JP2008201904A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】無機質充填剤の含有量が高いにもかかわらず、成形流動時の粘度が低く、成形後において、硬化体は低応力であり、耐半田リフロー性および熱伝導性に優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。
【解決手段】下記の（Ａ）〜（Ｅ）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。（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）フェノール樹脂。（Ｃ）樹脂組成物全体に対し８０重量％を超え、９０重量％未満の無機質充填剤。（Ｄ）エポキシ当量５０００〜１５０００のポリオキシエチレン単位及び又はポリプロピレン単位からなるポリアルキレンエーテル鎖を側鎖に有し、又グリシジル基を側鎖に有するポリアルキレンエーテル変性シリコーン化合物。（Ｅ）トリアリールホスフィン。
【選択図】なし

Description

本発明は、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って、詳しくは、無機質充填量が多いにもかかわらず、成形流動時には低粘度であり、成形後においては、低応力で耐半田リフロー性に優れ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。

従来から、トランジスター，ＩＣ等の半導体素子は、外部環境からの保護の観点および半導体素子のハンドリングを簡易にする観点から、プラスチックパッケージ等により封止され、半導体装置化されている。そして、上記プラスチックパッケージの代表例としては、ＴＯ−２２０パッケージがあげられる。このＴＯ−２２０パッケージは、一般に、３ピンの端子を有し、ヒートシンクへの接続用の孔付き金属タブを上部に持つものであり、トランジスターなど発熱の大きな半導体素子の封止形態として利用されている。このようなパッケージでは、高い熱伝導性が求められるため、一般に、無機質充填剤の量を多くすることにより対応することがなされている。そして、上記プラスチックパッケージに用いられる封止材料としては、一般に、エポキシ樹脂組成物が使用されている（特許文献１参照）。
特開２００４−３９６７０号公報

そこで、上記封止材料を形成するエポキシ樹脂組成物に、高弾性の無機質充填剤を高含有すると、これにより得られる封止樹脂（硬化体）の弾性率は高くなる。このため、リードフレームや半導体素子と、封止樹脂との、線膨張係数の差によって内部応力が高くなってしまい、封止樹脂のリードフレームからの剥離、封止樹脂の割れなどが発生することがあった。これらの不具合を防止するため、一般には、硬化体の低応力化を図るべくゴム粒子などの低応力物質の添加が行われている。しかし、この手法によると、高粘度の状態において、さらにゴム粒子等を添加することになるため、エポキシ樹脂組成物の粘度が上昇し、成形等が困難になるという不具合があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、無機質充填剤の含有量が高いにもかかわらず、成形流動時の粘度が低く、成形後において、硬化体は低応力であり、耐半田リフロー性および熱伝導性に優れ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の提供をその目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、下記の（Ａ）〜（Ｅ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物を第一の要旨とする。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）フェノール樹脂。
（Ｃ）樹脂組成物全体に対し８０重量％を超え、９０重量％未満の無機質充填剤。
（Ｄ）エポキシ当量５０００〜１５０００の下記一般式（１）で示されるポリアルキレンエーテル変性シリコーン化合物。

（Ｅ）トリアリールホスフィン。

そして、本発明は、上記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樹脂封止してなる半導体装置を第二の要旨とする。

すなわち、本発明者らは、無機質充填剤が高含有量であるにもかかわらず、成形流動時の粘度を低くし、かつ、成形後においては耐半田リフロー性で熱伝導性に優れた低応力の封止材料を得るため、一連の研究を行った。その過程で、低粘度化を図るため、シリコーンオイルを添加することに想起し、さらに研究を重ねた結果、半導体封止用エポキシ樹脂組成物として、親水性のアルキレングリコール鎖を有するシリコーンオイルとともに、疎水性のトリアリールホスフィンを用いると、三次元架橋が抑制されることを見出し本発明に到達した。この三次元架橋の抑制により、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物よりなる硬化体の、ガラス転移温度以上の温度領域における弾性率が低下するとともに、その硬化体のガラス転移温度自体が低下するようになる。これらによって、低弾性率帯が広がり、硬化体の低応力化がより実現される。

このように、本発明は、無機質充填剤（Ｃ成分）を特定の高含有の割合で含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、特定のポリアルキレンエーテル変性シリコーン化合物（Ｄ成分）およびトリアリールホスフィン（Ｅ成分）を含有してなるエポキシ／フェノール系の半導体封止用樹脂組成物である。このため、無機質充填剤の含有量が高いにもかかわらず、成形流動時の粘度が低く、成形後の硬化体は、低応力であり、耐半田リフロー性および熱伝導性に優れる、信頼性の高い半導体装置が得られるようになる。

また、上記特定のポリアルキレンエーテル変性シリコーン化合物（Ｄ成分）の配合量が、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体の０．０５〜１．０重量％であると、流動性および成形性により一層優れるようになる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物（以下、「半導体封止用樹脂組成物」という）は、エポキシ樹脂（Ａ成分）と、フェノール樹脂（Ｂ成分）と、特定の配合量の無機質充填剤（Ｃ成分）と、特定のポリアルキレンエーテル変性シリコーン化合物（Ｄ成分）と、硬化促進剤であるトリアリールホスフィン（Ｅ成分）とを用いて得られるものであって、通常、粉末状もしくはこれを打錠したタブレット状になっている。

上記エポキシ樹脂（Ａ成分）としては、特に限定されるものではなく、例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビス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の各種エポキシ樹脂があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。そして、これらエポキシ樹脂の中でも、特に融点もしくは軟化点が室温を超えており、室温下では固形状もしくは高粘度の液状を示すものを用いることが好ましい。例えば、上記フェノールノボラック型エポキシ樹脂としては、通常、エポキシ当量１５０〜２５０、軟化点５０〜１３０℃のものが好適に用いられ、また、上記クレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量１８０〜２１０、軟化点６０〜１１０℃のものが好適に用いられる。

上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とともに用いられるフェノール樹脂（Ｂ成分）は、上記エポキシ樹脂の硬化剤としての作用を奏するものであれば特に限定するものではなく従来公知の各種フェノール樹脂が用いられる。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。これらフェノール樹脂としては、水酸基当量が７０〜１５０、軟化点が５０〜１１０℃のものを用いることが好ましい。そして、上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とフェノール樹脂（Ｂ成分）との好適な組み合わせとしては、エポキシ樹脂（Ａ成分）としてクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を用いる場合は、フェノールノボラック樹脂を用いることが好ましい。

上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とフェノール樹脂（Ｂ成分）との配合割合は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量あたり、フェノール樹脂中の水酸基が０．５〜２．０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０．８〜１．２当量である。

上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられる上記無機質充填剤（Ｃ成分）としては、特に限定されるものではなく、従来公知のものが用いられる。例えば、石英ガラス粉末、シリカ粉末、カーボンブラック、アルミナ粉末、タルク等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。なかでも高熱伝導性が必要な用途では、アルミナ粉末や結晶シリカの破砕粉末を用いることが好ましく、信頼性が重要な場合には、結晶シリカの破砕粉末（以下、「破砕結晶シリカ粉末）という）を用いることが特に好ましい。この種の破砕粉末は、粒子の形状に凸凹があり、そのまま用いると半導体封止用樹脂組成物の粘度が高くなる傾向がみられる。したがって、好適には、破砕結晶シリカ粉末の角部を研磨して除去したり、または、研磨前の破砕結晶シリカ粉末と、球状の無機質粉末とを併用して流動性の改善を実現することが行われている。球状の無機質粉末としては、その入手の容易性、粒子径の多様性、イオン性不純物などが少ない等の点から、球状溶融シリカ粉末が好ましく利用できる。また、静電気対策の点から、カーボンブラックを添加することが好ましい。なかでも、凝集抑制効果の点から、窒素吸着比表面積が３０〜１５０ｍ² ／ｇ、静電気特性やレーザーマーク性の点から、ＤＢＰ吸収量が５〜１５０ｍｌ／１００ｇのカーボンブラックであることが特に好ましい。

上記無機質充填剤（Ｃ成分）の平均粒子径は、５〜１００μｍであることが好ましく、特に好ましくは、１０〜５０μｍであり、さらに好ましくは、１０〜３０μｍである。カーボンブラックは、通常、一次粒子径は微細であるが、凝集して２次粒子となっているため、この２次粒子の粒子径を、上記無機質充填剤の粒子径とする。粒子径が上記下限値未満であると、半導体封止用樹脂組成物の粘度が高くなるため、成形が困難となり、充填できる無機質充填剤の量が少なくなるため、成形品の熱伝導性が低くなってしまう傾向がみられる。逆に、粒子径が上記上限値を超えると、金型の樹脂注入ゲート部に詰まったり、パッケージ中の薄厚部分に進入できなくなったりするため、気泡の発生要因となり、パッケージの外観も流動縞などが生じる傾向がみられ好ましくない。そこで、最大粒子径としては、２５０μｍ以下であることが好ましく、特に好ましくは２００μｍ以下である。

無機質充填剤（Ｃ成分）の中でも、特に、破砕結晶シリカ粉末の平均粒子径は、５〜８０μｍであることが好ましく、特に好ましくは１０〜６０μｍである。また、上記破砕結晶シリカ粉末とともに好ましく用いられる球状溶融シリカ粉末の平均粒子径は、最密充填構造の点から、０．５〜１０μｍであることが好ましい。また、カーボンブラックの２次粒子の平均粒子径は、１〜３０μｍであることが好ましく、特に好ましくは３〜１０μｍである。なお、１次粒子の平均粒子径としては、１５〜７０ｎｍ、好ましくは２０〜６０ｎｍである。

上記無機質充填剤（Ｃ成分）の平均粒子径の測定は、母集団から任意の測定試料を取り出し、市販のレーザー式の粒度分布測定装置を用いて、レーザー光が横断する細管に、無機質充填剤を水に分散させたものを通過させて、光の遮断状況から求める方法で測定することが行われる。より好ましくは、粒子形状写真から画像処理で平均粒子径を算出する顕微鏡型の装置を用いる。この装置では、粒子形状を画像として見ることができるため、破砕結晶シリカ粉末などを観察するのに有用である。また、上記無機質充填剤（Ｃ成分）の最大粒子径は、上記レーザー式の粒度分布図から概数を把握することができるが、好ましくは開口サイズの決まった篩を利用して、篩上に残るものの有無で判断する。

上記無機質充填剤（Ｃ成分）を２種以上併せて用いる場合には、均一性を確保するため、事前に無機質充填剤同士のみを混合しておくことが好ましい。

そして、上記無機質充填剤（Ｃ成分）全体の配合量は、半導体封止用樹脂組成物全体の８０重量％を超え、９０重量％未満の範囲に設定する。すなわち、Ｃ成分の配合量が上記下限値以下であると、熱伝導性に劣り、逆に、Ｃ成分の配合量が上記上限値以上であると、半導体封止用樹脂組成物の流動性が著しく低下し成形性に問題が生じるからである。

破砕結晶シリカ粉末と溶融球状シリカ粉末とを併用する場合において、これらの配合割合は、上記範囲内において自由に選択可能であるが、熱伝導性および流動性のバランスの点から、重量比で、破砕結晶シリカ粉末／溶融球状シリカ粉末＝９８／２〜８０／２０の範囲が好ましく、特に好ましくは９５／５〜８５／１５の範囲である。

上記Ａ〜Ｃ成分とともに用いられるＤ成分である特定のポリアルキレンエーテル変性シリコーン化合物（以下、「シリコーン化合物」という）は、下記一般式（１）で示されるものである。通常、ポリアルキレンエーテル骨格（上記一般式（１）中、「Ａ」で示される部分）と、ポリジメチルシロキサン骨格（上記一般式（１）中、「−Ｓｉ（ＣＨ₃ ）₂ −０−」で示される部分）との分子量比の関係から、エポキシ当量５０００〜１５０００のエポキシ−ポリエーテル変性シリコーンが用いられる。エポキシ当量が、上記下限値未満であると、離型性が低下し、逆に、エポキシ当量が上記上限値を超えると、上記Ｄ成分のシリコーン化合物が、硬化体から脱離しやすくなり、成形物の外観を悪化させるからである。また、分子量は、４０００〜５００００であることが好ましい。

上記シリコーン化合物（Ｄ成分）は、従来公知の製法により得られるものである。例えば、末端を形成するトリメチルメトキシシラン、エポキシ基成分であるγ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、ジメチルシロキサン骨格を形成するため環状のオクタメチルシクロ−１，３，５，７−テトラシロキサン、および、メチルジメトキシハイドロジェンシランを所定の配合比率で配合し、開環・脱アルコール縮重合することにより、１次生成物を得る。この１次生成物にアリルポリアルキレンエーテルを加え、白金触媒の存在下にＳｉ−ＨとＣ＝Ｃ結合とを付加反応させ、ポリアルキレンエーテル骨格を上記１次生成物の側鎖に導入して目的生成物を得るという方法等があげられる。

上記１次生成物に添加するアリルポリアルキレンエーテルは、アリルアルコールと、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、テトラヒドロフランなどの環状エーテルとの開環付加反応で得られ、アリルエーテルを末端にしたそれぞれの単体重合体、あるいは、ランダム共重合体、ブロック共重合体よりなる。一般的には、エチレンオキサイド重合体、プロピレンオキサイド重合体、あるいは、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとのランダム共重合体を付加したアリルエーテル化合物が主に市販されている。その市販品の分子量は、３５０〜３０００程度である。また、耐水性の点から、側鎖メチル基を有するプロピレンオキサイドの重合体構造を有するものが好ましいが、耐水性と粘度の双方を満たす点からは、このプロピレンオキサイドとエチレンオキサイドとの共重合体がより好ましい。

この際のシリコーン化合物（Ｄ成分）は、その同一分子中に、ポリアルキレンエーテル側鎖を複数有するものが好ましい。半導体封止用樹脂組成物中への固定や、半導体封止用樹脂組成物の流動性の制御に有効だからである。

上記シリコーン化合物（Ｄ成分）におけるポリジメチルシロキサン骨格は、通常、環状のジメチルシロキサン化合物の開環により作られる。このため、テトラシロキサン等が主鎖中に分散あるいは連続的に分布することとなり、それを用いた半導体封止用樹脂組成物において、離型性が均一に分布するようになる。また、その半導体封止用樹脂組成物の金型内での流れもスムーズにすることができる。

上記シリコーン化合物（Ｄ成分）の一分子中における１つのポリアルキレンエーテル骨格の分子量は、５００〜１５００が好ましい。上記下限値未満であると樹脂成分との相溶性が悪くなる傾向がみられ、逆に、上記上限値を超えると、離型性が低下したり、半導体封止用樹脂組成物の粘度が高くなる傾向がみられるからである。そして、一分子中のジメチルシロキサン骨格の合算分子量は、ポリアルキレンエーテル骨格の合算分子量の１〜１０倍であることが好ましい。特に好ましくは２〜５倍である。すなわち、ジメチルシロキサン骨格の合算分子量が、上記下限値未満であると、離型性が悪くなる傾向がみられるとともに、シリコーン化合物（Ｄ成分）の粘度が高くなる傾向がみられる。そのため、これに付随して半導体封止用樹脂組成物の粘度も高くなる傾向がみられる。逆に、ジメチルシロキサン骨格の合算分子量が、上記上限値を超えると、エポキシ樹脂との相溶性が低下して分離するため、成形物の外観が悪くなる傾向がみられるからである。

上記シリコーン化合物（Ｄ成分）の配合量は、半導体封止用樹脂組成物全体の０．０５〜１．０重量％の割合に設定することが好ましく、より好ましくは０．１〜０．５重量％である。すなわち、上記シリコーン化合物（Ｄ成分）の配合量が、上記下限値未満であると、流動性が低下する傾向がみられる。また、上記上限値を超えると、半導体封止用樹脂組成物の粘度が上昇し、成形物の外観が不良となる傾向がみられるだけでなく、半導体封止用樹脂組成物の電気抵抗が低下することから、半導体装置の信頼性が低下する傾向がみられるからである。

上記シリコーン化合物（Ｄ成分）は、半導体封止用樹脂組成物を構成する有機成分と予備反応させて用いてもよいし、また、各成分の混合時にそのまま添加してもよい。

本発明においては、上記Ａ〜Ｄ成分とともに硬化促進剤としてトリアリールホスフィン（Ｅ成分）が用いられる。上記トリアリールホスフィンとしては、特に限定されるものではないが、例えば、トリフェニルホスフィン、トリトリルホスフィン、ジフェニルモノトリルホスフィン、トリ（エチルフェニル）ホスフィン、トリ（メトキシフェニル）ホスフィン等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

上記トリアリールホスフィン（Ｅ成分）は、上記シリコーン化合物（Ｄ成分）のポリアルキレンエーテル骨格との相溶性が低いものが好ましく、水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の官能基を有さない疎水性のものが好ましい。これに対し、アルコキシ基は有していてもよいが、アルコキシ基を有さないものに比べて親水性が高くなるため、賞用されるものではない。また、塩構造も親水性が高くなるため、有さないことが好ましい。

本発明において、上記トリアリールホスフィン（Ｅ成分）を上記シリコーン化合物（Ｄ成分）とともに用いることにより、本発明の半導体封止用樹脂組成物の硬化体を低応力化することができる。この点、本発明に係るシリコーン化合物（Ｄ成分）のみを用いる場合であっても、これを半導体封止用樹脂組成物に含有させると、液滴状に分散する傾向にあるため、硬化体においてそれ自体が応力を緩和させる傾向にある。しかし、本発明では、このＤ成分に加えて、トリアリールホスフィン（Ｅ成分）を併用するため、シリコーン化合物（Ｄ成分）における親水性のポリアルキレンエーテル鎖が、エポキシ樹脂とフェノール樹脂との反応で生じる水酸基の周囲を取り囲んで保護することとなり、疎水性である硬化促進剤のトリアリールホスフィンは水酸基に接触できず、水酸基への反応が抑制され、鎖状高分子が得られやすくなる。なお、同じ水酸基であっても、一般にフェノール樹脂の水酸基はその周囲に疎水性基が多いのに対し、エポキシ樹脂とフェノール樹脂との反応で生じる水酸基ではその周囲の親水性が高いため、エポキシ樹脂とフェノール樹脂との反応で生じる水酸基が、優先的に、Ｄ成分のポリアルキレンエーテル鎖に取り囲まれ保護されると考えられる。これによって、三次元架橋が抑えられるため、硬化体のガラス転移温度以上の温度領域における弾性率が低下するとともに、その硬化体のガラス転移温度自体も低下するため、硬化体をより一層低応力化することができるようになる。

また、ゴム粒子の添加により低応力化を図る場合には、半導体封止用樹脂組成物の粘度が高くなるのに対し、本発明に係るＤ成分およびＥ成分を併せて低応力化を図る場合には、粘度は逆に低下するようになり、成形性が向上するようになる。

上記トリアリールホスフィン（Ｅ成分）の配合量は、半導体封止用樹脂組成物全体の０．０５〜１．０重量％に設定することが好ましい。半導体封止用樹脂組成物の流動性の観点から、特に好ましくは、０．１〜０．３重量％である。すなわち、上記下限値未満では、目的とするエポキシ樹脂（Ａ成分）とフェノール樹脂（Ｂ成分）との硬化反応が進み難いため、必要とする硬化性を得ることが困難となり、上記上限値を超えると、硬化反応が速過ぎて成形性を損なう傾向がみられるからである。

このようなトリアリールホスフィン（Ｅ成分）を用いる場合には、上記効果に加えて、本発明の半導体封止用樹脂組成物の硬化体の外観性が優れるという効果を奏する。これは、アミン系、イミダゾール系などの親水性の高い硬化促進剤を用いると、硬化体の外観が荒れ、白っぽく見られるのに対し、本発明に係る疎水性のトリアリールホスフィンを用いると、上記のような外観にならず、色の深み、光沢性に優れるようになるからである。

なお、本発明の半導体封止用樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｅ成分以外に必要に応じて、シランカップリング剤、ブロム化エポキシ樹脂等のハロゲン系の難燃剤、三酸化アンチモン等の難燃助剤、顔料、表面処理剤等の他の添加剤を適宜配合することができる。

上記シランカップリング剤としては、特に限定されるものではなく、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のエポキシ系シランカップリング剤、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン等のアミノ系シランカップリング剤、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト系シランカップリング剤等があげられる。これらの中では、接着性が優れるとともに保存安定性に優れ、反応時の樹脂の増粘化を抑えるという観点から、エポキシ系シランカップリング剤やメルカプト系シランカップリング剤が好ましい。これらは、単独でもしくは２種以上併せて用いることができる。

シランカップリング剤の配合量は、半導体封止用樹脂組成物全体の０．０５〜５．０重量％の割合に設定することが好ましい。接着力の点から、特に、０．１〜２．０重量％がより好ましい。

本発明の半導体封止用樹脂組成物は、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、上記Ａ〜Ｅ成分および必要に応じて、他の添加剤を常法に準じて適宜配合した後、予備混合する。ついで、予備混合したものをミキシングロールや押し出し式の混練機等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、公知の手段によって粉砕し、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半導体封止用樹脂組成物を製造することができる。

なお、上記各成分の混合に先立って、シリコーン化合物（Ｄ成分）およびトリアリールホスフィン（Ｅ成分）等の少なくとも一方を、エポキシ樹脂（Ａ成分）およびフェノール樹脂（Ｂ成分）の少なくとも一方と、事前に混合させることが、樹脂中での分散性を均一にすることができるため好ましい。特に、シリコーン化合物（Ｄ成分）を、フェノール樹脂（Ｂ成分）と溶融混合を行うことが好ましい。これは、溶融混合により得られたフェノール樹脂が、シリコーン化合物（Ｄ成分）により一部変性された生成物となることから、シリコーン化合物（Ｄ成分）が樹脂から分離しにくくなり、離型性の点から有利となるためである。さらに、シリコーン化合物（Ｄ成分）とトリアリールホスフィン（Ｅ成分）とを併用して事前に樹脂の一部と溶融混合しておくと、分散性がさらに高まりより好ましい。このような事前混合物に残りの各成分を配合した後、上記同様の製法に従い製造することもできる。

このような半導体封止用樹脂組成物を用いての半導体素子の封止方法は、特に限定するものではなく、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、半導体装置化することができる。

このようにして得られる半導体装置としては、半導体封止用樹脂組成物中に含まれる前記一般式（１）で示されるシリコーン化合物（Ｄ成分）およびトリアリールホスフィン（Ｅ成分）により、半導体封止用樹脂組成物が低粘度となり、充填剤が高含有量となっても、成形時の流動性、成形性に優れるようになる。このため、成形品の熱伝導性が高く、発熱量の大きな高電圧、高電流素子等の封止に適している。また、シリコーン化合物（Ｄ成分）において、ポリアルキレンエーテル側鎖を有するため、フレーム等との接着性に優れ、半導体パッケージ内部において剥離が生じにくいものとなる。さらに、吸湿処理しても絶縁抵抗は高く、高温での信頼性に優れた半導体パッケージとなり、得られる半導体装置としては信頼性の高いものとなる。

このようにして得られる半導体装置としては、ＩＣやＬＳＩ等の半導体装置等があげられる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。

まず、実施例および比較例に先立って下記に示す各成分を準備した。

〔エポキシ樹脂（Ａ成分）〕
オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００、軟化点６０℃）

〔フェノール樹脂（Ｂ成分）〕
フェノールノボラック型フェノール樹脂（フェノール性水酸基当量１０５、軟化点８５℃）

〔無機質充填剤ａ（Ｃ成分）〕
破砕結晶シリカ粉末（角取り加工品、平均粒子径２０μｍ、最大粒子径１８０μｍ、粒度分布にて５０μｍ付近と０．９μｍ付近にピーク高さ比５：２の２つの極大を有する）

〔無機質充填剤ｂ（Ｃ成分）〕
球状溶融シリカ粉末（平均粒子径３０μｍ、最大粒子径１８０μｍ、粒度分布にて４５μｍ付近と１μｍ付近にピーク高さ比２０：１の２つの極大を有する）

〔無機質充填剤ｃ（Ｃ成分）〕
カーボンブラック（平均粒子径２５ｎｍ、窒素吸着比表面積１１０ｍ² ／ｇ、ＤＢＰ吸着量１００ｃｍ³ ／１００ｇ）

〔シリコーン化合物ａ（比較例用）〕
前記一般式（１）で示されるポリアルキレンエーテル変性シリコーン化合物〔重量平均分子量（ＧＰＣ、ポリスチレン換算）（以下、重量平均分子量を「分子量」と略す）：８０００、エポキシ当量４０００（ｙ＝２）、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの１：１ランダム重合体部分の分子量は、平均１０００のものが１分子あたり４個（ｚ＝４）、残りの約４０００がジメチルシロキサン骨格（ｘ＝５２）であり、粘度２Ｐａ・ｓ（２０ｐｏｉｓｅ）〕

〔シリコーン化合物ｂ（Ｄ成分）〕
前記一般式（１）で示されるポリアルキレンエーテル変性シリコーン化合物〔分子量：１５０００、エポキシ当量５０００（ｙ＝３）、エチレンオキサイド単独重合体側鎖分の分子量は平均５００のものが１分子あたり１０個（ｚ＝１０）、残りの約１００００がジメチルシロキサン骨格（ｘ＝１３０）であり、粘度２．５Ｐａ・ｓ（２５ｐｏｉｓｅ）〕

〔シリコーン化合物ｃ（Ｄ成分）〕
前記一般式（１）で示されるポリアルキレンエーテル変性シリコーン化合物〔分子量：４００００、エポキシ当量１００００（ｙ＝４）、エチレンオキサイド単独重合体側鎖分の分子量は平均１５００のものが１分子あたり８個（ｚ＝８）、残りの約２８０００がジメチルシロキサン骨格（ｘ＝３８０）であり、粘度５Ｐａ・ｓ（５０ｐｏｉｓｅ）〕

〔シリコーン化合物ｄ（Ｄ成分）〕
前記一般式（１）で示されるポリアルキレンエーテル変性シリコーン化合物〔分子量：３０００、エポキシ当量１５０００（ｙ＝２）、エチレンオキサイド単独重合体側鎖分の分子量は平均１０００のものが１分子あたり５個（ｚ＝５）、残りの約２５０００がジメチルシロキサン骨格（ｘ＝３３０）であり、粘度３．８Ｐａ・ｓ（３８ｐｏｉｓｅ）〕

〔シリコーン化合物ｅ（比較例用）〕
前記一般式（１）で示されるポリアルキレンエーテル変性シリコーン化合物〔分子量：６００００、エポキシ当量２００００（ｙ＝３）、エチレンオキサイド単独重合体側鎖分の分子量は平均２０００のものが１分子あたり２０個（ｚ＝２０）、残りの約２００００がジメチルシロキサン骨格（ｘ＝２６０）であり、粘度１２Ｐａ・ｓ（１２０ｐｏｉｓｅ）〕

〔硬化促進剤ａ（Ｅ成分）〕
トリフェニルホスフィン

〔硬化促進剤ｂ（Ｅ成分）〕
トリトリルホスフィン

〔硬化促進剤ｃ（比較例用）〕
１，５−ジアザビシクロ（４．３．０）ノネン−５（ＤＢＮ、サンアプロ社製）

〔シランカップリング剤〕
γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン

〔実施例１〜１２、比較例１〜６〕
下記の表１〜３に示す各成分を同表に示す割合で配合し、９０〜１１０℃に加熱したロール混練機に３分間かけて溶融混練することにより溶融物を作製した。つぎに、この溶融物を冷却した後粉砕し、さらにタブレット状に打錠することにより目的とする実施例・比較例用の半導体封止用樹脂組成物を得た。なお、無機質充填剤（Ｃ成分）の含有量について、半導体封止用樹脂組成物全体に対する重量％（小数点以下を四捨五入し、整数値化したもの）を表１〜３に併せて示す。

このようにして得られた各半導体封止用樹脂組成物を用い、下記の試験方法にしたがって、測定・評価した。これらの結果を後記の表４〜６に示す。また、結果に伴うこれらの評価を表４〜６に併せて示す。

〔２６０℃での曲げ弾性率〕
上記半導体封止用樹脂組成物を用い、ＴＯＷＡ社製トランスファー成形機にて、１７５℃で２分間成形後、乾燥機内で、１７５℃で５時間後硬化して、１０ｍｍ×４ｍｍ×９０ｍｍの試験片となる成形物を作製した。恒温槽付き万能試験機（オートグラフ、島津製作所社製）を利用して、三点曲げ評価法により測定し、２６０℃における曲げ弾性率の結果を求めた（ＪＩＳ Ｋ６９１１に準拠）。そして、曲げ弾性率が１．５ＧＰａ未満であると◎、１．５ＧＰａ以上１．８ＧＰａ未満であると○、１．８ＧＰａ以上２．０ＧＰａ未満であると△、２．０ＧＰａ以上であると×として評価した。

〔ガラス転移温度〕
上記半導体封止用樹脂組成物を用い、上記測定と同様の硬化条件により、５ｍｍ×５ｍｍ×２０ｍｍの試験片となる成形物を作製した。熱機械的測定装置（ＴＭＡ ＭＪ８００ＧＭ、リガク社製）を利用して、成形物の長さの変化を測定し、線膨張係数の変曲点をガラス転移温度とした。そして、ガラス転移温度が１５０℃未満であると◎、１５０℃以上１５６℃未満であると○、１５６℃以上１６０℃未満であると△、１６０℃以上であると×として評価した。

〔銅フレーム接着性〕
銅フレーム板上に、略円錐台状の半導体封止用樹脂組成物を、銅フレーム板と半導体封止用樹脂組成物との接着面積が２５ｍｍ² となるよう載置し、その状態で上記測定と同様の硬化条件により加熱した。ついで、図１に示すように、サンプル固定治具３内に、上記銅フレーム板１と接着した半導体封止用樹脂組成物の硬化体２を嵌め込み、試験機（オートグラフ、島津製作所社製）のロードセルから延びるチャック４で、銅フレーム板１の端部を狭持し、フレーム表面に平行方向に引っ張った。そして、銅フレーム板１が剥離した値を銅フレーム接着性として測定した。そして、接着性が８．０ＭＰａ以上であると◎、８．０ＭＰａ未満７．５ＭＰａ以上であると○、７．５ＭＰａ未満７．０ＭＰａ以上であると△、７．０ＭＰａ未満であると×として評価した。

〔素子周囲剥離性〕
上記半導体封止用樹脂組成物を、ＴＯ−２２０パッケージに成形し、これを２６０℃の半田リフロー炉に通した後、銅パット上のシリコン素子周囲の剥離を、超音波測定器（Ｃ−ＳＡＭ Ｄ６０００、Ｓｏｎｏｓｃａｎ，Ｉｎｃ．社製）にて観察し、空隙の有無を確認した。そして、剥離が見られないものを◎、一辺のみ剥離が見られるものを○、３辺が剥離するものを△、４辺とも剥離したものを×として評価した。

〔熱伝導率〕
上記半導体封止用樹脂組成物を用い、上記２６０℃での曲げ弾性率試験と同様の硬化条件で、熱伝導測定用試験片となる成形物を作製した。熱伝導率測定装置（ＫＥＭＴＨＥＲＭＯＱＴＭ−Ｄ３、京都電子工業社製）を利用して、成型物の熱伝導率を測定した。そして、熱伝導率が２．５以上のものを◎、２．２以上２．５未満のものを○、１．９以上２．２未満のものを△、１．９未満のものを×として評価した。

〔成形物外観性〕
半導体封止用樹脂組成物を、上記２６０℃での曲げ弾性率試験と同様の硬化条件で、８ｍｍ×２０ｍｍ×４ｍｍの大きさに成形し、表面の外観を目視にて確認した。白っぽく見られるものは表面が荒れて凹凸が存在するものであり、２−メチル−４−エチルイミダゾールを用いて成形したものを基準に、同等のものは×、黒味が深く光沢がみられるものを○とした。

上記の結果から、全ての実施例品において、曲げ弾性率、ガラス転移温度、銅フレーム接着性、素子周囲剥離性、熱伝導率および成形物外観性において、◎もしくは○の評価となり、良好な結果が得られた。

これに対して、シリコーン化合物が含有されていない比較例１品は、素子周囲剥離が４辺とも観察された。また、硬化促進剤としてトリアリールホスフィン（Ｅ成分）以外のものを使用した比較例２品では、熱伝導率以外の特性に劣る結果となった。さらに、無機質充填剤の含有量が、下限値未満の比較例３品は、所望の熱伝導性に劣る結果となった。これに対し、無機質充填剤の含有量が、上限値を超える比較例４では、粘度が高すぎるため混練ができないものとなった。また、シリコーン化合物において、エポキシ当量５０００〜１５０００の範囲外のものを用いる比較例５および６品においては、ともに銅フレーム接着性に劣るとともに、素子周囲剥離に関しても劣る結果となった。

銅フレーム接着性の試験方法を示す説明図である。

符号の説明

１ 銅フレーム板
２ 半導体封止用樹脂組成物の硬化体
３ サンプル固定治具
４ チャック

Claims (3)

1. 下記の（Ａ）〜（Ｅ）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）エポキシ樹脂。
   （Ｂ）フェノール樹脂。
   （Ｃ）樹脂組成物全体に対し８０重量％を超え、９０重量％未満の無機質充填剤。
   （Ｄ）エポキシ当量５０００〜１５０００の下記一般式（１）で示されるポリアルキレンエーテル変性シリコーン化合物。
   

   

   （Ｅ）トリアリールホスフィン。
2. 上記（Ｄ）成分のポリアルキレンエーテル変性シリコーン化合物の配合量が、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体の０．０５〜１．０重量％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。
3. 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を用いて、半導体素子を封止してなる半導体装置。

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