(57)【要約】【課題】酸化されたリードフレームに対して接着力が優れた特性を有するエポキシ樹脂組成物を提供すること。【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂（Ｃ）２個以上の水酸基及び１個以上のカルボキシル基を有する芳香族炭化水素、（Ｄ）硬化促進剤及び（Ｅ）無機充填材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。【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）２個以上の水酸基及び１個以上のカルボキシル基を有する芳香族炭化水素、（Ｄ）硬化促進剤及び（Ｅ）無機充填材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】
請求項１又は２記載のエポキシ樹脂組成物を用いて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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びこれを用いた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子の封止方法としてエポキシ樹脂組成物のトランスファー成形が低コスト、大量生産に適しており、採用されて久しく、信頼性の点でもエポキシ樹脂やフェノール樹脂の改良により特性の向上が図られてきた。しかし、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、半導体素子の高集積化も年々進み、又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でき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工程で急激に２００℃以上の高温にさらされ、吸水した水分が爆発的に気化する際の応力によって、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との界面で剥離が生じたり、半導体装置にクラックが発生し、信頼性が著しく低下する現象である。
【０００３】
この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含有量を増加させることで低吸水化、高強度化、低熱膨張化を達成し耐半田性を向上させるとともに、低溶融粘度の樹脂成分を使用して、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。一方半田処理時の信頼性において、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、リードフレーム、インナーリード等の各部材との界面の接着性は、非常に重要になってきている。この界面の接着力が弱いと、半田処理後に各部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が、リードフレームとエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面の接着力の低下の一つの要因としてワイヤーボンディング時等におけるリードフレームの酸化が挙げられる。このためワイヤーボンディング時等に酸化されたリードフレームに対して接着力に優れた特性を有するエポキシ樹脂組成物が求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、酸化されたリードフレームに対して接着力に優れた特性を有するエポキシ樹脂組成物及び吸水後の半田処理においても半導体装置での剥離、クラックが少ない耐半田性に優れ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、
［１］　（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂（Ｃ）２個以上の水酸基及び１個以上のカルボキシル基を有する芳香族炭化水素、（Ｄ）硬化促進剤及び（Ｅ）無機充填材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、
［２］　第［１］項記載のエポキシ樹脂組成物を用いて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、
である。
【０００６】
【発明実施の形態】
本発明で用いられるエポキシ樹脂は、分子内にエポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマーであり、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル（フェニレン、ビフェニレン骨格を有する）型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、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等が挙げられ、耐半田性を最大限発現させるにはビフェニル型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル（フェニレン、ビフェニレン骨格を有する）型エポキシ樹脂が好ましい。これらは単独でも混合して用いてもよい。
【０００７】
本発明で用いられるフェノール樹脂は、分子内にフェノール性水酸基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマーであり、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、フェノールアラルキル（フェニレン、ビフェニレン骨格を有する）樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、ビスフェノールＡ、トリフェノールメタン等が挙げられ、耐半田性を最大限発現させるにはフェノールアラルキル（フェニレン、ビフェニレン骨格を有する）樹脂が好ましい。これらは単独でも混合して用いてもよい。
【０００８】
本発明に用いられる硬化促進剤としては、エポキシ基と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されているものを広く用いることができる。例えば１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のアミン系化合物、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いてもよい。
【０００９】
本発明に用いられる無機充填材の種類については特に限定されないが、一般に封止材料に用いられているものを使用することができる。例えば溶融破砕シリカ、溶融球状シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ、アルミナ、チタンホワイト、水酸化アルミニウム等が挙げられ、特に溶融球状シリカが好ましい。形状は限りなく真球状であることが好ましく、又粒子の大きさの異なるものを混合することにより充填量を多くすることができる。無機充填材の配合量としては、全エポキシ樹脂組成物中に６５〜９４重量％が好ましく、より好ましくは７５〜９２重量％が望ましい。６５重量％未満だと、無機充填材による補強効果が十分に発現せず、かつ吸水要因である樹脂成分の配合量が多くなるので、エポキシ樹脂組成物の硬化物の吸水量が増大してしまうため、半田処理時に半導体装置にクラックが発生しやすくなるおそれがある。９４重量％を越えるとエポキシ樹脂組成物の流動性が低下し、成形時に充填不良やチップシフト、パッドシフト、ワイヤースイープが発生しやすくなるおそれがある。
【００１０】
本発明に用いられる２個以上の水酸基及び１個以上のカルボキシル基を有する芳香族炭化水素は、カルボキシル基を含むので強い還元機能を有しており、これを用いることによりリードフレーム等の金属表面の酸化物を還元することができるため、金属とエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面の接着力を向上させることができる。還元機能のみを有する添加物を添加した場合、還元作用にあずからない添加剤は界面に残り、酸化金属以外の部材との接着力を阻害するおそれがあるが、本発明に用いる２個以上の水酸基及び１個以上のカルボキシル基を有する芳香族炭化水素は、２個以上の水酸基を有するのでエポキシ基と反応し架橋構造に取り込まれるので、界面において酸化金属以外の部材との接着力の阻害を引き起こしにくく、還元機能のみを有する添加物と比べて多く添加できるため金属表面の酸化物を還元する効果が大きくなる。
【００１１】
本発明で用いる２個以上の水酸基及び１個以上のカルボキシル基を有する芳香族炭化水素としては、ジヒドロキシ安息香酸、ジヒドロキシナフトエ酸、フェノールフタリン等があるが、この中でもジヒドロキシ安息香酸はカルボキシル基が結合した芳香族炭化水素の芳香環の炭素に隣接した炭素に水酸基が結合したものが、水酸基のキレート効果によりカルボキシル基の還元作用を、更に向上させるため好ましい。これらは単独でも併用してもよい。
２個以上の水酸基及び１個以上のカルボキシル基を有する芳香族炭化水素の含有量は、全エポキシ樹脂組成物中０．００５〜２．０重量％が好ましく、更に好ましくは０．０１〜１．０重量％が望ましい。０．０１重量％未満だと還元効果が小さく、３．０重量％を越えると未反応の添加剤が界面に残り硬化物の熱時強度を低下させるおそれがあり好ましくない。これらのものは、予めエポキシ樹脂やフェノール樹脂の全部又は一部に加熱混合して用いてもよい。
【００１２】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）成分の他、必要に応じて臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチモン、リン化合物、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、硼酸化合物等の難燃剤類、酸化ビスマス水和物等の無機イオン交換体、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランやγ−アミノプロピルトリエトキシシラン等のカップリング剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力化成分、天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸及びその金属塩類もしくはパラフィン等の離型剤等の各種添加剤を配合することもできる。
【００１３】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）成分及びその他の添加剤等をミキサー等を用いて常温混合し、ロール、ニーダー、押し出し機等の混錬機で溶融混錬し、冷却後粉砕する一般的な方法で得られる。
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子等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成形方法で成形硬化すればよい。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明を実施例で具体的に説明する。
実施例１
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−４００
０、エポキシ当量１９５、融点１０５℃）　　　　　　　　　　６．２２重量部
フェノールアラルキル樹脂（三井化学（株）製、ＸＬＣ−ＬＬ、水酸基当量１
７４、軟化点７７℃）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５．６８重量部
２，５−ジヒドロキシ安息香酸　　　　　　　　　　　　　　０．１０重量部
γ−グリシジルプロピルトリメトキシシラン　　　　　　　　０．３０重量部
溶融球状シリカ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　８７．００重量部
１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵという
）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．２０重量部
カーボンブラック　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．２０重量部
カルナバワックス　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．３０重量部
上記の全成分をミキサーを用いて混合した後、表面温度が９０℃と４５℃の２本ロールを用いて混練し、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。
【００１５】
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。
せん断強度：低圧トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、硬化時間１２０秒、注入圧力９．８ＭＰａで被着体とエポキシ樹脂組成物を一体成形し、図１に示すように被着体上に２×２×２ｍｍの成形品を密着させ、矢印の方向から力を加えてせん断強度を測定した。被着体は、銅素材に銅のフラッシュメッキを施したもの（Ｃｕ／Ｃｕフラッシュメッキ）、更にこの銅フラッシュメッキを施したものを２６０℃の熱板上で２０秒加熱しワイヤーボンディング後と同程度の酸化状態にしたもの（Ｃｕ／Ｃｕフラッシュメッキ（酸化処理促進品））、銅製に銅のフラッシュメッキし上に更に銀メッキを施したもの（Ｃｕ／Ｃｕフラッシュメッキ／Ａｇ）の３種類を用いた。被着体の厚さは１５０μｍである。測定温度は２６０℃。単位はＭＰａ。
耐半田性：低圧トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．３ＭＰａ、硬化時間１２０秒で１６０ピンＬＱＦＰ（パッケージサイズは２４×２４ｍｍ、厚み１．４ｍｍ、シリコンチップサイズは７．０×７．０ｍｍ、リードフレームは銅素材に銅のフラッシュメッキを施したものと銅素材に銅のフラッシュメッキを施したものを２６０℃の熱板上で２０秒加熱しワイヤーボンディング後と同程度の酸化状態にしたもの（酸化処理促進品）の２種類を成形し、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、７２時間放置したもの及び８５℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間放置したものを、それぞれ２６０℃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［（クラック発生率）＝（クラック発生パッケージ数）／（全パッケージ数）×１００］を％で表示した。又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［（剥離率）＝（剥離面積）／（チップ面積）×１００］を％で表示した。
【００１６】
実施例２〜１２、比較例１〜３
表１の配合に従い、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得て、実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。
なお、実施例１で用いた以外のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、加熱混合物の詳細を以下に示す。
オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９６、軟化点５５℃）、
式（１）のエポキシ樹脂（エポキシ当量２７２、軟化点５８℃）、
【００１７】
【化１】
2004018798.tif 000002
【００１８】
式（２）のフェノール樹脂（水酸基当量２００、軟化点６５℃）、
【００１９】
【化２】
2004018798.tif 000003
【００２０】
フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０５、軟化点１０５℃）
【００２１】
【表１】
2004018798.tif 000004
【００２２】
【表２】
2004018798.tif 000005
【００２３】
【発明の効果】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、酸化されたリードフレームに対しても接着力に優れており、これを用いて半導体素子を封止してなる半導体装置は、吸水後の半田処理においても剥離、クラックが少なく耐半田性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】被着体とエポキシ樹脂組成物を一体成形したせん断強度測定用成形品の断面図。
【図１】
2004018798.tif 000006