JP4827192B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関し、詳細には特定のエポキシ樹脂と、硬化剤の組合せを含み、反りが小さく、耐リフロー性等に優れた、封止された半導体装置を与えることができる半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。また、本発明は、該樹脂組成物で封止された、反りが小さく表面実装に適する半導体装置にも関する。
従来、半導体デバイスは樹脂封止型のダイオード、トランジスター、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩが主流である。樹脂封止には、成形性、接着性、電気特性、機械特性、耐湿性等に優れているため、エポキシ樹脂組成物が一般的に使用されている。しかし、ここ数年の半導体素子の高集積化、表面実装技術の進歩及び鉛フリー半田の使用等に伴い、上記諸特性において、さらなる改良が求められている。
例えば、近年ＩＣやＬＳＩの主流となっている、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）やＱＦＮなどＭＡＰ（マルチアレイパッケージ）等の、基板上に複数の半導体素子を搭載し、樹脂封止後、半導体素子毎に個片化されるＣＳＰ（チップサイズパッケージ）は、大型であるため、封止樹脂の充填性、即ち、樹脂が隅々まで回り込み、欠陥の無い硬化物を形成する性能、また、基板の片面のみ封止することによる成型後の反りが大きな問題となってきている。
特に高集積化によるチップの大型化、コストダウンの為の半導体素子高密度搭載化、ＭＡＰの封止エリアの大型化、パッケージの薄型化に伴い、パッケージ総体積における封止樹脂が占める体積が少なくなっている。これらの半導体装置では、従来の装置とは反対に、半導体素子搭載側を上にした場合、凸側の反りになりやすい。このような凸型の反りを防止するためには、無機充填剤の量を減らすことが考えられる。しかし、充填剤量が少ないと、樹脂硬化物の吸湿量が増加し、リフロー工程時の熱衝撃によるクラックや基板ないし半導体素子界面との剥離が発生しやすい。
他の方法として、比較的熱膨張率の大きい充填剤を用いることも考えられる。そのような充填剤として、４０℃〜４００℃の平均熱膨張係数が２．０×１０―５／℃である球状クリストバライトが知られている。また、該クリストバライトを主として使用した組成物も提案されている（特許文献１）。しかしながら、クリストバライトは２６８℃で、α−クリストバライトからβ−クリストバライトへと相転移し、熱膨張率が変化する。そのため、最高温度が２６５℃程度になるリフロー工程において、基板と封止樹脂硬化物との界面で剥離が生じ、あるいは基板の反りが大きくなる場合がある。
特開平１１−３０２５０６号公報
そこで、本発明は、反りが少なく、欠陥の無い、封止された半導体装置（以下「封止体」という）を作ることができる、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を行った結果、所定のエポキシ樹脂と硬化剤の組み合わせると、最大８８質量％まで無機充填剤を含んでも、凸型の反りを低減するのに有効であることを見出した。
即ち、本発明は、下記（Ａ）〜（Ｅ）を含む半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。
（Ａ）下記（１）式で示されるエポキシ樹脂、
（ｎは０〜１００の整数である）
（Ｂ）下記（２）式で示されるフェノール樹脂硬化剤を、全組成物中に含まれるエポキシ基１モルに対して、該硬化剤中に含まれるフェノール性水酸基のモル比が０．８〜１．２となる量、
（ｍは０〜１００の整数であり、Ｘは下記式（ｂ１）または（ｂ２）で表される基であり、
Ｒ１、Ｒ２は、互いに独立に、水素原子または炭素数１〜４のアルキル基である）
（Ｃ）球状溶融シリカ及び／又は球状クリストバライトを、合計で、組成物総質量の８２〜８８質量％、
（Ｄ）下記（３）式で表される硬化促進剤（ｄ１）及び（４）式で表される硬化促進剤（ｄ２）を、（ｄ１）に対する（ｄ２）の質量比０．５〜３で、且つ成分（Ａ）と成分（Ｂ）の合計１００質量部に対して合計０．２〜３質量部、
（Ｒ３は、互いに独立に、水素原子または炭素数１〜４のアルキル基、又はアルコキシ基である）
（Ｒ４は、互いに独立に、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、アルコキシ基、又はヒドロキシ基である）
（Ｅ）酸価５以上３０未満、ケン化価５０以上１５０未満及び１７５℃で２４時間放置した場合の重量減少が３重量％未満である離型剤を、成分（Ａ）と成分（Ｂ）の合計１００質量部に対して０．５〜５質量部。
（Ａ）下記（１）式で示されるエポキシ樹脂、
（Ｂ）下記（２）式で示されるフェノール樹脂硬化剤を、全組成物中に含まれるエポキシ基１モルに対して、該硬化剤中に含まれるフェノール性水酸基のモル比が０．８〜１．２となる量、
（ｍは０〜１００の整数であり、Ｘは下記式（ｂ１）または（ｂ２）で表される基であり、
Ｒ１、Ｒ２は、互いに独立に、水素原子または炭素数１〜４のアルキル基である）
（Ｃ）球状溶融シリカ及び／又は球状クリストバライトを、合計で、組成物総質量の８２〜８８質量％、
（Ｄ）下記（３）式で表される硬化促進剤（ｄ１）及び（４）式で表される硬化促進剤（ｄ２）を、（ｄ１）に対する（ｄ２）の質量比０．５〜３で、且つ成分（Ａ）と成分（Ｂ）の合計１００質量部に対して合計０．２〜３質量部、
（Ｅ）酸価５以上３０未満、ケン化価５０以上１５０未満及び１７５℃で２４時間放置した場合の重量減少が３重量％未満である離型剤を、成分（Ａ）と成分（Ｂ）の合計１００質量部に対して０．５〜５質量部。
上記本発明の組成物は、無機充填剤を多く含み、吸湿量が少なく、耐リフロー特性に優れた封止体を形成する。また、硬化促進剤（Ｄ）として、特定の構造を有する２種の硬化促進剤を特定の比率で含むことによって、欠陥の無い硬化物を、多数回連続成型できる。更に（Ｅ）離型剤を含むので、外観の不良の無い封止体を連続成形することができる。該樹脂組成物は、半導体装置、特に半導体素子の占める割合が高いＭＡＰタイプの半導体装置、の封止に有用である。
以下、各成分につき、詳細に説明する。
［（Ａ）エポキシ樹脂］
本発明で用いるエポキシ樹脂（Ａ）は下記（１）式で表される。
式（１）において、ｎは０〜１００であり、その平均が０．１〜５０、好ましくは０．５．１〜２０である。より好ましくは、ｎが１〜５もしくは重量平均分子量３００〜１５００である。また、ＡＳＴＭ Ｄ４２８７に従い、コーン／プレート粘度計を用いて１５０℃で測定されるＩＣＩ粘度が、０．１Ｐａ・ｓ以下であることが、後述する（Ｃ）球状の無機充填剤を多く配合することができるので好ましく、より好ましくは０．０１〜０．１Ｐａ・ｓである。
［（Ａ）エポキシ樹脂］
本発明で用いるエポキシ樹脂（Ａ）は下記（１）式で表される。
式（１）において、ｎは０〜１００であり、その平均が０．１〜５０、好ましくは０．５．１〜２０である。より好ましくは、ｎが１〜５もしくは重量平均分子量３００〜１５００である。また、ＡＳＴＭ Ｄ４２８７に従い、コーン／プレート粘度計を用いて１５０℃で測定されるＩＣＩ粘度が、０．１Ｐａ・ｓ以下であることが、後述する（Ｃ）球状の無機充填剤を多く配合することができるので好ましく、より好ましくは０．０１〜０．１Ｐａ・ｓである。
エポキシ樹脂（Ａ）は、加水分解性塩素が１０００ｐｐｍ以下、特に５００ｐｐｍ以下であり、ナトリウム及びカリウムはそれぞれ１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。加水分解性塩素が１０００ｐｐｍを超えたり、ナトリウム又はカリウムが１０ｐｐｍを超える場合は、長時間高温高湿下に半導体装置を放置すると、耐湿性が劣化し易い傾向がある。
［（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤］
本発明で用いられる硬化剤（Ｂ）は下記（２）式で表される。
ｍは０〜１００、好ましくは０〜１０であり、より好ましくは１〜５の整数であり、重量平均分子量で５００〜２０００である。Ｘは下記式（ｂ１）または（ｂ２）で表される基であり、
Ｒ１、Ｒ２は、互いに独立に、水素原子または炭素数１〜４のアルキル基であり、好ましくは水素原子である。
本発明で用いられる硬化剤（Ｂ）は下記（２）式で表される。
ｍは０〜１００、好ましくは０〜１０であり、より好ましくは１〜５の整数であり、重量平均分子量で５００〜２０００である。Ｘは下記式（ｂ１）または（ｂ２）で表される基であり、
Ｒ１、Ｒ２は、互いに独立に、水素原子または炭素数１〜４のアルキル基であり、好ましくは水素原子である。
好ましくは、フェノール性水酸基当量が１６０〜２１０、より好ましくは１７０〜２０５である。
Ｘが式（ｂ１）で表される構造の場合、硬化収縮量が大きくなり、封止体体積に占める半導体素子の体積割合が高い半導体素子の低反り化に有効である。一方、Ｘが（ｂ２）表される構造の場合、硬化収縮量がより小さいため、比較的半導体素子の体積割合が低い装置の低反り化に有効である。したがって、半導体装置のデザインによって、（５）、（６）のどちらかを使い分け、或いは所望の硬化収縮率にするべく併用しても良い。
上記硬化剤（Ｂ）も、エポキシ樹脂と同様に、ナトリウム及びカリウムをそれぞれ１０ｐｐｍ以下とすることが好ましい。ナトリウム又はカリウムが１０ｐｐｍを超える場合は、長時間高温高湿下に半導体装置を放置すると、耐湿性が劣化する場合がある。組成物中の該硬化剤の含有量は、全組成物中に含まれるエポキシ基１モルに対して、硬化剤中に含まれるフェノール性水酸基のモル比が０．８〜１．２である。該比が前記範囲外であると、封止体の反りが大きく、耐リフロー性に劣る傾向がある。
［（Ｃ）球状の溶融シリカ及び／又はクリストバライト］
本発明の組成物において、（Ｃ）球状の溶融シリカ及び／又はクリストバライト（以下「球状充填剤」という）の合計質量は、組成物総重量の８２〜８８重量％である。前記下限値未満では、硬化物の吸湿量が大きくなり、耐リフロー特性が低下する場合がある。前記上限値を超えると、組成物の溶融粘度が高くなり、ワイヤー流れ、硬化物中に欠陥が生じ、反りが大きくなる場合がある。
本発明の組成物において、（Ｃ）球状の溶融シリカ及び／又はクリストバライト（以下「球状充填剤」という）の合計質量は、組成物総重量の８２〜８８重量％である。前記下限値未満では、硬化物の吸湿量が大きくなり、耐リフロー特性が低下する場合がある。前記上限値を超えると、組成物の溶融粘度が高くなり、ワイヤー流れ、硬化物中に欠陥が生じ、反りが大きくなる場合がある。
これら球状充填剤の平均粒径は５〜３０μｍであることが好ましく、より好ましくは７〜２０μｍである。該平均粒径は、例えばレーザー回折・散乱法で測定することができる。また封止された半導体装置中の半導体装置が占める体積割合に応じて、クリストバライトの量を調整することによって、反りを小さくすることができる。但し、クリストバライトは、球状充填総質量の４０質量％以下である。クリストバライトが４０質量％を超えるとリフロー工程において、基板と封止樹脂硬化物との界面で剥離が生じ、あるいは高温下での基板の反りが大きくなり、表面実装できない等の問題が発生する。封止体中の半導体装置が占める体積割合が多くなるにつれて、クリストバライトの量を増加する。
球状充填剤は、樹脂成分との結合強度を強くするため、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤などのカップリング剤で予め表面処理することが好ましい。このようなカップリング剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、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等のエポキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、イミダゾールとγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランの反応物、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシラン、γ−メルカプトシラン、γ−エピスルフィドキシプロピルトリメトキシシラン等のメルカプトシランなどのシランカップリング剤を用いることが好ましい。カップリング剤の配合量及び表面処理方法については従来法に従ってよい。
［（Ｄ）硬化促進剤］
また、本発明において、エポキシ樹脂と硬化剤との硬化反応を促進させるため、下記（３）式で表される硬化促進剤（ｄ１）及び（４）式で表される硬化促進剤（ｄ２）を含む。
（Ｒ３は、互いに独立に、水素原子または炭素数１〜４のアルキル基、又はアルコキシ基である）
（Ｒ４は、互いに独立に、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、アルコキシ基、又はヒドロキシ基である）
また、本発明において、エポキシ樹脂と硬化剤との硬化反応を促進させるため、下記（３）式で表される硬化促進剤（ｄ１）及び（４）式で表される硬化促進剤（ｄ２）を含む。
硬化促進剤（Ｄ）の組成物中の含有量は、（ｄ１）と（ｄ２）の合計質量が、成分（Ａ）と成分（Ｂ）の合計１００質量部に対して０．２〜３質量部、好ましくは０．９〜２質量部である。含有量が前記下限値未満では、硬化までの時間が長くなりすぎる為、生産性が低下する。前記上限値よりも大きくなると、硬化時間が短くなり、未充填、ワイヤー流れなどを引き起こす傾向がある。
さらに、（ｄ１）に対する（ｄ２）の質量比、（ｄ２）／（ｄ１）、は０．３〜３、好ましくは０．５〜３である。（ｄ１）と（ｄ２）の合計質量が同じであっても、該質量比が前記下限値未満では硬化性が早くなり、充填性が不十分となる恐れがあり、前記上限値を超えると硬化性が不十分であり、反り、耐リフロー性が低下する場合がある。（ｄ１）と（ｄ２）は、そのまま配合してもフェノール性硬化剤（Ｂ）と予混合した後に配合してもかまわない。
［（Ｅ）離型剤］
本発明の封止樹脂組成物は、酸価５以上３０未満、ケン化価５０以上１５０未満及び１７５℃で２４時間放置した場合の重量減少が３％未満である離型剤を含む。酸価又は酸ケン化価が上記上限値より大きい離型剤は、エポキシ樹脂との相溶性がよい為、金型表面に移行しにくく、離型性に劣る。一方、酸価、又はケン化価が、前記下限値未満の離型剤は、エポキシ樹脂との相溶性が低すぎて、金型表面に滲みやすい。その結果、離型性は優れるがパッケージ表面の滲み、とりわけゲート口付近のゲートステイン、あるいは内部の半導体素子の形が浮き出て見えるフローマーク等顕著に現れる。さらに高温下重量減少が３％以上の離型剤は、揮発成分が金型に付着し、離型性を損なう場合がある。上記各条件を満たす離型剤としては、酸価７．４、ケン化価８４．３、１７５℃で２４時間の重量減少が０．８％のカルナバワックス、酸価１２、ケン化価１４０、１７５℃で２４時間の重量減少が２．９％の変性モンタン酸ワックス等が挙げられ、好ましくはカルナバワックスが使用される。組成物中の離型剤の含有量は、（Ａ）及び（Ｂ）成分の総量１００質量部に対して、０．５〜５質量部であり、より好ましくは１〜２．５質量部である。
本発明の封止樹脂組成物は、酸価５以上３０未満、ケン化価５０以上１５０未満及び１７５℃で２４時間放置した場合の重量減少が３％未満である離型剤を含む。酸価又は酸ケン化価が上記上限値より大きい離型剤は、エポキシ樹脂との相溶性がよい為、金型表面に移行しにくく、離型性に劣る。一方、酸価、又はケン化価が、前記下限値未満の離型剤は、エポキシ樹脂との相溶性が低すぎて、金型表面に滲みやすい。その結果、離型性は優れるがパッケージ表面の滲み、とりわけゲート口付近のゲートステイン、あるいは内部の半導体素子の形が浮き出て見えるフローマーク等顕著に現れる。さらに高温下重量減少が３％以上の離型剤は、揮発成分が金型に付着し、離型性を損なう場合がある。上記各条件を満たす離型剤としては、酸価７．４、ケン化価８４．３、１７５℃で２４時間の重量減少が０．８％のカルナバワックス、酸価１２、ケン化価１４０、１７５℃で２４時間の重量減少が２．９％の変性モンタン酸ワックス等が挙げられ、好ましくはカルナバワックスが使用される。組成物中の離型剤の含有量は、（Ａ）及び（Ｂ）成分の総量１００質量部に対して、０．５〜５質量部であり、より好ましくは１〜２．５質量部である。
本発明の樹脂組成物には、上記成分に加えて、必要に応じて各種の添加剤を配合することができる。例えば、カーボンブラック等の着色剤、モリブデン酸亜鉛担持タルク、モリブデン酸亜鉛担持亜鉛、ホスファゼン化合物、シリコーン化合物等の難燃剤、ハイドロタルサイト類、ビスマス化合物、希土類酸化物等のハロゲントラップ剤等が挙げられる。
［エポキシ樹脂組成物の調製等］
本発明の封止樹脂組成物は、成分（Ａ）〜（Ｅ）及び上記添加剤を、所定の組成比で配合し、これをミキサー等によって十分均一に混合した後、熱ロール、ニーダー、エクストルーダー等による溶融混合処理を行い、次いで冷却固化させた後、適当な大きさに粉砕して調製することができる。
本発明の封止樹脂組成物は、成分（Ａ）〜（Ｅ）及び上記添加剤を、所定の組成比で配合し、これをミキサー等によって十分均一に混合した後、熱ロール、ニーダー、エクストルーダー等による溶融混合処理を行い、次いで冷却固化させた後、適当な大きさに粉砕して調製することができる。
なお、組成物をミキサー等によって十分均一に混合するに際して、ウエッターとしてシランカップリング剤を配合してよい。該シランカップリング剤としては、球状充填剤の表面処理に関して既に述たものを使用することができる。
このようにして得られる本発明の半導体封止用樹脂組成物は、各種の半導体装置の封止に有効に利用できる。封止の最も一般的な方法としては、低圧トランスファー成形法が挙げられ、その成形温度は１５０〜１８５℃で３０〜１８０秒である。また、後硬化は１５０〜１８５℃で２〜２０時間行うことが望ましい。
以下、調整例、実施例及び参考例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、以下の例において部は何いずれも質量部である。
以下、実施例と参考例を示し、本発明を具体的に示すが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
［実施例１〜７、参考例１〜８］
表１に示す量（質量部）の各成分を、熱２本ロールにて均一に溶融混合した後、冷却し、次いで、粉砕して半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。使用した原料を下記に示す。
表１に示す量（質量部）の各成分を、熱２本ロールにて均一に溶融混合した後、冷却し、次いで、粉砕して半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。使用した原料を下記に示す。
（Ａ）エポキシ樹脂
（イ）（１）式で表されるエポキシ樹脂：ＥＯＣＮ−１０２０−５５、日本化薬（株）製）
（Ｍｗ＝５００）
参考例で使用のエポキシ樹脂
（ロ）下記式で表されるフェニル型エポキシ樹脂：ＹＸ−４０００Ｋ（（株）ＪＥＲ製）エポキシ当量１９０）
（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤
（ハ）ＭＥＨ−７８００ＳＳ（明和化成（株）製）フェノール性水酸基当量１７５）
（Ｍｗ＝９００）
（ニ）ＭＥＨ−７８５１ＳＳ（明和化成（株）製）フェノール性水酸基当量１９９
（Ｍｗ＝７６０）
（Ｃ）球状充填剤
（へ）球状溶融シリカ：平均粒径１２μｍ（（株）龍森製）
（ト）球状クリストバライト平均： 粒径２６μｍ（（株）龍森製）
（Ｄ）硬化促進剤
（チ）硬化促進剤（ｄ１）
（リ）硬化促進剤（ｄ２）：ＴＰＰ−Ｋ（北興化学（株）製）
（Ｅ）離型剤
（ル）カルナバワックス、ＴＯＷＡＸ１Ｐ−２、酸価７．４、ケン化価８４．３、融点８６℃、１７５℃、２４時間での重量減少が０．８％（東亜化成株式会社製）
参考例で使用の離型剤
（ヲ）モンタン酸ワックスＷＡＸ―S、酸価１４０ ケン化価１６５、融点８４℃、１７５℃、２４時間での重量減少が１６．１％（クラリアントジャパン株式会社製）
その他の成分
（ワ）難燃剤：モリブデン酸亜鉛担持亜鉛、ＫＥＭＧＡＲＤ ９１１Ｂ（シャーウインウイリアムズ製）
（カ）難燃材：ホスファゼン化合物、ＳＰＥ−１００（大塚化学（株）製）
（ヨ）シランカップリング剤：ＫＢＭ−４０３、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業（株）製）
（タ）着色剤：デンカブラック（電気化学工業（株）製）
（レ）イオントラップ剤：ハイドロタルサイト化合物 ＤＨＴ−４Ａ−２（協和化学（株）製）
（イ）（１）式で表されるエポキシ樹脂：ＥＯＣＮ−１０２０−５５、日本化薬（株）製）
参考例で使用のエポキシ樹脂
（ロ）下記式で表されるフェニル型エポキシ樹脂：ＹＸ−４０００Ｋ（（株）ＪＥＲ製）エポキシ当量１９０）
（ハ）ＭＥＨ−７８００ＳＳ（明和化成（株）製）フェノール性水酸基当量１７５）
（ニ）ＭＥＨ−７８５１ＳＳ（明和化成（株）製）フェノール性水酸基当量１９９
（Ｃ）球状充填剤
（へ）球状溶融シリカ：平均粒径１２μｍ（（株）龍森製）
（ト）球状クリストバライト平均： 粒径２６μｍ（（株）龍森製）
（Ｄ）硬化促進剤
（チ）硬化促進剤（ｄ１）
（リ）硬化促進剤（ｄ２）：ＴＰＰ−Ｋ（北興化学（株）製）
（Ｅ）離型剤
（ル）カルナバワックス、ＴＯＷＡＸ１Ｐ−２、酸価７．４、ケン化価８４．３、融点８６℃、１７５℃、２４時間での重量減少が０．８％（東亜化成株式会社製）
参考例で使用の離型剤
（ヲ）モンタン酸ワックスＷＡＸ―S、酸価１４０ ケン化価１６５、融点８４℃、１７５℃、２４時間での重量減少が１６．１％（クラリアントジャパン株式会社製）
その他の成分
（ワ）難燃剤：モリブデン酸亜鉛担持亜鉛、ＫＥＭＧＡＲＤ ９１１Ｂ（シャーウインウイリアムズ製）
（カ）難燃材：ホスファゼン化合物、ＳＰＥ−１００（大塚化学（株）製）
（ヨ）シランカップリング剤：ＫＢＭ−４０３、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業（株）製）
（タ）着色剤：デンカブラック（電気化学工業（株）製）
（レ）イオントラップ剤：ハイドロタルサイト化合物 ＤＨＴ−４Ａ−２（協和化学（株）製）
得られた組成物を、以下の方法で評価した。結果を表１に示す。
（ａ）スパイラルフロー値
ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して、１７５℃、６．９Ｎ／ｍｍ２の条件で測定した。５０インチ以上が好ましい。
（ｂ）溶融粘度
高化式フローテスターを用い、１０ｋｇｆの加圧下、直径１ｍｍのノズルを用い、温度１７５℃で粘度を測定した。最低粘度が１０Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。
（ｃ）反り量
図１に示す断面構造、但し、表１に示すチップ数（装置１：４×４、装置２：５×５）の半導体装置を作製した。表１の各サイズは、図２に示すとおりである。使用した基板及びダイボンド剤は以下のとおりである。
有機回路基板：ＣＣＬ−ＨＬ−８３２、三菱ガス化学製、ガラス転移温度１８０℃、ガラス転移温度以下熱膨張係数１．５×１０−５／℃、ガラス転移温度以上の熱膨張係数１．１×１０−５／℃；
ダイボンド剤：Ａｂｌｅ６２０２Ｃ、日本Ａｂｌｅｓｔｉｃｋ社製、ガラス転移温度４０℃、ガラス転移温度以下の熱膨張係数７．０×１０−５／℃、ガラス転移温度超の熱膨張係数３５．０×１０−５／℃、硬化後の厚み５０μｍ。
上記装置を、各組成物により、１７５℃、６．９Ｎ／ｍｍ２、成形時間１２０秒で封止した。得られた半導体装置を、室温まで冷却した後、レーザー三次元測定機を用いて、対角線方向に高さの変位を測定し、変位差の最も大きい値を基板の反り量とした。表３において、凸型の反りの値を正の値、凹型の反りを負の値で表した。＋／−５００μｍ以下であることが好ましい。
（ａ）スパイラルフロー値
ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して、１７５℃、６．９Ｎ／ｍｍ２の条件で測定した。５０インチ以上が好ましい。
（ｂ）溶融粘度
高化式フローテスターを用い、１０ｋｇｆの加圧下、直径１ｍｍのノズルを用い、温度１７５℃で粘度を測定した。最低粘度が１０Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。
（ｃ）反り量
図１に示す断面構造、但し、表１に示すチップ数（装置１：４×４、装置２：５×５）の半導体装置を作製した。表１の各サイズは、図２に示すとおりである。使用した基板及びダイボンド剤は以下のとおりである。
有機回路基板：ＣＣＬ−ＨＬ−８３２、三菱ガス化学製、ガラス転移温度１８０℃、ガラス転移温度以下熱膨張係数１．５×１０−５／℃、ガラス転移温度以上の熱膨張係数１．１×１０−５／℃；
ダイボンド剤：Ａｂｌｅ６２０２Ｃ、日本Ａｂｌｅｓｔｉｃｋ社製、ガラス転移温度４０℃、ガラス転移温度以下の熱膨張係数７．０×１０−５／℃、ガラス転移温度超の熱膨張係数３５．０×１０−５／℃、硬化後の厚み５０μｍ。
上記装置を、各組成物により、１７５℃、６．９Ｎ／ｍｍ２、成形時間１２０秒で封止した。得られた半導体装置を、室温まで冷却した後、レーザー三次元測定機を用いて、対角線方向に高さの変位を測定し、変位差の最も大きい値を基板の反り量とした。表３において、凸型の反りの値を正の値、凹型の反りを負の値で表した。＋／−５００μｍ以下であることが好ましい。
（ｄ）耐リフロー性
反り量の測定をした半導体装置２を、チップ毎に切断し、８５℃／６０％ＲＨの恒温恒湿器に１６８時間放置した後、半導体パッケージの表面温度が、図３に示す変化を示すような温度プロフィールのＩＲリフローを３回通した後に、超音波探査装置を用いて内部クラック又は剥離の発生したチップ数を数えた。
（ｅ）連続成形性
各組成物を用いて、温度：１８０℃、成形圧力：７０ＭＰａ、及び成形時間：６０秒の条件でＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）（１４ｍｍ×２０ｍｍ×２．７ｍｍ、５キャビティー）を連続成形機により成形した。パッケージが金型に貼り付く、もしくはカルが金型に貼り付く等の不良が発生するまでのショット数を、最大５００ショットまで数えた。
これに対して、例参考例１の組成物は、球状充填剤の量が少なく、該組成物で封止された装置は耐リフロー性に劣った。一方、参考例８は、充填剤量が多すぎ、装置２における反りが大きかった。
参考例２の組成物は、全組成物中に含まれるエポキシ基１モルに対して、硬化剤中に含まれるフェノール性水酸基のモル比が０．８以下であり、一方、参考例３の組成物は、１．２を超えており、いずれも耐リフロー性及び連続成形性が悪かった。
参考例４の組成物は、硬化促進剤の比ｄ２／ｄ１＝０．２であり、スパイラルフロー値が小さく流動性が不十分であった。一方、参考例５の組成物はｄ２／ｄ１＝１０であり連続成形性が悪かった。
参考例６、７の組成物は、離型剤の性能が劣り、連続成形性が悪かった。
本発明の樹脂組成物は、半導体装置、特に半導体素子の占める割合が高いＭＡＰタイプの半導体封止に有用である。
１ エポキシ樹脂組成物
２ 半導体チップ
３ ダイボンド層
４ 有機回路基板
５ ワイヤー
６ エポキシ樹脂組成物
２ 半導体チップ
３ ダイボンド層
４ 有機回路基板
５ ワイヤー
６ エポキシ樹脂組成物
Claims (7)
- 下記（Ａ）〜（Ｅ）を含む半導体封止用エポキシ樹脂組成物
（Ａ）下記（１）式で示されるエポキシ樹脂、
（ｎは０〜１００の整数である）
（Ｂ）下記（２）式で示されるフェノール樹脂硬化剤を、全組成物中に含まれるエポキシ基１モルに対して、該硬化剤中に含まれるフェノール性水酸基のモル比が０．８〜１．２となる量、
（ｍは０〜１００の整数であり、Ｘは下記式（ｂ１）または（ｂ２）で表される基であり、
Ｒ１、Ｒ２は、互いに独立に、水素原子または炭素数１〜４のアルキル基である）
（Ｃ）球状溶融シリカ及び／又は球状クリストバライトを、合計で、組成物総質量の８２〜８８質量％、
（Ｄ）下記（３）式で表される硬化促進剤（ｄ１）及び（４）式で表される硬化促進剤（ｄ２）を、（ｄ１）に対する（ｄ２）の質量比０．５〜３で、且つ成分（Ａ）と成分（Ｂ）の合計１００質量部に対して合計０．２〜３質量部、
（Ｒ３は、互いに独立に、水素原子または炭素数１〜４のアルキル基、又はアルコキシ基である）
（Ｒ４は、互いに独立に、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、アルコキシ基、又はヒドロキシ基である）
（Ｅ）酸価５以上３０未満、ケン化価５０以上１５０未満及び１７５℃で２４時間放置した場合の重量減少が３重量％未満である離型剤を、成分（Ａ）と成分（Ｂ）の合計１００質量部に対して０．５〜５質量部。 - フェノール樹脂硬化剤（Ｂ）が、フェノール性水酸基当量１６０〜２１０を有する、請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 球状クリストバライトが、（Ｃ）成分の総質量の４０質量％以下で含まれる、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。
- Ｒ３及びＲ４が水素原子である、請求項１〜３のいずれか１項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 請求項１〜４のいずれか１項記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置。
- 半導体装置の総体積のうち、半導体素子が占める体積が１８〜３５％である、請求項５記載の半導体装置。
- 基板に表面実装されている請求項５または６記載の半導体装置。
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