JP2006274184A - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 硬化性及び他の諸特性を低下させることなく、高流動性、低反り、耐半田特性が著しく優れたエリア実装型半導体封止用に適したエポキシ樹脂組成物、及びこれを用いた半導体装置を提供すること。
【解決手段】
基板の片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみの封止に用いるものであって、（Ａ）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、（Ｂ）ビフェニル型又はビスフェノール型の結晶性エポキシ樹脂、（Ｃ）ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、及び（Ｄ）ブタジエン・アクリロニトリル共重合体を含むことを特徴とするエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物。

Description

本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置に関するものであり、特に、プリント配線板や金属リードフレームの片面に半導体素子を搭載し、その搭載面側の実質的に片面のみが樹脂封止されたエリア実装型半導体装置に好適に用いられるものである。

近年の電子機器の小型化、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、新規にエリア実装型半導体装置が開発され、従来構造の半導体装置から移行し始めている。半導体装置の小型化、薄型化に伴い、封止用エポキシ樹脂組成物に対しては、より一層の低粘度化、高強度化が要求されている。また、環境問題から臭素化合物、酸化アンチモン等の難燃剤を使わずに難燃化する要求が増えてきている。このような背景から、最近のエポキシ樹脂組成物の動向は、より低粘度の樹脂を適用し、より多くの無機充填材を配合する傾向が強くなっている。また新たな動きとして、半導体装置を実装する際、従来よりも融点の高い無鉛半田の使用が高まってきている。この半田の適用により実装温度を従来に比べ約２０℃高くする必要があり、実装後の半導体装置の信頼性が現状に比べ著しく低下する問題が生じている。このようなことからエポキシ樹脂組成物のレベルアップによる半導体装置の信頼性の向上要求が加速的に強くなってきており、樹脂の低粘度化と無機充填材の高充填化に拍車がかかっている。

エリア実装型半導体装置としては、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）、或いは更に小型化を追求したＣＳＰ（チップスケールパッケージ）等が代表的であるが、これらは従来のＱＦＰ、ＳＯＰ等に代表される表面実装型半導体装置では限界に近づいている多ピン化・高速化への要求に対応するために開発されたものである。構造としては、ＢＴ樹脂／銅箔回路基板（ビスマレイミド・トリアジン樹脂／ガラスクロス基板）に代表される硬質回路基板、或いはポリイミド樹脂フィルム／銅箔回路基板に代表されるフレキシブル回路基板の片面上に半導体素子を搭載し、その半導体素子搭載面、即ち基板の片面のみがエポキシ樹脂組成物等で成形・封止されている。また、基板の半導体素子搭載面の反対面には半田ボールを２次元的に並列して形成し、半導体装置を実装する回路基板との接合を行う特徴を有している。更に、半導体素子を搭載する基板としては、上記の有機回路基板以外にもリードフレーム等の金属基板を用いる構造も開発されている。

これらエリア実装型半導体装置の構造は、基板の半導体素子搭載面のみをエポキシ樹脂組成物で封止し、半田ボール形成面側は封止しないという片面封止の形態をとっている。リードフレーム等の金属基板等では、半田ボール形成面でも数十μｍ程度の封止樹脂層が存在することもあるが、半導体素子搭載面では数百μｍから数ｍｍ程度の封止樹脂層が形成されるため、実質的に片面封止となっている。このため、有機基板や金属基板とエポキシ樹脂組成物の硬化物との間での熱膨張・熱収縮の不整合、或いはエポキシ樹脂組成物の成形硬化時の硬化収縮による影響で、これらの半導体装置では成形直後から反りが発生しやすい。
更に、これらの半導体装置を実装する回路基板上に半田接合を行う場合、２００℃以上の加熱工程を経るが、この際に半導体装置の反りが発生し、多数の半田ボールが平坦とならず、半導体装置を実装する回路基板から浮き上がってしまい、電気的接合の信頼性が低下する問題も起こる。

基板上の実質的に片面のみをエポキシ樹脂組成物で封止した半導体装置において、反りを低減するには、基板の熱膨張係数とエポキシ樹脂組成物の硬化物の熱膨張係数とを近づけること、及びエポキシ樹脂組成物の成形硬化時の硬化収縮を小さくすることの二つの方法が重要である。
基板としては、有機基板ではＢＴ樹脂やポリイミド樹脂のような高いガラス転移温度（以下、Ｔｇという）を有する樹脂が広く用いられており、これらはエポキシ樹脂組成物の成形温度である１７０℃近辺よりも高いＴｇを有する。従って、成形温度から室温までの冷却過程では有機基板のガラス領域、換言すると線膨張係数がα１の領域のみで収縮する。よって、エポキシ樹脂組成物の硬化物も、Ｔｇが成形温度より高く且つα１が有機基板と同じで、更に成形硬化時の硬化収縮がゼロとなれば、反りはほぼゼロとなると考えられる。このため、多官能型エポキシ樹脂と多官能型フェノール樹脂との組み合わせによりＴｇを高くし、無機充填材の配合量でα１を合わせる手法が既に提案されている。しかし多官能型エポキシ樹脂と多官能型フェノール樹脂との組み合わせでは流動性が低下し金線変形が生じる等の不具合があった。

また、赤外線リフロー、ベーパーフェイズソルダリング、半田浸漬等の手段での半田処理による半田接合を行う場合、エポキシ樹脂組成物の硬化物並びに有機基板からの吸湿により、半導体装置内部に存在する水分が高温で急激に気化することによる応力で、半導体装置にクラックが発生することや、有機基板の半導体素子搭載面とエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面で剥離が発生することもあり、エポキシ樹脂組成物の低応力化・低吸湿化とともに、有機基板との接着性も求められる。
更に、有機基板とエポキシ樹脂組成物の硬化物との間の熱膨張の不整合により、信頼性テストの代表例である温度サイクル試験でも、有機基板／エポキシ樹脂組成物の硬化物との界面の剥離やクラックが発生する。
従来のＱＦＰやＳＯＰ等の表面実装型半導体装置において、成形時に低粘度で高流動性を維持するためには、溶融粘度の低い樹脂を用いる方法や（例えば、特許文献１参照。）、また無機充填材の配合量を高めるために無機充填材をシランカップリング剤で表面処理する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。しかしこれらは種々ある要求特性のいずれかのみを満足するものが多い。エリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、高流動、低反りに優れた樹脂を用い、更に無機充填材の配合量を高めて信頼性を満足させる技術が求められている。

特開平７−１３０９１９号公報（第２〜５頁） 特開平８−２０６７３号公報（第２〜４頁）

本発明は、従来の背景技術の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硬化性及び他の諸特性を低下させることなく高流動性、成形後や半田処理後の低そり、耐半田特性が著しく優れたエリア実装型半導体封止用に適したエポキシ樹脂組成物、及びこれを用いた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）で表されるエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（２）で表されるエポキシ樹脂、（Ｃ）一般式（３）で表されるフェノール樹脂、及び（Ｄ）ブタジエン・アクリロニトリル共重合体を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、

（ただし、上記一般式（１）において、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）

（ただし、上記一般式（２）において、Ｘは単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｒ２ＣＲ２−の中から選択される基で、Ｒ１は炭素数１〜６のアルキル基で互いに同一でも異なってもよい。ｍは０〜４の整数。Ｒ２は水素又は炭素数１〜４アルキル基で互いに同一でも異なってもよい。）

（ただし、上記一般式（３）において、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）

［２］ 前記（Ｄ）ブタジエン・アクリロニトリル共重合体が一般式（４）で表されるカルボキシル基末端ブタジエン・アクリロニトリル共重合体である第［１］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、

（ただし、上記一般式（４）において、Ｂｕはブタジエン、ＡＣＮはアクリロニトリルを表す。ｘは１未満の正数。ｙは１未満の正数。ｘ＋ｙ＝１。ｚは５０〜８０の整数。）

［３］ 前記（Ｄ）ブタジエン・アクリロニトリル共重合体が全エポキシ樹脂組成物中に０．０５重量％以上、０．５重量％以下含まれる第［１］又は［２］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［４］ 前記（Ａ）成分と前記（Ｂ）成分との配合重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が１０／９０〜９０／１０である第［１］ないし［３］項のいずれか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］ さらに（Ｅ）硬化促進剤を含む第［１］ないし［４］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、
［６］ さらに（Ｆ）無機充填材を全エポキシ樹脂組成物中に対し８０重量％以上、９５重量％以下の割合で含む第［１］ないし［５］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、
［７］ 第［１］ないし［６］項のいずれかに記載の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、
［８］ 基板の片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみの封止に用いるものであって、
（Ａ）一般式（１）で表されるエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（２）で表されるエポキシ樹脂、（Ｃ）一般式（３）で表されるフェノール樹脂、及び（Ｄ）ブタジエン・アクリロニトリル共重合体を含むことを特徴とするエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、

（ただし、上記一般式（１）において、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）

（ただし、上記一般式（２）において、Ｘは単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｒ２ＣＲ２−の中から選択される基で、Ｒ１は炭素数１〜６のアルキル基で互いに同一でも異なってもよい。ｍは０〜４の整数。Ｒ２は水素又は炭素数１〜４アルキル基で互いに同一でも異なってもよい。）

（ただし、上記一般式（３）において、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）

［９］ 前記（Ｄ）ブタジエン・アクリロニトリル共重合体が一般式（４）で表されるカルボキシル基末端ブタジエン・アクリロニトリル共重合体である第［８］項記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、

（ただし、上記一般式（４）において、Ｂｕはブタジエン、ＡＣＮはアクリロニトリルを表す。ｘは１未満の正数。ｙは１未満の正数。ｘ＋ｙ＝１。ｚは５０〜８０の整数。）

［１０］ 前記（Ｄ）ブタジエン・アクリロニトリル共重合体が全エポキシ樹脂組成物中に０．０５重量％以上、０．５重量％以下含まれる第［８］又は［９］項記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［１１］ 前記（Ａ）成分と前記（Ｂ）成分との配合重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が１０／９０〜９０／１０である第［８］ないし［１０］項のいずれかに記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［１２］ さらに（Ｅ）硬化促進剤を含む第［８］ないし［１１］項のいずれかに記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［１３］ さらに（Ｆ）無機充填材を全エポキシ樹脂組成物中に対し８０重量％以上、９５重量％以下の割合で含む第［８］ないし［１２］項のいずれかに記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［１４］ 基板の片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみが第［８］ないし［１３］項のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を用いて封止されていることを特徴とするエリア実装型半導体装置、
である。

本発明に従うと、従来の技術では得られなかった無機充填材の高充填化、高流動性、低そり、耐半田特性の全てに優れる樹脂組成物が得られるので、特にエリア実装型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として好適である。

本発明は、（Ａ）一般式（１）で表される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、（Ｂ）一般式（２）で表されるビフェニル型又はビスフェノール型エポキシ樹脂、（Ｃ）一般式（３）で表されるビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型樹脂、及び（Ｄ）ブタジエン・アクリロニトリル共重合体を含むエポキシ樹脂組成物を用いることにより、エポキシ樹脂組成物においては無機充填材の高充填化と高流動性との両立が可能となるため、特にエリア実装型の半導体装置において低そりと耐半田特性等の高信頼性との両立が可能となるという、顕著な効果が得られるものである。
以下、本発明について詳細に説明する。

本発明で用いられる一般式（１）で表されるエポキシ樹脂（Ａ）は、エポキシ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吸湿率が低く、ガラス転移温度（以下、Ｔｇという）を越えた高温域での弾性率が低く、半導体素子、有機基板、及び金属基板との密着性に優れる。また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（１）中のｎは平均値で、１〜５の正数、好ましくは１〜３の正数である。ｎが上記範囲内であると、エポキシ樹脂組成物の硬化性の低下や流動性の低下を抑えることができる。一般式（１）で表されるエポキシ樹脂（Ａ）としては、例えばフェノールビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂などが挙げられるが、式（１）の構造であれば特に限定するものではない。

（ただし、上記一般式（１）において、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）

本発明で用いられる一般式（２）で表されるエポキシ樹脂（Ｂ）は、結晶性のエポキシ樹脂であり、常温では結晶性の固体であるが、融点以上では極めて低粘度の液状となり、無機充填材を高充填化できるので、これを用いたエポキシ樹脂組成物は、耐半田性に優れる特性を有する。一般式（２）で表される結晶性エポキシ樹脂としては、例えばビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂などが挙げられるが、式（２）の構造であれば特に限定するものではない。

（ただし、上記一般式（２）において、Ｘは単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｒ２ＣＲ２−の中から選択される基で、Ｒ１は炭素数１〜６のアルキル基で互いに同一でも異なってもよい。ｍは０〜４の整数。Ｒ２は水素又は炭素数１〜４アルキル基で互いに同一でも異なってもよい。）

一般式（１）で表されるエポキシ樹脂（Ａ）と一般式（２）で表されるエポキシ樹脂（Ｂ）との配合の重量比［（Ａ）／（Ｂ）］は、１０／９０〜９０／１０が好ましく、より好ましくは２０／８０〜７０／３０、特に好ましくは３０／７０〜５０／５０である。配合の重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が上記範囲内であると、エポキシ樹脂組成物の成形時の流動性を損なうことなく、エポキシ樹脂組成物の硬化物の低吸湿化と無機充填材の高充填化が可能となり、良好な耐半田性を得ることができる。

また本発明では、一般式（１）で表されるエポキシ樹脂、及び一般式（２）で表される結晶性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、他のエポキシ樹脂を併用してもよい。併用できるエポキシ樹脂としては、分子内にエポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、及びポリマー全般を言う。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、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）で表されるエポキシ樹脂と一般式（２）で表されるエポキシ樹脂との合計量が、７０〜１００重量％であることが好ましい。一般式（１）で表されるエポキシ樹脂と一般式（２）で表されるエポキシ樹脂との合計量が上記範囲内であると、良好な低吸湿性と耐半田性を得ることができる。

本発明で用いられる一般式（３）で表されるフェノール樹脂（Ｃ）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吸湿率が低く、Ｔｇを越えた高温域での弾性率が低く、半導体素子、有機基板、及び金属基板との密着性に優れる。また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。従って、このフェノール樹脂を用いた樹脂組成で封止された半導体装置は、耐半田性に優れる。
一般式（３）中のｎは平均値で、１〜５の正数、好ましくは１〜３の正数である。ｎが上記範囲内であると、エポキシ樹脂組成物の硬化性の低下や流動性の低下を抑えることができる。一般式（３）で表されるフェノール樹脂は、１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。
一般式（３）で表されるフェノール樹脂としては、例えばフェノールビフェニルアラルキル樹脂などが挙げられるが、式（３）の構造であれば特に限定するものではない。

（ただし、上記一般式（３）において、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）

本発明で用いられる一般式（３）で表されるフェノール樹脂を用い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してもよい。併用する場合は、分子中にフェノール性水酸基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般で、極力低粘度のものを使用することが望ましく、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、フェノールアラルキル樹脂（フェニレン骨格を有する）、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。半導体封止用エポキシ樹脂組成物としての耐湿信頼性を考慮すると、イオン性不純物であるＮａイオンやＣｌイオンが極力少ない方が好ましい。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（３）で表されるフェノール樹脂の配合量が、４０〜１００重量％であることが好ましい。一般式（３）で表されるフェノール樹脂の配合量が上記範囲内であると、良好な低吸湿性と耐半田性を得ることができる。

本発明に用いる（Ｄ）ブタジエン・アクリロニトリル共重合体としては、特に限定するものではないが、その構造の両端にカルボキシル基を有する式（４）で表される化合物が好ましい。このカルボキシル基が封止用エポキシ樹脂組成物の原料として含まれる、無機充填材およびエポキシ樹脂と半導体装置部材である半導体素子や有機基板とを結びつける密着助剤として働く。一般式（４）のｘは１未満の正数。ｙは１未満の正数。ｘ＋ｙ＝１、ｚは５０〜８０の整数である。本発明に用いるブタジエン・アクリロニトリル共重合体（Ｄ）の配合量は、全エポキシ樹脂組成物中０．０５以上、０．５重量％以下が好ましく、より好ましくは０．１以上、０．３重量％以下である。配合量が上記範囲内であると、基材との密着力の低下による耐半田性の低下や、流動性の低下による成形時の充填不良等の発生、高粘度化による半導体装置内の金線変形等の発生を抑えることができる。

（ただし、上記一般式（４）において、Ｂｕはブタジエン、ＡＣＮはアクリロニトリルを表す。ｘは１未満の正数。ｙは１未満の正数。ｘ＋ｙ＝１。ｚは５０〜８０の整数。）

本発明で用いることができる硬化促進剤（Ｅ）としては、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しないが、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種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。

本発明に用いることができる無機充填材（Ｆ）としては、一般に半導体封止用エポキシ樹脂組成物に使用されているものを用いることができる。例えば、溶融球状シリカ、溶融破砕シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、チタンホワイト、窒化珪素等が挙げられ、最も好適に使用されるものとしては、溶融球状シリカである。これらの無機充填材は、単独でも混合して用いても差し支えない。またこれらがカップリング剤により表面処理されていてもかまわない。無機充填材（Ｆ）の形状としては、流動性改善のために、できるだけ真球状であり、かつ粒度分布がブロードであることが好ましい。本発明で用いることができる無機充填材（Ｆ）の含有量は、全エポキシ樹脂組成物中に８０重量％以上、９５重量％以下であることが好ましく、より好ましくは８６以上、９３重量％以下である。配合量が上記範囲内であると、吸湿率、熱膨張率の上昇による耐半田性の低下や、反りの増大、或いは、流動性の低下による成形時の充填不良等の発生や、高粘度化による半導体装置内の金線変形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）〜（Ｆ）成分の他、必要に応じてエポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン等のシランカップリング剤や、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、アルミニウム／ジルコニウムカップリング剤等のカップリング剤、カルナバワックス等の天然ワックス、ポリエチレンワックス等の合成ワックス、ステアリン酸やステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸及びその金属塩類若しくはパラフィン等の離型剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、臭素化エポキシ樹脂、三酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硼酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、フォスファゼン等の難燃剤、酸化ビスマス水和物等の無機イオン交換体、シリコーンオイル、ゴム等の低応力成分、酸化防止剤等の各種添加剤が適宜配合可能である。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｆ）成分、及びその他の添加剤等を、ミキサー等を用いて常温混合し、ロール、ニーダー、押出機等の混練機で加熱混練、冷却後粉砕して得られる。

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。その他の半導体装置の製造方法は、公知の方法を用いることができる。

本発明を以下の実験例からなる実施例で具体的に説明するが、これらの実施例に限定されるものではない。配合割合は重量部とする。
実験例１
エポキシ樹脂１：フェノールビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂（日本化薬（株）製、ＮＣ３０００、エポキシ当量２７４、軟化点５８℃） ２．５５重量部
エポキシ樹脂２：ビスフェノールＡ型結晶性エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＬ６８１０、エポキシ当量１７１、融点４５℃） ２．５６重量部
フェノール系樹脂１：フェノールビフェニルアラルキル樹脂（明和化成（株）製、ＭＥＨ−７８５１ＳＳ、水酸基当量２０３、軟化点６５℃） ４．８９重量部

ブタジエン・アクリロニトリル共重合体１（宇部興産（株）製、ＨＹＣＡＲ ＣＴＢＮ １００８−ＳＰ、式（４）において、ｘ＝０．８２、ｙ＝０．１８、ｚの平均値は６２）
０．１５重量部

トリフェニルホスフィン ０．１５重量部
溶融球状シリカ（平均粒径３０μｍ） ８９．００重量部
γ−グリシジルプロピルトリメトキシシラン ０．２０重量部
カルナバワックス ０．２０重量部
カーボンブラック ０．３０重量部
をミキサーで混合した後、表面温度が９０℃と４５℃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とした。得られたエポキシ樹脂組成物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６．９ＭＰa、硬化時間２分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。９０ｃｍ未満を不合格と判断した。

パッケージ反り量：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分で、３５２ピンＢＧＡ（基板は厚さ０．５６ｍｍのビスマレイミド・トリアジン樹脂／ガラスクロス基板、半導体装置のサイズは３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ、半導体素子のサイズ１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍ、半導体素子と回路基板のボンディングパッドを２５μｍ径の金線でボンディングしている）を成形し、１７５℃、２時間で後硬化してサンプルを得た。得られた半導体装置１０個を室温に冷却後、パッケージのゲートから対角線方向に、表面粗さ計を用いて高さ方向の変位を測定し、変異差の最も大きい値を反り量とした。単位はμｍ。６０μｍ以上である場合を不良と判断した。

金線変形率：パッケージ反り量の評価で成形した３５２ピンＢＧＡパッケージを軟Ｘ線透視装置で観察し、金線の変形率を（流れ量）／（金線長）の比率で表した。単位は％。３％以上を不良と判断した。

耐半田性：パッケージ反り量の評価と同様の条件で成形した３５２ピンＢＧＡパッケージを１７５℃、２時間で後硬化し、得られた半導体装置各１０個を、６０℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間、又は８５℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間処理した後、ピーク温度２６０℃のＩＲリフロー処理（２５５℃以上が１０秒）を行った。処理後の内部の剥離及びクラックの有無を超音波探傷機で観察し、不良半導体装置の個数を数えた。不良半導体装置の個数がｎ個であるとき、ｎ／１０と表示した。

実験例２〜２２
表１、表２、表３の配合に従い、実験例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得、同様に評価した。これらの評価結果を表１、表２、表３に示す。
実験例１以外で用いた成分を以下に示す。
エポキシ樹脂３：オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（日本化薬（株）製、ＥＯＣＮ−１０２０−５５、エポキシ当量１９６、軟化点５５℃）

フェノール系樹脂２：式（５）で表されるフェノール系樹脂（東都化成（株）製、ＳＮ−４８５、軟化点８７℃、水酸基当量２１０）

フェノール系樹脂３：フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂（三井化学（株）製、ＸＬＣ−ＬＬ、軟化点７５℃、水酸基当量１７５）
フェノール系樹脂４：フェノールノボラック樹脂（軟化点８０℃、水酸基当量１０５）

ブタジエン・アクリロニトリル共重合体２（宇部興産（株）、ＨＹＣＡＲ ＣＴＢＮ １３００Ｘ１３、式（４）において、ｘ＝０．７４、ｙ＝０．２６、ｚの平均値は５４）

１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵという）
γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、高流動性、低反り、耐半田特性に優れたものであり、これらの特性が要求されるエリア実装型半導体装置等への適用が有用である。

Claims (14)

1. （Ａ）一般式（１）で表されるエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（２）で表されるエポキシ樹脂、（Ｃ）一般式（３）で表されるフェノール樹脂、及び（Ｄ）ブタジエン・アクリロニトリル共重合体を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。
   

   

   （ただし、上記一般式（１）において、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
   

   

   （ただし、上記一般式（２）において、Ｘは単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｒ２ＣＲ２−の中から選択される基で、Ｒ１は炭素数１〜６のアルキル基で互いに同一でも異なってもよい。ｍは０〜４の整数。Ｒ２は水素又は炭素数１〜４アルキル基で互いに同一でも異なってもよい。）
   

   

   （ただし、上記一般式（３）において、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
2. 前記（Ｄ）ブタジエン・アクリロニトリル共重合体が一般式（４）で表されるカルボキシル基末端ブタジエン・アクリロニトリル共重合体である請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
   

   

   （ただし、上記一般式（４）において、Ｂｕはブタジエン、ＡＣＮはアクリロニトリルを表す。ｘは１未満の正数。ｙは１未満の正数。ｘ＋ｙ＝１。ｚは５０〜８０の整数。）
3. 前記（Ｄ）ブタジエン・アクリロニトリル共重合体が全エポキシ樹脂組成物中に０．０５重量％以上、０．５重量％以下含まれる請求項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（Ａ）成分と前記（Ｂ）成分との配合重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が１０／９０〜９０／１０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. さらに（Ｅ）硬化促進剤を含む請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
6. さらに（Ｆ）無機充填材を全エポキシ樹脂組成物中に対し８０重量％以上、９５重量％以下の割合で含む請求項１ないし５のいずれか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。
8. 基板の片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみの封止に用いるものであって、
   （Ａ）一般式（１）で表されるエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（２）で表されるエポキシ樹脂、（Ｃ）一般式（３）で表されるフェノール樹脂、及び（Ｄ）ブタジエン・アクリロニトリル共重合体を含むことを特徴とするエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
   

   

   （ただし、上記一般式（１）において、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
   

   

   （ただし、上記一般式（２）において、Ｘは単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｒ２ＣＲ２−の中から選択される基で、Ｒ１は炭素数１〜６のアルキル基で互いに同一でも異なってもよい。ｍは０〜４の整数。Ｒ２は水素又は炭素数１〜４アルキル基で互いに同一でも異なってもよい。）
   

   

   （ただし、上記一般式（３）において、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
9. 前記（Ｄ）ブタジエン・アクリロニトリル共重合体が一般式（４）で表されるカルボキシル基末端ブタジエン・アクリロニトリル共重合体である請求項８記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
   

   

   （ただし、上記一般式（４）において、Ｂｕはブタジエン、ＡＣＮはアクリロニトリルを表す。ｘは１未満の正数。ｙは１未満の正数。ｘ＋ｙ＝１。ｚは５０〜８０の整数。）
10. 前記（Ｄ）ブタジエン・アクリロニトリル共重合体が全エポキシ樹脂組成物中に０．０５重量％以上、０．５重量％以下含まれる請求項８又は９記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
11. 前記（Ａ）成分と前記（Ｂ）成分との配合重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が１０／９０〜９０／１０である請求項８ないし１０のいずれかに記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
12. さらに（Ｅ）硬化促進剤を含む請求項８ないし１１のいずれかに記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
13. さらに（Ｆ）無機充填材を全エポキシ樹脂組成物中に対し８０重量％以上、９５重量％以下の割合で含む請求項８ないし１２のいずれかに記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
14. 基板の片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみが請求項８ないし１３のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を用いて封止されていることを特徴とするエリア実装型半導体装置。