(57)【要約】【課題】ガラス転移温度が高く、リードフレームやディスクリート素子への密着性が高いディスクリート素子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を提供する。【解決手段】下記式I：【化１】2009029911.tif 000013（式中、Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ独立に加水分解性基または疎水性の有機官能基を示し、Ｒ１〜Ｒ４のうち少なくとも１つは加水分解性基であり、Ｒ１〜Ｒ４のうち少なくとも１つは疎水性の有機官能基である。）で表されるチタンカップリング剤を含有することを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、および無機充填材を必須成分とするディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物であって、下記式I：
【化１】
2009029911.tif 000008
（式中、Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ独立に加水分解性基または疎水性の有機官能基を示し、Ｒ１〜Ｒ４のうち少なくとも１つは加水分解性基であり、Ｒ１〜Ｒ４のうち少なくとも１つは疎水性の有機官能基である。）で表されるチタンカップリング剤を含有することを特徴とするディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
下記式II：
【化２】
2009029911.tif 000009
（式中、Ｒは下記式：
【化３】
2009029911.tif 000010
【化４】
2009029911.tif 000011
【化５】
2009029911.tif 000012
のいずれかの基を示す。）で表されるチタンカップリング剤を含有することを特徴とする請求項１に記載のディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
請求項１または２に記載のディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物を用いてディスクリート素子が封止されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物および半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高機能化が進み、それに伴い半導体素子に作用する負荷は増加する傾向にある。特に、高電圧が印加されるパワー系ディスクリート素子を搭載した半導体装置にこの傾向が強く、これに伴い封止材料に要求される機能も多岐に渡るようになってきている。
【０００３】
このような現状において、パワー系ディスクリート素子を搭載した半導体装置に用いられる封止材料には、高電圧に耐え得る高いガラス転移温度、および銅等を基材としたリードフレームやシリコンチップ等のディスクリート素子などに対する高い密着性が得られるものが要求されている。
【０００４】
従来、ＩＣ等の半導体素子を封止するための封止材料には無機充填材等を配合したエポキシ樹脂組成物が代表的なものとして用いられているが（特許文献１，２参照）、ディスクリート素子の封止材料においても、経済性と性能のバランス等の点からエポキシ樹脂組成物が広く用いられている。
【特許文献１】特開平０７−２６８１８７号公報
【特許文献２】特開２００２−１４６３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、エポキシ樹脂組成物をディスクリート素子の封止材料として用いた場合、高電圧の負荷に対する耐性を付与するためにガラス転移温度を高くすると、リードフレームやディスクリート素子との密着強度が低下するという問題があった。たとえば、密着強度を高めるためにエポキシ樹脂組成物にカップリング剤を配合すると、ガラス転移温度が低下してしまうため、密着強度とガラス転移温度はトレードオフの関係にある。
【０００６】
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、ガラス転移温度が高く、リードフレームやディスクリート素子への密着性が高いディスクリート素子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を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
【０００８】
第１に、本発明のディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、および無機充填材を必須成分とするディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物であって、下記式I：
【０００９】
【化６】
2009029911.tif 000002
（式中、Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ独立に加水分解性基または疎水性の有機官能基を示し、Ｒ１〜Ｒ４のうち少なくとも１つは加水分解性基であり、Ｒ１〜Ｒ４のうち少なくとも１つは疎水性の有機官能基である。）で表されるチタンカップリング剤を含有することを特徴とする。
【００１０】
第２に、上記第１のディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物において、下記式II：
【００１１】
【化７】
2009029911.tif 000003
（式中、Ｒは下記式：
【００１２】
【化８】
2009029911.tif 000004
【００１３】
【化９】
2009029911.tif 000005
【００１４】
【化１０】
2009029911.tif 000006
のいずれかの基を示す。）で表されるチタンカップリング剤を含有することを特徴とする。
【００１５】
第３に、本発明の半導体装置は、上記第１または第２のディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物を用いてディスクリート素子が封止されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記第１の発明によれば、チタンカップリング剤を配合することで、封止体のガラス転移温度を高電圧の負荷に耐え得る高いものとすることができると共に、リードフレームやディスクリート素子への高い密着性を得ることができる。
【００１７】
上記第２の発明によれば、特定のチタンカップリング剤を配合したので、上記第１の発明の効果に加え、封止体のガラス転移温度を高電圧の負荷に耐え得る高いものとすることができると共に、リードフレームやディスクリート素子への高い密着性を確実に得ることができる。
【００１８】
上記第３の発明によれば、上記第１および第２の発明のディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物を用いてディスクリート素子が封止されているので、高電圧の負荷に耐え得る程度に封止体のガラス転移温度が十分に高く、さらに封止体のリードフレームやディスクリート素子への密着性が高いため耐リフロークラック性等の性能も良好である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２０】
本発明において用いられるエポキシ樹脂は、１分子内に２つ以上のエポキシ基を有するものであれば特に制限はないが、その具体例としては、Ｏ−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型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂などが挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２１】
本発明において、硬化剤としては、フェノール性水酸基を有する硬化剤が好ましく用いられる。フェノール性水酸基を有する硬化剤の具体例としては、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂などが挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２２】
フェノール性水酸基を有する硬化剤の配合量は、好ましくは、フェノール性水酸基とエポキシ基との当量比（ＯＨ当量／エポキシ当量）が０．５〜１．５となる量であり、より好ましくは当量比が０．８〜１．２となる量である。当量比が０．５未満であると封止用エポキシ樹脂組成物の硬化特性が低下する場合があり、当量比が１．５を超えると、耐湿性が不十分になる場合がある。
【００２３】
本発明において用いられる硬化促進剤の具体例としては、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、１，２−ジエチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール等のイミダゾール系化合物、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート等の有機ホスフィン類、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン等の第三級アミン類などが挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２４】
硬化促進剤の配合量は、エポキシ樹脂と硬化剤の合計量に対して０．１〜５質量％が好ましい。硬化促進剤の配合量が０．１質量％未満であると、硬化促進作用が不十分となる場合があり、硬化促進剤の配合量が５質量％を超えると、硬化特性が低下する場合がある。
【００２５】
本発明において用いられる無機充填材の具体例としては、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素などが挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２６】
無機充填材の平均粒子径は、無機充填材の種類にもよるが、成形性や流動性の点から５〜４０μｍのものが好ましい。平均粒子径は、たとえばレーザー回折・散乱法で測定することができる。
【００２７】
無機充填材の配合量は、ディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して好ましくは５０質量％以上、より好ましくは６０〜９５質量％である。無機充填材の配合量が５０質量％未満であると、成形体の耐熱性が不十分となる場合があり、無機充填材の配合量が９５質量％を超えると、成形時の流動性が低下する場合がある。
【００２８】
本発明のディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物には、チタンカップリング剤が配合される。チタンカップリング剤を配合することで、リードフレームやディスクリート素子への密着性が向上し、かつ、高いガラス転移温度が得られる。
【００２９】
チタンカップリング剤として、上記式（I）の化合物を用いることができる。その具体例としては、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリ（ドデシルベンゼンスルホニル）チタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルピロホスフェート）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスファイト）チタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミノエチル−アミノエチル）チタネート、テトラ（２，２，ジアリルオキシメチル−１−ブチル）ビス（ジトリデシル）ホスファイトチタネート、ビス（ジオクチルピロホスフェート）オキシアセテートチタネート、ビス（ジオクチルピロホスフェート）エチレンチタネート、テトライソプロピルビス（ジオクチルホスファイト）チタネートなどが挙げられる。
【００３０】
中でも、上記式（II）のチタンカップリング剤であるイソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリ（ドデシルベンゼンスルホニル）チタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルピロホスフェート）チタネートが好ましい。
【００３１】
チタンカップリング剤の配合量は、ディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して好ましくは０．０２〜１質量％、より好ましくは０．１〜１質量％である。チタンカップリング剤の配合量が０．０２質量％未満であると、リードフレームやディスクリート素子への十分な密着強度が得られない場合があり、チタンカップリング剤の配合量が１質量％を超えると、硬化特性に影響したりガラス転移温度が低下したりする場合がある。
【００３２】
本発明のディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲内において、さらに他の添加成分を配合することができる。このような添加成分の具体例としては、カーボンブラック等の着色剤、カルナバワックス、ステアリン酸、モンタン酸、カルボキシル基含有ポリオレフィン等の離型剤、水酸化アルミニウム、赤リン等の難燃剤、シリコーンエラストマー等のシリコーン可とう剤、無機イオントラップ剤などが挙げられる。
【００３３】
本発明のディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物は、上記のエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材、チタンカップリング剤、および必要に応じて配合される他の添加成分を、ミキサー、ブレンダー等を用いて十分均一に混合した後、熱ロールやニーダー等の混練機により加熱状態で溶融混合し、これを室温に冷却した後、公知の手段によって粉砕する等の方法により得ることができる。なお、ディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物は、取り扱いを容易にするために、成形条件に合うような寸法と質量を有するタブレットとしてもよい。
【００３４】
本発明の半導体装置は、上記のようにして得られたディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物でディスクリート素子を封止することによって製造することができる。この封止には、トランスファー成形（トランスファーモールド）を適用することができる。たとえば、半導体チップであるディスクリート素子を搭載した銅、表面にメッキを施した銅、４２アロイ等のリードフレームをトランスファー成形用金型のキャビティに配置した後、キャビティにディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物を充填し、これを加熱して硬化させることで、リードフレームの一部とディスクリート素子の全体を封止した半導体装置を製造することができる。
【００３５】
このトランスファー成形を適用した場合、たとえば、金型温度は１７０〜１８０℃、成形時間は３０〜１２０秒に設定することができるが、金型温度、成形時間およびその他の成形条件は、従来の封止成形と同様に設定することができ、ディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物の材料の種類や製造される半導体装置の種類等に応じた適切な成形条件とすればよい。
【００３６】
本発明の半導体装置における、ディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物を硬化して形成された封止体のガラス転移温度は、好ましくは２０５〜２１５℃の範囲内である。
【００３７】
なお、本発明に用いられるディスクリート素子の具体例としては、バイポーラパワートランジスタ等の各種トランジスタ、可変容量ダイオード、整流用ダイオード、ツェナーダイオード、ショットキーバリアダイオード等の各種ダイオード、コンデンサ、サーミスタ、バリスタ、サイリスタ、抵抗器、変成器など単機能の半導体素子が挙げられる。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、表１に示す配合量は質量部を表す。
[実施例１〜３および比較例１]
表１に示す各配合成分を、表１に示す割合で配合し、ブレンダーで３０分間混合して均一化した後、９５℃に加熱したニーダーで混練溶融させて押し出し、冷却後、粉砕機で所定粒度に粉砕して粒状のディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
【００３９】
表１に示す配合成分として、以下のものを使用した。
エポキシ樹脂：Ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業（株）「Ｎ６９０」）
硬化剤：フェノールノボラック（明和化成（株）「Ｈ−３Ｍ」）
硬化促進剤：２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール（四国化成工業（株）「２Ｐ４ＭＨＺ−ＰＷ」）
無機充填材：破砕（溶融）シリカ（電気化学工業（株）「ＦＳ７６２Ｃ」 平均粒子径 １４μｍ（レーザー回折式粒度分布測定装置によるｄ５０値）
チタンカップリング剤（１）：Ｒが式（III−１）の基である式（II）の化合物：味の素ファインテクノ（株）「プレンアクトＫＲ ＴＴＳ」
チタンカップリング剤（２）：Ｒが式（III−２）の基である式（II）の化合物：味の素ファインテクノ（株）「プレンアクトＫＲ ９ＳＡ」
チタンカップリング剤（３）：Ｒが式（III−３）の基である式（II）の化合物：味の素ファインテクノ（株）「プレンアクトＫＲ ３８Ｓ」
エポキシシランカップリング剤：信越化学工業（株）「ＫＢＭ４０３」
離型剤：カルナバワックス（大日化学工業（株）「Ｆ１−１００」）
着色剤：カーボンブラック（三菱化学（株）「４０Ｂ」）
上記のようにして得られた実施例および比較例のディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物を、トランスファー成形用金型を用いて金型温度１７５℃、注入圧力１．０ｋｇｆ／ｃｍ２、成形時間６０秒、後硬化１７５℃、６ｈの条件にて成形し、得られた成形体について、下記のとおりにガラス転移温度および密着強度を測定した。
[ガラス転移温度]
粘弾性スペクトロメータに、５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍのテストピースを配置し、昇温速度１０℃／ｍｉｎ、測定周波数１０Ｈｚの条件で、ガラス領域からゴム領域に転移する温度を測定した。
[密着強度]
ディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物を、２５ｍｍ×２５ｍｍの銅板上に直径３．５ｍｍの台形状に成形し、ボンドテスター（ＤＡＧＥ社）を用いて密着強度を測定した。密着強度は、数値が大きいほどディスクリート素子封止用エポキシ樹脂組成物と金属との密着力が強いと判断できる。
【００４０】
ガラス転移温度と密着強度の測定結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
2009029911.tif 000007
表１に示されるように、特定のチタンカップリング剤を特定量配合した実施例１〜３では、成形体は高いガラス転移温度を有しており、銅板への密着強度も特に高いものであった。
【００４２】
これに対して、エポキシシランカップリング剤を用いた比較例１では、成形体は銅板に対してある程度の密着強度を有していたものの、実施例１〜３と比較してガラス転移温度は大幅に低下した。