JP4973322B2 - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、エポキシ樹脂組成物及び半導体装置に関するものである。

近年の電子機器の高機能化、高速化、小型化に伴い、その発熱量が増大傾向にある。そのため各種基板、樹脂シート、スペーサー、半導体封止材などの放熱用部材に対しても高熱放散性の要求が高まっており、それを構成する無機充填材においても様々な検討が進められている。これまで高熱放散性を付与することを可能とする高熱伝導性の無機充填材としては、窒化アルミニウム、窒化ケイ素及びアルミナが主として使用されているが、低価格、高流動性などが必要な分野、特に半導体封止用としてはいずれも要求特性を満足させるレベルには至っていない。窒化アルミニウム、窒化ケイ素は、アルミナよりも高い熱伝導率を有するが、エポキシ樹脂組成物の流動性が極端に低下する、成形時の金型磨耗が著しいなどの問題が懸念され、半導体封止用としては本格的に普及するまでには至っていない。これに対し、アルミナは熱伝導率こそ窒化アルミニウム、窒化ケイ素に比べて劣るものの、球状化して用いることにより流動性と金型磨耗性の観点からは比較的良好である。こうした中、流動性を向上させるためにアルミナの粒度分布や粒子形状に着目した方法が提案されており、０．４〜０．７μｍ、１２〜１８μｍ、３０〜３８μｍに粒度分布の極大ピークをもたせる方法（たとえば、特許文献１参照。）、平均粒径１〜４０μｍ、平均球形度０．８５以上の球状アルミナであり、粒子径２μｍ以下の微粉の構成割合が１０〜３５％で、その微粉の平均球形度が０．９０以上である球状アルミナで構成させる方法（たとえば、特許文献２参照。）などが提案されている。これらを組み合わせることでフィラー高充填化を可能とし、フィラー高充填化することにより低吸水化を達成できる。これにより実装後の半導体装置の耐熱性が向上するため、半導体装置を実装する際に従来よりも融点の高い無鉛半田を使用する、という環境対応を目的とした近年の動きに対応できつつある。

一方、近年の電子機器の小型化、軽量化、高機能化は、使用される半導体素子の高集積化を加速させており、それに呼応してエリア実装型半導体装置の需要量が増加している。エリア実装型半導体装置は、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り、その代表例としては、ボール・グリッド・アレイ（以下、「ＢＧＡ」ともいう。）、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」ともいう。）が挙げられる。エリア実装型半導体装置の構造としては、ビスマレイミド・トリアジン樹脂（以下、「ＢＴ樹脂」ともいう。）／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、その素子搭載面、即ち基板の片面のみが半導体封止用樹脂組成物（以下、「封止材」、「封止樹脂」ともいう。）等で成形・封止されている。また基板の素子搭載面の反対面には、半田ボールのような突起電極を格子状に並列して形成し、半導体装置を表面実装する回路基板との接合を行う特徴を有している。更に、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考案されている。

これらエリア実装型半導体装置の構造は、基板の素子搭載面のみを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ため、有機基板や金属基板と樹脂組成物の硬化物との間での熱膨張・熱収縮の不整合、あるいは樹脂組成物の成形・硬化時の硬化収縮による影響により、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。また、半導体装置の実装において、各工程の変動、つまり半導体素子等を封止成形し、後硬化した後、半導体装置に半田ボールを搭載する工程、及び半田ボールを搭載した後、プリント配線基板に実装する前の半導体装置の乾燥工程における反りの変動は、安定した品質及び製品歩留まりの点で非常に重要である。

片面封止型の半導体装置における反りを低減するには、半導体封止用樹脂組成物のガラス転移温度Ｔｇを高くすること、及び基板の線膨張係数と半導体封止用樹脂組成物の硬化物の線膨張係数とを近づける２つの方法が有効と考えられる。このような考え方に基づき、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂及び／又はトリフェノールメタン型フェノール樹脂を用いることにより、Ｔｇを高くする手法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。また溶融粘度の低い樹脂を用いて無機充填剤の配合量を高めることにより、Ｔｇ以下の温度域における線膨張係数α１を基板に近づける手法が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
しかしながら、これら従来の方法では、半導体素子等を封止成形し、後硬化した後、半導体装置に半田ボールを搭載する工程、及び半田ボールを搭載した後、プリント配線基板に実装する前の半導体装置の乾燥工程における反りの変動という点では、充分に満足できるものではなかった。

特開平７−２７８４１５号公報 特開２００１−２２６１１７号公報 特開平１１−１４７９４０号公報 特開平１１−１５４１号公報

本発明は、熱放散性、流動性及び耐半田性に優れ、なおかつ片面封止型の半導体装置がプリント配線基板に実装されるまでに晒される各工程における反りの変動を顕著に抑制できる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。

このような目的は、下記［１］〜［９］に記載の本発明により達成される。
［１］ 半導体素子の封止に用いられ、エポキシ樹脂（Ａ）、フェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）、無機充填材（Ｃ）及び離型剤（Ｄ）を含むエポキシ樹脂組成物であって、前記フェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）が下記一般式（１）で示されるフェノール樹脂を含み、前記無機充填材（Ｃ）が球状アルミナを含み、前記離型剤（Ｄ）がグリセリントリ脂肪酸エステルを含むことを特徴とするエポキシ樹脂組成物。

（ただし、上記一般式（１）において、ｎは０〜１０の整数である。）

［２］ 前記無機充填材（Ｃ）が、前記エポキシ樹脂組成物全体に対し８９重量％以上、９３重量％以下の割合で含まれることを特徴とする第［１］項に記載のエポキシ樹脂組成物。
［３］ 前記無機充填材（Ｃ）が、粒度分布の極大点を２μｍ以上、５５μｍ以下に少なくとも２つ以上有し、かつ粒度分布の極大点を２μｍ未満に有しない球状アルミナ、及び、粒度分布の極大点を少なくとも２μｍ以下に有する球状シリカを含むことを特徴とする第［１］項又は第［２］項に記載のエポキシ樹脂組成物。
［４］ 前記球状アルミナが、粒度分布の極大点が２５μｍ以上、５５μｍ以下である単分散の球状アルミナを前記球状アルミナ全体に対し５０重量％以上、７０重量％以下の割合で含むことを特徴とする第［１］項ないし第［３］項のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
［５］ 前記球状アルミナが、エポキシ樹脂組成物全体に対し６５重量％以上、８５重量％以下の割合で含まれることを特徴とする第［１］項ないし第［４］項のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
［６］ 前記グリセリントリ脂肪酸エステルがグリセリンと炭素原子数２４〜３６の飽和脂肪酸とのグリセリントリ脂肪酸エステルであることを特徴とする第［１］項ないし第［５］項のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
［７］ 前記エポキシ樹脂（Ａ）が結晶性エポキシ樹脂を含むことを特徴とする第［１］項ないし第［６］項のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
［８］ 前記エポキシ樹脂（Ａ）がビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも１種以上を含むことを特徴とする第［１］項ないし第［７］項のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
［９］ 第［１］項ないし第［８］項のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してなることを特徴とする半導体装置。

本発明に従うと、成形時における流動性と、これを用いた半導体装置における熱放散性、耐半田性とのバランスに優れ、なおかつ片面封止型の半導体装置がプリント配線基板に実装されるまでに晒される各工程における反りの変動を顕著に抑制できるエポキシ樹脂組成物を得ることができる。

本発明は、半導体素子の封止に用いられ、エポキシ樹脂（Ａ）、フェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）、無機充填材（Ｃ）及び離型剤（Ｄ）を含むエポキシ樹脂組成物であって、前記フェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）が一般式（１）で示されるフェノール樹脂を含み、前記無機充填材（Ｃ）が球状アルミナを含み、前記離型剤（Ｄ）がグリセリントリ脂肪酸エステルを含むことを特徴とするエポキシ樹脂組成物とすることにより、成形時における流動性と、これを用いた半導体装置における熱放散性、耐半田性とのバランスに優れ、なおかつ片面封止型の半導体装置がプリント配線基板に実装されるまでに晒される各工程における反りの変動を顕著に抑制できるエポキシ樹脂組成物を得ることができるものである。
以下、本発明について詳細に説明する。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ）を含む。本発明で用いられるエポキシ樹脂（Ａ）は、１分子内にエポキシ基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造は特に限定するものではないが、例えばビフェニル型エポキシ樹脂、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、スチルベン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂；ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂等のフェノールアラルキル型エポキシ樹脂；フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ナフト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；ジシクロベンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、テルペン変性フェノール型エポキシ樹脂等の変性フェノール型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。なお無機充填材を高充填化し、片面封止型の半導体装置における反り変動を低減化するという観点では、常温で固形、かつ成形時の溶融粘度が非常に低い結晶性エポキシ樹脂を用いることが好ましく、それらの中でも、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂がより好ましい。

本発明で用いられるエポキシ樹脂（Ａ）全体の配合割合は、特に限定されないが、エポキシ樹脂組成物全体に対し、２重量％以上、１１重量％以下であることが好ましく、３重量％以上、８重量％以下であることがより好ましい。エポキシ樹脂（Ａ）全体の配合割合が上記範囲内であると、熱放散性や耐半田性の低下又は流動性の低下等を引き起こす恐れが少ない。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、フェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）として下記一般式（１）で示されるフェノール樹脂を含む。本発明で用いられる下記一般式（１）で示されるフェノール樹脂は、いわゆるトリフェノールメタン型樹脂と呼ばれる多官能のフェノール樹脂であり、これを使用すると、片面封止型の半導体装置における反りの変動を抑制することができる。

（ただし、上記一般式（１）において、ｎは０〜１０の整数である。）

本発明のエポキシ樹脂組成物は、フェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）として一般式（１）で示されるフェノール樹脂を用いることの効果を損なわない範囲で、一般式（１）で示されるフェノール樹脂以外のフェノール樹脂系硬化剤を併用してもよい。併用することができるフェノール樹脂系硬化剤としては、その分子量、分子構造を特に限定するものではないが、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、ナフトールノボラック等のノボラック型樹脂；フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂等のフェノールアラルキル樹脂；ジシクロベンタジエン変性フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂等の変性フェノール型樹脂等が挙げられる。なお、無機充填材を高充填化するという観点では、エポキシ樹脂と同様に低粘度のものが好ましい。

本発明で用いられる一般式（１）で示されるフェノール樹脂の配合割合は、特に限定されないが、フェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）全体に対し、５０重量％以上であることが好ましく、７０重量％以上であることがより好ましい。一般式（１）で示されるフェノール樹脂の配合割合が上記範囲内であると、片面封止型の半導体装置がプリント配線基板に実装されるまでに晒される各工程における反りの変動を抑制する効果を得ることができる。

また、本発明で用いられるフェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）全体の配合割合は、特に限定されないが、エポキシ樹脂組成物全体に対し、１重量％以上、１０重量％以下であることが好ましく、１．５重量％以上、６重量％以下であることがより好ましい。フェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）全体の配合割合が上記範囲内であると、熱放散性や耐半田性の低下又は流動性の低下等を引き起こす恐れが少ない。

本発明で用いられる全エポキシ樹脂（Ａ）のエポキシ基数（ＥＰ）と、全フェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）のフェノール性水酸基数（ＰＨ）の当量比（ＥＰ／ＰＨ）としては０．５以上、２以下が好ましく、特に０．７以上、１．５以下がより好ましい。上記範囲内であると、良好な硬化性、耐半田性などを得ることができる。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、無機充填材（Ｃ）を含む。一般に半導体封止用のエポキシ樹脂組成物に用いられる無機充填材としては、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミ等が挙げられるが、本発明においては、エポキシ樹脂組成物の高熱放散性を付与する目的で、無機充填材（Ｃ）として高熱伝導性を有する球状アルミナを用いることが好ましい。また、エポキシ樹脂組成物の流動性を向上させたり、無機充填材を高充填化するため、球状アルミナとして、粒度分布の極大点を２μｍ以上、５５μｍ以下に少なくとも２つ有し、かつ粒度分布の極大点を２μｍ未満に有しないものを用いることが好ましい。また、更に粒度分布の極大点を少なくとも２μｍ以下に有する球状シリカとを併用することがより好ましい。粒度分布の極大点を少なくとも２μｍ以下に有する球状シリカを併用する代わりに、粒度分布の極大点を２μｍ未満にも有する球状アルミナを用いた場合は、流動性が低下して充填不良や金線流れ等の不具合を発生する可能性があり、なおかつ無機充填材を高充填し難くなってしまう恐れがある。

粒度分布の極大点を２μｍ以上、５５μｍ以下に少なくとも２つ有し、かつ粒度分布の極大点を２μｍ未満に有しない球状アルミナを得る方法は特に限定するものではなく、例えば、市販されている球状アルミナをそのまま用いるか、市販されている複数の球状アルミナを混合して用いたり、それらを篩等により粒度調整したりすることなどによって得ることができるが、粒度分布の極大点が２μｍ以上、５５μｍ以下である単分散の球状アルミナを２種類以上混合することによって得るのが好ましく、粒度分布の極大点が大きい側の単分散の球状アルミナに当たる、粒度分布の極大点が２５μｍ以上、５５μｍ以下である単分散の球状アルミナを球状アルミナ全体に対し５０重量％以上、７０重量％以下の割合で用いることがより好ましく、５５重量％以上、６５重量％以下の割合で用いることが特に好ましい。尚、本発明でいう単分散の球状アルミナとは、極大点から大径側、小径側にともに単調減少する粒度分布を有する球状アルミナを意味するものであり、正規分布等の特定の分布に限定されるものではない。粒度分布の極大点が大きい側の単分散の球状アルミナの極大点が上記範囲内であると、狭い充填領域が存在する半導体装置や金線間隔の狭い半導体装置においても、未充填を引き起こしたり、流動を阻害し金線流れを引き起こしたりする恐れが少ない。また、粒度分布の極大点が２５μｍ以上、５５μｍ以下である単分散の球状アルミナの含有割合が球状アルミナ全体に対しての上記上限値以下であると、狭い充填領域が存在する半導体装置や金線間隔の狭い半導体装置においても、未充填を引き起こしたり、流動を阻害し金線流れを引き起こしたりする恐れが少ない。また、粒度分布の極大点が２５μｍ以上、５５μｍ以下である単分散の球状アルミナの含有割合が球状アルミナ全体に対しての上記下限値以上であると、充分な流動性が得られ、充填不良や金線流れ等の不具合を発生する可能性が少ない。また粒度分布の極大点が２５μｍ以上、５５μｍ以下である単分散の球状アルミナの含有割合が球状アルミナ全体に対しての上記下限値以上であると、無機充填材を高充填し易くすることができる。

また、無機充填材（Ｃ）、特に球状アルミナは、表面処理剤により表面処理されていることが好ましい。無機充填材（Ｃ）の表面処理に用いることができる表面処理剤としては、その分子量、分子構造を特に限定するものではないが、例えばエポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン等のシランカップリング剤；チタネートカップリング剤；アルミニウムカップリング剤；アルミニウム／ジルコニウムカップリング剤等のカップリング剤を使用することができる。また表面処理方法としても特に限定されるものではないが、例えば表面処理剤をスプレーなどの散布方式で直接無機充填材（Ｃ）に散布し、ボールミル、ミキサーなどで攪拌する乾式法；水又は有機溶剤を使って表面処理剤を希釈して用いる湿式法等で行うことができる。なお、無機充填材（Ｃ）単独を予め表面処理してもよいが、樹脂などと混合して樹脂組成物の分散度や流動性を調整する工程中で行うこともできる。具体的には、無機充填材（Ｃ）をミキサーに投入し、表面処理剤と混合して表面処理した直後にエポキシ樹脂、硬化剤、添加剤などを投入して常温混合する方法等が挙げられる。

本発明で用いられる無機充填材（Ｃ）全体の配合割合は、特に限定されないが、エポキシ樹脂組成物全体に対し、８９重量％以上、９３重量％以下であることが好ましく、９０重量％以上、９２重量％以下であることがより好ましい。無機充填材（Ｃ）全体の配合割合が上記範囲内であると、耐半田性の低下又は流動性の低下等を引き起こす恐れが少ない。また、無機充填材（Ｃ）全体の配合割合が上記範囲内であると、片面封止型の半導体装置における反りを抑える効果を得ることができる。

また、本発明で用いられる球状アルミナの配合割合は、特に限定されないが、エポキシ樹脂組成物全体に対し、６５重量％以上、８５重量％以下であることが好ましく、７０量％以上、８０重量％以下であることがより好ましい。球状アルミナの配合割合が上記範囲内であると、良好な熱放散性を得ることができる。

本発明での球状アルミナ等の無機充填材（Ｃ）の粒度分布は、ＪＩＳ Ｍ８１００粉塊混合物−サンプリング方法通則に準じて無機充填材を採取し、ＪＩＳ Ｒ １６２２−１９９５ ファインセラミック原料粒子径分布測定のための試料調整通則に準じて、無機充填材を測定用試料として調整し、ＪＩＳ Ｒ １６２９−１９９７ファインセラミック原料のレーザー回折・散乱法による粒子径分布測定方法に準じて（株）島津製作所製のレーザー回折式粒度分布測定装置ＳＡＬＤ−７０００（レーザー波長：４０５ｎｍ）等を用いて測定することができる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、離型剤（Ｄ）としてグリセリントリ脂肪酸エステルを含むことが好ましい。本発明で用いられるグリセリントリ脂肪酸エステルは、グリセリンと飽和脂肪酸より得られるトリエステルであり、離型剤として作用する。また、理由は定かではないが、別途実施例で示すとおり、グリセリントリ脂肪酸エステルは、前述の一般式（１）で示されるフェノール樹脂と併用することにより、片面封止型の半導体装置がプリント配線基板に実装されるまでに晒される各工程における反りの変動を顕著に抑制するという相乗効果を得ることができる。本発明で用いられるグリセリントリ脂肪酸エステルとしては、特に限定するものではないが、例えば、グリセリントリカプロン酸エステル、グリセリントリカプリル酸エステル、グリセリントリカプリン酸エステル、グリセリントリラウリン酸エステル、グリセリントリミリスチン酸エステル、グリセリントリパルミチン酸エステル、グリセリントリステアリン酸エステル、グリセリントリアラキン酸エステル、グリセリントリベヘン酸エステル、グリセリントリリグノセリン酸エステル、グリセリントリセロチン酸エステル、グリセリントリモンタン酸エステル、グリセリントリメリシン酸エステル等が挙げられる。中でも炭素原子数２４〜３６の飽和脂肪酸とのグリセリントリ脂肪酸エステルがより好ましい。これらのグリセリントリ脂肪酸エステルは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。尚、本発明中の飽和脂肪酸の炭素原子数とは飽和脂肪酸中のアルキル基とカルボキシル基の炭素原子数を合計したものを指す。

本発明で用いられるグリセリントリ脂肪酸エステルの滴点は、７０℃以上、１２０℃以下が好ましく、より好ましくは８０℃以上、１１０℃以下である。滴点は、ＡＳＴＭ Ｄ１２７に準拠した方法により測定することができる。具体的には、金属ニップルを用いて、溶融したワックスが金属ニップルから最初に滴下するときの温度として測定される。以下の例においても、同様の方法により測定することができる。グリセリントリ脂肪酸エステルの滴点が上記範囲内であると、グリセリントリ脂肪酸エステルは熱安定性に優れ、連続成形時にグリセリントリ脂肪酸エステルが焼き付きにくい。そのため、金型からの樹脂硬化物の離型性に優れるとともに、連続成形性にも優れる。さらに、上記範囲内であると、樹脂組成物を硬化させる際、グリセリントリ脂肪酸エステルが十分に溶融する。これにより、樹脂硬化物中にグリセリントリ脂肪酸エステルが略均一に分散する。そのため、グリセリントリ脂肪酸エステルの樹脂硬化物表面への偏析が抑制され、金型汚れや樹脂硬化物外観の悪化を低減することができる。

本発明で用いられるグリセリントリ脂肪酸エステルの酸価は、１０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上、５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下が好ましく、より好ましくは１５ｍｇＫＯＨ／ｇ以上、４０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下である。酸価は樹脂硬化物との相溶性に影響を及ぼす。酸価は、ＪＩＳ Ｋ ３５０４に準拠した方法により測定することができる。具体的には、ワックス類１ｇ中に含有する遊離脂肪酸を中和するのに要する水酸化カリウムのミリグラム数として測定される。以下の例においても、同様の方法により測定することができる。酸価が上記範囲内にあると、グリセリントリ脂肪酸エステルは、樹脂硬化物中において、エポキシ樹脂マトリックスと好ましい相溶状態となる。これにより、グリセリントリ脂肪酸エステルと、エポキシ樹脂マトリックスとが、相分離を起こすことがない。そのため、樹脂硬化物表面におけるグリセリントリ脂肪酸エステルの偏析が抑制され、金型の汚れや樹脂硬化物の外観の悪化を低減することができる。さらに、グリセリントリ脂肪酸エステルが樹脂硬化物表面に存在するため、金型からの樹脂硬化物の離型性に優れる。一方、エポキシ樹脂マトリックスとの相溶性が高すぎると、グリセリントリ脂肪酸エステルが樹脂硬化物表面に染み出すことができず、十分な離型性を確保することができない場合がある。

本発明で用いられるグリセリントリ脂肪酸エステルの平均粒径は、２０μｍ以上、７０μｍ以下が好ましく、より好ましくは３０μｍ以上、６０μｍ以下である。平均粒径は、例えば（株）島津製作所製のＳＡＬＤ−７０００などのレーザー回折式粒度分布測定装置を用いて、溶媒を水として、体積基準の５０％粒子径を平均粒径として測定することができる。以下の例においても、同様の方法により測定することができる。平均粒径が上記下限値以上であると、グリセリントリ脂肪酸エステルとエポキシ樹脂マトリックスとが過度な相溶状態となることがなく、樹脂硬化物表面への染み出しが不充分となって離型性が低下するようなことが起こり難い。また、平均粒径が上記上限値以下であると、グリセリントリ脂肪酸エステルの分散が良好となり、金型汚れや樹脂硬化物外観の悪化を引き起こし難い。また、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化の際、グリセリントリ脂肪酸エステルが充分に溶融するため、流動性を阻害する恐れが少ない。

また、本発明で用いられるグリセリントリ脂肪酸エステル中における粒径１０６μｍ以上の粒子の含有比率は０．１重量％以下であることが好ましい。粒径１０６μｍ以上の粒子の含有割合は、ＪＩＳ Ｚ ８８０１の目開き１０６μｍの標準篩を用いて測定することができる。以下の例においても、同様の方法により測定することができる。粒径１０６μｍ以上の粒子の含有比率が上記上限値以下であると、グリセリントリ脂肪酸エステルの分散が良好となり、金型汚れや樹脂硬化物外観の悪化を引き起こし難い。また、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化の際、グリセリントリ脂肪酸エステルが充分に溶融するため、流動性を阻害する恐れが少ない。

本発明で用いられるグリセリントリ脂肪酸エステルの配合割合は、樹脂組成物中に、０．０１重量％以上、１重量％以下が好ましく、より好ましくは０．０３重量％以上０．５重量％以下である。上記範囲内であると、金型からの樹脂硬化物の離型性に優れる。また、上記範囲内であると、樹脂硬化物と半導体装置を構成する部材との密着性が損なわれることがなく、半田処理時における樹脂硬化物と半導体装置を構成する部材との剥離を抑制することができる。また、上記範囲内であると、金型汚れや樹脂硬化物外観の悪化を抑制することもできる。

本発明で用いられるグリセリントリ脂肪酸エステルの製法については、特に限定するものではないが、例えば、原料化合物としてグリセリン、脂肪酸を用い、公知の方法に従ってエステル反応させる方法などにより得ることができる。また、本発明で用いられるグリセリントリ脂肪酸エステルは、クラリアントジャパン（株）製、リコルブＷＥ４等、市販のものを入手し、必要により回転円板型ミル（ピンミル）、スクリーンミル（ハンマーミル）、遠心分離型ミル（ターボミル）、ジェットミル等の粉砕機を用い、粉砕し粒度調整して使用することができる。

本発明では、グリセリントリ脂肪酸エステルを用いることによる効果を損なわない範囲で、他の離型剤を併用することもできる。併用することのできる離型剤としては、例えばカルナバワックス等の天然ワックス、ポリエチレンワックス等の合成ワックス、ステアリン酸やステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸及びその金属塩類、パラフィン等が挙げられる。

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、硬化促進剤を用いることができる。本発明に用いることができる硬化促進剤としては、エポキシ樹脂のエポキシ基とフェノール樹脂系硬化剤のフェノール性水酸基との硬化反応を促進させるものであればよく、一般に封止材料に使用するものを用いることができる。例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のジアザビシクロアルケン及びその誘導体；トリブチルアミン、ベンジルジメチルアミン等のアミン系化合物；２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物；トリフェニルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類；テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラ安息香酸ボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイックアシッドボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイルオキシボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフチルオキシボレート等のテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分、硬化促進剤の他、必要に応じて、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤；臭素化エポキシ樹脂、三酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硼酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、フォスファゼン等の難燃剤；酸化ビスマス水和物等の無機イオン交換体；シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力化成分；酸化防止剤等の各種添加剤が適宜配合可能である。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分、硬化促進剤及びその他の添加剤等を、ミキサー等を用いて常温混合したもの、更にその後、ロール、ニーダー、押出機等の混練機で加熱混練し、冷却後粉砕したものなど、必要に応じて適宜分散度や流動性等を調整したものを用いることができる。

本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて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従来からの成形方法で硬化成形すればよい。その他の製造方法は、公知の方法を用いることができる。

本発明で封止を行う半導体素子としては、特に限定されるものではなく、例えば、集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード、固体撮像素子等が挙げられる。
本発明の半導体装置の形態としては、片面封止型であれば特に限定されないが、例えば、クワッド・フラット・パッケージ（ＱＦＮ）、テープ・キャリア・パッケージ（ＴＣＰ）、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）、チップ・サイズ・パッケージ（ＣＳＰ）等が挙げられる。
上記トランスファーモールドなどの成形方法で封止された半導体装置は、そのまま、或いは８０℃から２００℃程度の温度で、１０分から１０時間程度の時間をかけて完全硬化させた後、電子機器等に搭載される。

図１は、本発明に係るエポキシ樹脂組成物を用いた片面封止型の半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。基板６上にダイボンド材硬化体２を介して半導体素子１が固定されている。半導体素子１の電極パッドと基板６上の電極パッドとの間は金線３によって接続されている。半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化体４によって、基板６の半導体素子１が搭載された片面側のみが封止されている。基板６上の電極パッドは基板６上の非封止面側の半田ボール７と内部で接合されている。

以下に、半導体封止用エポキシ樹脂組成物についての実施例を挙げて本発明を説明するが、これらの実施例に限定されるものではない。配合割合は重量部とする。
先ず、実施例及び比較例で用いた球状アルミナ及び球状シリカについて、下記にまとめて示した。
球状アルミナＡ：電気化学工業（株）製、ＤＡＷ−４５（粒度分布の極大点粒径４５μｍの単分散の球状アルミナ）
球状アルミナＢ：（株）マイクロン製、ＡＷ４０−７４（粒度分布の極大点粒径３８μｍの単分散の球状アルミナ）
球状アルミナＣ：（株）アドマテックス製、ＡＯ−５２０（粒度分布の極大点粒径２０μｍの単分散の球状アルミナ）
球状アルミナＤ：電気化学工業（株）製、ＤＡＷ−０５（粒度分布の極大点粒径５μｍの単分散の球状アルミナ）
球状アルミナＥ：（株）アドマテックス製、ＡＯ−５０９（粒度分布の極大点粒径１０μｍの単分散の球状アルミナ）
溶融球状シリカＡ：（株）アドマテックス社製、ＳＯ−２５Ｒ（粒度分布の極大点粒径０．５μｍの単分散の溶融球状シリカ）
溶融球状シリカＢ：電気化学工業（株）社製、ＦＢ−１０５（粒径０．１μｍ、粒径１０μｍ及び粒径５０μｍに粒度分布の極大点を有する溶融球状シリカ）

実施例１
球状アルミナＡ４２．９２重量部、球状アルミナＤ３１．０８重量部、溶融球状シリカＢ７．００重量部を２分間ミキサーで常温混合した後、表面処理剤：γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン０．２０重量部をミキサーに投入して更に２分間ミキサーで常温混合した。その直後にエポキシ樹脂１：ビフェニル型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＸ４０００Ｋ、融点１０５℃、エポキシ当量１８５）５．２２重量部、フェノール樹脂系硬化剤１：式（１）で示されるフェノール樹脂（明和化成（株）製、ＭＥＨ−７５００、軟化点１１０℃、水酸基当量９７）２．７３重量部、トリフェニルホスフィン０．１５重量部、イオン交換体：ＢｉＯ（ＯＨ）_0.74（ＮＯ₃）_0.15（ＨＳｉＯ₃）_0.11（東亜合成（株）社製、ＩＸＥ−５３０Ｓ、平均粒径１．５μｍ）０．２０重量部、グリセリントリ脂肪酸エステル１：グリセリントリモンタン酸エステル（クラリアントジャパン（株）製ＬＩＣＯＬＵＢ ＷＥ４、滴点８５℃、酸価２５ｍｇＫＯＨ／ｇ、平均粒径４５μｍ、粒径１０６μｍ以上の粒子０．０重量％）０．２０重量部、カーボンブラック０．３０重量部、溶融球状シリカＡ１０．００重量部をミキサーに投入して、更に２分間ミキサーで常温混合した。その後、表面温度が９０℃と４５℃の２本ロールを用いて約５分間加熱混練して、冷却後粉砕してエポキシ樹脂組成物とした。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１に示す。

評価方法
熱伝導率：低圧トランスファー成形機（住友重機械工業（株）製、ＳＴＭ−１５０Ａ）を用い、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件でエポキシ樹脂組成物を注入成形し、試験片（φ５０ｍｍ、厚さ２５ｍｍ）を作製し、１７５℃、２時間で後硬化した。得られた試験片を京都電子工業（株）製の迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００を用いて測定した。単位はＷ／ｍ．Ｋ。

スパイラルフロー：低圧トランスファー成形機（コータキ精機株式会社製、ＫＴＳ−１５）を用いて、ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型に、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、保圧時間１２０秒の条件でエポキシ樹脂組成物を注入、硬化させ、流動長を測定した。単位はｃｍ。

金線流れ率：低圧トランスファー成形機（ＴＯＷＡ製、Ｙシリーズ）を用い、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件でエポキシ樹脂組成物により半導体素子等を封止成形して、３５２ピンＢＧＡ（回路基板は厚さ０．５６ｍｍのビスマレイミド・トリアジン樹脂／ガラスクロス回路基板、半導体装置のサイズは３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ、半導体素子のサイズ１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍ、半導体素子と回路基板のボンディングパッドを２５μｍ径の金線でボンディングしている。）を作製し、１７５℃、２時間で後硬化した。得られた半導体装置を軟Ｘ線透視装置（ソフテックス（株）製、ＰＲＯ−ＴＥＳＴ１００）で観察し、金線の流れ率を（流れ量）／（金線長）の比率で表した。単位は％。

耐半田性：金線流れ率の評価と同様の方法で得られた半導体装置各１０個を、６０℃、相対湿度６０％の環境下で１２０時間、及び８５℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間加湿処理した後、ピーク温度２６０℃のＩＲリフロー処理（２５５℃以上が１０秒）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（日立建機ファインテック社製 ｍｉ−ｓｃｏｐｅ １０）で観察し、不良半導体装置の個数を数えた。不良半導体装置の個数がｎ個であるとき、ｎ／１０と表示した。

反り量、反り変動量：金線流れ率の評価と同様の方法で得られた半導体装置各１０個を室温に冷却後、パッケージのゲートから対角線方向に、表面粗さ形状測定機（（株）東京精密製、サーフコム４８０Ａ）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（Ｘ）とした。更に、ここで用いた半導体装置にピーク温度２６０℃のＩＲリフロー処理（２５５℃以上が１０秒）を１回行い、同様の方法で反り量（Ｙ）を測定した。更に、ＩＲリフロー処理を行った前記半導体装置を１２５℃、８時間乾燥し、同様の方法で反り量（Ｚ）を測定した。測定値を基に算出したＹ−Ｘ、Ｚ−Ｘを反り変動量とした。単位はμｍ。

実施例２〜１４、比較例１〜９
表１、表２、表３の配合に従い、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得、同様に評価した。これらの評価結果を表１、表２、表３に示す。
実施例１以外で用いた各原料を以下に示す。
エポキシ樹脂２：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＬ−６８１０、融点４５℃、エポキシ当量１７２）
エポキシ樹脂３：ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂（日本化薬（株）製、ＮＣ−３０００Ｐ、軟化点５９℃、エポキシ当量２７６）
フェノール樹脂系硬化剤２：フェノールノボラック樹脂（住友ベークライト（株）社製、ＰＲ−ＨＦ−３、軟化点８０℃、水酸基当量１０５）
フェノール樹脂系硬化剤３：ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂（明和化成（株）製、ＭＥＨ−７８５１ＳＳ、軟化点６４℃、水酸基当量２０３）
フェノール樹脂系硬化剤４：フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂（三井化学（株）製、ＸＬＣ−４Ｌ、軟化点６２℃、水酸基当量１６８）
グリセリントリ脂肪酸エステル２：グリセリントリセロチン酸エステル（グリセリンとセロチン酸を混合し、減圧下、１８０℃の条件で脱水縮合させ、得られた生成物を粉砕することによって得た。滴点８０℃、酸価２０ｍｇＫＯＨ／ｇ、平均粒径４５μｍ、粒径１０６μｍ以上の粒子０．０重量％。）
カルナバワックス

実施例１〜１４は、フェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）として一般式（１）で示されるフェノール樹脂を含み、無機充填材（Ｃ）が球状アルミナを含み、かつ離型剤（Ｄ）がグリセリントリ脂肪酸エステルを含むものであり、いずれも、熱伝導性、流動性（スパイラルフロー）、金線流れ率及び耐半田性のバランスに優れ、なおかつ片面封止型の半導体装置における後硬化後、ＩＲリフロー後、乾燥後の各工程後における反りの変動が小さい結果となった。
一方、フェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）として一般式（１）で示されるフェノール樹脂を用いず、かつ離型剤（Ｄ）としてグリセリントリ脂肪酸エステルを用いていない比較例１においては、片面封止型の半導体装置における後硬化後、ＩＲリフロー後、乾燥後の各工程後における反りの変動が大きい結果となった。また、離型剤（Ｄ）としてグリセリントリ脂肪酸エステルは用いてはいるものの、フェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）として一般式（１）で示されるフェノール樹脂を用いていない比較例２〜比較例７においても、片面封止型の半導体装置における後硬化後、ＩＲリフロー後、乾燥後の各工程後における反りの変動が大きい結果となった。この点は、無機充填材を９３重量％と高充填化した比較例７においてさえ、反りの大きさ自体を小さくすることはできても、反りの変動は抑えることができない結果となった。逆に、フェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）として一般式（１）で示されるフェノール樹脂は用いてはいるものの、離型剤（Ｄ）としてグリセリントリ脂肪酸エステルを用いていない比較例８及び比較例９においても、片面封止型の半導体装置における後硬化後、ＩＲリフロー後、乾燥後の各工程後における反りの変動が大きい結果となった。これらの結果から、一般式（１）で示されるフェノール樹脂とグリセリントリ脂肪酸エステルとを併用することにより、片面封止型の半導体装置がプリント配線基板に実装されるまでに晒される各工程における反りの変動を顕著に抑制するという相乗効果が得られることが判った。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、成形時における流動性と、これを用いた半導体装置における熱放散性、耐半田性とのバランスに優れ、なおかつ半導体装置がプリント配線基板に実装されるまでに晒される各工程における反りの変動を顕著に抑制できるので、片面封止型の半導体装置用として好適に用いることができる。

本発明に係る半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いた片面封止型の半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。

符号の説明

１ 半導体素子
２ ダイボンド材硬化体
３ 金線
４ 半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化体
５ レジスト
６ 基板
７ 半田ボール

Claims (7)

1. 半導体素子の封止に用いられ、エポキシ樹脂（Ａ）、フェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）、無機充填材（Ｃ）及び離型剤（Ｄ）を含むエポキシ樹脂組成物であって、
   前記フェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）が下記一般式（１）で示されるフェノール樹脂を含み
   、前記無機充填材（Ｃ）が、前記エポキシ樹脂組成物全体に対し８９重量％以上、９３重量％以下の割合で含まれ、かつ球状アルミナを前記エポキシ樹脂組成物全体に対し６５重量％以上、７７重量％以下の割合で含み、
   前記離型剤（Ｄ）がグリセリントリ脂肪酸エステルを含む
   ことを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
   
   
   （ただし、上記一般式（１）において、ｎは０〜１０の整数である。）
2. 前記無機充填材（Ｃ）が、粒度分布の極大点を２μｍ以上、５５μｍ以下に少なくとも２つ以上有し、かつ粒度分布の極大点を２μｍ未満に有しない球状アルミナ、及び、粒度分布の極大点を少なくとも２μｍ以下に有する球状シリカを含むことを特徴とする請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
3. 前記球状アルミナが、粒度分布の極大点が２５μｍ以上、５５μｍ以下である単分散の球状アルミナを前記球状アルミナ全体に対し５０重量％以上、７０重量％以下の割合で含むことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
4. 前記グリセリントリ脂肪酸エステルがグリセリンと炭素原子数２４〜３６の飽和脂肪酸とのグリセリントリ脂肪酸エステルであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
5. 前記エポキシ樹脂（Ａ）が結晶性エポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
6. 前記エポキシ樹脂（Ａ）がビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも１種以上を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してなることを特徴とする半導体装置。