JP2010031233A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び該組成物を用いて半導体素子を封止して得られる片面封止型半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子が搭載された基板の片面を封止する際に生じる反りの発生を抑制し、さらに、リフロー時に半導体素子や基板との剥離の発生を抑制できる、優れた低反り性と耐熱信頼性とを兼ね備えた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供することを目的とする。
【解決手段】半導体素子が搭載された基板の片面を封止するために用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤及び無機充填材を含有し、前記エポキシ樹脂が、特定の構造を有するエポキシ樹脂を含有し、前記硬化剤が、特定の構造を有するリン含有硬化剤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を用いる。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体素子搭載用基板の片面に搭載された半導体素子（チップ）を封止するための半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び該組成物を用いて半導体素子を封止して得られる片面封止型半導体装置に関する。

近年、電子機器の小型化・薄型化に伴い、半導体装置においては表面実装型パッケージの半導体装置が主流となってきている。また、表面実装型パッケージの半導体装置においては、リード端子数の増加に対応するために、両面封止型のパッケージであるＳＯＰ(Small Outline Package)、ＱＦＰ(Quad Flat Package)のような周辺実装型から、片面封止型のパッケージであるＢＧＡ(Ball Grid Array)のようなエリア実装型に主流が移り変わりつつある。

このような基板の片面のみに樹脂封止を行うような片面封止型半導体装置では、その構造が封止樹脂と基板が貼り合わされたバイメタルのような構造となっており、成形完了後に常温まで冷却される過程において、それぞれの熱収縮量の差異により、反りが発生しやすいという問題があった。また、このような片面封止型半導体素子は、はんだによりマザーボード等に電気的に接続する際、リフローと呼ばれる加熱処理によって、はんだを溶融させる。その際、封止樹脂が加熱されて、封止樹脂に吸湿されている水分が気化することによって、封止樹脂にクラックが発生したり、半導体素子や基板と封止樹脂との間に剥離が発生するという問題があった。

半導体素子を封止するために用いられる封止樹脂としては、例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂を用いることによって、架橋密度を低下させ、弾性率を低くすることができる。このように弾性率が低い場合、基板の熱収縮に対する封止樹脂の追従性が良くなり、熱応力や吸湿による寸法変化等の応力を緩和することができる。しかしながら、架橋密度が低いと、ガラス転移温度が低くなり、熱収縮が大きくなり、反りが大きくなるという問題があった。

また、他の封止樹脂として、例えば、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂を用いることによって、ガラス転移温度を高め、反りを低減できるが、吸湿性が高まる。このような吸湿性が高い封止樹脂であると、封止樹脂に吸湿された水分によるクラックや封止樹脂の剥離が発生しやすく、耐熱信頼性が低いという問題があった。

さらに、他の封止樹脂としては、例えば、下記特許文献１に記載の特定の構造を有する芳香族化合物を含有するエポキシ樹脂組成物が挙げられる。また、下記特許文献１に記載のエポキシ樹脂組成物のエポキシ樹脂としては、本発明で使用するエポキシ樹脂と同様の構造を有するエポキシ樹脂等が挙げられている。

特開２００７−３９６５２号公報

特許文献１によれば、特定の構造を有する芳香族化合物を含有するエポキシ樹脂組成物は、難燃性が良好で、かつ信頼性に優れたものであることが開示されている。また、難燃性及び成形性の観点から、本発明で使用するエポキシ樹脂と同様の構造を有するエポキシ樹脂を使用することが好ましいことが開示されている。しかしながら、このようなエポキシ樹脂組成物は、良好な低反り性と耐熱信頼性とを兼ね備えることは困難であった。

本発明は、半導体素子が搭載された基板の片面を封止する際に生じる反りの発生を抑制し、さらに、リフロー時に半導体素子や基板との剥離の発生を抑制できる、優れた低反り性と耐熱信頼性とを兼ね備えた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供することを目的とする。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、半導体素子が搭載された基板の片面を封止するために用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤及び無機充填材を含有し、前記エポキシ樹脂が、下記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂を含有し、前記硬化剤が、下記一般式（ＩＩ）で表されるリン含有硬化剤を含有することを特徴とする。

（式中、Ｒ_１〜Ｒ_３は、独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、及びアリル基から選択される原子又は基を示し、Ｇは、グリシジル基を示し、ｋは、０〜４を示す。）

（式中、Ｒ_４及びＲ_５は、独立して、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、及びアリル基から選択される原子又は基を示し、Ａｒは、アリール基を示し、ｎは、１〜５を示す。）
前記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂は、吸湿性が低く、また、前記リン含有硬化剤も、吸湿性が低いので、封止樹脂であるエポキシ樹脂組成物の吸湿性を低下させることができる。また、前記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂は、熱収縮率が低いので、応力を緩和することができる。よって、リフロー時に、封止樹脂に吸湿されていた水分等によって発生する半導体素子や基板と封止樹脂との剥離の発生を抑制できる。さらに、前記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂と前記リン含有硬化剤とを用いることによって、架橋密度の比較的高い硬化部分を形成させることができ、ガラス温度を高めることができるので、半導体素子が搭載された基板の片面を封止する際に生じる反りの発生を抑制できる。

以上より、上記のような構成によれば、半導体素子が搭載された基板の片面を封止する際に生じる反りの発生を抑制し、さらに、リフロー時に半導体素子や基板と封止樹脂との剥離の発生を抑制できる、優れた低反り性と耐熱信頼性（耐リフロー性）とを兼ね備えた半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られる。

また、前記エポキシ樹脂組成物において、Ｎ−フェニル−アミノプロピルトリアルコキシシランをさらに含有することが好ましい。このような構成によれば、半導体素子が搭載された基板の片面を封止する際に発生しうる反り、特に片面封止した基板を加熱した後に発生しうる反りをより抑制し、リフロー時に半導体素子や基板と封止樹脂との剥離の発生をより抑制できる半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られる。すなわち、低反り性と耐熱信頼性（耐リフロー性）とがともにより優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られる。このことは、Ｎ−フェニル−アミノプロピルトリアルコキシシランを含有させることによって、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物の弾性率が変動し、反りに影響を与えるためであると推定される。

また、前記エポキシ樹脂組成物において、前記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂の含有量が、前記エポキシ樹脂全量に対して、２０質量％以上であることが、低反り性の点で好ましい。

また、前記エポキシ樹脂組成物において、前記リン含有硬化剤の含有量が、前記硬化剤全量に対して、５〜８０質量％以上であることが、低反り性及び硬化性の点で好ましい。

また、前記エポキシ樹脂組成物において、前記無機充填剤の含有量が、組成物全量の６０〜９５質量％であることが好ましい。このような構成によれば、封止性を高めることができる。また、エポキシ樹脂組成物の吸湿性を低下させ、よって、リフロー時に半導体素子や基板との剥離の発生をより抑制できる。

前記硬化剤として、フェノールノボラック樹脂をさらに含有することが、成形時の熱時剛性が高くなるため、成形性の点から好ましい。

また、前記エポキシ樹脂組成物において、ハロゲン系難燃剤、ハロゲン含有エポキシ樹脂、及びアンチモン化合物を実質的に含有しないことが好ましい。

また、本発明の片面封止型半導体装置は、前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子搭載用基板の片面に搭載された半導体素子を封止して得られることを特徴とする。このような構成によれば、反りの発生が抑制され、さらに半導体素子や基板と封止樹脂との剥離の発生も抑制された片面封止型半導体装置が得られる。

本発明によれば、半導体素子が搭載された基板の片面を封止する際に生じる反りの発生を抑制し、さらに、リフロー時に半導体素子や基板との剥離の発生を抑制できる、優れた低反り性と耐熱信頼性とを兼ね備えた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供できる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、半導体素子が搭載された基板の片面を封止するために用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤及び無機充填材を含有し、前記エポキシ樹脂が、下記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂を含有し、前記硬化剤が、下記一般式（ＩＩ）で表されるリン含有硬化剤を含有することを特徴とする。

（式中、Ｒ_１〜Ｒ_３は、独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、及びアリル基から選択される原子又は基を示し、Ｇは、グリシジル基を示し、ｋは、０〜４を示す。）

（式中、Ｒ_４及びＲ_５は、独立して、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、及びアリル基から選択される原子又は基を示し、Ａｒは、アリール基を示し、ｎは、１〜５を示す。）
前記エポキシ樹脂としては、前記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂を少なくとも含有する。また、前記エポキシ樹脂としては、前記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂を含有してもよい。

前記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂は、上記ｋが０〜４であり、０であることが好ましい。また、上記ｋが４より大きいと、粘度が高まり、充填性が低下するおそれがある。

前記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂におけるＲ_１〜Ｒ_３は、上述のように、独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、及びアリル基から選択される原子又は基である。前記アルキル基は、炭素数が１〜１４であることが好ましく、直鎖状であってもよいし、分岐状であってもよい。また、炭素数が大きすぎると、粘度が高まりすぎるという傾向がある。前記アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、及びエトキシ基等が挙げられる。前記アリール基としては、例えば、フェニル基、及びナフチル基等が挙げられる。前記アリル基としては、例えば、ビニル基等が挙げられる。

前記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂の具体例としては、例えば、下記式（ＩＩＩ）に示す構造を有するエポキシ樹脂等が挙げられる。

また、前記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂の平均のエポキシ当量が、１６２〜２８０であることが好ましく、１７０〜１９５であることがより好ましい。エポキシ当量が小さすぎると、吸湿性が高まり、耐リフロー性が低下する傾向があり、大きすぎると、エポキシ基数が２に対して分子量が大きいため、粘度が上昇し、成形性に不具合を生じる懸念がある。

また、前記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂の含有量が、前記エポキシ樹脂全量に対して、２０質量％以上であることが好ましく、３０質量％以上であることがより好ましい。前記含有量が少なすぎると、低反り性が維持できないという傾向がある。

また、前記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂と併用するエポキシ樹脂としては、具体的には、例えば、Ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等の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、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、フェニレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、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、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、及びトリフェニルメタン型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの中でも、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、及びトリフェニルメタン型エポキシ樹脂が好ましい。これらは単独でも、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

前記エポキシ樹脂の含有割合は、特に限定されないが、エポキシ樹脂組成物全量に対して、２〜２６質量％であることが好ましい。

前記硬化剤は、前記エポキシ樹脂を硬化させるためのものであり、具体的には、上記一般式（ＩＩ）で表されるリン含有硬化剤を少なくとも含有する。また、前記硬化剤としては、リン含有硬化剤以外の硬化剤を含有してもよい。

前記リン含有硬化剤におけるＲ_４及びＲ_５は、上述のように、独立して、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、及びアリル基から選択される原子又は基である。前記アルキル基は、炭素数が１〜１４であることが好ましく、直鎖状であってもよいし、分岐状であってもよい。また、炭素数が大きすぎると、粘度が高くなり、未充填を起こすという傾向がある。前記アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、及びエトキシ基等が挙げられる。前記アリール基としては、例えば、フェニル基、及びナフチル基等が挙げられる。前記アリル基としては、例えば、ビニル基等が挙げられる。

また、Ａｒは、アリール基を示し、芳香族環の炭素に１〜５個（置換度ｎが１〜５）の水酸基（ＯＨ基）が置換されている。アリール基としては、例えば、フェニル基、及びナフチル基等が挙げられ、芳香族環の炭素に、ＯＨ基以外の置換基が結合されていてもよい。ＯＨ基以外の置換基としては、例えば、ｔｅｒｔ−ブチル基、及びエチレングリコール基等が挙げられる。

また、前記リン含有硬化剤の具体例としては、例えば、下記式（ＩＶ）〜（ＩＸ）で表されるリン含有硬化剤等が挙げられる。

なお、上記式（ＩＶ）で表されるリン含有硬化剤は、水酸基当量１５５である。上記式（Ｖ）で表されるリン含有硬化剤は、水酸基当量１６９である。上記式（ＶＩ）で表されるリン含有硬化剤は、水酸基当量１６９である。上記式（ＶＩＩ）で表されるリン含有硬化剤は、水酸基当量１８３である。上記式（ＶＩＩＩ）で表されるリン含有硬化剤は、水酸基当量１８０である。上記式（ＩＸ）で表されるリン含有硬化剤は、水酸基当量２６３である。

また、前記リン含有硬化剤の含有量が、前記硬化剤全量に対して、５〜８０質量％であることが好ましく、８〜５０質量％であることがより好ましい。前記含有量が少なすぎると、低反り性を向上させる効果が少なくなる傾向がある。また、多すぎると、硬化性が悪くなる傾向があり、硬化性に問題が発生するおそれがある。

また、前記リン含有硬化剤と併用する他の硬化剤としては、従来公知の硬化剤を用いることができ、具体的には、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、ビフェニルアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等、各種多価フェノール化合物又はナフトール化合物等が挙げられる。これらは、単独でも、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらの中でも、フェノールノボラック樹脂と併用することが、低反り性を高める点から好ましく、その含有量は、硬化剤全量に対して、１０〜９０質量％以上であることが、低反り性を高める点から好ましい。フェノールノボラック樹脂の含有量が少なすぎると、フェノールノボラック樹脂を併用する効果が充分に発揮されない傾向があり、また、多すぎると、前記リン含有硬化剤の効果が充分に発揮されない傾向がある。

また、前記リン含有硬化剤は、前記他の硬化剤と予め溶融混合しておいたものを使用してもよい。粘性の高いリン含有硬化剤を使用する場合であっても、均一に混合された半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られる点から好ましい。例えば、前記リン含有硬化剤として、前記式（ＩＸ）で表されるリン含有硬化剤のような粘性の高いものを使用する場合に、特に有効である。具体的には、まず、ステンレス製のビーカーに、前記他の硬化剤であるフェノールノボラック樹脂（明和化成（株）製のＨ−１Ｍ）５０ｇを投入し、オイルバスを用いて１３０℃に加熱して溶融させる。そして、ディスパーを用いて回転数６００ｒｐｍで１時間攪拌させた後、前記リン含有硬化剤８０ｇを少量ずつ添加する。その後、フェノールノボラック樹脂及びリン含有硬化剤が完全に溶融したら、回転数を１０００ｒｐｍに上げ、１．５時間攪拌させ、取り出す。このようにして得られたものを硬化剤として用いてもよい。

前記硬化剤の含有量は、特に制限されないが、全エポキシ樹脂に対する割合で全エポキシ樹脂／全硬化剤（当量比）＝０．８〜１．４であることが好ましく、０．９〜１．２であることがより好ましい。この割合が小さすぎると、硬化剤の含有量が多すぎて吸湿率が上昇して耐リフロー性が悪化する傾向があり、また上記割合が大きすぎると、硬化剤の含有量が少なすぎて硬化不足になる傾向がある。

前記硬化促進剤としては、エポキシ樹脂のエポキシ基と硬化剤の水酸基との反応（硬化反応）を促進するためのものであり、従来公知の硬化促進剤を用いることができる。硬化促進剤の具体例としては、例えば、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、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の有機ホスフィン類；１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（ＤＢＵ）、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン等の三級アミン類；２−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等のイミダゾール類等が挙げられる。これらは、単独でも、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

前記硬化促進剤の含有量は、全樹脂成分（エポキシ樹脂と硬化剤の合計量）に対して、０．４〜３質量％であることが好ましい。硬化促進剤の含有量が少なすぎると、硬化促進効果を高めることができない傾向にある。また、多すぎると、成形性に不具合を生じる傾向があり、また、硬化促進剤の含有量が多すぎて経済的に不利となる傾向がある。

前記無機充填材は、従来公知の無機充填材を用いることができる。具体的には、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素等が挙げられる。これらは、単独でも、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、充填性や流動性の観点から溶融シリカが好ましく、さらに球状のものが好ましく、真球状に近いものほど好ましい。また、熱伝導性の観点からは、アルミナ、結晶シリカ、及び窒化珪素が好ましい。

前記無機充填材の含有量は、エポキシ樹脂組成物全量の６０質量％〜９５質量％であることが好ましく、７０〜９２質量％であることがより好ましい。前記無機充填材の含有量が少なすぎる場合には、低吸湿性、低線膨張率が得られないために低反り性と耐リフロー性が低下する傾向がある。また、多すぎる場合には、流動性が低下して、未充填ボイドなどが生じてパッケージクラックが発生しやすい傾向がある。なお、前記エポキシ樹脂組成物では、上記のような比較的多い無機充填材の含有量であっても、耐リフロー性と低反り性を兼ね備えながら、流動性にも優れたエポキシ樹脂組成物が得られる。

前記エポキシ樹脂組成物には、上記以外の組成として、本発明の目的とする所望の特性を阻害しない範囲で従来公知の添加剤、例えば離型剤、シランカップリング剤、難燃剤、着色剤、シリコーン可とう剤、イオントラップ剤等を必要に応じてその発現量を添加してもよい。

前記離型剤としては、例えばカルナバワックス、ステアリン酸、モンタン酸、カルボシキル基含有ポリオレフィン、及びモンタン酸ビスアマイド等が挙げられる。これらは、単独でも、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

前記シランカップリング剤としては、例えば、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トリエトキシシラン等のエポキシ系カップリング剤、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプトシランカップリング剤、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−アミノプロピルトリメトキシシラン（γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン）やＮ−フェニル−アミノプロピルトリエトキシシラン（γ−アニリノプロピルトリエトキシシラン）等のＮ−フェニル−アミノプロピルトリアルコキシシラン等のアミノシラン系カップリング剤等が挙げられる。この中でも、Ｎ−フェニル−アミノプロピルトリアルコキシシランが好ましい。Ｎ−フェニル−アミノプロピルトリアルコキシシランを含有させることによって、半導体素子が搭載された基板の片面を封止する際に発生しうる反り、特に片面封止した基板を加熱した後に発生しうる反りをより抑制し、リフロー時に半導体素子や基板と封止樹脂との剥離の発生をより抑制できる半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られる。

前記難燃化剤としては、例えば、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、複合金属水酸化物、赤リン、表面処理した赤リン、ホスフィンやリン酸エステル等の有機リン等のリン系難燃剤等が挙げられる。また、金属水酸化物及び複合金属水酸化物は、チタネート系カップリング剤で予め表面処理されたものであってもよい。一般的に、半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、難燃性を付与するために、臭素系難燃剤等のハロゲン系難燃剤、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等の臭素化エポキシ樹脂等のハロゲン含有エポキシ樹脂、やアンチモン化合物等の難燃剤が配合されている。しかしながら、これらの難燃剤は、環境面や衛生面等の点から問題があり、規制される傾向にある。前記エポキシ樹脂組成物では、ハロゲン系難燃剤、ハロゲン含有エポキシ樹脂やアンチモン化合物を実質的に含有しなくても、前記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂及び前記リン含有硬化剤が難燃性が高く、上記金属水酸化物やリン系難燃剤等を含有させること等によって、難燃性を充分に発揮できるので、臭素化エポキシ樹脂、及びアンチモン化合物を実質的に含有しないことが好ましい。

前記着色剤としては、例えば、カーボンブラックや染料等が挙げられる。また、前記シリコーン可とう剤（低弾性化剤）としては、例えば、シリコーンオイル、シリコーンゲル、シリコーンゴム等が挙げられる。イオントラップ剤としては、ビスマス系、及びマグネシウム／アルミニウム系等の無機イオントラップ剤等が挙げられる。また、イオントラップ剤としては、上記の中でも、マグネシウム／アルミニウム系の無機イオントラップ剤が、環境対応の点から好ましい。

前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製するにあたっては、まず上記のエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材及びその他の材料を所定の量配合し、次にミキサーやブレンダーなどで均一に混合した後、ニーダーやロール等で加熱しながら混練するようにする。また混練後に、必要に応じて冷却固化し、粉砕して粉状に形成してもよい。

また、前記片面封止型半導体装置を製造するにあたっては、リードフレームや基板等に半導体素子を搭載した後、これを上記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物で形成される封止樹脂で封止するようにする。この封止にはトランスファー成形（トランスファーモールド）を採用することができ、半導体素子を搭載したリードフレームや基板等を金型のキャビティに配置した後、キャビティに上記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を充填し、これを加熱して硬化させて封止樹脂を形成するものである。このトランスファー成形を採用した場合の金型の温度は、１６０〜１９０℃、成形時間は、４５〜３００秒間に設定することができるが、金型の温度や成形時間及びその他の成形条件は、従来の封止成形と同様に設定することができ、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の材料の種類や製造される半導体装置の種類によって適宜設定変更できる。

以下本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

表１に示す配合割合（質量部）で、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材等の各成分をブレンダーで６分間混合し均一化した後、１００℃に加熱した２本ロールで溶融混練し、冷却後粉砕機で粉砕して半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製した。実施例及び比較例においては次の原材料を用いた。

（エポキシ樹脂）
・前記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂：前記式（ＩＩＩ）で表されるエポキシ樹脂と前記一般式（Ｉ）に示す構造を有し、ｋ＝１、Ｒ_１〜Ｒ_３＝Ｈであるエポキシ樹脂との混合物（ジャパンエポキシレジン（株）製のＹＬ７１７２、エポキシ当量：１８０、軟化点：１０４℃）
・ビフェニル型エポキシ樹脂：ジャパンエポキシレジン（株）製のＹＸ４０００ＨＫ（エポキシ当量：１９５、軟化点：９５℃）
・ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂：ジャパンエポキシレジン（株）製のＹＬ６８１０（エポキシ当量：１７３、軟化点：４５℃）
・トリフェニルメタン型エポキシ樹脂：日本化薬（株）製のＥＰＰＮ５０１ＨＹ（エポキシ当量：１６７、軟化点：５８℃）
（硬化剤）
・リン含有硬化剤１：前記式（ＩＶ）で表されるリン含有硬化剤（北興化学工業（株）製のジフェニルホスフィニルヒドロキノン、水酸基当量：１５５）
・リン含有硬化剤２：前記式（Ｖ）で表されるリン含有硬化剤（北興化学工業（株）製、水酸基当量：１６９）
・リン含有硬化剤３：前記式（ＶＩ）で表されるリン含有硬化剤（北興化学工業（株）製、水酸基当量：１６９）
・リン含有硬化剤４：前記式（ＶＩＩ）で表されるリン含有硬化剤（北興化学工業（株）製、水酸基当量：１８３）
・リン含有硬化剤５：前記式（ＶＩＩＩ）で表されるリン含有硬化剤（北興化学工業（株）製、水酸基当量：１８０）
・フェノールノボラック樹脂：明和化成（株）製のＨ−１Ｍ、水酸基当量：１０５
（硬化促進剤）
・トリフェニルホスフィン：北興化学工業（株）製のＴＰＰ
（無機充填材）
・溶融シリカ：電気化学工業（株）製のＦＢ６０
（その他の成分）
・シランカップリング剤１：メルカプトシランカップリング剤（γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業（株）のＫＢＭ８０３）
・シランカップリング剤２：Ｎ−フェニル−アミノプロピルトリアルコキシシラン（Ｎ−フェニル−アミノプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業（株）のＫＢＭ５７３）
・カルナバワックス：大日化学（株）製のＦ１−１００
・イオントラップ剤：東亞合成（株）製のＩＸＥ７７０Ｄ（マグネシウム／アルミニウム系の無機イオントラップ剤）
・カーボンブラック：三菱化学（株）製の♯４０
上記のように調製した各組成物を用いて、以下に示す方法により評価を行った。

（低反り性：常温）
ビスマレイミドトリアジン樹脂（ＢＴ）基板（３５ｍｍ×３５ｍｍ×０．５ｍｍ（ｔ））に、１個の評価用チップ（８ｍｍ×９ｍｍ×０．３５ｍｍ（ｔ））を、銀ペーストを用いてマトリクス状に搭載した。そして、調製した各組成物を用いて、外形寸法２９ｍｍ×２９ｍｍ×０．０８ｍｍ（ｔ）の片面封止型の半導体パッケージである、ＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージをトランスファー成形した。そして、得られたＢＧＡの反り量（ｍｍ）を、常温（２５℃）の環境下で、表面粗さ測定器（（株）ミツトヨ製のＳＪ−４０２）で計測し、以下の基準で評価した。ＢＧＡの反り量（ｍｍ）は、ＢＧＡの対角線２本の両端を結んだ線とＢＧＡ表面との距離の最大値を測定した。なお、組成物（封止材）側に反った場合を＋で表し、基板側に反った場合を−で表す。

◎：＋１００μｍ以下
○：＋１００〜＋１３０μｍ
△：＋１３０〜＋１８０μｍ
×：＋１８０μｍ以上
なお、トランスファー成形の条件は、以下の通りである。
・金型圧力 ：１７５℃
・注入圧力 ：７０ｋｇｆ／ｃｍ^２
・成形時間 ：１２０秒間
・後硬化 ：１７５℃、６時間
（低反り性：熱時）
上記で得られたＢＧＡの反り量（ｍｍ）を、熱時（２６０℃）の環境下で、表面粗さ測定器（（株）ミツトヨ製のＳＪ−４０２）で計測し、以下の基準で評価した。ＢＧＡの反り量（ｍｍ）は、ＢＧＡの対角線２本の両端を結んだ線とＢＧＡ表面との距離の最大値を測定した。

◎：＋５０〜−１００μｍ
○：−１００〜−１５０μｍ
△：−１５０〜−２００μｍ
×：−２００μｍ以下
（耐熱信頼性）
低反り性の評価で得られた、２９ｍｍ×２９ｍｍ×０．８０ｍｍ（ｔ）のＢＧＡを３０℃、６０％Ｒｈの条件で、９６時間放置して吸湿させた。そして、吸湿処理した後のＢＧＡを、ＩＲリフロー装置により、２６０℃の条件でリフロー処理を行った。そして、超音波測定装置を用いて、２４個のＢＧＡのパッケージ内部の剥離の有無を確認し、２４個のＢＧＡ中の剥離が発生したＢＧＡの数を数えた。その際、基板と封止樹脂との剥離、及びチップと封止樹脂との剥離をそれぞれ数えた。

以上の結果を下記表１にまとめた。

表１に示した結果から、エポキシ樹脂として、前記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂を含有させ、硬化剤として、前記一般式（ＩＩ）で表されるリン含有硬化剤を含有させた場合（実施例１〜１２）、耐熱信頼性と低反り性とがともに良好であった。

これに対して、エポキシ樹脂として、前記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂を含有させた場合（比較例１）、耐熱信頼性が著しく低下した。また、硬化剤として、前記一般式（ＩＩ）で表されるリン含有硬化剤以外の硬化剤を含有させた場合（比較例２）、低反り性が低下した。

以上より、エポキシ樹脂として、前記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂を含有させ、硬化剤として、前記一般式（ＩＩ）で表されるリン含有硬化剤を含有させることによって、優れた低反り性と耐熱信頼性とを兼ね備えた半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られることがわかった。

さらに、エポキシ樹脂組成物に、Ｎ−フェニル−アミノプロピルトリアルコキシシランを含有させた場合（実施例１３及び実施例１４）、Ｎ−フェニル−アミノプロピルトリアルコキシシラン以外の硬化促進剤であるメルカプトシランカップリング剤を含有させた場合（例えば、実施例１等）と比較して、特に熱時の低反り性がより良好であった。すなわち、片面封止した基板を加熱した後に発生しうる反りがより低減できた。このことから、エポキシ樹脂組成物に、Ｎ−フェニル−アミノプロピルトリアルコキシシランを含有させることによって、低反り性と耐熱信頼性（耐リフロー性）とがともにより優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られることがわかった。

Claims (8)

1. 半導体素子が搭載された基板の片面を封止するために用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、
   エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤及び無機充填材を含有し、
   前記エポキシ樹脂が、下記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂を含有し、
   前記硬化剤が、下記一般式（ＩＩ）で表されるリン含有硬化剤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。
   

   

   
   （式中、Ｒ_１〜Ｒ_３は、独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、及びアリル基から選択される原子又は基を示し、Ｇは、グリシジル基を示し、ｋは、０〜４を示す。）
   

   

   
   （式中、Ｒ_４及びＲ_５は、独立して、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、及びアリル基から選択される原子又は基を示し、Ａｒは、アリール基を示し、ｎは、１〜５を示す。）
2. Ｎ−フェニル−アミノプロピルトリアルコキシシランをさらに含有する請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 前記一般式（Ｉ）に示す構造を有するエポキシ樹脂の含有量が、前記エポキシ樹脂全量に対して、２０質量％以上である請求項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。
4. 前記リン含有硬化剤の含有量が、前記硬化剤全量に対して、５〜８０質量％である請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
5. 前記無機充填剤の含有量が、組成物全量の６０〜９５質量％である請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
6. 前記硬化剤が、フェノールノボラック樹脂をさらに含有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
7. ハロゲン系難燃剤、ハロゲン含有エポキシ樹脂、及びアンチモン化合物を実質的に含有しない請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子搭載用基板の片面に搭載された半導体素子を封止して得られることを特徴とする片面封止型半導体装置。