(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体封止用エポキシ樹脂組成物において低粘度で良好な成形性、耐リフロー性を維持しつつ、高温保管性を向上させる。【解決手段】エポキシ樹脂、硬化剤および無機充填材を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、エポキシ樹脂として、（Ａ）ビフェニルアラルキル分子骨格を持つエポキシ樹脂と（Ｂ）ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のうちの少くとも１種のエポキシ樹脂とが共に含まれ、無機充填材が前記組成物全体量の６０質量％以上９５質量％以下含まれているものとする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂、硬化剤および無機充填材を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、エポキシ樹脂として、（Ａ）ビフェニルアラルキル分子骨格を持つエポキシ樹脂と（Ｂ）ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のうちの少くとも１種のエポキシ樹脂とが共に含まれ、無機充填材が前記組成物全体量の６０質量％以上９５質量％以下含まれてい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（Ａ）ビフェニルアラルキル分子骨格を持つエポキシ樹脂と（Ｂ）ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のうちの少くとも１種のエポキシ樹脂との質量比率（Ａ／Ｂ）が１／９〜９／１の範囲内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】
前記（Ａ）ビフェニルアラルキル分子骨格を持つエポキシ樹脂は、次式（１）；
【化１】
2013234303.tif 000007
（式中のＬは１〜５、ｍは０〜２およびｎは０〜４の数を示し、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ5およびＲ６は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基およびアリル基のうちのいずれかを示し、互いに同一もしくは別異であってもよい。ＯＧはグリシジルエーテル基を示す。）
で表わされるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
前記（Ｂ）ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂は、次式（２）；
【化２】
2013234303.tif 000008
（式中のＯＧはグリシジルエーテル基を示す。）
で表わされるいずれかのものであることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
次式（３）；
【化３】
2013234303.tif 000009
（式中のＸは、Ｓ、ＮおよびＯの元素のいずれかを示し、ｙは０〜３の数を示し、Ｒ7は芳香族基を、Ｒ8は脂肪族基を示す。）
で表わされるカップリング剤を含むことを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項６】
請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物をもって封止されてい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】
本発明は半導体封止用エポキシ樹脂組成物と半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体の封止には、信頼性、生産性等の観点から、エポキシ樹脂組成物が広く用いられている。また、複雑な実装方式に対応するために、半導体封止用エポキシ樹脂樹脂組成物には、より良好な成形性や接着性、低応力性等の性能の向上が求められている。
【０００３】
これら性能の向上のための方策がこれまでにも様々に試みられている。例えば、エポキシ樹脂として、テトラメチルビフェニル型エポキシ樹脂やテトラビフェノール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル樹脂を配合した樹脂組成物（特許文献１）や、嵩高い置換基を有するジシクロペンタジエンフェノールを原料とするエポキシ樹脂を主成分とする樹脂組成物など様々な検討が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−４７７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、半導体封止のためのエポキシ樹脂組成物の様々な改善の試みにもかかわらず、従来では、耐リフロー性や低粘度を維持しつつ、高温保管性を維持するのが難しいという問題があった。ここで高温保管性とは、２００℃や１７５℃等の高温状態で長時間保管しても、クラック発生など不具合が生じないことを意味している。
【０００６】
従来では、このような高温保管性を向上させようとすると、エポキシ樹脂組成物の流動性が低下して成形性の点で好ましくないのが実状であった。
【０００７】
そこで、本発明は、低粘度で良好な成形性や耐リフロー性を維持しつつ、高温保管性を向上させることのできる半導体封止用の新しいエポキシ樹脂組成物と、これを用いて封止した半導体装置を提供することを課題としている。
【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、硬化剤および無機充填材を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、エポキシ樹脂として、（Ａ）ビフェニルアラルキル分子骨格を持つエポキシ樹脂と（Ｂ）ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のうちの少くとも１種のエポキシ樹脂とが共に含まれ、無機充填材が前記組成物全体量の６０質量％以上９５質量％以下含まれていることを特徴としている。
【０００９】
前記（Ａ）ビフェニルアラルキル分子骨格を持つエポキシ樹脂と（Ｂ）ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のうちの少くとも１種のエポキシ樹脂との質量比率（Ａ／Ｂ）は、１／９〜９／１の範囲内であることが好ましい。
【００１０】
また、前記（Ａ）ビフェニルアラルキル分子骨格を持つエポキシ樹脂は、次式（１）；
【００１１】
【化１】
2013234303.tif 000002
【００１２】
（式中のＬは１〜５、ｍは０〜２およびｎは０〜４の数を示し、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５およびＲ６は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基およびアリル基のうちのいずれかを示し、互いに同一もしくは別異であってもよい。ＯＧはグリシジルエーテル基を示す。）
で表わされるものであることが好ましい。
【００１３】
前記（Ｂ）ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂については、次式（２）；
【００１４】
【化２】
2013234303.tif 000003
【００１５】
（式中のＯＧはグリシジルエーテル基を示す。）
で表わされるいずれかのものであることが好ましい。
【００１６】
そしてまた、前記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、次式（３）；
【００１７】
【化３】
2013234303.tif 000004
【００１８】
（式中のＸは、Ｓ、ＮおよびＯの元素のいずれかを示し、ｙは０〜３の数を示し、Ｒ7は芳香族基を、Ｒ8は脂肪族基を示す。）
で表わされるカップリング剤を含むことが好ましい。
【００１９】
本発明は、以上の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物をもって封止されていることを特徴とする半導体装置をも提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物によれば、低粘度で良好な成形性や耐リフロー性を維持しつつ、高温保管性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物においては、前記のとおり、主成分として、エポキシ樹脂、硬化剤および無機充填材を含有している。このうちの主成分エポキシ樹脂としては、（Ａ）ビフェニルアラルキル分子骨格を持つエポキシ樹脂と（Ｂ）ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のうちの少くとも１種のエポキシ樹脂との併用を必須としている。
【００２２】
エポキシ樹脂（Ａ）成分のビフェニルアラルキル分子骨格を持つエポキシ樹脂は、ビフェニルアラルキル分子骨格を持つものであれば各種であってよく、適宜な置換基や側鎖を有していてもよいし、適宜な繰り返し単位と単位数を有していてもよい。
【００２３】
好適なものとしては、前記式（１）で表わされるものが挙げられる。ここで繰り返し単位数Ｌについては、３以上のものを含有していてもよいが、流動性、充填性を良好とするためにはＬが３未満のもの、さらにはＬ＝０のものがより好ましい。
【００２４】
また、エポキシ樹脂（Ｂ）成分のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂についても同様に各種のものであってよい。好適なものとしては、前記式（２）で表わされるもののうちの少くともいずれかのものが挙げられる。
【００２５】
エポキシ樹脂の（Ａ）成分（Ｂ）成分の合計量は、配合されるエポキシ樹脂全体の８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上とする。このエポキシ樹脂の（Ａ）成分と（Ｂ）成分との配合比率は、成形性、耐リフロー性と高温保管性との良好なバランスから、質量比率（Ａ／Ｂ）として，１／９〜９／１の範囲内であることが好ましい。（Ａ）成分が９割を超える場合には粘度が大きくなりやすく、他方で１割未満の場合には高温保管性が低下しやすい。より好ましくは質量比率（Ａ／Ｂ）は３／７〜７／３の範囲内である。
【００２６】
なお、本発明の目的、効果を阻害しない許容される範囲内においては、他種のエポキシ樹脂が配合されてよい。例えば、０−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、フェニレン型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００２７】
硬化剤は各種のものであってよい。好適にはフェノールノボラック、クレゾールノボラック、フェノールアラルキル、ビフェニルアラルキル、ナフトールアラルキル、フェノール・キシリレン重合体等、各種多価フェノール化合物あるいは、ナフトール化合物、トリアジン骨格を有するフェノールを併用すること等が例示される。フェニルアラルキル型フェノール樹脂を併用する組み合わせの樹脂組成物も硬化性において有効である。
【００２８】
これら硬化剤には、必要に応じて硬化助剤を併用してもよい。硬化助剤については、特に制限されないが、公知のものを使用できる。テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレートやトリフェニルホスフィン、あるいは他の有機ホスフィン類、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン等の３級アミン類、あるいは２−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−メチルヒドロキシイミダゾール等のイミダゾール類のいずれかを１種、もしくは２種以上併用することもできる。
【００２９】
エポキシ樹脂と、硬化剤もしくは硬化剤および硬化助剤の配合比率については、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全体量に対して一般的には次のようにすることが好ましい。
【００３０】
エポキシ樹脂；５質量％以上３５質量％以下。硬化剤；０．５質量％以上５質量％以下。硬化助剤；０．５質量％以下。
【００３１】
また、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物では、その全体量の６０質量％以上９５質量％以下の無機充填材が配合される。６０質量％未満においては所要の封止特性が得られない。一方、９０質量％を超える場合には成形性等の特性が不具合となる。
【００３２】
無機充填材は、特に制限されないが、公知のものをはじめ各種使用でき、溶融シリカ、結晶シリカ、合成シリカ、アルミナ、窒化珪素、酸化カルシウムなどを１種、もしくは２種以上併用することができる。充填性や流動性の観点からは、特に溶融球状シリカが好ましく、更に好ましくは真球に近いものが望ましい。平均粒径１ミクロン以下の球状シリカを使用することにより高流動にすることもできる。
【００３３】
熱伝導性の観点からは、アルミナや結晶シリカ、窒化珪素などが好ましい。
【００３４】
また、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物では、カップリング剤を配合するのが有効である。カップリング剤としては、従来公知のものをはじめ各種使用してよい。例を挙げると、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルジメトキシシランなどのメルカプトシラン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリエトキシシランなどの２級アミノシラン、ビニルシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどのメタクリロキシシランカップリング剤等を使用することができ、これらを１種、もしくは２種以上併用してもよい。密着性の観点から、前記式（３）で表わされるものが好ましい。
【００３５】
さらに必要に応じて離型剤、難燃剤等が添加配合されてよい。
【００３６】
離型剤は、特に制限されないが、公知のものをはじめ各種使用でき、カルナバワックス、ステアリン酸、モンタン酸、ステリアン酸塩、カルボキシル基含有ポリオレフィン、酸化ポリエチレン、モンタン酸ビスアマイド等を用いることができ、１種、もしくは２種以上併用しても構わない。
【００３７】
用途によっては、難燃性を向上させるために、水酸化マグネシウム、あるいは水酸化アルミニウム等の金属酸化物、２元素以上を含む複合金属水酸化物あるいはチタネート系カップリング剤などで表面処理された金属水酸化物、赤リンや、有機りんなどのリン系難燃剤、酸化アンチモン、臭素化エポキシ樹脂などを含んでもよい。
【００３８】
その他添加剤として、カーボンブラック、染料、顔料などの着色剤、シリコーンエラストマー、シリコーンオイル、シリコーンゲルなどの低弾性化剤を使用してもよい。また、ハイドロタルサイト、ヒドロキシアパタイト、及びビスマス、ジルコニウム、アルミニウム、マグネシウム、アンチモンを含有する無機イオントラップ剤などを添加しても良い。
【００３９】
他にも、密着付与剤として、１，４−ジチオモルホリンや、他のチオール誘導体、有機リン系密着付与剤等を併用しても良い。
【００４０】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、必須成分およびその他の任意成分を均一に分散混合できる方法であれば、その調製方法に特に制限はない。一般的な方法として、所定の配合量の成分をミキサー等により十分混合した後、ミキシングロールやニーダーにより、必要に応じて加熱しながら溶融混合させる方法が挙げられる。
【００４１】
本発明の半導体装置は、集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオードなどの半導体素子および／または半導体集積回路が、本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止されているものであり、半導体素子および／または半導体集積回路の種類、封止方法、パッケージ形状などには特に限定はない。
【００４２】
封止の一般的な方法としては、低圧トランスファー成形法が挙げられるが、射出成形、圧縮成形、注型、ポッティング等により封止することもできる。成形時および／または成形後の硬化条件は、エポキシ樹脂組成物の各成分の種類や、配合量により異なるが、通常、１５０〜２２０℃の温度で３０秒から１０時間である。
【００４３】
トランスファー成形などの方法で封止された半導体装置は、そのままあるいは８０〜２００℃の温度で１５秒〜１０時間かけて完全硬化させた後、電子機器等に搭載される。
【００４４】
樹脂封止型半導体装置のパッケージ形状としては、ＤＩＰ、ＺＩＰ、ＳＯＰ、ＳＯＪ、ＱＦＰなどのリードフレームタイプ。ＢＧＡなどの片面封止タイプ、ＴＡＢ、ＣＳＰなどが挙げられる。
【００４５】
以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。
【実施例】
【００４６】
表１に示した原材料を用いて、表２に示した所定の配合割合の実施例１〜３、比較１〜２の樹脂組成物を調製した。
【００４７】
この各々の樹脂組成物について半導体封止に係わる性能を以下のとおりの方法で評価した。その評価の結果も表２に示した。
＜耐熱信頼性＞
１４×１４×ｍｍｔ  ＬＱＦＰ（封止サイズ  １４×１４×ｍｍｔ、Ｃｕリードフレームチップ８×９×０．３５ｍｍｔ）にて評価。
【００４８】
成形条件：１８０℃×６０ｓキュア
吸湿条件：アフターキュア１７５℃４時間後、ベーク１２５℃１２時間＋８５℃／８５％Ｒｈ／７２ｈｒ後、ＩＲリフローをＭａｘ２６５℃を通し、十分冷却後、合計３回通した。
【００４９】
ＳＡＴによる観察を実施し、剥離数を確認した。
＜フローテスター粘度＞
ＪＩＳに基づき、島津製作所株式会社製  高下式フローテスター粘度計（１ｍｍφ×１０ｍｍＬ）にて測定実施。
【００５０】
溶融カーブの最低粘度をフローテスター粘度とする。
＜熱時硬度＞
新栄機械製５ｔプレスを使用し、トランスファー圧力７０ｋｇｆ・ｃｍ2設定にてカラープレート金型にて金型実温１８０℃にて注入５ｓ、６０ｓキュア後、金型を開き、１０ｓ以内にショアＤ硬度計にて５０ｍｍφ×３ｍｍ厚の成形品ほぼ中央で硬度を測定した。
＜高温保管性＞
耐熱信頼性と同じく、アフターキュア済の１４口ＬＱＦＰ成形品を２００℃の乾燥機に投入し、１００ｈｒ毎に実体顕微鏡で、表面を観察し、クラックの有無を観察する。
【００５１】
【表１】
2013234303.tif 000005
【００５２】
【表２】
2013234303.tif 000006
【００５３】
本発明の実施例１〜３においては、比較例１〜２との対比より明らかなように、低粘度で良好な成形性そして耐リフロー性を維持しつつ、しかも優れた高温保管性が得られていることがわかる。