JP5130912B2 - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いた半導体装置に関するものである。
従来からダイオード、トランジスタ、集積回路等の電子部品は、主にエポキシ樹脂組成物を用いて封止されている。特に集積回路では、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及び溶融シリカ、結晶シリカ等の無機充填材を配合した耐熱性、耐湿性に優れたエポキシ樹脂組成物が用いられている。ところが近年、電子機器の小型化、軽量化、高性能化の市場動向において、半導体素子の高集積化が年々進み、また半導体装置の表面実装化が促進されるなかで、半導体素子の封止に用いられているエポキシ樹脂組成物への要求は益々厳しいものとなってきている。特に半導体装置の表面実装化が一般的になってきている現状では、吸湿した半導体装置が半田リフロー処理時に高温にさらされる。更に、環境負荷物質の撤廃の一環として、鉛を含まない半田への代替が進められており、従来の半田に比べ融点が高いため表面実装時のリフロー温度は、従来よりも２０℃程度高く、２６０℃が必要とされる。その為、半導体装置が従来以上に高い温度にさらされることになり、半導体素子やリードフレームとエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面に剥離が発生し、半導体装置にクラックを生じる等、半導体装置の信頼性を大きく損なう不良が生じ易くなっている。
通常、エポキシ樹脂組成物中には難燃性を付与するために臭素含有有機化合物等のハロゲン系難燃剤、及び三酸化二アンチモン、四酸化二アンチモン等のアンチモン化合物が配合されていることが多いが、環境負荷物質の撤廃の観点から、ハロゲン系難燃剤、アンチモン化合物を使用しないで、難燃性に優れたエポキシ樹脂組成物の開発が要求されている。これらに代わる環境対応の難燃剤としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物等が用いられるようになってきている。しかし、これらは多量に配合しないと難燃性の効果が発現せず、しかも充分な難燃性が得られる程度に配合量を増やすとエポキシ樹脂組成物の成形時の流動性、硬化性及び硬化物の機械強度が低下、耐半田リフロー性を悪化させる恐れがある。
これらの問題に対して、低吸水、可撓性、難燃性を有するレジンを用いて耐半田リフロー性を向上させる方法が提案されている（例えば、特許文献１、２又は３参照。）が、鉛フリー半田を用いた場合にも対応できるようにするために、無機充填材をより高充填化しようとすると、流動性が不足するという問題が発生するため、実現が困難であった。
以上のような状況から、難燃性付与剤を使用することなく高い耐燃性を有し、かつ流動性を損なうことなく、鉛フリー半田にも対応可能な高い耐半田リフロー性を有する半導体封止用樹脂組成物の開発が望まれていた。
特開平１−２７５６１８号公報 特開平５−０９７９６５号公報 特開平５−０９７９６７号公報
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、難燃性付与剤を使用することなく高い耐燃性を有し、かつ流動性を損なうことなく、鉛フリー半田にも対応可能な高い耐半田リフロー性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いて半導体素子を封止してなる信頼性の高い半導体装置を提供することにある。
本発明は、
［１］ （Ａ）一般式（１）で示されるエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（２）で示されるフェノール樹脂、（Ｃ）ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物を含む硬化促進剤、（Ｄ）芳香環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物、（Ｅ）シランカップリング剤、及び（Ｆ）無機充填材、を必須成分とし、前記（Ｆ）無機充填材を全エポキシ樹脂組成物中に８４重量％以上、９２重量％以下含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
（化３）
Figure 0005130912

（ただし、上記一般式（１）において、Ｒは水素または炭素数１〜４のアルキル基を示し、互いに同一もしくは異なっていても良い。ａ〜ｄはいずれも０である。ｎは平均値で、０又は１０以下の正数。）
（化４）
Figure 0005130912

（ただし、上記一般式（２）において、Ｒは水素または炭素数１〜４のアルキル基を示し、互いに同一もしくは異なっていても良い。ａ〜ｄはいずれも０である。ｎは平均値で、０又は１０以下の正数。）
［２］ 前記（Ａ）一般式（１）で示されるエポキシ樹脂の軟化点が３５℃以上、６０℃以下である第［１］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［３］ 前記（Ｃ）ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物が、トリフェニルホスフィンの１，４−ベンゾキノン付加物である第［１］項又は第［２］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［４］ 前記（Ｄ）芳香環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物がベンゼン環又はナフタレン環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物である第［１］項ないし第［３］項のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［５］ ベンゼン環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した前記化合物が、カテコール、ピロガロール、没食子酸、没食子酸エステル、またはこれらの誘導体である、第［４］項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［６］ ナフタレン環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した前記化合物が、１，２−ジヒドロキシナフタレンもしくは２，３−ジヒドロキシナフタレン、またはこれらの誘導体である、第［４］項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［７］ 第［１］項ないし第［６］項のいずれかに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ことを特徴とする半導体装置、
である。
本発明に従うと、ハロゲン系難燃剤、及びアンチモン化合物、その他の難燃性付与剤を使用することなく、難燃グレードがＵＬ−９４のＶ−０となり、かつ流動性を損なうことなく、鉛フリー半田にも対応可能な高い耐半田リフロー性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いて半導体素子を封止してなる信頼性の高い半導体装置を高い生産性で得ることができる。このため、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、工業的な樹脂封止型半導体装置、特に鉛フリー半田を使用する表面実装用の樹脂封止型半導体装置の製造に好適に用いることができる。
本発明により得られる半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、ハロゲン系難燃剤、及びアンチモン化合物、その他の難燃性付与剤を使用することなく、難燃グレードがＵＬ−９４のＶ−０となり、かつ流動性を損なうことなく、鉛フリー半田にも対応可能な高い耐半田リフロー性を有するため、工業的な樹脂封止型半導体装置、特に鉛フリー半田を使用する表面実装用の樹脂封止型半導体装置の製造に好適に用いることができる。
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
本発明の実施の形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
本発明は（Ａ）一般式（１）で示されるエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（２）で示されるフェノール樹脂、（Ｃ）ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物を含む硬化促進剤、（Ｄ）芳香環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物、（Ｅ）シランカップリング剤、及び（Ｆ）無機充填材を必須成分とし、前記（Ｆ）無機充填材を全エポキシ樹脂組成物中に８４重量％以上、９２重量％以下含むことにより、ハロゲン系難燃剤、アンチモン化合物、その他の難燃性付与剤を使用することなく難燃グレードがＵＬ−９４のＶ−０となり、かつ流動性を損なうことなく、鉛フリー半田にも対応可能な高い耐半田リフロー性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られるものである。
以下、各成分について詳細に説明する。
本発明に用いられる一般式（１）で示されるエポキシ樹脂は、樹脂骨格が疎水性を示すので硬化物が低吸湿性を示すと共に、硬化物の架橋点間距離が長くなるため半田リフロー温度での弾性率が低い特長を有し、このため発生する応力が低く密着性にも優れるため、耐半田リフロー性が良好であり好ましい。更に、樹脂骨格に占める芳香族環含有率が高いために、樹脂そのものの難燃性も高い。本発明に用いられる一般式（１）のエポキシ樹脂の軟化点は、３５℃以上、６０℃以下であり、好ましくは、４０℃以上、５５℃以下である。一般式（１）のエポキシ樹脂の軟化点が上記範囲内であると、硬化性が良く、かつ流動性に優れるという効果がある。
一般式（１）のＲは水素または炭素数１〜４のアルキル基を示し、互いに同一もしくは異なっていても良い。ａは０〜４の整数、ｂは０〜４の整数、ｃは０〜３の整数、ｄは０〜４の整数、ｎは平均値で０又は１０以下の正数であるが、これらの内では硬化性の点から式（３）の樹脂等が好ましい。ｎが上記範囲内であると、樹脂の粘度が増大することによる封止成形時における樹脂組成物の流動性の低下を抑えることができ、より一層の低吸湿化のための無機充填材の高充填化が可能となる。
（化５）
Figure 0005130912

（ただし、上記一般式（１）において、Ｒは水素または炭素数１〜４のアルキル基を示し、互いに同一もしくは異なっていても良い。ａは０〜４の整数、ｂは０〜４の整数、ｃは０〜３の整数、ｄは０〜４の整数。ｎは平均値で、０又は１０以下の正数。）
（化６）
Figure 0005130912

（ただし、上記式（３）において、ｎは平均値で、０又は１０以下の正数）
また本発明では、一般式（１）で示されるエポキシ樹脂を用いることによる特徴を損なわない範囲で、他のエポキシ樹脂と併用することができる。併用することができるエポキシ樹脂としては１分子内にエポキシ基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造を特に限定するものではないが、例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾ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、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂（フェニレン骨格、ビフェニル骨格等を有する）、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、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、トリアジン核含有エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。他のエポキシ樹脂を併用する場合の配合量としては、全エポキシ樹脂に対して、一般式（１）で示されるエポキシ樹脂が、７０重量％以上、１００重量％以下であることが好ましい。一般式（１）で示されるエポキシ樹脂の配合量が上記範囲内であると、良好な低吸湿性、耐半田リフロー性を得ることができる。
本発明に用いられる一般式（２）で示されるフェノール樹脂は、フェノール性水酸基間に疎水性で剛直なビフェニレン骨格を有しており、これを用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物は低吸湿性を示すと共に、硬化物の架橋点間距離が長くなるためガラス転移温度を超えた高温域での弾性率が低いという特長を有し、このため発生する応力が低く密着性にも優れるため、耐半田リフロー性が良好であり好ましい。またこれらのフェノール樹脂は樹脂骨格に占める芳香族環含有率が高いために、樹脂そのものの難燃性も高く、架橋密度が低い割には耐熱性が高いという特徴を有している。
一般式（２）のＲは水素または炭素数１〜４のアルキル基を示し、互いに同一であっても異なっていても良い。ａは０〜４の整数、ｂは０〜４の整数、ｃは０〜３の整数、ｄは０〜４の整数、ｎは平均値で０又は１０以下の正数であるが、これらの内では硬化性の点から式（４）の樹脂等が好ましい。ｎが上記範囲内であると、樹脂の粘度が増大することによる封止成形時における樹脂組成物の流動性の低下を抑えることができ、より一層の低吸湿化のための無機充填材の高充填化が可能となる。
（化７）
Figure 0005130912

（ただし、上記一般式（２）において、Ｒは水素または炭素数１〜４のアルキル基を示し、互いに同一もしくは異なっていても良い。ａは０〜４の整数、ｂは０〜４の整数、ｃは０〜３の整数、ｄは０〜４の整数。ｎは平均値で、０又は１０以下の正数。）
（化８）
Figure 0005130912

（ただし、上記式（４）において、ｎは平均値で０又は１０以下の正数。）
本発明では、一般式（２）で示されるフェノール樹脂を配合することによる特徴を損なわない範囲で、他のフェノール系樹脂を併用することができる。併用することができるフェノール系樹脂としては、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造を特に限定するものではないが、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、ナフトールアラルキル樹脂、トリフェノールメタン樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。他のフェノール系樹脂を併用する場合の配合量としては、全フェノール系樹脂に対して、一般式（２）で示されるフェノール樹脂が７０重量％以上、１００重量％以下であることが好ましい。一般式（２）で示されるフェノール樹脂の配合量が上記範囲内であると、良好な低吸湿性、耐半田リフロー性を得ることができる。
本発明に用いられる全エポキシ樹脂のエポキシ基数と全フェノール系樹脂のフェノール性水酸基数の当量比としては、好ましくは０．５以上、２以下であり、特に０．７以上、１．５以下がより好ましい。上記範囲内であると、耐湿性、硬化性などの低下を抑えることができる。
本発明に用いられる一般式（１）で示されるエポキシ樹脂と一般式（２）で示されるフェノール樹脂とは、予め溶融混合して用いることにより分散性を向上させることができる。また、特に一般式（１）で示されるエポキシ樹脂として軟化点が４５℃以下のものを使用する場合には、上記のように一般式（２）で示されるフェノール樹脂と予め溶融混合することにより、溶融混合物の軟化点を元の一般式（１）で示されるエポキシ樹脂の軟化点より高くすることができ、原料の取り扱い性を向上させることができる。
本発明で用いられる硬化促進剤として、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物が必須である。ホスフィン化合物としては、例えば、トリフェニルホスフィン、トリ−ｐ−トリルホスフィン、ジフェニルシクロヘキシルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリブチルホスフィンなどが挙げられる。キノン化合物としては１，４−ベンゾキノン、メチル−１，４−ベンゾキノン、メトキシ−１，４−ベンゾキノン、フェニル−１，４−ベンゾキノン、１，４−ナフトキノンなどが挙げられる。これらホスフィン化合物とキノン化合物との付加物のうち、トリフェニルホスフィンの１，４−ベンゾキノン付加物が好ましい。ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物の製造方法としては特に制限はないが、例えば、原料として用いられるホスフィン化合物とキノン化合物とを両者が溶解する有機溶媒中で付加反応させて単離すればよい。ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物は、１種を単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明で用いられる硬化促進剤として、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物以外の硬化促進剤も、エポキシ基とフェノール性水酸基の反応を促進するものであれば特に限定なく併用できるが、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物の配合量は全硬化促進剤に対して５０重量％以上であることが好ましい。ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物以外の硬化促進剤としては、例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のジアザビシクロアルケン及びその誘導体、トリブチルアミン、ベンジルジメチルアミン等のアミン系化合物、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物、トリフェニルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラ安息香酸ボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイックアシッドボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイルオキシボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフチルオキシボレート等のテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート等が挙げられ、これらは１種又は２種類以上を併用してもよい。本発明に用いられる硬化促進剤の配合量は、全エポキシ樹脂組成物の０．０１重量％以上、３．００重量％以下である。フェノール樹脂が上記範囲内にあると、良好な硬化特性が得られる。
本発明に用いられる芳香環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物は、水酸基以外の置換基を有していてもよい。芳香環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物としては、下記一般式（５）で示される単環式化合物又は下記一般式（６）で示される多環式化合物を用いることができる。
（化９）
Figure 0005130912

（上記一般式（５）において、Ｒ１、Ｒ５はどちらか一方が水酸基であり、片方が水酸基のとき他方は水素、水酸基又は水酸基以外の置換基。Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は水素、水酸基又は水酸基以外の置換基。）
（化１０）
Figure 0005130912

（上記一般式（６）において、Ｒ１、Ｒ７はどちらか一方が水酸基であり、片方が水酸基のとき他方は水素、水酸基又は水酸基以外の置換基。Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は水素、水酸基又は水酸基以外の置換基。）
上記、一般式（５）で示される単環式化合物の具体例として、例えば、カテコール、ピロガロール、没食子酸、没食子酸エステル又はこれらの誘導体が挙げられる。また、上記一般式（６）で示される多環式化合物の具体例として、例えば、１，２−ジヒドロキシナフタレン、２，３−ジヒドロキシナフタレンおよびこれらの誘導体が挙げられる。そのうち流動性と硬化性の制御のしやすさから、芳香環を構成する２個の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物が好ましい。また、混練工程での揮発を考慮した場合、母核は低揮発性で秤量安定性の高いナフタレン環である化合物とすることがより好ましい。この場合、芳香環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物を、具体的には、例えば、１，２−ジヒドロキシナフタレン、２，３−ジヒドロキシナフタレンおよびその誘導体等のナフタレン環を有する化合物とすることができる。これらの芳香環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物は２種以上併用してもよい。
芳香環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物の配合量は全エポキシ樹脂組成物中０．０１重量％以上１重量％以下、好ましくは０．０３重量％以上０．８重量％以下、特に好ましくは０．０５重量％以上０．５重量％以下である。芳香環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物の配合量が上記範囲内であると、後述するシランカップリング剤との相乗効果により低粘度化と高流動化が図れ、またエポキシ樹脂組成物の硬化が阻害されず、半導体封止樹脂としての性能を維持することができる。
本発明に用いられるシランカップリング剤は、エポキシシラン、アミノシラン、ウレイドシラン、メルカプトシラン等特に限定されず、エポキシ樹脂組成物と無機充填材との間で反応し、エポキシ樹脂組成物と無機充填材の界面強度を向上させるものであればよい。芳香環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物はシランカップリング剤との相乗効果により、粘度特性と流動特性を著しく改善させるため、シランカップリング剤は芳香環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物の効果を充分に得るためにも必須である。これらのシランカップリング剤は単独でも併用してもよい。本発明に用いられるシランカップリング剤の配合量は、全エポキシ樹脂組成物中０．０１重量％以上１重量％以下、好ましくは０．０５重量％以上０．８以下、特に好ましくは０．１重量％以上０．６重量％以下である。シランカップリング剤の配合量が上記範囲内であると、芳香環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物の効果を充分に発揮することができ、またエポキシ樹脂組成物の硬化物と各種基材との密着性低下による半導体パッケージにおける耐半田リフロー性の低下を抑えることができる。或いは、エポキシ樹脂組成物の吸水性の上昇による半導体パッケージの耐半田リフロー性の低下も抑えることができる。
本発明に用いられる無機充填材の種類については特に制限はなく、一般に封止材料に用いられているものを使用することができる。例えば溶融シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ、アルミナ、チタンホワイト、水酸化アルミニウム、タルク、クレー、ガラス繊維等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。特に溶融シリカが好ましい。溶融シリカは、破砕状、球状のいずれでも使用可能であるが、含有量を高め、且つエポキシ樹脂組成物の溶融粘度の上昇を抑えるためには、球状シリカを主に用いる方がより好ましい。更に球状シリカの含有量を高めるためには、球状シリカの粒度分布をより広くとるよう調整することが望ましい。全無機充填材の含有量は、成形性、信頼性のバランスから全エポキシ樹脂組成物中に８４重量％以上、９２重量％以下であることが必須であり、好ましくは８７重量％以上、９２重量％以下である。無機充填材の含有量が上記範囲内であると、エポキシ樹脂組成物が低吸湿性、低熱膨張性で良好な耐半田性を発揮することができる。また、エポキシ樹脂組成物の流動性の低下による封止成形時の充填不良等の発生や、エポキシ樹脂組成物の高粘度化による半導体装置内での金線流れ等の発生を抑えることができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）ないし（Ｆ）成分から構成されるが、必要に応じてカーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力成分、天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸及びその金属塩類もしくはパラフィン等の離型材、酸化ビスマス等水和物等の無機イオン交換体、酸化防止剤等の各種添加剤を適宜配合してもよい。更に、必要に応じて無機充填材をカップリング剤やエポキシ樹脂あるいはフェノール樹脂で予め表面処理して用いてもよく、表面処理の方法としては、溶媒を用いて混合した後に溶媒を除去する方法や、直接無機充填材に添加し、混合機を用いて混合する方法等がある。
本発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｆ）成分、その他の添加剤等を、ミキサーを用いて常温混合した後、ロール、ニーダー等の押出機等の混練機で溶融混練し、冷却後粉砕して得ることができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子等の電子部品を封止し、半導体装置を製造するには、トランスファーモールド、コンプレッションモールド、インジェクションモールド等の従来からの成形方法で硬化成形すればよい。
図１は、本発明に係るエポキシ樹脂組成物を用いた半導体装置の、断面構造を示した図である。ダイパッド２上に、ダイボンド材硬化物６を介して半導体素子１が固定されている。半導体素子１の電極パッドとリードフレーム４との間は金線３によって接続されている。半導体素子１は、封止材硬化物５によって封止されている。
（実施例）
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。配合割合は重量部とする。
実施例１
エポキシ樹脂１：式（３）で示されるエポキシ樹脂（軟化点４４℃、エポキシ当量２３４、式（３）においてｎ＝１．５。） ６．４３重量部
（化１１）
Figure 0005130912
フェノール樹脂１：式（４）で示されるフェノール樹脂（軟化点１０７℃、水酸基当量２０３、式（４）においてｎ＝０．５。） ４．４２重量部
（化１２）
Figure 0005130912
硬化促進剤１：トリフェニルホスフィンの１，４−ベンゾキノン付加物
０．２０重量部
２，３−ジヒドロキシナフタレン ０．０５重量部
シランカップリング剤１：γ−グリシジルプロピルトリメトキシシラン
０．２０重量部
溶融球状シリカ（平均粒径２５μｍ） ８８．００重量部
カルナバワックス ０．３０重量部
カーボンブラック ０．４０重量部
をミキサーを用いて混合した後、表面温度が９５℃と２５℃の２本ロールを用いて混練し、冷却後粉砕してエポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物の特性を以下の方法で評価した。結果を表１に示す。
評価方法
スパイラルフロー：低圧トランスファー成形機を用いて、ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型に、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰa、硬化時間１２０秒の条件でエポキシ樹脂組成物を注入し、流動長を測定した。単位はｃｍ。８０ｃｍ以下であると金線流れやパッケージ未充填などの成形不良が生じる可能性がある。
硬化性（ゲル化時間）：１７５℃の熱盤上にエポキシ樹脂組成物粉末を３０ｇのせ、これを金属ヘラで練り、ゲル化するまでの時間を測定した。一般的なトランスファー成形は５０秒以上、１２０秒以下程度で成形されるため、ゲル化時間が４５秒以上の場合は、成形不良が生じる可能性がある。
耐燃性：トランスファー成形機を用いて、成形温度１７５℃、注入圧力９．８Ｍｐａ、硬化時間１２０秒で、試験片（１２７ｍｍ×１２．７ｍｍ×１．６ｍｍ）を成形し、アフターベークとして１７５℃、８時間加熱処理した後、ＵＬ−９４垂直燃焼試験に準じてΣＦ、Ｆmaxを測定し、耐燃性を判定した。
耐半田リフロー性：８０ｐＱＦＰ（銅フレーム：１４ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍ厚、パッドサイズ：８ｍｍ×８ｍｍ、チップサイズ：７ｍｍ×７ｍｍ）を、低圧トランスファー自動成形機を用いて、実施例、比較例記載の封止樹脂で、金型温度１７５℃、注入圧力９．６ＭＰａ、硬化時間９０秒で封止成形した後、１７５℃、４時間後硬化し、各１６個のサンプルを別々に８５℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間と８５℃、相対湿度８５％の環境下で１６８時間処理し、その後、鉛フリー半田を用いた実装を想定し、ＩＲリフロー（２６０℃）で１０秒間処理した。得られた図１に示されるような半導体装置を、超音波探傷装置を用いて観察し、内部クラック及び各種界面剥離の有無を調べた。内部クラック又は各種界面の剥離が１つでも見つかったものは不良とし、不良パッケージの個数がｎ個であるとき、ｎ／１６と表示した。
実施例２〜１３、比較例１〜９
表１、２、３の配合に従い、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得て、実施例１と同様にして評価した。結果を表１、２、３に示す。
表１〜３において、「チップ上剥離」とは、チップ１と封止材硬化物５との界面における剥離をいい、「パッド上剥離」とは、ダイパッド２の上面（チップ搭載面でチップ１周辺部）と封止材硬化物５との界面における剥離をいい、「パッド裏剥離」とは、ダイパッド２の下面（チップ搭載面の反対側）と封止材硬化物５との界面における剥離をいい、「インナーリード上剥離」とは、リードフレーム４のうち封止材で封止された部分と封止材硬化物５との界面における剥離をいう。
実施例１以外で用いた原材料を以下に示す。
エポキシ樹脂２：式（３）で示されるエポキシ樹脂（軟化点５５℃、エポキシ当量２３６、式（３）においてｎ＝１．９。）
（化１３）
Figure 0005130912

エポキシ樹脂３：ビフェニル型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）製、ＹＸ−４０００Ｋ、エポキシ当量１８５、融点１０５℃）
エポキシ樹脂４：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン製、ＹＬ−６８１０、エポキシ当量１７０ｇ／ｅｑ、融点４７℃）
フェノール樹脂２：パラキシレン変性ノボラック型フェノール樹脂（三井化学（株）製、ＸＬＣ−４Ｌ、水酸基当量１６８、軟化点６２℃）
硬化促進剤２：トリフェニルホスフィン
１，２−ジヒドロキシナフタレン
カテコール
ピロガロール
１，６−ジヒドロキシナフタレン
レゾルシノール
シランカップリング剤２：Ｎフェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン
シランカップリング剤３：γ−グリシジルプロピルトリメトキシシラン
（表１）
Figure 0005130912
（表２）
Figure 0005130912
（表３）
Figure 0005130912
実施例１〜１３は、いずれも良好な流動性、硬化性、耐燃性及び耐半田リフロー性を示す結果が得られた。一般式（１）で示されるエポキシ樹脂を用いていない比較例１及び比較例２では、硬化性と耐燃性が劣る結果となった。また、比較例２では耐半田リフロー性も劣る結果となった。一般式（２）で示されるフェノール樹脂を用いていない比較例３では、耐燃性と耐半田リフロー性が若干劣る結果となった。ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物ではない硬化促進剤を用いた比較例４では、流動性が低下し、耐半田リフロー性も劣る結果となった。芳香環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物を用いていない比較例５及び比較例６では、流動性が低下し、耐半田リフロー性も劣る結果となった。シランカップリング剤を用いていない比較例７では、流動性が低下し、耐半田リフロー性も劣る結果となった。無機充填材の含有量が不足している比較例８では、耐燃性と耐半田リフロー性が劣る結果となった。無機充填材の含有量が過剰である比較例９では、流動性の低下と粘度の上昇が著しく、パッケージ成形においては良好な成形品が得られなかった。以上より、本発明のエポキシ樹脂組成物を使用することにより、ハロゲン系難燃剤、及びアンチモン化合物、その他の難燃性付与剤を使用することなく良好な難燃性が得られ、かつ流動性を損なうことなく、鉛フリー半田にも対応可能な高い耐半田リフロー性を有する半導体封止用樹脂組成物が得られることが判った。

Claims (7)

  1. （Ａ）一般式（１）で示されるエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（２）で示されるフェノール樹脂、（Ｃ）ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物を含む硬化促進剤、（Ｄ）芳香環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物、（Ｅ）シランカップリング剤、及び（Ｆ）無機充填材、を必須成分とし、前記（Ｆ）無機充填材を全エポキシ樹脂組成物中に８４重量％以上、９２重量％以下含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
    （化１）
    Figure 0005130912
    （ただし、上記一般式（１）において、Ｒは水素または炭素数１〜４のアルキル基を示し、互いに同一もしくは異なっていても良い。ａ〜ｄはいずれも０である。ｎは平均値で、０又は１０以下の正数。）
    （化２）
    Figure 0005130912
    （ただし、上記一般式（２）において、Ｒは水素または炭素数１〜４のアルキル基を示し、互いに同一もしくは異なっていても良い。ａ〜ｄはいずれも０である。ｎは平均値で、０又は１０以下の正数。）
  2. 前記（Ａ）一般式（１）で示されるエポキシ樹脂の軟化点が３５℃以上、６０℃以下である請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
  3. 前記（Ｃ）ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物が、トリフェニルホスフィンの１，４−ベンゾキノン付加物である請求項１又は２記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
  4. 前記（Ｄ）芳香環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物が、ベンゼン環又はナフタレン環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物である請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
  5. ベンゼン環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した前記化合物が、カテコール、ピロガロール、没食子酸、没食子酸エステル、またはこれらの誘導体である、請求項４に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
  6. ナフタレン環を構成する２個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した前記化合物が、１，２−ジヒドロキシナフタレンもしくは２，３−ジヒドロキシナフタレン、またはこれらの誘導体である、請求項４に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
  7. 請求項１ないし６のいずれかに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ことを特徴とする半導体装置。
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