JP2007077287A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いて得られた半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気的信頼性および硬化性の双方ともに優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。
【解決手段】下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）フェノール樹脂。
（Ｃ）１分子中にホスフィノ基を有し、かつ末端が三級アミン構造となっている硬化促進剤。
【選択図】なし

Description

本発明は、耐湿信頼性等の電気的信頼性および硬化性の双方に優れた信頼性の高い半導体装置の製造に用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物、および、それを用いて得られた高い信頼性を有する半導体装置に関するものである。

トランジスター，ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子は、従来から、エポキシ樹脂組成物等の封止材料によって封止され半導体装置化されている。上記エポキシ樹脂組成物としては、一般に、エポキシ樹脂とフェノール樹脂等の硬化剤、およびシリカ粉末等の無機質充填剤を配合したものが用いられている。そして、上記配合成分に加え、離型剤や密着性付与剤等の添加剤が用いられ、さらに硬化促進のために、トリフェニルホスフィン等のリン系化合物や、イミダゾール類等のアミン系化合物に代表される硬化促進剤が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−７８９０号公報

しかしながら、上記トリフェニルホスフィン等のリン系化合物は、耐湿信頼性等の電気的信頼性には優れているが、硬化性という点で若干劣っており不充分であるといえる。一方、上記アミン系化合物は、硬化性に関しては優れているが、電気的信頼性という点では上記リン系化合物に比べて劣る傾向にある。このように、従来の硬化促進剤では、電気的信頼性および硬化性の双方ともに充分要求が満たされるものがなく、上記特性（電気的信頼性および硬化性）に優れた封止材料により樹脂封止されてなる高い信頼性を備えた半導体装置が要望されている。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、電気的信頼性および硬化性の双方ともに優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いて得られた半導体装置の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物を第１の要旨とする。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）フェノール樹脂。
（Ｃ）１分子中にホスフィノ基を有し、かつ末端が三級アミン構造となっている硬化促進剤。

そして、本発明は、上記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樹脂封止してなる半導体装置を第２の要旨とする。

すなわち、本発明者らは、硬化性および電気的信頼性の双方ともに優れた封止材料を得るために、配合成分を中心に研究を重ねた。その結果、封止材料の配合成分として、上記１分子中にホスフィノ基を有し、かつ末端が三級アミン構造とする硬化促進剤〔（Ｃ）成分〕を用いると、上記硬化促進剤中のホスフィノ基に起因する良好な電気的信頼性を発揮するとともに、三級アミン構造に由来する優れた硬化性をも備えるようになり、所期の目的が達成されることを見出し本発明に到達した。

このように、本発明は、前記１分子中にホスフィノ基を有し、かつ末端が三級アミン構造とする硬化促進剤〔（Ｃ）成分〕を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。このため、耐湿信頼性等の電気的信頼性に優れるとともに、硬化性においても良好な性能を発揮するものである。したがって、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて樹脂封止してなる半導体装置としては、高い信頼性を備えたものが得られる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ成分）と、フェノール樹脂（Ｂ成分）と、特定の構造を有する硬化促進剤（Ｃ成分）を用いて得られるものであって、通常、粉末状もしくはこれを打錠したタブレット状になっている。

上記エポキシ樹脂（Ａ成分）としては、特に限定するものではなく従来公知の各種エポキシ樹脂が用いられる。上記エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂，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，ビフェニル型エポキシ樹脂等、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。そして、本発明においては、耐湿信頼性等の観点から、好適にはビフェニル型エポキシ樹脂を用いることがあげられる。

上記エポキシ樹脂（Ａ成分）の硬化剤として作用するフェノール樹脂（Ｂ成分）としては、特に限定するものではなく、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等があげられ、さらには、下記の一般式（２）および一般式（３）で表されるフェノール樹脂等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。そして、これらフェノール樹脂は、一般に、軟化点が４０〜１２０℃、水酸基当量が７０〜２８０があげられる。

そして、上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とフェノール樹脂（Ｂ成分）の配合割合は、エポキシ樹脂成分（Ａ成分）中のエポキシ基１当量に対してフェノール樹脂（Ｂ成分）中の水酸基を０．８〜１．２当量となるよう配合することが好ましい。特に好ましくは０．９〜１．１である。

つぎに、上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられる特定の構造を有する硬化促進剤（Ｃ成分）は、１分子中にホスフィノ基を有し、かつ末端が三級アミン構造となっている硬化促進剤である。このような硬化促進剤としては、例えば、下記の一般式（１）で表される化合物があげられる。

上記式（１）において、より具体的には、Ｒ₁ ，Ｒ₂ としてはフェニル基があげられ、またＲ₃ としてはフェニレン基、または炭素数１〜１０のアルキレン基があげられ、Ｒ₄ ，Ｒ₅ としては炭素数１〜１０のアルキル基があげられる。そして、上記一般式（１）で表される具体的な化合物としては、ジフェニルホスフィノエチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン、ジフェニルホスフィノプロピル−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン、ジフェニルホスフィノ−ｏ−Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。なかでも、同一分子内にホスフィノ基と三級アルキルアミン構造を有するジフェニルホスフィノエチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン等に代表されるフェニルホスフィン骨格と三級アルキルアミン構造を有する化合物を用いると、特に硬化性および電気的信頼性に優れたものが得られる。

上記特定の構造を有する硬化促進剤（Ｃ成分）の含有量は、エポキシ樹脂組成物全体の０．０５〜２重量％の割合に設定することが好ましく、特に好ましくは０．１〜１重量％である。すなわち、０．０５重量％未満では、硬化性の低下や電気的信頼性の低下を招く傾向がみられ、２重量％を超えると、残存する硬化促進剤により、逆に電気的信頼性が低下する傾向がみられるからである。

さらに、上記特定の構造を有する硬化促進剤（Ｃ成分）とともに、従来公知のリン系硬化促進剤を併用してもよい。上記リン系硬化促進剤としては、例えば、トリフェニルホスフィン、トリトリルホスフィン、トリキシリルホスフィン、トリベンジルホスフィン、トリス（メトキシフェニル）ホスフィン、ジフェニルシクロヘキシルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート等があげられる。上記従来公知のリン系硬化促進剤を併用する場合の割合は、特に限定するものではないが、例えば、両者の合計量のうち従来公知のリン系硬化促進剤の使用量を合計量の０〜５０重量％となるように設定することが好ましい。すなわち、従来公知のリン系硬化促進剤の使用量が上記割合を外れ、多くなると、短時間での硬化が不充分となって、成形サイクルを短くすることができず、生産性の向上がみられなくなる傾向がみられるからである。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｃ成分に加えて、通常、無機質充填剤が用いられる。上記無機質充填剤としては、従来公知の各種充填剤が用いられ、例えば、石英ガラス粉末、溶融シリカ粉末および結晶性シリカ粉末等のシリカ粉末等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。好ましくは流動性という観点から溶融シリカ粉末が、とりわけ球状溶融シリカ粉末を用いることが好ましい。そして、上記無機質充填剤としては、レーザー散乱式粒度分布測定装置による平均粒径が０．１〜８０μｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは０．１〜５０μｍであり、さらに好ましくは０．５〜４０μｍである。

上記無機質充填剤の含有量は、通常、エポキシ樹脂組成物全体の６０〜９５重量％となるよう設定することが好ましい。

さらに、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｃ成分および無機質充填剤以外に、必要に応じて、カーボンブラック等の着色剤や顔料、酸化ポリエチレンワックスやカルナバワックス等の離型剤、可撓性付与剤（各種シリコーン化合物やアクリロニトリル−ブタジエンゴム等）、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等の各種シランカップリング剤である密着性付与剤、イオントラップ剤（水酸化ビスマス、ハイドロタルサイト類化合物等）、難燃剤等を適宜に配合することができる。

上記難燃剤としては、特に限定するものではなく従来公知の各種難燃剤、例えば、ノボラック型ブロム化エポキシ樹脂、ブロム化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、水酸化マグネシウムや水酸化アルミニウム等の金属水酸化物、赤リン、リン酸エステル等のリン系化合物等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、例えば、上記Ａ〜Ｃ成分および無機質充填剤、そして必要に応じて着色剤や顔料、離型剤、可撓性付与剤、各種シランカップリング剤、イオントラップ剤、難燃剤等の他の添加剤を所定の割合で配合する。ついで、これら混合物を、ミキシングロール機，単軸押出機あるいは二軸押出機等の装置で加熱溶融混合する。ついで、冷却した後、公知の方法で粉砕し、さらに必要に応じてタブレット状に打錠することにより製造することができる。

つぎに、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子を封止する方法は、特に制限するものではなく、通常のトランスファー成形等の公知のモールド方法によって行うことができる。このようにして、本発明の半導体装置を作製することができる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

まず、実施例に先立って下記に示す各成分を準備した。

〔エポキシ樹脂〕
ビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９５、融点１０５℃）

〔難燃剤〕
水酸化アルミニウム

〔フェノール樹脂Ａ〕
フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０４、軟化点６０℃）

〔フェノール樹脂Ｂ〕
下記の構造式（ｂ）で表されるフェノールビスメチレンビフェニル樹脂（水酸基当量２０３、軟化点１０５℃）

〔無機質充填剤〕
球状溶融シリカ粉末（平均粒径１３μｍ）

〔離型剤〕
酸化ポリエチレンワックス

〔着色剤〕
カーボンブラック粉末

〔密着性付与剤〕
３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン

〔硬化促進剤ａ〕
トリフェニルホスフィン

〔硬化促進剤ｂ〕
Ｎ，Ｎ−ジメチルベンジルアミン

〔硬化促進剤ｃ〕
ジフェニルホスフィノエチル−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン

〔硬化促進剤ｄ〕
ジフェニルホスフィノ−ｏ−Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン

〔実施例１〜６、比較例１〜２〕
上記各成分を下記の表１および表２に示す割合で配合し、ミキシングロール機（温度１００℃）で３分間溶融混練を行なった。つぎに、この溶融物を冷却固化した後、粉砕して目的とする粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。なお、表中の数値は、配合成分全体に占める各成分の重量割合（重量％）である。

このようにして得られたエポキシ樹脂組成物を用い、ゲル化時間を測定するとともに、半導体パッケージを作製し、その半導体パッケージの耐湿信頼性について下記の方法に従って測定・評価した。これらの結果を後記の表３〜表４に併せて示す。

〔ゲル化時間〕
規定温度（１７５℃）の熱平板上に、エポキシ樹脂組成物である試料（２００〜５００ｍｇ）を載せ、撹拌しながら熱平板上に薄く引き伸ばし、試料が熱平板上に溶融した時点から硬化するまでの時間を読み取りゲル化時間とした。

〔耐湿信頼性〕
各エポキシ樹脂組成物をペレット状に打錠成形し、このペレットを用いてトランスファー成形（成形条件：１７５℃×２分間＋後硬化１７５℃×５時間）により、デュアルインラインパッケージ（ＤＩＰ）形態の耐湿信頼性評価用パッケージを所定個数作製した。そして、この評価用パッケージを用いて、１３０℃×８５％×３０Ｖのバイアス印加でのデバイス腐食試験（ＰＣＢＴテスト）を行い、２００時間後の不良率が５０％未満のものを○、５０％以上のものを×として表示した。

上記結果から、実施例品は、ゲル化時間は比較例品に比べて短く硬化性に優れていることがわかる。また、耐湿信頼性に関しても全てに良好な結果が得られた。

これに対して、比較例１品は、実施例品に比べてゲル化時間が長く、硬化性に劣ることがわかる。また、比較例２品は、硬化性に劣ることはなかったが、実施例品と比べ耐湿信頼性に劣るものであった。

Claims (3)

1. 下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
   （Ａ）エポキシ樹脂。
   （Ｂ）フェノール樹脂。
   （Ｃ）１分子中にホスフィノ基を有し、かつ末端が三級アミン構造となっている硬化促進剤。
2. 上記（Ｃ）成分である硬化促進剤が、下記の一般式（１）で表される化合物である請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
   

   
3. 請求項１または２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樹脂封止してなる半導体装置。