JP2014111704A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物および半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐湿信頼性、パッケージ反り抑制に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物提供
【解決手段】エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、無機充填剤、硬化促進剤、下式のイソシアネートシランカップリング剤を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物。

【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および半導体装置に関する。

集積回路等の半導体素子は、これを外部環境から保護して各種信頼性を確保するとともに基板への実装を容易にするためパッケージが必要である。パッケージには種々の形態があるが、一般には低圧トランスファ成形法で封止したパッケージが広く用いられている。

近年では、電子機器の小型化、薄型化に伴い、パッケージはプリント配線基板の表面に実装される表面実装型が主流になっている。また、表面実装型パッケージの中でも、実装密度の高いエリア実装型パッケージが広く用いられている。

エリア実装型パッケージは、例えば、回路基板上に半導体素子が固定され、半導体素子の電極パッドと回路基板上の電極パッドとの間はワイヤにより電気的に接続される。そして、回路基板の半導体素子が搭載された片面側のみが封止される。回路基板上の電極パッドは回路基板上の非封止面側の半田ボールと内部で接合される。

このエリア実装型パッケージの封止材料としては、生産性、コスト等の面から、エポキシ樹脂組成物が広く用いられている。エポキシ樹脂組成物は電気特性、耐湿性、耐熱性、機械特性、インサート品との接着性等の諸特性のバランスが良く、経済性と性能とのバランスにも優れた封止材料である。

このようなエリア実装型パッケージは、多湿下ではエポキシ樹脂組成物に含まれるＣｌイオン等のイオン性不純物が動きやすくなる影響により、回路の腐食が進みやすくなるため、半導体装置がその機能を維持できる耐湿信頼性が要求されている。

また、エリア実装型パッケージは、半導体素子が搭載された回路基板の片面のみがエポキシ樹脂組成物で封止された片面封止型パッケージであるため、回路基板とエポキシ樹脂組成物との熱膨張率の差に起因するパッケージの反りの問題がある。このパッケージの反りは、特に成形後の冷却時や高温に曝されるリフロー時に起こりやすい。

また、片面封止タイプのＢＧＡパッケージ等においては、近年におけるワイヤの細線化や配線ピッチの縮小化によりワイヤスイープが起こりやすくなっている。このワイヤスイープを低減させるためには、封止樹脂の高流動化が不可欠である。そして高流動化の実現には、無機充填剤の配合量を少なく抑えること、および低粘度の樹脂を用いることが必要である。ところが、環境対応の観点等からの制約もあり無機充填剤の配合量を低減することが困難な状況にある。

一方、近年の金の価格高騰により、従来の半導体装置に用いられてきた金ワイヤをより安価な銅ワイヤに切り替えることが検討され始めている。

ところが、銅ワイヤは金ワイヤよりも耐湿信頼性に劣るため、銅ワイヤを用いた半導体装置の封止に用いるエポキシ樹脂組成物の開発においては、これまで耐湿信頼性に重点を置いた開発が中心に行われ、提案がなされている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１１−５８００３号公報

しかしながら、銅ワイヤ等を用いた半導体装置において、封止材料としてエポキシ樹脂組成物を用いる場合には、十分な耐湿信頼性とともに、前述のようにパッケージの反りをさらに抑制することが求められている。

本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、耐湿信頼性に優れ、パッケージの反りの抑制にも優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物とそれを用いた半導体装置を提供することを課題としている。

特に、本発明は、銅ワイヤを用いた場合にも耐湿信頼性を確保することができ、パッケージの反りも抑制することができ、成形時のワイヤ変形も抑制することができる半導体封止用エポキシ樹脂組成物とそれを用いた半導体装置を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するために、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、フェノール樹脂硬化剤、無機充填剤、硬化促進剤、およびカップリング剤を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、前記カップリング剤として、下記式（I）

（式中、Ｒ¹は(ＣＨ₂)_n（ｎは１〜３の整数を示す。）を示し、Ｒ²は炭素数１〜３のアルコキシ基を示す。）で表されるイソシアネートシランカップリング剤を含有することを特徴としている。

この半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、前記カップリング剤の全量に対する前記イソシアネートシランカップリング剤の含有量が、５〜９０質量％の範囲内であることが好ましい。

この半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、前記エポキシ樹脂として、下記式（II）

で表わされるチオエーテル型エポキシ樹脂を含有することが好ましい。

この半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、回路基板の半導体素子が搭載された片面側のみが封止される片面封止型パッケージの封止に使用されることが好ましい。

この半導体封止用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、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して７０〜９２質量％の範囲内であることが好ましい。

本発明の半導体装置は、前記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物により半導体素子が封止されていることを特徴とする。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物および半導体装置によれば、耐湿信頼性に優れ、パッケージの反りも抑制することができる。

以下に、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において、エポキシ樹脂としては、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ず各種のものを用いることができる。

具体的には、例えば、グリシジルエーテル型、グリシジルアミン型、グリシジルエステル型、オレフィン酸化型（脂環式）等の各種のエポキシ樹脂を用いることができる。

さらに具体的には、例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、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等のアルキル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、フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する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ナフト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、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多官能型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラキスフェノールエタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型ブロム含有エポキシ樹脂等のブロム含有エポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸等のポリアミンとエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂、フタル酸、ダイマー酸等の多塩基酸とエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂等を用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく２種以上を併用してもよい。

これらの中でも、ビフェニル型エポキシ樹脂を好適に用いることができ、特に結晶性のビフェニル型エポキシ樹脂を好適に用いることができる。結晶性のビフェニル型エポキシ樹脂は、非常に強い結晶性を示すため、融点未満の温度では固体であるが、融点以上の温度では低粘度の液状物質となる。そのため溶融シリカ等の無機充填剤を高充填化しても、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の成形時の溶融粘度を低くすることができる。また、剛直な分子骨格を有しており、かつ結晶化する性質、すなわち分子同士が配向しやすいという特徴も有している。そのため、成形時の銅ワイヤの変形とパッケージの反りも抑制することができる。

また、前記の式（II）で表わされるチオエーテル型エポキシ樹脂を好適に用いることができる。このチオエーテル型エポキシ樹脂を前記の式（I）で表されるイソシアネートシランカップリング剤を含むカップリング剤と併用することで、チオエーテル型エポキシ樹脂によって流動性が向上し成形性をより高めることができると共に、パッケージの反り、特に熱時の反りも抑制することができる。このような点を考慮すると、式（II）で表わされるチオエーテル型エポキシ樹脂の含有量は、エポキシ樹脂の全量に対して１５〜６０質量％が好ましく、特にビフェニル型エポキシ樹脂と式（II）で表わされるチオエーテル型エポキシ樹脂を併用することが好ましい。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物におけるエポキシ樹脂の含有量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して５〜２０質量％が好ましい。含有量をこの範囲内とすることにより、封止樹脂の流動性や成形品の物性等を高めることができる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、フェノール樹脂硬化剤が配合される。フェノール樹脂硬化剤としては、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、ナフトールノボラック樹脂等のノボラック型樹脂、フェニレン骨格またはビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン骨格またはビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型樹脂、トリフェノールメタン型樹脂等の多官能型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン型ナフトールノボラック樹脂等のジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のビスフェノール型樹脂、ビスフェノールＳ等の硫黄原子含有型フェノール樹脂、トリアジン変性ノボラック樹脂等を挙げることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

フェノール樹脂硬化剤は、硬化性等を考慮すると、水酸基当量は７０〜２５０ｇ／ｅｑが好ましく、軟化点は５０〜１１０℃が好ましい。なお、軟化点は、ＪＩＳＫ７２３４に準拠し、軟化点測定器を用いて環球法によって測定することができる。

フェノール樹脂硬化剤の含有量は、好ましくは、フェノール性水酸基とエポキシ基との当量比（ＯＨ基当量／エポキシ基当量）が０．５〜１．５となる量であり、より好ましくは当量比が０．８〜１．２となる量である。当量比がこのような範囲内であると、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化性を高め、ガラス転移温度の低下を抑制し、耐湿信頼性を高めることができる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、無機充填剤が配合される。無機充填剤を配合することにより、得られる硬化物の線膨張係数を低減することができる。無機充填剤としては、特に制限されず、例えば公知のものを用いることができる。具体的には、例えば、溶融球状シリカ等の溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、タルク、炭酸カルシウム、クレー等を用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

これらの中でも、充填性や流動性を考慮すると、溶融球状シリカが好ましく、特に真球に近いものが好ましい。熱伝導性を考慮すると、アルミナ、結晶シリカ、窒化珪素等が好ましい。

無機充填剤の平均粒径は、特に限定されないが、例えば０．２〜７０μｍの範囲のものを用いることができる。中でも流動性の向上等の観点からは、平均粒径が０．５〜１０μｍの範囲のものが好ましい。なお、ここで平均粒径は、市販のレーザー回折・散乱式粒度分布測定装置を用いて、レーザー回折・散乱法による粒度分布の測定値から、累積分布によるメディアン径（ｄ５０、体積基準）として求めることができる。

さらに、粘度や硬化物の物性を調整するために、粒径の異なる無機充填剤を２種以上組み合わせて用いてもよい。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物における無機充填剤の配合量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して好ましくは７０〜９２質量％、より好ましくは８０〜９０質量％の範囲である。無機充填剤の配合量をこの範囲内とすることにより、成形時の流動特性を損なうことなく熱膨張等を抑制し、耐湿信頼性も高めることができる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、硬化促進剤が配合される。硬化促進剤としては、例えば、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］ノネン−５、５，６−ジブチルアミノ−１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７等のシクロアミジン類、２−（ジメチルアミノメチル）フェノール、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール等の第３級アミン類、トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリス（４−メチルフェニル）ホスフィン、ジフェニルホスフィン、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・エチルトリフェニルボレート、テトラブチルホスホニウム・テトラブチル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、２−エチル−４−メチルイミダゾール・テトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモルホリン・テトラフェニルボレート等のテトラフェニルボロン塩等を挙げることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

硬化促進剤の含有量は、エポキシ樹脂と硬化剤の合計量に対して０．１〜５質量％が好ましい。この範囲内とすることにより、他の特性を損なうことなく硬化を促進することができる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、カップリング剤として、前記の式（I）で表されるイソシアネートシランカップリング剤が配合される。式（I）において、Ｒ¹は(ＣＨ₂)_n（ｎは１〜３の整数を示す。）を示し、メチレン基、エチレン基、またはプロピレン基である。Ｒ²は炭素数１〜３のアルコキシ基を示し、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、またはｉ−プロポキシ基である。３つのＲ¹および３つのＲ²はそれぞれ同一であっても互いに異なっていてもよい。

前記の式（I）で表されるイソシアネートシランカップリング剤は、分子内のアルコキシ基が多官能であるため無機充填剤との密着性を向上させることができ、耐湿信頼性を向上することができるとともに、成形時のパッケージの反りを抑制することができる。特に、銅ワイヤを用いた場合にも耐湿信頼性を確保することができ、パッケージの反りも抑制することができる。

中でも、前記の式（I）で表されるイソシアネートシランカップリング剤を他のカップリング剤と併用すると、流動性が向上し、成形時のワイヤ変形も抑制することができる。すなわち本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、前記の式（I）で表されるイソシアネートシランカップリング剤と他のカップリング剤とを併用することにより、耐湿信頼性の向上およびパッケージの反りの抑制とともに、銅ワイヤ等のワイヤの変形も抑制することができる。

このような他の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メチルジエトキシシラン、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等のグリシドキシシラン、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、Ｎ−β（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン等のシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、アルミニウム／ジルコニウムカップリング剤等を挙げることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

カップリング剤の全量に対する式（I）で表されるイソシアネートシランカップリング剤の含有量は、５〜９０質量％の範囲内であることが好ましく、４０〜９０質量％の範囲内であることがより好ましい。この範囲内であると、成形時のワイヤ変形を抑制することができ、かつ、銅ワイヤを用いた場合にも耐湿信頼性を確保することができ、パッケージの反りも抑制することができる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物におけるカップリング剤の含有量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して０．１〜１．０質量％の範囲内であることが好ましく、０．２〜０．６質量％の範囲内であることがより好ましい。この範囲内であると、硬化物の密着性を向上させることができる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲内において、以上に例示した成分以外に、さらに他の成分を配合することができる。このような成分としては、例えば、離型剤、着色剤、イオン捕捉剤等を挙げることができる。

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、モンタン酸、ステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸およびその金属塩、パラフィン等を用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

着色剤としては、例えば、カーボンブラック、ベンガラ、酸化チタン、フタロシアニン、ペリレンブラック等を用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

イオン捕捉剤としては、通常エポキシ樹脂組成物に配合可能なものであれば特に制限なく用いることができ、例えば、ハイドロタルサイト系イオン交換体を好適に用いることができる。イオン捕捉剤を配合することにより、半導体封止用エポキシ樹脂組成物中における腐食の原因となるイオン性不純物を捕捉し、耐湿信頼性の低下を防止することができる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、例えば、前記のエポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、無機充填剤、硬化促進剤、カップリング剤および必要に応じて他の成分を配合し、ミキサー、ブレンダー等を用いて十分均一になるまで混合し、その後、熱ロールやニーダー等の混練機により加熱状態で溶融混合し、これを室温に冷却した後、公知の手段により粉砕することにより製造することができる。

なお、半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、粉末状であってもよいが、取り扱いを容易にするために、成形条件に合うような寸法と質量に打錠したタブレットとしてもよい。

本発明の半導体装置は、以上のようにして得られた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ことにより製造することができる。

半導体素子としては、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、固体撮像素子等を挙げることができる。

本発明の半導体装置のパッケージ形態としては、特に限定されず、エリア実装型やリードフレーム型等の表面実装型の各種のものであってよいが、ＱＦＰ(Quad Flat Package)等の両面封止タイプに比べてＢＧＡ（Ball Grid Array）、特にＰＢＧＡ（Plastic Ball Grid Array）等の片面封止型パッケージに本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いることで、有効に反りを制御することができる。

またエリア実装型パッケージは、半導体素子が搭載された回路基板の片面のみがエポキシ樹脂組成物で封止された片面封止型パッケージであるため、回路基板とエポキシ樹脂組成物との熱膨張率の差に起因するパッケージの反りの問題があり、このパッケージの反りは、特に成形後の冷却時や高温に曝されるリフロー時に起こりやすいが、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いることでリフロー時のパッケージの反りが有効に抑制される。

エリア実装型パッケージは、例えば、回路基板上にダイボンド材の硬化物を介して半導体素子が固定される。半導体素子の電極パッドと回路基板上の電極パッドとの間はワイヤにより電気的に接続される。例えば、ボンディングワイヤが銅の場合、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いることで従来以上に耐湿信頼性を向上させることができるが、銅に限らず従来の金ワイヤや銀ワイヤでも同様に耐湿信頼性は向上する。そして本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物により、回路基板の半導体素子が搭載された片面側のみが封止される。回路基板上の電極パッドは回路基板上の非封止面側の半田ボールと内部で接合される。

本発明の半導体装置は、例えば次のようにして製造される。例えば、半導体素子を搭載した回路基板等を金型キャビティ内に設置した後、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を低圧トランスファ成形法、コンプレッション成形法、インジェクション成形法等の方法で成形硬化することができる。

低圧トランスファ成形法の場合は、半導体素子が搭載された回路基板等を金型のキャビティ内に配置した後、このキャビティ内に溶融状態の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を所定の圧力で注入し、溶融した半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、回路基板上の半導体素子を包み込みながらキャビティ内を流動し、キャビティ内に充満する。

このときの注入圧力は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物や半導体装置の種類に応じて適宜に設定することができるが、例えば４〜７ＭＰａ、金型温度は、例えば１６０〜１９０℃、成形時間は、例えば３０〜３００秒に設定することができる。

次に、金型を閉じたまま後硬化（ポストキュア）を行った後、型開きして成形物すなわち半導体装置（パッケージ）を取り出す。このときの後硬化条件は、例えば１６０〜１９０℃で２〜８時間に設定することができる。

以下に、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、表１および表２に示す配合量は質量部を表す。

表１および表２に示す配合成分として、以下のものを用いた。
（エポキシ樹脂）
ビフェニル型エポキシ樹脂、三菱化学（株）製「ＹＸ４０００Ｈ」、エポキシ当量 １８７〜１９７ｇ／ｅｑ、融点１０５℃
前記の式（II）で表わされるチオエーテル型エポキシ樹脂、東都化成株式会社製「ＹＳＬＶ１２０ＴＥ」
（フェノール樹脂硬化剤）
フェノールノボラック樹脂、明和化成工業（株）製「Ｈ−１」、水酸基当量１０４ｇ／ｅｑ、軟化点８６℃
（無機充填剤）
溶融シリカ
（硬化促進剤）
テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、北興化学工業（株）製「ＴＰＰ−Ｋ」
（カップリング剤）
イソシアネートシランカップリング剤、信越化学工業（株）製「ＫＢＭ９６５９」
エポキシシランカップリング剤、信越化学工業（株）製「ＫＢＭ８０３」
アミノシランカップリング剤、信越化学工業（株）製「ＫＢＭ５７３」
（イオン捕捉剤）
ハイドロタルサイト系イオン交換体、東亜合成（株）製「ＩＸＥ７００Ｆ」
（離型剤）
カルナバワックス
（着色剤）
カーボンブラック
表１および表２に示す各配合成分を、表１および表２に示す割合で配合し、ミキサーにより均一に混合分散した後、約１００℃に加熱したニーダーで混練溶融させて押し出し、冷却、粉砕後、圧縮によりタブレット化した半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。

この半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて次の評価を行った。
＜実施例１〜３、比較例１〜３＞
[溶融粘度]
スリット粘度測定金型を用いて、１７５℃における溶融粘度を測定した。
[ワイヤ変形率]
２０μｍφ、５ｍｍ長の銅ワイヤで半導体素子と回路基板を電気接続し、上記の成形条件でパッケージを作製した。得られたパッケージについて、軟Ｘ線装置を用いてワイヤ変形率を測定した。
[パッケージの反り]
３５ｍｍ×３５ｍｍのＰＢＧＡを低圧トランスファ成形法により作製した。半導体素子として８ｍｍ×９ｍｍ×０．３５ｍｍのチップを用い、厚み０．５０ｍｍの回路基板を用いて、２９ｍｍ×２９ｍｍ×１．１７ｍｍｔのサイズに封止した。

成形条件は、金型温度１７５℃、成形圧力１０ＭＰａ、注入時間１３ｓ、キュア時間９０ｓとし、成形後、後硬化（１７５℃×４ｈｒ）、リフロー処理（ｍａｘ２６５℃）を行った。

得られたパッケージについて、表面形状測定機を用いて、常温およびリフロー処理（ｍａｘ２６５℃）後の封止面の反りを測定し、その結果から反り変化幅を求めた。
[耐湿信頼性]
２０μｍφ、５ｍｍ長の銅ワイヤで半導体素子と回路基板を電気接続し、上記の成形条件でパッケージを作製した。得られたパッケージについて、ＩＥＣ６８−２−６６に準拠してＨＡＳＴ（Highly Accelerated temperature and humidity Stress Test）試験を行った。試験条件は１３０℃、８５％ＲＨとした。

信頼性評価（I）として抵抗値１００％上昇までの時間を測定し、信頼性評価（２）として回路のオープン不良発生率が５０％になるまでの時間を測定した。回路のオープン不良発生率は、パッケージ１個当り４つの端子について回路のオープン不良の有無を観察し、５個のパッケージで合計２０回路を観察して不良回路の個数を測定した。

測定結果を表１に示す。

＜実施例４、５、参考例１＞
[スパイラルフロー]
ＡＳＴＭ Ｄ３１２３に準じたスパイラルフロー測定金型を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ²、成形時間１２０秒の条件にて半導体封止用エポキシ樹脂組成物の成形を行い、流動距離（ｃｍ）を測定した。
[スリット粘度]
矩形粘度測定機（パナソニック（株）製）を用いてスリット粘度を測定した。幅Ｗ、厚さＤの長尺スリットの上流側と下流側にそれぞれ圧力センサＳ₁、Ｓ₂を設け（センサ間距離Ｌ）、金型温度を１７５℃として注入圧：９．８ＭＰａ、注入速度Ｑ：１．３ｍｍ／ｓ、ポット保持時間：５ｓの条件にて圧力センサＳ₁上流から０．４ｍｍｔのスリット内へ半導体封止用エポキシ樹脂組成物を注入してスリット内を通過させ、圧力センサＳ₁、Ｓ₂により圧力損失ΔＰを測定し、下記式からスリット粘度ηを求めた。
ΔＰ＝（１２η／ＷＤ³）ＱＬ
[パッケージの反り]
前記の通り、実施例１〜３、比較例１〜３と同様の方法で測定を行った。

測定結果を表２に示す。

表１より、前記の式（I）で表されるイソシアネートシランカップリング剤を配合した実施例１〜３は、これを配合せず他のカップリング剤を配合した比較例１〜３に比べて、銅ワイヤを用いたパッケージに対して耐湿信頼性に優れ、同時に反りの抑制にも優れていた。特に、リフロー処理後の封止面の反りを抑制することができた。

なお、常温の反りは現状の標準的な封止材料を基準にすると１４０〜１９５μｍと同等かそれ以下が望ましく、リフロー温度の反りは−３００μｍと同等かそれ以下が望ましい。信頼性評価（１）は、現状の標準的な封止材料を基準にすると５００ｈｒ以上、信頼性評価（２）は１０００ｈｒ以上が一つの目安となる。実施例１〜３はいずれもこれらの基準を満足していた。

実施例２、３では、カップリング剤として、前記の式（I）で表されるイソシアネートシランカップリング剤と、それ以外のカップリング剤を併用した。これらの実施例２、３では、成形時のワイヤ変形を抑制することができた。なお、溶融粘度は現状の標準的な封止材料を基準にすると５．０程度かそれ以下が望ましく、ワイヤ変形率は３．７程度かそれ以下が望ましい。実施例２、３はこれらの基準をいずれも満足していた。また銅ワイヤを用いたパッケージに対する耐湿信頼性にも優れ、同時に反りの抑制にも優れていた。

表２より、さらに式（II）で表わされるチオエーテル型エポキシ樹脂を式（I）で表されるイソシアネートシランカップリング剤を含むカップリング剤と併用することで、実施例４、５では、参考例１に比べて、チオエーテル型エポキシ樹脂によって流動性が向上し成形性をより高めることができると共に、パッケージの反り、特に熱時の反りも抑制することができた。

Claims (6)

1. エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、無機充填剤、硬化促進剤、およびカップリング剤を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、前記カップリング剤として、下記式（I）
   

   

   （式中、Ｒ¹は(ＣＨ₂)_n（ｎは１〜３の整数を示す。）を示し、Ｒ²は炭素数１〜３のアルコキシ基を示す。）で表されるイソシアネートシランカップリング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。
2. 前記カップリング剤の全量に対する前記イソシアネートシランカップリング剤の含有量が、５〜９０質量％の範囲内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エポキシ樹脂組成物。
3. 前記エポキシ樹脂として、下記式（II）
   

   

   で表わされるチオエーテル型エポキシ樹脂を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
4. 回路基板の半導体素子が搭載された片面側のみが封止される片面封止型パッケージの封止に使用されることを特徴とする請求項１から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。
5. 前記無機充填剤の含有量が、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して７０〜９２質量％の範囲内であることを特徴とする請求項１から４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。
6. 請求項１から５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の硬化物により半導体素子が封止されていることを特徴とする半導体装置。