(57)【要約】【課題】ハロゲン、アンチモン、リンを含有することなく、難燃性を得ることができ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、無機充填材を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。無機充填材として、表面のシラノール基密度（ＳｉＯＨ／ｎｍ２）が２以上であるフュームドシリカを上記組成物全量に対して１〜１５質量％用いる。環境への負荷が大きいハロゲン、アンチモン、リンを含有することなく、フュームドシリカによって難燃性を高く得ることができる。【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、無機充填材を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、無機充填材として、表面のシラノール基密度（ＳｉＯＨ／ｎｍ２）が２以上であるフュームドシリカを上記組成物全量に対して１〜１５質量％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。
【請求項２】
シリコーンレジンを含有し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】
シリコーンレジンを上記組成物全量に対して０．１〜５質量％用いて成ることを特徴とする請求項２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
フュームドシリカの比表面積が３００ｍ２／ｇ以下であることを特徴とする請求項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。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載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し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、半導体素子などの電子部品を封止するため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】
半導体素子などの電子部品を封止するための封止用材料として、セラミックや熱硬化性樹脂が一般的に用いられている。中でもエポキシ樹脂を主成分とする組成物を用いて封止する方法は、経済性と性能のバランスの点で好ましいため、従来より広く行われている。
【０００３】
通常、上記のような半導体封止用エポキシ樹脂組成物については、安全性を確保するため、難燃化が図られている。この難燃化の手段としては、臭素などのハロゲンを含有する化合物や三酸化アンチモン等のアンチモン化合物を上記組成物中に配合する手段が従来より用いられている。
【０００４】
しかし、ハロゲン含有化合物やアンチモン化合物のような物質は環境への負荷が大きいため、このような物質を用いず、また、何らかの物質を用いるにしても環境への負荷が小さい物質を用いて、難燃化を図ることが望まれている。
【０００５】
上記のように、環境保護の観点から、環境への負荷が大きい物質は使用を控える方向に進みつつあるが、このような物質の代替品としてリン系難燃剤（無機物及び有機物を含む）が開発され（例えば、特許文献１参照。）、このリン系難燃剤を配合したエポキシ樹脂組成物を用いて半導体装置を製造することが行われている。
【０００６】
しかし、上記のようなリン化合物を含有するエポキシ樹脂組成物には、高温高湿時にリン酸イオンを発生させるという問題があり、現在、リン酸イオンの発生を完全に防止する技術は確立されていない。
【特許文献１】特開平８−９１８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ハロゲン、アンチモン、リンを含有することなく、難燃性を得ることができ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】
【０００８】
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、無機充填材を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、無機充填材として、表面のシラノール基密度（ＳｉＯＨ／ｎｍ２）が２以上であるフュームドシリカを上記組成物全量に対して１〜１５質量％用いて成ることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、シリコーンレジンを含有し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２において、シリコーンレジンを上記組成物全量に対して０．１〜５質量％用いて成ることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、フュームドシリカの比表面積が３００ｍ２／ｇ以下であることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項５に係る半導体装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載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して成ることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
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、環境への負荷が大きいハロゲン、アンチモン、リンを用いることなく、フュームドシリカによって難燃性を得ることができるものである。
【００１４】
請求項２の発明によれば、難燃性をさらに高く得ることができるものである。
【００１５】
請求項３の発明によれば、難燃性をさらに高く得ることができるものである。
【００１６】
請求項４の発明によれば、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の成形性を高めることができるものである。
【００１７】
本発明の請求項５に係る半導体装置によれば、環境への負荷が大きいハロゲン、アンチモン、リンを用いることなく、フュームドシリカによって難燃性を得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】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
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、無機充填材を含有するものである。
【００２０】
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、Ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、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、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ブロム化エポキシ樹脂等を用いることができる。エポキシ樹脂の配合量は上記組成物全量に対して７〜３５質量％の範囲に設定することができる。
【００２１】
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又はナフトール化合物等を用いることができる。
【００２２】
エポキシ樹脂と硬化剤との当量比は０．５〜１．５であることが好ましく、０．８〜１．２であることがより好ましい。
【００２３】
無機充填材としては、フュームドシリカ（煙霧シリカ）を用いるものである。フュームドシリカは、クロロシラン等のハロゲン化シランの火炎加水分解によって製造することができる。フュームドシリカとしては、表面に存在するＯＨ基をジメチルジクロロシラン等の有機珪素化合物と反応させることによって疎水化したものを用いてもよい。フュームドシリカ自体は、ハロゲン、アンチモン、リンを含有せず、無機充填材として機能するほか、難燃剤としても機能するので、このようなフュームドシリカを用いれば、環境への負荷が大きいハロゲン及びアンチモンを含有する化合物を用いなくても、また、リン酸イオンを発生させるような化合物を用いなくても、難燃性を得ることができるものである。このように、フュームドシリカを利用することにより、環境対応型の封止用材料を容易に得ることができるものである。
【００２４】
ただし、フュームドシリカ表面のシラノール基密度（ＳｉＯＨ／ｎｍ２）は２以上である必要がある。フュームドシリカ表面の１ｎｍ２当たりに存在するシラノール基（ＳｉＯＨ）の数が２個未満であると、十分な難燃性を得ることはできない。フュームドシリカ表面の１ｎｍ２当たりに存在するシラノール基の数は多いほど難燃性を高く得ることができるが、フュームドシリカ表面のシラノール基密度の実質上の上限は６である。
【００２５】
また、フュームドシリカを上記組成物全量に対して１〜１５質量％配合する必要がある。フュームドシリカの配合量が１質量％未満であると、十分な難燃性を得ることができない。逆に、フュームドシリカの配合量が１５質量％を超えると、上記組成物が高チクソ性を示すようになり、その他の材料（例えば、後述するシリコーンレジン）の配合量を調節しても、成形性を確保することができなくなったり充填性が低下したりする。
【００２６】
ここで、フュームドシリカの比表面積は３００ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。これにより、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の成形性を高めることができるものである。フュームドシリカの比表面積は小さいほど成形性を高めることができるが、（実質上の下限は３０ｍ２／ｇ）である。なお、フュームドシリカの比表面積が３００ｍ２／ｇを超えると、上記組成物が高チクソ性を示すようになり、成形性を確保することができなくなるおそれがある。
【００２７】
また、無機充填材としては、結晶・溶融シリカ、アルミナ、窒化珪素等をフュームドシリカと併用することができる。この場合、無機充填材の配合量は上記組成物全量に対して６０〜９３質量％の範囲に設定することができ、フュームドシリカは無機充填材の一部となる。
【００２８】
本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、シリコーンレジン（シリコーン樹脂）を含有することが好ましい。シリコーンレジン自体に難燃効果があるため、上記組成物による成形品（パッケージ）の難燃性をさらに高く得ることができるものである。シリコーンレジンの配合量は上記組成物全量に対して０．１〜５質量％であることが好ましい。シリコーンレジンの配合量が０．１質量％未満であると、難燃性を高める効果が得られないおそれがあり、逆にシリコーンレジンの配合量が５質量％を超えると、充填性を低下させるおそれがある。
【００２９】
上記組成物には硬化促進剤を配合することができる。硬化促進剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類、トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）、トリブチルホスフィン、トリメチルホスフィン等の有機ホスフィン類、１，８−ジアザビシクロ〔５．４．０〕ウンデセン−７（ＤＢＵ）、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミン等の３級アミン等を用いることができる。
【００３０】
上記組成物にはカップリング剤を配合することができる。カップリング剤としては、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、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のグリシドキシシラン、アミノシラン等のシランカップリング剤や、エポキシ基／ポリエーテル基含有ポリシロキサン等のカップリング剤を用いることができる。複数のカップリング剤を併用してもよい。なお、エポキシ基／ポリエーテル基含有ポリシロキサンについてその分子量及び官能基当量は特に限定されるものではない。
【００３１】
上記組成物には必要に応じてカーボンブラック等の着色剤、カルナバワックス等の金型離型用ＷＡＸ、シリコーン可撓剤などを添加することができる。
【００３２】
本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、フュームドシリカを含有する無機充填材、エポキシ樹脂、硬化剤、必要に応じてその他の材料を配合することによって、調製することができる。より具体的には、まず、フュームドシリカを含有する無機充填材、エポキシ樹脂、硬化剤、必要に応じてその他の材料を配合する。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。
【００３３】
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。
【００３４】
上記のようにして得た半導体装置にあっては、環境への負荷が大きいハロゲン及びアンチモンを含有する化合物及びリン酸イオンを発生させるような化合物が用いられておらず、しかも難燃性を得ることができるものである。このように、フュームドシリカを利用することにより、環境対応型の半導体装置を容易に得ることができるものである。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００３６】
半導体封止用エポキシ樹脂組成物の配合材料として下記のようなものを用いた。
【００３７】
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））
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「エピコートＹＸ４０００」（エポキシ当量１８５））
フェノールノボラック樹脂（荒川化学工業（株）製「タマノール７５２」（水酸基当量１０４））
ブロム化エポキシ樹脂（住友化学工業（株）製「ＥＳＢ４００Ｔ」（エポキシ当量４００））
三酸化アンチモン（東湖産業（株）製「ＮＴ−３」）
シリコーンレジン（旭化成ワッカーシリコーン（株）製「Silicone Resin H44」）
フュームドシリカ（比表面積２００ｍ２／ｇ、シラノール基密度２．０）
フュームドシリカ（比表面積２００ｍ２／ｇ、シラノール基密度１．０）
フュームドシリカ（比表面積２００ｍ２／ｇ、シラノール基密度０．５）
フュームドシリカ（比表面積３００ｍ２／ｇ、シラノール基密度２．０）
溶融シリカ（電気化学工業（株）製「ＦＢ８２０」）
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」）
エポキシ基／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」）
カーボンブラック（三菱化学（株）製「４０Ｂ」）
硬化促進剤（北興化学工業（株）製「ＴＰＰ」）
カルナバワックス（大日化学「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、上記の配合材料を配合し、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℃に加熱したニーダー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１〜１０及び比較例１〜４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、これらの半導体封止用エポキシ樹脂組成物について難燃性及び成形性を評価した。
【００３８】
（難燃性）
上記のようにして得た半導体封止用エポキシ樹脂組成物で０．８ｍｍ厚のテストピースを成形し、このテストピースを用いてＵＬ９４の規格に従って炎性試験を行った。結果を表１に示す。なお、テストピース成形時の条件を下記に示す。
【００３９】
金型温度：１７５℃
注入圧力：６．８６ＭＰａ（７０ｋｇｆ／ｃｍ２）
成形時間：９０秒
（成形性）
上記のようにして得た半導体封止用エポキシ樹脂組成物でＴＯＰ３Ｄフルモールドパッケージを成形し、このパッケージを成形する際に用いた金型の１０キャビティ当たりのピンホールの個数を数えた。結果を表１に示す。なお、パッケージ成形時の条件を下記に示す。
【００４０】
金型温度：１７５℃
注入圧力：６．８６ＭＰａ（７０ｋｇｆ／ｃｍ２）
成形時間：９０秒
【００４１】
【表１】
2005048049.tif 000002
【００４２】
表１にみられるように、実施例１〜１０のものはいずれも難燃性が高いことが確認される。
【００４３】
また、実施例３と実施例７〜９とを比較すると、シリコーンレジンを用いた後者の方がピンホールを低減できることが確認される。
【００４４】
一方、比較例１のものは難燃性に優れており、しかもピンホールを低減できるものの、ブロム化エポキシ樹脂及び三酸化アンチモンを用いているので、環境への負荷が大きくなる。
【００４５】
また、比較例２のものはフュームドシリカが少量であるため、十分な難燃性が得られないことが確認される。
【００４６】
また、比較例３、４のものはフュームドシリカ表面のシラノール基密度が小さいため、十分な難燃性が得られないことが確認される。