(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）ビフェニル型エポキシ樹脂。
（Ｂ）フェノールアラルキル樹脂。
（Ｃ）石英ガラス粉末、タルク、シリカ粉末、アルミナ粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化珪素粉末を、単独でもしくは２種以上併せて用いてなる無機質充填剤。
（Ｄ）下記の一般式（１）で表される有機燐化合物。
【化１】
0004286394.tif 000011
【請求項２】
上記（Ｄ）成分である有機燐化合物の含有量がエポキシ樹脂組成物全体中０．５〜２０重量％の範囲に設定されている請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
上記（Ｃ）成分である無機質充填剤の含有量がエポキシ樹脂組成物全体中５０〜９５重量％の範囲に設定されている請求項１または２記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
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により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、難燃性はもちろん、優れた耐湿信頼性および流動性を有す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】
従来から、トランジスター，ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子は、エポキシ樹脂組成物を用い封止され電子部品化されている。その電子部品は、難燃性の規格であるＵＬ９４Ｖ−０に適合することが不可欠であるため、これまでは臭素化エポキシ樹脂および酸化アンチモンを添加することにより難燃性を付与する方法が採られてきた。ところが、近年、環境保護の観点から、上記ハロゲン系難燃剤やアンチモン化合物を用いることなく難燃性を付与させる方法が要求されている。
【０００３】
上記要求に対して、難燃付与を目的に、金属水酸化物、硼素化合物、赤燐化合物等を用いることが検討されてきたが、上記化合物の多くはこれらを用いることにより、流動性の低下による成形性の不良、不純物含有量の多さによる耐湿性の低下という問題を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、上記化合物において、金属水酸化物等においては板状の形状を有することから、封止材となるエポキシ樹脂組成物の流動性が低下するという欠点があった。また、赤燐化合物等においては、水に溶解し易いことから、高温高湿下で燐酸等の不純物イオンの析出が多くなり、耐湿信頼性の低下を生じるという欠点があった。さらに、有機燐化合物も難燃性を付与することができると考えられるが、上記赤燐化合物と同様、耐湿信頼性の低下を生じるという欠点を有している。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、高い難燃性はもちろん、優れた耐湿性および流動性を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高い信頼性を有する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）〜（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。
（Ａ）ビフェニル型エポキシ樹脂。
（Ｂ）フェノールアラルキル樹脂。
（Ｃ）石英ガラス粉末、タルク、シリカ粉末、アルミナ粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化珪素粉末を、単独でもしくは２種以上併せて用いてなる無機質充填剤。
（Ｄ）下記の一般式（１）で表される有機燐化合物。
【０００７】
【化２】
0004286394.tif 000002
【０００８】
また、本発明は、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物により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。
【０００９】
本発明者らは、難燃性付与を必須条件に、これに加えて耐湿信頼性および流動性においても優れた封止材となり得るエポキシ樹脂組成物を得ることを目的に一連の研究を重ねた。その結果、上記一般式（１）で表される特定の有機燐化合物を用いると、優れた難燃性が付与されることはもちろん、耐湿信頼性においても優れ、かつ先に述べた金属水酸化物等のように流動性の低下を生じず所期の目的が達成されることを見出し本発明に到達した。すなわち、上記一般式（１）で表される有機燐化合物中の水酸基がエポキシ樹脂中のエポキシ基と反応し硬化物中に分子レベルで取り込まれると考えられるため、例えば、従来の赤燐等の難燃剤の場合と比較して、高温高湿等の条件下での燐酸イオン等の不純物が析出しにくく、その結果、耐湿信頼性に関して優れた封止材料となるのである。
【００１０】
そして、上記（Ｃ）成分である無機質充填剤を特定の範囲の含有量となるように用いる場合、難燃性および流動性のバランスが特に良好となり、より優れた封止材を得ることができるようになる。
【００１１】
【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。
【００１２】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、ビフェニル型エポキシ樹脂（Ａ成分）と、フェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）と、特定の無機質充填剤（Ｃ成分）と、特定の有機燐化合物（Ｄ成分）とを用いて得られるものであって、通常、粉末状もしくはそれを打錠したタブレット状になっている。
【００１３】
上記ビフェニル型エポキシ樹脂（Ａ成分）としては、融点が室温を超えていることが好ましい。例えば、上記ビフェニル型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量１８０〜２１０、融点８０〜１２０℃のものが好適に用いられる。
【００１４】
上記フェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）は、上記ビフェニル型エポキシ樹脂（Ａ成分）の硬化剤として作用するものであり、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。
【００１５】
上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられる特定の無機質充填剤（Ｃ成分）としては、石英ガラス粉末、タルク、シリカ粉末（溶融シリカ粉末や結晶性シリカ粉末等）、アルミナ粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化珪素粉末があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。なかでも、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く、上記シリカ粉末のなかでも溶融シリカ粉末を用いることが高充填、高流動性という点から特に好ましい。上記溶融シリカ粉末としては、球状溶融シリカ粉末、破砕溶融シリカ粉末があげられるが、流動性という観点から、球状溶融シリカ粉末を用いることが好ましい。特に、平均粒径が１０〜６０μｍの範囲、特に好ましくは２５〜４５μｍの範囲のものを用いることが好ましい。なお、上記平均粒径は、例えば、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。
【００１６】
上記特定の無機質充填剤（Ｃ成分）の含有量は、エポキシ樹脂組成物全体の５０〜９５重量％の範囲内に設定することが好ましく、特に好ましくは７０〜９０重量％である。すなわち、５０重量％未満のように少なすぎると、エポキシ樹脂組成物中の有機成分の占める割合が多くなり、硬化物の難燃効果に乏しくなり、９５重量％を超えて多くなると、エポキシ樹脂組成物の流動性が著しく低下する傾向がみられるからである。
【００１７】
上記Ａ〜Ｃ成分とともに用いられる特定の有機燐化合物（Ｄ成分）は、下記の一般式（１）で表される２−（９‘，１０’−ジヒドロ−９‘−ホスファ−９’−オキシド−１０‘−オキサフェナンスレン−９’−イル）−１，４−ジヒドロキシベンゼンである。
【００１８】
【化３】
0004286394.tif 000003
【００１９】
上記有機燐化合物（Ｄ成分）の含有量は、エポキシ樹脂組成物全体中０．５〜２０重量％の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは２〜１０重量％の範囲である。すなわち、有機燐化合物の含有量が０．５重量％未満のように少な過ぎると必須条件である難燃効果に乏しく、逆に２０重量％を超えて多過ぎると耐湿信頼性が低下する傾向がみられるからである。
【００２０】
上記ビフェニル型エポキシ樹脂（Ａ成分）と、フェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）および有機燐化合物（Ｄ成分）との配合割合は、エポキシ樹脂を硬化させるに充分な量に設定することが好ましい。一般的には、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量に対して、フェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）および有機燐化合物（Ｄ成分）の両者の水酸基の合計が０．７〜１．５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０．９〜１．２当量である。
【００２１】
なお、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成分以外に必要に応じて、硬化促進剤、Ｄ成分である有機燐化合物以外の難燃剤、難燃助剤、離型剤、カーボンブラック等の顔料や着色料、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、低応力化剤等他の添加剤を適宜配合することができる。
【００２２】
上記硬化促進剤としては、従来公知のものが用いられる。具体的には、テトラフェニルボレートや、トリフェニルホスフィン等の有機リン系化合物、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ（４，３，０）ノネン−５等のジアザビシクロアルケン系化合物等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００２３】
上記有機燐化合物以外の難燃剤としては、下記の一般式（２）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した粒状の結晶形状、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。
【００２４】
【化４】
ｍ（ＭaＯb）・ｎ（ＱdＯe）・ｃＨ2Ｏ    ・・・（２）
〔上記式（２）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。〕
【００２５】
上記一般式（２）で表される複合化金属水酸化物に関して、式（２）中の金属元素を示すＭとしては、Ａｌ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｔｉ等があげられる。
【００２６】
また、上記一般式（２）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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
そして、上記多面体形状を有する複合化金属水酸化物としては、下記に示す粒度分布（α）〜（γ）を有することが好ましい。なお、下記に示す粒度分布の測定には、レーザー式粒度測定機を使用する。
（α）粒径１．３μｍ未満のものが１０〜３５重量％。
（β）粒径１．３〜２．０μｍ未満のものが５０〜６５重量％。
（γ）粒径２．０μｍ以上のものが１０〜３０重量％。
【００３０】
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。そして、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の構成成分として用いられる場合には、一般的に、アスペクト比が１〜４のものが用いられる。
【００３１】
上記離型剤としては、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸カルシウム等の化合物があげられ、例えば、カルナバワックスやポリエチレン系ワックスが用いられ、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００３２】
また、上記低応力化剤としては、アクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体等のブタジエン系ゴムやシリコーン化合物があげられる。さらに、耐湿信頼性テストにおける信頼性向上を目的としてハイドロタルサイト類、水酸化ビスマス等のイオントラップ剤を配合してもよい。
【００３３】
本発明に用いられる半導体封止用の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、前記ビフェニル型エポキシ樹脂（Ａ成分）、フェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）、無機質充填剤（Ｃ成分）および有機燐化合物（Ｄ成分）ならびに必要に応じて他の添加剤を常法に準じて適宜配合し、ミキシングロール等の混練機を用いて加熱状態で溶融混練した後、これを室温下で冷却固化させる。その後、公知の手段により粉砕し、必要に応じて打錠するという一連の工程により目的とするエポキシ樹脂組成物を製造することができる。
【００３４】
このようにして得られた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。
【００３５】
このようにして得られる半導体装置は、封止用樹脂組成物として用いられるエポキシ樹脂組成物中に、前記特定の有機燐化合物（Ｄ成分）が含有されているため、これが高い難燃性を有するとともに、優れた耐湿信頼性および流動性を備えていることから、高い信頼性を備えた半導体装置となる。
【００３６】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００３７】
まず、下記に示す各成分を準備した。
【００３８】
〔エポキシ樹脂ａ〕
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７０℃）
【００３９】
〔エポキシ樹脂ｂ〕
下記の式（ｂ）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℃）
【化５】
0004286394.tif 000004
【００４０】
〔フェノール樹脂ｃ〕
フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０７、軟化点８５℃）
【００４１】
〔フェノール樹脂ｄ〕
下記の式（ｄ）で表されるフェノール樹脂（水酸基当量１７４、軟化点７０℃）
【化６】
0004286394.tif 000005
【００４２】
〔無機質充填剤〕
球状溶融シリカ粉末（平均粒径３０μｍ）
【００４３】
〔硬化促進剤〕
トリフェニルホスフィン
【００４４】
〔カップリング剤〕
γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン
【００４５】
〔エステル系ワックス〕
カルナバワックス
【００４６】
〔オレフィン系ワックス〕
ポリエチレン系ワックス
【００４７】
〔有機燐化合物ｅ〕
下記の化学式（ｅ）で表される環状有機燐化合物（三光社製、ＨＣＡ−ＨＱ）
【化７】
0004286394.tif 000006
【００４８】
〔赤燐系難燃剤〕
赤燐含有率９３重量％、平均粒径３０μｍ（燐化学工業社製、ノーバエクセル）
【００４９】
〔金属水酸化物〕
板状結晶構造の複合化金属水酸化物（タテホ化学社製、エコーマグＺ−１０）
【００５０】
【実施例１〜５、比較例１〜３】
下記の表１、２に示す各原料を同表に示す割合で同時に配合し、ミキシングロール機（温度１００℃）で３分間溶融混練した。つぎに、この溶融物を冷却した後粉砕することにより目的とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
【００５１】
【表１】
0004286394.tif 000007
【００５２】
【表２】
0004286394.tif 000008
【００５３】
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不純物イオン濃度を測定した。さらに、上記各エポキシ樹脂組成物を用いて厚み１／１６インチの試験片を成形し、ＵＬ９４  Ｖ−０規格の方法に従って難燃性を評価した。なお「合格」とは９４−Ｖ０の合格を意味する。
【００５４】
〔不純物イオン濃度〕
各エポキシ樹脂組成物を用い下記の条件で硬化体を作製した。そして、得られた硬化体を粉砕した後、１６０℃×２０時間の抽出条件にて燐酸イオンを抽出してそのイオン量をイオンクロマト分析にて測定した。
（硬化体作製条件）
温度：１７５℃
時間：２分
【００５５】
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（チップサイズ：７．５×７．５ｍｍ）をトランスファー成形（条件：１７５℃×２分）し、１７５℃×５時間の後硬化することより半導体パッケージを得た。このパッケージは、８０ピンＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ、サイズ：２０ｍｍ×１４ｍｍ×厚み２ｍｍ）であり、ダイパッドサイズは８×８ｍｍである。
【００５６】
このようにして作製した半導体パッケージを用いて、プレッシャークッカー試験（ＰＣＴテスト）をバイアスを印加して行った（条件１３０℃／８５％ＲＨ、３０Ｖバイアス）。なお、不良モードはリーク不良およびオープン不良を測定し、これら不良が発生するまでの時間を測定して耐湿性を評価した。
【００５７】
さらに下記の方法に示すスパイラルフロー（ＳＦ）により流動性の評価を行った。
〔スパイラルフローの測定〕
スパイラルフロー測定用金型を用い、１７５±５℃にてＥＭＭＩ  １−６６に準じてスパイラルフロー値を測定した。
【００５８】
これらの測定・評価結果を後記の表３、４に併せて示す。
【００５９】
【表３】
0004286394.tif 000009
【００６０】
【表４】
0004286394.tif 000010
【００６１】
上記表３、４の結果、全ての実施例品は良好な難燃性を示すとともに、燐酸イオン量が少なく、耐湿性評価試験および流動性評価試験においても優れた結果が得られた。これに対して、シリカ粉末を含有しない比較例１品は耐湿信性評価試験は問題なかったが、難燃性に劣りかつ燐酸イオン量も高かった。また、難燃剤として赤燐を用いた比較例２品は良好な難燃性を示したが、燐酸イオン量が極端に高く、耐湿性評価試験結果が悪かった。また、金属水酸化物を用いた比較例３品は良好な難燃性を示したが、流動性評価試験の結果が悪かった。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、前記Ａ〜Ｃ成分とともに前記一般式（１）で表される有機燐化合物（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。このため、高い難燃性はもちろん、高温高湿条件下での不純物が従来よりも析出し難くなり、優れた耐湿信頼性および流動性を有するようになる。したがって、こ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することにより、信頼性に優れた半導体装置を得ることができる。
【００６３】
そして、上記（Ｃ）成分である無機質充填剤を特定の範囲の含有量となるように用いる場合、難燃性および流動性のバランスが特に良好となり、より優れた封止材を得ることができるようになる。