JP4844726B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、流動性が良好であると共に、線膨張係数が小さく、高いガラス転移温度を有しながら低吸湿性を示し、鉛フリー半田クラック性、難燃性、耐湿信頼性にも優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び該樹脂組成物の硬化物で封止した半導体装置に関する。

従来から、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が主流であるが、エポキシ樹脂が他の熱硬化性樹脂に比べ成形性、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で半導体装置を封止することが一般的である。しかし、ここ数年、電子機器の小型化、軽量化、高性能化へと進む市場に伴い、半導体素子の高集積化がますます進み、また半導体装置の実装技術が促進される中で、半導体封止材として用いられているエポキシ樹脂への要求は鉛フリー化も含めてますます厳しくなってきている。例えば、高密度実装に優れるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）やＱＦＮなどが近年ＩＣやＬＳＩの主流となりつつあるが、このパッケージは片面のみ封止するために成型後の反りが大きな問題となってきている。

従来まで、反り改善のため１つの手法として、樹脂の架橋密度を多くしガラス転移温度を高めることが挙げられるが、鉛フリー化による半田温度上昇により、高温での弾性率が高く、また吸湿性も高いため半田リフロー後にエポキシ樹脂硬化物と基板との界面での剥離、半導体素子と半導体樹脂ペーストとの界面での剥離が問題となっている。一方、架橋密度が低い樹脂を用い、無機質充填剤を高充填化することにより、低吸水性、低膨張率、高温での低弾性率化を向上させることができ、耐リフロー性に効果が期待されるが、高粘度化になってしまうため成形時の流動性が損なわれてしまう。

特許第３１３７２０２号公報（特許文献１）では、エポキシ樹脂と硬化剤とからなるエポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂として、１，１−ビス（２，７−ジグリシジルオキシ−１−ナフチル）アルカンを用いることを特徴とするエポキシ樹脂組成物が開示されている。このエポキシ樹脂の硬化物は、極めて耐熱性に優れ、且つ耐湿性にも大変優れ、一般的に高耐熱エポキシ樹脂の硬化物が抱える、堅くて脆いという欠点を克服しているとされる。

更に、特開２００５−１５６８９号公報（特許文献２）には、１，１−ビス（２，７−ジグリシジルオキシ−１−ナフチル）アルカン（ａ１）と１−（２，７−ジグリシジルオキシ−１−ナフチル）−１−（２−グリシジルオキシ−１−ナフチル）アルカン（ａ２）と１，１−ビス（２−グリシジルオキシ−１−ナフチル）アルカン（ａ３）とを含むエポキシ樹脂（Ａ）と硬化剤（Ｂ）を必須とするエポキシ樹脂組成物であり、前記（ａ１）と前記（ａ２）と前記（ａ３）との合計１００重量部中に（ａ３）を４０〜９５重量部含有することを特徴とするエポキシ樹脂組成物が開示されている。即ち、流動性、硬化性の低下から、下記一般式（ｉ）において、ｍ＝０，ｎ＝０のものを４０〜９５重量部含むことが好ましいと述べている。しかしながら、更なる改良が望まれる。

（ｍ、ｎは０又は１、Ｒは水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、又はフェニル基を示し、Ｇはグリシジル基含有有機基を示す。）

特許第３１３７２０２号公報 特開２００５−１５６８９号公報

本発明は、流動性が良好であると共に、線膨張係数が小さく、高いガラス転移温度を有しながら低吸湿性を示し、また鉛フリー半田クラック性、難燃性、耐湿信頼性にも優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び該樹脂組成物の硬化物で封止した半導体装置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、下記一般式（１）の特定のエポキシ樹脂及び特定のフェノール樹脂、特に一般式（３）を組み合わせて用いることで、流動性が良好であると共に、線膨張係数が小さく、高いガラス転移温度を有しながら低吸湿性を示し、一般組成式（２）で示されるホスファゼン化合物を使用することにより、臭素化エポキシ樹脂、三酸化アンチモンを使用しなくても、難燃性、耐湿信頼性に優れた硬化物を与える半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られることを知見し、本発明をなすに至った。

従って、本発明は、
（Ａ）下記一般式（１）で示されるナフタレン型エポキシ樹脂：全エポキシ樹脂に対して５０〜１００質量％、

（ｍ、ｎは０又は１、Ｒは水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、又はフェニル基を示し、Ｇはグリシジル基含有有機基を示す。但し、上記一般式（１）で示されるエポキシ樹脂１００質量部中にｍ＝０及びｎ＝０のものを４５〜７０質量部、ｍ＝１及びｎ＝１のものを１５〜３０質量部含有する。）
（Ｂ）下記一般式（３）で示されるフェノール樹脂：全フェノール樹脂に対して２５〜１００質量％であって、全エポキシ樹脂中に含まれるエポキシ基１モルに対して硬化剤中のフェノール性水酸基のモル比が０．５〜１．５となる量、

（Ｒ⁵，Ｒ⁶はそれぞれ独立して水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、又はアリール基を示し、ｐは０〜１０の整数である。）
（Ｃ）無機質充填剤：（Ａ）成分と（Ｂ）成分との総量１００質量部に対して２００〜１，１００質量部、
（Ｄ）下記平均組成式（２）で示されるホスファゼン化合物：（Ａ）成分と（Ｂ）成分との合計量１００質量部に対して２〜２０質量部

［但し、Ｘは単結合、又はＣＨ₂、Ｃ（ＣＨ₃）₂、ＳＯ₂、Ｓ、Ｏ及びＯ（ＣＯ）Ｏから選ばれる基であり、ＹはＯＨ、ＳＨ又はＮＨ₂であり、Ｒ¹は炭素数１〜４のアルキル基及びアルコキシ基、ＮＨ₂、ＮＲ²Ｒ³並びにＳＲ⁴から選ばれる基であり、Ｒ²，Ｒ³，Ｒ⁴は水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基である。ｄ，ｅ，ｆ，ａは、０≦ｄ≦０．７５、０≦ｅ≦６、０≦ｆ≦６、２ｄ＋ｅ＋ｆ＝６、ａ＝３を満足する数である。］
を含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及びその硬化物で封止された半導体装置で、好ましくは樹脂基板又は金属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樹脂基板面又は金属基板面側の実質的に片面のみが封止されている半導体装置を提供する。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、流動性が良好であると共に、線膨張係数が小さく、高いガラス転移温度を有しながら低吸湿性、優れた耐クラック性を示し、難燃性、耐湿信頼性にも優れた硬化物を与えるものである。そのため、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置は、産業上特に有用である。

以下、本発明について更に詳しく説明する。
［（Ａ）エポキシ樹脂］
本発明で用いるエポキシ樹脂（Ａ）は、上記一般式（１）のナフタレン型エポキシ樹脂を含有し、一般式（１）１００質量部中にｍ＝０及びｎ＝０のものを３５〜８５質量部、ｍ＝１及びｎ＝１のものを１〜３５質量部含有することを必要とする。

一般式（１）の合計１００質量部中にｍ＝０及びｎ＝０のものの含有量が３５質量部未満の場合、樹脂組成物の粘度が高くなって流動性が低下してしまい、８５質量部を超えると、樹脂組成物の架橋密度が極端に低下してしまうため、硬化性が低下、またガラス転移温度が低下してしまうため好ましくない。そして、ｍ＝１及びｎ＝１のものが３５質量部を超えてしまうと、架橋密度が上がりガラス転移温度は上昇するが、高温での弾性率も高くなってしまい、好ましくない。更に、得られるエポキシ樹脂組成物の硬化性、耐熱性、高温弾性率が優れる点から、ｍ＝０及びｎ＝０のものの含有量が４５〜７０質量部、ｍ＝１及びｎ＝１のものの含有量が５〜３０質量部であることが好ましい。

特開２００５−１５６８９号公報には、流動性、硬化性の低下からｍ＝０，ｎ＝０のものを４０〜９５重量部が好ましいと述べている。しかしながら、本発明で用いるエポキシ樹脂（Ａ）も、前述のようにナフタレン構造を有するものであるが、一般式（１）でｍ＝１及びｎ＝１のものの含有量も定義することで、流動性が良好であると共に、線膨張係数が小さく、高いガラス転移温度を有しながら低吸湿性を示し、また耐半田クラック性に優れることを見出した。

かかるエポキシ樹脂としては、具体的には下記のものが挙げられる。

（但しＲ、Ｇは上記した通りである。）

Ｒとしては、具体的には水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、あるいはフェニル基が挙げられ、Ｇのグリシジル基含有有機基としては、具体的には下記式で示される基等が挙げられる。

なお、本発明においては、エポキシ樹脂成分として、上記特定のエポキシ化合物（Ａ）以外に、他のエポキシ樹脂を併用しても良い。他のエポキシ樹脂としては、特に限定するものではなく、従来公知のエポキシ樹脂、例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリフェノールプロパン型エポキシ樹脂等のトリフェノールアルカン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、上記以外のナフタレン環含有エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上を使用することができる。

この場合、上記特定のエポキシ樹脂（Ａ）の配合量は、全エポキシ樹脂（上記特定のエポキシ樹脂（Ａ）＋他のエポキシ樹脂）に対して５０〜１００質量％、特に７０〜１００質量％であることが望ましい。上記ナフタレン型エポキシ樹脂の配合量が５０質量％未満では、十分な耐熱性、リフロー性、吸湿特性等が得られない場合がある。

［（Ｂ）硬化剤］
本発明のエポキシ樹脂組成物の（Ｂ）成分のフェノール樹脂は、（Ａ）成分のエポキシ樹脂の硬化剤として作用するものであり、本発明においては１分子中に置換もしくは非置換のナフタレン環を少なくとも１個有するフェノール樹脂を使用する。好ましくは、下記一般式（３）で示されるフェノール樹脂である。

（Ｒ⁵，Ｒ⁶はそれぞれ独立して水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、又はアリール基を示し、ｐは０〜１０の整数である。）

Ｒ⁵，Ｒ⁶は、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、あるいはフェニル基が挙げられる。

かかるナフタレン環を有するフェノール樹脂硬化剤を用いることにより、線膨張係数が小さく、ガラス転移温度が高く、ガラス転移温度以上の温度領域で低弾性率であり、更に低吸水性の硬化物が得られるため、本発明のエポキシ樹脂組成物を半導体装置の封止材として用いた場合、熱衝撃時の耐クラック性が改善され、また、パッケージの反りも改善される。一般式（３）で示されるナフタレン環を有するフェノール樹脂の具体例として次の化合物（４）〜（７）を挙げることができる。

なお、本発明のエポキシ樹脂組成物の（Ｂ）成分のフェノール樹脂は、上記特定フェノール化合物以外に他のフェノール樹脂を併用しても良い。他のフェノール樹脂としては特に限定されるものではなく、従来公知のフェノール樹脂、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等のノボラック型フェノール樹脂、フェノールアラルキル型フェノール樹脂、ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂、ビフェニル型フェノール樹脂、トリフェノールメタン型フェノール樹脂、トリフェノールプロパン型フェノール樹脂等のトリフェノールアルカン型フェノール樹脂、脂環式フェノール樹脂、複素環型フェノール樹脂、ビスフェノールＡ型フェノール樹脂、ビスフェノールＦ型フェノール樹脂等のビスフェノール型フェノール樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種又は２種以上を使用することができる。

この場合、上記式（３）の特定のフェノール樹脂（Ｂ）の配合量は、全フェノール樹脂（上記式（３）の特定のフェノール樹脂（Ｂ）＋他のフェノール樹脂）に対して２５〜１００質量％、特に４０〜８０質量％であることが望ましい。上記ナフタレン型フェノール樹脂の配合量が２５質量％未満では、十分な耐熱性、吸湿特性、反り特性等が得られない場合がある。

本発明において、（Ａ）成分エポキシ樹脂、（Ｂ）成分フェノール樹脂の配合割合については特に制限されないが、エポキシ樹脂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０．５〜１．５、特に０．８〜１．２の範囲であることが好ましい。

［（Ｃ）無機質充填剤］
本発明のエポキシ樹脂組成物中に配合される（Ｃ）成分の無機質充填剤としては、通常エポキシ樹脂組成物に配合されるものを使用することができる。例えば溶融シリカ、結晶性シリカ等のシリカ類、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、酸化チタン、ガラス繊維、三酸化アンチモン等が挙げられる。これら無機質充填剤の平均粒径や形状及び無機質充填剤の充填量は特に限定されないが、鉛フリーで耐半田クラック性及び難燃性を高めるためには、エポキシ樹脂組成物中に、成形性を損なわない範囲で可能な限り多量に充填させることが好ましい。

この場合、無機質充填剤の平均粒径、形状として、平均粒径３〜３０μｍ、特に５〜２５μｍの球状の溶融シリカが特に好ましく、ここで、平均粒径は、例えばレーザー光回折法などによる粒度分布測定装置等を用いて重量平均値（又はメディアン径）などとして求めることができる。なお、上記無機質充填剤は、樹脂と無機質充填剤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したものを配合することが好ましい。

この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、γ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、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類；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、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類；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類；イミダゾール化合物とγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランの反応物等のシランカップリング剤を用いることが好ましい。これらは１種単独でも２種以上を組み合わせても使用することができる。
また、表面処理に用いるカップリング剤の配合量及び表面処理方法については、特に制限されるものではない。

無機質充填剤の充填量は、上記（Ａ）エポキシ樹脂と（Ｂ）硬化剤（フェノール樹脂）の総量１００質量部に対して２００〜１１００質量部、特に５００〜８００質量部が好適であり、充填量が２００質量部未満では膨張係数が大きくなることでパッケージの反りが増大し、半導体素子に加わる応力が増して素子特性の劣化を招く場合があり、また、組成物全体に対する樹脂量が多くなるために、耐湿性が著しく低下し、耐クラック性も低下してしまう。一方、１１００質量部を超えると成形時の粘度が高くなり、成形性が悪くなる場合がある。なお、この無機質充填剤は組成物全体の７５〜９１質量％、特に７８〜８９質量％の含有量とすることが好ましく、更に８３〜８７質量％の含有量とすることが好ましい。

［（Ｄ）ホスファゼン化合物］
本発明で使用される（Ｄ）下記式（２）で示されるホスファゼン化合物を添加した本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、赤リン、リン酸エステル等のリン系難燃剤を添加したエポキシ樹脂組成物と比較して、熱水抽出特性に優れ、耐湿信頼性に特に優れる硬化物を得ることができる。

［但し、Ｘは単結合、又はＣＨ₂、Ｃ（ＣＨ₃）₂、ＳＯ₂、Ｓ、Ｏ及びＯ（ＣＯ）Ｏから選ばれる基であり、ＹはＯＨ、ＳＨ又はＮＨ₂であり、Ｒ¹は炭素数１〜４のアルキル基及びアルコキシ基、ＮＨ₂、ＮＲ²Ｒ³並びにＳＲ⁴から選ばれる基であり、Ｒ²，Ｒ³，Ｒ⁴は水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基である。ｄ，ｅ，ｆ，ａは、０≦ｄ≦０．２５ａ、０≦ｅ≦２ａ、０≦ｆ≦２ａ、２ｄ＋ｅ＋ｆ＝２ａ、３≦ａ≦１，０００を満足する数である。］

ここで、上記式（２）において、ａは３〜１，０００であるが、より好ましい範囲は３〜１０である。合成上特に好ましくはａ＝３である。

ｄ，ｅ，ｆの比率は、０≦ｄ≦０．２５ａ、０≦ｅ≦２ａ、０≦ｆ≦２ａ、２ｄ＋ｅ＋ｆ＝２ａである。０．２５ａ＜ｄでは、ホスファゼン化合物の分子間架橋が多いため、軟化点が高くなり、エポキシ樹脂中に相溶しにくく、期待される難燃効果が得られない。ｄの比率は、０≦ｄ≦０．１５ａであることが好ましい。

Ｘ、Ｙ、Ｒ¹は上記の通りであり、Ｒ¹は電子供与性の基である。電子供与基の置換がない場合、Ｙの求核性が低下するため、エポキシ基との反応性が低くなる。そのため、上記式（２）で表されるホスファゼン化合物の添加量を増やした場合、硬化性の低下、高温時の電気抵抗性低下が生じる。また硬化性が悪いと熱分解しやすい為、難燃性も低下する。

また、Ｒ¹が炭素数５以上のアルキル基、アルコキシ基において、炭素数が増加すると難燃性が低下する。従って、メチル基、メトキシ基、アミノ基、ジメチルアミノ基が望ましい。
なお、Ｘが単結合である場合、

で表される。

添加量としては特に制限はないが、（Ａ），（Ｂ）成分の合計量１００質量部に対し、１〜５０質量部であることが好ましく、特に２〜２０質量部が好ましい。添加量が１質量部未満では十分な難燃効果が得られない場合があり、また５０質量部を超えると、流動性の低下を引き起こす場合がある。

［他の配合成分］
本発明の封止樹脂組成物には、更に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、イミダゾール化合物、３級アミン化合物、リン系化合物等の硬化触媒、モリブデン酸亜鉛担持酸化亜鉛、モリブデン酸亜鉛担持タルク、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等の難燃剤、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、有機合成ゴム、シリコーン系等の低応力剤、カルナバワックス、酸化ポリエチレン、モンタン酸エステル等のワックス類、カーボンブラック、ケッチェンブラック等の着色剤を添加配合することができる。

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、硬化促進剤を用いることが好ましい。この硬化促進剤は、硬化反応を促進させるものであれば特に制限はなく、例えばトリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ（ｐ−メチルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェニル）ホスフィン、トリフェニルホスフィン・トリフェニルボラン、テトラフェニルホスフィン・テトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィン−ベンゾキノン付加物などのリン系化合物、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７などの第３級アミン化合物、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾールなどのイミダゾール化合物等を使用することができる。

硬化促進剤の配合量は有効量であるが、上記リン系化合物、第３級アミン化合物、イミダゾール化合物等のエポキシ樹脂と硬化剤（フェノール樹脂）との硬化促進剤は、エポキシ樹脂と硬化剤との総量１００質量部に対し、０．１〜３質量部、特に０．５〜２質量部とすることが好ましい。

離型剤成分としては、特に制限されず公知のものを全て使用することができる。例えばカルナバワックス、ライスワックス、ポリエチレン、酸化ポリエチレン、モンタン酸、モンタン酸と飽和アルコール、２−（２−ヒドロキシエチルアミノ）−エタノール、エチレングリコール、グリセリン等とのエステル化合物であるモンタンワックス；ステアリン酸、ステアリン酸エステル、ステアリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、エチレンと酢酸ビニルとの共重合体等が挙げられ、これら１種単独でも２種以上を組み合わせても使用することができる。

離型剤の配合比率としては、（Ａ）及び（Ｂ）成分の総量１００質量部に対して、０．１〜５質量部、更に好ましくは０．３〜４質量部であることが望ましい。

［エポキシ樹脂組成物の調製等］
本発明の封止樹脂組成物を成型材料として調製する場合の一般的な方法としては、エポキシ樹脂、硬化剤、無機質充填剤、その他の添加物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、適当な大きさに粉砕して成形材料とすることができる。

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、保存安定性をよくする為に、或いはウエッターとしてシランカップリング剤等で予め表面処理等を行うことが好ましい。

ここで、シラン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、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、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、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、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、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス（トリエトキシプロピル）テトラスルフィド、γ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。ここで、表面処理に用いるシランカップリング剤量及び表面処理方法については、特に制限されるものではない。

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、この場合、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る。なお、本発明の封止用樹脂組成物の成形温度は１５０〜１８５℃で３０〜１８０秒、後硬化は１５０〜１８５℃で２〜２０時間行うことが望ましい。

この場合、本発明のエポキシ樹脂組成物は、樹脂基板又は金属基板の片面に半導体素子が搭載された半導体装置において、この半導体素子が搭載された樹脂基板面又は金属基板面側の片面のみを封止するのに有効に用いられ、このためボールグリッドアレイやＱＦＮなどのパッケージの封止に好適に用いられる。

以下、合成例、実施例及び比較例を示し、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いずれも質量部である。

［合成例Ａ、Ｂ、参考例１〜５、実施例１、比較例１〜５］
表２に示す成分を熱２本ロールにて均一に溶融混合し、冷却、粉砕して半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。使用した原材料を下記に示す。

［合成例Ａ］
窒素雰囲気下、０℃で水素化ナトリウム８．６ｇ（２１４ｍｍｏｌ）をＴＨＦ５０ｍｌに懸濁させ、そこにフェノール１９．８ｇ（２１１ｍｍｏｌ）のＴＨＦ７５ｍｌ溶液を滴下した。３０分撹拌後、ヘキサクロロトリホスファゼン１２．０ｇ（３４．５ｍｍｏｌ）のＴＨＦ７５ｍｌ溶液を滴下し、１８時間加熱還流を行った。溶媒を減圧留去し、メタノールを加え、析出した結晶をメタノール、水で洗浄し、白色結晶を２３．８ｇ得た。

［合成例Ｂ］
窒素雰囲気下、０℃で水素化ナトリウム４．６ｇ（１１４ｍｍｏｌ）をＴＨＦ５０ｍｌに懸濁させ、そこにフェノール９．７ｇ（１０４ｍｍｏｌ）、４，４’−スルホニルジフェノール０．４０ｇ（１．７ｍｍｏｌ）のＴＨＦ５０ｍｌ溶液を滴下した。３０分撹拌後、ヘキサクロロトリホスファゼン１２．５ｇ（３６．０ｍｍｏｌ）のＴＨＦ５０ｍｌ溶液を滴下し、５時間加熱還流を行った。溶媒を減圧留去後、シクロヘキサン１５０ｍｌ、メチルヒドロキノン５７．３ｇ（３４５ｍｍｏｌ）を加え、そこにピリジン２７．３ｇ（３４５ｍｍｏｌ）を滴下した。１８時間加熱還流した後、デカンテーションにより得られた下層の黄色シロップ状物を８０％酢酸８０ｍｌに溶解し、水５００ｍｌに移して結晶を得た。その結晶をメタノールに溶かし、水に移して結晶を得た。この操作を水が中性になるまで繰返し、茶褐色結晶を２５．８ｇ得た。

（エポキシ樹脂）
上記式（１）におけるエポキシ樹脂において、ｍ、ｎの値により下記構造のエポキシ樹脂（ｉ）〜（ｉｉｉ）について、その配合比率により表１のようなエポキシ樹脂（イ）〜（ニ）、及び（ホ）ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂（ＮＣ３０００：日本化薬（株）製商品名）を使用した。

エポキシ樹脂（ｉ）（ｍ＝０、ｎ＝０）

エポキシ樹脂（ｉｉ）（ｍ＝１でｎ＝０、ｍ＝０でｎ＝１）

エポキシ樹脂（ｉｉｉ）（ｍ＝１、ｎ＝１）

（フェノール樹脂）
フェノール樹脂（ヘ）：下記式で示されるフェノール樹脂

フェノール樹脂（ト）：下記式で示されるフェノール樹脂

ノボラック型フェノール樹脂（チ）：ＴＤ−２１３１（大日本インキ化学工業（株）製商品名）

（無機質充填剤）
球状溶融シリカ（（株）龍森製）

（難燃剤）
難燃剤（リ）：合成例Ａのホスファゼン化合物
難燃剤（ヌ）：合成例Ｂのホスファゼン化合物
難燃剤（ル）：水酸化マグネシウム ＫＩＳＭＡ ８Ｎ（協和化学（株）製）

（その他の添加剤）
硬化促進剤：トリフェニルホスフィン（北興化学（株）製）
離型剤：カルナバワックス（日興ファインプロダクツ（株）製）
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）

これらの組成物につき、以下の諸特性を測定した。結果を表２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、成形時間１２０秒の条件で測定した。

（ｂ）溶融粘度
高化式フローテスターを用い、１０ｋｇｆ／ｃｍ²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。

（ｃ）ガラス転移温度、線膨張係数
ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して、１７５℃、６．９Ｎ／ｍｍ²、成形時間１２０秒の条件で測定した。

（ｄ）吸水率
１７５℃、６．９Ｎ／ｍｍ²、成形時間２分の条件で直径５０×３ｍｍの円盤を成形し、１８０℃で４時間ポストキュアしたものを８５℃／８５％ＲＨの恒温恒湿器に１６８時間放置し、吸水率を測定した。

（ｅ）パッケージ反り量
０．４０ｍｍ厚のＢＴ樹脂基板を用い、パッケージサイズが３２×３２ｍｍで厚みが１．２ｍｍ、１０×１０×０．３ｍｍのシリコンチップを搭載し、１７５℃、６．９Ｎ／ｍｍ²、キュア時間２分のトランスファー条件で成型し、その後１７５℃で５時間、ポストキュアを行って、サイズが３２×３２ｍｍで厚みが１．２ｍｍのパッケージを作製し、これをレーザー三次元測定機を用いてパッケージの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反り量とした。

（ｆ）耐リフロー性
パッケージ反り量測定で用いたパッケージを、８５℃／６０％ＲＨの恒温恒湿器に１６８時間放置して吸湿させた後、ＩＲリフロー装置を用い、図１のＩＲリフロー条件を３回通した後に、超音波探査装置を用いて内部クラックの発生状況と剥離発生状況を観察した。

（ｇ）難燃性
ＵＬ−９４規格に基づき、１／１６インチ厚の板を、成形条件１７５℃、６．９Ｎ／ｍｍ²、成形時間１２０秒で成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーしたものの難燃性を調べた。

（ｈ）耐湿信頼性
５μｍ幅、５μｍ間隔のアルミニウム配線を形成した６×６ｍｍの大きさのシリコンチップを１４ｐｉｎ−ＤＩＰフレーム（４２アロイ）に接着し、更にチップ表面のアルミニウム電極とリードフレームとを２５μｍφの金線でワイヤボンディングした後、これにエポキシ樹脂組成物を成形条件１７５℃、６．９Ｎ／ｍｍ²、成形時間１２０秒で成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーした。このパッケージ２０個を１３０℃／８５％ＲＨの雰囲気中−２０Ｖの直流バイアス電圧をかけて５００時間放置した後、アルミニウム腐食が発生したパッケージ数を調べた。

耐リフロー性測定のためのＩＲリフロー条件を示す。

Claims (6)

1. （Ａ）下記一般式（１）で示されるナフタレン型エポキシ樹脂：全エポキシ樹脂に対して５０〜１００質量％、
   

   

   （ｍ、ｎは０又は１、Ｒは水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、又はフェニル基を示し、Ｇはグリシジル基含有有機基を示す。但し、上記一般式（１）で示されるエポキシ樹脂１００質量部中にｍ＝０及びｎ＝０のものを４５〜７０質量部、ｍ＝１及びｎ＝１のものを１５〜３０質量部含有する。）
   （Ｂ）下記一般式（３）で示されるフェノール樹脂硬化剤：全フェノール樹脂に対して２５〜１００質量％であって、全エポキシ樹脂中に含まれるエポキシ基１モルに対して硬化剤中のフェノール性水酸基のモル比が０．５〜１．５となる量、
   

   

   （Ｒ ⁵ 、Ｒ ⁶ はそれぞれ独立して水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、又はアリール基を示し、ｐは０〜１０の整数である。）
   （Ｃ）無機質充填剤：（Ａ）成分と（Ｂ）成分との総量１００質量部に対して２００〜１，１００質量部、
   （Ｄ）下記平均組成式（２）で示されるホスファゼン化合物：（Ａ）成分と（Ｂ）成分との合計量１００質量部に対して２〜２０質量部
   

   

   
   ［但し、Ｘは単結合、又はＣＨ₂、Ｃ（ＣＨ₃）₂、ＳＯ₂、Ｓ、Ｏ及びＯ（ＣＯ）Ｏから選ばれる基であり、ＹはＯＨ、ＳＨ又はＮＨ₂であり、Ｒ¹は炭素数１〜４のアルキル基及びアルコキシ基、ＮＨ₂、ＮＲ²Ｒ³並びにＳＲ⁴から選ばれる基であり、Ｒ²，Ｒ³，Ｒ⁴は水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基である。ｄ，ｅ，ｆ，ａは、０≦ｄ≦０．７５、０≦ｅ≦６、０≦ｆ≦６、２ｄ＋ｅ＋ｆ＝６、ａ＝３を満足する数である。］
   を含むことを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
2. 臭素化エポキシ樹脂及び三酸化アンチモンを含有しない請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。
3. （Ａ）成分のナフタレン型エポキシ樹脂の一般式（１）において、Ｇ（グリシジル基含有有機基）がグリシジル基であることを特徴とする請求項１又は２記載のエポキシ樹脂組成物。
4. （Ａ）成分の一般式（１）で示されるナフタレン型エポキシ樹脂１００質量部中にｍ＝０及びｎ＝０のものが５０〜７０質量部含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエポキシ樹脂組成物。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に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。
6. 樹脂基板又は金属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樹脂基板面又は金属基板面側の実質的に片面のみが封止されていることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。

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