(57)【要約】【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、及び（Ｄ）無機質充填剤がシラン又はシロキサンで２回表面処理されてなる表面処理無機質充填剤を含有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、及びこの半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置。【効果】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、成形性に優れるものであり、これを用いた半導体装置は、耐半田性、接着性に優れるものである。【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、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機質充填剤がシラン又はシロキサンで２回表面処理されてなる表面処理無機質充填剤を含有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。
【請求項２】
（Ｄ）表面処理無機質充填剤の１回目の表面処理剤であるシラン又はシロキサンと２回目の表面処理剤であるシラン又はシロキサンが、違う種類であることを特徴とする請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
（Ｄ）表面処理無機質充填剤の２回目の表面処理剤が、分子中にメルカプト基を１個以上有するシラン又はシロキサンであることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置。
【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、接着性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び該エポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ダイオード、トランジスタ、集積回路等の電子部品は、主にエポキシ樹脂組成物で封止され、半導体装置とされている。これらのエポキシ樹脂組成物には、低圧トランスファー成形における良好な成形性と、これを用いて得られた半導体装置の高い耐半田性が要求されている。耐半田性を向上させるために、封止材料であるエポキシ樹脂組成物の硬化物には、低吸水化及び高温時の高い強度が必要である。また成形性、特にエポキシ樹脂組成物の充填性を向上させるためには、エポキシ樹脂組成物の粘度を低減させることが必要である。
【０００３】
エポキシ樹脂組成物には、耐半田性の改善と成形性の改善が同時に求められており、耐半田性向上のために、低吸水化及び高強度化を目的として無機質充填剤量を増量した場合（例えば、特許文献１，２参照）には、エポキシ樹脂組成物の粘度が高くなり、成形性、特に充填性の大幅な低下がおこり、耐半田性と成形性の両立が困難となる。更に耐半田性向上のために、縮合多環芳香族系樹脂やナフトール型樹脂を使用する場合（例えば、特許文献３，４参照）もあるが、成形時の流動性の低下や硬化性の低下という問題が発生し、成形性に問題が生じる。このように、耐半田性と成形性の両立が強く求められている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２０４２６１号公報
【特許文献２】
特開平１０−２５３３５号公報
【特許文献３】
特開平１０−２２６７４６号公報
【特許文献４】
特開平９−２９１１２８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、成形性に優れ、その硬化物を用いた半導体装置が耐半田性に優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び該エポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機質充填剤がシラン又はシロキサンで２回表面処理されてなる表面処理無機質充填剤を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物が、成形性に優れるものであり、これを用いた半導体装置が、耐半田性、接着性に優れることを見出し、本発明をなすに至った。
【０００７】
従って、本発明は、下記に示す半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置を提供する。
［Ｉ］（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機質充填剤がシラン又はシロキサンで２回表面処理されてなる表面処理無機質充填剤を含有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。
［ＩＩ］（Ｄ）表面処理無機質充填剤の１回目の表面処理剤であるシラン又はシロキサンと２回目の表面処理剤であるシラン又はシロキサンが、違う種類であることを特徴とする［Ｉ］記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
［ＩＩＩ］（Ｄ）表面処理無機質充填剤の２回目の表面処理剤が、分子中にメルカプト基を１個以上有するシラン又はシロキサンであることを特徴とする［Ｉ］又は［ＩＩ］記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
［ＩＶ］［Ｉ］〜［ＩＩＩ］のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
まず、本発明の特徴的成分である表面処理無機質充填剤（Ｄ）について述べる。本発明の表面処理無機質充填剤は、無機質充填剤をシラン又はシロキサンで２回表面処理することにより得られるものであり、シラン又はシロキサンで２回表面処理される無機質充填剤としては、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、水酸化アルミニウム、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。これらの無機質充填剤は、１種単独でも、２種以上を複数併用混合して用いても差し支えない。
【０００９】
なお、本発明に用いる上記無機質充填剤の粒径としては、平均粒径が１〜７０μｍ、特に１〜４０μｍであることが好ましく、また、最大粒径が１００μｍ以下、特に８０μｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
本発明の表面処理に用いるシランは、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等のテトラアルコキシシランなどの４官能アルコキシシラン類、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシエトキシシランなどのアルキルトリアルコキシシラン、アルケニルトリアルコキシシラン、アリールトリアルコキシシラン等のオルガノトリアルコキシシランや、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、γ−アミノプロピルジエトキシメチルシラン、Ｎ−β（アミノエトキシ）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエトキシ）γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ基含有置換基を有するアルコキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシ基を有するアルコキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン等のメルカプト基を有するアルコキシシランなどが挙げられる。また、これらの部分加水分解物でもよい。
【００１１】
また、シロキサンとしては、ジメチルシロキサン、メチルフェニルシロキサン、ジフェニルシロキサン、トリフロロプロピルメチルシロキサン等や、これらのシロキサンの側鎖、両末端あるいは片末端に、ＯＨ基、メルカプト基、アミノ基、グリシドキシ基、メタクリル基の１種又は２種以上を１個以上有するシロキサン等が挙げられる。
【００１２】
本発明においては、表面処理に用いるシラン又はシロキサンが、１回目と２回目で異なるものを使用することが好ましい。この場合、１回目の処理は、エポキシ基又はアミノ基を有するアルコキシシランもしくはその部分加水分解物、又はシロキサンを使用し、２回目の処理は、エポキシ基、アミノ基又はメルカプト基を有するシランもしくはその部分加水分解物、又はシロキサン或いは水酸基を有するシロキサンを用いることが好ましく、特に２回目の表面処理剤としては、分子中にメルカプト基を１個以上含有するシラン又はシロキサンであることが好ましい。
【００１３】
この場合、１回目の表面処理に用いるシラン又はシロキサンの処理剤量は、無機質充填剤１００重量部に対して０．０１〜５重量部、特に０．０１〜２重量部であることが好ましく、更に２回目の表面処理に用いるシラン又はシロキサン量は、上記処理無機質充填剤１００重量部に対して０．０１〜５重量部、特に０．０１〜２重量部であることが好ましい。
【００１４】
本発明における無機質充填剤の表面処理方法としては、例えば無機質充填剤とシラン又はシロキサンを均一に混合できる混合機に投入して攪拌した後、混合機から取り出して、常温〜１８０℃で２時間〜１週間程度放置する。更に先程と同様に１回処理した無機質充填剤とシラン又はシロキサンを均一に混合、攪拌した後、混合機から取り出し、常温〜１８０℃で２時間〜１週間程度放置して２回目の処理を完成させることにより、表面処理無機質充填剤を得ることができる。
【００１５】
ここで、表面処理に用いる混合機としては、例えばボールミル、ヘンシェルミキサー、Ｖブレンダー、ダブルコーンブレンダー等のブレンダー類、コンクリートミキサーやリボンブレンダー等が挙げられる。
【００１６】
このようにして得られた表面処理無機質充填剤（Ｄ）を本発明のエポキシ樹脂組成物に配合することにより、成形性と耐半田性とを両立させることができる。本発明の組成物において、上記表面処理無機質充填剤の配合量は、後述するエポキシ樹脂（Ａ）とフェノール樹脂（Ｂ）の合計量１００重量部に対して６００〜１５００重量部、特に８００〜１２００重量部とすることが好ましい。配合量が６００重量部未満では、硬化物の硬度が低下する場合があり、また１５００重量部を超える量では、粘度、スパイラルフローがアップし、成型しずらい場合がある。
【００１７】
次に、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物について述べる。
本発明に用いるエポキシ樹脂（Ａ）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、ポリマーであれば、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、ジフェニレン骨格等を有する）等が挙げられ、これらは１種単独でも２種以上混合して用いても差し支えない。これらの中では、特にビフェニル型エポキシ樹脂が本発明において有効である。
【００１８】
本発明に用いるフェノール樹脂（Ｂ）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、ポリマーであれば、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、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、ジフェニレン骨格等を有する）等が挙げられ、これらは１種単独でも２種以上混合して用いても差し支えない。これらの中でも、特にフェノ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、フェノールアラルキル樹脂、テルペン変性フェノール樹脂が好ましい。
【００１９】
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、特に０．９〜１．２となる量であることが好ましい。
【００２０】
本発明に用いる硬化促進剤（Ｃ）としては、エポキシ樹脂のエポキシ基とフェノール樹脂の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使用することができる。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１種単独でも２種以上混合して用いても差し支えない。
【００２１】
硬化促進剤の配合量としては、特に限定されるものではないが、エポキシ樹脂１００重量部に対して１０〜０．０１重量部、特に５〜０．１重量部であることが好適である。硬化促進剤の配合量が少なすぎると成型時間が長くなる場合があり、多すぎるとポットライフ、シェルライフが短くなる場合がある。
【００２２】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分を必須成分とするが、これ以外に必要に応じてシランカップリング剤、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、シリコーンオイル、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、赤燐等の種々の添加剤を適宜配合しても差し支えない。
【００２３】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、例えば上記（Ａ）〜（Ｄ）成分及びその他の添加剤をミキサー等を用いて十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、粉砕することにより製造することができる。
【００２４】
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。なお、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の成形は、温度１７０〜１８０℃で８０〜１５０秒、後硬化は１７５〜１８５℃で４〜６時間行うことが望ましい。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、下記の例において部は重量部を示す。
また、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、表面処理無機質充填剤の処理方法について、以下に示す。
【００２６】
エポキシ樹脂（Ｅ−１）：下記式（Ｅ−１）で示される構造のエポキシ樹脂（エポキシ当量１９０ｇ／ｅｑ）
【化１】
2004143306.tif 000002
【００２７】
フェノール樹脂（Ｈ−１）：（フェノールアラルキル樹脂、三井化学（株）製、ＸＬ−２２５、フェノール性水酸基当量１６５ｇ／ｅｑ）
【００２８】
表面処理無機質充填剤１：
平均粒径２２μｍ、最大粒径７４μｍの球状溶融シリカ１００部に対し、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（ＫＢＭ−４０３、信越化学工業（株）製）０．５部を添加して、ボールミルで１時間攪拌した。その後、常温で１週間放置した後に、２回目の処理剤としてγ−アミノプロピルトリエトキシシラン（ＫＢＥ−９０３、信越化学工業（株）製）を上記処理シラン１００部に対し、０．４部添加して、ボールミルで１時間攪拌した。その後、常温で１週間放置した。
【００２９】
表面処理無機質充填剤２〜６：
平均粒径２２μｍ、最大粒径７４μｍの球状溶融シリカ１００部に対し、表１に示す１回目の処理剤の配合量をそれぞれ添加して、ボールミルで１時間攪拌した。その後、常温で１週間放置した後に、表１に示す２回目の処理剤をそれぞれ上記処理シラン１００部に対し、表１に示す配合量添加して、ボールミルで１時間攪拌した。その後、常温で１週間放置した。
【００３０】
比較表面処理無機質充填剤１〜３：
平均粒径２２μｍ、最大粒径７４μｍの球状溶融シリカ１００部に対し、表１に示す１回目の処理剤の配合量をそれぞれ添加して、ボールミルで１時間攪拌した。その後、常温で１週間放置した。
【００３１】
【表１】
2004143306.tif 000003
【００３２】
γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン：ＫＢＥ−４０３、信越化学工業（株）製
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン：ＫＢＭ−４０３、信越化学工業（株）製
γ−アミノプロピルトリエトキシシラン：ＫＢＥ−９０３、信越化学工業（株）製
γ−アミノプロピルトリメトキシキシシラン：ＫＢＭ−９０３、信越化学工業（株）製
γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン：ＫＢＭ−８０３、信越化学工業（株）製
Ｘ−２２−１６１：両末端アミノプロピル基含有ジメチルシロキサン、粘度（２５℃）１２ｃｓ、信越化学工業（株）製
両末端ＯＨ基含有ジメチルシロキサン：粘度（２５℃）７００ｃｓ、信越化学工業（株）製
テトラメトキシシラン：信越化学工業（株）製
【００３３】
［実施例１］
エポキシ樹脂（Ｅ−１）７７部、フェノール樹脂（Ｈ−１）６８部、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵという）２部、表面処理充填剤１を８４５部、カーボンブラック３部、カルナバワックス５部を常温でスーパーミキサーを用いて混合し、７０〜１００℃でロール混練し、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２に示す。
【００３４】
《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の金型を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒で測定した。
【００３５】
熱時強度：
２４０℃での曲げ強さをＪＩＳ　Ｋ　６９１１に準じて測定した。
【００３６】
耐半田性：
トランスファー成形機により、エポキシ樹脂組成物を用いて、金型温度１７５℃、射出圧力７．４ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件で１００ピンＴＱＦＰ（パッケージサイズは１４×１４ｍｍ、厚み１．４ｍｍ、シリコンチップサイズは８．０×８．０ｍｍ、リードフレームはＮｉ−Ｐｄ−Ａｕ製）を成形し、１７５℃、８時間で後硬化させた。得られたパッケージを８５℃、相対湿度８５％の環境下で７２時間又は１６８時間放置し、その後、２４０℃の半田槽に１０秒間浸漬した。顕微鏡で外部クラックを観察し、クラック発生率（％）［｛（クラック発生パッケージ数）／（全パッケージ数）｝×１００］を測定した。また、チップとエポキシ樹脂組成物の硬化物との剥離面積の割合を超音波探傷装置を用いて測定し、剥離率（％）［｛（剥離面積）／（チップ面積）｝×１００］を５個のパッケージの平均値として求めた。
【００３７】
［実施例２〜６、比較例１〜３］
表面処理無機質充填剤を表２に示すように表面処理無機質充填剤２〜６と比較表面処理無機質充填剤１〜３を使用した以外は実施例１と同様にして、実施例２〜６と比較例１〜３のエポキシ樹脂組成物を作製し、実施例１と同様な評価を行った。これらの結果を表２に示す。
【００３８】
【表２】
2004143306.tif 000004
【００３９】
【発明の効果】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、成形性に優れるものであり、これを用いた半導体装置は、耐半田性、接着性に優れるものである。