(57)【要約】【課題】金属と樹脂との密着力を向上させたエポキシ樹脂組成物及びこれを用いた耐湿性の優れた半導体装置用パッケージを提供する。【解決手段】エポキシ樹脂組成物は、次の（ａ）（ｂ）（ｃ）の３成分を含有しそれらの合計が５０ないし９５質量％である。（ａ）平均粒径が０．１μｍ以上５μｍ以下の水酸化マグネシウムが１０〜３０質量％、（ｂ）１−ブタノールを媒体として測定した密度が２．１０ｇ／ｃｍ３未満で吸湿率が３％以上かつ平均粒径が０．１μｍ以上３μｍ以下のシリカが１質量％以上２０質量％以下、（ｃ）シリカ及びアルミナからなる群より選択される平均粒径が３μｍを越え３０μｍ以下の無機フィラーを３０質量％以上７０質量％以下。半導体装置用パッケージは、このエポキシ樹脂組成物を用いて金属または金属からなる複合材料と一体成形されてなる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカ及びアルミナからなる群より選択される、平均粒径が３μｍを越え３０μｍ以下の無機フィラーを３０質量％以上７０質量％以下、平均粒径が０．１μｍ以上５μｍ以下の水酸化マグネシウムを１０ないし３０質量％含有することを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
エポキシ樹脂組成物中に、以下（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の３成分を含有し、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の含有量の合計が５０ないし９５質量％であることを特徴とする請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。
（ａ）平均粒径が０．１μｍ以上５μｍ以下の水酸化マグネシウムが１０ないし３０質量％、
（ｂ）１−ブタノールを媒体として測定した密度が２．１０ｇ／ｃｍ３未満で吸湿率が３％以上、かつ平均粒径が０．１μｍ以上３μｍ以下のシリカが１質量％以上２０質量％以下、
（ｃ）シリカ及びアルミナからなる群より選択される平均粒径が３μｍを越え３０μｍ以下の無機フィラーを３０質量％以上７０質量％以下。
【請求項３】
請求項１または２記載のエポキシ樹脂組成物を用いて、金属または金属からなる複合材料と一体成形された半導体装置用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リードフレーム等の金属に対する密着性を向上させ、これにより耐湿性に優れた半導体装置を製造するためのエポキシ樹脂組成物、ならびにこの樹脂組成物から成る半導体装置用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子は、周囲の温度や湿度の変化、あるいは微細なごみや埃などに大きく影響され、その特性が変化してしまったり、機械的衝撃や振動により破損しやすいものとなっている。このため、半導体素子の外部環境からの保護のため、セラミックス製や樹脂製の箱（パッケージ）に封入した状態で使用に供することは良く知られている。中でも固体撮像素子（例えばＣＣＤ、ＭＯＳ、ＣＰＤ等）、光書き込み／消去可能なメモリー（例えばＥＰＲＯＭ等）等、光学特性を有する半導体素子を用いた半導体装置には、光透過性が要求される。そのため、水分が結露して光透過率を低下させるのを防止するために、気密封止性、特に耐湿性が要求される。
【０００３】
パッケージ方式には、大別して気密封止方式と樹脂封止方式がある。気密封止方式では、セラミックスが用いられることもあるが、樹脂を用いるパッケージも存在する。すなわち、樹脂製の中空パッケージ（以下、単に「パッケージ」と称することもある。）の中央部に、接着剤によって固着された半導体素子は、インサート成形によって樹脂成形体と一体化され、両端がパッケージの内側と外側に開放されたリードフレームとボンディングワイヤーによって、電気的に接続されている。また樹脂成形体の上面の開口部を、透明あるいは不透明、半透明な合成樹脂板、ガラス板、セラミックス板などの蓋材を接着剤によって固着し、半導体素子をパッケージ内に気密封止するというものである。
【０００４】
しかしながら、このような封止手段を講じても、時間の経過に伴い微量の水分がパッケージ内に侵入し、半導体素子の機能を低下させ、ついには使用不可能の状態になったり、特に、前述の光学特性を有する半導体装置では、透明な蓋材の内側に水分が結露し、光透過率を低下させてしまうなどの問題があった。
【０００５】
これに対し、末次らは、特開平６−４９３３３号公報、特開平７−１２６４９４号公報、特開平７−１２６４９２号公報等において、ある種の吸湿材を樹脂中に含有させ、これによりパッケージや接着剤の耐湿性を大幅に向上させる手法を提案している。この手法により、これまで耐水性が不足していた樹脂製パッケージにおいても、特に光学特性を有する半導体装置に使用が可能となった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし近年においては、半導体装置の更なる小型化、薄型化が望まれ、それに伴いパッケージ厚みもこれまでよりも薄くなることが望まれている。したがって、これまでよりもさらに耐湿性を向上させたパッケージを用いないと、半導体素子の機能を低下させてしまうこととなっている。前述の特開平６−４９３３３号公報記載の低密度球状シリカの添加量を増やせば、この問題をある程度解決することはできるが、さらに性能の優れた樹脂が求められる。
【０００７】
そこで本発明の目的は、これまでよりも耐湿性を向上させ、より小型化、薄型化の半導体装置を製造することのできる樹脂組成物を提供し、これも用いて製造される半導体装置用パッケージを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述のように、一般的に樹脂から成る半導体装置は、外部基板と電気的接続を得るために、リードフレームを一体成形する。本発明者らは検討の結果、樹脂とリードフレームの密着力をより強める手法を開発した。
【０００９】
すなわち、本発明により、シリカ及びアルミナからなる群より選択される、平均粒径が３μｍを越え３０μｍ以下の無機フィラーを、３０質量％以上７０質量％以下、平均粒径が０．１μｍ以上５μｍ以下の水酸化マグネシウムを１０ないし３０質量％含有することを特徴とするエポキシ樹脂組成物が提供される。
【００１０】
さらに、エポキシ樹脂組成物中に、以下（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の３成分を含有し、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の含有量の合計が５０ないし９５質量％であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物が提供される。
（ａ）平均粒径が０．１μｍ以上５μｍ以下の水酸化マグネシウムが１０ないし３０質量％、
（ｂ）１−ブタノールを媒体として測定した密度が２．１０ｇ／ｃｍ３未満で吸湿率が３％以上、かつ平均粒径が０．１μｍ以上３μｍ以下のシリカが１質量％以上２０質量％以下、
（ｃ）シリカ及びアルミナからなる群より選択される平均粒径が３μｍを越え３０μｍ以下の無機フィラーを３０質量％以上７０質量％以下。
【００１１】
また、これらのエポキシ樹脂組成物を用いて、金属または金属からなる複合材料と一体成形された半導体装置用パッケージが提供される。
【００１２】
この特定の配合剤を含有するエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂組成物自体の耐湿性が向上すると共に、リードフレームとの密着性を著しく向上させ、その結果リードフレームと樹脂の界面から侵入する水を減少させることができる。すなわち、パッケージ内部に侵入する水分を減少させ、半導体装置の耐湿性を向上させることが出来る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
使用するエポキシ樹脂として特に制限は無く、公知の種々のエポキシ樹脂が挙げられ、例えばオルソクレゾール型、ビフェノール型、ナフタレン型、ビスフェノール型などのエポキシ樹脂が１種類または２種類以上混合して使用できる。
ここでエポキシ樹脂の配合割合としては、全樹脂組成物１００重量％中に通常５〜２５重量％、好ましくは５〜１５重量％である。
【００１４】
エポキシ樹脂に対する硬化剤としては、公知の種々の硬化剤が使用され、例えばフェノールノボラック類、脂肪族あるいは芳香族アミン、またはそれらの変性物、酸無水物、酸ヒドラジド等が挙げられる。これらの硬化剤は、エポキシ樹脂のエポキシ基に対し０．５ないし１．５当量、好ましくは０．８ないし１．２当量の割合で配合される。
【００１５】
本発明の樹脂組成物中には、水酸化マグネシウムを含有することを特徴とする。使用する水酸化マグネシウムの平均粒子径（本発明において平均粒子径の測定はレーザー法による。）は０．１μｍ以上５μｍ以下であり、好ましくは０．５μｍ以上３μｍ以下であり、配合量は１０質量％以上３０質量％以下、好ましくは１５質量％以上３０質量％以下である。この範囲の水酸化マグネシウムを含有させることにより、樹脂としての成形性に優れ、金属または金属複合体との密着性が大幅に向上する。加えて、水酸化マグネシウムには難燃効果があるため、樹脂中の配合量を増やすことによって、環境に負荷をかけるハロゲン系難燃剤、アンチモン系難燃剤を使用することなく、難燃効果を得ることも出来る。
【００１６】
また、成形性向上、寸法安定性向上などの目的で、シリカ及びアルミナからなる群より選択される、平均粒径３μｍを越え３０μｍ以下、好ましくは５μｍ以上３０μｍ以下の無機フィラーを、全組成物基準で３０質量％以上７０質量％以下、好ましくは５０質量％以上７０質量％以下含有させることが好ましい。これらの無機フィラーの中ではシリカが好ましい。
【００１７】
さらに、１−ブタノールを媒体として測定した密度が２．１０ｇ／ｃｍ３未満で、吸湿率が３％以上、かつ、平均粒径が０．１μｍ以上３μｍ以下のシリカ（以下低密度シリカと言うことがある。密度、吸湿率の測定方法は特開平６−４９３３３号公報に記載の方法による。）を１質量％以上２０質量％以下、好ましくは５質量％以上２０質量％以下含有することが好ましい。これにより、樹脂自体の耐湿性が著しく向上する。
【００１８】
これら水酸化マグネシウム、低密度シリカ、シリカ及び／またはアルミナの合計が、全樹脂組成物基準で５０質量％以上９５質量％以下、好ましくは７０質量％以上９５質量％以下であることが好ましい。この範囲にあることによって、樹脂の耐侯性、成形性などが向上する。
【００１９】
本発明の樹脂組成物には、この他に、本発明の目的を損ねない範囲で、成形性・離型性向上、強度向上等を目的とし、公知の種々の添加剤を配合することが可能である。例を挙げると、ガラス繊維、カーボン繊維、ガラスビーズ、マイカ、タルク、酸化チタン、炭酸カルシウム等の無機充填剤、酸化アンチモン、ハロゲン化エポキシ樹脂、ハロゲン化フェノール樹脂、リン化合物、水酸化アルミニウム等の難燃剤、ワックス類、脂肪酸、酸の金属塩などの離型剤、シランカップリング剤、着色顔料を例示することが出来る。
【００２０】
上記のエポキシ樹脂組成物を用いて、金属または金属からなる複合体（例示できればあげて下さい）と一体成形することにより、本発明の半導体用パッケージが得られる。成形方法としては、あらかじめ金属または金属からなる複合体を金型内に挿入し、射出成形やトランスファー成形によるインサート成形する方法があげられる。この際に用いる金属材質は特に制限が無く適用でき、リードフレームとして用いる場合は、例えばＦｅ−Ｎｉ合金系として４２合金、４６合金、コバール合金など、またＣｕ合金系としてＣＡ１９４、ＣＡ１９５、ＣＡ５０５、ＫＬＦ−１、ＣＡＣ−９２、コバール合金等が好適に使用できる。
【００２１】
なお、これまでは常温で固体のエポキシ樹脂組成物について述べたが、本発明は常温で液体のエポキシ樹脂組成物に適応することも可能である。この場合は、耐湿性が改善された、金属との密着力が強い液状接着剤として適応できる。
【００２２】
また、本発明はリードフレームと樹脂の密着力を強くして、水の侵入を防ぐ手法を提案したが、樹脂の金属の密着力が強くなることを利用して他の用途に適応することも可能である。例えば、電子部品と放熱のための金属性ヒートシンク（放熱板）との密着力を上げ、衝撃や振動に対して破損しにくくするための樹脂として用いることが可能である。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。
【００２４】
（実施例１）
表１に記載の量（数値の単位は質量部）で樹脂、充填材、硬化触媒、添加剤等を配合した。これを９５℃の熱ロールで加熱混練した後、冷却、粉砕工程を経て、エポキシ樹脂組成物（ＥＸ−１）を得た。得られた樹脂組成物を用いて、図１に示す試験片の成形体をトランスファー成形で作製した。この際、使用する金属フレームとしては、４２合金と、ＣＡ１９４合金の２種類を用いた。成形条件は、１８０℃、２５ＭＰａであり、射出時間１分間、硬化時間３分間とした。この試験片の両金属部分をつかませ、オリエンテック社製万能試験機テンシロンＵＴＣ５Ｔを用いて引抜試験を行い、引抜強度を求めた。測定した値を表１に示す。
【００２５】
続いて、樹脂組成物ＥＸ−１を用いて４２合金製リードフレームを一体成形して、図２記載のパッケージ（１／４型ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ））を作製した。このパッケージは、底面の厚さが０．３５ｍｍと薄型となっており、通常のパッケージ（一般的な固体撮像素子用樹脂パッケージは、底面厚さが０．８ｍｍ程度）よりも水を浸透させやすい。成形条件は前述と同じとした。このパッケージを十分乾燥させた後にシール剤（協立化学産業（株）社製ワールドロックＮｏ．８７２３Ｋ８Ｌ）を蓋接着部に塗布し、厚さ０．８ｍｍのガラスを貼り付けて封止し、メタルハライドランプのＵＶ光（照射条件は１００ｍＷ×３０秒）を用いて硬化させた。このパッケージを市販のプレッシャークッカー試験機に入れ、１２１℃×１００％の環境下で所定時間曝露した。次に、ガラス面を一定条件で強制冷却し、中空部内の水分が結露するかどうかを調べた（以下、この試験法を「曇り試験」と記す。）。結露が認められないものを良品とし、耐湿性の優劣は１０個測定した中での良品率で判定した。結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
2004323644.tif 000002
【００２７】
なお、表１に記載した各原料は、以下の通りである。
エポキシ樹脂：日本化薬（株）社製ＥＯＣＮ−１０２Ｓ（オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂）、
フェノール樹脂：明和化成（株）社製Ｈ−１（フェノールノボラック樹脂）、
臭素化エポキシ樹脂：日本化薬（株）社製ＢＲＥＮ−Ｓ、
難燃剤：日本精鉱（株）社製ＰＡＴＯＸ−Ｍ（三酸化アンチモン）、
水酸化マグネシウム：協和化学工業（株）社製  キスマ５Ｊ（平均粒径０．８μｍ）、粒径を変えた品種（平均粒径０．０５μｍ品、平均粒径７μｍ品）、
低密度シリカ：球状のもの、平均粒径１μｍ、密度１．８３ｇ／ｃｍ３、吸湿率１０．７％、
溶融シリカ：電気化学工業（株）社製ＦＢ−８２０（球状溶融シリカ、平均粒径２６μｍ）、
硬化触媒（２ＭＺ）：四国化成（株）社製キュアゾール（登録商標）２ＭＺ（２−メチルイミダゾール）、
着色剤：三菱化学（株）社製カーボンブラック＃４５、
カップリング剤：信越化学工業（株）社製ＫＢＭ−４０３、
離型剤：カルナバワックス。
【００２８】
（実施例２）
表１の実施例２に記載の配合で、実施例１と同様に樹脂組成物を作製した。以下、実施例１と同様の工程を経て、引抜強度、曇り試験良品率を測定した。結果を表１に示す。
【００２９】
（比較例１）
表１の比較例１に記載の配合で、実施例１と同様に樹脂組成物を作製した。以下、実施例１と同様の工程を経て、引抜強度、曇り試験良品率を測定した。結果を表１に示す。
【００３０】
（比較例２）
表１の比較例２に記載の配合で、実施例１と同様に樹脂組成物を作製した。以下、実施例１と同様の工程を経て、引抜強度、曇り試験良品率を測定した。結果を表１に示す。
【００３１】
（比較例３）
表１の比較例３に記載の配合で、実施例１と同様に樹脂組成物を作製した。以下、実施例１と同様の工程を経て、引抜強度、曇り試験良品率を測定した。結果を表１に示す。
【００３２】
（比較例４）
表１の比較例４に記載の配合で、実施例１と同様に樹脂組成物を作製した。以下、実施例１と同様の工程を経て、引抜強度、曇り試験良品率を測定した。結果を表１に示す。
【００３３】
（比較例５）
表１の比較例５に記載の配合で、実施例１と同様に樹脂組成物を作製した。以下、実施例１と同様の工程を経て、引抜強度、曇り試験良品率を測定した。結果を表１に示す。
【００３４】
表１の結果より、実施例１および２は、水酸化マグネシウムを本発明の通り配合しているため、引抜強度の向上が確認された。これにより、リードフレームと樹脂の密着強度が増し、この界面からの水の侵入を防ぐことによって、より耐湿性の向上が確認された。ただし、実施例２では、吸湿シリカが含まれていないため、実施例１と比較すると耐湿性に劣る。光機能性半導体素子用パッケージとして、より耐湿性を要求される場合には、実施例１の通り、吸湿シリカを含有させることが好ましい。
【００３５】
これに対し、比較例１では、水酸化マグネシウムの平均粒径が、本発明より小さいものを使用している。その結果、引抜強度が弱いため樹脂とリードフレーム界面から水の侵入を許すばかりでなく、成形性が悪いためパッケージ自体にもボイドが多数見られた。これらによりパッケージ内に水が侵入するため、曇り試験の結果は悪いものとなった。
【００３６】
比較例２では、水酸化マグネシウムの平均粒径が、本発明より大きいものを使用している。その結果、引抜強度が弱く、曇り試験の結果は良いものとならなかった。
【００３７】
比較例３では、水酸化マグネシウムの添加量が足りないため、引抜強度が弱くなった。同様に比較例４では、水酸化マグネシウムの添加量が多すぎるため、成形性に難があり、成形不可能であった。
【００３８】
比較例５では、水酸化マグネシウムを添加しない配合となっており、引き抜き強度は通常の半導体封止材料と同等である。これまでの比較例と同様、リードフレームと樹脂界面からの水の侵入による影響が見られた。
【００３９】
なお、比較例１〜４において、成形が可能であったものについては、低密度シリカを添加しているため、ある程度の耐水性は確保されていることがわかる。しかし、本実施例のように小型、薄型パッケージに適応される場合等においては、本発明のように水酸化マグネシウムを添加して、より密着強度を強めることが有効であることが確認された。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、エポキシ樹脂組成物に特定の水酸化マグネシウム、好ましくは特定のシリカを配合することにより、樹脂の耐湿性と金属密着性を著しく向上させたエポキシ樹脂組成物を提供することができ、この樹脂組成物は、半導体装置用のパッケージ素材として優れた適性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例、比較例において、樹脂と金属フレームの密着強度を測定する試験片の図である。
【図２】本発明の実施例、比較例において成形した、光機能性半導体素子を収納するパッケージである。
【符号の説明】
（１）  金属フレーム（厚さ：０．２５ｍｍ）
（２）  エポキシ樹脂成形部（一辺の長さ：２０ｍｍ、厚さ：３ｍｍ）
（３）  金属フレームの樹脂への埋め込み部（長さ：５．３ｍｍ、幅：３．９ｍｍ）
（４）  リードフレーム
（５）  樹脂パッケージ
（６）  金属板（材質：４２合金）
（７）  封止ガラス
【図１】
2004323644.tif 000003
【図２】
2004323644.tif 000004