(57)【要約】【課題】特に表面実装時におけるリフロー高温下での耐クラック性および耐湿信頼性に優れ、臭素系難燃剤を実質的に含まず、かつ、低誘電率、低誘電正接の封止用樹脂組成物を提供する。【解決手段】（Ａ）特定のビフェニルアラルキルエポキシ樹脂、（Ｂ）下式に示すエステル樹脂硬化剤、2004155841.tif 000009（但し、式中、Ｘはアルキル基またはアリール基を表す）（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）シリカおよび（Ｅ）カップリング剤を必須成分としてなり、臭素系難燃剤を使用しない封止用樹脂組成物およびこの樹脂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）下記一般式に示すエポキシ樹脂、
【化１】
2004155841.tif 000007
（但し、式中、Ｃｍ  Ｈ２ｍは炭素数ｍが１以上のアルキレン基を、ｎは１以上の整数をそれぞれ表す）
（Ｂ）下記一般式に示すエステル樹脂硬化剤、
【化２】
2004155841.tif 000008
（但し、式中、Ｃｍ  Ｈ２ｍは炭素数ｍが１以上のアルキレン基を、ｎは１以上の整数を、Ｘはアルキル基またはアリール基を、それぞれ表す）
（Ｃ）硬化促進剤、
（Ｄ）シリカおよび
（Ｅ）カップリング剤
を必須成分としてなり、臭素系難燃剤を使用しないことを特徴とする封止用樹脂組成物。
【請求項２】
（Ｃ）硬化促進剤として、１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７を用いる請求項１記載の封止用樹脂組成物。
【請求項３】
請求項１または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、封止用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】
従来、半導体装置の封止樹脂としては、フェノールノボラック樹脂を硬化剤とするエポキシ樹脂組成物が用いられており、その硬化物が耐湿性、高温電気特性、成形性などに優れているため、モールド型封止樹脂の主流になっている。ところで、近年、電子機器の高密度実装化および組立工程の自動化の要求から、半導体装置の実装方法は、従来からのピン挿入タイプから表面実装タイプへと移行してきている。表面実装方法で基板に半導体パッケージを半田付けする際には、基板上のクリーム半田を、赤外線やフロロカーボン蒸気で加熱し、パッケージのリードと接続する半田リフロー方式が採られている。このとき、パッケージ全体は２１５〜２６０℃の高温にさらされることになる。この急激な加熱が原因になって、パッケージにクラックが発生し、半導体装置の信頼性の極端な低下を引き起こすことがあり、現在表面実装法における大きな問題の一つになっている。すなわち、そのメカニズムは、吸湿した封止樹脂が高温にさらされ、パッケージ内部の水が気化膨張することによって、パッケージが膨れ、そのときの応力によって樹脂が破壊に至るというものである。
【０００３】
これに対して、封止樹脂の側からの解決としては、
（ａ）発生する水蒸気圧を抑えるため樹脂の吸湿を低減する、
（ｂ）生じる水蒸気圧に耐えるだけの接着強度をもたせる、
ことが有効である。そこで、柔軟疎水骨格の構造をもつエポキシ樹脂やフェノール樹脂硬化剤を用い、かつ充填剤を多量に配合した樹脂組成物が提案されている。
【０００４】
しかしながら、これらのエポキシ樹脂組成物は、ノボラックタイプの封止樹脂に比べて高価なうえ、成形作業性に劣るという問題があった。一方、最近における環境についての関心の高まりから、半導体パッケージの分野においても、外装や接合に使用される半田からの鉛の除去、それに有機パッケージ中に含まれる臭素化合物やアンチモン化合物の除去が課題となっている。
【０００５】
現在、鉛を使用しない半田のうち、半導体のパッケージ分野に使用可能な半田の多くは従来の半田に比較して融点が高く、前述したリフロー温度は相当高くなる。その結果、加熱により発生する水蒸気圧はいっそう増大し、封止樹脂には更に優れた耐リフロー性が要求される。また、一般に封止樹脂には難燃剤として臭素化エポキシ樹脂と三酸化アンチモンが使用されていることから、この組合せに代る代替難燃手法の開発も必須である。
【０００６】
一方、半導体装置には、さらなる高集積化、高速化に伴い、電磁波対策などが要求されるようになってきた。従来の封止樹脂組成物では、誘電率、誘電正接が高いため、この要求には応えられず、電気特性の向上が必須である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の封止用樹脂組成物における上記問題点を解決するためになされたものであり、実質的に臭素系難燃剤を使用せずに優れた難燃性を有し、かつ高温でのリフローに耐え、誘電率、誘電正接の低い封止用樹脂組成物およびこの樹脂組成物で封止された高信頼性をもつ半導体封止装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【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、樹脂組成物について下記配合成分の組合せをすることにより、上記の封止用樹脂組成物と半導体封止装置の得られることを見いだし、本発明を完成させたものである。
【０００９】
即ち、本発明は、
（Ａ）下記一般式に示すエポキシ樹脂、
【化３】
2004155841.tif 000002
（但し、式中、Ｃｍ  Ｈ２ｍは炭素数ｍが１以上のアルキレン基を、ｎは１以上の整数をそれぞれ表す）
（Ｂ）下記一般式に示すエステル樹脂硬化剤、
【化４】
2004155841.tif 000003
（但し、式中、Ｃｍ  Ｈ２ｍは炭素数ｍが１以上のアルキレン基を、ｎは１以上の整数を、Ｘはアルキル基またはアリール基を、それぞれ表す）
（Ｃ）硬化促進剤、
（Ｄ）シリカおよび
（Ｅ）カップリング剤
を必須成分としてなり、臭素系難燃剤を使用しないことを特徴と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ことを特徴とする半導体封止装置である。
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１１】
本発明に用いる（Ａ）成分のエポキシ樹脂は、前記化３に示されるものである。式中のアルキレン基成分としては、−ＣＨ２  −が好ましい。アルキレン基の炭素数ｍが多くなると難燃性が低下してくるためである。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は、１０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。これらエポキシ樹脂の具体例としては、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。
【００１２】
なお、本発明においては、その効果が失われない範囲で、前記化３に示される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。併用する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、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などが挙げられ、これらのエポキシ樹脂は、単独もしくは２種類以上混合して併用することができる。
【００１３】
本発明に用いる（Ｂ）前記化４に示されるエステル樹脂硬化剤は、カルボン酸とエステル結合しているフェノール性水酸基当量が、１３０以上であることが好ましい。これにより十分な難燃性・低吸湿性を確保することができる。また、半導体封止装置の信頼性を確保するためには、樹脂中に含まれるフリーのフェノール類およびカルボン酸の濃度が１％以下であることが好ましい。これらエステル樹脂の具体例としては、エステル樹脂のＳＮ−５Ｘ（サンノブコ社製、商品名、軟化点７５℃、フェノール性水酸基当量１４６）などが挙げられる。
【００１４】
エポキシ樹脂とエステル樹脂の配合比は、硬化剤であるエステル樹脂のフェノール性水酸基数とエポキシ樹脂のエポキシ基数との基数比（フェノール性水酸基数／エポキシ基数）が０．５〜１．５の範囲内となるよう配合することが望ましい。上記基数比が０．５未満では硬化反応が十分に起こりにくく、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。このエステル樹脂のエステル基は、エポキシ樹脂との反応時にフェノール性水酸基とカルボン酸に開裂する。このカルボン酸は、エポキシ基がフェノール基と反応したとき生じる水酸基と再び反応するため、従来、吸水の原因とされてきた水酸基が殆ど発生しないようにすることができる。このため、従来用いられてきたフェノール樹脂硬化剤と比較し、大幅な吸水量の低減を可能とした。
【００１５】
本発明に用いる（Ｃ）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させ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）メタンなど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など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）またはそのフェニル塩等があり、それら硬化促進剤は、単独もしくは２種類以上混合して用いることができる。なかでも、ＤＢＵ硬化促進剤が良好で、リン系の硬化促進剤では硬化性が遅く、イミダゾール系の硬化促進剤ではエポキシ基同士の反応が起きるため、理想的な反応が達成できず、吸水量の増加を招く傾向がある。ＤＢＵ硬化促進剤は、硬化性がよく、エポキシ基同士の反応もほとんど起きないため、吸水量が低い理想的な硬化物を得ることができる。
【００１６】
（Ｃ）硬化促進剤の添加割合は、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て０．１〜５．０重量％の範囲で添加することが望ましい。その割合が０．１重量％未満では硬化性能が劣り、一方、５．０重量％を超えると耐湿信頼性が劣化するおそれがある。
【００１７】
本発明に用いる（Ｄ）無機充填剤としては、溶融シリカ、結晶性シリカ、アルミナ、窒化アルミ等が挙げられ、これらは、単独もしくは２種類以上混合して用いることができる。これらのなかでも、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。
【００１８】
この無機充填剤の配合割合は、シリカとして全体の樹脂組成物に対して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、一方、９０重量％を超えると流動性が低下して成形性が悪くなる。
【００１９】
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。
【００２０】
これらカップリング剤の配合割合は、樹脂成分の総量に対して０．０１〜５重量％の範囲で添加することが望ましい。その割合が０．０１重量％未満では成形性の向上に効果がなく、一方、５重量％を超えると信頼性に悪影響を与え好ましくない。
【００２１】
本発明の封止用樹脂組成物は、前述した（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）エステル樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）シリカおよび（Ｅ）カップリング剤を主成分とするが、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、直鎖脂肪酸やその金属塩、酸アミド類、エステル類、パラフィン類等の離型剤；カーボンブラック、二酸化チタン等の着色剤；シリコーンゴム、各種プラスチック粉末、各種エンジニアリングプラスチック粉末、ＡＢＳ樹脂やＭＢＳ樹脂の粉末等の低応力化剤などを適宜、添加配合することができる。
【００２２】
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、エステル樹脂硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤、カップリング剤、その他成分を配合し、ヘンシェルミキサー等の混合機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処理、または二軸押出機等による溶融混練処理を行い、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。なお、無機充填剤とカップリング剤はそれらだけを予め混合して表面処理した後に、他の成分と混合混練するのが好ましい。こうして得られた成形材料は、半導体封止をはじめとする電子部品（電気部品を含む）の封止、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。
【００２３】
本発明の半導体封止装置は、上記のようにして得られた封止用樹脂組成物を用いて、半導体チップなど素子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。樹脂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があるが、射出成形、圧縮成形および注型などによる封止も可能である。封止用樹脂組成物は封止成形の際の加熱によって硬化し、最終的にはこの組成物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℃以上に加熱して後硬化させることが望ましい。封止を行う電子部品装置としては、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、コンデンサ等で特に限定されるものではない。
【００２４】
【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。
【００２５】
実施例１〜５および比較例１〜２
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）。即ち、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して常温で混合した後、混合物を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製造した。
【００２６】
なお、表１に示した各原材料の内容は次のとおりである。
【００２７】
・エポキシ樹脂Ａ：低吸湿性エポキシ樹脂のＮＣ−３０００Ｐ（日本化薬社製、商品名、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のＥＳＣＮ１９５ＸＬ（住友化学社製、商品名、エポキシ当量１９７）、
・エポキシ樹脂Ｃ：ビスフェノールＡ型臭素化エポキシ樹脂のＡＥＲ−８０２９（旭化成社製、商品名、エポキシ当量４６０）、
・エステル樹脂Ａ：フェノールノボラックのエステル樹脂のＳＮ−５Ｘ（サンノプコ社製、商品名、フェノール当量１４６）、
・フェノール樹脂Ａ：フェノールノボラック樹脂のＢＲＧ−５５６（昭和高分子社製商品名、フェノール当量１０４）、
・硬化促進剤Ａ：Ｕ−ＣＡＴ  ＳＡ８４１（サンアプロ社製商品名、ＤＢＵ３０％含有フェノールノボラック樹脂、フェノール当量１０４）、
・硬化促進剤Ｂ：トリフェニルホスフィン、
・硬化促進剤Ｃ：２エチル−４−メチルイミダゾール、
・離型剤：カルナバワックス、
・顔料：カーボンブラック、
・難燃助剤：三酸化アンチモン、
・無機充填剤：球状溶融シリカ粉（平均粒径２０μｍ）、
・表面処理剤のカップリング剤：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランのＡ−１８７（日本ユニカー社製、商品名）。
【００２８】
【表１】
2004155841.tif 000004
次いで、これらの封止用樹脂組成物について、それぞれ下記の評価試験を行った。
【００２９】
［１］耐湿信頼性を調べるために以下の試験を行った。それぞれの樹脂組成物を用い、試験用デバイスを封止した後、１８０℃において４時間アフターキュアを行なった。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なった後、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不良数を調べた。さらにこの吸湿・高温処理を経た２０個のパッケージを、さらに１２７℃の飽和水蒸気雰囲気中に５００時間放置するプレッシャクッカ試験（ＰＣＴ）を行ない、１００時間毎に不良（リーク不良、オープン不良）の発生数を調べて信頼性を評価した。以上の結果を表２に示す。
【００３０】
［２］成形作業性を調べるために以下の試験を行った。それぞれの樹脂組成物を用いてダミーフレームを用いた５００ショット連続成形を実施し、作業性および成形品の外観を観察した。以上の結果を表３に示す。
【００３１】
［３］誘電率、誘電正接を調べるために以下の試験を行った。それぞれの樹脂組成物を用いて直径５０ｍｍ、厚さ２ｍｍのテストピースを成形し、１８０℃において４時間アフターキュアを行った。次いで、このテストピースを用い、２５℃，１００ＭＨｚの条件下で誘電率と誘電正接を測定した。以上の測定結果を表３にあわせて示す。
【００３２】
【表２】
2004155841.tif 000005
【表３】
2004155841.tif 000006
表２，３にみるように、実施例１〜５の封止用樹脂組成物は、比較例１〜２の封止用樹脂組成物に比べリフロー炉における高温下耐クラック性およびその後の耐湿信頼性が良好である。また難燃性も保持しており、成形作業性も問題がない。さらに、従来の樹脂組成物と比較して誘電率、誘電正接が低くなっている。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明および表２、３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、Ｂｒ／Ｓｂを実質的に含まず、高温下での耐リフロー性および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。さらに、低誘電率、低誘電正接という特徴を有している。また、本発明の封止用樹脂組成物で封止され本発明の半導体封止装置は、表面実装を行っても、その後の耐湿性が良好であり、高い信頼性を有するものである。