(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）無機充填材、及び（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物において、該エポキシ樹脂組成物を１７５℃で加熱硬化した硬化物の特性が、成形収縮率０．３０〜０．６０％、且つ常温での弾性率１４０００Ｎ／ｍｍ2以下であるタンタル素子封止用エポキシ樹脂組成物であって、（Ａ）エポキシ樹脂が、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂であり、（Ｂ）フェノール樹脂がフェノールノボラック樹脂であり、（Ｃ）無機充填材が溶融シリカであり、（Ｃ）無機充填材の含有量が６５〜７６重量％であり、低応力成分としてシリコーンオイルを２〜５重量％含有するタンタル素子封止用エポキシ樹脂組成物を用いてタンタル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、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】
タンタルコンデンサーは半導体コンデンサーとも呼ばれ、小型化が容易であるため携帯電話等の高密度実装が必要な製品に広く用いられている。これらのタンタルコンデンサーは使用環境から保護する目的でエポキシ樹脂組成物を用いてトランスファー成形等で封止されている。
しかし、タンタルコンデンサーに用いられるタンタル素子は応力に敏感なため、封止樹脂からの応力によって漏れ電流（リーク電流）が増大し、コンデンサーとしての特性を損ねてしまう。つまりタンタル素子の保護のためには樹脂封止が必要であるが、この封止樹脂自体がコンデンサーとしての特性を損ねる原因となっている。例えば、封止時にエポキシ樹脂組成物−タンタル素子間で熱応力が発生して漏れ電流が増大し不良品になってしまう。又、信頼性評価の耐温度サイクル性試験時に発生する応力でもタンタル素子の劣化が発生する。このため、従来は、エポキシ樹脂組成物の低応力化すなわちシリコーンエラストマー等による低弾性化、及び無機充填材の高充填化による低熱膨張化を行ない、タンタル素子への応力を下げる対応をしてきた。
しかし、近年のタンタルコンデンサーの更なる小型化によって新たな問題が生じてきた。すなわちタンタルコンデンサーの小型化によって封止樹脂層の厚みが薄くなり、樹脂封止後に金型から取り出す時の離型ストレスによる特性の劣化が発生する。このため成形直後に歩留まりが低下する問題が出てきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、成形時のタンタル素子の特性の劣化を防ぎ、耐温度サイクル性との両立をもたらし、特に小型のタンタルコンデンサーの封止用に適したエポキシ樹脂組成物、及び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、
［１］（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）無機充填材、及び（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物において、該エポキシ樹脂組成物を１７５℃で加熱硬化した硬化物の特性が、成形収縮率０．３０〜０．６０％、且つ常温での弾性率１４０００Ｎ／ｍｍ2以下であるタンタル素子封止用エポキシ樹脂組成物であって、（Ａ）エポキシ樹脂が、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂であり、（Ｂ）フェノール樹脂がフェノールノボラック樹脂であり、（Ｃ）無機充填材が溶融シリカであり、（Ｃ）無機充填材の含有量が６５〜７６重量％であり、低応力成分としてシリコーンオイルを２〜５重量％含有するタンタル素子封止用エポキシ樹脂組成物を用いてタンタル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。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明で用いるエポキシ樹脂は、１分子内に２個以上のエポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、及びポリマー全般を言う。例えば、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノ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、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂（フェニレン骨格、ビフェニル骨格等を有する）、ナフトール型エポキシ樹脂、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等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。エポキシ樹脂組成物の信頼性向上のためには、塩素イオン、ナトリウムイオン等の不純物イオンが極力少ないことが望ましい。
【０００６】
本発明で用いるフェノール樹脂は、１分子内に２個以上のフェノール性水酸基を有するモノマー、オリゴマー、及びポリマー全般を言う。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、フェノールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ビフェニル骨格等を有する）、ナフトールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ビフェニル骨格等を有する）、トリフェノールメタン樹脂、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等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。エポキシ樹脂組成物の信頼性向上のためには、塩素イオン、ナトリウムイオン等の不純物イオンが極力少ないことが望ましい。
【０００７】
本発明で用いる無機充填材としては、一般に封止材料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、窒化アルミニウム、酸化チタン、ガラス粉等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。これらの内では、溶融シリカ、結晶シリカが好ましい。
無機充填材の平均粒径としては１０〜３５μｍ、最大粒径としては半導体装置の封止樹脂層の厚みが薄いので未充填を防ぐために７４μｍ以下が好ましい。又、粒子の大きさの異なるものを混合することにより充填量を多くすることができる。無機充填材は、予めシランカップリング剤等で表面処理されているものを用いてもよい。
溶融シリカを用いる場合、溶融シリカの含有量としては全エポキシ樹脂組成物中に６０〜８０重量％が好ましい。６０重量％未満だと吸湿後の半田リフロー時に水蒸気爆発による半導体装置の飛び跳ねが起こり基板への実装ができず、８０重量％を越えると弾性率が高くなり、エポキシ樹脂組成物を加熱硬化した硬化物の常温での弾性率を１４０００Ｎ／ｃｍ2以下にすることが困難になる可能性がある。
【０００８】
本発明で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反応を促進するものであればよく、一般に封止用材料に使用されているものを広く使用することができ、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、ジメチルベンジルアミン、２−メチルイミダゾール等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。
【０００９】
本発明のエポキシ樹脂組成物を加熱硬化した硬化物の成形収縮率としては、０．３０〜０．６０％が好ましい。０．３０％未満だと封止後に金型から離型することが困難になるため離型時のストレスが増大し、又０．６０％を越えると成形収縮による内部応力がタンタル素子に加わり特性劣化の原因となるので好ましくない。
本発明における成形収縮率は、ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１に準じた金型を用い、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒で硬化した硬化物と金型の寸法から算出した値を用いる。
【００１０】
本発明のエポキシ樹脂組成物を加熱硬化した硬化物の常温での弾性率としては、タンタル素子への応力を防ぐために１４０００Ｎ／ｍｍ2以下が好ましい。１４０００Ｎ／ｍｍ2を越えると、成形時の熱収縮、及び動作時の発熱により熱応力によるタンタル素子への応力が増大しリーク電流が増大するので好ましくない。
本発明における常温での弾性率は、低圧トランスファー成形機を用いて金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒で、弾性率測定用のテストピース（１０×１５０×３ｍｍ）を成形し、１７５℃／４ｈｒのポストキュアーを行ない、常温での３点曲げ試験（ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１に準ずる）で求めた値を用いる。
【００１１】
本発明のエポキシ樹脂組成物を加熱硬化した硬化物を前記の様な物性に調整するための手法としては、特に限定しないが、例えば樹脂成分の組み合わせによって無機充填材量を調整したり、シリコーンオイル、ゴム等の低応力成分を配合し硬化物の弾性率を下げたりする方法等が挙げられる。
【００１２】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分の他、必要に応じて、シランカップリング剤、天然ワックス、合成ワックス等の離型剤、カーボンブラック等の着色剤、アゾ系、キノン系の染料、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、酸化アンチモン等の難燃剤等の種々の添加剤を適宜配合してもよい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分、及びその他の添加剤等をミキサー等を用いて充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、タンタル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。タンタルコンデンサーには各種のサイズのもの、例えば、外形のサイズでＰケース（２．０×１．２５×１．２ｍｍ）、Ａケース（３．２×１．６×１．６ｍｍ）、Ｂケース（３．５×２．８×１．９ｍｍ）、他にＤケース、Ｄ２ケース等があるが、本発明のエポキシ樹脂組成物は、特にＰケース等の小型のタンタルコンデンサーの封止用に適している。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明を実施例で具体的に説明するが、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。
実施例１
0004961638.tif 000002
を粉砕後混合し、７０〜９０℃の熱ロールで加熱混練を行い、冷却固化後粉砕して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。
【００１４】
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の金型を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒で測定した。単位はｃｍ。
成形収縮率：前記した通り、ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１に準じて測定した。低圧トランスファー成形機を用いて金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒でテストピースを成形し、金型との寸法の差から成形収縮率を求めた。単位は％。
常温での弾性率：前記した通り、低圧トランスファー成形機を用いて金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒で、弾性率測定用のテストピース（１０×１５０×３ｍｍ）を成形し、１７５℃／４時間でポストキュアーを行った。得られたテストピースを３点曲げ試験（ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１に準ずる）で常温での曲げ弾性率を求めた。単位はＮ／ｍｍ2。
初期素子特性：低圧トランスファー成形機を用いて金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒でタンタルコンデンサー（Ｐケース：サイズ２．０×１．２５×１．２ｍｍ）を成形した。各パッケージのリーク電流を測定し、設計値より２０％以上増大したものを不良と判定し、全パッケージ数に対する不良なパッケージの個数の比率を求めた。単位は％。
耐温度サイクル性：前記のタンタルコンデンサーを用いて、−６５℃で５分間〜１５０℃で５分間を１サイクルとし、２０サイクル処理した。各パッケージのリーク電流を測定し、初期のリーク電流の値より２０％以上増大したものを不良と判定し、全パッケージ数に対する不良なパッケージの個数の比率を求めた。単位は％。
【００１５】
【表１】
0004961638.tif 000003
【００１６】
【発明の効果】
本発明に従うと、成形時のタンタル素子の特性の劣化を防ぎ、耐温度サイクル性との両立をもたらすタンタル素子封止用エポキシ樹脂組成物、及び半導体装置を得ることができる。特に、本発明のエポキシ樹脂組成物は小型のタンタルコンデンサーの封止用に適している。