(57)【要約】【課題】パッケージの反りを少なくすることができ、偏肉充填性及び耐湿信頼性を高く得ることができる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。【解決手段】エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材及び硬化促進剤を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。硬化促進剤として、下記の式（Ａ）で示されるものを用いる。この硬化促進剤によって、偏肉充填性及び耐湿信頼性を高く得ることができると共に、パッケージの反りを少なくすることができる。【化１】2004256643.tif 000005【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材及び硬化促進剤を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、硬化促進剤として、下記の式（Ａ）で示されるものを用いて成ることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化１】
2004256643.tif 000004
【請求項２】
式（Ａ）で示される硬化促進剤の添加量が、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０１〜５．０質量％であることを特徴とする請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
エポキシ樹脂として、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂全量に対して５〜３０質量％用いて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
無機充填材の含有量が、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して７０〜９５質量％であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
硬化物のガラス転移温度が１８０℃以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止成形して成ることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子（チップ）を封止するために用いられる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を用いた半導体装置（パッケージ）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インテリジェントパワーモジュールの分野において半導体素子の封止方法は、液状のエポキシ樹脂組成物等の封止材を用いた滴下法・注型法からトランスファーモールド法へと移行している。この分野におけるパッケージは、通常、１つのパッケージ内に複数の半導体素子等の電子部品を内蔵しているため、非常に大型のパッケージとなることが多く、また、片側に放熱板を設けるために片面封止タイプの構造を取るパッケージとなることも多い。このように、パッケージが大型化したり、片面封止タイプの構造を取ったりする場合には、封止後においてパッケージに反りが発生しやすくなるという問題がある。
【０００３】
また、パッケージが小型である場合や両面封止タイプの構造を取る場合であっても、パッケージの反りは問題となる。すなわち、図１に示すパッケージは、１つの半導体素子３を搭載したリードフレーム４を金型にセットし、これを封止材１で封止成形することによって製造されるものであり、両面封止タイプの構造を取るものであるが、このパッケージにおいては、半導体素子３及びリードフレーム４を挟んで両側の封止材１の肉厚ｄ１，ｄ２の差が極端に大きいので、パッケージの反りが問題となるものである。しかもこのように封止材１の肉厚が偏っている場合には、肉厚が均一な場合よりも、封止材１の充填性が悪化するという問題もある。具体的には、パッケージにウェルドライン、ピンホール、ボイド等の欠陥が生じて品質を低下させるものである。そしてこれまでにパッケージの反りを少なくする技術としては多くのものが提供されているが（例えば、特許文献１参照。）、上記のように封止材１の肉厚が偏っている場合の充填性（以下、「偏肉充填性」という。）をも高める技術は提供されていない。
【０００４】
また、パッケージの反りを少なくするためには、封止材に配合する硬化促進剤として、イミダゾール系等の反応性の高い硬化促進剤を使用することが有効であるが、この場合には加水分解性塩素等の不純イオン（例えば、Ｃｌ−、Ｎａ＋、Ｂｒ−）が発生し、これにより耐湿信頼性が著しく低下するものである。なお、封止材に配合する硬化促進剤として、トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）等のリン系硬化促進剤を使用した場合には、封止材のガラス転移温度（Ｔｇ）が低くなり、パッケージの低反り化が困難となる。
【０００５】
このように現状においては、パッケージの反り、偏肉充填性及び耐湿信頼性のすべての点について満足のゆくレベルに達した技術は見当たらないものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１８１４７９号公報（特許請求の範囲等）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、パッケージの反りを少なくすることができ、偏肉充填性及び耐湿信頼性を高く得ることができる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ことを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材及び硬化促進剤を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、硬化促進剤として、下記の式（Ａ）で示されるものを用いて成ることを特徴とするものである。
【０００９】
【化２】
2004256643.tif 000002
【００１０】
また請求項２の発明は、請求項１において、式（Ａ）で示される硬化促進剤の添加量が、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０１〜５．０質量％であることを特徴とするものである。
【００１１】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、エポキシ樹脂として、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂全量に対して５〜３０質量％用いて成ることを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、無機充填材の含有量が、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して７０〜９５質量％であることを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、硬化物のガラス転移温度が１８０℃以上であることを特徴とするものである。
【００１４】
また請求項６に係る半導体装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止成形して成ることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、必須成分としてエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材及び硬化促進剤を配合して得られるものである。
【００１７】
エポキシ樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、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、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等を１種又は２種以上用いることができる。エポキシ樹脂の含有量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して３〜２５質量％であることが好ましい。
【００１８】
エポキシ樹脂を２種以上用いる場合には、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂全量に対して５〜３０質量％用いることが好ましい。このようにすると、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の吸湿量が下がり、後述する式（Ａ）で示される硬化促進剤による耐湿信頼性向上の効果をさらに高めることができるものである。しかし、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂の含有量が５質量％未満であると、低吸湿化の効果を十分に得ることができないおそれがあり、逆に３０質量％を超えると、硬化物のガラス転移温度（Ｔｇ）が低下するおそれがある。
【００１９】
硬化剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、フェノールノボラック樹脂、ナフタレン骨格含有フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂等を１種又は２種以上用いることができる。エポキシ樹脂と硬化剤のモル比は０．８〜１．３であることが好ましい。
【００２０】
無機充填材としては、特に限定されるものではないが、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等を１種又は２種以上用いることができる。無機充填材の含有量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して７０〜９５質量％であることが好ましい。このようにすると、後述する式（Ａ）で示される硬化促進剤による低反り化及び偏肉充填性向上の効果をさらに高めることができるものである。しかし、無機充填材の含有量が７０質量％未満であると、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物の線膨張係数が大きくなり、反りを十分に少なくすることができないおそれがあり、逆に９５質量％を超えると、良好な偏肉充填性を十分に得ることができないおそれがある。
【００２１】
硬化促進剤としては、式（Ａ）で示される硬化促進剤を用いるものである。式（Ａ）中、左側の括弧内の原子団におけるメチル基（−ＣＨ３）が電子吸引基として働き、一方、右側の括弧内の原子団における水酸基（−ＯＨ）が電子供与基として働くことによって、共鳴効果による電子密度の差が生じているが、左側の括弧内の原子団が正電荷を帯び、一方、右側の括弧内の原子団が負電荷を帯びることによって、式（Ａ）で示される硬化促進剤は全体として電気的に中性となり、安定した状態となっているものである。
【００２２】
そして式（Ａ）で示される硬化促進剤を用いることによって、偏肉充填性及び耐湿信頼性を高く得ることができると共に、パッケージの反りを少なくすることができるものである。すなわち１つ目の効果として、図１に示すように肉厚が不均一なパッケージを成形する場合であっても、肉厚が均一なパッケージを成形する場合と同様に良好な充填性を得ることができ、パッケージにウェルドライン、ピンホール及びボイド等の欠陥が発生するのを防止することができるという効果が得られるものである。特に、式（Ａ）で示される硬化促進剤は潜在性を有しているので、この硬化促進剤を添加して調製される半導体封止用エポキシ樹脂組成物は溶融状態を長く維持することができ、大型のパッケージを成形する場合であっても偏肉充填性を高く得ることができる。また２つ目の効果として、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度を高めることができるので、片面封止タイプの構造を取るパッケージ、両面封止タイプの構造を取るパッケージであって肉厚が不均一なもの（図１に示すパッケージ）及び大型のパッケージのうちいずれのパッケージを成形する場合であっても、反りを少なくすることができるという効果が得られるものである。さらに３つ目の効果として、Ｃｌ−、Ｎａ＋、Ｂｒ−等の不純イオンの発生を抑制することができるので、耐湿信頼性を高く得ることができるという効果が得られるものである。
【００２３】
式（Ａ）で示される硬化促進剤の添加量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０１〜５．０質量％であることが好ましい。添加量をこの範囲に調整することによって、偏肉充填性及び耐湿信頼性をさらに高く得ることができると共に、パッケージの反りをさらに少なくすることができるものである。ただ、添加量が０．０１質量％未満であると、ゲル化時間が長くなって作業性が低下したり、成形後の剛性が低下したりするおそれがあり、逆に添加量が５．０質量％を超えると、成形の途中で硬化反応が著しく進み、ボイド等の未充填が発生しやすくなるおそれがある。
【００２４】
また硬化促進剤としては、式（Ａ）で示される硬化促進剤のほか、その他の硬化促進剤を併用することができる。その他の硬化促進剤としては、例えば、２−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール（２ＰＺ）、トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）、トリメチルホスフィン等の有機リン化合物類、１，８−ジアザビシクロ〔５．４．０〕ウンデセン−７、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミン等の第三級アミン類等を用いることができる。ただ、従来の技術において説明したように、イミダゾール系等の反応性の高い硬化促進剤を用いる場合には耐湿信頼性が低下するおそれがあり、またトリフェニルホスフィン等を用いる場合にはパッケージの低反り化が困難となるおそれがあるので、これらの硬化促進剤を併用する場合には、その添加量を、式（Ａ）で示される硬化促進剤による効果が損なわれない範囲となるように適宜に調整すればよい。
【００２５】
半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記の必須成分のほか、任意成分としてカルナバワックス等の離型剤、リン系難燃剤、臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等のブロム化合物や三酸化アンチモン等の難燃剤、カーボンブラックや有機染料等の着色剤、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のカップリング剤、シリコーンゴムパウダー等を配合することができる。
【００２６】
そして、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、硬化促進剤、必要に応じてその他の成分を配合し、これをミキサー等で均一に混合した後、さらに加熱ロールやニーダー等で混練することによって、本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製することができる。なお、各成分を配合する順序は特に限定されるものではなく、また、上記のように混練した後、粉砕することによってパウダー化したり、さらにタブレット化したりすることもできる。
【００２７】
上記のようにして調製した半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度は１８０℃以上（実質上の上限は２２０℃）であることが好ましい。その理由は、パッケージの反りをさらに少なくすることができるからである。ここで、ガラス転移温度を１８０℃以上とするには、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の各成分の含有量を既述の範囲で適宜に調整すればよい。なお、ガラス転移温度が１８０℃未満であっても低反り化は可能であるが、その効果は、ガラス転移温度が１８０℃以上である場合よりも小さい。
【００２８】
次に、上記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を封止材として用い、この封止材で半導体素子を封止成形することによって、半導体装置（パッケージ）を製造することができる。例えば、ＩＣ等の半導体素子を搭載したリードフレームをトランスファー成形用金型にセットし、トランスファー成形を行うことによって、半導体素子を半導体封止用エポキシ樹脂組成物による成形品に封止した半導体装置を製造することができるものである。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００３０】
エポキシ樹脂として、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂である住友化学工業（株）製「ＥＳＣＮ１９５ＸＬ」、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂である大日本インキ化学工業（株）製「ＨＰ７２００」を用いた。
【００３１】
硬化剤として、フェノールノボラック樹脂である明和化成（株）製「Ｈ１−Ｍ」及び「ＤＬ−９２」を用いた。
【００３２】
無機充填材として、溶融シリカ（真比重２．２、比表面積０．８ｍ２／ｇ、平均粒径１５μｍ）を用いた。
【００３３】
硬化促進剤として、式（Ａ）で示される硬化促進剤であるサンアプロ（株）製「ＲＸ−１０２」のほか、トリフェニルホスフィンである北興化学工業（株）製「ＴＰＰ」、２−フェニルイミダゾールである四国化成工業（株）製「２ＰＺ」を用いた。
【００３４】
離型剤として、カルナバワックスを用いた。
【００３５】
カップリング剤として、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシランを用いた。
【００３６】
難燃剤として、三酸化アンチモン（三菱マテリアル（株）製）、臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（住友化学工業（株）製「ＥＳＢ−４００Ｔ」）を用いた。
【００３７】
着色剤として、カーボンブラック（三菱マテリアル（株）製）を用いた。
【００３８】
シリコーンゴムパウダーである信越化学工業（株）製「ＫＭＰ６００」を用いた。
【００３９】
そして、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材及び硬化促進剤その他の成分を表１に示す配合量で配合し、これをミキサーで十分に混合した後、さらに加熱ロールで約５分間混練することによって、実施例１〜７及び比較例１、２の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製した。このようにして得た半導体封止用エポキシ樹脂組成物について、１７０℃におけるスパイラルフロー及びゲルタイムを測定した。その結果を表１に示す。また、以下のような試験を行った。
【００４０】
・パッケージの反り
まず図２に示すように、大きさが４０ｍｍ×６０ｍｍ×厚み１．５ｍｍであるＡｌ（アルミニウム）板５の片面に、厚み３ｍｍとなるように半導体封止用エポキシ樹脂組成物２を成形することによって、パッケージの反りを評価するためのサンプルを作製した。成形条件は、１７５℃、１２０秒間とし、アフターキュアーの条件は、１７５℃、６時間とした。次に、表面粗さ計を用いて上記のサンプルの２箇所（図２において矢印で示す箇所）について測定を行うことによって、表面の高低差の最大値として反り量を求めた。
【００４１】
・耐湿信頼性（不純イオン濃度）
まず１００ｇの半導体封止用エポキシ樹脂組成物を５時間、１７５℃の恒温機内に入れることによって硬化させた。次に、恒温機から取り出した硬化物をスタンプミルで粉砕し、この粉砕物を１００メッシュの篩に通過させることによって、耐湿信頼性を評価するための試料を調製した。そして、この試料を耐圧抽出容器内で１２１℃、２４時間処理した後、この試料に含有される不純イオン（Ｎａ＋、Ｃｌ−、Ｂｒ−）の濃度をイオンクロマト装置で測定した。
【００４２】
・ガラス転移温度
半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、直径５ｍｍ、長さ３０ｍｍの試験片を成形した。成形条件は、１７０℃、６０秒間とし、アフターキュアーの条件は、１７５℃、６時間とした。次に、東京工業（株）製の線膨張試験機を用いて、上記の試験片についてα１（８０〜１２０℃における線膨張係数）、α２（２３０〜２６０℃における線膨張係数）を測定することによって、２直線の交点に対応する温度を求め、この温度をガラス転移温度とした。
【００４３】
・耐湿信頼性（ＰＣＴ試験及びＴＨＢ試験）
評価用のアルミ回路が形成された半導体素子を搭載したリードフレームを金型にセットし、これを半導体封止用エポキシ樹脂組成物でトランスファー成形した後、１７５℃、６時間の条件でアフターキュアーすることによって、大きさが７ｍｍ×１９ｍｍ×厚み３．３ｍｍである１６ＤＩＰを製造した。この１６ＤＩＰについてＰＣＴ試験及びＴＨＢ試験を行うことによって、耐湿信頼性を評価した。なお、実施例１〜７の１６ＤＩＰを観察すると、いずれも偏肉充填性が良好であることが確認された。
【００４４】
ＰＣＴ試験は、上記の１６ＤＩＰを０．２０ＭＰａ（２ａｔｍ）、１２１℃、１０００時間の条件で処理した後、アルミ回路の断線不良数をカウントして不良率を求めることによって行った。
【００４５】
一方、ＴＨＢ試験は、上記の１６ＤＩＰを８５℃、８５％ＲＨの条件下に置き、アルミ回路の平行する２本の回路間に２５Ｖの電圧を印加して５００時間処理した後、アルミ回路の断線不良数をカウントして不良率を求めることによって行った。
【００４６】
以上の試験の結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
2004256643.tif 000003
【００４８】
表１にみられるように、実施例１〜７のものは、式（Ａ）で示される硬化促進剤を用いていない比較例１、２のものよりも、耐湿信頼性を高く得ることができると共にパッケージの反りを少なくすることができることが確認される。
【００４９】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材及び硬化促進剤を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、硬化促進剤として、式（Ａ）で示されるものを用いるので、偏肉充填性及び耐湿信頼性を高く得ることができると共に、パッケージの反りを少なくすることができるものである。
【００５０】
また請求項２の発明は、式（Ａ）で示される硬化促進剤の添加量が、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０１〜５．０質量％であるので、偏肉充填性及び耐湿信頼性をさらに高く得ることができると共に、パッケージの反りをさらに少なくすることができるものである。
【００５１】
また請求項３の発明は、エポキシ樹脂として、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂全量に対して５〜３０質量％用いるので、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の吸湿量が下がり、耐湿信頼性をさらに高めることができるものである。
【００５２】
また請求項４の発明は、無機充填材の含有量が、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して７０〜９５質量％であるので、式（Ａ）で示される硬化促進剤による低反り化及び偏肉充填性向上の効果をさらに高めることができるものである。
【００５３】
また請求項５の発明は、硬化物のガラス転移温度が１８０℃以上であるので、パッケージの反りをさらに少なくすることができるものである。
【００５４】
また請求項６に係る半導体装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止成形するので、偏肉充填性及び耐湿信頼性に優れていると共に、反りが少ないものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】封止材の肉厚が不均一な両面封止タイプの構造を取るパッケージを示す断面図である。
【図２】パッケージの反りを評価するために作製したサンプルを示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
２  半導体封止用エポキシ樹脂組成物
３  半導体素子
【図１】
2004256643.tif 000006
【図２】
2004256643.tif 000007