JP2013194199A

JP2013194199A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置

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Publication number: JP2013194199A
Application number: JP2012065127A
Authority: JP
Inventors: Asahito Iwashige; 朝仁岩重; Tomoaki Ichikawa; 智昭市川
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2013-09-30
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: JP5990959B2

Abstract

【課題】優れた連続成形性を備え、銅ワイヤーに対する高温高湿信頼性特性に優れた半導体装置を得ることのできる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。
【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂，（Ｂ）フェノール樹脂，（Ｃ）硬化促進剤および（Ｄ）無機質充填剤を含有するエポキシ樹脂組成物であって、上記エポキシ樹脂組成物を下記条件（ｘ）で硬化した後、下記条件（ｙ）にて吸湿処理してなる硬化物（誘電緩和測定装置の電極の直径以上の円板状）を誘電緩和測定して得られたイオン分極起因の誘電損失のピーク上で、誘電損失が０．８１±０．０５となる時点の周波数が２５Ｈｚ以下となり、かつ上記エポキシ樹脂組成物を１７５℃で９０秒間加熱硬化した時点でのずり弾性率が１２０ＭＰａ以上である。
（ｘ）１７５±１０℃×１２０±４０秒間の加熱硬化の後、１７５±１０℃×３±２時間のアフターキュア。
（ｙ）１３０℃×８５％ＲＨにて８０±３０時間の吸湿処理。
【選択図】なし

Description

本発明は、高温高湿信頼性および連続成型性に優れた半導体装置を得ることのできる封止材料として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た半導体装置に関するものである。

トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩ等の各種半導体素子は、従来、セラミックパッケージ等によって封止され、半導体装置化されていたが、最近では、コスト、量産性の観点から、プラスチックパッケージを用いた樹脂封止が主流になっている。この種の樹脂封止には、従来から、エポキシ樹脂組成物が使用されており、良好な成績を収めている。

このように樹脂封止される半導体素子と配線回路とを導通させるための手段としては、従来から金ワイヤーが用いられてきたが、最近では、コストの低減化を図る目的から、金ワイヤーに代えて銅ワイヤーを適用することが顕著になってきているが、それに伴い、高温高湿信頼性の特性評価である、１３０℃×８５％ＲＨにおける高温高湿信頼性特性（ＨＡＳＴ特性）が著しく低下してきている。このようなことから、ＨＡＳＴ特性の向上を図る目的で、例えば、イオントラップ剤を多量に添加し、原因不純物イオンをトラップし、ＨＡＳＴ信頼性を向上させるなどの手法を採ることが提案されている（特許文献１、２参照）。

一方で、従来から、低コストでの生産に直結する良好なスループット、すなわち優れた連続成形性（具体的に、成型に対して長時間にわたってクリーニング作業が不要となる特性）を備えた封止材料の提供が要望されている。

特開２０１１−２５８６０３号公報特開２００９−１５２５６１号公報

上記銅ワイヤーにおけるＨＡＳＴ特性が著しく低下する原因が、封止樹脂に起因するものであるのか、あるいは銅ワイヤーのボンディングに起因するものであるのか２つの要因が考えられるが、その低下原因のメカニズムは現状では不明であり、銅ワイヤーに対する高温高湿信頼性特性を向上させることは非常に困難であるのが実情である。また、上記連続成形性に関しては、他の特性改善の目的で添加される様々な添加剤等によって、良好な連続成形性が損なわれるケースが多くあり、その解決が強く望まれている。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、優れた連続成形性を維持しつつ、銅ワイヤーに対する高温高湿信頼性特性（ＨＡＳＴ特性）に優れた半導体装置を得ることのできる封止材料となりうる半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置の提供をその目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を下記の条件（ｘ）で硬化した後、下記の条件（ｙ）にて吸湿処理してなる硬化物（誘電緩和測定装置の電極の直径以上×厚み１±０．６ｍｍの円板状）を誘電緩和測定した際に、イオン分極起因の誘電損失のピーク上において、誘電損失が０．８１±０．０５となる時点の周波数が２５Ｈｚ以下となり、かつ上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を１７５℃で９０秒間加熱硬化した時点でのずり弾性率が１２０ＭＰａ以上であ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）硬化促進剤。
（Ｄ）無機質充填剤。
（ｘ）１７５±１０℃×１２０±４０秒間の加熱硬化の後、１７５±１０℃×３±２時間のアフターキュア。
（ｙ）１３０℃×８５％ＲＨにて８０±３０時間の吸湿処理。

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。

本発明者らは、優れた連続成形性と銅ワイヤーに対する高温高湿信頼性特性（ＨＡＳＴ特性）の向上を目的に研究を重ねた。まず、銅ワイヤーに対する高温高湿信頼性特性（ＨＡＳＴ特性）に関しては、そのＨＡＳＴ特性の低下原因となるメカニズムを解明するために鋭意検討を重ねた。その研究の過程において、まずＨＡＳＴ特性の不良は銅ワイヤーの接続部（ボンディング部）の腐食に起因した断線であるという知見を得た。そして、その知見に基づき、さらに研究を行なった結果、そのボンディング部の腐食に関して、封止樹脂中に存在する塩素イオンが大きく関与していることを突き止めた。このボンディング部の腐食スピードには、当然ながら封止樹脂中の塩素イオン濃度も関係はするが、それよりも塩素イオンの封止樹脂中での易動度が実効的な因子であることを突き止めた。そして、上記実効因子である塩素イオンの封止樹脂中での易動度を定量評価するために、様々な評価方法を検討した結果、ＨＡＳＴ特性の試験環境下と同等の処理を施した封止樹脂硬化物を誘電緩和測定し、その時得られるイオン分極に起因する誘電損失のピークの位置、すなわち封止樹脂中での平均のイオンの易動度と、銅ワイヤーに対するＨＡＳＴ特性が非常に密接な相関関係にあることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明者らは、従来の技術常識であった封止樹脂中のイオン濃度に着目するのではなく、封止樹脂中におけるイオンの易動度という特性に着目し、イオンの易動度を定量評価することにより、その定量評価と銅ワイヤーに対するＨＡＳＴ特性との相関関係を求めたのである。その結果、ＨＡＳＴ特性の試験環境下と同等の吸湿処理を施した封止樹脂硬化物を誘電緩和測定し、その時得られるイオン分極起因の誘電損失のピーク上の誘電損失の値が０．８１±０．０５となる時点の周波数が２５Ｈｚ以下であれば、銅ワイヤーに対するＨＡＳＴ特性が良好であるという相関関係を見出したのである。

一方で、本発明者らは、ＨＡＳＴ特性とは別に連続成形性の向上を図る目的で、上記とは別の視点から封止材料と物性の相関関係について研究を重ねた。その結果、封止材料を１７５℃×９０秒間加熱硬化した時点でのずり弾性率と連続成形性とが密接な相関関係にあることを突き止めた。そして、さらに研究を重ねた結果、上記封止材料を１７５℃×９０秒間の加熱硬化した時点でのずり弾性率が１２０ＭＰａ以上であれば、エポキシ樹脂組成物が成形金型に張り付く現象（スティッキング）等の連続成形における問題の発生が抑制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、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物を所定の条件（ｘ）で硬化した後、所定の条件（ｙ）にて吸湿処理してなる硬化物（誘電緩和測定装置の電極の直径以上の円板状）を誘電緩和測定した際に、イオン分極起因の誘電損失のピーク上で、誘電損失が０．８１±０．０５となる時点の周波数が２５Ｈｚ以下となる物性を備え、かつ上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を１７５℃で９０秒間加熱硬化した時点でのずり弾性率が１２０ＭＰａ以上となる物性を備えた半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。このため、これを封止材料として用いて形成される封止樹脂は、優れた連続成形性を備えており、しかも、銅ワイヤーに対する優れた高温高湿信頼性を備えるものである。

さらに、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分に加えて、上記（Ａ）成分であるエポキシ樹脂および／または（Ｂ）成分であるフェノール樹脂と反応可能な官能基を有するシリコーン化合物〔（Ｅ）成分〕を含有すると、銅ワイヤーに対する高温高湿信頼性がより一層向上する。

そして、上記（Ｂ）成分であるフェノール樹脂が、多官能フェノール樹脂であると、より優れた連続成形性の向上効果が図られる。

誘電緩和測定装置を模式的に示す概略図である。

つぎに、本発明を実施するための形態について説明する。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物（以下、「エポキシ樹脂組成物」と略すことがある）は、エポキシ樹脂（Ａ成分）と、フェノール樹脂（Ｂ成分）と、硬化促進剤（Ｃ成分）と、無機質充填剤（Ｄ成分）と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。

＜エポキシ樹脂（Ａ成分）＞
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）としては、各種エポキシ樹脂が用いられる。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、トリフェニ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、これらエポキシ樹脂の中でも、ビフェニル型エポキシ樹脂や、低級アルキル基をフェニル環に付加したような低吸湿型のエポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂を用いることが、信頼性・成形性の点から好ましい。このようなエポキシ樹脂としては、例えば、エポキシ当量１５０〜２５０ｇ／ｅｑ、軟化点もしくは融点が５０〜１３０℃のものが好適に用いられる。

＜フェノール樹脂（Ｂ成分）＞
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とともに用いられるフェノール樹脂（Ｂ成分）は、上記エポキシ樹脂（Ａ成分）の硬化剤としての作用を有するものであり、１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般をいう。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、ビフェニル型ノボラック樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂、ナフトールノボラック樹脂、フェノールビフェニレン樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル型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。中でも、連続成形性の向上という観点から、多官能フェノール樹脂、具体的には、フェノールノボラック樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂等が好ましく用いられる。

上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とフェノール樹脂（Ｂ成分）との配合割合は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量あたり、フェノール樹脂（Ｂ成分）中の水酸基当量が０．５〜１．５当量となるように配合することが好ましい。より好ましくは０．７〜１．１当量であり、特に好ましくは０．８〜１．０当量である。

＜硬化促進剤（Ｃ成分）＞
上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられる硬化促進剤（Ｃ成分）としては、リン系化合物、従来公知の三級アミン、四級アンモニウム塩、イミダソール類、ホウ素化合物等があげられ、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、イミダゾール類、特に下記の一般式（１）で表されるようなイミダゾール化合物を用いることが、成形性・硬化性の点から好ましい。このようなイミダゾール化合物としては、具体的には、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール等があげられる。

上記硬化促進剤の含有量は、上記フェノール樹脂（Ｂ成分）に対して１．０〜１２．０重量％に設定することが好ましく、より好ましくは３．０〜１０．０重量％である。

＜無機質充填剤（Ｄ成分）＞
上記Ａ〜Ｃ成分とともに用いられる無機質充填剤（Ｄ成分）としては、各種充填剤が用いられ、例えば、溶融シリカ粉末や結晶性シリカ粉末等のシリカ粉末、アルミナ粉末、タルク、窒化アルミニウム粉末、窒化珪素粉末等があげられる。これら無機質充填剤は、破砕状、球状、あるいは摩砕処理したもの等いずれのものでも使用可能である。そして、これら無機質充填剤は単独でもしくは２種以上併せて用いられる。なかでも、シリカ粉末を用いることが好ましく、上記シリカ粉末の中でも溶融シリカ粉末を用いることが、高充填性、高流動性という点から特に好ましい。上記溶融シリカ粉末としては、球状溶融シリカ粉末、破砕溶融シリカ粉末があげられるが、流動性という観点から、球状溶融シリカ粉末を用いることが好ましい。

また、上記無機質充填剤（Ｄ成分）としては、平均粒径５〜４０μｍの範囲のものを用いることが、流動性を良好にするという点から好ましい。なお、上記無機質充填剤（Ｄ成分）の平均粒径は、例えば、母集団から任意の測定試料を取り出し、市販のレーザー回折散乱式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。

そして、上記無機質充填剤（Ｄ成分）の含有量は、エポキシ樹脂組成物全体の７０〜９２重量％の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは８０〜９２重量％である。すなわち、無機質充填剤（Ｄ成分）の含有量が少なすぎると、無機質充填剤配合による吸水率の低減効果が小さくなり、エポキシ樹脂組成物の吸水率の絶対値自体がそもそも大きくなり、その結果、高温高湿信頼性が悪化する傾向がみられる。逆に無機質充填剤（Ｄ成分）の含有量が多すぎると、エポキシ樹脂組成物の流動性が低下し、ワイヤー流れや未充填が発生する傾向がみられるからである。

さらに、上記Ａ〜Ｄ成分に加えて、銅ワイヤーに対する高温高湿信頼性の一層の向上を図る目的で、上記エポキシ樹脂（Ａ成分）、もしくはフェノール樹脂（Ｂ成分）と反応可能な官能基を有する特定のシリコーン化合物（Ｅ成分）を含有させることが好ましい。

上記特定のシリコーン化合物（Ｅ成分）としては、その構造的特徴として、上記エポキシ樹脂（Ａ成分）およびフェノール樹脂（Ｂ成分）の少なくとも一方と反応可能な官能基を有する、例えば、シラノール基，アルコキシ基等の官能基を有するシリコーン化合物があげられる。具体的には、ケイ素に直接結合する官能基にアルコキシ基を含有せず、シラノール基を含有するという特徴的構造を有するシリコーン化合物や、逆にケイ素に直接結合するアルコキシ基を含有し、シラノール基を含有しないという特徴的構造を有するシリコーン化合物があげられる。このような特徴的構造を有するシリコーン化合物を単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

上記特定のシリコーン化合物（Ｅ成分）としては、例えば、いくつかの市販品があげられる。もしくは、合成することによっても製造することができる。上記特定のシリコーン化合物の市販品として、例えば、アルコキシ基非含有でシラノール基含有のシリコーン化合物としては、東レ・ダウコーニング社製の、２１７ＦＬＡＫＥ、ＳＨ６０１８ＦＬＡＫＥ、２２０ＦＬＡＫＥ等があげられる。一方、シラノール基非含有でアルコキシ基含有のシリコーン化合物としては、東レ・ダウコーニング社製の３０７４ＩＮＴＥＲＭＥＤＩＡＴＥ、３０３７ＩＮＴＥＲＭＥＤＩＡＴＥ、ＳＲ２４０２や、信越化学工業社製のＫＲ−９２１８等があげられる。

そして、上記ケイ素に直接結合する官能基にアルコキシ基を含有せず、シラノール基を含有するシリコーン化合物は、例えば、つぎのようにして製造することができる。すなわち、目的とするオルガノポリシロキサンの分子構造および分子量に従ってフェニルクロロシラン類およびフェニルアルコキシシラン類からなる群から選択される１種のフェニル基を有するオルガノシラン類および任意でそれ以外の他のオルガノクロロシラン類に適宜に水を反応させた後、必要に応じて縮合反応促進触媒を用いてさらに高分子量化し、また、添加した有機溶媒、副生する塩酸や低沸点化合物を除去することによってシラノール基（−ＳｉＯＨ）を含有したオルガノポリシロキサンを得ることができる。そして、このようにして得られるシリコーン化合物としては、下記の一般式（ａ）で表される構造単位および下記の一般式（ｂ）で表される構造単位を有するものである。

上記一般式（ａ）および（ｂ）中のＲ₁としては、上述のように、少なくとも一つはフェニル基である。そして、それ以外に、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソプロピル基、イソブチル基、ｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、２−エチルヘキシル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ビフェニル基等のアリール基、ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基等があげられる。なかでも、全てフェニル基、またはフェニル基とともにメチル基であることが好ましい。

上記シリコーン化合物を製造する際の原料となる、フェニルクロロシラン類としては、具体的には、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、トリフェニルクロロシラン、フェニルメチルジクロロシラン等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いることができる。

上記フェニルアルコキシシラン類としては、具体的には、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、トリフェニルメトキシシラン、トリフェニルエトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシラン等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いることができる。

上記他のオルガノクロロシラン類としては、具体的には、テトラクロロシラン、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン等のアルキルクロロシラン；トリフルオロプロピルトリクロロシラン、トリフルオロプロピルメチルジクロロシラン等のフッ化アルキルクロロシラン；テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン等のアルキルアルコキシシラン；トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルメチルジメトキシシラン、トリフルオロプロピルメチルジエトキシシラン等のフッ化アルキルアルコキシシランがあげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いることができる。

そして、上記縮合反応促進触媒としては、公知の縮合触媒を用いることができるが、リン化合物を縮合触媒として用いることが好ましく、特にホスフィンオキシドであるリン化合物を縮合触媒として用いることが好ましい。

上記特定のシリコーン化合物（Ｅ成分）の重量平均分子量は、１０００〜５０００の範囲であることが好ましく、特に好ましくは、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度等という観点から、重量平均分子量は１２００〜３５００である。すなわち、特定のシリコーン化合物（Ｅ成分）の重量平均分子量が小さすぎると、相分離性の観点から適切なシリコーンのドメインが形成されず、各種特性に悪影響を与える傾向がみられ、逆に特定のシリコーン化合物（Ｅ成分）の重量平均分子量が大きすぎると、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度が大幅に上昇し、ワイヤー流れが発生する傾向がみられるからである。

上記特定のシリコーン化合物（Ｅ成分）の重量平均分子量は、つぎのようにして測定，算出される。すなわち、上記特定のシリコーン化合物を用いて、トルエン溶液に調整し、２５℃で１日放置する。その後、０．４５μｍメンブランフィルターにて濾過し、得られた濾液について分子量測定を行なう。この分子量測定には、例えば、ＧＰＣ（東ソー社製、ＨＬＣ−８１２０ＧＰＣ、カラム：東ソー社製ＧＭＨ_XL、ＧＭＨ_XL、Ｇ３０００Ｈ_XL）が用いられる。また、この場合の測定条件は、カラム温度４０℃、溶離液テトラヒドロフラン、流速０．８ｍＬ／分、注入量１００μＬである。そして、検出器は、示差屈折計を用い、ポリスチレン換算により数平均分子量（Ｍｎ）とともに重量平均分子量（Ｍｗ）を算出する。

上記特定のシリコーン化合物（Ｅ成分）の含有量は、エポキシ樹脂組成物全体の０．５〜５．０重量％の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは１．０〜４．７重量％である。すなわち、特定のシリコーン化合物（Ｅ成分）が少なすぎると、高温高湿信頼性の向上効果が得られ難くなる傾向がみられ、逆に特定のシリコーン化合物（Ｅ成分）の含有量が多すぎると、エポキシ樹脂組成物の硬化物の強度を大幅に低下させる傾向がみられるからである。

＜添加剤＞
なお、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｄ成分、さらにＥ成分に加えて、各種添加剤を必要に応じて適宜配合することができる。例えば、シランカップリング剤、難燃剤、難燃助剤、離型剤、イオントラップ剤、カーボンブラック等の顔料や着色料、低応力化剤、粘着付与剤等の他の添加剤を必要に応じて適宜配合することができる。

上記シランカップリング剤としては、２個以上のアルコキシ基を有するものが好適に用いられる。具体的には、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

上記難燃剤としては、ノボラック型ブロム化エポキシ樹脂や金属水酸化物等があげられる。さらに、上記難燃助剤としては、三酸化二アンチモンや五酸化二アンチモン等が用いられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

上記離型剤としては、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸カルシウム等の化合物があげられ、例えば、カルナバワックスやポリエチレン系ワックス等が用いられ、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。中でも、直鎖飽和カルボン酸を単独で用いる系、あるいはこの直鎖飽和カルボン酸と酸化ポリエチレンワックスを併用する系が好ましく用いられる。

上記イオントラップ剤としては、イオントラップ能力を有する公知の化合物全てが使用でき、例えば、ハイドロタルサイト類、水酸化ビスマス、イットリウム酸化物等が用いられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

また、上記低応力化剤としては、例えば、アクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体等のブタジエン系ゴムやシリコーン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。

＜半導体封止用エポキシ樹脂組成物＞
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、例えば、つぎのようにして製造することができる。すなわち、上記Ａ〜Ｄ成分、さらに必要に応じて他の添加剤を配合し混合した後、ミキシングロール機等の混練機にかけ加熱状態で溶融混練する。ついで、これを室温に冷却固化させた後、公知の手段によって粉砕し、必要に応じて打錠するという一連の工程により目的とするエポキシ樹脂組成物を製造することができる。

このようにして得られる半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、その硬化物物性として、つぎのような物性を備えたものである。すなわち、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を下記の条件（ｘ）で硬化した後、下記の条件（ｙ）にて吸湿処理してなる硬化物（誘電緩和測定装置の電極の直径以上×厚み１±０．６ｍｍの円板状）を誘電緩和測定して得たイオン分極起因の誘電損失のピーク上において、誘電損失が０．８１±０．０５となる時点の周波数が２５Ｈｚ以下となる物性を備えている。
（ｘ）１７５±１０℃×１２０±４０秒間の加熱硬化の後、１７５±１０℃×３±２時間のアフターキュア。
（ｙ）１３０℃×８５％ＲＨにて８０±３０時間の吸湿処理。

上記条件（ｘ）にて硬化成形してなるエポキシ樹脂組成物の硬化物は、誘電緩和測定装置の電極の直径以上で、好ましくは厚み１±０．６ｍｍの円板状に成形される。なお、上記寸法条件は、誘電緩和測定装置の電極間距離および電極の直径に依存するものであり、電極の直径以上の直径を有するサンプルが必要であるということを意味する。

すなわち、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物が、上記物性（誘電緩和測定した際の、イオン分極起因の誘電損失のピーク上の誘電損失が０．８１±０．０５となる時点の周波数が２５Ｈｚ以下）を備えることが、従来の高温高湿信頼性特性（ＨＡＳＴ特性）における同等の吸湿処理を施して評価試験を行なった際に２００時間を超える評価結果と同等となる。このように、上記誘電損失が０．８１±０．０５となる時点の周波数が２５Ｈｚ以下となると、上記ＨＡＳＴ特性における２００時間を超える評価と同等となるのであるが、上記周波数の下限は、通常、０．０１Ｈｚである。

つぎに、上記誘電緩和測定に関して詳しく説明する。まず、上記硬化条件（ｘ）にて硬化してなる所定の大きさのエポキシ樹脂組成物硬化体を作製した後、この硬化体を上記吸湿条件（ｙ）にて吸湿処理する。この吸湿処理した硬化体を用い、誘電緩和測定装置により誘電緩和測定を行なう。上記誘電緩和測定装置としては、例えば、誘電率測定用インターフェースを有するインピーダンス測定装置と動的粘弾性測定装置との組み合わせからなる構成があげられ、このような構成により適正な測定を行うことができる。図１は、本発明の評価方法に用いられる誘電緩和測定装置の一例を示す概略図であり、１ａが誘電率測定用インターフェース、１ｂがインピーダンス測定装置、２が動的粘弾性測定装置、２ａが測定用電極を示す。すなわち、この誘電緩和測定装置においては、インピーダンス測定装置１ｂ上に接続され配置された誘電率測定用インターフェース１ａが動的粘弾性測定装置２に接続されており、動的粘弾性測定装置２に測定用電極２ａが取り付けられている。そして、上記測定用電極２ａ間に、測定対象となるサンプルを挟持させ測定に供する。なお、誘電率測定用インターフェース１ａとしては、例えば、英国ソーラトロン社製の１２９６型誘電率測定インターフェースが用いられ、インピーダンス測定装置１ｂとしては、例えば、英国ソーラトロン社製の１２５５Ｂ型インピーダンスアナライザーが用いられる。また、動的粘弾性測定装置２としては、例えば、ＴＡインスツルメント社製のＡＲＥＳが用いられる。

また、より正確な測定結果を考慮した場合、上記誘電緩和測定装置による測定は、１２５〜１３５℃雰囲気下で行うことが好ましい。より好ましくは、１２９〜１３１℃雰囲気下での測定である。

そして、ＨＡＳＴ試験と同様の信頼性を保持しつつ、短時間でかつ正確な測定結果が得られるという点から、上記誘電緩和測定装置による測定は、２〜６分間にて行うことが好ましい。

特に、誘電緩和測定装置による測定において、誘電緩和測定装置の電極間に載置された上記サンプルに対し電極を押圧しながら行うことにより、サンプルと電極との接触が良好となり、より正確な測定結果を得ることができる。なお、上記押圧は、例えば、１００〜５００ｇの荷重で行われる。

そして、このようにして得られる半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、上記硬化物物性を備えるとともに、つぎのような物性をも備えたものである。すなわち、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を１７５℃で９０秒間加熱硬化した時点でのずり弾性率が１２０ＭＰａ以上であるという物性を備えている。特に好ましくは１６０ＭＰａ以上である。このように、上記条件でのずり弾性率が１２０ＭＰａ以上であることにより、優れた連続成形性を備えることになる。なお、上記ずり弾性率の上限は、通常、８００ＭＰａ程度である。

上記ずり弾性率の測定に関して詳しく説明する。すなわち、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用い、打錠することにより直径８ｍｍ×厚み１ｍｍのタブレットを作製する。ついで、上記タブレットを用いて１７５℃で９０秒間加熱硬化した時点におけるずり弾性率を、所定の測定条件（測定温度１７５℃、測定周波数１Ｈｚ、歪み０．０３％）にて、測定装置（例えば、ボーリンインスツルメント社製のＣ−ＶＯＲ）を用いて測定する。

＜半導体装置＞
上記特性を備えたエポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子の封止方法は、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り行なうことができ、半導体装置化することができる。このようにして得られる半導体装置としては、ＩＣやＬＳＩ等の半導体装置等があげられる。

このようにして得られる本発明の半導体装置として、例えば、片面樹脂封止型パッケージがあげられる。上記片面樹脂封止型パッケージは、ビスマレイミド−トリアジン（ＢＴ）レジン等の半導体素子搭載基板上に半導体素子が搭載され、この搭載面側のみを封止樹脂にて樹脂封止された形態である。そして、通常、半導体素子と半導体素子搭載基板上の回路部分とは、銅ワイヤー等のボンディングワイヤーにて接続されている。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
まず、下記に示す各成分を準備した。

〔エポキシ樹脂ａ１〕
ビフェニル型エポキシ樹脂（三菱化学社製、ＹＸ４０００Ｈ）
〔エポキシ樹脂ａ２〕
トリフェニルメタン型エポキシ樹脂（日本化薬社製、ＥＰＰＮ−５０１ＨＹ）

〔フェノール樹脂ｂ１〕
フェノールビフェニレン樹脂（明和化成社製、ＭＥＨ−７８５１ＳＳ）
〔フェノール樹脂ｂ２〕
フェノールノボラック樹脂（三井化学株式会社製、ＶＲ８２１０）
〔フェノール樹脂ｂ３〕
トリフェニルメタン型フェノール樹脂（明和化成社製、ＭＥＨ−７５００）
〔フェノール樹脂ｂ４〕
フェノールノボラック樹脂（群栄化学工業社製、ＧＳ１８０）

〔硬化促進剤ｃ１〕
２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール（四国化成工業社製、２Ｐ４ＭＨＺ）
〔硬化促進剤ｃ２〕
リン系硬化促進剤（北興化学工業社製、ＴＰＰ−ＭＫ）
〔硬化促進剤ｃ３〕
リン系硬化促進剤（北興化学工業社製、ＴＰＰ）
〔硬化促進剤ｃ４〕
リン系硬化促進剤（北興化学工業社製、ＴＰＰ−Ｓ）

〔シリコーン化合物ｅ１〕
アルコキシ基非含有シラノール基含有シリコーン化合物（東レ・ダウコーニング社製、２１７ＦＬＡＫＥ）
〔シリコーン化合物ｅ２〕
アルコキシ基非含有シラノール基含有シリコーン化合物（東レ・ダウコーニング社製、ＳＨ６０１８ＦＬＡＫＥ）
〔シリコーン化合物ｅ３〕
アルコキシ基非含有シラノール基含有シリコーン化合物（東レ・ダウコーニング社製、２２０ＦＬＡＫＥ）
〔シリコーン化合物ｅ４〕
アルコキシ基非含有シラノール基含有シリコーン化合物（東レ・ダウコーニング社製、２５５ＦＬＡＫＥ）
〔シリコーン化合物ｅ５〕
シラノール基非含有アルコキシ基含有シリコーン化合物（東レ・ダウコーニング社製、３０７４ＩＮＴＥＲＭＥＤＩＡＴＥ）
〔シリコーン化合物ｅ６〕
シラノール基非含有アルコキシ基含有シリコーン化合物（東レ・ダウコーニング社製、ＳＲ２４０２）
〔シリコーン化合物ｅ７〕
シラノール基非含有アルコキシ基含有シリコーン化合物（東レ・ダウコーニング社製、ＡＹ４２−１６３）
〔シリコーン化合物ｅ８〕
シラノール基非含有アルコキシ基含有シリコーン化合物（東レ・ダウコーニング社製、３０３７ＩＮＴＥＲＭＥＤＩＡＴＥ）
〔シリコーン化合物ｅ９〕
シラノール基非含有アルコキシ基含有シリコーン化合物（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、ＴＳＲ１６５）
〔シリコーン化合物ｅ１０〕
シラノール基非含有アルコキシ基含有シリコーン化合物（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、ＸＲ３１−Ｂ２７３３）
〔シリコーン化合物ｅ１１〕
シラノール基非含有アルコキシ基含有シリコーン化合物（信越化学工業社製、ＫＲ−５００）
〔シリコーン化合物ｅ１２〕
シラノール基非含有アルコキシ基含有シリコーン化合物（信越化学工業社製、ＫＲ−９２１８）
〔シリコーン化合物ｅ１３〕
シラノール基非含有アルコキシ基含有シリコーン化合物（小西化学工業株式会社製、ＳＲ−２３）

〔無機質充填剤〕
球状溶融シリカ粉末（平均粒径１３μｍ）

〔顔料〕
カーボンブラック

〔難燃剤〕
水酸化マグネシウム

〔シランカップリング剤〕
３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン

〔離型剤〕
直鎖飽和カルボン酸（ベーカー・ペトロライト社製，Ｕｎｉｃｉｄ−７００）

〔実施例１〜１０、比較例１〜１９〕
後記の表１〜表３に示す各成分を同表に示す割合で配合し、ミキサーにて充分混合した後、２軸混練機を用い１００℃にて２分間溶融混練した。つぎに、この溶融物を冷却した後、固体状になったものを粉末状に粉砕することにより目的とする粉末状エポキシ樹脂組成物を作製した。

このようにして得られた実施例および比較例の各エポキシ樹脂組成物を用い、下記に示す方法に従って、物性・特性を測定，評価した。これらの結果を後記の表１〜表３に併せて示す。

（１）誘電緩和測定における周波数物性
ａ）サンプルの作製
上記調製の各エポキシ樹脂組成物を用い、金型を用いて１７５℃で１２０秒間のプレス成型を行い、さらに１７５℃で３時間の後硬化を行うことにより、直径５０ｍｍで厚み１ｍｍの円板状樹脂硬化体サンプルを作製した。

ｂ）吸湿処理
上記サンプルに、１３０℃×８５％ＲＨでの８０時間の吸湿処理条件にて吸湿処理を施した。

ｃ）誘電緩和測定
ソーラトロン社製の１２９６型誘電率測定インターフェースを、ソーラトロン社製の１２５５Ｂ型インピーダンスアナライザーに接続した。つぎに、動的粘弾性測定装置であるＴＡインスツルメント社製のＡＲＥＳに測定用電極（電極直径３０ｍｍ）を取り付けた後、動的粘弾性測定装置を上記誘電率測定インターフェースに接続した。このようにして誘電緩和測定装置を完成させた（図１参照）。そして、上記動的粘弾性測定装置の恒温槽の設定温度を１３０℃にし、ギャップゼロ設定を行った後、恒温槽の扉を開け、測定用電極間に上記作製のサンプルをセットし、恒温槽の扉を閉めた。測定用電極間には荷重を４００ｇ程度かけ、サンプルと電極とを充分に接触させた。このようにサンプルをセットしてから５分後、誘電緩和測定を開始した。また、上記サンプルと同一ギャップ（１ｍｍ）で、別途、空気の誘電率測定も行った。なお、誘電緩和測定条件は、以下の条件で行った。
・ＡＣ電圧：１Ｖ
・周波数範囲：１００００００Ｈｚ〜０．０１Ｈｚ
・積算時間：１秒

ｄ）データ解析
空気の誘電率測定結果から、空気の平均の誘電率を算出した。つぎに、サンプルの誘電緩和測定結果（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｒｅａｌと、ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｉｍａｇｅｎａｒｙ）から、これらを空気の平均の誘電率で割り算規格化し、サンプルの誘電率と誘電損失を算出した。そして、サンプルの誘電損失を測定周波数に対してプロットし、イオンの分極由来のシグナルを確認し、上記シグナルの中で、誘電損失の値が０．８１２となっているところの周波数（誘電緩和測定での既定の周波数Ｋ）（Ｈｚ）を読み取った。

（２）銅ワイヤーに対する高温高湿信頼性の指標
得られた実施例および比較例の各エポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子を、トランスファー成形機により、トランスファー成形（条件：成形温度１７５℃×成形時間１２０秒間の加熱硬化＋１７５℃×１８０分間のアフターキュア）することにより、つぎのような片面樹脂封止型パッケージを作製した。すなわち、半導体素子搭載基板であるＢＴレジン（ＪＣＩ社製）（大きさ：４９ｍｍ×４９ｍｍ×厚み０．２１ｍｍ）上に、半導体素子であるＳｉチップ（大きさ：３０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み０．２ｍｍ）を搭載して固定し、この搭載面側のみを樹脂封止（封止樹脂サイズ：４９ｍｍ×４９ｍｍ×厚み０．７ｍｍ）することにより片面封止タイプの半導体装置を作製した。なお、ＳｉチップとＢＴレジン上の回路部分との接続には銅製のボンディングワイヤーを用いた。

そして、得られた片面樹脂封止型パッケージを用い、高温高湿環境下（１３０℃×８５％ＲＨ）での信頼性試験（バイアス無し）を行なった。その後、高温高湿処理後の片面樹脂封止型パッケージの抵抗値測定を行ない、抵抗値の上昇率が１０％以上となった場合を断線不良（銅ワイヤーに対する）と判断して、この断線不良が発生する高温高湿処理時間を高温高湿信頼性の不良発生時間（ＮＧ時間）とした。

（３）ずり弾性率の測定
得られた実施例および比較例の各エポキシ樹脂組成物を用い、打錠することにより直径８ｍｍ×厚み１ｍｍのタブレットを作製した。ついで、上記タブレットを用いて１７５℃で９０秒間加熱硬化した時点におけるずり弾性率を、下記の測定条件にて、下記の測定装置を用いて測定した。
・測定条件：測定温度１７５℃、測定周波数１Ｈｚ、歪み０．０３％。
・測定装置：ボーリンインスツルメント社製、Ｃ−ＶＯＲ。

（４）連続成形性
予め成形金型をクリーニングおよび離型処理したものを準備して、実施例および比較例で得られたエポキシ樹脂組成物を用いて、トランスファー成形（成形温度１７５℃、成形時間９０秒）にてパッケージの封止作業工程を繰り返した（連続成形工程）。そして、エポキシ樹脂組成物が成形金型に張り付く状態（スティッキング）が確認された時点で成形工程を停止し、その停止に至った成形ショット数を測定，カウントした。
なお、上記評価パッケージには、半導体素子を搭載していない半導体素子搭載基板〔ＢＴレジン（ＪＣＩ社製）（大きさ：４９ｍｍ×４９ｍｍ×厚み０．２１ｍｍ）〕を用いた。
そして、上記の結果、下記のようにして評価し表示した。
○：トランスファー成形による連続成形工程（封止作業工程）を行ない、成形ショット数が５００回を超えてもスティッキングが発生しなかった。
×：トランスファー成形による連続成形工程（封止作業工程）を行ない、成形ショット数が５００回以下にてスティッキングが発生した。

上記結果から、前記（Ａ）〜（Ｅ）成分に相当する各成分を含有し、かつ前記二つの物性（特定の周波数およびずり弾性率）を兼ね備えたエポキシ樹脂組成物を用いた実施例品は、高温高湿信頼性に優れるとともに、連続成形性に関しても良好な結果であった。

これに対して、前記硬化物物性を外れ周波数が２５Ｈｚを超える、あるいはずり弾性率が１２０ＭＰａ未満となるエポキシ樹脂組成物、もしくは硬化物物性である周波数が２５Ｈｚを超え、かつずり弾性率が１２０ＭＰａ未満となるエポキシ樹脂組成物を用いた比較例品は、少なくとも高温高湿信頼性に劣るか、連続成形性に関して劣る結果となった。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、これを用いて形成された封止樹脂が、良好な連続成形性を維持しつつ、銅ワイヤーに対する高温高湿信頼性特性（ＨＡＳＴ特性）に優れた半導体装置を得ることを可能とするため、各種半導体素子の封止材料として有用である。

Claims

下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を下記の条件（ｘ）で硬化した後、下記の条件（ｙ）にて吸湿処理してなる硬化物（誘電緩和測定装置の電極の直径以上×厚み１±０．６ｍｍの円板状）を誘電緩和測定した際に、イオン分極起因の誘電損失のピーク上において、誘電損失が０．８１±０．０５となる時点の周波数が２５Ｈｚ以下となり、かつ上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を１７５℃で９０秒間加熱硬化した時点でのずり弾性率が１２０ＭＰａ以上であることを特徴と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）硬化促進剤。
（Ｄ）無機質充填剤。
（ｘ）１７５±１０℃×１２０±４０秒間の加熱硬化の後、１７５±１０℃×３±２時間のアフターキュア。
（ｙ）１３０℃×８５％ＲＨにて８０±３０時間の吸湿処理。
上記（Ａ）〜（Ｄ）成分に加えて、下記の（Ｅ）成分を含有する請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
（Ｅ）上記（Ａ）成分であるエポキシ樹脂および／または（Ｂ）成分であるフェノール樹脂と反応可能な官能基を有するシリコーン化合物。
（Ｂ）成分であるフェノール樹脂が、多官能フェノール樹脂である請求項１または２記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子を樹脂封止してなる半導体装置。