(57)【要約】【課題】ニッケルメッキ層、ニッケル−パラジウムメッキ層又はニッケル−パラジウム−金メッキ層を含有するリードフレームと樹脂組成物との接着力を向上させ、半導体封止装置の耐半田性に優れたエポキシ樹脂組成物、並びにこれらを用いた半導体装置を提供する。【解決手段】下記の（Ａ）〜（Ｆ）成分を含有するエポキシ樹脂組成物を用いて、銅製素材リードフレーム、若しくは、ニッケルメッキ層、ニッケル−パラジウムメッキ層又はニッケル−パラジウム−金メッキ層から選ばれるメッキ層を有するリードフレームに搭載された半導体素子を封止してなることを特徴とする半導体装置。（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填材、（Ｅ）ホスファゼン化合物が、全エポキシ樹脂組成物中０．０２〜２重量％、（Ｆ）ポリブタジエン又はアクリロニトリル含有ゴムが、全エポキシ樹脂組成物中０．０２〜２重量％。【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の（Ａ）〜（Ｆ）成分を含有するエポキシ樹脂組成物を用いて、銅製素材リードフレーム、若しくは、ニッケルメッキ層、ニッケル−パラジウムメッキ層又はニッケル−パラジウム−金メッキ層から選ばれるメッキ層を有するリードフレームに搭載された半導体素子を封止してなることを特徴とする半導体装置。
（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）フェノール樹脂、
（Ｃ）硬化促進剤、
（Ｄ）無機充填材、
（Ｅ）ホスファゼン化合物が、全エポキシ樹脂組成物中０．０２〜２重量％、
（Ｆ）ポリブタジエン又はアクリロニトリル含有ゴムが、全エポキシ樹脂組成物中０．０２〜２重量％。
【請求項２】
上記（Ｅ）成分のホスファゼン化合物が、環状ホスファゼン化合物である請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
環状ホスファゼン化合物が、一般式（１）で示される化合物である請求項２記載の半導体装置。
【化１】
2004095752.tif 000013
（ｎは３〜７の整数、Ｒは互いに同一もしくは異なる有機基）
【請求項４】
一般式（１）で示される環状ホスファゼン化合物の２ｎ個のＲのうち、少なくともｎ個がフェノキシ基である請求項３記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐半田性に優れた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体素子の封止には、生産性と信頼性に優れたエポキシ樹脂組成物の低圧封入法が一般に用いられており、信頼性向上等の要求に対し、エポキシ樹脂組成物の改良により特性の向上が図られてきた。近年の電子機器の小型化、軽量化、高性能化の市場動向において、半導体の高集積化も年々進み、また半導体装置の表面実装化が促進されるなかで、半導体封止用エポキシ樹脂組成物への要求は益々厳しいものとなってきている。このため、従来からのエポキシ樹脂組成物では解決出来ない問題点も出てきている。その最大の問題点は、表面実装の採用により半導体装置が半田浸漬或いは半田リフロー処理で急激に２００℃以上の高温にさらされ、吸湿した水分が爆発的に気化する際の応力により、半導体装置にクラックが発生したり、半導体素子、リードフレーム、インナーリード上の各種メッキされた各接合部分とエポキシ樹脂組成物の硬化物の界面で剥離が生じたりして、信頼性が著しく低下する現象である。
【０００３】
半田処理による信頼性低下を改善するために、エポキシ樹脂組成物中の無機充填材の配合量を増加させることで低吸湿化、高強度化、低熱膨張化を達成し耐半田性を向上させ、低溶融粘度の樹脂を使用して、成形時に低粘度で高流動性を維持させる手法が一般的となりつつある。一方、半田処理による信頼性において、エポキシ樹脂組成物の硬化物と半導体装置内部に存在する半導体素子やリードフレーム等の基材との界面での挙動が非常に重要になってきている。この界面での密着力が弱いと、半田処理後の基材との界面で剥離が生じ、更にはこの剥離に起因し半導体装置にクラックが発生する。また、近年の無鉛半田化による半田処理温度の上昇や、ニッケルメッキ層、ニッケル−パラジウムメッキ層、ニッケル−パラジウム−金メッキ層を有するリードフレームの登場で、益々厳しくなってきており耐半田性に優れた半導体装置が求められている。特に、従来の樹脂組成物によって封止したニッケルメッキ層、ニッケル−パラジウムメッキ層、ニッケル−パラジウム−金メッキ層を含有するリードフレームを導入した半導体装置では、リードフレームと樹脂組成物との接着力が著しく悪いという欠点があるため、吸湿した半導体装置を半田リフロー処理によって表面実装すると、封止樹脂とリードフレームとの間に剥がれが生じ、その結果著しい耐湿劣化を起こして半導体装置として長期間の信頼性を保証することが出来ないという欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ニッケルメッキ層、ニッケル−パラジウムメッキ層又はニッケル−パラジウム−金メッキ層を含有するリードフレームと樹脂組成物との接着力を向上させ、半導体封止装置の耐半田性に優れたエポキシ樹脂組成物、並びにこれらを用いた半導体装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の問題点を解決するために、エポキシ樹脂組成物にポリブタジエン又はアクリロニトリル含有ゴム及びホスファゼン化合物を用いることにより、ニッケルメッキ層、ニッケル−パラジウムメッキ層又はニッケル−パラジウム−金メッキ層を含有するリードフレームと樹脂組成物との接着力を大幅に向上することが可能となり、結果として上記表面実装時の不良発生を抑えることが可能となることを見出したものである。
本発明は、
［１］下記の（Ａ）〜（Ｆ）成分を含有するエポキシ樹脂組成物を用いて、銅製素材リードフレーム、若しくは、ニッケルメッキ層、ニッケル−パラジウムメッキ層又はニッケル−パラジウム−金メッキ層から選ばれるメッキ層を有するリードフレームに搭載された半導体素子を封止してなることを特徴とする半導体装置、
（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）フェノール樹脂、
（Ｃ）硬化促進剤、
（Ｄ）無機充填材、
（Ｅ）ホスファゼン化合物が、全エポキシ樹脂組成物中０．０２〜２重量％、
（Ｆ）ポリブタジエン又はアクリロニトリル含有ゴムが、全エポキシ樹脂組成物中０．０２〜２重量％、
［２］上記（Ｅ）成分のホスファゼン化合物が、環状ホスファゼン化合物である請求項１記載の半導体装置、
【０００６】
［３］環状ホスファゼン化合物が、一般式（１）で示される化合物である請求項２記載の半導体装置、
【化２】
2004095752.tif 000002
（ｎは３〜７の整数、Ｒは互いに同一もしくは異なる有機基）
【０００７】
［４］一般式（１）で示される環状ホスファゼン化合物の２ｎ個のＲのうち、少なくともｎ個がフェノキシ基である請求項３記載の半導体装置、
である。
【０００８】
本発明に用いるエポキシ樹脂は、１分子中にエポキシ基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマーならば特に限定するものではない。例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、オルソ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、ナフト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、ビフェニレン骨格を有する）、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格を有する）、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、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、及びこれらの変性樹脂が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、単独で用いても併用してもよい。耐半田性の向上のためには、無機充填材の高充填化ができる結晶性エポキシ樹脂が好ましい。耐湿性向上のためには、塩素イオン、ナトリウムイオン等の不純物イオンが極力少なく、また硬化性向上のためにはエポキシ当量が１５０〜３００であることが好ましい。
【０００９】
本発明に用いるフェノール樹脂は、１分子中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、ポリマーならば特に限定するものではない。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、フェノールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）、ナフトールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）、テルペン変性フェノール樹脂、及びこれらの変性樹脂等が挙げられる。これらのフェノール樹脂は、単独で用いても併用してもよい。耐湿信頼性向上、耐熱信頼性向上のためには、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（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）、ナフトールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）、テルペン変性フェノール樹脂等が好ましい。また、硬化性向上のためには、水酸基当量は８０〜２５０程度が好ましい。エポキシ樹脂と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で０．７〜１．５が好ましい。
【００１０】
本発明に用いる硬化促進剤は、エポキシ基とフェノール性水酸基との反応を促進するもので有れば良く、一般に封止用樹脂組成物に用いられているものでよい。代表的なものとしては、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、ベンジルジメチルアミン、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、これらは単独で用いても併用してもよい。
【００１１】
本発明に用いる無機充填材は、溶融シリカ粉末、球状シリカ粉末、結晶シリカ粉末、アルミナ、タルク、窒化珪素等を使用することができるが、これらの無機充填材は単独で用いても併用してもよい。これらのうちでは、特に溶融シリカ粉末と球状シリカ粉末の混合物が望ましい。また、粒子の大きさの異なるものを混合することにより配合量を多くすることができる。配合量としては、全エポキシ樹脂組成物中に７０〜９５重量％が必要であり、更に好ましくは８０〜９２重量％が望ましい。下限値を下回ると吸水率が多くなるため耐半田性が低下し、上限値を越えると成形時の流動性が低下するため未充填やワイヤースィープ及びパッドシフト等の問題が生じる。
【００１２】
本発明に用いられるホスファゼン化合物は、一般式（２）で示される骨格の構造を有しエポキシ樹脂組成物の成形時の溶融粘度を低下し、半導体素子やリードフレームとの濡れ性を向上し、半田処理後の基材との界面の剥離、ひいてはクラックを減少するものである。特に銅製素材リードフレーム、もしくは銅製素材にニッケルメッキ層、ニッケル−パラジウムメッキ層、ニッケル−パラジウム−金メッキ層を有するリードフレームに搭載された半導体素子を封止するエポキシ樹脂組成物、半田処理温度を高くする必要のある無鉛半田を用いる場合に最適である。
一般式（２）で示される骨格を有するホスファゼン化合物には、直鎖状と環状のものがある。
【００１３】
【化３】
2004095752.tif 000003
【００１４】
一般式（２）中のＲ１としては、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基等が挙げられ、更に窒素、硫黄、酸素、弗素原子等を含有する基、例えばアミノ基、メルカプト基、ヒドロキシ基、フルオロアルキル基等が挙げられる。
一般式（２）で示される骨格を有する直鎖状ホスファゼン化合物としては、一般式（３）で示されるものが好ましく、ｎは３〜１０００の整数で、Ｒ２としては、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基等が挙げられ、更に窒素、硫黄、酸素、弗素原子等を含有する基、例えばアミノ基、メルカプト基、ヒドロキシ基、フルオロアルキル基等が挙げられる。これらのうち耐熱性、耐湿性の点からアリールオキシ基が好ましく、樹脂成分との相溶性やエポキシ樹脂組成物の流動性の点から、２ｎ個のＲ２のうち少なくともｎ個はフェノキシ基が望ましい。
【００１５】
【化４】
2004095752.tif 000004
【００１６】
一般式（２）で示される骨格を有する環状ホスファゼン化合物としては、一般式（１）で示されるものが好ましく、ｎは３〜７の整数で、Ｒは一般式（２）のＲ１と同一のものである。これらのうち耐熱性、耐湿性の点からアリールオキシ基が好ましく、樹脂成分との相溶性やエポキシ樹脂組成物の流動性の点から、２ｎ個のＲのうち少なくともｎ個はフェノキシ基が望ましい。更に好ましい化合物としては、３量体の６員環構造のものであり、少量の他の環状化合物を含んでいてもよい。
一般式（１）で示される環状ホスファゼン化合物の具体例としては、ヘキサプロピルシクロトリホスファゼン、テトラエトキシジプロポキシシクロトリホスファゼン、ヘキサフェノキシシクロトリホスファゼン、ヘキサアニリノシクロトリホスファゼン、ヘキサキス（３−メルカプトプロピル）シクロトリホスファゼン、ヘキサキス（ヘプタフルオロプロピルオキシ）シクロトリホスファゼン等が挙げられる。具体的な構造は、式（４）、式（５）で示される。
【００１７】
【化５】
2004095752.tif 000005
【００１８】
【化６】
2004095752.tif 000006
【００１９】
本発明に含まれる他の環状ホスファゼン化合物としては、一般式（１）で示される少なくとも１個の環状ホスファゼン化合物が２価の有機基を介して、少なくとも１個の他の環状ホスファゼン化合物と結合した構造のものが挙げられる。環状ホスファゼン化合物同士を結合する２価の有機基としては、１，６−ジオキシヘキサン等のジオール化合物の水酸基から２個の水素原子を除いた基、或いはハイドロキノン、４，４’−ビフェノール、ビスフェノールＦ等の２官能フェノール化合物の水酸基から２個の水素原子を除いた基等が好ましい。相互の環状ホスファゼン化合物は同一でも異なっていてもよい。環状ホスファゼン化合物同士を結合した構造としては、式（６）が例示されるが、これに限定されるものではない。なお、ホスファゼン化合物については、特開昭５５−２７３４４号公報、特開平１１−１８１４２９号公報等に開示されている。
【００２０】
【化７】
2004095752.tif 000007
【００２１】
ホスファゼン化合物の配合量は、全エポキシ樹脂組成物に対し、０．０２〜２重量％であり、より好ましくは０．２〜１重量部である。配合量が下限値を下回ると、成形時の溶融粘度の低下が少なく耐半田性が期待できず、また、ニッケルメッキ層、ニッケル−パラジウムメッキ層又はニッケル−パラジウム−金メッキ層を含有するリードフレームと樹脂組成物との接着力向上の効果が不十分となるので好ましくない。上限値を越えると、硬化性が低下し生産性が劣り、硬化物の強度も低下し、その結果として耐半田性が悪化するので好ましくない。
前記配合量内なら銅製素材リードフレーム、ニッケルメッキ層、ニッケル−パラジウムメッキ層又はニッケル−パラジウム−金メッキ層から選ばれるメッキ層を有するリードフレームに対し優れた密着力を示し、その結果耐半田性が向上した半導体装置を得ることができる。
【００２２】
本発明に用いるポリブタジエン又はアクリロニトリル含有ゴムは、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂硬化剤と反応するカルボキシル基、エポキシ基又はフェノール性水酸基を含有しているものが、強度の低下を抑えながら低弾性率性を付与できる点で好ましい。また、粒径は５〜５００００ｎｍであり、下限値を下回ると海島構造としての応力分散が充分でなく、上限値を越えると分散性に劣り、また、ミクロ的なストレスが大きくなり、好ましくない。また、アクリロニトリル含有ゴムはブタジエンとアクリロニトリルの共重合体であり、且つアクリロニトリル変性量が１０〜５０重量％であるものが好ましい。この範囲を外れると分散性に劣り、ミクロ的なストレスが大きくなり、好ましくない。
本発明に用いるポリブタジエン又はアクリロニトリル含有ゴムの添加量は、全エポキシ樹脂組成物に対し、０．０２〜２重量％であり、より好ましくは、０．２〜１重量％である。添加量が下限値を下回ると、ニッケルメッキ層、ニッケル−パラジウムメッキ層又はニッケル−パラジウム−金メッキ層を含有するリードフレームと樹脂組成物との接着力の向上効果が不十分で、上限値を越えると樹脂組成物の充分な流動性が得られず、好ましくない。
【００２３】
本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｆ）成分を必須成分とするが、この他に必要に応じて、シランカップリング剤等のカップリング剤、酸化アンチモン等の難燃剤、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等の種々の添加剤を適宜配合しても差し支えない。
本発明の樹脂組成物を成形材料として製造するには、（Ａ）〜（Ｅ）、その他の添加剤をミキサー等によって十分に均一に常温混合した後、更に熱ロール、又はニーダー等で溶融混練し、冷却後粉砕して成形材料とすることができる。
この成形材料を用いて、銅製素材リードフレーム、若しくは、ニッケルメッキ層、ニッケル−パラジウムメッキ層又はニッケル−パラジウム−金メッキ層から選ばれるメッキ層を有するリードフレームに搭載された半導体素子を封止し、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成形方法で硬化成形すれば良い。
【００２４】
【実施例】
以下本発明を実施例で具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。配合割合は、全て重量部とする。
2004095752.tif 000008
【化８】
2004095752.tif 000009
【００２５】
2004095752.tif 000010
を配合し、ヘンシェルミキサーにて常温で混合した後、８０〜１００℃で二軸ロールにて混練し、これを冷却後粉砕して成形材料とした。
【００２６】
評価方法
耐半田クラック性：粉砕して得られた成形材料を加圧しタブレット化して、低圧トランスファー成形機にて１７５℃、９．８ＭＰａ、１２０秒の条件で半田クラック性試験用として９×９ｍｍの素子を８０ｐＱＦＰに封止した。封止したテスト用素子１０個を、１７５℃、８時間の後硬化処理の後３０℃、相対湿度６０％、１９２時間の条件で吸湿させた後、半田リフロー（２６０℃、１０秒）を３回行い、パッケージクラックの有無を判定した（クラック数／サンプル数）。
流動性：ＥＭＭＩ−１−６６に準じた金型を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、保圧時間１２０秒で測定した。
成形性：上記耐半田クラック性試験と同条件で連続５０ショット成形した。このうちの５ショットに１個の割合でサンプリングしたパッケージ１０個を用いて、外観評価を行った。
【００２７】
実施例２〜７、比較例１〜４
表１の配合に従って、実施例１と同様にして成形材料を作成し、実施例１と同様にして評価した。評価結果を表１に示す。実施例１以外で使用した成分について、下記に示す。
エポキシ樹脂２：ビフェニル型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＸ−４０００ＨＫ、融点１０５℃、エポキシ当量１９１ｇ／ｅｑ）
フェノール樹脂２：フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂（三井化学（株）製、ＸＬ−２２５−ＬＬ、軟化点１００℃、水酸基当量１７５ｇ／ｅｑ）
ポリブタジエン：新日本石油化学（株）製、Ｅ−１８００
【００２８】
式（４）で示されるホスファゼン化合物
【化９】
2004095752.tif 000011
【００２９】
【表１】
2004095752.tif 000012
【００３０】
【発明の効果】
本発明に従うと、ニッケルメッキ層、ニッケル−パラジウムメッキ層又はニッケル−パラジウム−金メッキ層を含有するリードフレームと樹脂組成物との接着力を向上させ、半導体封止装置の耐半田性に優れたエポキシ樹脂組成物、並びにこれらを用いた半導体装置が得られる。