繊維などがあげられる。
【００２２】
本発明において離型剤（Ｄ）として最大粒径１００μｍのポリオレフィン系ワックスを必須成分として含有することを特徴とする。本発明のポリオレフィン系ワックスの代表例としては、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなどが挙げられる。ポリエチレンワックスは、例えば、低圧重合法と高圧重合法により製造することができる。また、これらのポリオレフィン系ワックスを酸化処理して得られる酸化ポリオレフィン系ワックスも好適である。最大粒径が１００μｍ以下のポリオレフィン系ワックスはこれらを微粉砕して得られる。
【００２３】
ポリオレフィン系ワックスの最大粒径が１００μｍを越えると、半導体素子表面やインナーリード部分、および半導体素子を搭載するステージ等に対する密着性が低下する。さらには、金型汚れや成形品の外観不良等が発生しやすくなる。しかし、本発明では、最大粒径が１００μｍ以下のポリオレフィン系ワックスを用いることにより、エポキシ樹脂組成物中にワックスが均等に分散され、高信頼性と優れた成形性を両立させることができる。
【００２４】
ポリオレフィン系ワックスの最大粒径は１００μｍ以下が必須であるが、５０μｍ以下がより好ましい。
【００２５】
ポリオレフィン系ワックスの配合量は全エポキシ樹脂組成物中に０．０１〜１．０重量％であることが好ましく、０．１〜０．５重量％含まれていることがより好ましい。また、ポリスチレンなどの熱可塑性樹脂、長鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸の金属塩、長鎖脂肪酸のエステル、長鎖脂肪酸のアミド、エポキシ基含有ポリジメチルシロキサン、カルボキシル基含有ポリジメチルシロキサン、エポキシポリエーテルシリコーンなどの離型剤を本発明の効果を損なわない範囲で２種類以上併用しても良い。その含有量としては０．０１〜０．３重量％が好ましい。併用する種類として好ましいのは、長鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸エステルが好ましく、中でもモンタン酸エステルが好ましい。比率としては、たとえば、ポリオレフィン系ワックスを５０〜９０％に対し、モンタン酸エステルワックスを５０〜１０％の割合で添加するのが好ましい。
【００２６】
本発明のエポキシ樹脂組成物には、各種カップリング剤、カーボンブラック、酸化鉄などの着色剤、シリコーンゴム、スチレン系ブロック共重合体、オレフィン系重合体、変性ニトリルゴム、変性ポリブタジエンゴムなどのエラストマー、および有機過酸化物など架橋剤を任意に添加することができる。
【００２７】
本発明のエポキシ樹脂組成物の製造方法としては、たとえば溶融混練による方法が好ましく、各種原料をミキサーなどで混合した後、通常は６０〜１４０℃で、たとえばバンバリーミキサー、ニーダー、ロール、単軸もしくは二軸の押出機およびコニーダーなどの公知の混練方法を用いて溶融混練することにより製造できる。
【００２８】
このエポキシ樹脂組成物は通常粉末またはタブレット状態から、成形によって半導体封止に供される。半導体素子を封止する方法としては、低圧トランスファー成形法が一般的であるがインジェクション成形法や圧縮成形法も可能である。成形条件としては、たとえばエポキシ樹脂組成物を成形温度１５０℃〜２００℃、成形圧力５〜１５ＭＰａ、成形時間３０〜３００秒で成形し、エポキシ樹脂組成物の硬化物とすることによって半導体装置が製造される。また、必要に応じて上記成形物を１００〜２００℃で２〜１５時間、追加加熱処理も行われる。
【００２９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、これらに限定されるものではない。
【００３０】
［実施例１〜９、比較例１〜３］
本発明で使用した各原料を表１および以下に示す。
＜エポキシ樹脂（Ａ）＞
ａ１：ビフェニル型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）”ＹＸ４０００Ｈ”、エポキシ当量１９３）
ａ２：ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（新日鉄化学（株）”ＹＳＬＶ−８０ＸＹ”、エポキシ当量１９２）
ａ３：オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（日本化薬（株）”ＥＯＣＮ−１０２０”エポキシ当量２００）。
【００３１】
＜硬化剤（Ｂ）＞
ｂ１：フェノールアラルキル樹脂（明和化成（株）”ＭＥＨ７８００ＳＳ”水酸基当量１７５）
ｂ２：フェノーノボラック樹脂（明和化成（株）”Ｈ−１”水酸基当量１０６）。
【００３２】
＜充填剤（Ｃ）＞
平均粒径２５μｍの球状溶融シリカ。
【００３３】
＜硬化促進剤＞
トリフェニルホスフィン（ケイ・アイ化成（株）”ＰＰ−３６０”）。
【００３４】
＜カップリング剤＞
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学（株）”ＫＢＭ４０３”）。
【００３５】
＜着色剤＞
カーボンブラック（三菱化学（株）”♯７５０Ｂ”）。
【００３６】
＜離型剤＞
ｃ１：最大粒径３０μｍの酸化ポリエチレンワックス（クラリアントジャパン（株）”セリダスト３７１９”）
ｃ２：最大粒径１２５μｍのモンタン酸エステルワックス（クラリアントジャパン（株）”ＬＩＣＯＷＡＸ−Ｅ”）
ｃ３：最大粒径１０００μｍの酸化ポリエチレンワックス（クラリアントジャパン（株）”ＬＩＣＯＷＡＸ−ＰＥＤ５２２”）
ｃ４：最大粒径１２５μｍの酸化ポリエチレンワックス（ＰＥＤ５２２を粉砕し篩い分けしたもの）
ｃ５：最大粒径１００μｍの酸化ポリエチレンワックス（ＰＥＤ５２２を粉砕し篩い分けしたもの）
【００３７】
【表１】
2004300239.tif 000003
【００３８】
各成分を、表２に示した組成比（重量比）で、計量し、ミキサーによりドライブレンドした。これを、ロール表面温度９０℃のミキシングロールを用いて５分間加熱混練後、冷却、粉砕して半導体封止用のエポキシ樹脂組成物を得た。
【００３９】
樹脂組成物を、低圧トランスファー成形法により１７５℃、キュアータイム２分間の条件で、模擬素子を搭載した、チップサイズ１０×１０ｍｍの１７６ｐｉｎＬＱＦＰ（外形：２４×２４×１．４ｍｍ、フレーム材料：銅）を成形し、１７５℃、４時間の条件でポストキュアーして下記の物性測定法により各樹脂組成物の物性を評価した。
【００４０】
密着性：１７６ｐｉｎＬＱＦＰを２０個成形し、３０℃／８０％ＲＨで１９２時間加湿後、最高温度２６０℃のＩＲリフロー炉で２分間加熱処理した。なお、リフロー炉の温度プロファイルは、１５０℃〜２００℃の領域を６０秒から１００秒、２００℃から２６０℃の昇温速度を１．５〜２．５℃／秒、２６０℃から２００℃の降温速度を１．５〜２．５℃／秒である。加熱処理後、超音波探傷機によりリードフレームの銀メッキ部分を観察し、剥離が生じている部分の面積を計算し密着性の値とした。
【００４１】
パッケージ外観：密着性測定時に成形したパッケージの外観を目視により観察し、汚れの有無を調べた。汚れの無い場合を良好、ある場合を不良とした。
【００４２】
離型性：金型をメラミン樹脂により十分に洗浄した後、直径１ｃｍ、高さ２ｃｍの円柱の成形を１０回繰り返し、その都度成形直後に金型から突き出すために必要な力をプッシュプルゲージを用いて測定した。なお、成形条件としては、成形温度１７５℃、成形圧力７ＭＰａ、成形時間６０秒で行った。また、金型の材質は超鋼で梨地のないもので行った。
【００４３】
表２に評価結果を示す。表２の実施例１〜９に見られるように本発明のエポキシ樹脂組成物は密着性、離型性、に優れている。
【００４４】
【表２】
2004300239.tif 000004
【００４５】
これに対して比較例１、３では離型性は良好であるが、本発明のポリオレフィオレフィン系ワックスを用いているが、本発明の特徴である最大粒径１００μｍ以下のものを用いていないので、密着性が悪いうえに離型性も劣っている。このように離型剤として最大粒径が１００μｍ以下の微細なポリオレフィン系ワックスを用いることによってのみ充分な性能が発揮されることが分かる。
【００４６】
【発明の効果】
離型剤として最大粒径が１００μｍのポリオレフィンワックスを含有することによりリフロー実装時の半導体部材との密着性が良好であり、かつ、成形時の金型離型性が良好な樹脂封止型半導体装置及び半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られる。