(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）平均粒径５〜４０μｍの溶融球状シリカ及び（Ｅ）予めカップリング剤により表面処理された平均粒径０．１〜３μｍの溶融球状シリカを必須成分とし、前記（Ｅ）成分の前記（Ｄ）成分と前記（Ｅ）成分の合計量に対する配合割合［（Ｅ）／（（Ｄ）＋（Ｅ））×１００％］が３重量％以上２５重量％未満であ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】
カップリング剤が、一般式（１）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】
0003919162.tif 000004
【請求項３】
請求項１又は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ことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形性、耐半田性に優れた特性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ダイオード、トランジスタ、集積回路等の電子部品は、主にエポキシ樹脂組成物で封止されている。これらのエポキシ樹脂組成物には、低圧トランスファー成形における良好な流動性、充填性、生産性向上のための硬化性等の成形性、これらを用いて得られた半導体装置には高い耐半田性が要求されている。成形性、特にエポキシ樹脂組成物の充填性を向上させるためには、低溶融粘度の樹脂を使用して、成形時に低粘度で高流動性を維持し、又耐半田性を向上させるためエポキシ樹脂組成物中の無機充填材の充填量を増加させることで低吸水化、高強度化、低熱膨張化を達成させる手法がある。
【０００３】
ところがエポキシ樹脂組成物に無機充填材を多量に配合すると成形時のエポキシ樹脂組成物の溶融粘度が高くなり、流動性が悪化し充填不良等の問題が生じるので、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度を極力低くする必要がある。エポキシ樹脂組成物の溶融粘度を維持し、無機充填材を高充填化するためには、粒径の大きい充填材と粒径の小さい充填材を併用すること、即ち粒度分布の広いものを用いることが知られている。又樹脂と無機充填材との界面を制御するため、無機充填材をシランカップリング剤で表面処理する方法が知られているが、これらの方法でも成形時の溶融粘度の低下が不十分であると共に、無機充填材の凝集物が発生して成形時にゲート詰まりを起こし、パッケージ未充填が発生することがある。
【０００４】
これらの問題点を改良する手法として、特許第３０３３４４５号公報には、平均粒径の異なる充填材を併用する場合、粒径の大きい方のみをアルコキシ基含有シラン又はその部分加水分解物で処理し、粒径の小さい方をアルコキシ基含有シラン又はその部分加水分解物で表面処理せずにこれらを混合して用いることが開示されており、凝集物及び流動性の点である程度改良されている。しかし、充填材の凝集を完全に防止するには至っていない。このため成形性と耐半田性に優れた特性を有するエポキシ樹脂組成物が強く要求されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、予めカップリング剤により表面処理された平均粒径０．１〜３μｍの溶融球状シリカを用いて、流動性、充填性等の成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び耐半田性に優れた半導体装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
［１］（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）平均粒径５〜４０μｍの溶融球状シリカ及び（Ｅ）予めカップリング剤により表面処理された平均粒径０．１〜３μｍの溶融球状シリカを必須成分とし、前記（Ｅ）成分の前記（Ｄ）成分と前記（Ｅ）成分の合計量に対する配合割合［（Ｅ）／（（Ｄ）＋（Ｅ））×１００％］が３重量％以上２５重量％未満であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［２］カップリング剤が、一般式（１）である第［１］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【０００７】
【化２】
0003919162.tif 000002
【０００８】
［３］第［１］項又は［２］項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ことを特徴とする半導体装置、
である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物について述べる。
本発明に用いるエポキシ樹脂としては、１分子内にエポキシ基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を言い、その分子量、分子構造は特に限定するものではないが、例えばビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性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、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂（フェニレン骨格、ジフェニレン骨格等を有する）等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。これらの中では、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノールノボラック型エポキシ等が特に望ましい。
【００１０】
本発明に用いるフェノール樹脂としては、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を言い、その分子量、分子構造を特に限定するものではないが、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変性フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、トリフェノールメタン型樹脂、フェノールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ジフェニレン骨格等を有する）等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。これらの中では、特にフェノールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、テルペン変性フェノール樹脂等が好ましい。
これらの配合量としては、全エポキシ樹脂のエポキシ基数と全フェノール樹脂のフェノール性水酸基数の比が０．８〜１．３が好ましい。
【００１１】
本発明に用いる硬化促進剤としては、エポキシ基とフェノール性水酸基との硬化反応を促進させるものであればよく、一般に封止材料に使用するものを使用することができる。例えば１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリフェニルホスフィン、２−メチルイミダゾール、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、ベンゾキノンをアダクトしたトリフェニルホスフィン等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
【００１２】
本発明に用いる平均粒径５〜４０μｍの無機充填材は、通常半導体封止用エポキシ樹脂組成物に使用されているものを用いることができる。例えば溶融シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、窒化珪素等が挙げられ、最も好適に使用されるものとしては、球状の溶融シリカである。これらの溶融球状シリカは、単独でも混合して用いても差し支えない。平均粒径は５μｍ未満だと十分な流動性が得らず、４０μｍを越えると耐半田性が低下するおそれがあるので好ましくない。
【００１３】
本発明に用いる平均粒径０．１〜３μｍの溶融球状シリカは、その表面を予めカップリング剤で処理されているものである。この表面処理された溶融球状シリカは、平均粒径５〜４０μｍの溶融球状シリカと併用することにより、粗い溶融球状シリカの隙間に微小な溶融球状シリカが挟まれ、いわゆる「ころ」の役目を果たすことでエポキシ樹脂組成物の流動性を向上させる。ところが微小な溶融球状シリカは、相互に凝集しやすいため十分に分散させなければ「ころ」の役目を果たせない。そこで微小な溶融球状シリカを予めカップリング剤で処理し、表面を疎水化し凝集をほぐすことにより良好な流動性を有するエポキシ樹脂組成物を得ることができる。又分散性が良くなることにより流動性が向上し溶融球状シリカの配合量を多くすることが可能となり耐半田性を向上することができる。更に微小な溶融球状シリカの表面をカップリング剤処理することにより樹脂との親和性が高まり、粗い粒子の隙間に詰まった溶融球状シリカの表面まで樹脂が容易に到達することで、ゲート詰まりによるパッケージ未充填の問題を解決し、ボイドの低減や強度の上昇による耐半田性の向上の効果も発揮される。
表面処理される平均粒径０．１〜３μｍの溶融球状シリカの平均粒径が、０．１μｍ未満だと粒子同士の凝集を抑えることが難しくなる上に「ころ」としては小さすぎ、３μｍを越えると大きすぎて「ころ」の役目を果たさないので好ましくない。本発明に用いる溶融球状シリカの平均粒径は、レーザー式粒度分布計（（株）島津製作所製、ＳＡＬＤ−７０００）を用いて測定したものである。
【００１４】
本発明に用いる溶融球状シリカを表面処理するためのカップリング剤とは、一般に使用されているカップリング剤をさす。例えばシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤等が挙げられるが、最も好適に使用されるものとしてはシランカップリング剤であり、その中でも一般式（１）で示される構造のものが特に有効である。又カップリング剤は、予め水及び必要に応じて酸又はアルカリを添加して、加水分解処理して用いてもよい。カップリング剤の添加量としては、平均粒径０．１〜３μｍの溶融球状シリカ１００重量部に対し、０．０５〜５重量部が好ましく、０．０５重量部未満では表面処理された溶融球状シリカを配合したエポキシ樹脂組成物の硬化物の強度の向上が認められず耐半田性が低下する。５重量部を越えるとエポキシ樹脂組成物の硬化物の吸水率が増加し耐半田性が低下する。
【００１５】
本発明に用いる平均粒径０．１〜３μｍの溶融球状シリカの表面処理としては、溶融球状シリカとカップリング剤を攪拌混合し、混合機から取り出して常温にて１日以上放置する方法が有効である。カップリング剤を溶融球状シリカの表面に均一に処理するために、水又は有機溶媒を更に加えて攪拌した後に、常温にて１日以上放置するという手法も有効であり、噴霧機によりゆっくりとまんべんなく添加する方法もよい。更により反応を進めるために攪拌時に混合機内の温度を５０〜１５０℃に加熱するか、或いは常温で攪拌し混合機から取り出した後に５０〜１５０℃で加熱してもよい。
本発明に用いる表面処理された溶融球状シリカは、凝集物を含まないことが必須であり、表面処理された溶融球状シリカが凝集している時には、ダイナミックミルやボールミルで凝集物を粉砕すればよい。
【００１６】
混合機としては、特に限定しないが、例えばボールミル、ヘンシェルミキサー、Ｖブレンダーやダブルコーンブレンダー等のブレンダー類、コンクリートミキサーやリボンブレンダー等が挙げられる。微小な溶融球状シリカは、本来凝集しやすいがカップリング剤で処理すると、更に凝集物が発生しやすく、これが成形時に未充填を起こしたりして成形性を著しく悪化させるため実施されていなかった。しかし、上記の混合機でカップリング剤を添加する際、噴霧機により長い時間をかけて溶融球状シリカを処理したり、攪拌後の微小な溶融球状シリカをダイナミックミルやボールミルを用いて凝集物を粉砕する工程を加えたりすることで凝集物が抑えられ、「ころ」の役目を十分に果たすことのできる表面処理された微小の溶融球状シリカが得られ、流動性、充填性等の成形性を解消できる。
【００１７】
本発明に用いる予め表面処理された平均粒径０．１〜３μｍの溶融球状シリカ（Ｅ）と平均粒径５〜４０μｍの溶融球状シリカ（Ｄ）の配合割合［（Ｅ）／（（Ｄ）＋（Ｅ））×１００％］において、（Ｅ）成分としては１〜３０重量％が好ましく、より好ましくは３〜２５重量％が望ましい。１重量％未満では「ころ」として作用するものが少なくて流動性が不十分となるおそれがあり、３０重量％を越えると「ころ」が多くなりすぎ流動性が低下するおそれがある。
【００１８】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）成分を必須とするが、必要に応じてカーボンブラック等の着色剤、天然ワックス、合成ワックス等の離型剤及びシリコーンオイル、ゴム等の低応力添加剤、臭素化エポキシ樹脂や三酸化アンチモン、赤燐等の種々の添加剤を適宜配合しても差し支えない。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）成分の他、必要に応じて添加する添加物をミキサー等を用いて十分に均一に混合した後、更に熱ロール又はニーダー等で溶融混練し、冷却後粉砕して得られる。
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子等の各種の電子部品を封止し、半導体装置を製造するには、トランスファーモールド、コンプレッションモールド、インジェクションモールド等の従来からの成形方法で硬化成形すればよい。
【００１９】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。配合割合は重量部とする。
なお、実施例及び比較例で用いた表面処理された溶融球状シリカの内容について以下に示す。
溶融球状シリカ１（平均粒径０．５μｍの溶融球状シリカ１００重量部を、γ−アミノプロピルトリエトキシシランカップリング剤０．５重量部で表面処理）
溶融球状シリカ２（平均粒径０．５μｍの溶融球状シリカ１００重量部を、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランカップリング剤０．５重量部で表面処理）
溶融球状シリカ３（平均粒径０．５μｍの溶融球状シリカ１００重量部を、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランカップリング剤２重量部で表面処理）
溶融球状シリカ４（平均粒径２μｍの溶融球状シリカ１００重量部を、γ−アミノプロピルトリエトキシシランカップリング剤０．５重量部で表面処理）
溶融球状シリカ０（平均粒径０．５μｍの溶融球状シリカで表面処理なし）
【００２０】
実施例１
エポキシ樹脂［ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＸ−４０００、エポキシ当量１９０ｇ／ｅｑ、融点１０５℃、以下、Ｅ−１という］                      ４７重量部
フェノール樹脂［三井化学（株）製、ＸＬＣ−ＬＬ、水酸基当量１６５ｇ／ｅｑ、軟化点７５℃、以下Ｈ−１という］                                        ４０重量部
１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵという）
５重量部
溶融球状シリカ（平均粒径２７μｍ）                              ８２０重量部
溶融球状シリカ１                                                  ８０重量部
カーボンブラック                                                    ３重量部
カルナバワックス                                                    ５重量部
を混合し、熱ロールを用いて、９５℃で８分間混練して冷却後粉砕し、エポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物を、以下の方法で評価した。結果を表１に示す。
【００２１】
評価方法
スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用金型を用いて、金型温度１７５℃、圧力６．９ＭＰa、硬化時間１２０秒で測定した。
熱時曲げ強度・熱時曲げ弾性率：２６０℃での曲げ強度・曲げ弾性率をＪＩＳＫ  ６９１１に準じて測定した。単位はそれぞれＮ／ｍｍ2。
ボイド：低圧トランスファー成形機を用いて成形温度１７５℃、圧力９．３ＭＰa、硬化時間１２０秒で１６０ｐＱＦＰを成形したものを、超音波探傷装置で観察し内部のボイドの評価を行った。○はボイドなし。△は一部にボイドあり。×は全面にボイドあり。
耐半田性：低圧トランスファー成形機を用いて成形温度１７５℃、圧力８．３ＭＰa、硬化時間１２０秒で８０ｐＱＦＰ（チップサイズ６．０ｍｍ×６．０ｍｍ）を成形し、アフターベークとして１７５℃、８時間処理した後、８５℃、相対湿度８５％で１２０時間の吸水処理を行った後、２６０℃のＩＲリフロー処理をした。パッケージ内部の剥離やクラックを超音波探傷機で確認した。１０個のパッケージ中の不良パッケージ数を示す。
【００２２】
実施例２〜６、比較例１
表１の配合に従い、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得て、実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
0003919162.tif 000003
【００２４】
【発明の効果】
本発明に従うと、流動性、充填性等の成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び耐半田性に優れた半導体装置を得ることができる。