(57)【要約】      （修正有）【課題】反りの発生が低減され、かつ難燃性および耐半田性にも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）成分、フェノール樹脂、水酸化アルミニウム及び水酸化マグネシウムからなる群から選ばれた少なくとも一つの金属水酸化物を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。（Ａ）下記の構造式（１）で表されるエポキシ樹脂を主成分とするエポキシ樹脂。2007077237.tif 000020【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）下記の構造式（１）で表されるエポキシ樹脂を主成分とするエポキシ樹脂。
【化１】
2007077237.tif 000018
（Ｂ）フェノール樹脂。
（Ｃ）下記の一般式（２）で表される金属水酸化物，水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムからなる群から選ばれた少なくとも一つ。
【化２】
2007077237.tif 000019
【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られ、成形性および難燃性に優れ、反りの発生が抑制された信頼性の高い半導体装置を製造することができ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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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の収縮率の不一致等から発生するパッケージの反りの低減、さらには耐半田性の向上改善が要望されている。一方、半導体装置に関しては、難燃性の規格であるＵＬ９４  Ｖ−０に適合することが必要不可欠であり、これまでは、その難燃作用を付与するため、臭素化エポキシ樹脂や酸化アンチモン等のアンチモン化合物を添加する方法が採られてきた。ところが、最近、環境保全の観点から、臭素化エポキシ樹脂等のハロゲン系難燃剤や酸化アンチモン等のアンチモン系難燃剤を使用せずに高い難燃性を付与した難燃性エポキシ樹脂組成物が要求されている。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、反りの発生が低減され、かつ難燃性および耐半田性にも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）下記の構造式（１）で表されるエポキシ樹脂を主成分とするエポキシ樹脂。
【化１】
2007077237.tif 000002
（Ｂ）フェノール樹脂。
（Ｃ）下記の一般式（２）で表される金属水酸化物，水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムからなる群から選ばれた少なくとも一つ。
【化２】
2007077237.tif 000003
【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反りの発生を低減することができ、かつ耐半田性および難燃性にも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、上記構造式（１）で表される特定のエポキシ樹脂〔（Ａ）成分〕を用いるとともに、上記特定の金属水酸化物〔（Ｃ）成分〕を併用すると、上記特定のエポキシ樹脂の有する骨格構造に起因し、高温低弾性率，低吸湿という特性を有するため、耐半田性に優れ、かつ低弾性率でありながらガラス転移温度が高いため、硬化成形物の反りが小さく、さらに燃焼しにくく炭化しやすいため、着火しても短時間に消火されるという優れた難燃性をも備えており、しかも上記特定の金属水酸化物〔（Ｃ）成分〕が優れた難燃作用を奏するため、上記反りの発生低減と、耐半田性および難燃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、前記構造式（１）で表される特定のエポキシ樹脂を主成分とするエポキシ樹脂〔（Ａ）成分〕および特定の金属水酸化物〔（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、反りの発生が低減されるとともに、優れた耐半田性および難燃性が実現する。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、特に、近年、量産され、反りの発生が問題とされていたＢＧＡ等のような片面封止タイプの半導体装置において、この反りの発生を低減することが可能となり、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、特定のエポキシ樹脂を主成分とするエポキシ樹脂（Ａ成分）と、フェノール樹脂（Ｂ成分）と、特定の金属水酸化物（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】
上記特定のエポキシ樹脂（Ａ成分）は、下記の構造式（１）で表される特殊なエポキシ樹脂を主成分とするものである。なお、本発明において、「主成分とする」とは、エポキシ樹脂成分全体が上記構造式（１）で表される特殊なエポキシ樹脂のみからなる場合も含める趣旨である。そして、下記の構造式（１）で表されるエポキシ樹脂では、つぎのような特性を備えている。すなわち、メチル基やフェニル基を多く含むために低吸湿性を示すとともに、剛直な骨格構造を有するため、硬化物のガラス転移温度が高い。また、エポキシ基が分子内において離れた位置に存在するため、硬化物における架橋点間が長くなり、高温下で低弾性となる。さらに、分子構造的には、平面状になるため、層状に配置しやすくなり、層間ずれを生じることによる反り低減化にも効果を奏するものである。
【００１１】
【化３】
2007077237.tif 000004
【００１２】
上記構造式（１）で表されるエポキシ樹脂は、例えば、つぎのようにして製造される。すなわち、有機溶媒にトリメチルハイドロキノンを溶解した溶液に、パラトルエンスルホン酸を加え、さらにホルマリンを加えて水分を留去しながら高温にて攪拌した後、冷却して析出した結晶物を取り出し、多価ヒドロキシ化合物を作製する。ついで、この多価ヒドロキシ化合物と、エピクロルヒドリン、ｎ−ブタノール、テトラエチルベンジルアンモニウムクロライドを仕込み溶解し、所定の操作にて水酸化ナトリウムを加え反応させ、未反応のエピクロルヒドリンを留去して得られた粗エポキシ樹脂にメチルイソブチルケトンとｎ−ブタノールを加え、さらに水酸化ナトリウム加えて反応し、洗浄・精製することにより上記構造式（１）で表されるエポキシ樹脂を製造することができる。
【００１３】
そして、本発明においては、エポキシ樹脂成分全体が、上記構造式（１）で表されるエポキシ樹脂のみで構成されてもよいし、これら２量体以上のエポキシ樹脂や他の各種エポキシ樹脂との併用系で構成されてもよい。上記他の各種エポキシ樹脂としては、特に限定するものではなく従来公知のエポキシ樹脂、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。上記他の各種エポキシ樹脂を併用する場合、上記構造式（１）で表されるエポキシ樹脂の含有割合は、エポキシ樹脂成分全体の５０重量％以上となるように設定することが好ましい。なお、反り発生の低減およびソルダーレジストに対する接着性の向上という点を考慮すると、エポキシ樹脂成分全体を上記構造式（１）で表されるエポキシ樹脂のみで構成することが好ましい。
【００１４】
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，ナフトールノボラック樹脂等があげられる。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。より具体的には、下記の一般式（３），式（４）で表されるフェノール樹脂が、低吸湿性，高温低弾性，高ガラス転移温度による耐半田性や反り発生の抑制という点から好ましく用いられる。
【００１５】
【化４】
2007077237.tif 000005
【００１６】
【化５】
2007077237.tif 000006
【００１７】
そして、上記エポキシ樹脂成分（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。
【００１８】
上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられる特定の金属水酸化物（Ｃ成分）は、下記の一般式（２）で表される金属水酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムであり、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００１９】
【化６】
2007077237.tif 000007
【００２０】
上記一般式（２）で表される金属水酸化物のなかでも、結晶形状が多面体形状を有する金属水酸化物を用いることが、流動性低下の抑制という観点から特に好ましい。上記結晶形状が多面体形状を有する金属水酸化物とは、六角板形状を有するもの、あるいは、鱗片状等のように、いわゆる厚みの薄い平板形状の結晶形状を有するものではなく、縦，横とともに厚み方向への結晶成長が大きい、例えば、板状結晶のものが厚み方向に結晶成長してより立体的かつ球状に近似させた粒状の結晶形状、例えば、略１２面体，略８面体，略４面体等の形状を有する金属水酸化物をいい、通常、これらの混合物である。
【００２１】
上記一般式（２）で表される金属水酸化物としては、具体的には、Ｍｇ1-X ＮｉX （ＯＨ）2 〔０．０１＜Ｘ＜０．５〕、Ｍｇ1-X ＺｎX （ＯＨ）2 〔０．０１＜Ｘ＜０．５〕等があげられる。上記一般式（２）で表される金属水酸化物の市販品の例としては、例えば、タテホ化学工業社製のエコーマグがあげられる。
【００２２】
そして、これら特定の金属水酸化物（Ｃ成分）としては、平均粒径が０．５〜３０μｍの範囲のものを用いることが好ましい。なお、上記平均粒径の測定には、例えば、レーザー式粒度測定機を使用する。
【００２３】
上記特定の金属水酸化物（Ｃ成分）の含有量は、エポキシ樹脂組成物全体の０．１〜３０重量％、特には０．５〜２５重量％の範囲に設定することが好ましい。すなわち、上記金属水酸化物が０．１重量％未満では、難燃性の向上効果が不充分となる傾向がみられ、３０重量％を超えると、流動性が低下し、成形性等の低下を招く傾向がみられるからである。
【００２４】
そして、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成分とともに硬化促進剤が用いられる。上記硬化促進剤としては、特に限定するものではなく従来公知の各種化合物、例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のジアザビシクロアルケン系化合物、トリエチレンジアミン等の三級アミン類、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール系化合物、トリフェニルホスフィン等のリン系化合物等があげられる。これら化合物は単独でもしくは２種以上併せて用いられる。なかでも、硬化性という観点から、イミダゾール系化合物を用いることが好ましい。
【００２５】
上記硬化促進剤の含有量は、エポキシ樹脂組成物全体の０．１〜１．０重量％の割合に設定することが好ましい。
【００２６】
また、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成分および硬化促進剤に加えて、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０．１〜５０μｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは０．１〜３０μｍであり、さらに好ましくは０．５〜１０μｍである。
【００２７】
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。
【００２８】
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，硬化促進剤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）、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）等を適宜に配合することができる。
【００２９】
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，硬化促進剤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。
【００３０】
つぎに、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、絶縁基板上等に搭載された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。
【００３１】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いた封止対象となる半導体装置としては、特に限定するものではないが、なかでも、ＢＧＡと一般に称される片面封止タイプのパッケージ、すなわち、絶縁基板の片面に搭載された半導体素子が、これを内包する状態でエポキシ樹脂組成物硬化体によって樹脂封止してなる半導体装置があげられる。一例として、半導体素子が絶縁基板上に搭載され、上記半導体素子を内包し半導体素子搭載面側がエポキシ樹脂組成物硬化体により樹脂封止されてなるパッケージである。
【００３２】
上記絶縁基板材料としては、特に限定するものではなく従来公知の各種基板材料が用いられる。具体的には、ビスマレイミドトリアジン樹脂／ガラスクロスからなる基板（ＢＴ基板）、エポキシ樹脂／ガラスクロス基板、ポリイミド基板、セラミック基板等があげられる。
【００３３】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００３４】
まず、実施例に先立って下記に示す各成分を準備した。
【００３５】
〔エポキシ樹脂Ａ〕
下記の構造式（ａ）で表されるエポキシ樹脂（エポキシ当量２７１、軟化点９９℃）
【化７】
2007077237.tif 000008
【００３６】
〔エポキシ樹脂Ｂ〕
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８０℃）
【００３７】
〔エポキシ樹脂Ｃ〕
下記の構造式（ｃ）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９５、融点１０７℃）
【化８】
2007077237.tif 000009
【００３８】
〔フェノール樹脂Ｄ〕
下記の構造式（ｄ）で表されるフェノール樹脂（水酸基当量２１０、軟化点７３℃）
【化９】
2007077237.tif 000010
【００３９】
〔フェノール樹脂Ｅ〕
下記の構造式（ｅ）で表されるフェノール樹脂（水酸基当量２２０、軟化点７７℃）
【化１０】
2007077237.tif 000011
【００４０】
〔フェノール樹脂Ｆ〕
フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０７、軟化点６４℃）
【００４１】
〔無機質充填剤〕
球状溶融シリカ粉末（平均粒径１６．２μｍ）
【００４２】
〔難燃剤Ｇ〕
Ｍｇ0.8 Ｚｎ0.2 （ＯＨ）2 （多面体形状、平均粒径１．７μｍ）
【００４３】
〔難燃剤Ｈ〕
Ａｌ（ＯＨ）2 （平均粒径１０μｍ）
【００４４】
〔難燃剤Ｉ〕
Ｍｇ（ＯＨ）2 （平均粒径５μｍ）
【００４５】
〔硬化促進剤Ｊ〕
トリフェニルホスフィン
【００４６】
〔硬化促進剤Ｋ〕
２−メチルイミダゾール
【００４７】
〔離型剤〕
カルナバワックス
【実施例】
【００４８】
〔実施例１〜１８、比較例１〜９〕
上記各成分を下記の表１〜表３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。
【００４９】
【表１】
2007077237.tif 000012
【００５０】
【表２】
2007077237.tif 000013
【００５１】
【表３】
2007077237.tif 000014
【００５２】
このようにして得られたエポキシ樹脂組成物を用い、難燃性を評価するとともに、半導体パッケージを作製し、その半導体パッケージの反り量、耐半田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４〜表６に併せて示す。
【００５３】
〔難燃性の評価〕
エポキシ樹脂組成物を用いて、難燃性評価用のサンプル（厚み３．２ｍｍ×長さ１２５ｍｍ×幅１３ｍｍ）を作製し、ＵＬ−９４に規定された２０ｍｍ炎垂直燃焼試験を行い、ＵＬ−９４  Ｖ−０規格の判定基準に従って、難燃性を評価した。なお、合格とはＵＬ−９４  Ｖ−０合格を意味し、不合格とはＵＬ−９４  Ｖ−０不合格を意味する。
【００５４】
〔半導体パッケージの反り量〕
まず、半導体素子（正方形状、チップサイズ：１０×１０×厚み０．５ｍｍ）をＢＴ基板（正方形状、サイズ：３５×３５×厚み０．５６ｍｍ）上に実装したものを作製した。ついで、上記エポキシ樹脂組成物を用いて、上記半導体素子を実装したＢＴ基板を、キャビティサイズ（３０×３０×厚み１．２ｍｍ）の金型にてトランスファー成形（成形条件：１７５℃×９０秒＋後硬化１７５℃×５時間）することにより、片面封止タイプの半導体パッケージ（封止樹脂層サイズ：３０×３０×厚み１．２ｍｍ）を作製した。
【００５５】
そして、上記得られた半導体パッケージを用いて、成形後の半導体パッケージの反りの測定を行なった。上記反りの測定は、図１に示す反り量Ｌをマイクロディプスメータ（ＴＥＣＬＯＣＫ社製）を用いて行った。図１において、５はＢＴ基板、６は半導体素子、３は封止樹脂層（エポキシ樹脂組成物硬化体）である。
【００５６】
〔耐半田性〕
上記得られた半導体パッケージを用い、これを６０℃×６０％ＲＨで１２０時間にわたり吸湿を施した後、最高温度２６０℃の赤外線（ＩＲ）リフローをかけた。リフロー後の半導体パッケージ内にクラックが発生したか否かを、軟Ｘ線装置によりパッケージ内部の透過画像を観察することにより確認した。そして、クラックの発生したパッケージの個数をカウントした。なお、サンプル数は２２個とした。
【００５７】
【表４】
2007077237.tif 000015
【００５８】
【表５】
2007077237.tif 000016
【００５９】
【表６】
2007077237.tif 000017
【００６０】
上記結果から、実施例品は優れた難燃性を示すとともに、反り量も小さく、パッケージクラックも発生しなかった。これらのことから、難燃性、反り低減の改善効果および耐半田性の全てにおいて優れていることがわかる。
【００６１】
これに対して、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂を用いた比較例１〜３品は難燃剤を用いたにもかかわらず難燃性試験において不合格となり、またパッケージクラックも発生して耐半田性に劣るものであった。しかも、反り量も実施例品と比べ大きかった。そして、ビフェニル型エポキシ樹脂を用いた比較例４，５品は、難燃性試験に関しては合格であったが、反り量が著しく大きかった。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】半導体パッケージの反り量を測定する状態を示す説明図である。
【図１】
2007077237.tif 000021