(57)【要約】【課題】流動性、耐半田性に優れた半導体封止用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）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填材、（Ｅ）一般式（１）で表されるシランカップリング剤、及び（Ｆ）１分子中にＳ原子とＮ原子を各１個以上含む化合物を必須成分と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。【化１】2004250476.tif 000019
【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、（Ｄ）無機充填材、（Ｅ）一般式（１）で表されるシランカップリング剤、及び（Ｆ）１分子中にＳ原子とＮ原子を各１個以上含む化合物を必須成分と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。
【化１】
2004250476.tif 000017
【請求項２】
（Ｆ）１分子中にＳ原子とＮ原子を各１個以上含む化合物が分子構造中にＳ−Ｃ−Ｎ構造を有する化合物である請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
（Ｅ）一般式（１）で表されるシランカップリング剤の構造が一般式（２）で表されるシランカップリング剤である請求項１又は２記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化２】
2004250476.tif 000018
【請求項４】
（Ｆ）１分子中にＳ原子とＮ原子を各１個以上含む化合物がチアゾリン化合物である請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
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硬化剤である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工程で急激に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、半導体装置内、特に半導体素子、リードフレーム、インナーリード上の金メッキや銀メッキ等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質充填材の充填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ある（例えば、特許文献１参照。）。この手法を用いることにより耐半田性がかなり改良されるが、無機充填材の充填割合の増加と共に、流動性が犠牲になりパッケージ内に空隙が生じやすくなる欠点があった。またメッキ部分とエポキシ樹脂組成物の界面での剥離を防止する為、アミノシランやメルカプトシラン等の各種カップリング剤を添加して流動性と耐半田性の両立を図る手法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）が、この方法でも十分に良好な半導体封止用エポキシ樹脂組成物は得られるには至らなかった。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６４−６５１１６号公報（２〜７頁）
【特許文献２】
特開平９−２５５８５２号公報（２〜７頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、流動性、耐半田性に優れた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を提供するものである。
【０００６】
【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）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填材、（Ｅ）一般式（１）で表されるシランカップリング剤、及び（Ｆ）１分子中にＳ原子とＮ原子を各１個以上含む化合物を必須成分と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、
【化３】
2004250476.tif 000002
【０００７】
［２］  （Ｆ）１分子中にＳ原子とＮ原子を各１個以上含む化合物が分子構造中にＳ−Ｃ−Ｎ構造を有する化合物である第［１］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［３］  （Ｅ）一般式（１）で表されるシランカップリング剤の構造が一般式（２）で表されるシランカップリング剤である第［１］又は［２］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【化４】
2004250476.tif 000003
［４］  （Ｆ）１分子中にＳ原子とＮ原子を各１個以上含む化合物がチアゾリン化合物である請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［５］  第［１］乃至［４］項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してなることを特徴とする半導体装置、
である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に用いるエポキシ樹脂としては、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、ポリマー全般を言い、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、ビフェニレン骨格等を有する）等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
【０００９】
本発明に用いるフェノール樹脂としては、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、ポリマー全般を言い、その分子量、分子構造を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、ビフェニレン骨格等を有する）等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
【００１０】
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が０．８〜１．３であることが好ましく、この範囲を外れると、エポキシ樹脂組成物の硬化性の低下、或いは硬化物のガラス転移温度の低下、耐湿信頼性の低下等が生じる可能性がある。
【００１１】
本発明に用い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するものを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、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、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
【００１２】
本発明に用いる無機充填材としては、一般に半導体封止用エポキシ樹脂組成物に使用されているものを用いることができる。例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、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。これらの無機充填剤は、単独でも混合して用いても差し支えない。無機充填材の配合量は、特に限定されないが、全エポキシ樹脂組成物中７８〜９６重量％が好ましい。下限値を下回ると十分な耐半田性が得られない可能性があり、上限値を超えると十分な流動性が得られない可能性がある。
【００１３】
本発明において一般式（１）で表されるシランカップリング剤は必須であり、さらには一般式（２）で表されるシランカップリング剤を用いた場合、流動性及び耐半田性を改良する効果が大きく好ましい。一般式（１）で表されるシランカップリング剤は１種類を単独で使用しても２種類以上を併用してもよい。また配合量は、特に限定されないが、全エポキシ樹脂組成物中０．０１〜３重量％が望ましく、より好ましくは０．０５〜１重量％である。上記の下限値を下回ると十分な流動性が得られない可能性があり、上限値を超えると硬化性が低下する可能性がある。
【００１４】
本発明において１分子中にＳ原子とＮ原子を各１個以上含む化合物は必須であり、その分子量、分子構造は特に限定されないが、化合物中にＳ−Ｃ−Ｎ構造を有する化合物である場合、メッキ部分との密着の効果が大きくなり好ましい。このような化合物として例えば、チアゾリン、チアゾール等がある。このような化合物の中では、密着強度が大きいことから、チアゾリン化合物がより好ましい。１分子中にＳ原子とＮ原子を各１個以上含む化合物は１種類を単独で使用しても２種類以上を併用してもよい。また、１分子中にＳ原子とＮ原子を各１個以上含む化合物の配合量は特に限定されないが、全エポキシ樹脂組成物中０．０１〜３重量％が望ましく、より好ましくは０．０５〜１重量％である。下限値を下回るとメッキ部分と十分な密着性が得られない可能性があり、上限値を超えると硬化性が低下する可能性がある。
【００１５】
本発明において一般式（１）で表されるシランカップリング剤と、１分子中にＳ原子とＮ原子を各１個以上含む化合物は併用することが必須であり、どちらか一方だけ配合していても、流動性及び耐半田性が十分でない。
【００１６】
（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）一般式（１）で表されるシランカップリング剤、及び（Ｆ）１分子中にＳ原子とＮ原子を各１個以上含む化合物を必須成分とする
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、硬化促進剤、無機充填材、一般式（１）で表されるシランカップリング剤、及び分子中にＳ原子とＮ原子を各１個以上含む化合物を必須成分とし、更にこれ以外に必要に応じて、一般式（１）で表される以外のアミノシラン、エポキシシラン、メルカプトシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン等のシランカップリング剤や、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、アルミニウム／ジルコニウムカップリング剤等のカップリング剤、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及び、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、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ほう酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、フォスファゼン等の難燃剤等の添加剤を適宜配合しても差し支えない。
【００１７】
また、本発明のエポキシ樹脂組成物は、ミキサー等を用いて原料を充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、冷却後粉砕して得られる。
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。
【００１８】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。配合割合は重量部とする。
なお、実施例、及び比較例で用いたカップリング剤及び１分子中にＳ原子とＮ原子を各１個以上含む化合物について、以下に示す。
カップリング剤１：式（３）で示されるカップリング剤（信越化学（株）製、ＫＢＭ−５７３）
【化５】
2004250476.tif 000004
【００１９】
カップリング剤２：式（４）で示されるカップリング剤（信越化学（株）製、Ｘ１２−８０６）
【化６】
2004250476.tif 000005
【００２０】
カップリング剤３：式（５）で示されるカップリング剤（信越化学（株）製、ＫＢＭ−４０３）
【化７】
2004250476.tif 000006
【００２１】
カップリング剤４：式（６）で示されるカップリング剤（信越化学（株）製、ＫＢＭ−８０３）
【化８】
2004250476.tif 000007
【００２２】
カップリング剤５：式（７）で示されるカップリング剤（信越化学（株）製、ＫＢＥ−９０３）
【化９】
2004250476.tif 000008
【００２３】
Ｓ、Ｎ含有化合物１：式（８）で示される化合物（関東化学、一級試薬）
【化１０】
2004250476.tif 000009
【００２４】
Ｓ、Ｎ含有化合物２：式（９）で示される化合物（関東化学、一級試薬）
【化１１】
2004250476.tif 000010
【００２５】
Ｓ、Ｎ含有化合物３：式（１０）で示される化合物（関東化学、一級試薬）
【化１２】
2004250476.tif 000011
【００２６】
実施例１
エポキシ樹脂１：式（１１）を主成分とするエポキシ樹脂（ジャパンエポキシ
レジン（株）製、ＹＸ−４０００、エポキシ当量１９０ｇ／ｅｑ、融点１０５℃
、以下、Ｅ−１という）                                        ４９重量部
【化１３】
2004250476.tif 000012
【００２７】
フェノール樹脂２：式（１２）で示されるフェノール樹脂（三井化学（株）製
、ＸＬＣ−ＬＬ、水酸基当量１６５ｇ／ｅｑ、軟化点７９℃、以下Ｈ−１という
）                                                          ４２重量部
【化１４】
2004250476.tif 000013
【００２８】
１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵという
）                                                            ５重量部
溶融球状シリカ（平均粒径２１μｍ）                      ８９０重量部
カップリング剤１                                            ３重量部
Ｓ、Ｎ含有化合物１                                          ３重量部
カーボンブラック                                            ３重量部
カルナバワックス                                            ５重量部
をミキサーにて混合し、熱ロールを用いて、９５℃で８分間混練して冷却後粉砕し、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１に示す。
【００２９】
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℃、圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒で測定した。単位はｃｍ。
密着強度：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件で、リードフレーム上に２ｍｍ×２ｍｍ×２ｍｍの密着強度試験片を成形した。リードフレームには銅フレームに銀メッキしたもの（フレーム１）とＮｉＰｄ合金フレームに金メッキしたもの（フレーム２）の２種類を用いた。その後、自動せん断強度測定装置（ＤＡＧＥ社製、ＰＣ２４００）を用いて、エポキシ樹脂組成物の硬化物とフレームとのせん断強度を測定した。単位はＮ／ｍｍ２。
耐半田クラック：低圧トランスファー成形機を用いて、成形温度１７５℃、圧力８．３ＭＰａ、硬化時間１２０秒で、８０ｐＱＦＰ（ＮｉＰｄ合金フレームに金メッキしたフレーム、チップサイズ６．０ｍｍ×６．０ｍｍ）を成形し、アフターベークとして１７５℃、８時間加熱処理した後、８５℃、相対湿度８５％で１２０時間の加湿処理を行った後、２６０℃のＩＲリフロー処理をした。パッケージ内部の剥離とクラックを超音波探傷機で確認した。１０個のパッケージ中の不良パッケージ数を示す。
【００３０】
実施例２〜７、比較例１〜５
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。
実施例１以外で用いた原材料を以下に示す。
エポキシ樹脂２：式（１３）で示されるエポキシ樹脂（日本化薬（株）製、ＮＣ３０００Ｐ、軟化点５８℃、エポキシ当量２７３、以下、Ｅ−２という）
【化１５】
2004250476.tif 000014
【００３１】
フェノール樹脂２：式（１４）で示されるフェノール樹脂（明和化成（株）製、ＭＥＨ−７８５１ＳＳ、軟化点１０７℃、水酸基当量２０４、以下、Ｈ−２という）
【化１６】
2004250476.tif 000015
【００３２】
【表１】
2004250476.tif 000016
【００３３】
【発明の効果】
本発明に従うと、流動性、耐半田性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び半導体装置を得ることができる。