(57)【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、硬化促進剤を必須成分として含有してなるエポキシ樹脂組成物において、硬化促進剤として下記一般式（１）で表わされる有機リン系化合物を配合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。
【化１】
0003876944.tif 000008
〔但し、式中Ｒ1 は水素原子、同一又は異種の炭素数１〜４のアルキル基又はアルコキシ基を示し、ｎは０〜５の整数である。Ｘは−（ＣＨ2 ）p −（ｐは６〜１２の整数）又は下記一般式（２）で示される基である。
【化２】
0003876944.tif 000009
（式中、Ｒ2 は水素原子、同一又は異種の炭素数１〜４のアルキル基又はアルコキシ基を示し、ｑ，ｒはそれぞれ０〜１２の整数、ｍは０〜４の整数である。）〕
【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の硬化物で封止された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形性、保存安定性に優れた硬化物を与える半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びその硬化物で封止された半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
現在、半導体デバイスは樹脂封止型のダイオード、トランジスター、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩが主流となっており、一般にエポキシ樹脂が他の熱硬化性樹脂に比べ成形性、接着性、電気特性、機械特性、耐湿性等に優れているため、エポキシ樹脂組成物で半導体装置を封止することが多く行われている。最近は、これらの半導体装置は集積度が益々大きくなり、それに応じてチップ寸法も大きくなりつつある。
【０００３】
一方、これに対してパッケージ外形寸法は電子機器の小型化、軽量化の要求に伴い薄型化が進んでいる。チップ寸法、パッケージ形状の変化に対応して、樹脂組成物は十分に低粘度である必要があり、粘度の高い樹脂組成物で封止するとワイヤー流れ、パッドシフト、ボイド発生や未充填等の成形トラブルが起こり易い。
【０００４】
また、チップに対するダメージをより少なくするため、樹脂組成物は良好な硬化性及び金型離型性を有することも必要である。この硬化性及び金型離型性を改良するためには、硬化促進剤を多めに配合する手法が一般的であり、硬化促進剤の配合量を多くすることにより、樹脂組成物は硬化が速くなり成形後の強度も高くなるため、一般に金型離型性を向上させることができる。
【０００５】
しかしながら、上記の手法では、金型離型性は向上するものの、樹脂組成物の粘度が高くなり、前述したようなワイヤー流れ、パッドシフト、ボイド発生や、未充填等の成形トラブルが起こり易い。また、硬化促進剤の配合量が多いと、室温付近の温度でも反応が進み易く粘度が上昇するため、樹脂組成物の保存安定性が悪くなるという問題点もあった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、良好な硬化性及び金型離型性を有し、かつ成形性、保存安定性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びその硬化物で封止された半導体装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を行った結果、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、硬化促進剤を必須成分として含有してなるエポキシ樹脂組成物において、硬化促進剤として下記一般式（１）で表わされる有機リン系化合物を配合することにより、良好な硬化性及び金型離型性を有すると共に、成形性、保存安定性に優れた硬化物を与え、その硬化物で封止された半導体装置は高い信頼性を有することを知見し、本発明をなすに至ったものである。
【０００８】
【化３】
0003876944.tif 000002
【０００９】
以下、本発明について更に詳しく説明すると、本発明のエポキシ樹脂組成物に用いるエポキシ樹脂としては、１分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有し、後述する各種の硬化剤によって硬化させることが可能である限り分子構造、分子量等に制限はなく、従来から知られている種々のエポキシ樹脂の中から適宜選択して使用することができる。エポキシ樹脂として具体的には、ノボラック型エポキシ樹脂、トリフェノールアルカン型エポキシ樹脂及びその重合物、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン−フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００１０】
本発明に用いる硬化剤としては、フェノール化合物、アミン化合物、酸無水物等の従来からエポキシ樹脂の硬化剤として使用されるもの全般を適用し得、特に制限されないが、１分子中にフェノール性水酸基を２個以上有するフェノール樹脂を好適に使用することができる。具体的には、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、トリフェノールアルカン型フェノール樹脂及びその重合物、ナフタレン環含有フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂などが挙げられ、これらの硬化剤は単独で又は２種以上を混合して用いることができる。
【００１１】
なお、エポキシ樹脂と硬化剤の配合量は特に制限されず、硬化剤を硬化有効量用いればよいが、上述したフェノール樹脂を用いる場合には、エポキシ樹脂中に含まれるエポキシ基１モルに対して、フェノール樹脂中に含まれるフェノール性水酸基のモル比が０．５〜１．５、特に０．８〜１．２となる範囲にすることが好ましい。
【００１２】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、無機充填材を配合することにより封止材の膨張係数を小さくし、半導体素子に加わる応力を低下させることができる。このような無機充填材としては、通常のエポキシ樹脂組成物に配合されるものを使用することができる。具体的には、破砕状、球状の形状を有する溶融シリカ、結晶性シリカが主に用いられ、この他にアルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、酸化チタン、ガラス繊維等を使用することもできる。
【００１３】
更に、硬化物の低膨張化と成形性を両立させるためには、上記無機充填材として球状と破砕品とのブレンド、あるいは球状品のみを用いることが好ましい。更に、上記無機充填材の平均粒径は５〜３０μｍの範囲が好適である。
【００１４】
なお、無機充填材は、樹脂と無機充填材表面との結合強度を強くするため、予めシランカップリング剤などで表面処理したものを配合することが好ましい。ここで、表面処理に用いるカップリング剤量及び表面処理方法については特に制限されない。
【００１５】
この無機充填材の配合量は特に限定されないが、エポキシ樹脂及び硬化剤の合計量１００重量部に対して２００〜１，２００重量部、特に４００〜１，０００重量部とすることが好ましい。配合量が２００重量部未満では膨張係数が大きくなり、半導体素子に加わる応力が増大し、素子特性の劣化を招く場合があり、１，２００重量部を超えると成形時の粘度が高くなり、成形性が悪くなる場合がある。
【００１６】
本発明では、エポキシ樹脂と硬化剤との硬化反応を促進するために使用する硬化促進剤として、下記一般式（１）で示される有機リン系化合物を配合するものである。
【００１７】
【化４】
0003876944.tif 000003
【００１８】
上記式（１）中、Ｒ1としては、例えば水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等のアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等のアルコキシ基が挙げられる。また、上記式（２）中のＲ2としては、上記Ｒ1と同様の基が挙げられる。
【００１９】
このような上記式（１）の有機リン系化合物として具体的には、下記構造の化合物が例示される。
【００２０】
【化５】
0003876944.tif 000004
【００２１】
【化６】
0003876944.tif 000005
【００２２】
上記式（１）の硬化促進剤は、１種を単独で使用しても２種以上を組み合わせて使用してもよく、その添加量は特に制限されないが、エポキシ樹脂及び硬化剤の合計量１００重量部に対して０．５〜５００重量部（又は０．００１〜１モル）、特に５〜２５０重量部（又は０．０１〜０．５モル）の範囲にすることが好ましい。配合量が０．５重量部未満では硬化反応が十分に起こりにくく、金型離型性を悪くする場合があり、５００重量部を超えると成形時の粘度が高くなると共に耐湿性等の信頼性が悪くなる場合がある。
【００２３】
硬化促進剤としては、上記式（１）の有機リン系化合物と共に、必要に応じて公知の硬化促進剤を本発明の効果を妨げない範囲で併用して添加することができる。その他の硬化促進剤としては、例えばイミダゾール又はその誘導体、シクロアミジン誘導体、上記式（１）以外のホスフィン誘導体などが挙げられる。
【００２４】
なお、これらの硬化促進剤は、樹脂組成物中に分散し易くするために予め樹脂成分と混合し、これを粉砕して用いてもよい。
【００２５】
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、無機充填材、硬化促進剤を必須成分とするが、更に必要に応じて各種の添加剤を配合することができる。その他の添加剤としては、例えば熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、有機合成ゴム、シリコーン系等の低応力剤、カルナバワックス、高級脂肪酸、合成ワックス等のワックス類、酸化アンチモン、ハロゲン化合物等の難燃化剤、カーボンブラック等の着色剤、ハロゲントラップ剤等を挙げることができる。なお、これら任意成分の添加量は、本発明の効果を妨げない範囲で通常量とすることができる。
【００２６】
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、無機充填材、その他の添加物を所定の組成比で配合し、これをミキサー等によって十分均一に混合した後、熱ロール、ニーダー、エクストルーダー等による溶融混合処理を行い、次いで冷却固化させ、適当な大きさに粉砕して成形材料とすることができる。
【００２７】
このようにして得られる本発明の半導体封止用樹脂組成物は、各種の半導体装置の封止用に有効に利用でき、この場合、封止の最も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。なお、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の成形温度は１５０〜１８０℃で３０〜１８０秒、後硬化は１５０〜１８０℃で２〜１６時間行うことが望ましい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、特定構造の硬化促進剤を使用することにより、硬化性及び金型離型性が良好であると共に、流動性、保存安定性に優れ、ワイヤー流れ、パッドシフト、ボイド発生や未充填等の成形トラブルが発生することなく成形性にも優れた硬化物を与える。従って、本発明組成物で封止された半導体装置は、耐湿性等の信頼性に優れるものとなる。
【００２９】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に示すが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。なお、以下の例において部はいずれも重量部である。
【００３０】
〔実施例１〜５、比較例１〜３〕
表１に示す成分を熱２本ロールにて均一に溶融混合し、冷却、粉砕して半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。なお、使用した硬化促進剤の構造は下記の通りであり、いずれの硬化促進剤の添加量もエポキシ樹脂及び硬化剤の合計量１００部に対して０．００５モルとした。
【００３１】
これらの組成物につき、次の（イ）〜（チ）の諸特性を測定した。結果を表１に併記する。
【００３２】
【化７】
0003876944.tif 000006
【００３３】
（イ）スパイラルフロー値
ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して、１７５℃，７０ｋｇ／ｃｍ2、成形時間１２０秒の条件で測定した。
（ロ）ゲル化時間
組成物のゲル化時間を１７５℃熱板上で測定した。
（ハ）溶融粘度
高化式フローテスター（島津製作所製）を用いて、試験荷重１０ｋｇ／ｃｍ2において１７５℃で測定した。
（ニ）成形硬度
ＪＩＳ−Ｋ６９１１に準じて１７５℃，７０ｋｇ／ｃｍ2、成形時間９０秒の条件で１０×４×１００ｍｍの棒を成形したときの熱時硬度をバーコール硬度計で測定した。
（ホ）ガラス転移温度、膨張係数
１７５℃、７０ｋｇ／ｃｍ2、成形時間１２０秒の条件で４×４×１５ｍｍの試験片を成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーしたものを用い、ディラトメーターにより毎分５℃で昇温させることにより測定した。
（ヘ）成形性（ボイド、金線流れ）
９×１０×０．３ｍｍの大きさのシリコンチップを１０×１５ｍｍの大きさのダイパッドに貼り付け、１４×２０×２．７ｍｍの大きさの１００ｐｉｎＱＦＰ（４２アロイ）を得た。更に、金線を張りこの半導体部品をエポキシ樹脂組成物で温度１７５℃、成形圧力７０ｋｇ／ｃｍ2、トランスファースピード１０秒でオートモールド装置を用いて成形した。成形物の外部ボイド、金線流れを測定した。
（ト）耐湿性
アルミニウム配線を形成した６×６ｍｍの大きさのシリコンチップを１４ｐｉｎ−ＤＩＰフレーム（４２アロイ）に接着し、更にチップ表面のアルミニウム電極とリードフレームとを３０μｍφの金線でワイヤボンディングした後、これにエポキシ樹脂組成物を成形条件１７５℃，７０ｋｇ／ｃｍ2、成形時間１２０秒で成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーした。このパッケージを１２１℃／１００％ＲＨの雰囲気中−２０Ｖのバイアス電圧をかけて７２時間放置した後、アルミニウム腐食が発生したパッケージ数を調べた。
（チ）保存性
エポキシ樹脂組成物をアルミニウム製の密閉袋に入れ、２５℃で７２時間恒温器中に放置した。放置後のエポキシ樹脂組成物のスパイラルフローを測定し、初期値に比べて何％低下しているかを算出した。
【００３４】
表１の結果より、本発明の特定構造の硬化促進剤を使用したエポキシ樹脂組成物は、流動性が良好であり、保存安定性にも優れ、ワイヤー流れ、ボイド発生等の問題がない硬化物を与え、本発明組成物で封止された半導体装置は、耐湿性等の信頼性に優れるものであることが確認された。
【００３５】
【表１】
0003876944.tif 000007
＊１  日本化薬社製、ＥＯＣＮ３３００、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキ
シ当量１９５
＊２  油化シェル社製、ＹＸ４０００ＨＫ、ビフェニル型エポキシ樹脂、エポキシ当量１
９０
＊３  三井東圧化学社製、ＸＬ−２２５−３Ｌ、フェノールアラルキル樹脂、フェノール
当量１６８
＊４  日本化薬社製、ＢＲＥＮ−１０５、フェノールノボラック型臭素化エポキシ樹脂、
エポキシ当量２８０、臭素含有量３５％
＊５  信越化学工業社製、シランカップリング剤、ＫＢＭ４０３、γ−グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシラン