(57)【要約】【課題】反り量の低減化が図られ、かつ金属部分との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）および（Ｂ）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）トリグリシジルイソシアヌレート。（Ｂ）アリール骨格にアルキルチオ基を有するフェノール樹脂。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の（Ａ）および（Ｂ）成分を含有することを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
（Ａ）トリグリシジルイソシアヌレート。
（Ｂ）アリール骨格にアルキルチオ基を有するフェノール樹脂。
【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、樹脂封止後の半導体装置の反り量の低減化が図られ、かつ半導体装置の基板やリードフレーム等の金属との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る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があげられるが、このようなタイプのパッケージにおいても薄型化が要求されている。
【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が要望されている。さらに、半導体素子を搭載した基板や、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が、上記反りの低減と接着性の向上の双方とも満足のいく封止材料が得られていないのが実情である。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、反り量の低減化が図られ、かつ金属部分との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る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）および（Ｂ）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）トリグリシジルイソシアヌレート。
（Ｂ）アリール骨格にアルキルチオ基を有するフェノール樹脂。
【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代表される薄型パッケージにおける反りの発生を低減することができ、かつパッケージでの基板やリードフレーム等の金属部分との接着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、トリグリシジルイソシアヌレート〔（Ａ）成分〕およびアリール骨格にアルキルチオ基を有するフェノール樹脂〔（Ｂ）成分〕を用いると、上記トリグリシジルイソシアヌレートの分子形状から、層厚方向間での応力緩和が生起しやすく、低応力化が付与される。このため、金属部分と封止樹脂との界面の応力が小さくなり、両者間での剥離発生が低減されるようになり、しかも上記アリール骨格にアルキルチオ基を有するフェノール樹脂を用いることによる接着性の向上効果との相乗作用から優れた接着性が実現するとともに、反り量の低減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、前記トリグリシジルイソシアヌレート〔（Ａ）成分〕およびアリール骨格にアルキルチオ基を有する特殊な骨格構造のフェノール樹脂〔（Ｂ）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、基板やリードフレーム等の金属部材に対して優れた接着性を示すものとなる。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や、薄型パッケージ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、高い接着性の実現化から、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、トリグリシジルイソシアヌレート（Ａ成分）と、特殊な骨格構造を有するフェノール樹脂（Ｂ成分）と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】
上記トリグリシジルイソシアヌレート（Ａ成分）は、別名トリスエポキシプロピルイソシアヌレート（ＴＥＰＩＣ）と呼称されるエポキシ化合物であり、その構造から明らかなように対称性に優れており、層間での応力緩和によるパッケージの反りの低減に効果的である。また、溶融物は低粘度であり、樹脂が流動する際に金線配線の変形を防止することもできる。
【００１１】
本発明では、上記トリグリシジルイソシアヌレート単独でエポキシ樹脂成分を構成してもよいし、上記トリグリシジルイソシアヌレートとともに他のエポキシ化合物を併用してもよい。上記他のエポキシ化合物としては、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。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他のエポキシ化合物である、例えば、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、さらに良好な効果が得られる。すなわち、上記２，５−ジ−ｔ−ブチル−ハイドロキノンジグリシジルエーテルはトリグリシジルイソシアヌレートと比べて低吸湿性を有しており、また上記トリフェノールメタントリグリシジルエーテルは対称性に劣るため、トリグリシジルイソシアヌレート単独でエポキシ樹脂成分を構成するよりも樹脂硬化体に柔軟性を付与することが可能となり、耐湿性においても優れたものが得られるようになる。
【００１２】
さらに、硬化剤成分であるフェノール樹脂として、後述の特殊な骨格構造を有するフェノール樹脂（Ｂ成分）とともに多官能の平面構造に近い１，３，５−トリヒドロキシフェノール、トリフェノールメタン等を用いた場合には、架橋密度の調整のためにナフタレン骨格やビフェニル骨格を有するフェノール樹脂のグリシジルエーテルを併用することが好ましい。これらグリシジルエーテルとしては、フェノールジメチルナフタレン樹脂とエピクロルヒドリンから得られるエポキシ樹脂、ナフトールキシリレン樹脂とエピクロルヒドリンから得られるエポキシ樹脂等があげられる。
【００１３】
さらに、上記平面配向しやすい上記エポキシ化合物以外に、線状に配向しやすいビフェニル型、スチルベン型等の骨格を有するエポキシ化合物を併用すると、より樹脂の配向が促進され好ましい。平面配向タイプのエポキシ化合物と線状配向タイプのエポキシ化合物を比較すると、線状配向タイプのエポキシ化合物は樹脂の流動方向のみに配向しやすくなり、面内での応力歪が生じやすくなる傾向がみられるため、平面配向タイプである上記トリグリシジルイソシアヌレート（Ａ成分）を多く用いることが好ましい。上記線状配向タイプのエポキシ化合物としては、例えば、３，３′，５，５′−テトラメチル−４，４′−ビフェニルジグリシジルエーテル等があげられる。
【００１４】
このように、上記トリグリシジルイソシアヌレート（Ａ成分）とともに他のエポキシ化合物を併用する場合、トリグリシジルイソシアヌレート（Ａ成分）の含有割合は、上記トリグリシジルイソシアヌレート（Ａ成分）が多官能であり、その硬化収縮の影響が大きい点、およびイソシアヌレート骨格が親水的性質を有する点を考慮して、エポキシ樹脂成分全体の５〜５０重量％となるように設定することが好ましく、より好ましくは１０〜３０重量％である。上記トリグリシジルイソシアヌレート（Ａ成分）の含有割合を上記範囲に設定することにより、反り量の低減および耐湿性の双方ともにより一層優れたものが得られる。
【００１５】
上記トリグリシジルイソシアヌレート（Ａ成分）とともに用いられる特殊な骨格構造を有するフェノール樹脂（Ｂ成分）とは、アリール骨格にアルキルチオ基を有するフェノール樹脂である。このようなフェノール樹脂としては、例えば、ｐ−（メチルチオ）−フェノール、ｍ−（メチルチオ）−フェノール、ｏ−（メチルチオ）−フェノール等のメチルチオエーテル、エチルチオエーテル、プロピルチオエーテル等のアルキルチオ基を有するフェノール化合物と、ホルムアルデヒド，アセトアルデヒド等のアルデヒド化合物との重縮合物等があげられる。このような特殊な骨格構造を有するフェノール樹脂（Ｂ成分）は、例えば、下記の一般式（１）で表される化合物である。さらには、上記アルデヒド化合物以外に、キシリレンジオールあるいはキシリレンクロライド等と反応させた、フェノールアラルキル型のフェノール樹脂等があげられる。また、フェノールとアルキルチオエーテル基を有する芳香族アルデヒド、例えば、メチルチオベンズアルデヒド、プロピルチオベンズアルデヒドと反応させたフェノール樹脂も使用することができる。上記フェノールアラルキル型のフェノール樹脂は、上記トリグリシジルイソシアヌレート（Ａ成分）とともに用いることにより、さらに低吸湿性および低応力効果が付与されることになり好ましいものである。
【００１６】
【化１】
2007091814.tif 000002
【００１７】
上記アリール骨格にアルキルチオ基を有する、特殊な骨格構造を有するフェノール樹脂（Ｂ成分）の製造方法について一例をあげて述べる。すなわち、上記アルキルチオ基を有するフェノール化合物とアルデヒド化合物とを、酸性触媒下、重縮合反応させることにより製造することができる。上記重縮合反応の反応条件としては、通常のノボラック化反応と同様、酸性触媒下、２０〜２００℃の温度で１〜２０時間程度の反応時間である。また、上記酸性触媒としては、例えば、塩酸や硫酸等の鉱酸類、シュウ酸やトルエンスルホン酸等の有機酸類、その他酸性を示す有機酸塩類等、通常のノボラック樹脂の製造に用いられる酸性触媒があげられ、その使用量は上記アルキルチオ基を有するフェノール化合物１００重量部（以下「部」と略す）対して０．１〜５部の範囲に設定することが好ましい。そして、上記アルキルチオ基を有するフェノール化合物とアルデヒド化合物の使用割合は、通常は、アルキルチオ基を有するフェノール化合物１モルに対してアルデヒド化合物を０．１〜２．０モルの割合に設定することが好ましい。さらに、上記重縮合反応では、芳香族炭化水素系、アルコール系およびエーテル系等の有機溶剤を用いることができる。
【００１８】
上記特殊な骨格構造を有するフェノール樹脂（Ｂ成分）は、本発明のエポキシ樹脂組成物において硬化剤的な作用を奏するものであるが、この特殊な骨格構造を有するフェノール樹脂（Ｂ成分）を硬化剤成分の主成分として用いることに限定する必要はない。したがって、具体的には、上記特殊な骨格構造を有するフェノール樹脂（Ｂ成分）の含有割合は、硬化剤成分全体中の１〜３０重量％の範囲に設定することが好ましく、より好ましくは５〜２０重量％に設定することである。すなわち、Ｂ成分の含有割合が１重量％未満では、金属部分に対する接着性の向上効果が得られ難く、３０重量％を超えると、燃焼時の硫黄酸化物の生成量が多くなり、有毒性が高くなる傾向がみられるからである。
【００１９】
上記特殊な骨格構造を有するフェノール樹脂（Ｂ成分）とともに用いられる硬化剤成分としては、特に限定するものではなく従来公知のエポキシ樹脂硬化剤である各種フェノール樹脂が用いられる。例えば、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールＡ型ノボラック、ナフトールノボラック、トリフェニルメタンタイプおよびフェノールアラルキル樹脂等があげられる。なかでも、流動性や低吸湿性に優れるという点から、フェノールキシリレン樹脂等のフェノールアラルキル樹脂を用いることが好ましい。
【００２０】
そして、上記トリグリシジルイソシアヌレート（Ａ成分）を含むエポキシ樹脂成分と上記特殊な骨格構造を有するフェノール樹脂（Ｂ成分）を含む硬化剤の配合割合は、上記エポキシ樹脂成分中のエポキシ基１当量当たり、硬化剤成分中の水酸基が０．８〜１．５当量となるように設定することが好ましく、なかでも０．９〜１．２当量となるよう設定することが特に好ましい。
【００２１】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記Ａ成分およびＢ成分とともに、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０．５〜２０μｍである。
【００２２】
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。
【００２３】
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成分，Ｂ成分および無機質充填剤以外に、硬化促進剤、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−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等の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）、難燃剤等の他の添加剤を必要に応じて適宜に添加することができる。
【００２４】
上記硬化促進剤としては、特に限定するものではなくエポキシ基と水酸基の反応を促進するものであればよく、例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ（４，３，０）ノネン−５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類、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。
【００２５】
上記難燃剤としては、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、さらには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できる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００２６】
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成分，Ｂ成分および無機質充填剤、さらに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。
【００２７】
つぎに、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いての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。
【００２８】
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、一般にリードフレームに半導体素子が搭載され、樹脂封止された薄型タイプのパッケージがあげられる。さらに、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、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があげられる。
【００２９】
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。
【００３０】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００３１】
まず、実施例に先立って下記に示す各成分を準備した。
【００３２】
〔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８０℃）
【００３３】
〔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℃）
【００３４】
〔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℃）
【００３５】
〔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２】
2007091814.tif 000003
【００３６】
〔難燃剤ａ〕
ブロム化エポキシ樹脂（エポキシ当量２７１、ブロム含有量３６重量％）
【００３７】
〔難燃剤ｂ〕
三酸化アンチモン
【００３８】
〔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℃）
【００３９】
〔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３】
2007091814.tif 000004
【００４０】
〔フェノール樹脂Ｇ〕
下記の構造式（ｇ）で表される繰り返し単位を有するｐ−（メチルチオ）−フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１５４、軟化点７７℃）
【化４】
2007091814.tif 000005
【００４１】
〔フェノール樹脂Ｈ〕
下記の構造式（ｈ）で表されるフェノールと４−（メチルチオ）ベンズアルデヒドの重縮合物（水酸基当量１７５、軟化点９３℃）
【化５】
2007091814.tif 000006
【００４２】
〔無機質充填剤〕
球状溶融シリカ粉末（平均粒径３μｍ）
【００４３】
〔離型剤〕
カルナバワックス
【００４４】
〔着色剤〕
カーボンブラック粉末
【００４５】
〔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
【００４６】
〔硬化促進剤〕
トリフェニルホスフィン
【実施例】
【００４７】
〔実施例１〜１０、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。
【００４８】
【表１】
2007091814.tif 000007
【００４９】
【表２】
2007091814.tif 000008
【００５０】
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反り量、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５に併せて示す。
【００５１】
〔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（３０×３０×１．２ｍｍ）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。
【００５２】
さらに、得られた半導体装置について、反りの測定を行った。上記反りの測定は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、半導体素子２搭載のＢＴ基板１を封止した樹脂硬化体層３の角部を結ぶ２本の一点鎖線（一点鎖線ｍと一点鎖線ｎ）における各反り量Ｑを測定した（２５℃の条件下）。そして、上記２つの反り量の平均値を求めた。なお、上記反り量の測定には、マイクロディプスメーター（ＴＥＣＬＯＣＫ社製）を用いた。
【００５３】
〔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２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３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。
【００５４】
【表３】
2007091814.tif 000009
【００５５】
【表４】
2007091814.tif 000010
【００５６】
【表５】
2007091814.tif 000011
【００５７】
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、しかも反り量も抑制されていることがわかる。
【００５８】
これに対して、比較例品は実施例品に比べて反り量が高く、また金属フレーム板に対する接着性に劣るものであった。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】（ａ）は半導体装置の反り量の測定位置を示す平面図であり、（ｂ）はその側面図である。
【図２】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３】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】
2007091814.tif 000012
【図２】
2007091814.tif 000013
【図３】
2007091814.tif 000014