(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質回路基板と、該硬質回路基板に搭載された半導体素子と、該半導体素子を封止する封止樹脂組成物の硬化層とを備え、前記硬質回路基板の体積（Ｖｓ）と前記封止樹脂組成物の硬化層の体積（Ｖｍ）との比（Ｖｍ／Ｖｓ）が０．４以上、０．８以下の範囲であり、更に前記硬質回路基板の厚み（ｔｓ）と前記半導体素子の厚み（ｔｃ）との比（ｔｃ／ｔｓ）が０．２８以上、０．５以下の範囲である半導体装置であって、前記硬質回路基板が、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂及びビスマレイミドトリアジン樹脂の中から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物で構成され、前記半導体素子の材質はシリコンであり、前記封止樹脂組成物が、エポキシ樹脂（Ａ）、フェノール樹脂（Ｂ）、無機充填材（Ｃ）及び硬化促進剤を含む組成物であり、前記エポキシ樹脂（Ａ）全体のエポキシ基数（Ｅｐ）と前記フェノール樹脂（Ｂ）全体のフェノール性水酸基数（Ｐｈ）との当量比（Ｅｐ／Ｐｈ）が１．１以上、１．５以下であり、前記無機充填材（Ｃ）の前記封止樹脂組成物全体に対する配合割合が８０重量％以上、９２重量％以下であり、前記封止樹脂組成物の硬化層を２４時間煮沸処理した際の煮沸吸水率が０．３６重量％以下であり、前記エポキシ樹脂（Ａ）がビフェニル型エポキシ樹脂又は下記一般式（１）で表される構造を有するエポキシ樹脂を含み、前記フェノール樹脂（Ｂ）が下記一般式（２）で表される構造を有するフェノール樹脂を含み、前記無機充填材（Ｃ）が、溶融シリカ、球状シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、又は窒化アルミを含み、前記硬化促進剤がテトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、又はホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物を含み、前記封止樹脂組成物が、金型温度１７５℃、成形圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件下で成形した後、１７５℃で４時間後硬化させた、直径１００ｍｍ、厚み３ｍｍの円盤状硬化物における下記（イ）式で算出される、成形、後硬化後の成形収縮率が０．３３％以上、０．４５％以下であることを特徴とする記載の半導体装置。
成形収縮率（％）＝｛（２５℃での金型キャビティの内径寸法）−（成形、後硬化後の２５℃での円盤状硬化物の外径寸法）｝／（２５℃での金型キャビティの内径寸法）×１００（％）                                                              （イ）
【化１】
0005228453.tif 000015
（ただし、上記一般式（１）において、Ａｒ１、Ａｒ２は炭素数６〜２０の芳香族基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ１、Ｒ２は炭素数１〜６の炭化水素基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ３、Ｒ４は水素、炭素数１〜４の炭化水素基又は炭素数６〜２０の芳香族基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ５は炭素数１〜４の炭化水素基で、Ｗ１は酸素原子又は硫黄原子である。ＯＧはグリシドキシ基である。ａ、ｂは０〜１０の整数、ｃは０〜３の整数、ｄは１〜３の整数である。ｍは０〜２０の整数であり、ｎは１〜２０の整数であり、かつｍ／ｎの平均は１／１０〜１／１である。ｍ個の繰り返し単位とｎ個の繰り返し単位は、それぞれが連続で並んでいても、お互いが交互もしくはランダムに並んでいてもよいが、それぞれの間には必ず−ＣＲ３Ｒ４−を有する構造をとる。）
【化２】
0005228453.tif 000016
（ただし、上記一般式（２）において、Ａｒ１、Ａｒ２は炭素数６〜２０の芳香族基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ１、Ｒ２は炭素数１〜６の炭化水素基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ３、Ｒ４は水素、炭素数１〜４の炭化水素基又は炭素数６〜２０の芳香族基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ５は炭素数１〜４の炭化水素基で、Ｗ１は酸素原子又は硫黄原子である。ａ、ｂは０〜１０の整数、ｃは０〜３の整数、ｄは１〜３の整数である。ｍは０〜２０の整数であり、ｎは１〜２０の整数であり、かつｍ／ｎの平均は１／１０〜１／１である。ｍ個の繰り返し単位とｎ個の繰り返し単位は、それぞれが連続で並んでいても、お互いが交互もしくはランダムに並んでいてもよいが、それぞれの間には必ず−ＣＲ３Ｒ４−を有する構造をとる。）
【請求項２】
前記封止樹脂組成物を金型温度１７５℃、成形圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件下で成形した後、１７５℃で４時間後硬化させた、長さ８０ｍｍ、高さ４ｍｍ、幅１０ｍｍ試験片を三点曲げによる粘弾性測定法（ＤＭＡ）により測定した、成形、後硬化後
の硬化物のガラス転移温度が１００℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記硬質回路基板の厚み（ｔｓ）が０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記封止樹脂組成物の硬化層の厚み方向への投影面積（Ｓｍ）と前記硬質回路基板の厚み方向への投影面積（Ｓｓ）との比（Ｓｍ／Ｓｓ）が０．３以上、０．８以下の範囲であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野は、エリア実装型半導体装置に関するものであり、特に、硬質回路基板と、該硬質回路基板に搭載された半導体素子と、該半導体素子を封止する封止樹脂組成物の硬化層とを備える半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の高機能化及び軽薄短小化の要求に伴い、電子部品の高密度集積化、さらには高密度実装化が進んできており、これらの電子機器に使用される半導体装置は、従来にも増して、益々、小型化が進んできている。
【０００３】
かかる状況下、半導体装置分野では、従来のようなリードフレームを使用した形態の半導体装置では、小型化に限界があるため、最近では硬質回路基板上にチップを実装したボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）、チップ・スケール・パッケージ（ＣＳＰ）のようなエリア実装型半導体装置方式が提案されている。それらの中で、さらに半導体装置を垂直方向に積層したＰａｃｋａｇｅ−ｏｎ−Ｐａｃｋａｇｅ（パッケージ・オン・パッケージ：ＰｏＰ）の開発が行われている。ＰｏＰでは、下段にロジック・パッケージを用い、上段にメモリ・パッケージを搭載する場合が多い。ＰｏＰは、良品を選定して半導体装置を使用でき、かつ、種々のメモリ容量パッケージとロジック・パッケージとの組合せが自由で、携帯電話機器などの製品サイクルが短く、小型軽量化が必要な用途に特に適している。
【０００４】
一般に、エリア実装半導体装置は、物性の異なる半導体素子、封止樹脂組成物の硬化層、硬質回路基板などにより構成され、かつ多くの場合非対称構造であるため、物性の差による反りが生じる場合が多い。特に、パッケージ総厚が０．５ｍｍ以下の薄型パッケージや、ＰｏＰ（図３、参照。）では、パッケージ反りの影響が大きくなる。とりわけ、ＰｏＰ下段の半導体装置の場合には、封止樹脂組成物の硬化層の厚みが薄くなる、封止樹脂組成物の硬化層の占有面積が小さくなる、等の理由により、回路基板の特性によりパッケージ反りが支配される傾向が強くなり、すなわち、半導体素子と硬質回路基板の熱収縮差への依存性が高くなり、封止樹脂組成物の硬化後のパッケージ反りが樹脂封止面を上にして上側凸に大きく反ってしまう問題があった。この反りは、下段パッケージとマザーボードとの実装信頼性、実装部分の歩留、さらに上段パッケージと下段パッケージとの実装信頼性、実装歩留の低下につながる。このような状況において、信頼性確保のため実装用半田ボールのフラックスとして、反り変動にも対処できる特殊な半田ペースト等を用いるなどの実装プロセスが提案されている（例えば、非特許文献１参照。）が、上記プロセスは半田ペーストを用いることによりプロセスの煩雑さ又はコスト上昇を招くため、必ずしも現実的ではなかった。
【０００５】
【非特許文献１】Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃ−ｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００６，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ５６ｔｈ．  “Ａ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｎ  Ｐａｃｋａｇｅ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｐｒｏ−ｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｐａｃｋａｇｅ−ｏｎ−Ｐａｃｋａｇｅ（ＰｏＰ）”Ｐａｇｅ  ８２５−８３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実装性を低下させることなく、半導体装置における反りを低減させるためには、封止樹脂組成物の硬化層により、硬質回路基板の動きに対して反作用を起こさせることが必要であり、そのために、封止樹脂組成物の特性として硬質回路基板の動きに対応させるべく成形収縮率を高い値にすることが考えられる。
【０００７】
封止樹脂組成物の成形収縮率は、線膨張による熱収縮、封止樹脂組成物の硬化時に発生する反応収縮に分けられ、成形収縮率を上げるためには、以下のような方策が考えられる。
１）封止樹脂組成物の無機充填材の含有量を減らす。
２）樹脂硬化物の架橋密度を下げる。
【０００８】
１）に関しては、それにより線膨張係数が上がることで熱収縮が大きくなり、また、樹脂成分が増えることで反応収縮も大きくなる。これによって、熱収縮、反応収縮の両面から、成形収縮率を上げることができる。しかしながら、同時に吸水率が増加したり、熱変動に対して応力が発生したりするため、半導体装置の信頼性が低下してしまうという問題がある。
【０００９】
また、２）に関しては、それによりガラス転移温度（Ｔｇ）が下がることで、成形温度から冷却する際の封止樹脂組成物の硬化物の熱収縮が大きくなり、成形収縮率を上げることができる。しかしながら、１）の場合と同様に、熱変動に対して応力が発生し、半導体装置の信頼性が低下してしまうという問題がある。また、成形時にスティッキング不良が起こり易いという問題もある。
【００１０】
更には、反応収縮を大きくすることによっても成形収縮率を上げることも考えられるが、反応収縮を大きくすることができる多官能型の樹脂の場合、架橋密度が高くなることによりガラス転移温度が高くなることで熱収縮は逆に小さくなるため、結果としてトータルの成形収縮率を高めることは困難であると考えられる。このようにいずれの方法に対しても問題点があり、有効な解決策は見出されていないのが現状である。
【００１１】
本発明の目的は、硬質回路基板と、該硬質回路基板に搭載された半導体素子と、該半導体素子及び該硬質回路基板上の全面あるいは一部を封止する封止樹脂組成物の硬化層とを備える半導体装置において、封止樹脂組成物の硬化時に発生する反りを低減させ、信頼性に優れた半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の半導体装置は、硬質回路基板と、該硬質回路基板に搭載された半導体素子と、該半導体素子を封止する封止樹脂組成物の硬化層とを備え、前記硬質回路基板の体積（Ｖｓ）と前記封止樹脂組成物の硬化層の体積（Ｖｍ）との比（Ｖｍ／Ｖｓ）が０．４以上、０．８以下の範囲であり、更に前記硬質回路基板の厚み（ｔｓ）と前記半導体素子の厚み（ｔｃ）との比（ｔｃ／ｔｓ）が０．２８以上、０．５以下の範囲である半導体装置であって、前記封止樹脂組成物が、エポキシ樹脂（Ａ）、フェノール樹脂（Ｂ）、無機充填材（Ｃ）を含む組成物であり、前記エポキシ樹脂（Ａ）全体のエポキシ基数（Ｅｐ）と前記フェノール樹脂（Ｂ）全体のフェノール性水酸基数（Ｐｈ）との当量比（Ｅｐ／Ｐｈ）が１．１以上、１．５以下であり、前記無機充填材（Ｃ）の前記封止樹脂組成物全体に対する配合割合が８０重量％以上、９２重量％以下であり、前記封止樹脂組成物の硬化層を２４時間煮沸処理した際の煮沸吸水率が０．３６重量％以下であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の半導体装置は、前記封止樹脂組成物を金型温度１７５℃、成形圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件下で成形した後、１７５℃で４時間後硬化させた、長さ８０ｍｍ、高さ４ｍｍ、幅１０ｍｍ試験片を三点曲げによる粘弾性測定法（ＤＭＡ）により測定した、成形、後硬化後の硬化物のガラス転移温度が１００℃以上であるものとすることができる。
【００１４】
本発明の半導体装置は、前記封止樹脂組成物が、金型温度１７５℃、成形圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件下で成形した後、１７５℃で４時間後硬化させた、直径１００ｍｍ、厚み３ｍｍの円盤状硬化物における下記（イ）式で算出される、成形、後硬化後の成形収縮率が０．３％以上、０．５％以下であるものとすることができる。
成形収縮率（％）＝｛（２５℃での金型キャビティの内径寸法）−（成形、後硬化後の２５℃での円盤状硬化物の外径寸法）｝／（２５℃での金型キャビティの内径寸法）×１００（％）                                                              （イ）
【００１５】
本発明の半導体装置は、前記封止樹脂組成物中のエポキシ樹脂（Ａ）がビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾ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、フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、フェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、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、アントラセン又はその水添化物の骨格を有するエポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、フェノール性水酸基含有芳香族類とアルデヒド類とアルコキシ基もしくはチオアルキル基を含有する芳香族類とを共縮合して得られたフェノール樹脂類をエピクロルヒドリンでグリシジルエーテル化したエポキシ樹脂から選ばれる少なくとも１種のエポキシ樹脂を含むものとすることができる。
【００１６】
本発明の半導体装置は、前記硬質回路基板の厚み（ｔｓ）が０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であるものとすることができる。
【００１７】
本発明の半導体装置は、前記封止樹脂組成物の硬化層の厚み方向への投影面積（Ｓｍ）と前記硬質回路基板の厚み方向への投影面積（Ｓｓ）との比（Ｓｍ／Ｓｓ）が０．３以上、０．８以下の範囲であるものとすることができる。
【００１８】
本発明の半導体装置は、前記封止樹脂組成物中のエポキシ樹脂（Ａ）が下記一般式（１）で表される構造を有するエポキシ樹脂を含むものとすることができる。
【００１９】
【化１】
0005228453.tif 000002
（ただし、上記一般式（１）において、Ａｒ１、Ａｒ２は炭素数６〜２０の芳香族基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ１、Ｒ２は炭素数１〜６の炭化水素基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ３、Ｒ４は水素、炭素数１〜４の炭化水素基又は炭素数６〜２０の芳香族基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ５は炭素数１〜４の炭化水素基で、Ｗ１は酸素原子又は硫黄原子である。ＯＧはグリシドキシ基である。ａ、ｂは０〜１０の整数、ｃは０〜３の整数、ｄは１〜３の整数である。ｍは０〜２０の整数であり、ｎは１〜２０の整数であり、かつｍ／ｎの平均は１／１０〜１／１である。ｍ個の繰り返し単位とｎ個の繰り返し単位は、それぞれが連続で並んでいても、お互いが交互もしくはランダムに並んでいてもよいが、それぞれの間には必ず−ＣＲ３Ｒ４−を有する構造をとる。）
【００２０】
本発明の半導体装置は、前記封止樹脂組成物中のフェノール樹脂（Ｂ）が下記一般式（２）で表される構造を有するフェノール樹脂を含ものとすることができる。
【００２１】
【化２】
0005228453.tif 000003
（ただし、上記一般式（２）において、Ａｒ１、Ａｒ２は炭素数６〜２０の芳香族基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ１、Ｒ２は炭素数１〜６の炭化水素基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ３、Ｒ４は水素、炭素数１〜４の炭化水素基又は炭素数６〜２０の芳香族基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ５は炭素数１〜４の炭化水素基で、Ｗ１は酸素原子又は硫黄原子である。ａ、ｂは０〜１０の整数、ｃは０〜３の整数、ｄは１〜３の整数である。ｍは０〜２０の整数であり、ｎは１〜２０の整数であり、かつｍ／ｎの平均は１／１０〜１／１である。ｍ個の繰り返し単位とｎ個の繰り返し単位は、それぞれが連続で並んでいても、お互いが交互もしくはランダムに並んでいてもよいが、それぞれの間には必ず−ＣＲ３Ｒ４−を有する構造をとる。）
【００２２】
本発明の半導体装置は、前記封止樹脂組成物が酸化ポリエチレン系ワックス、ポリオールの脂肪酸エステルの中から選ばれる少なくとも１種の離型剤を含むものとすることができる。
【００２３】
本発明の半導体装置は、前記硬質回路基板が、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂及びビスマレイミドトリアジン樹脂の中から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物で構成されているものとすることができる。
【００２４】
本発明の半導体装置は、前記硬質回路基板が、シアネート樹脂とエポキシ樹脂を含む樹脂組成物で構成されているものとすることができる。
【００２５】
本発明の半導体装置は、第一の半導体素子と、該第一の半導体素子を封止する第一の封止樹脂組成物の硬化層とを備えた多層回路基板もしくは両面回路基板からなる第一の半導体装置と、第二の半導体素子と、該第二の半導体素子を封止する第二の封止樹脂組成物の硬化層とを備えた多層回路基板もしくは両面回路基板からなる第二の半導体装置とが、該第二の半導体装置の上に前記第一の半導体装置が搭載される形態で電気的接合部材を介して接続されてなるパッケージ・オン・パッケージの前記第二の半導体装置として用いられるものとすることができる。
【００２６】
本発明の封止樹脂組成物は、硬質回路基板と、該硬質回路基板に搭載された半導体素子と、該半導体素子を封止する封止樹脂組成物の硬化層とを備え、前記硬質回路基板の体積（Ｖｓ）と前記封止樹脂組成物の硬化層の体積（Ｖｍ）との比（Ｖｍ／Ｖｓ）が０．４以上、０．８以下の範囲であり、更に前記硬質回路基板の厚み（ｔｓ）と前記半導体素子の厚み（ｔｃ）との比（ｔｃ／ｔｓ）が０．２８以上、０．５以下の範囲である半導体装置に用いる封止樹脂組成物であって、エポキシ樹脂（Ａ）、フェノール樹脂（Ｂ）、無機充填材（Ｃ）を含み、前記エポキシ樹脂（Ａ）全体のエポキシ基数（Ｅｐ）と前記フェノール樹脂（Ｂ）全体のフェノール性水酸基数（Ｐｈ）との当量比（Ｅｐ／Ｐｈ）が１．１以上、１．５以下であり、前記無機充填材（Ｃ）の前記封止樹脂組成物全体に対する配合割合が８０重量％以上、９２重量％以下であり、前記半導体装置の封止樹脂組成物の硬化層を２４時間煮沸処理した際の煮沸吸水率が０．３６重量％以下であることを特徴とする。
【００２７】
本発明の封止樹脂組成物は、前記封止樹脂組成物を金型温度１７５℃、成形圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件下で成形した後、１７５℃で４時間後硬化させた、長さ８０ｍｍ、高さ４ｍｍ、幅１０ｍｍ試験片を三点曲げによる粘弾性測定法（ＤＭＡ）により測定した、成形、後硬化後の硬化物のガラス転移温度が１００℃以上であるものとすることができる。
【００２８】
本発明の封止樹脂組成物は、前記封止樹脂組成物を、金型温度１７５℃、成形圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件下で成形した後、１７５℃で４時間後硬化させた、直径１００ｍｍ、厚み３ｍｍの円盤状硬化物における下記（イ）式で算出される、成形、後硬化後の成形収縮率が０．３％以上、０．５％以下であるものとすることができる。
成形収縮率（％）＝｛（２５℃での金型キャビティの内径寸法）−（成形、後硬化後の２５℃での円盤状硬化物の外径寸法）｝／（２５℃での金型キャビティの内径寸法）×１００（％）                                                              （イ）
【００２９】
本発明の封止樹脂組成物は、前記封止樹脂組成物中のエポキシ樹脂（Ａ）がビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾ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、フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、フェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、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、アントラセン又はその水添化物の骨格を有するエポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、フェノール性水酸基含有芳香族類とアルデヒド類とアルコキシ基もしくはチオアルキル基を含有する芳香族類とを共縮合して得られたフェノール樹脂類をエピクロルヒドリンでグリシジルエーテル化したエポキシ樹脂から選ばれる少なくとも１種のエポキシ樹脂を含むものとすることができる。
【００３０】
本発明の封止樹脂組成物は、前記硬質回路基板の厚み（ｔｓ）が０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下である半導体装置に用いるものとすることができる。
【００３１】
本発明の封止樹脂組成物は、前記封止樹脂組成物の硬化層の厚み方向への投影面積（Ｓｍ）と前記硬質回路基板の厚み方向への投影面積（Ｓｓ）との比（Ｓｍ／Ｓｓ）が０．３以上、０．８以下の範囲である半導体装置に用いるものとすることができる。
【００３２】
本発明の封止樹脂組成物は、前記エポキシ樹脂（Ａ）が下記一般式（１）で表される構造を有するエポキシ樹脂を含むものとすることができる。
【００３３】
【化１】
0005228453.tif 000004
（ただし、上記一般式（１）において、Ａｒ１、Ａｒ２は炭素数６〜２０の芳香族基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ１、Ｒ２は炭素数１〜６の炭化水素基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ３、Ｒ４は水素、炭素数１〜４の炭化水素基又は炭素数６〜２０の芳香族基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ５は炭素数１〜４の炭化水素基で、Ｗ１は酸素原子又は硫黄原子である。ＯＧはグリシドキシ基である。ａ、ｂは０〜１０の整数、ｃは０〜３の整数、ｄは１〜３の整数である。ｍは０〜２０の整数であり、ｎは１〜２０の整数であり、かつｍ／ｎの平均は１／１０〜１／１である。ｍ個の繰り返し単位とｎ個の繰り返し単位は、それぞれが連続で並んでいても、お互いが交互もしくはランダムに並んでいてもよいが、それぞれの間には必ず−ＣＲ３Ｒ４−を有する構造をとる。）
【００３４】
本発明の封止樹脂組成物は、前記フェノール樹脂（Ｂ）が下記一般式（２）で表される構造を有するフェノール樹脂を含むものとすることができる。
【００３５】
【化２】
0005228453.tif 000005
（ただし、上記一般式（２）において、Ａｒ１、Ａｒ２は炭素数６〜２０の芳香族基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ１、Ｒ２は炭素数１〜６の炭化水素基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ３、Ｒ４は水素、炭素数１〜４の炭化水素基又は炭素数６〜２０の芳香族基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ５は炭素数１〜４の炭化水素基で、Ｗ１は酸素原子又は硫黄原子である。ａ、ｂは０〜１０の整数、ｃは０〜３の整数、ｄは１〜３の整数である。ｍは０〜２０の整数であり、ｎは１〜２０の整数であり、かつｍ／ｎの平均は１／１０〜１／１である。ｍ個の繰り返し単位とｎ個の繰り返し単位は、それぞれが連続で並んでいても、お互いが交互もしくはランダムに並んでいてもよいが、それぞれの間には必ず−ＣＲ３Ｒ４−を有する構造をとる。）
【００３６】
本発明の封止樹脂組成物は、更に酸化ポリエチレン系ワックス、ポリオールの脂肪酸エステルの中から選ばれる少なくとも１種の離型剤を含むものとすることができる。
【００３７】
本発明の封止樹脂組成物は、前記硬質回路基板が、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂及びビスマレイミドトリアジン樹脂の中から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物で構成されている半導体装置に用いるものとすることができる。
【００３８】
本発明の封止樹脂組成物は、前記硬質回路基板が、シアネート樹脂とエポキシ樹脂を含む樹脂組成物で構成されている半導体装置に用いるものとすることができる。
【００３９】
本発明の封止樹脂組成物は、第一の半導体素子と、該第一の半導体素子を封止する第一の封止樹脂組成物の硬化層とを備えた多層回路基板もしくは両面回路基板からなる第一の半導体装置と、第二の半導体素子と、該第二の半導体素子を封止する第二の封止樹脂組成物の硬化層とを備えた多層回路基板もしくは両面回路基板からなる第二の半導体装置とが、該第二の半導体装置の上に前記第一の半導体装置が搭載される形態で電気的接合部材を介して接続されてなるパッケージ・オン・パッケージの前記第二の半導体装置に用いる前記第二の封止樹脂組成物であるものとすることができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明に従うと、硬質回路基板と、該硬質回路基板に搭載された半導体素子と、該半導体素子及び該硬質回路基板上の全面あるいは一部を封止する封止樹脂組成物の硬化層とを備える半導体装置において、反りが小さく、かつ信頼性に優れ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】
【００４１】
本発明は硬質回路基板と、該硬質回路基板に搭載された半導体素子と、該半導体素子を封止する封止樹脂組成物の硬化層とを備え、前記硬質回路基板の体積（Ｖｓ）と前記封止樹脂組成物の硬化層の体積（Ｖｍ）との比（Ｖｍ／Ｖｓ）が０．４以上、０．８以下の範囲であり、更に前記硬質回路基板の厚み（ｔｓ）と前記半導体素子の厚み（ｔｃ）との比（ｔｃ／ｔｓ）が０．２８以上、０．５以下の範囲である半導体装置であって、前記封止樹脂組成物が、エポキシ樹脂（Ａ）、フェノール樹脂（Ｂ）、無機充填材（Ｃ）を含む組成物であり、前記エポキシ樹脂（Ａ）全体のエポキシ基数（Ｅｐ）と前記フェノール樹脂（Ｂ）全体のフェノール性水酸基数（Ｐｈ）との当量比（Ｅｐ／Ｐｈ）が１．１以上、１．５以下であり、前記無機充填材（Ｃ）の前記封止樹脂組成物全体に対する配合割合が８０重量％以上、９２重量％以下であり、前記封止樹脂組成物の硬化層を２４時間煮沸処理した際の煮沸吸水率が０．３６重量％以下であることを特徴とする半導体装置であり、これにより、反りが小さく、かつ信頼性に優れた半導体装置を得ることができるものである。以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。
【００４２】
先ず、本実施形態における半導体装置について説明する。本実施形態の半導体装置は、エリア実装型半導体装置であり、例えば、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）、チップ・スケール・パッケージ（ＣＳＰ）、スタックド・ＢＧＡ、スタックド・ＣＳＰ、フリップ・チップ・パッケージ（ＦＣＰ）、パッケージ・オン・パッケージ（ＰｏＰ）等が挙げられる。図１〜図３は、本実施形態である半導体装置の一例を示す概略断面図であり、さらに図３は、本実施形態である半導体装置を積層したＰｏＰの一例を示す概略断面図である。本実施形態における半導体装置は、硬質回路基板１と、該硬質回路基板１に搭載された半導体素子２と、該半導体素子２を封止する封止樹脂組成物の硬化層３とを備える半導体装置である。また、ＰｏＰは、図３に示すとおり、第一の半導体素子と、該第一の半導体素子を封止する第一の封止樹脂組成物の硬化層とを備えた多層回路基板もしくは両面回路基板からなる第一の半導体装置（上段半導体装置）５と、第二の半導体素子と、該第二の半導体素子を封止する第二の封止樹脂組成物の硬化層とを備えた多層回路基板もしくは両面回路基板からなる第二の半導体装置（下段半導体装置）６とが、第二の半導体装置の上に第一の半導体装置が搭載される形態で半田バンプ４、半田ペースト、半田めっき付銅バンプ、半田入り接着フィルム、異方導電性フィルム等の電気的接合部材を介して接続されてなるものである。本実施形態で封止される半導体素子２としては、特に限定されるものではなく、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、固体撮像素子等が挙げられるが、その材質はシリコンであるため、その線膨張係数は通常６×１０-6／℃程度と小さいものである。
【００４３】
本実施形態で用いられる硬質回路基板１としては、熱硬化性樹脂、銅箔回路基板から構成される硬質回路基板が用いられるのが一般的であり、熱硬化性樹脂の好ましい例としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、トリアジン樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ビスマレイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂などが挙げられる。これらの熱硬化性樹脂と銅箔回路基板から構成される硬質回路基板１のガラス転移温度は、通常１８０〜２８０℃程度であり、ガラス転移温度以下の領域における線膨張係数は、通常８〜１５×１０-6／℃程度であるが、本実施形態の半導体装置における反りを小さくできるという観点から、ガラス転移温度が高く、線膨張係数が小さい点で有利となる、シアネート樹脂とエポキシ樹脂を含む樹脂組成物で構成された硬質回路基板を用いることがより好ましい。
【００４４】
一般に図１、図２に示すような半導体装置の場合、反りが起きる要因は、封止樹脂組成物の硬化層３、半導体素子２、及び硬質回路基板１の物性（線膨張係数、弾性率、成形収縮率等）の差で説明される。すなわち、樹脂封止面を上にした場合において、上側に存在する封止樹脂組成物の硬化層３及び半導体素子２の物性と、下側に存在する硬質回路基板１の物性とのバランスにより半導体装置の反りの方向が支配される。例えば、上側に存在する封止樹脂組成物の硬化層３及び半導体素子２の総和の熱収縮が、下側に存在する硬質回路基板１の熱収縮よりも相対的に大きい場合には、樹脂封止面を上にして上側凹に反ることとなる。
【００４５】
本実施形態における半導体装置は、硬質回路基板１と、該硬質回路基板１に搭載された半導体素子２と、該半導体素子２を封止する封止樹脂組成物の硬化層３とを備え、前記硬質回路基板１の体積（Ｖｓ）と前記封止樹脂組成物の硬化層３の体積（Ｖｍ）との比（Ｖｍ／Ｖｓ）が０．４以上、０．８以下の範囲であり、更に前記硬質回路基板１の厚み（ｔｓ）と前記半導体素子２の厚み（ｔｃ）との比（ｔｃ／ｔｓ）が０．２８以上、０．５以下の範囲である半導体装置である。ここでいう封止樹脂組成物の硬化層３の体積（Ｖｍ）とは、封止樹脂組成物の硬化層内に封止されている半導体素子２の体積分は含まないものである。
【００４６】
このような本実施形態の半導体装置においては、封止樹脂組成物の硬化層３の体積（Ｖｍ）が硬質回路基板１の体積（Ｖｓ）に比べ小さいため、従来の封止樹脂組成物を用いた場合においては、封止樹脂組成物の硬化層３が及ぼす効果が薄くなり、実質上半導体素子２の物性と硬質回路基板１の物性の差（主に線膨張係数）による反りが支配的になるため、成形温度から室温まで冷却される間において封止材面を上にして上側凸に大幅に反ってしまうこととなる。特に、硬質回路基板１の厚み（ｔｓ）が０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下の範囲の薄い硬質回路基板１の厚みとなる半導体装置、及び／又は、封止樹脂組成物の硬化層の厚み方向への投影面積（Ｓｍ）と前記硬質回路基板の厚み方向への投影面積（Ｓｓ）との比（Ｓｍ／Ｓｓ）が０．３以上、０．８以下の範囲となる半導体装置の場合、より具体的には、ＰｏＰの下段半導体装置６（図３、参照。）のような場合には、封止樹脂組成物の硬化層３の剛性による反り抑制が不充分となり、半導体装置としての反りがより顕著となる。尚、厚み方向への投影面積とは、図１〜３における上面視での面積を意味する。本実施形態では、このように反りが発生し易い半導体装置においても、後述する封止用樹脂組成物を用いることによって、本発明の効果が顕著に発現し、反りの小さい半導体装置を得ることができるものである。
【００４７】
次に、封止樹脂組成物に関して説明する。本実施形態で用いられる封止樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ）、フェノール樹脂（Ｂ）無機充填材（Ｃ）を含む組成物である。
【００４８】
本実施形態で用いられる封止樹脂組成物のエポキシ樹脂（Ａ）としては、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Ａ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾ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、フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、フェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、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、アントラセン又はその水添化物の骨格を有するエポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、フェノール性水酸基含有芳香族類とアルデヒド類とアルコキシ基もしくはチオアルキル基を含有する芳香族類とを共縮合して得られたフェノール樹脂類をエピクロルヒドリンでグリシジルエーテル化したエポキシ樹脂、等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。これらのなかでも、下記一般式（１）で表される構造を有するエポキシ樹脂等、エポキシ基が結合した芳香族基が適度な間隔で結合しているエポキシ樹脂が封止樹脂組成物の成形収縮を高くすることができ好ましい。
【００４９】
【化１】
0005228453.tif 000006
（ただし、上記一般式（１）において、Ａｒ１、Ａｒ２は炭素数６〜２０の芳香族基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ１、Ｒ２は炭素数１〜６の炭化水素基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ３、Ｒ４は水素、炭素数１〜４の炭化水素基又は炭素数６〜２０の芳香族基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ５は炭素数１〜４の炭化水素基で、Ｗ１は酸素原子又は硫黄原子である。ＯＧはグリシドキシ基である。ａ、ｂは０〜１０の整数、ｃは０〜３の整数、ｄは１〜３の整数である。ｍは０〜２０の整数であり、ｎは１〜２０の整数であり、かつｍ／ｎの平均は１／１０〜１／１である。ｍ個の繰り返し単位とｎ個の繰り返し単位は、それぞれが連続で並んでいても、お互いが交互もしくはランダムに並んでいてもよいが、それぞれの間には必ず−ＣＲ３Ｒ４−を有する構造をとる。）
【００５０】
一般式（１）で表される構造を有するエポキシ樹脂は、異なるｍ、ｎ値である複数の成分の集合体であり、各々の成分はｍが０〜２０の整数であり、ｎが１〜２０の整数であって、各々の成分毎に互いに同じであっても異なっていてもよいが、ｍ／ｎの全体としての平均値は１／１０〜１／１であることが好ましく、１／９〜１／２であることがより好ましい。ｍ／ｎの平均値が小さいほど、エポキシ樹脂の架橋密度が増大することにより反応収縮は大きくなるものの、逆にガラス転移温度が高くなり、また線膨張率も低くなることで熱収縮は小さくなるため、結果として成形収縮率全体としては小さくなる。逆に、ｍ／ｎの平均値が大きいほど、先の効果と逆になり、成形収縮率は大きくなる。ｍ／ｎの平均値が上記範囲内であると、成形収縮率が大きな硬化物を得ることができるため、本発明の効果が顕著に発現し、反りの小さい半導体装置を得ることができる。また、ｍ／ｎの平均値が上記範囲内であると、耐燃性向上効果を得ることができる。また、上記範囲内であれば、樹脂粘度が高くなることによる樹脂組成物の流動性の低下を引き起こす恐れが少ない。
【００５１】
一般式（１）で表される構造を有するエポキシ樹脂の具体例としては、フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂（一般式（１）において、−Ａｒ１−：フェニレン基、−Ａｒ２−：フェニレン基、Ｒ３：水素、Ｒ４：水素、ａ＝０、ｂ＝０、ｃ＝０、ｄ＝１、ｍ／ｎの平均値：１）、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂（一般式（１）において、−Ａｒ１−：ビフェニレン基、−Ａｒ２−：フェニレン基、Ｒ３：水素、Ｒ４：水素、ａ＝０、ｂ＝０、ｃ＝０、ｄ＝１、ｍ／ｎの平均値：１）、フェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂（一般式（１）において、−Ａｒ１−：ナフタレン基、−Ａｒ２−：フェニレン基、Ｒ３：水素、Ｒ４：水素、ａ＝０、ｂ＝０、ｃ＝０、ｄ＝１、ｍ／ｎの平均値：１）、メトキシナフタレンとフェノールとホルムアルデヒドを共縮合して得られるノボラック型フェノール樹脂のエポキシ化樹脂（一般式（１）において、−Ａｒ１−：ナフタレン基、−Ａｒ２−：フェニレン基、Ｒ３：水素原子、Ｒ４：水素原子、Ｒ５：メチル基、Ｗ１：酸素原子、ａ＝０、ｂ＝０、ｃ＝１、ｄ＝１、全体としての平均値におけるｍ／ｎの平均値：１／１０〜１／１）、メトキシナフタレンとクレゾールとホルムアルデヒドを共縮合して得られるノボラック型フェノール樹脂のエポキシ化樹脂（一般式（１）において、−Ａｒ１−：ナフタレン基、−Ａｒ２−：フェニレン基、Ｒ２：メチル基、Ｒ３：水素原子、Ｒ４：水素原子、Ｒ５：メチル基、Ｗ１：酸素原子、ａ＝０、ｂ＝１、ｃ＝１、ｄ＝１、全体としての平均値におけるｍ／ｎの平均値：１／１０〜１／１）等が挙げられる。これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。
【００５２】
本実施形態で用いられる封止樹脂組成物のエポキシ樹脂（Ａ）全体の配合割合は、特に限定されないが、封止樹脂組成物全体に対し、２重量％以上、１５重量％以下であることが好ましく、３重量％以上、１３重量％以下であることがより好ましい。エポキシ樹脂（Ａ）全体の配合割合が上記範囲内であると、耐半田性の低下又は成形性の低下等を引き起こす恐れが少ない。
【００５３】
本実施形態で用いられる封止樹脂組成物のフェノール樹脂（Ｂ）は、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造を特に限定するものではないが、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、トリフェノールメタン型フェノール樹脂、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、フェニレン骨格及び／又はビフェニレン骨格等を有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン骨格及び／又はビフェニレン骨格等を有するナフトールアラルキル樹脂、ビスフェノール化合物、フェノール性水酸基含有芳香族類とアルデヒド類とアルコキシ基もしくはチオアルキル基を含有する芳香族類とを共縮合して得られたフェノール樹脂類、等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。これらのうち、硬化性の点からは、水酸基当量は９０ｇ／ｅｑ以上、２５０ｇ／ｅｑ以下のものが好ましい。また、下記一般式（２）で表される構造を有するフェノール樹脂が、フェノール性水酸基が結合した芳香族基が適度に離れており、封止樹脂組成物の成形収縮率を安定して増大させることができるため好適である。
【００５４】
【化２】
0005228453.tif 000007
（ただし、上記一般式（２）において、Ａｒ１、Ａｒ２は炭素数６〜２０の芳香族基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ１、Ｒ２は炭素数１〜６の炭化水素基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ３、Ｒ４は水素、炭素数１〜４の炭化水素基又は炭素数６〜２０の芳香族基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ５は炭素数１〜４の炭化水素基で、Ｗ１は酸素原子又は硫黄原子である。ａ、ｂは０〜１０の整数、ｃは０〜３の整数、ｄは１〜３の整数である。ｍは０〜２０の整数であり、ｎは１〜２０の整数であり、かつｍ／ｎの平均は１／１０〜１／１である。ｍ個の繰り返し単位とｎ個の繰り返し単位は、それぞれが連続で並んでいても、お互いが交互もしくはランダムに並んでいてもよいが、それぞれの間には必ず−ＣＲ３Ｒ４−を有する構造をとる。）
【００５５】
一般式（２）で表される構造を有するフェノール樹脂は、異なるｍ、ｎ値である複数の成分の集合体であり、各々の成分はｍが０〜２０の整数であり、ｎが１〜２０の整数であって、各々の成分毎に互いに同じであっても異なっていてもよいが、ｍ／ｎの全体としての平均値は１／１０〜１／１であることが好ましく、１／９〜１／２であることがより好ましい。ｍ／ｎの平均値が小さいほど、エポキシ樹脂の架橋密度が増大することにより反応収縮は大きくなるものの、逆にガラス転移温度が高くなり、また線膨張率も低くなることで熱収縮は小さくなるため、結果として成形収縮率全体としては小さくなる。逆に、ｍ／ｎの平均値が大きいほど、先の効果と逆になり、成形収縮率は大きくなる。ｍ／ｎの平均値が上記範囲内であると、成形収縮率が大きな硬化物を得ることができるため、本発明の効果が顕著に発現し、反りの小さい半導体装置を得ることができる。また、ｍ／ｎの平均値が上記範囲内であると、耐燃性向上効果を得ることができる。また、上記範囲内であれば、樹脂粘度が高くなることによる樹脂組成物の流動性の低下を引き起こす恐れが少ない。
【００５６】
一般式（２）で表される構造を有するフェノール樹脂の具体例としては、フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂（一般式（２）において、−Ａｒ１−：フェニレン基、−Ａｒ２−：フェニレン基、Ｒ３：水素、Ｒ４：水素、ａ＝０、ｂ＝０、ｃ＝０、ｄ＝１、ｍ／ｎの平均値：１）、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂（一般式（２）において、−Ａｒ１−：ビフェニレン基、−Ａｒ２−：フェニレン基、Ｒ３：水素、Ｒ４：水素、ａ＝０、ｂ＝０、ｃ＝０、ｄ＝１、ｍ／ｎの平均値：１）、メトキシナフタレンとフェノールとホルムアルデヒドを共縮合して得られるノボラック型フェノール樹脂（一般式（２）において、−Ａｒ１−：ナフタレン基、−Ａｒ２−：フェニレン基、Ｒ３：水素原子、Ｒ４：水素原子、Ｒ５：メチル基、Ｗ１：酸素原子、ａ＝０、ｂ＝０、ｃ＝１、ｄ＝１、全体としての平均値におけるｍ／ｎの平均値：１／１０〜１／１）、メトキシナフタレンとクレゾールとホルムアルデヒドを共縮合して得られるノボラック型フェノール樹脂（一般式（２）において、−Ａｒ１−：ナフタレン基、−Ａｒ２−：フェニレン基、Ｒ２：メチル基、Ｒ３：水素原子、Ｒ４：水素原子、Ｒ５：メチル基、Ｗ１：酸素原子、ａ＝０、ｂ＝１、ｃ＝１、ｄ＝１、全体としての平均値におけるｍ／ｎの平均値：１／１０〜１／１）、等が挙げられる。
【００５７】
本実施形態で用いられる封止樹脂組成物のフェノール樹脂（Ｂ）全体の配合割合は、特に限定されないが、封止樹脂組成物全体に対し、１重量％以上、１０重量％以下であることが好ましく、１．５重量％以上、７重量％以下であることがより好ましい。フェノール樹脂（Ｂ）全体の配合割合が上記範囲内であると、耐半田性の低下又は成形性の低下等を引き起こす恐れが少ない。
【００５８】
本実施形態で用いられる封止樹脂組成物のエポキシ樹脂（Ａ）とフェノール樹脂（Ｂ）との配合割合は、エポキシ樹脂全体のエポキシ基数（Ｅｐ）と前記フェノール樹脂（Ｂ）全体のフェノール性水酸基数（Ｐｈ）との当量比（Ｅｐ／Ｐｈ）を１．１以上、１．５以下であることが好ましく、１．２以上、１．４以下であることがより好ましい。全体のエポキシ基数と全体のフェノール性水酸基数との当量比（Ｅｐ／Ｐｈ）が上記範囲内であると、また成形性を損なうことなく、本発明の硬質回路基板の収縮に対向する最適な成形収縮率を得ることができる。すなわち、前記下限値以上であれば、成形収縮の効果が発現でき、前記上限値以下であれば、成形時のスティッキング等による成形不良を起こさない。また、当量比（Ｅｐ／Ｐｈ）を、０．５〜０．８程度とすることによっても、封止樹脂組成物の成形収縮率を最適な範囲にすることは可能であるが、この場合には、吸水率が大幅に増大してしまうことにより、信頼性の高い半導体装置を得ることができない。
【００５９】
本実施形態で用いられる封止樹脂組成物の無機充填材（Ｃ）に関しては、一般に半導体封止用樹脂組成物に用いられているものを使用することができ、例えば、溶融シリカ、球状シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミ等が挙げられる。また、難燃材用を有する水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ホウ酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、フォスファゼン等の無機系難燃剤を用いることもできる。これらの無機充填材（Ｃ）は１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。無機充填材（Ｃ）の粒径としては、成形時の金型への充填性を考慮すると０．０１μｍ以上、１５０μｍ以下であることが望ましい。
【００６０】
本実施形態で用いられる封止樹脂組成物の無機充填材（Ｃ）全体の含有割合は、特に限定されないが、封止樹脂組成物全体に対し、８０重量％以上、９２重量％以下であることが好ましく、８０重量％以上、８８重量％以下であることがより好ましく、８０重量％以上、８６重量％以下であることが特に好ましい。無機充填材（Ｃ）の含有割合が上記下限値以上であると、吸水率を増大させることなく、半導体装置としての高信頼性を維持することができる。また上記上限値以下の場合は、効果的な成形収縮率を得ることができる。無機充填材（Ｃ）は信頼性を向上させるために予め表面にカップリング剤等による表面処理をすることも可能である。
【００６１】
本実施形態の半導体装置で用いられる封止樹脂組成物の硬化層を２４時間煮沸処理した際の煮沸吸水率が０．３６重量％以下であることが好ましく、０．３０重量％以下であることがより好ましい。煮沸吸水率が前記上限値以下であれば、実装時の半田リフロー処理において、クラックや界面剥離が発生することがなく、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。また、煮沸吸水率の下限値については特に限定するものではないが、流動性等を考慮すると、０．１重量％程度が実質的な下限値となる。尚、封止樹脂組成物の硬化層を２４時間煮沸処理した際の煮沸吸水率は、半導体装置から、封止樹脂組成物の硬化層のみを切り出したものを試験片として、ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１の煮沸吸水率の試験方法に準じて測定を行うことができる。より具体的には、半導体装置から切り出した試験片を５０℃±２℃で２４±１時間乾燥後、２０±１０℃まで冷却してから煮沸処理前の重量を測定する。その後、試験片を９８〜１００℃で２４±１時間煮沸処理し、流水で３０分間冷却後、試験片表面の水分を布で拭き取り、煮沸処理後の重量を測定する。煮沸処理による重量増加量を煮沸処理前の重量で割った値（百分率）を煮沸吸水率とする。尚、上記の試験片として、半導体装置の封止樹脂組成物の硬化層を用いる代わりに、同等の成形条件、後硬化条件により作製した任意形状の樹脂硬化物を用いることもできる。
【００６２】
本実施形態で用いられる封止樹脂組成物を、金型温度１７５℃、成形圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件下で成形した後、１７５℃で４時間後硬化させた、長さ８０ｍｍ、高さ４ｍｍ、幅１０ｍｍの試験片の長さ方向について、粘弾性測定法（ＤＭＡ）により測定した、成形、後硬化後の硬化物のガラス転移温度は１００℃以上であることが好ましく、１４０℃以上であることがより好ましい。ガラス転移温度が前記下限値以上であれば、半導体装置の信頼性を損なう恐れが少ない。
【００６３】
また、本実施形態で用いられる封止樹脂組成物は、成形、後硬化後の成形収縮率が０．３％以上、０．５％以下であることが好ましく、０．３５％以上、０．４５％以下であることがより好ましい。成形収縮率が前記下限値以上であれば、封止樹脂組成物の成形収縮が有効に作用し、半導体装置としての反りが低減できる。また、成形収縮率前記上限値以下であれば、封止樹脂組成物の硬化層の収縮が大きくなり過ぎることによって、半導体装置の反りが逆に増大することがない。尚、成形収縮率は、封止樹脂組成物を金型温度１７５℃、成形圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件下で成形した後、１７５℃で４時間後硬化させた、直径１００ｍｍ、厚み３ｍｍの円盤状硬化物における下記（イ）式で算出する。
成形収縮率（％）＝｛（２５℃での金型キャビティの内径寸法）−（成形、後硬化後の２５℃での円盤状硬化物の外径寸法）｝／（２５℃での金型キャビティの内径寸法）×１００（％）                                                              （イ）
【００６４】
本実施形態の半導体装置で用いられる封止樹脂組成物の硬化層を２４時間煮沸処理した際の煮沸吸水率が０．３６重量％以下となり、好ましくは、封止樹脂組成物の成形、後硬化後の硬化物のガラス転移温度が１００℃以上となり、封止樹脂組成物の成形、後硬化後の成形収縮率が０．３％以上、０．５％以下となるようなものとするには、エポキシ樹脂（Ａ）と、フェノール樹脂（Ｂ）と、無機充填材（Ｃ）の種類と配合割合を調整することで達成することができる。特に、エポキシ樹脂（Ａ）全体のエポキシ基数（Ｅｐ）とフェノール樹脂（Ｂ）全体のフェノール性水酸基数（Ｐｈ）との当量比（Ｅｐ／Ｐｈ）、エポキシ樹脂（Ａ）における一般式（１）で表される構造を有するエポキシ樹脂の配合割合、フェノール樹脂（Ｂ）における一般式（２）で表される構造を有するフェノール樹脂の配合割合、及び全組成物中における無機充填材（Ｃ）の配合割合の選択が重要である。
【００６５】
本実施形態で用いられる封止樹脂組成物では、硬化性を向上させるために適宜硬化促進剤を添加することもできる。硬化促進剤に関しては、エポキシ樹脂（Ａ）のエポキシ基とフェノール樹脂（Ｂ）のフェノール性水酸基との反応を促進するものであればよく、一般の半導体封止用エポキシ樹脂組成物に使用されているものを利用することができる。具体例としては、有機ホスフィン、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物等のリン原子含有化合物、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、ベンジルジメチルアミン、２−メチルイミダゾール等の窒素原子含有化合物が挙げられる。これらの硬化促進剤は１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。これらのうち、リン原子含有化合物が好ましく、特に当量比（Ｅｐ／Ｐｈ）が本発明の範囲内である場合の成形性という観点では、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物等が好ましい。更に、流動性という観点ではテトラ置換ホスホニウム化合物が好ましく、エポキシ樹脂組成物の硬化物熱時低弾性率というの観点ではホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物が好ましく、潜伏的硬化性という観点ではホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物がより好ましい。
【００６６】
本実施形態で用いられる封止樹脂組成物において用いることができる硬化促進剤全体の配合割合は、特に限定されないが、封止樹脂組成物全体に対し、０．０５重量％以上、２重量％以下であることが好ましく、０．１重量％以上、１重量％以下であることがより好ましい。硬化促進剤全体の配合割合が上記範囲内であると、硬化性の低下又は流動性の低下等を引き起こす恐れが少ない。
【００６７】
本実施形態で用いられる封止樹脂組成物では、連続成形性を発現させるために適宜離型剤を添加することもできる。その例としてはカルナバワックス等の天然ワックス、ポリエチレンワックス、酸化ポリエチレン等の合成ワックス、ステアリン酸やステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸及びその金属塩類若しくはパラフィン、高級脂肪酸エステル等の離型剤が挙げられ、単独又は複数添加することができる。より好ましくは酸化ポリエチレン系ワックス、
ポリオールの高級脂肪酸ポリエステルの中から選ばれたワックスを選択することにより前記特性を効果的に発現させることができる。
【００６８】
本実施形態で用いられる封止樹脂組成物で用いることができる離型剤の配合割合としては、全樹脂組成物中に、０．０１重量％以上、１重量％以下が好ましく、より好ましくは０．０３重量％以上０．５重量％以下である。上記範囲内であると、金型からの樹脂硬化物の離型性に優れる。また、上記範囲内であると、樹脂硬化物と界面の密着性が損なわれることがなく、半田処理時における樹脂硬化物とリードフレーム部材との剥離を抑制することができる。また、上記範囲内であると、金型汚れや樹脂硬化物外観の悪化を抑制することもできる。
【００６９】
また、本実施形態で用いられる封止樹脂組成物では、連続成形性に関し、成形時の金型表面の汚れや樹脂硬化物表面の汚れの進行を抑え、且つ連続成形性を高める添加剤を含むことができる。そのような添加剤の例としては、カルボキシル基を有するブタジエン・アクリロニトリル共重合体及び／又は、カルボキシル基を有するブタジエン・アクリロニトリル共重合体とエポキシ樹脂との反応生成物、カルボキシル基を有するオルガノポリシロキサン、カルボキシル基を有するオルガノポリシロキサンとエポキシ樹脂との反応生成物等が挙げられる。これらカルボキシル基を有する化合物を添加することにより、封止用エポキシ樹脂組成物の原料として含まれるエポキシ樹脂組成物各成分と離型剤との相溶性、具体的にはエポキシ樹脂と離型剤との相溶性が適正な状態となり、成形時の金型表面の汚れや樹脂硬化物表面の汚れの進行を抑えることができ、また連続成形性を向上させる効果も有し好ましい。
【００７０】
本実施形態で用いられる封止樹脂組成物で用いることができるこれらの添加剤の総配合量としては、全エポキシ樹脂組成物中０．０１重量％以上、１重量％以下が好ましく、０．０５重量％以上、０．５重量％以下がより好ましく、０．１重量％以上、０．３重量％以下が特に好ましい。上記範囲にすることで、流動性の低下による成形時における充填不良の発生や高粘度化によるワイヤー流れ等の不具合の発生を抑えることができる。
【００７１】
本実施形態で用いられる封止樹脂組成物においては、エポキシ樹脂と無機充填材との密着性を向上させるため、シランカップリング剤等の密着助剤を添加することができる。その例としては特に限定されないが、エポキシシラン、アミノシラン、ウレイドシラン、メルカプトシラン等が挙げられ、エポキシ樹脂と無機充填材との間で反応し、エポキシ樹脂と無機充填材の界面強度を向上させるものであればよく、より具体的には、エポキシシランとしては、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、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メトキシシラン、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が挙げられる。また、アミノシランとしては、例えば、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、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−フェニル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、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−６−（アミノヘキシル）３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（３−（トリメトキシシリルプロピル）−１，３−ベンゼンジメタナン等が挙げられる。また、ウレイドシランとしては、例えば、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン等が挙げられる。また、メルカプトシランとしては、例えば、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。これらのシランカップリング剤は１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。
【００７２】
本実施形態で用いられる封止樹脂組成物で用いることができるシランカップリング剤の配合量としては、全エポキシ樹脂組成物中０．０１重量％以上、１重量％以下が好ましく、より好ましくは０．０５重量％以上、０．８重量％以下、特に好ましくは０．１重量％以上、０．６重量％以下である。シランカップリング剤の配合量が上記範囲内であれば、エポキシ樹脂と無機充填材との界面強度が低下することによる半導体装置における耐半田性の低下を引き起こす恐れが少ない。また、シランカップリング剤の配合量が上記範囲内であれば、エポキシ樹脂組成物の硬化物の吸水性が増大することによる耐半田性の低下も引き起こす恐れが少ない。
【００７３】
本実施形態で用いられる封止樹脂組成物では、前述した成分以外に、カーボンブラック、ベンガラ、酸化チタン等の着色剤；シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力添加剤；ハイドロタルサイト等の無機イオン交換体等の添加剤を適宜配合してもよい。
【００７４】
本実施形態で用いられる封止樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｃ）の構成成分及びその他の添加剤等を、例えば、ミキサー等を用いて常温で均一に混合したもの、更にその後、加熱ロール、ニーダー又は押出機等の混練機を用いて溶融混練し、続いて冷却、粉砕したものなど、必要に応じて適宜分散度や流動性等を調整したものを用いることができる。
【００７５】
本実施形態で用いられる封止樹脂組成物の硬化層３により半導体素子を封止し半導体装置を製造するには、例えば、半導体素子２を搭載した硬質回路基板１等を金型キャビティ内に設置した後、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を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成形硬化すればよい。
【００７６】
上記トランスファーモールドなどの成形方法で封止された本実施形態の半導体装置は、そのまま、或いは８０℃から２００℃程度の温度で、１０分から１０時間程度の時間をかけて完全硬化させた後、電子機器等に搭載される。
【実施例】
【００７７】
以下、本発明を実施例にて具体的に説明するが、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。以下配合割合は重量部とする。
【００７８】
［パッケージ反り及び耐半田性の評価に用いる硬質回路基板の製造］
１．硬質回路基板の製造
硬質回路基板としてコア基板とその両面に樹脂層が形成された多層基板を作製した。
１．１  コア基板１，２の製造
ノボラック型シアネート樹脂（ロンザジャパン（株）製、プリマセット  ＰＴ−６０、重量平均分子量約２，６００）１５重量部と、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂（日本化薬社製、ＮＣ−３０００Ｐ、エポキシ当量２７５）８重量部と、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型フェノール樹脂（明和化成社製、ＭＥＨ−７８５１−Ｓ、水酸基当量２０３）７重量部と、エポキシシラン（日本ユニカー社製、Ａ−１８７）０．２１重量部と、をメチルエチルケトン５０重量部に室温で６０分間溶解した後、無機充填材として球状溶融シリカＳＦＰ−１０Ｘ（電気化学工業（株）製、平均粒径０．３μｍ）２０重量部及び球状溶融シリカＳＯ−３２Ｒ（アドマテックス社製、平均粒径１．５μｍ）５０重量部を添加し、高速攪拌機を用いて１０分攪拌して樹脂ワニスを調製した。次に、上述の樹脂ワニスをガラス織布１（Ｅガラスで構成されている平織りの基材、厚さ０．１ｍｍ、縦糸の織密度６０本／インチ、横糸の織密度５８本／インチ、日東紡績（株）製、ＷＥＡ−１１６Ｅ、室温から２５０℃での線膨張係数６ｐｐｍ／℃）に含浸し、１２０℃の加熱炉で２分間乾燥してワニス固形分（プリプレグ中において樹脂とシリカの占める割合）が５０重量％のプリプレグを得た。得られたプリプレグを１枚、両面に１２μｍの銅箔を重ねて、圧力４ＭＰａ、温度２００℃で２時間加熱加圧成形することによって０．１ｍｍ厚のコア基板１（ガラス転移温度２６５℃、線膨張係数係数１１ｐｐｍ／℃）を得た。また、前記ガラス織布１をガラス織布２（Ｅガラスで構成されている平織りの基材、厚さ０．０４２ｍｍ、縦糸の織密度５４本／インチ、横糸の織密度５４本／インチ、日東紡績（株）製、ＷＥＡ−１０７８、室温から２５０℃での線膨張係数６ｐｐｍ／℃）にした以外は同様の条件で厚み０．０６ｍｍのコア基板２（ガラス転移温度２６５℃、線膨張係数係数１１ｐｐｍ／℃）を製造した。
【００７９】
１．２  樹脂絶縁層に用いるプリプレグの製造
コア基板１，２の製造で用いた樹脂ワニスを、ガラス織布３（厚さ２４μｍ、日東紡績（株）製、ＷＥＡ−１０３７）に含漬し、１２０℃の加熱炉で２分間乾燥してワニス固形分（プリプレグ中に樹脂とシリカの占める割合）が７２重量％のプリプレグを得た。
【００８０】
１．３硬質回路基板の製造
前記コア基板１の表面の銅箔に所定のパターンの導体配線層を形成し、そしてコア基板１の表面及び導体配線層を薬液により粗化し、導体配線層に、前述のプリプレグを積層したのち、真空プレスにてプリプレグを加熱硬化させて樹脂絶縁層を形成した。その後、樹脂絶縁層の所定の位置に、レーザーによりビアホールを形成した（ビアホール形成工程）。次に、セミアディティブ工法により、ビアホール中に導体層、樹脂絶縁層表面に導体配線層を形成した。具体的には、無電解めっきにより、樹脂絶縁層全面に銅膜（シード膜）を１μｍ程度形成し、次に、樹脂絶縁層上に所定のパターンのフォトレジスト（マスク）を形成した。その後、電解めっきにより、マスクが形成されていない部分（例えば、ビアホール等）にめっき皮膜を形成した。これにより、ビアホール中に導体層が形成され、さらには、樹脂絶縁層表面に導体配線層が形成された。その後、マスクを除去した後、導体配線層を粗化し、前述した真空プレス、ビアホール形成工程、導体層及び導体配線層形成工程を行った。この操作を繰り返すことで、複数の樹脂絶縁層と、複数の導体配線層とを有する多層基板となり、その後に最上層の導体配線層上にエッチングレジスト膜を形成することで硬質回路基板１（サイズ１４×１４ｍｍ、厚さ０．２６ｍｍ）を得た。更に、コア基板の種類（コア基板１又は２）、樹脂絶縁層の厚み、面積を変えることにより、表１、表２、表３、表４に記載したとおりの所定形状の硬質回路基板を作製した。
【００８１】
［封止樹脂組成物の製造］
実施例、比較例で用いた成分について、以下に示す。
【００８２】
（エポキシ樹脂）
エポキシ樹脂１：４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニルのグリシジルエーテル（ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＸ−４０００ＨＫ。エポキシ当量１９２、融点１０７℃。）
エポキシ樹脂２：ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（東都化成（株）製、ＹＳＬＶ−８０ＸＹ、エポキシ当量１９２、融点１０７℃）
エポキシ樹脂３：下記一般式（１）で表される構造を有するエポキシ樹脂（但し、下記一般式（１）において、ｍ／ｎの平均値：１／４、Ａｒ１＝ナフタレン基、Ａｒ２＝フェニル基、Ｒ２＝メチル基、Ｒ３＝水素、Ｒ４＝水素、Ｒ５＝メチル基、Ｗ１＝酸素、ａ＝０、ｂ＝１、ｃ＝１、ｄ＝１。大日本インキ化学（株）製、ＥＸＡ−７３２０。エポキシ当量２５１、融点５８℃。）
エポキシ樹脂４：下記一般式（１）で表される構造を有するエポキシ樹脂であるビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂（但し、下記一般式（１）において、ｍ／ｎの平均値：１、Ａｒ１＝ビフェニル基、Ａｒ２＝フェニル基、Ｒ３＝水素、Ｒ４＝水素、ａ＝０、ｂ＝０、ｃ＝０、ｄ＝１。日本化薬（株）製、ＮＣ−３０００Ｐ。エポキシ当量２７５、軟化点６０℃。）
エポキシ樹脂５：下記一般式（１）で表される構造を有するエポキシ樹脂であるフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂（但し、下記一般式（１）において、ｍ／ｎの平均値：１、Ａｒ１＝フェニル基、Ａｒ２＝フェニル基、Ｒ３＝水素、Ｒ４＝水素、ａ＝０、ｂ＝０、ｃ＝０、ｄ＝１。日本化薬（株）製、Ｅ−ＸＬＣ−３Ｌ。エポキシ当量２３７、軟化点５２℃。）
【００８３】
【化１】
0005228453.tif 000008
【００８４】
エポキシ樹脂６：トリフェニルメタン型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製、Ｅ−１０３２Ｈ。エポキシ当量１６９、軟化点５８℃。）
【００８５】
エポキシ樹脂７：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン(株)製、ＪＥＲ−１００１、エポキシ当量４７５、軟化点６４℃。）
【００８６】
（フェノール樹脂）
フェノール樹脂１：下記一般式（２）で表される構造を有するフェノール樹脂であるビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂（但し、下記一般式（２）において、ｍ／ｎの平均値：１、Ａｒ１＝ビフェニル基、Ａｒ２＝フェニル基、Ｒ３＝水素、Ｒ４＝水素、ａ＝０、ｂ＝０、ｃ＝０、ｄ＝１。日本化薬（株）製、ＧＰＨ−６５。水酸基当量１９６、軟化点６５℃。）
フェノール樹脂２：下記一般式（２）で表される構造を有するフェノール樹脂であるフェニレン骨格を有するフェノールフェニルアラルキル樹脂（但し、下記一般式（２）においてｍ／ｎの平均値：１、Ａｒ１＝フェニル基、Ａｒ２＝フェニル基、Ｒ３＝水素、Ｒ４＝水素、ａ＝０、ｂ＝０、ｃ＝０、ｄ＝１。三井化学（株）製、ＸＬＣ−４Ｌ。水酸基当量１６５、軟化点６５℃。）
【００８７】
【化２】
0005228453.tif 000009
【００８８】
フェノール樹脂３：フェノールノボラック樹脂（住友ベークライト（株）製、ＰＲ−ＨＦ−３。水酸基当量１０４、軟化点８０℃。）
フェノール樹脂４：トリフェニルメタン型樹脂（明和化成（株）製、ＭＥＨ−７５００ＳＳ。水酸基当量９７、軟化点１１０℃。）
【００８９】
（無機充填材）
無機充填材１：溶融球状シリカ（平均粒径３０μｍ）
無機充填材２：水酸化アルミニウム
無機充填材３：水酸化マグネシウム
【００９０】
（硬化促進剤）
硬化促進剤１：下記式（３）で表される硬化促進剤
【化３】
0005228453.tif 000010
【００９１】
（離型剤）
離型剤１：グリコールのモンタン酸トリエステル（クラリアントジャパン（株）製、ＷＥ−４）
離型剤２：酸化ポリエチレン（滴点１２０℃、酸価２０ｍｇＫＯＨ／ｇ、数平均分子量２０００、密度０．９８ｇ／ｃｍ3、平均粒径４５μｍ、１０６μｍ以上の粒子の含有量０．０重量％。高密度ポリエチレンの酸化物。
【００９２】
（シランカップリング剤）
シランカップリング剤１：Ｎ−フェニルγ−アミノプロピルトリメトキシシラン
【００９３】
（着色剤）
着色剤１：カーボンブラック
【００９４】
実施例１用封止樹脂組成物の製造
エポキシ樹脂１                                            １１．２１重量部
フェノール樹脂１                                            １．６３重量部
フェノール樹脂３                                            ３．８１重量部
無機充填材１                                              ７５．００重量部
無機充填材２                                                ７．００重量部
硬化促進剤１                                                ０．３０重量部
離型剤１                                                    ０．５０重量部
シランカップリング剤１                                      ０．２５重量部
着色剤１                                                    ０．３０重量部
をミキサーにて常温混合し、８０〜１００℃の加熱ロールで溶融混練し、冷却後粉砕し、封止樹脂組成物を得た。
【００９５】
実施例２〜２１、比較例１〜１３用封止樹脂組成物の製造
表１、表２、表３、表４の配合に従い、実施例１と同様にして封止樹脂組成物を得た。
【００９６】
［封止樹脂組成物及び半導体装置の評価］
得られた封止樹脂組成物を用いて以下の方法で評価した。評価結果を表１、表２、表３、表４に示す。
【００９７】
スパイラルフロー：低圧トランスファー成形機（コータキ精機（株）製、ＫＴＳ−１５）を用いて、ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型に、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、保圧時間１２０秒の条件で封止樹脂組成物を注入、硬化させ、流動長を測定した。単位はｃｍ。
【００９８】
成形収縮率：低圧トランスファー成形機（藤和精機（株）製、ＴＥＰ−５０−３０）を用いて、金型温度１７５℃、成形圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件下で、エポキシ樹脂組成物を注入成形して、直径１００ｍｍ、厚さ３ｍｍの試験片を作製した。２５℃での金型キャビティの内径寸法と、２５℃での試験片の外径寸法とを測定し、下記（イ）式により成形収縮率を算出した。
成形収縮率（％）＝｛（２５℃での金型キャビティの内径寸法）−（成形、後硬化後の２５℃での円盤状硬化物の外径寸法）｝／（２５℃での金型キャビティの内径寸法）×１００（％）                                                              （イ）
【００９９】
ガラス転移温度（Ｔｇ）：低圧トランスファー成形機（コータキ精機（株）製、ＫＴＳ−３０）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件で封止樹脂組成物を注入成形した後、１７５℃、４時間で後硬化して作製した試験片（長さ８０ｍｍ、高さ４ｍｍ、幅１０ｍｍ）を、粘弾性測定機（（株）オリエンテック製、レオバイブロン  ＤＤＶ−２５ＦＰ）を用いて、測定温度２５℃〜３００℃、昇温速度５℃／分、周波数１０Ｈｚ、三点曲げの条件で粘弾性を測定し、ＴＡＮδのピーク温度をＴｇとした。
【０１００】
線膨張係数（α１）：低圧トランスファー成形機（藤和精機（株）製、ＴＥＰ−５０−３０）を用いて、金型温度１７５℃、成形圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件下で、封止樹脂組成物を注入成形して、幅４ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ１５ｍｍの試験片を作製し、更に後硬化として１７５℃、４時間加熱処理を行った。成形、後硬化後の試験片の長さ方向について、圧縮荷重５ｇ、昇温速度５℃／分、測定温度範囲−６５℃〜３００℃の条件下で、熱機械分析法（ＴＭＡ、熱機械分析装置としてセイコーインスツル（株）製、ＴＭＡ−１２０／ＳＳＣ６２００を使用）による測定によって得られた温度と試料寸法とのグラフにおいて、ガラス転移温度より低い領域でその傾きがほぼ一定となった部分における平均値を持って線膨張係数（α１）とした。
【０１０１】
煮沸吸水率：低圧トランスファー成形機（コータキ精機（株）製、ＫＴＳ−３０）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件で、直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤状試験片を作製し、更に後硬化として１７５℃、４時間加熱処理を行った。後硬化後の試験片について、ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１に準じて２４時間煮沸処理した際の、煮沸処理前の重量と、煮沸処理後の重量とを測定し、試験片の煮沸吸湿率を百分率で求めた。単位は重量％
【０１０２】
連続成形性：低圧トランスファー成形機（ＴＯＷＡ製、Ｙシリーズ）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力７．４ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件で、封止樹脂組成物によりシリコンチップ等を封止して、２２５ピンＢＧＡ（基板は厚さ０．３６ｍｍ、ビスマレイミドトリアジン／ガラスクロス基板、パッケージサイズは２４×２４ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ、シリコンチップはサイズ９×９ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍ、チップと回路基板のボンディングパッドとを２５μｍ径の金線でボンディングしている。）を成形しこれを連続で２５０ショットまで行った。判定基準は未充填等の問題が全く発生せずに２５０ショットまで連続成形できたものを○、それ以外を×とした。
【０１０３】
パッケージ反り（２５℃）：表１、表２、表３、表４に記載した所定形状の硬質回路基板基板に表１、表２、表３、表４に記載した所定形状の半導体素子を、ダイアタッチフィルム（住友ベークライト社製、品番：スミライトＩＢＦ−３０２１）を介して接合し、半導体素子と、基板とをボンディングワイヤで電気的に接続した。その後、低圧トランスファー自動成形機（第一精工（株）製、ＧＰ−ＥＬＦ）を用いて、成形温度１７５℃、成形圧力９．８ＭＰａ、成形時間１２０秒の条件にて、上記の硬質回路基板に搭載した上記半導体素子を封止樹脂組成物で成形封止し、更に後硬化として１７５℃、４時間加熱処理を行い、表１、表２、表３、表４に記載した所定形状の封止樹脂組成物の硬化層となる半導体装置を作製した。使用した硬質回路基板の種類及び半導体装置の構造因子は表１、表２、表３、表４に記載の通りである。パッケージ反り（２５℃）は、作製した半導体装置における封止樹脂組成物の硬化層のある面と反対側の面を上にした時の垂直方向の変位を、レーザー三次元測定機（（株）ティーテック製、ＬＳ２００−ＭＴ１００ＭＴ５０）にて、対角線方向で測定した際の、変位の最大値と最小値との差で評価した。実装性を考慮し、８０μ以下であれば良好である。
【０１０４】
耐半田性：パッケージ反り（２５℃）の評価で作製した半導体装置各１０個を、６０℃、相対湿度６０％の環境下で１２０時間加湿処理した後、ピーク温度２６０℃のＩＲリフロー処理（２５５℃以上が１０秒）を行った。処理後の内部の剥離及びクラックの有無を超音波探傷機（日立建機ファインテック（株）製、ｍｉ−ｓｃｏｐｅ  １０）で観察し、クラック及び剥離が発生した不良半導体装置の個数を数えた。不良半導体装置の個数がｎ個であるとき、ｎ／１０と表示した。
【０１０５】
【表１】
0005228453.tif 000011
【０１０６】
【表２】
0005228453.tif 000012
【０１０７】
【表３】
0005228453.tif 000013
【０１０８】
【表４】
0005228453.tif 000014
【０１０９】
エポキシ樹脂（Ａ）全体のエポキシ基数（Ｅｐ）とフェノール樹脂（Ｂ）全体のフェノール性水酸基数（Ｐｈ）との当量比（Ｅｐ／Ｐｈ）が１．１以上、１．５以下の範囲であり、かつ、無機充填材（Ｃ）の封止樹脂組成物全体に対する配合割合が８０重量％以上、９２重量％以下である実施例１〜２１で用いた封止用樹脂組成物は、いずれも、流動性（スパイラルフロー）、連続成形性に優れるとともに、煮沸吸水率が小さく、成形収縮率、ガラス転移温度も好ましい範囲のものとなった。また、実施例１〜２１の半導体装置は、いずれも、パッケージ反り特性及び耐半田性が優れる結果となった。
【０１１０】
一方、当量比が通常の範囲（１．０付近）である比較例１、６では、封止用樹脂組成物の成形収縮率が小さく、半導体装置のパッケージ反り特性が明らかに劣る結果となった。また、当量比が１．５を超える範囲とした比較例２、７では、封止用樹脂組成物の成形収縮率は好ましい範囲となり、半導体装置のパッケージ反り特性は良好な結果となったものの、成形時においてスティッキング等の成形不具合が発生し、連続成形性が劣る結果となった。また、半導体装置における耐半田性も劣る傾向が見られた。逆に、当量比を硬化剤過剰側にずらした比較例３においても、封止用樹脂組成物の成形収縮率は好ましい範囲となり、半導体装置のパッケージ反り特性は良好な範囲となったものの、封止用樹脂組成物の煮沸吸水率が大きな値となったことにより、半導体装置における耐半田性が著しく劣る結果となった。また、連続成形性も劣る結果となった。
【０１１１】
また、成形収縮率を上げるための１つの方法と考えられる、無機充填材（Ｃ）の封止樹脂組成物全体に対する配合割合を減らした比較例４では、封止用樹脂組成物の成形収縮率は好ましい範囲となり、半導体装置のパッケージ反り特性は良好な結果となったものの、煮沸吸水率が大きな値となったことにより、半導体装置における耐半田性が著しく劣る結果となった。また、連続成形性も劣る結果となった。逆に、無機充填材（Ｃ）の封止樹脂組成物全体に対する配合割合を増やした比較例５では、封止用樹脂組成物の成形収縮率が小さくなったことにより、半導体装置のパッケージ反り特性が著しく劣る結果となった。また、溶融粘度が高くなって流動性が低下したことにより、ショットによっては充填不良が発生する場合があった。また、成形収縮率を上げるためのもう１つの方法と考えられる、エポキシ当量の大きなエポキシ樹脂を用いて封止樹脂組成物の硬化物の架橋密度を下げた比較例８では、封止用樹脂組成物の成形収縮率は好ましい範囲となり、半導体装置のパッケージ反り特性は良好な結果となったものの、成形時においてスティッキング等の成形不具合が発生し、連続成形性が劣る結果となった。また、封止樹脂組成物の硬化物における煮沸吸水率が大きく、ガラス転移温度も低い温度となったことにより、半導体装置における耐半田性が著しく劣る傾向となった。
【０１１２】
本発明の有用性を示すため、図４に実施例及び比較例における煮沸吸水率とパッケージ反りの関係を表す散布図を、図５に実施例及び比較例における半導体装置のＶｍ／Ｖｓの値とパッケージ反りの関係を表す散布図を、それぞれ示した。図４、図５において、黒塗りのものが実施例に当る。また、凡例において、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ７は、それぞれ、エポキシ樹脂１、エポキシ樹脂２、エポキシ樹脂３、エポキシ樹脂４、エポキシ樹脂５、エポキシ樹脂７を表し、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、それぞれ、フェノール樹脂１、フェノール樹脂２、フェノール樹脂３、フェノール樹脂４を表し、例えば、Ｅ１／Ｐ１＋Ｐ３とは、樹脂成分の組合せが、（エポキシ樹脂１）と（フェノール樹脂１＋フェノール樹脂３）との組合せであることを意味する。また、ＦＣは、無機充填材（Ｃ）の配合割合を表し、例えば、ＦＣ８２とは、樹脂組成物全体に対する無機充填材（Ｃ）の配合割合が８２重量％であることを意味する。
【０１１３】
図４は、実施例、比較例のうち、硬質回路基板の体積（Ｖｓ）と封止樹脂組成物の硬化層の体積（Ｖｍ）との比（Ｖｍ／Ｖｓ）が０．５４であり、かつ、硬質回路基板の厚み（ｔｓ）と半導体素子の厚み（ｔｃ）との比（ｔｃ／ｔｓ）が０．３８であるものについて、煮沸吸水率とパッケージ反りの関係を散布図に表したものである。図４から、Ｖｍ／Ｖｓ値、ｔｃ／ｔｓ値が上記値である場合において、従来技術水準に相当する当量比（Ｅｐ／Ｐｈ）が１．０付近となる比較例１、６では、明らかにパッケージ反りが大きな値となっていることが理解することができる。また、図４から、反り低減のために封止樹脂組成物の成形収縮率を上げようとして、無機充填材量を減らしたり（比較例４）、架橋密度が下がるような樹脂を選択したり（比較例８）、硬化剤であるフェノール樹脂が過剰になるように当量比をずらしたり（比較例３）した場合には、いずれも煮沸吸水率が大きな値となってしまい、耐半田性に優れる半導体装置を得ることができないことが容易に理解することができる。更に図４から、本発明に従って、エポキシ樹脂が過剰になるように当量比（Ｅｐ／Ｐｈ）を１．１以上、１．５以下の範囲にずらした場合においてのみ、成形収縮率が上がっても煮沸吸水率が増加することがなく、上記のような特定構造の半導体装置におけるパッケージ反り特性と耐半田性とを両立させ得ることが、容易に理解することができる。
【０１１４】
図５は、実施例、比較例のうち、封止用樹脂組成物において、無機充填材（Ｃ）の封止樹脂組成物全体に対する配合割合が８２重量％であり、樹脂成分の組合せが（エポキシ樹脂１）と（フェノール樹脂１＋フェノール樹脂３）との組合せ、及び（エポキシ樹脂１＋エポキシ樹脂３）と（フェノール樹脂１＋フェノール樹脂３）との組合せであって当量比（Ｅｐ／Ｐｈ）が０．９〜１．５である封止用樹脂組成物を用いたものについて、半導体装置のＶｍ／Ｖｓの値とパッケージ反りの関係を散布図に表したものである。図５から、当量比（Ｅｐ／Ｐｈ）が１．１〜１．５の範囲となる封止用樹脂組成物を用いた場合であっても、Ｖｍ／Ｖｓ値が請求項１の範囲から外れる場合（比較例９、１０）又はｔｃ／ｔｓ値が請求項１の範囲から外れる場合（比較例１１、１２）には、半導体装置における良好な反り特性を得ることはできないことが、容易に理解することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明に従うと、硬質回路基板と、該硬質回路基板に搭載された半導体素子と、該半導体素子及び該硬質回路基板上の全面あるいは一部を封止する封止樹脂組成物の硬化層とを備える半導体装置において、反りが小さく、かつ信頼性に優れた半導体装置を得ることができるため、エリア実装型半導体半導体装置用として好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の半導体装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の半導体装置を積層したＰｏＰの一例を示す概略断面図である。
【図４】実施例及び比較例における煮沸吸水率とパッケージ反りの関係を表す散布図である。
【図５】実施例及び比較例における半導体装置のＶｍ／Ｖｓの値とパッケージ反りの関係を表す散布図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１  硬質回路基板
２  半導体素子
３  封止樹脂組成物の硬化層
４  半田バンプ
５  ＰｏＰ上段半導体装置
６  ＰｏＰ下段半導体装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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