JP2010159401A - 半導体封止用樹脂組成物、半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents

半導体封止用樹脂組成物、半導体装置の製造方法及び半導体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】顆粒状の半導体封止用樹脂組成物を用いて圧縮成形により半導体素子を封止して半導体装置を得る場合において、良好な充填性が得られ、ワイヤのショート不良が発生し難いという、圧縮成形時の歩留まりや半導体装置における品質を高めることができる半導体封止用樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】圧縮成形により半導体素子を封止してなる半導体装置に用いられる顆粒状の半導体封止用樹脂組成物であって、誘電分析装置にて測定温度１７５℃、測定周波数１００Ｈｚの条件にて測定した際に、下記ａ）〜ｃ）を満たすことを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
ａ）測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間が２０秒以下である。
ｂ）最低イオン粘度値が６．５以下である。
ｃ）測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間と、測定開始から３００秒後におけるイオン粘度値の９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間と、の間隔が１０秒以上である。
【選択図】なし

Description

本発明は、圧縮成形により半導体素子を封止するのに適した顆粒状の半導体封止用樹脂組成物、それを用いた半導体装置の製造方法及びそれにより得られる半導体装置に関するものである。
半導体装置（以下、「パッケージ」とも称す。）のトランスファー成形による封止に於いて、ワイヤ流れの問題はこれまでも指摘されており、パッケージ形態の変遷に合わせて、成形条件の最適化、半導体封止用樹脂組成物（以下、「樹脂組成物」とも称す。）の低粘度化等の対応がなされてきた。しかし最近の状況は、一方で、半導体装置では高機能化及び低コスト化を目的とした半導体素子（以下、「素子」又は「チップ」とも称す。）の微細配線化により、ワイヤボンディングのファインピッチ化、及びワイヤの微細配線化が進展し、それに伴いこれまで以上にワイヤ流れが発生し易くなっている。他方、樹脂組成物の低粘度化は、半導体装置の信頼性向上、或いはＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）に於ける反り低減を目的としたフィラー高充填化が進む中で、更なる低粘度化が困難になりつつあり、ワイヤ流れ対応がこれまで以上に困難になってきている。加えて、パッケージの薄型化、及び素子の多段化によるチップ直上の狭ギャップ化、及び成形のＭＡＰ（モールド・アレイ・パッケージ）化により、ウェルド等の成形性の不良が発生しやすくなってきている。
圧縮成形技術は、半導体封止に広く行われているトランスファー成形に比べ、樹脂の流速が格段に低く、かつ横方向の流動が少ないため、ワイヤ流れが起こり難く、上記ファインピッチ化への有力な対応法である。さらに、チップ直上の狭ギャップ部の充填に関しても、その成形方式よりウェルドが発生し難い、優れた成形法であり、今後進展する半導体装置のファインピッチ化、薄型化に適した成形法であり、今後の適用拡大が期待される。
半導体封止用樹脂組成物を用いて圧縮成形により半導体素子を封止して半導体装置を得る方法としては、顆粒状の樹脂組成物を用いる方法（例えば、特許文献１参照。）や、シート状とした樹脂組成物を用いる方法（例えば、特許文献２、３参照。）が提案されている。
顆粒状の樹脂組成物を用いる方法の場合においては、圧縮成形装置内に設置された圧縮成形金型のキャビティ内に顆粒状の樹脂組成物を投入する前に、樹脂組成物の搬送、及び秤量を行う必要があるが、特許文献１に記載された方法では、２ｍｍ程度の比較的大きな顆粒状としているため、秤量精度が不十分となる場合があった。
また、圧縮成形装置内に設置された圧縮成形金型のキャビティ内に投入された顆粒状の樹脂組成物は、圧縮成形装置により金型が閉じられることにより、キャビティ内で溶融し、キャビティ全体に充填されることとなるが、この際、溶融した樹脂組成物の溶融粘度や硬化の進み方によって、ワイヤ流れの程度や、チップ直上の狭ギャップ部の充填性が左右されることとなる。
特許文献３には、ワイヤ流れの低減を目的として、樹脂の溶融粘度、ゲルタイムを特定範囲とすることが提案されているが、本方法は樹脂をシート状に加工して用いる方法に関するものであり、顆粒状の樹脂組成物を用いた圧縮成形において、溶融した樹脂組成物の溶融粘度や硬化の進み方について提案されたものはなかった。
特開２０００−０２１９０８号公報 特開２００６−２１６８９９号公報 特開２００６−０７０１９７号公報
本発明は、顆粒状の半導体封止用樹脂組成物を用いて圧縮成形により半導体素子を封止して半導体装置を得る場合において、良好な充填性が得られ、ワイヤのショート不良が発生し難いという、圧縮成形時の歩留まりや半導体装置における品質を高めることができる半導体封止用樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置の製造方法を提供するものである。
本発明の半導体封止用樹脂組成物は、圧縮成形により半導体素子を封止してなる半導体装置に用いられる顆粒状の半導体封止用樹脂組成物であって、誘電分析装置にて測定温度１７５℃、測定周波数１００Ｈｚの条件にて測定した際に、下記ａ）〜ｃ）を満たすことを特徴とする。
ａ）測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間が２０秒以下である。
ｂ）最低イオン粘度値が６．５以下である。
ｃ）測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間と、測定開始から３００秒後におけるイオン粘度値の９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間と、の間隔が１０秒以上である。
本発明の半導体封止用樹脂組成物は、ＪＩＳ標準篩を用いて篩分により測定した粒度分布における、粒径１０６μｍ未満の微粉を前記半導体封止用樹脂組成物全体の５質量％以下の割合で含むものであるものとすることができる。
本発明の半導体封止用樹脂組成物は、ＪＩＳ標準篩を用いて篩分により測定した粒度分布における、粒径２ｍｍ以上の粗粒を前記半導体封止用樹脂組成物全体の３質量％以下の割合で含むものであるものとすることができる。
本発明の半導体封止用樹脂組成物は、直接又は間接的な加熱手段により温度調節された複数の小孔を有する円筒状外周部と円盤状の底面から構成される回転子の内側に、溶融混練された前記半導体封止用樹脂組成物を溶融状態で供給し、該半導体封止用樹脂組成物を、前記回転子を回転させて得られる遠心力によって前記小孔を通過させることで得られるものとすることができる。
本発明の半導体装置の製造方法は、上述の顆粒状の半導体封止用樹脂組成物を用いて圧縮成形により半導体素子を封止することを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、顆粒状の半導体封止用樹脂組成物を搬送、秤量する工程を圧縮成形工程の直前に行うものとすることができる。
本発明の半導体装置の製造方法は、圧縮成形金型のキャビティ内の空気を脱気しながら圧縮成形を行うものとすることができる。
本発明の半導体装置は、リードフレームのダイパッド上や基板に半導体素子を接着固定し、前記半導体素子のワイヤボンディングパッドと前記リードフレームのインナーリード又は前記基板上のワイヤボンディングパッドとをワイヤにて接続した後、上述の半導体封止用樹脂組成物を用いて圧縮成形により半導体素子を封止してなる半導体装置であって、前記ワイヤの直径が１８μｍ以下であり、かつ前記ワイヤの流れ率が２．５％以下であることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記半導体素子上における前記半導体封止用樹脂組成物の硬化物の厚みが１５０μｍ以下であるものとすることができる。
本発明に従うと、圧縮成形により半導体素子を封止して半導体装置を得る場合において、圧縮成形時の歩留まりや半導体装置における品質を高めることができる半導体封止用樹脂組成物を得ることができる。
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
顆粒状の樹脂組成物を用いて圧縮成形により半導体素子を封止して半導体装置を得る方法における、搬送から秤量までの一実施例の概略図である。 顆粒状の樹脂組成物を用いて圧縮成形により半導体素子を封止して半導体装置を得る方法における、金型の下型キャビティへの供給方法の一実施例の概略図である。 本発明に係る半導体封止用樹脂組成物を誘電分析装置にて測定した際のイオン粘度及びスロープのプロファイルを示した図である。 本発明の顆粒状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得るための、樹脂組成物の溶融混練から顆粒状の樹脂組成物の捕集までの一実施例の概略図である。 本発明に使用する回転子及び回転子の円筒状外周部を加熱するための励磁コイルの一実施例の断面図である。 溶融混練された樹脂組成物を回転子に供給する２重管式円筒体の一実施例の断面図である。 本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、リードフレームに搭載した半導体素子を封止して得られる半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。 本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、回路基板に搭載した半導体素子を封止して得られる半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。
本発明の半導体封止用樹脂組成物は、圧縮成形により半導体素子を封止してなる半導体装置に用いられる顆粒状の半導体封止用樹脂組成物であって、誘電分析装置にて測定温度１７５℃、測定周波数１００Ｈｚの条件にて測定した際に、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間が２０秒以下であり、最低イオン粘度値が６．５以下であり、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間と、測定開始から３００秒後におけるイオン粘度値の９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間との間隔が１０秒以上であることを特徴とする。また、本発明の半導体装置の製造方法は、上述の顆粒状の半導体封止用樹脂組成物を用いて圧縮成形により半導体素子を封止することを特徴とする。これらの構成により、顆粒状の半導体封止用樹脂組成物を用いて圧縮成形により半導体素子を封止して半導体装置を得る場合において、良好な充填性が得られ、ワイヤのショート不良が発生し難いという、圧縮成形時の歩留まりや半導体装置における品質を高めることができる半導体封止用樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することができる。以下、本発明について詳細に説明する。
先ず、本発明の顆粒状の樹脂組成物を用いて圧縮成形により半導体素子を封止して半導体装置を得る方法の一例について、顆粒状の樹脂組成物の秤量及び金型キャビティへの供給方法の概念図を示した図１、２を用いてより詳細に説明する。樹脂組成物を瞬時に下型キャビティ１０４内に供給することができるシャッター等の樹脂材料供給機構を備えた樹脂材料供給容器１０２上に、振動フィーダー１０１等の搬送手段を用いて顆粒状の樹脂組成物１０３を一定量搬送し、顆粒状の樹脂組成物１０３が入れられた樹脂材料供給容器１０２を準備する（図１参照。）。この際、樹脂材料供給容器１０２における顆粒状の樹脂組成物１０３の計量は、樹脂材料供給容器１０２の下に設置した計量手段により行うことができる。次に、圧縮成形金型の上型と下型の間に、顆粒状の樹脂組成物１０３が入れられた樹脂材料供給容器１０２を設置するとともに、半導体素子を搭載したリードフレーム又は回路基板を、クランプ、吸着等の固定手段により圧縮成形金型の上型に、半導体素子搭載面が下側になるようにして固定する（図示せず。）。次いで、樹脂材料供給容器１０２の底面を構成するシャッター等の樹脂材料供給機構により、秤量された顆粒状の樹脂組成物１０３を下型キャビティ１０４内へ供給すると（図２参照。）、顆粒状の樹脂組成物１０３は下型キャビティ１０４内で所定温度にて溶融される。さらに、樹脂材料供給容器１０２を金型外へ搬出したのち、必要に応じてキャビティ内を減圧下にしながら、圧縮成形機により型締めを行って、溶融した樹脂組成物が半導体素子を取り囲むようにキャビティ内に充填させ、さらに所定時間樹脂組成物を硬化させることにより、半導体素子を封止成形する。所定時間経過後、金型を開き、半導体装置の取り出しを行う。なお、キャビティ内を減圧下にして脱気成形することは必須ではないが、樹脂組成物の硬化物中のボイドを低減できるため好ましい。また、リードフレーム又は回路基板に搭載される半導体素子は、複数であってもよく、かつ積層又は並列して搭載されていてもよい。
上記の例に限らず、顆粒状の樹脂組成物を用いて半導体素子を封止する圧縮成形法の場合、用いられる顆粒状の樹脂組成物には、圧縮成形時の歩留まりや半導体装置における品質を向上させるため、顆粒状の樹脂組成物の圧縮成形金型の下型キャビティへの均質な投入と、圧縮成形金型の下型キャビティに投入される顆粒状の樹脂組成物の秤量精度、並びに成形時における適正な流動性と硬化性が求められる。また、顆粒状の樹脂組成物の投入準備と秤量とを、振動フィーダー等の搬送手段により行う場合においては、振動により顆粒状の樹脂組成物が均質に送り出されること（以下、「搬送性」とも称す。）が求められる。
圧縮成形は、射出成形や、トランスファー成形と異なり、混練や流動等による樹脂組成物への剪断力があまりかからない成形方法であり、また、用いる材料が顆粒状の樹脂組成物である場合には、粒度分布によっても粘度、硬化性が変化することとなる。このため、本発明では、半導体封止用樹脂組成物の粘度特性、流動性を評価する方法として、誘電分析装置にて測定する、最低イオン粘度に到達するまでの時間、最低イオン粘度、並びに、最低イオン粘度に到達するまでの時間と、測定開始から３００秒後におけるイオン粘度値の最大値（以下、単に最大値と称することもある）に対して９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間との間隔を用いる。これにより、顆粒状の樹脂組成物を用いた圧縮成形における成形時の状況を適切に再現することができることとなる。従来、半導体封止用樹脂組成物の粘度特性、流動性を評価する方法としては、スパイラルフロー、高化式フロー、ブラベンダー、ラボプラストミル等が用いられてきた。しかしながら、いずれの評価手段も流動中の樹脂粘度挙動を示す手段であり、圧縮成形での実質、無剪断での粘度挙動を正しく表すことができないもの、即ち、樹脂に掛かる剪断力により、分子同士の衝突による反応の促進、及び分子の切断による硬化の遅延が発生し圧縮成形での状態を正しく把握できないものであった。
半導体封止用樹脂組成物を誘電分析装置にて測定した際のイオン粘度特性は、顆粒状の半導体封止用樹脂組成物の粘度特性及び硬化挙動を表す特性であり、かつ、圧縮成形における成形時の状況に近い実質無剪断状態での顆粒状の樹脂組成物の粘度特性、硬化挙動を評価するのに適したものである。図３は、本発明に係る半導体封止用樹脂組成物を誘電分析装置にて測定した際のイオン粘度及びスロープのプロファイルを示した図である。樹脂全体が溶けた状態になった段階でイオン粘度が最低値となり、硬化が進行していくのに伴ってイオン粘度は上昇していく。最低イオン粘度に到達するまでの時間（以下、「最低イオン粘度到達時間」とも称す。）は顆粒状の樹脂組成物としての溶け易さを表すものであり、最低イオン粘度の値は顆粒状の樹脂組成物として最低粘度を表すものである。また、最低イオン粘度に到達するまでの時間と、最大値に対して９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間との間隔（以下、「安定時間」とも称す。）は、顆粒状の樹脂組成物が流動性を有している時間幅を表すものである。
本発明の半導体封止用樹脂組成物は、誘電分析装置にて測定温度１７５℃、測定周波数１００Ｈｚの条件にて測定した際の、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間が２０秒以下であることが好ましく、１５秒以下であることがより好ましい。最低イオン粘度に到達するまでの時間が上記上限値以下であると、半導体装置のワイヤに樹脂が接触する際の樹脂粘度が充分に低くなっていることにより、ワイヤ径が１８μｍ以下の場合においても、ワイヤ流れが殆ど生じることがなく（ワイヤ流れ率で２．５％以下）、結果としてファインピッチワイヤのショート不良の発生を抑えることができる。また、最低イオン粘度に到達するまでの時間の下限値については、特に限定されるものではないが、圧縮成形金型のキャビティに接触した部分の樹脂のみが先行して溶融、硬化すること等に伴って、部分ゲルや硬化むらが発生することを考慮すると、２秒以上であることが好ましく、５秒以上であることがより好ましい。
本発明の半導体封止用樹脂組成物は、誘電分析装置にて測定温度１７５℃、測定周波数１００Ｈｚの条件にて測定した際の、最低イオン粘度値が６．５以下であることが好ましく、６．３以下であることがより好ましい。最低イオン粘度値が上記上限値以下であると、ワイヤ径が１８μｍ以下の場合においても、ワイヤ流れが殆ど生じることがなく（ワイヤ流れ率で２．５％以下）、結果としてファインピッチワイヤのショート不良の発生を抑えることができる。また、最低イオン粘度値の下限値については、特に限定されるものではないが、樹脂粘度が低くなり過ぎることに伴って、エアベント部やパーティングラインにバリが発生することを考慮すると、１以上であることが好ましく、３以上であることがより好ましい。ここで、最低イオン粘度値とは、測定開始後から３００秒後までにおけるイオン粘度値の最低値をいう。
本発明の半導体封止用樹脂組成物は、誘電分析装置にて測定温度１７５℃、測定周波数１００Ｈｚの条件にて測定した際の、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間と、測定開始から３００秒後におけるイオン粘度値の９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間との間隔が１０秒以上であることが好ましく、１４秒以上であることがより好ましい。測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間と、測定開始から３００秒後におけるイオン粘度値の９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間との間隔が上記下限値以上であると、成形中の樹脂増粘による充填不良やボイドが発生する恐れが殆どない。また、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間と、測定開始から３００秒後におけるイオン粘度値の９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間との間隔の上限値については、特に限定されるものではないが、硬化性が低下することに伴って、金型汚れが激しくなり、クリーニング回数増による生産性の低下が発生したり、硬化物の耐熱性や耐湿性等が低下したりすることを考慮すると、１２０秒以下であることが好ましく、６０秒以下であることがより好ましい。
なお、誘電分析装置本体としてはＮＥＴＺＳＣＨ社製のＤＥＡ２３１／１ ｃｕｒｅ ａｎａｌｙｚｅｒを、プレスとしてはＮＥＴＺＳＣＨ社製のＭＰ２３５ Ｍｉｎｉ−Ｐｒｅｓｓを使用することができる。また、測定方法としては、ＡＳＴＭ Ｅ２０３９に準拠して測定することができる。
本発明の半導体封止用樹脂組成物が、誘電分析装置にて測定温度１７５℃、測定周波数１００Ｈｚの条件にて測定した際の、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間が２０秒以下であり、最低イオン粘度値が６．５以下であり、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間と、測定開始から３００秒後におけるイオン粘度値の９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間との間隔が１０秒以上であるものとするには、エポキシ樹脂と硬化剤及び硬化促進剤の種類と配合割合、並びに顆粒状の半導体封止用樹脂組成物の粒度分布等を調整することで達成される。
本発明の顆粒状の半導体封止用樹脂組成物は、ＪＩＳ標準篩を用いて篩分により測定した粒度分布における、粒径１０６μｍ未満の微粉を樹脂組成物全体の５質量％以下の割合で含むものであることが好ましく、３質量％以下の割合で含むものであることがより好ましい。粒径１０６μｍ未満の微粉の割合が上記上限値以下であれば、搬送、秤量段階において、振動フィーダー等の搬送手段の搬送経路上で凝集又は固着したり、搬送手段へ付着したりすることがなく、安定した搬送性と良好な秤量精度を得ることができる。さらに、粒径１０６μｍ未満の微粉の割合が上記上限値以下であれば、微粉の溶融、硬化が相対的に先行することがなく、誘電分析装置にて測定温度１７５℃、測定周波数１００Ｈｚの条件にて測定した際の、最低イオン粘度に到達するまでの時間と、最大値に対して９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間との間隔を適正な範囲とすることが容易になるという点でも好ましい。また、粒径１０６μｍ未満の微粉の割合が上記上限値以下であれば、成形段階において、粒径１０６μｍ未満の微粉の溶融、硬化が相対的に先行することに伴って、部分ゲルや硬化むらが発生する恐れが少ない。また、粒径１０６μｍ未満の微粉の割合の下限値については、特に限定されるものではなく、０質量％であってもよい。
本発明の顆粒状の半導体封止用樹脂組成物は、ＪＩＳ標準篩を用いて篩分により測定した粒度分布における、２ｍｍ以上の粗粒の割合が樹脂組成物全体に対して３質量％以下であることが好ましく、２質量％以下であることがより好ましい。２ｍｍ以上の粗粒の割合が上記上限値以下であれば、搬送、秤量段階において、質量の大きな粒子の混入如何によって秤量バラツキが生じることがなく、良好な秤量精度を得ることができ、それより、成形後の半導体装置における品質を安定化させることができる。さらに、２ｍｍ以上の粗粒の割合が上記上限値以下であれば、粗粒の溶融、硬化が相対的に遅延することがなく、誘電分析装置にて測定温度１７５℃、測定周波数１００Ｈｚの条件にて測定した際の、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間を適正な範囲とすることが容易になるという点でも好ましい。また、２ｍｍ以上の粗粒の割合が上記上限値以下であれば、成形段階において、２ｍｍ以上の粗粒の溶融、硬化が相対的に遅延することに伴って、硬化むらや部分的なワイヤ流れが発生する恐れが少ない。また、２ｍｍ以上の粗粒の割合の下限値については、特に限定されるものではなく、０質量％であってもよい。
顆粒状の樹脂組成物の粒度分布を測定する方法としては、ロータップ型篩振動機に備え付けた目開き２．００ｍｍ、１．００ｍｍ及び１０６μｍのＪＩＳ標準篩を用い、これらの篩を２０分間に亘って振動（ハンマー打数：１２０回／分）させながら４０ｇの試料を篩に通して分級し、分級前の全試料質量に対し、２．００ｍｍ、１．００ｍｍの篩に残る粒子の質量％、及び１０６μｍの篩を通過する微粉の質量％を求める方法が、実際の圧縮成形に必要な特性を体現できるので好ましい。なおこの方法の場合、アスペクト比の高い粒子は、それぞれの篩を通過する可能性があるが、便宜上、上記一定条件により分級した成分の質量％により、本発明の顆粒状の樹脂組成物の各粒度分布と定義する。
なお、従来用いられてきた圧縮成形用の半導体封止用樹脂組成物は、各原料成分をミキサーで予備混合後、ロール、ニーダー又は押出機等の混練機により加熱混練後、冷却、粉砕工程を経て粉砕物としたものであり、樹脂組成物全体に対して、ＪＩＳ標準篩を用いて篩分により測定した粒度分布における、１０６μｍ未満の微粉量は１０質量％を越えるもの、２ｍｍ以上の粗粒量は４〜６質量％程度のものであって、広い粒度分布を有するものであった。また、従来の圧縮成形用半導体封止用樹脂組成物の粉砕物の一例においては、特開２０００−０２１９０８（特許文献１）に示すように、「エポキシ樹脂成形材料は、粉砕して微細粉をカットした粗粒、または微細粉を固めた顆粒」であると記載されている（特許文献１の段落００１０）。同文献の実施例をみると、顆粒状の半導体封止用樹脂組成物は、例えば、ほぼ球状で平均粒径が約２ｍｍのもの、混練品を粉砕し、粉砕品の粒径１ｍｍ以下の微粉をカットして平均粒径約３ｍｍの粗粉等であった。即ち、特許文献１に記載されたエポキシ樹脂成形材料については、２ｍｍ以上の粗粒を相当量含んでいるものであった。また、同文献には、２ｍｍ以上の粗粒をカットする記載なく、生産性の観点からも、このカット工程を追加することもないと考えられる。
また、圧縮成形では、トランスファー成形のようにチップ上の樹脂充填のために樹脂を流動注入させる必要が無く、キャビティ内における横方向の樹脂の流動が少ないので、トランスファー成形では困難であったチップ上の樹脂厚が薄い狭ギャップ構造のパッケージ、例えば、チップ上の樹脂厚が８０〜１５０μｍの狭ギャップ構造のパッケージでも、適正な圧縮成形用の樹脂組成物を選択することで、ワイヤ流れや充填不良といった不具合を生じることなく歩留まり良く成形することができる。このような狭ギャップ構造のパッケージにも適用できる圧縮成形用の樹脂組成物としては、誘電分析装置にて測定温度１７５℃、測定周波数１００Ｈｚの条件にて測定した際の、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間が１５秒以下であり、最低イオン粘度値が６．３以下であり、かつ最低イオン粘度に到達するまでの時間と、最大値に対して９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間との間隔が１４秒以上であるものを用いることがより好ましい。なお、チップ上のギャップが８０μｍ以下の場合はワイヤが露出する恐れがある。
本発明の半導体封止用樹脂組成物では、エポキシ樹脂を用いる。本発明の樹脂組成物に用いられるエポキシ樹脂は、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されるものではないが、例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂；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、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂；フェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェニレン骨格含有ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂等のフェノールアラルキル型エポキシ樹脂；トリフェノールメタン型エポキシ樹脂及びアルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂等の３官能型エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、テルペン変性フェノール型エポキシ樹脂等の変性フェノール型エポキシ樹脂；トリアジン核含有エポキシ樹脂等の複素環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種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中では、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、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂が好適に用いられる。また、樹脂組成物が誘電分析装置にて測定温度１７５℃、測定周波数１００Ｈｚの条件にて測定した際の、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間が２０秒以下であり、最低イオン粘度値が６．５以下であり、測定開始から３００秒後におけるイオン粘度値の９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間と、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間との間隔が１０秒以上を満たす範囲とする観点からは、分子構造にビフェニル骨格を持ちエポキシ当量が１８０以上であるものを用いることが好ましい。
エポキシ樹脂全体の配合割合の下限値については、特に限定されないが、全樹脂組成物中に、２質量％以上であることが好ましく、４質量％以上であることがより好ましい。配合割合の下限値が上記範囲内であると、流動性の低下等を引き起こす恐れが少ない。また、エポキシ樹脂全体の配合割合の上限値についても、特に限定されないが、全樹脂組成物中に、１５質量％以下であることが好ましく、１３質量％以下であることがより好ましい。配合割合の上限値が上記範囲内であると、耐半田性の低下等を引き起こす恐れが少ない。また、誘電分析装置にて測定する、最低イオン粘度に到達するまでの時間、最低イオン粘度、並びに、最大値に対して９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間と、最低イオン粘度に到達するまでの時間との間隔を考慮すると、用いるエポキシ樹脂の種類に応じて配合割合を適宜調整することが望ましい。
本発明の半導体封止用樹脂組成物では、硬化剤を用いる。本発明の樹脂組成物に用いられる硬化剤としては、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、例えば、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等の炭素数２〜２０の直鎖脂肪族ジアミン、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、パラキシレンジアミン、４，４'−ジアミノジフェニルメタン、４，４'−ジアミノジフェニルプロパン、４，４'−ジアミノジフェニルエーテル、４，４'−ジアミノジフェニルスルホン、４，４'−ジアミノジシクロヘキサン、ビス（４−アミノフェニル）フェニルメタン、１，５−ジアミノナフタレン、メタキシレンジアミン、パラキシレンジアミン、１，１−ビス（４−アミノフェニル）シクロヘキサン、ジシアノジアミド等のアミノ類；アニリン変性レゾール樹脂やジメチルエーテルレゾール樹脂等のレゾール型フェノール樹脂；フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ｔｅｒｔ−ブチルフェノールノボラック樹脂、ノニルフェノールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂；ポリパラオキシスチレン等のポリオキシスチレン；フェノールアラルキル樹脂等のフェノール樹脂や酸無水物等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中では、フェノールノボラック樹脂、フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂等が好適に用いられる。また、樹脂組成物が誘電分析装置にて測定温度１７５℃、測定周波数１００Ｈｚの条件にて測定した際の、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間が２０秒以下であり、最低イオン粘度値が６．５以下であり、測定開始から３００秒後におけるイオン粘度値の９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間と、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間との間隔が１０秒以上を満たす範囲とする観点からは、分子構造にフェニレン及び又はビフェニル骨格を持ち水酸基当量が１６０以上であるものを用いることが好ましい。
硬化剤全体の配合割合の下限値については、特に限定されないが、全樹脂組成物中に、０．８質量％以上であることが好ましく１．５質量％以上であることがより好ましい。配合割合の下限値が上記範囲内であると、充分な流動性を得ることができる。また、硬化剤全体の配合割合の上限値についても、特に限定されないが、全樹脂組成物中に、１０質量％以下であることが好ましく、８質量％以下であることがより好ましい。配合割合の上限値が上記範囲内であると、良好な耐半田性を得ることができる。また、誘電分析装置にて測定する、最低イオン粘度に到達するまでの時間、最低イオン粘度、並びに、最大値に対して９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間と、最低イオン粘度に到達するまでの時間との間隔を考慮すると、用いる硬化剤の種類に応じて配合割合を適宜調整することが望ましい。
また、硬化剤としてフェノール樹脂系硬化剤を用いる場合においては、エポキシ樹脂全体とフェノール樹脂系硬化剤全体との配合比率としては、エポキシ樹脂全体のエポキシ基数（ＥＰ）とフェノール樹脂系硬化剤全体のフェノール性水酸基数（ＯＨ）との当量比（ＥＰ）／（ＯＨ）が０．８以上、１．３以下であることが好ましい。当量比がこの範囲内であると、樹脂組成物の成形時に充分な硬化性を得ることができる。また、当量比がこの範囲内であると、樹脂硬化物における良好な物性を得ることができる。また、エリア表面実装型の半導体装置における反りの低減という点を考慮すると、樹脂組成物の硬化性及び樹脂硬化物のガラス転移温度又は熱時弾性率を高めることができるように、用いる硬化促進剤の種類に応じてエポキシ樹脂全体のエポキシ基数（Ｅｐ）と硬化剤全体のフェノール性水酸基数（Ｐｈ）との当量比（Ｅｐ／Ｐｈ）を調整することが望ましい。また、誘電分析装置にて測定する、最低イオン粘度に到達するまでの時間、最低イオン粘度、並びに、最大値に対して９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間と、最低イオン粘度に到達するまでの時間との間隔を考慮すると、用いるエポキシ樹脂、フェノール樹脂系硬化剤の種類に応じて当量比を適宜調整することが望ましい。
本発明の半導体封止用樹脂組成物では、硬化促進剤を用いる。本発明の半導体封止用樹脂組成物に用いられる硬化促進剤としては、エポキシ基とフェノール性水酸基との硬化反応を促進させるものであればよく、一般に封止材料に使用するものを用いることができる。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；ベンゾキノンをアダクトしたトリフェニルホスフィン等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中では、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物等のリン原子含有化合物が好適に用いられる。また、樹脂組成物が誘電分析装置にて測定温度１７５℃、測定周波数１００Ｈｚの条件にて測定した際の、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間が２０秒以下であり、最低イオン粘度値が６．５以下であり、測定開始から３００秒後におけるイオン粘度値の９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間と、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間との間隔が１０秒以上を満たす範囲とする観点からは、低粘度、熱安定性と硬化性のバランスが良好となる、潜伏性を有する硬化促進剤を用いることが好ましい。
硬化促進剤全体の配合割合の下限値は、全樹脂組成物中０．１質量％以上であることが好ましい。硬化促進剤全体の配合割合の下限値が上記範囲内であると、充分な硬化性を得ることができる。また、硬化促進剤全体の配合割合の上限値は、全樹脂組成物中１質量％以下であることが好ましい。硬化促進剤全体の配合割合の上限値が上記範囲内であると、充分な流動性を得ることができる。また、誘電分析装置にて測定する、最低イオン粘度に到達するまでの時間、最低イオン粘度、並びに、最大値に対して９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間と、最低イオン粘度に到達するまでの時間との間隔を考慮すると、用いる硬化促進剤の種類に応じて配合割合を適宜調整することが望ましい。
本発明の半導体封止用樹脂組成物では、無機充填剤を用いる。本発明の半導体封止用樹脂組成物に用いられる無機充填剤としては、一般に半導体封止材料に用いられているものであれば、特に制限はなく、溶融破砕シリカ、溶融球状シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ等のシリカ；アルミナ、チタンホワイト、水酸化アルミニウム、タルク、クレー、マイカ、ガラス繊維等が挙げられる。これらの中でも、特に溶融球状シリカが好ましい。また、粒子形状は限りなく真球状であることが好ましく、また、粒子の大きさの異なるものを混合することにより充填量を多くすることができる。また、樹脂組成物が誘電分析装置にて測定温度１７５℃、測定周波数１００Ｈｚの条件にて測定した際の、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間が２０秒以下であり、最低イオン粘度値が６．５以下であり、測定開始から３００秒後におけるイオン粘度値の９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間と、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間との間隔が１０秒以上を満たす範囲とする観点からは、溶融球状シリカを用いるのが好ましい。
無機充填剤の含有割合の下限値としては、樹脂組成物全体の７８質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上であることがより好ましく、８３質量％以上であることが特に好ましい。無機充填剤の含有割合の下限値が上記範囲内であると、樹脂組成物の硬化物物性として、吸湿量が増加したり、強度が低下したりすることがなく、良好な耐半田クラック性を得ることができる。また、無機充填剤の含有割合の上限値としては、樹脂組成物全体の９３質量％以下であることが好ましく、９１質量％以下であることがより好ましく、９０質量％以下であることが特に好ましい。無機充填剤の含有割合の上限値が上記範囲内であると、流動性が損なわれることがなく、良好な成形性を得ることができる。また、樹脂組成物が誘電分析装置にて測定温度１７５℃、測定周波数１００Ｈｚの条件にて測定した際の、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間が２０秒以下であり、最低イオン粘度値が６．５以下であり、測定開始から３００秒後におけるイオン粘度値の９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間と、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間との間隔が１０秒以上を満たす範囲とする観点からは、良好な耐半田性が得られる範囲内で、無機充填剤の含有量を低く設定することが好ましい。
本発明の半導体封止用樹脂組成物には、上記の成分以外に、必要に応じて、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤；カーボンブラック等の着色剤；天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪もしくはその金属塩類、パラフィン等の離型剤；シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力成分；酸化防止剤等の各種添加剤を配合することができる。
次に、本発明の半導体封止用樹脂組成物を得る方法について説明する。本発明の半導体封止用樹脂組成物は、上記の成分、及びその他の添加剤等を、例えば、ミキサー等を用いて常温で均一に混合したものを、加熱ロール、ニーダー又は押出機等の混練機を用いて溶融混練したのち、冷却、粉砕したものを、篩を用いて粗粒と微紛の除去を行って得る方法（以下、「粉砕篩分法」とも言う。）、溶融混練された樹脂組成物を顆粒状になるように造粒化する方法等により得ることができる。樹脂組成物の製造における歩留まり等の観点からは、造粒化する方法が好ましい。造粒化する方法としては、例えば、スクリュー先端部に小径を複数配置したダイを設置した押出機を用いて、ダイに配置された小孔からストランド状に押し出されてくる溶融樹脂をダイ面に略平行に摺動回転するカッターで切断して得る方法（以下、「ホットカット法」とも言う。）等もあるが、磨耗金属粉等の混入の問題等を考慮すると、直接又は間接的な加熱手段により温度調節された複数の小孔を有する円筒状外周部と円盤状の底面から構成される回転子の内側に、溶融混練された樹脂組成物を溶融状態で供給し、その樹脂組成物を、回転子を回転させて得られる遠心力によって小孔を通過させることで、顆粒状の半導体封止用樹脂組成物を得る方法（以下、「遠心製粉法」とも言う。）が好ましい。この製法において適宜製造条件を調整することにより、ＪＩＳ標準篩を用いて篩分により測定した粒度分布における、粒径１０６μｍ未満の微粉の半導体封止用樹脂組成物全体全体に対する割合が５質量％以下であり、粒径２ｍｍ以上の粗粒の半導体封止用樹脂組成物全体全体に対する割合が３質量％以下である顆粒状の半導体封止用樹脂組成物を得ることができる。
次に、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得るための製法の一例である遠心製粉法について、図面を用いてより詳細に説明する。図４に顆粒状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得るための、樹脂組成物の溶融混練から顆粒状の樹脂組成物の捕集までの一実施例の概略図を、図５に回転子及び回転子の円筒状外周部を加熱するための励磁コイルの一実施例の断面図を、図６に溶融混練された樹脂組成物を回転子に供給する２重管式円筒体の一実施例の断面図を、それぞれ示す。
二軸押出機２０９で溶融混練されたエポキシ樹脂組成物は、内壁と外壁の間に冷媒を通し冷却された２重管式円筒体２０５を通して回転子２０１の内側に供給される。この時、２重管式円筒体２０５は、溶融混練されたエポキシ樹脂組成物が２重管式円筒体２０５の壁に付着しないよう、冷媒を用いて冷却されていることが好ましい。２重管式円筒体２０５を通して、エポキシ樹脂組成物を回転子２０１に供給することにより、エポキシ樹脂組成物が連続した糸状で供給された場合でもあっても、回転子２０１が高速回転していることにより、エポキシ樹脂組成物が回転子２０１から溢れ出すことなく安定した供給が可能となる。
回転子２０１はモーター２１０と接続されており、任意の回転数で回転させることができる。回転子２０１の外周上に設置した複数の小孔を有する円筒状外周部２０２は磁性材料２０３を備えており、その近傍に備えられた励磁コイル２０４に交流電源発生装置２０６により発生させた交流電源を通電させることによって発生する交番磁束の通過に伴う、渦電流損やヒステリシス損により加熱される。なお、この磁性材料２０３としては、例えば鉄材や珪素鋼等が挙げられ、１種類又は２種類以上の磁性材料２０３を複合して使用することができる。複数の小孔を有する円筒状外周部２０２の小孔付近は、磁性材料２０３と同一の材質で形成されていなくてもよく、たとえば熱伝導率の高い非磁性材料をもって形成され、その上下に磁性材料２０３を備えることにより、加熱された磁性材料２０３を熱源として熱伝導により円筒状外周部２０２の小孔付近を加熱することもできる。非磁性材料としては銅やアルミ等が挙げられ、１種類又は２種類以上の非磁性材料を複合して使用することができる。エポキシ樹脂組成物は回転子２０１の内側に供給された後、モーター２１０により回転子２０１を回転させて得られる遠心力によって、加熱された円筒状外周部２０２に飛行移動する。
加熱された複数の小孔を有する円筒状外周部２０２に接触したエポキシ樹脂組成物は、溶融粘度が上昇することなく、容易に円筒状外周部２０２の小孔を通過し吐出される。加熱する温度は、適用するエポキシ樹脂組成物の特性により任意に設定することができる。一般的には、加熱温度を上げすぎるとエポキシ樹脂組成物の硬化が進み、流動性が低下したり、円筒状外周部２０２の小孔に詰まったりすることがあるが、適切な温度条件の場合においては、樹脂組成物と円筒状外周部２０２の接触時間が極めて短いために流動性への影響は極めて少ない。また、複数の小孔を有する円筒状外周部２０２は均一に加熱されているため、局所的な流動性の変化は極めて少ない。また、円筒状外周部２０２の複数の小孔は、使用する樹脂組成物の粒子形状や粒度分布に合わせ、孔径を任意に調整できる。
円筒状外周部２０２の小孔を通過し吐出された顆粒状の樹脂組成物は、例えば、回転子２０１の周囲に設置した外槽２０８で捕集される。外槽２０８は顆粒状のエポキシ樹脂組成物の内壁への付着、顆粒状のエポキシ樹脂組成物同士の融着を防止するために、円筒状外周部２０２の小孔を通過して飛行してくる顆粒状のエポキシ樹脂組成物が衝突する衝突面が、顆粒状のエポキシ樹脂組成物の飛行方向に対して１０〜８０度、好ましくは２５〜６５度の傾斜をもって設置されていることが好ましい。エポキシ樹脂組成物の飛行方向に対する衝突面の傾斜が上記上限値以下であると、顆粒状のエポキシ樹脂組成物の衝突エネルギーを充分分散させることができ、壁面への付着を生じる恐れが少ない。また、エポキシ樹脂組成物の飛行方向に対する衝突面の傾斜が上記下限値以上であると、顆粒状のエポキシ樹脂組成物の飛行速度を充分に減少させることができるため、外槽壁面に２次衝突した場合でもその外装壁面に付着する恐れが少ない。
また、顆粒状のエポキシ樹脂組成物が衝突する衝突面の温度が高くなると、顆粒状のエポキシ樹脂組成物が付着しやすくなるため、衝突面外周には冷却ジャケット２０７を設けて、衝突面を冷却することが好ましい。外槽２０８の内径は、顆粒状のエポキシ樹脂組成物が充分に冷却され、顆粒状のエポキシ樹脂組成物の内壁への付着や、顆粒状のエポキシ樹脂組成物同士の融着が生じない程度の大きさとすることが望ましい。一般には、回転子２０１の回転により空気の流れが生じ、冷却効果が得られるが、必要に応じて冷風を導入しても良い。外槽２０８の大きさは処理する樹脂量にもよるが、例えば回転子２０１の直径が２０ｃｍの場合、外槽２０８の内径は１００ｃｍ程度あれば付着や融着を防ぐことができる。
次に、顆粒状の半導体封止用樹脂組成物を用いて圧縮成形により半導体素子を封止してなる本発明の半導体装置について説明する。なお、本発明の顆粒状の樹脂組成物を用いて圧縮成形により半導体素子を封止して半導体装置を得る方法は前述したとおりである。本発明の半導体装置で封止される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、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）、ＭＡＰタイプのＢＧＡ等が挙げられる。又、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）、ロー・プロファイル・クワッド・フラット・パッケージ（ＬＱＦＰ）、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）、チップ・サイズ・パッケージ（ＣＳＰ）、クワッド・フラット・ノンリーデッド・パッケージ（ＱＦＮ）、スモールアウトライン・ノンリーデッド・パッケージ（ＳＯＮ）、リードフレーム・ＢＧＡ（ＬＦ−ＢＧＡ）等にも適用可能である。
圧縮成形で樹脂組成物の硬化物により半導体素子を封止した本発明の半導体装置は、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。
以下に、リードフレーム又は回路基板と、リードフレーム又は回路基板上に積層又は並列して搭載された１以上の半導体素子と、リードフレーム又は回路基板と半導体素子とを電気的に接続するボンディングワイヤと、半導体素子とボンディングワイヤを封止する封止材とを備えた半導体装置について、図を用いて詳細に説明するが、本発明はボンディングワイヤを用いたものに限定されるものではない。
図７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て、リードフレームのダイパッドに搭載した半導体素子を封止して得られる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３０３上に、ダイボンド材硬化体３０２を介して半導体素子３０１が固定されている。半導体素子３０１の電極パッドとリードフレーム３０５との間はワイヤ３０４によって接続されている。半導体素子３０１は、半導体封止用樹脂組成物の硬化体で構成される封止材３０６によって封止されている。
図８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て、回路基板に搭載した半導体素子を封止して得られる半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。回路基板３０８上にダイボンド材硬化体３０２を介して半導体素子３０１が固定されている。半導体素子３０１の電極パッド３０７と回路基板３０８上の電極パッド３０７との間はワイヤ３０４によって接続されている。半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化体で構成される封止材３０６によって、回路基板３０８の半導体素子３０１が搭載された片面側のみが封止されている。回路基板３０８上の電極パッド３０７は回路基板３０８上の非封止面側の半田ボール３０９と内部で接合されている。
以下、本発明を実施例により更に詳しく説明するが、これらの実施例に限定されるものではない。
実施例１
エポキシ樹脂１：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（日本化薬株式会社製、ＮＣ−３０００。軟化点５２℃、エポキシ当量２７０。）
８．５３質量部
フェノール樹脂１：ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂（明和化成株式会社製、ＭＥＨ−７８５１。軟化点６７℃、水酸基当量２０３。）
６．４２質量部
硬化促進剤１（北興化学工業株式会社製、ＴＰＰＢＱ） ０．５５質量部
球状溶融シリカ（電気化学工業株式会社製、ＦＢ−５６０。平均粒径３０μｍ。）
８４質量部
カップリング剤（信越化学工業株式会社製、ＫＢＭ−８０３） ０．２質量部
カルナバワックス ０．３質量部
上記配合の半導体封止用樹脂組成物の原材料をスーパーミキサーにより５分間粉砕混合したのち、この混合原料を直径６５ｍｍのシリンダー内径を持つ同方向回転二軸押出機にてスクリュー回転数３０ＲＰＭ、１００℃の樹脂温度で溶融混練することで溶融混練された樹脂組成物を準備した。次に、直径２０ｃｍの回転子の上方より溶融混練された樹脂組成物を２ｋｇ／ｈｒの割合で供給して、回転子を３０００ＲＰＭで回転させて得られる遠心力によって、１１５℃に加熱された円筒状外周部の複数の小孔（孔径２．５ｍｍ）を通過させることで、顆粒状の半導体封止用樹脂組成物を得た。
実施例２〜４、比較例１〜６
表１に示す配合に従い、実施例１と同様な手段で実施例２〜４及び比較例１〜６の顆粒状の半導体封止用樹脂組成物を得た。
実施例５〜７
実施例１と同一の配合とし、原材料をスーパーミキサーにより５分間粉砕混合したのち、この混合原料を直径６５ｍｍのシリンダー内径を持つ同方向回転二軸押出機にてスクリュー回転数３０ＲＰＭ、１００℃の樹脂温度で溶融混練した後、シーティングロールにてシート状にしたものを、冷却後粉砕した。その後、表２に記載した微紛量と粗粒量となるように、篩を用いて粒度分布を調整して、実施例５〜７の顆粒状の半導体封止用樹脂組成物を得た。
比較例７
実施例２と同一の配合とし、原材料をスーパーミキサーにより５分間粉砕混合したのち、この混合原料を直径６５ｍｍのシリンダー内径を持つ同方向回転二軸押出機にてスクリュー回転数３０ＲＰＭ、１００℃の樹脂温度で溶融混練した後、シーティングロールにてシート状にしたものを、冷却後粉砕した。その後、表２に記載した微紛量と粗粒量となるように、篩を用いて粒度分布を調整して、比較例７の顆粒状の半導体封止用樹脂組成物を得た。
実施例１以外で用いた原材料について下記に示す。
エポキシ樹脂２：トリフェニルメタン型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製、１０３２Ｈ６０。軟化点５９℃、エポキシ当量１７１。）
エポキシ樹脂３：ビフェニル型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製、ＹＸ−４０００。融点１０７℃、エポキシ当量１９０。）
エポキシ樹脂４：ジシクロペンタジエン変性エポキシ樹脂（ＤＩＣ株式会社製、ＨＰ−７２００。軟化点６４℃、エポキシ当量２６５。）
エポキシ樹脂５：クレゾールノボラックエポキシ樹脂（ＤＩＣ株式会社製、Ｎ６６０。軟化点６０℃、エポキシ当量２００。）
フェノール樹脂２：トリフェニルメタン型フェノール樹脂（明和化成株式会社製、ＭＥＨ−７５００。軟化点１１０℃、水酸基当量９７。）
フェノール樹脂３：フェノールノボラック樹脂（住友ベークライト株式会社製、ＰＲ−５１７１４。軟化点１１０℃、水酸基当量１０４。）
フェノール樹脂４：フェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂（三井化学株式会社製、ＸＬ−２２５−３Ｌ。軟化点８０℃、水酸基当量１７５。）
破砕シリカ（電気化学工業株式会社製、ＦＳ−７８４。平均粒径１３μｍ。）
硬化促進剤２：下記一般式（１）で表される硬化促進剤
Figure 2010159401
硬化促進剤３：トリフェニルホスフィン
実施例並びに比較例における半導体封止用樹脂脂組成物を下記の方法で評価し、その評価結果を表１、表２に示した。
評価方法
１０６μｍ未満の微粉量及び２ｍｍ以上の粗粒量：得られた顆粒状の樹脂組成物４０ｇを、１ｍｇまで秤量したものを試料とした。ロータップ型篩振動機（丸菱科学機械製作所製、型式−ＳＳ−１００Ａ）に備え付けた目開き２．００ｍｍ及び１０６μｍのＪＩＳ標準篩を用い、これらの篩を２０分間に亘って振動（ハンマー打数：１２０回／分）させながら試料を篩に通して分級した。次いで、１０６μｍの篩を通過した微粉の質量、及び２ｍｍの篩上に残った粗粒の質量を測定し、分級前の試料の質量を基準にして１０６μｍ未満の微粉量及び２ｍｍ以上の粗粒量の質量比を算出した。
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、保圧時間１２０秒の条件で、樹脂組成物を注入し、流動長を測定した。スパイラルフローは、流動性のパラメータであり、数値が大きい方が、流動性が良好である。単位はｃｍ。
最低イオン粘度到達時間、最低イオン粘度、安定時間：誘電分析装置本体はＮＥＴＺＳＣＨ社製のＤＥＡ２３１／１ ｃｕｒｅ ａｎａｌｙｚｅｒ、プレスはＮＥＴＺＳＣＨ社製のＭＰ２３５ Ｍｉｎｉ−Ｐｒｅｓｓを使用した。測定方法としてはＡＳＴＭ Ｅ２０３９に準拠し、測定温度１７５℃、測定周波数１００Ｈｚにて顆粒状の半導体封止用樹脂組成物約３ｇをプレス内の電極部上面に導入し、プレスし、イオン粘度の変化を測定した。測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間（最低イオン粘度到達時間）、最低イオン粘度、及び、測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間と、測定開始から３００秒後におけるイオン粘度値の９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間との間隔（安定時間）を表に示した。最低イオン粘度到達時間は、顆粒状の樹脂組成物としての溶け易さに係るパラメータであり、数値が小さい方が溶け易いことを意味する。単位は秒。最低イオン粘度は、流動性に係るパラメータであり、数値が小さい方が、流動性が良好となる。単位は無し。安定時間は、顆粒状の樹脂組成物が流動性を有している時間幅に係るパラメータであり、数値が小さい方が流動性を有している時間幅が短い。単位は秒。
搬送経路上での固着、付着：樹脂組成物の試料１００ｇを振動フィーダー（４５０ｍｍ長×５５ｍｍ幅）のホッパーに供給した後、搬送量が１８ｇ／分となるように振動の強さを調整し、１０ｇ搬送した後、３分停止を繰返し１００ｇ全量搬送した。搬送後に、粒子同士の固着や振動フィーダーへの付着状況を観察し、固着や付着の有無を確認した。
秤量精度：樹脂組成物の試料１００ｇを振動フィーダー（４５０ｍｍ長×５５ｍｍ幅）のホッパーに供給した後、搬送量が１８ｇ／分となるように振動の強さを調整し、１分搬送した後、３分停止を繰返し、各搬送量の平均値および標準偏差を求めた。
ワイヤ流れ率：樹脂基板（サイズ１５０×５５ｍｍ）に、チップサイズ７×７×０．４ｍｍのチップを搭載し、φ１８μｍの金ワイヤにより電気的に接続したものを圧縮成形金型の上型キャビティに設置し、振動フィーダーを用いて秤量された樹脂組成物を圧縮成形金型の下型キャビティに投入した後、圧縮成形機を用いて、金型温度１７５℃、硬化時間１２０ｓｅｃ、成形圧力９．８ＭＰａの条件で、ＭＡＰＢＧＡの半導体装置を成形し、さらにパネルを切断して半導体装置を得た。切断後の半導体装置のサイズは２２×２２ｍｍ、樹脂部の厚みは５５０μｍ、チップ上の樹脂部の厚みは１５０μｍ。得られたパッケージを軟Ｘ線透視装置（ソフテックス株式会社製 ＰＲＯ−ＴＥＳＴ １００）で観察し、パッケージの対角線上にある最も長い金ワイヤ４本（長さ５ｍｍ）の平均の流れ率を（流れ量）／（ワイヤ長）の比率で表した。単位は％。
ボイド：上記ワイヤ流れ率評価用の切断後の半導体装置をサンプルとした。軟Ｘ線を用いて内部ボイドを評価、サイズ０．５ｍｍ以上のボイドをカウントした。半導体装置の数ｎ＝６の平均値を求め、３．０個以下の水準を良好（○）、３．０個を超える水準を不良（×）と判定した。
Figure 2010159401
Figure 2010159401
先ず、製法を同一とした実施例１〜４と比較例１〜６との対比を行う。エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤の種類及び配合量が異なるものの、いずれも最低イオン粘度到達時間が２０秒以下であり、最低イオン粘度が６．５以下であり、安定時間が１０秒以上である実施例１〜４は、いずれも、ワイヤ流れ率が小さく、ボイドの発生も見られなかった。また、実施例１〜４は、１０６μｍ未満の微粉量が５質量％以下であり、２ｍｍ以上の粗粒量が３質量％以下であるため、搬送経路上での固着や付着がなく、秤量精度も良好な結果が得られた。一方、最低イオン粘度到達時間が２０秒を超えるもの、及び／又は最低イオン粘度が６．５を超えるものとなる比較例１〜３、６においては、ワイヤ流れが劣る結果となった。また、安定時間が１０秒を下回る比較例４、５においては、ボイドの発生が見られた。
次に、実施例１と配合を同一とした実施例５〜７と、実施例２と配合を同一とした比較例７との対比を行う。粒度分布は若干異なるものの、いずれも最低イオン粘度到達時間が２０秒以下であり、最低イオン粘度が６．５以下であり、安定時間が１０秒以上である実施例５〜７は、いずれも、ワイヤ流れ率が小さく、ボイドの発生も見られなかった。一方、２ｍｍ以上の粗粒量が多く、最低イオン粘度到達時間が２０秒を超える比較例７においては、ワイヤ流れが劣る結果となった。さらに、特許文献１に記載のエポキシ樹脂成形材料については、比較例７と同様に、２ｍｍ以上の粗粒を相当量含んでいるものであった。そのため、特許文献１に記載のエポキシ樹脂成形材料を用いた場合も、比較例７と同様にワイヤ流れが劣ると推察される。
本発明の顆粒状の半導体封止用樹脂組成物は、ワイヤボンディングのファインピッチ化、ワイヤの微細配線化、パッケージの薄型化、素子の多段化によるチップ直上の狭ギャップ化、及び／又は成形のＭＡＰ化がなされた半導体装置に好適に用いることができる。
この出願は、平成２０年１２月１０日に出願された日本特許出願特願２００８−３１４０６６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (9)

  1. 圧縮成形により半導体素子を封止してなる半導体装置に用いられる顆粒状の半導体封止用樹脂組成物であって、誘電分析装置にて測定温度１７５℃、測定周波数１００Ｈｚの条件にて測定した際に、下記ａ）〜ｃ）を満たすことを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
    ａ）測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間が２０秒以下である。
    ｂ）最低イオン粘度値が６．５以下である。
    ｃ）前記測定開始から最低イオン粘度に到達するまでの時間と、測定開始から３００秒後におけるイオン粘度値の９０％のイオン粘度値に到達するまでの時間と、の間隔が１０秒以上である。
  2. 前記半導体封止用樹脂組成物が、ＪＩＳ標準篩を用いて篩分により測定した粒度分布における、粒径１０６μｍ未満の微粉を前記半導体封止用樹脂組成物全体の５質量％以下の割合で含むものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  3. 前記半導体封止用樹脂組成物が、ＪＩＳ標準篩を用いて篩分により測定した粒度分布における、粒径２ｍｍ以上の粗粒を前記半導体封止用樹脂組成物全体の３質量％以下の割合で含むものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  4. 前記半導体封止用樹脂組成物が、直接又は間接的な加熱手段により温度調節された複数の小孔を有する円筒状外周部と円盤状の底面とから構成される回転子の内側に、溶融混練された前記半導体封止用樹脂組成物を溶融状態で供給し、該半導体封止用樹脂組成物を、前記回転子を回転させて得られる遠心力によって前記小孔を通過させることで得られることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の顆粒状の半導体封止用樹脂組成物を用いて圧縮成形により半導体素子を封止することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 顆粒状の前記半導体封止用樹脂組成物を搬送、秤量する工程を圧縮成形工程の直前に行うことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 圧縮成形金型のキャビティ内の空気を脱気しながら前記圧縮成形を行うことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
  8. リードフレームのダイパッド上や基板に半導体素子を接着固定し、前記半導体素子のワイヤボンディングパッドと前記リードフレームのインナーリード又は前記基板上のワイヤボンディングパッドとをワイヤにて接続した後、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の半導体封止用樹脂組成物を用いて圧縮成形により前記半導体素子を封止してなる半導体装置であって、前記ワイヤの直径が１８μｍ以下であり、かつ前記ワイヤの流れ率が２．５％以下であることを特徴とする半導体装置。
  9. 前記半導体素子上における前記半導体封止用樹脂組成物の硬化物の厚みが１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
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