(57)【要約】  【課題】  表面実層タイプの半導体装置を封止したとき、高温下での耐クラック性および耐湿信頼性に優れ、かつ難燃性も良好な封止用樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置を提供する。    【解決手段】  （Ａ）下式に示す二成分を含むエポキシ樹脂、    【化１】2005075874.tif 000008（但し、式中、Ｒ1 〜Ｒ4 は水素原子又はメチル基を、ｎは０又は１以上の整数を表す）（Ｂ）下式に示すフェノール樹脂硬化剤、    【化２】2005075874.tif 000009（但し、式中、ｎは０又は１以上の整数）（Ｃ）無機充填剤、（Ｄ）ＤＢＵ、（Ｅ）シランカップリング剤および（Ｆ）ジルコニウム系無機イオン交換体を必須成分としてなり、組成物全体に対して（Ｃ）成分を２５〜９５重量％の割合で含有する封止用樹脂組成物であり、また、この硬化物により半導体チップを封止してなる樹脂封止型半導体装置である。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）下記一般式に示すエポキシ樹脂、
【化１】
2005075874.tif 000006
（但し、式中、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 は水素原子又はメチル基を、ｎは０又は１以上の整数を表す）
（Ｂ）下記一般式に示すフェノール樹脂硬化剤、
【化２】
2005075874.tif 000007
（但し、式中、ｎは０又は１以上の整数を表す）
（Ｃ）無機充填剤、
（Ｄ）１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７、
（Ｅ）シランカップリング剤および
（Ｆ）ジルコニウム系無機イオン交換体
を必須成分としてなり、樹脂組成物全体に対して（Ｃ）無機充填剤を２５〜９５重量％の割合で含有することを特徴とする封止用樹脂組成物。
【請求項２】
（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤と（Ａ）エポキシ樹脂との当量比（フェノール樹脂硬化剤の水酸基数／エポキシ樹脂のエポキシ基数）が０．４〜１．３である請求項１記載の封止用樹脂組成物。
【請求項３】
難燃剤を含有しない請求項１又は２記載の封止用樹脂組成物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の封止用樹脂組成物の硬化物によって、半導体素子を封止してなることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体等の電子部品の封止材料として使用される高密着性、半田耐熱性に優れた封止用樹脂組成物および樹脂封止型半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体集積回路を機械的、化学的作用から保護するために、熱硬化性樹脂を用いて封止することが広く行われてきた。このような封止樹脂材料には、エポキシ樹脂をベースとし、これに硬化剤や硬化促進剤、さらにはシリカ粉末のような無機充填剤や顔料等を配合した組成物が、信頼性や成形性、価格の点等から一般に使用されている。
【０００３】
近年、ＩＣは高集積化に伴う大型化、多極化が進み、パッケージの形状も複雑化してきている。そのため、市場に大きなニーズのある表面実装対応デバイス用半導体装置の製造には、高密着性、高半田耐熱性を有する封止用樹脂が求められている。つまり、従来のエポキシ樹脂組成物では、密着力および半田耐熱性が表面実装パッケージに適用するにはやや不十分であった。
【０００４】
上記問題解決のため封止用樹脂には、高密着化、高強度化、低吸水化が要求され、そのために無機充填剤の高充填化、密着付与剤の添加などを行ってきた。しかし、反面、成形時における不具合を生じる結果が起きてきた。例えば、外部巣、内部巣の増加、ボンディングワイヤの変形、薄型パッケージにおける充填性不足という欠点である。また、半導体パッケージの組立て工程削減を行うため、事前にメッキを施したフレームを用いてモールドする手法がとられている。この結果、従来の密着付与剤では、リードフレームへの接着力が不足する事態が生じてきた。
【０００５】
そこで、上記のような不具合の発生することのない高密着性、半田耐熱性に優れたエポキシ樹脂組成物の開発が要望されている。
【０００６】
一方、この種の封止樹脂材料には、安全性の点から、ＵＬ規格により難燃性を付与することが求められている。
【０００７】
また従来、エポキシ樹脂組成物においては、塩素、臭素等のハロゲン元素を含むハロゲン系難燃剤とアンチモン化合物（通常、三酸化アンチモン）の併用による難燃化が一般的である。
【０００８】
しかしながら、これらのハロゲン系難燃剤とアンチモン化合物は、電子部品の信頼性を低下させるという問題点がある。加えて、最近ではこれらの環境への影響が指摘され始めている。
【０００９】
このため、リン系難燃剤や金属水和物の単独もしくは併用など、ハロゲン系難燃剤およびアンチモンを含有しない難燃化技術の開発が進められているが、従来のハロゲン系難燃剤とアンチモン化合物の併用に比べ、長期の耐湿信頼性が低下するという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、市場に大きなニーズのある表面実装対応デバイス用半導体装置の製造には、高密着性、半田耐熱性に優れたエポキシ樹脂組成物が求められている。また、このようなエポキシ樹脂組成物において、環境への配慮等からハロゲン系難燃剤およびアンチモン化合物の併用に代わる信頼性の高い難燃化技術の開発も求められている。
【００１１】
本発明は、上記の欠点を解消するためになされたもので、実装時の高い半田耐熱性を維持し、金属フレームに対して高い接着力を有する半導体封止用樹脂組成物及びこの樹脂組成物で封止された樹脂封止型半導体装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、難燃性に優れ、しかも長期にわたって良好な耐湿性が保持されるうえ、環境上の問題もない封止用樹脂組成物及びこの樹脂組成物で封止された樹脂封止型半導体装置を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、上記の目的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、特定の構造をもつエポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤を組み合わせるとともに、１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７、シランカップリング剤およびジルコニウム系無機イオン交換体を併用することによって、半田耐熱性を向上させることができるとともに、難燃剤を使用することなく優れた難燃性を付与することができることを見いだし、本発明を完成させたものである。
【００１４】
即ち、本発明は、
（Ａ）下記一般式に示すエポキシ樹脂、
【化１】
2005075874.tif 000002
（但し、式中、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 は水素原子又はメチル基を、ｎは０又は１以上の整数を表す）
（Ｂ）下記一般式に示すフェノール樹脂硬化剤、
【化２】
2005075874.tif 000003
（但し、式中、ｎは０又は１以上の整数を表す）
（Ｃ）無機充填剤、
（Ｄ）１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７、
（Ｅ）シランカップリング剤および
（Ｆ）ジルコニウム系無機イオン交換体
を必須成分としてなり、樹脂組成物全体に対して（Ｃ）無機充填剤を２５〜９５重量％の割合で含有することを特徴とする封止用樹脂組成物であり、その（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤と（Ａ）エポキシ樹脂との当量比（フェノール樹脂硬化剤の水酸基数／エポキシ樹脂のエポキシ基数）が０．４〜１．３であるもの、またそれらの配合が実質的に難燃剤を含有しないものでもある。さらに、この封止用樹脂組成物の硬化物によって、半導体素子を封止してなることを特徴とする樹脂封止型半導体装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の封止用樹脂組成物の硬化物は、高温下での耐クラック性および耐湿信頼性が極めて良好であり、表面実装タイプの半導体装置の封止に好適である。また本発明の封止用樹脂組成物で封止された半導体デバイスは、表面実装を行っても、その後の耐湿性が良好であり、高い信頼性を有するものである。そしてまた、本発明によれば、難燃性に優れ、しかも長期にわたって良好な耐湿性が保持されるうえ、環境上の問題もない封止用樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１７】
本発明に用いる（Ａ）成分のエポキシ樹脂としては、前述の式化１に示す二成分のビフェニル骨格エポキシ樹脂であり、式中の芳香族環結合成分はＣＨ2 が好ましい。そのアルキレン成分の炭素数が多くなると難燃性が低下してくるためである。これらの樹脂は、信頼性を確保するため、樹脂中に含まれる塩素が、１０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。これらエポキシ樹脂の具体例としては、ＣＥＲ−３０００Ｌ（日本化薬社製商品名、軟化温度９０℃、エポキシ当量２４０）などが挙げられる。
【００１８】
なお、本発明においては、本発明の効果が失われない範囲で、前記化１に示されるエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂を併用することができる。併用するエポキシ樹脂としては、１分子中に２個以上のエポキシ基を有する化合物であれば特に限定されない。具体的には、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、ナフトールのノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡのノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡのグリシジルエーテル、テトラ（ヒドロキシフェニル）アルカンのエポキシ化物、ビスヒドロキシビフェニル系エポキシ樹脂などが挙げられ、これらのエポキシ樹脂は、単独もしくは２種類以上混合して用いることができる。このようなエポキシ樹脂を併用する場合、その配合割合は、エポキシ樹脂総重量の１〜３０重量％の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、５〜２０重量％の範囲である。
【００１９】
本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤は、前述の式化２に示されるものであり、式中の芳香族環結合成分はＣＨ2 が好ましい。具体例としては、ＸＬＣ−４Ｌ（三井東圧社製商品名、軟化温度６２℃、水酸基当量１７０）などが挙げられる。
【００２０】
なお、本発明においては、その効果が失われない範囲で、前記化２に示されるフェノール樹脂硬化剤以外のフェノール樹脂硬化剤を併用することができる。併用するフェノール樹脂硬化剤としては、１分子中に２個以上の水酸基を有する化合物であれば特に限定されない。フェノール樹脂の水酸基当量として１３０以上であることが好ましい。これにより十分な難燃性・低吸湿性を確保することができる。また、半導体封止装置の信頼性を確保するためには、フェノール樹脂中に含まれるフリーのフェノール類の濃度が１％以下であることが好ましい。これらフェノール樹脂の具体例としては、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル型樹脂、ナフトールアラルキル型樹脂、トリフェニルメタン型樹脂などが挙げられる。
【００２１】
上記（Ａ）成分のエポキシ樹脂と（Ｂ）成分のフェノール樹脂硬化剤の配合比は、（Ｂ）硬化剤であるフェノール樹脂のフェノール性水酸基数と（Ａ）エポキシ樹脂のエポキシ基数との当量比（フェノール性水酸基数／エポキシ基数）が０．４〜１．３の範囲内となるよう配合することが望ましい。より好ましくは０．５〜１．１の範囲である。上記当量比が０．４未満では成形性、硬化性、型離れ性などが低下し、１．３を超えると、耐リフロー性が低下する。また、接着性が低下し弾性率も大きくなる。
【００２２】
本発明に用いる（Ｃ）成分の無機充填剤としては、一般に使用されているものが広く使用されるが、それらの中でも不純物濃度が低く、平均粒径３０μｍ以下のシリカ粉末が好ましく使用される。平均粒径が３０μｍを超えると耐湿性および成形性が劣り好ましくない。無機充填剤の配合割合は、全体の樹脂組成物に対して２５〜９５重量％の割合で含有することが望ましい。その割合が２５重量％未満では、樹脂組成物の吸湿率が大きくなり、半田浸漬後の耐湿性に劣り、また９５重量％を超えると極端に流動性が悪くなり、成形性に劣り好ましくない。
【００２３】
本発明に用いる（Ｄ）１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７（ＤＢＵ）は、本発明の樹脂組成物を十分な物性をもった硬化物として硬化させるために必須の成分である。本発明においては、このＤＢＵをそのまま配合せず、フェノール樹脂硬化剤と加熱溶融混合させてフェノール塩としたものを用いるようにしてもよい。このようなＤＢＵ塩の具体例としては、サンアプロ社製のＵ−ＣＡＴ  ＳＡ８３１，Ｕ−ＣＡＴ  ＳＡ８４１，Ｕ−ＣＡＴ  ＳＡ８５１（以上いずれも商品名）等が挙げられる。また、リン系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、その他の硬化促進剤２種以上を硬化性に支障のない範囲で併用することができる。硬化促進剤の配合割合は、樹脂組成物全体に対して０．０１〜５重量％含有するように配合することが望ましい。その配合量が０．０１重量％未満では樹脂組成物のゲルタイムが長く、硬化特性も悪くなり、また、５重量％を超えると極端に流動性が悪くなって成形性に劣り、さらに電気特性も悪くなり耐湿性に劣り好ましくない。
【００２４】
本発明に用いる（Ｅ）シランカップリング剤は、カップリング剤として無機充填剤の表面処理に使用できるものであればいかなるものでもよいが、シリコーン原子に結合したアルコキシ基を有するシラン化合物が好ましく、なかでも一級アミンもしくは二級アミンを有するシランカップリング剤が好ましい。これらのカップリング剤を用いることにより、組成物の成形性をより良好にすることができる。好ましいシランカップリング剤の具体的化合物は、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、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−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ−Ｎ−フェニルアミノプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。これらのアミノシランは単独または２種以上混合して使用することができ、さらにアミノシラン以外のカップリング剤を併用しても差支えない。これらのカップリング剤の配合割合は、樹脂組成物全体の０．０１〜５重量％であることが好ましい。０．０１重量％未満では成形性の向上に効果がなく、５重量％を超えると信頼性に悪影響を与え好ましくない。
【００２５】
本発明に用いる（Ｆ）ジルコニウム系無機イオン交換体としては、イオン選択性が大きく、共存するイオンから特定のイオンが分離できるものあれば以下なるものであってもよいが、耐熱性、耐有機薬品性、耐水性の良いものが好ましい。具体的には、ＩＸＥ−８００（東亜合成株式会社製、商品名）等が挙げられる。
【００２６】
本発明の樹脂組成物は、前述した特定のエポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、無機充填剤、１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７、シランカップリング剤およびジルコニウム系無機イオン交換体を必須成分とするが、本発明の目的に反しない限度において、また必要に応じて、例えば、天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪酸やその金属塩、酸アミド類、エステル類、パラフィン類等の離型剤；カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤；ゴム系やシリコーン系等の低応力付与剤などを適宜、添加配合することができる。
【００２７】
本発明の封止用樹脂組成物を成形材料として調製する場合の一般的な方法としては、前述したエポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、無機充填剤、１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７、シランカップリング剤、ジルコニウム系無機イオン交換体およびその他成分を所定の組成比に選択した原料成分を配合し、ヘンシェルミキサー等の混合機によって十分均一に混合した後、さらに熱ロールによる溶融処理、または二軸押出機等による溶融混練処理を行い、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。こうして得られた成形材料は、半導体封止をはじめとする電子部品（電気部品を含む）の封止、被覆、絶縁等に適用すれば、優れた特性と信頼性を付与させることができる。
【００２８】
本発明の樹脂封止型半導体装置は、上記のようにして得られた封止用樹脂組成物を用いて、半導体チップなど素子を樹脂封止することにより容易に製造することができる。封止を行う半導体チップとしては、例えば、集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード等で特に制限されるものではない。樹脂封止の最も一般的な方法としては、低圧トランスファー成形があるが、コンプレッション成形、インジェクション成形および注型などによる封止も可能である。封止用樹脂組成物は封止成形の際の加熱によって硬化し、最終的にはこの組成物の硬化物によって封止された半導体封止装置が得られる。加熱による硬化は、１５０℃以上に加熱して後硬化させることが望ましい。チップを搭載する基板としては、セラミックス、プラスティック、ポリイミドフィルム、リードフレーム等であるが、これらに限定されるものではない。
【実施例】
【００２９】
本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこの実施例によって限定されるものではない。
【００３０】
実施例１〜３および比較例１〜３
まず、表１に示す各成分を同表に示す割合で配合してなるエポキシ樹脂組成物を以下のようにして調製した（表中の配合量は重量部を示す）。即ち、初めにヘンシェルミキサー中で充填剤をシランカップリング剤で処理し、次いで他の成分を配合混合して６０〜１３０℃の加熱ロールで混練し、冷却した後粉砕することにより、封止用樹脂組成物を得た。
【表１】
2005075874.tif 000004
なお、表１に示した各成分としては、それぞれ以下に示すものを用いた。
【００３１】
．エポキシ樹脂Ａ：ビフェニルアラルキルエポキシ樹脂（ＣＥＲ−３０００Ｌ、日本化薬株式会社製、エポキシ当量２４０）
．エポキシ樹脂Ｂ：オルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂（長春株式会社製、エポキシ当量１９８）、
．フェノール樹脂Ａ：フェノールアラルキル樹脂（ＸＬＣ−４Ｌ三井東圧化学株式会社製、水酸基当量１７０）、
．フェノール樹脂Ｂ：フェノールノボラック樹脂（Ｈ−４、明和化成株式会社製、水酸基当量１０４）、
．硬化促進剤：ＤＢＵ（Ｕ−ＣＡＴ  ＳＡ８４１、サンアブロ株式会社製、ＤＢＵ３０％含有のフェノールノボラック塩）、
．シランカップリング剤：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（Ａ−１８７、日本ユニカー株式会社製）、
・ジルコニウム系無機イオン交換体：陰イオン交換体（ＩＸＥ−８００、東亜合成株式会社製）
・離型剤：カルナバワックス、
．着色剤：カーボンブラック、
．充填剤：球状溶融シリカ粉（平均粒径２０μｍ）、
次いで、これらの封止用樹脂組成物について、それぞれ下記の評価試験を行った。結果を表２に示す。
【００３２】
［耐湿信頼性］
耐湿性を調べるために以下の試験を行った。各エポキシ樹脂組成物を用い、試験用デバイスを封止した後、１７５℃において４時間アフターキュアを行った。次いで、このパッケージを３０℃、相対湿度７０％の雰囲気中に２１６時間放置して吸湿処理を行った後、これを最高温度２６０℃のＩＲリフロー炉に４回通した。さらに、このパッケージを１２７℃の飽和水蒸気雰囲気中に放置し、不良（リーク不良、オープン不良）発生率を調べた。
【００３３】
［難燃性］
封止用樹脂組成物を１７５℃，９０秒間のトランスファー成形し、次いで、１７５℃，８時間の後硬化を行って、１２０ｍｍ×１２ｍｍ×０．８ｍｍおよび１２０ｍｍ×１２ｍｍ×３．２ｍｍの硬化物を得、ＵＬ−９４耐炎性試験規格に基く燃焼試験を行った。
【表２】
2005075874.tif 000005