JP4105344B2 - 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、成形性に優れた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】
従来から、トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子は、外部環境からの保護および素子のハンドリングを可能にする観点から、プラスチックパッケージ、例えば、エポキシ樹脂組成物を用いて封止され半導体装置化されている。その際に生じる様々な不具合としては、ダイパッド部の変形、ボンディングワイヤーの変形、ボイドの発生等があげられる。上記ダイパッド部の変形、ボンディングワイヤーの変形といったパッケージ内部における封止材料の流動により発生する不良は、エポキシ樹脂組成物の粘度を下げるという対策により解決できる。一方、上記ボイドの発生といった封止材料の流動時の巻き込みエアー、封止材料からの発生ガス等が原因の不良は一般的にエポキシ樹脂組成物の粘度を上げることが効果的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、成形時の不良に対しては、その不良内容により、エポキシ樹脂組成物の対策方法は全く異なり、二律背反の関係が生まれ、結果的には各パッケージ毎にそのバランスをとるしか方法がなかった。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製法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）〜（Ｄ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製法であって、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する配合成分のうち、予め上記（Ｃ）および（Ｄ）成分を除く配合成分の全部または一部を溶融混合し、ついで、この混合物に、上記（Ｃ）および（Ｄ）成分ならびに残余成分を配合して混合する半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製法を要旨とする。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）フェノールアラルキル樹脂。
（Ｃ）アンチモン化合物。
（Ｄ）硬化促進剤。
【０００６】
本発明者らは、エポキシ樹脂組成物を用いての半導体装置化に際して生じる、ダイパッド部の変形、ボンディングワイヤーの変形、ボイドの発生等様々な不具合の発生を抑制し、優れた成形性を備えた封止材料となるエポキシ樹脂組成物を得ることを目的として鋭意検討を重ねた。そして、従来から上記成形時の不良に対する対処方法として、不良要因毎に用いられるエポキシ樹脂組成物の特性に関し全く異なる対策が採られていることから、配合成分自身の検討から視点を変え他の解決手段について研究を重ねた。その結果、エポキシ樹脂組成物の構成成分である、従来から難燃助剤として用いられているアンチモン化合物が、硬化促進剤とともにエポキシ樹脂の硬化促進作用を奏することを突き止めた。この事実に基づきさらに研究を重ねた結果、エポキシ樹脂組成物を作製する際に、まず、硬化促進作用を奏する、硬化促進剤およびアンチモン化合物を除く他の配合成分の全部または一部を配合して溶融混合し、ついで、この混合物に、上記硬化促進剤およびアンチモン化合物ならびに残余成分を配合して混合するという工程を経由してエポキシ樹脂組成物を作製すると、配合成分がよく均一混合され、結果、上記成形時の不良の発生が抑制されて信頼性の高い半導体装置が得られることを見出し本発明に到達した。
【０００７】
そして、上記エポキシ樹脂組成物の製造方法において、上記硬化促進剤をフェノールアラルキル樹脂の一部または全部と予備混合して予備混合物を作製した後、この予備混合物およびアンチモン化合物を除く配合成分の全部または一部を配合して混合し、ついで、この混合物に、上記予備混合物およびアンチモン化合物ならびに残余成分を配合して混合すると、上記硬化促進剤の分散性がより一層良好となり、特に成形性に優れたエポキシ樹脂組成物が得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【０００９】
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（Ａ成分）と、フェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）と、アンチモン化合物（Ｃ成分）と、硬化促進剤（Ｄ成分）とを用いて得られるものであって、通常、粉末状もしくはそれを打錠したタブレット状になっている。
【００１０】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）としては、特に限定するものではなく各種の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エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ノボラックビスＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂等があげられる。これらエポキシ樹脂のなかでも、ビフェニル型エポキシ樹脂や低級アルキル基をフェニル環に付加したような低吸湿型のエポキシ樹脂を用いることが好ましい。このようなエポキシ樹脂としては、エポキシ当量１５０〜２５０、軟化点５０〜１３０℃のものが好ましい。
【００１１】
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アラルキル樹脂（Ｂ成分）は、上記エポキシ樹脂（Ａ成分）の硬化剤として作用するものであり、低吸湿性のものを用いることが好ましい。
【００１２】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とフェノールアラルキル樹脂（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、フェノールアラルキル樹脂中の水酸基当量が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。
【００１３】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）およびフェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）とともに用いられるアンチモン化合物（Ｃ成分）は、一般に難燃助剤として用いられるものであり、酸化アンチモンが、より具体的には、三酸化二アンチモン、五酸化二アンチモン等があげられる。また、難燃剤という観点から、他の各種金属水酸化物や赤燐等の燐化合物を併用することもできる。
【００１４】
上記アンチモン化合物（Ｃ成分）の配合割合は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体の０．５〜３重量％の範囲に設定することが好ましい。より好ましくは０．７〜２．５重量％である。すなわち、０．５重量％未満では、難燃性が不充分となり、３重量％を超えると、流動性が低下する傾向がみられるからである。
【００１５】
上記Ａ〜Ｃ成分とともに用いられる硬化促進剤（Ｄ成分）としては、エポキシ基と水酸基の反応を促進するものであればよく、例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のジアザアルケン系化合物、トリエチレンジアミン等の三級アミン類、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、トリフェニルホスフィン等のリン系硬化促進剤等があげられる。これら硬化促進剤は単独でもしくは２種以上併せて用いられる。さらに、上記硬化促進剤（Ｄ成分）は、分散性という観点から、予め上記フェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）の一部または全部と予備混合して用いることが好ましい。
【００１６】
上記硬化促進剤（Ｄ成分）の配合割合は、上記フェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）１００重量部に対して１．５〜８重量部の範囲に設定することが好ましい。より好ましくは２〜３．５重量部である。すなわち、１．５重量部未満では、目的とするエポキシ樹脂とフェノールアラルキル樹脂との硬化反応が進み難く、８重量部を超えると、反応速度が速過ぎて、製造プロセス中に反応したり封止材料としての保存安定性に著しく欠ける傾向がみられるからである。
【００１７】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｄ成分とともに、通常、無機質充填剤が用いられる。上記無機質充填剤としては、特に限定するものではないが、結晶性および溶融性シリカ粉末はもちろん、酸化アルミナ、酸化ベリリウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等があげられる。特に、球状溶融シリカ粉末を用いることが好ましく、なかでも平均粒径５〜５０μｍ、比表面積１．０〜５ｍ2 ／ｇ、最大粒径６４μｍ以下のものを用いることが好ましい。なお、上記平均粒径および比表面積は、例えば、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置により測定することができる。また、上記比表面積はＢＥＴ法に基づき測定することができる。この無機質充填剤の配合割合は、成形性および信頼性という観点から半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体の６０〜９５重量％の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは７０〜９０重量％である。
【００１８】
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〜Ｄ成分および無機質充填剤に加えて、必要に応じて、離型剤、ブロム化エポキシ樹脂等の難燃剤、カーボンブラック等の顔料および染料、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、シリコーンオイルやシリコーンゴム、合成ゴム等といった低応力化剤、ハイドロタルサイト類化合物、水酸化ビスマス等のイオントラップ剤、接着付与剤等、他の添加剤を適宜に用いることができる。
【００１９】
上記離型剤としては、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸カルシウム等の化合物があげられ、例えば、カルナバワックスやポリエチレン系ワックスが用いられ、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００２０】
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。まず、予めアンチモン化合物（Ｃ成分）および硬化促進剤（Ｄ成分）を除く配合成分の全部または一部をミキサー等で充分に混合した後、さらにミキシングロール、混合釜、ニーダー等で溶融混合、混練する。ついで、この混合物に、アンチモン化合物（Ｃ成分）および硬化促進剤（Ｄ成分）ならびに残余成分を配合し、ミキサー等で充分に混合した後、上記と同様、さらにミキシングロール、混合釜、ニーダー等で溶融混練する。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を経由することによって目的とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造することができる。あるいは、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物の混練物を溶融状態で略円柱上の顆粒体もしくはペレット上に成形するという一連の工程を経由することによっても製造することができる。
【００２１】
上記予めアンチモン化合物（Ｃ成分）および硬化促進剤（Ｄ成分）を除く配合成分の全部または一部の溶融混合時の条件としては、例えば、温度７０〜１３０℃に設定することが好ましい。
【００２２】
また、上記アンチモン化合物（Ｃ成分）および硬化促進剤（Ｄ成分）を除く配合成分の全部または一部を溶融混合する際には、アンチモン化合物（Ｃ成分）および硬化促進剤（Ｄ成分）を除く配合成分の全部を混合することが好ましい。
【００２３】
さらに、上記製造工程において、硬化促進剤（Ｄ成分）のより一層良好な分散性という観点から、つぎのような製造工程により半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造することが好適である。まず、予め上記硬化促進剤（Ｄ成分）をフェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）の一部または全部と混合してフェノールアラルキル樹脂混合物を作製する。この際、上記硬化促進剤（Ｄ成分）およびフェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）とともに離型剤成分を配合し混合してもよい。ついで、このフェノールアラルキル樹脂混合物およびアンチモン化合物（Ｃ成分）を除く配合成分の全部または一部をミキサー等で充分に混合した後、さらにミキシングロール、混合釜、ニーダー等で混合、混練する。そして、この混合物に、上記アンチモン化合物（Ｃ成分）およびフェノールアラルキル樹脂混合物ならびに残余成分を配合し、ミキサー等で充分に混合した後、上記と同様、さらにミキシングロール、混合釜、ニーダー等で溶融混練する。この後は、上記と同様の工程を経由することにより目的とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造することができる。
【００２４】
上記硬化促進剤（Ｄ成分）とフェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）との混合条件としては、例えば、温度７０〜１５０℃に設定することが好ましい。
【００２５】
また、上記フェノールアラルキル樹脂混合物およびアンチモン化合物（Ｃ成分）を除く配合成分の全部または一部を混合する際には、フェノールアラルキル樹脂混合物およびアンチモン化合物（Ｃ成分）を除く配合成分の全部を混合することが好ましい。
【００２６】
さらに、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物の混合物をパレット上に受け入れし、これを冷却後、プレス圧延、ロール圧延、あるいは溶媒を混合したものを塗工してシート化する等の方法によりシート状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造することができる。
【００２７】
このような半導体封止用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。
【００２８】
また、上記シート状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、例えば、つぎのようにしてフリップチップ実装による半導体装置を製造することができる。すなわち、上記シート状半導体封止用エポキシ樹脂組成物を、接合用バンプを備えた半導体素子の電極面側に、あるいは、回路基板のバンプ接合部側に配置し、上記半導体素子と回路基板とをバンプ接続するとともに両者を樹脂封止による接着封止を行うことによりフリップチップ実装して半導体装置を製造することができる。
【００２９】
このようにして得られる半導体装置は、成形性に優れたエポキシ樹脂組成物によって封止されているため、ダイパッド部の変形やボンディングワイヤーの変形、あるいはボイドの発生等が抑制された高い信頼性を備えたものである。
【００３０】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００３１】
まず、下記に示す各成分を準備した。
【００３２】
〔エポキシ樹脂〕
ビフェニル型エポキシ樹脂（油化シェル社製、ＹＸ−４０００Ｈ、エポキシ当量１９５）
【００３３】
〔フェノールアラルキル樹脂〕
フェノールアラルキル樹脂（三井化学社製、ミレックスＸＬＣ−３Ｌ、水酸基当量１７４）
【００３４】
〔リン系硬化促進剤〕
トリフェニルホスフィン
【００３５】
〔ブロム化エポキシ樹脂〕
日本化薬社製、ＢＲＥＮ−Ｓ（エポキシ当量２７３）
【００３６】
〔アンチモン化合物〕
三酸化二アンチモン
【００３７】
〔無機質充填剤〕
球状溶融シリカ粉末（電気化学社製、ＦＢ−７４、平均粒径３０μｍ、比表面積１．４ｍ2 ／ｇ）
【００３８】
〔シランカップリング剤〕
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
【００３９】
〔離型剤〕
カルナバワックス
【００４０】
〔カーボンブラック〕
【００４１】
まず、実施例に先立ち、下記の方法にしたがって予備混合物Ａ〜Ｅを作製した。
【００４２】
〔予備混合物Ａ〜Ｅ〕
下記の表１に示す各成分を同表に示す割合で用い、つぎのようにして予備混合物を作製した。すなわち、下記の表１に示す成分を同表に示す割合で配合し、ヘンシェルミキサーで混合した後、ミキシングロール機で１０分間溶融混練を行い、冷却固化した後粉砕して目的とする予備混合物Ａ〜Ｅを作製した。なお、ミキシングロール機による混練温度は下記の表１に併せて示した。
【００４３】
【表１】
【００４４】
〔フェノールアラルキル樹脂予備混合物Ｆ，Ｇ〕
下記の表２に示す各成分を同表に示す割合で用い、つぎのようにしてフェノールアラルキル樹脂予備混合物を作製した。すなわち、下記の表２に示す成分を同表に示す割合で配合し、溶融釜（温度１５０℃）で３０分間溶融混合を行い、冷却固化した後粉砕して目的とするフェノールアラルキル樹脂予備混合物Ｆ，Ｇを作製した。
【００４５】
【表２】
【００４６】
【実施例１〜６、比較例１〜３】
下記の表３〜表４に示す各成分を同表に示す割合で配合し、ミキシングロール機（温度１００℃）で３分間溶融混練した。つぎに、この溶融物を冷却した後粉砕することにより粉末状半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
【００４７】
【表３】
【００４８】
【表４】
【００４９】
このようにして得られた実施例品および比較例品の粉末状のエポキシ樹脂組成物を用いて、下記の方法に従ってフローテスター粘度を測定した。一方、上記粉末状のエポキシ樹脂組成物を用い打錠してタブレット化し、ＴＯＷＡ自動成形機を用いて半導体素子をトランスファー成形でモールド成形することにより半導体装置を得た。この半導体装置は、１１４ピン四方向フラットパッケージ（ＬＱＦＰ−１１４：２０ｍｍ×２０ｍｍ×厚み１．４ｍｍ）で、８ｍｍ×８ｍｍのダイパッド、７．５ｍｍ×７．５ｍｍの半導体素子を有するものである。このようにして得られた半導体装置について、下記の方法に従って成形性（ワイヤー流れ、ダイシフト）を評価した。これらの結果を後記の表５〜表６に併せて示す。
【００５０】
〔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。
【００５１】
〔成形性〕
(1)ワイヤー流れ
上記金線を張ったＬＱＦＰ−１１４の作製時において、図１に示すように、ダイパッド１０を有するＬＱＦＰのパッケージフレームに金線ワイヤー１４（ワイヤー最大長：３ｍｍ）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１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２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。そして、上記金線流れ率が５％以上のものを×、５％未満のものを○として表示した。
【００５２】
(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３に示す形状の、半導体チップ１５が搭載されたダイパッド１０を有するＬＱＦＰ−１１４のパッケージ１１を成形し、このパッケージ１１をパッケージ１１のゲート口方向から切断（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４（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の角の下の樹脂層の厚み（厚みａμｍ）を測定した。一方、図４（ｂ）に示すように、ダイパッドシフトが発生していない正常な状態のパッケージにおいて、ダイパッド１０の角の下の樹脂層の厚み（厚みｂμｍ）を測定した。その結果、上記測定値と上記正常品との差（ａ−ｂ）を絶対値で求めた。そして、その差が１００μｍ以上のものを×、１００μｍ未満のものを○として表示した。
【００５３】
【表５】
【００５４】
【表６】
【００５５】
上記表５〜表６から、実施例品と比較例品と比較した場合、スパイラルフロー値およびフローテスター粘度に関して実施例品と比較例１品とは略同程度であるが、比較例２，３品は高い値であった。また、金ワイヤー評価およびダイシフト評価に関して実施例品は良好であり、成形性に優れたものであることは明らかである。これに対して、比較例１品はダイシフト評価が、さらに比較例２，３品は金ワイヤー評価およびダイシフト評価の双方とも悪い評価結果であった。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、エポキシ樹脂組成物を作製する際に、まず、アンチモン化合物（Ｃ成分）および硬化促進剤（Ｄ成分）を除く他の配合成分の全部または一部を溶融混合し、ついで、この混合物に、上記アンチモン化合物（Ｃ成分）および硬化促進剤（Ｄ成分）ならびに残余成分を配合して混合するという段階を経由してエポキシ樹脂組成物を作製する。このため、最終的にエポキシ樹脂組成物の配合成分がよく均一混合され、結果、ダイパッド部の変形、ボンディングワイヤーの変形、ボイドの発生等成形時の不良の発生が抑制されて信頼性の高い半導体装置が得られる。
【００５７】
そして、上記エポキシ樹脂組成物の製造において、上記硬化促進剤をフェノールアラルキル樹脂の一部または全部と予備混合して予備混合物を作製し、ついで、この予備混合物およびアンチモン化合物を除く配合成分の全部または一部を混合した後、この混合物に、上記予備混合物およびアンチモン化合物ならびに残余成分を配合して混合することにより、上記硬化促進剤の分散性がより一層良好となり、特に成形性に優れたエポキシ樹脂組成物が得られる。
【００５８】
したがって、上記エポキシ樹脂組成物を用いて樹脂封止された半導体装置においては、例えば、ダイパッド部の変形、ボンディングワイヤーの変形、ボイドの発生等成形時の不良の発生が抑制され、高い信頼性を備えた半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 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２】 金線流れ量の測定方法を示す説明図である。
【図３】 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４】 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、成形性に優れた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】
従来から、トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子は、外部環境からの保護および素子のハンドリングを可能にする観点から、プラスチックパッケージ、例えば、エポキシ樹脂組成物を用いて封止され半導体装置化されている。その際に生じる様々な不具合としては、ダイパッド部の変形、ボンディングワイヤーの変形、ボイドの発生等があげられる。上記ダイパッド部の変形、ボンディングワイヤーの変形といったパッケージ内部における封止材料の流動により発生する不良は、エポキシ樹脂組成物の粘度を下げるという対策により解決できる。一方、上記ボイドの発生といった封止材料の流動時の巻き込みエアー、封止材料からの発生ガス等が原因の不良は一般的にエポキシ樹脂組成物の粘度を上げることが効果的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、成形時の不良に対しては、その不良内容により、エポキシ樹脂組成物の対策方法は全く異なり、二律背反の関係が生まれ、結果的には各パッケージ毎にそのバランスをとるしか方法がなかった。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製法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）〜（Ｄ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製法であって、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する配合成分のうち、予め上記（Ｃ）および（Ｄ）成分を除く配合成分の全部または一部を溶融混合し、ついで、この混合物に、上記（Ｃ）および（Ｄ）成分ならびに残余成分を配合して混合する半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製法を要旨とする。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）フェノールアラルキル樹脂。
（Ｃ）アンチモン化合物。
（Ｄ）硬化促進剤。
【０００６】
本発明者らは、エポキシ樹脂組成物を用いての半導体装置化に際して生じる、ダイパッド部の変形、ボンディングワイヤーの変形、ボイドの発生等様々な不具合の発生を抑制し、優れた成形性を備えた封止材料となるエポキシ樹脂組成物を得ることを目的として鋭意検討を重ねた。そして、従来から上記成形時の不良に対する対処方法として、不良要因毎に用いられるエポキシ樹脂組成物の特性に関し全く異なる対策が採られていることから、配合成分自身の検討から視点を変え他の解決手段について研究を重ねた。その結果、エポキシ樹脂組成物の構成成分である、従来から難燃助剤として用いられているアンチモン化合物が、硬化促進剤とともにエポキシ樹脂の硬化促進作用を奏することを突き止めた。この事実に基づきさらに研究を重ねた結果、エポキシ樹脂組成物を作製する際に、まず、硬化促進作用を奏する、硬化促進剤およびアンチモン化合物を除く他の配合成分の全部または一部を配合して溶融混合し、ついで、この混合物に、上記硬化促進剤およびアンチモン化合物ならびに残余成分を配合して混合するという工程を経由してエポキシ樹脂組成物を作製すると、配合成分がよく均一混合され、結果、上記成形時の不良の発生が抑制されて信頼性の高い半導体装置が得られることを見出し本発明に到達した。
【０００７】
そして、上記エポキシ樹脂組成物の製造方法において、上記硬化促進剤をフェノールアラルキル樹脂の一部または全部と予備混合して予備混合物を作製した後、この予備混合物およびアンチモン化合物を除く配合成分の全部または一部を配合して混合し、ついで、この混合物に、上記予備混合物およびアンチモン化合物ならびに残余成分を配合して混合すると、上記硬化促進剤の分散性がより一層良好となり、特に成形性に優れたエポキシ樹脂組成物が得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【０００９】
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（Ａ成分）と、フェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）と、アンチモン化合物（Ｃ成分）と、硬化促進剤（Ｄ成分）とを用いて得られるものであって、通常、粉末状もしくはそれを打錠したタブレット状になっている。
【００１０】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）としては、特に限定するものではなく各種の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エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ノボラックビスＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂等があげられる。これらエポキシ樹脂のなかでも、ビフェニル型エポキシ樹脂や低級アルキル基をフェニル環に付加したような低吸湿型のエポキシ樹脂を用いることが好ましい。このようなエポキシ樹脂としては、エポキシ当量１５０〜２５０、軟化点５０〜１３０℃のものが好ましい。
【００１１】
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アラルキル樹脂（Ｂ成分）は、上記エポキシ樹脂（Ａ成分）の硬化剤として作用するものであり、低吸湿性のものを用いることが好ましい。
【００１２】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とフェノールアラルキル樹脂（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、フェノールアラルキル樹脂中の水酸基当量が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。
【００１３】
上記エポキシ樹脂（Ａ成分）およびフェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）とともに用いられるアンチモン化合物（Ｃ成分）は、一般に難燃助剤として用いられるものであり、酸化アンチモンが、より具体的には、三酸化二アンチモン、五酸化二アンチモン等があげられる。また、難燃剤という観点から、他の各種金属水酸化物や赤燐等の燐化合物を併用することもできる。
【００１４】
上記アンチモン化合物（Ｃ成分）の配合割合は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体の０．５〜３重量％の範囲に設定することが好ましい。より好ましくは０．７〜２．５重量％である。すなわち、０．５重量％未満では、難燃性が不充分となり、３重量％を超えると、流動性が低下する傾向がみられるからである。
【００１５】
上記Ａ〜Ｃ成分とともに用いられる硬化促進剤（Ｄ成分）としては、エポキシ基と水酸基の反応を促進するものであればよく、例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のジアザアルケン系化合物、トリエチレンジアミン等の三級アミン類、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、トリフェニルホスフィン等のリン系硬化促進剤等があげられる。これら硬化促進剤は単独でもしくは２種以上併せて用いられる。さらに、上記硬化促進剤（Ｄ成分）は、分散性という観点から、予め上記フェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）の一部または全部と予備混合して用いることが好ましい。
【００１６】
上記硬化促進剤（Ｄ成分）の配合割合は、上記フェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）１００重量部に対して１．５〜８重量部の範囲に設定することが好ましい。より好ましくは２〜３．５重量部である。すなわち、１．５重量部未満では、目的とするエポキシ樹脂とフェノールアラルキル樹脂との硬化反応が進み難く、８重量部を超えると、反応速度が速過ぎて、製造プロセス中に反応したり封止材料としての保存安定性に著しく欠ける傾向がみられるからである。
【００１７】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、上記Ａ〜Ｄ成分とともに、通常、無機質充填剤が用いられる。上記無機質充填剤としては、特に限定するものではないが、結晶性および溶融性シリカ粉末はもちろん、酸化アルミナ、酸化ベリリウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等があげられる。特に、球状溶融シリカ粉末を用いることが好ましく、なかでも平均粒径５〜５０μｍ、比表面積１．０〜５ｍ2 ／ｇ、最大粒径６４μｍ以下のものを用いることが好ましい。なお、上記平均粒径および比表面積は、例えば、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置により測定することができる。また、上記比表面積はＢＥＴ法に基づき測定することができる。この無機質充填剤の配合割合は、成形性および信頼性という観点から半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体の６０〜９５重量％の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは７０〜９０重量％である。
【００１８】
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〜Ｄ成分および無機質充填剤に加えて、必要に応じて、離型剤、ブロム化エポキシ樹脂等の難燃剤、カーボンブラック等の顔料および染料、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、シリコーンオイルやシリコーンゴム、合成ゴム等といった低応力化剤、ハイドロタルサイト類化合物、水酸化ビスマス等のイオントラップ剤、接着付与剤等、他の添加剤を適宜に用いることができる。
【００１９】
上記離型剤としては、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸カルシウム等の化合物があげられ、例えば、カルナバワックスやポリエチレン系ワックスが用いられ、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００２０】
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。まず、予めアンチモン化合物（Ｃ成分）および硬化促進剤（Ｄ成分）を除く配合成分の全部または一部をミキサー等で充分に混合した後、さらにミキシングロール、混合釜、ニーダー等で溶融混合、混練する。ついで、この混合物に、アンチモン化合物（Ｃ成分）および硬化促進剤（Ｄ成分）ならびに残余成分を配合し、ミキサー等で充分に混合した後、上記と同様、さらにミキシングロール、混合釜、ニーダー等で溶融混練する。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を経由することによって目的とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造することができる。あるいは、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物の混練物を溶融状態で略円柱上の顆粒体もしくはペレット上に成形するという一連の工程を経由することによっても製造することができる。
【００２１】
上記予めアンチモン化合物（Ｃ成分）および硬化促進剤（Ｄ成分）を除く配合成分の全部または一部の溶融混合時の条件としては、例えば、温度７０〜１３０℃に設定することが好ましい。
【００２２】
また、上記アンチモン化合物（Ｃ成分）および硬化促進剤（Ｄ成分）を除く配合成分の全部または一部を溶融混合する際には、アンチモン化合物（Ｃ成分）および硬化促進剤（Ｄ成分）を除く配合成分の全部を混合することが好ましい。
【００２３】
さらに、上記製造工程において、硬化促進剤（Ｄ成分）のより一層良好な分散性という観点から、つぎのような製造工程により半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造することが好適である。まず、予め上記硬化促進剤（Ｄ成分）をフェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）の一部または全部と混合してフェノールアラルキル樹脂混合物を作製する。この際、上記硬化促進剤（Ｄ成分）およびフェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）とともに離型剤成分を配合し混合してもよい。ついで、このフェノールアラルキル樹脂混合物およびアンチモン化合物（Ｃ成分）を除く配合成分の全部または一部をミキサー等で充分に混合した後、さらにミキシングロール、混合釜、ニーダー等で混合、混練する。そして、この混合物に、上記アンチモン化合物（Ｃ成分）およびフェノールアラルキル樹脂混合物ならびに残余成分を配合し、ミキサー等で充分に混合した後、上記と同様、さらにミキシングロール、混合釜、ニーダー等で溶融混練する。この後は、上記と同様の工程を経由することにより目的とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造することができる。
【００２４】
上記硬化促進剤（Ｄ成分）とフェノールアラルキル樹脂（Ｂ成分）との混合条件としては、例えば、温度７０〜１５０℃に設定することが好ましい。
【００２５】
また、上記フェノールアラルキル樹脂混合物およびアンチモン化合物（Ｃ成分）を除く配合成分の全部または一部を混合する際には、フェノールアラルキル樹脂混合物およびアンチモン化合物（Ｃ成分）を除く配合成分の全部を混合することが好ましい。
【００２６】
さらに、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物の混合物をパレット上に受け入れし、これを冷却後、プレス圧延、ロール圧延、あるいは溶媒を混合したものを塗工してシート化する等の方法によりシート状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造することができる。
【００２７】
このような半導体封止用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。
【００２８】
また、上記シート状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、例えば、つぎのようにしてフリップチップ実装による半導体装置を製造することができる。すなわち、上記シート状半導体封止用エポキシ樹脂組成物を、接合用バンプを備えた半導体素子の電極面側に、あるいは、回路基板のバンプ接合部側に配置し、上記半導体素子と回路基板とをバンプ接続するとともに両者を樹脂封止による接着封止を行うことによりフリップチップ実装して半導体装置を製造することができる。
【００２９】
このようにして得られる半導体装置は、成形性に優れたエポキシ樹脂組成物によって封止されているため、ダイパッド部の変形やボンディングワイヤーの変形、あるいはボイドの発生等が抑制された高い信頼性を備えたものである。
【００３０】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００３１】
まず、下記に示す各成分を準備した。
【００３２】
〔エポキシ樹脂〕
ビフェニル型エポキシ樹脂（油化シェル社製、ＹＸ−４０００Ｈ、エポキシ当量１９５）
【００３３】
〔フェノールアラルキル樹脂〕
フェノールアラルキル樹脂（三井化学社製、ミレックスＸＬＣ−３Ｌ、水酸基当量１７４）
【００３４】
〔リン系硬化促進剤〕
トリフェニルホスフィン
【００３５】
〔ブロム化エポキシ樹脂〕
日本化薬社製、ＢＲＥＮ−Ｓ（エポキシ当量２７３）
【００３６】
〔アンチモン化合物〕
三酸化二アンチモン
【００３７】
〔無機質充填剤〕
球状溶融シリカ粉末（電気化学社製、ＦＢ−７４、平均粒径３０μｍ、比表面積１．４ｍ2 ／ｇ）
【００３８】
〔シランカップリング剤〕
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
【００３９】
〔離型剤〕
カルナバワックス
【００４０】
〔カーボンブラック〕
【００４１】
まず、実施例に先立ち、下記の方法にしたがって予備混合物Ａ〜Ｅを作製した。
【００４２】
〔予備混合物Ａ〜Ｅ〕
下記の表１に示す各成分を同表に示す割合で用い、つぎのようにして予備混合物を作製した。すなわち、下記の表１に示す成分を同表に示す割合で配合し、ヘンシェルミキサーで混合した後、ミキシングロール機で１０分間溶融混練を行い、冷却固化した後粉砕して目的とする予備混合物Ａ〜Ｅを作製した。なお、ミキシングロール機による混練温度は下記の表１に併せて示した。
【００４３】
【表１】
〔フェノールアラルキル樹脂予備混合物Ｆ，Ｇ〕
下記の表２に示す各成分を同表に示す割合で用い、つぎのようにしてフェノールアラルキル樹脂予備混合物を作製した。すなわち、下記の表２に示す成分を同表に示す割合で配合し、溶融釜（温度１５０℃）で３０分間溶融混合を行い、冷却固化した後粉砕して目的とするフェノールアラルキル樹脂予備混合物Ｆ，Ｇを作製した。
【００４５】
【表２】
【実施例１〜６、比較例１〜３】
下記の表３〜表４に示す各成分を同表に示す割合で配合し、ミキシングロール機（温度１００℃）で３分間溶融混練した。つぎに、この溶融物を冷却した後粉砕することにより粉末状半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
【００４７】
【表３】
【表４】
このようにして得られた実施例品および比較例品の粉末状のエポキシ樹脂組成物を用いて、下記の方法に従ってフローテスター粘度を測定した。一方、上記粉末状のエポキシ樹脂組成物を用い打錠してタブレット化し、ＴＯＷＡ自動成形機を用いて半導体素子をトランスファー成形でモールド成形することにより半導体装置を得た。この半導体装置は、１１４ピン四方向フラットパッケージ（ＬＱＦＰ−１１４：２０ｍｍ×２０ｍｍ×厚み１．４ｍｍ）で、８ｍｍ×８ｍｍのダイパッド、７．５ｍｍ×７．５ｍｍの半導体素子を有するものである。このようにして得られた半導体装置について、下記の方法に従って成形性（ワイヤー流れ、ダイシフト）を評価した。これらの結果を後記の表５〜表６に併せて示す。
【００５０】
〔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。
【００５１】
〔成形性〕
(1)ワイヤー流れ
上記金線を張ったＬＱＦＰ−１１４の作製時において、図１に示すように、ダイパッド１０を有するＬＱＦＰのパッケージフレームに金線ワイヤー１４（ワイヤー最大長：３ｍｍ）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１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２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。そして、上記金線流れ率が５％以上のものを×、５％未満のものを○として表示した。
【００５２】
(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３に示す形状の、半導体チップ１５が搭載されたダイパッド１０を有するＬＱＦＰ−１１４のパッケージ１１を成形し、このパッケージ１１をパッケージ１１のゲート口方向から切断（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４（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の角の下の樹脂層の厚み（厚みａμｍ）を測定した。一方、図４（ｂ）に示すように、ダイパッドシフトが発生していない正常な状態のパッケージにおいて、ダイパッド１０の角の下の樹脂層の厚み（厚みｂμｍ）を測定した。その結果、上記測定値と上記正常品との差（ａ−ｂ）を絶対値で求めた。そして、その差が１００μｍ以上のものを×、１００μｍ未満のものを○として表示した。
【００５３】
【表５】
【表６】
上記表５〜表６から、実施例品と比較例品と比較した場合、スパイラルフロー値およびフローテスター粘度に関して実施例品と比較例１品とは略同程度であるが、比較例２，３品は高い値であった。また、金ワイヤー評価およびダイシフト評価に関して実施例品は良好であり、成形性に優れたものであることは明らかである。これに対して、比較例１品はダイシフト評価が、さらに比較例２，３品は金ワイヤー評価およびダイシフト評価の双方とも悪い評価結果であった。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、エポキシ樹脂組成物を作製する際に、まず、アンチモン化合物（Ｃ成分）および硬化促進剤（Ｄ成分）を除く他の配合成分の全部または一部を溶融混合し、ついで、この混合物に、上記アンチモン化合物（Ｃ成分）および硬化促進剤（Ｄ成分）ならびに残余成分を配合して混合するという段階を経由してエポキシ樹脂組成物を作製する。このため、最終的にエポキシ樹脂組成物の配合成分がよく均一混合され、結果、ダイパッド部の変形、ボンディングワイヤーの変形、ボイドの発生等成形時の不良の発生が抑制されて信頼性の高い半導体装置が得られる。
【００５７】
そして、上記エポキシ樹脂組成物の製造において、上記硬化促進剤をフェノールアラルキル樹脂の一部または全部と予備混合して予備混合物を作製し、ついで、この予備混合物およびアンチモン化合物を除く配合成分の全部または一部を混合した後、この混合物に、上記予備混合物およびアンチモン化合物ならびに残余成分を配合して混合することにより、上記硬化促進剤の分散性がより一層良好となり、特に成形性に優れたエポキシ樹脂組成物が得られる。
【００５８】
したがって、上記エポキシ樹脂組成物を用いて樹脂封止された半導体装置においては、例えば、ダイパッド部の変形、ボンディングワイヤーの変形、ボイドの発生等成形時の不良の発生が抑制され、高い信頼性を備えた半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 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２】 金線流れ量の測定方法を示す説明図である。
【図３】 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４】 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 (2)
- 下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製法であって、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する配合成分のうち、予め上記（Ｃ）および（Ｄ）成分を除く配合成分の全部または一部を溶融混合し、ついで、この混合物に、上記（Ｃ）および（Ｄ）成分ならびに残余成分を配合して混合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。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）フェノールアラルキル樹脂。
（Ｃ）アンチモン化合物。
（Ｄ）硬化促進剤。 - 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において、上記（Ｄ）成分である硬化促進剤を（Ｂ）成分であるフェノールアラルキル樹脂の一部または全部と予備混合して予備混合物を作製した後、この予備混合物および（Ｃ）成分を除く配合成分の全部もしくは一部を混合し、ついで、この混合物に、上記予備混合物および（Ｃ）成分ならびに残余成分を配合して混合する請求項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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