JP2022057463A

JP2022057463A - 封止用樹脂組成物、及び半導体装置

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Publication number: JP2022057463A
Application number: JP2020165738A
Authority: JP
Inventors: イーハンレオン; Yihan Leon; ニティングラグ; Gulag Nitin
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2022-04-11

Abstract

【課題】本発明の課題は、封止材を作製するために用いることができ、この封止材は金属及び半導体素子との高い密着性を有することができる封止用樹脂組成物を提供することである。【解決手段】本発明の一態様に係る封止用樹脂組成物は、無機充填剤（Ｃ）、エポキシ樹脂（Ａ）、フェノール系硬化剤（Ｂ）、及びペンタエリスリトール骨格を有する多官能シランカップリング剤（Ｄ）を含有する。【選択図】図１

Description

本発明は、封止用樹脂組成物、及び半導体装置に関し、詳しくはエポキシ樹脂を含有する封止用樹脂組成物、及びこの封止用樹脂組成物から作製された封止材を備える半導体装置に関する。

半導体素子の封止に当たり、生産性向上、コスト低減等の目的で、樹脂封止が行われることがある。樹脂封止は、例えばエポキシ樹脂、フェノール系硬化剤、硬化促進剤、及び無機充填材を含有する封止用樹脂組成物を成形して封止材を作製することで行われている。

封止材で封止された半導体装置は、例えばリードフレームと、リードフレームに搭載されている半導体素子と、半導体素子とリードフレームとを電気的に接続するワイヤとを備え、封止材が半導体素子を封止している（特許文献１参照）。このため、封止材はリードフレームとワイヤに接している。

特許文献１では、封止材とリードフレームとの密着性を向上するために、エポキシ樹脂、フェノール樹脂系硬化剤、硬化促進剤、及び無機充填材を含有する封止用エポキシ樹脂組成物に、更に分子中に１個のニトロ基を持つ芳香族多価カルボン酸を含有させることが、提案されている。

特開２０１４－１１４４２６号公報

特に表面実装型の半導体装置をリフロー工程で基板等に実装する場合には、封止材が吸収した水分の膨張及び封止材内に生じる熱応力などにより、封止材がリードフレームなどの金属部分や半導体素子から剥離することがある。封止材の剥離は半導体装置の信頼性低下を招く。近年、特に車載用の半導体装置などの過酷な環境下で使用される半導体装置には高い信頼性が求められているため、封止材とリードフレームなどの金属部分及び半導体素子などの間の更なる高い密着性を確保する必要がある。

本発明の課題は、封止材を作製するために用いることができ、この封止材は金属及び半導体素子との高い密着性を有することができる封止用樹脂組成物、及びこの封止用樹脂組成物から作製された封止材を備える半導体装置を提供することである。

本発明の一態様に係る封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ）、フェノール系硬化剤（Ｂ）、無機充填剤（Ｃ）、及びペンタエリスリトール骨格を有する多官能シランカップリング剤（Ｄ）を含有する。

本発明の一態様に係る半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子を封止する封止材とを備える。前記封止材は、前記封止用樹脂組成物の硬化物である。

本発明によれば、封止材を作製するために用いることができ、この封止材は金属との高い密着性を有することができる封止用樹脂組成物、及びこの封止用樹脂組成物から作製された封止材を備える半導体装置を提供できる。

本発明の実施形態における半導体装置の概略の断面図である。

以下、本発明の一実施形態について説明する。

本実施形態に係る封止用樹脂組成物（組成物（Ｘ）という）は、無機充填剤（Ｃ）、エポキシ樹脂（Ａ）、フェノール系硬化剤（Ｂ）、及びペンタエリスリトール骨格を有する多官能シランカップリング剤（Ｄ）を含有する。

本実施形態によると、特に多官能シランカップリング剤（Ｄ）によって、組成物（Ｘ）から作製された封止材と金属との親和性が高まりやすい。また、封止材の高温時（例えば２６０℃）の弾性率を低減でき、このため、高温下などで封止材と金属との間の生じる応力が緩和されやすい。このため、封止材の金属及び半導体素子との密着性が向上できる。さらに、多官能シランカップリング剤（Ｄ）は、封止材からブリードアウトしにくいため、ブリードアウトによる汚れを生じさせにくく、また多官能シランカップリング剤（Ｄ）は封止材のガラス転移温度を低下させにくいので封止材の耐熱性を低下させにくい。

このため、封止材を備える半導体装置が、リフロー処理などにより加熱されても、封止材の剥離が生じにくく、そのため半導体装置が高い信頼性を有することができる。

組成物（Ｘ）の組成について、更に詳しく説明する。

組成物（Ｘ）は、エポキシ樹脂（Ａ）とフェノール系硬化剤（Ｂ）とを含有することで、組成物（Ｘ）から作製される封止材が、金属及び半導体素子との高い密着性を有しやすい。

エポキシ樹脂（Ａ）について説明する。エポキシ樹脂（Ａ）は、例えばグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂及びオレフィン酸化型（脂環式）エポキシ樹脂からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有できる。より具体的には、エポキシ樹脂は、例えば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といった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、ビフェニレン骨格といった骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂；ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂；フェニレン骨格、ビフェニレン骨格といった骨格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といった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型エポキシ樹脂といったビスフェノール型エポキシ樹脂；ビフェニル型エポキシ樹脂；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といったブロム含有エポキシ樹脂；ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸といった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；並びにフタル酸、ダイマー酸といった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、からなる群から選択される一種以上の成分を含有できる。

組成物（Ｘ）全体に対する、エポキシ樹脂（Ａ）の量は、５質量％以上３５質量％以下であることが好ましい。この場合、成形時の組成物（Ｘ）の流動性及び封止材６２の物性が向上する。

フェノール系硬化剤（Ｂ）について説明する。フェノール系硬化剤（Ｂ）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といったノボラック型樹脂；フェニレン骨格又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；フェニレン骨格又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といったアラルキル型樹脂；トリフェノールメタン型樹脂といった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といった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といったビスフェノール型樹脂；並びにトリアジン変性ノボラック樹脂、からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有できる。

フェノール系硬化剤（Ｂ）の１当量に対して、エポキシ樹脂（Ａ）の量は０．９当量以上１．５当量以下であることが好ましい。この場合、封止材６２は高温時でも特に高い密着性を有することができ、かつ組成物（Ｘ）は良好な保存安定性を有しうる。エポキシ樹脂（Ａ）の量が１．０当量以上１．３当量以下であればより好ましい。

無機充填材（Ｃ）は、例えば溶融球状シリカ等の溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ及び窒化ケイ素からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有できる。組成物（Ｘ）が無機充填材（Ｃ）を含有することで、封止材６２の熱膨張係数が調整されうる。特に無機充填材（Ｃ）が溶融シリカを含有することが好ましい。この場合、組成物（Ｘ）中の無機充填材（Ｃ）の高い充填性と、成形時の組成物（Ｘ）の高い流動性とが得られやすい。

無機充填材（Ｃ）の平均粒径は例えば０．２μｍ以上７０μｍ以下である。平均粒径が０．５μｍ以上２０μｍ以下であると、より好ましい。なお、平均粒径は、レーザー回折・散乱法による粒度分布の測定値から算出される体積基準のメディアン径であり、市販のレーザー回折・散乱式粒度分布測定装置を用いて得られる。無機充填材（Ｃ）は、成形時の組成物（Ｘ）の粘度、封止材６２の物性等の調整のために、平均粒径の異なる二種以上の成分を含有してもよい。

無機充填材（Ｃ）の割合は、組成物（Ｘ）全量に対して６０質量％以上９３質量％以下であることが好ましい。無機充填材（Ｃ）の割合が６０質量％以上であると封止材６２の線膨張係数が十分に低められやすく、リフロー処理等により加熱されても半導体装置１に反りが生じにくい。無機充填材（Ｃ）の割合が９３質量％以下であると、成形時の組成物（Ｘ）の十分な流動性が得られやすい。

多官能シランカップリング剤（Ｄ）について説明する。多官能シランカップリング剤（Ｄ）によって、封止材と金属との親和性が高まり、かつ封止材の高温時での弾性率が低減する。封止材と金属との親和性の向上は、多官能シランカップリング剤（Ｄ）が多官能であることによって実現されると考えられる。また、封止材の高温時での弾性率の低減は、多官能シランカップリング剤（Ｄ）におけるペンタエリスリトール骨格によって実現されると考えられる。ここでいう多官能とは、樹脂成分と反応する官能基を一分子中に複数有することを意味する。多官能シランカップリング剤（Ｄ）における官能基は、例えばアミノ基、エポキシ基、メルカプト基及びイソシアネート基からなる群から選択される少なくとも一種の基を含む。官能基がメルカプト基であることが好ましい。この場合、封止材の金属及び半導体素子との密着性が特に高まりやすい。多官能シランカップリング剤（Ｄ）は一分子中に少なくとも一つのアルコキシシリル基を有する。このアルコキシシリル基はトリアルコキシシリル基であることが好ましい。

多官能シランカップリング剤（Ｄ）は、例えばペンタエリスリトール骨格と、このペンタエリスリトール骨格に結合する四つの分子鎖とを有し、四つの分子鎖の末端の各々が、アルコキシシリル基又は官能基を有する。この場合、多官能シランカップリング剤（Ｄ）は、少なくとも一つのアルコキシシリル基と、少なくとも二つの官能基とを有し、かつアルコキシシリル基と官能基との合計が４である。アルコキシシリル基はトリアルコキシシリル基であることが好ましく、例えばトリメトキシシリル基であることが好ましい。例えば、多官能シランカップリング剤（Ｄ）は、下記（１）に示す構造を有するペンタエリスリトール骨格の四つの末端の各々に分子鎖が結合する構造を有し、かつ四つの分子鎖の末端の各々が、アルコキシシリル基又は官能基を有することが好ましい。

多官能シランカップリング剤（Ｄ）は、例えば下記式（２）に示す構造を有する。

式（２）中、ｎは１以上の数であり、例えば１以上３以下である。Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃及びＲ₄の各々は、Ｈ又はアルコキシシリル基を有する分子鎖である。アルコキシシリル基を有する分子鎖は、例えば下記式（３）に示す構造を有する基である。例えばＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃及びＲ₄のうち、平均して３～４個がＨである。

なお、上記の多官能シランカップリング剤（Ｄ）の構造は一例であり、多官能シランカップリング剤（Ｄ）は上記以外の構造を有してもよい。例えば、式（２）に示す多官能シランカップリング剤（Ｄ）は官能基としてメルカプト基を有するが、上述のとおり、多官能シランカップリング剤（Ｄ）は、官能基としてアミノ基、エポキシ基又はイソシアネート基を有してもよい。

多官能シランカップリング剤（Ｄ）の割合は、組成物（Ｘ）に対して０．０５質量％以上３質量％以下であることが好ましい。この割合が０．０５質量％以上であれば封止材と金属及び半導体素子との密着性が特に高まりやすい。また、この割合が３質量％以下であれば、組成物（Ｘ）の良好な成形性が特に維持されやすい。この割合は０．１質量％以上であればより好ましく、０．３質量％以上であれば更に好ましい。また、この割合は２質量％以下であれば、より好ましい。

組成物（Ｘ）は、本実施形態の効果を損なわない範囲内において、上記成分以外の添加剤を含有してもよい。添加剤は、例えば硬化促進剤、イオントラップ剤、多官能シランカップリング剤（Ｄ）以外のカップリング剤、離型剤、難燃剤、着色剤、及び低応力化剤等からなる群から選択される少なくとも一種を含有する。

硬化促進剤は、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とったイミダゾール類；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）フェノールといった第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、トリフェニルホスフィンとパラベンゾキノンの付加反応物、フェニルホスフィンといった有機ホスフィン類；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といったテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート；ボレート以外の対アニオンを持つ４級ホスホニウム塩；並びに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といったテトラフェニルボロン塩等、からなる群から選択される少なくとも一種を含有できる。硬化促進剤の割合は、例えば、組成物（Ｘ）に対して０．００１質量％以上０．５質量％以下である。

多官能シランカップリング剤（Ｄ）以外のカップリング剤は、無機充填材（Ｃ）とエポキシ樹脂（Ａ）及びフェノール系硬化剤（Ｂ）との親和性を向上させうる。カップリング剤は、金属及び半導体素子に対する封止材６２の密着性も更に向上させうる。カップリング剤は、例えば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、及びアルミニウム／ジルコニウムカップリング剤からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することが好ましい。シランカップリング剤は、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といったグリシドキシシラン；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といったアミノシラン；アルキルシラン；ウレイドシラン；並びにビニルシラン等、からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有する。無機充填材（Ｃ）に対するカップリング剤の割合は、０．２質量％以上２質量％以下であることが好ましい。

離型剤は、例えばカルナバワックス、ステアリン酸、モンタン酸、カルボキシル基含有ポリオレフィン、エステルワックス、酸化ポリエチレン、及び金属石鹸からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有できる。

難燃剤は、例えば、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム及び赤リンからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有できる。

着色剤は、例えば、カーボンブラック、ベンガラ、酸化チタン、フタロシアニン及びペリレンブラックからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有できる。

低応力化剤は、例えば、シリコーンエラストマー、シリコーンレジン、シリコーンオイル及びブタジエン系ゴムからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。ブタジエン系ゴムは、例えばアクリル酸メチル－ブタジエン－スチレン共重合体及びメタクリル酸メチル－ブタジエン－スチレン共重合体のうち少なくとも一方の成分を含有できる。

上記のような組成物（Ｘ）の構成成分を混合することで、組成物（Ｘ）を調製できる。より具体的には、例えばエポキシ樹脂（Ａ）、フェノール系硬化剤（Ｂ）、無機充填材（Ｃ）及び多官能シランカップリング剤（Ｄ）を含む原料を、ミキサー、ブレンダーなどで十分均一になるまで混合し、続いて熱ロールやニーダーなどの混練機により加熱されている状態で溶融混合してから、室温に冷却する。これにより得られた混合物を公知の手段で粉砕することで、粉体状の組成物（Ｘ）を製造できる。組成物（Ｘ）は粉体状でなくてもよく、例えばタブレット状であってもよい。タブレット状である場合の組成物（Ｘ）は成形条件に適した寸法と質量を有することが好ましい。

組成物（Ｘ）は、２５℃で固体であることが好ましい。この場合、組成物（Ｘ）を射出成形法、トランスファ成形法、圧縮成形法などの加圧成形法で成形することで、封止材６２を作製できる。組成物（Ｘ）が１５℃以上２５℃以下の範囲内のいずれの温度でも固体であればより好ましく、５℃以上３５℃以下の範囲内のいずれの温度でも固体であれば特に好ましい。

組成物（Ｘ）のゲルタイムは、３０秒以上６０秒以下であることが好ましい。ゲルタイムが６０秒以下であると、封止材６２を作製する場合の成形サイクルが特に短くなり、半導体装置１の生産性が特に高くなる。また、ゲルタイムが３０秒以上であると、良好な成形性が特に維持されやすい。ゲルタイムの測定方法の詳細は、後掲の実施例の欄に詳しく示す。本実施形態では、組成物（Ｘ）中の多官能シランカップリング剤（Ｄ）の量が、ゲルタイムに影響しうる。多官能シランカップリング剤（Ｄ）の量が多いほど、ゲルタイムが短くなる傾向があるため、ゲルタイムが過度に短くならないように多官能シランカップリング剤（Ｄ）の量を調整することが好ましい。

組成物（Ｘ）の硬化物の２６０℃における弾性率は、１００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下であることが好ましい。この場合、高温下での封止材の金属及び半導体素子との密着性が更に高まりやすい。この値は１５０ＭＰａ以上７００ＭＰａ以下であればより好ましく、２００ＭＰａ以上５００ＭＰａ以下であれば更に好ましい。この２６０℃における弾性率の測定方法の詳細は、後掲の実施例の欄に詳しく示す。

組成物（Ｘ）から作製された封止材６２を備える半導体装置１、及びその製造方法の例について説明する。

半導体装置１は、半導体素子と、半導体素子を封止する封止材６２とを備える。封止材は、組成物（Ｘ）の硬化物である。

半導体装置１は、導体を備えてもよい。導体は、例えばリードフレームである。なお、導体は、リードフレームには限らず、例えばプリント配線板における導体配線であってもよい。導体は、ニッケルを含有するメッキ層を有してもよい。

半導体装置１は、例えば表面実装用デバイスである。半導体装置１は、例えばＤＰＡＫ、Ｄ２ＰＡＫ、ＱＦＮ、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）、又はスモール・アウトライン・Ｊリード・パッケージ（ＳＯＪ）等である。

図１に、半導体装置１であるＤＰＡＫの一例の断面図を示す。この半導体装置１は、導体である金属製のリードフレーム５２と、リードフレーム５２に搭載されている半導体素子５０と、半導体素子５０とリードフレーム５２とを電気的に接続するワイヤ５６と、半導体素子５０を封止する封止材６２とを備える。

本実施形態では、リードフレーム５２は、パドル５８（ダイパッドともいう）、及びリードフィンガ５２０を備え、リードフィンガ５２０はインナーリード５２１及びアウターリード５２２を有する。リードフレーム５２は、例えば銅製又は４２アロイなどの鉄合金製である。リードフレーム５２はメッキ層５４を備えることが好ましい。この場合、リードフレーム５２の腐食が抑制される。メッキ層５４は、例えば銀、ニッケル及びパラジウムのうち少なくとも一種の金属を含む。メッキ層５４は、銀、ニッケル及びパラジウムのうちいずれか一種の金属のみを含んでもよく、銀、ニッケル及びパラジウムのうち少なくとも一種の金属を含む合金を含んでもよい。メッキ層５４が積層構造を有してもよく、具体的には例えばパラジウム層、ニッケル層及び金層からなる積層構造を有してもよい。メッキ層５４の厚みは例えば１μｍ以上２０μｍ以下であるが、特にこれに制限されない。

リードフレーム５２のパドル５８上に半導体素子５０を適宜のダイボンド材６０で固定する。これによりリードフレーム５２に半導体素子５０を搭載する。半導体素子５０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、ダイオード又は固体撮像素子である。半導体素子５０は、ＳｉＣ又はＧａＮ等のパワーデバイスであってもよい。

続いて、半導体素子５０とリードフレーム５２におけるインナーリード５２１とを、ワイヤ５６で接続する。ワイヤ５６は、金製でもよいが、銅と銀のうち少なくとも一方を含んでもよい。例えばワイヤ５６は銀製又は銅製でもよい。ワイヤ５６が銅と銀のうち少なくとも一方を含む場合、ワイヤ５６はパラジウムなどの金属の薄膜でコートされていてもよい。ワイヤはアルミニウム製であってもよい。ワイヤ５６は細線状であってもよく、リボン状であってもよい。ワイヤ５６に代えて、板状の部材（クリップ）を用いてもよい。

続いて、組成物（Ｘ）を成形することで、半導体素子５０を封止する封止材６２を作製する。封止材６２はワイヤ５６も封止している。封止材６２はパドル５８及びインナーリード５２１も封止し、そのため封止材６２は、リードフレーム５２と接しており、リードフレーム５２がメッキ層５４を備える場合はメッキ層５４と接している。

組成物（Ｘ）を加圧成形法で成形することで封止材６２を作製することが好ましい。加圧成形法は、例えば射出成形法、トランスファ成形法又は圧縮成形法である。

組成物（Ｘ）を加圧成形方で成形する際の成形圧力は３．０ＭＰａ以上であることが好ましく、成形温度は１２０℃以上であることが好ましい。この場合、未充填、いわゆるウェルドボイドや内部ボイド、が少なく均一な封止材６２で半導体素子５０が封止された、半導体装置１を得ることができる。特にトランスファ成形法の場合は、金型への組成物（Ｘ）の注入圧力が３ＭＰａ以上であることが好ましく、４ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下であれば更に好ましい。また、加熱温度（金型温度）は１２０℃以上であることが好ましく、１６０℃以上１９０℃以下であれば更に好ましい。また、加熱時間は３０秒以上３００秒以下であることが好ましく、６０秒以上１８０秒以下であれば更に好ましい。

トランスファ成形法では、金型内で封止材６２を作製した後、金型を閉じたままで封止材６２を加熱することにより後硬化（ポストキュア）を行ってから、金型を開いて半導体装置１を取り出すことが好ましい。後硬化のための加熱条件は、例えば加熱時間が１６０℃以上１９０℃以下、加熱時間が２時間以上８時間以下である。

圧縮成形の場合は、圧縮圧力が３ＭＰａ以上であることが好ましく、５．０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であれば更に好ましい。加熱温度（金型温度）は１２０℃以上であることが好ましく、１５０℃以上１８５以下であれば更に好ましい。加熱時間は６０秒以上３００秒以下であることが好ましい。

半導体装置１が特に表面実装用デバイスである場合は、半導体装置１をリフロー処理などの加熱を伴う処理で基板などに実装する場合、封止材６２が吸収した水分が膨張したり、封止材６２内に熱応力が生じたりすることがある。しかし、本実施形態では、上記のとおり、封止材６２が金属及び半導体素子との密着性を有しやすい。そのため、半導体装置１の使用時に温度変化などが生じても、ワイヤ５６が切断されるなどの不具合が生じにくい。そのため、半導体装置１の信頼性が向上しうる。

半導体装置１の構造は、図１に示すものに限られず、半導体装置１は、半導体素子５０と、半導体素子２を封止する封止材６２とを備えればよい。例えば半導体装置１は、プリント配線板等の基板と、基板に実装された半導体素子５０と、基板上で半導体素子５０を封止する封止材６２とを備えてもよい。この場合、基板が封止材６２に接する導体として導体配線を備えれば、封止材６２の導体配線との高い密着性が実現しうる。

以下に、本実施形態の具体的な実施例を提示する。なお、本発明はこれらの実施例のみに制限されない。

１．組成物の調製
表１の「原料」の欄に示す原料を配合し、ミキサーで均一に混合してから、ニーダーで８０℃～１２０℃で加熱混練し、得られた混合物を冷却してから粉砕した。これにより得られた粉体を打錠することで、タブレット状の組成物を得た。

なお、表１に示す原料の詳細は次の通りである。
－溶融シリカ：デンカ株式会社製。品番ＦＢ９４０。
－ビフェニル型エポキシ樹脂：三菱化学株式会社製。品番ＹＸ４０００。
－ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂：日本化薬株式会社製。品番ＮＣ３０００。
－ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂：明和化成株式会社製。品番ＭＥＨ７８５１ＳＳ。
－トリフェニルホスフィン：北興化学工業株式会社製。
－離型剤：カルナバワックス。大日化学工業株式会社製。品番Ｆ１－１００。
－カーボンブラック：三菱化学株式会社製。品番ＭＡ６００。
－メルカプトシラン：γ－メルカプトプロピルトリメトキシシラン。信越化学工業株式会社社製。品番ＫＢＭ－８０３。
－メルカプト基含有多官能シランカップリング剤：ペンタエリスリトール骨格と、ペンタエリスリトール骨格に結合し末端にトリメトキシシリル基を有する分子鎖と、ペンタエリスリトール骨格に結合し末端にメルカプト基を有する分子鎖とを有する多官能シランカップリング剤。信越化学工業株式会社製、品番Ｘ１２－１１５４。

２．評価
下記の評価試験を行った。その結果を表１に示す。

（１）ゲルタイム
ＪＳＲトレーディング株式会社製のキュラストメータＶＰＳ型を用いて、組成物を１７０℃で加熱しながらトルクを測定した。加熱開始時からトルクの測定値が０．０１（Ｎ／ｍ）に達するまでに要した時間を調査し、この時間をゲルタイムとした。

（２）ＳｉＮダイとの密着性（室温）
窒化ケイ素からなるパッシベーション層を備えるシリコンチップ（ＳｉＮダイ）の上に、組成物をトランスファ成形法で金型温度１７５℃、注入圧力７ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件で成形することで、成形品（樹脂ポスト）を成形した。続いて成形品を１７５℃で６時間加熱することでポストキュアを行った。Ｄａｇｅ社製のボンドテスターを用いて、２５℃下でシェア試験を行い、ＳｉＮダイと成形品との接合強度を測定した。

（３）ＳｉＮダイとの密着性（２６０℃）
２６０℃下でシェア試験を行ったこと以外は、上記「（２）ＳｉＮダイとの密着性（室温）」と同じ条件で、ＳｉＮダイと成形品との接合強度を測定した。

（４）高温下における弾性率
組成物をトランスファ成形法で金型温度１７５℃、注入圧力７ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件で成形することで、縦４ｍｍ、横１０ｍｍ、長さ８０ｍｍ以上の寸法の成形品を成形した。続いて成形品を１７５℃で６時間加熱することでポストキュアを行った。この成形品の２６０℃における弾性率を、２６０℃の恒温槽中で、ＪＩＳＫ６９１１に則って３点曲げ試験により測定した。

（５）耐リフロー性評価
銅製であってニッケルメッキ層を備えるリードフレームに、表面に窒化ケイ素パッシベーション膜を有する半導体チップを搭載し、リードフレーム上で組成物をマルチトランスファプレス（アピックヤマダ製）を用いてトランスファ成形法で金型温度１７５℃、注入圧力７ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件で成形することで封止材を作製した。続いて封止材を１７５℃で６時間加熱することでポストキュアを行った。これにより試験用のＴＯ－２２０パッケージを作製した。

このＴＯ－２２０パッケージを８５℃８５％ＲＨの雰囲気下で１６８時間曝露することで吸湿させた後、ピーク温度２５５℃～２６０℃の条件でリフロー処理を施した。

続いて、超音波探査装置を用いて、試験後のＴＯ－２２０パッケージにおける封止材とダイとの剥離の有無、封止材とリードフレームにおけるパドルとの剥離の有無、及び封止材とリードフレームにおけるリードフィンガとの剥離の有無を、確認した。１００個のＴＯ－２２０パッケージを作製して同じ試験を行い、剥離が生じたＴＯ－２２０パッケージの数を確認した。

Claims

エポキシ樹脂（Ａ）、フェノール系硬化剤（Ｂ）、無機充填剤（Ｃ）、及びペンタエリスリトール骨格を有する多官能シランカップリング剤（Ｄ）を含有する、
封止用樹脂組成物。
多官能シランカップリング剤（Ｄ）は、メルカプト基を有する、
請求項１に記載の封止用樹脂組成物。
前記多官能シランカップリング剤（Ｄ）の割合は、前記封止用樹脂組成物に対して０．０５質量％以上３質量％以下である、
請求項１又は２に記載の封止用樹脂組成物。
半導体素子と、
前記半導体素子を封止する封止材とを備え、
前記封止材は、請求項１から３のいずれか一項に記載の封止用樹脂組成物の硬化物である、
半導体装置。
表面実装用デバイスである、
請求項４に記載の半導体装置。