(57)【要約】【課題】表面実装タイプの半導体装置を樹脂封止したとき、高温下での耐クラック性および耐湿信頼性に優れた樹脂組成物および半導体封止装置を提供する。【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、（Ｄ）ＤＢＵなど硬化促進剤、（Ｅ）γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどカップリング剤および（Ｆ）次式で示される化合物であって５員環ジチオカーボナート基を有する密着付与剤2004155839.tif 000014（但し、式中、Ｒは任意の有機基を、ｎは１〜３の整数をそれぞれ表す）を必須成分とし、前記（Ｃ）無機質充填剤を樹脂組成物に対し２５〜９５重量％の割合で含有する封止用樹脂組成物であり、また、この封止用樹脂組成物の硬化物によって、半導体チップが封止されてなる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、
（Ｄ）硬化促進剤、
（Ｅ）カップリング剤および
（Ｆ）次式で示される化合物であって、５員環ジチオカーボナート基を有する密着付与剤
【化１】
2004155839.tif 000010
（但し、式中、Ｒは任意の有機基を、ｎは１〜３の整数をそれぞれ表す）
を必須成分とし、前記（Ｃ）無機充填剤を樹脂組成物に対し２５〜９５重量％の割合で含有することを特徴とする封止用樹脂組成物。
【請求項２】
（Ａ）次式で示されるエポキシ樹脂、
【化２】
2004155839.tif 000011
（但し、式中、ｎは１以上の整数を表す）
（Ｂ）次式で示されるフェノール樹脂硬化剤、
【化３】
2004155839.tif 000012
（但し、式中、ｎは１以上の整数を表す）
（Ｃ）無機充填剤、
（Ｄ）硬化促進剤、
（Ｅ）カップリング剤および
（Ｆ）次式で示される化合物であって、５員環ジチオカーボナート基を有する密着付与剤
【化４】
2004155839.tif 000013
（但し、式中、Ｒは任意の有機基を、ｎは１〜３の整数をそれぞれ表す）
を必須成分とし、前記（Ｃ）無機充填剤を樹脂組成物に対し２５〜９５重量％の割合で含有することを特徴とする封止用樹脂組成物。
【請求項３】
請求項１又は２記載の封止用樹脂組成物の硬化物によって、半導体チップが封止されてなる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、高密着性、半田耐熱性に優れた封止用樹脂組成物および樹脂封止型半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路などを機械的、化学的作用から保護するために、封止用樹脂組成物が開発されてきた。近年、ＩＣは高集積化に伴う大型化、多極化が進み、パッケージの形状も複雑化してきている。そのため、市場に大きなニーズのある表面実装対応デバイス用半導体装置の製造には、高い半田耐熱性を有する封止樹脂が求められている。そこで、封止用樹脂組成物は、問題解決のために高密着化、高強度化、低吸水化のために無機質充填剤の高充填化、密着付与剤の添加等を行ってきた。しかし、反面、成形時における不具合を生じやすいという結果が起きてきた。例えば、外部巣、内部巣の増加、ボンディングワイヤの変形、薄型パッケージにおける充填性不足という欠点である。また、半導体組立工程削減のため、事前にＰｄ／Ａｕなどメッキを施したフレームを用いてモールドする手法が採られている。この結果、従来の密着付与剤の添加では、封止樹脂とリードフレームとの接着力が不足する事態が生じてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の欠点を解消するためになされたもので、実装時の高い半田耐熱性を維持し、また、メッキを施した金属フレームに対しても、高い接着力を有する封止用樹脂組成物およびそれを用いた樹脂封止型半導体装置を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の目的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、特定の密着付与剤を配合することによって、上記の目的を達成できることを見出し、本発明を完成したものである。
【０００５】
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、
（Ｄ）硬化促進剤、
（Ｅ）カップリング剤および
（Ｆ）次式で示される化合物であって、５員環ジチオカーボナート基を有する密着付与剤
【化５】
2004155839.tif 000002
（但し、式中、Ｒは任意の有機基を、ｎは１〜３の整数をそれぞれ表す）
を必須成分とし、前記（Ｃ）無機質充填剤を樹脂組成物に対し２５〜９５重量％の割合で含有することを特徴とする封止用樹脂組成物であり、また、その（Ａ）エポキシ樹脂として、次式で示されるエポキシ樹脂を、
【化６】
2004155839.tif 000003
（但し、式中、ｎは１以上の整数を表す）
（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤として、次式で示されるフェノール樹脂硬化剤を用いた封止用樹脂組成物であり、
【化７】
2004155839.tif 000004
（但し、式中、ｎは１以上の整数を表す）
そしてまた、それら封止用樹脂組成物の硬化物によって、半導体チップが封止されてなることを特徴とする樹脂封止型半導体装置である。
【０００６】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００７】
本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂としては、１分子中にエポキシ基を少なくとも２個有する化合物であれば特に限定されない。それらの中でも、前記化６で示されるビフェニルアラルキルエポキシ樹脂で、そのアルキル成分として−ＣＨ２  −であるものが特に好ましい。アルキル成分の炭素数が多くなると難燃性が低下してくるため好ましくない。これらの樹脂は、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。具体例としては、ＮＣ−３０００Ｐ（日本化薬社製商品名、軟化温度７０℃，エポキシ当量２７３）などが挙げられる。また、化６で示されるエポキシ樹脂を用いた場合、その効果を失わない範囲で、前記エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂を併用することができる。このような併用エポキシ樹脂としては、１分子中にエポキシ基を少なくとも２個有する化合物であれば特に限定されない。具体的には、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、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である。
【０００８】
本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤としては、エポキシ樹脂の硬化剤として用いられるフェノール樹脂であれば制限なく使用することができる。それらの中でも、前記化７で示されるビフェニルアラルキルフェノール樹脂で、そのアルキル成分として−ＣＨ２  −であるものが特に好ましい。アルキル成分の炭素数が多くなると難燃性が低下してくるため好ましくない。具体例としては、ＭＥＨ−７８５１Ｓ（明和化成社製商品名、軟化温度７４℃，フェノール当量２０９）が挙げられる。また、化７で示されるフェノール樹脂を用いた場合、その効果を失わない範囲で、化７フェノール樹脂以外のフェノール樹脂硬化剤を併用することができる。このような併用フェノール樹脂硬化剤としては、１分子中にフェノール基を少なくとも２個有する化合物であれば特に限定されない。具体的には、例えば、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル型樹脂、ナフトールアラルキル型樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂等である。
【０００９】
本発明に用いる（Ｃ）無機質充填剤としては、一般に樹脂封止用として公知されているものが広く使用されるが、それらの中でも不純物濃度が低く、平均粒径３０μｍ以下のシリカ粉末を好ましく使用することができる。平均粒径が３０μｍを超えると耐湿性および成形性が劣り好ましくない。無機質充填剤の配合割合は、全体の樹脂組成物に対して２５〜９５重量％の割合で含有することが望ましい。その割合が２５重量％未満では、樹脂組成物の吸湿率が大きくなり、はんだ浸漬後の耐湿性に劣り、また９５重量％を超えると、極端に流動性が悪くなり、成形性に劣り好ましくない。
【００１０】
本発明に用いる（Ｄ）硬化促進剤としては、ＤＢＵ系硬化促進剤、リン系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、その他の硬化促進剤等が広く使用され、これらは単独又は２種以上併用することができる。硬化促進剤の配合割合は、全体の樹脂組成物に対して０．０１〜５重量％含有するように配合することが望ましい。その割合が０．０１重量％未満では、樹脂組成物のゲルタイムが長く、硬化特性も悪くなり、また、５重量％を超えると極端に流動性が悪くなって成形性に劣り、さらに電気特性が悪くなり耐湿性にも劣り好ましくない。
【００１１】
本発明に用いる（Ｅ）カップリング剤としては、無機充填剤の表面処理に使用できるものであればいかなるものでもよいが、シリコン原子に結合したアルコキシ基を有するシラン化合物が好ましく、なかでも一級アミンもしくは二級アミンを有するシランカップリング剤が好ましい。これらのカップリング剤を用いることにより、組成物の成形性をより良好にすることができる。好ましいシランカップリング剤の具体的化合物は、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ−Ｎ−フェニルアミノプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。これらのアミノシランは単独または２種以上混合して使用することができ、さらにアミノシラン以外のカップリング剤を併用しても差支えない。。
【００１２】
これらのカップリング剤の配合割合は、樹脂組成物全体の０．０１〜５重量％であることが好ましい。０．０１重量％未満では成形性の向上に効果なく、５重量％を超えると信頼性に悪影響を与え好ましくない。
【００１３】
本発明に用いる（Ｆ）５員環ジチオカーボナート基を含有する密着付与剤は、前記化５で示される化合物である。具体的には、例えば、５−（メタクリロイルオキシ）メチル−１，３−オキサチオラン−２−チオンなどである。
【００１４】
ジチオカーボナート基は、エポキシ基、フェノール基のいずれとも高い反応性を示すので樹脂組成物中に容易に分散する。また、アミノ基との反応性も高いので、半導体チップコート等に使用されるポリイミド樹脂の残存アミノ基とも反応し、高い接着力を示す。官能基中の硫黄原子は、非鉄金属である金、銀、銅との親和力が高いので、各種金属フレームやＰｄ／Ａｕメッキフレームに対する接着力が向上する。密着付与剤の配合割合は、樹脂組成物全体の０．０１〜５重量％であることが好ましい。更に好ましくは０．１〜２．０重量％である。０．０１重量％未満では接着力の向上に効果なく、５重量％を超えると反応性が高いため流動性や保存安定性に悪影響を与え好ましくない。
【００１５】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した特定のエポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、無機質充填剤、硬化促進剤、カップリング剤および特定の密着付与剤を必須成分とするが、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、例えば天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪酸の金属塩、酸アミド類、エステル類、パラフィン類等の離型剤、三酸化アンチモン等の難燃剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、ゴム系やシリコーン系の低応力付与剤等を適宜、添加配合することができる。
【００１６】
本発明の封止用樹脂組成物を成形材料として調製する場合の一般的な方法としては、前述したエポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、無機質充填剤、硬化促進剤、カップリング剤および式化５に示される密着付与剤、その他成分を所定の組成比に選択した原料成分を配合し、ミキサー等によって十分均一に混合した後、さらに熱ロールによる溶融混合処理又はニーダ等による混練処理を行い、次いで冷却固化させ、適当な大きさに粉砕して成形材料とすることができる。こうして得られた成形材料は、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、被覆、絶縁等に適用すれば、優れた特性と信頼性を付与させることができる。
【００１７】
本発明の半導体封止装置は、上述した成形材料を用いて、半導体チップを封止することにより容易に製造することができる。封止を行う半導体チップとしては、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、低圧トランスファー成形法があるが、射出成形、圧縮成形、注型等による封止も可能である。成形材料は封止の際に加熱して硬化させ、最終的にはこの硬化物によって封止された半導体封止装置が得られる。加熱による硬化は、１５０℃以上に加熱して硬化させるのが望ましい。チップを搭載する基板としては、セラミックス、プラスティック、ポリイミドフィルム、リードフレームなどであるがこれらに限定されるものではない。
【００１８】
【作用】
本発明の封止用樹脂組成物および半導体封止装置は、前述した特定の密着付与剤、シランカップリング剤を用いたことにより、樹脂組成物の銅、パラジウム、金、ニッケルへの接着力を向上して、成形性をより良好にし、また半田浸漬、半田リフロー後の樹脂クラックの発生がなくなり、耐湿性劣化が少なくなるものである。
【００１９】
【実施例】
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。
【００２０】
実施例１〜５および比較例１〜４
まず、表１に示す各成分が同表に示す割合で配合されてなるエポキシ樹脂組成物を、以下のようにして調製した。（表中の配合量は、重量部を示す）。すなわち、初めにヘンシェルミキサー中で充填剤をシランカップリング剤で処理し、次いで他の成分を配合混合して６０〜１３０℃の加熱ロールで混練し、冷却した後粉砕することにより、封止用樹脂組成物を得た。
【００２１】
なお、表１に示した各成分としては、それぞれ以下に示すものを用いた。
【００２２】
エポキシ樹脂Ａ：ビフェニルアラルキルエポキシ樹脂（ＮＣ−３０００Ｐ、日本化薬（株）製、エポキシ当量２７３）、
エポキシ樹脂Ｂ：オルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂（ＥＳＣＮ１９５ＸＬ、住友化学（株）製、エポキシ当量１９７）、
フェノール樹脂Ａ：ビフェニルアラルキルフェノール樹脂（ＭＥＨ−７８５１Ｓ、明和化成（株）製、フェノール当量２０９）、
フェノール樹脂Ｂ：フェノールノボラック樹脂（ＢＲＧ−５５６、昭和高分子（株）製、フェノール当量１０４）、
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（Ａ−１８７、日本ユニカー社製）、
密着付与剤：下記化学式に示す５員環ジチオカーボナート基変性密着付与剤、
【化８】
2004155839.tif 000005
硬化促進剤：ＤＢＵ（Ｕ−ＣＡＴ  ＳＡ８４１、サンアプロ（株）製  ＤＢＵ３０％含有のフェノールノボラック塩）、
離型剤：カルナバワックス、
着色剤：カーボンブラック、
充填剤：球状溶融シリカ粉（平均粒径２０μｍ）。
【００２３】
次いで、これらのエポキシ樹脂組成物についてそれぞれ下記のような評価試験を行った。
【００２４】
（１）  耐湿信頼性を調べるために以下の試験を行った。すなわち、各エポキシ樹脂組成物を用い、試験用デバイスを封止した後、１７５℃で４時間アフターキュアを行った。次いで、このパッケージを８５℃，相対湿度６０％の雰囲気中に１６８時間放置して吸湿処理を行った後、これを最高温度２６０℃のＩＲリフロー炉に３回通した。この時点でパッケージのクラック発生率を調べた。さらに、このＩＲリフロー後のパッケージを１２７℃の飽和水蒸気雰囲気中に放置しプレッシャクッカー試験後不良（リーク不良とオープン不良）発生率を調べた。以上の結果を表２にまとめて示す。
【００２５】
（２）  成形作業性を調べるために以下の試験を行った。すなわち、各エポキシ樹脂組成物を用いてダミーフレームを用いた５００ショットの連続成形を実施し、作業性および成形品外観を観察した。以上の測定結果を表３に示す。
【００２６】
（３）  各種フレームとの密着性を調べるために以下の実験を行った。すなわち、各エポキシ樹脂組成物を用いて銅フレームとＰｄ／Ａｕメッキを施したフレームに試験用デバイスを搭載した後封止し、パッケージを成形した。これを１７５℃で４時間アフターキュアを行った。次いで、このパッケージを８５℃，相対湿度６０％の雰囲気中に１６８時間放置して吸湿処理を行った後、これを最高温度２６０℃のＩＲリフロー炉に３回通した。このパッケージを超音波探傷機を用い、フレーム表面積に対する剥離面積の割合（％）を測定した。以上の測定結果を表４にまとめて示す。
【００２７】
以上、表２、表３、表４に示されるように、本発明の実施例１〜５の樹脂組成物は、比較例１〜２の樹脂組成物に比べて高温下での耐クラック性およびその後の耐湿信頼性が良好であり、成形作業性も問題がないことが確認できた。
【００２８】
【表１】
2004155839.tif 000006
【表２】
2004155839.tif 000007
【表３】
2004155839.tif 000008
【表４】
2004155839.tif 000009
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明および表２、３、４から明らかなように、本発明の封止用樹脂組成物の硬化物は、高温下での耐クラック性およびその後の耐湿信頼性が極めて良好であり、表面実装タイプの半導体装置の封止に好適である。また、本発明の封止用樹脂組成物で樹脂封止された半導体装置は、表面実装を行っても、その後の耐湿性は良好であり、高い信頼性を有するものである。