(57)【要約】【課題】              低コストで成形性、耐湿信頼性に優れた封止用エポキシ樹脂組成物を提供し、それを用いた、パッケージクラック等が発生し難い、耐湿信頼性に優れた半導体装置、電子部品を提供することを目的とする。【解決手段】          封止用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂、フェノールノボラック樹脂、レゾール樹脂、及び無機充填剤を必須成分とし、該無機充填剤の含有量を６０〜８５重量％、該レゾール樹脂の含有量を１０〜１４重量％とし、１７０℃、１時間放置後の該封止用エポキシ樹脂組成物の、下記式で表される加熱減量を０．１〜１重量％の範囲とする。又、この封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体装置及び電子部品の封止を行う。    加熱減量＝（加熱前の重量−加熱後の重量）／（加熱前の重量）×１００（％）【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂、フェノールノボラック樹脂、レゾール樹脂、及び無機充填剤を必須成分とする封止用エポキシ樹脂組成物であって、該無機充填剤の含有量が６０〜８５重量％、該レゾール樹脂の含有量が１０〜１４重量％であり、１７０℃、１時間放置後の該封止用エポキシ樹脂組成物の、下記式で表される加熱減量が０．１〜１重量％であることを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物。
加熱減量＝（加熱前の重量−加熱後の重量）／（加熱前の重量）×１００（％）
【請求項２】
請求項１記載の封止用エポキシ樹脂組成物を用いてなることを特徴とする半導体装置及び電子部品。
【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、特に半導体や電子部品等の、パッケージで構成される装置に用いられる封止用エポキシ樹脂組成物に関し、又、それを用いた半導体装置、電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ダイオード、トランジスタ、集積回路等の電気、電子部品や、半導体装置等の封止方法として、例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂等による封止方法やガラス、金属、セラミック等を用いたハーメチックシール法が採用されていたが、近年では信頼性の向上と共に大量生産可能であり、又、コストメリットのあるトランスファー成形による樹脂封止が主流を占めている。
【０００３】
上記トランスファー成形による樹脂封止方法に用いられる樹脂組成物においては、エポキシ樹脂と、硬化剤としてフェノール樹脂を主成分とする樹脂組成物からなる封止材料が一般的に使用されている。
【０００４】
しかしながら、コンデンサなどの電子部品やトランジスタ、ダイオード、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置の高密度化、高集積化に伴って、近年の電子機器は小型化、軽量化、高性能化の動向にあり、特に民生用は低価格化、且つ高性能化の要求が厳しく、特に温度変化に対する効果的な対応が求められている。
【０００５】
例えば、半導体装置の表面実装化においては、実装時にデバイス自身が高温下にさらされるため、パッケージクラックが発生し易く、これを避けることが急務となっている。即ち、成形後、保管中に吸湿した水分が高温にさらされる際に急激に気化、膨張し、封止樹脂がこれに耐え切れずにパッケージにクラックが生じる現象が発生するため、含有水分量が少なく、電子部品との密着性が良く、耐熱性の高い封止材料が求められている。
【０００６】
封止用エポキシ樹脂組成物においては耐熱性、密着性について改良がなされており、実際にこれらの特性が向上してきている。例としては、特殊な耐熱骨格を有するエポキシ樹脂が検討され、改良が行われてきた。しかしながら、その組成物は生産環境を調整しなければならないことが多く、又、特殊な原材料を使用することから必然的に高コストとなり、総合的な生産コストの上昇へとつながってしまう。更には、樹脂組成物中の水分等の影響で反応阻害が引き起こされ、成形性が著しく低下するという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、上記問題点を解消し、成形性、耐湿信頼性に優れた封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置、電子部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、フェノールノボラック樹脂、レゾール樹脂、及び無機充填剤を必須成分とする封止用エポキシ樹脂組成物であって、該無機充填剤の含有量が６０〜８５重量％、該レゾール樹脂の含有量が１０〜１４重量％であり、１７０℃、１時間放置後の該封止用エポキシ樹脂組成物の、下記式で表される加熱減量が０．１〜１重量％であることが必要である。
加熱減量＝（加熱前の重量−加熱後の重量）／（加熱前の重量）×１００（％）
【０００９】
又、上記課題を解決するために、本発明の半導体装置及び電子部品は、上記の封止用エポキシ樹脂組成物を用いてなるものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、フェノールノボラック樹脂、レゾール樹脂、及び無機充填剤を必須成分とする封止用エポキシ樹脂組成物であって、該無機充填剤の含有量が６０〜８５重量％、該レゾール樹脂の含有量が１０〜１４重量％であり、１７０℃、１時間放置後の該封止用エポキシ樹脂組成物の加熱減量が０．１〜１重量％であることを特徴としており、低コストで成形性、耐湿信頼性に優れたエポキシ樹脂組成物を得ることができる。
【００１１】
又、本発明の半導体装置及び電子部品は、上記の封止用エポキシ樹脂組成物を用いてなることを特徴としており、パッケージクラック等が発生し難い、耐湿信頼性に優れた半導体装置及び電子部品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、フェノールノボラック樹脂、レゾール樹脂、及び無機充填剤を必須成分とする。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ものであればどのようなものでも良く、半導体装置で一般的にその封止用に用いられているエポキシ樹脂を使用できる。例えば、オルソ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、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン環を有するエポキシ樹脂等を挙げることができる。又、難燃性付与のため、ブロム等のハロゲンを含有した含ハロゲンエポキシ樹脂を併用しても良い。
【００１３】
本発明のエポキシ樹脂組成物では、フェノールノボラック樹脂を含有することが必要である。フェノールノボラック樹脂はエポキシ樹脂の硬化剤として機能する。その他、硬化剤としては、ナフトール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂等が併用して使用可能である。
【００１４】
本発明のエポキシ樹脂組成物では、エポキシ樹脂と硬化剤の配合比率は、エポキシ−フェノール当量比で０．９〜１．５の範囲であることが好ましい。この範囲外では硬化後も未反応のエポキシ基、又はフェノール水酸基が残留し、封止機能に関しての信頼性が低下するため好ましくない。
【００１５】
本発明のエポキシ樹脂組成物では、フェノールノボラック樹脂の含有量は、エポキシ−フェノール当量比で計算されるフェノール当量に相当する量となる。硬化剤として上述した第２成分を併用する場合は、フェノールノボラック樹脂の含有量を減らして上記当量比範囲内にすることが望ましい。
【００１６】
本発明のエポキシ樹脂組成物では、必須配合剤としてレゾール樹脂を使用するが、後述する無機充填剤と組み合わせることにより、成形性、耐湿性が向上する。レゾール樹脂の含有量は、全エポキシ樹脂組成物中１０〜１４重量％の範囲であることが必要である。レゾール樹脂の含有量が１０重量％未満では成形性、耐湿性の改善効果が不十分であり、１５重量％を超えると封止用樹脂としての信頼性が著しく低下するため好ましくない。一般に、レゾール樹脂は熱によって次第に硬化し、レジトールと呼ばれる中間状態を経てレジットと呼ばれる不溶不融性の樹脂に変化するが、エポキシ樹脂組成物中にレゾール樹脂が過剰に存在する場合、レゾール樹脂の水酸基とエポキシ基との反応が起こり、エポキシ−フェノール当量比が不安定になるためと推測される。
【００１７】
本発明のエポキシ樹脂組成物では、半導体装置の封止用エポキシ樹脂組成物に一般的に用いられる無機充填剤を配合することが必要である。使用できる無機充填剤としては、例えば溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミ等を挙げることができる。無機充填剤を含有させることにより、半導体装置の封止用エポキシ樹脂組成物の、硬化物の特性（線膨張率、吸湿率）が向上し、相乗効果により更に耐半田性、耐リフロー性が良くなる。その点で、上記した無機充填剤の中では特に溶融シリカがそれ自体の熱膨張率が低く、好ましい。
【００１８】
無機充填剤の含有量は、全エポキシ樹脂組成物中６０〜８５重量％であることが必要である。この範囲であれば、前記したレゾール樹脂との組み合わせにより、成形性、耐湿性が向上する。無機充填剤の含有量が６０重量％以下では上述したエポキシ樹脂組成物の線膨張率の増大を抑えることができずに耐熱性に関する信頼性が低下し、無機充填剤の含有量が８５重量％以上では粘度上昇により、成形性が劣化するため好ましくない。
【００１９】
本発明のエポキシ樹脂組成物においては、半導体装置の封止用エポキシ樹脂組成物に一般的に用いられる硬化促進剤が使用できる。例えば、トリフェニルホスフィン、トリメチルホスフィン等の有機リン化合物類、２−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、１ベンジル−２−フェニルイミダゾールなどのイミダゾール類を挙げることができる。１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミン等の３級アミン類等も使用可能である。これらは単独で用いても良く、併用しても良い。又、添加量は、エポキシ樹脂（難燃剤としての含ハロゲンエポキシ樹脂を含む）と硬化剤の合計に対して、０．５〜２．５重量％が好ましい。０．５重量％未満ではゲル化時間が遅くなって硬化時の剛性低下による作業性の低下をもたらし、逆に２．５重量％を超えると成形途中で硬化が進んでしまい、未充填が発生し易くなる。
【００２０】
本発明のエポキシ樹脂組成物においては、半導体装置の封止用エポキシ樹脂組成物に一般的に用いられる離型剤としてワックスが使用できる。ワックスとしては、例えばステアリン酸、モンタン酸、モンタン酸エステル、リン酸エステル等が使用可能である。
【００２１】
以上の他、一般的に封止用エポキシ樹脂組成物に使用可能なものを適宜配合して用いることができる。例えば、リン系難燃剤、ブロム化合物や三酸化アンチモン等の難燃剤、及びカーボンブラックや有機染料等の着色剤等を使用することができる。
【００２２】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、以上の各成分をミキサー等によって均一に混合した後、加熱ロール、ニーダー等によって混練して製造する。成分の配合順序には特に制限はない。更に又、混練後に溶融混練物の粉砕を行い、パウダー化することやタブレット化することも可能である。
【００２３】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、加熱減量が、０．１〜１重量％であることが必要である。加熱減量は、適当量のエポキシ樹脂組成物を計量し、１７０℃、１時間の条件で放置した後、エポキシ樹脂組成物の減量分を測定し、下記式で計算した値である。
加熱減量＝（加熱前の重量−加熱後の重量）／（加熱前の重量）×１００（％）
【００２４】
エポキシ樹脂組成物中の加熱減量はほとんどが水分であるが、その他に微量の溶媒や未反応モノマー、オリゴマー等が含まれる。エポキシ樹脂組成物中の加熱減量が多いと、金型注入時にジェッティング流動やエアー巻き込み等によってエポキシ樹脂組成物中にボイドが発生し、封止材の表面や内部にボイドが生じる恐れがある。又加熱減量が多いことは温度上昇時に水分が蒸発し、パッケージクラック発生の原因になり易いことを示す。加熱減量は、１重量％を超えるとパッケージクラック発生の危険性が急激に増大するため、１重量％を超えないことが必要である。
【００２５】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、特に半導体や電子部品等の、パッケージで構成される装置に封止用として用いられる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明を、実施例、比較例にて説明する。但し、本発明はここに記載した実施例に限定されるものではない。
【００２７】
（評価用サンプル試作）
（実施例１〜４）
表１に示す成分を配合した後、ミキサーで十分混合し、加熱ロールで約５分間混練したものを冷却し、粉砕してそれぞれ実施例１〜４のエポキシ樹脂組成物を得た。
（比較例１，２）
表１に示す成分を配合した後、ミキサーで十分混合し、加熱ロールで約５分間混練したものを冷却し、粉砕してそれぞれ比較例１，２のエポキシ樹脂組成物を得た。
【００２８】
表１のエポキシ−フェノール当量比は、フェノールノボラック樹脂のフェノール水酸基当量に対する、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂とブロム化エポキシ樹脂の合計のエポキシ当量の比率を示す。
【００２９】
表１のレゾール樹脂比率は、配合された成分全量に対するレゾール樹脂の重量％を示し、同じく無機充填剤比率は、配合された成分全量に対する無機充填剤の重量％を示す。
【００３０】
（評価）
成形性の評価は、性能評価用の半導体装置（２．９ｍｍ×１．５ｍｍのミニＰＫＧ（パッケージ））の金型を用い、実施例１〜４、比較例１，２で得られたエポキシ樹脂組成物をトランスファー成形して成形品を作製し、この成形品を１７５℃で６時間アフターキュアした後、これに生じたボイドの数をカウントすることで行った（ｎ＝２０００）。なお、評価用成形品の成形条件は、温度１７５℃、注入時間７秒、加圧時間１２０秒、注入圧力７ＭＰａとした。又、ボイド数は、成形品の表裏両面から超音波探査装置（（株）キャノン製  Ｍ７００ＩＩ）で観察し、これで得たチャート中で直径１ｍｍ以上のボイドの数とした。勿論、ボイド数は少ないほど良い。結果は表１に示した。
【００３１】
加熱減量は、実施例１〜４、比較例１，２で得られたエポキシ樹脂組成物約５ｇをアルミニウムカップにとって正確に計量し、温度１７０℃にて１時間放置した後、再度計量し、下記式にて加熱減量を算出した。結果は表１に示した。
加熱減量＝（加熱前の重量−加熱後の重量）／（加熱前の重量）×１００（％）
【００３２】
耐湿信頼性は、以下の方法で評価した。
３μｍのアルミニウム配線を施したＴＥＧ（Ｔｅｓｔ  Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  Ｇｒｏｕｐ）を用い、１６ＤＩＰ（Ｄｕａｌ  Ｉｎ−ｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）用の金型を使用し、実施例１〜４、比較例１，２で得られたエポキシ樹脂組成物をトランスファー成形して成形品を作製した。なお、成形条件は、温度１７５℃、注入時間９秒、加圧時間１５０秒、注入圧力７ＭＰａとした。この成形品を１７５℃で６時間アフターキュアし、性能評価用の１６ＤＩＰの半導体装置を得た。この性能評価用の半導体装置にＤＣ３０Ｖを印加したまま温度１３０℃、湿度８５％の条件下に放置し、５０％不良発生時間（ＴＥＧのアルミニウム配線の５０％が通電不良となるまでの時間）を測定した。結果は表１に示した。
【００３３】
実施例１〜４のエポキシ樹脂組成物は、成形性においてボイド不良数が何れも０／２０００という値を示し、加熱減量が１重量％以下、耐湿信頼性においても３００時間以上と、十分優れた結果を示した。
【００３４】
これに対し、レゾール樹脂を加えていない比較例１，２では外観不良や耐湿信頼性の劣化が見られ、又、不具合の内容が無機充填剤の配合量で傾向が異なってくるという結果が得られた。
【００３５】
即ち、無機充填剤の配合量の多い比較例１は、耐湿信頼性では実施例１〜４と同等の結果を示したもののボイド不良数が多く、無機充填剤の配合量の少ない比較例２は、ボイド不良数が０／２０００で外観は良好だが耐湿信頼性は半分以下となるデータを示した。
【００３６】
【表１】
2005120168.tif 000002
＊各材料の配合量は全て重量部
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、フェノールノボラック樹脂、レゾール樹脂、及び無機充填剤を必須成分とする封止用エポキシ樹脂組成物であって、該無機充填剤の含有量が６０〜８５重量％、該レゾール樹脂の含有量が１０〜１４重量％であり、該封止用エポキシ樹脂組成物の加熱減量が０．１〜１重量％であることを特徴としており、低コストで成形性、耐湿信頼性に優れたエポキシ樹脂組成物を得ることができる。
【００３８】
又、本発明の半導体装置及び電子部品は、上記の封止用エポキシ樹脂組成物を用いてなることを特徴としており、パッケージクラック等が発生し難い、耐湿信頼性に優れた半導体装置及び電子部品を得ることができる。