JP2008280492A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 封止成形時において良好な流動性、硬化性、離型性、連続成形性を有し、かつ無鉛半田に対応する高温の半田処理によっても剥離やクラックが発生しない良好な耐半田性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供すること。
【解決手段】 （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂系硬化剤、（Ｃ）無機充填材、（Ｄ）硬化促進剤及び（Ｅ）離型剤を含むエポキシ樹脂組成物において、前記硬化促進剤（Ｄ）がカチオン部とシリケートアニオン部とを有する硬化促進剤（ｄ１）を含み、前記離型剤（Ｅ）がグリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）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、並びにこれ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。
【選択図】なし

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。

近年、電子機器の高度化、軽薄短小化が求められる中、半導体素子の高集積化、半導体装置の表面実装化が進んでいる。これに伴い、半導体封止用エポキシ樹脂組成物への要求は益々厳しくなっているのが現状である。特に半導体装置の薄型化に際しては、封止成形時における金型と半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物との間の離型不足に伴う応力の発生により、半導体装置内部の半導体素子自体にクラックを生じたり、樹脂硬化物と半導体素子との界面における密着性が低下したりするといった問題が生じている。また、環境問題に端を発した有鉛半田から無鉛半田への移行に伴い、半田処理時の温度が高くなり、半導体装置中に含まれる水分の気化によって発生する爆発的な応力による耐半田性が、従来以上に大きな問題となってきている。また、リードフレームについても脱鉛の観点から、外装有鉛半田メッキの代わりに予めニッケルメッキ、ニッケル／パラジウム合金に金メッキが施されたプレプリーティングフレームを用いた半導体装置が増加している。これらのメッキは半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物との密着性が著しく悪いという欠点があり、表面実装時に界面において剥離が発生する等の問題が生じており、耐半田性の向上が求められている。

このため、上記耐半田性を向上させるための種々の提案がされている。例えば、無機質充填材の高充填化が可能な低粘度型エポキシ樹脂であるビフェニル型エポキシ樹脂を含む半導体封止用エポキシ樹脂組成物が提案されているが（特許文献１、２参照。）、更なる無機質充填材の高充填化により、流動性の低下が懸念される。そこで流動性、離型性、連続成形性に優れた特性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた耐半田性に優れた半導体装置の開発が求められている。

特開平５−１３１４８６号公報 特開平８−２５３５５５号公報

本発明は、流動性、離型性、連続成形性に優れ、かつ低吸湿性、低応力性、金属系部材との密着力に優れた特性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた耐半田性に優れた半導体装置を提供するものである。

このような目的は、下記［１］〜［５］に記載の本発明により達成される。
［１］ （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂系硬化剤、（Ｃ）無機充填材、（Ｄ）硬化促進剤、及び（Ｅ）離型剤を含むエポキシ樹脂組成物において、前記硬化促進剤（Ｄ）がカチオン部とシリケートアニオン部とを有する硬化促進剤（ｄ１）を含み、前記離型剤（Ｅ）がグリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）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。
［２］ 前記カチオン部とシリケートアニオン部とを有する硬化促進剤（ｄ１）のカチオン部が燐カチオンを含むものである第［１］項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。

［３］ 前記カチオン部とシリケートアニオン部とを有する硬化促進剤（ｄ１）が下記一般式（１）で表される化合物である第［１］項又は第［２］項に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（１）において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ、芳香環又は複素環を有する有機基、あるいは脂肪族基を表し、互いに同一であっても異なっていてもよい。Ｘ１は、基Ｙ１及びＹ２と結合する有機基である。Ｘ２は、基Ｙ３及びＹ４と結合する有機基である。Ｙ１及びＹ２はプロトン供与性置換基がプロトンを放出してなる基であり、同一分子内の基Ｙ１、及びＹ２が珪素原子と結合してキレート構造を形成するものである。Ｙ３及びＹ４はプロトン供与性置換基がプロトンを放出してなる基であり、同一分子内の基Ｙ３及びＹ４が珪素原子と結合してキレート構造を形成するものである。Ｘ１、及びＸ２は互いに同一であっても異なっていてもよく、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、及びＹ４は互いに同一であっても異なっていてもよい。Ｚ１は芳香環又は複素環を有する有機基、あるいは脂肪族基を表す。）
［４］前記離型剤（Ｅ）がグリセリンと炭素数２４以上、３６以下の飽和脂肪酸からなるグリセリントリ脂肪酸エステルを含むことを特徴とする第［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］ 第［１］項ないし第［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。

本発明に従うと、成形封止する時の流動性、離型性、連続成形性に優れ、かつ低吸湿性、低応力性、リードフレーム等の金属系部材との密着性、特にメッキを施された銅リードフレーム（銀メッキリードフレーム、ニッケルメッキリードフレーム、ニッケル／パラジウム合金に金メッキが施されたプレプリーティングフレーム等）との密着力に優れた特性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物、並びに耐半田性に優れた半導体装置を得ることができる。

本発明は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂系硬化剤、無機充填材、カチオン部とシリケートアニオン部とを有する硬化促進剤、及びグリセリントリ脂肪酸エステルを含む離型剤を含むことにより、成形封止する時の流動性、硬化性、離型性、連続成形性に優れ、かつ低吸湿性、低応力性、金属系部材との密着力に優れた特性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた耐半田性に優れた半導体装置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。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ）を含む。本発明に用いられるエポキシ樹脂（Ａ）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、分子構造は特に限定するものではないが、例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、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、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、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）、硫黄原子含有型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）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差し支えない。これらの内で特に耐半田性が求められる場合には、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、無機質充填材を高充填化できるビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂が好ましい。また、無機質充填材の高充填化という観点からは、その他のエポキシ樹脂の場合も極力粘度の低いものを使用することが望ましい。また、耐半田性、可撓性、低吸湿化が求められる場合には、エポキシ基が結合した芳香環の間にエポキシ基を有さず、疎水性を示すフェニレン骨格やビフェニレン骨格等を有することで、低吸湿性や実装高温域での低弾性を示す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等のアラルキル型エポキシ樹脂が好ましい。

本発明で用いられるエポキシ樹脂（Ａ）全体の配合割合としては、特に限定されないが、全半導体封止用エポキシ樹脂組成物中に、１重量％以上、１５重量％以下であることが好ましく、２重量％以上、１０重量％以下であることがより好ましい。エポキシ樹脂（Ａ）全体の配合割合が上記範囲内であると、耐半田性の低下、流動性の低下等を引き起こす恐れが少ない。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、フェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）を含む。本発明に用いられるフェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）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、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、トリフェノールメタン型樹脂、フェノールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）、硫黄原子含有型フェノール樹脂、ナフトールノボラック樹脂、ナフトールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）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差し支えない。これらの内で特に耐半田性が求められる場合には、エポキシ樹脂と同様に、低粘度の樹脂が無機質充填材の高充填化できるという点で望ましく、更に可撓性、低吸湿性が求められる場合には、フェニレン骨格、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂の使用が好ましい。

本発明で用いられるフェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）の配合割合は、特に限定されないが、全半導体封止用エポキシ樹脂組成物中に、０．５重量％以上、１２重量％以下であることが好ましく、１重量％以上、９重量％以下であることがより好ましい。硬化剤（Ｂ）の配合割合が上記範囲内であると、耐半田性の低下、流動性の低下等を引き起こす恐れが少ない。

本発明に用いるエポキシ樹脂（Ａ）とフェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）との配合比率としては、全エポキシ樹脂のエポキシ基数（ＥＰ）と全フェノール樹脂系硬化剤のフェノール性水酸基数（ＯＨ）の比（ＥＰ／ＯＨ）が０．７以上、１．３以下であることが好ましい。この範囲内であると、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化性の低下、或いは樹脂硬化物のガラス転移温度の低下、耐湿信頼性の低下等を抑えることができる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、無機充填材（Ｃ）を含む。本発明に用いられる無機充填材（Ｃ）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、溶融シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、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、球状の溶融シリカである。これらの無機充填材（Ｃ）は、１種類を単独で用いても２種類以上を併用しても差し支えない。無機充填材（Ｃ）の最大粒径については、特に限定されないが、無機充填材（Ｃ）の粗大粒子が狭くなったワイヤー間に挟まることによって生じるワイヤー流れ等の不具合の防止を考慮すると、１０５μｍ以下であることが好ましく、７５μｍ以下であることがより好ましい。

無機充填材（Ｃ）の含有割合は、特に限定されないが、全半導体封止用エポキシ樹脂組成物中８０重量％以上、９４重量％以下が好ましく、８２重量％以上、９２重量％以下がより好ましい。この範囲であると、耐半田性の低下、流動性の低下等を抑えることができる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、硬化促進剤（Ｄ）として、エポキシ樹脂の硬化反応を促進し得るカチオン部と前記硬化反応を促進するカチオン部の触媒活性を抑制するシリケートアニオン部とを有する硬化促進剤（ｄ１）を含む。本発明で用いられるカチオン部とシリケートアニオン部とを有する硬化促進剤（ｄ１）としては、カチオン部が燐カチオンを含むものが好ましく、下記一般式（１）で表される化合物がさらに好ましい。

上記一般式（１）において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ、芳香環又は複素環を有する有機基、あるいは脂肪族基を表し、互いに同一であっても異なっていてもよい。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４としては、例えば、フェニル基、メチルフェニル基、メトキシフェニル基、ヒドロキシフェニル基、ナフチル基、ヒドロキシナフチル基、ベンジル基、メチル基、エチル基、ｎ−ブチル基、ｎ−オクチル基及びシクロヘキシル基等が挙げられ、これらの中でも、フェニル基、メチルフェニル基、メトキシフェニル基、ヒドロキシフェニル基、ヒドロキシナフチル基などの芳香族基がより好ましい。

また、上記一般式（１）において、Ｘ１は、基Ｙ１及びＹ２と結合する有機基である。同様にＸ２は、基Ｙ３及びＹ４と結合する有機基である。Ｙ１及びＹ２はプロトン供与性置換基がプロトンを放出してなる基であり、同一分子内の基Ｙ１、及びＹ２が珪素原子と結合してキレート構造を形成するものである。同様にＹ３及びＹ４はプロトン供与性置換基がプロトンを放出してなる基であり、同一分子内の基Ｙ３及びＹ４が珪素原子と結合してキレート構造を形成するものである。Ｘ１、及びＸ２は互いに同一であっても異なっていてもよく、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、及びＹ４は互いに同一であっても異なっていてもよい。このような一般式（１）中のＹ１Ｘ１Ｙ２、及びＹ３Ｘ２Ｙ４で示される基は、プロトン供与体が、プロトンを２個放出してなる基で構成されるものであり、プロトン供与体としては、例えば、カテコール、ピロガロール、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、２，２’−ビフェノール、２，２’−ビナフトール、サリチル酸、１−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、３−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、クロラニル酸、タンニン酸、２−ヒドロキシベンジルアルコール、１，２−シクロヘキサンジオール、１，２−プロパンジオール及びグリセリン等が挙げられるが、これらの中でも、カテコール、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がより好ましい。

また、一般式（１）中のＺ１は、芳香環または複素環を有する有機基または脂肪族基を表し、これらの具体的な例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基およびオクチル基等の脂肪族炭化水素基や、フェニル基、ベンジル基、ナフチル基およびビフェニル基等の芳香族炭化水素基、グリシジルオキシプロピル基、メルカプトプロピル基、アミノプロピル基、アニリノプロピル基およびビニル基等の反応性置換基などが挙げられるが、これらの中でも、メチル基、フェニル基、ナフチル基およびビフェニル基が熱安定性の面から、より好ましい。

本発明で用いられるカチオン部とシリケートアニオン部とを有する硬化促進剤（ｄ１）の配合割合は、特に限定されないが、全半導体封止用エポキシ樹脂組成物中０．１重量％以上、１．５重量％以下が好ましく、より好ましくは０．２重量％以上、１重量％以下である。上記範囲内であると、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の成形時の低粘度化、高流動化、及び貯蔵時の保存安定性の向上を図ることができる。

本発明では、カチオン部とシリケートアニオン部とを有する硬化促進剤（ｄ１）を用いることによる効果を損なわない範囲であれば、該硬化促進剤（ｄ１）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、カチオン部シリケートアニオン部とを有する硬化促進剤（ｄ１）の配合割合は、全硬化促進剤（Ｄ）に対して５０重量％以上であることが好ましい。併用可能な硬化促進剤としては、例えば、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物；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・テトラキス（ベンゾイルオキシ）ボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラキス（ナフトイルオキシ）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。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、（Ｅ）離型剤としてグリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）を含む。本発明で用いられるグリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）は、グリセリンと飽和脂肪酸より得られるトリエステルであり、離型性が非常に優れている。モノエステル、ジエステルでは残存する水酸基の影響により半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物の耐湿性が低下し、その結果として耐半田性に悪影響を及ぼすので好ましくない。本発明で用いられるグリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）のうちでは、炭素数２４以上、３６以下の飽和脂肪酸とのグリセリントリ脂肪酸エステルが、離型性と樹脂硬化物の外観の観点から望ましい。尚、本発明において、飽和脂肪酸の炭素数とは飽和脂肪酸中のアルキル基とカルボキシル基の炭素数を合計したものを指す。

本発明で用いられるグリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）の滴点は、７０℃以上、１２０℃以下が好ましく、より好ましくは８０℃以上、１１０℃以下である。滴点は、ＡＳＴＭ Ｄ１２７に準拠した方法により測定することができる。具体的には、金属ニップルを用いて、溶融したワックスが金属ニップルから最初に滴下するときの温度として測定される。以下の例においても、同様の方法により測定することができる。滴点が上記下限値未満だと熱安定性が十分でないため、連続成形時にグリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）の焼き付きが発生し、離型性が悪化し、連続成形性を損なう恐れがある。滴点が上記上限値を越えると半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化の際、グリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）が十分に溶融しないことにより、グリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）の分散性が低下し、グリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）の樹脂硬化物表面への偏析による金型汚れや樹脂硬化物外観の悪化を引き起こす恐れがある。

本発明で用いられるグリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）の酸価は、１０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上、５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下が好ましく、より好ましくは１５ｍｇＫＯＨ／ｇ以上、４０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下である。酸価は、ＪＩＳ Ｋ ３５０４に準拠した方法により測定することができる。具体的には、ワックス類１ｇ中に含有する遊離脂肪酸を中和するのに要する水酸化カリウムのミリグラム数として測定される。以下の例においても、同様の方法により測定することができる。酸価は樹脂硬化物との相溶性に影響し、酸価が上記下限値未満だとグリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）はエポキシ樹脂マトリックスと相分離を起こし、金型汚れや樹脂硬化物外観の悪化を引き起こす恐れがある。酸価が上記上限値を越えるとエポキシ樹脂マトリックスとの相溶性がよすぎるため、樹脂硬化物表面に染み出すことが出来ず、十分な離型性を確保することができない恐れがある。

本発明で用いられるグリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）の平均粒径は、２０μｍ以上、７０μｍ以下が好ましく、より好ましくは３０μｍ以上、６０μｍ以下である。平均粒径は、例えば（株）島津製作所製のＳＡＬＤ−７０００などのレーザー回折式粒度分布測定装置を用いて、溶媒を水として、重量基準の５０％粒子径を平均粒径として測定することができる。以下の例においても、同様の方法により測定することができる。平均粒径が上記下限値未満だとグリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）がエポキシ樹脂マトリックスとの相溶性がよすぎるため、樹脂硬化物表面に染み出すことが出来ず、十分な離型付与効果が得られない恐れがある。平均粒径が上記上限値を越えるとグリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）が偏析し、金型汚れや樹脂硬化物外観の悪化を引き起こす恐れがある。また、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化の際、グリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）が十分に溶融しないことにより、流動性を阻害する恐れがある。

また、本発明で用いられるグリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）中における粒径１０６μｍ以上の粒子の含有比率は０．１重量％以下であることが好ましい。粒径１０６μｍ以上の粒子の含有割合は、ＪＩＳ Ｚ ８８０１の目開き１０６μｍの標準篩を用いて測定することができる。以下の例においても、同様の方法により測定することができる。粒径１０６μｍ以上の粒子の含有比率が上記上限値を越えるとグリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）が偏析し、金型汚れや樹脂硬化物外観の悪化を引き起こす恐れがある。また、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化の際、グリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）が十分に溶融しないことにより、流動性を阻害する恐れがある。

本発明で用いられるグリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）の含有割合は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物中に、０．０１重量％以上、１重量％以下であり、好ましくは０．０３重量％以上、０．５重量％以下である。下限値未満だと離型性不足となり、上限値を越えるとリードフレーム部材との密着性が損なわれ、半田処理時に部材との剥離が発生する恐れがある。また、金型汚れや樹脂硬化物外観の悪化を引き起こす恐れがある。

本発明では、グリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）を用いることによる効果を損なわない範囲で、他の離型剤を併用することもできる。併用することのできる離型剤としては、例えば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等が挙げられる。

本発明は、エポキシ樹脂の硬化反応を促進し得るカチオン部と前記硬化反応を促進するカチオン部の触媒活性を抑制するシリケートアニオン部とを有する硬化促進剤（ｄ１）と、グリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）を含む離型剤（Ｅ）と、を併用することによってその相乗効果を発現するものである。この２種を併用することにより、例えば、無機充填剤を増量しても、樹脂硬化物中における離型剤の分散性を損なうことなく、理想的な離型挙動を示す。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂系硬化剤、（Ｃ）無機充填材、（Ｄ）カチオン部とシリケートアニオン部とを有する硬化促進剤（ｄ１）を含む硬化促進剤、及び（Ｅ）グリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）を含む離型剤を含むものであるが、更に必要に応じて、アミノシラン、エポキシシラン、メルカプトシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、アクリルシラン等のカップリング剤；ハイドロタルサイト類やマグネシウム、アルミニウム、ビスマス、チタン、ジルコニウムから選ばれる元素の含水酸化物等のイオントラップ剤；シリコーンオイル、ゴム等の低応力添加剤；チアゾリン、ジアゾール、トリアゾール、トリアジン、ピリミジン等の密着性付与剤；臭素化エポキシ樹脂や三酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ほう酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、フォスファゼン等の難燃剤等の添加剤を適宜配合しても差し支えない。

また、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、ミキサー等を用いて原料を充分に均一に混合したもの、更にその後、熱ロール又はニーダー等で溶融混練し、冷却後粉砕したものなど、必要に応じて適宜分散度等を調整したものを用いることができる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子等の各種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。

本発明で封止を行う半導体素子としては、特に限定されるものではなく、例えば、集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード、固体撮像素子等が挙げられる。
本発明の半導体装置の形態としては、特に限定されないが、例えば、デュアル・インライン・パッケージ（ＤＩＰ）、プラスチック・リード付きチップ・キャリヤ（ＰＬＣＣ）、クワッド・フラット・パッケージ（ＱＦＰ）、スモール・アウトライン・パッケージ（ＳＯＰ）、スモール・アウトライン・Ｊリード・パッケージ（ＳＯＪ）、薄型スモール・アウトライン・パッケージ（ＴＳＯＰ）、薄型クワッド・フラット・パッケージ（ＴＱＦＰ）、テープ・キャリア・パッケージ（ＴＣＰ）、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）、チップ・サイズ・パッケージ（ＣＳＰ）等が挙げられる。
上記トランスファーモールドなどの成形方法で封止された半導体装置は、そのまま、或いは８０℃から２００℃程度の温度で、１０分から１０時間程度の時間をかけて完全硬化させた後、電子機器等に搭載される。

図１は、本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いた半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。ダイパッド３上に、ダイボンド材硬化体２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５との間は金線４によって接続されている。半導体素子１は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化体６によって封止されている。

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。
なお、実施例、比較例で用いた硬化促進剤と離型剤の内容について以下に示す。

硬化促進剤１：下記化学式（２）で表される化合物

硬化促進剤２：下記化学式（３）で表される化合物

硬化促進剤３：下記化学式（４）で表される化合物

硬化促進剤４：下記化学式（５）で表される化合物

硬化促進剤５：下記化学式（６）で表される化合物

硬化促進剤６：下記化学式（７）で表される化合物

硬化促進剤７：下記化学式（８）で表される化合物

離型剤１：グリセリントリメリシン酸エステル（滴点９５℃、酸価３０ｍｇＫＯＨ／ｇ、平均粒径４５μｍ、粒径１０６μｍ以上の粒子０．０重量％）
離型剤２：グリセリントリモンタン酸エステル（クラリアントジャパン（株）製、リコルブＷＥ４、滴点８２℃、酸価２５ｍｇＫＯＨ／ｇ、平均粒径４５μｍ、粒径１０６μｍ以上の粒子０．０重量％）
離型剤３：カルナバワックス（日興ファインプロダクツ（株）製、商品名ニッコウカルナバ）

ここで一例として硬化促進剤１の合成方法について示すが、これにより本発明が限定されるものではない。
メタノール１８００ｇを入れたフラスコに、フェニルトリメトキシシラン２４９．５ｇ、２，３−ジヒドロキシナフタレン３８４．０ｇを加えて溶かし、次に室温攪拌下２８％ナトリウムメトキシド−メタノール溶液２３１．５ｇを滴下した。さらにそこへ予め用意したテトラフェニルホスホニウムブロマイド５０３．０ｇをメタノール６００ｇに溶かした溶液を室温攪拌下滴下すると結晶が析出した。析出した結晶を濾過、水洗、真空乾燥し、桃白色結晶の硬化促進剤１を得た。

実施例１
エポキシ樹脂１：下記式（９）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（日本化薬（株）製、商品名ＮＣ３０００Ｐ、軟化点５８℃、エポキシ当量２７３） ６５重量部

フェノール樹脂系硬化剤１：下記式（１０）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樹脂（明和化成（株）製、商品名ＭＥＨ−７８５１ＳＳ、軟化点１０７℃、水酸基当量２０４） ４２重量部

溶融球状シリカ１：（平均粒径２０μｍ、最大粒径７５μｍ、比表面積３．６ｍ^２／ｇ） ７８０重量部
溶融球状シリカ２：（平均粒径０．５μｍ、最大粒径７５μｍ、比表面積５．９ｍ^２／ｇ） １００重量部
硬化促進剤１ ５重量部
離型剤１ ２重量部
カップリング剤：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学（株）製、商品名ＫＢＭ−４０３） ３重量部
カーボンブラック：（三菱化学（株）製、商品名ＭＡ−６００） ３重量部
をミキサーにて混合し、熱ロールを用いて、９５℃で８分間溶融混練して冷却後粉砕し、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。得られた半導体封止用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（コータキ精機株式会社製、ＫＴＳ−１５）を用いて、ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用金型に、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰa、硬化時間１２０秒の条件で、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を注入し、流動長を測定した。

金線流れ率：低圧トランスファー自動成形機（第一精工製、ＧＰ−ＥＬＦ）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間７０秒の条件で、半導体封止用エポキシ樹脂組成物によりシリコンチップ等を封止成形して、１６０ピンＬＱＦＰ（ｌｏｗ ｐｒｏｆｉｌｅ ｑｕａｄ ｆｌａｔ ｐａｃｋａｇｅ：Ｃｕ製リードフレーム、パッケージ外寸：２４ｍｍ×２４ｍｍ×１．４ｍｍ厚、パッドサイズ：８．５ｍｍ×８．５ｍｍ、チップサイズ７．４ｍｍ×７．４ｍｍ×３５０μｍ厚）を作製した。作製した１６０ピンＬＱＦＰパッケージを軟Ｘ線透視装置（ソフテックス（株）製、ＰＲＯ−ＴＥＳＴ１００）で観察し、金線の流れ率を（流れ量）／（金線長）の比率で表した。判定基準は５％未満を○、５％以上を×とした。

連続成形性：低圧トランスファー自動成形機（第一精工製、ＧＰ−ＥＬＦ）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間７０秒の条件で、半導体封止用エポキシ樹脂組成物によりシリコンチップ等を封止して８０ピンＱＦＰ（ｑｕａｄ ｆｌａｔ ｐａｃｋａｇｅ：プリプレーティングフレーム、ニッケル／パラジウム合金に金メッキしたもの、パッケージ外寸：１４ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍ厚、パッドサイズ：６．５ｍｍ×６．５ｍｍ、チップサイズ６．０ｍｍ×６．０ｍｍ×３５０μｍ厚）を得る成形を、連続で５００ショットまで行なった。判定基準は未充填、離型不良等の問題が全く発生せずに５００ショットまで連続成形できたものを○、それ以外を×とした。

パッケージ外観及び金型汚れ性：上記連続成形性の評価において５００ショット経過後のパッケージ及び金型について、目視で汚れを評価した。パッケージ外観判断及び金型汚れ基準は、５００ショットまで汚れていないものを○、それ以外を×とした。また、上記連続成形性において、５００ショットまで問題なく成形できなかったものについては、連続成形を断念した時点でのパッケージ外観及び金型汚れ状況で判断した。

耐半田性：上記連続成形性の評価において成形したパッケージを１７５℃、８時間で後硬化し、得られたパッケージを８５℃、相対湿度８５％で１６８時間加湿処理後、ＩＲリフロー（２６０℃、ＪＥＤＥＣ・Ｌｅｖｅｌ１条件に従う）処理を行った。評価したパッケージの数は１０個。半導体素子と半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物との界面の密着状態を超音波探傷装置（日立建機ファインテック株式会社製、ｍｉ−ｓｃｏｐｅ ｈｙｐｅｒ ＩＩ）により観察し、剥離、クラックのいずれか一方でも発生したものを不良パッケージとした。表には１０個中の不良パッケージ数を示す。

実施例２〜７、比較例１〜６
表１、表２の配合に従い、実施例１と同様にして半導体封止用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、表２に示す。
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：下記式（１１）で表される化合物を主成分とするビフェニル型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製、商品名ＹＸ−４０００、エポキシ当量１９０、融点１０５℃）

フェノール樹脂系硬化剤２：下記式（１２）で表されるフェノールアラルキル樹脂（三井化学（株）製、商品名ＸＬＣ−ＬＬ、水酸基当量１６５、軟化点７９℃）

実施例１〜７は、無機充填材の配合量が樹脂組成物全体の８８重量％、９２重量％と高いにもかかわらず、いずれも良好な流動性（スパイラルフロー）、金線流れ率、連続成形性、パッケージ外観、金型汚れ性が得られ、かつ良好な耐半田性を有する半導体装置が得られる結果となった。
一方、グリセリントリ脂肪酸エステルを用いていない比較例１、２、３、６では、連続成形性が悪化し、パッケージ外観、金型汚れ性、耐半田性も劣る結果となった。また、カチオン部とシリケートアニオン部とを有する硬化促進剤（ｄ１）を用いていない比較例４、５、６では、樹脂組成物の流動性が低下することにより、金線流れ率が悪化し、連続成形性、パッケージ外観、金型汚れ性、耐半田性も劣る結果となった。
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、無機充填材の配合量が樹脂組成物全体の８８重量％、９２重量％と高いにもかかわらず、成形時の流動性、連続成形性、パッケージ外観、金型汚れ性が得られ、かつ耐半田性に優れた半導体装置パッケージを提供することができることが判った。

本発明に従うと、封止成形時において良好な流動性、硬化性、離型性、連続成形性を有し、かつ無鉛半田に対応する高温の半田処理によっても剥離やクラックが発生しない良好な耐半田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ため、工業的な樹脂封止型半導体装置、特に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。

本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いた半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。

符号の説明

１ 半導体素子
２ ダイボンド材硬化体
３ ダイパッド
４ 金線
５ リードフレーム
６ 半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化体

Claims (5)

1. （Ａ）エポキシ樹脂、
   （Ｂ）フェノール樹脂系硬化剤、
   （Ｃ）無機充填材、
   （Ｄ）硬化促進剤、
   及び（Ｅ）離型剤
   を含むエポキシ樹脂組成物において、
   前記硬化促進剤（Ｄ）がカチオン部とシリケートアニオン部とを有する硬化促進剤（ｄ１）を含み、
   前記離型剤（Ｅ）がグリセリントリ脂肪酸エステル（ｅ１）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。
2. 前記カチオン部とシリケートアニオン部とを有する硬化促進剤（ｄ１）のカチオン部が燐カチオンを含むものである請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 前記カチオン部とシリケートアニオン部とを有する硬化促進剤（ｄ１）が下記一般式（１）で表される化合物である請求項１又は請求項２に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（１）において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ、芳香環又は複素環を有する有機基、あるいは脂肪族基を表し、互いに同一であっても異なっていてもよい。Ｘ１は、基Ｙ１及びＹ２と結合する有機基である。Ｘ２は、基Ｙ３及びＹ４と結合する有機基である。Ｙ１及びＹ２はプロトン供与性置換基がプロトンを放出してなる基であり、同一分子内の基Ｙ１、及びＹ２が珪素原子と結合してキレート構造を形成するものである。Ｙ３及びＹ４はプロトン供与性置換基がプロトンを放出してなる基であり、同一分子内の基Ｙ３及びＹ４が珪素原子と結合してキレート構造を形成するものである。Ｘ１、及びＸ２は互いに同一であっても異なっていてもよく、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、及びＹ４は互いに同一であっても異なっていてもよい。Ｚ１は芳香環又は複素環を有する有機基、あるいは脂肪族基を表す。）
4. 前記離型剤（Ｅ）がグリセリンと炭素数２４以上、３６以下の飽和脂肪酸からなるグリセリントリ脂肪酸エステルを含むことを特徴とする請求項１ないし請求項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. 請求項１ないし請求項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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