JP3945484B2 - 封止用エポキシ樹脂組成物と半導体装置 - Google Patents

Description

この出願の発明は電子部品・半導体装置などの封止用の樹脂組成物と半導体装置に関するものであり、さらに詳しくは、トランスファー成形時に発生する臭気による不快感を軽減し、金型のクリーニングサイクルを向上させることのできる、封止用の新しいエポキシ樹脂組成物とこれを用いた半導体装置に関するものである。

従来より、半導体素子などの電子部品の封止用材料としてセラミックや熱硬化性樹脂が一般的に用いられている。なかでもエポキシ樹脂を封止材に用いる方法が経済性と性能のバランスの点で好ましいことから、従来広く採用されている。半導体の樹脂封止は、たとえばリードフレーム用金属上に半導体素子を搭載し、その半導体素子とリードフレームをボンディングワイヤー等を用いて電気的に接続し、金型を使用して半導体素子全体及びリードフレームの一部を樹脂で封止することにより行われる。そして、通常、このような樹脂封止のための成形方法としては、いわゆるトランスファー成形法が採用されている。このトランスファー成形では、たとえば、１７５℃程度の金型温度で圧力をかけて封止用の樹脂材料を金型内に注入し、樹脂材料の硬化性に応じて所定時間過圧加温し、成形品を得るようにしている。

以上のような樹脂による封止が行われる半導体パッケージにおいては、要求される高耐湿性、耐水性や高信頼性等に応えるために、半導体封止用成形材料は様々な構造を持つエポキシ樹脂、添加剤等の組成物として構成されており、この組成物の構成についての検討、工夫が様々な観点から進められてきている（たとえば特許文献１−４参照）。
特開平６−４９１８１号公報 特開平７−２０６９９５号公報 特開平７−２４７４０９号公報 特開平８−１５１４２８号公報

しかしながら、高信頼性の実現等のために半導体封止のための樹脂組成物の構成についてのこれまでの工夫、改良にもかかわらず、これまでの組成物のなかには、前期の１７５℃程度の温度において、成形金型の型開き後に独特の臭気を放出し、成形等のための作業者に不快感を与えるものがあり、この点での改善が求められていた。

また、成形の繰り返しにともなう半導体パッケージの汚れの発生を抑えることのできる、成形金型のクリーニングサイクルをさらに向上させるための改善も求められていた。

そこで、この出願の発明は、以上のような成形時の臭気の発生を抑制し、成形金型のクリーニングサイクルを向上させることも可能な、新しい封止用の樹脂組成物と、これを用いて封止した半導体装置を提供することを課題としている。

この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、エポキシ樹脂並びに無機充填材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において、０．００３〜０．５重量％の範囲でＤ−リモネンが配合されていることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。

そして、この出願の発明は、第２には、エポキシ樹脂並びに無機充填材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において、Ｄ−リモネンとポリシロキサンとの重付加物が０．０５〜１．０重量％の範囲で配合されていることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。
また、この出願の発明は、第３には、上記いずれかの組成物により封止されていることを特徴とする半導体装置を提供する。

この出願の上記第１の発明によれば、半導体や電子部品等のための成形に際し、Ｄ−リモネン成分の存在によって成形金型の型開き直後の臭気による作業者の不快感を顕著に軽減することができる。

また、Ｄ−リモネン成分としてポリシロキサンとの重付加物を配合する第２の発明によれば、臭気による不快感の軽減とともに、封止半導体装置等の製品の汚れが発生し始める成形ショット数としての金型のクリーニングサイクル数を顕著に増大させることも可能になる。

そして、第３の発明によって、以上のような成形時の不快感の抑制と金型のクリーニングサイクルの向上が可能とされる、信頼性にも優れた封止半導体装置が提供される。

この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について詳細に説明する。

この出願の発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、半導体、あるいはその他電子部品等の封止材として用いられるものであるが、耐湿性や耐熱性、信頼性等の封止材の基本性能を実現するための成分として、エポキシ樹脂と、無機充填材とを含有することを必須としている。このうちのエポキシ樹脂としては、従来公知のものをはじめ各種のものが使用される。たとえば、Ｏ−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、ジシクロペンタジェン型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂等を用いることができる。これらのエポキシ樹脂は２種以上のものを用いてよい。たとえば、Ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂に、ジシクロペンタジェン型エポキシ樹脂を併用することにより耐湿性、耐水性をより向上させることや、ブロム含有エポキシ樹脂の配合によって難燃性等を向上させることもできる。

このようなエポキシ樹脂を必須成分の一つとするこの出願の発明の封止用組成物においては、エポキシ樹脂の配合量は、７〜３５重量％の範囲で使用することが好適に考慮される。

そして、エポキシ樹脂とともに硬化剤、硬化促進剤の配合も好適に考慮される。この場合の硬化剤としては、たとえばフェノールノボラック、クレゾールノボラック、フェノールアラルキル、ナフトールアラルキル等、各種多価フェノール化合物あるいは、ナフトール化合物を例示することができる。

エポキシ樹脂とこれら硬化剤との当量比は、一般的には０．５〜１．５、好ましくは、０．８〜１．２の範囲が考慮される。

また、硬化促進剤としては、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類の他、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリメチルホスフィン等の有機ホスフィン類、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０ ）ウンデセン−７（ＤＢＵ）、トリエタノールアミン、ベンジルジメチル アミン等の３級アミン等が例示される。

これらの硬化剤や硬化促進剤については、２種以上のものが併用されてもよい。

硬化促進剤を用いる場合には、通常、硬化剤に対して、当量比で、０．０１〜０．１程度の範囲とすることで考慮される。封止用エポキシ樹脂組成物の必須成分としての無機充填材としては、結晶シリカ、溶融シリカの他、アルミナ、窒化珪素等が好適なものとして例示される。なかでも、結晶シリカ、溶融シリカというシリカが好ましいものとして示される。これらの無機充填材も１種もしくは２種以上のものを用いることができる。その粒径は、従来同様に適宜な範囲のものであってよい。

このような無機充填材は、好適には、組成物全体量の６０〜９３重量％の範囲とすることができる。

また、この出願の発明の封止用エポキシ樹脂組成物においては、適宜に、エポキシ樹脂と無機充填材との親和性の向上、耐湿、耐熱性の向上等のためにシランカップリングを配合してもよく、さらには成形のための離型性を良好とするための離型剤や難燃剤、着色剤、シリコーン可とう剤等を加えてもよい。

シランカップリング剤として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の他、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のグリシドキシシラン、またはアミノシラン等を併用することもできる。

離型剤としては、天然カルナバ、脂肪酸アミド、ステアリン酸、モンタン酸アミド、脂肪酸エステル、カルボキシル基含有ポリオレフィン等を用いることができる。

そしてこの出願の発明の特徴としてＤ−リモネンまたはＤ−リモネン含有物について説明すると、Ｄ−リモネンは、オレンジ油の主成分であって、ミカン果皮様香気を有するものであることが知られているものである。このものは、市販されてもいる。天然物から、あるいは合成によって取得されるものであり、また、テレビン油、しょうのう油に多量に存在するＤＬ−リモネンの光学分画によっても取得されるものである。通常「リモネン」という呼称は、Ｄ−リモネンに対して用いられてもいる。

この出願の発明においては、このようなＤ−リモネンそのものを配合してもよいし、臭気による不快感を軽減するとのこの出願の発明の目的を阻害しない限りもしくは、さらに付随して有用な作用効果を奏するものとして、他物質との混合、付加等による含有物として配合してもよい。

このようなＤ−リモネン含有物としては、たとえばシリコン化合物との混合やこれらとの付加物が考慮される。なかでも、ポリシロキサンとの重付加物、つまりポリシロキサンの脱水縮合とともにＤ−リモネンが付加された重付加物は、上記のとおりの臭気による不快感の軽減作用を有するとともに、クリーニングサイクル特性を向上させることから好ましいものとして挙げられる。たとえばＤ−リモネンのイソプロペニル基の不飽和結合の炭素原子がＳｉ原子に付加した構造を有するものが挙げられる。またポリシロキサンとしてはポリエーテル基を有するものが好適なものの一つとして考慮される。このような重付加物については、たとえば次式で表されるＤ−リモネンとシリコーンオイル等のポリシロキサンとの重付加反応によって合成されたものとすることができる。

Ｄ−リモネン／ポリシロキサン重付加物は、たとえば次の一般式により表わされるものであってよい。

Ｄ−リモネンそのものを配合する場合には、その配合量は、組成物全体の０．００３〜０．５重量％の範囲とすることが好ましい。多過ぎると芳香が強くなり過ぎ、他方、少な過ぎると充分な効果が得られないことになる。

一方、Ｄ−リモネンの含有物については、一般的にはその配合量として組成物全体の０．０１〜５重量％程度が考慮されるが、Ｄ−リモネンとポリシロキサンの重付加物の場合には、その配合量は０．０５〜１．０重量％の範囲が好適である。多過ぎると金型を汚す原因となり、少な過ぎると充分な効果が得られない。

以上のようなこの出願の発明の組成物については、一般的に、エポキシ樹脂、無機充填材等の成分とともにＤ−リモネンもしくはその含有物を配合し、ミキサー、ブレンダー等で均一に混合した後に、ニーダーやロールで加熱、混練し、その後冷却固化し、粉砕して粒状の趣旨組成物として製造することができる。

なお、Ｄ−リモネンは常温で液体であるので、たとえば上記のカップリング剤と一緒に無機充填材に噴霧したり、エポキシ樹脂と予め溶融混合して添加配合してもよい。

また、この出願の発明の組成物を用いて半導体等を封止する場合には、一般的にはトランスファー成形により行うことができ、必要に応じてこのプロセスを適宜に変更してもよい。

そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん以下の例によって発明が限定されることはない。

（１）＜Ｄ−リモネン／ポリシロキサン重付加物の調製＞
Ｄ−リモネン３０部をメチルイソブチルケトン３００部に溶解し、更に触媒として塩化白金酸２水和物の２重量％イソプロピルアルコール溶液０．１部を加える。溶液を還流しながら前記の式で表されるシリコーンオイル７０部を滴下ロートから１０分間かけて滴下し、滴下終了後還流温度で５時間反応させる。

反応後イオン交換水で３回洗浄し、溶媒を減圧下で留去することによりＤ−リモネン／ポリシロキサン重付加物を得る。

（２）実施例１−８；比較例１−２
表１および表２に示した配合（重量部）のエポキシ樹脂組成物を、各成分のミキサー・ブレンダーでの均一混合と、２本のロールによる加熱混合並びに冷却固化後の粉砕によって粒状物として製造した。なお、Ｄ−リモネンの場合には、市販品試薬を用い、シランカップリング剤との混合液を無機充填材である溶融シリカ（平均粒径１５μｍ）に噴霧し、ミキサーにて混合した後に他の成分と混合した。

また、Ｄ−リモネンとの重付加物を形成するポリシロキサンとしては、末端がメチルまたはエチル基の、シロキサンユニット：−ＳｉＯ−が約８０のものを用いた。比較として、Ｄ−リモネンと重付加物を形成しない場合のポリシロキサン重付加物も用いた。

得られたエポキシ樹脂組成物を用いて、トランファ成形により、次の条件により半導体の封止を行った。
＜条件＞
放熱フィン付きＴＯ２２０パッケージの成形。

ＴＯ２２０リードフレーム：１フレーム＝２０キャビティ モールド部１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚み４．５ｍｍ
金型温度：１７５℃
注入圧力：７０ｋｇｆ／ｃｍ²
注入時間：１０秒
成形時間：８０秒
＜評価方法＞
この成形において、次の評価を行った。

１）成形金型／ショット後の型開き直後の臭気評価
評価は作業者（１０名）による官能評価とした。評価ランクは次のとおりとした。

Ａ(優良)：作業者全員が臭気による不快感を全く感知しない。

Ｂ(良)：作業者の大半が臭気による不快感を全く感知しない。わずかの者が若干 臭気を感知。

Ｃ：作業者の大半が臭気による不快感を感知。

２）連続成形にともなうクリーニングサイクル評価
パッケージ汚れが発生し始めるショット数を計測した。
＜評価結果＞
評価結果を表１に示した。

この表１の結果から、Ｄ−リモネン、またはＤ−リモネン／ポリシロキサン重付加物を配合した実施例組成物の場合には、臭気による不快感の軽減効果が実現されていることがわかる。また、Ｄ−リモネン／ポリシロキサン重付加物の場合には、クリーニングサイクルが顕著に向上することがわかる。

Claims (3)

1. エポキシ樹脂並びに無機充填材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において、０．００３〜０．５重量％の範囲でＤ−リモネンが配合されてい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. エポキシ樹脂並びに無機充填材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において、０．０５〜１．０重量％の範囲でＤ−リモネンとポリシロキサンとの重付加物が配合されていることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 請求項１または２の組成物により封止されていることを特徴とする半導体装置。