(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）一般式（１）において、ｎ＝０体の構造のものを９０％以上含むビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を３０重量％以上含むエポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）無機充填材、及び（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とし、全エポキシ樹脂のエポキシ基に対する全フェノール樹脂のフェノール性水酸基の当量比が０．５〜２．０であり、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の融点が４０〜４５℃であり、無機充填材（Ｃ）の含有量が全エポキシ樹脂（Ａ）と全フェノール樹脂（Ｂ）の合計量１００重量部当たり１０７１〜１４６０重量部であり、硬化促進剤（Ｄ）の含有量が全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂の合計量１００重量部当たり０．４〜２０重量部であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化１】
0005191072.tif 000004
（式中のｎは整数。 ）
【請求項２】
請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してなることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐半田性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりダイオード、トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体部品を、外的刺激（機械的・熱的衝撃、化学的作用等）から保護するためには、生産性やコストの点を考慮してエポキシ樹脂組成物で封入成形するのが一般的になっている。近年の半導体の高集積度化に伴い半導体素子寸法の増大と相反して、最近の電子機器の小型化による半導体装置寸法の小型化・薄型化が進み、更にプリント回路基板への実装方法も従来のピン挿入型から表面実装型へ移行してきたため、表面実装半田処理時の熱衝撃による半導体装置のクラックや、半導体素子・リードフレームとエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面での剥離といった問題が生じ易くなり、耐熱性に優れたエポキシ樹脂組成物が強く求められている。
これらのクラックや剥離は、半田処理前の半導体装置自身が吸湿し、半田処理時の高温下でその水分が水蒸気爆発を起こすことによって生じると考えられており、これを防ぐためにエポキシ樹脂組成物に低吸湿性を付与する等の手法がよく用いられ、その低吸湿化の手法の一つとして低粘度の結晶性エポキシ樹脂を用いて無機充填材を高充填化し、樹脂成分の含有量を減少させる技術がある。従来、このような手法に用いられるエポキシ樹脂としては、ビフェニル型エポキシ樹脂等がある。しかしながら、ビフェニル型エポキシ樹脂といえども、無機充填材をエポキシ樹脂組成物に９０重量％以上配合することは製造上、簡単ではなく、これを実現するためにはより高度な生産技術を必要とすることが多く、生産コストが高くなることにもなる。更に低粘度の樹脂としては低分子のビスフェノール型エポキシ樹脂があるが常温で液状のため取り扱い作業性に劣り、半導体用封止材料に適用するには問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、常温で固形の超低溶融粘度エポキシ樹脂を用いて、従来以上に無機充填材の高充填化を容易にし、低吸湿化を図った半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び耐半田性に優れた半導体装置を提供するのものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
（Ａ）一般式（１）において、ｎ＝０体の構造のものを９０％以上含むビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を３０重量％以上含むエポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）無機充填材、及び（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とし、全エポキシ樹脂のエポキシ基に対する全フェノール樹脂のフェノール性水酸基の当量比が０．５〜２．０であり、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の融点が４０〜５０℃であり、無機充填材（Ｃ）の含有量が全エポキシ樹脂（Ａ）と全フェノール樹脂（Ｂ）の合計量１００重量部当たり１０７１〜１４６０重量部であり、硬化促進剤（Ｄ）の含有量が全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂の合計量１００重量部当たり０．４〜２０重量部であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びこれを用いて半導体素子を封止してなることを特徴とする半導体装置である。
【化２】
0005191072.tif 000002
（式中のｎは整数）
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる一般式（１）において、ｎ＝０体の構造のものを９０％以上含むビスフェノールＡ型エポキシ樹脂は、常温で結晶性を示し、従来のビフェニル型エポキシ樹脂より、更に加熱時の溶融粘度が低く、ビフェニル型エポキシ樹脂を主として用いたエポキシ樹脂組成物よりも流動性に優れ、無機充填材を更に高充填化することができ、ひいてはエポキシ樹脂組成物の低吸湿化が可能となるため、耐半田クラック性の向上に寄与する。又低分子量であるにも関わらず、常温で固体として取り扱うことができるため、取り扱い作業性に優れている。残余の樹脂は、一般式（１）の構造のオリゴマーを指す。
【０００６】
本発明に用いられる一般式（１）において、ｎ＝０体の構造のものを９０％以上含むビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の融点としては、３５〜６０℃が好ましく、より好ましくは４０〜５０℃が望ましい。３５℃未満だと、常温で樹脂がブロッキングを起こし、取り扱い作業性やこれを用いた樹脂組成物の常温保存性の低下があり好ましくない。６０℃を越えると、粘度が高くなり無機充填材の高充填化ができなくなるおそれがあり好ましくない。本発明でのエポキシ樹脂の融点とは、示差走査熱量計（セイコー電子工業（株）・製）を用い、常温から昇温速度５℃／分で測定したときの融解ピークの頂点の温度を言う。
本発明に用いられる一般式（１）において、ｎ＝０体の構造のものを９０％以上含むビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の特性を最大限に引き出すためには、全エポキシ樹脂中に３０重量％以上、より好ましくは５０重量％以上望ましい。３０重量％未満だと、無機充填材の高充填化が充分に発現されないおそれがある。
併用する場合の他のエポキシ樹脂としては、例えば、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても良い。更に、常温で液状のエポキシ樹脂や高軟化点のエポキシ樹脂を作業性や流動性の問題ない範囲内で併用しても良い。
【０００７】
本発明に用いるフェノール樹脂としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、フェニレン又はジフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、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等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても良い。これらのフェノール樹脂は、分子量、軟化点、水酸基当量等に制限なく使用することができるが、軟化点９０℃以下の比較的低粘度のフェノール樹脂が好ましい。軟化点が９０℃を越えると、本発明に用いるビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の特徴である低粘度の効果が薄れるので好ましくない。
全エポキシ樹脂のエポキシ基と全フェノール樹脂のフェノール性水酸基との当量比としては、好ましくは０．５〜２．０、特に好ましくは０．７〜１．５である。０．５〜２．０の範囲を外れると、硬化性、耐湿信頼性等が低下するので好ましくない。
【０００８】
本発明に用いられる無機充填材の種類については特に制限はなく、一般に封止材料に用いられているものを使用することができる。例えば、溶融破砕シリカ、溶融球状シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ粉末、アルミナ、チタンホワイト、水酸化アルミニウム等が挙げられ、特に溶融球状シリカが好ましい。形状は限りなく真球状であることが好ましく、又粒子の大きさの異なるものを混合することにより充填量を多くすることができる。無機充填材の配合量としては、全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂との合計量１００重量部当たり２００〜２４００重量部が好ましく、特に４００〜１６００重量部が好ましい。２００重量部未満だと、無機充填材による補強効果が十分に発現せず、かつ吸湿要因である樹脂成分の配合量が多くなるので、高吸湿性となるおそれがあり、２４００重量部を越えると、樹脂組成物の流動性が低下し、成形時に充填不良等が生じるおそれがあるので好ましくない。
本発明に用いられる無機充填材は、予め十分に混合しておくことが好ましい。又必要に応じて無機充填材をシランカップリング剤やエポキシ樹脂あるいはフェノール樹脂で予め処理して用いても良く、処理の方法としては、溶剤を用いて混合した後に溶媒を除去する方法や直接無機充填材に添加し、混合機を用いて処理する方法等がある。
【０００９】
本発明で用いられる硬化促進剤の種類については特に制限はなく、一般に封止材料に用いられているものを使用することができる。例えばトリフェニルホスフィン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、２−メチルイミダゾール等が挙げられる。配合量としては、全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂との合計量１００重量部当たり０．４〜２０重量部が好ましい。配合量が０．４重量部未満だと、加熱成形時に十分な硬化性が得られないおそれがあり、２０重量部を越えると、硬化が速すぎて成形時に流動性の低下による充填不良等を生じるおそれがあるので好ましくない。
【００１０】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分の他、必要に応じて臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチモン、リン化合物、水酸化マグネシウム、硼酸化合物等の難燃剤類、酸化ビスマス水和物等の無機イオン交換体、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力化成分、天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸及びその金属塩類もしくはパラフィン等の離型剤、酸化防止剤等の各種添加剤を配合することができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分、及びその他の添加剤等をミキサーを用いて常温混合し、ロール、ニーダー、押出機等の混練機で溶融混練し、冷却後粉砕する一般的な方法で得られる。
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子等の電子部品を封止し、半導体装置を製造するには、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良い。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明を実施例で具体的に説明する。
実施例１の配合を以下に示す。配合割合は重量部とする。
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（式（１）のｎ＝０体の含有量９６％、融点４５℃）（以下、エポキシ樹脂Ａという）                      ４．９重量部
フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０５、軟化点８０℃）２．９重量部
溶融球状シリカ粉末                                      ９０．０重量部
１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵという）                                                          ０．３重量部
臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量２８４、軟化点８４℃）                                                          ０．５重量部
酸化アンチモン                                            ０．５重量部
カーボンブラック                                          ０．２重量部
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン                ０．３重量部
カルナバワックス                                          ０．４重量部
をミキサーを用いて混合した後、表面温度が９０℃と４５℃の２本ロールを用いて３０回混練し、得られた混練物シートを冷却後粉砕して、樹脂組成物とした。得られた樹脂組成物の特性を以下の方法で評価した。結果を表１に示す。
【００１２】
評価方法
スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力７ＭＰａ、硬化時間２分で測定した。
単位はｃｍ。
吸水率：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力７ＭＰａ 、硬化時間２分で直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの成形品を成形し、１７５℃、８時間で後硬化し、得られた成形品を８５℃、相対湿度８５％の環境下で１６８時間放置し、重量変化を測定して吸水率を計算した。単位は重量％。
耐半田性：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力７ＭＰａ 、硬化時間２分で１００ｐＴＱＦＰ（パッケージサイズは１４×１４ｍｍ、厚み１．４ｍｍ、半導体素子の寸法は８．０×８．０ｍｍ、リードフレームは４２アロイ製）を成形し、１７５℃、８時間で後硬化し、得られたパッケージを８５℃、相対湿度８５％で１６８時間放置し、その後２４０℃の半田槽に１０秒間浸漬した。顕微鏡でパッケージを観察し、外部クラックの発生率［（クラック発生パッケージ数）／（全パッケージ数）×１００］を求めた。単位は％。又半導体素子と樹脂組成物の硬化物との界面での剥離面積の割合を超音波探傷装置を用いて測定し、剥離率［（剥離面積）／（半導体素子面積）×１００］を求めた。単位は％。
ショアＤ硬度：金型温度１７５℃、注入圧力７ＭＰａ 、硬化時間２分で成形し、型開き１０秒後に測定したショアＤ硬度の値を硬化性とする。ショアＤ硬度は硬化性の指標であり、数値が大きい方が硬化性が良好である。
【００１３】
実施例２〜５、比較例１〜４
表１の配合に従い、実施例１と同様にして樹脂組成物を得て、実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。
実施例１以外に用いたエポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（式（１）のｎ＝０の含有量９２％、融点４５℃）（以下、エポキシ樹脂Ｂという）、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（式（１）のｎ＝０の含有量８％、軟化点６４℃）（以下、エポキシ樹脂Ｃという）、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（式（１）のｎ＝０の含有量５３％、常温半固形）（以下、エポキシ樹脂Ｄという）、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（式（１）のｎ＝０の含有量７８％、常温液状）（以下、エポキシ樹脂Ｅという）、ビフェニル型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）・製、ＹＸ４０００Ｋ）である。フェノール樹脂は、フェノールアラルキル樹脂（水酸基当量１７４、軟化点７５℃）である。
【表１】
0005191072.tif 000003
【００１４】
【発明の効果】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、無機充填材の高充填化が可能となり、これを用いた半導体装置は耐半田性に優れている。