(57)【要約】【課題】熱伝導性、難燃性、強度、成形性が良好で、成形時の金型からの離型性、バリの抑制に優れた環境対応型の封止用エポキシ樹脂組成物、およびそのような組成物を用いた半導体装置を提供する。【解決手段】（Ａ）クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノールノボラック樹脂、（Ｃ）トリフェニルホスフィン、（Ｄ）平均粒径１０〜３０μｍの結晶シリカ７０質量％以上、平均粒径３．０μｍ未満の結晶シリカ１０質量％以下、平均粒径３．０μｍ未満の溶融球状シリカ５〜１５質量％、および平均粒径５〜１５μｍの溶融球状シリカ５〜１５質量％からなる混合物、（Ｅ）ホスファゼン化合物、並びに（Ｆ）金属水和物および／またはホウ酸金属塩を必須成分とし、（Ｄ）成分の組成物全体に対する割合が７０〜８５質量％である封止用エポキシ樹脂組成物、また、そのような組成物の硬化物によって半導体素子を封止してなる半導体装置。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノールノボラック樹脂、（Ｃ）トリフェニルホスフィン、（Ｄ）（ｄ１）平均粒径１０〜３０μｍの結晶シリカ粉末７０質量％以上、（ｄ２）平均粒径３．０μｍ未満の結晶シリカ粉末１０質量％以下、（ｄ３）平均粒径３．０μｍ未満の溶融球状シリカ粉末５〜１５質量％、および（ｄ４）平均粒径５〜１５μｍの溶融球状シリカ粉末５〜１５質量％からなるシリカ粉末混合物、（Ｅ）ホスファゼン化合物、並びに（Ｆ）金属水和物および／またはホウ酸金属塩を必須成分とし、前記（Ｄ）シラン粉末混合物の組成物全体に対する割合が７０〜８５質量％であることを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
（Ｄ）成分が、（ｄ１）平均粒径１０〜３０μｍの結晶シリカ粉末７０〜７５質量％以上、（ｄ２）平均粒径３μｍ未満の結晶シリカ粉末５〜１０質量％以下、（ｄ３）平均粒径３μｍ未満の溶融球状シリカ粉末５〜１５質量％、および（ｄ４）平均粒径５〜１５μｍの溶融球状シリカ粉末５〜１５質量％からなるシリカ粉末混合物であることを特徴とする請求項１記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
（Ｅ）ホスファゼン化合物の含有量が組成物全体の０．１〜３．０質量％であることを特徴とする請求項１または２記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
（Ｆ）金属水和物および／またはホウ酸金属塩の含有量が組成物全体の５〜１５質量％であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
（Ｄ）成分中の（ｄ３）平均粒径３．０μｍ未満の溶融球状シリカ粉末と（ｄ４）平均粒径５〜１５μｍの溶融球状シリカ粉末との質量比（ｄ３）／（ｄ４）が０．７５〜１．２５であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載記載の透明樹脂組成物。
【請求項６】
熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、請求項１乃至５のいずれか１項記載の封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物によって半導体素子が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、封止用エポキシ樹脂組成物、およびこれを用いた半導体装置に係り、さらに詳しくは、パワーデバイス用途に有用な、高熱伝導性で、難燃性を有し、かつ環境対応にも優れる封止用エポキシ樹脂組成物、およびこれを用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーデバイス等の半導体装置の樹脂封止に使用されるエポキシ樹脂組成物には、素子が放出する多量の熱に対応するため高い熱伝導性が要求される。そこで、良好な熱伝導率を得るために、例えば、結晶シリカと粒径の小さい溶融球状シリカを併用して、無機充填剤を高密度に充填させたエポキシ樹脂組成物が提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
しかしながら、無機充填剤の充填量を増加させると、組成物の流動性が低下する。その結果、例えば、インナーリードのアイランド部が曲げ加工されて半導体素子が実装されているような半導体装置に適用した場合に、金型キャビティ内におけるインナーリード表裏の樹脂組成物の流動性のバランスが崩れて、ボイドが発生したり、ボンディングワイヤが変形したり、アイランドシフトが生じたりする等の不具合が発生するおそれがあった。
【０００４】
一方、近時、環境への負荷を低減するため、ハロゲン系難燃剤を使用せずに良好な難燃性を付与した封止用エポキシ樹脂組成物が要求されており、一般には、ハロゲン系難燃剤に代わる難燃剤として、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水和物の使用が検討されている。
【０００５】
しかしながら、金属水和物で高い難燃性を得るためには金属水和物を多量に添加する必要があり、成形品の機械的強度の低下が懸念される。この問題に対し、粒径の小さい金属水和物を使用すれば、難燃性を高めることができ、その使用量を減らすことができるが、粒径の小さい金属水和物の使用は、流動性や硬化性等を低下させる。そこで、高い難燃性と、良好な流動性、硬化性を両立させるべく、特定の粒度分布を持つ金属水和物を使用した組成物が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
しかしながら、上述したような良好な熱伝導率を得るためにシリカ粉末を高充填した封止用エポキシ樹脂組成物に適用した場合、金属水和物の粒度を特定しただけでは、良好な流動性や硬化性等が得られないうえに、目標とする熱伝導性も得られないことがあった。
【０００７】
さらに、封止用エポキシ樹脂組成物には、金型からの離型性を高めるため、通常、ワックス類が配合されるが、金属水和物は吸油量が大きいため、ワックス類を吸収しやすく、金型離型性が低下するという問題もあった。離型性が低下した状態で成形すると、成形品に割れや欠けが発生するおそれがあり、特に、樹脂組成物の強度が低い場合には、これらの不具合の発生が顕著である。この問題に対処して、例えば、離型剤の配合量を増やしたり、離型性の高い離型剤を使用することが考えられるが、その場合、離型剤の表面への染み出し量が多くなり、金型や半導体装置の表面が汚れやすくなり、生産性が損なわれるおそれがある。
【０００８】
また、難燃剤として、金属水和物を使用せずに、架橋型ホスファゼン化合物および環状化合物を配合した封止用エポキシ樹脂組成物、あるいは架橋フェノキシホスファゼン化合物とホウ酸亜鉛を併用した封止用エポキシ樹脂組成物が提案されている（例えば、特許文献４、５参照。）。しかしながら、前者では、有機系難燃剤の多量配合により、熱伝導率や強度が低下し、半導体装置に割れや欠けが発生するおそれがある。また、後者では、スルーゲート方式により、複数のキャビティを直列に接続して、単位面積当たりの素子数を増加させた金型を用いて成形した場合、いわゆるスリットバリの発生が問題になることがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第２８１１９３３号公報
【特許文献２】特開２００１−４４３３７号公報
【特許文献３】特開２０００−１０９６４７号公報
【特許文献４】特開２００５−８８３５号公報
【特許文献５】特開２００２−３７９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、熱伝導性、難燃性、強度、成形性のバランスが良好で、成形時の金型からの離型性、バリの抑制に優れ、環境への負荷も少ない封止用エポキシ樹脂組成物、およびそのような封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止された信頼性に優れた半導体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック樹脂、トリフェニルホスフィン、特定のシリカ粉末、ホスファゼン化合物、金属水和物および／またはホウ酸金属塩を必須成分とした特定の封止用エポキシ樹脂組成物およびこれを用いた半導体装置により、上記の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の一態様に係る封止用エポキシ樹脂組成物は、（Ａ）クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノールノボラック樹脂、（Ｃ）トリフェニルホスフィン、（Ｄ）（ｄ１）平均粒径１０〜３０μｍの結晶シリカ粉末７０質量％以上、（ｄ２）平均粒径３．０μｍ未満の結晶シリカ粉末１０重量％以下、（ｄ３）平均粒径３．０μｍ未満の溶融球状シリカ粉末５〜１５質量％、および（ｄ４）平均粒径０．５〜３μｍの溶融球状シリカ粉末５〜１５質量％からなるシリカ粉末混合物、（Ｅ）ホスファゼン化合物、並びに（Ｆ）金属水和物および／またはホウ酸金属塩を必須成分とし、前記（Ｄ）シラン粉末混合物の組成物全体に対する割合が７０〜８５質量％であることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の他の態様に係る半導体装置は、熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上である、上記封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物によって半導体素子が封止されてなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、熱伝導性、難燃性、強度、成形性のバランスが良好で、成形時の金型からの離型性、バリの抑制に優れ、かつ環境への負荷も少ない封止用エポキシ樹脂組成物、およびそのような封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止された信頼性に優れた半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
まず、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物に用いられる各成分について説明する。
本発明に用いられる（Ａ）成分のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂は成形性およびはんだ耐熱性に優れるという特徴を有している。硬化性の観点からは、エポキシ当量が１５０〜３００の範囲のものが好ましく、１８０〜２５０の範囲のものがより好ましい。具体的には、（Ａ）成分としては、住友化学工業（株）製のＥＳＣＮ−１９０（ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂の商品名；エポキシ当量１９５、軟化点６５℃）等が好ましく使用される。クレゾールノボラック型エポキシ樹脂は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。このクレゾールノボラック型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、組成物の全量に対して７〜３５質量％の範囲が好ましく、８〜１５質量％の範囲がより好ましい。７質量％未満では吸水率が増加するおそれがある。また、３５質量％を超えると難燃性が低下するおそれがある。
【００１７】
本発明においては、必要に応じて、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂を併用することができる。例えば、硬化性等を調整する目的で、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、ビフェニル型またはスチルベン型二官能エポキシ化合物等を使用することができる。これらのエポキシ樹脂は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。他のエポキシ樹脂を併用する場合、エポキシ樹脂総質量の５０質量％以下の範囲で配合することが好ましい。より好ましい範囲は、エポキシ樹脂総質量の３０質量％以下である。
【００１８】
本発明に用いられる（Ｂ）成分のフェノールノボラック樹脂としては、上記（Ａ）成分のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂のエポキシ基と反応し得るフェノール性水酸基を分子中に２個以上有するものであれば、特に制限されることなく使用される。本発明の目的のためには、フェノール性水酸基当量が１００〜２００の範囲のものが好ましく、硬化性の観点からは、フェノール性水酸基当量が１００〜１５０の範囲のものが特に好ましい。また、軟化点が５０〜１１０℃の範囲のものが好ましく、７０〜９０℃の範囲のものがより好ましい。具体的には、（Ｂ）成分としては、明和化成（株）製のＨ−１（商品名；水酸基当量１０６、軟化点８３℃）等が好ましく使用される。フェノールノボラック樹脂は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。このフェノールノボラック樹脂の配合量は、上記（Ａ）成分のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、および必要に応じて配合されるその他のエポキシ樹脂中のエポキシ基1当量当たり、フェノールノボラック樹脂中のフェノール性水酸基当量が０．５〜２．０当量となる範囲が好ましく、０．８〜１．２０当量となる範囲がより好ましい。０．５当量未満となる範囲では難燃性等が低下するおそれがある。また、２．０当量を超える範囲では吸水率が増加して信頼性が低下するおそれがある。
【００１９】
本発明においては、必要に応じて、フェノールノボラック樹脂以外の、上記エポキシ樹脂の硬化剤として作用するフェノール樹脂を併用することができる。具体的には、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、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂の変性樹脂（例えば、エポキシ化もしくはブチル化したノボラック型フェノール樹脂等）、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、パラキシレン変性フェノール樹脂、トリフェノールアルカン型フェノール樹脂、多官能型フェノール樹脂等を使用することができる。これらは１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。他のフェノール樹脂を併用する場合、フェノール樹脂総質量の５０質量％以下の範囲で配合することが好ましい。より好ましい範囲は、フェノール樹脂総質量の３０質量％以下である。なお、フェノールノボラック樹脂以外のフェノール樹脂を併用する場合、それらの樹脂中のフェノール性水酸基当量が、（Ａ）成分のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、および必要に応じて配合されるその他のエポキシ樹脂中のエポキシ基1当量当たり、前述した範囲、すなわち０．５〜２．０当量となる範囲が好ましく、０．８〜１．２０当量となる範囲がより好ましい。
【００２０】
本発明の封止用エポキシ樹脂組成物においては、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の反応を促進させる硬化促進剤として、（Ｃ）トリフェニルホスフィンが使用される。トリフェニルホスフィンとしては、不純物濃度が低いものが好ましい。このトリフェニルホスフィンの配合量は、特に限定されるものではないが、組成物の全量に対して０．０１〜５質量％の範囲が好ましい。トリフェニルホスフィンをこの範囲で配合することによって、良好な金型離型性を得ることができる。また、その結果、金型清掃の周期を延長させることができるため、連続成形性に優れたものとなる。また、トリフェニルホスフィンの配合量が０．０１質量％未満では、ゲルタイムが長くなり、半導体装置の生産サイクルが長くなる。逆に、５質量％を超えると、流動性が低下して充填性が不良となり、また、実装後の耐湿信頼性が低下するおそれがある。より好ましい範囲は、組成物の全量に対して０．０５〜１．０質量％の範囲である。
【００２１】
本発明においては、必要に応じて、トリフェニルホスフィン以外の公知の硬化促進剤、例えば、リン系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、ＤＢＵ(ジアザビシクロウンデセン)系硬化促進剤等を、本発明の効果を阻害しない範囲で併用することができる。これらの硬化促進剤は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
【００２２】
本発明に用いられる（Ｄ）成分のシリカ粉末混合物は、（ｄ１）平均粒径１０〜３０μｍ、好ましくは２５〜３０μｍの結晶シリカ粉末、（ｄ２）平均粒径３．０μｍ未満、好ましくは０．５〜２．０μｍの結晶シリカ粉末、（ｄ３）平均粒径３．０μｍ未満、好ましくは０．５〜１．５μｍの溶融球状シリカ粉末、および（ｄ４）平均粒径５〜１５μｍ、好ましくは８〜１５μｍの溶融球状シリカ粉末の混合物である。
【００２３】
（Ｄ）成分のシリカ粉末混合物は、（ｄ１）〜（ｄ４）成分の合計量で、組成物の全量に対して７０〜８５質量％、好ましくは７５〜８５質量％の割合で配合される。シリカ粉末混合物の割合が７０質量％未満では熱伝導率が低くなり、８５質量％を超えると流動性が低下して成形が困難になる。
【００２４】
また、（Ｄ）成分のシリカ粉末混合物において、（ｄ１）平均粒径１０〜３０μｍの結晶シリカ粉末の割合は７０質量％以上、好ましくは７０〜７５質量％であり、（ｄ２）平均粒径３．０μｍ未満の結晶シリカ粉末の割合は１０重量％以下、好ましくは５〜１０質量％である。（ｄ１）平均粒径１０〜３０μｍの結晶シリカ粉末の割合が７０質量％未満であるか、または（ｄ２）平均粒径３．０μｍ未満の結晶シリカ粉末の割合が１０重量％を超えると、良好な熱伝導性を発現させることができない。
【００２５】
また、（Ｄ）成分のシリカ粉末混合物において、（ｄ３）平均粒径３．０μｍ未満の溶融球状シリカ粉末の割合は５〜１５質量％、好ましくは５〜１０質量％であり、（ｄ４）平均粒径５〜１５μｍの溶融球状シリカ粉末の割合は５〜１５質量％、好ましくは５〜１０質量％である。（ｄ３）平均粒径３．０μｍ未満の溶融球状シリカ粉末および（ｄ４）平均粒径５〜１５μｍの溶融球状シリカ粉末のいずれか一方でも、配合量が前記割合を外れると、流動性が低下して成形が困難になる。
【００２６】
さらに、本発明においては、（ｄ３）平均粒径３．０μｍ未満の溶融球状シリカ粉末と（ｄ４）平均粒径５〜１５μｍの溶融球状シリカ粉末との質量比（ｄ３）／（ｄ４）が０．７５〜１．２５であることが好ましい。質量比（ｄ３）／（ｄ４）を前記範囲とすることで、金型キャビティ内のインナーリードやアイランド表裏における樹脂組成物のバランスが良好となり、ボイド、アイランドシフト、ボンディングワイヤの変形等の発生を抑えることができる。質量比（ｄ３）／（ｄ４）は０．８５〜１．１５であることがより好ましい。
【００２７】
なお、上記シリカ粉末の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（堀場製作所（株）製  製品名 シーラスレーザータイプ９２０）により測定した粒度分布において積算重量が５０％になる粒径である。
【００２８】
本発明に用いられる（Ｅ）成分のホスファゼン化合物は、次述する（Ｆ）成分とともに、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物に難燃性を付与する成分である。ホスファゼン化合物としては、特に、フェノキシホスファゼン化合物をフェニレン基等の架橋基で架橋させた架橋フェノキシホスファゼン化合物が好ましく使用される。
【００２９】
フェノキシホスファゼン化合物としては、下記構造式（１）で示される環状フェノキシホスファゼン化合物、下記構造式（２）で示される鎖状フェノキシホスファゼン化合物等が挙げられる。
【化１】
2012067252.tif 000002
（式中、ｍは３〜２５の整数を表す）
【化２】
2012067252.tif 000003
（式中、Ｘは基−Ｎ＝Ｐ（ＯＣ6 Ｈ5 ）3 または基−Ｎ＝Ｐ（Ｏ）ＯＣ6 Ｈ5 を、Ｙは基−Ｐ（ＯＣ6 Ｈ5 ）4 または基−Ｐ（ＯＣ6 Ｈ5 ）2 を、ｎは３〜１００００の整数をそれぞれ表す）
【００３０】
また、架橋基としては、フェニレン基の他、下記構造式（３）で表されるビスフェニレン基等が挙げられる。
【化３】
2012067252.tif 000004
（式中、Ａは基−Ｃ（ＣＨ3 ）2 −、基−ＳＯ2 −、基−Ｓ−または基−Ｏ−を、ａは０または１を表す）
【００３１】
（Ｅ）成分のホスファゼン化合物としては、なかでも、環状フェノキシホスファゼン化合物を架橋させたものが好ましい。ホスファゼン化合物は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
【００３２】
このホスファゼン化合物の配合量は、特に限定されるものではないが、組成物の全量に対して０．１〜３．０質量％の範囲が好ましく、０．１〜２．０質量％の範囲がより好ましい。０．１質量％未満では難燃性付与効果が十分ではなく、また、３．０質量％を超えると半導体装置の信頼性を低下させるおそれがある。
【００３３】
本発明に用いられる（Ｆ）成分は、金属水和物および／またはホウ酸金属塩であり、１８０℃以上の温度で結晶水を放出するか、熱分解によって水を放出するものであればよい。金属水和物としては、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等が挙げられる。水酸化アルミニウムの市販品を具体的に示すと、例えば、日本軽金属（株）製のＢ−５２、Ｂ−７３、Ｂ−１４０３、Ｂ−７０３（以上、いずれも商品名）等、昭和電工（株）製のＨ−１００Ｅ、Ｈ−２１０、Ｈ−３１０、Ｈ−Ｘ、Ｈ−４２Ｍ（以上、いずれも商品名）等が挙げられる。また、水酸化マグネシウムの市販品を具体的に示すと、例えば、協和化学（株）製のキスマ５Ａ、キスマ５Ｂ、キスマ５Ｅ（以上、いずれも商品名）等、神島化学（株）製の水マグ１０、水マグ１０Ａ（以上、いずれも商品名）等が挙げられる。
【００３４】
ホウ酸金属塩としては、例えば、ホウ砂、ホウ酸亜鉛、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸マグネシウム等が挙げられる。これらのなかでも、結晶水の放出温度が２００℃以上であり、かつ低分子ガスの補足能力のあるホウ酸亜鉛が好適である。ホウ酸亜鉛は、一般に、２ＺｎＯ・３Ｂ２Ｏ３・ｘＨ２Ｏ（ｘ＝３．３〜３．７）で示される式を持つ水和物であるが、ｘが３．５で、かつ２６０℃もしくはそれより高い温度まで安定なものが好ましい。ホウ酸亜鉛の好ましい市販品を具体的に示すと、例えば、水澤化学工業（株）製のアルカネックスＦＲＦ−３０、アルカネックスＦＲＣ−１５０、アルカネックスＦＲＣ−５００、アルカネックスＦＲＣ−６００（以上、いずれも商品名）等、リオテイントジャパン（株）製のファイヤーブレイクＺＢ（商品名）等が挙げられる。ちなみにアルカネックスＦＲＣ−５００は、２ＺｎＯ・３Ｂ２Ｏ３・３．５Ｈ２Ｏである。
【００３５】
なお、金属水和物およびホウ酸金属塩はそれぞれ１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
【００３６】
また、（Ｆ）成分の金属水和物および／またはホウ酸金属塩は、全体として、平均粒径が２０μｍ以下、最大粒径が１００μｍ以下であることが好ましく、平均粒径が１０μｍ以下、最大粒径が５０μｍ以下であることがより好ましい。平均粒径が２０μｍを超えるか、または最大粒径が１００μｍを超えた場合には、流動性の低下、充填性の低下、ワイヤ流れ等を招くおそれがある。さらに、（Ｆ）成分に用いる金属水和物およびホウ酸金属塩は、粒径が０．１〜５０μｍであることが好ましく、０．２〜３０μｍであることがより好ましい。粒径が０．１μｍ未満では、比表面積が大きくなるため吸油量が増大し、流動性や金型離型性等が低下するおそれがある。また、粒径が５０μｍを超えると、場合により機械的強度が低下するおそれがある。
【００３７】
なお、上記金属水和物およびホウ酸金属塩の平均粒径、最大粒径および粒径は、例えば、レーザー回折式粒度分布測定装置（堀場製作所（株）製  製品名 シーラスレーザータイプ９２０）により求めることができ、平均粒径については、同装置で測定された粒度分布において積算重量が５０％になる粒径である。
【００３８】
（Ｆ）成分の金属水和物および／またはホウ酸金属塩の配合量は、特に限定されるものではないが、組成物の全量に対して５〜１５質量％の範囲が好ましく、７〜１０質量％の範囲がより好ましい。５質量％未満では難燃性付与効果が十分ではなく、また、１５質量％を超えると、封止材としての成形性や接着力が低下するとともに、吸湿率が増加し、半導体装置の信頼性を低下させるおそれがある。
【００３９】
本発明の封止用エポキシ樹脂組成物には、充填性、無機充填剤と樹脂との密着性等を高める目的で、さらにカップリング剤を配合することができる。カップリング剤としては、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、アルミニウムキレート類、アルミニウム／ジルコニウム系化合物等が挙げられるが、添加による効果等の観点から、なかでもシランカップリング剤が好ましい。
【００４０】
好ましいシランカップリング剤の例としては、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、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。例えば、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシランはＮＵＣ  Ａ−１８７、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランはＮＵＣ  Ａ−１８９、γ−アミノプロピルトリエトキシシランはＮＵＣ  Ａ−１１００、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシランはＮＵＣ  Ａ−１１６０、Ｎ−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランはＮＵＣ  Ａ−１１２０という商品名で、いずれもユニカー（株）より市販されている。
【００４１】
カップリング剤の配合量は、添加による効果、耐熱性、コスト等の観点から、組成物の全量に対して０．０３〜５．０質量％の範囲が好ましく、０．１〜２．５質量％の範囲がより好ましい。
【００４２】
本発明の封止用エポキシ樹脂組成物には、以上の各成分の他、この種の組成物に一般に配合される、合成ワックス、天然ワックス、エステル類、直鎖脂肪酸の金属塩、酸アミド等の離型剤、カーボンブラック等の着色剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力付与剤等を、本発明の効果を阻害しない範囲で、必要に応じて配合することができる。
【００４３】
本発明の封止用エポキシ樹脂組成物の一般的な調製方法は、まず、乾式混合装置に（Ｄ）成分のシリカ粉末混合物、（Ｅ）成分のホスファゼン化合物および（Ｆ）成分の金属水和物および／またはホウ酸金属塩を加え、混合する。なお、（Ｄ）成分の（ｄ１）〜（ｄ４）成分は予め混合することなく乾式混合装置に個々に加えるようにしてもよい。次に、予め粉末状態にした（Ａ）クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノールノボラック樹脂、（Ｃ）トリフェニルホスフィン、および必要に応じて配合される各種成分を加え、均一に混合する。その後、この混合物を二本ロール、連続混練装置等により溶融混練し、シート化した後、冷却し、適当な大きさに粉砕する。。
【００４４】
本発明の半導体装置は、上記封止用エポキシ樹脂組成物を用いて各種の半導体素子を封止することにより製造することができる。封止を行う半導体素子としては、ＩＣ、ダイオード、、サイリスタ、トランジスタ等が例示される。封止方法としては、低圧トランスファー法が一般的であるが、射出成形、圧縮成形、注型等による封止も可能である。封止用エポキシ樹脂組成物で封止後は、加熱して硬化させ、最終的にその硬化物によって封止された半導体装置が得られる。なお、硬化物は、熱線法により測定される熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。
【００４５】
本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、高い熱伝導性を有するとともに、流動性が良好で成形性に優れ、さらに金型離型性が良好で、ハロゲンフリーの優れた難燃性を有している。したがって、各種半導体装置の封止材として、なかでも、パワーデバイスと称するトランジスタ、ダイオード、サイリスタ等の半導体装置の封止材として非常に有用である。
【実施例】
【００４６】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。また、以下の記載において、「部」は「質量部」を示すものとする。
【００４７】
（実施例１）
シリカ粉末として、平均粒径１１μｍの結晶シリカ粉末（（株）龍森製  商品名 ＭＣＣ−４；結晶シリカ粉末（ｄ１）と表記）５７部、平均粒径１．５μｍの結晶シリカ粉末（（株）龍森製  商品名 ５Ｘ；結晶シリカ粉末（ｄ２）と表記）７部、平均粒径０．５μｍの溶融球状シリカ粉末（（株）アドマテックス製  商品名 ＳＯ−２５Ｒ；溶融球状シリカ粉末（ｄ３）と表記）５部、および平均粒径５．８μｍの溶融球状シリカ粉末（電気化学工業（株）製  商品名 ＦＢ−７ＳＤＣ；溶融球状シリカ粉末（ｄ４）と表記）５部と、ホウ酸金属塩として、平均粒径８μｍのホウ酸亜鉛（水澤化学工業（株）製  商品名 ＦＲＣ−１５０）１０部とをミキサーに入れ、攪拌しながらシランカップリング剤（日本ユニカー（株）製  商品名 Ｙ−９６６９）０．５部を添加して表面処理した。その後、シリコーンオイル（信越シリコーン（株）製  商品名 ＫＦ−１０１）０．２部を添加した。
【００４８】
さらに、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  商品名 ＥＳＣＮ−１９０；エポキシ当量１９５、軟化点６５℃）９．７部、フェノールノボラック樹脂（明和化成（株）製  商品名 Ｈ−１；水酸基当量１０６、軟化点８３℃）４．８部、トリフェニルホスフィン（ケイアイ化成（株）製  商品名 ＰＰ−３６０）０．１５部、架橋フェノキシホスファゼン（大塚化学（株）製  商品名 ＳＰＥ−１００）０．１５部、精製カルナバワックス（（株）セラリカＮＯＤＡ製  商品名 Ｎｏ−１）０．３部、およびカーボンブラック（三菱化学（株）製  商品名 ＭＡ−６００）０．２部を添加し、常温で混合した後、２軸ロール混練機を用いて６０〜７０℃で混練し、冷却後、粉砕して封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００４９】
（実施例２）
ホウ酸亜鉛（商品名 ＦＲＣ−１５０）の添加量を７．０部に変えた以外は実施例１と同様にして封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００５０】
（実施例３）
ホウ酸亜鉛（商品名 ＦＲＣ−１５０）の添加量を１５．０部に変えた以外は実施例１と同様にして封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００５１】
（実施例４）
ホウ酸亜鉛（商品名 ＦＲＣ−１５０）に代えて平均粒径１．０μｍの水酸化アルミニウム（日本軽金属（株）製  商品名  Ｂ−１４０３）を用いた以外は実施例１と同様にして封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００５２】
（実施例５）
ホウ酸亜鉛（商品名 ＦＲＣ−１５０）に代えて平均粒径１．０μｍの水酸化マグネシウム（タテホ化学工業（株）製  商品名 エコーマグ）を用いた以外は実施例１と同様にして封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００５３】
（実施例６）
ホウ酸亜鉛（商品名 ＦＲＣ−１５０）１０．０部に代えて、同ホウ酸亜鉛（商品名 ＦＲＣ−１５０）５．０部および平均粒径１．０μｍの水酸化アルミニウム（商品名  Ｂ−１４０３）５．０部を用いた以外は実施例１と同様にして封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００５４】
（実施例７）
トリフェニルホスフィン（商品名 ＰＰ−３６０）の添加量を０．３０部とし、かつホウ酸亜鉛（商品名 ＦＲＣ−１５０）の添加量を８．０部とした以外は実施例１と同様にして封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００５５】
（実施例８）
ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（商品名 ＥＳＣＮ−１９０）、フェノールノボラック樹脂（商品名 Ｈ−１）、結晶シリカ粉末（ｄ２）、溶融球状シリカ粉末（ｄ３）、溶融球状シリカ粉末（ｄ４）、およびホウ酸亜鉛（商品名 ＦＲＣ−１５０）の添加量をそれぞれ表１に示すように変えた以外は実施例と同様にして封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００５６】
（実施例９）
フェノキシホスファゼン（商品名 ＳＰＥ−１００）の添加量を０．５０部とし、かつホウ酸亜鉛（商品名 ＦＲＣ−１５０）の添加量を４．０部とした以外は実施例１と同様にして封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００５７】
（比較例１）
結晶シリカ粉末（ｄ１）、結晶シリカ粉末（ｄ２）、溶融球状シリカ粉末（ｄ３）および溶融球状シリカ粉末（ｄ４）の添加量を、それぞれ４０．０部、５．０部、７．０部および６．０部とした以外は実施例１と同様にして封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００５８】
（比較例２）
結晶シリカ粉末（ｄ２）の添加量を１０．０部に変えた以外は実施例１と同様にして封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００５９】
（比較例３）
溶融球状シリカ粉末（ｄ３）の添加量を２．０部とした以外は実施例１と同様にして封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００６０】
（比較例４）
溶融球状シリカ粉末（ｄ３）および溶融球状シリカ粉末（ｄ４）の添加量を、それぞれ５．５部および２．０部とし、かつホウ酸亜鉛（商品名 ＦＲＣ−１５０）の添加量を１１．０部とした以外は実施例１と同様にして封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００６１】
（比較例５）
結晶シリカ粉末（ｄ２）および溶融球状シリカ粉末（ｄ３）の添加量を、それぞれ５．０部および１３．０部とした以外は実施例１と同様にして封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００６２】
（比較例６）
結晶シリカ粉末（ｄ２）の添加量を５．０部とし、溶融球状シリカ粉末（ｄ４）の添加量を１３．０部とし、かつホウ酸亜鉛（商品名 ＦＲＣ−１５０）の添加量を１１．０部とした以外は実施例１と同様にして封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００６３】
（比較例７）
フェノキシホスファゼン（商品名 ＳＰＥ−１００）の添加量を３．００部とし、かつホウ酸亜鉛（商品名 ＦＲＣ−１５０）を未配合とした以外は実施例１と同様にして封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００６４】
（比較例８）
結晶シリカ粉末（ｄ１）、結晶シリカ粉末（ｄ２）、溶融球状シリカ粉末（ｄ３）および溶融球状シリカ粉末（ｄ４）の添加量を、それぞれ５０．０部、５．０部、７．０部および６．０部とし、フェノキシホスファゼン（商品名 ＳＰＥ−１００）の添加量を０．１０部とし、かつホウ酸亜鉛（商品名 ＦＲＣ−１５０）の添加量を２０．０部とした以外は実施例１と同様にして封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００６５】
（比較例９）
トリフェニルホスフィン（商品名 ＰＰ−３６０）に代えて、２−エチル−４−メチル
イミダゾール（四国化成（株）製  商品名 キュアゾール２Ｅ４ＭＺ）を使用した以外は実施例１と同様にして封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００６６】
（比較例１０）
ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（商品名 ＥＳＣＮ−１９０）、フェノールノボラック樹脂（商品名 Ｈ−１）、結晶シリカ粉末（ｄ１）、結晶シリカ粉末（ｄ２）溶融球状シリカ粉末（ｄ３）、溶融球状シリカ粉末（ｄ４）、およびホウ酸亜鉛（商品名 ＦＲＣ−１５０）の添加量をそれぞれ表１に示すように変えた以外は実施例と同様にして封止用エポキシ樹脂組成物を製造した。
【００６７】
上記各実施例および各比較例で得られた封止用樹脂組成物について、下記に示す方法で各種特性を評価した。結果を表１および表２に併せ示す。
【００６８】
［金型離型性］
封止用エポキシ樹脂組成物を１７５℃に加熱した金型で成形し、その金型から離型する際の荷重（離型荷重）をプッシュ・プル・ゲージにより測定するとともに、その測定値より下記の基準で評価した。なお、金型には鏡面加工を施した金型と梨地面の金型を用いた。
○：離型荷重値４０Ｎ未満
△：離型荷重値４０Ｎ以上５０Ｎ未満
×：離型荷重値５０Ｎ以上
［スパイラルフロー］
ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー金型を用い、封止用エポキシ樹脂組成物を温度１７５℃、圧力９．８ＭＰａの条件でトランスファー成形し、スパイラルフローを測定した。
［フロー粘度］
高化式フローテスタ（（株）島津製作所製  ＣＦＴ−１００）を用い、温度１７５℃、荷重圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ２（約０．９８ＭＰａ）でのフロー粘度を測定した。
［スリットバリ］
スリットバリ測定用金型（厚さ１０μｍおよび２０μｍ、長さ２００ｍｍ、幅８ｍｍのスリット）を用いて、封止用エポキシ樹脂組成物を温度１７５℃、注入圧力７．０ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件で成形した後、スリット内に充填された距離を測定し、下記の基準で評価した。
○：バリ長３ｍｍ未満
△：バリ長３ｍｍ以上５ｍｍ未満
×：バリ長５ｍｍ以上
［熱伝導度］
封止用エポキシ樹脂組成物を１７５℃、８時間の条件で加熱成形して直径１００ｍｍ、厚さ２５ｍｍの試験片を作製した。この試験片について、迅速熱伝導率測定装置（京都電子工業（株）製）を用いて測定した。
【００６９】
［熱時曲げ強度］
封止用エポキシ樹脂組成物を１７５℃、１２０秒間の条件でトランスファー成形し、その後、後硬化を行わずに直径１００ｍｍ、厚さ３．０ｍｍの試験片を作製した。この試験片についてＪＩＳ  Ｋ  ６９１１にしたがって、インストロン万能試験機（インストロン社製  測定機名 ５９４２）を用いて、温度１７５℃における曲げ硬度を測定した。
［難燃性］
封止用エポキシ樹脂組成物を１７５℃、１２０秒間の条件でトランスファー成形し、その後、１７５℃、８時間の後硬化を行って１２．７ｍｍ×１．２７ｍｍ×０．８ｍｍの硬化物を得、ＵＬ９４耐炎性試験規格に基づく燃焼試験を行った。
［成形性］
２０個取り金型（３ピン小型半導体装置：縦２．５ｍｍ×横１．５ｍｍ×高さ０．５ｍｍ）を使用して、封止用エポキシ樹脂組成物を温度１７５℃、注入圧力７．０ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件で封止成形し、金型を開く際に成形品に目視による観察で割れまたは欠けが発生した数を計数した。同様に、目視による観察で半導体装置裏面への封止用エポキシ樹脂組成物の充填が十分になされなかった成形品の数（不良数）を計数した。
【００７０】
【表１】
2012067252.tif 000005
【００７１】
【表２】
2012067252.tif 000006
【００７２】
表１、２から明らかなように、本発明の実施例の封止用エポキシ樹脂組成物、特に、シリカ粉末成分として、平均粒径１０〜３０μｍの結晶シリカ粉末７０質量％以上、平均粒径３．０μｍ未満の結晶シリカ粉末１０質量％以下、平均粒径３．０μｍ未満の溶融球状シリカ粉末５〜１５質量％、平均粒径５〜１５μｍの溶融球状シリカ粉末５〜１５質量％からなり、かつ平均粒径３．０μｍ未満の溶融球状シリカ粉末と平均粒径５〜１５μｍの溶融球状シリカ粉末との混合比（質量基準）が０．７５〜１．２５であるシリカ粉末を使用した実施例では、硬化物強度特性と金型離型性のバランスに優れ、良好な成形を有するとともに、難燃性や熱伝導性にも優れていることがわかった。