(57)【要約】【課題】微細配線を有する半導体デバイスの信頼性向上、特にカーボンブラックによって生じる配線間リークまたはショートによる不良を抑えることおよび封止成形時に生じる静電気破壊による不良を抑えることにより信頼性に優れた樹脂組成物を提供する。【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）無機充填剤および（Ｄ）着色剤を必須成分とする樹脂組成物であって、前記（Ｄ）着色剤の一部もしくは全部が、例えばエポキシ樹脂エピコート６３０（ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名）により被覆し粒径約１ｍｍ、粉体抵抗値１．０×１０［Ω・ｃｍ］に粉砕するなどした、樹脂被覆カーボンブラックである半導体封止用エポキシ樹脂組成物であり、またその硬化物を用いて封止された半導体封止装置である。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）無機充填剤および（Ｄ）着色剤を必須成分とする樹脂組成物であって、前記（Ｄ）着色剤の一部もしくは全部が樹脂被覆カーボンブラックであることを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物により素子が封止されてなることを特徴とする半導体封止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細配線を有する半導体デバイスの信頼性向上、特に封止成形後に配線間に存在する着色剤カーボンブラックによるショート不良を抑え、また配線間のリーク発生を抑える半導体封止用エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスは、多機能化、高集積化、高速化の市場要求と設計技術、製造技術の進歩により、年々微細化が進んでいる。この高集積化と微細化により封止樹脂に対しても高機能化が求められている。従来の封止用エポキシ樹脂組成物では、着色剤としてカーボンブラックを使用しているが、そのカーボンブラックが高導電性であるために、半導体デバイスの配線間距離が短くなると配線間に存在するカーボンブラックによって配線間リークまたはショートが発生し、その結果半導体デバイスの誤動作を起こすことがある。
【０００３】
また、一方でこの高集積化と微細化は、半導体デバイスの静電気破壊耐性を低下させる方向であるため、半導体デバイスのメーカーおよびユーザーともにその対策が重要になってきている。静電気対策の基本は、静電気の発生を抑え、半導体デバイスに帯電させないこと、帯電した電荷を除電することである。これに対し、封止樹脂側からは成形時に静電気による帯電を低下させることが素子の静電気破壊を防ぐ有効な手段である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、微細配線を有する半導体デバイスの信頼性向上、特に配線間に存在するカーボンブラックによって生じる配線間リークまたはショートによる不良を抑えること、および封止成形時に生じる静電気破壊による不良を抑えることのできる封止用エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、樹脂組成物中に、着色剤の一部もしくは全部が樹脂被覆カーボンブラックを用いることにより、成形時に生じる静電気を劇的に低減させ得ることを見いだし、本発明を完成したものである。
【０００６】
即ち、本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）無機充填剤および（Ｄ）着色剤を必須成分とする樹脂組成物であって、前記（Ｄ）着色剤の一部もしくは全部が樹脂被覆カーボンブラックであることを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物であり、またこの硬化物によって素子が封止されてなることを特徴とする半導体封止装置である。
【０００７】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００８】
本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂としては、その分子中にエポキシ基を２個以上有する化合物である限り、分子構造、分子量等とくに制限はなく、一般に半導体封止用材料に使用されるものを広く包含することができる。これらのエポキシ樹脂としては、フェノールあるいはアルキルフェノール類とヒドロキシベンズアルデヒドとの縮合物をエポキシ化することによって得られるエポキシ樹脂、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、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化物、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。これらの樹脂は、デバイスの信頼性を確保するため、樹脂中に含まれる塩素が、１０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【０００９】
本発明に用いる（Ｂ）成分であるフェノール樹脂硬化剤としては、前記（Ａ）のエポキシ樹脂と反応し得るフェノール性水酸基を２個以上有するものであれば特に限定するものではなく、単独あるいは２種以上混合して使用することができる。水酸基当量は１３０以上であることが好ましい。１３０未満では十分な難燃性・低吸湿性が得られないためである。また、信頼性を確保するために樹脂中に含まれるフリーのフェノール類の濃度が１％以下であることが好ましい。これらフェノール樹脂の具体的例としては、ビスフェノールノボラック型フェノール樹脂のＭＥＨ−７８５１シリーズ（明和化成株式会社製、商品名）、フェノールアラルキル樹脂のＸＬ、ＸＬＣシリーズ（三井化学株式会社製、商品名）、多官芳香族フェノール樹脂のＦＰＩシリーズ（鹿島工業株式会社製、商品名）、テルペンフェノール樹脂等が挙げられる。
【００１０】
フェノール樹脂の配合割合は、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前述したエポキシ樹脂のエポキシ基数の当量比（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。上記値が０．５未満では硬化反応が十分に起こりにくくなり、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。
【００１１】
本発明に用いる（Ｃ）無機充填剤としては、溶融シリカ、結晶性シリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミ等が挙げられ、これらは単独又は２種以上混合して使用することができる。これらのうち、コスト、特性のバランスを考えると、溶融シリカが最適である。
【００１２】
無機充填剤の配合割合は、全体の樹脂成分に対して８０〜９０重量％の割合で含有することが望ましい。その割合が８０重量％未満では難燃性および耐クラック性に劣り、９０重量％を超えると極端に流動性が悪くなるため成形性が悪く実用に適さない。
【００１３】
本発明に用いる（Ｄ）着色剤としては、その一部もしくは全部が樹脂被覆カーボンブラックでなければならない。一般に半導体封止樹脂に用いられている着色剤はカーボンブラック等の無機質着色剤であるが、この一部もしくは全部に有機着色剤である樹脂被覆カーボンブラックを用いることで、成形時の帯電が減少し、また、配線間リークまたはショートの発生が抑制される。このメカニズムは、現在のところ定かではないが、樹脂被覆カーボンブラックに被覆する樹脂が有効に作用しているものと推測される。被覆する樹脂は、代表的なエポキシ樹脂であり、マトリクスエポキシ樹脂へのカーボンブラックの分散性を向上し、電気的現象である成形時の帯電に深く関係しているものと思われる。
【００１４】
この樹脂被覆カーボンブラックは、通常の着色剤として用いられるカーボンブラックを樹脂被覆しているものであればいかなるものであってもよく、被覆用樹脂としては、特に制限されないがエポキシ樹脂が好まししく使用され、その被覆量がカーボンブラックと樹脂の合計量に対して５〜４０重量％の範囲のものが好ましく、また、樹脂被覆カーボンブラックの粉体抵抗値が１．０Ω・ｃｍ以上であることが好ましく、さらには１．０×１０４  Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。
【００１５】
また、一般にこのような封止樹脂組成物には、速やかな硬化性を付与するため硬化促進剤が必要とされる。このような硬化促進剤としては、フェノール樹脂を用いてエポキシ樹脂を硬化する際に硬化促進剤として使用されることが知られているものであればいかなるものであってもよい。例えば、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）メタン等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等のイミダゾール化合物またはその誘導体、ＤＢＵ（１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７）またはそのフェノール塩等があり、必要に応じてこれらを組み合わせて用いてもよい。
【００１６】
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、樹脂成分の総量に対し０．１〜５重量％の範囲で加えることが望ましい。これは、０．１重量％未満では硬化性能が劣り、５重量％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。
【００１７】
本発明のエポキシ樹脂組成物には、本発明の目的に反しない限度において、また必要に応じて、上記の成分の他、各種充填剤および天然ワックス類、合成ワックス類などの離型剤、酸化チタン等の着色剤、ゴム系やシリコーン系ポリマーの低応力付与剤、アミン変性およびエポキシ変性シリコーンオイル等の表面処理剤等を適宜添加配合することができる。
【００１８】
本発明のエポキシ樹脂組成物を成形材料として調製する方法の一般的な方法としては、前述した各成分を配合し、ミキサー等によって十分均一に混合し、さらに熱ロールまたはニーダ等により加熱溶融混合処理を行い、ついで冷却固化させ、適当な大きさに粉砕して樹脂組成物（成形材料）とすることができる。こうして作られた封止用樹脂組成物は、半導体装置をはじめとする電子部品あるいは電気部品の封止、被覆、絶縁等に適用すれば、優れた成形性と信頼性等の特性を付与することができる。
【００１９】
また、本発明の半導体封止装置は、上記の封止用樹脂組成物を用いて半導体チップを樹脂封止することにより、容易に製造することができる。封止を行う半導体としては、例えば、集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード等で特に限定されるものではない。封止の最も一般的な方法としては、トランスファー成形法があるが、射出成形、圧縮成形等による封止も可能である。封止および封止後加熱して樹脂を硬化させる際、１５０℃以上にすることが望ましい。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ない。
【００２０】
【作用】
本発明の封止用エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置は、封止用エポキシ樹脂組成物に、一部もしくは全部が樹脂被覆カーボンブラックである着色剤を使用することにより、成形時に生じる静電気を劇的に低減させるとともに、微細配線間のリークまたはショートによる不良をも低減させることができたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。以下の実施例および比較例において「％」とは「重量％」を意味する。
【００２２】
実施例１
多官能型エポキシ樹脂のＥＰＰＮ−５０２（日本化薬株式会社製、商品名）９．５％、臭素化エポキシ樹脂のＡＥＲ−８０２８（旭化成工業株式会社製、商品名）３．０％、多官能型フェノール樹脂のＭＥＨ−７５００（明和化成株式会社製、商品名）４．４％、硬化促進剤の２−メチルイミダゾール０．２％、エステル系ワックスのカルナバ１号０．４％、エポキシシランカップリング剤０．３％、エポキシ樹脂エピコート６３０（ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名）により被覆したカーボンブラック（灰分１．０％以下、比表面積１７０ｍ２  ／ｇ）のＡ（粒径約１ｍｍ、粉体抵抗値；１．０×１０［Ω・ｃｍ］）０．２％、および球状シリカ（平均粒径；１８μｍ、最大粒径；７４μｍ）８２．０％を配合し、常温で混合し、さらに９０〜１１０℃で溶融混練してこれを冷却、粉砕して成形材料とし、この材料を１７５℃に加熱した金型にトランスファー注入し、硬化させて成形品を製造した。
【００２３】
実施例２
多官能型エポキシ樹脂のＥＰＰＮ−５０２（日本化薬株式会社製、商品名）９．５％、多官能型フェノール樹脂のＭＥＨ−７５００（明和化成株式会社製、商品名）４．４％、硬化促進剤の２−メチルイミダゾール０．２％、エステル系ワックスのカルナバ１号０．４％、エポキシシランカップリング剤０．３％、エポキシ樹脂エピコート１５２（ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名）により被覆したカーボンブラック（灰分１．０％以下、比表面積１７０ｍ２  ／ｇ）のＢ（粒径約１ｍｍ以下、粉体抵抗値；１．０×１０５  ［Ω・ｃｍ］）０．２％、カーボンブラック０．１％、および球状シリカ（平均粒径；１８μｍ、最大粒径；７４μｍ）８２．０％を配合し、常温で混合し、さらに９０〜１１０℃で溶融混練してこれを冷却、粉砕して成形材料とこの材料を１７５℃に加熱した金型にトランスファー注入し、硬化させて成形品を製造した。
【００２４】
比較例１
多官能型エポキシ樹脂のＥＰＰＮ−５０２（日本化薬株式会社製、商品名）９．５％、臭素化エポキシ樹脂のＡＥＲ−８０２８（旭化成工業株式会社製、商品名）３．０％、多官能型フェノール樹脂のＭＥＨ−７５００（明和化成株式会社製、商品名）４．４％、硬化促進剤の２−メチルイミダゾール０．２％、エステル系ワックスのカルナバ１号０．４％、エポキシシランカップリング剤０．３％、カーボンブラックのＣＢ−３０（三菱化学株式会社製、商品名）０．２％、および球状シリカ（平均粒径；１８μｍ、最大粒径；７４μｍ）８２．０％を配合し、常温で混合し、さらに９０〜１１０℃で溶融混練してこれを冷却、粉砕して成形材料とこの材料を１７５℃に加熱した金型にトランスファー注入し、硬化させて成形品を製造した。
【００２５】
実施例１〜２および比較例１で製造した成形品について外観（着色性：目視）、成形時の帯電特性および配線間の電気不良発生の有無を試験してその結果を表１に示した。表１に示されるように、実施例１〜２の樹脂組成物は、比較例１の樹脂組成物に比べ、成形時の帯電が極めて小さく、またカーボンブラックに起因する配線ショートの発生が抑制されている。また、外観上の着色性も比較例と同等である。
【００２６】
【表１】
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＊１：試験片成形直後の静電電圧をＳＩＭＣＯ製ＦＭＸ−００２にて測定した、
＊２：ピッチワイヤ配線を有するＰＢＧＡを樹脂封止直後、このＰＢＧＡにバイアスを印加して配線間のショートをモニタした。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明および表１の結果からも明らかなように、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置は、微細配線を有する半導体デバイスのカーボンブラックによって生じる配線間リークまたはショートによる不良を抑えることおよび封止成形時に生じる静電気破壊による不良を抑えることを可能にするものである。