(57)【要約】【課題】低吸湿であり、かつ、できるだけ高いガラス転移温度を持つ半導体装置のパッケージ材料を提供する。【解決手段】エポキシ樹脂を５〜３０重量％で含み、且つ芳香族ビスオキサゾリンを２〜３０重量％で含むことを特徴とするエポキシ封止材料。このエポキシ樹脂材料は、６０重量％以上の顔料を含み、また、このエポキシ樹脂と芳香族ビスオキサゾリンとの間の反応を促進する触媒を含む。この芳香族ビスオキサゾリンは、１，３−フェニレンビスオキサゾリン又はその誘導体であることが望ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂を５〜３０重量％で含み、且つ芳香族ビスオキサゾリンを２〜３０重量％で含むことを特徴とするエポキシ封止材料。
【請求項２】
請求項１記載のエポキシ封止材料において、さらに、６０重量％以上の顔料を含むことを特徴とするエポキシ封止材料。
【請求項３】
請求項１記載のエポキシ封止材料において、さらに、前記エポキシ樹脂と前記芳香族ビスオキサゾリンとの間の反応を促進する触媒を含むことを特徴とするエポキシ封止材料。
【請求項４】
前記芳香族ビスオキサゾリンは、１，３−フェニレンビスオキサゾリン又はその誘導体であることを特徴とする請求項１記載のエポキシ封止材料。
【請求項５】
前記芳香族ビスオキサゾリンは、１，３−フェニレンビスオキサゾリン又はその誘導体であることを特徴とする請求項２記載のエポキシ封止材料。
【請求項６】
前記芳香族ビスオキサゾリンは、１，３−フェニレンビスオキサゾリン又はその誘導体であることを特徴とする請求項３記載のエポキシ封止材料。
【請求項７】
半導体チップと、
エポキシ樹脂を５〜３０重量％で含み、且つ芳香族ビスオキサゾリンを２〜３０重量％で含むエポキシ封止材料を硬化させて形成した前記半導体チップを外囲するエポキシ封止樹脂からなることを特徴とした半導体装置。
【請求項８】
請求項７記載のエポキシ封止材料は、さらに、６０重量％以上の顔料を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項７記載のエポキシ封止材料は、さらに、前記エポキシ樹脂と前記芳香族ビスオキサゾリンとの間の反応を促進する触媒を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
前記芳香族ビスオキサゾリンは、１，３−フェニレンビスオキサゾリン又はその誘導体であることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記芳香族ビスオキサゾリンは、１，３−フェニレンビスオキサゾリン又はその誘導体であることを特徴とする請求項８記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記芳香族ビスオキサゾリンは、１，３−フェニレンビスオキサゾリン又はその誘導体であることを特徴とする請求項９記載のエポキシ封止材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣ、ＬＳＩといった半導体装置のパッケージ用封止材料として用いられるエポキシ材料に関係する。特に本発明は、エポキシ樹脂材料の硬化剤に新規な材料を用いたエポキシ封止材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ、ＬＳＩといった半導体装置のパッケージ用封止材料としては、通常、エポキシ樹脂が用いられており、これはエポキシ樹脂材料、フェノール又は酸無水物硬化剤、シリカ充填剤、触媒、難燃性材料、加工助剤及び着色剤の混合材料によって構成される。そのようなエポキシ材料は、従来から知られており、例えば、米国特許第４，７１９，２６３号、欧州特許第１４９９８７号、及び欧州特許第７８９０５６号に記載されている。
【０００３】
しかしながら、このような構成のエポキシ樹脂材料は、半導体装置の封止材料として用いた場合に、十分な特性を得ることは難しかった。
【０００４】
第１に、近時は比較的高温での処理が要求されるところの鉛フリーはんだが広く用いられるに到ったが、従来技術のエポキシ樹脂は、ガラス転移温度が十分に高くないという問題があった。
【０００５】
第２に、従来のエポキシ樹脂材料は吸湿性が高く、はんだ処理における水蒸気爆発という現象を招くおそれがあった。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，７１９，２６３号
【特許文献２】欧州特許第１４９９８７号
【特許文献３】欧州特許第７８９０５６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来は、封止材料は、ジエポキシ及び酸無水物、ジアミン又はジフェニルオリゴマーのいずれかからなる相互反応物（又は硬化剤）によって、構成されていた。最近は、より高い信頼性を求めて、ジフェニルオリゴマーが用いられるようになってきた。それは、上述の酸無水物オリゴマー及びジアミンオリゴマーよりも好ましい特性を奏するからである。最もありふれたジフェニルオリゴマーは、ノボラックフェノール、クレゾールフェノール及びビスフェノール−Ａから誘導される。これら樹脂を混合した後、さらに、充填剤、顔料、難燃剤、触媒及び加工助剤を含む他の成分が加えられる。
【０００８】
しかしながら、エポキシと硬化剤とからなる樹脂システムは、水を比較的多量に吸収する。半導体装置の封止材料における水の存在は以下のような問題をひきおこす。
【０００９】
半導体装置は、単体で用いられるのではなく、プリント基板等に実装されて用いられるところ、これははんだ付け工程を経る。そのはんだ付け工程において、パッケージが１００℃以上の温度にさらされると、パッケージの層間剥離といった問題を引き起こすことがある。これを水蒸気爆発などという。水蒸気爆発が起こらないにせよ、半導体装置に、過大なストレスを加えてしまうおそれもある。
【００１０】
このような、高温下での半導体装置のストレスを最小限度にするために、封止材料は低吸湿であり、かつ、できるだけ高いガラス転移温度を持つことが好ましい。高いガラス転移温度は、厳しい温度変化により引き起こされるストレスを最小限度にする。
【００１１】
特に、近時は、比較的高温での処理が要求される鉛フリーはんだが普及しているため、低吸湿であり、かつ、できるだけ高いガラス転移温度を持つ半導体装置のパッケージ材料が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を達成するために、本発明の一実施態様においては、エポキシ樹脂を５〜３０重量％、芳香族ビスオキサゾリンを２〜３０重量％含むことを特徴とするエポキシ封止材料が提供される。
【００１３】
このエポキシ封止材料において、さらに、６０重量％以上の顔料を含むことが望ましい。
【００１４】
このエポキシ封止材料において、さらに、前記エポキシ樹脂と前記芳香族ビスオキサゾリンとの間の反応を促進する触媒を含むことが望ましい。
【００１５】
この芳香族ビスオキサゾリンは、１，３−フェニレンビスオキサゾリン又はその誘導体であることがなお、望ましい。
【００１６】
また、本発明の別の一実施態様においては、半導体チップと、エポキシ樹脂を５〜３０重量％、芳香族ビスオキサゾリンを２〜３０重量％含むエポキシ封止材料を硬化させて形成した前記半導体チップを外囲するエポキシ封止樹脂からなることを特徴とした半導体装置が提供される。
【００１７】
このエポキシ封止材料において、さらに、６０重量％以上の顔料を含むことが望ましい。
【００１８】
このエポキシ封止材料において、さらに、前記エポキシ樹脂と前記芳香族ビスオキサゾリンとの間の反応を促進する触媒を含むことが望ましい。
【００１９】
この芳香族ビスオキサゾリンは、１，３−フェニレンビスオキサゾリン又はその誘導体であることがなお、望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
以上の構成により、低吸湿であり、かつ、高いガラス転移温度を持つ半導体装置のパッケージ材料を得ることができる。
【００２１】
また、このようなパッケージ材料を用いることにより、高い信頼性を有する半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつ、説明する。
【００２３】
上述したように、エポキシ樹脂システム内部においては、ガラス転移温度を高くする必要があり、そのための方法の一つは、架橋密度を増大させることである。
【００２４】
しかしながら、架橋密度の増大は、通常は、吸湿性の増大を招く。それゆえに、従来のエポキシ樹脂システムの設計は、樹脂における所望の吸湿レベルとガラス転移温度のトレードオフないし妥協を行ってきた。
【００２５】
そこで、本発明においては、芳香族ビスオキサゾリンを硬化剤として用いることを特徴とする。潜在的な硬化剤として芳香族ビスオキサゾリンを用いることにより、低い吸湿性と、高いガラス転移温度とを同時に達成することが可能となる。
【００２６】
すなわち、本発明は、一つの又はいくつかのエポキシ樹脂の相互反応物として芳香族ビスオキサゾリンを用いる。芳香族ビスオキサゾリンの使用は、吸湿性を低くし、同時に、ガラス転移温度（Ｔｇ）を高くする。芳香族ビスオキサゾリンを用いた本発明のエポキシ化合物は、近時要求されるに到ったはんだ流動条件（８５％ＲＨ／８５℃、２４０℃）でも全く問題が生じない。
【００２７】
ＪＥＤＥＣ（Ｊｏｉｎｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｏｕｎｃｉｌ）は、このパッケージ湿度条件を実際の作業環境条件でシミュレートすることを推奨しているが、これらのシミュレーションテストは、試験時間を最小限にした促進条件下で実行される。
【００２８】
例えば、ＪＥＤＥＣレベル１は、サンプルが８５℃、８５％ＲＨ、１６８時間の条件である。この条件は、３０℃、９０％ＲＨの作業環境をシミュレートする。
【００２９】
ＪＥＤＥＣレベル２の条件は、８５℃、６０％ＲＨ、１６８℃であり、３０℃、６０％ＲＨをシミュレートする。レベル２の条件は、周囲を１年の間暴露した部品と同等である。
【００３０】
ＪＥＤＥＣレベル３の条件は、３０℃、６０％ＲＨ、１９２時間である。レベル３の条件は、空調装置のある工場において１週間放置された部品と同等である。
【００３１】
これらの条件は、使用中又は実地条件を反映した促進試験として意図されている。
【００３２】
これらの促進条件に暴露された電子部品についてはんだ付け工程を行うと、その電子部品は外部亀裂を示し、膨脹し又は断線するおそれがある。そして、このような結果（外部亀裂、膨脹、断線）が生じた場合には、不良品と認定する。
【００３３】
従来のはんだ付け工程における温度（流動温度）は２１５℃〜２２０℃であった。しかしながら、最近においては、流動温度として、２４０℃への上昇が要求され、さらに、２６０℃へ上昇することが期待されている。
【００３４】
従来の標準エポキシ封止剤は、これらの新しい温度条件をパスすることができない。しかしながら、相互反応物として芳香族ビスオキサゾリンを用いる場合には、吸湿性が約３０％減少し、これらの新しい流動温度条件をパスすることが可能となる。
【００３５】
したがって、本発明の新規なエポキシ封止材料は、半導体装置のパッケージ用途に適切である。
【００３６】
本発明のエポキシ樹脂材料は、その基本構造として、シリカ充填剤、硬化剤、シランカップリング剤、加工油及びワックス、難燃物質、充填剤及び顔料又は染料を含んでいる。
【００３７】
好ましくは、シリカ充填剤は、６０〜９０重量％の範囲であることが望ましく、角のあるシリカ若しくは球状のシリカまたはその双方を含んでもよい。
【００３８】
製品の粘度を低くするためには、球状のシリカを用いるのが望ましい。溶融及び結晶質シリカの双方を用いることもできる。
【００３９】
充填剤の平均粒度は、０．５μｍ〜４０μｍの範囲であることが望ましい。本発明においては、いくつかの充填剤が最適化された割合で用いられる。ガラス、雲母、珪灰石、粘土、タルク、アルミナのような他の充填剤及び他の無機材料を用いてもよい。
【００４０】
エポキシ樹脂は、好ましくは、５〜３０重量％の範囲であり、好ましくは、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル、トリフェノールメタンのトリグリシジルエーテル、ノボラックのポリグリシジルエーテル、ポリグリシジルエーテルクレゾールノボラック、ナフトールのポリグリシジルエーテル、及びこれらの樹脂のメチル、エチル、プロピル及びブチル置換体から選択されるが、これらに制限されない。
【００４１】
より好ましくは、エポキシ樹脂は、全化合物の４〜１０重量％の範囲である。
【００４２】
硬化剤は、好ましくは、０．１〜３０重量％の範囲であり、ポリフェノール、ポリクレゾールフェノール、ナフトール、ポリビスフェノールＡ、ポリビスフェノールＦ、ポリ（トリフェノールメタン）及びこれらの樹脂のメチル、エチル、プロピル及びブチル置換体を含むが、これらに制限されない。より好ましくは、前記硬化剤は、前記全化合物の０．１〜１０重量％の範囲であり、低い吸湿性と高いガラス転移温度を達成するためには０．１〜５重量％の範囲であることが望ましい。
【００４３】
本発明における芳香族ビスオキサゾリンは、１，３−フェニレンビスオキサゾリン又はその誘導体であることが望ましい。
【００４４】
本発明における芳香族ビスオキサゾリン三國製薬工業社により製造されている。この芳香族ビスオキサゾリンは、２〜３０重量％の範囲であり、低い吸湿性と高いガラス転移温度を達成するためには全化合物の４〜１０重量％の範囲であることが望ましい。
【００４５】
シランカップリング剤は、シランが０〜２重量％の範囲で存在し、好ましくは、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ウレイドプロピルトリエトキシシラン、ウレイドプロピルトリメトキシシラン、メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メルカプトプロピルトリメトキシシランであることが望ましい。
【００４６】
シリコーンオイル及びゴム、脂肪酸、塩及びエステルのような加工油及びワックス、ポリプロピレンワックス、ポリエチレンワックス、カルナウバワックス、パームオイルのような天然ワックス、及び他の植物油及びワックスをも添加することが望ましい。加工油及びワックスは、好ましくは、０〜５重量％の範囲である。
【００４７】
また、難燃剤として、臭素化エポキシ、臭素化フェノール樹脂、酸化アンチモン、モリブデン酸亜鉛、ほう酸亜鉛、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、ポリリン酸、赤燐、芳香族燐酸塩が０〜１０重量％の範囲で提供される。
【００４８】
顔料又は染料として、０〜５重量％の範囲のカーボンブラック、ニグロシン、ランプブラック及びファーネスブラックを含んでもよい。
【００４９】
加えて、触媒として、三級アミン、置換ホスフィン、イミダゾール、ルイス酸及び、ルイス塩基及び塩、アジピン酸、尿素塩等の触媒が添加されることがある。
【００５０】
上述の新規なエポキシ樹脂材料は、低い吸湿性及び高いガラス転移温度を同時に達成することのできるエポキシ樹脂を提供することが可能である。
【００５１】
このようなエポキシ樹脂材料の調合ないし製造工程においては、上述した成分の材料を、均質かつ微細粉末になるまで高速ミキサーで混合する。混合温度は、これら物質が焼結しないよう２６℃以下に維持されることが望ましい。この混合物は、１００℃±５℃の二軸押出機で溶融混合され、平らなシートに固められ、粒状にされる。ついで、次の工程まで約５℃で貯蔵される。
【００５２】
液体化合物の調合ないし製造工程においては、上記成分は、加工温度およそ１００℃±５℃で、０．１〜２ｔｏｒｒの真空条件において高せん断力ミキサーで混合される。その結果、完全に均質の泡状フリーペーストになる。
【００５３】
本発明において特に好ましい芳香族ビスオキサゾリンは、１，３−フェニレンビスオキサゾリンとして、三國製薬工業株式会社から購入することができる。この芳香族ビスオキサゾリンは、比較的高い水酸基価又は水酸基当量を与える。フェノール／エポキシ共重合体における高い水酸基価は、通常、低い吸水性を奏する。
【００５４】
芳香族ビスオキサゾリン系のこのような独特の特性は、この高い水酸基価がポリマーのより低いガラス転移温度を導かないことである。高い水酸基当量のほとんどのフェノール化合物において、低いガラス転移温度が導かれる。
【００５５】
高いガラス転移温度は半導体装置のパッケージ材料といった電子材料において好まれている。なぜなら、この種類の化合物は、パッケージにおいて熱的サイクル（例えば、はんだ付け）においても、より少ない熱的ストレスを半導体装置に加えるにすぎない。
【００５６】
芳香族ビスオキサゾリンも、熱的サイクルにおいて開環される。この開環現象は、ストレスの軽減効果があるのと同様に重合収縮を減らす。
【００５７】
一方で、芳香族ビスオキサゾリンは、標準的な芳香族樹脂よりもエポキシ樹脂と反応する速度が遅い。そのため、芳香族ビスオキサゾリン系のためにはさらに触媒を添加することが望ましい。
【００５８】
図１は本発明のエポキシ樹脂を用いて製造した半導体装置の断面図である。
【００５９】
電気的絶縁性を有するベースフィルム１０の片面上に導体層を被覆形成し、この導体層により、一端がチップと電気的に接続されるインナーリード１４となり、他端がベースフィルム１０から延出されるアウターリード１６となる導体回路を形成する。
【００６０】
この導体回路が形成されたベースフィルム面側にチップ２２を搭載し、チップ２２とインナーリード１４とをワイヤボンディングするとともに、アウターリード１６を本発明のエポキシ封止樹脂２６から延出させ、チップ２２が搭載されたベースフィルム面側の反対側の面を封止樹脂２６から露出させる。
【００６１】
この結果、本発明のエポキシ封止樹脂がベースフィルム面上の範囲になるようにチップ搭載部が樹脂封止される。
【００６２】
このように構成した半導体装置は、低吸湿であり、かつ、高いガラス転移温度を持つエポキシ封止樹脂を用いているため高い信頼性を有する。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明のエポキシ樹脂材料は、半導体装置のパッケージ材料に用いることが可能であり、半導体装置の信頼性を向上する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明のエポキシ樹脂を用いて製造した半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  ベースフィルム
１４  インナーリード
１６  アウターリード
２２  チップ
２６  本発明のエポキシ封止樹脂２６
【図１】
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