JP3540628B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いて得られる半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐半田性、成形性および作業性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いて得られる信頼性の高い半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子は、通常、エポキシ樹脂組成物を用いてトランスファー成形により樹脂封止される。この種のパッケージとして、従来から各種形態のパッケージが開発されている。上記樹脂封止の際に用いられるエポキシ樹脂組成物としては、通常、エポキシ樹脂を主体とし、これに硬化剤成分としてのフェノール樹脂と、無機質充填剤を含有するものが用いられている。特に、上記エポキシ樹脂として、近年、耐半田性に優れていることからビフェニル型エポキシ樹脂が広く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ビフェニル型エポキシ樹脂を用いた封止材料は、その硬化性の低さや、さらに得られるパッケージにボイドが発生したり、連続成形性等に劣るという欠点を有している。一方、上記エポキシ樹脂として、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂に代表される多官能エポキシ樹脂が多く用いられているが、上記多官能エポキシ樹脂は、一般的に樹脂粘度が高く、例えば、耐半田性を良好なものとするため、上記無機質充填剤をより高充填とすることができず、充分な耐半田特性が得られないという問題がある。したがって、近年、上記多官能エポキシ樹脂でも、その分子量が調整され低粘度としたタイプのものが出回っている。しかし、このエポキシ樹脂は低粘度ではあるが、それとともに軟化点も低下して作業性等に問題がある。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、良好な成形性および作業性を有し、しかも耐半田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およびそれを用いた信頼性の高い半導体装置の提供をその目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有す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。
【０００６】
（Ａ）下記の一般式（１）で表されるビフェノール類（ａ１）と、上記ビフェノール類（ａ１）以外の多価フェノール類（ａ２）とを重量混合比（ａ１／ａ２）でａ１／ａ２＝５／９５〜４０／６０の割合で混合してなる混合多価フェノールを、エピハロヒドリンと付加反応させるとともに閉環反応させることにより得られるエポキシ化合物。
【化３】
【０００７】
（Ｂ）下記の一般式（２）で表されるフェノール樹脂。
【化４】
【０００８】
（Ｃ）下記の平均粒径（ｘ），（ｙ），（ｚ）を有する３種類の溶融シリカ粉末の混合物であって、上記平均粒径（ｘ）を有する溶融シリカ粉末が混合物全体の５０〜９２重量％、上記平均粒径（ｙ）を有する溶融シリカ粉末が混合物全体の５〜４０重量％、上記平均粒径（ｚ）を有する溶融シリカ粉末が混合物全体の３〜１５重量％に設定されている。
（ｘ）平均粒径２０〜６０μｍ。
（ｙ）上記（ｘ）である平均粒径２０〜６０μｍのもののうちから選択使用した溶融シリカ粉末の平均粒径をαとした場合、０．１α≦平均粒径（μｍ）≦０．２αで表される平均粒径。
（ｚ）上記（ｘ）である平均粒径２０〜６０μｍのもののうちから選択使用した溶融シリカ粉末の平均粒径をαとした場合、０．０１α≦平均粒径（μｍ）＜０．１αで表される平均粒径。
【０００９】
また、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封止してなる半導体装置を第２の要旨とする。
【００１０】
すなわち、本発明者らは、良好な耐半田性とともに、流動性および成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得るために一連の研究を重ねた。その結果、前記特殊なエポキシ化合物を用いるとともに、前記異なる平均粒径を有する３種類の溶融シリカ粉末をそれぞれ特定の割合で混合してなる溶融シリカ粉末の混合物を用いると、例えば、溶融シリカ粉末を多量に用いたとしても著しい粘度の上昇が抑制され、系全体の低粘度化を維持し成形時の良好な流動性を得るとともに、耐半田性等の信頼性にも優れた封止材料が得られるようになることを見出し本発明に到達した。
【００１１】
また、フェノール樹脂として、前記一般式（２）で表されるフェノール樹脂を用いるため、低吸湿性と低い高温曲げ弾性率が得られ、優れた耐半田性が得られるようになる。
【００１２】
そして、半導体封止用エポキシ樹脂組成物として上記各成分とともに、ブタジエン系ゴム粒子を用いる場合、より低応力性に優れたものとなる。
【００１３】
また、上記溶融シリカ粉末の混合物の平均の真円度が０．７以上である場合、より一層優れた流動性が得られるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態について詳しく説明する。
【００１５】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、特定のエポキシ化合物（Ａ成分）と、特 定のフェノール樹脂（Ｂ成分）と、異なる平均粒径を有する３種類の溶融シリカ粉末の混合物（Ｃ成分）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。
【００１６】
本発明に用いる特定のエポキシ化合物（Ａ成分）は、下記の一般式（１）で表されるビフェノール類（ａ１）と、上記ビフェノール類（ａ１）以外の多価フェノール類（ａ２）とを特定の重量混合比で混合してなる混合多価フェノールを、エピハロヒドリンと付加反応させるとともに閉環反応させることにより得られる。
【００１７】
【化５】
【００１８】
上記式（１）で表されるビフェノール類（ａ１）の具体例としては、４，４′−ジヒドロキシビフェニル、３，３′，５，５′−テトラメチル−４，４′−ジヒドロキシビフェニル、３，３′，５，５′−テトラエチル−４，４′−ジヒドロキシビフェニル、３，３′，５，５′−テトラプロピル−４，４′−ジヒドロキシビフェニル等があげられる。
【００１９】
上記式（１）で表されるビフェノール類（ａ１）以外の多価フェノール類（ａ２）としては、例えば、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、レゾルシンノボラック、ビスフェノールＡ型ノボラック、ｐ−ヒドロキシベンズアルデヒドやサリチルアルデヒド等から誘導される多価フェノール等があげられる。なかでも、成形性、耐湿信頼性、耐半田性という点から、クレゾールノボラックを用いることが好ましい。
【００２０】
そして、上記式（１）で表されるビフェノール類（ａ１）と、このビフェノール類（ａ１）以外の多価フェノール類（ａ２）との混合割合は、重量混合比（ａ１／ａ２）でａ１／ａ２＝５／９５〜４０／６０の割合に設定することが好ましく、特に好ましくはａ１／ａ２＝１０／９０〜３０／７０の割合である。すなわち、両者の混合割合において、上記ビフェノール類（ａ１）以外の多価フェノール類（ａ２）の割合が多くなると、得られる半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、粘度が高く流動性に劣り、無機質充填剤の高充填化が不可能となり、良好な耐半田性を得ることができない。また、多価フェノール類（ａ２）の割合が少なすぎると、硬化性の劣化、ボイドの発生や連続成形性の点で劣るからである。
【００２１】
そして、上記式（１）で表されるビフェノール類（ａ１）と、上記ビフェノール類（ａ１）以外の多価フェノール類（ａ２）とを上記特定の重量混合比で混合してなる混合多価フェノールに、エピハロヒドリンを付加反応させるとともに閉環反応させることにより特定のエポキシ化合物が得られる。その際、上記エピハロヒドリンとしては、一般に、エピクロルヒドリン、エピブロムヒドリン等が用いられる。
【００２２】
上記混合多価フェノールとエピハロヒドリンの付加反応および閉環反応は、常法に従いつぎのようにして行われる。すなわち、攪拌装置、温度計およびコンデンサーを備えた反応容器中に、所定量のビフェノール類、多価フェノール類、エピハロヒドリンおよびイロプロピルアルコールを加えて溶解させ、ついで、その溶液を３５℃まで加熱したのち、所定量の水酸化ナトリウム水溶液を１時間かけて滴下する。その間に、徐々に昇温し、水酸化ナトリウム水溶液の滴下終了時に６５℃になるようにし、その後６５℃で３０分間保持して反応を完了させ、ついで水洗して副生塩および過剰の水酸化ナトリウムを除去してから、減圧下で過剰のエピハロヒドリンおよびイソプロピルアルコールを蒸発して除き、粗エポキシ化合物が得られる。ついで、この粗エポキシ化合物をトルエンに溶解し、水酸化ナトリウム水溶液を加えて６５℃で１時間保持して閉環反応を行わせる。閉環反応終了後、第一リン酸ナトリウムを加え、過剰の水酸化ナトリウムを中和し、水洗して副生塩を除去してから、減圧下で溶剤を完全に除去することにより目的とするエポキシ化合物が得られる。
【００２３】
なお、本発明においては、エポキシ樹脂成分として、上記特定のエポキシ化合物（Ａ成分）以外に、他のエポキシ樹脂を併用してもよい。他のエポキシ樹脂としては、特に限定するものではなく従来公知のエポキシ樹脂、例えば、クレゾールノボラック型、フェノールノボラック型、ビスフェノールＡ型、ナフタレン型等の各種エポキシ樹脂やブロム化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ことができる。そして、上記他のエポキシ樹脂を併用する場合の併用割合は、本発明の効果を阻害しない程度に設定すればよく、例えば、他のエポキシ樹脂をエポキシ樹脂成分全体の５０重量％以下に設定することが好ましい。
【００２４】
上記特定のエポキシ化合物（Ａ成分）とともに用いられる特定のフェノール樹脂（Ｂ成分）は、硬化剤として作用するものであって、低吸湿性および低高温弾性率による良好な耐半田性が得られるという点で、下記の一般式（２）で表されるフェノール樹脂が用いられる。
【００２５】
【化６】
【００２６】
上記特定のエポキシ化合物（Ａ成分）と特定のフェノール樹脂（Ｂ成分）の配合割合は、エポキシ化合物中のエポキシ基１当量あたり、フェノール樹脂成分中の水酸基当量が０．５〜２．０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０．８〜１．２当量である。
【００２７】
上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられる溶融シリカ粉末の混合物（Ｃ成分）は、下記の平均粒径（ｘ）〜（ｚ）を有する３種類の溶融シリカ粉末の混合物である。上記平均粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置により測定される。
（ｘ）平均粒径２０〜６０μｍ。
（ｙ）上記（ｘ）である平均粒径２０〜６０μｍのもののうちから選択使用した溶融シリカ粉末の平均粒径をαとした場合、０．１α≦平均粒径（μｍ）≦０．２αで表される平均粒径。
（ｚ）上記（ｘ）である平均粒径２０〜６０μｍのもののうちから選択使用した溶融シリカ粉末の平均粒径をαとした場合、０．０１α≦平均粒径（μｍ）＜０．１αで表される平均粒径。
【００２８】
すなわち、このような３種類の平均粒径、平均粒径の大きな溶融シリカ粉末（ｘ）と、中程度の粒径の溶融シリカ粉末（ｙ）と、小さい粒径の溶融シリカ粉末（ｚ）をそれぞれ、下記に示す割合（１）〜（３）に配合する必要がある。このような割合となるよう混合することにより、無機質充填剤であるシリカ粉末を高充填しても、流動性の低下が少なく良好な流動性が得られ、また、フィラー高充填化により低吸湿性、強度の向上が図られ、良好な耐半田性が得られるからである。
【００２９】
（１）平均粒径２０〜６０μｍ（ｘ）の溶融シリカ粉末が混合物全体の５０〜９２重量％。
（２）０．１α≦平均粒径（μｍ）≦０．２αで表される平均粒径（ｙ）の溶融シリカ粉末が混合物全体の５〜４０重量％。
（３）０．０１α≦平均粒径（μｍ）＜０．１αで表される平均粒径（ｚ）の溶融シリカ粉末が混合物全体の３〜１５重量％。
〔ただし、αは上記（ｘ）における平均粒径２０〜６０μｍのもののうちから選択使用した溶融シリカ粉末の平均粒径である。〕
【００３０】
そして、上記３種類の異なる平均粒径を有する溶融シリカ粉末の混合物（Ｃ成分）の平均の真円度が０．７以上であることが好ましい。特に好ましくは混合物全体の８０重量％以上が真円度０．８以上であることである。すなわち、混合物全体が真円度０．７以上であることにより、より一層流動性の向上が図られるからである。
【００３１】
なお、上記真円度は、つぎのようにして算出される。すなわち、図１（ａ）に示すように、真円度の測定対象となる対象物の投影像１において、その実面積をαとし、上記投影像１の周囲の長さをＰＭとした場合、図１（ｂ）に示すように、上記投影像１と周囲の長さが同じＰＭとなる真円の投影像２を想定する。そして、上記投影像２の面積α′を算出する。その結果、上記投影像１の実面積αと投影像２の面積α′の比（α／α′）が真円度を示し、この値（α／α′）は下記の数式（Ａ）により算出される。したがって、真円度が１．０とは、この定義からも明らかなように、真円であるといえる。そして、対象物の外周に凹凸が多ければ多いほどその真円度は１．０よりも順次小さくなる。なお、本発明において、溶融シリカ粉末混合物の真円度とは、測定対象となる混合物（母集団）から一部を抽出し上記方法にて測定して得られる値であり、通常、平均の真円度をいう。
【００３２】
【数１】
【００３３】
このような平均粒径の異なる３種類の溶融シリカ粉末の混合物（Ｃ成分）全体の配合量は、エポキシ樹脂組成物全体の７５重量％以上であることが好ましく、特に好ましくは８０〜９０重量％である。すなわち、７５重量％未満のように少なすぎると、耐半田性に劣る傾向がみられるからである。
【００３４】
本発明では、上記Ａ〜Ｃ成分に加えて、低応力化の向上を図る目的から、ブタジエン系ゴム粒子を用いることができる。上記ブタジエン系ゴム粒子は、通常、メタクリル酸アルキル，アクリル酸アルキル，ブタジエン，スチレン等の共重合反応によって得られるものが用いられる。具体的には、メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−アクリル酸エチル−ブタジエン−スチレン共重合体等があげられる。そして、上記共重合体のなかでも、ブタジエンの組成比率が７０重量％以下、メタクリル酸メチルの組成比率が１５重量％以上のメタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体が好適に用いられる。そして、上記ブタジエン系ゴム粒子としては、その一次粒子の平均粒径が０．０５〜４０μｍのものが好ましく用いられ、特に好ましくは０．０５〜１０μｍである。また、上記ブタジエン系ゴム粒子としては、その二次粒子の平均粒径が１００μｍ以下となるものが好ましく、特に好ましくは二次粒子の平均粒径が２０〜５０μｍである。すなわち、上記二次粒子の平均粒径が特に２０μｍ未満では、粉体としてのハンドリングが著しく悪くなる傾向がみられ、逆に１００μｍを超えると分散不良の発生がみられるようになるからである。さらに、本発明に用いられるブタジエン系ゴム粒子としては、上記二次粒子における特定の平均粒径とともに、その二次粒子の８０％以上が粒径１５０μｍ以下であることが好ましい。特に好ましくは粒径１５０μｍ以下が１００％である。すなわち、二次粒子の粒径が１５０μｍ以下が８０％未満では、例えば、混練機で溶融混合する際に充分な分散状態が得られないからである。そして、上記粒径の特定とともに、この二次粒子の最大粒径が２５０μｍ以下であることが好ましい。
【００３５】
上記ブタジエン系ゴム粒子の配合量は、エポキシ樹脂組成物全体の０．１〜４．０重量％の割合に設定することが好ましく、より好ましくは０．１〜２重量％である。すなわち、０．１重量％未満ではエポキシ樹脂組成物の充分な低応力化効果が得られず、４．０重量％を超えるとゴム粒子に含まれるイオン性不純物に起因する半導体素子の信頼性の低下がみられ、さらにゴム粒子が充分かつ均一に分散しなくなる傾向がみられるからである。
【００３６】
さらに、上記各成分に加えて、シリコーン化合物を用いてもよい。このように、上記シリコーン化合物を用いることにより一層優れた耐湿信頼性を得ることができる。これは、上記シリコーン化合物が表面処理剤的な作用を奏し、エポキシ樹脂組成物硬化体と半導体素子の接着性がより一層向上するとともに、撥水性を有することに起因して耐湿性が向上するものであると考えられる。上記シリコーン化合物としては、少なくとも２個の官能基を有するものが好ましく、例えば、下記の一般式（３）で表される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併せて用いられる。
【００３７】
【化７】
【００３８】
さらに、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｃ成分および各種ゴム粒子、シリコーン化合物以外に必要に応じて硬化促進剤、ハロゲン系の難燃剤や三酸化アンチモン等の難燃助剤、カーボンブラック等の顔料、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤等他の添加剤が適宜に用いられる。
【００３９】
上記硬化促進剤としては、アミン型，リン型等のものがあげられる。アミン型としては、２−イミダゾール等のイミダゾール類、トリエタノールアミン，１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等の三級アミン類等があげられる。また、リン型としては、トリフェニルホスフィン等があげられる。これらは単独でもしくは併せて用いられる。そして、この硬化促進剤の配合割合は、エポキシ樹脂組成物全体の０．１〜２．０重量％の割合に設定することが好ましい。さらに、エポキシ樹脂組成物の流動性を考慮すると好ましくは０．１５〜０．３５重量％である。
【００４０】
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〜Ｃ成分、無機質充填剤および必要に応じてブタジエン系ゴム粒子やシリコーン化合物、ならびに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合し、これを室温に冷却した後、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製造することができる。なお、上記各成分の配合に際し、上記ブタジエン系ゴム粒子を配合する場合、予め上記Ａ成分およびＢ成分の少なくとも一方とブタジエン系ゴム粒子を予備混合し、ついで残りの成分を配合してもよい。
【００４１】
このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子の封止は、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うことができる。
【００４２】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００４３】
下記に示す各成分を準備した。
【００４４】
〔エポキシａ〕
ＹＬ−６６４０、油化シェルエポキシ社製
【００４５】
〔エポキシｂ〕
下記の式（４）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９２、融点１０７℃）
【００４６】
【化８】
【００４７】
〔エポキシｃ〕
ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９５、軟化点８０℃）
【００４８】
〔エポキシｄ〕
ノボラック型ブロム化エポキシ樹脂（エポキシ当量２７５、軟化点８４℃）
【００４９】
〔フェノール樹脂ａ〕
フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０５、軟化点８３℃）
【００５０】
〔フェノール樹脂ｂ〕
ＸＬＣ−２２５、三井化学社製（水酸基当量１７０、軟化点８３℃）
【００５１】
〔無機質充填剤ａ〜ｄ〕
下記の表１に示す各種シリカ粉末を準備した。
【００５２】
【表１】
【００５３】
〔カップリング剤〕
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
【００５４】
〔ＤＢＵ〕
１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７
【００５５】
〔カルナバワックス〕
【００５６】
〔ブタジエン系ゴム〕
一次粒子の平均粒径０．２μｍのメタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体ゴム粒子
【００５７】
【実施例１〜５、比較例１〜７】
下記の表２および表３に示す各原料を、同表に示す割合で配合し、８０〜１２０℃に加熱したロール混練機（５分間）にかけて溶融混練した。つぎに、この溶融物を冷却した後粉砕し、さらにタブレット状に打錠することにより半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
【００５８】
【表２】
【００５９】
【表３】
【００６０】
このようにして得られた実施例および比較例のエポキシ樹脂組成物を用い、下記の方法に従ってスパイラルフロー値、ゲルタイムおよびフローテスター粘度を測定した。その結果を後記の表４〜表５に併せて示す。
【００６１】
〔スパイラルフロー値〕
上記各エポキシ樹脂組成物を粉末状のまま用い、これを予め規定温度（１７５±５℃）に加熱した渦巻状のスパイラルフロー用金型のポットの奥まで挿入し、型締めして型締め圧力を２１０±１０ｋｇ／ｃｍ2 まで上げた。つぎに、型締め圧力が２１０±１０ｋｇ／ｃｍ2 に達した時点で、プランジャーでエポキシ樹脂組成物を注入し、注入圧力７０±５ｋｇ／ｃｍ2 に到達した後、２分間注入圧力をかけた。ついで、トランスファー成形機のプランジャー圧力を抜き、さらに型締め圧力を抜いて金型を開いた。そして、成形物の渦巻き長さを最小２．５ｍｍまで測定することによりスパイラルフロー値を得た（ＥＭＭＩ １−６６に準ずる）。
【００６２】
〔ゲルタイム〕
規定温度（１７５℃）の熱平板上に試料（２００〜５００ｍｇ）を載せ、攪拌しながら熱平板上に薄く引き伸ばし、試料が熱平板上に溶融した時点から硬化するまでの時間を読み取りゲル化時間とした。
【００６３】
〔フローテスター粘度〕
上記各エポキシ樹脂組成物を２ｇ精秤し、タブレット状に成形した。そして、これを高化式フローテスターのポット内に入れ、１０ｋｇの荷重をかけて測定した。溶融したエポキシ樹脂組成物がダイスの穴（直径１．０ｍｍ×１０ｍｍ）を通過して押し出されるときのピストンの移動速度からサンプルの溶融粘度を求めた。
【００６４】
〔成形性〕
（１）金線流れ
上記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、半導体素子をトランスファー成形（条件：１７５℃×９０秒）し、１７５℃×５時間で後硬化することにより半導体装置を得た。この半導体装置は、ＱＦＰ（サイズ：２８×２８×厚み３ｍｍ）であり、銅製のリードフレームで、ダイパッドサイズは１３×１３ｍｍ、チップサイズは１２．５×１２．５ｍｍである。
【００６５】
すなわち、上記半導体装置の作製時において、図２に示すように、上記で用いた１３ｍｍ角のダイパッド１０を有するＱＦＰのパッケージフレームに金線ワイヤー１４を張り、これを用い上記エポキシ樹脂組成物により樹脂封止してパッケージを作製した。図２において、１５は半導体チップ、１６はリードピンである。そして、作製したパッケージを軟Ｘ線解析装置を用いて、金線流れ量を測定した。測定は、各パッケージから１０本ずつ金線を選定して測定し、図３に示すように、正面方向からの金線ワイヤー１４の流れ量を測定した。そして、金線ワイヤー１４の流れ量の最大部分となる値をそのパッケージの金線流れ量の値（ｄｍｍ）とし、金線流れ率〔（ｄ／Ｌ）×１００〕を算出した。なお、Ｌは金線ワイヤー１４間の距離（ｍｍ）を示す。各エポキシ樹脂組成物について５個のパッケージを測定し、その平均値を金線流れの発生量とした。
【００６６】
（２）ダイシフト
上記金線流れと同様の条件にて半導体装置を作製した。すなわち、図４に示す形状の、半導体チップ１５が搭載された１３ｍｍ角のダイパッド１０を有するＱＦＰのパッケージ１１を成形し、このパッケージ１１を切断（一点鎖線で切断面を示す）して、その切断面を観察し、ダイパッドの設計値との差によりダイパッドの変形量を測定した。すなわち、図５（ａ）に示すように、ダイパッドシフトが発生した状態のパッケージについて、ダイパッド１０の四隅の下の樹脂層の厚み（厚みａμｍ）を測定した。一方、図５（ｂ）に示すように、ダイパッドシフトが発生してない正常な状態のパッケージにおいて、ダイパッド１０の四隅の下の樹脂層の厚み（厚みｂμｍ）を測定した。このような測定をダイパッド１０の四隅全てで行い、これら測定値と上記正常品との差（ａ−ｂ）を絶対値で求め、これを平均値で示した。
【００６７】
（３）ボイドの発生
上記と同様にして半導体装置を作製した。この半導体装置について、軟Ｘ線解析装置および超音波探傷装置を用いてボイドの発生を調べた。ボイドの発生は、半導体装置２０個中、直径０．３ｍｍ以上のボイドが発生したものの個数を調べた。
【００６８】
（４）エアベントバリの長さ
上記半導体装置の製造において、得られるパッケージの各コーナー部に対してそれぞれ溝深さ２５μｍのスリットを備えた各金型を用い、上記と同様の条件にてパッケージを成形した。その際の溝に流れ込んだエポキシ樹脂組成物の流動長さを測定しエアベントバリ長さとした。
【００６９】
（５）連続成形性
上記半導体装置を連続で成形し、パッケージ表面の汚れおよびエアーベントつまりを観察した。そして、上記汚れおよびエアーベントつまりの発生した成形回数を調べ表示した。
【００７０】
〔粉末取り扱い性〕
直径４０ｍｍのポリ容器に１ｋｇの樹脂粉末を充填し、その上から１ｋｇの荷重をかけ、２０℃、２５℃および３０℃の各温度にて２４時間放置して粉末のブロッキング状態を確認した。その結果、ブロッキングが確認されたものを×、確認されなかったものを○として表示した。
【００７１】
〔耐半田性〕
上記半導体装置を用い、下記の条件（ａ），（ｂ）にて吸湿させた後、赤外線リフロー（条件：２４０℃×１０秒間）の評価試験（耐半田性）を行った。そして、クラックが発生した個数（２０個中）を測定した。
（ａ）８５℃／６０％ＲＨ×１６８時間
（ｂ）８５℃／８５％ＲＨ×１６８時間
【００７２】
これらの評価結果を下記の表４〜表５に併せて示す。
【００７３】
【表４】
【００７４】
【表５】
【００７５】
上記表４〜表５から、実施例品は、スパイラルフロー、ゲルタイムおよびフローテスター粘度の各値から良好な流動性を備えており、金線流れ、ダイシフト、ボイドの発生等の評価において良好な結果が得られた。しかも、耐半田性試験および上記ＴＣＴテストにおいても優れた評価結果が得られた。また、連続成形性においても優れた特性を示している。これに対して、比較例品では、成形性および耐半田性の双方を同時に満足させるものは得られなかったことがわかる。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、前記特定のエポキシ化合物（Ａ成分）と前記のような異なる平均粒径を有する３種類の溶融シリカ粉末の混合物（Ｃ成分）を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。このため、優れた耐半田性を有するとともに、溶融シリカ粉末を高充填に設定しても、良好な流動性を確保することができ、優れた成形性を得ることができる。したがって、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封止することにより、耐半田性，耐保存特性等の信頼性に優れた半導体装置を得ることができる。
【００７７】
また、フェノール樹脂として、前記一般式（２）で表されるフェノール樹脂を用いるため、低吸湿性と低い高温曲げ弾性率が得られ、優れた耐半田性が得られるようになる。
【００７８】
そして、半導体封止用エポキシ樹脂組成物として上記各成分とともに、ブタジエン系ゴム粒子を用いることにより、より低応力性に優れたものとなる。
【００７９】
また、上記溶融シリカ粉末の混合物の平均の真円度が０．７以上であると、より一層優れた流動性が得られるようになる。
【００８０】
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は無機質充填剤である溶融シリカ粉末の真円度の測定方法を示す説明図である。
【図２】金線流れ量を測定するために用いるパッケージを示す正面図である。
【図３】金線流れ量の測定方法を示す説明図である。
【図４】ダイシフト量を測定するために用いるパッケージを示す正面図である。
【図５】ダイシフトの測定方法を示す説明図であり、（ａ）はダイシフトが発生した状態を示す断面図であり、（ｂ）は正常な状態を示す断面図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐半田性、成形性および作業性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いて得られる信頼性の高い半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子は、通常、エポキシ樹脂組成物を用いてトランスファー成形により樹脂封止される。この種のパッケージとして、従来から各種形態のパッケージが開発されている。上記樹脂封止の際に用いられるエポキシ樹脂組成物としては、通常、エポキシ樹脂を主体とし、これに硬化剤成分としてのフェノール樹脂と、無機質充填剤を含有するものが用いられている。特に、上記エポキシ樹脂として、近年、耐半田性に優れていることからビフェニル型エポキシ樹脂が広く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ビフェニル型エポキシ樹脂を用いた封止材料は、その硬化性の低さや、さらに得られるパッケージにボイドが発生したり、連続成形性等に劣るという欠点を有している。一方、上記エポキシ樹脂として、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂に代表される多官能エポキシ樹脂が多く用いられているが、上記多官能エポキシ樹脂は、一般的に樹脂粘度が高く、例えば、耐半田性を良好なものとするため、上記無機質充填剤をより高充填とすることができず、充分な耐半田特性が得られないという問題がある。したがって、近年、上記多官能エポキシ樹脂でも、その分子量が調整され低粘度としたタイプのものが出回っている。しかし、このエポキシ樹脂は低粘度ではあるが、それとともに軟化点も低下して作業性等に問題がある。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、良好な成形性および作業性を有し、しかも耐半田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およびそれを用いた信頼性の高い半導体装置の提供をその目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有す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。
【０００６】
（Ａ）下記の一般式（１）で表されるビフェノール類（ａ１）と、上記ビフェノール類（ａ１）以外の多価フェノール類（ａ２）とを重量混合比（ａ１／ａ２）でａ１／ａ２＝５／９５〜４０／６０の割合で混合してなる混合多価フェノールを、エピハロヒドリンと付加反応させるとともに閉環反応させることにより得られるエポキシ化合物。
【化３】
【０００７】
（Ｂ）下記の一般式（２）で表されるフェノール樹脂。
【化４】
【０００８】
（Ｃ）下記の平均粒径（ｘ），（ｙ），（ｚ）を有する３種類の溶融シリカ粉末の混合物であって、上記平均粒径（ｘ）を有する溶融シリカ粉末が混合物全体の５０〜９２重量％、上記平均粒径（ｙ）を有する溶融シリカ粉末が混合物全体の５〜４０重量％、上記平均粒径（ｚ）を有する溶融シリカ粉末が混合物全体の３〜１５重量％に設定されている。
（ｘ）平均粒径２０〜６０μｍ。
（ｙ）上記（ｘ）である平均粒径２０〜６０μｍのもののうちから選択使用した溶融シリカ粉末の平均粒径をαとした場合、０．１α≦平均粒径（μｍ）≦０．２αで表される平均粒径。
（ｚ）上記（ｘ）である平均粒径２０〜６０μｍのもののうちから選択使用した溶融シリカ粉末の平均粒径をαとした場合、０．０１α≦平均粒径（μｍ）＜０．１αで表される平均粒径。
【０００９】
また、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封止してなる半導体装置を第２の要旨とする。
【００１０】
すなわち、本発明者らは、良好な耐半田性とともに、流動性および成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得るために一連の研究を重ねた。その結果、前記特殊なエポキシ化合物を用いるとともに、前記異なる平均粒径を有する３種類の溶融シリカ粉末をそれぞれ特定の割合で混合してなる溶融シリカ粉末の混合物を用いると、例えば、溶融シリカ粉末を多量に用いたとしても著しい粘度の上昇が抑制され、系全体の低粘度化を維持し成形時の良好な流動性を得るとともに、耐半田性等の信頼性にも優れた封止材料が得られるようになることを見出し本発明に到達した。
【００１１】
また、フェノール樹脂として、前記一般式（２）で表されるフェノール樹脂を用いるため、低吸湿性と低い高温曲げ弾性率が得られ、優れた耐半田性が得られるようになる。
【００１２】
そして、半導体封止用エポキシ樹脂組成物として上記各成分とともに、ブタジエン系ゴム粒子を用いる場合、より低応力性に優れたものとなる。
【００１３】
また、上記溶融シリカ粉末の混合物の平均の真円度が０．７以上である場合、より一層優れた流動性が得られるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態について詳しく説明する。
【００１５】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、特定のエポキシ化合物（Ａ成分）と、特 定のフェノール樹脂（Ｂ成分）と、異なる平均粒径を有する３種類の溶融シリカ粉末の混合物（Ｃ成分）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。
【００１６】
本発明に用いる特定のエポキシ化合物（Ａ成分）は、下記の一般式（１）で表されるビフェノール類（ａ１）と、上記ビフェノール類（ａ１）以外の多価フェノール類（ａ２）とを特定の重量混合比で混合してなる混合多価フェノールを、エピハロヒドリンと付加反応させるとともに閉環反応させることにより得られる。
【００１７】
【化５】
【００１８】
上記式（１）で表されるビフェノール類（ａ１）の具体例としては、４，４′−ジヒドロキシビフェニル、３，３′，５，５′−テトラメチル−４，４′−ジヒドロキシビフェニル、３，３′，５，５′−テトラエチル−４，４′−ジヒドロキシビフェニル、３，３′，５，５′−テトラプロピル−４，４′−ジヒドロキシビフェニル等があげられる。
【００１９】
上記式（１）で表されるビフェノール類（ａ１）以外の多価フェノール類（ａ２）としては、例えば、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、レゾルシンノボラック、ビスフェノールＡ型ノボラック、ｐ−ヒドロキシベンズアルデヒドやサリチルアルデヒド等から誘導される多価フェノール等があげられる。なかでも、成形性、耐湿信頼性、耐半田性という点から、クレゾールノボラックを用いることが好ましい。
【００２０】
そして、上記式（１）で表されるビフェノール類（ａ１）と、このビフェノール類（ａ１）以外の多価フェノール類（ａ２）との混合割合は、重量混合比（ａ１／ａ２）でａ１／ａ２＝５／９５〜４０／６０の割合に設定することが好ましく、特に好ましくはａ１／ａ２＝１０／９０〜３０／７０の割合である。すなわち、両者の混合割合において、上記ビフェノール類（ａ１）以外の多価フェノール類（ａ２）の割合が多くなると、得られる半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、粘度が高く流動性に劣り、無機質充填剤の高充填化が不可能となり、良好な耐半田性を得ることができない。また、多価フェノール類（ａ２）の割合が少なすぎると、硬化性の劣化、ボイドの発生や連続成形性の点で劣るからである。
【００２１】
そして、上記式（１）で表されるビフェノール類（ａ１）と、上記ビフェノール類（ａ１）以外の多価フェノール類（ａ２）とを上記特定の重量混合比で混合してなる混合多価フェノールに、エピハロヒドリンを付加反応させるとともに閉環反応させることにより特定のエポキシ化合物が得られる。その際、上記エピハロヒドリンとしては、一般に、エピクロルヒドリン、エピブロムヒドリン等が用いられる。
【００２２】
上記混合多価フェノールとエピハロヒドリンの付加反応および閉環反応は、常法に従いつぎのようにして行われる。すなわち、攪拌装置、温度計およびコンデンサーを備えた反応容器中に、所定量のビフェノール類、多価フェノール類、エピハロヒドリンおよびイロプロピルアルコールを加えて溶解させ、ついで、その溶液を３５℃まで加熱したのち、所定量の水酸化ナトリウム水溶液を１時間かけて滴下する。その間に、徐々に昇温し、水酸化ナトリウム水溶液の滴下終了時に６５℃になるようにし、その後６５℃で３０分間保持して反応を完了させ、ついで水洗して副生塩および過剰の水酸化ナトリウムを除去してから、減圧下で過剰のエピハロヒドリンおよびイソプロピルアルコールを蒸発して除き、粗エポキシ化合物が得られる。ついで、この粗エポキシ化合物をトルエンに溶解し、水酸化ナトリウム水溶液を加えて６５℃で１時間保持して閉環反応を行わせる。閉環反応終了後、第一リン酸ナトリウムを加え、過剰の水酸化ナトリウムを中和し、水洗して副生塩を除去してから、減圧下で溶剤を完全に除去することにより目的とするエポキシ化合物が得られる。
【００２３】
なお、本発明においては、エポキシ樹脂成分として、上記特定のエポキシ化合物（Ａ成分）以外に、他のエポキシ樹脂を併用してもよい。他のエポキシ樹脂としては、特に限定するものではなく従来公知のエポキシ樹脂、例えば、クレゾールノボラック型、フェノールノボラック型、ビスフェノールＡ型、ナフタレン型等の各種エポキシ樹脂やブロム化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ことができる。そして、上記他のエポキシ樹脂を併用する場合の併用割合は、本発明の効果を阻害しない程度に設定すればよく、例えば、他のエポキシ樹脂をエポキシ樹脂成分全体の５０重量％以下に設定することが好ましい。
【００２４】
上記特定のエポキシ化合物（Ａ成分）とともに用いられる特定のフェノール樹脂（Ｂ成分）は、硬化剤として作用するものであって、低吸湿性および低高温弾性率による良好な耐半田性が得られるという点で、下記の一般式（２）で表されるフェノール樹脂が用いられる。
【００２５】
【化６】
【００２６】
上記特定のエポキシ化合物（Ａ成分）と特定のフェノール樹脂（Ｂ成分）の配合割合は、エポキシ化合物中のエポキシ基１当量あたり、フェノール樹脂成分中の水酸基当量が０．５〜２．０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０．８〜１．２当量である。
【００２７】
上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられる溶融シリカ粉末の混合物（Ｃ成分）は、下記の平均粒径（ｘ）〜（ｚ）を有する３種類の溶融シリカ粉末の混合物である。上記平均粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置により測定される。
（ｘ）平均粒径２０〜６０μｍ。
（ｙ）上記（ｘ）である平均粒径２０〜６０μｍのもののうちから選択使用した溶融シリカ粉末の平均粒径をαとした場合、０．１α≦平均粒径（μｍ）≦０．２αで表される平均粒径。
（ｚ）上記（ｘ）である平均粒径２０〜６０μｍのもののうちから選択使用した溶融シリカ粉末の平均粒径をαとした場合、０．０１α≦平均粒径（μｍ）＜０．１αで表される平均粒径。
【００２８】
すなわち、このような３種類の平均粒径、平均粒径の大きな溶融シリカ粉末（ｘ）と、中程度の粒径の溶融シリカ粉末（ｙ）と、小さい粒径の溶融シリカ粉末（ｚ）をそれぞれ、下記に示す割合（１）〜（３）に配合する必要がある。このような割合となるよう混合することにより、無機質充填剤であるシリカ粉末を高充填しても、流動性の低下が少なく良好な流動性が得られ、また、フィラー高充填化により低吸湿性、強度の向上が図られ、良好な耐半田性が得られるからである。
【００２９】
（１）平均粒径２０〜６０μｍ（ｘ）の溶融シリカ粉末が混合物全体の５０〜９２重量％。
（２）０．１α≦平均粒径（μｍ）≦０．２αで表される平均粒径（ｙ）の溶融シリカ粉末が混合物全体の５〜４０重量％。
（３）０．０１α≦平均粒径（μｍ）＜０．１αで表される平均粒径（ｚ）の溶融シリカ粉末が混合物全体の３〜１５重量％。
〔ただし、αは上記（ｘ）における平均粒径２０〜６０μｍのもののうちから選択使用した溶融シリカ粉末の平均粒径である。〕
【００３０】
そして、上記３種類の異なる平均粒径を有する溶融シリカ粉末の混合物（Ｃ成分）の平均の真円度が０．７以上であることが好ましい。特に好ましくは混合物全体の８０重量％以上が真円度０．８以上であることである。すなわち、混合物全体が真円度０．７以上であることにより、より一層流動性の向上が図られるからである。
【００３１】
なお、上記真円度は、つぎのようにして算出される。すなわち、図１（ａ）に示すように、真円度の測定対象となる対象物の投影像１において、その実面積をαとし、上記投影像１の周囲の長さをＰＭとした場合、図１（ｂ）に示すように、上記投影像１と周囲の長さが同じＰＭとなる真円の投影像２を想定する。そして、上記投影像２の面積α′を算出する。その結果、上記投影像１の実面積αと投影像２の面積α′の比（α／α′）が真円度を示し、この値（α／α′）は下記の数式（Ａ）により算出される。したがって、真円度が１．０とは、この定義からも明らかなように、真円であるといえる。そして、対象物の外周に凹凸が多ければ多いほどその真円度は１．０よりも順次小さくなる。なお、本発明において、溶融シリカ粉末混合物の真円度とは、測定対象となる混合物（母集団）から一部を抽出し上記方法にて測定して得られる値であり、通常、平均の真円度をいう。
【００３２】
【数１】
【００３３】
このような平均粒径の異なる３種類の溶融シリカ粉末の混合物（Ｃ成分）全体の配合量は、エポキシ樹脂組成物全体の７５重量％以上であることが好ましく、特に好ましくは８０〜９０重量％である。すなわち、７５重量％未満のように少なすぎると、耐半田性に劣る傾向がみられるからである。
【００３４】
本発明では、上記Ａ〜Ｃ成分に加えて、低応力化の向上を図る目的から、ブタジエン系ゴム粒子を用いることができる。上記ブタジエン系ゴム粒子は、通常、メタクリル酸アルキル，アクリル酸アルキル，ブタジエン，スチレン等の共重合反応によって得られるものが用いられる。具体的には、メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−アクリル酸エチル−ブタジエン−スチレン共重合体等があげられる。そして、上記共重合体のなかでも、ブタジエンの組成比率が７０重量％以下、メタクリル酸メチルの組成比率が１５重量％以上のメタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体が好適に用いられる。そして、上記ブタジエン系ゴム粒子としては、その一次粒子の平均粒径が０．０５〜４０μｍのものが好ましく用いられ、特に好ましくは０．０５〜１０μｍである。また、上記ブタジエン系ゴム粒子としては、その二次粒子の平均粒径が１００μｍ以下となるものが好ましく、特に好ましくは二次粒子の平均粒径が２０〜５０μｍである。すなわち、上記二次粒子の平均粒径が特に２０μｍ未満では、粉体としてのハンドリングが著しく悪くなる傾向がみられ、逆に１００μｍを超えると分散不良の発生がみられるようになるからである。さらに、本発明に用いられるブタジエン系ゴム粒子としては、上記二次粒子における特定の平均粒径とともに、その二次粒子の８０％以上が粒径１５０μｍ以下であることが好ましい。特に好ましくは粒径１５０μｍ以下が１００％である。すなわち、二次粒子の粒径が１５０μｍ以下が８０％未満では、例えば、混練機で溶融混合する際に充分な分散状態が得られないからである。そして、上記粒径の特定とともに、この二次粒子の最大粒径が２５０μｍ以下であることが好ましい。
【００３５】
上記ブタジエン系ゴム粒子の配合量は、エポキシ樹脂組成物全体の０．１〜４．０重量％の割合に設定することが好ましく、より好ましくは０．１〜２重量％である。すなわち、０．１重量％未満ではエポキシ樹脂組成物の充分な低応力化効果が得られず、４．０重量％を超えるとゴム粒子に含まれるイオン性不純物に起因する半導体素子の信頼性の低下がみられ、さらにゴム粒子が充分かつ均一に分散しなくなる傾向がみられるからである。
【００３６】
さらに、上記各成分に加えて、シリコーン化合物を用いてもよい。このように、上記シリコーン化合物を用いることにより一層優れた耐湿信頼性を得ることができる。これは、上記シリコーン化合物が表面処理剤的な作用を奏し、エポキシ樹脂組成物硬化体と半導体素子の接着性がより一層向上するとともに、撥水性を有することに起因して耐湿性が向上するものであると考えられる。上記シリコーン化合物としては、少なくとも２個の官能基を有するものが好ましく、例えば、下記の一般式（３）で表される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併せて用いられる。
【００３７】
【化７】
【００３８】
さらに、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｃ成分および各種ゴム粒子、シリコーン化合物以外に必要に応じて硬化促進剤、ハロゲン系の難燃剤や三酸化アンチモン等の難燃助剤、カーボンブラック等の顔料、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤等他の添加剤が適宜に用いられる。
【００３９】
上記硬化促進剤としては、アミン型，リン型等のものがあげられる。アミン型としては、２−イミダゾール等のイミダゾール類、トリエタノールアミン，１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等の三級アミン類等があげられる。また、リン型としては、トリフェニルホスフィン等があげられる。これらは単独でもしくは併せて用いられる。そして、この硬化促進剤の配合割合は、エポキシ樹脂組成物全体の０．１〜２．０重量％の割合に設定することが好ましい。さらに、エポキシ樹脂組成物の流動性を考慮すると好ましくは０．１５〜０．３５重量％である。
【００４０】
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〜Ｃ成分、無機質充填剤および必要に応じてブタジエン系ゴム粒子やシリコーン化合物、ならびに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合し、これを室温に冷却した後、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製造することができる。なお、上記各成分の配合に際し、上記ブタジエン系ゴム粒子を配合する場合、予め上記Ａ成分およびＢ成分の少なくとも一方とブタジエン系ゴム粒子を予備混合し、ついで残りの成分を配合してもよい。
【００４１】
このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子の封止は、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うことができる。
【００４２】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００４３】
下記に示す各成分を準備した。
【００４４】
〔エポキシａ〕
ＹＬ−６６４０、油化シェルエポキシ社製
【００４５】
〔エポキシｂ〕
下記の式（４）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９２、融点１０７℃）
【００４６】
【化８】
【００４７】
〔エポキシｃ〕
ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９５、軟化点８０℃）
【００４８】
〔エポキシｄ〕
ノボラック型ブロム化エポキシ樹脂（エポキシ当量２７５、軟化点８４℃）
【００４９】
〔フェノール樹脂ａ〕
フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０５、軟化点８３℃）
【００５０】
〔フェノール樹脂ｂ〕
ＸＬＣ−２２５、三井化学社製（水酸基当量１７０、軟化点８３℃）
【００５１】
〔無機質充填剤ａ〜ｄ〕
下記の表１に示す各種シリカ粉末を準備した。
【００５２】
【表１】
【００５３】
〔カップリング剤〕
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
【００５４】
〔ＤＢＵ〕
１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７
【００５５】
〔カルナバワックス〕
【００５６】
〔ブタジエン系ゴム〕
一次粒子の平均粒径０．２μｍのメタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体ゴム粒子
【００５７】
【実施例１〜５、比較例１〜７】
下記の表２および表３に示す各原料を、同表に示す割合で配合し、８０〜１２０℃に加熱したロール混練機（５分間）にかけて溶融混練した。つぎに、この溶融物を冷却した後粉砕し、さらにタブレット状に打錠することにより半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
【００５８】
【表２】
【００５９】
【表３】
【００６０】
このようにして得られた実施例および比較例のエポキシ樹脂組成物を用い、下記の方法に従ってスパイラルフロー値、ゲルタイムおよびフローテスター粘度を測定した。その結果を後記の表４〜表５に併せて示す。
【００６１】
〔スパイラルフロー値〕
上記各エポキシ樹脂組成物を粉末状のまま用い、これを予め規定温度（１７５±５℃）に加熱した渦巻状のスパイラルフロー用金型のポットの奥まで挿入し、型締めして型締め圧力を２１０±１０ｋｇ／ｃｍ2 まで上げた。つぎに、型締め圧力が２１０±１０ｋｇ／ｃｍ2 に達した時点で、プランジャーでエポキシ樹脂組成物を注入し、注入圧力７０±５ｋｇ／ｃｍ2 に到達した後、２分間注入圧力をかけた。ついで、トランスファー成形機のプランジャー圧力を抜き、さらに型締め圧力を抜いて金型を開いた。そして、成形物の渦巻き長さを最小２．５ｍｍまで測定することによりスパイラルフロー値を得た（ＥＭＭＩ １−６６に準ずる）。
【００６２】
〔ゲルタイム〕
規定温度（１７５℃）の熱平板上に試料（２００〜５００ｍｇ）を載せ、攪拌しながら熱平板上に薄く引き伸ばし、試料が熱平板上に溶融した時点から硬化するまでの時間を読み取りゲル化時間とした。
【００６３】
〔フローテスター粘度〕
上記各エポキシ樹脂組成物を２ｇ精秤し、タブレット状に成形した。そして、これを高化式フローテスターのポット内に入れ、１０ｋｇの荷重をかけて測定した。溶融したエポキシ樹脂組成物がダイスの穴（直径１．０ｍｍ×１０ｍｍ）を通過して押し出されるときのピストンの移動速度からサンプルの溶融粘度を求めた。
【００６４】
〔成形性〕
（１）金線流れ
上記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、半導体素子をトランスファー成形（条件：１７５℃×９０秒）し、１７５℃×５時間で後硬化することにより半導体装置を得た。この半導体装置は、ＱＦＰ（サイズ：２８×２８×厚み３ｍｍ）であり、銅製のリードフレームで、ダイパッドサイズは１３×１３ｍｍ、チップサイズは１２．５×１２．５ｍｍである。
【００６５】
すなわち、上記半導体装置の作製時において、図２に示すように、上記で用いた１３ｍｍ角のダイパッド１０を有するＱＦＰのパッケージフレームに金線ワイヤー１４を張り、これを用い上記エポキシ樹脂組成物により樹脂封止してパッケージを作製した。図２において、１５は半導体チップ、１６はリードピンである。そして、作製したパッケージを軟Ｘ線解析装置を用いて、金線流れ量を測定した。測定は、各パッケージから１０本ずつ金線を選定して測定し、図３に示すように、正面方向からの金線ワイヤー１４の流れ量を測定した。そして、金線ワイヤー１４の流れ量の最大部分となる値をそのパッケージの金線流れ量の値（ｄｍｍ）とし、金線流れ率〔（ｄ／Ｌ）×１００〕を算出した。なお、Ｌは金線ワイヤー１４間の距離（ｍｍ）を示す。各エポキシ樹脂組成物について５個のパッケージを測定し、その平均値を金線流れの発生量とした。
【００６６】
（２）ダイシフト
上記金線流れと同様の条件にて半導体装置を作製した。すなわち、図４に示す形状の、半導体チップ１５が搭載された１３ｍｍ角のダイパッド１０を有するＱＦＰのパッケージ１１を成形し、このパッケージ１１を切断（一点鎖線で切断面を示す）して、その切断面を観察し、ダイパッドの設計値との差によりダイパッドの変形量を測定した。すなわち、図５（ａ）に示すように、ダイパッドシフトが発生した状態のパッケージについて、ダイパッド１０の四隅の下の樹脂層の厚み（厚みａμｍ）を測定した。一方、図５（ｂ）に示すように、ダイパッドシフトが発生してない正常な状態のパッケージにおいて、ダイパッド１０の四隅の下の樹脂層の厚み（厚みｂμｍ）を測定した。このような測定をダイパッド１０の四隅全てで行い、これら測定値と上記正常品との差（ａ−ｂ）を絶対値で求め、これを平均値で示した。
【００６７】
（３）ボイドの発生
上記と同様にして半導体装置を作製した。この半導体装置について、軟Ｘ線解析装置および超音波探傷装置を用いてボイドの発生を調べた。ボイドの発生は、半導体装置２０個中、直径０．３ｍｍ以上のボイドが発生したものの個数を調べた。
【００６８】
（４）エアベントバリの長さ
上記半導体装置の製造において、得られるパッケージの各コーナー部に対してそれぞれ溝深さ２５μｍのスリットを備えた各金型を用い、上記と同様の条件にてパッケージを成形した。その際の溝に流れ込んだエポキシ樹脂組成物の流動長さを測定しエアベントバリ長さとした。
【００６９】
（５）連続成形性
上記半導体装置を連続で成形し、パッケージ表面の汚れおよびエアーベントつまりを観察した。そして、上記汚れおよびエアーベントつまりの発生した成形回数を調べ表示した。
【００７０】
〔粉末取り扱い性〕
直径４０ｍｍのポリ容器に１ｋｇの樹脂粉末を充填し、その上から１ｋｇの荷重をかけ、２０℃、２５℃および３０℃の各温度にて２４時間放置して粉末のブロッキング状態を確認した。その結果、ブロッキングが確認されたものを×、確認されなかったものを○として表示した。
【００７１】
〔耐半田性〕
上記半導体装置を用い、下記の条件（ａ），（ｂ）にて吸湿させた後、赤外線リフロー（条件：２４０℃×１０秒間）の評価試験（耐半田性）を行った。そして、クラックが発生した個数（２０個中）を測定した。
（ａ）８５℃／６０％ＲＨ×１６８時間
（ｂ）８５℃／８５％ＲＨ×１６８時間
【００７２】
これらの評価結果を下記の表４〜表５に併せて示す。
【００７３】
【表４】
【００７４】
【表５】
【００７５】
上記表４〜表５から、実施例品は、スパイラルフロー、ゲルタイムおよびフローテスター粘度の各値から良好な流動性を備えており、金線流れ、ダイシフト、ボイドの発生等の評価において良好な結果が得られた。しかも、耐半田性試験および上記ＴＣＴテストにおいても優れた評価結果が得られた。また、連続成形性においても優れた特性を示している。これに対して、比較例品では、成形性および耐半田性の双方を同時に満足させるものは得られなかったことがわかる。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、前記特定のエポキシ化合物（Ａ成分）と前記のような異なる平均粒径を有する３種類の溶融シリカ粉末の混合物（Ｃ成分）を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。このため、優れた耐半田性を有するとともに、溶融シリカ粉末を高充填に設定しても、良好な流動性を確保することができ、優れた成形性を得ることができる。したがって、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封止することにより、耐半田性，耐保存特性等の信頼性に優れた半導体装置を得ることができる。
【００７７】
また、フェノール樹脂として、前記一般式（２）で表されるフェノール樹脂を用いるため、低吸湿性と低い高温曲げ弾性率が得られ、優れた耐半田性が得られるようになる。
【００７８】
そして、半導体封止用エポキシ樹脂組成物として上記各成分とともに、ブタジエン系ゴム粒子を用いることにより、より低応力性に優れたものとなる。
【００７９】
また、上記溶融シリカ粉末の混合物の平均の真円度が０．７以上であると、より一層優れた流動性が得られるようになる。
【００８０】
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は無機質充填剤である溶融シリカ粉末の真円度の測定方法を示す説明図である。
【図２】金線流れ量を測定するために用いるパッケージを示す正面図である。
【図３】金線流れ量の測定方法を示す説明図である。
【図４】ダイシフト量を測定するために用いるパッケージを示す正面図である。
【図５】ダイシフトの測定方法を示す説明図であり、（ａ）はダイシフトが発生した状態を示す断面図であり、（ｂ）は正常な状態を示す断面図である。
Claims (6)
- 下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
（Ａ）下記の一般式（１）で表されるビフェノール類（ａ１）と、上記ビフェノール類（ａ１）以外の多価フェノール類（ａ２）とを重量混合比（ａ１／ａ２）でａ１／ａ２＝５／９５〜４０／６０の割合で混合してなる混合多価フェノールを、エピハロヒドリンと付加反応させるとともに閉環反応させることにより得られるエポキシ化合物。
（ｘ）平均粒径２０〜６０μｍ。
（ｙ）上記（ｘ）である平均粒径２０〜６０μｍのもののうちから選択使用した溶融シリカ粉末の平均粒径をαとした場合、０．１α≦平均粒径（μｍ）≦０．２αで表される平均粒径。
（ｚ）上記（ｘ）である平均粒径２０〜６０μｍのもののうちから選択使用した溶融シリカ粉末の平均粒径をαとした場合、０．０１α≦平均粒径（μｍ）＜０．１αで表される平均粒径。 - 上記（Ａ）成分であるエポキシ化合物の作製に用いられる一般式（１）で表されるビフェノール類以外の多価フェノール類が、クレゾールノボラック樹脂である請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 上記（Ｃ）成分である溶融シリカ粉末の混合物の含有量が、エポキシ樹脂組成物全体中８０〜９０重量％に設定されている請求項１または２記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 上記（Ａ）〜（Ｃ）成分とともにブタジエン系ゴム粒子を含有する請求項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。
- 上記（Ｃ）成分である溶融シリカ粉末混合物が、真円度０．７以上である請求項１〜４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。
- 請求項１〜５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を用いて半導体素子を封止してなる半導体装置。
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