(57)【要約】【課題】透湿性が低く信頼性に優れ且つ反りの少ない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、及び（Ｄ）無機充填材を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、無機質充填材としてＰＣＴ抽出水中のＳＯ４イオン量が２００ｐｐｍ以下の多孔質無機充填材を含み、該多孔質無機充填材の配合量がエポキシ樹脂組成物全体に対し１〜８０重量％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。【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）無機充填材を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、無機質充填材としてＰＣＴ抽出水中のＳＯ４イオン量が２００ｐｐｍ以下の多孔質無機充填材を含み、該多孔質無機充填材の配合量がエポキシ樹脂組成物全体に対し１〜８０重量％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】
上記多孔質無機充填材の配合量がエポキシ樹脂組成物全体に対し５〜４０重量％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】
請求項１又は２に記載のエポキシ樹脂組成物を用いて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。例えば、光半導体装置、特にＣＣＤ用途等に好適に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ＬＳＩ、トランジスター等の半導体素子の封止には金属缶、セラミック、エポキシ樹脂組成物等が用いられている。中でもエポキシ樹脂組成物のトランスファー成形は低コスト且つ大量生産に適しており広く用いられている。また、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、耐湿性の向上や、半田リフローへの対応などが図られてきた。
ＣＣＤにも同様にコストダウンの目的でエポキシ樹脂組成物での封止が行われている。しかし、通常のエポキシ樹脂組成物は透湿性があるため結露の問題が発生する。つまりＣＣＤは中空構造のケースにガラスの蓋を用いて気密しているが、内部の空間に水分があると低温の環境でガラスに結露が発生し撮像が出来なくなる不具合が発生する。このためケースにエポキシ樹脂組成物を用いる場合、樹脂組成物に乾燥剤を添加する（例えば、特許文献１参照。）、透湿を妨げるためケース中に金属板を埋め込む等（例えば、特許文献２参照。）の対応がなされてきた。特に樹脂組成物に乾燥剤を添加する手法は、結露防止の効果が高く広く用いられている。
しかし、ＣＣＤ素子が大型化するに従い、新たな問題が発生している。つまり、撮像を行うためＣＣＤの素子はガラス面に平行を保つ必要があるが、素子の大型化に伴いガラス面に対するＣＣＤ素子の僅かな傾きが許容出来なくなりつつある。つまり、素子を固定するＣＣＤケースの底面に反りうねりが発生した場合、素子が比撮影体に対して傾き、正しい撮影像を得られない。このためＣＣＤケースの反りが少ないエポキシ樹脂組成物が求められている。最近のＣＣＤケース用樹脂組成物にたいする提案としては硬化性への対応としてＮａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａの少ないシリカゲルを用いたものが提案（例えば、特許文献３参照。）されているが、ケースの反りに関しては言及されていない。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２３２２９２号公報報（第２〜４頁）
【特許文献２】
特開平４−３１２９６３号公報（第２〜５頁）
【特許文献３】
特開２００１−２２０４９６号公報（第２〜１０頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、成形後の反りが少なく且つ結露が起こりにくい特性を有し、ＣＣＤ用途に好適に用いることができる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。
【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、及び（Ｄ）無機充填材を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、無機質充填材としてＰＣＴ抽出水中のＳＯ４イオン量が２００ｐｐｍ以下の多孔質無機充填材を含み、該多孔質無機充填材の配合量がエポキシ樹脂組成物全体に対し１〜８０重量％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、
［２］  上記多孔質無機充填材の配合量がエポキシ樹脂組成物全体に対し５〜４０重量％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］  第［１］又は［２］項に記載のエポキシ樹脂組成物を用いて封止してなることを特徴とする半導体装置、
である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、硬化促進剤、ＰＣＴ抽出水中のＳＯ４イオン量が２００ｐｐｍ以下の多孔質無機充填材を含む無機充填材を必須成分とすることにより、成形後の反りが少なく且つ結露が起こりにくい特性を有し、ＣＣＤ用途に好適に用いることができる半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られるものである。
以下、本発明について詳細に説明する。
【０００６】
本発明に用いるエポキシ樹脂は、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、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造は特に限定するものではない。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、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）等を用いることが出来る。中でも無機充填材の充填量を上げるため低粘度のエポキシを用いるのが望ましい。好ましくはＩＣＩ粘度計での１５０℃における溶融粘度が０．４Ｐａ・ｓ以下、より好ましくは０．３Ｐａ・ｓ以下、更に好ましくは０．１Ｐａ・ｓ以下のエポキシ樹脂である。溶融粘度が上記上限値を超えると成形時に未充填が発生する恐れがある。
また、上記エポキシ樹脂は２種類以上混合しても良い。混合する全てのエポキシ樹脂が溶融粘度０．４Ｐａ・ｓ以下である必要はないが、混合エポキシ樹脂での溶融粘度が０．４Ｐａ・ｓを越えない範囲で使用するのが望ましい。
【０００７】
本発明に用いるフェノール樹脂は、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、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造を特に限定するものではない。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。硬化剤の粘度はＩＣＩ粘度計での１５０℃における溶融粘度が０．４Ｐａ・ｓ以下が望ましい。
【０００８】
エポキシ樹脂とフェノール樹脂の配合量は、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。
【０００９】
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使用することができる。例えば、２−メチルイミダゾール、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、ベンゾキノンをアダクトしたトリフェニルホスフィン等が挙げられ、中でも硬化性が良好な２−メチルイミダゾールが望ましい。これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
【００１０】
本発明に用いる無機充填材は、ＰＣＴ抽出水中のＳＯ４イオン量が２００ｐｐｍ以下の多孔質無機充填材を含む無機充填材である。本発明に用いる多孔質無機充填材は、ＣＣＤケースの透湿を抑え、封止後の結露を防止するために用いる。多孔質無機充填材は吸湿作用があり水分が樹脂組成物を通過する速度を遅らせる事が出来る。多孔質無機充填材の配合量は１〜８０重量％用いるのが必須であるが、好ましくは５〜４０重量％、より好ましくは１０〜３０重量％である。配合量が下限値を下回ると結露防止の効果が充分でなく、上限値を越えると硬化性が著しく低下する恐れがある。本発明に用いる多孔質無機充填材は、１２５℃のＰＣＴにおける抽出水のＳＯ４イオン濃度が２００ｐｐｍ以下のものを用いる。抽出液は最大粒径７４μ以下に砕いた多孔質無機充填材５ｇに対し蒸留水５０ｍｌをよく洗浄したＰＣＴ容器にいれ、１２５℃、２０時間の条件で抽出する。得られた抽出液はイオンクロマトグラフィーにて検量線を用いて定量する。抽出水のＳＯ４イオン濃度が上限値を越えると、ケースの反りが大きくなる。
【００１１】
本発明に用いる無機充填材としては、上記多孔質無機充填材のほかに、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併用することができる。併用できる無機充填材としては特に限定するものではないが、例えば、球状溶融シリカ、破砕状溶融シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、球状アルミナ、窒化珪素等が挙げられ、ＣＣＤ用途で最も好適に使用されるものとしては、フィラー自体が高い熱伝導性を有し、加えて高充填化により組成物として熱伝導率を高める事ができる球状アルミナが挙げられる。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。またこれらがカップリング剤により表面処理されていてもかまわない。
【００１２】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、フェノール硬化剤、硬化促進剤、多孔質無機充填剤を含む無機充填材を必須成分とするが、更にこれ以外に、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、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等の難燃剤等、種々の添加剤を適宜配合しても差し支えない。
【００１３】
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の混練機で溶融混練し、冷却、粉砕しパウダー状にする。更に得られたパウダーを加圧してタブレット化する。
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。
【００１４】
【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。
【００１５】
実施例１
ビフェニルエポキシ樹脂［エポキシ当量１９５ｇ／ｅｑ、軟化点５５℃、溶融
粘度（１５０℃）０．０２Ｐａ・ｓ］                      １０．３重量部
フェノールノボラック樹脂Ａ［水酸基当量１０５ｇ／ｅｑ、軟化点８０℃、溶
融粘度（１５０℃）０．１９Ｐａ・ｓ］                      ５．８重量部
２メチル−イミダゾール                                  ０．２重量部
シリカゲルＡ［平均粒径５μｍ、比表面積３０ｍ２／ｇ、細孔径１５ｎｍ、真比重２．２１、抽出水のＳＯ４  濃度１０８ｐｐｍ］              ５．０重量部
球状アルミナ［平均粒径１０μｍ］                      ７８．０重量部
カルナバワックス                                        ０．５重量部
カーボンブラック                                        ０．２重量部
をミキサーにて混合し後、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。
【００１６】
評価方法
多孔質無機充填材中の不純物量（Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、ＳＯ４イオン濃度）：最大粒径７４μ以下に砕いた原料の多孔質無機充填材であるシリカゲル５ｇに対し蒸留水５０ｍｌをよく洗浄したＰＣＴ容器にいれ１２５℃、２０時間の条件で抽出する。得られた抽出液はイオンクロマトグラフィーにて検量法により定量する。
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。
熱時硬度：５０φ−３ｍｍのテストピースを、低圧トランスファー成形機を用いて、成形温度１７５℃、圧力９．８ＭＰａ、硬化時間７０秒にて成形した。型開き１０秒後、熱板上のランナー部でショアＤ硬度計にて熱時硬度を測定した。
反り試験：低圧トランスファー成形機を用いて、成形温度１７５℃、圧力９．８ＭＰａ、２分にて図１及び図２に示す成形品を成形した。得られた成形品の底面部を表面粗さ計にて反り、うねりを測定した。
結露試験：低圧トランスファー成形機を用いて、成形温度１７５℃、圧力９．８ＭＰａ、２分にて図１及び図２に示す成形品を成形した。得られた成形品の開口部をエポキシ樹脂接着剤にてガラスで塞ぎ、中空のパッケージを得た。得られたパッケージを１２１℃／１００％の雰囲気下にて４時間吸湿させたのち、常温３０分保管し、更にガラス面のみを１００℃／１０秒間加温直後常温に急冷しガラス面の曇りを確認した。ｎ＝１５にて曇りの発生個数が８個以上の場合を不良とした。
【００１７】
実施例２〜９、比較例１〜３
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。
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂［エポキシ当量２００ｇ／ｅｑ、軟化点５５℃、溶融粘度（１５０℃）１．２０Ｐａ・ｓ］
フェノールノボラック樹脂Ｂ［水酸基当量１０５ｇ／ｅｑ、軟化点９２℃、溶融粘度（１５０℃）１．１０Ｐａ・ｓ］
シリカゲルＢ［平均粒径１１μｍ、比表面積６００ｍ２／ｇ、細孔径３．７ｎｍ、真比重２．２１、抽出水のＳＯ４濃度２１ｐｐｍ］
シリカゲルＣ［平均粒径２．５μｍ、比表面積７００ｍ２／ｇ、細孔径２．５ｎｍ、真比重２．２１、抽出水のＳＯ４濃度１８０ｐｐｍ］
シリカゲルＤ［平均粒径１１μｍ、比表面積７００ｍ２／ｇ、細孔径２．５ｎｍ、真比重２．２１、抽出水のＳＯ４濃度５６７ｐｐｍ］
【００１８】
【表１】
2005053978.tif 000002
【００１９】
【発明の効果】
本発明に従うと、透湿性が低く信頼性に優れ且つ反りの少ない半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得ることが出来る。
【００２０】
【図面の簡単な説明】
【図１】結露試験用成形品の断面図
【図２】結露試験用成形品の上面図
【図１】
2005053978.tif 000003
【図２】
2005053978.tif 000004