(57)【要約】【課題】従来よりも離型剤の添加量を低減して成形性を確保しつつ、難燃性も確保することができる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。【解決手段】エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、難燃剤、離型剤を含有し、かつ、ハロゲン及びアンチモンを含有しない半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。難燃剤として、吸油量が４０ｍｌ／１００ｇ以下の水酸化マグネシウムの表面をカップリング剤で被覆したものを用いる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、難燃剤、離型剤を含有し、かつ、ハロゲン及びアンチモンを含有しない半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、難燃剤として、吸油量が４０ｍｌ／１００ｇ以下の水酸化マグネシウムの表面をカップリング剤で被覆したものを用いて成ることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
水酸化マグネシウムの比表面積が１０ｍ２／ｇ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
カップリング剤で被覆した水酸化マグネシウムを硬化剤と溶融混合した後に、エポキシ樹脂、無機充填材、難燃剤、離型剤を配合して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子を封止して成ることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種半導体素子の封止に用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物、また、この半導体封止用エポキシ樹脂組成物で各種半導体素子を封止して得られる半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等の電子部品の封止用材料として、セラミックや熱硬化性樹脂が一般的に用いられている。このような封止用材料の中でもエポキシ樹脂を用いる封止方法が、経済性と性能のバランスの点で好ましいので、従来より広く行われている。
【０００３】
ところで、エポキシ樹脂を用いて封止する場合には、難燃化を図るために、臭素等のハロゲンを含有するハロゲン含有化合物や、三酸化アンチモン等のアンチモン化合物を封止用材料に配合することが行われている。
【０００４】
しかし、このような封止用材料が燃焼すると、ハロゲン含有化合物からダイオキシンが発生したり、アンチモン化合物が燃え残ったりして、これらの物質の発ガン性が懸念されている。
【０００５】
そこで、最近では、このような有害物質の代わりに、リン化合物や金属水酸化物等が難燃剤として用いられている。そして、このような難燃剤の中でも特に水酸化マグネシウムを配合した封止用材料の開発が進められている（例えば、特許文献１−４参照。）。
【特許文献１】特開２００５−１７１２０６号公報
【特許文献２】特開２００２−３０２００号公報
【特許文献３】特開２００４−３０７６４５号公報
【特許文献４】特開２００２−２６５５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、水酸化マグネシウムを配合した封止用材料であってもなお未解決の問題がある。すなわち、水酸化マグネシウムは耐酸性レベルが低いため、Ｍｇイオンが溶出しやすいという問題がある。そして、このイオンの溶出は、封止された半導体装置の配線間でのマイグレーションの原因となり、このことは、加速試験において故障するまでの時間が短くなることにより実証されている。
【０００７】
また、水酸化マグネシウムは、離型剤として用いられるワックスを吸収しやすいため、連続成形性が悪化するという問題がある。この問題は、離型剤の増量により解決できそうにみえるが、離型剤の増量は、難燃性の低下という新たな問題を生じる原因となる。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、従来よりも離型剤の添加量を低減して成形性を確保しつつ、難燃性も確保することができる半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、難燃剤、離型剤を含有し、かつ、ハロゲン及びアンチモンを含有しない半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、難燃剤として、吸油量が４０ｍｌ／１００ｇ以下の水酸化マグネシウムの表面をカップリング剤で被覆したものを用いて成ることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１において、水酸化マグネシウムの比表面積が１０ｍ２／ｇ以下であることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、カップリング剤で被覆した水酸化マグネシウムを硬化剤と溶融混合した後に、エポキシ樹脂、無機充填材、難燃剤、離型剤を配合して成ることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項４に係る半導体装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子を封止して成ることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物によれば、吸油量が４０ｍｌ／１００ｇ以下の水酸化マグネシウムの表面をカップリング剤で被覆したものを難燃剤として用いることによって、従来よりも離型剤の添加量を低減して成形性を確保することができると共に、有害物質を用いることなく難燃性を確保することができるものである。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、流動性を確保することができるものである。
【００１５】
請求項３に係る発明によれば、全成分を一度に配合したものに比べて、流動性を高く得ることができるものである。
【００１６】
本発明の請求項４に係る半導体装置によれば、製造時においては、吸油量が４０ｍｌ／１００ｇ以下の水酸化マグネシウムの表面をカップリング剤で被覆したものを難燃剤として用いることによって、従来よりも離型剤の添加量を低減して成形性を確保することができると共に、製造後においては、有害物質を用いることなく難燃性を確保することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、難燃剤、離型剤を含有し、かつ、ハロゲン及びアンチモンを含有しないものである。
【００１９】
本発明においてエポキシ樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、オルソ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、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂等を用いることができる。エポキシ樹脂の配合量は、特に限定されるものではないが、例えば、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して、５〜３５重量％に設定することができる。
【００２０】
また、本発明において硬化剤としては、特に限定されるものではないが、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、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、各種多価フェノール化合物、ナフトール化合物等を用いることができる。エポキシ樹脂と硬化剤との当量比は、０．５〜１．５に設定することができるが、０．８〜１．２に設定するのが好ましい。
【００２１】
また、本発明において無機充填材としては、特に限定されるものではないが、例えば、結晶シリカ、溶融シリカ、アルミナ、窒化珪素等を用いることができる。無機充填材の配合量は、特に限定されるものではないが、例えば、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して、６０〜９２重量％に設定することができる。
【００２２】
また、本発明において難燃剤としては、吸油量が４０ｍｌ／１００ｇ以下の水酸化マグネシウムの表面をカップリング剤で被覆したものを用いる。ここで、吸油量が４０ｍｌ／１００ｇ以下の水酸化マグネシウムは、水酸化マグネシウムの形状をコントロールすることによって得ることができるが、市販されているものを用いることができる。また、吸油量は、ＪＩＳ・Ｋ５１０１に記載された方法によって測定することができる。また、カップリング剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、シランカップリング剤等を用いることができ、具体的には、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプトシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のグリシドキシシラン、アミノシラン等を用いることができる。そして、吸油量が４０ｍｌ／１００ｇ以下の水酸化マグネシウムの表面をカップリング剤で被覆するにあたっては、まずカップリング剤のエタノール溶液を調製し、次にこの溶液を用いて前記水酸化マグネシウムに湿式処理を施すことによって行うことができる。なお、カップリング剤のエタノール溶液の濃度は、特に限定されるものではないが、例えば、０．５〜１０重量％に設定することができる。
【００２３】
そして、上記のようにカップリング剤で被覆した水酸化マグネシウムを難燃剤として用いると、次のような効果を得ることができる。すなわち、水酸化マグネシウムの吸油量が４０ｍｌ／１００ｇ以下であるので、離型剤を吸収しにくくなり、成形性を十分に確保することができるものである。また、従来は水酸化マグネシウムに吸収された分の離型剤を追加していたが、本発明では、離型剤は水酸化マグネシウムに吸収されにくいので、従来よりも離型剤の添加量を低減することができるものである。また、この離型剤の添加量の低減により、難燃性の低下を防止することができると共に、有害物質を用いることなく難燃性を確保することができるものである。さらに、水酸化マグネシウムの表面をカップリング剤で被覆しているので、耐酸性レベルを高く得ることができ、Ｍｇイオンの溶出を防止することができるものである。しかし、吸油量が４０ｍｌ／１００ｇを超えると、上記のような効果を得ることはできないものである。なお、吸油量は３０ｍｌ／１００ｇ以下であることが好ましく、また、吸油量の実質上の下限は２０ｍｌ／１００ｇである。
【００２４】
また、本発明において水酸化マグネシウムの比表面積は１０ｍ２／ｇ以下（実質上の下限は２．５ｍ２／ｇ）であることが好ましい。これにより、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の流動性を確保することができるものである。しかし、比表面積が１０ｍ２／ｇを超えると、流動性を十分に確保することができないおそれがあり、また、平均粒径が小さくなり、吸油量が多くなるおそれがある。また、水酸化マグネシウムの平均粒径は２μｍ以下であることが好ましい。最も好ましいのは、平均粒径が０．８〜２μｍ、比表面積が３〜１０ｍ２／ｇ、吸油量が２０〜３５ｍｌ／１００ｇの水酸化マグネシウムである。なお、比表面積は、ＢＥＴ法によって測定することができる。
【００２５】
また、本発明において離型剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、カルナバワックス等を用いることができる。離型剤の添加量は、少量であることが好ましく、例えば、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して、０．５〜５重量％に設定することができる。
【００２６】
また、本発明においては、硬化促進剤を半導体封止用エポキシ樹脂組成物に配合することができる。硬化促進剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、２−メチルイミダゾール、２−フェニ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（ＴＰＰ）、トリブチルホスフィン、トリメチルホスフィン等の有機ホスフィン類、１，８−ジアザビシクロ〔５．４．０〕ウンデセン−７（ＤＢＵ）、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミン等の第三級アミン等を用いることができる。
【００２７】
また、本発明においては、カーボンブラック等の着色剤、エポキシ／ポリエーテル基含有ポリシロキサン等のシリコーン可撓剤等を半導体封止用エポキシ樹脂組成物に添加することができる。
【００２８】
そして、本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、次のようにして製造することができる。すなわち、上述したエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、難燃剤、離型剤、その他の成分を配合し、これをミキサーやブレンダー等で均一に混合した後、この混合物をニーダーやロール等で加熱しながら混練する。次にこの混練物を冷却して固化した後、この固化物を粉砕することによって、粉粒状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得ることができる。
【００２９】
また、本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、次のようにマスターバッチ化（ＭＢ化）して製造するのが好ましい。すなわち、カップリング剤で被覆した水酸化マグネシウムを、１００〜１２０℃に加熱した硬化剤と溶融混合した後に、エポキシ樹脂、無機充填材、難燃剤、離型剤、その他の成分を配合する。次にこの配合物を冷却して固化した後、この固化物を粉砕することによって、粉粒状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得ることができる。
【００３０】
このように、カップリング剤で被覆した水酸化マグネシウムをあらかじめエポキシ樹脂及び硬化剤と溶融混合する場合には、全成分を一度に配合したものに比べて、水酸化マグネシウムをより均一に分散させることができ、封止成形時において流動性を高く得ることができるものである。
【００３１】
本発明に係る半導体装置は、上記のようにして得られる半導体封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子を封止成形することによって製造することができる。例えば、ＩＣ等の半導体素子を多数搭載したリードフレームをトランスファー成形用金型にセットし、トランスファー成形を行うことによって、半導体素子を半導体封止用エポキシ樹脂組成物で封止した半導体装置を製造することができる。
【００３２】
そして、上記のような半導体装置の製造時においては、吸油量が４０ｍｌ／１００ｇ以下の水酸化マグネシウムの表面をカップリング剤で被覆したものを難燃剤として用いることによって、従来よりも離型剤の添加量を低減して成形性を確保することができると共に、製造後においては、有害物質を用いることなく難燃性を確保することができるものである。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００３４】
エポキシ樹脂として、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（住友化学（株）製「ＥＳＣＮ  １９５ＸＬ」、エポキシ当量１９５）を用いた。
【００３５】
また、硬化剤として、フェノールノボラック樹脂（荒川化学（株）製「タマノール７５２」、水酸基当量１０４）を用いた。
【００３６】
また、無機充填材として、溶融シリカである電気化学工業（株）製「ＦＢ８２０」及び（株）アドマテックス製「ＳＯ−２５Ｒ」の混合物（「ＦＢ８２０」：「ＳＯ−２５Ｒ」＝９：１（重量比））を用いた。
【００３７】
また、難燃剤として、水酸化マグネシウムＡ（吸油量４５ｍｌ／１００ｇ、比表面積２０ｍ２／ｇ）、水酸化マグネシウムＢ（吸油量４０ｍｌ／１００ｇ、比表面積１０ｍ２／ｇ）、水酸化マグネシウムＣ（吸油量３０ｍｌ／１００ｇ、比表面積５ｍ２／ｇ）の表面をカップリング剤（γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）で被覆したものを用いた。水酸化マグネシウムＡ〜Ｃの表面をカップリング剤で被覆するにあたっては、まずカップリング剤のエタノール溶液（５重量％）を調製し、次にこの溶液を用いて前記水酸化マグネシウムＡ〜Ｃに湿式処理を施すことによって行った。なお、下記［表１］中、「水マグＡ」、「水マグＢ」、「水マグＣ」はそれぞれ「水酸化マグネシウムＡ」、「水酸化マグネシウムＢ」、「水酸化マグネシウムＣ」を意味する。
【００３８】
また、難燃剤として、ブロム化エポキシ樹脂（住友化学（株）製「ＥＳＢ４００Ｔ」、エポキシ当量４００）、三酸化アンチモン（東湖産業（株）製「ＮＴ−３」）を用いた。
【００３９】
また、離型剤として、金型離型用ワックスであるカルナバワックス（大日化学（株）製「Ｆ１−１００」）を用いた。
【００４０】
また、硬化促進剤として、トリフェニルホスフィン（北興化学工業（株）製「ＴＰＰ」）を用いた。
【００４１】
また、着色剤として、カーボンブラック（三菱化学（株）製「４０Ｂ」）を用いると共に、シリコーン可撓剤として、エポキシ／ポリエーテル基含有ポリシロキサン（東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製「ＳＦ８４２１」）を用いた。
【００４２】
そして、実施例１、２及び比較例１〜３の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、次のようにして製造した。すなわち、上述したエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、難燃剤、離型剤、その他の成分を下記［表１］に示す配合量（重量％）で配合し、これをブレンダーで３０分間混合して均一化した後、８０℃に加熱したニーダーでこの混合物を加熱しながら混練した。次にこの混練物を冷却して固化した後、この固化物を粉砕機で所定粒度に粉砕することによって、粉粒状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
【００４３】
一方、実施例３の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、次のようにして製造した。すなわち、カップリング剤で被覆した水酸化マグネシウムＢを、１００〜１２０℃に加熱した硬化剤と溶融混合した後に、エポキシ樹脂、無機充填材、難燃剤、離型剤、その他の成分を配合した（ＭＢ化）。次にこの配合物を冷却して固化した後、この固化物を粉砕することによって、粉粒状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
【００４４】
そして、上記のようにして得た半導体封止用エポキシ樹脂組成物について、次のような試験を行った。
【００４５】
（ＳＦ：スパイラルフロー）
スパイラルフロー測定用金型を用い、金型温度１７５℃、注入圧力６．８６ＭＰａ（７０ｋｇ／ｃｍ２）、硬化時間１００秒という条件で成形を行った。そして、流動長（ｃｍ）を測定することによって、流動性を評価した。
【００４６】
（連続成形性）
ミニパッケージ用金型を用いて連続成形を行った。そして、成形を開始してから、型開き時にパッケージが金型に張り付くまでの成形回数（連続成形可能ショット数）を計測することによって、連続成形性を評価した。
【００４７】
（難燃性）
ＵＬ−９４垂直燃焼試験（試料厚１．６ｍｍ）に基づいて難燃性を評価した。
【００４８】
【表１】
2007145959.tif 000002
【００４９】
上記［表１］にみられるように、実施例１〜３はいずれも成形性及び難燃性を確保することができることが確認される。
【００５０】
また、実施例１と実施例２とを対比すると、水酸化マグネシウムの吸油量及び比表面積がより小さい実施例２の方が、離型剤の添加量を低減することができると共に、成形性をより高く得ることができることが確認される。
【００５１】
また、実施例１と実施例３とを対比すると、ＭＢ化した実施例３の方が、成形性をより高く得ることができることが確認される。
【００５２】
一方、比較例１は、成形性及び難燃性を確保することはできるものの、有害物質を用いているので、燃焼すると発ガン性が懸念される。
【００５３】
また、比較例２は、水酸化マグネシウムの吸油量及び比表面積が大きいので、成形性を確保することができない上に、離型剤の添加量が多いので、難燃性も確保することができないことが確認される。
【００５４】
また、比較例３は、比較例２において離型剤の添加量を低減したものであり、難燃性は確保することができるものの、成形性がさらに低下することが確認される。