(57)【要約】【課題】  （Ａ）エポキシ樹脂（Ｂ）硬化剤（Ｃ）無機質充填剤（Ｄ）硬化促進剤（Ｅ）離型剤を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、該組成物の硬化物を１２５℃で６０分加熱した時のアルデヒド、ケトン又はカルボン酸由来の発生ガス成分が、エポキシ樹脂組成物の硬化物１ｇあたり１，０００ｎｇ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。【解決手段】  本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置は、バーンイン試験において導通不良を引き起こさない信頼性の高いものとなり得る。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）エポキシ樹脂
（Ｂ）硬化剤
（Ｃ）無機質充填剤
（Ｄ）硬化促進剤
（Ｅ）離型剤
を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、該組成物の硬化物を１２５℃で６０分加熱した時のアルデヒド、ケトン又はカルボン酸由来の発生ガス成分が、エポキシ樹脂組成物の硬化物１ｇあたり１，０００ｎｇ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の硬化物で封止された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の信頼性向上に関し、特にバーンイン試験において導通不良を引き起こさない信頼性に優れた半導体装置を与える半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこの組成物の硬化物で封止された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ダイオード、トランジスター、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の半導体装置は、樹脂封止型であるものが主流となっており、その封止用樹脂としては、成形性、接着性、電気特性、機械特性、耐湿性等に優れていることからエポキシ樹脂が一般的に採用されている。
【０００３】
これらの半導体装置は、通常の使用温度よりも高い温度と、通常の使用電圧よりも高い電圧にさらす加速試験により、市場に出てから不良となる半導体素子を予め取り除く試験を行っている。この試験は一般にバーンイン試験と呼ばれており、半導体製造、とりわけＤＲＡＭの製造においては信頼性の高い製品を送り出すために欠かせないものとなっている。
【０００４】
バーンイン試験の不良原因としては、パターン設計、製造プロセス設計、外囲器設計などの設計によるもの、ウエーハ工程、組み立て工程での製造プロセス起因によるもの、使用環境のストレスによるものなど類挙にいとまがなく、設計から製造にいたる全ての段階で細心の注意が払われる。
【０００５】
封止樹脂に関しては、封止樹脂中の不純物を低減すること、パッケージデザインに適した熱膨張係数、熱伝導率を有すること、チップやリードフレームとの密着性に優れること、吸水性が小さいこと、成形時の不良（未充填、ワイヤー流れ、クラック）を起こさないこと、耐半田リフロー性に優れることなどが求められている。
【０００６】
また近年、半導体封止用エポキシ樹脂組成物から発生する特定のガス成分が、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ａｇ等の一般的なハンダメッキや、鉛フリーのＳｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ等のハンダメッキを酸化させ、バーンイン試験において導通不良を引き起こすことが明らかとなった。
【０００７】
なお、本発明に関連する公知文献としては、下記のものがある。
【特許文献１】特公平０７−０５３７９１号公報
【特許文献２】特開平０８−３０６８２６号公報
【特許文献３】特開平０８−０４６０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、バーンイン試験において導通不良を引き起こさない信頼性の高い半導体装置が得られるエポキシ樹脂組成物、及びこの組成物の硬化物で封止された半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、バーンイン試験において導通不良を引き起こす原因となる半導体封止用エポキシ樹脂組成物から発生する特定のガス成分が、アルデヒド、ケトン又はカルボン酸由来のものであることを見出すと共に、このガス成分の発生を抑えた組成物が、バーンイン試験において不良を引き起こさない半導体装置となり得、上記問題を解決し得ることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１０】
従って、本発明は、
（Ａ）エポキシ樹脂
（Ｂ）硬化剤
（Ｃ）無機質充填剤
（Ｄ）硬化促進剤
（Ｅ）離型剤
を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、該組成物の硬化物を１２５℃で６０分加熱した時のアルデヒド、ケトン又はカルボン酸由来の発生ガス成分が、エポキシ樹脂組成物の硬化物１ｇあたり１，０００ｎｇ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を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置は、バーンイン試験において導通不良を引き起こさない信頼性の高いものとなり得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明組成物の主剤である（Ａ）エポキシ樹脂としては、特に制限されず、公知のものを全て使用することができる。例えば、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、トリフェノールアルカン型エポキシ樹脂、アラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニル骨格含有アラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ化合物、ビスフェノールＦ型エポキシ化合物、ビスフェノールＳ型エポキシ化合物、スチルベン型エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは１種単独でも２種以上を組み合わせても使用することができる。
【００１３】
上記エポキシ樹脂は、加水分解性塩素含有量が１，０００ｐｐｍ以下、特に５００ｐｐｍ以下であるものが好ましく、また、ナトリウム及びカリウム含有量が各々１０ｐｐｍ以下であるものが好ましい。前記加水分解性塩素及びアルカリ金属の含有量が多いと、樹脂封止後の半導体装置を長時間高温高湿下に放置した場合に、塩素イオン及び／又はアルカリ金属イオンが遊離して、半導体装置の性能に悪影響を及ぼし、信頼性を損ねるおそれがある。
【００１４】
（Ｂ）硬化剤としては特に制限されず、公知のものを全て使用することができる。中でも、フェノール樹脂が好ましく、具体的にはフェノールノボラック樹脂、ナフタレン環含有フェノール樹脂、アラルキル型フェノール樹脂、トリフェノールアルカン型フェノール樹脂、ビフェニル骨格含有アラルキル型フェノール樹脂、ビフェニル型フェノール樹脂、脂環式フェノール樹脂、複素環型フェノール樹脂、ナフタレン環含有フェノール樹脂、ビスフェノールＡ型樹脂、ビスフェノールＦ型樹脂等のビスフェノール型フェノール樹脂等が挙げられ、これらは１種単独でも２種以上を組み合わせても使用することができる。
【００１５】
上記硬化剤は、エポキシ樹脂の場合と同様の理由から、ナトリウム及びカリウム含有量が各々１０ｐｐｍ以下であるものが好ましい。
【００１６】
エポキシ樹脂に対する硬化剤の配合割合については特に制限されず、従来より一般的に採用されているエポキシ樹脂を硬化し得る有効量とすればよいが、硬化剤としてフェノール樹脂を用いる場合、エポキシ樹脂に含まれるエポキシ基１モルに対して、硬化剤中に含まれるフェノール性水酸基のモル比が、通常、０．５〜１．５、特に０．８〜１．２の範囲であることが好ましい。
【００１７】
（Ｃ）無機質充填剤としては、エポキシ樹脂組成物に通常配合されるものを使用することができる。例えば、溶融シリカ、結晶性シリカ等のシリカ類、タルク、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、酸化チタン、ガラス繊維等が挙げられる。これらは１種単独でも２種以上を組み合わせても使用することができる。
【００１８】
この無機質充填剤の平均粒径、形状及び無機質充填剤の配合量は、特に制限されるものではない。樹脂硬化物の耐クラック性を高めるためには、好ましくは平均粒径５〜３０μｍ、より好ましくは７〜２０μｍの球状の溶融シリカを、樹脂組成物の成形性を損なわない範囲で可能な限り多量に配合させることが好ましい。なお、平均粒径は、レーザー散乱式粒度分布測定装置（シーラス社製）等で測定することができる。
【００１９】
無機質充填剤の配合量としては、上記エポキシ樹脂及び硬化剤成分の総量１００質量部に対して、４００〜１，２００質量部、特に６００〜１，１００質量部とすることが好ましい。配合量が少なすぎると耐クラック性、温度サイクル性等の信頼性が低下する場合があり、多すぎると流動性が損なわれ、未充填、ワイヤー流れが発生する場合がある。
【００２０】
なお、無機質充填剤は、樹脂との結合強度を強くするため、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤等のカップリング剤で予め表面処理したものを配合することが好ましい。このカップリング剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等のエポキシシラン類；Ｎ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシラン類；γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプトシラン類等のシランカップリング剤を用いることが好ましい。これらは１種単独でも２種以上を組み合わせても使用することができる。
なお、表面処理に用いるカップリング剤の配合量及び表面処理方法については、特に制限されるものではない。
【００２１】
また、本発明においては、エポキシ樹脂と硬化剤との硬化反応を促進させるため（Ｄ）硬化促進剤を用いる。この硬化促進剤は、硬化反応を促進させるものであれば特に制限はなく、例えば、トリフェニルホスフィン、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（ｐ−ノニルフェニル）ホスフィン、トリフェニルホスフィン・トリフェニルボラン、テトラフェニルホスフィン・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスフィン・テトラ（ｐ−メチルフェニル）ボレート等のリン系化合物；トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミン、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７等の第三アミン化合物；２−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等のイミダゾール化合物等が挙げられ、これらは１種単独でも２種以上を組み合わせても使用することができる。
【００２２】
硬化促進剤の配合量は有効量であればよく、特に制限されないが、上記エポキシ樹脂及び硬化剤の総量１００質量部に対して、通常、０．１〜５質量部、特に０．５〜２質量部とすることが好ましい。
【００２３】
（Ｅ）離型剤成分は、半導体封止樹脂組成物が硬化後、金型から離型しやくするために添加するものであり、例えば、酸化ポリエチレン系離型剤、ステアリン酸系離型剤、モンタン酸エステル系離型剤、カルナバワックス系離型剤等を使用することができるが、これらは構造的に長鎖脂肪族炭化水素、脂肪酸、エステルであるため、長期間高温にさらされると、酸化あるいは分解により、本発明で規定するアルデヒド、ケトン又はカルボン酸由来のガスの発生源となりうるため、その選定は慎重に行わなければならない。
【００２４】
ここで、本発明に用い得る離型剤の選定方法としては、例えば、１７５℃／４時間空気中で放置後、１２５℃で６０分加熱した時の発生ガス中のアルデヒド、ケトン又はカルボン酸由来のガス成分量を測定する方法等を用いることができる。この方法を具体的に説明すると、離型剤を１７５℃のホットプレート上で４時間放置し、冷却後、ヘリウム通気下において１２５℃で６０分加熱を行い、−４０℃に冷却しておいた捕集管で発生した有機ガス成分をトラップする。捕集管にトラップした有機ガス成分を急速加熱で脱離させ、ＧＣ−ＭＳ分析を行うことにより、アルデヒド、ケトン、カルボン酸由来のガス成分の発生量を求めることができる。この方法で測定した場合、アルデヒド、ケトン又はカルボン酸由来のガス成分量が２００μｇ／ｇ以下、特に１８０μｇ／ｇ以下である離型剤を用いることが望ましい。
【００２５】
なお、（Ｅ）成分の離型剤は、１種単独でも２種以上を組み合わせても使用することができる。添加量としては（Ａ）成分のエポキシ樹脂と（Ｂ）成分の硬化剤の合計１００質量部に対して通常、０．１〜１０質量部、好ましくは１．５〜５質量部とするのがよい。前記配合割合が少なすぎると、得られる硬化物の離型性が十分ではなく、成形性を損なう場合がある。また、逆に多すぎると、本発明組成物の硬化性が低下して成形性が損なわれたり、半導体素子が搭載された基板との接着力が低下し、耐クラック性が低下するおそれがある。
【００２６】
［他の配合成分］
本発明のエポキシ樹脂組成物には、本発明の目的及び効果を損なわない範囲において上記（Ａ）〜（Ｅ）成分に加えて他の成分を配合しても差し支えない。例えば、三酸化アンチモン等のアンチモン化合物、モリブデン酸亜鉛担持タルク、モリブデン酸亜鉛担持酸化亜鉛等のモリブデン化合物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の水酸化物、ホウ酸亜鉛、スズ酸亜鉛等の難燃剤；シリコーン化合物、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、有機合成ゴム、シリコーン系等の低応力剤；カーボンブラック等の着色剤；ハイドロタルサイト等のハロゲンイオントラップ剤等の添加剤を配合することができる。この場合も（Ｅ）成分と同様の測定方法により、１７５℃／４時間空気中で放置後、１２５℃で６０分加熱した時の発生ガス中のアルデヒド、ケトン又はカルボン酸由来のガス成分量が２００μｇ／ｇ以下であるものが望ましい。
【００２７】
［エポキシ樹脂組成物の調製等］
本発明のエポキシ樹脂組成物は、例えば、上記（Ａ）〜（Ｅ）成分及びその他の添加物を所定の組成比で配合し、これをミキサー、ボールミル等によって十分均一に混合した後、熱ロール、ニーダー、エクストルーダー等を用いて、溶融混合処理を行い、次いで冷却固化させ、適当な大きさに粉砕して成形材料とすることができる。
【００２８】
このようにして得られる本発明のエポキシ樹脂組成物は、各種の半導体装置の封止用として有効に利用できる。封止方法としては、例えば、低圧トランスファー成形法が挙げられる。なお、本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化・成形に際しては、例えば、１５０〜１８０℃で３０〜１８０秒間処理し、後硬化（ポストキュア）を１５０〜１８０℃で２〜１６時間の条件で行うことが望ましい。
【００２９】
本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物は、１７５℃／４時間空気中での加熱後、１２５℃で６０分加熱した時のアルデヒド、ケトン又はカルボン酸由来の発生ガス成分が、該硬化物１ｇあたり１，０００ｎｇ以下、好ましくは７００ｎｇ以下のものである。なお、アルデヒド、ケトン又はカルボン酸由来の発生ガス成分量は、上記（Ｅ）成分と同様にして測定することができる。従って、本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置は、バーンイン試験においてハンダメッキ、特に鉛フリーのハンダメッキ（Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ等）の酸化による導通不良等の不良を引き起こさないものである。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例と比較例を示して本発明を更に具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
なお、下記実施例及び比較例で使用した成分は、以下の通りである。また、後述する表の各成分については、下記に付記した記号を使用した。
【００３１】
（Ａ）エポキシ樹脂：ビフェニル含有アラルキル型エポキシ樹脂（商品名：ＮＣ−３０００、日本化薬社製、エポキシ当量＝２７２）
（Ｂ）硬化剤：ビフェニル含有アラルキル型フェノール樹脂（商品名：ＭＥＨ−７８５１ＳＳ、明和化成社製、フェノール性水酸基当量＝１９９）
（Ｃ）無機質充填剤：球状溶融シリカ（龍森社製、平均粒径＝１５μｍ）
（Ｄ）トリフェニルホスフィン（北興化学社製）
（Ｅ）離型剤：下記表１に示すア〜オ成分
【００３２】
【表１】
2005132948.tif 000002
ア：モンタン酸エステル
イ：カルナバワックス
ウ：モンタン酸エステル
エ：カルナバワックス
オ：多価アルコール系エステル
【００３３】
表１中の発生ガス成分は、以下の方法により求めた。
離型剤５ｇを１７５℃のホットプレート上で４時間放置した。冷却後、サンプル２．５ｇを採取し、１２５℃で６０分加熱を行った。サンプル加熱時にはヘリウムを通気し、−４０℃に冷却しておいたテナックス製の捕集管で発生した有機ガス成分をトラップした。捕集管にトラップした有機ガス成分を急速加熱で脱離させ、ＧＣ−ＭＳ分析を行った。
【００３４】
（Ｆ）カーボンブラック（商品名：電化ブラック、電気化学工業製商品名）
（Ｇ）ＣＦシラン：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（商品名：ＫＢＭ−４０３、信越化学社製）
【００３５】
［実施例１〜５、比較例１〜３］
表２に示した配合組成及び配合量の各成分を、加熱２本ロールミルを用いて８０℃で５分間、均一に溶融混合し、冷却、粉砕してエポキシ樹脂組成物を得た。得られた各組成物につき、下記の通りにして性能を測定又は評価した。その結果を表２に併記する。
【００３６】
（ｉ）発生ガス量測定
エポキシ樹脂組成物を１７５℃／１２０秒でトランスファー成形し、直径９５ｍｍ2、高さ１０ｍｍの円筒形成形物を得た。１７５℃で４時間ポストキュア後、この２．５ｇを１２５℃で６０分加熱を行った。サンプル加熱時にはヘリウムを通気し、−４０℃に冷却しておいたテナックス製の捕集管で発生した有機ガス成分をトラップした。捕集管にトラップした有機ガス成分を急速加熱で脱離させ、ＧＣ−ＭＳ分析を行い、アルデヒド、ケトン、カルボン酸由来のガス成分の発生量を求めた。
【００３７】
（ｉｉ）バーンイン試験
各組成物を用いて、温度：１７５℃、成形圧力：７０ＭＰａ、及び成形時間：６０秒の条件でＴＳＯＰ（Ｔｈｉｎ  Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）（１８ｍｍ×１０ｍｍ×１．１ｍｍ、１６キャビティー）をトランスファー法により成形した。更に、１８０℃で４時間ポストキュアした後、リード部で切り離して１６個のパッケージを得た。これらパッケージをバーンイン試験用の基板にセットし、１２７℃、３０時間後のハンダメッキ部分の酸化による導通不良率を調べた。
【００３８】
【表２】
2005132948.tif 000003
【００３９】
表１の性能評価結果から明らかなように、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いれば、バーンイン試験において不良を引き起こさない半導体装置が得られる。