JP2004115741A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐リフロー性、膨れ特性などの信頼性に優れ、内部ボイドの少ないエポキシ樹脂組成物を提供する。
【解決手段】エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤 （Ｂ）、無機充填剤（Ｃ）およびポリエチレン誘導体（Ｄ）を含有するエポキシ樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂（Ａ）がテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を含有し、かつ前記ポリエチレン誘導体（Ｄ）が、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ｄ）を含有することを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
【選択図】なし
【解決手段】エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤 （Ｂ）、無機充填剤（Ｃ）およびポリエチレン誘導体（Ｄ）を含有するエポキシ樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂（Ａ）がテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を含有し、かつ前記ポリエチレン誘導体（Ｄ）が、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ｄ）を含有することを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
【選択図】なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐リフロー信頼性及び成形性に優れ、特に半導体封止用として好適な半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置などの電子回路部品の封止方法として、従来より金属やセラミックスによるハーメチックシールとフェノール化合物、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などによる樹脂封止が提案されており、一般にこのような封止に使用される樹脂を封止材樹脂と呼んでいる。その中でも、経済性、生産性、物性のバランスの点からエポキシ樹脂による樹脂封止が最も盛んに行われている。そして、エポキシ樹脂による封止方法は、エポキシ樹脂に硬化剤、充填材などを添加した組成物を用い、半導体素子を金型にセットしてトランスファー成型法などにより封止する方法が一般的に行われている。
【０００３】
最近はプリント基板への半導体装置パッケージの実装において高密度化、自動化が進められており、従来のリードピンを基板の穴に挿入する“挿入実装方式”に代わり、基板表面に半導体装置パッケージを半田付けする“表面実装方式”が盛んになってきた。それに伴い、半導体装置パッケージも従来のＤＩＰ（デュアル・インライン・パッケージ）から、高密度実装・表面実装に適した薄型のＦＰＰ（フラット・プラスチック・パッケージ）に移行しつつある。その中でも最近では、微細加工技術の進歩により、厚さ２ｍｍ以下のＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＬＱＦＰが主流となりつつある。そのため湿度や温度など外部からの影響をいっそう受けやすくなり、半田耐熱性、高温信頼性、耐熱信頼性などの信頼性が今後ますます重要となってくる。
【０００４】
表面実装においては、通常半田リフローによる実装が行われる。この方法では、基板の上に半導体装置パッケージを乗せ、これらを２００℃以上の高温にさらし、基板にあらかじめつけられた半田を溶融させて半導体装置パッケージを基板表面に接着させる。このような実装方法では半導体装置パッケージ全体が高温にさらされる。このとき封止樹脂とパッケージ内部のリードフレーム、半導体チップなどの各部材間に熱応力等のストレスがかかる。このとき、封止樹脂の密着性が悪いと封止材とパッケージ内の部材との間に剥離が発生する。剥離が発生するとその剥離を起点としてクラックが発生したり、剥離部分に水分が析出し、半導体の信頼性を低下させる。従って半導体用封止樹脂において部材との密着性は非常に重要となる。
【０００５】
更に、近年では環境保護の点から鉛を含んでいない鉛フリー半田の使用が進んでいる。鉛フリー半田は融点が高く、そのためリフロー温度も上がることになり半導体用封止樹脂にはこれまで以上の耐リフロー信頼性が求められている。
【０００６】
一般的に耐リフロー信頼性を向上させるには封止樹脂組成物中の充填材の割合を上げることが有効であることが知られていた。封止樹脂組成物中の樹脂成分を減らすことにより吸湿性が低下するからである。しかしながら、耐リフロー信頼性を向上させるために封止樹脂組成物中の充填材の割合を大きくするとパッケージ内部に発生するボイドが増加し問題となっていた。そこでビフェニル型エポキシ樹脂を主材としたエポキシ樹脂組成物が提案されている（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２９７２００号公報（請求項３、００４３段落）
【０００８】
【特許文献２】
特開２００１−１３９７７１号公報（０００６段落、００１２段落）
【０００９】
【特許文献３】
特開平１０−２７０６１０号公報（請求項１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では充填剤を十分に高充填できないので耐リフロー性に問題があった。
本発明の課題は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、より高温のリフロー温度において耐リフロー信頼性に優れ、温度サイクル性にも優れ、かつ内部ボイドの少ない半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び該エポキシ樹脂組成物で封止してなる半導体装置の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意検討した結果、本発明に到達した。
【００１２】
本発明は、主として次の構成を有する。すなわち、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、無機充填剤（Ｃ）およびポリエチレン誘導体（Ｄ）を含有するエポキシ樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂（Ａ）が下記式（Ｉ）で表されるテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を含有し、かつ前記ポリエチレン誘導体（Ｄ）が、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ｄ）を含有することを特徴とするエポキシ樹脂組成物である。
【００１３】
【化４】
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は必須成分として、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、充填材（Ｃ）およびポリエチレン誘導体（Ｄ）を含有する。
【００１５】
本発明においては 、エポキシ樹脂（Ａ）が上記式（Ｉ）で表されるテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を必須成分として含有することを特徴とする。
【００１６】
エポキシ樹脂に一般式（Ｉ）で表されるテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を含有させることによりリフロー時の膨れ特性が向上し、粘度を下げ成形性を向上する効果も得られる。一般式（Ｉ）で表されるテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ａ）の含有量はエポキシ樹脂（Ａ）全量に対して全量であってもよいが、１０重量％以上が好ましく、エポキシ樹脂（Ａ）全量に対して５０重量％以上であることががさらに好ましい。
【００１７】
用途によっては一般式（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂を併用しても良い。その他のエポキシ樹脂としては１分子中に２個以上のエポキシ基を有する化合物であれば特に限定されず、モノマー、オリゴマー、ポリマー全般である。例えばアルキル置換基を持たないビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、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、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、トリフェノール型エポキシ樹脂、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、およびハロゲン化エポキシ樹脂などが挙げられる。その他のエポキシ樹脂として２種以上用いても良い。
【００１８】
２種以上のエポキシ樹脂を併用する場合も、膨れ特性改良の観点から一般式（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂の含有量は添加効果をより高く発揮するためエポキシ樹脂（Ａ）全量に対して１０重量％以上が好ましく、エポキシ樹脂（Ａ）全量に対して５０重量％以上であることがさらに好ましい。
【００１９】
エポキシ樹脂（Ａ）の配合量はエポキシ樹脂組成物全体に対して通常０．５〜１０重量％、特に１〜６重量％が好ましい。
【００２０】
本発明における硬化剤（Ｂ）は、エポキシ樹脂と反応して硬化させるものであれば特に限定されず、それらの具体例としては、例えばフェノールノボラック、クレゾールノボラック、ナフトールノボラックなどのノボラック樹脂、フェノ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、ジシクロペンタジエン骨格含有フェノール樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、ビスフェノールＡなどのビスフェノール化合物、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水ピロメリット酸などの酸無水物およびメタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンなどの芳香族アミンなどがあげられ、これらを単独で用いても、２種以上の硬化剤を併用しても良い。硬化剤（Ｂ）の溶融粘度はＩＣＩ（１５０℃）粘度で１Ｐａ・ｓ以下、さらには０．３Ｐａ・ｓ以下のものが特に好ましく使用される。
【００２１】
硬化剤（Ｂ）としてはリフロー信頼性の点から下記一般式（ＩＩ）で表されるフェノールアラルキル樹脂が特に好ましく使用され、さらに好ましくは下記一般式（ＩＩＩ）で表されるｐ−キシレン型フェノールアラルキル樹脂が良い。
【００２２】
【化５】
【００２３】
硬化剤（Ｂ）の配合量はエポキシ樹脂組成物全体に対して全量であってもよいが、通常０．５〜１０重量％、特に１〜６重量％が好ましい。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、及び耐湿性も点からエポキシ樹脂（Ａ）に対する硬化剤（Ｂ）の化学当量比が０．５〜１．５、特に０．６〜１．３の範囲にあることが好ましい。
【００２４】
２種以上の硬化剤を併用する場合、一般式（ＩＩ）で表される硬化剤の含有量は硬化剤（Ｂ）全量に対して１０重量％以上が好ましく、２０重量％以上であることがさらに好ましい。
【００２５】
２種以上の硬化剤を併用する場合、さらに好ましくは膨れ特性改良の観点から一般式（ＩＩＩ）で表される硬化剤の含有量は硬化剤（Ｂ）全量に対して１０重量％以上が好ましく、２０重量％以上であることがより好ましい。
【００２６】
また、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硬化触媒を用いても良い。硬化触媒は硬化反応を促進するものであれば特に限定されず、たとえば２−メチルイミダゾール、２，４−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−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−ヘプタデシルイミダゾールなどのイミダゾール化合物、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルメチルアミン、２−（ジメチルアミノメチル）フェノール、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７などの３級アミン化合物、ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウムテトラプロポキシド、テトラキス（アセチルアセトナト）ジルコニウム、トリ（アセチルアセトナト）アルミニウムなどの有機金属化合物およびトリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスフォニウム・テトラフェニルボレート塩、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ（ｐ−メチルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェニル）ホスフィンなどの有機ホスフィン化合物があげられる。なかでも信頼性および成形性の点から有機ホスフィン化合物が好ましく、トリフェニルホスフィンが特に好ましく用いられる。
【００２７】
これらの硬化触媒は、用途によっては２種以上を併用してもよく、その添加量はエポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して０．１〜１０重量部の範囲が望ましい。
【００２８】
本発明における充填材（Ｃ）としては、無機充填材が好ましく、具体的には非晶性シリカ、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、クレー、タルク、ケイ酸カルシウム、酸化チタンや酸化アンチモンなどの金属酸化物、アスベスト、ガラス繊維およびガラス球などが挙げられるが、中でも非晶性シリカは線膨脹係数を低下させる効果が大きく、低応力化に有効ななため好ましく用いられる。形状としては、破砕状のものや球状のものが用いられ、流動性の点から球状のものが特に好ましく使用される。
【００２９】
ここでいう非晶性シリカは、一般的には真比重が２．３以下のものを意味する。この非晶性シリカは公知の任意の方法で製造方法でき、例えば結晶性シリカを溶融する方法および金属ケイ素の酸化による方法、アルコキシシランの加水分解など、各種原料からの合成方法が使用できる。非晶性シリカのなかでも石英を溶融して製造される球状溶融シリカが特に好ましく使用され、球状溶融シリカを全充填材（Ｃ）中に９０重量％以上含有することが特に好ましい。
【００３０】
充填材（Ｃ）の粒径および粒度分布については、特に限定はないが、流動性、成形時のバリ低減の点から、平均粒径（メディアン径を意味する。以下同じ。）が５〜３０μｍの範囲にあることが好ましい。また、平均粒径または粒度分布の異なる充填材を２種以上組み合わせることもできる。
【００３１】
本発明のエポキシ樹脂組成物にはポリエチレン誘導体（Ｄ）が配合される。さらにポリエチレン誘導体（Ｄ）は金属との接着性を向上させる点、低応力化の点、および内部ボイドを減少させる点でエチレン−アクリル酸エチル共重合体（ｄ）を含有することが必要である。このエチレン−アクリル酸エチル共重合体（ｄ）中のアクリル酸エチル単位の含有量は、１５〜４０重量％であることが好ましい。１５重量％以上であれば金属との接着力を向上させる効果が十分得られ、４０重量％以下であれば、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ｄ）のエポキシ樹脂組成物への分散不良を引き起こすこともない。ポリエチレン誘導体（Ｄ）中のエチレン−アクリル酸エチル共重合体（ｄ）の含有量は５０重量％以上が好ましい。
【００３２】
ポリエチレン誘導体（Ｄ）にはエチレン−アクリル酸エチル共重合体（ｄ）以外のポリエチレン誘導体を含有させることができる。ポリエチレンは、エチレンの重合方法や、反応温度、反応時間によって分別され、例えば、分子量と分岐の違いによる低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、気相法直鎖状低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレンなどがあるが、本発明における（ｄ）以外のポリエチレン誘導体には、これらのポリエチレンを酸化した酸化ポリエチレンや無水カルボン酸、エポキシ基、アミノ基など化学的に活性な官能基を導入したポリエチレン誘導体などを用いてもよい。また、エチレンと他のモノマーとのポリエチレン共重合体を用いてもよく、これらポリエチレン共重合体には酢酸ビニルとの共重合体、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリルアミド、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸グリシジル、無水マレイン酸との共重合体、塩化ビニルとの共重合体などが挙げられる。これら共重合体はランダム、グラフト、ブロック共重合体のいずれであってもよい。
【００３３】
ポリエチレン誘導体（Ｄ）のエポキシ樹脂組成物中の添加量は特に指定はないが、全樹脂組成物中に０．００５〜１０重量％であることが好ましく、さらには０．０１〜５重量％であることが好ましい。０．０１重量％以上であれば金属との接着力を向上させる効果が得られ、５重量％以下であれば硬化性を低下させ成形を困難にさせることもない。
【００３４】
本発明では、シランカップリング剤、チタンカップリング剤などのカップリング剤を配合することができる。これらのカップリング剤で充填材を、他の構成成分とブレンドする以前に処理しておくことがより好ましい。カップリング剤としてはシランカップリング剤が好ましく使用され、シランカップリング剤としては、アルコキシ基、ハロゲン原子、アミノ基などの加水分解性基および有機基がケイ素原子に直結したもの、およびその部分加水分解縮合物が一般的に用いられる。シランカップリング剤中の有機基としては、窒素原子、酸素原子、ハロゲン原子、硫黄原子などによって置換された炭化水素基のものが使用される。
【００３５】
シランカップリング剤の具体的な例としては、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メトキシシシラン、γ−（２，３−エポキシシクロヘキシル）プロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−フェニルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−フェニルアミノ）プロピルメチルジメトキシシラン、γ−（Ｎ−メチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−メチルアミノ）プロピルメチルジメトキシシラン、γ−（Ｎ−エチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−エチルアミノ）プロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−エチルアミノ）プロピルメチルトリメトキシシラン、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−メルカトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカトプロピルメチルジメトキシシラン、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、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリエチルシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）プロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。
【００３６】
カップリング剤の配合割合としてはエポキシ樹脂組成物全量に対して０．１〜２重量％添加することが流動性及び充填性の点で好ましい。
【００３７】
本発明では、必須成分ではないが難燃性を向上させる目的でブロム化合物を配合できる。ブロム化合物は、通常、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、特に限定されない。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あげられ、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、成形性の点から特に好ましい。
【００３８】
同様に、本発明のエポキシ樹脂組成物では、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あげられる。
【００３９】
これら難燃剤、難燃助剤を添加する場合、エポキシ樹脂組成物から発生する不要物の廃棄の容易さ、および半導体装置の信頼性の観点からハロゲン原子およびアンチモン原子それぞれが、エポキシ樹脂組成物に対して０．２重量％以下、さらには実質的に配合されていないことが好ましい。
【００４０】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、さらに次に挙げる各種添加剤を任意に含有することができる。すなわち、カーボンブラックおよび酸化鉄などの各種着色剤や各種顔料、シリコーンゴム、変性ニトリルゴム、変性ポリブタジエンゴムなどの各種エラストマー、シリコーンオイル、ポリエチレンなどの各種熱可塑性樹脂、フッ素系、シリコーン系などの界面活性剤、長鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸の金属塩、長鎖脂肪酸のエステル、長鎖脂肪酸のアミドおよびパラフィンワックスなどの各種離型剤およびハイドロタルサイト類などのイオン捕捉剤、有機過酸化物などの架橋剤である。
【００４１】
本発明のエポキシ樹脂組成物は上記各成分を溶融混練によって製造することが好ましい。たとえば各種原料をミキサーなどの公知の方法で混合した後、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およびコニーダーなどの公知の混練方法を用いて溶融混練することにより製造される。溶融混練時の樹脂温度としては、通常７０〜１５０℃の範囲が使用される。
【００４２】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、加熱混練で溶融し、冷却さらに粉砕した粉末の形状、粉末を打錠して得られるタブレットの形状、加熱混練で溶融し型内で冷却固化したタブレットの形状、加熱混練で溶融し押し出ししてさらに切断したペレットの形状などの状態で使用できる。
【００４３】
そしてこれらの形状から半導体素子の封止に供され半導体装置の製造が行われる。半導体を基板に固定した部材に対して、本発明のエポキシ樹脂組成物を、例えば１２０〜２５０℃、好ましくは１５０〜２００℃の温度で、トランスファ成形、インジェクション成形、注型法などの方法で成形して、エポキシ樹脂組成物の硬化物によって封止された半導体装置が製造される。また必要に応じて追加熱処理（例えば、１５０〜２００℃、２〜１６時間）を行うことができる。
【００４４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はここに掲げた実施例によって限定されるものではない。なお、実施例中の％は重量％を示す。
【００４５】
［実施例１〜５、比較例１〜４］
表１に示した成分を表２〜３に示す組成比（重量比）で、ミキサーによりドライブレンドした後、ロール表面温度９０℃のミキシングロールを用いて５分間加熱混練後、冷却、粉砕して半導体封止用のエポキシ樹脂組成物を得た。なお、表１で言うＭＩ（メルトインデックス）はＪＩＳ Ｋ６７３０に示される方法で測定した値を言う。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【化６】
【００４８】
＜膨れ特性評価＞
得られた樹脂組成物について１４４ｐｉｎＴＱＦＰ（外形：２０ｍｍ×２０ｍｍ×１．０ｍｍ、フレーム材料：銅）用金型を用いて、低圧トランスファー成形機で金型温度１７５℃、キュアータイム１分間の条件でパッケージを成形した。なお評価用のチップとしては表面に窒化珪素膜を被覆した模擬素子を搭載した、チップサイズ８ｍｍ×８ｍｍ×０．３ｍｍのものを用いた。
【００４９】
上記成形により得られた１４４ｐｉｎＴＱＦＰのパッケージ１０個を１８０℃、６時間の条件でポストキュアーした後、マイクロメーターにてパッケージ中央部の厚みＩ（μｍ）を計測した。これを８５℃／６０％ＲＨで２４時間加湿後、最高温度２６０℃のＩＲリフロー炉で加熱処理した。なお、リフロー炉の温度プロファイルは、１５０℃〜２００℃の領域を６０秒〜１００秒、２００℃から２６０℃の昇温速度を１．５〜２．５℃／秒、最高温度である２５５℃〜２６５℃の領域で１０〜２０秒維持し、２６０℃から２００℃の降温速度を１．５〜２．５℃／秒とした。
パッケージがリフロー炉を出た５秒後、再びマイクロメーターにてパッケージの中央部の厚みＩＩ（μｍ）を計測した。さらに１０個それぞれのパッケージについて（厚みＩＩ−厚みＩ）を算出し、この１０個の平均値を「膨れ」（μｍ）とした。なお、膨れは小さい方が好ましく、８０μｍ以下であることが特に好ましい。
【００５０】
＜耐リフロー性不良率評価＞
膨れ特性の評価と同様の方法で同様の１４４ｐｉｎＴＱＦＰのパッケージを２０個成形、１８０℃、６時間の条件でポストキュアーし、これを８５℃／６０％ＲＨで２４時間加湿後、最高温度２６０℃のＩＲリフロー炉で加熱処理した。なお、リフロー炉の温度プロファイルは、１５０℃〜２００℃の領域を６０秒〜１００秒、２００℃から２６０℃の昇温速度を１．５〜２．５℃／秒、最高温度である２５５℃〜２６５℃の領域で１０〜２０秒維持し、２６０℃から２００℃の降温速度を１．５〜２．５℃／秒とした。こののち、リードフレームの銀メッキ部、チップ表面、ステージ裏面の剥離状況を超音波探傷器（日立建機（株）製「ｍｉ−ｓｃｏｐｅ１０」）で観察し、それぞれについて剥離の発生したパッケージ数を調べた。
【００５１】
＜成形性（パッケージ充填性）不良率評価＞
上記成形により得られた１４４ｐｉｎＴＱＦＰパッケージ１０個を成形後に目視および断面切断後、２０倍の光学顕微鏡を用いて観察し、ステージ変位・未充填の有無を調べた。ステージ変位・未充填が発生し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。ステージ変位についてはパッケージゲート部とベント部の傾きが１００μｍ以上のものを不良とした。
【００５２】
＜内部ボイド評価＞
１６０ｐｉｎＱＦＰパッケージ８個（基材：銅、外形：２８×２８×３．４ｍｍ、搭載しているチップのサイズ：１０×１０×０．５ｍｍ）を上記１４４ｐｉｎＴＱＦＰと同じ条件で成形し、パッケージ内部に発生した内部ボイドを超音波探傷機により観察し、観察された内部ボイドのうち実際のボイド直径が３００μｍ以上に相当するものの数を数えた。観察された内部ボイドの合計数を次の５段階で評価した。
Ａ：０〜１０個
Ｂ：１１〜２０個
Ｃ：２１〜３０個
Ｄ：３１個以上。
【００５３】
＜温度サイクル性評価＞
上記同様１６０ｐｉｎＱＦＰパッケージを成形し、−４５℃〜１２５℃の温度範囲で熱応力をかけ、これを１サイクルとした。超音波探傷機を用いてパッケージの内部観察を行い、インナーリード部と樹脂組成物との剥離が生じるまでのサイクル数を測定した。この条件において５００サイクル以上の物を良品と判断した。
【００５４】
【表２】
【００５５】
表２に評価結果を示す。表２に見られるように１〜３のポリエチレン誘導体を用いないと耐リフロー性、温度サイクル性が不十分で、内部ボイドも多く不十分である（比較例１，２）。エポキシ樹脂として一般式（Ｉ）で表されるテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を使用しなかった場合、膨れ特性、成形性が不十分である（比較例３、４）。
【００５６】
これに対し、本発明のエポキシ樹脂組成物は耐リフロー性、温度サイクル性、膨れ特性、成形性のいずれにも優れ、内部ボイドも十分に少ない（実施例１〜５）。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば耐リフロー性、温度サイクル性、膨れ特性、成形性のいずれにも優れ、内部ボイドも十分に少ない半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び該エポキシ樹脂組成物によって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、耐リフロー信頼性及び成形性に優れ、特に半導体封止用として好適な半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置などの電子回路部品の封止方法として、従来より金属やセラミックスによるハーメチックシールとフェノール化合物、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などによる樹脂封止が提案されており、一般にこのような封止に使用される樹脂を封止材樹脂と呼んでいる。その中でも、経済性、生産性、物性のバランスの点からエポキシ樹脂による樹脂封止が最も盛んに行われている。そして、エポキシ樹脂による封止方法は、エポキシ樹脂に硬化剤、充填材などを添加した組成物を用い、半導体素子を金型にセットしてトランスファー成型法などにより封止する方法が一般的に行われている。
【０００３】
最近はプリント基板への半導体装置パッケージの実装において高密度化、自動化が進められており、従来のリードピンを基板の穴に挿入する“挿入実装方式”に代わり、基板表面に半導体装置パッケージを半田付けする“表面実装方式”が盛んになってきた。それに伴い、半導体装置パッケージも従来のＤＩＰ（デュアル・インライン・パッケージ）から、高密度実装・表面実装に適した薄型のＦＰＰ（フラット・プラスチック・パッケージ）に移行しつつある。その中でも最近では、微細加工技術の進歩により、厚さ２ｍｍ以下のＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＬＱＦＰが主流となりつつある。そのため湿度や温度など外部からの影響をいっそう受けやすくなり、半田耐熱性、高温信頼性、耐熱信頼性などの信頼性が今後ますます重要となってくる。
【０００４】
表面実装においては、通常半田リフローによる実装が行われる。この方法では、基板の上に半導体装置パッケージを乗せ、これらを２００℃以上の高温にさらし、基板にあらかじめつけられた半田を溶融させて半導体装置パッケージを基板表面に接着させる。このような実装方法では半導体装置パッケージ全体が高温にさらされる。このとき封止樹脂とパッケージ内部のリードフレーム、半導体チップなどの各部材間に熱応力等のストレスがかかる。このとき、封止樹脂の密着性が悪いと封止材とパッケージ内の部材との間に剥離が発生する。剥離が発生するとその剥離を起点としてクラックが発生したり、剥離部分に水分が析出し、半導体の信頼性を低下させる。従って半導体用封止樹脂において部材との密着性は非常に重要となる。
【０００５】
更に、近年では環境保護の点から鉛を含んでいない鉛フリー半田の使用が進んでいる。鉛フリー半田は融点が高く、そのためリフロー温度も上がることになり半導体用封止樹脂にはこれまで以上の耐リフロー信頼性が求められている。
【０００６】
一般的に耐リフロー信頼性を向上させるには封止樹脂組成物中の充填材の割合を上げることが有効であることが知られていた。封止樹脂組成物中の樹脂成分を減らすことにより吸湿性が低下するからである。しかしながら、耐リフロー信頼性を向上させるために封止樹脂組成物中の充填材の割合を大きくするとパッケージ内部に発生するボイドが増加し問題となっていた。そこでビフェニル型エポキシ樹脂を主材としたエポキシ樹脂組成物が提案されている（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２９７２００号公報（請求項３、００４３段落）
【０００８】
【特許文献２】
特開２００１−１３９７７１号公報（０００６段落、００１２段落）
【０００９】
【特許文献３】
特開平１０−２７０６１０号公報（請求項１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では充填剤を十分に高充填できないので耐リフロー性に問題があった。
本発明の課題は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、より高温のリフロー温度において耐リフロー信頼性に優れ、温度サイクル性にも優れ、かつ内部ボイドの少ない半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び該エポキシ樹脂組成物で封止してなる半導体装置の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意検討した結果、本発明に到達した。
【００１２】
本発明は、主として次の構成を有する。すなわち、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、無機充填剤（Ｃ）およびポリエチレン誘導体（Ｄ）を含有するエポキシ樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂（Ａ）が下記式（Ｉ）で表されるテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を含有し、かつ前記ポリエチレン誘導体（Ｄ）が、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ｄ）を含有することを特徴とするエポキシ樹脂組成物である。
【００１３】
【化４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は必須成分として、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、充填材（Ｃ）およびポリエチレン誘導体（Ｄ）を含有する。
【００１５】
本発明においては 、エポキシ樹脂（Ａ）が上記式（Ｉ）で表されるテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を必須成分として含有することを特徴とする。
【００１６】
エポキシ樹脂に一般式（Ｉ）で表されるテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を含有させることによりリフロー時の膨れ特性が向上し、粘度を下げ成形性を向上する効果も得られる。一般式（Ｉ）で表されるテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ａ）の含有量はエポキシ樹脂（Ａ）全量に対して全量であってもよいが、１０重量％以上が好ましく、エポキシ樹脂（Ａ）全量に対して５０重量％以上であることががさらに好ましい。
【００１７】
用途によっては一般式（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂を併用しても良い。その他のエポキシ樹脂としては１分子中に２個以上のエポキシ基を有する化合物であれば特に限定されず、モノマー、オリゴマー、ポリマー全般である。例えばアルキル置換基を持たないビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、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、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、トリフェノール型エポキシ樹脂、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、およびハロゲン化エポキシ樹脂などが挙げられる。その他のエポキシ樹脂として２種以上用いても良い。
【００１８】
２種以上のエポキシ樹脂を併用する場合も、膨れ特性改良の観点から一般式（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂の含有量は添加効果をより高く発揮するためエポキシ樹脂（Ａ）全量に対して１０重量％以上が好ましく、エポキシ樹脂（Ａ）全量に対して５０重量％以上であることがさらに好ましい。
【００１９】
エポキシ樹脂（Ａ）の配合量はエポキシ樹脂組成物全体に対して通常０．５〜１０重量％、特に１〜６重量％が好ましい。
【００２０】
本発明における硬化剤（Ｂ）は、エポキシ樹脂と反応して硬化させるものであれば特に限定されず、それらの具体例としては、例えばフェノールノボラック、クレゾールノボラック、ナフトールノボラックなどのノボラック樹脂、フェノ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、ジシクロペンタジエン骨格含有フェノール樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、ビスフェノールＡなどのビスフェノール化合物、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水ピロメリット酸などの酸無水物およびメタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンなどの芳香族アミンなどがあげられ、これらを単独で用いても、２種以上の硬化剤を併用しても良い。硬化剤（Ｂ）の溶融粘度はＩＣＩ（１５０℃）粘度で１Ｐａ・ｓ以下、さらには０．３Ｐａ・ｓ以下のものが特に好ましく使用される。
【００２１】
硬化剤（Ｂ）としてはリフロー信頼性の点から下記一般式（ＩＩ）で表されるフェノールアラルキル樹脂が特に好ましく使用され、さらに好ましくは下記一般式（ＩＩＩ）で表されるｐ−キシレン型フェノールアラルキル樹脂が良い。
【００２２】
【化５】
硬化剤（Ｂ）の配合量はエポキシ樹脂組成物全体に対して全量であってもよいが、通常０．５〜１０重量％、特に１〜６重量％が好ましい。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、及び耐湿性も点からエポキシ樹脂（Ａ）に対する硬化剤（Ｂ）の化学当量比が０．５〜１．５、特に０．６〜１．３の範囲にあることが好ましい。
【００２４】
２種以上の硬化剤を併用する場合、一般式（ＩＩ）で表される硬化剤の含有量は硬化剤（Ｂ）全量に対して１０重量％以上が好ましく、２０重量％以上であることがさらに好ましい。
【００２５】
２種以上の硬化剤を併用する場合、さらに好ましくは膨れ特性改良の観点から一般式（ＩＩＩ）で表される硬化剤の含有量は硬化剤（Ｂ）全量に対して１０重量％以上が好ましく、２０重量％以上であることがより好ましい。
【００２６】
また、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硬化触媒を用いても良い。硬化触媒は硬化反応を促進するものであれば特に限定されず、たとえば２−メチルイミダゾール、２，４−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−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−ヘプタデシルイミダゾールなどのイミダゾール化合物、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルメチルアミン、２−（ジメチルアミノメチル）フェノール、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７などの３級アミン化合物、ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウムテトラプロポキシド、テトラキス（アセチルアセトナト）ジルコニウム、トリ（アセチルアセトナト）アルミニウムなどの有機金属化合物およびトリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスフォニウム・テトラフェニルボレート塩、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ（ｐ−メチルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェニル）ホスフィンなどの有機ホスフィン化合物があげられる。なかでも信頼性および成形性の点から有機ホスフィン化合物が好ましく、トリフェニルホスフィンが特に好ましく用いられる。
【００２７】
これらの硬化触媒は、用途によっては２種以上を併用してもよく、その添加量はエポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して０．１〜１０重量部の範囲が望ましい。
【００２８】
本発明における充填材（Ｃ）としては、無機充填材が好ましく、具体的には非晶性シリカ、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、クレー、タルク、ケイ酸カルシウム、酸化チタンや酸化アンチモンなどの金属酸化物、アスベスト、ガラス繊維およびガラス球などが挙げられるが、中でも非晶性シリカは線膨脹係数を低下させる効果が大きく、低応力化に有効ななため好ましく用いられる。形状としては、破砕状のものや球状のものが用いられ、流動性の点から球状のものが特に好ましく使用される。
【００２９】
ここでいう非晶性シリカは、一般的には真比重が２．３以下のものを意味する。この非晶性シリカは公知の任意の方法で製造方法でき、例えば結晶性シリカを溶融する方法および金属ケイ素の酸化による方法、アルコキシシランの加水分解など、各種原料からの合成方法が使用できる。非晶性シリカのなかでも石英を溶融して製造される球状溶融シリカが特に好ましく使用され、球状溶融シリカを全充填材（Ｃ）中に９０重量％以上含有することが特に好ましい。
【００３０】
充填材（Ｃ）の粒径および粒度分布については、特に限定はないが、流動性、成形時のバリ低減の点から、平均粒径（メディアン径を意味する。以下同じ。）が５〜３０μｍの範囲にあることが好ましい。また、平均粒径または粒度分布の異なる充填材を２種以上組み合わせることもできる。
【００３１】
本発明のエポキシ樹脂組成物にはポリエチレン誘導体（Ｄ）が配合される。さらにポリエチレン誘導体（Ｄ）は金属との接着性を向上させる点、低応力化の点、および内部ボイドを減少させる点でエチレン−アクリル酸エチル共重合体（ｄ）を含有することが必要である。このエチレン−アクリル酸エチル共重合体（ｄ）中のアクリル酸エチル単位の含有量は、１５〜４０重量％であることが好ましい。１５重量％以上であれば金属との接着力を向上させる効果が十分得られ、４０重量％以下であれば、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ｄ）のエポキシ樹脂組成物への分散不良を引き起こすこともない。ポリエチレン誘導体（Ｄ）中のエチレン−アクリル酸エチル共重合体（ｄ）の含有量は５０重量％以上が好ましい。
【００３２】
ポリエチレン誘導体（Ｄ）にはエチレン−アクリル酸エチル共重合体（ｄ）以外のポリエチレン誘導体を含有させることができる。ポリエチレンは、エチレンの重合方法や、反応温度、反応時間によって分別され、例えば、分子量と分岐の違いによる低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、気相法直鎖状低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレンなどがあるが、本発明における（ｄ）以外のポリエチレン誘導体には、これらのポリエチレンを酸化した酸化ポリエチレンや無水カルボン酸、エポキシ基、アミノ基など化学的に活性な官能基を導入したポリエチレン誘導体などを用いてもよい。また、エチレンと他のモノマーとのポリエチレン共重合体を用いてもよく、これらポリエチレン共重合体には酢酸ビニルとの共重合体、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリルアミド、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸グリシジル、無水マレイン酸との共重合体、塩化ビニルとの共重合体などが挙げられる。これら共重合体はランダム、グラフト、ブロック共重合体のいずれであってもよい。
【００３３】
ポリエチレン誘導体（Ｄ）のエポキシ樹脂組成物中の添加量は特に指定はないが、全樹脂組成物中に０．００５〜１０重量％であることが好ましく、さらには０．０１〜５重量％であることが好ましい。０．０１重量％以上であれば金属との接着力を向上させる効果が得られ、５重量％以下であれば硬化性を低下させ成形を困難にさせることもない。
【００３４】
本発明では、シランカップリング剤、チタンカップリング剤などのカップリング剤を配合することができる。これらのカップリング剤で充填材を、他の構成成分とブレンドする以前に処理しておくことがより好ましい。カップリング剤としてはシランカップリング剤が好ましく使用され、シランカップリング剤としては、アルコキシ基、ハロゲン原子、アミノ基などの加水分解性基および有機基がケイ素原子に直結したもの、およびその部分加水分解縮合物が一般的に用いられる。シランカップリング剤中の有機基としては、窒素原子、酸素原子、ハロゲン原子、硫黄原子などによって置換された炭化水素基のものが使用される。
【００３５】
シランカップリング剤の具体的な例としては、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メトキシシシラン、γ−（２，３−エポキシシクロヘキシル）プロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−フェニルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−フェニルアミノ）プロピルメチルジメトキシシラン、γ−（Ｎ−メチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−メチルアミノ）プロピルメチルジメトキシシラン、γ−（Ｎ−エチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−エチルアミノ）プロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−（Ｎ−エチルアミノ）プロピルメチルトリメトキシシラン、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−メルカトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカトプロピルメチルジメトキシシラン、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、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリエチルシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）プロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。
【００３６】
カップリング剤の配合割合としてはエポキシ樹脂組成物全量に対して０．１〜２重量％添加することが流動性及び充填性の点で好ましい。
【００３７】
本発明では、必須成分ではないが難燃性を向上させる目的でブロム化合物を配合できる。ブロム化合物は、通常、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、特に限定されない。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あげられ、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、成形性の点から特に好ましい。
【００３８】
同様に、本発明のエポキシ樹脂組成物では、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あげられる。
【００３９】
これら難燃剤、難燃助剤を添加する場合、エポキシ樹脂組成物から発生する不要物の廃棄の容易さ、および半導体装置の信頼性の観点からハロゲン原子およびアンチモン原子それぞれが、エポキシ樹脂組成物に対して０．２重量％以下、さらには実質的に配合されていないことが好ましい。
【００４０】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、さらに次に挙げる各種添加剤を任意に含有することができる。すなわち、カーボンブラックおよび酸化鉄などの各種着色剤や各種顔料、シリコーンゴム、変性ニトリルゴム、変性ポリブタジエンゴムなどの各種エラストマー、シリコーンオイル、ポリエチレンなどの各種熱可塑性樹脂、フッ素系、シリコーン系などの界面活性剤、長鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸の金属塩、長鎖脂肪酸のエステル、長鎖脂肪酸のアミドおよびパラフィンワックスなどの各種離型剤およびハイドロタルサイト類などのイオン捕捉剤、有機過酸化物などの架橋剤である。
【００４１】
本発明のエポキシ樹脂組成物は上記各成分を溶融混練によって製造することが好ましい。たとえば各種原料をミキサーなどの公知の方法で混合した後、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およびコニーダーなどの公知の混練方法を用いて溶融混練することにより製造される。溶融混練時の樹脂温度としては、通常７０〜１５０℃の範囲が使用される。
【００４２】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、加熱混練で溶融し、冷却さらに粉砕した粉末の形状、粉末を打錠して得られるタブレットの形状、加熱混練で溶融し型内で冷却固化したタブレットの形状、加熱混練で溶融し押し出ししてさらに切断したペレットの形状などの状態で使用できる。
【００４３】
そしてこれらの形状から半導体素子の封止に供され半導体装置の製造が行われる。半導体を基板に固定した部材に対して、本発明のエポキシ樹脂組成物を、例えば１２０〜２５０℃、好ましくは１５０〜２００℃の温度で、トランスファ成形、インジェクション成形、注型法などの方法で成形して、エポキシ樹脂組成物の硬化物によって封止された半導体装置が製造される。また必要に応じて追加熱処理（例えば、１５０〜２００℃、２〜１６時間）を行うことができる。
【００４４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はここに掲げた実施例によって限定されるものではない。なお、実施例中の％は重量％を示す。
【００４５】
［実施例１〜５、比較例１〜４］
表１に示した成分を表２〜３に示す組成比（重量比）で、ミキサーによりドライブレンドした後、ロール表面温度９０℃のミキシングロールを用いて５分間加熱混練後、冷却、粉砕して半導体封止用のエポキシ樹脂組成物を得た。なお、表１で言うＭＩ（メルトインデックス）はＪＩＳ Ｋ６７３０に示される方法で測定した値を言う。
【００４６】
【表１】
【化６】
＜膨れ特性評価＞
得られた樹脂組成物について１４４ｐｉｎＴＱＦＰ（外形：２０ｍｍ×２０ｍｍ×１．０ｍｍ、フレーム材料：銅）用金型を用いて、低圧トランスファー成形機で金型温度１７５℃、キュアータイム１分間の条件でパッケージを成形した。なお評価用のチップとしては表面に窒化珪素膜を被覆した模擬素子を搭載した、チップサイズ８ｍｍ×８ｍｍ×０．３ｍｍのものを用いた。
【００４９】
上記成形により得られた１４４ｐｉｎＴＱＦＰのパッケージ１０個を１８０℃、６時間の条件でポストキュアーした後、マイクロメーターにてパッケージ中央部の厚みＩ（μｍ）を計測した。これを８５℃／６０％ＲＨで２４時間加湿後、最高温度２６０℃のＩＲリフロー炉で加熱処理した。なお、リフロー炉の温度プロファイルは、１５０℃〜２００℃の領域を６０秒〜１００秒、２００℃から２６０℃の昇温速度を１．５〜２．５℃／秒、最高温度である２５５℃〜２６５℃の領域で１０〜２０秒維持し、２６０℃から２００℃の降温速度を１．５〜２．５℃／秒とした。
パッケージがリフロー炉を出た５秒後、再びマイクロメーターにてパッケージの中央部の厚みＩＩ（μｍ）を計測した。さらに１０個それぞれのパッケージについて（厚みＩＩ−厚みＩ）を算出し、この１０個の平均値を「膨れ」（μｍ）とした。なお、膨れは小さい方が好ましく、８０μｍ以下であることが特に好ましい。
【００５０】
＜耐リフロー性不良率評価＞
膨れ特性の評価と同様の方法で同様の１４４ｐｉｎＴＱＦＰのパッケージを２０個成形、１８０℃、６時間の条件でポストキュアーし、これを８５℃／６０％ＲＨで２４時間加湿後、最高温度２６０℃のＩＲリフロー炉で加熱処理した。なお、リフロー炉の温度プロファイルは、１５０℃〜２００℃の領域を６０秒〜１００秒、２００℃から２６０℃の昇温速度を１．５〜２．５℃／秒、最高温度である２５５℃〜２６５℃の領域で１０〜２０秒維持し、２６０℃から２００℃の降温速度を１．５〜２．５℃／秒とした。こののち、リードフレームの銀メッキ部、チップ表面、ステージ裏面の剥離状況を超音波探傷器（日立建機（株）製「ｍｉ−ｓｃｏｐｅ１０」）で観察し、それぞれについて剥離の発生したパッケージ数を調べた。
【００５１】
＜成形性（パッケージ充填性）不良率評価＞
上記成形により得られた１４４ｐｉｎＴＱＦＰパッケージ１０個を成形後に目視および断面切断後、２０倍の光学顕微鏡を用いて観察し、ステージ変位・未充填の有無を調べた。ステージ変位・未充填が発生し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。ステージ変位についてはパッケージゲート部とベント部の傾きが１００μｍ以上のものを不良とした。
【００５２】
＜内部ボイド評価＞
１６０ｐｉｎＱＦＰパッケージ８個（基材：銅、外形：２８×２８×３．４ｍｍ、搭載しているチップのサイズ：１０×１０×０．５ｍｍ）を上記１４４ｐｉｎＴＱＦＰと同じ条件で成形し、パッケージ内部に発生した内部ボイドを超音波探傷機により観察し、観察された内部ボイドのうち実際のボイド直径が３００μｍ以上に相当するものの数を数えた。観察された内部ボイドの合計数を次の５段階で評価した。
Ａ：０〜１０個
Ｂ：１１〜２０個
Ｃ：２１〜３０個
Ｄ：３１個以上。
【００５３】
＜温度サイクル性評価＞
上記同様１６０ｐｉｎＱＦＰパッケージを成形し、−４５℃〜１２５℃の温度範囲で熱応力をかけ、これを１サイクルとした。超音波探傷機を用いてパッケージの内部観察を行い、インナーリード部と樹脂組成物との剥離が生じるまでのサイクル数を測定した。この条件において５００サイクル以上の物を良品と判断した。
【００５４】
【表２】
表２に評価結果を示す。表２に見られるように１〜３のポリエチレン誘導体を用いないと耐リフロー性、温度サイクル性が不十分で、内部ボイドも多く不十分である（比較例１，２）。エポキシ樹脂として一般式（Ｉ）で表されるテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を使用しなかった場合、膨れ特性、成形性が不十分である（比較例３、４）。
【００５６】
これに対し、本発明のエポキシ樹脂組成物は耐リフロー性、温度サイクル性、膨れ特性、成形性のいずれにも優れ、内部ボイドも十分に少ない（実施例１〜５）。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば耐リフロー性、温度サイクル性、膨れ特性、成形性のいずれにも優れ、内部ボイドも十分に少ない半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び該エポキシ樹脂組成物によって封止してなる半導体装置を得ることができる。
Claims (6)
- エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、無機充填剤（Ｃ）およびポリエチレン誘導体（Ｄ）を含有するエポキシ樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂（Ａ）が下記式（Ｉ）で表されるテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を含有し、かつ前記ポリエチレン誘導体（Ｄ）が、エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ｄ）を含有することを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
- エチレン−アクリル酸エチル共重合体（ｄ）中のアクリル酸エチル単位の含有量が１５〜４０重量％であることを特徴とする請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 無機充填剤（Ｃ）の割合が組成物全体の８８重量％を超え９８重量％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 硬化剤（Ｂ）が下記式（ＩＩ）で表される化合物を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
- 硬化剤（Ｂ）が下記式（ＩＩＩ）で表される化合物を含有することを特徴とする請求項４に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 請求項１〜５のいずれかに記載のエポキシ系樹脂組成物の硬化物によって封止されたことを特徴とする半導体装置。
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