JP2016222853A - 封止用樹脂組成物、半導体装置及び封止用樹脂組成物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はイミダゾール化合物を含有しながら保存安定性及び硬化性が良好な封止用樹脂組成物を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は封止用樹脂組成物である。エポキシ樹脂と、フェノール系硬化剤と、無機充填材と、イミダゾール化合物とを含有する。前記イミダゾール化合物は、その融点が１６０℃以上２３０℃未満であり、且つアルキル基を２位に、水酸基を有するアルキル基を４、５位の少なくとも一つに備える。【選択図】図１

Description

本発明は、封止用樹脂組成物、前記封止用樹脂組成物を用いて作製された半導体装置、及び前記封止用樹脂組成物の製造方法に関する。

従来、トランジスタ、ＩＣ等の半導体素子の封止に関し、生産性向上、コスト低減等の観点から樹脂封止が行われている。樹脂封止は、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂系硬化剤、硬化促進剤、及び無機充填材を必須成分とする封止用樹脂組成物を成形して封止材を得ることにより行われている。

封止材を得るにあたって、エポキシ樹脂、フェノール樹脂系硬化剤、イミダゾール系硬化触媒並びに無機充填材を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物が提案されている。半導体封止用エポキシ樹脂組成物のイミダゾール系硬化触媒として、フェニルイミダゾール型、ベンズイミダゾール型の化合物を用いることが提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１４−０１９７１７号公報

しかし、特許文献１のようなイミダゾール系硬化触媒は半導体封止用エポキシ樹脂組成物に溶解し難い傾向にある。イミダゾール系硬化触媒が上記組成物中で溶解し難いと、上記組成物の保存安定性の低下及び硬化性の低下を招く傾向がある。このため、近年の生産性向上の要求に応えられない場合がある。

本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、イミダゾール化合物を含有しながら保存安定性及び硬化性が良好な封止用樹脂組成物を提供することを目的とする。加えて、前記封止用樹脂組成物を硬化させた封止材を備えることで信頼性を向上させることができる半導体装置も提供することも目的とする。更に、イミダゾール化合物を含有しながら保存安定性及び硬化性が良好な封止用樹脂組成物を得る製造方法を提供することも目的とする。

本発明に係る一形態は、封止用樹脂組成物であって、エポキシ樹脂と、フェノール系硬化剤と、無機充填材と、イミダゾール化合物とを含有し、前記イミダゾール化合物は、その融点が１６０℃以上２３０℃未満であり、且つアルキル基を２位に、水酸基を有するアルキル基を４、５位の少なくとも一つに備える。

本発明に係る一形態は、半導体装置であって、半導体素子と、前記半導体素子を封止する封止材とを備え、前記封止材が前記封止用樹脂組成物の硬化物である。

本発明に係る一形態は封止用樹脂組成物の製造方法であって、エポキシ樹脂と、フェノール系硬化剤と、無機充填材と、イミダゾール化合物とを加熱混練することを含み、前記前記イミダゾール化合物は、その融点が１６０℃以上２３０℃未満であり、且つアルキル基を２位に、水酸基を有するアルキル基を４、５位の少なくとも一つに備える。

本発明によれば、イミダゾール化合物を含有しながら硬化性及び保存安定性が良好な封止用樹脂組成物を得ることができる。イミダゾール化合物及びフェノール系硬化剤の両方を含有させることで、封止材の電気特性等の信頼性を向上させることができる。前記封止用樹脂組成物を硬化させた封止材を備えることで半導体装置の信頼性を向上させることもできる。

本発明の一実施形態に係る半導体装置を示す概略断面図である。

本実施形態に係る封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、フェノール系硬化剤と、無機充填材と、イミダゾール化合物とを含有する。

封止用樹脂組成物は、例えば図１に示すように、半導体素子５０を封止するために好適である。図１のような半導体装置１は、金属製のリードフレーム５３と、リードフレーム５３に搭載されている半導体素子５０と、半導体素子５０とリードフレーム５３とを電気的に接続するワイヤ５６と、半導体素子５０を封止する封止材６２とを備える。

イミダゾール化合物は、その融点が１６０℃以上２３０℃未満であり、且つアルキル基を２位に、水酸基を有するアルキル基を４、５位の少なくとも一つに備える。このため、封止用樹脂組成物中でイミダゾール化合物が分散して溶解しやすくなる。このため封止用樹脂組成物に良好な保存安定性、良好な流動性及び良好な硬化性を付与することができる。上記の通り封止用樹脂組成物の硬化性及び流動性を向上させることで、封止用樹脂組成物の成形性を向上させることができる。またイミダゾール化合物は２位にアルキル基を備えるため、２位の基に起因する立体障害を封止用樹脂組成物の硬化反応時に生じ難くすることができる。このため封止用樹脂組成物に良好な硬化性を付与することができる。また封止用樹脂組成物はイミダゾール化合物と共にフェノール系硬化剤を含有するため、イミダゾール化合物の量を抑制しながら封止用樹脂組成物に優れた硬化性を付与することができる。このため、イミダゾール化合物によるエポキシ樹脂中の塩素の引き抜きを抑制し、封止材６２の電気特性等の信頼性を良好に維持することができる。

以下、封止用樹脂組成物について詳細に説明する。

イミダゾール化合物の融点は、１６０℃以上２３０℃未満である。このため、封止用樹脂組成物を構成する原料を加熱混練して封止用樹脂組成物を調製する際に、イミダゾール化合物を封止用樹脂組成物中に容易に分散させて溶解させることができる。これにより、封止用樹脂組成物の保存安定性を向上させることができ、封止用樹脂組成物の硬化性も向上させることができる。また、イミダゾール化合物の融点が１６０℃以上２３０℃未満であることで、封止用樹脂組成物を硬化させる際の反応性を向上させることができる。これによっても封止用樹脂組成物の硬化性を向上させることができる。イミダゾール化合物の融点は１８０℃〜２２０℃の範囲内であれば更に好ましい。

イミダゾール化合物は、例えば下記式（Ｉ）で示される。

式（Ｉ）のイミダゾール化合物は２位にＲ_１を、４位にＲ_２を、５位にＲ_３を、それぞれ有する。Ｒ_１はアルキル基であり、Ｒ_２及びＲ_３の群から選択される少なくとも一つが水酸基を有するアルキル基であるとよい。

Ｒ_１がアルキル基であるため、２位の基に起因する立体障害を封止用樹脂組成物の硬化反応時に生じ難くすることができる。更にＲ_１がアルキル基であることで、Ｒ_１はベンゼン環等の嵩高い構造を備えないので、封止用樹脂組成物中でのイミダゾール化合物の分散性及び溶解性が向上する。Ｒ_１の炭素数が１〜４であることが好ましく、Ｒ_１がイソプロピル基であることが更に好ましい。

Ｒ_２及びＲ_３の各々が水素、アルキル基、又は水酸基を有するアルキル基であり、且つＲ_２及びＲ_３のうち少なくとも一方が水酸基を有するアルキル基である。Ｒ_２及びＲ_３のうち少なくとも一つが水酸基を有するアルキル基であることにより、このアルキル基が封止用樹脂組成物中でのイミダゾール化合物の分散性及び溶解性を更に向上させると共にこのアルキル基中の水酸基がエポキシ樹脂に対するイミダゾール化合物の相溶性を抑制する。これにより封止用樹脂組成物の保存性を向上させることができる。この場合、「アルキル基」に含まれる炭素数は１〜３にすることができる。また「水酸基を有するアルキル基」は例えばヒドロキシルアルキル基ともいう。水酸基を有するアルキル基に含まれる炭素数を１〜３にすることができる。

イミダゾール化合物は、例えば、２−プロピル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−イソプロピル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−メチル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−エチル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾールからなる群から選択される少なくとも一種の化合物を含有することができる。

イミダゾール化合物は融点の異なる複数種の化合物を含むことが好ましい。この場合、封止用樹脂組成物を加熱して封止材６２を成形する際に封止用樹脂組成物の流動性及び硬化性をバランスよく向上させることができる。複数種の化合物における融点の差は１０〜８０℃の範囲内であることが好ましい。

イミダゾール化合物の含有量は、例えば、エポキシ樹脂１００質量部に対して０．５〜２０質量部の範囲であることが好ましく、２〜１５質量部の範囲であることがより好ましい。イミダゾール化合物が上記範囲内で含有されていると、封止材６２の信頼性を良好に維持しながら封止用樹脂組成物の硬化性が良好になる。これにより封止用樹脂組成物の硬化反応を早めることができる。このため半導体装置１を得る効率を向上することができる。加えて、封止用樹脂組成物の保存安定性及び流動性も良好になる。これにより半導体素子５０を封止させる前に封止用樹脂組成物が硬化することを生じ難くすることができる。封止用樹脂組成物では、良好な硬化性、成形時の良好な流動性及び良好な保存安定性を得ることができる。このため半導体装置１の生産効率と信頼性とを向上することができる。

エポキシ樹脂は、例えばグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂及びオレフィン酸化型（脂環式）エポキシ樹脂からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。より具体的には、エポキシ樹脂は、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等のアルキルフェノールノボラック型エポキシ樹脂；ナフトールノボラック型エポキシ樹脂；フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂；ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂；フェニレン骨格、ビフェ
ニレン骨格等を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂；トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂等の多官能型エポキシ樹脂；トリフェニルメタン型エポキシ樹脂；テトラキスフェノールエタン型エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂；スチルベン型エポキシ樹脂；ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等の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；ナフタレン型エポキシ樹脂；脂環式エポキシ樹脂；ビスフェノールＡ型ブロム含有エポキシ樹脂等のブロム含有エポキシ樹脂；ジアミノジフェニルメタンやイソシアヌル酸等のポリアミンとエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂；並びにフタル酸やダイマー酸等の多塩基酸とエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂からなる群から選択される一種以上の成分を含有することができる。

フェノール系硬化剤は、封止用樹脂組成物の硬化剤であり、封止材６２の物性、封止用樹脂組成物の成形性等を考慮して配合される。フェノール系硬化剤として、封止用樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂と反応して架橋構造を生成しうる化合物が使用される。

本実施形態では、封止用樹脂組成物は硬化剤として酸無水物を更に含有してもよい。

フェノール系硬化剤は、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、ナフトールノボラック樹脂等のノボラック型樹脂；フェニレン骨格又はビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂；フェニレン骨格又はビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型樹脂；トリフェノールメタン型樹脂等の多官能型フェノール樹脂；ジシクロペンタジエン型フェノールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン型ナフトールノボラック樹脂等のジシクロペンタジエン型フェノール樹脂；テルペン変性フェノール樹脂；ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のビスフェノール型樹脂；並びにトリアジン変性ノボラック樹脂からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。特にフェノール系硬化剤がフェノールアラルキル型フェノール樹脂とビフェニルアラルキル型フェノール樹脂のうち少なくとも一方を含有することが好ましい。

封止用樹脂組成物にエポキシ樹脂とフェノール系硬化剤とを含有させるにあたって、封止用樹脂組成物中の、エポキシ基／水酸基の当量比が０．５〜１．５の範囲であることが好ましく、０．９〜１．５の範囲であることがより好ましく、１．０〜１．３の範囲内であることが更に好ましい。

無機充填材は、例えば溶融球状シリカ等の溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ及び窒化ケイ素からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。封止用樹脂組成物に無機充填材を含有させることで、封止材６２の熱膨張係数を調整できる。特に無機充填材が溶融シリカを含有することが好ましい。この場合、封止用樹脂組成物中の無機充填材の高い充填性と、成形時の封止用樹脂組成物の高い流動性とが得られる。無機充填材がアルミナ、結晶シリカ及び窒化ケイ素からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することも好ましく、この場合、封止材６２の高い熱伝導性が得られる。

無機充填材の平均粒径は例えば０．２〜７０μｍの範囲内である。平均粒径が０．５〜２０μｍの範囲内であれば、封止用樹脂組成物の成形時に特に良好な流動性が得られる。なお、平均粒径は、レーザー回折・散乱法による粒度分布の測定値から算出される体積基準のメディアン径であり、市販のレーザー回折・散乱式粒度分布測定装置を用いて得られる。

無機充填材は、成形時の封止用樹脂組成物の粘度、封止材６２の物性等の調整のために、平均粒径の異なる二種以上の成分を含有してもよい。

無機充填材は、封止用樹脂組成物全量に対して６０〜９３質量％の範囲内であることが好ましい。無機充填材が少なすぎると封止材６２の線膨張係数が大きくなるためリフロー時等の半導体装置１の反りが大きくなる可能性がある。一方、無機充填材が多すぎると封止用樹脂組成物の十分な流動性が確保されず、成形時にワイヤースイープが大きくなる場合がある。

封止用樹脂組成物は、カップリング剤を含有してもよい。カップリング剤は、無機充填材と熱硬化性樹脂成分との親和性向上及びリードフレーム５３に対する封止材６２の接着性向上に寄与することができる。

カップリング剤は、例えばシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、及びアルミニウム／ジルコニウムカップリング剤からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。シランカップリング剤は、例えばγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等のグリシドキシシラン；Ｎ−β（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシラン；アルキルシラン；ウレイドシラン；並びにビニルシランからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。

カップリング剤は、無機充填材とカップリング剤の合計量に対して０．１〜２．０質量％の範囲内であることが好ましい。この場合、封止材６２とリードフレーム５３との密着性が特に高くなる。

封止用樹脂組成物には、本実施形態の効果を損なわない範囲内において、上記成分以外の添加剤を含有してもよい。添加剤として、離型剤、難燃剤、着色剤、低応力化剤、及びイオントラップ剤が挙げられる。

離型剤は、例えばカルナバワックス、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、エステルワックス、酸化ポリエチレン、及び金属石鹸からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。

難燃剤は、例えば、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム及び赤リンからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。

着色剤は、例えば、カーボンブラック、ベンガラ、酸化チタン、フタロシアニン及びペリレンブラックからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。

低応力化剤は、例えば、シリコーンエラストマー、シリコーンレジン、シリコーンオイル及びブタジエン系ゴムからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。ブタジエン系ゴムは、例えばアクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体及びメタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体のうち少なくとも一方の成分を含有することができる。

イオントラップ剤は、例えばハイドロタルサイト類化合物と金属元素の含水酸化物とのうち少なくとも一方を含有することができる。金属元素の含水酸化物は、例えばアルミニウムの含水酸化物、ビスマスの含水酸化物、チタンの含水酸化物、及びジルコニウムの含水酸化物からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。

封止用樹脂組成物を製造するにあたって、粉体状のイミダゾール化合物を準備する。この粉体状のイミダゾール化合物は目開き２５０μｍの篩を通過し得ることが好ましい。この場合、封止用樹脂組成物中でイミダゾール化合物が特に分散して溶解しやすくなる。イミダゾール化合物は目開き２１２μｍの篩を通過し得ることも好ましい。なお、篩はＪＩＳ Ｚ ８８０１に準じて作製される。

粉体状のイミダゾール化合物の平均粒径が３〜５０μｍの範囲内であることも好ましい。この場合、封止用樹脂組成物中でイミダゾール化合物が特に分散して溶解しやすくなる。なお、イミダゾール化合物の平均粒径はレーザー回折・散乱法で測定される。

粉体状のイミダゾール化合物を含む原料を加熱混練して混合することで、封止用樹脂組成物を得ることができる。より具体的には、例えば熱硬化性成分、無機充填材及び粉体状のイミダゾール化合物を含む原料を、ミキサー、ブレンダーなどで十分均一になるまで混合し、続いて熱ロールやニーダーなどの混練機により加熱されている状態で原料を溶融混合してから、室温に冷却する。原料を加熱混練する際の温度は８０℃〜１２０℃の範囲内であることが好ましい。

上記のようにして得られた混合物を公知の手段で粉砕することで、粉体状の封止用樹脂組成物を製造することができる。この場合、熱硬化性成分はエポキシ樹脂及びフェノール系硬化剤を含むことができる。封止用樹脂組成物は粉体状でなくてもよく、例えばタブレット状であってもよい。タブレット状である場合の封止用樹脂組成物は成形条件に適した寸法と質量を有することが好ましい。

封止用樹脂組成物の１７０℃でのスパイラルフロー長さは４０〜３００ｃｍであることが好ましく、１００〜３００ｃｍであることがより好ましい。この場合、成形時の封止用樹脂組成物の流動性の悪化に起因する封止材６２の未充填、いわゆるウェルドボイド、が発生しにくくなる。加えて、成形時に半導体素子５０とリードフレーム５３を接続しているワイヤ５６がダメージを受けにくくなる。なお、封止用樹脂組成物のスパイラルフロー長さは、封止用樹脂組成物の組成を本実施形態の範囲内で適宜設定することで制御できる。

封止用樹脂組成物のゲルタイムは、１０〜１００秒であることが好ましく、１５〜８０秒であることがより好ましい。この場合、封止材６２を作製する場合の成形サイクルが特に短くなり、半導体装置１の生産性が特に高くなる。なお、ゲルタイムは、ＪＳＲトレーディング株式会社製のキュラストメータＶＰＳ型を用いて、封止用樹脂組成物を１７０℃で加熱しながらトルクを測定した場合に、加熱開始時からトルクの測定値が９．８１（Ｎ／ｍ）に達するまでに要する時間と定義される。

封止用樹脂組成物から作製された封止材６２を備える半導体装置１、及びその製造方法の例について説明する。

半導体装置１のパッケージ形態は、例えばＭｉｎｉ、Ｄパック、Ｄ２パック、Ｔｏ２２Ｏ、Ｔｏ３Ｐ、デュアル・インライン・パッケージ（ＤＩＰ）等の挿入型パッケージ、又はクワッド・フラット・パッケージ（ＱＦＰ）、スモール・アウトライン・パッケージ（ＳＯＰ）、スモール・アウトライン・Ｊリード・パッケージ（ＳＯＪ）等の表面実装型のパッケージである。

図１に、本実施形態における半導体装置１の断面図を示す。この半導体装置１は、金属製のリードフレーム５３と、リードフレーム５３に搭載されている半導体素子５０と、半導体素子５０とリードフレーム５３とを電気的に接続するワイヤ５６と、半導体素子５０を封止する封止材６２とを備える。

本実施形態では、リードフレーム５３は、ダイパッド５８、インナーリード５２１及びアウターリード５２２を備える。リードフレーム５３は、例えば４２アロイなどの鉄合金又は銅を主に含む金属材料から形成することができる。

リードフレーム５３のダイパッド５８上に半導体素子５０を適宜のダイボンド材６０で固定する。これによりリードフレーム５３に半導体素子５０を搭載する。半導体素子５０は、例えば集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード又は固体撮像素子である。半導体素子５０は、ＳｉＣ、ＧａＮ等の新規のパワーデバイスであってもよい。

続いて、半導体素子５０とリードフレーム５３におけるインナーリード５２１とを、ワイヤ５６で接続する。ワイヤ５６は、金製でもよいが、銀及び銅のうち少なくとも一方を含んでもよい。

続いて、封止用樹脂組成物を成形して硬化させる。これにより、封止用樹脂組成物は半導体素子５０を封止する封止材６２となる。封止用樹脂組成物がフェノール系硬化剤及びイミダゾール化合物の両方を含有することで、上記の通り封止材６２における電気特性等の信頼性を向上させることができる。

なお、半導体装置１を作製するにあたって、半導体素子５０をリードフレーム５３以外の基板に搭載してから封止用樹脂組成物を成形して硬化させることで半導体素子５０を封止する封止材６２を設けてもよい。基板としては、例えばＰＢＧＡ（Ｐｌａｓｔｉｃ Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）基板が挙げられる。

封止用組成物を加圧成形法で成形することで封止材６２を作製することが好ましい。加圧成形法は、例えば射出成形法、トランスファ成形法又は圧縮成形法である。

封止用樹脂組成物を加圧成形方で成形する際の成形圧力は３．０ＭＰａ以上であることが好ましく、成形温度は１２０℃以上であることが好ましい。この場合、未充填、いわゆるウェルドボイドや内部ボイド、が少なく均一な封止材６２で半導体素子５０が封止された、半導体装置１を得ることができる。

半導体装置１がトランスファ成形法で成形される場合、金型への封止用樹脂組成物の注入圧力が３ＭＰａ以上であることが好ましく、４〜７１０ＭＰａの範囲内であれば更に好ましい。また、加熱温度（金型温度）は１２０℃以上であることが好ましく、１６０〜１９０℃の範囲内であれば更に好ましい。また、加熱時間は３０〜３００秒の範囲内であることが好ましく、６０〜１８０秒の範囲内であれば更に好ましい。

トランスファ成形法では、金型内で封止材６２を作製した後、金型を閉じたままで封止材６２を加熱することにより後硬化（ポストキュア）を行ってから、金型を開いて半導体装置１を取り出すことが好ましい。後硬化のための加熱条件は、例えば加熱時間が１６０〜１９０℃の範囲内、加熱時間が２〜８時間の範囲内である。

半導体装置１がトランスファ成形法で成形される場合は、圧縮圧力が３ＭＰａ以上であることが好ましく、５．０〜１０ＭＰａの範囲内であれば更に好ましい。加熱温度（金型温度）は１２０℃以上であることが好ましく、１５０〜１８５℃の範囲内であれば更に好ましい。加熱時間は６０〜３００秒の範囲内であることが好ましい。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。

＜封止用樹脂組成物の調製＞
各実施例及び比較例において、後掲の表に示す成分を配合し、ミキサーで均一に混合分散してから、ニーダーで１００℃で加熱混練し、得られた混合物を冷却してから粉砕した。これにより得られた粉体を打錠することで、タブレット状の封止用樹脂組成物を得た。

なお、表に示す成分の詳細は次の通りである。
・無機充填材：球状溶融シリカ 電気化学工業 ＦＢ９１０
・シランカップリング剤：３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（信越シリコーン ＫＢＭ８０２）。
・エポキシ樹脂：ビフェニル型エポキシ樹脂（三菱化学製、品番ＹＸ４０００、エポキシ当量１８６）。
・フェノール系硬化剤：ビフェニルアラルキル樹脂（明和化成製、品番ＭＥＨ−７８５１ＳＳ）。
・離型剤：カルナバワックス。
・硬化促進剤１−１：２−イソプロピル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール（日本合成化学工業社製、融点；１９１℃）；目開き２５０μｍの篩を通過させたもの。
・硬化促進剤１−２：２−イソプロピル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール（日本合成化学工業社製）；目開き２１２μｍの篩を通過させたもの。
・硬化促進剤２：２−メチル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール（日本合成化学工業社製、融点；１７３℃)；目開き２５０μｍの篩を通過させたもの。
・硬化促進剤３：２−エチル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール（融点；１８０℃）；目開き２５０μｍの篩を通過させたもの。
・硬化促進剤４：２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール（四国化成工業社製 品番２ＰＨＺ、融点；２３０℃)；目開き２５０μｍの篩を通過させたもの。
・顔料：三菱化学製、品番ＭＡ６００。

＜評価試験＞
各実施例及び比較例で得られた封止用樹脂組成物、及び各封止用樹脂組成物を用いて作製された半導体装置に対し、次の評価試験を実施した、これらの結果は後掲の表に示す。

（１）ゲルタイム
ＪＳＲトレーディング株式会社製のキュラストメータＶＰＳ型を用いて、封止用樹脂組成物を１７０℃で加熱しながらトルクを測定した。加熱開始時からトルクの測定値が９．８１（Ｎ／ｍ）に達するまでに要した時間を調査し、この時間をゲルタイムとした。更にこのようにして得られたゲルタイムを封止用樹脂組成物の硬化性の指標とした。

（２）ゲルタイム保持率
温度３０℃で４８時間放置してから封止用樹脂組成物のゲルタイムを測定した。製造直後のゲルタイムに対する放置後のゲルタイムの百分率をゲルタイム保持率とした。このゲルタイム保持率を封止用樹脂組成物における保存安定性を調査する一つの指標とした。

（３）ゲルタイム保持率の評価
ゲルタイムの保持率が９５％以上の場合を「○」、８５〜９４％の場合を「△」、８４％以下の場合を「×」と評価した。

（４）スパイラルフロー
成形時の流動性の指標として、各実施例及び比較例における製造直後の封止用エポキシ樹脂組成物のスパイラルフロー長さを、ＡＳＴＭ Ｄ３１２３に準拠したスパイラルフロー測定金型を用いて、金型温度１７０℃、注入圧力６．９ＭＰａ、成形時間１２０秒の条件で測定した。このようにして得られたスパイラルフロー長さを封止用樹脂組成物の流動性の指標とした。

（５）スパイラルフロー保持率
各実施例及び比較例における封止用樹脂組成物を、温度３０℃にて４８時間放置してから、封止用樹脂組成物のスパイラルフロー長さを測定した。製造直後のスパイラルフロー長に対する放置後のスパイラルフロー長さの百分率を、スパイラルフロー保持率とした。このスパイラルフロー保持率を封止用樹脂組成物における保存安定性を調査する他の指標とした。

（６）スパイラルフロー保持率の評価
スパイラルフローの保持率が７５％以上の場合を「○」、６５〜７４％の場合を「△」、６５％以下の場合を「×」と評価した。

（７）溶け残り評価
各実施例及び比較例で得られたタブレットの一面を２ｍｍずつ八回研磨した。一回研磨する毎に、研磨面を金属顕微鏡で観察した。その結果、研磨面に硬化促進剤の溶け残りが一度も認められない場合を「○」、研磨面に硬化促進剤の溶け残りが一度でも認められた場合を「×」と評価した。

（８）半導体装置の評価
外寸法が３５ｍｍ×３５ｍｍのＰＢＧＡ基板に半導体素子を搭載し、半導体素子とＰＢＧＡ基板とを直径２０μｍ及び長さ５ｍｍの金製ワイヤで接続させた。そして金型の内部に半導体素子を配置させて封止材をトランスファ成形法で作製した。金型を１７０℃に加熱して各実施例及び比較例の封止用樹脂組成物を６．９ＭＰａの注入圧力で金型内に供した。成形時の封止用樹脂組成物の流れにより金製ワイヤが最も変形する量（最大変形量）を確認し、金製ワイヤの変形率（最大変形量/ワイヤ長）を算出した。この変形率を「初期変形率」の欄に示す。また、３０℃４８時間放置後の封止用樹脂組成物についても、上記と同じ手順で金製ワイヤの変形率を算出した。この変形率を「３０℃４８時間後の変形率」の欄に示す。

表１の結果から、比較例１、２の封止用樹脂組成物では硬化促進剤（イミダゾール化合物）が溶け残っていたが、実施例１−１１の封止用樹脂組成物では硬化促進剤が溶け残っていなかった。実施例１−５，７−９及び１０の封止用樹脂組成物では特に良好なゲルタイムの評価結果が得られた。また実施例１、３−５及び６の封止用樹脂組成物では特に良好なスパイラルフローの評価結果が得られた。これらに対し、比較例１、２では、ゲルタイム及びスパイラルフローの両方の結果から保持率（保存安定性）が低下する傾向が見出された。製造直後の封止用樹脂組成物を用いた場合、及び３０℃４８時間放置後の封止用樹脂組成物を用いた場合のどちらでも、実施例１−７の封止用樹脂組成物は比較例１及び２のものよりも金製ワイヤを変形させ難くして封止材を形成することができることが分かった。

１ 半導体装置
５０ 半導体素子
６２ 封止材

Claims (6)

1. エポキシ樹脂と、フェノール系硬化剤と、無機充填材と、イミダゾール化合物とを含有し、
   前記イミダゾール化合物は、その融点が１６０℃以上２３０℃未満であり、且つアルキル基を２位に、水酸基を有するアルキル基を４、５位の少なくとも一つに備える封止用樹脂組成物。
2. 前記２位の前記アルキル基の炭素数は１〜４である請求項１に記載の封止用樹脂組成物。
3. 前記２位の前記アルキル基はイソプロピル基である請求項１に記載の封止用樹脂組成物。
4. 前記イミダゾール化合物は融点が異なる複数の化合物からなる請求項１に記載の封止用樹脂組成物。
5. 半導体素子と、
   前記半導体素子を封止する封止材とを備え、
   前記封止材が請求項１乃至４の何れか１項に記載の封止用樹脂組成物の硬化物である半導体装置。
6. エポキシ樹脂と、フェノール系硬化剤と、無機充填材と、イミダゾール化合物とを加熱混練することを含み、
   前記前記イミダゾール化合物は、その融点が１６０℃以上２３０℃未満であり、且つアルキル基を２位に、水酸基を有するアルキル基を４、５位の少なくとも一つに備える封止用樹脂組成物の製造方法。
   

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