JP5182999B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物および半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は成型時の流動性が良好で、半導体部材に対して密着性に優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物、および該封止用組成物で封止してなる半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ダイオード、トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩなど半導体装置の封止方法は樹脂封止が主流である。樹脂封止には、一般的にエポキシ樹脂組成物が他の熱硬化性樹脂に比べて成形性、寸法安定性、接着性、電気特性、機械特性に優れているため、広く用いられてきた。
【０００３】
しかし、半導体装置の樹脂封止には、半導体装置封止後のエポキシ樹脂組成物が吸湿し、部品電極の腐食や、半田リフロー時の樹脂と半導体部材間での剥離、樹脂部分でのクラックの原因にもなるという問題がある。さらに近年、環境問題の観点から半導体装置の半田付けには鉛フリー半田の使用が要求されているが、鉛フリー半田は従来の鉛入り半田に比べ融点が３０℃以上高く、そのため半田リフロー温度の上昇（２６０〜２８０℃）が必要となり、半田リフロー時の封止樹脂と半導体部材間での剥離、樹脂部分でのクラックが発生しやすい状況となっている。
【０００４】
このような問題の解決策として、エポキシ樹脂組成物中の無機充填材の配合量を多くし、低吸湿化をはかることが提案されている。しかし、単に無機充填材の配合量を多くしただけだと、エポキシ樹脂組成物全体での流動性が低下し、エポキシ樹脂組成物が成形機金型内を流動する途中において反応が進行してしまい、パッケージの未充填部分の形成や、ボイド、金線流れ等の成形不良が発生するばかりでなく、樹脂と半導体部材間での密着性の低下が起こり、鉛フリー半田に対応したリフロー条件での耐半田リフロー性の低下という問題を生じていた。このため、エポキシ樹脂組成物中の無機質充填材の配合量を多くした場合であっても、良流動性を確保し、パッケージの成形不良を防ぎ、密着性が高く、耐半田リフロー性に優れる方法が必要とされていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような事情に鑑みなされたものであり、成型時の流動性が良好で、半導体部材に対して密着性に優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物、および該封止用組成物で封止してなる半導体装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するため、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は主として次のような構成をとる。すなわち、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、無機充填材（Ｃ）およびシランカップリング剤（Ｄ）を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、無機充填材（Ｃ）の平均粒径が５〜３０μｍ、比表面積が２．５〜５．０ｍ ２ ／ｇであり、シランカップリング剤（Ｄ）が、式（Ｉ）で示されるシランカップリング剤（ｄ）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、である。
【０００７】
【化２】
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明において「重量」とは「質量」を意味する。
【０００９】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、無機充填材（Ｃ）およびシランカップリング剤（Ｄ）を含有する。
【００１０】
本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有する化合物であり、モノマー、オリゴマー、ポリマー全般である。例えばクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメチルビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラエチルビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラブチルビフェニルなどのビフェニル型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、１，５−ジ（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタレン、１，６−ジ（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタレン、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂などのナフタレン型エポキシ樹脂、３−ｔ−ブチル−２，４´−ジヒドロキシ−３´，５´，６−トリメチルスチルベンのジグリシジルエーテル、３−ｔ−ブチル−４，４´−ジヒドロキシ−３´，５，５´−トリメチルスチルベンのジグリシジルエーテル、４，４´−ジヒドロキシ−３，３´，５，５´−テトラメチルスチルベンのジグリシジルエーテル、４，４´−ジヒドロキシ−３，３´−ジ−ｔ−ブチル−６，６´−ジメチルスチルベンのジグリシジルエーテルなどのスチルベン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、１，４−ビス（３−メチル−４ヒドロキシクミル）ベンゼンのジグリシジルエーテル、４，４´−ジヒドロキシジフェニルエーテルのジグリシジルエーテル２，２−ジメチル−５，５´−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４，４´−ジヒドロキシジフェニルスフィドなどのビスフェノール型エポキシ樹脂、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、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、鎖状脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、スピロ環含有エポキシ樹脂およびハロゲン化エポキシ樹脂などが挙げられ、これらを単独で用いても２種類以上併用してもかまわない。
【００１１】
なかでも、２官能エポキシ樹脂が好ましく、特にビフェニル型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂が好ましく、その具体例としては、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメチルビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラエチルビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラブチルビフェニル、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂などが挙げられ、これらを単独で用いても２種類以上併用してもかまわない。エポキシ樹脂（Ａ）の全体量のうち、２官能エポキシ樹脂を合計で５０重量％以上配合することが、流動性ばかりでなく、密着性、耐半田リフロー性が優れる点からより好ましい。
【００１２】
本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）の配合量としては、エポキシ樹脂組成物全体に対して通常２〜２５重量％、特に２〜１０重量％が好ましい。
【００１３】
本発明において硬化剤（Ｂ）は、エポキシ樹脂と反応する化合物であれば任意であるが、硬化物とした場合に吸水率が低い化合物としてフェノール性水酸基を有する硬化剤が好ましく用いられる。フェノール性水酸基を有する硬化剤の具体例としては、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などのノボラック樹脂、トリス（ヒドロキシフェニル）メタン、１，１，２−トリス（ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，３−トリス（ヒドロキシフェニル）プロパン、テルペンとフェノールの縮合化合物、ジシクロペンタジエン骨格含有フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、ビフェニル骨格含有フェノールアラルキル樹脂、などが挙げられ、これらを単独で用いても、２種類以上併用して用いてもかまわない。
【００１４】
これらのなかでもテルペンとフェノールの縮合化合物、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂およびビフェニル骨格含有フェノールアラルキル樹脂が好ましく、さらには硬化剤（Ｂ）の全体量のうち、テルペンとフェノールの縮合化合物、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂およびビフェニル骨格含有フェノールアラルキル樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種類以上の化合物を、その合計量で５０重量％以上配合する（それぞれ単独で５０重量％以上配合してもよい）ことが、流動性ばかりでなく、密着性、耐半田リフロー性が優れる点からより好ましい。特に、フェノールアラルキル樹脂を５０重量％以上配合することが好ましい。
【００１５】
本発明において、硬化剤（Ｂ）の配合量はエポキシ樹脂組成物全体に対して通常２〜２２重量％であり、好ましくは２〜１０重量％である。
【００１６】
さらには、エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）の配合比は、機械的性質および耐湿信頼性の点から（Ａ）に対する（Ｂ）の化学当量比が０．５〜２、特に０．７〜１．５の範囲にあることが好ましい。また、エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）の組合せとしては、ビフェニル型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂と、フェノールアラルキル樹脂との組合せが好ましい。
【００１７】
本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）の硬化反応を促進するために硬化促進剤を用いてもよい。硬化促進剤としてはエポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）との反応を促進するものであれば公知のものを任意に使用できる。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、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾールなどのイミダゾール類およびそれらの塩、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルアミンなどの３級アミン化合物、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ（４，３，０）ノネン、７−メチル−１，５，７−トリアザビシクロ（４，４，０）デセン−５などのアミジン化合物およびそれらの塩、トリフェニルホスフィン、トリス（２，６−ジメトキシフェニル）ホスフィン、トリス（４−アルキルフェニル）ホスフィン、トリアルキルホスフィンなどリン化合物およびそれらの塩などが用いられる。これらの硬化促進剤は２種以上を併用しても良い。本発明の樹脂組成物の製造方法については後述する通りであるが、硬化促進剤は予め使用する硬化剤（Ｂ）またはエポキシ樹脂（Ａ）と溶融混合させ、その後その他の成分と混合しても良い。
【００１８】
本発明における無機充填材（Ｃ）としては、非晶性シリカ、結晶性シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、アルミナ、マグネシア、窒化珪素、酸化マグネシウムアルミニウム、ジルコニア、ジルコン、クレー、タルク、マイカ、珪酸カルシウム、酸化チタン、酸化アンチモン、アスベスト、ガラス繊維などが挙げられる。形状も球状、破砕状、繊維状など任意のものが使用でき、異なった形状のものを混合して使用することもできる。なかでも球状の無機充填材をを配合することが好ましい。
【００１９】
無機充填材（Ｃ）の配合量としては、通常、樹脂組成物中７０重量％以上であり、低吸湿性、成形性の点から、８０〜９５重量％が特に好ましい。さらに、流動性、成形時のバリの低減、取り扱い易さに優れる点から、平均粒径が５〜３０μｍ、比表面積が２．５〜５．０ｍ2／ｇであることが好ましい。
【００２０】
本発明の樹脂組成物においては、シランカップリング剤（Ｄ）を含有するが、そのなかに式（Ｉ）で示されるシランカップリング剤（ｄ）を含有することが重要である。
【００２１】
【化３】
【００２２】
式（Ｉ）で示されるシランカップリング剤（ｄ）の具体例としては、γ−（メタクリロキシプロピル）トリメトキシシラン、γ−（メタクリロキシプロピル）メチルジメトキシシラン、γ−（メタクリロキシプロピル）トリエトキシシラン、γ−（メタクリロキシプロピル）メチルジエトキシシラン、などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これら式（Ｉ）で示されたシランカップリング剤（ｄ）を単独で用いても、２種類以上併用してもよく、またその他の公知のカップリング剤と併用してもかまわない。その他のカップリング剤としては、式（Ｉ）以外のシランカップリング剤、チタネートカップリング剤などのカップリング剤が使用され、好ましくは有機基および加水分解性基が珪素原子に直接結合したシランカップリング剤が使用される。具体的には、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、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、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、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、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシランなどが好ましく用いられる。シランカップリング剤（ｄ）、その他のカップリング剤はそのまま樹脂組成物に配合しても、あらかじめ無機充填材（Ｃ）に表面処理しておいて用いてもかまわない。
【００２３】
カップリング剤（Ｄ）の配合量は通常、エポキシ樹脂組成物全体に対し０．１〜２重量％、好ましくは０．１〜１．５重量％であることが、得られる半導体装置の信頼性の点で好ましい。
【００２４】
さらに、式（Ｉ）で示されるシランカップリング剤（ｄ）の配合量としては、全カップリング剤中に対して好ましくは１０重量％以上であり、さらに好ましくは３０重量％以上、特に好ましくは５０重量％以上である。式（Ｉ）で示されるシランカップリング剤（ｄ）をカップリング剤（Ｄ）中に１０重量％以上含有させることにより、特に無機充填材（Ｃ）の配合量を樹脂組成物中８０〜９５重量％とした場合に、良流動性を確保し、パッケージの成形不良を防ぎ、半導体部材に対して密着性が高く、鉛フリー半田を用いた耐半田リフロー性も優れ、さらに、ハロゲン系難燃剤を含まずに難燃化が可能な環境対応型の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得ることができる。
【００２５】
本発明の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で、長鎖脂肪酸の金属塩、長鎖脂肪酸のエステル、パラフィンワックス、シリコーン化合物などの公知の離型剤を添加することができる。これら離型剤は２種類以上併用してもかまわない。添加量としては、０．０５〜１．０重量％であることが好ましい。
【００２６】
本発明の組成物では、必須成分ではないがブロム化合物を配合することができる。ブロム化合物は、通常半導体封止用エポキシ樹脂組成物に難燃剤として添加されるものであれば特に限定されず、公知のものが使用できる。
【００２７】
ブロム化合物の好ましい具体例としては、ブロム化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ブロム化フェノールノボラック型エポキシ樹脂などのブロム化エポキシ樹脂、ブロム化ポリカーボネート樹脂、ブロム化ポリスチレン樹脂、ブロム化ポリフェニレンオキサイド樹脂、テトラブロモビスフェノールＡ、デカブロモジフェニルエーテルなどが挙げられ、なかでも、ブロム化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ブロム化フェノールノボラック型エポキシ樹脂などのブロム化エポキシ樹脂が、成形性の点から好ましい。添加量としては、０．０５〜１．０重量％であることが好ましい。
【００２８】
また、本発明の組成物では、必須成分ではないがアンチモン化合物を配合することもできる。これは通常半導体封止用エポキシ樹脂組成物に難燃助剤として添加されるもので、特に限定されず、公知のものが使用できる。アンチモン化合物の好ましい具体例としては、三酸化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモンが挙げられる。添加量としては、０．０５〜１．０重量％であることが好ましい。
【００２９】
本発明のエポキシ樹脂組成物には、カーボンブラック、酸化鉄などの着色剤、ハイドロタルサイト類、ビスマス系化合物、アルミニウム系化合物などのイオン捕捉剤、シリコーンゴム、オレフィン系共重合体、変性ニトリルゴム、変性ポリブタジエンゴム、などのエラストマー、ポリエチレンなどの低応力化剤、シリコーンオイルなどの耐湿性改良剤、および有機過酸化物などの架橋剤を任意に添加することができる。
【００３０】
本発明の樹脂組成物の製造方法としては、公知の製造方法が用いられる。例えば各種原料成分を混合した後、通常は６０〜１４０℃で、たとえばバンバリーミキサー、ニーダー、ロール、単軸もしくは二軸の押出機などを用いた公知の溶融混練方法により製造できる。溶融混練後は冷却、粉砕し粉末状にすることもできるし、そのままペレット化することもできる。このようにして得られた樹脂組成物は、粉末、タブレット、ペレットまたは液状の状態から、成形によって半導体封止に供される。
【００３１】
半導体素子を封止する方法としては、低圧トランスファー成形法が一般的であるがインジェクション成形法や圧縮成形法も可能である。成形条件としては、例えば樹脂組成物を成形温度１５０〜２００℃、成形圧力５〜１５ＭＰａ、成形時間３０〜３００秒で成形し、樹脂組成物の硬化物とすることによって半導体素子を封止した半導体装置が製造される。また、必要に応じて上記硬化物を１００〜２００℃で２〜１５時間、追加加熱処理することも行われる。
【００３２】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はここに掲げる実施例によって限定されるものではない。
【００３３】
［実施例１〜２０、２４〜２６、参考例１〜３、比較例１〜４］
表１に示す成分を、表２〜４に示す組成比（重量比）でミキサーにより予備混合した後、バレル温度９０℃の二軸押出機を用いて５分間溶融混練後、冷却・粉砕し、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
【００３４】
作製した合計３１種類の組成物について、２０８pinＬＱＦＰ（外形：２８×２８×１．４ｍｍ、フレーム材料：銅）用金型（ポット径φ１８ｍｍ）、１７６pinＬＱＦＰ（外形：２３×２３×１．４ｍｍ、フレーム材料：銅、ＩＣチップサイズ：１０．１×１０．１ｍｍ）用金型（ポット径φ１６ｍｍ）をそれぞれ用いて、低圧トランスファー成形機で、金型温度１７５℃、成形時間１分の条件でパッケージを成形した。成型時の流動性の評価として、２０８pinＬＱＦＰパッケージの成形性（充填性、金線流れ）、１７６pinＬＱＦＰパッケージの成形性（ボイド）を、密着性の評価として１７６pinＬＱＦＰの耐半田リフロー性（剥離率、外部クラック）を評価し、表２〜４に示す結果を得た。評価方法の詳細を以下に記す。
【００３５】
＜パッケージ成形性（充填性）の評価＞
成形により得られた２０８pinＬＱＦＰのパッケージ１０個について、目視により粘度上昇によるチップ変位や流動性の不足等で未充填が発生した不良パッケージの有無を判断し、良好に得られたパッケージ数を求めた。
【００３６】
＜パッケージ成形性（金線流れ）の評価＞
成形により得られた２０８pinＬＱＦＰのパッケージ１０個について、導通テスターを使用してリードピンの導通試験を行い、金線の断線、隣接する金線同士の接触が確認されたものを不良パッケージとし、それ以外の良好に得られたパッケージ数を求めた。
【００３７】
＜パッケージ成形性（ボイド）の評価＞
成形により得られた１７６pinＬＱＦＰのパッケージ１０個について、超音波探傷機を使用してパッケージ内部を観察し、ＩＣチップ面上にボイドの確認された不良パッケージを除く、良好に得られたパッケージ数を求めた。
【００３８】
＜耐半田リフロー性の評価＞
成形により得られた１７６pinＬＱＦＰのパッケージ１０個を１７５℃で４時間後硬化させ、次に８５℃、６０％ＲＨ、７２時間の条件で加湿処理後、ＩＲリフロー炉を用いて２６０℃で１０秒間加熱処理した。その後のパッケージを、超音波探傷機を使用してダイパッド裏面を観察し、ダイパッド裏面の全面積に対し剥離が生じている面積から剥離率（％）を計算し、パッケージ１０個の平均を求めた。
【００３９】
また、目視により加熱処理後のパッケージ外観を観察し、パッケージ１０個のうち外部クラックの発生しなかった組成物は○、外部クラックが１〜２個発生した組成物は△、外部クラックが３個以上発生した組成物は×とした。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【化４】
【００４２】
【化５】
【００４３】
【化６】
【００４４】
【化７】
【００４５】
【化８】
【００４６】
【化９】
【００４７】
【化１０】
【００４８】
【化１１】
【００４９】
【化１２】
【００５０】
【表２】
【００５１】
【表３】
【００５２】
【表４】
【００５３】
表２〜４の実施例に示すように、シランカップリング剤（ｄ）を含有した場合、成型時の流動性が良好で、充填性、金線流れ、ボイドなどのパッケージ成形性に優れ、さらに鉛フリー半田に対応したリフロー条件（２６０℃×１０秒）でも半導体部材に対して密着性が高く耐半田リフロー性に優れることがわかる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、成型時の流動性が良好でパッケージの成形性に優れ、さらに鉛フリー半田に対応したリフロー条件でも半導体部材に対して密着性が高く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、および該封止用組成物で封止してなる半導体装置を得ることができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は成型時の流動性が良好で、半導体部材に対して密着性に優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物、および該封止用組成物で封止してなる半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ダイオード、トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩなど半導体装置の封止方法は樹脂封止が主流である。樹脂封止には、一般的にエポキシ樹脂組成物が他の熱硬化性樹脂に比べて成形性、寸法安定性、接着性、電気特性、機械特性に優れているため、広く用いられてきた。
【０００３】
しかし、半導体装置の樹脂封止には、半導体装置封止後のエポキシ樹脂組成物が吸湿し、部品電極の腐食や、半田リフロー時の樹脂と半導体部材間での剥離、樹脂部分でのクラックの原因にもなるという問題がある。さらに近年、環境問題の観点から半導体装置の半田付けには鉛フリー半田の使用が要求されているが、鉛フリー半田は従来の鉛入り半田に比べ融点が３０℃以上高く、そのため半田リフロー温度の上昇（２６０〜２８０℃）が必要となり、半田リフロー時の封止樹脂と半導体部材間での剥離、樹脂部分でのクラックが発生しやすい状況となっている。
【０００４】
このような問題の解決策として、エポキシ樹脂組成物中の無機充填材の配合量を多くし、低吸湿化をはかることが提案されている。しかし、単に無機充填材の配合量を多くしただけだと、エポキシ樹脂組成物全体での流動性が低下し、エポキシ樹脂組成物が成形機金型内を流動する途中において反応が進行してしまい、パッケージの未充填部分の形成や、ボイド、金線流れ等の成形不良が発生するばかりでなく、樹脂と半導体部材間での密着性の低下が起こり、鉛フリー半田に対応したリフロー条件での耐半田リフロー性の低下という問題を生じていた。このため、エポキシ樹脂組成物中の無機質充填材の配合量を多くした場合であっても、良流動性を確保し、パッケージの成形不良を防ぎ、密着性が高く、耐半田リフロー性に優れる方法が必要とされていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような事情に鑑みなされたものであり、成型時の流動性が良好で、半導体部材に対して密着性に優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物、および該封止用組成物で封止してなる半導体装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するため、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は主として次のような構成をとる。すなわち、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、無機充填材（Ｃ）およびシランカップリング剤（Ｄ）を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、無機充填材（Ｃ）の平均粒径が５〜３０μｍ、比表面積が２．５〜５．０ｍ ２ ／ｇであり、シランカップリング剤（Ｄ）が、式（Ｉ）で示されるシランカップリング剤（ｄ）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、である。
【０００７】
【化２】
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明において「重量」とは「質量」を意味する。
【０００９】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、無機充填材（Ｃ）およびシランカップリング剤（Ｄ）を含有する。
【００１０】
本発明におけるエポキシ樹脂（Ａ）は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有する化合物であり、モノマー、オリゴマー、ポリマー全般である。例えばクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメチルビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラエチルビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラブチルビフェニルなどのビフェニル型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、１，５−ジ（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタレン、１，６−ジ（２，３−エポキシプロポキシ）ナフタレン、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂などのナフタレン型エポキシ樹脂、３−ｔ−ブチル−２，４´−ジヒドロキシ−３´，５´，６−トリメチルスチルベンのジグリシジルエーテル、３−ｔ−ブチル−４，４´−ジヒドロキシ−３´，５，５´−トリメチルスチルベンのジグリシジルエーテル、４，４´−ジヒドロキシ−３，３´，５，５´−テトラメチルスチルベンのジグリシジルエーテル、４，４´−ジヒドロキシ−３，３´−ジ−ｔ−ブチル−６，６´−ジメチルスチルベンのジグリシジルエーテルなどのスチルベン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、１，４−ビス（３−メチル−４ヒドロキシクミル）ベンゼンのジグリシジルエーテル、４，４´−ジヒドロキシジフェニルエーテルのジグリシジルエーテル２，２−ジメチル−５，５´−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４，４´−ジヒドロキシジフェニルスフィドなどのビスフェノール型エポキシ樹脂、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、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、鎖状脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、スピロ環含有エポキシ樹脂およびハロゲン化エポキシ樹脂などが挙げられ、これらを単独で用いても２種類以上併用してもかまわない。
【００１１】
なかでも、２官能エポキシ樹脂が好ましく、特にビフェニル型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂が好ましく、その具体例としては、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラメチルビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラエチルビフェニル、４，４´−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３´，５，５´−テトラブチルビフェニル、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂などが挙げられ、これらを単独で用いても２種類以上併用してもかまわない。エポキシ樹脂（Ａ）の全体量のうち、２官能エポキシ樹脂を合計で５０重量％以上配合することが、流動性ばかりでなく、密着性、耐半田リフロー性が優れる点からより好ましい。
【００１２】
本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）の配合量としては、エポキシ樹脂組成物全体に対して通常２〜２５重量％、特に２〜１０重量％が好ましい。
【００１３】
本発明において硬化剤（Ｂ）は、エポキシ樹脂と反応する化合物であれば任意であるが、硬化物とした場合に吸水率が低い化合物としてフェノール性水酸基を有する硬化剤が好ましく用いられる。フェノール性水酸基を有する硬化剤の具体例としては、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などのノボラック樹脂、トリス（ヒドロキシフェニル）メタン、１，１，２−トリス（ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，３−トリス（ヒドロキシフェニル）プロパン、テルペンとフェノールの縮合化合物、ジシクロペンタジエン骨格含有フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、ビフェニル骨格含有フェノールアラルキル樹脂、などが挙げられ、これらを単独で用いても、２種類以上併用して用いてもかまわない。
【００１４】
これらのなかでもテルペンとフェノールの縮合化合物、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂およびビフェニル骨格含有フェノールアラルキル樹脂が好ましく、さらには硬化剤（Ｂ）の全体量のうち、テルペンとフェノールの縮合化合物、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂およびビフェニル骨格含有フェノールアラルキル樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種類以上の化合物を、その合計量で５０重量％以上配合する（それぞれ単独で５０重量％以上配合してもよい）ことが、流動性ばかりでなく、密着性、耐半田リフロー性が優れる点からより好ましい。特に、フェノールアラルキル樹脂を５０重量％以上配合することが好ましい。
【００１５】
本発明において、硬化剤（Ｂ）の配合量はエポキシ樹脂組成物全体に対して通常２〜２２重量％であり、好ましくは２〜１０重量％である。
【００１６】
さらには、エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）の配合比は、機械的性質および耐湿信頼性の点から（Ａ）に対する（Ｂ）の化学当量比が０．５〜２、特に０．７〜１．５の範囲にあることが好ましい。また、エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）の組合せとしては、ビフェニル型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂と、フェノールアラルキル樹脂との組合せが好ましい。
【００１７】
本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）の硬化反応を促進するために硬化促進剤を用いてもよい。硬化促進剤としてはエポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）との反応を促進するものであれば公知のものを任意に使用できる。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、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾールなどのイミダゾール類およびそれらの塩、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルアミンなどの３級アミン化合物、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ（４，３，０）ノネン、７−メチル−１，５，７−トリアザビシクロ（４，４，０）デセン−５などのアミジン化合物およびそれらの塩、トリフェニルホスフィン、トリス（２，６−ジメトキシフェニル）ホスフィン、トリス（４−アルキルフェニル）ホスフィン、トリアルキルホスフィンなどリン化合物およびそれらの塩などが用いられる。これらの硬化促進剤は２種以上を併用しても良い。本発明の樹脂組成物の製造方法については後述する通りであるが、硬化促進剤は予め使用する硬化剤（Ｂ）またはエポキシ樹脂（Ａ）と溶融混合させ、その後その他の成分と混合しても良い。
【００１８】
本発明における無機充填材（Ｃ）としては、非晶性シリカ、結晶性シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、アルミナ、マグネシア、窒化珪素、酸化マグネシウムアルミニウム、ジルコニア、ジルコン、クレー、タルク、マイカ、珪酸カルシウム、酸化チタン、酸化アンチモン、アスベスト、ガラス繊維などが挙げられる。形状も球状、破砕状、繊維状など任意のものが使用でき、異なった形状のものを混合して使用することもできる。なかでも球状の無機充填材をを配合することが好ましい。
【００１９】
無機充填材（Ｃ）の配合量としては、通常、樹脂組成物中７０重量％以上であり、低吸湿性、成形性の点から、８０〜９５重量％が特に好ましい。さらに、流動性、成形時のバリの低減、取り扱い易さに優れる点から、平均粒径が５〜３０μｍ、比表面積が２．５〜５．０ｍ2／ｇであることが好ましい。
【００２０】
本発明の樹脂組成物においては、シランカップリング剤（Ｄ）を含有するが、そのなかに式（Ｉ）で示されるシランカップリング剤（ｄ）を含有することが重要である。
【００２１】
【化３】
【００２２】
式（Ｉ）で示されるシランカップリング剤（ｄ）の具体例としては、γ−（メタクリロキシプロピル）トリメトキシシラン、γ−（メタクリロキシプロピル）メチルジメトキシシラン、γ−（メタクリロキシプロピル）トリエトキシシラン、γ−（メタクリロキシプロピル）メチルジエトキシシラン、などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これら式（Ｉ）で示されたシランカップリング剤（ｄ）を単独で用いても、２種類以上併用してもよく、またその他の公知のカップリング剤と併用してもかまわない。その他のカップリング剤としては、式（Ｉ）以外のシランカップリング剤、チタネートカップリング剤などのカップリング剤が使用され、好ましくは有機基および加水分解性基が珪素原子に直接結合したシランカップリング剤が使用される。具体的には、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、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、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、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、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシランなどが好ましく用いられる。シランカップリング剤（ｄ）、その他のカップリング剤はそのまま樹脂組成物に配合しても、あらかじめ無機充填材（Ｃ）に表面処理しておいて用いてもかまわない。
【００２３】
カップリング剤（Ｄ）の配合量は通常、エポキシ樹脂組成物全体に対し０．１〜２重量％、好ましくは０．１〜１．５重量％であることが、得られる半導体装置の信頼性の点で好ましい。
【００２４】
さらに、式（Ｉ）で示されるシランカップリング剤（ｄ）の配合量としては、全カップリング剤中に対して好ましくは１０重量％以上であり、さらに好ましくは３０重量％以上、特に好ましくは５０重量％以上である。式（Ｉ）で示されるシランカップリング剤（ｄ）をカップリング剤（Ｄ）中に１０重量％以上含有させることにより、特に無機充填材（Ｃ）の配合量を樹脂組成物中８０〜９５重量％とした場合に、良流動性を確保し、パッケージの成形不良を防ぎ、半導体部材に対して密着性が高く、鉛フリー半田を用いた耐半田リフロー性も優れ、さらに、ハロゲン系難燃剤を含まずに難燃化が可能な環境対応型の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得ることができる。
【００２５】
本発明の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で、長鎖脂肪酸の金属塩、長鎖脂肪酸のエステル、パラフィンワックス、シリコーン化合物などの公知の離型剤を添加することができる。これら離型剤は２種類以上併用してもかまわない。添加量としては、０．０５〜１．０重量％であることが好ましい。
【００２６】
本発明の組成物では、必須成分ではないがブロム化合物を配合することができる。ブロム化合物は、通常半導体封止用エポキシ樹脂組成物に難燃剤として添加されるものであれば特に限定されず、公知のものが使用できる。
【００２７】
ブロム化合物の好ましい具体例としては、ブロム化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ブロム化フェノールノボラック型エポキシ樹脂などのブロム化エポキシ樹脂、ブロム化ポリカーボネート樹脂、ブロム化ポリスチレン樹脂、ブロム化ポリフェニレンオキサイド樹脂、テトラブロモビスフェノールＡ、デカブロモジフェニルエーテルなどが挙げられ、なかでも、ブロム化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ブロム化フェノールノボラック型エポキシ樹脂などのブロム化エポキシ樹脂が、成形性の点から好ましい。添加量としては、０．０５〜１．０重量％であることが好ましい。
【００２８】
また、本発明の組成物では、必須成分ではないがアンチモン化合物を配合することもできる。これは通常半導体封止用エポキシ樹脂組成物に難燃助剤として添加されるもので、特に限定されず、公知のものが使用できる。アンチモン化合物の好ましい具体例としては、三酸化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモンが挙げられる。添加量としては、０．０５〜１．０重量％であることが好ましい。
【００２９】
本発明のエポキシ樹脂組成物には、カーボンブラック、酸化鉄などの着色剤、ハイドロタルサイト類、ビスマス系化合物、アルミニウム系化合物などのイオン捕捉剤、シリコーンゴム、オレフィン系共重合体、変性ニトリルゴム、変性ポリブタジエンゴム、などのエラストマー、ポリエチレンなどの低応力化剤、シリコーンオイルなどの耐湿性改良剤、および有機過酸化物などの架橋剤を任意に添加することができる。
【００３０】
本発明の樹脂組成物の製造方法としては、公知の製造方法が用いられる。例えば各種原料成分を混合した後、通常は６０〜１４０℃で、たとえばバンバリーミキサー、ニーダー、ロール、単軸もしくは二軸の押出機などを用いた公知の溶融混練方法により製造できる。溶融混練後は冷却、粉砕し粉末状にすることもできるし、そのままペレット化することもできる。このようにして得られた樹脂組成物は、粉末、タブレット、ペレットまたは液状の状態から、成形によって半導体封止に供される。
【００３１】
半導体素子を封止する方法としては、低圧トランスファー成形法が一般的であるがインジェクション成形法や圧縮成形法も可能である。成形条件としては、例えば樹脂組成物を成形温度１５０〜２００℃、成形圧力５〜１５ＭＰａ、成形時間３０〜３００秒で成形し、樹脂組成物の硬化物とすることによって半導体素子を封止した半導体装置が製造される。また、必要に応じて上記硬化物を１００〜２００℃で２〜１５時間、追加加熱処理することも行われる。
【００３２】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はここに掲げる実施例によって限定されるものではない。
【００３３】
［実施例１〜２０、２４〜２６、参考例１〜３、比較例１〜４］
表１に示す成分を、表２〜４に示す組成比（重量比）でミキサーにより予備混合した後、バレル温度９０℃の二軸押出機を用いて５分間溶融混練後、冷却・粉砕し、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
【００３４】
作製した合計３１種類の組成物について、２０８pinＬＱＦＰ（外形：２８×２８×１．４ｍｍ、フレーム材料：銅）用金型（ポット径φ１８ｍｍ）、１７６pinＬＱＦＰ（外形：２３×２３×１．４ｍｍ、フレーム材料：銅、ＩＣチップサイズ：１０．１×１０．１ｍｍ）用金型（ポット径φ１６ｍｍ）をそれぞれ用いて、低圧トランスファー成形機で、金型温度１７５℃、成形時間１分の条件でパッケージを成形した。成型時の流動性の評価として、２０８pinＬＱＦＰパッケージの成形性（充填性、金線流れ）、１７６pinＬＱＦＰパッケージの成形性（ボイド）を、密着性の評価として１７６pinＬＱＦＰの耐半田リフロー性（剥離率、外部クラック）を評価し、表２〜４に示す結果を得た。評価方法の詳細を以下に記す。
【００３５】
＜パッケージ成形性（充填性）の評価＞
成形により得られた２０８pinＬＱＦＰのパッケージ１０個について、目視により粘度上昇によるチップ変位や流動性の不足等で未充填が発生した不良パッケージの有無を判断し、良好に得られたパッケージ数を求めた。
【００３６】
＜パッケージ成形性（金線流れ）の評価＞
成形により得られた２０８pinＬＱＦＰのパッケージ１０個について、導通テスターを使用してリードピンの導通試験を行い、金線の断線、隣接する金線同士の接触が確認されたものを不良パッケージとし、それ以外の良好に得られたパッケージ数を求めた。
【００３７】
＜パッケージ成形性（ボイド）の評価＞
成形により得られた１７６pinＬＱＦＰのパッケージ１０個について、超音波探傷機を使用してパッケージ内部を観察し、ＩＣチップ面上にボイドの確認された不良パッケージを除く、良好に得られたパッケージ数を求めた。
【００３８】
＜耐半田リフロー性の評価＞
成形により得られた１７６pinＬＱＦＰのパッケージ１０個を１７５℃で４時間後硬化させ、次に８５℃、６０％ＲＨ、７２時間の条件で加湿処理後、ＩＲリフロー炉を用いて２６０℃で１０秒間加熱処理した。その後のパッケージを、超音波探傷機を使用してダイパッド裏面を観察し、ダイパッド裏面の全面積に対し剥離が生じている面積から剥離率（％）を計算し、パッケージ１０個の平均を求めた。
【００３９】
また、目視により加熱処理後のパッケージ外観を観察し、パッケージ１０個のうち外部クラックの発生しなかった組成物は○、外部クラックが１〜２個発生した組成物は△、外部クラックが３個以上発生した組成物は×とした。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【化４】
【００４２】
【化５】
【００４３】
【化６】
【００４４】
【化７】
【００４５】
【化８】
【００４６】
【化９】
【００４７】
【化１０】
【００４８】
【化１１】
【００４９】
【化１２】
【００５０】
【表２】
【００５１】
【表３】
【００５２】
【表４】
【００５３】
表２〜４の実施例に示すように、シランカップリング剤（ｄ）を含有した場合、成型時の流動性が良好で、充填性、金線流れ、ボイドなどのパッケージ成形性に優れ、さらに鉛フリー半田に対応したリフロー条件（２６０℃×１０秒）でも半導体部材に対して密着性が高く耐半田リフロー性に優れることがわかる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、成型時の流動性が良好でパッケージの成形性に優れ、さらに鉛フリー半田に対応したリフロー条件でも半導体部材に対して密着性が高く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、および該封止用組成物で封止してなる半導体装置を得ることができる。
Claims (5)
- エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、無機充填材（Ｃ）およびシランカップリング剤（Ｄ）を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、無機充填材（C）の平均粒径が１９〜３０μｍ、比表面積が２．５〜５．０ｍ2／ｇであり、シランカップリング剤（Ｄ）が、式（Ｉ）で示されるシランカップリング剤（ｄ）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。
- エポキシ樹脂（Ａ）が、２官能エポキシ樹脂を５０重量％以上含有することを特徴とする請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 硬化剤（Ｂ）が、テルペンとフェノールの縮合化合物、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂およびビフェニル骨格含有フェノールアラルキル樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物を、その合計量で５０重量％以上含有することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 鉛フリー半田対応半導体装置用であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 請求項１〜４に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物により半導体素子が封止されてなることを特徴とする半導体装置。
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