(57)【要約】【課題】半導体素子搭載基板やリードフレーム等の金属部材に対する接着性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。【解決手段】下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）フェノール樹脂。（Ｃ）１分子中にホスフィノ基とメルカプト基を有する化合物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）フェノール樹脂。
（Ｃ）１分子中にホスフィノ基とメルカプト基を有する化合物。
【請求項２】
上記（Ｃ）成分である化合物が、下記の一般式（１）で表される化合物である請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化１】
2007077238.tif 000013
【請求項３】
請求項１または２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樹脂封止してなる半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージと一般に称される片面封止タイプ等の半導体装置の製造に用いる基板や、リードフレーム等の金属部材に対する接着性に優れた信頼性の高い半導体装置の製造に用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いて得られた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トランジスター，ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子は、従来、セラミックパッケージ等によって封止され半導体装置化されていた。が、最近の半導体デバイスの薄型化、また高密度実装に伴う要求として、半導体素子をプリント配線板に、直接、固定し、半導体素子搭載面のみを樹脂封止した片面封止タイプのパッケージが量産されるようになってきている。上記片面封止タイプのパッケージの具体例として、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）と通称されるパッケージ形態の半導体装置があげられる。このようなパッケージは、例えば、回路が形成されたビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）基板上に、半導体素子が搭載され、上記半導体素子搭載面のみを樹脂硬化体層によって封止された、片面封止タイプである。一方、上記タイプとは別に、従来からのリードフレーム上に半導体素子を搭載し全体を樹脂封止したパッケージもあげられる。このようなＢＧＡに代表される片面封止タイプのパッケージに関しては、封止樹脂である樹脂硬化体層と、半導体素子を搭載し固定する基板との接着性の向上が要望されており、同様に上記リードフレームと樹脂硬化体層との接着性の向上も要望されており、様々な技術が提案されている。例えば、従来から、樹脂硬化体層形成材料に、シランカップリング剤等の接着性付与剤を配合することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−９５８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記基板やリードフレーム等の金属部材、さらには部材表面に金属メッキを施したものに対する密着性に関して未だ充分とは言い難く、より一層の密着性向上が求められており、その密着性向上に伴う高い信頼性を備えた半導体装置が要望されている。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、半導体素子搭載基板やリードフレーム等の金属部材に対する接着性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いて得られた半導体装置の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するため、本発明は、下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物を第１の要旨とする。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）フェノール樹脂。
（Ｃ）１分子中にホスフィノ基とメルカプト基を有する化合物。
【０００６】
そして、本発明は、上記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樹脂封止してなる半導体装置を第２の要旨とする。
【０００７】
すなわち、本発明者らは、片面封止タイプパッケージにおける半導体素子を搭載する基板や、リードフレーム等の金属部材に対する接着性に優れた封止材料を得るために、配合成分を中心に研究を重ねた。その結果、封止材料の配合成分として、上記１分子中にホスフィノ基とメルカプト基を有する化合物〔（Ｃ）成分〕を用いると、上記化合物中のホスフィノ基に起因して硬化促進剤としての作用を発揮するとともに、メルカプト基の硫黄原子による金属部材表面に対する吸着性および金属部材表面での優れた硬化性により、樹脂硬化体と金属部材との接着性の向上が図られることを見出し本発明に到達した。
【発明の効果】
【０００８】
このように、本発明は、前記１分子中にホスフィノ基とメルカプト基を有する化合物〔（Ｃ）成分〕を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。このため、金属部材に対する優れた接着性を示すものである。したがって、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、ＢＧＡ等のような片面封止タイプのパッケージにおける基板やリードフレーム等の金属部材を用いた半導体装置において、本発明の適用により、高い信頼性を付与することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ成分）と、フェノール樹脂（Ｂ成分）と、特定の構造を有する化合物（Ｃ成分）を用いて得られるものであって、通常、粉末状もしくはこれを打錠したタブレット状になっている。
【００１０】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）としては、特に限定するものではなく従来公知の各種エポキシ樹脂が用いられる。上記エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ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，ビフェニル型エポキシ樹脂等、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂等があげられる。さらに、上記各種エポキシ樹脂以外に、他のエポキシ化合物を用いることもできる。上記エポキシ化合物としては、例えば、トリグリシジルイソシアヌレートがあげられ、さらにトリヒドロキシベンゼントリグリシジルエーテル、２，５−ジ−ｔ−ブチル−ハイドロキノンジグリシジルエーテル、トリフェノールメタントリグリシジルエーテル等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。そして、本発明においては、トリグリシジルイソシアヌレートとともに２，５−ジ−ｔ−ブチル−ハイドロキノンジグリシジルエーテルおよびトリフェノールメタントリグリシジルエーテルの少なくとも一方を併用すると、樹脂硬化体と金属部材界面の応力による接着力の低下が減少し、低応力化が図られ良好な効果が得られる。すなわち、上記トリグリシジルイソシアヌレートのような平板状のエポキシ化合物を用い、剪断をかけて成形金型内に封止樹脂材料を充填させることにより、面状に配向して上下の層面では相互作用が小さくなって、層間で応力緩和が生起しやすくなる。
【００１１】
上記エポキシ樹脂成分（Ａ成分）の硬化剤として作用するフェノール樹脂（Ｂ成分）としては、特に限定するものではなく、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等があげられ、さらには、下記の一般式（２）および一般式（３）で表されるフェノール樹脂等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。そして、これらフェノール樹脂は、一般に、軟化点が４０〜１２０℃、水酸基当量が７０〜２８０があげられる。
【００１２】
【化１】
2007077238.tif 000002
【００１３】
【化２】
2007077238.tif 000003
【００１４】
そして、上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とフェノール樹脂（Ｂ成分）の配合割合は、エポキシ樹脂成分（Ａ成分）中のエポキシ基１当量に対してフェノール樹脂（Ｂ成分）中の水酸基を０．８〜１．２当量となるよう配合することが好ましい。特に好ましくは０．９〜１．１である。
【００１５】
つぎに、上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられる特定の構造を有する化合物（Ｃ成分）は、硬化促進剤としての作用を奏するものであり、１分子中にホスフィノ基とメルカプト基を有する化合物である。このような化合物としては、下記の一般式（１）で表される化合物があげられる。
【００１６】
【化３】
2007077238.tif 000004
【００１７】
上記式（１）において、具体的には、Ｒ1 ，Ｒ2 としてはフェニル基があげられ、またＲ3 としてはフェニレン基、または炭素数１〜１０のアルキレン基があげられる。そして、上記一般式（１）で表される具体的な化合物としては、例えば、ジフェニルホスフィノ−ｏ−チオフェノール、ジフェニルホスフィノ−ｍ−チオフェノール、ジフェニルホスフィノ−ｐ−チオフェノール、ジフェニルホスフィノメルカプトメタン、ジフェニルホスフィノメルカプトエタン、ジフェニルホスフィノメルカプトプロパン等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００１８】
上記特定の構造を有する化合物（Ｃ成分）の含有量は、エポキシ樹脂組成物全体の０．０２〜２重量％の割合に設定することが好ましく、特に好ましくは０．１〜１重量％である。すなわち、０．０２重量％未満では、硬化性の低下を招いたり、金属部材に対する接着性の向上効果を得ることが困難となる傾向がみられ、２重量％を超えると、硬化促進剤の不純物として作用し、電気的信頼性が低下する傾向がみられるからである。
【００１９】
さらに、上記特定の構造を有する化合物（Ｃ成分）とともに、従来公知のリン系硬化促進剤を併用してもよい。上記リン系硬化促進剤としては、例えば、トリフェニルホスフィン、トリ−ｏ−トリルホスフィン、トリ−ｍ−トリルホスフィン、トリ−ｐ−トリルホスフィン、トリ−２，４−キシリルホスフィン、トリ−２，５−キシリルホスフィン、トリ−３，５−キシリルホスフィン、トリベンジルホスフィン、トリス（ｐ−メトキシフェニル）ホスフィン、トリス（ｐ−ターシャリーブトキシフェニル）ホスフィン、ジフェニルシクロヘキシルホスフィン、ジフェニルホスフィノスチレン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラ−ｐ−トリルボレート、ベンジルトリフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィントリフェニルボラン、１，２−ビス（ジフェニルホスフィノ）エタン、１，３−ビス（ジフェニルホスフィノ）プロパン等があげられる。上記従来公知のリン系硬化促進剤を併用する場合の割合は、特に限定するものではないが、例えば、両者の合計量のうち従来公知のリン系硬化促進剤の使用量を合計量の０〜８５重量％となるように設定することが好ましい。すなわち、従来公知のリン系硬化促進剤の使用量が上記両者の合計の範囲を外れると、半導体素子搭載基板やリードフレーム等の金属部材に対する接着性の向上効果が充分に得られないという傾向がみられるからである。
【００２０】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｃ成分に加えて、通常、無機質充填剤が用いられる。上記無機質充填剤としては、従来公知の各種充填剤が用いられ、例えば、石英ガラス粉末、溶融シリカ粉末および結晶性シリカ粉末等のシリカ粉末等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。好ましくは流動性という観点から溶融シリカ粉末が、とりわけ球状溶融シリカ粉末を用いることが好ましい。そして、上記無機質充填剤としては、レーザー散乱式粒度分布測定装置による平均粒径が０．１〜６０μｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは１〜４０μｍであり、さらに好ましくは５〜２０μｍである。
【００２１】
上記無機質充填剤の含有量は、通常、エポキシ樹脂組成物全体の６０〜９５重量％となるよう設定することが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｃ成分および無機質充填剤以外に、必要に応じて、カーボンブラック等の着色剤や顔料、カルナバワックス等の離型剤、可撓性付与剤（各種シリコーン化合物やアクリロニトリル−ブタジエンゴム等）、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等の各種シランカップリング剤である密着性付与剤、イオントラップ剤（水酸化ビスマス、ハイドロタルサイト類化合物等）、難燃剤等を適宜に配合することができる。
【００２３】
上記難燃剤としては、特に限定するものではなく従来公知の各種難燃剤、例えば、ノボラック型ブロム化エポキシ樹脂、ブロム化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、水酸化マグネシウムや水酸化アルミニウム等の金属水酸化物、赤リン、リン酸エステル等のリン系化合物等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００２４】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、例えば、上記Ａ〜Ｃ成分および無機質充填剤、そして必要に応じて着色剤や顔料、離型剤、可撓性付与剤、各種シランカップリング剤、イオントラップ剤、難燃剤等の他の添加剤を所定の割合で配合する。ついで、これら混合物を、ミキシングロール機，単軸押出機あるいは二軸押出機等の装置で加熱溶融混合する。ついで、冷却した後、公知の方法で粉砕し、さらに必要に応じてタブレット状に打錠することにより製造することができる。
【００２５】
つぎに、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子を封止する方法は、特に制限するものではなく、通常のトランスファー成形等の公知のモールド方法によって行うことができる。このようにして、本発明の半導体装置を作製することができる。
【００２６】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００２７】
まず、実施例に先立って下記に示す各成分を準備した。
【００２８】
〔エポキシ樹脂Ａ〕
ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９５、軟化点８５℃）
【００２９】
〔エポキシ樹脂Ｂ〕
トリグリシジルイソシアヌレート（エポキシ当量１０１、融点１１０℃）
【００３０】
〔エポキシ樹脂Ｃ〕
２，５−ジ−ｔ−ブチルハイドロキノンジグリシジルエーテル（エポキシ当量１７５、融点１４２℃）
【００３１】
〔エポキシ樹脂Ｄ〕
下記の構造式（ｄ）で表されるトリフェノールメタン型エポキシ樹脂（エポキシ当量１７０、軟化点６０℃）
【化４】
2007077238.tif 000005
【００３２】
〔難燃剤〕
ノボラック型ブロム化エポキシ樹脂（エポキシ当量２７５、ブロム含有量３６重量％、軟化点８５℃）
三酸化アンチモン
【００３３】
〔フェノール樹脂Ｅ〕
フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０７、軟化点８０℃）
【００３４】
〔フェノール樹脂Ｆ〕
下記の構造式（ｆ）で表されるフェノールキシリレン樹脂（水酸基当量１７２、軟化点７０℃）
【化５】
2007077238.tif 000006
【００３５】
〔フェノール樹脂Ｇ〕
下記の構造式（ｇ）で表されるフェノールビスメチレンビフェニル樹脂（水酸基当量２１０、軟化点７３℃）
【化６】
2007077238.tif 000007
【００３６】
〔フェノール樹脂Ｈ〕
下記の構造式（ｈ）で表されるナフトールキシリレン樹脂（水酸基当量２２０、軟化点７７℃）
【化７】
2007077238.tif 000008
【００３７】
〔無機質充填剤〕
球状溶融シリカ粉末（平均粒径１６μｍ）
【００３８】
〔離型剤〕
カルナバワックス
【００３９】
〔着色剤〕
カーボンブラック粉末
【００４０】
〔密着性付与剤〕
γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン
【００４１】
〔硬化促進剤ａ〕
トリフェニルホスフィン
【００４２】
〔硬化促進剤ｂ〕
ジフェニルホスフィノ−ｏ−チオフェノール
【００４３】
〔硬化促進剤ｃ〕
ジフェニルホスフィノメルカプトプロパン
【実施例】
【００４４】
〔実施例１〜８、比較例１〜５〕
上記各成分を下記の表１および表２に示す割合で配合し、ミキシングロール機（温度１００℃）で３分間溶融混練を行なった。つぎに、この溶融物を冷却固化した後、粉砕して目的とする粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。
【００４５】
【表１】
2007077238.tif 000009
【００４６】
【表２】
2007077238.tif 000010
【００４７】
このようにして得られたエポキシ樹脂組成物を用いて半導体パッケージを作製し、その半導体パッケージのＰＣＢＴテスト、接着性について下記の方法に従って測定・評価した。これらの結果を後記の表３〜表４に併せて示す。
【００４８】
〔ＰＣＢＴテスト〕
封止樹脂の耐湿信頼性を評価するために、アルミニウム電極を蒸着した半導体素子（サイズ：７．５ｍｍ×７．５ｍｍ）を、８０ピンのクワッドフラットパッケージ（ＱＦＰ−８０）用のリードフレーム（銅合金素体に厚み５００μｍのニッケルめっき層が形成され、さらに厚み５０μｍのパラジウムめっき層が形成され、さらに厚み８０Åの金フラッシュめっき層が形成されたもの）に組み立て、ワイヤーボンディングを行った。ついで、上記エポキシ樹脂組成物を用いて樹脂封止することにより半導体装置を作製した。
そして、上記半導体装置の初期の導通試験を行った後、さらに合格品を、１２５℃／８５％ＲＨの高温高湿条件下に曝して、バイアス電圧３０Ｖをかけて〔プレッシャークッカーバイアス試験（ＰＣＢＴテスト）〕、一定時間毎の抵抗値変化率を測定した。この変化率が初期の２倍以上になったものを導通不良とし、全体の試験個数（３０個）の半分が不良となる時間を求めた。
【００４９】
〔接着性〕
上記各エポキシ樹脂組成物と金属フレーム板とを用いて、図１に示すように、金属フレーム板４の左端表面に円錐台形状の樹脂硬化体５が設けられた接着力測定サンプルを、トランスファーモールド法（１７５℃×２分間、１７５℃×５時間後硬化）によって成形した（接着部の面積は１０ｍｍ2 ）。これを用いて、図２に示すように、測定治具６により樹脂硬化体５を挟持した後、この測定治具６の端部をオートグラフ装置のチャック７で固定するとともに、測定サンプルの金属フレーム板４の端部を他のオートグラフ装置のチャック８で固定して矢印方向に荷重を加えながら金属フレーム板４表面の樹脂硬化体５が金属フレーム板４から剥がれ落ちる際の剪断力を測定しこの値を接着力とした。なお、上記金属フレーム板４の材質として、Ａｕメッキ（Ｃｕ素材表面にＡｕメッキ処理を施したフレーム）を用いて測定した。
【００５０】
【表３】
2007077238.tif 000011
【００５１】
【表４】
2007077238.tif 000012
【００５２】
上記結果から、実施例品は、金属フレーム板に対する接着性に非常に優れており、しかも耐湿性にも優れていることがわかる。
【００５３】
これに対して、比較例品は実施例品に比べて金属フレーム板に対する接着性に劣り、かつ短時間でのＰＣＢＴテストに不良が発生した。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】エポキシ樹脂組成物からなる樹脂硬化体の接着性を評価する際に用いられる接着力測定サンプルを示す斜視図である。
【図２】樹脂硬化体とフレームとの剪断力の測定方法を示す説明図である。
【図１】
2007077238.tif 000014
【図２】
2007077238.tif 000015