(57)【要約】【課題】従来の封止樹脂の欠点を改善し、低吸湿性及び高密着性により、優れた耐リフロークラック性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。【解決手段】エポキシ樹脂、硬化剤、硬化助剤、無機充填材を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。硬化剤として下記（構造式１）で示される骨格を有するフェノール樹脂を用いる。【化１】2005179585.tif 000006【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂、硬化剤、硬化助剤、無機充填材を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、硬化剤として下記（構造式１）で示される骨格を有するフェノール樹脂を用いて成ることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化１】
2005179585.tif 000005
【請求項２】
ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂が、エポキシ樹脂全量に対して１０〜１００質量％含有されて成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】
無機充填材が、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して８０〜９３質量％含有されて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
請求項１乃至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を用いて半導体素子が封止されて成ることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子（チップ）の封止に用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びこれを用いて製造される半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の小型化・薄型化に伴い、半導体装置としては表面実装型パッケージを使用するのが主流となっている。この半導体装置は、例えばエポキシ樹脂組成物等の封止樹脂で半導体素子を封止して製造されている。そして、このようにして得られる半導体装置をプリント配線板に実装する際には、リフローはんだ付け法が広く行われている。しかし、この方法では、半導体装置が、はんだ溶融に必要な温度雰囲気に曝されることとなる。そのため、あらかじめ封止樹脂が吸湿していたような場合には、この吸湿水分がリフロー加熱時に急激に膨張し、パッケージクラックの問題が発生することとなる。従って、封止樹脂としては、低吸湿性及び高密着性を併せ持ち、耐リフロークラック性（吸湿後リフロー時耐クラック性）が良好であるものが望まれている。
【０００３】
耐リフロークラック性を改良するために、封止樹脂における無機充填材の高充填化が提案されている。しかし、無機充填材の高充填化は、同時に成形時における封止樹脂の流動性の低下を招くために限界がある。
【０００４】
そこで、例えば、封止樹脂として、フェノールアラルキル樹脂を硬化剤として含有してなるエポキシ樹脂組成物が提供されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平５−３０１９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載されたエポキシ樹脂組成物によれば、無機充填材を高充填化しても、成形時における流動性の低下を抑制できる可能性がある。しかし、耐リフロークラック性の大幅な向上は、無機充填材の高充填化のみでは、期待することができないものである。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、従来の封止樹脂の欠点を改善し、低吸湿性及び高密着性により、優れた耐リフロークラック性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化助剤、無機充填材を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、硬化剤として下記（構造式１）で示される骨格を有するフェノール樹脂を用いて成ることを特徴とするものである。
【０００８】
【化１】
2005179585.tif 000002
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂が、エポキシ樹脂全量に対して１０〜１００質量％含有されて成ることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、無機充填材が、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して８０〜９３質量％含有されて成ることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項４に係る半導体装置は、請求項１乃至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を用いて半導体素子が封止されて成ることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の請求項１に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物によれば、従来よりも、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物の吸湿性を低下させることができると共に上記硬化物の密着性を高めることができ、その結果、無機充填材の高充填化のみでは期待できなかった耐リフロークラック性の大幅な向上という目的を達成することができるものである。
【００１３】
請求項２の発明によれば、他のエポキシ樹脂を用いるよりも、吸湿性を低下させることができると共に密着性を高めることができ、その結果、耐リフロークラック性をさらに向上させることができるものである。
【００１４】
請求項３の発明によれば、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物の吸湿性を低下させることができ、その結果、耐リフロークラック性をさらに向上させることができるものである。
【００１５】
本発明の請求項４に係る半導体装置によれば、従来よりも、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物の吸湿性を低下させることができると共に上記硬化物の密着性を高めることができ、その結果、無機充填材の高充填化のみでは期待できなかった耐リフロークラック性の大幅な向上という目的を達成することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化助剤、無機充填材を必須成分として含有するものである。
【００１８】
エポキシ樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂（ビフェニル型エポキシ樹脂）、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（Ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等）、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、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂等を用いることができる。これらのエポキシ樹脂のうち１種のみを用いたり、２種以上を混合して用いたりすることができる。半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対してエポキシ樹脂の含有量は２〜１５質量％であることが好ましい。
【００１９】
ここで、特にエポキシ樹脂全量に対してビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂を１０〜１００質量％含有するのが好ましい。このようにすれば、他のエポキシ樹脂を用いるよりも、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物の吸湿性を低下させることができると共に上記硬化物の密着性を高めることができ、その結果、耐リフロークラック性をさらに向上させることができるからである。しかし、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂の含有量が１０質量％未満であると、上記の効果を十分に得ることができないおそれがある。
【００２０】
硬化剤としては、上記（構造式１）で示される骨格を有するフェノール樹脂（以下単に「（構造式１）のフェノール樹脂」という。）を用いる。これにより、従来よりも、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物の吸湿性を低下させることができると共に上記硬化物の密着性を高めることができ、その結果、無機充填材の高充填化のみでは期待できなかった耐リフロークラック性の大幅な向上という目的を達成することができるものである。このような効果を十分高く得るためには、エポキシ樹脂のエポキシ基１当量に対して（構造式１）のフェノール樹脂のヒドロキシ基（フェノール性水酸基）が０．５〜１．５当量、好ましくは０．８〜１．２当量となるように、（構造式１）のフェノール樹脂を添加すればよい。
【００２１】
ここで、（構造式１）のフェノール樹脂の具体例を挙げる。下記（モデル１）〜（モデル３）はいずれも、キシレン樹脂とフェノールの反応物であって、（構造式１）のフェノール樹脂の具体例である。
【００２２】
【化２】
2005179585.tif 000003
【００２３】
（モデル１）は、（構造式１）においてｎ＝２、ｍ＝０、Ｒが（構造式３）となる場合であり、また、（モデル２）は、（構造式１）においてｎ＝１、ｍ＝１、Ｒが（構造式２）となる場合であり、また、（モデル３）は、（構造式１）においてｎ＝２、ｍ＝０、Ｒが（構造式２）及び（構造式３）となる場合である。なお、（モデル３）のようにｎが２以上となる場合には、Ｒとしては（構造式２）と（構造式３）とが混在していてもよい。
【００２４】
また、（構造式１）のフェノール樹脂のみを用いるほか、（構造式１）のフェノール樹脂に他の硬化剤を１種又は２種以上混合して用いることもできる。他の硬化剤としては、特に限定されるものではないが、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、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、各種多価フェノール化合物・ナフトール化合物等を用いることができる。ただし、（構造式１）のフェノール樹脂による効果を喪失させない範囲において他の硬化剤を添加することはいうまでもない。
【００２５】
硬化助剤（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反応を促進するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレートやトリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）等の有機ホスフィン類、ジアザビシクロウンデセン等の第三級アミン類、２−メチルイミダゾールや２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類を用いることができる。これらの硬化助剤のうち１種のみを用いたり、２種以上を混合して用いたりすることができる。エポキシ樹脂１００質量部に対して硬化助剤は０．１〜１０質量部であることが好ましい。
【００２６】
無機充填材としては、特に限定されるものではないが、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素等を用いることができる。これらの無機充填材のうち１種のみを用いたり、２種以上を混合して用いたりすることができる。半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して無機充填材の含有量は８０〜９３質量％であることが好ましい。このようにすれば、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物の吸湿性を低下させることができ、その結果、耐リフロークラック性をさらに向上させることができるからである。しかし、無機充填材の含有量が８０質量％未満であると、上記硬化物の吸湿率や線膨張率を十分に低減することができないおそれがあり、その結果、耐リフロークラック性が低下するおそれがある。逆に、無機充填材の含有量が９３質量％を超えると、成形時における半導体封止用エポキシ樹脂組成物の流動性が低下し、高粘度化により、半導体素子の金線変形等の不具合が生じるおそれがある。
【００２７】
本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、次のようなものを任意成分として含有するものであってもよい。すなわち、任意成分としては、離型材（金型離型用ＷＡＸ）、シランカップリング剤、着色剤、難燃剤、シリコーン可撓剤等を用いることができる。ここで、離型材としては、カルナバワックス、ステアリン酸、モンタン酸、カルボキシル基含有ポリオレフィン等を例示することができ、また、シラン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−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等を例示することができ、また、着色剤としては、カーボンブラック等を例示することができる。
【００２８】
本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、次のようにして調製することができる。まず、必須成分であるエポキシ樹脂、（構造式１）のフェノール樹脂、硬化助剤、無機充填材を配合し、必要に応じてその他の任意成分を配合する。次に、この配合物をミキサーやブレンダー等で均一に混合する。さらにこの混合物をニーダーやロール等で加熱・混練する。その後、この混練物を冷却して固化する。そして、この固化物を粉砕することによって、粉粒状のエポキシ樹脂組成物を調製することができる。このようにして得た組成物はタブレットにしてもよい。
【００２９】
本発明に係る半導体装置（パッケージ）は、上記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子を封止成形することによって、製造することができる。例えば、ＩＣ等の半導体素子が搭載されたリードフレームをトランスファー成形用金型にセットし、トランスファー成形を行うことによって、半導体素子を上記組成物による封止樹脂で封止した半導体装置を製造することができるものである。
【００３０】
上記のようにして得た半導体装置にあっては、（構造式１）のフェノール樹脂により、従来よりも、半導体素子を封止している半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物の吸湿性が低下していると共に上記硬化物の密着性が増加しており、その結果、無機充填材の高充填化のみでは期待できなかった耐リフロークラック性の大幅な向上という目的が達成されている。よって、リフローはんだ付け法等を行う場合において、本発明に係る半導体装置が、はんだ溶融に必要な温度雰囲気に曝されたとしても、パッケージクラックの発生を十分に防止することができるものである。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００３２】
半導体封止用エポキシ樹脂組成物の必須成分及び任意成分として下記のようなものを用いた。
【００３３】
エポキシ樹脂１：Ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（住友化学工業（株）製「ＥＳＣＮ１９５ＸＬ」（エポキシ当量１９５））
エポキシ樹脂２：ビフェニル型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製「ＹＸ４０００Ｈ」（エポキシ当量１９６））
硬化剤１：上記（モデル１）〜（モデル３）の混合物（三菱瓦斯化学（株）製「ニカノールＧＬＰ」（水酸基当量１６３））
硬化剤２：フェノールアラルキル樹脂（三井化学（株）製「ＸＬ−２２５」（水酸基当量１７６））
無機充填材：溶融シリカ（電気化学工業（株）製「ＦＢ８２０」）と溶融シリカ（（株）アドマテックス製「ＳＯ−２５Ｒ」）との混合物（質量比は「ＦＢ８２０」／「ＳＯ−２５Ｒ」＝８０／２０）
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（信越化学工業（株）製「ＫＢＭ４０３」）とエポキシ／ポリエーテル基含有ポリシロキサン（東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製「ＳＦ８４２１」）との混合物（質量比は「ＫＢＭ４０３」／「ＳＦ８４２１」＝１／１）
着色剤：カーボンブラック（三菱化学（株）製「４０Ｂ」）
硬化促進剤：トリフェニルホスフィン（北興化学工業（株）製「ＴＰＰ」）
金型離型用ＷＡＸ：カルナバワックス（大日化学（株）製「Ｆ１−１００」）
半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、次のようにして調製した。まず、［表１］に示す配合量（質量％）で、上記の必須成分及び任意成分を配合し、これをブレンダーで３０分間混合することによって均一化した。さらに、８０℃に加熱した２本ロールでこの混合物を混練・溶融して押し出した後、この混練物を冷却して固化した。そして、この固化物を粉砕機で所定粒度に粉砕することによって、実施例１〜７及び比較例１、２の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を粒状材料として得た。次に、これらの粒状材料についてスパイラルフロー及び耐リフロークラック性を評価した。なお、トランスファー成形条件は下記の通りである。
【００３４】
（トランスファー成形条件）
金型温度：１７５℃
注入圧力：６．８６ＭＰａ（７０ｋｇｆ／ｃｍ２）
成形時間：９０秒
後硬化：１７５℃／６ｈ
（スパイラルフロー）
「ＡＳＴＭ  Ｄ３１２３」に準じたスパイラルフロー測定用金型を用いて上記条件にて各粒状材料を成形し、その流動距離（ｃｍ）を測定した。結果を［表１］に示す。
【００３５】
（耐リフロークラック性１）
まず、銀ペーストを用いてＣｕリードフレームに寸法８ｍｍ×９ｍｍ×０．４ｍｍのテスト用チップを搭載し、このチップを上記条件にて各粒状材料で封止成形することにより、外形寸法２８ｍｍ×２８ｍｍ×３．２ｍｍの１６０ｐｉｎＱＦＰのパッケージをそれぞれ１０個ずつ得た。次に、これらのパッケージを８５℃、湿度８５％の条件で１６８時間吸湿させた後、ＩＲリフロー装置により、２４０℃、１０秒の条件でリフロー処理を行った。そして、リフロー処理後のパッケージを観察することにより、クラックの有無を確認した。結果を［表１］に示す。なお、分子はクラックが発生したパッケージ数を示し、分母は上記試験を行ったパッケージ数（１０個）を示す。
【００３６】
（耐リフロークラック性２）
吸湿時間を７２時間、９６時間、１６８時間とし、ＩＲリフロー装置により、２６０℃、１０秒の条件でリフロー処理を行った以外は、上記（耐リフロークラック性１）と同様にして評価した。結果を［表１］に示す。
【００３７】
【表１】
2005179585.tif 000004
【００３８】
［表１］にみられるように、スパイラルフローについては実施例１〜７及び比較例１、２はいずれも問題ないが、耐リフロークラック性については、（構造式１）のフェノール樹脂を用いた実施例１〜７の方が、比較例１、２よりも、優れていることが確認される。特に、実施例１と比較例１とを比較すると、無機充填材の高充填化のみでは期待できなかった耐リフロークラック性の大幅な向上という目的を達成できることが確認される。
【００３９】
また、実施例１〜３、５、６と実施例４とを比較すると、エポキシ樹脂全量に対してビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂を１０質量％以上含有した方が、耐リフロークラック性をさらに向上できることが確認される。
【００４０】
また、実施例１〜３、５、６と実施例７とを比較すると、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して無機充填材を８０質量％以上含有した方が、耐リフロークラック性をさらに向上できることが確認される。