(57)【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）硬化促進剤及び（Ｄ）溶融シリカ粉末を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、（Ａ）エポキシ樹脂が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、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化合物、又はジシクロペンタジエン変性エポキシ樹脂であり、（Ｂ）フェノール樹脂がフェノールノボラック樹脂、フェニレン及び／又はジフェニレン骨格を含むフェノールアラルキル樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、又はトリフェノールメタン型樹脂であり、（Ａ）エポキシ樹脂のエポキシ基数と（Ｂ）フェノール樹脂の水酸基数の比が０．８〜１．２であり、前記エポキシ樹脂組成物中に臭素化エポキシ樹脂である臭素化フェノールノボラックエポキシ樹脂を０．２〜０．５重量％含有し、（Ｄ）溶融シリカ粉末がエポキシ樹脂組成物中に８５〜９１重量％含有し、酸化アンチモン化合物及びハイドロタルサイト化合物を含有しないものであり、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物を２００℃で１００時間処理した後、最大粒径１００μｍ、平均粒径５〜１５μｍに粉砕した粉砕物を１２５℃、２０時間の条件下でプレッシャークッカー抽出したもののハロゲンイオンが１０００ｐｐｍ以下で、かつ前記硬化物のガラス転移温度が１５０℃以下であ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記載のエポキシ樹脂組成物で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、高温保管特性及び耐半田クラック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に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ダイオ−ド、トランジスタ、集積回路等の電子部品は、主にエポキシ樹脂組成物で封止されている。この組成物中には、難燃剤としてハロゲン系難燃剤或いはハロゲン系難燃剤と三酸化アンチモンが配合されており、高温においてハロゲンガス或いはハロゲン化アンチモンガスを発生させ難燃化を図っている。
しかし、前記エポキシ樹脂組成物は、ハロゲン系難燃剤或いはハロゲン系難燃剤と三酸化アンチモンを含んでいるため、電子部品が高温にさらされている間にハロゲン或いはハロゲン化アンチモンによるアルミニウム配線の腐食や、半導体素子のアルミパッドと金線の結合部の切断等の不良を招き大きな問題となっている。
【０００３】
この様な問題に対して、使用環境より高いガラス転移温度を有するエポキシ樹脂組成物を使用し、高温保管中のハロゲン或いはハロゲン化アンチモンの拡散を低減させて高温保管特性を改善する方法、イオン捕捉剤を添加し、高温保管中のハロゲン或いはハロゲン化アンチモンを捕捉する方法、更にこれらを組み合わせた方法が実用化されている。
【０００４】
近年電子部品の表面実装化、小型化薄型化が進み、回路基板への実装時の耐半田クラック性向上への要求が厳しくなってきており、高温保管特性と耐半田クラック性の両方を満足するものが望まれている。しかしながら、ハロゲン系難燃剤或いはハロゲン系難燃剤と三酸化アンチモンを併用した難燃剤系を用いると、耐半田クラック性に優れたエポキシ樹脂組成物の様にガラス転移温度が低いと、イオン捕捉剤を配合しても高温保管特性を満足させるレベルまで達せず、一方高いガラス転移温度のエポキシ樹脂組成物では耐半田クラック性が達成されていないため、低いガラス転移温度でも高温保管特性を満足させるエポキシ樹脂組成物が求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、この様な問題に対して、イオン性不純物の低減と半導体装置の使用温度でのハロゲンイオンを抑えることにより、ガラス転移温度が低くても高温保管特性に優れ、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の組み合わせによって耐半田クラック性も優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供するところにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤及び（Ｄ）溶融シリカ粉末を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、（Ａ）エポキシ樹脂が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、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化合物、又はジシクロペンタジエン変性エポキシ樹脂であり、（Ｂ）フェノール樹脂がフェノールノボラック樹脂、フェニレン及び／又はジフェニレン骨格を含むフェノールアラルキル樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、又はトリフェノールメタン型樹脂であり、（Ａ）エポキシ樹脂のエポキシ基数と（Ｂ）フェノール樹脂の水酸基数の比が０．８〜１．２であり、前記エポキシ樹脂組成物中に臭素化エポキシ樹脂である臭素化フェノールノボラックエポキシ樹脂を０．２〜０．５重量％含有し、（Ｄ）溶融シリカ粉末がエポキシ樹脂組成物中に８５〜９１重量％含有し、酸化アンチモン化合物及びハイドロタルサイト化合物を含有しないものであり、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物を２００℃で１００時間処理した後、最大粒径１００μｍ、平均粒径５〜１５μｍに粉砕した粉砕物を１２５℃、２０時間の条件下でプレッシャークッカー抽出したもののハロゲンイオンが１０００ｐｐｍ以下で、かつ前記硬化物のガラス転移温度が１５０℃以下であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びこれ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。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明に用いられるエポキシ樹脂は、１分子中にエポキシ基を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、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、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化合物、ジシクロペンタジエン変性エポキシ樹脂等が挙げられ、単独でも混合しても差し支えない。
本発明に用いられるフェノール樹脂は、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル（フェニレン及び／又はジフェニレン骨格を含む）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等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いてもよい。これらのフェノール樹脂の配合量は、エポキシ樹脂のエポキシ基数とフェノール樹脂の水酸基数の比が０．８〜１．２が好ましい。又樹脂中の加水分解性ハロゲン等の不純物は極力少ないものが好ましく、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂としては、１００ｐｐｍ以下が望ましい。難燃剤の配合量を抑えるためには、樹脂構造として脂肪族側鎖、主鎖が少ないものが望ましい。
【０００８】
本発明に用いられる硬化促進剤は、エポキシ基と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使用することができる。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や２−メチルイミダゾール等が挙げられ、単独でも混合しても差し支えない。
本発明に用いられる溶融シリカ粉末としては、破砕状及び球状があり、溶融シリカ粉末を高充填化するには、粒度分布が広く、かつ球状のものが好ましい。溶融シリカ粉末の特性を損なわない範囲で結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素等を配合してもよい。
配合量については成形性と信頼性のバランスから、全エポキシ樹脂組成物中に６０〜９３重量％が好ましい。
【０００９】
本発明の（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤及び（Ｄ）溶融シリカ粉末を必須成分とするエポキシ樹脂組成物の硬化物を、以下の処理条件で処理した時のハロゲンイオンが、１０００ｐｐｍ以下だと、前記エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止した半導体装置は、高温保管特性が優れており、１０００ｐｐｍを越えるとアルミニウム配線の腐食や、半導体素子のアルミパッドと金線の結合部の切断等の不良を生じ好ましくない。
本発明で言う硬化物とは、前記エポキシ樹脂組成物を１７５℃、７５Ｋｇ／ｃｍ2、１２０秒の条件で硬化させた後、１７５℃、８時間でポストキュアしたものである。ハロゲンイオンとは、前記硬化物を空気中で、２００℃、１００時間処理した後、最大粒径１００μｍ、平均粒径５〜１５μｍとなるように粉砕し、硬化物の粉砕物５ｇと蒸留水５０ｍｌを抽出容器に入れ、１２５℃、２０時間の条件下でプレッシャークッカー抽出を行い、イオンクロマトグラフィーにて測定する。この測定値と硬化物の重量、蒸留水量からハロゲンイオンの総量を算出する。
更に本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度としては、耐半田クラック性の点から１５０℃以下が好ましい。１５０℃を越えると耐半田クラック性が劣るおそれがある。ガラス転移温度測定用の硬化物は、前記硬化物と同一の硬化条件で作成したものである。ガラス転移温度は、熱機械分析により試験片を０℃から昇温速度５℃／分で加熱し、温度上昇に伴う寸法変化を測定して求めた。
【００１０】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、成分（Ａ）〜（Ｄ）以外にも必要に応じて、臭素化エポキシ樹脂、三酸化アンチモン等の難燃剤、カップリング剤、天然ワックス及び合成ワックス等の離型剤、シリコーンオイル、ゴム等の低応力成分が適宜配合可能である。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、各成分を混合後、加熱ニーダーや熱ロールにより加熱混練し、続いて冷却、粉砕することにより得ることができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止し、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。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明を実施例で具体的に説明する。配合割合は、重量部とする。
0004792629.tif 000002
上記の全成分をミキサーにより混合した後、表面温度が９０℃と４５℃の２本ロールを用いて３０回混練し、得られた混練物シートを冷却後粉砕して、樹脂組成物とした。得られた樹脂組成物の特性を以下の方法で評価をした。評価結果を表１に示す。
【００１２】
【化１】
0004792629.tif 000003
【００１３】
評価方法
得られた樹脂組成物をタブレット化し、低圧トランスファー成形機にて１７５℃、７５Ｋｇ／ｃｍ2、１２０秒の条件で成形し、１７５℃、８時間でポストキュアしたプレッシャークッカー抽出用硬化物、耐難燃性試験片（１２７ｍｍ×１２．７ｍｍ×３．２ｍｍ）及びガラス転移温度用試験片（１５ｍｍ×４ｍｍ×３ｍｍ）を調製し、更に高温保管特性試験用、耐半田クラック性試験用の６ｍｍ×６ｍｍのテスト用素子を８０ｐＱＦＰに封止した。封止したテスト用素子について、下記の高温保管特性試験及び耐半田クラック試験を行った。
プレッシャークッカー抽出試験：プレッシャークッカー抽出用硬化物を２００℃で１００時間処理した後、振動ミル粉砕機にて最大粒径１００μｍ、平均粒径５〜１５μｍの大きさに粉砕し、硬化物の粉砕物５ｇと蒸留水５０ｍｌを抽出容器に入れ、１２５℃、２０時間プレッシャークッカー抽出を行い、イオンクロマトグラフィーにて測定する。この測定値と硬化物の重量、蒸留水量からハロゲンイオンの総量を算出する。
ガラス転移温度試験：熱機械分析により試験片を０℃から昇温速度５℃／分で加熱し、温度上昇に伴う寸法変化を測定し、ガラス転移温度を測定した。
高温保管特性試験：封止したテスト用素子を１８５℃に放置し、抵抗値の増加、断線を観測し、抵抗値上昇開始時間を測定した。
耐半田クラック性試験：封止したテスト用素子（パッケージ１０個）を８５℃、相対湿度８５％の雰囲気に、７２時間放置後、半田（２６０℃）に浸漬しパッケージの亀裂の有無を観察した。
耐難燃性試験：ＵＬ−９４垂直試験（試料厚さ３．２ｍｍ）
【００１４】
実施例２、３、比較例１、２
表１に従って配合し、実施例１と同様にして樹脂組成物を得、同様に評価した。これらの評価結果を表１に示す。
実施例、比較例で用いたエポキシ樹脂、フェノール樹脂の性状を以下に記す。
フェノールノボラック型エポキシ樹脂［軟化点６５℃、エポキシ当量１８５、加水分解性塩素３００ｐｐｍ］
フェノールノボラック樹脂［軟化点９０℃、水酸基当量１０５］
臭素化エポキシ樹脂ＩＩ（テトラブロムビスフェノールＡ型エポキシ樹脂）［軟化点５５℃、水酸基当量３６０］
【００１５】
【表１】
0004792629.tif 000004
【００１６】
【発明の効果】
本発明に従うと、高温保管特性及び耐半田クラック性に優れた半導体装置を得ることができる。