(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、充填剤（Ｃ）および、離型剤（Ｄ）を含有する樹脂組成物であって、離型剤（Ｄ）としてキャンデリラワックス（ｄ１）とカルナウバワックス（ｄ２）とを含む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】
充填剤（Ｃ）の含有量が５０〜９６重量％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（Ａ）が下記一般式（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂を含有することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化１】
0004788053.tif 000006
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物によって半導体素子が封止された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、半導体装置中の部材に対して密着性が高く、かつ、成形時の離型性に優れる、半導体封止用として好適なエポキシ樹脂組成物、および該封止用組成物で封止してなる半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エポキシ樹脂は耐熱性、耐湿性、電気特性および接着性などに優れており、さらに配合処方により種々の特性が付加できるため、塗料、接着剤、電気絶縁材料など工業材料として利用されている。
【０００３】
例えば、半導体装置などの電子回路部品の封止方法として、従来より金属やセラミックスによるハーメチックシールとフェノール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などによる樹脂封止が提案されている。その中でも、生産性、物性のバランスの点からエポキシ樹脂による樹脂封止が最も盛んに行われている。そして、エポキシ樹脂による封止方法は、エポキシ樹脂に硬化剤、充填剤などを添加した組成物を用い、半導体素子を金型にセットしてトランスファー成形法などにより封止する方法が一般的に行われている。
【０００４】
トランスファー成形において、成形により封止された半導体を金型から取り出せるようにするにはあらかじめエポキシ樹脂組成物中に内部離型剤を添加することが常法である。
【０００５】
最近はプリント基板への半導体装置パッケージの実装において高密度化、自動化が進められており、従来のリードピンを基板の穴に挿入する挿入実装方式に替わり、基板表面に半導体装置パッケージを半田付けする表面実装方式が主流になってきた。それに伴い、半導体装置パッケージも従来のＤＩＰ（デュアル・インライン・パッケージ）から、高密度実装・表面実装に適した薄型のＦＰＰ（フラット・プラスチック・パッケージ）に移行してきた。その中でも最近では、微細加工技術の進歩により、厚さ２ｍｍ以下のＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＬＱＦＰが主流となっている。そのため湿度や温度など外部からの影響をいっそう受けやすくなり、半田耐熱性、高温信頼性、耐熱信頼性などの信頼性が今後ますます重要となってくる。
【０００６】
表面実装においては、通常半田リフローによる実装が行われる。この方法では、基板の上に半導体装置を乗せ、これらを２００℃以上の高温にさらし、基板にあらかじめつけられた半田を溶融させて半導体装置を基板表面に接着させる。このような実装方法では半導体装置パッケージ全体が高温にさらされるために封止樹脂組成物の耐湿性が悪いと吸湿した水分が半田リフロー時に爆発的に膨張し、クラックが生じるという現象や、半導体の各種部材と封止材界面の間に剥離が発生する。従って半導体用封止樹脂組成物において耐湿性は非常に重要となる。
【０００７】
更に、近年では環境保護の点から鉛を含んでいない鉛フリー半田の使用が進んでいる。鉛フリー半田は融点が高く、そのためリフロー温度も上がることになりこれまで以上の半田耐熱性、半導体装置中の部材との高密着性が求められている。
【０００８】
一方、封止用成形材料では成形時良好な離型性が求められる。しかし、上述の通り封止用樹脂組成物は各部材との良好な密着性を示す必要もあり、よってこれらは相反する要求特性である。これまで、エポキシ樹脂組成物の金型との離型性を得るためにモンタン酸エステルワックスやポリエチレンワックスなどを用いていた。しかし、これらは離型性が良好ではあるが部材との密着性が低下し半導体装置の信頼性を低下させていた。また、部材との密着性を向上させるためにカルナウバワックスなどを離型剤として用いていたが、金型離型性が余り良好ではなかった。したがって、これまでは上記の離型性と密着性を両立できる離型剤が無く、これらを両立できる離型剤が求められていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、半導体装置中の部材との密着性が高く、かつ離型性に優れた半導体封止用樹脂組成物およびそれを用いて封止した半導体装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、離型剤としてキャンデリラワックスとカルナウバワックスとを用いることにより、上記の課題を達成することができ、目的に合致したエポキシ樹脂組成物と半導体装置が得られることを見いだし、本発明に到達した。
【００１１】
すなわち本発明は、主として次の構成を有する。すなわち、「 エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、充填剤（Ｃ）および、離型剤（Ｄ）を含有する樹脂組成物であって、離型剤（Ｄ）としてキャンデリラワックス（ｄ１）とカルナウバワックス（ｄ２）とを含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。」である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を詳述する。
【００１３】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物はエポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、充填材（Ｃ）および離型剤（Ｄ）を含有する。
【００１４】
本発明においてエポキシ樹脂（Ａ）は１分子中に２個以上のエポキシ基を有する化合物であれば特に限定されず、具体例としては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、４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ビフェニル、４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニル、４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラエチルビフェニル、４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラブチルビフェニルなどのビフェニル型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂、１，５−ジ（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタレン、１，６−ジ（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタレン、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂などのナフタレン型エポキシ樹脂、３−ｔ−ブチル−２，４’−ジヒドロキシ−３’，５’，６−トリメチルスチルベンのジグリシジルエーテル、３−ｔ−ブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，５，５’−トリメチルスチルベンのジグリシジルエーテル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルスチルベンのジグリシジルエーテル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジ−ｔ−ブチル−６，６’−ジメチルスチルベンのジグリシジルエーテルなどのスチルベン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、１，４−ビス（３−メチル−４−ヒドロキシクミル）ベンゼンのジグリシジルエーテル、４，４’−ジヒドロキシジフェニルエーテルのジグリシジルエーテル、２，２−ジメチル−５，５’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４，４’−ジヒドロキシジフェニルスフィドなどのビスフェノール型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、鎖状脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、スピロ環含有エポキシ樹脂およびハロゲン化エポキシ樹脂などがあげられる。特に耐熱性の点からクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、式（Ｉ）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂などが好ましく、エポキシ当量５００以下、特に３００以下のエポキシ樹脂が好ましい。なかでも４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニルがより好ましい。これらエポキシ樹脂は２種以上を併用することもできる。
【００１５】
【化２】
0004788053.tif 000002
【００１６】
本発明においてエポキシ樹脂（Ａ）の配合量は、全樹脂組成物に対して通常２．５〜５．０重量％である。
【００１７】
本発明にはエポキシ樹脂（Ａ）を硬化させるために硬化剤（Ｂ）を用いる。その種類はエポキシ樹脂（Ａ）と反応して硬化させるものであれば特に限定されず、それらの具体例としては、例えばフェノールノボラック、クレゾールノボラックなどのノボラック樹脂、ビスフェノールＡなどのビスフェノール化合物、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水ピロメリット酸などの酸無水物およびメタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンなどの芳香族アミンなどがあげられる。なかでも、半導体装置封止用としては、耐熱性、耐湿性および保存性に優れる点から、フェノール性水酸基を有する硬化剤が好ましい。フェノール性水酸基を有する硬化剤の具体例としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂などのノボラック樹脂、トリス（ヒドロキシフェニル）メタン、１，１，２−トリス（ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，３−トリス（ヒドロキシフェニル）プロパン、テルペンとフェノールの縮合化合物、ジシクロペンタジエン骨格含有フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルノボラック樹脂、ナフトールアラルキル樹脂などがあげられる。なかでも、フェノールアラルキル樹脂、フェノールノボラック樹脂、ビフェニルノボラック樹脂が好ましい。また、これらは２種類以上併用しても良い。
【００１８】
本発明において、硬化剤の配合量は、全樹脂組成物に対して通常２．５〜５．０重量％である。さらには、エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤の配合比は、機械的性質および耐湿性の点から（Ａ）に対する硬化剤の化学当量比が０．５〜２．０、特に０．６〜１．５の範囲にあることが好ましい。
【００１９】
また、本発明においてエポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤の硬化反応を促進するため硬化促進剤を用いても良い。硬化促進剤は硬化反応を促進するものであれば特に限定されず、たとえば２−メチルイミダゾール、２，４−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾールなどのイミダゾール化合物、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、ジメチルベンジルメチルアミン、２−（ジメチルアミノメチル）フェノール、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７などの３級アミン化合物およびそれらの塩、ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウムテトラプロポキシド、テトラキス（アセチルアセトナト）ジルコニウム、トリ（アセチルアセトナト）アルミニウムなどの有機金属化合物およびトリフェニルホスフィン、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ（ｐ−メチルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェニル）ホスフィンなどの有機ホスフィン化合物およびそれらの塩などがあげられる。
【００２０】
これらの硬化促進剤は、用途によっては二種以上を併用してもよく、その添加量はエポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して０．１〜１０重量部の範囲が望ましい。
【００２１】
本発明における充填剤（Ｃ）は特に限定されないが、溶融シリカを用いることが好ましく、形状は球状である事が好ましく、平均粒径は１０〜３０μｍが好ましい。一般に充填剤（Ｃ）の割合が大きくなるにつれて流動性などの成形性は悪化するが、球状の充填剤を使用することにより流動性の悪化をより抑えることができる。用途によっては２種類以上の充填剤を併用することができ、併用する充填剤としては、無機質充填剤が好ましく、具体的には溶融シリカ、結晶性シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、アルミナ、マグネシア、クレー、タルク、ケイ酸カルシウム、酸化チタン、アスベスト、ガラス繊維などがあげられる。
【００２２】
本発明において離型剤（Ｄ）としてキャンデリラワックス（ｄ１）を含有している必要がある。キャンデリラワックスとはキャンデリラ草から得られる植物系天然ろうのことである。キャンデリラワックスは高級炭化水素（炭素数２８〜３３）が主成分であり、この他に遊離脂肪酸（炭素数２０〜３５）や遊離アルコール（炭素数２６〜３４）、高級脂肪酸と高級アルコールのエステルなどを含むものである。キャンデリラワックスとしてはセラリカ野田製”精製キャンデリラワックスＮｏ．１”等が市販されている。
【００２３】
また、本発明において離型剤（Ｄ）として上述のキャンデリラワックス（ｄ１）とカルナウバワックス（ｄ２）を併用すると密着性に関して相乗効果が発現し、キャンデリラワックス（ｄ１）を単体で用いた場合と比べ、離型性を良好な状態で維持しながらさらに良好な密着性が得られる。カルナウバワックスとはヤシ科のパーム樹から採取される植物系天然ろうである。カルナウバワックスは高級脂肪酸と高級アルコールのエステルが主成分であり、この他に遊離アルコール、炭化水素などを含むものである。カルナウバワックスとしてはセラリカ野田製”精製カルナウバワックスＮｏ．１”等が市販されている。
【００２４】
離型剤（Ｄ）の配合量は全エポキシ樹脂組成物中に０．０１〜１．０重量％、特に０．１〜０．５重量％含まれていることが好ましい。また、ポリスチレンなどの熱可塑性樹脂、長鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸の金属塩、長鎖脂肪酸のエステル、長鎖脂肪酸のアミド、パラフィンワックスなどの離型剤を本発明の効果を損なわない範囲で２種類以上併用しても良い。その含有量としては０．０１〜０．３重量％が好ましい。キャンデリラワックス（ｄ１）とカルナウバワックス（ｄ２）とを併用する種類と比率としては、たとえば、ポリエチレンワックスやモンタン酸エステルワックスとを重量比で０．１対１〜１対０．１の割合で添加するのが好ましい。
【００２５】
本発明のエポキシ樹脂組成物には、各種カップリング剤、カーボンブラック、酸化鉄などの着色剤、シリコーンゴム、スチレン系ブロック共重合体、オレフィン系重合体、変性ニトリルゴム、変性ポリブタジエンゴムなどのエラストマー、および有機過酸化物など架橋剤を任意に添加することができる。
【００２６】
本発明のエポキシ樹脂組成物の製造方法としては、たとえば溶融混練による方法が好ましく、各種原料をミキサーなどで混合した後、通常は６０〜１４０℃で、たとえばバンバリーミキサー、ニーダー、ロール、単軸もしくは二軸の押出機およびコニーダーなどの公知の混練方法を用いて溶融混練することにより製造できる。このエポキシ樹脂組成物は通常粉末またはタブレット状態から、成形によって半導体封止に供される。半導体素子を封止する方法としては、低圧トランスファー成形法が一般的であるがインジェクション成形法や圧縮成形法も可能である。成形条件としては、たとえばエポキシ樹脂組成物を成形温度１５０℃〜２００℃、成形圧力５〜１５ＭＰａ、成形時間３０〜３００秒で成形し、エポキシ樹脂組成物の硬化物とすることによって半導体装置が製造される。また、必要に応じて上記成形物を１００〜２００℃で２〜１５時間、追加加熱処理も行われる。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、これらに限定されるものではない。
【００２８】
[実施例１〜３、参考例１〜８、比較例１〜４]
本発明で使用した原料を表１に示す。なお、粘度はＩＣＩ粘度（１５０℃）を示す。
【００２９】
＜エポキシ樹脂＞
ａ１：ビフェニル型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）”ＹＸ４０００Ｈ”、エポキシ当量１９３、粘度０．２ポイズ）
ａ２：エポキシ樹脂（新日鉄化学（株）”ＹＳＬＶ−８０ＸＹ”、エポキシ当量１９２、粘度０．０８ポイズ）
＜充填剤＞
平均粒径25μmの球状溶融シリカ
＜硬化剤＞
ｂ１：フェノールアラルキル樹脂（明和化成（株）”ＭＥＨ７８００ＳＳ”水酸基当量１７５、粘度０．７ポイズ）
ｂ２：フェノーノボラック樹脂（明和化成（株）”Ｈ−１”水酸基当量１０６、粘度２．０ポイズ）
＜硬化促進剤＞
トリフェニルホスフィン（ケイ・アイ化成（株）”ＰＰ−３６０”）
＜カップリング剤＞
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学（株）”ＫＢＭ４０３”）
＜着色剤＞
カーボンブラック（三菱化学（株）”♯７５０Ｂ”）
＜離型剤＞
ｄ１：キャンデリラワックス（セラリカ野田（株）”精製キャンデリラワックスＮｏ．１”）
ｄ２：カルナウバワックス（セラリカ野田（株）”精製カルナウバワックスＮｏ．１”）
ｄ３：モンタン酸エステルワックス（クラリアントジャパン（株）”ＬＩＣＯＷＡＸ−Ｅ”）
ｄ４：酸化ポリエステルワックス（クラリアントジャパン（株）”ＬＩＣＯＷＡＸ−ＰＥＤ５２２”）
【００３０】
【表１】
0004788053.tif 000003
【００３１】
各成分を、表２、３に示した組成比（重量比）で、計量し、ミキサーによりドライブレンドした。これを、ロール表面温度９０℃のミキシングロールを用いて５分間加熱混練後、冷却、粉砕して半導体封止用のエポキシ樹脂組成物を得た。
【００３２】
この樹脂組成物を用いて、低圧トランスファー成形法により１７５℃、キュアータイム２分間の条件で、模擬素子を搭載した、チップサイズ１０×１０ｍｍの１７６ｐｉｎＬＱＦＰ（外形：２４×２４×１．４ｍｍ、フレーム材料：銅）を成形し、１７５℃、４時間の条件でポストキュアーして下記の物性測定法により各樹脂組成物の物性を評価した。
【００３３】
密着性：１７６ｐｉｎＬＱＦＰを２０個成形し、８５℃／６０％ＲＨで１６８時間加湿後、最高温度２６０℃のＩＲリフロー炉で２分間加熱処理した。なお、リフロー炉の温度プロファイルは、１５０℃〜２００℃の領域を6０秒から１００秒、２００℃から２６０℃の昇温速度を１．５〜２．５℃／秒、２６０℃から２００℃の降温速度を１．５〜２．５℃／秒である。加熱処理後、超音波探傷機によりリードフレームの銀メッキ部分を観察し、剥離が生じている部分の面積を計算し剥離率とした。
【００３４】
離型性：金型をメラミン樹脂により十分に洗浄した後、直径１ｃｍ、長さ２ｃｍの円柱の成形を１０回繰り返し、その都度成形直後に金型から突き出すために必要な力をプッシュプルゲージを用いて測定した。なお、成形条件としては、成形温度１７５℃、成形圧力７ＭＰａ、成形時間６０秒で成形で行った。また、金型の材質は超鋼で梨地のないもので行った。
【００３５】
表２、３に評価結果を示す。表２の実施例１〜３、参考例１〜８に見られるようにキャンデリラワックス（離型剤（ｄ１））を含有する本発明のエポキシ樹脂組成物は密着性、離型性、に優れている。また、実施例１〜３に見られるようにキャンデリラワックス（離型剤（ｄ１））とカルナウバワックス（離型剤（ｄ２））を併用することによってさらに密着性に優れたエポキシ樹脂組成物が得られる。
【００３６】
【表２】
0004788053.tif 000004
【００３７】
【表３】
0004788053.tif 000005
【００３８】
一方、これに対してカルナウバワックス（離型剤（ｄ２））のみを使用した比較例１では密着性は良好であるが十分な離型性が得られていない。また、その他の離型剤（ｄ３）、（ｄ４）を用いた比較例２〜４は、離型性は良好であるが、十分な密着性は得られていない。
【００３９】
このように離型剤としてキャンデリラワックスとカルナウバワックスとを併用することによって充分な性能が発揮されることが分かる。
【００４０】
【発明の効果】
離型剤としてキャンデリラワックスとカルナウバワックスとを含有することによりリフロー実装時の半導体装置宙の部材との密着性が良好であり、成形時に良好な金型離型性を併せ持つ樹脂封止型半導体装置及び半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られる。