JP5125673B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物および半導体装置 - 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および半導体装置に関する。
従来から半導体装置に搭載する半導体素子は、耐熱性・耐湿信頼性に優れたエポキシ樹脂に、フェノール樹脂等の硬化剤、溶融シリカ、結晶シリカ等の無機充填材を配合したエポキシ樹脂組成物を用いて封止されている。
近年、集積回路の高集積化に伴い半導体素子が大型化し、かつ半導体装置はＴＳＯＰ、ＴＱＦＰ、ＢＧＡ等の表面実装型に変わってきている。そのため、半田をリフローする際の熱応力は従来よりも厳しくなっている。表面実装型半導体装置では、実装時の熱応力により半導体装置のクラック、半導体素子やその他の構成部材とエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面での剥離と言った問題が生じ易く、耐熱性に優れたエポキシ樹脂組成物が強く求められてきた。
更に、近年の環境問題より半導体装置の実装に用いる半田に含まれる鉛を低減する方向になってきており、それに伴い、半田リフロー処理の温度が高くなり、より高い耐半田リフロー性が必要になっている。そのため、これら表面実装型半導体装置に使用されるエポキシ樹脂組成物に用いられている従来の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樹脂系よりも低応力性、低吸湿性に優れた樹脂系が使用されるようになった。
しかし、これらのエポキシ樹脂を使用すると、その化学構造からエポキシ樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度が従来のエポキシ樹脂を使用した場合よりも低くなるため、多湿下ではエポキシ樹脂組成物に含まれるＣｌイオン等のイオン性不純物が動きやすくなる影響により半導体回路の腐食が進み易く、半導体装置がその機能を維持できる耐湿信頼性に難点があった。耐湿信頼性の不良原因となるエポキシ樹脂組成物に含まれるイオン性不純物を捕捉するために、Ｂｉ系無機化合物を含んだイオン捕捉剤を配合する提案（例えば、特許文献１参照。）、酸化Ｍｇ、Ａｌ系イオン捕捉剤を配合する提案（例えば、特許文献２参照。）、ジルコニウム系イオン捕捉剤を配合する提案（例えば、特許文献３参照。）がなされているが、耐湿信頼性の向上が認められるものの必ずしも充分でなかった。
特開平１１−２４０９３７号公報（第２〜１１頁） 特開昭６０−４２４１８号公報（第２〜４頁） 特開２００２−３７１１９４号公報（第２〜６頁）
本発明の目的は、耐湿信頼性に優れた半導体装置を与える半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびこれを用いた半導体装置を提供することにある。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、層状複水酸化物の炭酸塩を含む無機化合物と、前記無機化合物と異なる無機充填材と、を含むことを特徴とする。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、前記無機化合物が、下記一般式（１）で示される無機化合物とすることができる。
ＭｇａＭｂ（ＯＨ）２ａ＋３ｂ−２ｃ（ＣＯ３）ｃ・ｍＨ２Ｏ （１）
（式中Ｍが遷移金属で４≦ａ≦８、１≦ｂ≦３、０．５≦ｃ≦２、ｍは０以上の整数である。）
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、前記無機化合物の平均粒径が、０．１μｍ以上、５０μｍ以下であるものとすることができる。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、前記無機化合物が、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対し、０．０１質量％以上、５質量％以下含有されているものとすることができる。
本発明の半導体装置は、上述の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物で、半導体素子が封止されてなることを特徴とする。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止すると、耐湿信頼性が優れている半導体装置を得ることができる。
以下、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物および半導体装置について説明する。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、層状複水酸化物の炭酸塩を含む無機化合物と、前記無機化合物と異なる無機充填材と、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である。
また、本発明の半導体装置は、上記に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物で、半導体素子が封止されてなることを特徴とする。
まず、半導体封止用エポキシ樹脂組成物（以下、エポキシ樹脂組成物とする）について説明する。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂を含む。
前記エポキシ樹脂としては、１分子中にエポキシ基を２個以上有するモノマー、オリゴマーおよびポリマー全般を指し、特に限定するものではない。具体的には、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、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。これらの中でも特に耐半田リフロー性が求められる場合には、常温では結晶性の固体であるが、融点以上では極めて低粘度の液状となり、無機充填材を高充填化できるビフェニル型エポキシ樹脂、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等の結晶性エポキシ樹脂が好ましい。
また、無機充填材の高充填化という観点からは、その他のエポキシ樹脂の場合も極力粘度の低いものを使用することが望ましい。
また、可撓性、低吸湿化が求められる場合には、エポキシ基が結合した芳香環の間にエポキシ基を有さず、疎水性を示すジシクロペンタジエン骨格を有するジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂が望ましい。
さらに高い耐半田リフロー性が求められる場合には、エポキシ基が結合した芳香環の間に疎水性と高い耐熱性を併せ持つフェニレン骨格やビフェニレン骨格等を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂等のアラルキル型エポキシ樹脂が好ましい。
半導体封止用に用いるために、高い耐湿信頼性を考慮すると、イオン性不純物であるＮａイオンやＣｌイオンが極力少ない方が好ましい。具体的には、イオン性不純物の含有量が前記エポキシ樹脂全体の２質量％以下であることが好ましく、特に１質量％以下であることが好ましい。これにより、より優れた耐湿信頼性を得ることができる。
前記エポキシ樹脂の含有量は、特に限定されないが、前記エポキシ樹脂組成物全体の１質量％以上、３０質量％以下が好ましく、特に３質量％以上、２０質量％以下が好ましい。含有量が前記範囲内であると、特に流動性、硬化性に優れる。
前記エポキシ樹脂組成物は、硬化剤を含む。
前記硬化剤としては、例えば重付加型の硬化剤、触媒型の硬化剤、縮合型の硬化剤の３タイプに大別される。
重付加型の硬化剤としては例えば、ジエチレントリアミン（ＤＥＴＡ）、トリエチレンテトラミン（ＴＥＴＡ）、メタキシレリレンジアミン（ＭＸＤＡ）等の脂肪族ポリアミン、ジアミノジフェニルメタン（ＤＤＭ）、ｍ−フェニレンジアミン（ＭＰＤＡ）、ジアミノジフェニルスルホン（ＤＤＳ）等の芳香族ポリアミンのほか、ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）、有機酸ジヒドララジド等を含むポリアミン化合物、ヘキサヒドロ無水フタル酸（ＨＨＰＡ）、メチルテトラヒドロ無水フタル酸（ＭＴＨＰＡ）等の脂環族酸無水物、無水トリメリット酸（ＴＭＡ）、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）、ベンゾフェノンテトラカルボン酸（ＢＴＤＡ）等の芳香族酸無水物等を含む酸無水物、ノボラック型フェノール樹脂、フェノールポリマー等のポリフェノール化合物、ポリサルファイド、チオエステル、チオエーテル等のポリメルカプタン化合物、イソシアネートプレポリマー、ブロック化イソシアネート等のイソシアネート化合物、カルボン酸含有ポリエステル樹脂等の有機酸類等が挙げられる。
触媒型の硬化剤としては、例えば、ベンジルジメチルアミン（ＢＤＭＡ）、２，４，６−トリスジメチルアミノメチルフェノール（ＤＭＰ−３０）等の３級アミン化合物、２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール（ＥＭＩ２４）等のイミダゾール化合物、ＢＦ３錯体等のルイス酸等が挙げられる。
縮合型の硬化剤としては、例えばフェノール樹脂、メチロール基含有尿素樹脂のような尿素樹脂、メチロール基含有メラミン樹脂のようなメラミン樹脂等が挙げられる。
これらの硬化剤は、用いるエポキシ樹脂の種類や目的とする硬化物の物性により、単独または２種類以上組み合わせて使用することができる。これらの硬化剤の中でもフェノール樹脂が好ましい。
前記硬化剤の含有量は、特に限定されないが、前記エポキシ樹脂組成物全体の１質量％以上、３０質量％以下が好ましく、特に２質量％以上、２０質量％以下が好ましい。
前記フェノール樹脂としては、１分子中にフェノール性水酸基を２個以上有するモノマー、オリゴマーおよびポリマー全般を指し、特に限定するものではない。例えば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、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、トリフェノールメタン型樹脂等が挙げられ、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。
配合量としては、全エポキシ樹脂のエポキシ基数と全フェノール樹脂のフェノール性水酸基数との当量比で０．８以上、１．４以下が好ましく、特に０．９５以上、１．３以下が好ましく、最も好ましくは１．０以上、１．２５以下である。当量比が前記範囲内であると、特に耐半田リフロー性に優れる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、層状複水酸化物の炭酸塩を含む無機化合物を含むことを特徴とする。層状複水酸化物の炭酸塩は、金属水酸化物のプラスに荷電した層とマイナスに荷電した層とが複層積み重なってなる層状構造を有する水酸化物の炭酸塩である。
層状複水酸化物の炭酸塩を含む無機化合物は、耐湿信頼性を向上するために使用される。この無機化合物を含むことにより耐湿信頼性を向上できる理由は、次のように考えられる。耐湿信頼性の低下は、半導体回路のＡｌ配線の腐食が原因であり、その腐食は主にエポキシ樹脂組成物中のＣＩイオンに起因しているものである。層状複水酸化物の炭酸塩を含む無機化合物は上記のように金属水酸化物のプラスに荷電した層とマイナスに荷電した層とが複層積み重なってなる層状の化合物であるため、層間にエポキシ樹脂組成物中のＣｌイオンを吸着することができる。このように腐食の原因となるＣｌイオンを捕捉することにより、Ａｌ配線の腐食防止効果を示すと考えられる。
層状複水酸化物は次のようにして合成される。金属の塩、例えば硝酸塩の水溶液を水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムの水溶液に攪拌しながら室温で添加する。生成した沈殿物を６０〜２００℃で数時間加熱して結晶化させる。洗浄及び乾燥により層状複水酸化物の炭酸塩を含む無機化合物が得られる。
前記無機化合物の炭酸塩を含む化合物の平均粒径は、特に限定されないが、０．１μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましく、特に０．５μｍ以上、２０μｍ以下であることが好ましい。平均粒径が前記範囲内であると、Ｃｌイオンの吸着性、エポキシ樹脂組成物の流動性に優れる。平均粒径は市販のレーザー式粒度分布計（例えば、（株）島津製作所製、ＳＡＬＤ−７０００等）を用いて測定することができる。
本発明では、前記無機化合物としては、下記一般式（１）で示される無機化合物であることが好ましい。
ＭｇａＭｂ（ＯＨ）２ａ＋３ｂ−２ｃ（ＣＯ３）ｃ・ｍＨ２Ｏ （１）
（式中Ｍが遷移金属で４≦ａ≦８、１≦ｂ≦３、０．５≦ｃ≦２、ｍは０以上の整数である。）
この一般式（１）で示される無機化合物を含むことにより、層間にエポキシ樹脂組成物中のＣｌイオンをより効率よく吸着性することができ、Ａｌ配線の腐食防止効果を向上させることができる。
一般式（１）で示される無機化合物は次のようにして合成される。マグネシウム及び式中（１）の遷移金属Ｍの塩、例えば硝酸塩の水溶液を水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムの水溶液に攪拌しながら室温で添加する。生成した沈殿物を６０〜２００℃で数時間加熱して結晶化させる。洗浄及び乾燥により一般式（１）で示される無機化合物が得られる。
また、本発明では、式中（１）の遷移金属ＭとしてはＦｅ、Ｍｎ、Ｃｒ等が挙げられる。これらのうち金属毒性の低いＦｅであるのが好ましい。
遷移金属ＭがＦｅである一般式（１）で示される無機化合物としては、例えば、パイロオーライト（Ｐｙｒｏａｕｒｉｔｅ）などが挙げられる。
前記無機化合物の含有量は、特に限定されないが、前記エポキシ樹脂組成物全体の０．０１質量％以上、５質量％以下が好ましく、特に０．０５質量％以上、３質量％以下が好ましい。含有量が前記下限値を下回るとアルミニウム腐食防止効果が小さく耐湿信頼性を向上する効果が不充分となる場合があり、前記上限値を超えると吸湿率が大きくなり、耐半田リフロー性が低下する場合がある。
なお、前記無機化合物と、アルミニウム腐食防止剤等を併用してもよい。
前記エポキシ樹脂組成物は、前記無機化合物と異なる無機充填材を含む。これにより、低吸水性、強度、および寸法の安定性を向上することができる。
前記無機充填材としては、タルク、焼成クレー等のケイ酸塩、シリカ、溶融シリカ等の酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の水酸化物等が挙げられる。より具体的に前記ケイ酸塩としては、タルク、焼成クレー以外に、未焼成クレー、マイカ、ガラス等が挙げられる。前記酸化物としては、シリカ、溶融シリカ以外に球状シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ、多孔質シリカ、２次凝集シリカまたは多孔質シリカを粉砕したシリカ、酸化チタン、アルミナ等が挙げられる。
また、前記水酸化物としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム以外に水酸化カルシウム等が挙げられる。これらの水酸化物は、後述する難燃剤としても用いることができる。これらは、１種または２種以上を併用しても構わない。
これらの中でもシリカ、溶融シリカに代表される酸化物であるのが好ましい。さらにその中でも、特に溶融シリカであることが好ましい。これにより、成形時の流動性を向上することができる。
前記無機充填材の形状としては、破砕状でも球状でもかまわないが、球状が好ましく、流動特性、機械強度及び熱的特性のバランスの点から球状溶融シリカが好ましい。更に、カップリング剤等で予め表面処理をしたものを用いても差し支えない。
前記無機充填材と前記無機化合物とを合わせた合計物の含有量は、特に限定されないが、前記エポキシ樹脂組成物全体の７０質量％以上、９８質量％以下が好ましく、特に７５質量％以上、９５質量％以下が好ましい。含有量が前記範囲内であると、成形性と信頼性のバランスに優れる。
無機充填材の最大粒径とその量については、特に限定されないが、無機充填材の粗大粒子が狭くなったワイヤー間に挟まることによって生じるワイヤー流れ等の不具合の防止を考慮すると、１０５μｍ以上の粒子が１％以下であることが好ましく、７５μｍ以下の粒子が１％以下であることがより好ましい。
前記エポキシ樹脂組成物には、特に限定されないが、硬化促進剤を含むことが好ましい。
前記硬化促進剤としては、エポキシ基と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良く、一般に封止材料に使用されているものを広く使用することができる。例えば１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７，２−メチルイミダゾール、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム、テトラフェニルボレート塩等が挙げられるが、これらに限定するものではない。硬化促進剤は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、上述のエポキシ樹脂、硬化剤、層状複水酸化物の炭酸塩を含む無機化合物、及び前記無機化合物と異なる無機充填材の他に、必要に応じてシランカップリング剤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、天然ワックス、合成ワックス等の離型剤、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、シリコーンオイル、ゴム等の低応力添加剤等の種々の添加剤を適宜配合しても差し支えない。
なお、本発明のエポキシ樹脂組成物は、ミキサー等を用いて原料を充分に均一に混合したもの、更にその後、熱ロール又はニーダー等で溶融混練し、冷却後粉砕したもの等、必要に応じて適宜分散度等を調整したものを用いることができる。これらのエポキシ樹脂組成物は、電気部品あるいは電子部品であるトランジスタ、集積回路等の被覆、絶縁、封止等に適用することができる。
次に、本発明の半導体装置について説明する。
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子等の各種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従来からの成形方法で硬化成形すればよい。
封止を行う素子としては、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、固体撮像素子等で特に限定されるものではなく、素子を封止して得られる半導体装置の形態も特に限定されない。低圧トランスファー成形などの方法で封止された半導体装置は、そのまま、或いは８０〜２００℃の温度で１５秒〜１０時間かけて完全硬化させた後、電子機器等に搭載される。
本発明の半導体装置の形態としては、例えば、デュアル・インライン・パッケージ（ＤＩＰ）、プラスチック・リード付きチップ・キャリヤ（ＰＬＣＣ）、クワッド・フラット・パッケージ（ＱＦＰ）、スモール・アウトライン・パッケージ（ＳＯＰ）、スモール・アウトライン・Ｊリード・パッケージ（ＳＯＪ）、薄型スモール・アウトライン・パッケージ（ＴＳＯＰ）、薄型クワッド・フラット・パッケージ（ＴＱＦＰ）、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。
図１は、本発明に係るエポキシ樹脂組成物を用いた半導体装置の一例について、断面構造を示した断面図である。ダイパッド３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の電極パッドとリードフレーム５との間は金線４によって接続されている。半導体素子１は、エポキシ樹脂組成物の硬化体６によって封止されている。
以下に本発明を実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、配合は、質量部とする。
（実施例１）
層状複水酸化物の炭酸塩を含む無機化合物の合成
Ｐ−１の合成：Ｍｇ（ＮＯ３）・６Ｈ２Ｏ、１２．８ｇとＦｅ（ＮＯ３）・９Ｈ２Ｏ、２８．３ｇを２００ｍｌのイオン交換水に溶解した。これを４Ｎの水酸化ナトリウム水溶液に無水炭酸ナトリウム８．５ｇを溶解した水溶液によく攪拌しながら室温でゆっくりと加えた。これを９０℃１２ｈｒで加熱処理した後、室温まで放冷し、沈殿物をろ過した。得られた結晶をイオン交換水で洗浄し、２００℃８ｈｒで乾燥させた。化学分析で求めた化学式はＭｇ６Ｆｅ２（ＯＨ）１６（ＣＯ３）・４Ｈ２Ｏであった。
Ｐ−２の合成：Ｍｇ（ＮＯ３）・６Ｈ２Ｏ、１２．８ｇとＦｅ（ＮＯ３）・９Ｈ２Ｏ、２０．２ｇを２００ｍｌのイオン交換水に溶解した。これを４Ｎの水酸化ナトリウム水溶液に無水炭酸ナトリウム５．３ｇを溶解した水溶液によく攪拌しながら室温でゆっくりと加えた。これを８０℃１０ｈｒで加熱処理した後、室温まで放冷し、沈殿物をろ過した。得られた結晶をイオン交換水で洗浄し、１５０℃１２ｈｒで乾燥させた。化学分析で求めた化学式はＭｇ４．５Ｆｅ１．３（ＯＨ）１１．５（ＣＯ３）０．７・４Ｈ２Ｏであった。
Ｐ−３の合成：Ｍｇ（ＮＯ３）・６Ｈ２Ｏ、１２．８ｇとＦｅ（ＮＯ３）・９Ｈ２Ｏ、４０．４ｇを２００ｍｌのイオン交換水に溶解した。これを４Ｎの水酸化ナトリウム水溶液に無水炭酸ナトリウム１０．６ｇを溶解した水溶液によく攪拌しながら室温でゆっくりと加えた。これを６５℃２０ｈｒで加熱処理した後、室温まで放冷し、沈殿物をろ過した。得られた結晶をイオン交換水で洗浄し、２２０℃１２ｈｒで乾燥させた。化学分析で求めた化学式はＭｇ７Ｆｅ２．６（ＯＨ）１８．８（ＣＯ３）１．５・４Ｈ２Ｏであった。
エポキシ樹脂組成物の製造
エポキシ樹脂としてオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（Ｅ−１：日本化薬（株）製、ＥＯＣＮ１０２０、軟化点５５℃、エポキシ当量１９６）９．１３質量部と、硬化剤としてフェノールノボラック樹脂（Ｈ−１：住友ベークライト（株）製、ＰＲ−ＨＦ−３、軟化点８０℃、水酸基当量１０４）４．７９質量部と、無機充填材として溶融球状シリカ（株式会社マイクロン・ＨＳ−１０４、平均粒径２６．５μｍ、１０５μｍ以上の粒子１％以下）８５．００質量部と、Ｍｇ６Ｆｅ２（ＯＨ）１６（ＣＯ３）・４Ｈ２Ｏ（Ｐ−１：平均粒径１．３μｍ、１０５μｍ以上の粒子１％以下）０．０８質量部と、着色剤としてカーボンブラック０．３０質量部と、シランカップリング剤（エポキシシラン：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）０．２０質量部と、硬化促進剤としてトリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）０．１０質量部と、離型剤としてカルナバワックス０．４０質量部と、を常温でミキサーを用いて混合し、次に７０〜１００℃でロール混練し、冷却後粉砕してエポキシ樹脂組成物を得た。
（実施例２〜７）
エポキシ樹脂組成物の組成を表１に記載の配合とした以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得た。下記に使用したエポキシ樹脂等について説明する（すでに説明済みのものは、省略する）。
エポキシ樹脂：
ビフェニル型エポキシ樹脂（Ｅ−２：ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＸ−４０００、エポキシ当量１９０、融点１０５℃）
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（Ｅ−３：日本化薬（株）製、ＮＣ３０００、軟化点５８℃、エポキシ当量２７４）
硬化剤：
フェノールアラルキル樹脂（Ｈ−２：三井化学（株）製、ＸＬＣ−４Ｌ、軟化点６２℃、水酸基当量１６８）
ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂（Ｈ−３：明和化成（株）製、ＭＥＨ−７８５１ＳＳ、軟化点６５℃、水酸基当量２０３）
無機化合物：
Ｍｇ４．５Ｆｅ１．３（ＯＨ）１１．５（ＣＯ３）０．７・４Ｈ２Ｏ、（Ｐ−２：平均粒径３．６μｍ、１０５μｍ以上の粒子１％以下）
Ｍｇ７Ｆｅ２．６（ＯＨ）１８．８（ＣＯ３）１．５・４Ｈ２Ｏ、（Ｐ−３：平均粒径６．３μｍ、１０５μｍ以上の粒子１％以下）
（比較例１〜４）
エポキシ樹脂組成物の組成を表１に記載の配合とした以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得た。下記に使用したエポキシ樹脂等について説明する（すでに説明済みのものは、省略する）。 なお、これらＩ−１〜Ｉ−３の陰イオン捕捉剤については層状複水酸化物の炭酸塩を含む無機化合物を含んでいない。
陰イオン捕捉剤：
陰イオン捕捉剤（Ｉ−１：東亞合成株式会社製、ＩＸＥ−５５０、ビスマス系陰イオン捕捉剤）
陰イオン捕捉剤（Ｉ−２：東亞合成株式会社製、ＩＸＥ−８００、ジルコニウム系陰イオン捕捉剤）
陰イオン捕捉剤（Ｉ−３：東亞合成株式会社製、ＩＸＥ−７００Ｆ、酸化マグネシウム、アルミニウム系陰イオン捕捉剤）
各実施例および各比較例で得られたエポキシ樹脂組成物について、以下の評価を行った。得られた結果を表１に示す。
１．吸湿率
得られたエポキシ樹脂組成物を低圧トランスファー成形機（コータキ精機株式会社製、ＫＴＳ−３０）で、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件で成形し、直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤状試験片を作製した。ポストキュアとして１７５℃で８時間加熱処理した。加熱処理後、試験片の吸湿処理前の質量と、８５℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間加湿処理した後の質量を測定し、試験片の吸湿率を百分率で示した。単位は質量％。吸湿率が、０．２０％以下であるときを良好とした。
２．耐半田リフロー性
低圧トランスファー成形機（第一精工製、ＧＰ−ＥＬＦ）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件で、半導体素子（半導体素子サイズ６．０ｍｍ×６．０ｍｍ）を搭載したリードフレームがインサートされた金型キャビティ内に、得られたエポキシ樹脂組成物を注入、硬化させ、８０ピンＱＦＰ（パッケージサイズ２０ｍｍ×１４ｍｍ、厚さ２．０ｍｍ）を成形した。ポストキュアとして１７５℃で８時間加熱処理した半導体装置６個を、３０℃、相対湿度６０％の環境下で１９２時間加湿処理した後、ＩＲリフロー処理（２４０℃）を行った。処理後の内部の剥離又はクラックの有無を超音波探傷装置（日立建機ファインテック社製 ｍｉ−ｓｃｏｐｅ １０）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／６と表示する。不良数（ｎ／６）が、１／６以下であるとき耐半田リフロー性は良好であるとした。
３．耐湿信頼性
低圧トランスファー成形機（コータキ精機株式会社製、ＫＴＳ−１２５）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件で、半導体素子（半導体素子サイズ３．０ｍｍ×３．５ｍｍ、厚さ０．４８ｍｍ。配線部とメタルパッド部がアルミニウム層（純度：９９．９９％、１．０μｍ厚）で構成されている。保護膜は無し。陽極配線と陰極配線の１対を１評価回路とし、３評価回路（総回路面積４．８ｍｍ２）が１半導体素子上に形成されている。各々の陽極配線及び陰極配線は配線幅１０μｍで両端がそれぞれ１２０μｍ角のメタルパッドに接続されている。対となる陽極配線と陰極配線の間隔は１０μｍ。評価回路の各々のメタルパッドは金製（純度：９９．９９％）の１本のワイヤ（２５μｍ径）で対応する各々のリードに接続されている。）を搭載したリードフレームがインサートされた金型キャビティ内に得られたエポキシ樹脂組成物を注入、硬化させ、１６ピンＳＯＰ（パッケージサイズ７．２ｍｍ×１１．５ｍｍ、厚さ１．９５ｍｍ）を成形した。ポストキュアとして１７５℃で４時間加熱処理した後、プレッシャークッカー試験（１３０℃、圧力２．３×１０５Ｐａ、５００時間、陽極陰極間の印加電圧２０Ｖ）を行った。プレッシャークッカー試験後、オープンチェッカーで判定を行った。オープンチェッカーの陽極の判定回路は、抵抗（２．２ＫΩ）１個とＬＥＤ（１．８５Ｖ、２０ｍＡ）１個と１本の陽極配線を配線したものであり、１本の陽極配線におけるメタルパッド間の断線の有無を判定するものである。オープンチェッカーの陰極の判定回路は、抵抗（２．２ＫΩ）１個とＬＥＤ（１．８５Ｖ、２０ｍＡ）１個と１本の陰極配線を配線したものであり、１本の陰極配線におけるメタルパッド間の断線の有無を判定するものである。オープンチェッカーは１パッケージ中の３本の陽極配線と３本の陰極配線を同時に測定できるよう電源（単３形乾電池４個直列）に３本の陽極判定回路と３本の陰極判定回路が並列に接続されている。３評価回路の陽極判定回路、陰極判定回路のＬＥＤが全て点灯した場合を良、それ以外を不良とした。１５個のパッケージ中の不良個数を示す。
Figure 0005125673
表１から明らかなように、実施例１〜７における樹脂組成物は吸湿率が低く、耐湿信頼性に優れていることが示された。また、実施例１〜７における樹脂組成物は、耐半田リフロー性にも特に優れていた。
一方、本発明を逸脱する比較例１〜４における樹脂組成物は、いずれの場合も耐湿信頼性に劣っていた。
本発明によると、従来技術では得られなかった、耐湿信頼性に優れた半導体装置を得ることができる。そのため、高い耐湿信頼性が求められる車載用等の屋外使用機器に使用される半導体装置に好適に用いることができる。
本発明に係るエポキシ樹脂組成物を用いた半導体装置の一例について、断面構造を示した断面図である。
符号の説明
１ 半導体素子
２ ダイボンド材硬化体
３ ダイパッド
４ 金線
５ リードフレーム
６ 半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化体

Claims (3)

  1. エポキシ樹脂と、硬化剤と、層状複水酸化物の炭酸塩を含む無機化合物と、前記無機化合物と異なる無機充填材と、を含む半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、前記無機化合物が、下記一般式（１）で示される無機化合物であり、前記無機化合物が、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対し、０．０１質量％以上、４．８質量％以下含有されている半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
    Ｍｇ ａ Ｍ ｂ （ＯＨ） ２ａ＋３ｂ−２ｃ （ＣＯ ３ ） ｃ ・ｍＨ ２ Ｏ （１）
    （式中Ｍが遷移金属であるＦｅで４≦ａ≦８、１≦ｂ≦３、０．５≦ｃ≦２、ｍは０以上の整数である。）
  2. 前記無機化合物の平均粒径が、０．１μｍ以上、５０μｍ以下である請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
  3. 請求項１または請求項２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物で、半導体素子が封止されてなることを特徴とする半導体装置。
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