(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を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。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）フェノール樹脂。
（Ｃ）無機質充填剤。
（Ｄ）数平均分子量が１２００以下もしくは重量平均分子量が５０００以下である酸化ポリオレフィンワックス。
【請求項２】
上記（Ｄ）成分である酸化ポリオレフィンワックスの含有量が、エポキシ樹脂組成物全体の０．０５〜１重量％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。
【請求項３】
下記の一般式（１）で表される複合化金属水酸化物を含有する請求項１または２記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化１】
0003957270.tif 000007
【請求項４】
半導体封止用エポキシ樹脂組成物が連続成形用のものである請求項１〜３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】
赤リン表面を金属水酸化物およびフェノール樹脂の少なくとも一方で被覆してなる赤リン系難燃剤を含有する請求項１〜４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１〜５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、離型性はもちろん、表面の外観性にも優れたパッケージ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、従来からエポキシ樹脂組成物を用いて封止され電子部品化されている。この電子部品は、一般に、上記エポキシ樹脂組成物を封止材料として用いオートモールドマシンにより成型されている。上記オートモールドマシンを用い連続して成型する際には、成型回数を重ねる毎にパッケージ表面の外観が著しく損なわれる現象が問題となっており、特に難燃剤として金属水酸化物を添加した際にそれが顕著に現われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この要求に対して、封止材料に添加されている離型剤（ワックス）の改良が以前から提案され進められている。例えば、一般的にはエステル系、オレフィン系のワックスが用いられているが、単にこれら離型剤（ワックス）の添加量を減らすと外観的には良くなるものの連続して成型していくにつれ離型不足になり金型に付着して剥がれなくなるという現象（スティッキング）が発生したり、金型のエアベント部に封止材料が残りその後成型されたパッケージに未充填部分が発生するというような不具合が生起している。また、離型剤の種類を変えても同様に、離型性とパッケージの外観性の両立は困難であるという状況である。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、高い離型性はもちろん優れたパッケージの外観性をも兼ね備えた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の提供を目的とする。
【０００５】
【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）〜（Ｄ）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。
【０００６】
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）フェノール樹脂。
（Ｃ）無機質充填剤。
（Ｄ）数平均分子量が１２００以下もしくは重量平均分子量が５０００以下である酸化ポリオレフィンワックス。
【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、連続成型によるパッケージの外観性および離型性等の成形性に優れた封止材料となるエポキシ樹脂組成物を得るために一連の研究を重ねた。その結果、離型剤として上記特定の酸化ポリオレフィンワックス〔（Ｄ）成分〕を用いると、連続成型時の離型性はもちろんのこと、パッケージ表面の汚れ（ステイン）問題が解決され、上記成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られることを見出し本発明に到達した。
【０００９】
そして、上記特定の酸化ポリオレフィンワックス〔（Ｄ）成分〕の含有量を、特定の割合に設定すると、良好な離型性とともに信頼性に優れた半導体装置が得られるようになり好ましい。
【００１０】
さらに、前記特定の複合化金属水酸化物を用いると、良好な難燃性とともに流動性および安全性に優れたものが得られるようになり好ましい。
【００１１】
また、特定の赤リン系難燃剤を用いると、良好な難燃性とともに人体への有毒性や環境汚染等に配慮され好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００１３】
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、無機質充填剤（Ｃ成分）と、特定の酸化ポリオレフィンワックス（Ｄ成分）とを用いて得られるものであり、通常、粉末状あるいはこれを打錠したタブレット状になっている。または、樹脂組成物を溶融混練した後、略円柱状等の顆粒体に成形した顆粒状の封止材料となっている。
【００１４】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）としては、特に限定するものではなく、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、ビスフェノール型、ビフェニル型、トリフェニルメタン型等従来公知の各種エポキシ樹脂が用いられる。これらエポキシ樹脂は単独で用いてもよいし２種以上併用してもよい。そして、これらエポキシ樹脂のなかでも、特に融点または軟化点が室温を超えていることが好ましい。例えば、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては、通常、エポキシ当量１８０〜２１０、軟化点６０〜１１０℃のものが一般に用いられる。
【００１５】
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、上記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、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、フェノールアラルキル樹脂等があげられる。これらフェノール樹脂は単独で用いてもよいし２種以上併用してもよい。そして、これらフェノール樹脂としては、水酸基当量が７０〜２５０、軟化点が５０〜１１０℃のものを用いることが好ましい。
【００１６】
そして、上記エポキシ樹脂（Ａ成分）と上記フェノール樹脂（Ｂ成分）の配合割合は、上記エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量当たり、フェノール樹脂中の水酸基が０．７〜１．３当量となるように設定することが好ましく、なかでも０．８〜１．２当量となるよう設定することが特に好ましい。
【００１７】
上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられる無機質充填剤（Ｃ成分）として、各種の無機質充填剤が用いられ、特に限定するものではない。例えば、石英ガラス粉末、タルク、シリカ粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化珪素粉末等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。そして、上記無機質充填剤としては、得られる硬化物の線膨張係数を低減できるという点から上記シリカ粉末を用いることが好ましい。このシリカ粉末としては、溶融シリカ粉末、結晶性シリカ粉末があげられ、なかでも、レーザー式粒度測定機による平均粒径が２０〜５０μｍの範囲のものを用いることが好ましい。
【００１８】
上記無機質充填剤（Ｃ成分）の含有量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体の７５重量％以上であることが好ましく、より好ましくは８０〜９０重量％であり、特に好ましくは８５〜９０重量％である。
【００１９】
上記Ａ〜Ｃ成分とともに用いられる特定の酸化ポリオレフィンワックス（Ｄ成分）は、離型剤として作用するものであり、低級ポリエチレンを部分酸化して合成されるものである。そして、上記特定の酸化ポリオレフィンワックスとしては、数平均分子量が１２００以下もしくは重量平均分子量が５０００以下となる酸化ポリオレフィンワックスが用いられる。このように、上記特定の酸化ポリオレフィンワックスを離型剤として用いることにより、成形時の硬化物表面の汚れがなく良好な成形性を示すようになる。
【００２０】
すなわち、特定の酸化ポリオレフィンワックス（Ｄ成分）の数平均分子量が１２００以下もしくは重量平均分子量が５０００以下であると、エポキシ樹脂やフェノール樹脂等の有機成分とこのワックス（Ｄ成分）との相溶性が良くなり、成形時のワックスのパッケージ表面への析出が均一となるため汚れ（ステイン）の発生が抑制されるためであると推察される。なお、上記数平均分子量および重量平均分子量は、ポリスチレン換算のゲルパーミエーションクロマトグラフィ（ＧＰＣ）によって測定することができる。
【００２１】
そして、上記酸化ポリオレフィンワックス（Ｄ成分）の数平均分子量は１２００以下である必要があるが、通常、下限値は３００である。そしてより好ましくは４００〜１０００の範囲にあることである。同様に、重量平均分子量は５０００以下である必要があるが、通常、下限値は１０００である。そしてより好ましくは１２００〜４０００の範囲にあることである。すなわち、数平均分子量あるいは重量平均分子量があまりに小さ過ぎると、先に述べたように相溶性に関しては非常に良好となるものの成型時の高熱で揮発する成分が多くなり、その揮発成分が成形金型に吸着し、それがパッケージ表面の汚れの原因となる傾向がみられるからである。
【００２２】
また、上記特定の酸化ポリオレフィンワックス（Ｄ成分）の含有量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体の０．０５〜１．０重量％の割合に設定することが好ましく、特に好ましくは０．１〜１．０重量％である。すなわち、０．０５重量％未満では、含有量が少な過ぎて所望の離型性を得ることが困難となり、結果、生産性が低下する傾向がみられる。逆に、１．０重量％を超えると、生産性は向上するが、ダイボンドパッドと硬化樹脂とが剥離し易くなり、その結果、半導体装置の信頼性が低下する傾向がみられるからである。
【００２３】
なお、本発明においては、離型剤成分として上記Ｄ成分のみを用いてもよいし、上記Ｄ成分とともに通常用いられる離型剤を併用してもよい。通常の離型剤としては、特に限定するものではなく従来公知の各種離型剤、例えば、カルナバワックス、パラフィンや脂肪酸エステル、脂肪酸塩等があげられる。この従来公知の離型剤を併用する場合の併用割合は、上記Ｄ成分および従来公知の離型剤の合計量中、上記Ｄ成分が少なくとも６０重量％の割合となるよう設定することが好ましい。特に好ましくは上記Ｄ成分が離型剤成分全体の少なくとも７０重量％である。
【００２４】
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〜Ｄ成分以外に、硬化促進剤、顔料、可撓性付与剤、表面処理剤、イオントラップ剤、接着付与剤等を必要に応じて適宜に添加することができる。
【００２５】
上記硬化促進剤としては、例えば、トリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン系化合物、１，８−ジアザビシクロ〔５，４，０〕ウンデセン−７等のジアザビシクロアルケン系化合物、トリエチレンジアミン等の三級アミン類、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類等があげられる。これら化合物は単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００２６】
上記顔料としては、カーボンブラック、酸化チタン等があげられる。
【００２７】
また、上記可撓性付与剤としては、各種シリコーン化合物やアクリロニトリル−ブタジエンゴム等があげられる。
【００２８】
上記表面処理剤としては、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−アミノエチルアミノ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があげられる。
【００２９】
上記イオントラップ剤としては、水酸化ビスマス、ハイドロタルサイト類化合物等があげられる。
【００３０】
そして、上記他の添加剤以外に、ノボラック型ブロム化エポキシ樹脂等のハロゲン系難燃剤や三酸化アンチモン等の難燃助剤を用いることができる。
【００３１】
さらに、上記難燃剤以外に、下記の一般式（１）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（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２】
0003957270.tif 000002
【００３３】
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。
【００３４】
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、マグネシウム・ニッケルの複合化金属水酸化物、マグネシウム・亜鉛の複合化金属水酸化物、マグネシウム・銅の複合化金属水酸化物等があげられる。これら複合化金属水酸化物の市販品の例としては、例えば、タテホ化学工業社製のエコーマグがあげられる。
【００３５】
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エポキシ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。
【００３６】
また、その他の難燃剤として赤リン系難燃剤や有機リン化合物が用いられる。特に、難燃剤としては、燃焼時に発生する化合物の人体への有毒性や環境汚染等への配慮から上記多面体形状を有する複合化金属水酸化物あるいは赤リン系難燃剤が好ましく用いられる。
【００３７】
上記赤リン系難燃剤としては、赤リン単独からなるものを含むが、この赤リン単独のものは酸化され易く、また不安定なために取り扱いに難点がある。このため、赤リン表面を各種有機物，無機物、例えば、金属水酸化物およびフェノール樹脂の少なくとも一方で予め被覆コートしたものが好ましく用いられる。上記被覆材料となる金属水酸化物としては、例えば、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等があげられる。また、フェノール樹脂としては、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あげられる。このように被覆された赤リン系難燃剤における赤リンの含有量は４５〜９５重量％であることが好ましく、特に好ましくは７０〜９５重量％である。すなわち、赤リンの含有量が４５重量％未満ではこの赤リン系難燃剤そのものを多量に添加しなければ目的とする難燃性を得ることが困難となり、９５重量％を超えるとその被覆効果が低下して、安定性および耐湿信頼性の点で問題が生じる傾向がみられるからである。
【００３８】
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、エポキシ樹脂（Ａ成分）、フェノール樹脂（Ｂ成分）、無機質充填剤（Ｃ成分）および特定の酸化ポリオレフィンワックス（Ｄ成分）ならびに必要に応じて他の添加剤を所定の割合で配合しミキサー等で充分に混合する。つぎに、この混合物をミキシングロール機等の混練機を用いて加熱状態で溶融混練し、これを室温に冷却する。そして、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って目的とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造することができる。
【００３９】
あるいは、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物の混合物を混練機に導入して溶融状態で混練した後、これを略円柱状の顆粒体やペレット状に連続的に成形するという一連の工程によっても半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造することができる。
【００４０】
このようにして得られる半導体封止用エポキシ樹脂組成物（粉末状，タブレット状，顆粒状等）を用いての半導体素子の封止方法は、特に限定するものではなく、通常のトランスファー成形等の公知の成形方法によって行うことができる。
【００４１】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００４２】
まず、下記に示す各材料を準備した。
【００４３】
〔エポキシ樹脂〕
ビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９２）
【００４４】
〔フェノール樹脂〕
フェノールアラルキル樹脂（水酸基当量１７３）
【００４５】
〔無機質充填剤〕
溶融シリカ粉末（平均粒径３０μｍ）
【００４６】
〔硬化促進剤〕
１，８−ジアザビシクロ〔５，４，０〕ウンデセン−７
【００４７】
〔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
【００４８】
〔顔料〕
カーボンブラック
【００４９】
〔エステル系ワックス〕
カルナバワックス
【００５０】
〔オレフィン系ワックスＤ１〕
酸化ポリオレフィンワックス
数平均分子量８００、重量平均分子量３２００
【００５１】
〔オレフィン系ワックスＤ２〕
酸化ポリオレフィンワックス
数平均分子量１８００、重量平均分子量４６００
【００５２】
〔オレフィン系ワックスＤ３〕
酸化ポリオレフィンワックス
数平均分子量２２００、重量平均分子量９５００
【００５３】
〔オレフィン系ワックスＤ４〕
酸化ポリオレフィンワックス
数平均分子量２５００、重量平均分子量６０００
【００５４】
〔複合化金属水酸化物〕
タテホ化学工業社製、エコーマグＺ−１０
【００５５】
〔赤リン系難燃剤〕
水酸化アルミニウムおよびフェノール樹脂で赤リン粉末表面が被覆されたもの（赤リン含有率９３重量％、平均粒径３０μｍ：ノーバエクセル、燐化学工業社製）
【００５６】
【実施例１〜７、比較例１〜８】
下記の表１〜表２に示す各成分を同表に示す割合で配合し、ミキシングロール機（温度１００℃）で３分間溶融混練を行い、冷却固化した後粉砕して目的とする粉末状エポキシ樹脂組成物を得た。
【００５７】
【表１】
0003957270.tif 000003
【００５８】
【表２】
0003957270.tif 000004
【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、半導体素子をトランスファー成形（条件：１７５℃×１分）で自動成型することによりパッケージを作製した。この作業を最高８００ショットまで行った。上記パッケージは、８０ピンＴＱＦＰ（ティンクワッドフラットパッケージ、サイズ：２０×２０×厚み１．４ｍｍ）であり、ダイパッドサイズは８×８ｍｍである。
【００６０】
そして、作製したパッケージの成型中において、下記に示す評価を行った。
【００６１】
〔スティッキング〕
連続成型中にパッケージが金型に貼り付いたとき（スティッキング）のショット数を測定した。
【００６２】
〔ステイン〕
パッケージの表面に汚れ（滲み）が発生し始めたときのショット数を測定した。
【００６３】
〔未充填（エアベントブロック）〕
モールド金型のエアベント部やゲートに封止材料であるエポキシ樹脂組成物が残存し、それが原因でパッケージに未充填が発生したときのショット数を測定した。
【００６４】
これらの測定・評価の結果を下記の表３〜表４に示す。なお、表中の「−」は終了ショットで問題がなかったことを示す。
【００６５】
【表３】
0003957270.tif 000005
【００６６】
【表４】
0003957270.tif 000006
【００６７】
上記表３および表４の結果から、実施例品は、スティッキング，ステインおよび未充填の発生ショット数が８００ショットまで発生しなかったか、あるいは発生してもかなりのショット数ののちの発生であった。これに対して、エステル系ワックスを含有した比較例１，２品は、早いショット数でステインが発生したか、スティッキングおよび未充填が発生した。また、前記特定の酸化ポリオレフィンワックス以外の酸化ポリオレフィンワックスを用いた比較例３，４品は、先の比較例１，２品と同様、早いショット数でステインが発生した。さらに、比較例５〜８品に関しても、同様に早いショット数でステインが発生した。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、前記特定の酸化ポリオレフィンワックス（Ｄ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。このように、特殊な離型剤を用いるため、優れた離型性はもちろん、連続成型においても、パッケージ表面の外観が著しく悪くなるという現象を効果的に抑制することができ、スティッキング現象や未充填部分の発生を抑制することができる。
【００６９】
そして、上記特定の酸化ポリオレフィンワックス〔（Ｄ）成分〕の含有量を、特定の割合に設定すると、良好な離型性とともに信頼性に優れた半導体装置が得られるようになる。
【００７０】
さらに、前記特定の複合化金属水酸化物を用いると、良好な難燃性とともに流動性および安全性に優れたものが得られるようになる。
【００７１】
また、特定の赤リン系難燃剤を用いると、良好な難燃性とともに人体への有毒性や環境汚染等に配慮され好ましいものとなる。