(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）フェノール樹脂。
（Ｃ）下記の特性（ｘ），（ｙ）を有するカーボンブラック。
（ｘ）ＤＢＰ吸収量が８０ｍｌ／１００ｇ以上。
（ｙ）平均粒径が２０ｎｍ以上。
【請求項２】
上記（Ａ）成分であるエポキシ樹脂が、下記の一般式（１）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂である請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化１】
0003916783.tif 000011
【請求項３】
請求項１または２記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してなる半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れたレーザーマーク性を有するとともに、静電気によるトラブル発生の少ない半導体装置を得ることのできる半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いて得られる信頼性の高い半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子は、通常、エポキシ樹脂組成物を用いてトランスファー成形により樹脂封止することにより半導体装置化される。
【０００３】
上記樹脂封止の際に用いられるエポキシ樹脂組成物としては、一般に、エポキシ樹脂を主体とし、これに硬化剤成分としてのフェノール樹脂と、無機質充填剤と、さらにカーボンブラックを含有するものが用いられている。そして、このようなエポキシ樹脂組成物からなる封止材料を用い、半導体素子を樹脂封止して各種形態の半導体装置を作製する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
得られた半導体装置には、従来からレーザーによりマーキングを施し識別することが行われている。しかしながら、従来から用いられている封止材料において、良好なレーザーマーク性を備えているという点でいま一つ満足のいくものが無かった。さらに、静電気の発生による半導体装置の誤作動等のトラブルが絶えず、このような問題の解決が強く望まれている。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、良好なレーザーマーク性を有するとともに静電気によるトラブル発生のない半導体装置を得ることのできる半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置の提供をその目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物を第１の要旨とする。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）フェノール樹脂。
（Ｃ）下記の特性（ｘ），（ｙ）を有するカーボンブラック。
（ｘ）ＤＢＰ吸収量が８０ｍｌ／１００ｇ以上。
（ｙ）平均粒径が２０ｎｍ以上。
【０００７】
また、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してなる半導体装置を第２の要旨とする。
【０００８】
すなわち、本発明者らは、良好なレーザーマーク性を有するとともに静電気によるトラブル発生のない封止材料を得るために一連の研究を重ねた。その過程で、封止材料を構成する一成分のカーボンブラックに着目し、このカーボンブラック自身の有する特性と上記課題との関係を中心にさらに研究を重ねた。その結果、カーボンブラックの有する特性において、ＤＢＰ吸収量と平均粒径とが上記課題と密接に関係することを突き止めた。そして、上記ＤＢＰ吸収量と平均粒径とがそれぞれ特定の値以上を備えるカーボンブラックを用い、これを配合した封止材料により封止すると、良好なレーザーマーク性を有し、しかも静電気によるトラブル等の発生のない優れた半導体装置を得ることができることを見出し本発明に到達した。
【０００９】
そして、エポキシ樹脂として前記一般式（１）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂を用いた場合、耐半田性、および良好な流動特性が得られ、成形性等に優れるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態について詳しく説明する。
【００１１】
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（Ａ成分）と、フェノール樹脂（Ｂ成分）と、特定の特性を備えたカーボンブラック（Ｃ成分）を用いて得られるものであって、通常、粉末状もしくはこれを打錠したタブレット状になっている。
【００１２】
本発明に用いるエポキシ樹脂（Ａ成分）は、特に限定されるものではなく通常用いられるエポキシ樹脂が用いられる。例えば、クレゾールノボラック型、フェノールノボラック型、ジシクロペンタジエン型、ビスフェノールＡ型、ビフェニル型やナフタレン型等の各種エポキシ樹脂等があげられる。これらは、単独で使用できるほか、２種以上を併用してもよい。なかでも、低吸湿性という点から、ビフェニル型エポキシ樹脂を用いることが好ましい。特に、下記の一般式（１）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂を用いることが好適である。
【００１３】
【化２】
0003916783.tif 000002
【００１４】
上記一般式（１）中のＲ1 〜Ｒ8 で表される、−Ｈ（水素）または炭素数１〜５のアルキル基のうち、上記アルキル基としては、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、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等の直鎖状または分岐状の低級アルキル基があげられ、特に−Ｈ（水素）、メチル基が好ましく、上記Ｒ1 〜Ｒ8 は互いに同一であっても異なっていてもよい。なかでも、低吸湿性および反応性という観点から、上記式（１）における繰り返し数ｎが０であり、かつＲ5 〜Ｒ8 が全てメチル基である下記の化学式（２）で表される構造のビフェニル型エポキシ樹脂、あるいはＲ5 〜Ｒ8 において、メチル基と−Ｈ（水素）の比率がメチル基／−Ｈ＝１／０〜１／１となるビフェニル型エポキシ樹脂を用いることが特に好適である。
【００１５】
【化３】
0003916783.tif 000003
【００１６】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とともに用いられるフェノール樹脂（Ｂ成分）は、エポキシ樹脂の硬化剤として作用するものであって特に限定するものではなく従来公知の各種フェノール樹脂が用いられる。従来公知のフェノール樹脂としては、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、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、ビスフェノールＡ型ノボラック樹脂等があげられる。さらに、耐半田性という点から下記の一般式（３）で表されるフェノール樹脂が好適に用いられる。これらフェノール樹脂は単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００１７】
【化４】
0003916783.tif 000004
【００１８】
上記式（３）において、繰り返し数ｍは０以上の整数である。また、上記式（３）で表されるフェノール樹脂は、軟化点は５０〜９０℃であることが好ましい。
【００１９】
上記一般式（３）で表されるフェノール樹脂は、例えば、つぎのようにして製造される。すなわち、アラルキルエーテルとフェノールとをフリーデルクラフツ触媒で反応させることにより得られる。一般に、α，α′−ジメトキシ−ｐ−キシレンとフェノールモノマーの縮合重合化合物が知られている。
【００２０】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とフェノール樹脂（Ｂ成分）の配合割合は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量あたり、フェノール樹脂成分中の水酸基当量が０．５〜２．０当量となるように配合することが好ましい。より好ましくは０．８〜１．２当量である。
【００２１】
上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられるカーボンブラック（Ｃ成分）は、下記の特性（ｘ），（ｙ）を有していなければならない。なお、特性（ｙ）の平均粒径は、一次粒子の平均粒径である。
【００２２】
（ｘ）ＤＢＰ吸収量が８０ｍｌ／１００ｇ以上。
（ｙ）平均粒径が２０ｎｍ以上。
【００２３】
上記のように本発明においては、カーボンブラックのＤＢＰ吸収量が８０ｍｌ／１００ｇ以上でなければならず〔特性（ｘ）〕、特に好ましくはＤＢＰ吸収量が１００ｍｌ／１００ｇ以上である。すなわち、ＤＢＰ吸収量が８０ｍｌ／１００ｇ未満では、静電気特性が劣化し、静電気の発生による半導体素子へのトラブルが発生し易くなるからである。
【００２４】
なお、上記ＤＢＰ吸収量はつぎのようにして測定される。すなわち、１５０±１℃で１時間乾燥した測定試料（カーボンブラック）２０．００ｇ（Ａ）をアブソープメーター（Ｂｒａｂｅｎｄｅｒ社製、スプリング張力２．６８ｋｇ／ｃｍ）の混合室に投入し、予めリミットスイッチを所定の位置（リミットスイッチの設定は最大トルクの約７０％の位置とする）に設定した混合室の回転機を回転する。同時に、自動ビューレットからＤＢＰ（ジブチルフタレート：比重１．０４５〜１．０５０）を４ｍｌ／分の割合で添加し始める。終点近くになるとトルクが急速に増加してリミットスイッチが切れる。それまでに添加したＤＢＰ量（Ｂｍｌ）よりＤＢＰ吸収量（Ｄｍｌ／１００ｇ）を下記の数式により求める。
【００２５】
【数１】
Ｄ＝（Ｂ／Ａ）×１００
【００２６】
また、上記特性（ｘ）とともに、本発明においては、カーボンブラックの平均粒径が２０ｎｍ以上でなければならず〔特性（ｙ）〕、特に好ましくは平均粒径が２０〜６０ｎｍである。上記平均粒径が２０ｎｍ以上であることにより、良好な分散性が得られ、優れた着色性を示すようになる。すなわち、平均粒径が２０ｎｍ未満では、分散性に劣り、電気特性等のトラブル原因となる可能性が高くなるからである。
【００２７】
なお、上記特性（ｙ）における平均粒径は、電子顕微鏡による算術平均径により求められる。
【００２８】
上記特性（ｘ）および（ｙ）を有する特定のカーボンブラック（Ｃ成分）の配合量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体の０．１〜１．０重量％の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは０．１５〜０．８重量％である。すなわち、０．１重量％未満のように少な過ぎると、レーザーマークにおいて色がかすれ認識が困難となり、逆に１．０重量％を超え多過ぎると、レーザーマークにおいて煤が出て認識が困難となる傾向がみられるからである。
【００２９】
さらに、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｃ成分に加えて無機質充填剤を用いてもよい。上記無機質充填剤としては、特に限定するものではなく従来公知の各種無機質充填剤が用いられ、例えば、石英ガラス粉末，シリカ粉末，アルミナ，タルク等があげられる。特に好ましくは球状溶融シリカ粉末、破砕シリカ粉末があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００３０】
上記無機質充填剤の配合量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体中の７０〜９０重量％の範囲に設定することが好ましく、より好ましくは７５〜９０重量％である。
【００３１】
また、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｃ成分および無機質充填剤とともに、下記の一般式（４）で表される多面体形状の複合化金属水酸化物を用いることができる。この複合化金属水酸化物は、結晶形状が多面体形状を有するものであり、従来の六角板形状を有するもの、あるいは、鱗片状等のように、いわゆる厚みの薄い平板形状の結晶形状を有するものではなく、縦，横とともに厚み方向（ｃ軸方向）への結晶成長が大きい、例えば、板状結晶のものが厚み方向（ｃ軸方向）に結晶成長してより立体的かつ球状に近似させた粒状の結晶形状、例えば、略１２面体，略８面体，略４面体等の形状を有する複合化金属水酸化物をいう。
【００３２】
【化５】
ｍ（Ｍa Ｏb ）・ｎ（Ｑd Ｏe ）・ｃＨ2 Ｏ  …（４）
〔上記式（４）において、ＭとＱは互いに異なる金属元素であり、Ｑは、周期律表のIVａ，Ｖａ，VIａ， VIIａ，VIII，Ｉｂ，IIｂから選ばれた族に属する金属元素である。また、ｍ，ｎ，ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは正数であって、互いに同一の値であってもよいし、異なる値であってもよい。〕
【００３３】
上記一般式（４）で表される複合化金属水酸化物に関して、式（４）中の金属元素を示すＭとしては、Ａｌ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｂ等があげられる。また、上記一般式（４）で表される複合化金属水酸化物中のもう一つの金属元素を示すＱは、周期律表のIVａ，Ｖａ，VIａ， VIIａ，VIII，Ｉｂ，IIｂから選ばれた族に属する金属である。例えば、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｚｎ等があげられ、単独でもしくは２種以上併せて選択される。
【００３４】
このような結晶形状が多面体形状を有する複合化金属水酸化物は、例えば、複合化金属水酸化物の製造工程における各種条件等を制御することにより、縦，横とともに厚み方向（ｃ軸方向）への結晶成長が大きい、所望の多面体形状、例えば、略１２面体、略８面体、略４面体等の形状を有する複合化金属水酸化物を得ることができ、通常、これらの混合物からなる。
【００３５】
上記多面体形状を有する複合化金属水酸化物の具体的な代表例としては、酸化マグネシウム・酸化ニッケルの水和物、酸化マグネシウム・酸化亜鉛の水和物、酸化マグネシウム・酸化銅の水和物等があげられる。
【００３６】
そして、上記多面体形状の複合化金属水酸化物では、その最大粒径が１０μｍ以下であることが好ましい。特に好ましくは最大粒径が６μｍ以下である。さらに、上記多面体形状の複合化金属水酸化物の比表面積が２．０〜４．０ｍ2 ／ｇの範囲であることが好ましい。なお、上記多面体形状の複合化金属水酸化物分の比表面積の測定は、ＢＥＴ吸着法により測定される。
【００３７】
また、上記多面体形状を有する複合化金属水酸化物のアスペクト比は、通常１〜８、好ましくは１〜７、特に好ましくは１〜４である。ここでいうアスペクト比とは、複合化金属水酸化物の長径と短径との比で表したものである。すなわち、アスペクト比が８を超えると、この複合化金属水酸化物を含有する樹脂組成物が溶融したときの粘度低下に対する効果が乏しくなる。
【００３８】
さらに、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｃ成分および無機質充填剤ならびに多面体形状の複合化金属水酸化物以外に必要に応じて硬化促進剤、ノボラック型ブロム化エポキシ樹脂等のハロゲン系の難燃剤や三酸化アンチモン等の難燃助剤、γ−グリシドキシ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等他の添加剤が適宜に用いられる。
【００３９】
上記硬化促進剤としては、アミン型，リン型等のものがあげられる。アミン型としては、２−イミダゾール等のイミダゾール類、トリエタノールアミン，１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等の三級アミン類等があげられる。また、リン型としては、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスフィン・テトラフェニルボレート等があげられる。これらは単独でもしくは併せて用いられる。そして、この硬化促進剤の配合割合は、エポキシ樹脂組成物全体の０．１〜２．０重量％の割合に設定することが好ましい。さらに、エポキシ樹脂組成物の流動性を考慮すると好ましくは０．１５〜０．３５重量％である。
【００４０】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、例えばつぎのようにして製造することができる。すなわち、上記Ａ〜Ｃ成分、無機質充填剤および必要に応じてブタジエン系ゴム粒子やシリコーン化合物、ならびに他の添加剤を配合し混合した後、ミキシングロール機等の混練機にかけ加熱状態で溶融混合し、これを室温に冷却した後、公知の手段によって粉砕し、必要に応じて打錠するという一連の工程により製造することができる。なお、上記各成分の配合に際し、上記ブタジエン系ゴム粒子を配合する場合、予め上記Ａ成分およびＢ成分の少なくとも一方とブタジエン系ゴム粒子を予備混合し、ついで残りの成分を配合してもよい。
【００４１】
このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子の封止は、特に制限するものではなく、通常のトランスファー成形等の公知のモールド方法により行うことができる。
【００４２】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００４３】
下記に示す各成分を準備した。
【００４４】
〔エポキシ樹脂ａ〕
ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９５、軟化点８０℃）
【００４５】
〔エポキシ樹脂ｂ〕
前記式（２）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９２、融点１０７℃）
【００４６】
〔エポキシ樹脂ｃ〕
ノボラック型ブロム化エポキシ樹脂（エポキシ当量２７５、軟化点８４℃）
【００４７】
〔フェノール樹脂ａ〕
フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０５、軟化点８３℃）
【００４８】
〔フェノール樹脂ｂ〕
前記一般式（３）で表されるフェノールアラルキル樹脂（水酸基当量１７０、軟化点８３℃）
【００４９】
〔ＤＢＵ〕
１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７
【００５０】
〔カルナバワックス〕
【００５１】
〔カーボンブラック〕
下記の表１に示す各種カーボンブラックを準備した。
【００５２】
【表１】
0003916783.tif 000005
【００５３】
〔無機質充填剤〕
下記の表２に示す各種シリカ粉末を準備した。
【００５４】
【表２】
0003916783.tif 000006
【００５５】
〔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
【００５６】
【実施例１〜４、比較例１〜５】
下記の表３および表４に示す各原料を、同表に示す割合で配合し、８０〜１２０℃に加熱したロール混練機（５分間）にかけて溶融混練した。つぎに、この溶融物を冷却した後粉砕し、さらにタブレット状に打錠することにより半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
【００５７】
【表３】
0003916783.tif 000007
【００５８】
【表４】
0003916783.tif 000008
【００５９】
このようにして得られた実施例および比較例のエポキシ樹脂組成物を用い、下記の方法に従ってスパイラルフロー値、ゲルタイムおよびフローテスター粘度を測定した。その結果を後記の表５〜表６に併せて示す。
【００６０】
〔スパイラルフロー値〕
上記各エポキシ樹脂組成物を粉末状のまま用い、これを予め規定温度（１７５±５℃）に加熱した渦巻状のスパイラルフロー用金型のポットの奥まで挿入し、型締めして型締め圧力を２１０±１０ｋｇ／ｃｍ2 まで上げた。つぎに、型締め圧力が２１０±１０ｋｇ／ｃｍ2 に達した時点で、プランジャーでエポキシ樹脂組成物を注入し、注入圧力７０±５ｋｇ／ｃｍ2 に到達した後、２分間注入圧力をかけた。ついで、トランスファー成形機のプランジャー圧力を抜き、さらに型締め圧力を抜いて金型を開いた。そして、成形物の渦巻き長さを最小２．５ｍｍまで測定することによりスパイラルフロー値を得た（ＥＭＭＩ  １−６６に準ずる）。
【００６１】
〔ゲルタイム〕
規定温度（１７５℃）の熱平板上に試料（２００〜５００ｍｇ）を載せ、攪拌しながら熱平板上に薄く引き伸ばし、試料が熱平板上に溶融した点から硬化するまでの時間を読み取りゲル化時間とした。
【００６２】
〔フローテスター粘度〕
上記各エポキシ樹脂組成物を２ｇ精秤し、タブレット状に成形した。そして、これを高化式フローテスターのポット内に入れ、１０ｋｇの荷重をかけて測定した。溶融したエポキシ樹脂組成物がダイスの穴（直径１．０ｍｍ×１０ｍｍ）を通過して押し出されるときのピストンの移動速度からサンプルの溶融粘度を求めた。
【００６３】
また、上記実施例および比較例で得られたエポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子をトランスファー成形（条件：１７５℃×２分）し、１７５℃×５時間で後硬化することにより半導体装置を得た。この半導体装置は、１６０ピンＱＦＰ（１６０ピンクワッドフラットパッケージ、サイズ：２８×２８×３ｍｍ）であり、銅製のダイパッドサイズは１３×１３ｍｍである。
【００６４】
〔レーザーマーク性〕
上記半導体装置を用い、これをＹＡＧレーザーにて印字し、その視認性を下記に示す４段階にて評価した。
◎：視認性が特に良好である。
○：視認性に問題無し。
△：視認が困難である。
×：視認性が劣悪である。
【００６５】
〔静電気特性〕
上記半導体装置を用い、表面電位計にて０電位状態を確認した後、ゴムパッドでパッケージ表面を３００ｇの力で摩擦（速度：５０ｍｍ／ｓｅｃ）し、パッケージ表面上５ｍｍの距離で帯電位を測定した。
【００６６】
〔耐半田性〕
上記半導体装置を用い、下記の条件（ａ），（ｂ）にて吸湿させた後、赤外線リフロー（条件：２４０℃×１０秒間）の評価試験（耐半田性）を行った。そして、クラックが発生した個数（２０個中）を測定した。
（ａ）８５℃／６０％ＲＨ×１６８時間
（ｂ）８５℃／８５％ＲＨ×１６８時間
【００６７】
【表５】
0003916783.tif 000009
【００６８】
【表６】
0003916783.tif 000010
【００６９】
上記表５〜表６から、実施例品は、レーザーマーク性の評価テストにおいても良好な視認性が得られ、かつ静電気特性の測定結果も良好であった。さらに、多面体形状を有する複合化金属水酸化物を含有するエポキシ樹脂組成物を用いた実施例は、上記良好な結果とともに、流動性および難燃性においても優れた結果が得られた。これに対して、比較例品では、レーザーマーク性の評価において、良好な視認性が得られず、静電気特性も悪い結果となった。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、前記特性（ｘ）および（ｙ）を有する特殊なカーボンブラック（Ｃ成分）を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。したがって、このエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止した場合、良好なレーザーマーク性を有し、しかも静電気によるトラブル等の発生のない優れた半導体装置を得ることができる。
【００７１】
そして、エポキシ樹脂として前記一般式（１）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂を用いた場合、優れた耐半田性と良好な流動性が得られる。