JP4517433B2 - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線板や金属リードフレームの片面に半導体素子を搭載し、その搭載面側の実質的に片面のみを樹脂封止されたいわゆるエリア実装型半導体装置に適した半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の小型化、軽量化、高機能化の市場動向において、半導体素子の高集積化が年々進み、又、半導体装置の表面実装化が促進されるなかで、新規にエリア実装型半導体装置が開発され、従来構造の装置から移行し始めている。
エリア実装型半導体装置としては、ボールグリッドアレイ（以下、ＢＧＡという）、あるいは更に小型化を追求したチップサイズパッケージ（以下、ＣＳＰという）等が代表的であるが、これらは従来のＱＦＰ、ＳＯＰ等に代表される表面実装型半導体装置では限界に近づいている多ピン化・高速化への要求に対応するために開発されたものである。構造としては、ビスマレイミド・トリアジン（以下、ＢＴという）樹脂／銅箔回路基板に代表される硬質回路基板、あるいはポリイミド樹脂フィルム／銅箔回路基板に代表されるフレキシブル回路基板の片面上に半導体素子を搭載し、その半導体素子搭載面、即ち基板の片面のみがエポキシ樹脂組成物等で成形・封止されている。又、基板の半導体素子搭載面の反対面には、半田ボールを２次元的に並列して形成し、半導体装置を実装する回路基板との接合を行うという特徴を有している。更に、半導体素子を搭載する基板としては、上記有機回路基板以外にもリードフレーム等の金属基板を用いる構造も開発されている。
【０００３】
これらエリア実装型半導体装置の構造は、基板の半導体素子搭載面のみをエポキシ樹脂組成物で封止し、半田ボール形成面側は封止しないという片面封止の形態をとっている。ごく希に、リードフレーム等の金属基板等では、半田ボール形成面でも数十μｍ程度の封止樹脂層が存在することもあるが、半導体素子搭載面では数百μｍから数ｍｍ程度の封止樹脂層が形成されるため、実質的に片面封止となっている。このため、有機基板や金属基板とエポキシ樹脂組成物の硬化物との間での熱膨張・熱収縮の不整合、あるいはエポキシ樹脂組成物の成形・硬化時の硬化収縮による影響で、これらの半導体装置では成形直後から反りが発生しやすい。
又、これらの半導体装置を実装する回路基板上に半田接合を行う場合、２００℃以上の加熱工程を経るが、この際にも半導体装置の反りが発生し、多数の半田ボールが平坦とならず、半導体装置を実装する回路基板から浮き上がってしまい、電気的接合の信頼性が低下する問題が起こる。
基板上の実質的に片面のみをエポキシ樹脂組成物で封止した半導体装置において、反りを低減するには、基板の線膨張係数とエポキシ樹脂組成物の硬化物の線膨張係数を近づけること、及びエポキシ樹脂組成物の成形・硬化時の硬化収縮量を小さくすることの二つの方法が重要である。
基板としては、有機基板では、ＢＴ樹脂やポリイミド樹脂のような高いガラス転移温度（以下、Ｔｇという）を有する樹脂が広く用いられており、これらはエポキシ樹脂組成物の成形温度である１７０℃近辺よりも高いＴｇを有する。従って、成形温度から室温までの冷却過程では有機基板の線膨張係数α１（以下、α１という）の領域のみで収縮するので、エポキシ樹脂組成物の硬化物もＴｇが高く、且つα１が有機基板と同じであり、更に硬化収縮量がゼロであれば反りはほぼゼロであると考えられる。このため、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂とトリフェノールメタン型フェノール樹脂との組合せによりＴｇを高くし、無機充填材の配合量でα１を合わせる手法が既に提案されている。
【０００４】
又、赤外線リフロー、ベーパーフェイズソルダリング、半田浸漬等の手段での半田処理による半田接合を行う場合、エポキシ樹脂組成物の硬化物並びに有機基板からの吸湿により半導体装置内部に存在する水分が高温で急激に気化することによる応力で半導体装置にクラックが発生したり、有機基板の半導体素子搭載面とエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面で剥離が発生することもあり、エポキシ樹脂組成物の硬化物の高強度化、低応力化、低吸湿化とともに、有機基板との高密着性も求められる。
従来のＢＧＡやＣＳＰ等のエリア実装型半導体装置には、反りの低減のためにトリフェノールメタン型エポキシ樹脂とトリフェノールメタン型フェノール樹脂を樹脂成分とするエポキシ樹脂組成物が用いられてきた。このエポキシ樹脂組成物は、Ｔｇが高く、硬化性、熱時曲げ強度に優れた特性を有しているが、硬化物の吸湿率が高く、又、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度が比較的高く、無機充填材の高充填化には限界があり、低吸湿化が不十分で、耐半田クラック性には問題があった。
一方、従来のＱＦＰやＳＯＰ等の表面実装型半導体装置では、半田実装時のクラックや各素材界面での剥離の防止のために、ビフェニル型エポキシ樹脂に代表されるような結晶性エポキシ樹脂を使用しているが、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物と比較して熱時曲げ強度が低く、且つ硬化が遅いのが問題であった。
そこで、反りが小さく、硬化性、熱時曲げ強度に優れ、且つ低吸湿性、耐半田クラック性に優れるエポキシ樹脂組成物を得るため、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂と結晶性エポキシ樹脂の特徴を生かすべく、エポキシ樹脂組成物の製造時に両方のエポキシ樹脂を適正量併用したり、予め両方のエポキシ樹脂を溶融混合したものを用いても、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂を用いた時の反りが小さく、硬化性、熱時曲げ強度に優れるという特徴と、結晶性エポキシ樹脂を用いた時の低吸湿性、耐半田クラック性に優れるという特徴を両立することはできておらず、不十分であった。
【０００５】
又、電子・電気材料、特にＩＣ封止材料は近年、生産効率の向上を目的とした速硬化性と、物流・保管時の取り扱い性向上のための保存性の向上とが求められるようになってきている。従来、電子・電気分野向けエポキシ樹脂には、硬化促進剤としてホスフィン類、アミン類、イミダゾール系化合物、ジアザビシクロウンデセン等の含窒素複素環式化合物、第四級アンモニウム、ホスホニウム或いはアルソニウム化合物等の種々の化合物が使用されている。
これらの一般に使用される硬化促進剤は、常温等の比較的低温においても硬化促進作用を示す場合が多い。このことは、エポキシ樹脂組成物の製造時及び得られたエポキシ樹脂組成物の保存時の粘度上昇や、流動性の低下、硬化性のバラツキ等、製品としての品質を低下させる原因となっている。この問題を解決すべく、最近では低温での粘度、流動性の経時変化を抑え、賦形、成形時の加熱によってのみ硬化反応を起こすような、いわゆる潜伏性硬化促進剤の研究が盛んになされている。その手段として、硬化促進剤の活性点をイオン対により保護することで、潜伏性を発現する研究がなされており、特開平８−４１２９０号公報では、種々の有機酸とホスホニウムイオンとの塩構造を有する潜伏性硬化促進剤が開示されている。しかし、このホスホニウム塩は特定の高次の分子構造を有さず、イオン対が比較的容易に外部環境の影響を受けるため、最近の低分子エポキシ樹脂やフェノールアラルキル樹脂を用いる半導体封止材料においては、保存性が低下する問題が生じている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、成形後や半田処理時の反りが小さく、且つ速硬化性、保存性に優れるエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いた半導体装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
［１］（Ａ）一般式（１）及び／又は一般式（２）で示される多官能フェノール樹脂（ａ）と、結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類（ｂ）とを混合しグリシジルエーテル化したエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（１）、又は一般式（２）で示される多官能フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）テトラ置換ホスホニウム（Ｘ）と１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｙ）及び１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｙ）の共役塩基との分子会合体であって、該共役塩基が前記フェノール性水酸基を１分子内に２個以上有する化合物（Ｙ）から１個の水素を除いたフェノキシド型化合物からなる硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材を必須成分とし、（ａ）と（ｂ）との重量比（ａ／ｂ）が１〜１９であり、エポキシ樹脂（Ａ）の融点が７０〜１２０℃であり、全エポキシ樹脂のエポキシ基に対する全フェノール樹脂硬化剤のフェノール性水酸基の当量比が０．５〜２．０であり、分子会合体（Ｃ）の含有量が全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂硬化剤の合計量１００重量部当たり０．４〜２０重量部であり、無機充填材の含有量が全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂硬化剤の合計量１００重量部当たり２５０〜１４００重量部であることを特徴とするエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【化６】
（ただし、式中のＲは炭素数１〜５の炭化水素、ハロゲンの中から選択される基又は原子であり、それらは互いに同一であっても異なっていてもよい。ｍ＝０〜４、ｎ＝０〜３、ｋは平均値で、１〜１０の正数）
【０００８】
【化７】
（ただし、式中のＲは炭素数１〜５の炭化水素、ハロゲンの中から選択される基又は原子であり、それらは互いに同一であっても異なっていてもよい。ｍ＝０〜４）
【０００９】
［２］１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｙ）の共役塩基が、ジヒドロキシベンゼン類、トリヒドロキシベンゼン類、ビスフェノール類、ビフェノール類、ジヒドロキシナフタレン類、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂の中から選択される１種以上である第［１］項記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［３］一般式（１）及び／又は一般式（２）で示される多官能フェノール樹脂（ａ）と、結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類（ｂ）とを混合し、グリシジルエーテル化したエポキシ樹脂（Ａ）において、融解熱量が３〜４０ｍＪ／ｍｇである第［１］、又は［２］項記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［４］結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類（ｂ）が、一般式（３）、一般式（４）、又は一般式（５）から選ばれる一種以上である第［１］〜［３］のいずれか１項記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【化８】
（ただし、式中のＲは炭素数１〜５の炭化水素、ハロゲンの中から選択される基又は原子であり、それらは互いに同一であっても異なっていてもよい。ｍ＝０〜４）
【００１０】
【化９】
【００１１】
【化１０】
（ただし、式中のＲは炭素数１〜５の炭化水素、ハロゲンの中から選択される基又は原子であり、それらは互いに同一であっても異なっていてもよい。ｍ＝０〜４、Ｒ2 は水素、炭素数１〜５の炭化水素、ハロゲンの中から選択される基又は原子であり、それらは互いに同一であっても異なっていてもよい。 ）
［５］結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類（ｂ）が、４，４’−ジヒドロキシビフェニル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニル、ビス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン、２，２−ビス（３’，５’−ジメチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、ビス（２−ターシャリブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）スルフィド、又は、３−ターシャリブチル−２，４’−ジヒドロキシ−３’，５’，６−トリメチルスチルベン、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，５’，６−トリメチルスチルベン、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，５，５’−トリメチルスチルベン、の８種から選ばれる１種以上と４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，２’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，２’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−５，５’−ジメチルスチルベンの６種から選ばれる１種以上との混合物である第［１］〜［４］のいずれか１項記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［６］基板の片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみが第［１］〜［５］のいずれか１項記載のエポキシ樹脂組成物によって封止されていることを特徴とする半導体装置、
である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる一般式（１）、又は一般式（２）で示される多官能フェノール樹脂（ａ）と結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類（ｂ）との重量比（ａ／ｂ）を１〜１９とした混合物（以下、混合多価フェノールという）をグリシジルエーテル化したエポキシ樹脂（Ａ）は、結晶性エポキシ樹脂に由来する低粘度化が図られており、これにより無機充填材の高充填化、ひいてはエポキシ樹脂組成物の硬化物の低吸湿化が可能となり、エポキシ樹脂組成物の硬化物のＴｇが殆ど低下せず、又、多官能エポキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物の熱時曲げ強度と較べても遜色なく、且つ低弾性率で、硬化性も同等の特性を有している。この方法で得られたエポキシ樹脂は、多官能エポキシ樹脂と結晶性エポキシ樹脂がより均一化されることにより、結晶性エポキシ樹脂を使用する場合の問題点である硬化反応性も向上するものと考えられる。従って、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いた半導体装置は、実装時の半田処理下でも高い信頼性を得ることができる。
【００１３】
一般式（１）、又は一般式（２）で示される多官能フェノール樹脂としては、例えば式（６）、式（７）、式（８）、式（９）、式（１０）等が挙げられるが、入手のし易さ、性能、原料価格等の点から式（６）、式（９）の多官能フェノール樹脂が好ましい。
【化１１】
【００１４】
【化１２】
【００１５】
【化１３】
【００１６】
【化１４】
【００１７】
【化１５】
本発明に用いる結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類（ｂ）としては、例えば一般式（３）のビフェニル型、一般式（４）のビスフェノール型、一般式（５）のスチルベン型等が挙げられる。
【００１８】
一般式（３）のビフェニル型フェノール類としては、例えば、４，４’−ジヒドロキシビフェニル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルビフェニル、２，２’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルビフェニル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−５，５’−ジメチルビフェニル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラターシャリブチルビフェニル等（置換位置の異なる異性体を含む）が挙げられる。
一般式（４）のビスフェノール型フェノール類としては、例えば、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン、ビス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン、ビス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン、ビス（２，３，５−トリメチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン、１，１−ビス（３’，５’−ジメチル−４’−ヒドロキシフェニル）エタン、２，２−ビス（４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３’−メチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３’，５’−ジメチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３’−ターシャリブチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、ビス（２−ターシャリブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）スルフィド等が挙げられる。
【００１９】
一般式（５）のスチルベン型フェノール類としては、例えば、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−５，３’−ジメチルスチルベン、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，６−ジメチルスチルベン、３−ターシャリブチル−２，４’−ジヒドロキシ−３’，５’，６−トリメチルスチルベン、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，５’，６−トリメチルスチルベン、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，５，５’−トリメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，２’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，２’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−５，５’−ジメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラターシャリブチルスチルベン等（置換位置の異なる異性体を含む）が挙げられる。
【００２０】
これらの内では、入手のし易さ、性能、原料価格等の点から、４，４’−ジヒドロキシビフェニル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニル、ビス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン、ビス（２，３，５−トリメチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン、２，２−ビス（３’−メチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３’，５’−ジメチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、ビス（２−ターシャリブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）スルフィド（以上７種のフェノール類を、以下ａ群という）、３−ターシャリブチル−２，４’−ジヒドロキシ−３’，５’，６−トリメチルスチルベン、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，５’，６−トリメチルスチルベン、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，５，５’−トリメチルスチルベン（以上３種のフェノール類を、以下ｂ群という）、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，２’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，２’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルスチルベン、又は４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−５，５’−ジメチルスチルベン（以上６種のフェノール類を、以下ｃ群という）から選択される１種以上が好ましい。
【００２１】
ａ群の内、ビフェニル型フェノール類では、低粘度化効果が大きく、且つ反応性に富む４，４’−ジヒドロキシビフェニルが含まれているものが特に好ましい。その他のａ群では、ビス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン、２，２−ビス（３’，５’−ジメチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、ビス（２−ターシャリブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）スルフィドが特に好ましい。
又、スチルベン型フェノール類では、ｂ群から選ばれる１種以上と、ｃ群から選ばれる１種以上との混合物が、軟化点が低くなるため好ましい。これらの混合比、混合方法等は特に限定しない。
【００２２】
本発明の多官能フェノール樹脂（ａ）と結晶性エポキシ樹脂の前駆体のフェノール類（ｂ）の重量比（ａ／ｂ）としては、１〜１９が好ましく、特に、１．５〜９が好ましい。１未満だと、グリシジルエーテル化したときに生成した多官能エポキシ樹脂に由来する高いＴｇ、熱時曲げ強度を十分に発現できないので好ましくない。又、１９を越えると、グリシジルエーテル化したときに生成した結晶性エポキシ樹脂に由来する低粘度化の効果が薄まり、無機充填材の高充填化ができないので好ましくない。
本発明のエポキシ樹脂（Ａ）の合成方法については特に限定しないが、例えば、混合多価フェノールを過剰のエピクロルヒドリンに溶解した後、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物の存在下で５０〜１５０℃、好ましくは６０〜１２０℃で１〜１０時間反応させる方法が挙げられる。反応終了後、過剰のエピクロルヒドリンを留去し、残留物をトルエン、メチルイソブチルケトン等の溶剤に溶解し、濾過し、水洗して無機塩を除去し、次いで溶剤を留去することにより得ることができる。生成したエポキシ樹脂の塩素イオン、ナトリウムイオン、その他フリーのイオンは極力少ないことが望ましい。
本発明のエポキシ樹脂の結晶性エポキシ樹脂に由来する融点としては、７０〜１５０℃の範囲にあることが好ましく、特に、９０〜１２０℃が好ましい。７０℃未満だと、常温でブロッキング性が低くなり、作業性やこれを用いたエポキシ樹脂組成物の常温保存性の低下が見られるため好ましくない。１５０℃を越えると、加熱混練の際、エポキシ樹脂が十分に溶融できず、不均一なエポキシ樹脂組成物となり、エポキシ樹脂組成物の硬化物の物性にバラツキが見られる可能性があるため好ましくない。
本発明での融点とは、示差走査熱量計（セイコー電子工業（株）・製）を用い、エポキシ樹脂１０ｍｇ前後を精秤し、昇温速度５℃／分で測定した吸熱ピークの温度を言う。
【００２３】
本発明のエポキシ樹脂（Ａ）の結晶性エポキシ樹脂に由来する融解熱量が３〜４０ｍＪ／ｍｇであるものが好ましく、特に、５〜３５ｍＪ／ｍｇが好ましい。３ｍＪ／ｍｇ未満だと、エポキシ樹脂はビスフェノールＦ型樹脂のような挙動を示し、作業性が著しく低下するので好ましくない。４０ｍＪ／ｍｇを越えると、加熱混練の際にエポキシ樹脂が十分に溶融できずに不均一なエポキシ樹脂組成物となり、エポキシ樹脂組成物の硬化物の物性にバラツキが見られる可能性があるため、好ましくない。
本発明での融解熱量とは、示差走査熱量計（セイコー電子工業（株）・製）を用い、エポキシ樹脂１０ｍｇ前後を精秤し、昇温速度５℃／分で測定した吸熱ピークの熱量を言う。
又、本発明のエポキシ樹脂（Ａ）の特性を損なわない範囲で、他のエポキシ樹脂を併用できる。併用できるエポキシ樹脂としては、例えば、オルソ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、ナフタレン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても良い。
【００２４】
本発明で用いる一般式（１）、又は一般式（２）で示される多官能フェノール樹脂硬化剤としては、具体的には前記した式（６）、式（７）、式（８）、式（９）、式（１０）等が挙げられるが、入手のし易さ、性能、原料価格等の点から式（６）、式（９）の多官能フェノール樹脂硬化剤が好ましい。
又、本発明の一般式（１）、又は一般式（２）で示される多官能フェノール樹脂硬化剤の特性を損なわない範囲で、他のフェノール樹脂硬化剤を併用できる。併用できるフェノール樹脂硬化剤としては、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、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、テルペン変性フェノール樹脂等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても良い。更に、半導体装置の長期信頼性の点から、不純物として含有される塩素イオン、ナトリウムイオン、その他フリーのイオンは極力少ないことが望ましい。
全エポキシ樹脂のエポキシ基に対する全フェノール樹脂硬化剤のフェノール性水酸基の当量比は、０．５〜２．０が好ましく、この範囲を外れると、エポキシ樹脂組成物の硬化性の低下、或いは硬化物のＴｇの低下等のおそれがあるので好ましくない。
【００２５】
本発明に用いる硬化促進剤である分子会合体（Ｃ）は、テトラ置換ホスホニウム（Ｘ）と１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｙ）及び１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｙ）の共役塩基との分子会合体であって、該共役塩基が前記フェノール性水酸基を１分子内に２個以上有する化合物（Ｙ）から１個の水素を除いたフェノキシド型化合物である。
その構成成分の一つであるテトラ置換ホスホニウム（Ｘ）の置換基については何ら限定されず、置換基は互いに同一であっても異なっていてもよい。例えば、置換又は無置換のアリール基やアルキル基を置換基に有するテトラ置換ホスホニウムイオンが、熱や加水分解に対して安定であり好ましい。具体的には、テトラフェニルホスホニウム、テトラトリルホスホニウム、テトラエチルフェニルホスホニウム、テトラメトキシフェニルホスホニウム、テトラナフチルホスホニウム、テトラベンジルホスホニウム、エチルトリフェニルホスホニウム、ｎ−ブチルトリフェニルホスホニウム、２−ヒドロキシエチルトリフェニルホスホニウム、トリメチルフェニルホスホニウム、メチルジエチルフェニルホスホニウム、メチルジアリルフェニルホスホニウム、テトラ−ｎ−ブチルホスホニウム等を例示できる。
【００２６】
本発明の分子会合体（Ｃ）の構成成分である、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｙ）としては、例えば、ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジメチルフェニル）メタン（通称テトラメチルビスフェノールＦ）、４，４’−スルホニルジフェノール、４，４’−イソプロピリデンジフェノール（通称ビスフェノールＡ）、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン、ビス（２−ヒドロキシフェニル）メタン、（２−ヒドロキシフェニル）（４−ヒドロキシフェニル）メタン及びこれらの内ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン、ビス（２−ヒドロキシフェニル）メタン、（２−ヒドロキシフェニル）（４−ヒドロキシフェニル）メタンの３種の混合物（例えば、本州化学工業（株）・製、ビスフェノールＦ−Ｄ）等のビスフェノール類、１，２−ベンゼンジオール、１，３−ベンゼンジオール、１，４−ベンゼンジオール等のジヒドロキシベンゼン類、１，２，４−ベンゼントリオール等のトリヒドロキシベンゼン類、１，６−ジヒドロキシナフタレン等のジヒドロキシナフタレン類の各種異性体、２，２’−ビフェノール、４，４’−ビフェノール等のビフェノール類の各種異性体等の化合物が挙げられる。
更に、他の構成成分である共役塩基は、上記の化合物（Ｙ）から１個の水素を除いたフェノキシド型化合物である。
【００２７】
本発明の分子会合体（Ｃ）は、前述のようにホスホニウム−フェノキシド型の塩を構造中に有するが、従来の技術におけるホスホニウム−有機酸アニオン塩型の化合物と異なる点は、本発明の分子会合体（Ｃ）では水素結合による高次構造がイオン結合を取り囲んでいる点である。従来の技術における塩では、イオン結合の強さのみにより反応性を制御しているのに対し、本発明の分子会合体（Ｃ）では、常温ではアニオンの高次構造による囲い込みが活性点の保護を行う一方、成形の段階においては、この高次構造が崩れることで活性点がむき出しになり、反応性を発現する、いわゆる潜伏性が付与されている。
【００２８】
本発明の分子会合体（Ｃ）の製造方法は何ら限定されないが、代表的な２方法を挙げることができる。
１つ目は、テトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート（Ｚ）と、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｙ）とを、高温下で反応させた後、更に沸点６０℃以上の溶媒中で熱反応させる方法である。
２つ目は、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｙ）と、無機塩基又は有機塩基と、テトラ置換ホスホニウムハライドとを反応させる方法である。テトラ置換ホスホニウムハライドの置換基については何ら限定されることはなく、置換基は互いに同一であっても異なっていてもよい。例えば、置換又は無置換のアリール基やアルキル基を置換基に有するテトラ置換ホスホニウムイオンが、熱や加水分解に対して安定であり好ましい。具体的には、テトラフェニルホスホニウム、テトラトリルホスホニウム、テトラエチルフェニルホスホニウム、テトラメトキシフェニルホスホニウム、テトラナフチルホスホニウム、テトラベンジルホスホニウム、エチルトリフェニルホスホニウム、ｎ−ブチルトリフェニルホスホニウム、２−ヒドロキシエチルトリフェニルホスホニウム、トリメチルフェニルホスホニウム、メチルジエチルフェニルホスホニウム、メチルジアリルフェニルホスホニウム、テトラ−ｎ−ブチルホスホニウム等を例示できる。ハライドとしてはクロライドやブロマイドを例示でき、テトラ置換ホスホニウムハライドの価格や吸湿等の特性、及び入手のし易さから選択すれば良く、いずれを用いても差し支えない。
【００２９】
又、本発明の分子会合体（Ｃ）の特性を損なわない範囲で、他の硬化促進剤を併用してもよい。併用できる硬化促進剤としては、例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のアミジン系化合物、トリフェニルホスフィン等の有機リン系化合物、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの硬化促進剤は単独でも混合して用いても差し支えない。
本発明の分子会合体（Ｃ）の含有量としては、全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂硬化剤との合計量１００重量部当たり０．４〜２０重量部が好ましい。配合量が０．４重量部未満だと、加熱成形時に十分な硬化性が得られないおそれがあり、一方、２０重量部を越えると、硬化が速すぎて成形時に流動性の低下による充填不良等を生じるおそれがある。
【００３０】
本発明で用いる無機充填材の種類については特に制限はなく、一般に封止材料に用いられているものを使用することができる。例えば、溶融破砕シリカ、溶融球状シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ、アルミナ、チタンホワイト、水酸化アルミニウム、タルク、クレー、ガラス繊維等が挙げられ、特に溶融球状シリカが好ましい。球状シリカの形状としては、流動性改善のために限りなく真球状であり、且つ粒度分布がブロードであることが好ましい。
この無機充填材の含有量としては、全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂との合計量１００重量部当たり２５０〜１４００重量部が好ましい。２５０重量部未満だと、低熱膨張化、低吸湿性が得られず、耐半田クラック性が不十分となり、１４００重量部を越えると、流動性が低下し、成形時に充填不良等が生じたり、高粘度化による半導体装置内の金線変形等の不都合が生じるおそれがあるので好ましくない。
本発明で用いる無機充填材は、予め十分に混合しておくことが好ましい。又、必要に応じて無機充填材をカップリング剤やエポキシ樹脂、或いはフェノール樹脂硬化剤等で予め処理して用いても良く、処理の方法としては、例えば、溶剤を用いて混合した後に溶媒を除去する方法や、直接無機充填材に添加し、混合機を用いて処理する方法等がある。
【００３１】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分の他、必要に応じて臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチモン、リン化合物等の難燃剤、酸化ビスマス水和物等の無機イオン交換体、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力化成分、天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸及びその金属塩類もしくはパラフィン等の離型剤、酸化防止剤等の各種添加剤を適宜配合しても差し支えない。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分、及びその他の添加剤等をミキサーを用いて常温混合し、ロール、ニーダー、押出機等の混練機で溶融混練し、冷却後粉砕して得られる。
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子等の電子部品を封止し、半導体装置を製造するには、トランスファーモールド、コンプレッションモールド、インジェクションモールド等の成形方法で硬化成形すればよい。特に、本発明のエポキシ樹脂組成物は、エリア実装型半導体装置用に適している。
【００３２】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
［エポキシ樹脂の合成例］
実施例及び比較例のエポキシ樹脂Ａ〜Ｆの合成に使用したフェノール樹脂は、前記した式（９）（水酸基当量１４２ｇ／ｅｑ）と、式（１１）（水酸基当量９１ｇ／ｅｑ）である。式（１１）の構造を以下に示す。
【化１６】
【００３３】
又、結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類として、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニル、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，５’，６−トリメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルスチルベンを用いた。
エポキシ樹脂Ａ〜Ｆは、表１の配合割合で、常法によりグリシジルエーテル化して得た。配合割合は重量部とする。得られたエポキシ樹脂Ａ〜Ｆの特性を表１に示す。融点、融解熱量は、前述した方法で測定した。
【表１】
【００３４】
［分子会合体（Ｃ）の合成例］
１Ｌのセパラブルフラスコに、本州化学工業（株）・製のビスフェノールＦ−Ｄ（化合物（Ｙ）に相当）１２０ｇ（０．６モル）、北興化学工業（株）・製のテトラフェニルホスホニウムブロマイド１２６ｇ（０．３モル）、メタノール２４６ｇを仕込み、加熱下完全に溶解させた。そこに水酸化ナトリウム１２ｇ含有するメタノール／水混合溶液を攪拌しながら、内温６５℃の状態で滴下した。得られた溶液に、更に水を滴下し、滴下終了後冷却することで、目的物を固形物として得た。濾過して固形物を取り出し、更に水中で洗浄し、乾燥させて得られた生成物を化合物Ｃ１とした。測定溶媒に重メタノールを用い、1Ｈ−ＮＭＲデータを測定して化合物Ｃ１の構造を同定した。４．８ｐｐｍ付近及び３．３ｐｐｍ付近のピークは溶媒のピークである。６．４〜７．１ｐｐｍ付近のピーク群は、原料であるビスフェノールＦ［（Ｘ）１モルに対するモル数（ｐ）］及びこのビスフェノールＦから１個の水素を除いたフェノキシド型の共役塩基［（Ｘ）１モルに対するモル数（ｑ）］のフェニルプロトン、７．６〜８．０ｐｐｍ付近のピーク群は、テトラフェニルホスホニウム基のフェニルプロトンと帰属され、それらの面積比から、モル比が（ｐ＋ｑ）／（Ｘ）＝２／１であると計算された。
【００３５】
を、常温でミキサーを用いて混合し、７０〜１２０℃で２軸ロールを用いて混練し、冷却後粉砕してエポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物を以下の方法で評価した。結果を表２に示す。
【００３６】
・スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型を用い、金型温度１７５℃、注入圧力７０ｋｇ／ｃｍ2、硬化時間２分で測定した。単位はｃｍ。
・硬化トルク：キュラストメータ（（株）オリエンテック・製、ＪＳＲキュラストメータＩＶＰＳ型）を用い、金型温度１７５℃、加熱開始９０秒後のトルクを求めた。キュラストメータにおけるトルクは硬化性のパラメータであり、数値の大きい方が硬化性が良好である。単位はｋｇｆ・ｃｍ。
・吸湿率：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力７５ｋｇ／ｃｍ2、硬化時間２分で直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤を成形し、１７５℃、８時間で後硬化し、更に８５℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間放置し、重量変化を測定して吸湿率を求めた。単位は重量％。
・熱時強度：熱時曲げ強度をＪＩＳ Ｋ ６９１１に準じて（２４０℃で）測定した。単位はＮ／ｍｍ2。
・パッケージ反り量：トランスファー成形機を用いて、金型温度１８０℃、注入圧力７５ｋｇ／ｃｍ2、硬化時間２分で２２５ｐＢＧＡ（基板は厚さ０．３６ｍｍ、ビスマレイミド・トリアジン／ガラスクロス基板、パッケージサイズは２４×２４ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ、シリコンチップはサイズ９×９ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍ、チップと回路基板のボンディングパッドとを２５μｍ径の金線でボンディングしている。）を成形し、１７５℃、８時間で後硬化した。室温に冷却後、パッケージのゲートから対角線方向に、表面粗さ計を用いて高さ方向の変位を測定し、変位差の最も大きい値を反り量とした。単位はμｍ。
・耐半田クラック性：トランスファー成形機を用いて、金型温度１８０℃、注入圧力７５ｋｇ／ｃｍ2、硬化時間２分で２２５ｐＢＧＡ（基板は厚さ０．３６ｍｍ、ビスマレイミド・トリアジン／ガラスクロス基板、パッケージサイズは２４×２４ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ、シリコンチップはサイズ９×９ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍ、チップと回路基板のボンディングパッドとを２５μｍ径の金線でボンディングしている。）を成形し、１７５℃、８時間で後硬化した。得られたパッケージ８個を、８５℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間放置した後、ＩＲリフロー処理（２４０℃）を行った。処理後の内部の剥離、及びクラックの有無を超音波探傷機で観察し、不良パッケージの個数を数えた。不良パッケージの個数がｎ個であるとき、ｎ／８と表示する。
・常温保存性：３０℃で１週間保存した後、スパイラルフローを測定し、調製直後のスパイラルフローに対する百分率として表した。数値の大きい方が常温保存性が良好である。単位は％。
【００３７】
（実施例２〜５、比較例１〜１１）
表２、表３の配合（配合割合は重量部とする）に従い、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得て、実施例１と同様にして評価した。結果を表２、表３に示す。
実施例２、５では前記した式（９）のフェノール樹脂硬化剤（水酸基当量１４２ｇ／ｅｑ）を用いた。
比較例４、５では式（１２）のエポキシ樹脂（エポキシ当量１５４ｇ／ｅｑ）を用いた。
比較例５、６では４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニルを主成分とするエポキシ樹脂Ｇ（融点１０５℃、エポキシ当量１９５ｇ／ｅｑ）を用いた。
比較例１、２、４、５、６、７、９、１０では前記した式（６）のフェノール樹脂硬化剤（水酸基当量９８ｇ／ｅｑ）を用いた。
比較例７〜１１では硬化促進剤として、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵという）を用いた。
【化１７】
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】
【発明の効果】
本発明に従うと、成形性、速硬化性、保存性に優れ、エリア実装型半導体装置に適した半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られ、これを用いた半導体装置は、成形後や半田処理時の反りが小さく、基板への実装性に優れている。
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線板や金属リードフレームの片面に半導体素子を搭載し、その搭載面側の実質的に片面のみを樹脂封止されたいわゆるエリア実装型半導体装置に適した半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の小型化、軽量化、高機能化の市場動向において、半導体素子の高集積化が年々進み、又、半導体装置の表面実装化が促進されるなかで、新規にエリア実装型半導体装置が開発され、従来構造の装置から移行し始めている。
エリア実装型半導体装置としては、ボールグリッドアレイ（以下、ＢＧＡという）、あるいは更に小型化を追求したチップサイズパッケージ（以下、ＣＳＰという）等が代表的であるが、これらは従来のＱＦＰ、ＳＯＰ等に代表される表面実装型半導体装置では限界に近づいている多ピン化・高速化への要求に対応するために開発されたものである。構造としては、ビスマレイミド・トリアジン（以下、ＢＴという）樹脂／銅箔回路基板に代表される硬質回路基板、あるいはポリイミド樹脂フィルム／銅箔回路基板に代表されるフレキシブル回路基板の片面上に半導体素子を搭載し、その半導体素子搭載面、即ち基板の片面のみがエポキシ樹脂組成物等で成形・封止されている。又、基板の半導体素子搭載面の反対面には、半田ボールを２次元的に並列して形成し、半導体装置を実装する回路基板との接合を行うという特徴を有している。更に、半導体素子を搭載する基板としては、上記有機回路基板以外にもリードフレーム等の金属基板を用いる構造も開発されている。
【０００３】
これらエリア実装型半導体装置の構造は、基板の半導体素子搭載面のみをエポキシ樹脂組成物で封止し、半田ボール形成面側は封止しないという片面封止の形態をとっている。ごく希に、リードフレーム等の金属基板等では、半田ボール形成面でも数十μｍ程度の封止樹脂層が存在することもあるが、半導体素子搭載面では数百μｍから数ｍｍ程度の封止樹脂層が形成されるため、実質的に片面封止となっている。このため、有機基板や金属基板とエポキシ樹脂組成物の硬化物との間での熱膨張・熱収縮の不整合、あるいはエポキシ樹脂組成物の成形・硬化時の硬化収縮による影響で、これらの半導体装置では成形直後から反りが発生しやすい。
又、これらの半導体装置を実装する回路基板上に半田接合を行う場合、２００℃以上の加熱工程を経るが、この際にも半導体装置の反りが発生し、多数の半田ボールが平坦とならず、半導体装置を実装する回路基板から浮き上がってしまい、電気的接合の信頼性が低下する問題が起こる。
基板上の実質的に片面のみをエポキシ樹脂組成物で封止した半導体装置において、反りを低減するには、基板の線膨張係数とエポキシ樹脂組成物の硬化物の線膨張係数を近づけること、及びエポキシ樹脂組成物の成形・硬化時の硬化収縮量を小さくすることの二つの方法が重要である。
基板としては、有機基板では、ＢＴ樹脂やポリイミド樹脂のような高いガラス転移温度（以下、Ｔｇという）を有する樹脂が広く用いられており、これらはエポキシ樹脂組成物の成形温度である１７０℃近辺よりも高いＴｇを有する。従って、成形温度から室温までの冷却過程では有機基板の線膨張係数α１（以下、α１という）の領域のみで収縮するので、エポキシ樹脂組成物の硬化物もＴｇが高く、且つα１が有機基板と同じであり、更に硬化収縮量がゼロであれば反りはほぼゼロであると考えられる。このため、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂とトリフェノールメタン型フェノール樹脂との組合せによりＴｇを高くし、無機充填材の配合量でα１を合わせる手法が既に提案されている。
【０００４】
又、赤外線リフロー、ベーパーフェイズソルダリング、半田浸漬等の手段での半田処理による半田接合を行う場合、エポキシ樹脂組成物の硬化物並びに有機基板からの吸湿により半導体装置内部に存在する水分が高温で急激に気化することによる応力で半導体装置にクラックが発生したり、有機基板の半導体素子搭載面とエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面で剥離が発生することもあり、エポキシ樹脂組成物の硬化物の高強度化、低応力化、低吸湿化とともに、有機基板との高密着性も求められる。
従来のＢＧＡやＣＳＰ等のエリア実装型半導体装置には、反りの低減のためにトリフェノールメタン型エポキシ樹脂とトリフェノールメタン型フェノール樹脂を樹脂成分とするエポキシ樹脂組成物が用いられてきた。このエポキシ樹脂組成物は、Ｔｇが高く、硬化性、熱時曲げ強度に優れた特性を有しているが、硬化物の吸湿率が高く、又、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度が比較的高く、無機充填材の高充填化には限界があり、低吸湿化が不十分で、耐半田クラック性には問題があった。
一方、従来のＱＦＰやＳＯＰ等の表面実装型半導体装置では、半田実装時のクラックや各素材界面での剥離の防止のために、ビフェニル型エポキシ樹脂に代表されるような結晶性エポキシ樹脂を使用しているが、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物と比較して熱時曲げ強度が低く、且つ硬化が遅いのが問題であった。
そこで、反りが小さく、硬化性、熱時曲げ強度に優れ、且つ低吸湿性、耐半田クラック性に優れるエポキシ樹脂組成物を得るため、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂と結晶性エポキシ樹脂の特徴を生かすべく、エポキシ樹脂組成物の製造時に両方のエポキシ樹脂を適正量併用したり、予め両方のエポキシ樹脂を溶融混合したものを用いても、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂を用いた時の反りが小さく、硬化性、熱時曲げ強度に優れるという特徴と、結晶性エポキシ樹脂を用いた時の低吸湿性、耐半田クラック性に優れるという特徴を両立することはできておらず、不十分であった。
【０００５】
又、電子・電気材料、特にＩＣ封止材料は近年、生産効率の向上を目的とした速硬化性と、物流・保管時の取り扱い性向上のための保存性の向上とが求められるようになってきている。従来、電子・電気分野向けエポキシ樹脂には、硬化促進剤としてホスフィン類、アミン類、イミダゾール系化合物、ジアザビシクロウンデセン等の含窒素複素環式化合物、第四級アンモニウム、ホスホニウム或いはアルソニウム化合物等の種々の化合物が使用されている。
これらの一般に使用される硬化促進剤は、常温等の比較的低温においても硬化促進作用を示す場合が多い。このことは、エポキシ樹脂組成物の製造時及び得られたエポキシ樹脂組成物の保存時の粘度上昇や、流動性の低下、硬化性のバラツキ等、製品としての品質を低下させる原因となっている。この問題を解決すべく、最近では低温での粘度、流動性の経時変化を抑え、賦形、成形時の加熱によってのみ硬化反応を起こすような、いわゆる潜伏性硬化促進剤の研究が盛んになされている。その手段として、硬化促進剤の活性点をイオン対により保護することで、潜伏性を発現する研究がなされており、特開平８−４１２９０号公報では、種々の有機酸とホスホニウムイオンとの塩構造を有する潜伏性硬化促進剤が開示されている。しかし、このホスホニウム塩は特定の高次の分子構造を有さず、イオン対が比較的容易に外部環境の影響を受けるため、最近の低分子エポキシ樹脂やフェノールアラルキル樹脂を用いる半導体封止材料においては、保存性が低下する問題が生じている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、成形後や半田処理時の反りが小さく、且つ速硬化性、保存性に優れるエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いた半導体装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
［１］（Ａ）一般式（１）及び／又は一般式（２）で示される多官能フェノール樹脂（ａ）と、結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類（ｂ）とを混合しグリシジルエーテル化したエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（１）、又は一般式（２）で示される多官能フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）テトラ置換ホスホニウム（Ｘ）と１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｙ）及び１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｙ）の共役塩基との分子会合体であって、該共役塩基が前記フェノール性水酸基を１分子内に２個以上有する化合物（Ｙ）から１個の水素を除いたフェノキシド型化合物からなる硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材を必須成分とし、（ａ）と（ｂ）との重量比（ａ／ｂ）が１〜１９であり、エポキシ樹脂（Ａ）の融点が７０〜１２０℃であり、全エポキシ樹脂のエポキシ基に対する全フェノール樹脂硬化剤のフェノール性水酸基の当量比が０．５〜２．０であり、分子会合体（Ｃ）の含有量が全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂硬化剤の合計量１００重量部当たり０．４〜２０重量部であり、無機充填材の含有量が全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂硬化剤の合計量１００重量部当たり２５０〜１４００重量部であることを特徴とするエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【化６】
【０００８】
【化７】
【０００９】
［２］１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｙ）の共役塩基が、ジヒドロキシベンゼン類、トリヒドロキシベンゼン類、ビスフェノール類、ビフェノール類、ジヒドロキシナフタレン類、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂の中から選択される１種以上である第［１］項記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［３］一般式（１）及び／又は一般式（２）で示される多官能フェノール樹脂（ａ）と、結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類（ｂ）とを混合し、グリシジルエーテル化したエポキシ樹脂（Ａ）において、融解熱量が３〜４０ｍＪ／ｍｇである第［１］、又は［２］項記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［４］結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類（ｂ）が、一般式（３）、一般式（４）、又は一般式（５）から選ばれる一種以上である第［１］〜［３］のいずれか１項記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【化８】
【００１０】
【化９】
【化１０】
［５］結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類（ｂ）が、４，４’−ジヒドロキシビフェニル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニル、ビス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン、２，２−ビス（３’，５’−ジメチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、ビス（２−ターシャリブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）スルフィド、又は、３−ターシャリブチル−２，４’−ジヒドロキシ−３’，５’，６−トリメチルスチルベン、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，５’，６−トリメチルスチルベン、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，５，５’−トリメチルスチルベン、の８種から選ばれる１種以上と４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，２’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，２’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−５，５’−ジメチルスチルベンの６種から選ばれる１種以上との混合物である第［１］〜［４］のいずれか１項記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
［６］基板の片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみが第［１］〜［５］のいずれか１項記載のエポキシ樹脂組成物によって封止されていることを特徴とする半導体装置、
である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる一般式（１）、又は一般式（２）で示される多官能フェノール樹脂（ａ）と結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類（ｂ）との重量比（ａ／ｂ）を１〜１９とした混合物（以下、混合多価フェノールという）をグリシジルエーテル化したエポキシ樹脂（Ａ）は、結晶性エポキシ樹脂に由来する低粘度化が図られており、これにより無機充填材の高充填化、ひいてはエポキシ樹脂組成物の硬化物の低吸湿化が可能となり、エポキシ樹脂組成物の硬化物のＴｇが殆ど低下せず、又、多官能エポキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物の熱時曲げ強度と較べても遜色なく、且つ低弾性率で、硬化性も同等の特性を有している。この方法で得られたエポキシ樹脂は、多官能エポキシ樹脂と結晶性エポキシ樹脂がより均一化されることにより、結晶性エポキシ樹脂を使用する場合の問題点である硬化反応性も向上するものと考えられる。従って、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いた半導体装置は、実装時の半田処理下でも高い信頼性を得ることができる。
【００１３】
一般式（１）、又は一般式（２）で示される多官能フェノール樹脂としては、例えば式（６）、式（７）、式（８）、式（９）、式（１０）等が挙げられるが、入手のし易さ、性能、原料価格等の点から式（６）、式（９）の多官能フェノール樹脂が好ましい。
【化１１】
【化１２】
【化１３】
【化１４】
【化１５】
【００１８】
一般式（３）のビフェニル型フェノール類としては、例えば、４，４’−ジヒドロキシビフェニル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルビフェニル、２，２’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルビフェニル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−５，５’−ジメチルビフェニル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラターシャリブチルビフェニル等（置換位置の異なる異性体を含む）が挙げられる。
一般式（４）のビスフェノール型フェノール類としては、例えば、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン、ビス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン、ビス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン、ビス（２，３，５−トリメチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン、１，１−ビス（３’，５’−ジメチル−４’−ヒドロキシフェニル）エタン、２，２−ビス（４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３’−メチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３’，５’−ジメチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３’−ターシャリブチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、ビス（２−ターシャリブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）スルフィド等が挙げられる。
【００１９】
一般式（５）のスチルベン型フェノール類としては、例えば、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−５，３’−ジメチルスチルベン、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，６−ジメチルスチルベン、３−ターシャリブチル−２，４’−ジヒドロキシ−３’，５’，６−トリメチルスチルベン、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，５’，６−トリメチルスチルベン、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，５，５’−トリメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，２’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，２’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−５，５’−ジメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラターシャリブチルスチルベン等（置換位置の異なる異性体を含む）が挙げられる。
【００２０】
これらの内では、入手のし易さ、性能、原料価格等の点から、４，４’−ジヒドロキシビフェニル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニル、ビス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン、ビス（２，３，５−トリメチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン、２，２−ビス（３’−メチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（３’，５’−ジメチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、ビス（２−ターシャリブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）スルフィド（以上７種のフェノール類を、以下ａ群という）、３−ターシャリブチル−２，４’−ジヒドロキシ−３’，５’，６−トリメチルスチルベン、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，５’，６−トリメチルスチルベン、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，５，５’−トリメチルスチルベン（以上３種のフェノール類を、以下ｂ群という）、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，２’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，２’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルスチルベン、又は４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−５，５’−ジメチルスチルベン（以上６種のフェノール類を、以下ｃ群という）から選択される１種以上が好ましい。
【００２１】
ａ群の内、ビフェニル型フェノール類では、低粘度化効果が大きく、且つ反応性に富む４，４’−ジヒドロキシビフェニルが含まれているものが特に好ましい。その他のａ群では、ビス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン、２，２−ビス（３’，５’−ジメチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、ビス（２−ターシャリブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）スルフィドが特に好ましい。
又、スチルベン型フェノール類では、ｂ群から選ばれる１種以上と、ｃ群から選ばれる１種以上との混合物が、軟化点が低くなるため好ましい。これらの混合比、混合方法等は特に限定しない。
【００２２】
本発明の多官能フェノール樹脂（ａ）と結晶性エポキシ樹脂の前駆体のフェノール類（ｂ）の重量比（ａ／ｂ）としては、１〜１９が好ましく、特に、１．５〜９が好ましい。１未満だと、グリシジルエーテル化したときに生成した多官能エポキシ樹脂に由来する高いＴｇ、熱時曲げ強度を十分に発現できないので好ましくない。又、１９を越えると、グリシジルエーテル化したときに生成した結晶性エポキシ樹脂に由来する低粘度化の効果が薄まり、無機充填材の高充填化ができないので好ましくない。
本発明のエポキシ樹脂（Ａ）の合成方法については特に限定しないが、例えば、混合多価フェノールを過剰のエピクロルヒドリンに溶解した後、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物の存在下で５０〜１５０℃、好ましくは６０〜１２０℃で１〜１０時間反応させる方法が挙げられる。反応終了後、過剰のエピクロルヒドリンを留去し、残留物をトルエン、メチルイソブチルケトン等の溶剤に溶解し、濾過し、水洗して無機塩を除去し、次いで溶剤を留去することにより得ることができる。生成したエポキシ樹脂の塩素イオン、ナトリウムイオン、その他フリーのイオンは極力少ないことが望ましい。
本発明のエポキシ樹脂の結晶性エポキシ樹脂に由来する融点としては、７０〜１５０℃の範囲にあることが好ましく、特に、９０〜１２０℃が好ましい。７０℃未満だと、常温でブロッキング性が低くなり、作業性やこれを用いたエポキシ樹脂組成物の常温保存性の低下が見られるため好ましくない。１５０℃を越えると、加熱混練の際、エポキシ樹脂が十分に溶融できず、不均一なエポキシ樹脂組成物となり、エポキシ樹脂組成物の硬化物の物性にバラツキが見られる可能性があるため好ましくない。
本発明での融点とは、示差走査熱量計（セイコー電子工業（株）・製）を用い、エポキシ樹脂１０ｍｇ前後を精秤し、昇温速度５℃／分で測定した吸熱ピークの温度を言う。
【００２３】
本発明のエポキシ樹脂（Ａ）の結晶性エポキシ樹脂に由来する融解熱量が３〜４０ｍＪ／ｍｇであるものが好ましく、特に、５〜３５ｍＪ／ｍｇが好ましい。３ｍＪ／ｍｇ未満だと、エポキシ樹脂はビスフェノールＦ型樹脂のような挙動を示し、作業性が著しく低下するので好ましくない。４０ｍＪ／ｍｇを越えると、加熱混練の際にエポキシ樹脂が十分に溶融できずに不均一なエポキシ樹脂組成物となり、エポキシ樹脂組成物の硬化物の物性にバラツキが見られる可能性があるため、好ましくない。
本発明での融解熱量とは、示差走査熱量計（セイコー電子工業（株）・製）を用い、エポキシ樹脂１０ｍｇ前後を精秤し、昇温速度５℃／分で測定した吸熱ピークの熱量を言う。
又、本発明のエポキシ樹脂（Ａ）の特性を損なわない範囲で、他のエポキシ樹脂を併用できる。併用できるエポキシ樹脂としては、例えば、オルソ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、ナフタレン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても良い。
【００２４】
本発明で用いる一般式（１）、又は一般式（２）で示される多官能フェノール樹脂硬化剤としては、具体的には前記した式（６）、式（７）、式（８）、式（９）、式（１０）等が挙げられるが、入手のし易さ、性能、原料価格等の点から式（６）、式（９）の多官能フェノール樹脂硬化剤が好ましい。
又、本発明の一般式（１）、又は一般式（２）で示される多官能フェノール樹脂硬化剤の特性を損なわない範囲で、他のフェノール樹脂硬化剤を併用できる。併用できるフェノール樹脂硬化剤としては、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、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、テルペン変性フェノール樹脂等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても良い。更に、半導体装置の長期信頼性の点から、不純物として含有される塩素イオン、ナトリウムイオン、その他フリーのイオンは極力少ないことが望ましい。
全エポキシ樹脂のエポキシ基に対する全フェノール樹脂硬化剤のフェノール性水酸基の当量比は、０．５〜２．０が好ましく、この範囲を外れると、エポキシ樹脂組成物の硬化性の低下、或いは硬化物のＴｇの低下等のおそれがあるので好ましくない。
【００２５】
本発明に用いる硬化促進剤である分子会合体（Ｃ）は、テトラ置換ホスホニウム（Ｘ）と１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｙ）及び１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｙ）の共役塩基との分子会合体であって、該共役塩基が前記フェノール性水酸基を１分子内に２個以上有する化合物（Ｙ）から１個の水素を除いたフェノキシド型化合物である。
その構成成分の一つであるテトラ置換ホスホニウム（Ｘ）の置換基については何ら限定されず、置換基は互いに同一であっても異なっていてもよい。例えば、置換又は無置換のアリール基やアルキル基を置換基に有するテトラ置換ホスホニウムイオンが、熱や加水分解に対して安定であり好ましい。具体的には、テトラフェニルホスホニウム、テトラトリルホスホニウム、テトラエチルフェニルホスホニウム、テトラメトキシフェニルホスホニウム、テトラナフチルホスホニウム、テトラベンジルホスホニウム、エチルトリフェニルホスホニウム、ｎ−ブチルトリフェニルホスホニウム、２−ヒドロキシエチルトリフェニルホスホニウム、トリメチルフェニルホスホニウム、メチルジエチルフェニルホスホニウム、メチルジアリルフェニルホスホニウム、テトラ−ｎ−ブチルホスホニウム等を例示できる。
【００２６】
本発明の分子会合体（Ｃ）の構成成分である、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｙ）としては、例えば、ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジメチルフェニル）メタン（通称テトラメチルビスフェノールＦ）、４，４’−スルホニルジフェノール、４，４’−イソプロピリデンジフェノール（通称ビスフェノールＡ）、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン、ビス（２−ヒドロキシフェニル）メタン、（２−ヒドロキシフェニル）（４−ヒドロキシフェニル）メタン及びこれらの内ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン、ビス（２−ヒドロキシフェニル）メタン、（２−ヒドロキシフェニル）（４−ヒドロキシフェニル）メタンの３種の混合物（例えば、本州化学工業（株）・製、ビスフェノールＦ−Ｄ）等のビスフェノール類、１，２−ベンゼンジオール、１，３−ベンゼンジオール、１，４−ベンゼンジオール等のジヒドロキシベンゼン類、１，２，４−ベンゼントリオール等のトリヒドロキシベンゼン類、１，６−ジヒドロキシナフタレン等のジヒドロキシナフタレン類の各種異性体、２，２’−ビフェノール、４，４’−ビフェノール等のビフェノール類の各種異性体等の化合物が挙げられる。
更に、他の構成成分である共役塩基は、上記の化合物（Ｙ）から１個の水素を除いたフェノキシド型化合物である。
【００２７】
本発明の分子会合体（Ｃ）は、前述のようにホスホニウム−フェノキシド型の塩を構造中に有するが、従来の技術におけるホスホニウム−有機酸アニオン塩型の化合物と異なる点は、本発明の分子会合体（Ｃ）では水素結合による高次構造がイオン結合を取り囲んでいる点である。従来の技術における塩では、イオン結合の強さのみにより反応性を制御しているのに対し、本発明の分子会合体（Ｃ）では、常温ではアニオンの高次構造による囲い込みが活性点の保護を行う一方、成形の段階においては、この高次構造が崩れることで活性点がむき出しになり、反応性を発現する、いわゆる潜伏性が付与されている。
【００２８】
本発明の分子会合体（Ｃ）の製造方法は何ら限定されないが、代表的な２方法を挙げることができる。
１つ目は、テトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート（Ｚ）と、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｙ）とを、高温下で反応させた後、更に沸点６０℃以上の溶媒中で熱反応させる方法である。
２つ目は、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｙ）と、無機塩基又は有機塩基と、テトラ置換ホスホニウムハライドとを反応させる方法である。テトラ置換ホスホニウムハライドの置換基については何ら限定されることはなく、置換基は互いに同一であっても異なっていてもよい。例えば、置換又は無置換のアリール基やアルキル基を置換基に有するテトラ置換ホスホニウムイオンが、熱や加水分解に対して安定であり好ましい。具体的には、テトラフェニルホスホニウム、テトラトリルホスホニウム、テトラエチルフェニルホスホニウム、テトラメトキシフェニルホスホニウム、テトラナフチルホスホニウム、テトラベンジルホスホニウム、エチルトリフェニルホスホニウム、ｎ−ブチルトリフェニルホスホニウム、２−ヒドロキシエチルトリフェニルホスホニウム、トリメチルフェニルホスホニウム、メチルジエチルフェニルホスホニウム、メチルジアリルフェニルホスホニウム、テトラ−ｎ−ブチルホスホニウム等を例示できる。ハライドとしてはクロライドやブロマイドを例示でき、テトラ置換ホスホニウムハライドの価格や吸湿等の特性、及び入手のし易さから選択すれば良く、いずれを用いても差し支えない。
【００２９】
又、本発明の分子会合体（Ｃ）の特性を損なわない範囲で、他の硬化促進剤を併用してもよい。併用できる硬化促進剤としては、例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のアミジン系化合物、トリフェニルホスフィン等の有機リン系化合物、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの硬化促進剤は単独でも混合して用いても差し支えない。
本発明の分子会合体（Ｃ）の含有量としては、全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂硬化剤との合計量１００重量部当たり０．４〜２０重量部が好ましい。配合量が０．４重量部未満だと、加熱成形時に十分な硬化性が得られないおそれがあり、一方、２０重量部を越えると、硬化が速すぎて成形時に流動性の低下による充填不良等を生じるおそれがある。
【００３０】
本発明で用いる無機充填材の種類については特に制限はなく、一般に封止材料に用いられているものを使用することができる。例えば、溶融破砕シリカ、溶融球状シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ、アルミナ、チタンホワイト、水酸化アルミニウム、タルク、クレー、ガラス繊維等が挙げられ、特に溶融球状シリカが好ましい。球状シリカの形状としては、流動性改善のために限りなく真球状であり、且つ粒度分布がブロードであることが好ましい。
この無機充填材の含有量としては、全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂との合計量１００重量部当たり２５０〜１４００重量部が好ましい。２５０重量部未満だと、低熱膨張化、低吸湿性が得られず、耐半田クラック性が不十分となり、１４００重量部を越えると、流動性が低下し、成形時に充填不良等が生じたり、高粘度化による半導体装置内の金線変形等の不都合が生じるおそれがあるので好ましくない。
本発明で用いる無機充填材は、予め十分に混合しておくことが好ましい。又、必要に応じて無機充填材をカップリング剤やエポキシ樹脂、或いはフェノール樹脂硬化剤等で予め処理して用いても良く、処理の方法としては、例えば、溶剤を用いて混合した後に溶媒を除去する方法や、直接無機充填材に添加し、混合機を用いて処理する方法等がある。
【００３１】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分の他、必要に応じて臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチモン、リン化合物等の難燃剤、酸化ビスマス水和物等の無機イオン交換体、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力化成分、天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸及びその金属塩類もしくはパラフィン等の離型剤、酸化防止剤等の各種添加剤を適宜配合しても差し支えない。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分、及びその他の添加剤等をミキサーを用いて常温混合し、ロール、ニーダー、押出機等の混練機で溶融混練し、冷却後粉砕して得られる。
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子等の電子部品を封止し、半導体装置を製造するには、トランスファーモールド、コンプレッションモールド、インジェクションモールド等の成形方法で硬化成形すればよい。特に、本発明のエポキシ樹脂組成物は、エリア実装型半導体装置用に適している。
【００３２】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
［エポキシ樹脂の合成例］
実施例及び比較例のエポキシ樹脂Ａ〜Ｆの合成に使用したフェノール樹脂は、前記した式（９）（水酸基当量１４２ｇ／ｅｑ）と、式（１１）（水酸基当量９１ｇ／ｅｑ）である。式（１１）の構造を以下に示す。
【化１６】
又、結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類として、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニル、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，５’，６−トリメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルスチルベンを用いた。
エポキシ樹脂Ａ〜Ｆは、表１の配合割合で、常法によりグリシジルエーテル化して得た。配合割合は重量部とする。得られたエポキシ樹脂Ａ〜Ｆの特性を表１に示す。融点、融解熱量は、前述した方法で測定した。
【表１】
［分子会合体（Ｃ）の合成例］
１Ｌのセパラブルフラスコに、本州化学工業（株）・製のビスフェノールＦ−Ｄ（化合物（Ｙ）に相当）１２０ｇ（０．６モル）、北興化学工業（株）・製のテトラフェニルホスホニウムブロマイド１２６ｇ（０．３モル）、メタノール２４６ｇを仕込み、加熱下完全に溶解させた。そこに水酸化ナトリウム１２ｇ含有するメタノール／水混合溶液を攪拌しながら、内温６５℃の状態で滴下した。得られた溶液に、更に水を滴下し、滴下終了後冷却することで、目的物を固形物として得た。濾過して固形物を取り出し、更に水中で洗浄し、乾燥させて得られた生成物を化合物Ｃ１とした。測定溶媒に重メタノールを用い、1Ｈ−ＮＭＲデータを測定して化合物Ｃ１の構造を同定した。４．８ｐｐｍ付近及び３．３ｐｐｍ付近のピークは溶媒のピークである。６．４〜７．１ｐｐｍ付近のピーク群は、原料であるビスフェノールＦ［（Ｘ）１モルに対するモル数（ｐ）］及びこのビスフェノールＦから１個の水素を除いたフェノキシド型の共役塩基［（Ｘ）１モルに対するモル数（ｑ）］のフェニルプロトン、７．６〜８．０ｐｐｍ付近のピーク群は、テトラフェニルホスホニウム基のフェニルプロトンと帰属され、それらの面積比から、モル比が（ｐ＋ｑ）／（Ｘ）＝２／１であると計算された。
【００３５】
【００３６】
・スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型を用い、金型温度１７５℃、注入圧力７０ｋｇ／ｃｍ2、硬化時間２分で測定した。単位はｃｍ。
・硬化トルク：キュラストメータ（（株）オリエンテック・製、ＪＳＲキュラストメータＩＶＰＳ型）を用い、金型温度１７５℃、加熱開始９０秒後のトルクを求めた。キュラストメータにおけるトルクは硬化性のパラメータであり、数値の大きい方が硬化性が良好である。単位はｋｇｆ・ｃｍ。
・吸湿率：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力７５ｋｇ／ｃｍ2、硬化時間２分で直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤を成形し、１７５℃、８時間で後硬化し、更に８５℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間放置し、重量変化を測定して吸湿率を求めた。単位は重量％。
・熱時強度：熱時曲げ強度をＪＩＳ Ｋ ６９１１に準じて（２４０℃で）測定した。単位はＮ／ｍｍ2。
・パッケージ反り量：トランスファー成形機を用いて、金型温度１８０℃、注入圧力７５ｋｇ／ｃｍ2、硬化時間２分で２２５ｐＢＧＡ（基板は厚さ０．３６ｍｍ、ビスマレイミド・トリアジン／ガラスクロス基板、パッケージサイズは２４×２４ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ、シリコンチップはサイズ９×９ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍ、チップと回路基板のボンディングパッドとを２５μｍ径の金線でボンディングしている。）を成形し、１７５℃、８時間で後硬化した。室温に冷却後、パッケージのゲートから対角線方向に、表面粗さ計を用いて高さ方向の変位を測定し、変位差の最も大きい値を反り量とした。単位はμｍ。
・耐半田クラック性：トランスファー成形機を用いて、金型温度１８０℃、注入圧力７５ｋｇ／ｃｍ2、硬化時間２分で２２５ｐＢＧＡ（基板は厚さ０．３６ｍｍ、ビスマレイミド・トリアジン／ガラスクロス基板、パッケージサイズは２４×２４ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ、シリコンチップはサイズ９×９ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍ、チップと回路基板のボンディングパッドとを２５μｍ径の金線でボンディングしている。）を成形し、１７５℃、８時間で後硬化した。得られたパッケージ８個を、８５℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間放置した後、ＩＲリフロー処理（２４０℃）を行った。処理後の内部の剥離、及びクラックの有無を超音波探傷機で観察し、不良パッケージの個数を数えた。不良パッケージの個数がｎ個であるとき、ｎ／８と表示する。
・常温保存性：３０℃で１週間保存した後、スパイラルフローを測定し、調製直後のスパイラルフローに対する百分率として表した。数値の大きい方が常温保存性が良好である。単位は％。
【００３７】
（実施例２〜５、比較例１〜１１）
表２、表３の配合（配合割合は重量部とする）に従い、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得て、実施例１と同様にして評価した。結果を表２、表３に示す。
実施例２、５では前記した式（９）のフェノール樹脂硬化剤（水酸基当量１４２ｇ／ｅｑ）を用いた。
比較例４、５では式（１２）のエポキシ樹脂（エポキシ当量１５４ｇ／ｅｑ）を用いた。
比較例５、６では４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニルを主成分とするエポキシ樹脂Ｇ（融点１０５℃、エポキシ当量１９５ｇ／ｅｑ）を用いた。
比較例１、２、４、５、６、７、９、１０では前記した式（６）のフェノール樹脂硬化剤（水酸基当量９８ｇ／ｅｑ）を用いた。
比較例７〜１１では硬化促進剤として、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵという）を用いた。
【化１７】
【表２】
【表３】
【発明の効果】
本発明に従うと、成形性、速硬化性、保存性に優れ、エリア実装型半導体装置に適した半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られ、これを用いた半導体装置は、成形後や半田処理時の反りが小さく、基板への実装性に優れている。
Claims (4)
- （Ａ）一般式（１）及び／又は一般式（２）で示される多官能フェノール樹脂（ａ）と、結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類（ｂ）とを混合しグリシジルエーテル化したエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（１）、又は一般式（２）で示される多官能フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）テトラ置換ホスホニウム（Ｘ）と１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｙ）及び１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｙ）の共役塩基との分子会合体であって、該共役塩基が前記フェノール性水酸基を１分子内に２個以上有する化合物（Ｙ）から１個の水素を除いたフェノキシド型化合物からなる硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材を必須成分とし、（ａ）と（ｂ）との重量比（ａ／ｂ）が１〜１９であり、エポキシ樹脂（Ａ）の融点が７０〜１５０℃であり、全エポキシ樹脂のエポキシ基に対する全フェノール樹脂硬化剤のフェノール性水酸基の当量比が０．５〜２．０であり、分子会合体（Ｃ）の含有量が全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂硬化剤の合計量１００重量部当たり０．４〜２０重量部であり、無機充填材の含有量が全エポキシ樹脂と全フェノール樹脂硬化剤の合計量１００重量部当たり２５０〜１４００重量部であることを特徴とするエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物であり、結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類（ｂ）が、４，４’−ジヒドロキシビフェニル、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニル、ビス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）メタン、２，２−ビス（３’，５’−ジメチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、ビス（２−ターシャリブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）スルフィド、又は、３−ターシャリブチル−２，４’−ジヒドロキシ−３’，５’，６−トリメチルスチルベン、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，５’，６−トリメチルスチルベン、３−ターシャリブチル−４，４’−ジヒドロキシ−３’，５，５’−トリメチルスチルベン、の８種から選ばれる１種以上と４，４’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，２’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−６，６’−ジメチルスチルベン、２，２’−ジヒドロキシ−３，３’，５，５’−テトラメチルスチルベン、４，４’−ジヒドロキシ−３，３’−ジターシャリブチル−５，５’−ジメチルスチルベンの６種から選ばれる１種以上との混合物であるエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- １分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｙ）の共役塩基が、ジヒドロキシベンゼン類、トリヒドロキシベンゼン類、ビスフェノール類、ビフェノール類、ジヒドロキシナフタレン類、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂の中から選択される１種以上である請求項１記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 一般式（１）及び／又は一般式（２）で示される多官能フェノール樹脂（ａ）と、結晶性エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール類（ｂ）とを混合し、
グリシジルエーテル化したエポキシ樹脂（Ａ）において、融解熱量が３〜４０ｍＪ／ｍｇである請求項１、又は２記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 - 基板の片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみが請求項１〜３のいずれか１項記載のエポキシ樹脂組成物によって封止されていることを特徴とする半導体装置。
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