(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）一般式（１）で示されるエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（２）で示されるフェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材からなることを特徴とする半導体封止エポキシ樹脂組成物。
【化１】
0004379977.tif 000013
（式中のＲ1は、炭素数１〜４のアルキル基の中から選択される同一もしくは異なる基、ａは０〜３の整数、ｎは平均値で、１〜１０の正数）
【化２】
0004379977.tif 000014
（式中のＲ1、Ｒ2は、炭素数１〜４のアルキル基の中から選択される同一もしくは異なる基、ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数、ｍ、ｎは平均値で、いずれもｍ、ｎは１〜１０の正数）
【請求項２】
一般式（２）で示されるフェノール樹脂が、式（３）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３】
0004379977.tif 000015
（式中のｍ、ｎは平均値で、いずれもｍ、ｎは１〜１０の正数）
【請求項３】
一般式（２）で示されるフェノール樹脂が、１５０℃における溶融粘度０．１〜１．５ポイズである請求項１又は２記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
請求項１、２又は３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、耐半田クラック性、耐熱性に優れ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を、熱硬化性樹脂で封止しているが、特に集積回路では、耐熱性、耐湿性に優れたエポキシ樹脂、フェノール樹脂、溶融シリカ、結晶シリカ等の無機充填材を配合したエポキシ樹脂組成物が用いられている。ところが近年、集積回路の高集積化に伴いチップが徐々に大型化し、かつ半導体装置は従来のＤＩＰタイプから表面実装化された小型、薄型のＱＦＰ、ＳＯＰ、ＳＯＪ、ＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＰＬＣＣ、ＢＧＡタイプに変わってきている。即ち、大型の半導体素子を小型で薄いパッケージに封入することになり、熱応力によりクラックが発生し、これらのクラックによる耐湿性低下等の問題が大きくクローズアップされている。特に、半田付け工程において、急激に２００℃以上の高温にさらされることにより、半導体装置の割れや樹脂組成物の硬化物と半導体素子の界面での剥離により耐湿性が劣化してしまうといった問題点がでてきている。従ってこれらの大型の半導体素子を封止するのに適した、信頼性の高いエポキシ樹脂組成物の開発が望まれている。耐半田クラック性に優れるエポキシ樹脂組成物の開発のために、一般には無機充填材を増量して樹脂組成物の硬化物の吸水率を低下させる方法が採られてきたが、無機充填材を増やしすぎると樹脂組成物の粘度が高くなりすぎ、充填性が悪くなる等の成形性の問題があり、無機充填材の増量には限界がある。又、無機充填材を増やした場合、成形性を考慮に入れ、一般的に低粘度樹脂を使用する。しかし、硬化性が悪くなり、成形時の成形時間が長くなる等の不都合が生ずるため、現実的にはコストが合わない等の問題が出てきて、実用化できないのが実状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題に対して、成形時の硬化性に優れ、耐半田クラック性、耐熱性に著しく優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びこれを用いて半導体素子を封止してなる半導体装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（Ａ）一般式（１）で示されるエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（２）で示されるフェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材からなり、特に一般式（２）で示されるフェノール樹脂が、式（３）であることを特徴とする半導体封止エポキシ樹脂組成物、及びこの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。
【化４】
0004379977.tif 000002
（式中のＲ1は、炭素数１〜４のアルキル基の中から選択される同一もしくは異なる基、ａは０〜３の整数、ｎは平均値で、１〜１０の正数）
【０００５】
【化５】
0004379977.tif 000003
（式中のＲ1、Ｒ2は、炭素数１〜４のアルキル基の中から選択される同一もしくは異なる基、ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数、ｍ、ｎは平均値で、いずれもｍ、ｎは１〜１０の正数）
【０００６】
【化６】
0004379977.tif 000004
（式中のｍ、ｎは平均値で、いずれもｍ、ｎは１〜１０の正数）
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いられる一般式（１）で示されエポキシ樹脂は、１分子中に３個以上のエポキシ基を有する多官能性エポキシ樹脂であり、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等の多官能エポキシ樹脂に比較し、硬化物の架橋密度が高くなることによりガラス転移温度（以下、Ｔｇという）が高く、耐熱性に優れたエポキシ樹脂組成物を得ることができる。一般式（１）で示されるエポキシ樹脂には、種々の構造の樹脂が包含されるが、これらは単独でも混合して用いてもよい。一般式（１）のｎは平均値であり、１０を越えると流動性が劣り好ましくない。
【０００８】
一般式（１）で示されるエポキシ樹脂は、その特性が損なわれない範囲で他のエポキシ樹脂と併用してもかまわないが、このエポキシ樹脂の配合量を調節することにより、耐熱性を最大限に引き出すことができる。耐熱性の効果を引き出すためには、一般式（１）で示されるエポキシ樹脂を総エポキシ樹脂量に対して３０重量％以上、好ましくは５０重量％以上の使用が望ましい。３０重量％未満だと高温時の耐熱性が不十分となるおそれがある。
併用する場合のエポキシ樹脂としては、分子内にエポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を指す。例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【０００９】
本発明に用いられる一般式（２）で示されるフェノール樹脂は、例えばビス（メトキシメチル）ビフェニル及びビス（メトキシメチル）ベンゼンとフェノール類をフリーデル・クラフツ・アルキル化反応により重合させて得られる。
一般式（２）で示されるフェノール樹脂を用いた樹脂組成物の硬化物は、Ｔｇを越えた高温域での弾性率が低く、低吸湿性であるため表面実装の半田付け時における熱ストレスを低減させることができ耐半田クラック性、半田処理後の基材との密着性に優れるという特徴を有している。この樹脂は、一般式（４）のジフェニレン骨格のみを含むフェノールアラルキル樹脂に比べ、樹脂組成物の硬化性が向上し成形性に優れている。又、一般式（５）のフェニレン骨格のみを含むフェノールアラルキル樹脂に比べ、樹脂組成物の硬化物は低吸湿性、熱時低弾性の特徴を有し、接着強度、耐半田クラック性に優れている。
又、一般式（４）のジフェニレン骨格を含むフェノールアラルキル樹脂と一般式（５）のフェニレン骨格を含むフェノールアラルキル樹脂を単に混合した場合は、硬化性の高い一般式（５）のフェノールアラルキル樹脂が硬化網目構造を先に形成し、硬化性の低い一般式（４）のフェノールアラルキル樹脂が硬化時に取り残されるため、成形品表面と金型との界面に一般式（４）のフェノールアラルキル樹脂がブリードし、金型や成形品表面に汚れを発生したり、硬化網目構造が不均一なため曲げ強度等の機械的特性が低下する。これに対し１分子中にジフェニレン構造とフェニレン構造の両者を有する一般式（２）で示されるフェノール樹脂は、両方の樹脂の特徴をバランス良く有しており、均一な硬化挙動と均一な硬化物構造を形成する。
【００１０】
【化７】
0004379977.tif 000005
【００１１】
【化８】
0004379977.tif 000006
一般式（２）中のＲ1、Ｒ2は、炭素数１〜４のアルキル基の中から選択される同一もしくは異なる基、ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数、ｍ、ｎは平均値で、いずれもｍ、ｎは１〜１０の正数である。いずれかが１０を越えると流動性が劣り好ましくない。より好ましいｍ、ｎは１〜５である。
ｍとｎの合計に対するｍの割合は、０．１〜０．９が好ましい。０．１未満だと高温時の弾性率の低下が小さくなり、硬化性が悪く、０．９を越えると硬化性が悪くなる傾向にある。更に、一般式（２）の内では、硬化性、流動性、高温時の弾性率等のバランスから式（３）で示される樹脂が好ましい。
【００１２】
一般式（２）で示されるフェノール樹脂の１５０℃での溶融粘度としては、０．１〜１．５ポイズが好ましい。１．５ポイズを越えると、溶融時の流動性が低下することになる。本発明のフェノール樹脂の１５０℃での溶融粘度は、ＩＣＩ粘度計（コーン＆プレート型）を用いて測定したものである。
一般式（２）で示されるフェノール樹脂は、その特性が損なわれない範囲で他のフェノール樹脂と併用してもかまわないが、このフェノール樹脂の配合量を調節することにより、耐半田クラック性を最大限に引き出すことができる。耐半田クラック性の効果を引き出すためには、一般式（２）で示されるフェノール樹脂を総フェノール樹脂量に対して３０重量％以上、好ましくは５０重量％以上の使用が望ましい。３０重量％未満だと高温時の低弾性化及び接着性が十分に得られず、耐半田クラック性が不十分となるおそれがある。
併用する場合のフェノール樹脂としては、分子内にフェノール性水酸基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を指し、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、テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、トリフェノールメタン型樹脂等が挙げられる。又、これらのフェノール樹脂は、単独もしくは混合して用いても差し支えない。
エポキシ樹脂のエポキシ基とフェノール樹脂のフェノール性水酸基の当量比については０．５〜２で使用し、当量比が０．５未満であっても、２を越えても、樹脂組成物の硬化性の低下、或いは硬化物のＴｇの低下等が生じるので好ましくない。
【００１３】
本発明で用いられ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、一般に封止用材料に用いられるものを広く用いることができる。例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイックアシッドボレート、トリフェニルホスフィン、ベンジルジメチルアミン、２−メチルイミダゾール等である。
これらの内では、特に１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７が、各種基材に対する密着性の向上のために有効であり、更にテトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイックアシッドボレートは、樹脂組成物の常温保管特性を大幅に向上させる効果がある。これらの硬化促進剤は、単独でも混合して用いても差し支えない。
【００１４】
本発明で用いられる無機充填材は、例えば、溶融シリカ、球状シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ、多孔質シリカ、２次凝集シリカ又は多孔質シリカを粉砕したシリカ、アルミナ、窒化珪素等が挙げられる。又、無機充填材の形状としては、破砕状でも球状でもかまわないが、流動特性、機械強度及び熱的特性のバランスを考慮すると球状溶融シリカ粉末が好ましい。これらの無機充填材は単独でも混合して用いてもよい。更に、シランカップリング剤等で予め表面処理をしたものを用いてもよい。無機充填材の配合量としては、成形性と信頼性のバランスから、全樹脂組成物中に７０〜９５重量％が好ましい。
【００１５】
本発明の樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分の他、必要に応じてカップリング剤、カーボンブラック等の着色剤、臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチモン等の難燃剤、天然ワックス、合成ワックス等の離型剤、シリコーンオイル、ゴム等の低応力添加剤等の種々の添加剤を適宜配合しても差し支えない。
特に、カップリング剤では、無機充填材と有機物の両者に反応性を有しているカップリング剤は、半導体素子を搭載する基板と樹脂組成物の硬化物との接着界面に作用し、接着力を向上させ、耐半田クラック性等の信頼性を向上させるので好ましい。
【００１６】
本発明の樹脂組成物を成形材料として製造するには、（Ａ）〜（Ｄ）成分、その他の添加剤をミキサー等を用いて十分に均一に常温混合した後、更に熱ロール又はニーダー等で溶融混合し、冷却後粉砕して封止材料とすることができる。これらの成形材料は、電気部品あるいは電子部品であるトランジスタ、集積回路等の被覆、絶縁、封止等に適用することができる
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて、半導体等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をすればよい。
【００１７】
【実施例】
以下に本発明を実施例を挙げて本発明を、更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例によりなんら限定されるものでない。
0004379977.tif 000007
をミキサーを用いて常温で混合し、５０〜１３０℃で二軸ロールを用いて混練し、冷却後粉砕し、タブレット化して樹脂組成物を得た。この樹脂組成物を以下の方法で評価した。結果を表１に示す。
【００１８】
評価方法
・吸湿率：得られた材料をタブレット化し、低圧トランスファー成形機にて金型温度１７５℃、注入圧力１００ｋｇ／ｃｍ2、硬化時間１２０秒の条件で直径５０ｍｍ、高さ３ｍｍの円盤状試験片を成形した。ポストキュアとして１７５℃で８時間処理した試験片の吸湿処理前の重量と８５℃、相対湿度８５％の環境下で１６８時間処理した後の重量を測定し、試験片の吸湿率を求めた。
・耐半田クラック性：タブレット化した材料を用いて、低圧トランスファー成形機にて金型温度１７５℃、注入圧力１００ｋｇ／ｃｍ2、硬化時間１２０秒の条件で８０ｐＱＦＰ（厚さ２．０ｍｍ、チップサイズ６×６ｍｍ）を成形した。ポストキュアとして１７５℃で８時間処理したパッケージ８個を、８５℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間処理した後、ＩＲリフロー処理（２４０℃）を行った。処理後の内部の剥離、及びクラックの有無を超音波探傷装置で観察し、不良パッケージの個数を数えた。不良パッケージの個数がｎ個であるとき、ｎ／８と表示する。
・ガラス転移温度：タブレット化した材料を用いて、低圧トランスファー成形機にて金型温度１７５℃、注入圧力７０ｋｇ／ｃｍ2、硬化時間１２０秒で試験片（１５ｍｍ×４ｍｍ×３ｍｍ）を成形し、ポストキュアとして１７５℃で８時間処理した。熱機械分析装置を用いて、試験片を３０℃から３２０℃まで昇温速度５℃／分で加熱し、温度上昇に伴う寸法変化を測定し、寸法変化の５０℃から７０℃での接線と２３０℃から２５０℃の接線の交点からガラス転移温度（Ｔｇ）を求めた。
・硬化性：タブレット化した材料を用いて、キュラスト試験用金型にて、金型温度１７５℃の条件で測定開始から６０秒後、９０秒後のトルク値を測定した。値の大きい方が硬化が速い。
【００１９】
《実施例２〜４、比較例１〜８》
表１、２に示した配合（カーボンブラック０．３重量部、臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂１．０重量部、三酸化アンチモン１．０重量部、カルナバワックス０．５重量部は表では省略した）で、実施例１と同様に樹脂組成物を作成し、実施例１と同様にして評価した。
実施例及び比較例で用いたエポキシ樹脂、フェノール樹脂の構造を以下に示す。
なお、式（Ｈ−２）のフェノール樹脂の１５０℃の溶融粘度は、０．８ポイズ。
【化９】
0004379977.tif 000008
【００２０】
【化１０】
0004379977.tif 000009
【００２１】
【化１１】
0004379977.tif 000010
【００２２】
【表１】
0004379977.tif 000011
【００２３】
【表２】
0004379977.tif 000012
【００２４】
【発明の効果】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、成形時の硬化性に優れ、これを用いて封止された半導体装置は、耐半田クラック性及び耐熱性に著しく優れている。