JP2853550B2 - エポキシ樹脂組成物及びその製造方法及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体を保護するための
封止材用エポキシ樹脂組成物及びその製造方法及びこの
封止材用エポキシ樹脂組成物を用いた封止型半導体装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】高度情報化社会の進展と半導体の進歩に
より、集積回路に付与する機能が増え、集積度や動作速
度が年々高まっている。これは半導体チップの大型化と
消費電力の増加を招いている。そのため、樹脂モールド
タイプのパッケージ（以下半導体装置と呼ぶ）では、リ
ードフレームとして熱伝導率の高い銅合金を使用するこ
とが多くなっている。銅合金と４２アロイとでは線膨張
率が違うため、銅合金製リードフレームに搭載された大
型チップの集積回路を封止する封止材には、従来の４２
アロイ製リードフレームに搭載された集積回路の封止材
とは異なる性能が求められる。各素材の線膨張率（α
[ｐｐｍ／℃] ）を示すと、銅合金は１６〜１８であ
り、４２アロイは５〜７であり、シリコンチップは３〜
４である。４２アロイ製リードフレームの場合は、チッ
プとリードフレーム共にαが小さいので、封止材の硬化
物のαを１０ｐｐｍ／℃程度以下にすることを目標に、
封止材中の非晶質シリカ体積含有率を７０数％以上にす
る検討が続けられている。一方、銅合金製リードフレー
ムでは、封止材の硬化物のαを４２アロイ用ほどに小さ
くすると、封止材の硬化物とリードフレームとの熱膨張
差が大きくなり、ヒートショック試験やヒートサイクル
試験などの熱応力による不具合をチェックする試験にお
いて不良が発生するので、封止材の硬化物のαはやや大
きめになるようにせざるを得ない。このため、封止材中
のフィラーである非晶質シリカの含有率を７０体積％前
後以下にしているのが一般的である。

【０００３】一方、実装密度を高めるために表面実装タ
イプの薄型半導体装置が主流となってきているが、この
表面実装型半導体装置では、封止材の硬化物の吸湿が原
因だと考えられるが、半田付け処理後に封止材の硬化物
とチップの間あるいは、封止材の硬化物とダイパッド裏
のリードフレームの間が剥離するという不良が発生しや
すい（吸湿耐半田性が悪い）。これを解決するために
は、フィラー含有率を高めた封止材を用いて、封止材の
硬化物を低吸湿化するという方策が最も有効であり、こ
の方策の実現が望まれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】銅合金製リードフレー
ム用封止材のフィラーの体積含有率が少ないという事は
樹脂成分が多いことなので、得られる封止材の硬化物の
吸湿率が高くなってしまい、半導体装置（パッケージ）
の吸湿耐半田性を向上できないという問題点がある。こ
れは、近年、半導体の実装形態が表面実装型に移行しつ
つある中で、早急に解決が必要な課題となっている。ま
た、表面実装型の半導体装置では、封止材使用部分の肉
厚が薄くなっているので、成形時に充填不良やボイドが
発生しやすくなっており、封止材の流動性を良好に維持
したまま、前記吸湿耐半田性や耐ヒートショックなどの
諸特性向上を図る必要がある。

【０００５】本発明は上記のような状況に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、銅合金製リー
ドフレームに搭載した半導体チップを封止した半導体装
置の吸湿耐半田性及び耐ヒートショック性が改善できる
エポキシ樹脂組成物及びその製造方法を提供することで
あり、また、当該エポキシ樹脂組成物を用いた吸湿耐半
田性及び耐ヒートショック性の優れた封止型半導体装置
を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】エポキシ樹脂組成物に係
る発明は、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤及びフィ
ラーを含有するエポキシ樹脂組成物において、フィラー
として、非晶質シリカ粉（Ａ）と非晶質シリカよりも線
膨張率の大きな１種類以上の無機粉（Ｂ）の混合粉であ
るフィラーであり、全フィラー中に占める前記無機粉
（Ｂ）の割合が真比重換算で２０〜６０体積％であるフ
ィラーであり、重量平均粒子径が１μｍ未満で、比表面
積が１０〜３０ｍ² ／ｇの球状非晶質シリカ粉を全フィ
ラー中に真比重換算で５〜２０体積％含むフィラーであ
り、さらに、その平均粒径が維持される圧力でフィラー
を圧縮して得られる成形体中のフィラーの体積分率が７
８％以上であるフィラーを、使用していることを特徴と
している。

【０００７】また、エポキシ樹脂組成物の製造方法に係
る発明は、常温で固形のエポキシ樹脂及び／または硬化
剤を、重量平均粒子径が１μｍ未満で、比表面積が１０
〜３０ｍ² ／ｇの球状非晶質シリカ粉を添加した状態で
粉砕し、次いで他の原料と混合・混練することを特徴と
している。

【０００８】また、半導体装置に係る発明は、請求項１
から請求項５までのいずれかに記載のエポキシ樹脂組成
物を用いて、銅合金製リードフレームに搭載された半導
体素子を封止していることを特徴としている。

【０００９】以下、本発明を詳しく説明する。封止材用
エポキシ樹脂組成物に用いられるフィラーのなかで、非
晶質シリカは線膨張率が０．５〜０．７ｐｐｍ／℃であ
り、また粒子形状を球状化できるのでフィラーを封止材
中に高充填させやすいことから、封止材の硬化物の低吸
湿化と低線膨張率化の目的で、広く使用されている。し
かし、非晶質シリカを高充填化するほど封止材の硬化物
の線膨張率は低くなり、一般には７０体積％以上含有す
る封止材の硬化物のαは１２ｐｐｍ／℃未満になり、銅
合金リードフレームとの差は広がって行く。そこで、本
発明では非晶質シリカ粉（Ａ）と、非晶質シリカよりも
線膨張率の大きな１種以上の無機粉（Ｂ）からなり、各
粉体の真体積に着目した体積混合比が８０／２０乃至４
０／６０の混合粉をフィラーとして使用することによ
り、フィラー含有率を高めても、封止材の硬化物の線膨
張率を銅合金リードフレーム用として好ましい範囲に維
持するものである。無機粉（Ｂ）の全フィラーに占める
真比重換算の体積分率が２０％より少なくなると硬化物
の線膨張率が低くなり、また、６０％を越えると硬化物
の線膨張率が大きくなり、好ましくない。

【００１０】また、封止材の硬化物の吸湿率を下げて吸
湿耐半田性を向上するためには、封止材中にフィラーを
高充填することが必要である。高充填化可能なフィラー
としては、粒子間の自由体積を極小化したものが必要で
あり、これは、重量平均粒子径が１μｍ未満で、かつ、
比表面積が１０〜３０ｍ² ／ｇの球状非晶質シリカを、
全フィラーに対して真比重換算で５〜２０体積％占める
ように配合し、かつ、この全フィラーとして、その平均
粒径が維持される圧力でフィラーを圧縮して得られる成
形体中のフィラーの体積分率が７８％以上であるフィラ
ーを用いる事で達成できる。

【００１１】ここで前記の「圧縮して得られる成形体中
のフィラー体積分率」について説明する。無機フィラー
として使用するｎ種（ｎは２以上の整数）のフィラーの
それぞれの真比重をｄｉ、無機フィラーそれぞれの配合
重量をｗｉ（ｉは１〜ｎの整数）とした場合の無機フィ
ラー全体の真比重ｄは下記の式（Ｃ）で算出される値と
なる。

【００１２】 ｄ＝Σｗｉ／Σ（ｗｉ／ｄｉ）─────（Ｃ） そして、圧縮して得られる成形体中のフィラー体積分率
をＰとしたときに、Ｐは重量がＷグラムである無機フィ
ラーを圧縮して得られる成形体の見かけ体積Ｖ立方セン
チメートルから、次の式（Ｄ）で算出される。

【００１３】 Ｐ＝１００（Ｗ／ｄ）／Ｖ ─────（Ｄ） そして、本発明では、体積分率Ｐを測定するために行う
無機フィラーの圧縮成形の成形圧力は、圧縮成形前の平
均粒子径が圧縮成形後も保持される圧力である事が重要
である。この成形圧力が高すぎると、無機フィラーの粒
子が破壊され、圧縮成形後の平均粒子径は圧縮成形前の
平均粒子径とは異なるものになり、測定される体積分率
Ｐはエポキシ樹脂組成物中の無機フィラーの性質を示さ
なくなる不都合が生じる。なぜなら、どのような無機フ
ィラーでも、圧縮成形時の成形圧力を極端に高くする
と、粒子が破壊されて、得られる成形体中には空隙が含
まれない状態に近づき、測定される体積分率Ｐは１００
％に漸近するようになるからである。従って、本発明で
は、圧縮成形して得られる成形体中の無機フィラーが、
エポキシ樹脂組成物中に含有させる無機フィラーと同じ
状態で存在するように、圧縮成形の際の成形圧力は圧縮
成形前の無機フィラーの平均粒径が圧縮成形後も保持さ
れる圧力で行うように限定している。

【００１４】なお、圧縮成形前の無機フィラーの平均粒
子径が、圧縮成形後も保持される圧力の範囲内の最高圧
力（以降Ｆｍａｘと略す）で成形した成形体により得ら
れる体積分率Ｐは、Ｆｍａｘ未満で成形した成形体によ
り得られる体積分率Ｐよりも必ず大きい値となる。なな
わち、Ｆｍａｘ未満で成形した成形体の無機フィラーの
体積分率Ｐが７８％以上となる場合には、その無機フィ
ラーをＦｍａｘで成形したときの体積分率Ｐは必ず７８
％以上になる。

【００１５】重量平均粒子径が１μｍ未満で、比表面積
が１０〜３０ｍ² ／ｇの球状非晶質シリカの全フィラー
に対する真比重換算の体積分率（Ｖｓと略す）が５体積
％以下であると、前記Ｐを７８％以上にすることが困難
であると共に、エポキシ樹脂組成物を成形する際のバリ
が多くなるので好ましくない。またＶｓが２０体積％を
越えると前記Ｐを７８％以上にすることはできるが、全
フィラー中の粒子数が多くなりすぎる事により、エポキ
シ樹脂組成物を成形する際に溶融状態となった組成物の
非ニュートン性あるいはチクソトロピックな性質が大き
くなりすぎることによると考えられる、成形不良が発生
し易くなるので好ましくない。

【００１６】本発明で使用する、非晶質シリカよりも線
膨張率の大きな１種以上の無機粉（Ｂ）としては、結晶
シリカ、故意に内部にボイドを含ませていないガラス
粉、または粒子の内部が多孔質で表面は無孔質の、もし
くは中空のガラス粉が挙げられる。結晶シリカは線膨張
率が５〜６ｐｐｍ／℃と大きく、イオン性不純物の少な
いものを入手できるので、半導体封止材に用いるエポキ
シ樹脂組成物を対象とした本発明の主旨に適合してい
る。故意に内部にボイドを含ませていないガラス粉の一
種であるガラスビーズはＳｉＯ₂ 以外の成分の種類と量
を変える事で、ガラスの線膨張率を大きくすることが容
易で、かつ球状化も容易であることから、本発明の主旨
に適合する。また、粒子の内部が多孔質で表面は無孔質
の、もしくは中空のガラス粉は、粒子の内部にボイドを
含まないガラス粉に比べてエポキシ樹脂組成物の硬化物
の弾性率を低下させることができ、半導体装置において
発生する熱応力低減の効果がある。

【００１７】なお、以上述べたフィラーは、最終のエポ
キシ樹脂組成物がメモリー素子の封止に適用される場合
には、α線によるメモリー素子のソフトエラーを回避す
る目的で、ウランやトリウム等のα線源となる放射性同
位元素の含有率が少なくとも１ｐｐｂ以下の、いわゆる
α線フリーのフィラーを用いるのが好ましい。

【００１８】以上述べたフィラーを、エポキシ樹脂組成
物中に真比重換算で７０体積％以上含有させることで、
エポキシ樹脂組成物の硬化物の吸湿率を低減して銅合金
性リードフレームを使用した半導体装置の吸湿耐半田性
を高める事ができ、かつ、硬化物の５０〜１００℃の間
の線膨張率を１２〜１７ｐｐｍ／℃にすることで、銅合
金性リードフレームを使用した半導体装置の耐熱応力性
の一種である耐ヒートショック性を高める事ができる。
なお、５０〜１００℃での線膨張率は、エポキシ樹脂、
硬化剤及び有機物低弾性率付与剤等の構造や配合比によ
っても変化するものであり、エポキシ樹脂組成物中のフ
ィラー体積分率だけで決まるものではない。例えば、硬
化物のガラス転移点温度（Ｔｇ）が１００℃未満の樹脂
であれば、５０〜１００℃の間に樹脂のＴｇ以降の線膨
張率（α₂ ）の領域が入ってくるために、Ｔｇが百数十
℃の樹脂の場合に比べて、樹脂組成物の硬化物の５０〜
１００℃の間の線膨張率は大きくなる。しかし、樹脂の
特性がどのような場合でも、エポキシ樹脂組成物の硬化
物の５０〜１００℃の間の線膨張率が１２〜１７ｐｐｍ
／℃であれば耐ヒートショック性を高める事ができる。

【００１９】また、以上述べたフィラーは、樹脂との化
学結合を強固にするため、カップリング剤で表面処理す
るのが望ましい。この方法は、あらかじめカップリング
剤で粉体粒子表面を処理した後、樹脂と混練しても良い
し、樹脂分にカップリング剤を混合してからフィラーと
混練するという、いわゆるインテグラルブレンド法によ
るものでも良い。

【００２０】また、本発明の必須成分であるエポキシ樹
脂は１分子内にエポキシ基を２個以上有する化合物であ
って、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
Ａ型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェ
ニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン−フェノー
ル共重合体型エポキシ樹脂、１つのベンゼン環に少なく
とも２つのエポキシ基の結合した形のエポキシ樹脂など
を挙げることができる。また、硬化剤としてはフェノー
ル系硬化剤やアミン系化合物などがあるが、硬化物の吸
湿率低減に効果のあるフェノール系の硬化剤を使用する
のが好ましい。フェノール系硬化剤とは１分子内に２個
以上のフェノール性水酸基を持つ化合物であって、たと
えば、フェノールノボラック樹脂及びその誘導体、クレ
ゾールノボラック樹脂及びその誘導体、モノまたはジヒ
ドロキシナフタレン及びその誘導体、ジシクロペンタジ
エンとフェノールの共重合体、ヒドロキシスチレン及び
その誘導体などを挙げることができる。これらのエポキ
シ樹脂と硬化剤は、フィラー含有率を高くして吸湿を下
げかつ、成形時の流動性を良好に保持するという本発明
の主旨から、溶融粘度の低いものを使用することが望ま
しい。

【００２１】また、本発明で用いる硬化促進剤として
は、例えば、トリフェニルフォスフィン及びその誘導
体、ジアザビシクロウンデセン及びその塩を含めた誘導
体、イミダゾール及びその塩を含めた誘導体などが挙げ
られる。

【００２２】以上述べた本発明のエポキシ樹脂組成物の
必須成分以外の成分は、本発明の目的を妨害しない範囲
であれば使用することができる。たとえば、離型効果を
付与するためのワックス類、着色剤としての顔料や染
料、不純イオンを捕捉して耐湿信頼性を向上させるため
のイオントラップ剤、難燃化効果を付与するための各種
難燃剤、弾性率あるいは線膨張率を低減させるためのエ
ラストマーに代表される低応力性付与成分などである。

【００２３】さらに、エポキシ樹脂組成物を製造するに
際して、特定の製造方法を採用する事により、エポキシ
樹脂組成物の流動性が高まる事を見いだした。すなわ
ち、常温で固形のエポキシ樹脂及び／または硬化剤の、
エポキシ樹脂組成物に必要な全量あるいは一部を粉砕し
て樹脂粉体とし、その後に他の原材料などと混合し、混
練して最終的にエポキシ樹脂組成物を製造する方法に於
いて、前記エポキシ樹脂及び／または硬化剤を粉砕する
際に、重量平均粒子径が１μｍ未満で、比表面積が１０
〜３０ｍ² ／ｇの球状非晶質シリカ粉が樹脂に添加され
ていることを特徴とする製造方法である。エポキシ樹脂
組成物の製造において、必要な樹脂成分を微粉体化して
混合・混練するのは一般的であるが、樹脂微粉は極めて
凝集する傾向あるいはケーキングする傾向が強く、樹脂
微粉以外のフィラー等と混合するまでの間に、多くが大
粒子化している。そのため、混練時に樹脂成分が溶融さ
れた際に、近傍の微細フィラー粒子からなる凝集物を取
り込んで、いわゆる「ダマ」のような強い液体架橋によ
る凝集体を形成し、この凝集体は混練によっても完全に
は消滅しないと考えられる。本発明の製造方法によれ
ば、樹脂成分の微粉表面に重量平均粒子径が１μｍ未満
のシリカ粒子の層が形成されることで、樹脂微粉が凝集
あるいはケーキングするのが防止され、樹脂成分以外の
成分と混合した際に、配合成分が極めて細かく均一に分
散され、混練後におけるフィラー凝集体残存程度が少な
くなり、これによりエポキシ樹脂組成物の流動性が向上
する。なお、常温で固形のエポキシ樹脂及び／または硬
化剤に球状非晶質シリカ粉を添加して粉砕する際に、硬
化促進剤等の他の樹脂成分を同時に添加して粉砕するよ
うにしても差し支えない。

【００２４】

【実施例】実施例、及び比較例で使用した原材料につい
て説明する。

【００２５】エポキシ樹脂はビフェニル型エポキシ樹脂
〔油化シェルエポキシ（株）製、品番ＹＸ−４０００
Ｈ、エポキシ当量１９０、溶融温度１０５℃〕を使用
し、硬化剤はナフトール・フェノール重合体〔日本化薬
（株）製、品番ＯＣＮ−７０００、水酸基当量１４０、
溶融温度１２０℃〕を使用し、硬化促進剤としてはトリ
フェニルフォスフィン〔北興化学工業（株）製、以降Ｔ
ＰＰと表す〕を使用し、ワックスは天然カルナウバワッ
クスを使用し、カップリング剤はエポキシシラン系カッ
プリング剤〔日本ユニカー（株）製、品番Ａ−１８７〕
を使用し、顔料はカーボンブラックを使用した。

【００２６】非晶質シリカ粉（Ａ）としては下記のもの
を使用した。市販の非晶質シリカ粉である品番ＦＢ７４
〔電気化学工業（株）製、平均粒径２６μｍ、比表面積
２．６ｍ² ／ｇ〕を空気分級して得られた下記の２種類
のフィラー。 平均粒径３６μｍ、比表面積１．６ｍ² ／ｇ、真比重
２．２────以降ＡＳ１と表す。 平均粒径９μｍ、比表面積２．９ｍ² ／ｇ、真比重
２．２────以降ＡＳ２と表す。

【００２７】また、下記の２種類のフィラーを非晶質シ
リカ粉（Ａ）として使用した。 （株）龍森製の球状非晶質シリカ、品番ＳＯＣ２、平
均粒径０．５μｍ、比表面積１２ｍ² ／ｇ、真比重２．
２────以降ＳＯＣ２と表す。 電気化学工業（株）製の球状非晶質シリカ、品番ＦＢ
０１、平均粒径０．１μｍ、比表面積３５ｍ² ／ｇ、真
比重２．２────以降ＦＢ０１と表す。

【００２８】非晶質シリカよりも線膨張率の大きな無機
粉（Ｂ）として下記の３種類のものを使用した。 （株）龍森製の結晶シリカ、品番３Ｋ、平均粒径２７
μｍ、比表面積２ｍ² ／ｇ、真比重２．６────以降
３Ｋと表す。 東芝バロティーニ（株）製の球状Ｅガラス粉（ガラス
ビーズ）、品番ＧＢ７３１、平均粒径３０μｍ、真比重
２．６────以降ＧＢ７３１と表す。 東芝バロティーニ（株）製の中空ガラス粉（ボロシリ
ケートガラスバルーン）、品番ＨＳＣ１１０、平均粒径
１０μｍ、真比重１．１────以降ＨＳＣ１１０と表
す。

【００２９】次に、各実施例及び各比較例で使用する混
合フィラーについて説明する。下記の表１及び表２に示
す重量でそれぞれの原料フィラーを採取し、回転型ミキ
サーで混合・分散処理を行い、混合フィラーを得た。得
られた混合フィラーについて圧縮して得られる成形体中
の混合フィラー体積分率Ｐを測定し、その結果を表１及
び表２に示した。なお、混合フィラーを圧縮して得られ
る成形体中の混合フィラー体積分率Ｐは次のようにして
求めた。重量がＷグラムである混合フィラーを圧縮圧力
３００ｋｇ／ｃｍ² で単軸加圧し、円筒状の成形体を
得、得られた成形体の直径と厚みから算出される成型体
の見かけ体積Ｖと前記の重量Ｗ及びフィラー全体の真比
重ｄから、すでに述べた式（Ｄ）で算出して、成形体中
の混合フィラー体積分率Ｐを求めた。そして、得られた
成型体を解砕して圧縮成形後の混合フィラーの平均粒径
を測定し、成形に供した混合フィラーの成型前の平均粒
径と比較し、得られた成型体でも平均粒径が維持されて
いるかを調べた。その結果、各実施例及び比較例で使用
した混合フィラーでは、得られた成型体でも平均粒径が
維持されていて、圧縮圧力３００ｋｇ／ｃｍ² では圧縮
成形による粒子の破壊は生じていないことが確認され
た。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】（実施例１〜８及び比較例１〜７）表１及
び表２に示した混合フィラー（Ｆ１〜Ｆ１３）を使用し
て、実施例１〜８及び比較例１〜７の封止材用エポキシ
樹脂組成物を作製した。なお、エポキシ樹脂組成物の配
合割合は表３、表４及び表５に示す通りとし、カップリ
ング剤は混合フィラー（Ｆ１〜Ｆ１３）に必要量をスプ
レーし、ミキサーで予め分散混合し、その後他の原材料
と混合した。また各原材料の配合物の混練は、９０℃の
ミキシングロールで６分間行い、得られたシートを室温
まで冷却後粉砕し、封止材用エポキシ樹脂組成物を得る
ようにした。

【００３３】

【表３】

【００３４】

【表４】

【００３５】

【表５】

【００３６】得られた封止材用エポキシ樹脂組成物及び
このエポキシ樹脂組成物を用いて得られた硬化物及び半
導体装置についての各種性能を次のようにして評価し
た。 （１）ゲルタイム：（株）オリエンテック製キュラスト
メータＶ型を用いて、１７５℃における各エポキシ樹脂
組成物のゲルタイムを測定した。 （２）硬化物の線膨張率：専用金型を用い、１７５℃の
トランスファー成形により５ｍｍφ×２０ｍｍの円柱状
の成形品を得、次いで、１７５℃６時間のアフターキュ
アーを行い、その後、研磨により底面及び頂面の平行出
しを行い、線膨張率測定用テストピースを作製した。こ
のテストピースについて、理学電機（株）製ＴＡＳ２０
０型ＴＭＡ装置により、５０℃〜１００℃の間の線膨張
率（α₁ ）を測定した。 （３）吸湿耐半田性：４×１２×０．４ｍｍのＣＭＯＳ
素子を銅合金〔三菱電機（株）製、品番ＭＦ２０２〕製
リードフレームに銀ペーストで実装し、金ワイヤーでボ
ンディングした後、封止材用エポキシ樹脂組成物を使用
し、外形寸法８．９×１７．４×２．７ｍｍの２６ＳＯ
Ｐパッケージ用の金型でトランスファー成形した。成形
条件は、温度１７５℃、注入時間１２秒、加圧時間９０
秒、注入圧力７０ｋｇ／ｃｍ² で行なった。得られた成
形品について１７５℃６時間のアフターキュアーを行
い、性能評価用２６ＳＯＰ（半導体装置）を得た。得ら
れた半導体装置を温度８５℃、相対湿度８５％の雰囲気
に７２時間放置した後、２６０℃の半田槽に１０秒間浸
漬し、半導体装置内部の銅合金製リードフレームのダイ
パッド部裏面と封止材の硬化物との界面の密着状態を超
音波探査装置〔（株）キャノン製、品番Ｍ−７００II〕
で観察し、剥離モードの部分が発生しているものを不良
とした。また、半導体装置の外部を実体顕微鏡で観察
し、クラックの発生しているものを不良とした。 （４）耐ヒートショック性：吸湿耐半田性の場合と同様
にして、性能評価用２６ＳＯＰ（半導体装置）を得た。
この半導体装置を液相で−６５℃５分間〜＋１５０℃５
分間を１サイクルとするヒートショック試験を繰り返し
行い、表６、表７及び表８に示すサイクル数の試験終了
後に吸湿耐半田性の場合と同様にして、半導体装置内部
の銅合金製リードフレームのダイパッド部裏面と封止材
の硬化物との界面の密着状態及び半導体装置の外部クラ
ックの発生について評価した。 （５）成形不良率：吸湿耐半田性の場合と同様にして、
トランスファー成形により２６ＳＯＰを成形した。同一
封止材用エポキシ樹脂組成物を使用して成形した２６Ｓ
ＯＰについて、全個数に対する、ボイドや欠けなどの充
填不良が発生している個数の割合（百分率）を成形不良
率とした。

【００３７】前記の表３、表４及び表５に示す配合量で
得られた各実施例及び各比較例の封止材用エポキシ樹脂
組成物及びこのエポキシ樹脂組成物を用いて得られた硬
化物及び半導体装置についての各種性能を前述の方法で
評価した。得られた結果を表６、表７及び表８に示す。

【００３８】

【表６】

【００３９】

【表７】

【００４０】

【表８】

【００４１】表６、表７及び表８の結果から次の点が確
認された。比較例１は、非晶質シリカよりも線膨張率の
大きな無機粉（Ｂ）の全フィラーに対する比率が少ない
ので、エポキシ樹脂組成物の硬化物の線膨張率が銅合金
よりも小さくなり過ぎ、その結果半導体装置の耐ヒート
ショック性が悪い。

【００４２】比較例２は、非晶質シリカよりも線膨張率
の大きな無機粉（Ｂ）の全フィラーに対する比率が多い
ので、エポキシ樹脂組成物の硬化物の線膨張率が大きく
なり過ぎ、その結果半導体装置の耐ヒートショック性が
悪い。

【００４３】比較例２及び３では、使用している混合フ
ィラーの圧縮成形した成形体中のフィラー体積分率
（Ｐ）が７８％よりも小さいため、エポキシ樹脂組成物
の溶融粘度が高くなるために流動性が悪く、成形不良が
発生している。

【００４４】比較例４では、重量平均粒子径が１μｍ未
満かつ比表面積が１０〜３０ｍ² ／ｇの球状非晶質シリ
カ粉の全フィラーに占める割合が２０％を越えているの
で、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度が高くなり、その結
果流動性が悪く、成形不良が発生している。

【００４５】比較例５では、重量平均粒子径が１μｍ未
満かつ比表面積が１０〜３０ｍ² ／ｇの球状非晶質シリ
カ粉の全フィラーに占める割合が５％未満なので、Ｐの
値が７８％よりも小さくなって、エポキシ樹脂組成物の
溶融粘度が高くなるために流動性が悪く、成形不良が発
生している。

【００４６】比較例６では、重量平均粒子径が１μｍ未
満の球状非晶質シリカ粉の比表面積が３０ｍ² ／ｇを越
えているので、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度が高くな
るために流動性が悪く、成形不良が発生している。

【００４７】比較例２から６では、上述した以外に半導
体装置の吸湿耐半田性あるいは耐ヒートショック性がや
や悪くなっているが、これは、溶融粘度が高く成形不良
を生じていることに起因するものと考えられる。

【００４８】比較例７では、エポキシ樹脂組成物に占め
るフィラーの体積分率が、７０％未満なので、硬化物の
吸湿率が大きいためか半導体装置の吸湿耐半田性が著し
く悪く、またエポキシ樹脂組成物の硬化物の線膨張率
（α₁ ）が大きく、そのために半導体装置の耐ヒートシ
ョック性も悪い。

【００４９】実施例１〜８では、本発明の請求範囲内で
あれば、エポキシ樹脂組成物は溶融粘度が低く、良好な
成形性を示している、さらに実施例１〜８では、吸湿耐
半田性と耐ヒートショック性が良好な半導体装置が得ら
れている。（実施例９）粒状のエポキシ樹脂ＹＸ４００
０Ｈを３７８ｇ、粒状の硬化剤のＯＣＮ７０００を２７
９ｇ、球状非晶質シリカＳＯＣ２を１３．１ｇを混合
し、パルベライザＡＰ−１ＳＨ型〔ホソカワミクロン
（株）製〕にて２００メッシュアンダーに粉砕して、混
合樹脂粉を得た。実施例１にける、エポキシ樹脂ＹＸ４
０００Ｈ（３７．８ｇ）と硬化剤ＯＣＮ７０００（２
７．９ｇ）の合計６５．７ｇの替わりに上記２００メッ
シュアンダーの混合樹脂粉を６７．０ｇ配合する。この
混合樹脂粉中にはＳＯＣ２が１．３ｇ含まれているの
で、実施例１におけるフィラーＦ１（４２７．５ｇ）に
代えて下記に示すＦ１４のフィラーを４２６．２ｇ配合
する。

【００５０】Ｆ１４のフィラー：表９に示す重量でぞれ
ぞれの原料フィラーを秤取し、回転型ミキサーで混合・
分散処理を行って作製した。

【００５１】なお、実施例９における全フィラーは、混
合フィラーＦ１４と樹脂を粉砕する際に加えられたＳＯ
Ｃ２との合計であり、この全フィラー中の非晶質シリカ
よりも線膨張率の大きな無機粉（Ｂ）の体積分率、重量
平均粒子径が１μｍ未満かつ比表面積が１０〜３０ｍ²
／ｇの球状非晶質シリカ粉の全フィラーに占める割合、
フィラー全体の真比重及び圧縮成形品中のフィラー体積
分率Ｐを表１０に示した。

【００５２】上記のように、混合樹脂粉を予め作製して
使用し、かつ、実施例１におけるフィラーＦ１（４２
７．５ｇ）に代えてＦ１４のフィラーを４２６．２ｇ配
合するようにした以外については、実施例１と同様に配
合、混合・混練し、エポキシ樹脂組成物を得て、性能評
価を行なった。得られた結果を実施例１の結果と併せて
表１１に示す。

【００５３】

【表９】

【００５４】

【表１０】

【００５５】

【表１１】

【００５６】表１１の結果から明らかなように、常温で
固形のエポキシ樹脂を粉砕する際に、重量平均粒子径が
１μｍ未満かつ比表面積が１０〜３０ｍ² ／ｇの球状非
晶質シリカ粉を樹脂に添加して粉砕し、その後、この混
合樹脂粉を他の原材料と混合・混練して製造された実施
例９のエポキシ樹脂組成物は溶融粘度が低下しており、
従って、更にフィラー含有率を高めることが可能になる
ことが確認された。

【００５７】

【発明の効果】請求項１〜請求項５記載のエポキシ樹脂
組成物に係る発明によれば、成型時の流動性が良好であ
って、銅合金製リードフレームに搭載した半導体チップ
を封止した半導体装置の吸湿耐半田性及び耐ヒートショ
ック性が改善できるエポキシ樹脂組成物が得られる。

【００５８】請求項６記載のエポキシ樹脂組成物の製造
方法に係る発明によれば、エポキシ樹脂組成物の溶融粘
度を低下することが可能となり、従って、成型時の流動
性を良好に維持したまま、更にフィラー含有率を高める
ことが可能になる。

【００５９】請求項７及び請求項８記載の半導体装置に
係る発明によれば、銅合金性リードフレームを用いる半
導体装置の吸湿耐半田性及び熱ストレスに対する耐性の
両方に優れる半導体装置を得ることができる。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/31 (56)参考文献 特開 平２−140226（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−292029（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−5742（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−9270（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−345640（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−177284（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−253760（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−26717（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−205901（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−230279（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C08L 63/00 - 63/10 C08K 3/36 H01L 23/29

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤及び
   フィラーを含有するエポキシ樹脂組成物において、フィ
   ラーとして、非晶質シリカ粉（Ａ）と非晶質シリカより
   も線膨張率の大きな１種類以上の無機粉（Ｂ）の混合粉
   であるフィラーであり、全フィラー中に占める前記無機
   粉（Ｂ）の割合が真比重換算で２０〜６０体積％である
   フィラーであり、重量平均粒子径が１μｍ未満で、比表
   面積が１０〜３０ｍ² ／ｇの球状非晶質シリカ粉を全フ
   ィラー中に真比重換算で５〜２０体積％含むフィラーで
   あり、さらに、その平均粒径が維持される圧力でフィラ
   ーを圧縮して得られる成形体中のフィラーの体積分率が
   ７８％以上であるフィラーを、使用していることを特徴
   とするエポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】 無機粉（Ｂ）が結晶シリカである請求項
   １記載のエポキシ樹脂組成物。
3. 【請求項３】 無機粉（Ｂ）がガラス粉である請求項１
   記載のエポキシ樹脂組成物。
4. 【請求項４】 無機粉（Ｂ）が中空のガラス粉である請
   求項１記載のエポキシ樹脂組成物。
5. 【請求項５】 エポキシ樹脂組成物中におけるフィラー
   の割合が真比重換算で７０体積％以上である請求項１か
   ら請求項４までのいずれかに記載のエポキシ樹脂組成
   物。
6. 【請求項６】 含有するエポキシ樹脂及び／または硬化
   剤が常温で固形である請求項１から請求項５までのいず
   れかに記載のエポキシ樹脂組成物の製造方法において、
   常温で固形のエポキシ樹脂及び／または硬化剤を、重量
   平均粒子径が１μｍ未満で、比表面積が１０〜３０ｍ²
   ／ｇの球状非晶質シリカ粉を添加した状態で粉砕し、次
   いで他の原料と混合・混練することを特徴とするエポキ
   シ樹脂組成物の製造方法。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項５までのいずれかに
   記載のエポキシ樹脂組成物を用いて、銅合金製リードフ
   レームに搭載された半導体素子を封止してなる半導体装
   置。
8. 【請求項８】 エポキシ樹脂組成物の硬化物の線膨張率
   が１２〜１７ｐｐｍ／℃である請求項７記載の半導体装
   置。