(57)【要約】【課題】高温のハンダリフロー処理においてもパッケージクラックを低減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、フェノール樹脂、無機充填材及び１，２，３−ベンゾトリアゾールを含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、前記フェノール樹脂として特定の構造を有するフェノール樹脂を含有し、前記１，２，３−ベンゾトリアゾールをエポキシ樹脂組成物全体に対して０．０１〜１質量％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を用いる。【化１】2007138128.tif 000015【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂、フェノール樹脂、無機充填材及び１，２，３−ベンゾトリアゾールを含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、
前記フェノール樹脂として下記式（１）に示す構造を有するフェノール樹脂；
【化１】
2007138128.tif 000011
（式（１）中、ｍは１〜１０の整数を示し、（Ｐ）は、下記式（２）又は（３）で表される構造を示す。（Ａ）は式（４）で表される構造又は水素を示す。
【化２】
2007138128.tif 000012
【化３】
2007138128.tif 000013
【化４】
2007138128.tif 000014
前記式（２）及び（３）中、Ｒ１〜Ｒ６は夫々独立して炭素数１〜６のアルキル基を示す。）
を含有し、
前記１，２，３−ベンゾトリアゾールをエポキシ樹脂組成物全体に対して０．０１〜１質量％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。
【請求項２】
前記エポキシ樹脂としてビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂をエポキシ樹脂全体量に対して１０〜１００質量％含有する請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止されてな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】
本発明は半導体素子の封止に用いられるエポキシ樹脂組成物及びそのエポキシ樹脂組成物を用いて封止されてなる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板等に実装される半導体装置はハンダリフローによる表面実装により実装されることが主流となってきている。
【０００３】
このようなハンダリフローにより表面実装される半導体装置の封止は、例えば、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材等を含有するエポキシ樹脂組成物を用いて低圧トランスファー成形により形成される。
【０００４】
しかしながら、このようなエポキシ樹脂組成物で封止された半導体装置をハンダリフローにより表面実装する場合、成形から実装されるまでの間に半導体装置の封止材料（パッケージ）が空気中の水分を吸湿するために、ハンダリフロー時に高温に曝された際に水分が急激に気化膨張し、パッケージがこの膨張に耐え切れず、パッケージにクラックが生じるという問題があった（この性質を、以下、耐ハンダリフロー性ともいう）。
【０００５】
ハンダリフローの際のクラックの発生を抑制するために以下の特許文献１ではエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、ベンゾトリアゾール骨格を有する化合物を含有するエポキシ樹脂系の封止用樹脂組成物が開示されている。
【０００６】
しかしながら、前記樹脂組成物においてもハンダリフローの際に発生するクラック、特に近年、環境問題からハンダリフローの主流となってきている融点の高い、いわゆる鉛フリーハンダを用いる場合のような従来のリフロー温度に比べて１０〜３０℃程度高い高温条件のハンダリフローの際に発生するクラックは充分に抑制することができなかった。
【特許文献１】特開平１１−０３５７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、エポキシ樹脂組成物を用いて形成される半導体装置等のパッケージにおいて、ハンダリフローの際に発生するクラック、特に鉛フリーハンダに要求されるような高温条件のハンダリフローの際に発生するクラックを低減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、その樹脂組成物を用いて封止されてなる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、フェノール樹脂、無機充填材及び１，２，３−ベンゾトリアゾールを含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、前記フェノール樹脂として下記式（１）に示す構造を有するフェノール樹脂；
【０００９】
【化１】
2007138128.tif 000002
（式（１）中、ｍは１〜１０の整数を示し、（Ｐ）は、下記式（２）又は（３）で表される構造を示す。（Ａ）は式（４）で表される構造又は水素を示す。
【化２】
2007138128.tif 000003
【化３】
2007138128.tif 000004
【化４】
2007138128.tif 000005
前記式（２）及び（３）中、Ｒ１〜Ｒ６は夫々独立して炭素数１〜６のアルキル基を示す。）
を含有し、前記１，２，３−ベンゾトリアゾールをエポキシ樹脂組成物全体に対して０．０１〜１質量％含有することを特徴とするものである。このようなエポキシ樹脂組成物において、フェノール樹脂として、前記式（１）に示すような構造を有するものを含有させ、さらに、１，２，３−ベンゾトリアゾールを前記割合で含有させることにより、半導体装置のパッケージの耐ハンダリフロー性、特に高温における耐ハンダリフロー性を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は前記エポキシ樹脂としてビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂をエポキシ樹脂全体量に対して１０〜１００質量％含有することが好ましい。このようなエポキシ樹脂は、吸湿性が低いために得られるパッケージのハンダリフロー時のクラックがさらに発生しにくい点から好ましい。
【００１１】
そして、本発明の半導体装置は前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止されてなることを特徴とするものである。このような半導体装置は耐ハンダリフロー性、特に高温における耐ハンダリフロー性に優れたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物によれば、エポキシ系の樹脂組成物を用いて形成される小型・薄肉の半導体装置のパッケージにおいて、ハンダリフローの際に発生するクラック、特に鉛フリーハンダに要求される高温条件のハンダリフローの際に発生するクラックを低減することができる。
また、本発明の半導体装置は、前記本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止されてなるものであるので、特に高温における耐ハンダリフロー性に優れたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明で用いられるエポキシ樹脂としては、従来公知のエポキシ樹脂を特に限定なく用いることができる。具体的には、例えば、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂であるビフェニル型エポキシ樹脂、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、ビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂などを用いることができる。これらは単独でも、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中ではビフェニル型エポキシ樹脂を含有することが吸湿性が低いためにハンダリフロー時のクラックが生じにくい点から好ましい。これらのビフェニル型エポキシ樹脂の配合割合はエポキシ樹脂全体量に対して１０〜１００質量％、好ましくは５０〜１００質量％とすることが望ましい。前記割合が１０質量％未満の場合にはビフェニル型エポキシ樹脂を用いる場合の前記効果が低下する傾向がある。
【００１４】
本発明の樹脂組成物は、上記エポキシ樹脂とともに硬化剤成分として前記式（１）に示す構造を有するフェノール樹脂を含有する。このようなフェノール樹脂を含有することにより、エポキシ樹脂組成物の流動性を高めることができ、結果として、パッケージを形成した場合にパッケージと半導体素子との密着性を高める。また、耐湿性に優れたパッケージが得られる。その結果、ハンダリフローの際のクラックの発生を抑制することができる。なお、基本骨格中のアラルキル基は所望の特性を付与するために各種特性基で置換された誘導体であってもよい。
【００１５】
なお、前記フェノール樹脂の基本骨格の繰り返し単位数ｍは１〜１０であれば特に制限されず用いることができ、繰り返し単位の数が異なる複数成分により構成されたものを用いてもよい。以下に、式（１）のフェノール樹脂の具体例として、式（５）〜式（７）で示されるフェノール樹脂を挙げる。
【化５】
2007138128.tif 000006
【化６】
2007138128.tif 000007
【化７】
2007138128.tif 000008
【００１６】
式（５）で示されるフェノール樹脂は、式（１）において（Ｐ）が式（３）でＲ５及びＲ６がメチル基、ｍ＝２、（Ａ）が水素のものであり、式（６）で示されるフェノール樹脂は式（１）において、（Ｐ）が式（２）でＲ1〜Ｒ４は全てメチル基、ｍ＝１、（Ａ）が式（４）で示されるものである。また、式（７）で示されるフェノール樹脂は、式（１）においてｍ＝２の場合において、それぞれ別の（Ｐ）を有する場合を示し、繰り返し単位を構成する一つの（Ｐ）は式（２）であり、別の一つの（Ｐ）は式（３）であり、Ｒ1〜Ｒ６は全てメチル基であり、（Ａ）が水素の場合である。
前記式（７）で示されるフェノール樹脂のように、ｍが２以上の場合には、（Ｐ）として式（２）と式（３）とが混在していてもよい。
【００１７】
前記式（１）のフェノール樹脂の具体例としては、例えば、三菱瓦斯化学（株）製のニカノールＧＬＰなどを挙げることができる。
【００１８】
本発明においては硬化剤成分として、前記フェノール樹脂ととともに、従来公知の硬化剤を併用してもよい。前記硬化剤の具体例としては、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、前記式（１）で示すもの以外のフェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等の各種多価フェノール化合物あるいはナフトール化合物等が挙げられる。
【００１９】
本発明のエポキシ樹脂組成物に配合される硬化剤の割合は特に制限されないが、全エポキシ樹脂に対する配合割合で全エポキシ樹脂／全硬化剤＝０．５〜１．５（当量比）、好ましくは０．８〜１．３に設定する。この配合割合が小さすぎる場合には、硬化剤の配合量が多すぎて経済的に不利となる恐れがあり、また上記の配合割合が大きすぎる場合には、硬化剤の配合量が少なすぎて硬化不足になる恐れがある。
【００２０】
また、前記式（１）のフェノール樹脂は硬化剤の全体量に対して、１０〜１００質量％（１００質量％は全硬化剤を上記フェノール樹脂とする場合である）とすることが好ましく、より好ましくは５０〜１００質量％であることが望ましい。前記割合が少なすぎる場合には、前記式（１）のフェノール樹脂を用いる効果が低下する傾向があり、充填性が充分に向上しなくなる傾向がある。
【００２１】
なお、本発明の樹脂組成物は硬化反応を促進するために硬化促進剤を含有してもよい。硬化促進剤としてはエポキシ樹脂と硬化剤との硬化反応を促進することができるものであれば特に制限することなく使用することができる。具体的には、例えばトリフェニルホスフィンやトリブチルホスフィンなどの有機リン化合物、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミンなどの三級アミン類、２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾールなどのイミダゾール類等が挙げられる。
【００２２】
硬化促進剤は全樹脂成分（エポキシ樹脂と硬化剤の合計量）に対して０．１〜５質量％配合するのが好ましい。硬化促進剤の配合量が全樹脂成分の配合量に対して０．１質量％未満であれば、硬化促進効果を高めることができず、硬化促進剤の配合量が全樹脂成分の配合量に対して５質量％を超えると、硬化が促進されすぎて成形時に流動性が不充分になり、また、経済的にも不利となる恐れがある。
【００２３】
また、本発明のエポキシ樹脂組成物に配合される無機充填材としては、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素等の従来からエポキシ樹脂組成物の無機充填材として用いられているものを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、また、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中ではシリカを用いることが好ましい。本発明において無機充填材はエポキシ樹脂組成物の全体量に対して８０〜９３質量％、特に好ましくは８５〜９３質量％配合することが望ましい。前記配合割合がエポキシ樹脂組成物の全体量に対して多すぎる場合には、樹脂の成形流動性が低下しパッケージの未充填箇所が生じやすくなり、また、エポキシ樹脂組成物の粘度が増大して封止材料中に空気の混入が生じやすく、そのため内部にボイドなどが生じてハンダリフロー時にパッケージにクラックが発生しやすくなる恐れがある。また、前記配合割合が少なすぎる場合には吸湿しやすくなり、ハンダリフロー時にパッケージにクラックが発生しやすくなる恐れがある。
【００２４】
本発明のエポキシ樹脂組成物にはさらに、１，２，３−ベンゾトリアゾールが含有される。１，２，３−ベンゾトリアゾールを前記式（１）に示す構造を有するフェノール樹脂と組み合わせて用いることにより、成形時の優れた流動性と耐ハンダリフロー性に優れたパッケージを与えるエポキシ系樹脂組成物を得ることができる。なお、１，２，３−ベンゾトリアゾールにはその互変異性体も含む。
【００２５】
１，２，３−ベンゾトリアゾールのエポキシ樹脂組成物全体に対する含有割合としては０．０１〜１質量％であり、好ましくは０．１〜０．５質量％である。前記割合が前記範囲外である場合には、得られるパッケージの耐リフローハンダ性が低下する。
【００２６】
また、本発明のエポキシ樹脂組成物には、上記以外の成分として、本発明の目的とする所望の特性を阻害しない範囲で従来公知の添加剤、例えば難燃剤、難燃助剤、離型剤、流動改質剤、着色剤、滑剤等を必要に応じてその発現量を添加してもさしつかえない。
【００２７】
例えば、上記添加剤の中でもシリコーン可とう剤を含有すると樹脂流動性及び耐ハンダリフロー性をさらに向上することができるため好ましい。このようなシリコーン可とう剤としては、シリコーンオイル、シリコーンゲル、シリコーンゴムなどを用いることができる。シリコーン可とう剤の配合割合としては、エポキシ樹脂組成物の全体量に対して好ましくは０．０１〜３質量％とすることが望ましい。前記範囲の配合割合とすることにより、添加剤としての効果が充分に発現されるとともに、エポキシ樹脂組成物の流動性を改良することができる。
【００２８】
また、離型剤としては、例えばカルナバワックス、ステアリン酸、モンタン酸、カルボシキル基含有ポリオレフィン等を用いることができ、その他必要に応じてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤を使用することができる。
【００２９】
本発明のエポキシ樹脂組成物を調製するにあたっては、まずエポキシ樹脂、前記フェノール樹脂を含む硬化剤成分、無機充填材、１，２，３−ベンゾトリアゾール及びその他の材料を所定の量配合し、次にミキサーやブレンダーなどで均一に混合した後、ニーダーやロール等で加熱しながら混練する。また混練後に、必要に応じて冷却固化し、粉砕して粉状に形成してもよい。
【００３０】
本発明の半導体装置を製造するにあたっては、リードフレームや基板等に半導体素子を搭載した後、これを上記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物で形成される封止樹脂で封止するようにする。この封止にはトランスファー成形（トランスファーモールド）を採用することができ、半導体素子を搭載したリードフレームや基板等を金型のキャビティに配置した後、キャビティに上記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を充填し、これを加熱して硬化させて封止樹脂を形成するものである。このトランスファー成形を採用した場合の金型の温度は１７０〜１８０℃、成形時間は３０〜１２０秒に設定することができるが、金型の温度や成形時間及びその他の成形条件は、従来の封止成形と同様に設定することができ、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の材料の種類や製造される半導体装置の種類によって適宜設定変更できる。
【００３１】
以下本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００３２】
表１に示すように所定の配合割合（質量％）で、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、硬化促進剤、１，２，３−ベンゾトリアゾール、無機充填材、シランカップリング剤、カルナバワックス、カーボンブラックをブレンダーで３０分間混合し均一化した後、８０℃に加熱した２本ロールで混練溶融させて押し出し、冷却後粉砕機で粉砕して半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製した。
なお、実施例、比較例において次の原材料を用いた。
・ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂：住友化学工業（株）製ＥＳＣＮ１９５ＸＬ（エポキシ当量１９５）
・ビフェニル型エポキシ樹脂：ジャパンエポキシレジン（株）製ＹＸ４０００Ｈ（エポキシ当量１９６）
・フェノール樹脂Ａ：三菱瓦斯化学（株）製ニカノールＧＬＰ（前記式（５）〜（７）の構造を有するフェノール樹脂の混合物，水酸基当量１６３）
・フェノール樹脂Ｂ：三井化学（株）製ミレックスＸＬ−２２５（下記式（８）の構造を有するフェノール樹脂）
【００３３】
【化８】
2007138128.tif 000009
（式（８）中、ｎ＝１〜３の混合物，水酸基当量１７６）
・１，２，３−ベンゾトリアゾール：城北化学工業（株）ＢＴ−１２０
・無機充填材：電気化学工業（株）製ＦＢ８２０（シリカ）
・シランカップリング剤：信越化学工業（株）製ＫＢＭ４０３（γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）
・カルナバワックス：大日化学（株）製Ｆ１−１００
・カーボンブラック：三菱化学（株）製４０Ｂ
・硬化促進剤：北興化学工業（株）トリフェニルホスフィン
【００３４】
上記のように調整した各組成物を用いて、以下に示す方法により評価を行った。
（スパイラルフロー流動性）
ＡＳＴＭ  Ｄ３１２３に準じたスパイラルフロー測定金型を用いて金型温度１７５℃、注入圧力：６．９ＭＰａ、成形時間９０秒間、後硬化１７５℃／６時間の条件で成形し、流動距離（ｃｍ）を測定した。
【００３５】
（耐ハンダリフロー性）
Ｃｕリードフレームに８×９×０．４ｍｍのテスト用チップを銀ペーストにより搭載した外形寸法１４×１４×２．７ｍｍの１２８ｐｉｎＱＦＰのパッケージを各エポキシ樹脂組成物を用いてトランスファー成形（金型温度：１７５℃，注入圧力：６．９ＭＰａ，成形時間：９０秒間，後硬化１７５℃／６時間）により封止成形し、評価用試料を作製した。
【００３６】
そして、評価用試料を温度８５℃、湿度８５％の条件で１６８時間吸湿処理した後、ＩＲリフロー装置により２４０℃、１０秒間の条件でリフロー処理を行ない、評価用試料１０個中のパッケージクラックが発生していたパッケージの数を数えた。
【００３７】
また、さらに７２時間、９６時間、１６８時間のそれぞれの時間で前記と同条件の吸湿処理をした後、その評価試料をＩＲリフロー装置により２６０℃、１０秒間の条件でハンダリフロー処理を行ない、パッケージクラックが発生していたパッケージの数を数えた。
結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
2007138128.tif 000010
【００３９】
表１に示すように式（５）〜（７）の構造を有するフェノール樹脂Ａと１，２，３−ベンゾトリアゾールとを含有する本発明の樹脂組成物である実施例１〜７のエポキシ樹脂組成物は２４０℃及び２６０℃のハンダリフロー処理においてもパッケージにクラックの発生が見られず、耐ハンダリフロー性に優れていることが分かる。
【００４０】
これに対して１，２，３−ベンゾトリアゾールを含有する樹脂組成物であり、硬化剤として前記式（８）の構造を有するフェノール樹脂Ｂを用いた比較例１及び２は、２４０℃及び２６０℃のハンダリフロー処理においていずれも多くのクラックが発生した。
【００４１】
また比較例３のように前記式（５）〜（７）の構造を有するフェノール樹脂Ａを用いても、１，２，３−ベンゾトリアゾールを用いない場合には２４０℃及び２６０℃のハンダリフロー処理においていずれも多くのクラックが発生した。
【００４２】
さらに、比較例４のように１，２，３−ベンゾトリアゾールの割合が１．５質量％の場合には２４０℃及び２６０℃のハンダリフロー処理においていずれも多くのクラックが発生した。