(57)【要約】【解決手段】  （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）無機充填剤、（Ｄ）硬化促進剤、及び（Ｅ）分岐型ポリエチレンワックスを酸化して得られる、酸価１５〜３０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）、かつＪＩＳ  Ｋ２２３５−５．４に規定の針入度３以上の離型剤を含むエポキシ樹脂組成物。【効果】  本発明のエポキシ樹脂組成物は、半導体装置の封止に際して、連続成形性に優れ、かつ表面実装用パッケージ封止樹脂部が吸湿した状態であっても半田時の耐クラック性に優れた硬化物を与えるものである。【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）無機充填剤、
（Ｄ）硬化促進剤、及び
（Ｅ）分岐型ポリエチレンワックスを酸化して得られる、酸価１５〜３０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）、かつＪＩＳ  Ｋ２２３５−５．４に規定の針入度３以上の離型剤
を含む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、連続成形性に優れ、表面実装用パッケージ封止樹脂部が吸湿した状態であっても半田時の耐クラック性に優れた硬化物を与えるエポキシ樹脂組成物、及び該樹脂組成物の硬化物で封止し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】
最近、これらの半導体装置は集積度が益々大きくなり、それに応じてチップ寸法も大きくなりつつある。その一方で、電子機器の小型化、軽量化等の要求に応じて、パッケージ外形寸法は小さいものとなっている。更に、基板上の部品の高密度化、基板の薄型化等を図るために、半導体装置の回路基板への取り付け方法としては、半導体装置の表面実装が採用されるようになってきた。
【０００４】
しかしながら、半導体装置の表面実装方法として、半導体装置全体を半田槽に浸漬するか、又は半田が溶融し得る高温の処理区域を通過させる方法が一般的であるが、その際の熱衝撃により封止樹脂層にクラックが発生したり、封止樹脂層とリードフレーム、チップ等との界面に剥離が生じたりする場合がある。半導体装置の封止樹脂層が吸湿している状態で前記処理を行うと、熱衝撃によるクラック又は剥離は更に顕著なものとなる。しかし、実際の作業工程においては封止樹脂層の吸湿を避けることは困難であるため、実装後のエポキシ樹脂封止半導体装置の信頼性が大きく損なわれる場合がある。
【０００５】
上記問題に対しては、封止樹脂層の吸湿度を下げることが有効であり、吸湿度の低減を図るために、多量の無機充填剤を添加する手段が広く採用されている。
【０００６】
一方で、半導体装置の生産効率を向上させるため、封止用樹脂には良好な成形性が要求される。一般に、半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、金型からの離型性の向上を目的として、天然カルナバワックス、脂肪酸エステル等のエステル類、ポリエチレン、酸化ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン類等が離型剤として配合されている。
【０００７】
無機充填剤が高充填化されたエポキシ樹脂組成物は、成形時の収縮率が小さくなっており、金型からの離型が困難であるので、離型剤の添加量を多くする、あるいは金型表面に滲み出てきやすい溶融粘度の低い離型剤を用いる等の手段を採用することが必要となる。その結果、連続成形時には、滲み出た離型剤成分が金型表面に付着し、汚れとなり、金型からのスムーズな離型を妨げる原因となることがある。
【０００８】
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】特開平０５−１３１４８６号公報
【特許文献２】特開平０６−２５６４７１号公報
【特許文献３】特開平０７−３１６４０１号公報
【特許文献４】特開平０８−１５７６９５号公報
【特許文献５】特開２００１−２１４０３１号公報
【特許文献６】特開２００３−２１２９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、連続成形性に優れ、表面実装用パッケージ封止樹脂部が吸湿した状態であっても半田時の耐クラック性に優れた硬化物を与えるエポキシ樹脂組成物、及び該樹脂組成物の硬化物で封止し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】
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、エポキシ樹脂組成物に分岐型ポリエチレンワックスを酸化して得られる酸価１５〜３０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）で、ＪＩＳ  Ｋ２２３５−５．４に規定の針入度３以上の離型剤を配合することで、連続成形性に優れ、かつ表面実装用パッケージ封止樹脂部が吸湿した状態であっても半田時の耐クラック性に優れた硬化物を与えるエポキシ樹脂組成物が得られることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１１】
即ち、本発明は、
（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）硬化剤、
（Ｃ）無機充填剤、
（Ｄ）硬化促進剤、及び
（Ｅ）分岐型ポリエチレンワックスを酸化して得られる、酸価１５〜３０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）、かつＪＩＳ  Ｋ２２３５−５．４に規定の針入度３以上の離型剤
を含むエポキシ樹脂組成物、及び該樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、半導体装置の封止に際して、連続成形性に優れ、かつ表面実装用パッケージ封止樹脂部が吸湿した状態であっても半田時の耐クラック性に優れた硬化物を与えるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について更に詳しく説明する。
［（Ａ）エポキシ樹脂］
本発明組成物の主剤であるエポキシ樹脂としては、一分子中に２個以上のエポキシ基を有するものであれば特に制限されず、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。
【００１４】
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すぎると、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高くなる。
【００１５】
［（Ｂ）硬化剤］
（Ｂ）成分はエポキシ樹脂の硬化剤であって、これも特に制限されず、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、フェノール樹脂としては、一分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有するものであればよく、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。
【００１６】
上記硬化剤は、（Ａ）成分の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。
【００１７】
（Ａ）成分に対する（Ｂ）成分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、（Ａ）成分中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の範囲とすることが好ましい。
【００１８】
［（Ｃ）無機充填剤］
（Ｃ）成分の無機充填剤としては、エポキシ樹脂組成物に通常に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。
【００１９】
この無機充填剤の平均粒径、形状及び配合量は、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。
【００２０】
無機充填剤の配合量としては、例えば、上記（Ａ）及び（Ｂ）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。
【００２１】
なお、無機充填剤は、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。また、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。
【００２２】
［（Ｄ）硬化促進剤］
また、本発明において、エポキシ樹脂と硬化剤との硬化反応を促進させるため、公知の硬化促進剤を用いることが好ましい。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。
【００２３】
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（Ａ）及び（Ｂ）成分の総量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。
【００２４】
［（Ｅ）離型剤］
本発明のエポキシ樹脂組成物は、分岐型ポリエチレンワックスを酸化して得られた酸価１５〜３０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）、かつＪＩＳ  Ｋ２２３５−５．４に規定の針入度３以上の離型剤が配合されている点に特徴を有するものである。一般に、ポリエチレンワックスの重合法にはチーグラーナッタ触媒により製造される低圧重合法と、ラジカル触媒を使用して得られる高圧重合法の２種類がある。一般に、高圧重合法で得られるポリエチレンワックスは分岐が多く、低圧重合によって得られるポリエチレンワックスは直鎖状で分岐が少ないが、触媒量、製造条件によっては分岐の多いポリエチレンワックスを得ることができる。
【００２５】
ポリエチレンワックスは無極性であり、エポキシ樹脂中に添加した場合、相溶しにくい。そのため、半導体封止樹脂表面に滲みやすく離型性には優れるが、外観上の不良、あるいは封止樹脂と基板との界面の密着性低下を引き起こす。そこで、ポリエチレンワックスを酸化してある程度の極性を持たせることにより、エポキシ樹脂に対する適度な相溶性を有し、硬化物の離型性、基板との密着性、及び外観等を向上させることができる酸化ポリエチレンワックスを得ることができる。
【００２６】
ここで、これら酸化の度合いは酸価として測定される。酸価が大きいと樹脂との相溶性が良くなり、離型剤のもつ表面への滲み出しという性能が抑えられる。また、酸価が小さいと表面に滲みやすく離型性には優れるが、外観上の不良、あるいは封止樹脂と基板との界面の密着性低下を引き起こすおそれがある。本発明においては、ワックスの酸価について１５〜３０（ｍｇＫＯＨ／ｇ）、好ましくは１８〜２８（ｍｇＫＯＨ／ｇ）であれば、これをエポキシ樹脂組成物に配合した場合、離型性、基板との密着性、及び外観等に優れた硬化物を与える組成物を得ることができるものである。この場合、酸価が大きすぎると金型からの離型性が低下し、小さすぎるとワックスが樹脂表面に滲みやすく、外観上の不良や封止樹脂と基板との界面の密着性低下を引き起こす。
【００２７】
また、分岐型ポリエチレンワックスと分岐の少ない直鎖型のポリエチレンワックスを酸化した場合、直鎖型のタイプは高温で分解、再重合し、ゲル化するため、金型汚れの原因となる。従って、本発明においては分岐型ポリエチレンワックスを酸化して用いるものである。この場合、ポリエチレンの分岐の度合いはＪＩＳ  Ｋ２２３５−５．４に規定の針入度が目安となる。分岐が多いと針入度は大きくなる。本発明で用いられる分岐型ポリエチレンワックスは、上記針入度が３以上、好ましくは５以上である。なお、針入度の上限値としては特に制限されないが、２０以下が好ましく、更に好ましくは１５以下である。針入度が３未満の分岐型ポリエチレンワックスを本発明組成物に用いると金型汚れの原因となるゲル化が起こり、針入度が大きすぎると離型性が損なわれる場合がある。
【００２８】
（Ｅ）成分の離型剤の配合量としては、（Ａ）及び（Ｂ）成分の総量１００質量部に対して、０．１〜５質量部が好ましく、更に好ましくは０．３〜４質量部であることが望ましい。配合量が少なすぎると離型性が損なわれる場合があり、多すぎるとパッケージ表面に滲み出し、外観不良となる場合がある。
【００２９】
なお、本発明の発現を妨げない範囲において、高圧重合法ないし低圧重合法によって製造された直鎖状で分岐の少ないポリエチレンワックスを酸化して得られたワックス以外の離型剤、例えば、モンタン酸、モンタン酸と飽和アルコール、２−（２−ヒドロキシエチルアミノ）−エタノール、エチレングリコール、グリセリン等とのエステル化合物であるモンタンワックス；ステアリン酸、ステアリン酸エステル、ステアリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド等を組み合わせて使うことができる。
【００３０】
［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。
【００３１】
［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して得ることができる。
【００３２】
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。
【００３３】
本発明のエポキシ樹脂組成物は連続成形性に優れ、表面実装用パッケージ封止樹脂部が吸湿した状態であっても半田時の耐クラック性に優れた硬化物を与えることができる。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を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。
【００３５】
下記実施例及び比較例で使用した成分は、以下のとおりである。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。
（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）無機充填剤：球状溶融シリカ（龍森社製、平均粒径：１５μｍ）
（Ｄ）硬化促進剤：トリフェニルホスフィン（北興化学社製）
（Ｅ）離形剤：下記表１に示すア〜オ成分
【表１】
2005194384.tif 000002
（Ｆ）カーボンブラック（商品名：電化ブラック、電気化学工業（株）製）
（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、信越化学工業（株）製）
【００３６】
［実施例１〜２、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、下記のとお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。
【００３７】
（ｉ）連続成形性
各組成物を用いて、温度：１７５℃、成形圧力：７０ＭＰａ、及び成形時間：４５秒の条件でＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）（１４ｍｍ×２０ｍｍ×２．７ｍｍ、５キャビティー）を連続成形機により成形した。パッケージが金型に貼りつく、もしくはカルが金型に貼りつく等の不良が発生するまでのショット数を調べた。
【００３８】
（ｉｉ）耐クラック性
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ＱＦＰ（１４ｍｍ×２０ｍｍ×１．４ｍｍ、６キャビティー）を成形した。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６個のサンプルを得た。同様にして３回成形を行い、計１８個のサンプルを得た。得られたサンプルについて、超音波探傷装置にて初期状態を確認した。
次いで、各サンプルを、１２５℃の温度で２時間乾燥した後、８５℃／６０％ＲＨの条件で、１６８時間放置して吸湿させた。その後、ＩＲリフロー炉（最高温度：２６０℃、炉内通過時間：１０秒間）に３回通したサンプルについて、パッケージの状態を超音波探傷装置にて確認し、初期状態との対比に基づき、クラックの発生の有無を調べた。クラックが発生している個数をサンプル母数とともに表２に示す。
【００３９】
【表２】
2005194384.tif 000003