(57)【要約】【課題】  ニッケルメッキとの密着性にも優れ、かつワイヤー変形等の問題が発生しない成形性に優れたエポキシ樹脂組成物、及び成形後及び半田処理後に半導体装置裏面に剥離がなく、信頼性に優れた半導体装置を提供すること。【解決手段】  エポキシ樹脂、フェノール樹脂、特定のイミダゾール系硬化促進剤、特定のシリコーンオイル、及び結晶シリカを必須成分とするエポキシ樹脂組成物、及びそれを用いてメッキを施されたリードフレームに搭載されたパワートランジスタを封止した半導体装置。【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）一般式（１）及び／又は一般式（２）で示される化合物、（Ｄ）一般式（３）で示される化合物及び（Ｅ）結晶シリカを必須成分とし、（Ｃ）一般式（１）及び／又は一般式（２）で示される化合物が全エポキシ樹脂組成物中に０．０５〜０．６重量％、（Ｄ）一般式（３）で示される化合物が全エポキシ樹脂組成物中に０．０２〜１重量％及び（Ｅ）結晶シリカが全エポキシ樹脂組成物中に６５〜９０重量％であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
【化１】
2005139220.tif 000010
（Ｒ1、Ｒ2：水素又は炭素数１〜３０のアルキル基、カルビノール基若しくはアリール基。Ｒ3：シアノエチル、エチルトリアジン、水素又は炭素数１〜３０のアルキル基、カル
ビノール基若しくはアリール基。Ｒ4：トリル、ベンジル、水素又は炭素数１〜３０のア
ルキル基、カルビノール基若しくはアリール基。）
【化２】
2005139220.tif 000011
（Ｒ1、Ｒ2：水素又は炭素数１〜３０のアルキル基、カルビノール基若しくはアリール基。Ｒ4：トリル、ベンジル、水素又は炭素数１〜３０のアルキル基、カルビノール基若し
くはアリール基。）
【化３】
2005139220.tif 000012
（Ｘ：メトキシシリル、エトキシシリルなどのアルコシキシリル基、ｌ，ｍ，ｎは整数であり、ｌ＋ｍ＋ｎが８〜１０。）
【請求項２】
請求項１記載のエポキシ樹脂組成物を用いて、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。
【請求項３】
請求項１記載のエポキシ樹脂組成物を用いて、メッキを施せられたリードフレームに搭載されたパワートランジスタを封止してなることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記のメッキを施せられたリードフレームが、リードフレームの表裏にニッケルメッキを有する請求項３記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エポキシ樹脂組成物及びそれを用いて封止された半導体装置に関するものであり、例えば、トランジスタ等の封止用に好適に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
ダイオード、トランジスタ、ＩＣチップ等の本体を機械的、化学的作用から保護するために、半導体封止用エポキシ樹脂組成物が使用されてきた。Ｔｏ−２２０等のパワートランジスタは、半導体素子本体とともに放熱板を備えているが、最近では、トランスファーモールドに際し、上記放熱板の裏面までもエポキシ樹脂組成物を用いて封止するフルパック方式が採用されるようになってきている。
【０００３】
フルパック方式のパワートランジスタでは、放熱板裏面の樹脂組成物の硬化物は、放熱特性の向上の観点から可能な限り薄くすることが望ましい。しかしながら、裏面が薄くなると樹脂組成物の硬化物の強度が低下するため離型時、あるいは半田処理後に、リードフレームと樹脂組成物の硬化物との界面で剥離が生じ、膨れが発生しやすくなる。膨れが発生した半導体装置は実装後に半導体装置からの熱放散性が低下し、半導体素子から発生した熱が半導体装置内部に滞り電気特性不良が発生する。又加工費の低コスト化を目的として、ニッケルメッキが必要なリードのみ部分的にメッキをするのではなく、リードフレーム全面にニッケルメッキを施すことが一般的となっている。従来のエポキシ樹脂組成物は銅に比べて、ニッケルメッキに対しては密着力が低いため、裏面に膨れが発生しやすかった。対策としては触媒種としてイミダゾール類を使用することで裏面膨れを改善することができた（例えば特許文献１参照）。しかしながらワイヤーはこれまでアルミワイヤーが使用されることが多かったが、ＩＣと同じ金ワイヤーが使用されるものも出てきており、アルミワイヤーよりも径が小さいため、これまでの技術ではワイヤー変形の問題が生じてきている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１９４０５９号公報（第２〜８頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来の技術では得られなかったニッケルメッキとの密着性にも優れ、かつワイヤー変形等の問題が発生しない成形性に優れたエポキシ樹脂組成物、及びそれを用いてパワートランジスタ等の半導体素子を封止した半導体装置であって、成形後及び半田処理後に半導体装置裏面に剥離がなく、信頼性に優れ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】
【０００６】
本発明は、
［１］  （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）一般式（１）及び／又は一般式（２）で示される化合物、（Ｄ）一般式（３）で示される化合物及び（Ｅ）結晶シリカを必須成分とし、（Ｃ）一般式（１））及び／又は一般式（２）で示される化合物が全エポキシ樹脂組成物中に０．０５〜０．６重量％、（Ｄ）一般式（３）で示される化合物が全エポキシ樹脂組成物中に０．０２〜１重量％及び（Ｅ）結晶シリカが全エポキシ樹脂組成物中に６５〜９０重量％であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物、
【０００７】
【化４】
2005139220.tif 000002
（Ｒ1、Ｒ2：水素又は炭素数１〜３０のアルキル基、カルビノール基若しくはアリール基。Ｒ3：シアノエチル、エチルトリアジン、水素又は炭素数１〜３０のアルキル基、カル
ビノール基若しくはアリール基。Ｒ4：トリル、ベンジル、水素又は炭素数１〜３０のア
ルキル基、カルビノール基若しくはアリール基。）
【化５】
2005139220.tif 000003
（Ｒ1、Ｒ2：水素又は炭素数１〜３０のアルキル基、カルビノール基若しくはアリール基。Ｒ4：トリル、ベンジル、水素又は炭素数１〜３０のアルキル基、カルビノール基若し
くはアリール基。）
【０００８】
【化６】
2005139220.tif 000004
（Ｘ：メトキシシリル、エトキシシリルなどのアルコシキシリル基、ｌ，ｍ，ｎは整数であり、ｌ＋ｍ＋ｎが８〜１０。）
【０００９】
［２］  第［１］項記載のエポキシ樹脂組成物を用いて、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、
［３］  第［１］項記載のエポキシ樹脂組成物を用いて、メッキを施せられたリードフレームに搭載されたパワートランジスタを封止してなることを特徴とする半導体装置、
［４］  前記のメッキを施せられたリードフレームが、リードフレームの表裏にニッケルメッキを有する第［３］項記載の半導体装置、
である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ニッケルメッキとの密着性に優れ、かつワイヤー変形等の問題が発生しない成形性に優れたエポキシ樹脂組成物が得られ、それを用いてパワートランジスタ等の半導体素子を封止することで、成形後及び半田処理後に半導体装置裏面に剥離が発生しない、信頼性に優れた半導体装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、特定のイミダゾール系硬化促進剤、特定のシリコーンオイル、及び結晶シリカを必須成分とすることにより、成形時のワイヤー変形を起こしにくく、ニッケルメッキとの密着性に優れたエポキシ樹脂組成物が得られるため、それを用いてメッキを施せられたリードフレームに搭載されたパワートランジスタ等の半導体素子を封止することで、耐半田性等のパッケージ信頼性に優れた半導体装置が得られるものである。
以下各成分について説明する。
【００１２】
本発明に用いられるエポキシ樹脂は、１分子内に２個以上のエポキシ基を有するモノマー、オリゴマー及び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が、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、オルソ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、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等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いてもよい。
【００１３】
本発明に用いられるフェノール樹脂は、１分子内に２個以上のフェノール性水酸基を有するモノマー、オリゴマー及びポリマー全般を言う。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、テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等が挙げられ、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は、分子量、水酸基当量等に制限なく使用することができる。
【００１４】
本発明に用いられる全エポキシ樹脂のエポキシ基と全フェノール樹脂のフェノール性水酸基との当量比は、好ましくは０．５〜２、特に好ましくは０．７〜１．５である。上限値、下限値を外れると、硬化性、耐湿性等が低下する恐れがあるので好ましくない。
【００１５】
本発明に用いられる一般式（１）又は一般式（２）で示される化合物は、エポキシ樹脂とフェノール樹脂との硬化反応を促進する効果を有するとともに銅メッキやニッケルメッキとの密着性を向上させる効果を有する。本発明に用いられる一般式（１）又は一般式（２）で示される化合物は、単独で用いても２種以上を併用してもよい。
一般式（１）又は一般式（２）で示される化合物の配合量としては、全エポキシ樹脂組成物中に０．０５〜０．６重量％が好ましい。下限値を下回ると硬化時間が長くなり、生産性を悪くさせる。更に離型時のストレスによって密着性が低下し離型不良が発生する。また上限値を越えると流動性が悪くなり、未充填等の成形不良が発生し、ぬれ性が悪くなることにより、密着性も低下する。
一般式（１）又は一般式（２）で示される化合物のうち、好ましいものとしては以下の式
（４）、式（５）の化合物等が挙げられる。
【００１６】
【化７】
2005139220.tif 000005
【００１７】
【化８】
2005139220.tif 000006
【００１８】
又一般式（１）又は一般式（２）で示される化合物を用いることによる特徴を損なわない範囲で、トリフェニルホスフィン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等の他の硬化促進剤と併用しても何ら問題はない。
【００１９】
本発明では、一般式（３）で示される化合物を必須成分とする。一般式（３）で示される化合物を配合することにより、銅メッキやニッケルメッキとの密着性を下げることなく、ワイヤー変形を起こしにくくなる。その配合量としては、全エポキシ樹脂組成物中に０．０２〜１重量％が好ましい。下限値を下回るとワイヤー変形が発生し、上限値を超えると密着性が下がり、信頼性が低下する。
一般式（３）で示される化合物のうち、好ましいものとしては以下の式（６）の化合物等が挙げられる。また、一般式（３）以外のシリコーンオイルを併用しても差し支えない。
【００２０】
【化９】
2005139220.tif 000007
【００２１】
本発明に用いられる結晶シリカとしては、最大粒径が２００μｍで、平均粒径１０〜４０μｍのものが好ましい。最大粒径が上限値を越えると未充填不良が発生し、平均粒径が上記範囲を外れると流動性が低下し、半導体装置の外観が悪化する等の不良となる恐れがあるため好ましくない。結晶シリカの配合量としては、全エポキシ樹脂組成物中に６５〜９０重量％が好ましく、更に好ましくは７０〜８５重量％である。配合量が下限値を下回ると熱伝導率が低下し、熱放散性が不十分となり、電気特性が悪化する恐れがあり好ましくない。上限値を越えると流動性が低下し半導体装置の外観が不良となる恐れがある。これらの特性を損なわない範囲で、結晶シリカ以外の他の充填材も使用することができる。例えば溶融破砕シリカ粉末、溶融球状シリカ粉末、２次凝集シリカ粉末、アルミナ、チタンホワイト、水酸化アルミニウム、タルク等が挙げられる。
【００２２】
本発明に用いるパワートランジスタを搭載するリードフレームは銅メッキのみならずニッケルメッキしたリードフレームも含まれる。また、ニッケルメッキが必要なリードのみ部分的にメッキをするのではなく、リードフレーム表裏の全体にニッケルメッキを施したものも含まれる。本発明に用いるエポキシ樹脂組成物で封止することにより、銅メッキのみならず、従来比較的密着性が良くなかったニッケルメッキに対しても優れた密着性を示すものである。
【００２３】
本発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）成分の他、必要に応じてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤、カーボンブラック等の着色剤、臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチモン、リン化合物等の難燃剤、シリコーンゴム等の低応力成分、天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸及びその金属塩類もしくはパラフィン等の離型剤、酸化防止剤等の各種添加剤を配合することができる。
【００２４】
本発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）成分、及びその他の添加剤等をミキサーを用いて常温混合し、ロール、押出機等の混練機で混練し、冷却後粉砕して得られる。
本発明に用いるエポキシ樹脂組成物を用いて、メッキを施せられたリードフレームに搭載されたパワートランジスタを封止し、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成形方法で硬化成形すればよい。
【実施例】
【００２５】
以下に、実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。配合割合は重量部とする。
実施例１
オルソ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６５℃）                                                            ５３．０重量部
フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０４ｇ／ｅｑ、軟化点７３℃）
３０．１重量部
式（４）の化合物（四国化成工業（株）製  ２ウンデシルイミダゾール）２．０重量部
式（６）のシリコーンオイル                                        ０．５重量部
結晶シリカ（平均粒径２２μｍ）                                ５００．０重量部
カーボンブラック                                                  １．２重量部
臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂（軟化点８４℃、エポキシ当量２８５ｇ／ｅｑ、臭素原子含有率３５重量％）                                    ６．１重量部
三酸化アンチモン                                                  ４．９重量部
カルナバワックス                                                  １．５重量部を混合し、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。
【００２６】
評価方法
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の金型を用い、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分で測定した。スパイラルフローは流動性のパラメータであり、数値が大きい方が流動性が良好である。単位はｃｍ。
成形性評価：Ｔｏ−２２０Ｆパッケージ（フルパック方式パワートランジスタ）を４０個成形し、未充填及び裏面膨れの発生した不良パッケージ数を目視にて観察し、未充填発生率、膨れ発生率を求めた。不良パッケージの個数がｎ個であるときｎ／４０と表示した。成形条件は金型温度１７５℃、注入圧力７．８ＭＰａ、硬化時間６０秒で行った。
ワイヤー変形評価：Ｔｏ−２２０Ｆパッケージ（フルパック方式パワートランジスタ）を４０個成形し、ワイヤー変形量を測定し、ワイヤー変形率とした。単位は％。成形条件は金型温度１７５℃、注入圧力７．８ＭＰａ、硬化時間６０秒、注入時間１０秒で行った。ワイヤー変形量は、軟Ｘ線透視装置で観察し、ワイヤー変形率を（流れ量）／（金線長）の比率で表した。単位は％。
【００２７】
実施例２〜１０、比較例１〜５
表１の配合に従い、実施例１と同様にして樹脂組成物を得、実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。
実施例１以外で用いた成分について以下に示す。
式（５）の化合物（四国化成工業（株）製  ２Ｍｚ−Ａ）
トリフェニルホスフィン
【００２８】
式（７）のシリコーンオイル
【化１０】
2005139220.tif 000008
【００２９】
【表１】
2005139220.tif 000009
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明によると、従来達成されなかったニッケルメッキとの密着性にも優れ、かつワイヤー変形等の問題を発生しにくい成形性に優れたエポキシ樹脂組成物が得られ、それを用いた半導体装置は成形後及びポストキュア後に半導体装置裏面に剥離が発生せず、信頼性に優れたものとなるため、パワートランジスタ等の封止用に好適に用いることができるものである。