JP3876217B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置内の接続用電極間あるいは導電体配線間の狭ピッチ化に伴う短絡（ショート）等の発生が抑制され信頼性の高い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の製法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。
【０００３】
このようなパッケージの一例として、例えば、図１に示すようなタイプのパッケージがあげられる。１は絶縁基板であり、その絶縁基板１上に接続用電極部２を介して半導体素子３が搭載され、絶縁基板１と半導体素子３は電気的に接続されている。そして、絶縁基板１の半導体素子３搭載面側を封止材料であるエポキシ樹脂組成物の硬化体である封止樹脂４ａにより樹脂封止されている。また、上記タイプ以外に図２に示すようなパッケージがあげられる。このパッケージは、絶縁基板５上に半導体素子３が搭載され、この絶縁基板５と半導体素子３がワイヤー６にて電気的に接続されている。そして、このワイヤー６を含む半導体素子３がエポキシ樹脂組成物硬化体である封止樹脂４ｂにより樹脂封止されている。さらに、図３に示すパッケージがあげられる。このパッケージは、金属製のリードフレーム７上に半導体素子３が搭載され、この半導体素子３とインナーリード８とがワイヤー６にて電気的に接続されている。そして、このワイヤー６を含む半導体素子３がエポキシ樹脂組成物硬化体である封止樹脂４ｃにより樹脂封止されている。また、上記パッケージタイプ以外に図４に示すパッケージがあげられる。このパッケージは、金属製のリードフレーム１０上に半導体素子３が搭載され、この半導体素子３とリードフレーム１０の周囲に設けられたインナーリード１１とがワイヤー６にて電気的に接続されている。そして、このワイヤー６を含む半導体素子３がエポキシ樹脂組成物硬化体である封止樹脂４ｄにより樹脂封止されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような半導体装置において、近年、その性能向上に伴い半導体装置内の接続用電極部２間またはワイヤー６間の狭ピッチ化が要望されている。この狭ピッチ化に伴い、その封止作業工程において、短絡（ショート）の発生が頻繁になっていた。このような状況に対して、通常、カーボンの凝集物の低減等が種々検討されているが、抜本的な解決には至っていないのが実情である。そして、この半導体装置の短絡（ショート）による不良品の発生を抑制し信頼性の高い半導体装置を得ることが要望されている。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、半導体装置内の接続用電極間あるいは導電体配線間の狭ピッチ化に伴う短絡（ショート）の発生が抑制され信頼性の高い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製造する方法の提供をその目的とする。
【０００６】
【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、溶融に際して、珪素質原料を、竪型炉上部に下向きに配置した噴射口から噴射し、酸素ガスおよび炭化水素系可燃性ガスからなる混合ガスを、上記噴射口を囲った状態で下向きに配置した他の噴射口から噴射するとともに、酸素ガスを上記両噴射口を囲った状態で下向きに配置した、さらなる他の噴射口から噴射し、上記混合ガスの流速を、酸素ガスの流速の２〜１０倍となる流速に設定し、上記ガスの燃焼により溶融形成した、溶融球状シリカ粉末（ｃ）をシリカ粉末全体の５０重量％以上含有させたシリカ粉末（Ｃ）を準備し、このシリカ粉末（Ｃ）と、エポキシ樹脂（Ａ）とフェノール樹脂（Ｂ）を成分原料として半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造する半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製法をその要旨とする。
【０００７】
本発明者らは、まず、封止作業工程において、短絡（ショート）の発生原因となる物質を突き止めるべく鋭意検討を重ねた。そして、上記短絡原因となるものが、封止材料として通常配合されるカーボンブラックではなく無機質充填剤にあることを突き止めた。すなわち、従来から無機質充填剤として、例えば、溶融シリカ粉末が用いられているが、この溶融シリカ粉末そのものを詳しく調べた結果、溶融シリカ粉末の一部に、粒子表面にカーボンが付着して粒子表面をカーボンが被覆した状態の溶融シリカ粉末が混入しているという事実を突き止めた。そして、このカーボンが粒子表面を被覆した溶融シリカ粉末が半導体装置内の接続用電極間あるいは導電体配線間に存在して、この電極間あるいは配線間が導通し短絡（ショート）の発生を生起していることを突き止めたのである。
【０００８】
このような知見に基づき、上記カーボンにて表面が被覆される溶融シリカ粉末の製造工程に着目し、その表面にカーボンの被覆が形成されない溶融シリカ粉末を得るための製造方法を中心に研究を重ねた。その結果、従来は、溶融用熱源として可燃性ガスであるプロパンガスと酸素ガスとの混合ガスによる燃焼熱を用い、これと珪素質原料とを炉内に噴射して溶融シリカ粉末を作製していたが、上記噴射口にプロパンガスに起因したカーボンが生成し付着しており、これが溶融シリカ粉末表面に付着しカーボン被覆の溶融シリカ粉末が製造されることを突き止めた。したがって、本発明者らは、溶融シリカ粉末の製造に際して、溶融用熱源材料として従来のプロパンガス単独に代えて酸素ガスとプロパンガスに代表される炭化水素系可燃性ガスの混合ガスを用いると、酸素リッチ状態となるため炭化水素系可燃性ガスが完全燃焼し酸素不足による不完全燃焼の結果生じるカーボンの発生が抑制されて、粒子表面にカーボンの付着していない溶融シリカ粉末が製造されることを突き止めた。そして、このようにして得られた、カーボンがその表面に付着していない溶融シリカ粉末を、シリカ粉末全体の５０重量％以上の含有割合となるシリカ粉末を用いると、その封止工程時における短絡（ショート）の発生が抑制されることを見出し本発明に到達した。
【０００９】
【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。
【００１０】
本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ成分）と、フェノール樹脂（Ｂ成分）と、特定のシリカ粉末（Ｃ成分）を用いて得られ、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。
【００１１】
本発明に用いるエポキシ樹脂（Ａ成分）は、特に限定されるものではなく通常用いられるエポキシ樹脂が用いられる。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、ビフェニル型、トリフェニルメタン型やナフタレン型等の各種エポキシ樹脂等があげられる。これらは、単独で使用できるほか、２種以上を併用してもよい。
【００１２】
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、上記エポキシ樹脂の硬化剤としての作用を奏するものであり、特に限定するものではなく従来公知のもの、例えば、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールＡ型ノボラック、ナフトールノボラック、フェノールアラルキ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。
【００１３】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とフェノール樹脂（Ｂ成分）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、硬化剤中の水酸基当量が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。
【００１４】
上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられる特定のシリカ粉末（Ｃ成分）は、特定の製に基づいて得られた下記の溶融球状シリカ粉末（ｃ）をシリカ粉末全体の５０重量％以上の割合で含有するものであり、特に好ましくは溶融球状シリカ粉末（ｃ）がＣ成分全体を占める１００重量％である。
（ｃ）溶融に際して、珪素質原料を、竪型炉上部に下向きに配置した噴射口から噴射し、酸素ガスおよび炭化水素系可燃性ガスからなる混合ガスを、上記噴射口を囲った状態で下向きに配置した他の噴射口から噴射するとともに、酸素ガスを上記両噴射口を囲った状態で下向きに配置した、さらなる他の噴射口から噴射し、上記混合ガスの流速を、酸素ガスの流速の２〜１０倍となる流速に設定し、上記ガスの燃焼により溶融形成した、溶融球状シリカ粉末。
【００１５】
上記溶融球状シリカ粉末（ｃ）の含有割合がシリカ粉末全体の５０重量％未満では、例えば、従来の方法により得られた溶融シリカ粉末では、その表面にカーボンが付着したものが混入しており、封止に際してこのカーボン被覆溶融シリカ粉末が半導体装置内の接続用電極間あるいは導電体配線間に存在して、この電極間あるいは配線間が導通し短絡（ショート）の多発を招くからである。
【００１６】
つぎに、上記溶融球状シリカ粉末（ｃ）の製造方法を詳しく説明する。例えば、珪素質原料を、溶融用熱源材料となる、酸素ガスおよび炭化水素系可燃性ガスからなる混合ガスと酸素ガスによるガス焔とともに竪型炉に供給して、上記珪素質原料を火炎中に分散させ、これを個々の粒子状態のまま溶融することにより溶融球状シリカ粉末が製造される。
【００１７】
上記珪素質原料としては、従来の溶融球状シリカ粉末の製造に際して用いられるものであれば特に限定するものではない。例えば、ＳｉＯ2 ９９．５％、Ａｌ2 Ｏ3 １％、Ｆｅ2 Ｏ3 ０．０５％、Ｎａ2 Ｏ０．００５％、Ｋ2 Ｏ０．００３％の組成からなる珪石を粉砕し、その粒度が５００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下となる粉砕物があげられる。すなわち、上記粒度より大きくなると、球状となり難い、または完全に溶融しない傾向がみられるからである。
【００１８】
そして、このような粉砕物を竪型炉に、酸素ガスおよび炭化水素系可燃性ガスからなる混合ガスおよび酸素ガスとともに炉内に噴射し、温度２０００℃以上の火炎中に分散させ、溶融し球状体とするのである。
【００１９】
上記酸素ガスおよび炭化水素系可燃性ガスからなる混合ガスにおける上記炭化水素系可燃性ガスとしては、特に限定するものではなく従来から用いられているプロパンガス等があげられる。さらに、上記混合ガスにおける両者の混合割合は、爆発限界濃度以下とすることを考慮して、容積比で、酸素ガス：炭化水素系可燃性ガス＝１：０．９〜１：１．１に設定することが好ましく、特に好ましくは１：１である。
【００２０】
上記竪型炉およびその内部の噴射口等の設備および構造について詳しくは、炉は原料となる珪素質原料が火炎中に均一分散され、溶融することが可能な竪型炉が好ましい。例えば、図５に示すような竪型炉があげられる。この竪型炉の上部には、珪素質原料を貯蔵するホッパー２１が設けられている。そして、上記ホッパー２１下部から炉体２６に接続する原料供給管２２が延びており、この原料供給管２２の周囲には、図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、混合ガス吹管である小管２３が複数本配置され、さらに上記小管２３の周囲には外管２５が配設されて噴射口（バーナー）部分を構成している。すなわち、珪素質原料を、炭化水素系可燃性ガスおよび酸素ガスの混合ガスによるガス焔とともに炉内に噴射する際の噴射（バーナー）部分は、外管２５の中心部に原料供給管（内管）２２を備えた二重管からなり、さらに炭化水素系可燃性ガスおよび酸素ガスの混合ガスと酸素ガスとが異なる流速で炉内に供給される必要があるため、外管２５と原料供給管（内管）２２との間に小管２３を多数配設し、その小管２３を炭化水素系可燃性ガスおよび酸素ガスの混合ガス供給用管とし、さらに上記混合ガス供給用の小管２３の周囲（小管２３と外管２５の隙間）を酸素ガス供給用管２４として、上記混合ガスと酸素ガスとを同時に炉内に供給するようにしたものがあげられる。
【００２１】
上記炉体２６の下部には、排ガスとともに生成した溶融球状シリカ粉末をブロワー３０により輸送管２７内を移送してサイクロン２８およびバックフィルター２９にて、溶融球状シリカ粉末と排ガスとを分離し溶融球状シリカ粉末を捕集するよう構成されている。
【００２２】
上記炉体２６の直径と長さは製造条件等にもよるが、直径に対して高さが５〜１００倍、好ましくは１０〜５０倍である。
【００２３】
このような装置を用いて、炉体２６の上部に配設された噴射口（バーナー）から炭化水素系可燃性ガスおよび酸素ガスの混合ガスと酸素ガスを噴射し、温度２０００℃以上の火炎中に珪素質原料となる粉砕物を噴射する。この場合、火炎中に粉砕物を充分分散させ、しかも滞留時間を可能な限り長く保持させることが好ましい。
【００２４】
上記火炎を形成する酸素ガスの流速は噴射口出口において、１．５ｍ／秒以上とし、炭化水素系可燃性ガスおよび酸素ガスの混合ガスの流速は上記酸素ガスの流速の２〜１０倍、特に好ましくは２〜６倍である。
【００２５】
また、上記珪素質原料となる粉砕物の供給量は特に限定するものではないが、噴射口、炉体２６等の装置の大きさによって適宜に設定される。例えば、１〜１００ｋｇ／時間、好ましくは５〜３０ｋｇ／時間程度である。また、珪素質原料の炉体２６内への供給方法は自然流下あるいは加圧供給のいずれの方法であってもよいが、自然流下が好ましい。
【００２６】
そして、火炎内における珪素質原料の加熱時間は適宜に設定されるが、一般にその粒子径が小さいほど加熱時間は短縮される傾向にある。
【００２７】
このようにして得られる溶融球状シリカ粉末（ｃ）の平均粒径は、２〜４０μｍの範囲であることが好ましく、特に好ましくは５〜３０μｍである。
【００２８】
上記溶融球状シリカ粉末（ｃ）を特定の割合含有するシリカ粉末（Ｃ成分）としては、特に限定するものではなく従来公知のシリカ粉末があげられる。特に好ましくは特定の溶融球状シリカ粉末（ｃ）と同様、溶融球状シリカ粉末である。
【００２９】
上記溶融球状シリカ粉末（ｃ）以外のシリカ粉末（Ｃ成分）の平均粒径としては、２〜４０μｍの範囲であることが好ましく、特に好ましくは５〜３０μｍである。なお、上記溶融球状シリカ粉末（ｃ）およびシリカ粉末（Ｃ成分）の平均粒径は、レーザー散乱式粒度分布測定装置により測定することができる。
【００３０】
そして、このような特定のシリカ粉末（Ｃ成分）の含有割合は、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、より好ましくは８０〜９１重量％の範囲である。すなわち、７５重量％未満のように少なすぎると、耐半田特性等の半導体装置の信頼性に劣る傾向がみられるからである。
【００３１】
本発明では、上記Ａ〜Ｃ成分に加えて、必要に応じて硬化促進剤、ブロム化エポキシ樹脂等のハロゲン系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、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や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、カーボンブラック等の顔料、カルナバワックス等の離型剤等他の添加剤が適宜に用いられる。
【００３２】
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−メチル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，ジアザビシクロウンデセン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、テトラ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０．１〜１．０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。
【００３３】
本発明に係る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成分および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。あるいは、予め顔料であるカーボンブラックをエポキシ樹脂の一部と混合して予備混合物を作製する。ついで、この予備混合物と残りの配合成分を混合して溶融混合し、後は上記と同様の工程を経由することにより製造する。
【００３４】
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。
【００３５】
このようにして得られる半導体装置としては、具体的には、先に述べたように、図１〜図４に示す構造のパッケージ形態があげられる。すなわち、図１に示すパッケージは、絶縁基板１上に接続用電極部２を介して半導体素子３が搭載され、絶縁基板１と半導体素子３は電気的に接続されている。そして、絶縁基板１の半導体素子３搭載面側を封止樹脂４ａにより樹脂封止されている。また、図２に示すパッケージは、絶縁基板５上に半導体素子３が搭載され、この絶縁基板５と半導体素子３がワイヤー６にて電気的に接続されている。そして、このワイヤー６を含む半導体素子３が封止樹脂４ｂにより樹脂封止されている。さらに、図３に示すパッケージは、金属製のリードフレーム７上に半導体素子３が搭載され、この半導体素子３とインナーリード８とがワイヤー６にて電気的に接続されている。そして、このワイヤー６を含む半導体素子３が封止樹脂４ｃにより樹脂封止されている。また、図４に示すパッケージは、金属製のリードフレーム１０上に半導体素子３が搭載され、この半導体素子３とリードフレーム１０の周囲に設けられたインナーリード１１とがワイヤー６にて電気的に接続されている。そして、このワイヤー６を含む半導体素子３が封止樹脂４ｄにより樹脂封止されている。
【００３６】
そして、上記半導体装置において、接続用電極部とは、例えば、図１に示すように、絶縁基板１と半導体素子３とを電気的に接続するものであって、周知の電極のみでもよいが、電極とジョイントボール等の電極に配備される導電体を含む概念である。また、上記半導体装置において、導電体配線とは、図２〜図４に示すように、半導体素子３と絶縁基板５、半導体素子３とインナーリード８、半導体素子３とインナーリード１１とをそれぞれ電気的に接続する各ワイヤー６、さらにインナーリード８，１１および絶縁基板５上の配線をも含む概念である。
【００３７】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００３８】
下記に示す各成分を準備した。
【００３９】
〔エポキシ樹脂ａ〕
下記の一般式（ａ）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量１７３、融点１００℃）
【化１】
【００４０】
〔エポキシ樹脂ｂ〕
下記の一般式（ｂ）で表される繰り返し単位を有するエポキシ樹脂（エポキシ当量１７０、融点６０℃）
【化２】
【００４１】
〔フェノール樹脂〕
フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０７、融点６０℃）
【００４２】
〔硬化促進剤〕
トリフェニルホスフィン
【００４３】
〔難燃剤〕
ブロム化エポキシ樹脂
【００４４】
〔難燃助剤〕
三酸化アンチモン
【００４５】
〔離型剤〕
カルナバワックス
【００４６】
〔顔料〕
カーボンブラック
【００４７】
〔溶融球状シリカ粉末ａ〕
溶融球状シリカ粉末（平均粒径２０μｍ）を、先に述べた図５および図６に示す竪型炉を用いつぎのようにして作製した。すなわち、珪素質原料である珪石（ＳｉＯ2 ９９．５％、Ａｌ2 Ｏ3 ０．０６３％、Ｆｅ2 Ｏ3 ０．００２％、Ｎａ2 Ｏ０．００２％、Ｋ2 Ｏ０．００３％）の粉砕物（粒度６６μｍ以下）を準備し、これを供給機により１０ｋｇ／時間で連続的に原料供給管（内管）２２から炉内に供給するとともに、プロパンガスと酸素ガスの混合ガス（混合容積比１：１）〔３０Ｎｍ3 ／時間（流速４３．９ｍ／秒）〕を外管２５と原料供給管（内管）２２との間に配設した小管２３から、また酸素ガス〔１５Ｎｍ3 ／時間（流速８．３ｍ／秒）〕を上記外管２５と小管２３の隙間部分から吐出させ２０００℃以上のガス焔（火炎の長さ５０ｃｍ）を炉内に生じさせた。このようにして溶融球状シリカ粉末ａ（平均粒径２０μｍ）を作製した。
【００４８】
〔溶融球状シリカ粉末ｂ〕
溶融球状シリカ粉末（平均粒径２０μｍ）を、先に述べた図５および図６に示す竪型炉を用いつぎのようにして作製した。すなわち、珪素質原料である珪石（ＳｉＯ2 ９９．５％、Ａｌ2 Ｏ3 ０．０６３％、Ｆｅ2 Ｏ3 ０．００２％、Ｎａ2 Ｏ０．００２％、Ｋ2 Ｏ０．００３％）の粉砕物（粒度６６μｍ以下）を準備し、これを供給機により１０ｋｇ／時間で連続的に原料供給管（内管）２２から炉内に供給するとともに、プロパンガス〔１０Ｎｍ3 ／時間（流速１２．０ｍ／秒）〕を外管２５と原料供給管（内管）２２との間に配設した小管２３から、また酸素ガス〔５Ｎｍ3 ／時間（流速６．２ｍ／秒）〕を上記外管２５と小管２３の隙間部分から吐出させ２０００℃以上のガス焔（火炎の長さ３０ｃｍ）を炉内に生じさせた。このようにして溶融球状シリカ粉末ｂ（平均粒径２０μｍ）を作製した。
【００４９】
〔溶融球状シリカ粉末ｃ〕
溶融球状シリカ粉末（平均粒径１０μｍ）を、先に述べた図５および図６に示す竪型炉を用いつぎのようにして作製した。すなわち、珪素質原料である珪石（ＳｉＯ2 ９９．５％、Ａｌ2 Ｏ3 ０．０６３％、Ｆｅ2 Ｏ3 ０．００２％、Ｎａ2 Ｏ０．００２％、Ｋ2 Ｏ０．００３％）の粉砕物（粒度４４μｍ以下）を準備し、これを供給機により８ｋｇ／時間で連続的に原料供給管（内管）２２から炉内に供給するとともに、プロパンガスと酸素ガスの混合ガス（混合容積比１：１）〔３０Ｎｍ3 ／時間（流速４３．９ｍ／秒）〕を外管２５と原料供給管（内管）２２との間に配設した小管２３から、また酸素ガス〔１５Ｎｍ3 ／時間（流速８．３ｍ／秒）〕を上記外管２５と小管２３の隙間部分から吐出させ２０００℃以上のガス焔（火炎の長さ５０ｃｍ）を炉内に生じさせた。このようにして溶融球状シリカ粉末ｃ（平均粒径１０μｍ）を作製した。
【００５０】
〔溶融球状シリカ粉末ｄ〕
溶融球状シリカ粉末（平均粒径１０μｍ）を、先に述べた図５および図６に示す竪型炉を用いつぎのようにして作製した。すなわち、珪素質原料である珪石（ＳｉＯ2 ９９．５％、Ａｌ2 Ｏ3 ０．０６３％、Ｆｅ2 Ｏ3 ０．００２％、Ｎａ2 Ｏ０．００２％、Ｋ2 Ｏ０．００３％）の粉砕物（粒度４４μｍ以下）を準備し、これを供給機により８ｋｇ／時間で連続的に原料供給管（内管）２２から炉内に供給するとともに、プロパンガス〔１０Ｎｍ3 ／時間（流速１２．０ｍ／秒）〕を外管２５と原料供給管（内管）２２との間に配設した小管２３から、また酸素ガス〔５Ｎｍ3 ／時間（流速６．２ｍ／秒）〕を上記外管２５と小管２３の隙間部分から吐出させ２０００℃以上のガス焔（火炎の長さ３０ｃｍ）を炉内に生じさせた。このようにして溶融球状シリカ粉末ｄ（平均粒径１０μｍ）を作製した。
【００５１】
（１）半導体装置Ａの封止
【実施例Ａ１〜Ａ８、比較例Ａ１〜Ａ６】
下記の表１〜表３に示す各原料を、同表に示す割合でヘンシェルミキサーに投入した後、３０分間混合した。この際、顔料であるカーボンブラックは、予めエポキシ樹脂ａと３本ロールにて混合（カーボンブラック／エポキシ樹脂ａの混合重量比＝１／１０）して予備混合物を作製し、これを用いた。この後、上記混合物を混練押出機に供給し溶融混合した。つぎに、この溶融物を冷却した後粉砕し、さらにタブレット成形金型にて打錠することによりエポキシ樹脂組成物製タブレットを作製した。
【００５２】
【表１】
【００５３】
【表２】
【００５４】
【表３】
【００５５】
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製タブレットを用い、半導体素子（チップサイズ：１０×１０ｍｍ）をトランスファー成形（条件：１７５℃×１２０秒）し、１７５℃×５時間の後硬化することにより図３に示す半導体装置を得た。このパッケージは、２０８ピンＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）である。
【００５６】
〔パッケージ形態〕
２０８ピンＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）タイプ：サイズ２８ｍｍ×２８ｍｍ×厚み２．８ｍｍ
半導体素子３サイズ：１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み３７０μｍ
金属リードフレーム７：銅製（サイズ：１１ｍｍ×１１ｍｍ×厚み１００μｍ）
ワイヤー６：金製、直径２５μｍ、ピッチ８５μｍ、ワイヤー間距離６０μｍ
【００５７】
上記のようにして得られた各半導体装置について、短絡（ショート）発生状況を測定・評価した。すなわち、半導体素子上で導通がとられていない、隣接するインナーリード８間の電気抵抗値を測定し、１ｋΩ以下となったものを短絡（ショート）とした。そして、試料３０００個のうちショートが発生したものをカウントした。その結果を下記の表４〜表６に示した。
【００５８】
【表４】
【００５９】
【表５】
【００６０】
【表６】
【００６１】
上記表４〜表６から、実施例のエポキシ樹脂組成物製タブレットを用いた半導体装置は、全く短絡（ショート）が発生しなかった。これに対して、プロパンガスと酸素ガスの燃焼熱による従来の製法により作製された溶融球状シリカ粉末をシリカ粉末全体の５０重量％を超えて含有した比較例の封止材料にて樹脂封止された半導体装置は、短絡（ショート）が発生した。
【００６２】
（２）半導体装置Ｂの封止
【実施例Ｂ１〜Ｂ８、比較例Ｂ１〜Ｂ６】
下記の表７〜表９に示す各原料を、同表に示す割合でヘンシェルミキサーに投入した後、３０分間混合した。この際、顔料であるカーボンブラックは、予めエポキシ樹脂ａと３本ロールにて混合（カーボンブラック／エポキシ樹脂ａの混合重量比＝１／１０）して予備混合物を作製し、これを用いた。この後、上記混合物を混練押出機に供給し溶融混合した。つぎに、この溶融物を冷却した後粉砕し、さらにタブレット成形金型にて打錠することによりエポキシ樹脂組成物製タブレットを作製した。
【００６３】
【表７】
【００６４】
【表８】
【００６５】
【表９】
【００６６】
上記のようにして得られた各エポキシ樹脂組成物製タブレットを用い、絶縁基板上に搭載された半導体素子をトランスファー成形（条件：１７５℃×１分＋１７５℃×５時間の後硬化）することにより図２に示す片面封止タイプの半導体装置を作製した。
【００６７】
〔パッケージ形態〕
ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）タイプ：サイズ３５ｍｍ×３５ｍｍ×厚み１．５ｍｍ
樹脂封止層４ｂ（エポキシ樹脂組成物硬化体）サイズ：３５ｍｍ×３５ｍｍ×厚み１．２ｍｍ
半導体素子３サイズ：１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み３７０μｍ
絶縁基板５：ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）樹脂／ガラスクロス基板（サイズ：４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．３ｍｍ）
ワイヤー６：金製、直径２０μｍ、ピッチ５０μｍ、ワイヤー間距離３０μｍ
【００６８】
上記のようにして得られた各半導体装置について、先に述べた方法と同様にして短絡（ショート）発生状況を測定・評価した。その結果を下記の表１０〜表１２に示した。
【００６９】
【表１０】
【００７０】
【表１１】
【００７１】
【表１２】
【００７２】
上記表１０〜表１２から、実施例のエポキシ樹脂組成物製タブレットを用いた半導体装置は、全く短絡（ショート）が発生しなかった。これに対して、プロパンガスと酸素ガスの燃焼熱による従来の製法により作製された溶融球状シリカ粉末をシリカ粉末全体の５０重量％を超えて含有した比較例の封止材料にて樹脂封止された半導体装置は、短絡（ショート）が発生した。
【００７３】
（３）半導体装置Ｃの封止
【実施例Ｃ１〜Ｃ８、比較例Ｃ１〜Ｃ６】
下記の表１３〜表１５に示す各原料を、同表に示す割合でヘンシェルミキサーに投入した後、３０分間混合した。この際、顔料であるカーボンブラックは、予めエポキシ樹脂ａと３本ロールにて混合（カーボンブラック／エポキシ樹脂ａの混合重量比＝１／１０）して予備混合物を作製し、これを用いた。この後、上記混合物を混練押出機に供給し溶融混合した。つぎに、この溶融物を冷却した後粉砕し、さらにタブレット成形金型にて打錠することによりエポキシ樹脂組成物製タブレットを作製した。
【００７４】
【表１３】
【００７５】
【表１４】
【００７６】
【表１５】
【００７７】
上記のようにして得られた各エポキシ樹脂組成物製タブレットを用い、絶縁基板上に搭載された半導体素子をトランスファー成形（条件：１７５℃×１分＋１７５℃×５時間の後硬化）することにより図１に示す片面封止タイプの半導体装置（ＦＣ−ＢＧＡ）を作製した。
【００７８】
〔パッケージ形態〕
フリップチップボールグリッドアレイ（ＦＣ−ＢＧＡ）タイプ：サイズ１２ｍｍ×１２ｍｍ×厚み１ｍｍ
樹脂封止層４ａ（エポキシ樹脂組成物硬化体）サイズ：１２ｍｍ×１２ｍｍ×厚み６００μｍ
半導体素子３サイズ：１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み３７０μｍ
絶縁基板１：ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）樹脂／ガラスクロス基板（サイズ：１４ｍｍ×１４ｍｍ×厚み３００μｍ）
接続用電極部２：金バンプ、直径２０μｍ、ピッチ５０μｍ、金バンプ間距離３０μｍ
【００７９】
上記のようにして得られた各半導体装置について、先に述べた方法と同様に、導通がとられていない、隣接する金バンプ間の電気抵抗値を測定して、１ｋΩ以下となったものを短絡（ショート）とし、短絡（ショート）発生状況を測定・評価した。その結果を下記の表１６〜表１８に示した。
【００８０】
【表１６】
【００８１】
【表１７】
【００８２】
【表１８】
【００８３】
上記表１６〜表１８から、実施例のエポキシ樹脂組成物製タブレットを用いた半導体装置は、全く短絡（ショート）が発生しなかった。これに対して、プロパンガスと酸素ガスの燃焼熱による従来の製法により作製された溶融球状シリカ粉末をシリカ粉末全体の５０重量％を超えて含有した比較例の封止材料にて樹脂封止された半導体装置は、短絡（ショート）が発生した。
【００８４】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、溶融に際して、珪素質原料を、竪型炉上部に下向きに配置した噴射口から噴射し、酸素ガスおよび炭化水素系可燃性ガスからなる混合ガスを、上記噴射口を囲った状態で下向きに配置した他の噴射口から噴射するとともに、酸素ガスを上記両噴射口を囲った状態で下向きに配置した、さらなる他の噴射口から噴射し、上記混合ガスの流速を、酸素ガスの流速の２〜１０倍となる流速に設定し、上記ガスの燃焼により溶融形成した、溶融球状シリカ粉末（ｃ）を、シリカ粉末全体の５０重量％以上の含有割合に設定されているシリカ粉末（Ｃ成分）を用い、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造する方法である。このため、この製造方法によって得られた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いることにより、短絡（ショート）発生の問題が抑制され信頼性に優れた半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 半導体装置の一パッケージ形態を示す断面図である。
【図２】 半導体装置の他のパッケージ形態を示す断面図である。
【図３】 半導体装置の他のパッケージ形態を示す断面図である。
【図４】 半導体装置の他のパッケージ形態を示す断面図である。
【図５】 溶融球状シリカ粉末の製造装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図６】 （Ａ）は上記製造装置の噴射口部分（バーナー）の構成を示す断面図であり、（Ｂ）はその横断面図である。
【符号の説明】
１，５ 絶縁基板
２ 接続用電極部
３ 半導体素子
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 封止樹脂
６ ワイヤー
７，１０ リードフレーム
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置内の接続用電極間あるいは導電体配線間の狭ピッチ化に伴う短絡（ショート）等の発生が抑制され信頼性の高い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の製法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。
【０００３】
このようなパッケージの一例として、例えば、図１に示すようなタイプのパッケージがあげられる。１は絶縁基板であり、その絶縁基板１上に接続用電極部２を介して半導体素子３が搭載され、絶縁基板１と半導体素子３は電気的に接続されている。そして、絶縁基板１の半導体素子３搭載面側を封止材料であるエポキシ樹脂組成物の硬化体である封止樹脂４ａにより樹脂封止されている。また、上記タイプ以外に図２に示すようなパッケージがあげられる。このパッケージは、絶縁基板５上に半導体素子３が搭載され、この絶縁基板５と半導体素子３がワイヤー６にて電気的に接続されている。そして、このワイヤー６を含む半導体素子３がエポキシ樹脂組成物硬化体である封止樹脂４ｂにより樹脂封止されている。さらに、図３に示すパッケージがあげられる。このパッケージは、金属製のリードフレーム７上に半導体素子３が搭載され、この半導体素子３とインナーリード８とがワイヤー６にて電気的に接続されている。そして、このワイヤー６を含む半導体素子３がエポキシ樹脂組成物硬化体である封止樹脂４ｃにより樹脂封止されている。また、上記パッケージタイプ以外に図４に示すパッケージがあげられる。このパッケージは、金属製のリードフレーム１０上に半導体素子３が搭載され、この半導体素子３とリードフレーム１０の周囲に設けられたインナーリード１１とがワイヤー６にて電気的に接続されている。そして、このワイヤー６を含む半導体素子３がエポキシ樹脂組成物硬化体である封止樹脂４ｄにより樹脂封止されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような半導体装置において、近年、その性能向上に伴い半導体装置内の接続用電極部２間またはワイヤー６間の狭ピッチ化が要望されている。この狭ピッチ化に伴い、その封止作業工程において、短絡（ショート）の発生が頻繁になっていた。このような状況に対して、通常、カーボンの凝集物の低減等が種々検討されているが、抜本的な解決には至っていないのが実情である。そして、この半導体装置の短絡（ショート）による不良品の発生を抑制し信頼性の高い半導体装置を得ることが要望されている。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、半導体装置内の接続用電極間あるいは導電体配線間の狭ピッチ化に伴う短絡（ショート）の発生が抑制され信頼性の高い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製造する方法の提供をその目的とする。
【０００６】
【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、溶融に際して、珪素質原料を、竪型炉上部に下向きに配置した噴射口から噴射し、酸素ガスおよび炭化水素系可燃性ガスからなる混合ガスを、上記噴射口を囲った状態で下向きに配置した他の噴射口から噴射するとともに、酸素ガスを上記両噴射口を囲った状態で下向きに配置した、さらなる他の噴射口から噴射し、上記混合ガスの流速を、酸素ガスの流速の２〜１０倍となる流速に設定し、上記ガスの燃焼により溶融形成した、溶融球状シリカ粉末（ｃ）をシリカ粉末全体の５０重量％以上含有させたシリカ粉末（Ｃ）を準備し、このシリカ粉末（Ｃ）と、エポキシ樹脂（Ａ）とフェノール樹脂（Ｂ）を成分原料として半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造する半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製法をその要旨とする。
【０００７】
本発明者らは、まず、封止作業工程において、短絡（ショート）の発生原因となる物質を突き止めるべく鋭意検討を重ねた。そして、上記短絡原因となるものが、封止材料として通常配合されるカーボンブラックではなく無機質充填剤にあることを突き止めた。すなわち、従来から無機質充填剤として、例えば、溶融シリカ粉末が用いられているが、この溶融シリカ粉末そのものを詳しく調べた結果、溶融シリカ粉末の一部に、粒子表面にカーボンが付着して粒子表面をカーボンが被覆した状態の溶融シリカ粉末が混入しているという事実を突き止めた。そして、このカーボンが粒子表面を被覆した溶融シリカ粉末が半導体装置内の接続用電極間あるいは導電体配線間に存在して、この電極間あるいは配線間が導通し短絡（ショート）の発生を生起していることを突き止めたのである。
【０００８】
このような知見に基づき、上記カーボンにて表面が被覆される溶融シリカ粉末の製造工程に着目し、その表面にカーボンの被覆が形成されない溶融シリカ粉末を得るための製造方法を中心に研究を重ねた。その結果、従来は、溶融用熱源として可燃性ガスであるプロパンガスと酸素ガスとの混合ガスによる燃焼熱を用い、これと珪素質原料とを炉内に噴射して溶融シリカ粉末を作製していたが、上記噴射口にプロパンガスに起因したカーボンが生成し付着しており、これが溶融シリカ粉末表面に付着しカーボン被覆の溶融シリカ粉末が製造されることを突き止めた。したがって、本発明者らは、溶融シリカ粉末の製造に際して、溶融用熱源材料として従来のプロパンガス単独に代えて酸素ガスとプロパンガスに代表される炭化水素系可燃性ガスの混合ガスを用いると、酸素リッチ状態となるため炭化水素系可燃性ガスが完全燃焼し酸素不足による不完全燃焼の結果生じるカーボンの発生が抑制されて、粒子表面にカーボンの付着していない溶融シリカ粉末が製造されることを突き止めた。そして、このようにして得られた、カーボンがその表面に付着していない溶融シリカ粉末を、シリカ粉末全体の５０重量％以上の含有割合となるシリカ粉末を用いると、その封止工程時における短絡（ショート）の発生が抑制されることを見出し本発明に到達した。
【０００９】
【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。
【００１０】
本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ成分）と、フェノール樹脂（Ｂ成分）と、特定のシリカ粉末（Ｃ成分）を用いて得られ、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。
【００１１】
本発明に用いるエポキシ樹脂（Ａ成分）は、特に限定されるものではなく通常用いられるエポキシ樹脂が用いられる。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、ビフェニル型、トリフェニルメタン型やナフタレン型等の各種エポキシ樹脂等があげられる。これらは、単独で使用できるほか、２種以上を併用してもよい。
【００１２】
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、上記エポキシ樹脂の硬化剤としての作用を奏するものであり、特に限定するものではなく従来公知のもの、例えば、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールＡ型ノボラック、ナフトールノボラック、フェノールアラルキ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。
【００１３】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とフェノール樹脂（Ｂ成分）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、硬化剤中の水酸基当量が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。
【００１４】
上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられる特定のシリカ粉末（Ｃ成分）は、特定の製に基づいて得られた下記の溶融球状シリカ粉末（ｃ）をシリカ粉末全体の５０重量％以上の割合で含有するものであり、特に好ましくは溶融球状シリカ粉末（ｃ）がＣ成分全体を占める１００重量％である。
（ｃ）溶融に際して、珪素質原料を、竪型炉上部に下向きに配置した噴射口から噴射し、酸素ガスおよび炭化水素系可燃性ガスからなる混合ガスを、上記噴射口を囲った状態で下向きに配置した他の噴射口から噴射するとともに、酸素ガスを上記両噴射口を囲った状態で下向きに配置した、さらなる他の噴射口から噴射し、上記混合ガスの流速を、酸素ガスの流速の２〜１０倍となる流速に設定し、上記ガスの燃焼により溶融形成した、溶融球状シリカ粉末。
【００１５】
上記溶融球状シリカ粉末（ｃ）の含有割合がシリカ粉末全体の５０重量％未満では、例えば、従来の方法により得られた溶融シリカ粉末では、その表面にカーボンが付着したものが混入しており、封止に際してこのカーボン被覆溶融シリカ粉末が半導体装置内の接続用電極間あるいは導電体配線間に存在して、この電極間あるいは配線間が導通し短絡（ショート）の多発を招くからである。
【００１６】
つぎに、上記溶融球状シリカ粉末（ｃ）の製造方法を詳しく説明する。例えば、珪素質原料を、溶融用熱源材料となる、酸素ガスおよび炭化水素系可燃性ガスからなる混合ガスと酸素ガスによるガス焔とともに竪型炉に供給して、上記珪素質原料を火炎中に分散させ、これを個々の粒子状態のまま溶融することにより溶融球状シリカ粉末が製造される。
【００１７】
上記珪素質原料としては、従来の溶融球状シリカ粉末の製造に際して用いられるものであれば特に限定するものではない。例えば、ＳｉＯ2 ９９．５％、Ａｌ2 Ｏ3 １％、Ｆｅ2 Ｏ3 ０．０５％、Ｎａ2 Ｏ０．００５％、Ｋ2 Ｏ０．００３％の組成からなる珪石を粉砕し、その粒度が５００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下となる粉砕物があげられる。すなわち、上記粒度より大きくなると、球状となり難い、または完全に溶融しない傾向がみられるからである。
【００１８】
そして、このような粉砕物を竪型炉に、酸素ガスおよび炭化水素系可燃性ガスからなる混合ガスおよび酸素ガスとともに炉内に噴射し、温度２０００℃以上の火炎中に分散させ、溶融し球状体とするのである。
【００１９】
上記酸素ガスおよび炭化水素系可燃性ガスからなる混合ガスにおける上記炭化水素系可燃性ガスとしては、特に限定するものではなく従来から用いられているプロパンガス等があげられる。さらに、上記混合ガスにおける両者の混合割合は、爆発限界濃度以下とすることを考慮して、容積比で、酸素ガス：炭化水素系可燃性ガス＝１：０．９〜１：１．１に設定することが好ましく、特に好ましくは１：１である。
【００２０】
上記竪型炉およびその内部の噴射口等の設備および構造について詳しくは、炉は原料となる珪素質原料が火炎中に均一分散され、溶融することが可能な竪型炉が好ましい。例えば、図５に示すような竪型炉があげられる。この竪型炉の上部には、珪素質原料を貯蔵するホッパー２１が設けられている。そして、上記ホッパー２１下部から炉体２６に接続する原料供給管２２が延びており、この原料供給管２２の周囲には、図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、混合ガス吹管である小管２３が複数本配置され、さらに上記小管２３の周囲には外管２５が配設されて噴射口（バーナー）部分を構成している。すなわち、珪素質原料を、炭化水素系可燃性ガスおよび酸素ガスの混合ガスによるガス焔とともに炉内に噴射する際の噴射（バーナー）部分は、外管２５の中心部に原料供給管（内管）２２を備えた二重管からなり、さらに炭化水素系可燃性ガスおよび酸素ガスの混合ガスと酸素ガスとが異なる流速で炉内に供給される必要があるため、外管２５と原料供給管（内管）２２との間に小管２３を多数配設し、その小管２３を炭化水素系可燃性ガスおよび酸素ガスの混合ガス供給用管とし、さらに上記混合ガス供給用の小管２３の周囲（小管２３と外管２５の隙間）を酸素ガス供給用管２４として、上記混合ガスと酸素ガスとを同時に炉内に供給するようにしたものがあげられる。
【００２１】
上記炉体２６の下部には、排ガスとともに生成した溶融球状シリカ粉末をブロワー３０により輸送管２７内を移送してサイクロン２８およびバックフィルター２９にて、溶融球状シリカ粉末と排ガスとを分離し溶融球状シリカ粉末を捕集するよう構成されている。
【００２２】
上記炉体２６の直径と長さは製造条件等にもよるが、直径に対して高さが５〜１００倍、好ましくは１０〜５０倍である。
【００２３】
このような装置を用いて、炉体２６の上部に配設された噴射口（バーナー）から炭化水素系可燃性ガスおよび酸素ガスの混合ガスと酸素ガスを噴射し、温度２０００℃以上の火炎中に珪素質原料となる粉砕物を噴射する。この場合、火炎中に粉砕物を充分分散させ、しかも滞留時間を可能な限り長く保持させることが好ましい。
【００２４】
上記火炎を形成する酸素ガスの流速は噴射口出口において、１．５ｍ／秒以上とし、炭化水素系可燃性ガスおよび酸素ガスの混合ガスの流速は上記酸素ガスの流速の２〜１０倍、特に好ましくは２〜６倍である。
【００２５】
また、上記珪素質原料となる粉砕物の供給量は特に限定するものではないが、噴射口、炉体２６等の装置の大きさによって適宜に設定される。例えば、１〜１００ｋｇ／時間、好ましくは５〜３０ｋｇ／時間程度である。また、珪素質原料の炉体２６内への供給方法は自然流下あるいは加圧供給のいずれの方法であってもよいが、自然流下が好ましい。
【００２６】
そして、火炎内における珪素質原料の加熱時間は適宜に設定されるが、一般にその粒子径が小さいほど加熱時間は短縮される傾向にある。
【００２７】
このようにして得られる溶融球状シリカ粉末（ｃ）の平均粒径は、２〜４０μｍの範囲であることが好ましく、特に好ましくは５〜３０μｍである。
【００２８】
上記溶融球状シリカ粉末（ｃ）を特定の割合含有するシリカ粉末（Ｃ成分）としては、特に限定するものではなく従来公知のシリカ粉末があげられる。特に好ましくは特定の溶融球状シリカ粉末（ｃ）と同様、溶融球状シリカ粉末である。
【００２９】
上記溶融球状シリカ粉末（ｃ）以外のシリカ粉末（Ｃ成分）の平均粒径としては、２〜４０μｍの範囲であることが好ましく、特に好ましくは５〜３０μｍである。なお、上記溶融球状シリカ粉末（ｃ）およびシリカ粉末（Ｃ成分）の平均粒径は、レーザー散乱式粒度分布測定装置により測定することができる。
【００３０】
そして、このような特定のシリカ粉末（Ｃ成分）の含有割合は、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、より好ましくは８０〜９１重量％の範囲である。すなわち、７５重量％未満のように少なすぎると、耐半田特性等の半導体装置の信頼性に劣る傾向がみられるからである。
【００３１】
本発明では、上記Ａ〜Ｃ成分に加えて、必要に応じて硬化促進剤、ブロム化エポキシ樹脂等のハロゲン系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、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や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、カーボンブラック等の顔料、カルナバワックス等の離型剤等他の添加剤が適宜に用いられる。
【００３２】
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−メチル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，ジアザビシクロウンデセン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、テトラ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０．１〜１．０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。
【００３３】
本発明に係る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成分および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。あるいは、予め顔料であるカーボンブラックをエポキシ樹脂の一部と混合して予備混合物を作製する。ついで、この予備混合物と残りの配合成分を混合して溶融混合し、後は上記と同様の工程を経由することにより製造する。
【００３４】
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。
【００３５】
このようにして得られる半導体装置としては、具体的には、先に述べたように、図１〜図４に示す構造のパッケージ形態があげられる。すなわち、図１に示すパッケージは、絶縁基板１上に接続用電極部２を介して半導体素子３が搭載され、絶縁基板１と半導体素子３は電気的に接続されている。そして、絶縁基板１の半導体素子３搭載面側を封止樹脂４ａにより樹脂封止されている。また、図２に示すパッケージは、絶縁基板５上に半導体素子３が搭載され、この絶縁基板５と半導体素子３がワイヤー６にて電気的に接続されている。そして、このワイヤー６を含む半導体素子３が封止樹脂４ｂにより樹脂封止されている。さらに、図３に示すパッケージは、金属製のリードフレーム７上に半導体素子３が搭載され、この半導体素子３とインナーリード８とがワイヤー６にて電気的に接続されている。そして、このワイヤー６を含む半導体素子３が封止樹脂４ｃにより樹脂封止されている。また、図４に示すパッケージは、金属製のリードフレーム１０上に半導体素子３が搭載され、この半導体素子３とリードフレーム１０の周囲に設けられたインナーリード１１とがワイヤー６にて電気的に接続されている。そして、このワイヤー６を含む半導体素子３が封止樹脂４ｄにより樹脂封止されている。
【００３６】
そして、上記半導体装置において、接続用電極部とは、例えば、図１に示すように、絶縁基板１と半導体素子３とを電気的に接続するものであって、周知の電極のみでもよいが、電極とジョイントボール等の電極に配備される導電体を含む概念である。また、上記半導体装置において、導電体配線とは、図２〜図４に示すように、半導体素子３と絶縁基板５、半導体素子３とインナーリード８、半導体素子３とインナーリード１１とをそれぞれ電気的に接続する各ワイヤー６、さらにインナーリード８，１１および絶縁基板５上の配線をも含む概念である。
【００３７】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００３８】
下記に示す各成分を準備した。
【００３９】
〔エポキシ樹脂ａ〕
下記の一般式（ａ）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量１７３、融点１００℃）
【化１】
〔エポキシ樹脂ｂ〕
下記の一般式（ｂ）で表される繰り返し単位を有するエポキシ樹脂（エポキシ当量１７０、融点６０℃）
【化２】
〔フェノール樹脂〕
フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０７、融点６０℃）
【００４２】
〔硬化促進剤〕
トリフェニルホスフィン
【００４３】
〔難燃剤〕
ブロム化エポキシ樹脂
【００４４】
〔難燃助剤〕
三酸化アンチモン
【００４５】
〔離型剤〕
カルナバワックス
【００４６】
〔顔料〕
カーボンブラック
【００４７】
〔溶融球状シリカ粉末ａ〕
溶融球状シリカ粉末（平均粒径２０μｍ）を、先に述べた図５および図６に示す竪型炉を用いつぎのようにして作製した。すなわち、珪素質原料である珪石（ＳｉＯ2 ９９．５％、Ａｌ2 Ｏ3 ０．０６３％、Ｆｅ2 Ｏ3 ０．００２％、Ｎａ2 Ｏ０．００２％、Ｋ2 Ｏ０．００３％）の粉砕物（粒度６６μｍ以下）を準備し、これを供給機により１０ｋｇ／時間で連続的に原料供給管（内管）２２から炉内に供給するとともに、プロパンガスと酸素ガスの混合ガス（混合容積比１：１）〔３０Ｎｍ3 ／時間（流速４３．９ｍ／秒）〕を外管２５と原料供給管（内管）２２との間に配設した小管２３から、また酸素ガス〔１５Ｎｍ3 ／時間（流速８．３ｍ／秒）〕を上記外管２５と小管２３の隙間部分から吐出させ２０００℃以上のガス焔（火炎の長さ５０ｃｍ）を炉内に生じさせた。このようにして溶融球状シリカ粉末ａ（平均粒径２０μｍ）を作製した。
【００４８】
〔溶融球状シリカ粉末ｂ〕
溶融球状シリカ粉末（平均粒径２０μｍ）を、先に述べた図５および図６に示す竪型炉を用いつぎのようにして作製した。すなわち、珪素質原料である珪石（ＳｉＯ2 ９９．５％、Ａｌ2 Ｏ3 ０．０６３％、Ｆｅ2 Ｏ3 ０．００２％、Ｎａ2 Ｏ０．００２％、Ｋ2 Ｏ０．００３％）の粉砕物（粒度６６μｍ以下）を準備し、これを供給機により１０ｋｇ／時間で連続的に原料供給管（内管）２２から炉内に供給するとともに、プロパンガス〔１０Ｎｍ3 ／時間（流速１２．０ｍ／秒）〕を外管２５と原料供給管（内管）２２との間に配設した小管２３から、また酸素ガス〔５Ｎｍ3 ／時間（流速６．２ｍ／秒）〕を上記外管２５と小管２３の隙間部分から吐出させ２０００℃以上のガス焔（火炎の長さ３０ｃｍ）を炉内に生じさせた。このようにして溶融球状シリカ粉末ｂ（平均粒径２０μｍ）を作製した。
【００４９】
〔溶融球状シリカ粉末ｃ〕
溶融球状シリカ粉末（平均粒径１０μｍ）を、先に述べた図５および図６に示す竪型炉を用いつぎのようにして作製した。すなわち、珪素質原料である珪石（ＳｉＯ2 ９９．５％、Ａｌ2 Ｏ3 ０．０６３％、Ｆｅ2 Ｏ3 ０．００２％、Ｎａ2 Ｏ０．００２％、Ｋ2 Ｏ０．００３％）の粉砕物（粒度４４μｍ以下）を準備し、これを供給機により８ｋｇ／時間で連続的に原料供給管（内管）２２から炉内に供給するとともに、プロパンガスと酸素ガスの混合ガス（混合容積比１：１）〔３０Ｎｍ3 ／時間（流速４３．９ｍ／秒）〕を外管２５と原料供給管（内管）２２との間に配設した小管２３から、また酸素ガス〔１５Ｎｍ3 ／時間（流速８．３ｍ／秒）〕を上記外管２５と小管２３の隙間部分から吐出させ２０００℃以上のガス焔（火炎の長さ５０ｃｍ）を炉内に生じさせた。このようにして溶融球状シリカ粉末ｃ（平均粒径１０μｍ）を作製した。
【００５０】
〔溶融球状シリカ粉末ｄ〕
溶融球状シリカ粉末（平均粒径１０μｍ）を、先に述べた図５および図６に示す竪型炉を用いつぎのようにして作製した。すなわち、珪素質原料である珪石（ＳｉＯ2 ９９．５％、Ａｌ2 Ｏ3 ０．０６３％、Ｆｅ2 Ｏ3 ０．００２％、Ｎａ2 Ｏ０．００２％、Ｋ2 Ｏ０．００３％）の粉砕物（粒度４４μｍ以下）を準備し、これを供給機により８ｋｇ／時間で連続的に原料供給管（内管）２２から炉内に供給するとともに、プロパンガス〔１０Ｎｍ3 ／時間（流速１２．０ｍ／秒）〕を外管２５と原料供給管（内管）２２との間に配設した小管２３から、また酸素ガス〔５Ｎｍ3 ／時間（流速６．２ｍ／秒）〕を上記外管２５と小管２３の隙間部分から吐出させ２０００℃以上のガス焔（火炎の長さ３０ｃｍ）を炉内に生じさせた。このようにして溶融球状シリカ粉末ｄ（平均粒径１０μｍ）を作製した。
【００５１】
（１）半導体装置Ａの封止
【実施例Ａ１〜Ａ８、比較例Ａ１〜Ａ６】
下記の表１〜表３に示す各原料を、同表に示す割合でヘンシェルミキサーに投入した後、３０分間混合した。この際、顔料であるカーボンブラックは、予めエポキシ樹脂ａと３本ロールにて混合（カーボンブラック／エポキシ樹脂ａの混合重量比＝１／１０）して予備混合物を作製し、これを用いた。この後、上記混合物を混練押出機に供給し溶融混合した。つぎに、この溶融物を冷却した後粉砕し、さらにタブレット成形金型にて打錠することによりエポキシ樹脂組成物製タブレットを作製した。
【００５２】
【表１】
【表２】
【表３】
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製タブレットを用い、半導体素子（チップサイズ：１０×１０ｍｍ）をトランスファー成形（条件：１７５℃×１２０秒）し、１７５℃×５時間の後硬化することにより図３に示す半導体装置を得た。このパッケージは、２０８ピンＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）である。
【００５６】
〔パッケージ形態〕
２０８ピンＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）タイプ：サイズ２８ｍｍ×２８ｍｍ×厚み２．８ｍｍ
半導体素子３サイズ：１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み３７０μｍ
金属リードフレーム７：銅製（サイズ：１１ｍｍ×１１ｍｍ×厚み１００μｍ）
ワイヤー６：金製、直径２５μｍ、ピッチ８５μｍ、ワイヤー間距離６０μｍ
【００５７】
上記のようにして得られた各半導体装置について、短絡（ショート）発生状況を測定・評価した。すなわち、半導体素子上で導通がとられていない、隣接するインナーリード８間の電気抵抗値を測定し、１ｋΩ以下となったものを短絡（ショート）とした。そして、試料３０００個のうちショートが発生したものをカウントした。その結果を下記の表４〜表６に示した。
【００５８】
【表４】
【表５】
【表６】
上記表４〜表６から、実施例のエポキシ樹脂組成物製タブレットを用いた半導体装置は、全く短絡（ショート）が発生しなかった。これに対して、プロパンガスと酸素ガスの燃焼熱による従来の製法により作製された溶融球状シリカ粉末をシリカ粉末全体の５０重量％を超えて含有した比較例の封止材料にて樹脂封止された半導体装置は、短絡（ショート）が発生した。
【００６２】
（２）半導体装置Ｂの封止
【実施例Ｂ１〜Ｂ８、比較例Ｂ１〜Ｂ６】
下記の表７〜表９に示す各原料を、同表に示す割合でヘンシェルミキサーに投入した後、３０分間混合した。この際、顔料であるカーボンブラックは、予めエポキシ樹脂ａと３本ロールにて混合（カーボンブラック／エポキシ樹脂ａの混合重量比＝１／１０）して予備混合物を作製し、これを用いた。この後、上記混合物を混練押出機に供給し溶融混合した。つぎに、この溶融物を冷却した後粉砕し、さらにタブレット成形金型にて打錠することによりエポキシ樹脂組成物製タブレットを作製した。
【００６３】
【表７】
【表８】
【表９】
上記のようにして得られた各エポキシ樹脂組成物製タブレットを用い、絶縁基板上に搭載された半導体素子をトランスファー成形（条件：１７５℃×１分＋１７５℃×５時間の後硬化）することにより図２に示す片面封止タイプの半導体装置を作製した。
【００６７】
〔パッケージ形態〕
ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）タイプ：サイズ３５ｍｍ×３５ｍｍ×厚み１．５ｍｍ
樹脂封止層４ｂ（エポキシ樹脂組成物硬化体）サイズ：３５ｍｍ×３５ｍｍ×厚み１．２ｍｍ
半導体素子３サイズ：１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み３７０μｍ
絶縁基板５：ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）樹脂／ガラスクロス基板（サイズ：４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．３ｍｍ）
ワイヤー６：金製、直径２０μｍ、ピッチ５０μｍ、ワイヤー間距離３０μｍ
【００６８】
上記のようにして得られた各半導体装置について、先に述べた方法と同様にして短絡（ショート）発生状況を測定・評価した。その結果を下記の表１０〜表１２に示した。
【００６９】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
上記表１０〜表１２から、実施例のエポキシ樹脂組成物製タブレットを用いた半導体装置は、全く短絡（ショート）が発生しなかった。これに対して、プロパンガスと酸素ガスの燃焼熱による従来の製法により作製された溶融球状シリカ粉末をシリカ粉末全体の５０重量％を超えて含有した比較例の封止材料にて樹脂封止された半導体装置は、短絡（ショート）が発生した。
【００７３】
（３）半導体装置Ｃの封止
【実施例Ｃ１〜Ｃ８、比較例Ｃ１〜Ｃ６】
下記の表１３〜表１５に示す各原料を、同表に示す割合でヘンシェルミキサーに投入した後、３０分間混合した。この際、顔料であるカーボンブラックは、予めエポキシ樹脂ａと３本ロールにて混合（カーボンブラック／エポキシ樹脂ａの混合重量比＝１／１０）して予備混合物を作製し、これを用いた。この後、上記混合物を混練押出機に供給し溶融混合した。つぎに、この溶融物を冷却した後粉砕し、さらにタブレット成形金型にて打錠することによりエポキシ樹脂組成物製タブレットを作製した。
【００７４】
【表１３】
【表１４】
【表１５】
上記のようにして得られた各エポキシ樹脂組成物製タブレットを用い、絶縁基板上に搭載された半導体素子をトランスファー成形（条件：１７５℃×１分＋１７５℃×５時間の後硬化）することにより図１に示す片面封止タイプの半導体装置（ＦＣ−ＢＧＡ）を作製した。
【００７８】
〔パッケージ形態〕
フリップチップボールグリッドアレイ（ＦＣ−ＢＧＡ）タイプ：サイズ１２ｍｍ×１２ｍｍ×厚み１ｍｍ
樹脂封止層４ａ（エポキシ樹脂組成物硬化体）サイズ：１２ｍｍ×１２ｍｍ×厚み６００μｍ
半導体素子３サイズ：１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み３７０μｍ
絶縁基板１：ビスマレイミドトリアジン（ＢＴ）樹脂／ガラスクロス基板（サイズ：１４ｍｍ×１４ｍｍ×厚み３００μｍ）
接続用電極部２：金バンプ、直径２０μｍ、ピッチ５０μｍ、金バンプ間距離３０μｍ
【００７９】
上記のようにして得られた各半導体装置について、先に述べた方法と同様に、導通がとられていない、隣接する金バンプ間の電気抵抗値を測定して、１ｋΩ以下となったものを短絡（ショート）とし、短絡（ショート）発生状況を測定・評価した。その結果を下記の表１６〜表１８に示した。
【００８０】
【表１６】
【表１７】
【表１８】
上記表１６〜表１８から、実施例のエポキシ樹脂組成物製タブレットを用いた半導体装置は、全く短絡（ショート）が発生しなかった。これに対して、プロパンガスと酸素ガスの燃焼熱による従来の製法により作製された溶融球状シリカ粉末をシリカ粉末全体の５０重量％を超えて含有した比較例の封止材料にて樹脂封止された半導体装置は、短絡（ショート）が発生した。
【００８４】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、溶融に際して、珪素質原料を、竪型炉上部に下向きに配置した噴射口から噴射し、酸素ガスおよび炭化水素系可燃性ガスからなる混合ガスを、上記噴射口を囲った状態で下向きに配置した他の噴射口から噴射するとともに、酸素ガスを上記両噴射口を囲った状態で下向きに配置した、さらなる他の噴射口から噴射し、上記混合ガスの流速を、酸素ガスの流速の２〜１０倍となる流速に設定し、上記ガスの燃焼により溶融形成した、溶融球状シリカ粉末（ｃ）を、シリカ粉末全体の５０重量％以上の含有割合に設定されているシリカ粉末（Ｃ成分）を用い、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造する方法である。このため、この製造方法によって得られた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いることにより、短絡（ショート）発生の問題が抑制され信頼性に優れた半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 半導体装置の一パッケージ形態を示す断面図である。
【図２】 半導体装置の他のパッケージ形態を示す断面図である。
【図３】 半導体装置の他のパッケージ形態を示す断面図である。
【図４】 半導体装置の他のパッケージ形態を示す断面図である。
【図５】 溶融球状シリカ粉末の製造装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図６】 （Ａ）は上記製造装置の噴射口部分（バーナー）の構成を示す断面図であり、（Ｂ）はその横断面図である。
【符号の説明】
１，５ 絶縁基板
２ 接続用電極部
３ 半導体素子
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 封止樹脂
６ ワイヤー
７，１０ リードフレーム
Claims (2)
- 溶融に際して、珪素質原料を、竪型炉上部に下向きに配置した噴射口から噴射し、酸素ガスおよび炭化水素系可燃性ガスからなる混合ガスを、上記噴射口を囲った状態で下向きに配置した他の噴射口から噴射するとともに、酸素ガスを上記両噴射口を囲った状態で下向きに配置した、さらなる他の噴射口から噴射し、上記混合ガスの流速を、酸素ガスの流速の２〜１０倍となる流速に設定し、上記ガスの燃焼により溶融形成した、溶融球状シリカ粉末（ｃ）をシリカ粉末全体の５０重量％以上含有させたシリカ粉末（Ｃ）を準備し、このシリカ粉末（Ｃ）と、エポキシ樹脂（Ａ）とフェノール樹脂（Ｂ）を成分原料として半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造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の製法。
- 上記溶融球状シリカ粉末（ｃ）が、同心円状の内管と外管からなる二重管の、上記内管と外管との間に複数の小管が設けられた噴射口において、上記内管から珪素質原料を、上記小管から酸素ガスおよび炭化水素系可燃性ガスの混合ガスを、そして上記複数の小管と外管との隙間部分から酸素ガスをそれぞれ炉内に供給して、上記ガスの燃焼により珪素質原料を溶融することにより作製されてなる請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製法。
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