(57)【要約】【課題】無機充填材を高充填化した封止用エポキシ樹脂組成物において、リードフレームとの密着性を低下させることなく成形後の離型性を向上させることができ、しかも、可塑剤やシリコーン化合物に依存せずとも成形時の充填性を向上させることが可能な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】式I：CH3-CH2-(CH2CH2)l-(OCH2CH(CH3))m-(OCH2CH2)n-OH（式中、ｌは２０〜８０の整数、ｍは１〜５０の整数、ｎは１〜５０の整数を示す。）で表される化合物を組成物全量に対して０．１〜２質量％含有し、無機充填材を組成物全量に対して８０質量％以上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、フェノール性水酸基を有する硬化剤、硬化促進剤、および無機充填材を必須成分とする封止用エポキシ樹脂組成物であって、次の式I：
CH3-CH2-(CH2CH2)l-(OCH2CH(CH3))m-(OCH2CH2)n-OH          I
（式中、ｌは２０〜８０の整数、ｍは１〜５０の整数、ｎは１〜５０の整数を示す。）で表される化合物を組成物全量に対して０．１〜２質量％含有し、無機充填材を組成物全量に対して８０質量％以上含有することを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
従来より、半導体素子などの電子部品の封止用材料としてセラミックや熱硬化性樹脂が一般的に用いられている。中でも、エポキシ樹脂は経済性と性能のバランスの点で優れた封止用材料であり、たとえば、近年の電子機器の小型化、薄型化にともない主流になりつつある表面実装型パッケージの封止用材料として広く用いられている。
【０００３】
表面実装型パッケージにおける半導体素子の樹脂封止は、金属のリードフレーム上に半導体素子を搭載し、半導体素子とリードフレームをボンディングワイヤ等を用いて電気的に接続し、金型を用いて半導体素子全体とリードフレームの一部をエポキシ樹脂等の樹脂で封止することにより行われるのが一般的である。
【０００４】
半導体素子の樹脂封止に用いられる封止用エポキシ樹脂組成物には、成形の際における各種の特性を満足することが要求されており、たとえば、成形時に金型に流れ込む際の充填性や、加熱成形後のパッケージ離型性などが要求される。
【０００５】
一方、近年では半導体素子の高密度化、動作の高速化等が進み、その消費電力は増加の傾向にあるが、半導体素子の信頼性は高温になるほど低下するので、高電力消費の樹脂封止型半導体装置においては、封止用樹脂組成物の熱伝導性を高めてパッケージの温度上昇を抑えることが要求される。このような要求に対応するものとして、無機充填材の配合量を高めることにより熱伝導性を高めた封止用エポキシ樹脂組成物が用いられている。
【０００６】
そして、この無機充填材を高充填化した封止用エポキシ樹脂組成物においては、上記したように、成形時に金型に流れ込む際の充填性と加熱成形後のパッケージ離型性を向上させることが課題とされていた。
【０００７】
従来では、これらの充填性と離型性を向上させるために、それぞれ別途の方法で対応しているのが通常であり、充填性を向上させる方法としては、樹脂の構造によるもの、および可塑剤やシリコーン化合物などを封止用エポキシ樹脂組成物に配合する方法が一般的である。
【０００８】
一方、離型性を向上させる方法としては、離型剤としての各種ワックス類を封止用エポキシ樹脂組成物に配合する方法が一般的である。ワックス類を使用する際には、これをいかに樹脂へ均一に分散させ成形時に機能させるかが重要であり、ワックス類が樹脂へ均一に分散されていないと、ワックス類が偏在することにより離型不良の原因となる。また、ワックス類の配合量を多くすると、リードフレームと樹脂との密着性を低下させたり、ワックス類が金型界面に浮き出ることによりパッケージの汚れを発生させたり、充填不良を起こしたりする原因となるため、これらの点からもワックス類の樹脂への分散性を考慮する必要があり、またワックス類自身の加熱時の溶け性も考慮する必要がある。
【０００９】
しかしながら、以上のように充填性と離型性の向上を目的としてそれぞれ別途の方法で対応する従来の方法では、離型性と充填性のバランスの調整が困難であった。
【００１０】
無機充填材を高充填化した封止用エポキシ樹脂組成物の離型剤として、一般にはカルナバワックス等のワックス類が用いられているが、その他、炭化水素鎖と、一種類のアルキレンオキサイド単位からなるポリオキシアルキレン鎖とを有する構造の化合物を離型剤として用いることが提案されている（特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開２００６−３１６２６３号公報
【特許文献２】特開２００５−３１４６８４号公報
【特許文献３】特許第３６１７３８６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記構造の化合物を離型剤として用いた場合においても、離型性と充填性の両方を必ずしも満足するものではなく、さらにこれらの特性を向上させることが可能な技術が望まれていた。
【００１２】
なお、特許文献３には、炭化水素鎖と、二種類のアルキレンオキサイド単位、すなわちプロピレンオキサイド単位およびエチレンオキサイド単位からなるポリオキシアルキレン鎖とを有する構造の化合物を、受光素子や発光素子等の光半導体素子の封止用エポキシ樹脂組成物における離型剤として用いることが記載されているが、このような光半導体素子の封止用エポキシ樹脂組成物では、透明性が要求されるため一般に無機充填材の配合量が少なく、たとえば特許文献３の実施例では無機充填材は未配合である。このような光半導体素子の封止用エポキシ樹脂組成物は、無機充填材の配合量をたとえば８０質量％以上と高充填化して熱伝導性を高めた封止用エポキシ樹脂組成物とは、リードフレームとの密着性、成形後の離型および成形時の充填の際における挙動、特に成形時の充填の際における挙動を全く異にするものであり、本発明を何ら示唆するものではない。
【００１３】
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、無機充填材を高充填化した封止用エポキシ樹脂組成物において、リードフレームとの密着性を低下させることなく離型性を向上させることができ、しかも、可塑剤やシリコーン化合物に依存せずとも成形時の充填性を向上させることが可能な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】
【００１４】
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。
【００１５】
第１に、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、フェノール性水酸基を有する硬化剤、硬化促進剤、および無機充填材を必須成分とする封止用エポキシ樹脂組成物であって、次の式I：
CH3-CH2-(CH2CH2)l-(OCH2CH(CH3))m-(OCH2CH2)n-OH          I
（式中、ｌは２０〜８０の整数、ｍは１〜５０の整数、ｎは１〜５０の整数を示す。）で表される化合物を組成物全量に対して０．１〜２質量％含有し、無機充填材を組成物全量に対して８０質量％以上含有することを特徴とする。
【００１６】
第２に、本発明の半導体装置は、上記第１の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。
【発明の効果】
【００１７】
上記第１の発明によれば、エポキシ樹脂との相溶性が高く、かつ加熱時の溶け性が良い式Iの化合物を配合したので、リードフレームとの密着性を低下させることなく離型性を向上させることができ、しかも、可塑剤やシリコーン化合物に依存せずとも成形時の充填性を向上させることができる。
【００１８】
上記第２の発明によれば、上記第１の発明の封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止されているので、リードフレームとの密着性が良く、かつ成形後の離型や成形時の充填に起因する不良のない高品質な半導体装置を高い歩留まりで得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明を詳細に説明する。
【００２０】
本発明において、エポキシ樹脂としては、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するものであれば特に制限なく使用することができる。このようなエポキシ樹脂の具体例としては、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、ブロム化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】
本発明に用いられるフェノール性水酸基を有する硬化剤としては、多価フェノール化合物、多価ナフトール化合物などが挙げられる。多価フェノール化合物の具体例としては、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などが挙げられる。多価ナフトール化合物の具体例としては、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−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリメチルホスフィン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、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミ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種以上を併用して用いてもよい。
【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０．１〜５．０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、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、硬化促進剤の配合量が５．０質量％を超えると、耐湿性が不十分になる場合がある。
【００２５】
本発明において、無機充填材としては、熱伝導性等を考慮して適宜のものを用いることができるが、中でも、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素などが好ましい。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用して用いてもよい。
【００２６】
無機充填材の配合量は、封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して８０質量％以上、好ましくは８０〜９３質量％である。無機充填材の配合量が８０質量％未満であると、エポキシ樹脂の熱伝導性が不十分となる。無機充填材の配合量が９３質量％を超えると、封止用エポキシ樹脂組成物の流動性が低下し、成形時の充填性が低下する場合がある。
【００２７】
本発明において、式Iの化合物の配合量は、封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して、０．１〜２質量％、より好ましくは０．３〜１．５質量％である。式Iの化合物の配合量が０．１質量％未満であると、離型性が低下して連続成形において不具合が生じる場合がある。式Iの化合物の配合量が２質量％を超えると、成形時の充填性が低下すると共に、リードフレームへの樹脂の密着力が低下して耐湿信頼性等が低下する場合がある。
【００２８】
式Iの化合物において、ｌは２０〜８０、好ましくは３０〜５０の整数であり、ｍは１〜５０、好ましくは１〜３０の整数であり、ｎは１〜５０、好ましくは１０〜４０の整数を示す。
【００２９】
（ｍ＋ｎ）／ｌは、好ましくは０．３〜０．６、より好ましくは０．４〜０．５である。（ｍ＋ｎ）／ｌが０．３未満であると、当該化合物のエポキシ樹脂との相溶性が悪くなる場合がある。（ｍ＋ｎ）／ｌが０．６を超えると、当該化合物の粘度が低くなり過ぎ成形時に浮き出し易くなる。
【００３０】
本発明の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、式Iの化合物と共に他の離型剤を配合することができる。このような離型剤の具体例としては、天然カルナバワックス、脂肪酸アミド、ステアリン酸、モンタン酸アミド、脂肪酸エステル、カルボキシル基含有ポリオレフィンなどが挙げられる。
【００３１】
本発明の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、上記以外の成分を配合することができる。このような成分の具体例としては、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプトシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のグリシドキシシラン、アミノシラン等のシランカップリング剤；エポキシ基とポリエーテル基を含有するポリシロキサン；三酸化アンチモン等の難燃剤；カーボンブラック等の着色剤；シリコーン可とう剤などが挙げられる。
【００３２】
上記のエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材、式Iの化合物、および必要に応じて他の成分を配合し、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して本発明の封止用エポキシ樹脂組成物とすることができる。なお、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。
【００３３】
本発明の半導体装置は、上記のようにして得られた封止用エポキシ樹脂組成物で半導体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、ＩＣ等の半導体素子を多数搭載した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、半導体素子を封止用エポキシ樹脂組成物で封止した半導体装置を製造することができる。
【００３４】
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、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よって適宜に設定変更できる。
【００３５】
なお、本発明の半導体装置において、封止用エポキシ樹脂組成物を用いた封止の対象となる半導体素子は、フォトダイオード等の受光素子や発光ダイオード等の発光素子などの光半導体素子を除いた、光の入出を伴わない半導体素子である。
【実施例】
【００３６】
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％を表す。
＜実施例１〜３、比較例１〜３＞
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、８０℃に加熱した２本ロール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封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
【００３７】
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１：Ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（住友化学（株）「ＥＳＣＮ １９５ＸＬ」 エポキシ当量 １９５）
エポキシ樹脂２：ブロム化エポキシ樹脂（住友化学（株）「ＥＳＢ４００Ｔ」 エポキシ当量 ４００）
フェノール硬化剤：フェノールノボラック（荒川化学（株）「タマノール７５２」 水酸基当量 １０４）
硬化促進剤：トリフェニルホスフィン（北興化学（株））
無機充填材：結晶シリカ（龍森（株）「３ＫＳ」）
式Iの化合物： ｌ＝３０〜５０、ｍ＝１〜３０、ｎ＝１０〜４０、（ｍ＋ｎ）／ｌ＝０．４〜０．５
カルナバワックス：大日化学工業（株）「Ｆ１−１００」
難燃剤：三酸化アンチモン（東湖産業「ＮＴ−３」）
カップリング剤：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業（株）「ＫＢＭ４０３」）
エポキシ基／ポリエーテル基含有ポリシロキサン：東レダウコーニング（株）「ＳＦ８４２１」
着色剤：カーボンブラック（三菱化学（株）製「４０Ｂ」）
上記のようにして得られた実施例１〜３と比較例１〜３の封止用エポキシ樹脂組成物を下記条件にて成形し、次の評価を行った。
（１）銅−ニッケルメッキ板接着強度
側面視が台形で横断面が円形のプリン金型を用いて、２５ｍｍ×２５ｍｍ角、厚み０．５ｍｍの銅−ニッケルメッキ板上に、金型温度１７５℃、注入圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ２、成形時間１００秒の条件で封止樹脂を成形し（銅−ニッケルメッキ板と封止樹脂の接着面積：１ｃｍ２  ショット数：１ショット）、プッシュプルゲージにて接着面のせん断強度を測定した。
（２）４２アロイ−クロムメッキ板連続離型性
銅−ニッケルメッキ板に代えて４２アロイ−クロムメッキ板を使用し、（１）と同じ条件にて数ショット連続して同一箇所に封止樹脂の成形を行い、せん断強度の低下具合を測定した。
（３）充填性評価
８ｍｍ×８ｍｍ角、厚み３．５ｍｍのＴＯ−３Ｐパッケージ（１フレーム １０キャビティ）にて、金型温度１７５℃、注入圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ２、成形時間９０秒の条件で封止樹脂を成形し、パッケージの樹脂充填具合を目視観察した。
【００３８】
評価結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
2009007407.tif 000002
【００４０】
表１に示されるように、式Iの化合物を特定の量で配合した実施例１〜３の封止用エポキシ樹脂組成物を用いた場合には、金型からの離型性の指標となる４２アロイ−クロムメッキ板を用いた連続離型性試験において、離型剤としてカルナバワックスを用いた比較例１の場合と比較して大幅に離型性が向上した。そして、リードフレームとの密着性の指標となる銅−ニッケルメッキ板接着強度は比較例１の場合と同等の値を示し、密着性が低下することはなかった。
【００４１】
さらに実施例１〜３の封止用エポキシ樹脂組成物は、充填性評価においても、捺印面端辺の未充填によるVノッチや裏面のウェルドがほとんど発生することがなく、優れた充填性を有していた。これに対して、離型剤としてカルナバワックスを用いた比較例１の封止用エポキシ樹脂組成物では、捺印面端辺の未充填によるVノッチが有為に発生した。
【００４２】
また、比較例２の封止用エポキシ樹脂組成物は、式Iの化合物を配合したものの、配合量が過剰であるため、裏面のウェルドが有為に発生しており、充填性が不十分であった。また、リードフレームとの密着性の指標となる銅−ニッケルメッキ板接着強度が低下した。
【００４３】
また、比較例３の封止用エポキシ樹脂組成物は、式Iの化合物を配合したものの、配合量が過少であるため、金型からの離型性の指標となる４２アロイ−クロムメッキ板を用いた連続離型性試験において、離型剤としてカルナバワックスを用いた比較例１の場合と比べて向上はみられなかった。また、捺印面端辺の未充填によるVノッチが有為に発生しており、充填性が不十分であった。