JP5396687B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物、その製造方法及び半導体装置 - Google Patents

半導体封止用エポキシ樹脂組成物、その製造方法及び半導体装置 Download PDF

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Description

本発明は、半導体封止用の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り、特に流動性、硬化性、成形性、耐半田リフロー性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関するものである。
近年、電子機器の高度化、軽薄短小化が求められる中、半導体素子の高集積化、表面実装化が進んでいる。これに伴い、半導体封止用エポキシ樹脂組成物への要求は益々厳しくなっているのが現状である。特に半導体装置の薄型化に際しては、半導体封止成形時における金型とエポキシ樹脂組成物の硬化物との間の離型不足に伴う応力の発生により、半導体装置内部の半導体素子自体にクラックを生じたり、硬化物と半導体素子との界面における密着性が低下したりするといった問題が生じている。また、半導体装置の表面実装化に際しては、環境問題に端を発した有鉛半田から無鉛半田への移行に伴い、半田処理時の温度が高くなり、半導体装置中に含まれる水分の気化によって発生する爆発的な応力に耐えてクラックを発生させない耐半田リフロー性が、従来以上に大きな問題となってきている。これに加えてリードフレームについても脱鉛の観点から、外装有鉛半田メッキの代わりに予めニッケルメッキ、ニッケル／パラジウム合金に金メッキが施されたプリプレーティングフレームを用いた半導体装置が増加している。これらのメッキはエポキシ樹脂組成物の硬化物との密着性が著しく悪いという欠点があり、表面実装時に界面において剥離が発生する等の問題が生じており、耐半田リフロー性の向上が求められている。
半田処理による信頼性低下やプリプレーティングフレームを用いた半導体装置を使用することによる信頼性低下を改善するために、エポキシ樹脂組成物中の無機質充填材の充填量を増加させることで低吸湿化、高強度化、低熱膨張化を達成し耐半田リフロー性を向上させ、低溶融粘度の樹脂を使用して、成形時に低粘度で高流動性を維持させる手法がある（例えば、特許文献１参照。）。この手法を用いることにより耐半田リフロー性（耐クラック性ともいう）は改良されるが、無機充填材の充填割合の増加とともに、流動性が犠牲になりパッケージ内に空隙が生じやすくなる欠点があった。そこで平均粒径の異なる充填材を併用して流動性を維持する手法（例えば、特許文献２参照。）が提案されているが、流動性と耐半田リフロー性（耐クラック性ともいう）を両立するような半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得られるに至っていない。
特開昭６４−６５１１６号公報（２〜７頁） 特開平８−２０６７３号公報（２〜６頁）
本発明は、従来の上記のような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、流動性、成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び耐半田リフロー性に優れた半導体装置を提供することにある。
上記課題を解決する本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材を必須成分として含むエポキシ樹脂組成物において、前記（Ｄ）無機充填材として球状溶融シリカ（ｄ１）を含み、前記球状溶融シリカ（ｄ１）がＳｉ以外の金属もしくは半金属及び／又はＳｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物を含むシリカを溶融してなるものである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。
本発明においては、球状溶融シリカ中に、Ｓｉ以外の金属もしくは半金属及び／又はＳｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物を含ませることにより球状溶融シリカの化学構造及び性質を変化させ流動性・耐半田リフロー性などに優れた特性の半導体樹脂組成物を得るものである。
（第一の実施形態）
本発明の第一の実施形態に係る前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物においては、前記球状溶融シリカ（ｄ１）の抽出水のｐＨが３以上５以下であることを特徴とする。
また第一の実施形態に係る前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物においては、前記Ｓｉ以外の金属もしくは半金属及び／又はＳｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物中の金属イオンもしくは半金属イオンの価数が３価以下であることが好ましい。
また第一の実施形態に係る前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物においては、前記球状溶融シリカ（ｄ１）が、Ｓｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物を含むシリカを溶融してなるものであることが好ましい。
また第一の実施形態に係る前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物においては、前記Ｓｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物が、Ｓｉ以外の金属もしくは半金属の酸化物からなる無機金属酸化物であることが好ましい。
また第一の実施形態に係る前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物においては、前記球状溶融シリカ（ｄ１）の含有割合が該エポキシ樹脂組成物全体に対し４０重量％以上９４重量％以下であることが好ましい。
また第一の実施形態に係る前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物においては、前記（Ｄ）無機充填材全体の含有割合が該エポキシ樹脂組成物全体に対し７８重量％以上９４重量％以下であることが好ましい。
また上記本発明の課題は、第一の実施形態に係る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してなることを特徴とする半導体装置によって解決される。
（第二の実施形態）
本発明の第二の実施形態に係る前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物においては、前記Ｓｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物が酸化チタンであり、前記球状溶融シリカ（ｄ１）が二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物（ｄ２）であることを特徴とする。
前記二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物（ｄ２）においては、その組成中の前記二酸化珪素の割合が２０重量％以上、９９．８重量％以下であり、前記酸化チタンの割合が８０重量％以下、０．２重量％以上であることが好ましい。
また第二の実施形態に係る前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物においては、前記二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物（ｄ２）の含有割合が、該エポキシ樹脂組成物全体に対し８重量％以上、９３重量％以下であることが好ましい。
また第二の実施形態に係る前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物においては、前記二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物（ｄ２）を含む前記（Ｄ）無機充填材全体の含有割合が、該エポキシ樹脂組成物全体に対し７８重量％以上、９３重量％以下であることが好ましい。
また上記本発明の課題は、第二の実施形態に係る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してなることを特徴とする半導体装置によって解決される。
（第三の実施形態）
上記課題を解決する本発明の第三の実施形態は、前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、前記Ｓｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物がアルミナであり、前記球状溶融シリカ（ｄ１）が二酸化珪素とアルミナとからなる共融物（ｄ３）であり、前記二酸化珪素とアルミナとからなる共融物（ｄ３）における前記二酸化珪素の割合が８０重量％以上９９．８重量％以下、前記アルミナの割合が２０重量％以下０．２重量％以上である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。
また第三の実施形態に係る前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物においては、前記二酸化珪素とアルミナとからなる共融物（ｄ３）の含有割合が、該エポキシ樹脂組成物全体に対し８重量％以上９３重量％以下であることが好ましい。
また第三の実施形態に係る前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物においては、前記二酸化珪素とアルミナとからなる共融物（ｄ３）を含む前記（Ｄ）無機充填材全体の含有割合が、該エポキシ樹脂組成物全体に対し７８重量％以上９３重量％以下であることが好ましい。
また上記課題は、第三の実施形態に係る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してなることを特徴とする半導体装置によって解決される。
本発明によれば、流動性、成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び耐半田リフロー性に優れた半導体装置を得ることができる。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材を必須成分として含むエポキシ樹脂組成物において、前記（Ｄ）無機充填材として球状溶融シリカ（ｄ１）を含み、前記球状溶融シリカ（ｄ１）がＳｉ以外の金属もしくは半金属及び／又はＳｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物を含むシリカを溶融してなるものであることにより、流動性、成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び耐半田リフロー性に優れた半導体装置を提供することができるものである。
本発明におけるエポキシ樹脂（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、ビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、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、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、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、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
本発明におけるフェノール樹脂（Ｂ）は、１分子内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、ポリマー全般であり、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、ジシクロペ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、トリフェノールメタン型樹脂、フェノールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有する）等が挙げられ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
エポキシ樹脂とフェノール樹脂の含有量としては、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の比が０．７以上、１．３以下であることが好ましい。上記範囲内であると、エポキシ樹脂組成物の硬化性の低下、或いは硬化物のガラス転移温度の低下、耐湿信頼性の低下、耐半田リフロー性の低下等を抑えることができる。
本発明における硬化促進剤（Ｃ）としては、エポキシ基とフェノール性水酸基の反応を促進するものであれば特に限定しないが、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。
また本発明における硬化促進剤（Ｃ）として、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物を使用することもできる。ホスフィン化合物としては、例えば、トリフェニルホスフィン、トリ−ｐ−トリフェニルホスフィン、ジフェニルシクロヘキシルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリブチルホスフィンなどが挙げられる。キノン化合物としては１，４−ベンゾキノン、メチル−１，４−ベンゾキノン、メトキシ−１，４−ベンゾキノン、フェニル−１，４−ベンゾキノン、１，４−ナフトキノンなどが挙げられる。これらホスフィン化合物とキノン化合物との付加物のうち、トリフェニルホスフィンと１，４−ベンゾキノンとの付加物が好ましい。ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物の製造方法としては特に制限はないが、例えば、原料として用いられるホスフィン化合物とキノン化合物とを両者が溶解する有機溶媒中で付加反応させて単離すればよい。ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物は、１種を単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に応じてカップリング剤を使用することができる。カップリング剤とは、通常無機物質の表面処理に用いられているカップリング剤を指す。例えばアミノシラン、エポキシシラン、メルカプトシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン、シラザン等のシランカップリング剤や、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が挙げられるが、最も好適に使用されるものとしてはシランカップリング剤であり、より好ましく使用されるものとしてはアミノシラン、エポキシシラン、メルカプトシラン、ウレイドシランが挙げられ、これらを例示すると、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、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−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−フェニル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、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、Ｎ−６−（アミノヘキシル）３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（３−（トリメトキシシリルプロピル）−１，３−ベンゼンジメタナン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、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、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザンなどが挙げられ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。また、カップリング剤は、予め水或いは必要に応じて酸又はアルカリを添加して、加水分解処理して用いてもよい。
本発明における無機充填材（Ｄ）は、球状溶融シリカを含有してなり、更にその球状溶融シリカ中に、Ｓｉ以外の金属もしくは半金属及び／又はＳｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物を含ませることにより球状溶融シリカの化学構造及び性質を変化させ流動性・耐半田リフロー性などに優れた特性の半導体樹脂組成物を得るものである。
無機充填材（Ｄ）についての詳細は、第一の実施形態から第三の実施形態に分けて、以下個別具体的に説明する。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分を必須とし、必要に応じてカップリング剤を添加するが、更にこれ以外に、カーボンブラック等の着色剤、天然ワックス、合成ワックス等の離型剤及び、ゴム等の低応力添加剤、臭素化エポキシ樹脂や三酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ほう酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、フォスファゼン等の難燃剤等の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）成分の他、必要に応じて添加する添加物をミキサー等で充分に均一に混合した後、更に熱ロール又はニーダー等で溶融混練し、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。
以下、第一から第三の実施形態について個別具体的に説明する。
（第一の実施形態）
本発明の第一の実施形態は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材を必須成分として含むエポキシ樹脂組成物において、前記（Ｄ）無機充填材として球状溶融シリカ（ｄ１）を含み、前記球状溶融シリカ（ｄ１）がＳｉ以外の金属もしくは半金属及び／又はＳｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物を含むシリカを溶融してなるものであり、かつ該球状溶融シリカ（ｄ１）の抽出水のｐＨが３以上５以下であることを特徴とする。
（Ａ）〜（Ｄ）成分、必要に応じて添加する成分等については、上記の通りである。
なお本発明における抽出水とは、試料となるシリカ３０ｇをイオン交換水１２０ｇと共に室温で１分間振とうさせた結果得られる溶出液を意味し、抽出水のｐＨ値とは、そのように得られた抽出水のｐＨ値をｐＨメーター等で測定したものを意味する。
従来一般に半導体封止用樹脂組成物に使用されている無機充填材としては、熱溶融された球状溶融シリカ、及び金属シリコンを酸素と反応させて得られた球状シリカ等のシリカフィラーを挙げることができる。特に球状溶融シリカは、流動性、金線変形率、耐半田リフロー性等の観点から広く用いられている。このような球状溶融シリカの抽出水のｐＨ値は、通常、５以上６.５以下の範囲にある。
本発明においては、球状溶融シリカ中に、Ｓｉ以外の金属もしくは半金属及び／又はＳｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物を含ませることにより球状溶融シリカの化学構造及び性質を変化させ流動性・耐半田リフロー性などに優れた特性の半導体樹脂組成物を得るものである。
また球状溶融シリカの化学構造及び性質を変化させることにより、その抽出水のｐＨ値を３以上５以下の範囲に低下させたときに、流動性・耐半田リフロー性などに特に優れた特性の半導体樹脂組成物を得ることができる。
抽出水のｐＨ値を３以上５以下の範囲に低下させることを目的として、球状溶融シリカ中に含ませるＳｉ以外の金属もしくは半金属及び／又はＳｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物（以下、単に「不純物」ともいう）としては、金属イオンもしくは半金属イオンの価数が３価以下であるＳｉ以外の金属もしくは半金属及び／又はＳｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物が好ましく、より好ましくは金属イオンもしくは半金属イオンの価数が３価以下であるＳｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物であり、特に好ましくは金属イオンもしくは半金属イオンの価数が３価以下であるＳｉ以外の金属もしくは半金属の酸化物からなる無機金属酸化物である。
球状溶融シリカ中に含ませることが好ましい３価以下のイオン価を持つＳｉ以外の金属もしくは半金属としては、特に限定するものではないが、Ａｌ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、等が挙げられ、これらの中ではイオンマイグレーションや磁性の観点から、Ａｌ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｂ、Ｔｉが好ましい。
なお、球状溶融シリカなどシリカフィラー中のＳｉ以外の金属もしくは半金属及び／又はＳｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物の含有比率については、フッ化水素酸で溶解させた後、高周波プラズマ発光分析装置で測定して算出する方法等によって求めることができる。
本発明の第一の実施形態においては、球状溶融シリカに意図的に不純物を含ませることにより、その抽出水のｐＨ値を３以上５以下の範囲、好ましくは４以上５以下の範囲に低下させたとき、流動性・耐半田リフロー性などに特に優れた特性の半導体樹脂組成物を得ることができるものである。ｐＨ値が通常の球状溶融シリカより低いことでシリカの表面処理剤、特に塩基性の表面処理剤との反応性が向上すると考えられる。これにより、シリカと樹脂との濡れ性が向上し、流動特性や耐半田リフロー性などの優れた半導体樹脂組成物を得ることができると考えられる。抽出水のｐＨ値が５を上回ると、流動性や耐半田リフロー性の改善効果の点で、抽出水のｐＨ値が５以上である従来一般の球状溶融シリカとの差が確認できない。また抽出水のｐＨ値が３を下回ると、強酸性のためにカップリング剤等との反応性が強くなりすぎるために好ましくない。また、Ｓｉ以外の金属もしくは半金属及び／又はＳｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物は、一種類に限定されるものではなく、複数種を用いることができる。
本発明の第一の実施形態で用いる球状溶融シリカ（ｄ１）の平均粒子径は、特に限定するものではないが、０．２μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましい。平均粒子径が上記範囲内であると、樹脂中の充填性が著しく低下することによる耐半田リフロー性の低下を抑えることができ、また、粒子同士の凝集を抑えることができる。本発明に用いる無機充填材の平均粒径は、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。
本発明の第一の実施形態における無機充填材（Ｄ）としては、前記不純物を意図的に含ませて化学構造を変化させた球状溶融シリカの他に、一般に半導体封止用エポキシ樹脂組成物に使用されている無機充填材を併用することができる。併用することができる無機充填材としては、例えば、抽出水のｐＨが従来どおり５以上である溶融シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、窒化珪素等が挙げられ、最も好適に使用されるものは、抽出水のｐＨが従来どおり５以上である球状の溶融シリカである。これらの併用する無機充填材は、単独で用いても混合して用いても差し支えない。なお、抽出水のｐＨが３以上５以下の球状溶融シリカ（ｄ１）と、抽出水のｐＨが５以上の球状溶融シリカとを併用する場合、その比率は、６：４以上（抽出水のｐＨが３以上５以下の球状溶融シリカ（ｄ１）の比率が６割以上）とすることが好ましい。
本発明の第一の実施形態における球状溶融シリカ（ｄ１）の含有割合としては、当該エポキシ樹脂組成物全体に対し４０重量％以上９４重量％以下であることが好ましく、より好ましくは６０重量％以上９３重量％以下、更に好ましくは７５重量％以上９３重量％以下である。含有割合が上記範囲内であると、流動性・耐半田リフロー性の向上効果を充分に得ることができる。
本発明の第一の実施形態における球状溶融シリカ（ｄ１）を含む無機充填材の全体の含有割合としては、当該エポキシ樹脂組成物全体に対し７８重量％以上９４重量％以下であるであることが好ましい。含有割合が上記範囲内であると、充分な耐半田リフロー性及び流動性を得ることができる。
（第二の実施形態）
以下、本発明における第二の実施形態について説明するが、第二の実施形態における多くの部分は第一の実施形態と共通するので、第一の実施形態と異なる部分を重点的に説明する。
本発明に係る第二の実施形態は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材を必須成分として含むエポキシ樹脂組成物であって、前記（Ｄ）無機充填材として球状溶融シリカ（ｄ１）を含み、前記球状溶融シリカ（ｄ１）がＳｉ以外の金属もしくは半金属及び／又はＳｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物を含む半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、前記Ｓｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物が酸化チタンであり、前記球状溶融シリカ（ｄ１）が、二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物（ｄ２）であることにより、流動性、成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び耐半田リフロー性に優れた半導体装置を提供することができるものである
本発明に係る第二の実施形態におけるエポキシ樹脂（Ａ）、フェノール樹脂（Ｂ）、及び硬化促進剤（Ｃ）は、第一の実施形態と同様である。
またエポキシ樹脂とフェノール樹脂の含有量も第一の実施形態と同様である。
本発明に係る第二の実施形態では無機充填材（Ｄ）の一成分として二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物（ｄ２）を使用する。第一の実施形態でも記載したように、従来一般に半導体封止用樹脂組成物に使用されている無機充填材としては、熱溶融された球状溶融シリカ、及び金属シリコンを酸素と反応させて得られた球状シリカ等のシリカフィラーであり、通常その組成の９９．８重量％を超える成分が二酸化珪素からなる。
また球状溶融シリカは、流動性、金線変形率、耐半田リフロー性等の観点から広く用いられているが、この熱溶融された球状溶融シリカも微量のアルミナ等の不純物を含んでいる場合がある。アルミナ等の不純物の混入経路は採掘されたシリカ質原料自体に極微量含有している場合や製造・粉砕の際に混入することなどが考えられる。しかし、通常そのように製造された熱溶融シリカはアルミナ等の不純物は０．２重量％未満の物であり、本発明に用いられる二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物とは異なる物である。本発明に用いられる二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物は、意図的に酸化チタン又はチタンを加えて熱溶融した物であり、その混入比率を０．２重量％以上としたものである。本発明においては酸化チタンとして主に酸化数IVの二酸化チタン（TiO2）について議論するが、酸化チタンとしては上記二酸化チタンの他、マグネリ相のTiｎO２ｎ-1(n＝4〜9)、ほぼ定比化合物であるTi２O５およびTi２O３、および不定比化合物TiO(Ti１+ｘO、x＝−0.23〜＋0.25)、また金属チタンの六方最密構造の8面体孔にO原子の入ったTiOｘ(x＜0.5)相、Ti６O、Ti３O、Ti２Oなどの相も本発明における酸化チタンに含まれる。酸化チタンの割合を変える手法として、シリカ質原料の熱溶融前にシリカ質原料と酸化チタンを混合する、あるいは予め酸化チタンの不純物量の多いシリカ質原料を溶融するなどの手法が考えられる。また、この二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物はシリカ質原料を熱溶融したものに限らず、金属シリコンと金属チタンを酸素と反応させて得られるもの等でも構わない。この二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物を用いると、一般に添加されるシランカップリング剤等といった表面処理剤との反応性がよくなり、流動性・耐半田リフロー性に優れた半導体封止樹脂を得ることができる。
本発明に係る第二の実施形態における二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物（ｄ２）は、その組成中の二酸化珪素の割合が２０重量％以上、９９．８重量％以下、酸化チタンの割合が８０重量％以下、０．２重量％以上であることが好ましい。また、二酸化珪素の割合の下限値は、８０重量％がより好ましく、９５重量％が特に好ましい。酸化チタンの割合の上限値は、２０重量％がより好ましく、５重量％が特に好ましい。二酸化珪素の割合が上限値を上回ると、流動性や耐半田リフロー性の改善効果の点で、従来一般の球状溶融シリカとの差が確認できない。また、下限値を下回ると半導体装置封止用樹脂に要求される流動性が低下する可能性がある。これに加えて、二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物の組成において、他にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）等が含まれていても構わない。溶融シリカや二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物（ｄ２）における酸化チタンの割合については、フッ化水素酸で溶解させた後、高周波プラズマ発光分析装置で測定して算出することができる。
本発明に係る第二の実施形態における二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物（ｄ２）の平均粒径は、特に限定するものではないが、第一の実施形態同様、０．２μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましい。上記上限値を超えると、樹脂中の充填性が著しく低下するために耐半田リフロー性の低下を招く可能性があり、上記下限値を下回ると、粒子同士の凝集を抑えることが困難となる可能性があるので好ましくない。本発明に用いる無機充填材の平均粒径は、レーザー式粒度分布計（（株）島津製作所製、ＳＡＬＤ−７０００）等を用いて測定することができる。
本発明に係る第二の実施形態における無機充填材（Ｄ）としては、二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物（ｄ２）の他に、一般に半導体封止用エポキシ樹脂組成物に使用されているものを併用することができる。併用することができるものとしては、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、窒化珪素等が挙げられ、最も好適に使用されるものは、球状の溶融シリカである。これらの併用する無機充填材は、単独でも混合して用いても差し支えない。
本発明に係る第二の実施形態における二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物（ｄ２）の含有割合としては、エポキシ樹脂組成物全体に対し８重量％以上、９３重量％以下であることが好ましく、より好ましくは４０重量％以上、９３重量％以下、更に好ましくは６５重量％以上、９１重量％以下、特に好ましくは８０重量％以上、９０重量％以下である。上記下限値を下回ると二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物を用いる効果が薄れ、流動性・耐半田リフロー性の向上効果が充分に得られない可能性がある。また、上記上限値を超えると充分な流動性が得られない可能性がある。
本発明に係る第二の実施形態における二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物（ｄ２）を含む無機充填材（Ｄ）の全体の含有割合としては、エポキシ樹脂組成物全体に対し７８重量％以上、９３重量％以下であることが好ましく、より好ましくは８３重量％以上、９１重量％以下である。上記下限値を下回ると充分な耐半田リフロー性が得られない可能性があり、上記上限値を超えると充分な流動性が得られない可能性がある。
(第三の実施形態)
以下、本発明における第三の実施形態について説明するが、第三の実施形態における多くの部分は第一、第二の実施形態と共通するので、第一、第二の実施形態と異なる部分を重点的に説明する。
本発明に係る第三の実施形態は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材を必須成分として含むエポキシ樹脂組成物であって、前記（Ｄ）無機充填材として球状溶融シリカ（ｄ１）を含み、前記球状溶融シリカ（ｄ１）がＳｉ以外の金属もしくは半金属及び／又はＳｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物を含む半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、前記Ｓｉ以外の金属もしくは半金属を有する無機化合物がアルミナであり、前記球状溶融シリカ（ｄ１）が、二酸化珪素とアルミナとからなる共融物（ｄ３）であり、前記二酸化珪素とアルミナとからなる共融物（ｄ３）における前記二酸化珪素の割合を８０重量％以上９９．８重量％以下、前記アルミナの割合を２０重量％以下０．２重量％以上とすることにより、流動性、成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び耐半田リフロー性に優れた半導体装置を提供することができるものである
本発明に係る第三の実施形態におけるエポキシ樹脂（Ａ）、フェノール樹脂（Ｂ）、及び硬化促進剤（Ｃ）は、第一、第二の実施形態と同様である。
またエポキシ樹脂とフェノール樹脂の含有量も第一、第二の実施形態と同様である。
本発明に係る第三の実施形態では、無機充填材の一成分として二酸化珪素（ＳｉＯ２）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とからなる共融物（ｄ３）を使用する。第一、第二の実施形態でも記載したように、従来一般に半導体封止用樹脂組成物に使用されている無機充填材としては、熱溶融された球状溶融シリカ、及び金属シリコンを酸素と反応させて得られた球状シリカ等のシリカフィラーであり、通常その組成の９９．８重量％を超える成分が二酸化珪素からなる。
また球状溶融シリカは、流動性、金線変形率、耐半田リフロー性等の観点から広く用いられているが、この熱溶融された球状溶融シリカも微量のアルミナ等の不純物を含んでいる場合がある。アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の不純物の混入経路は採掘されたシリカ質原料自体に極微量含有している場合や製造・粉砕の際に混入することなどが考えられる。しかし、通常そのように製造された熱溶融シリカはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の不純物が０．２重量％未満の物であり、本発明に用いられている二酸化珪素（ＳｉＯ２）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とからなる共融物（ｄ３）とは異なるものである。本発明に用いられる二酸化珪素（ＳｉＯ２）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とからなる共融物は、意図的にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の比率を変えて熱溶融した物であり、その混入比率は０．２重量％以上２０重量％以下のものである。アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の割合を変える手法としては、シリカ質原料の熱溶融前にシリカ質原料とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を混合する、あるいは予めアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の不純物量の多いシリカ質原料を溶融するなどの手法が考えられる。また、この二酸化珪素（ＳｉＯ２）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とからなる共融物はシリカ質原料を熱溶融したものに限らず、金属シリコンと金属アルミニウムを酸素と反応させて得られるもの等でも構わない。この二酸化珪素（ＳｉＯ２）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とからなる共融物を用いると無機充填材の表面ｐＨや表面反応性が変り、流動性・耐半田リフロー性などの特性が向上し、また高温環境下での信頼性や耐湿信頼性に優れた半導体封止樹脂を得ることができる。
本発明に係る第三の実施形態における二酸化珪素（ＳｉＯ２）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とからなる共融物（ｄ３）は、その組成中の二酸化珪素（ＳｉＯ２）の割合が８０重量％以上、９９．８量％以下、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の割合が２０重量％以下、０．２重量％以上であることが好ましい。二酸化珪素（ＳｉＯ２）の割合が上記上限値を上回ると、流動性や耐半田リフロー性の改善効果の点で、従来一般の球状溶融シリカとの差が確認できない。また、下限値を下回ると半導体装置封止用樹脂に要求される流動性が低下する可能性があるので好ましくない。これに加えて、二酸化珪素（ＳｉＯ２）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とからなる共融物の組成において、他に酸化チタン（ＴｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、三酸化二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）等が含まれていても構わない。溶融シリカや二酸化珪素（ＳｉＯ２）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とからなる共融物におけるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の割合については、フッ化水素酸で溶解させた後、高周波プラズマ発光分析装置で測定して算出することができる。
本発明に係る第三の実施形態における二酸化珪素（ＳｉＯ２）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とからなる共融物（ｄ３）の平均粒径は、特に限定するものではないが、第一、第二の実施形態同様、０．２μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましい。上記上限値を超えると、樹脂中の充填性が著しく低下するために耐半田リフロー性の低下を招き、上記下限値を下回ると、粒子同士の凝集を抑えることが困難となるので好ましくない。本発明に用いる無機充填材の平均粒径は、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。
本発明に係る第三の実施形態における無機充填材（Ｄ）としては、二酸化珪素（ＳｉＯ２）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とからなる共融物（ｄ３）の他に、一般に半導体封止用エポキシ樹脂組成物に使用されているものと併用することができる。併用するものとしては、第二の実施形態同様、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、窒化珪素等が挙げられ、最も好適に使用されるものは、球状の溶融シリカである。これらの併用する無機充填材は、単独でも混合して用いても差し支えない。
本発明に係る第三の実施形態における二酸化珪素（ＳｉＯ２）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とからなる共融物（ｄ３）の含有割合としては、エポキシ樹脂組成物全体に対し８重量％以上９３重量％以下であることが好ましく、より好ましくは３５重量％以上９３重量％以下、より好ましくは６５重量％以上９３重量％以下、特に好ましくは７５重量％以上９３重量％以下である。上記下限値を下回ると二酸化珪素（ＳｉＯ２）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とからなる共融物（ｄ３）を用いる効果が薄れ、流動性・耐半田リフロー性の向上効果が充分に得られない可能性がある。また、上記上限値を超えると充分な流動性が得られない可能性がある。
本発明に係る第三の実施形態における二酸化珪素（ＳｉＯ２）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とからなる共融物（ｄ３）を含む無機充填材（Ｄ）全体の含有割合としては、エポキシ樹脂組成物全体に対し７８重量％以上９３重量％以下であるであることが好ましい。上記下限値を下回ると充分な耐半田リフロー性が得られない可能性があり、上記上限値を超えると充分な流動性が得られない可能性がある。
以下に本発明の実施例を第一の実施形態に係るものから順をおって示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。配合割合は特に断りのない限り重量部を基準として示す。
（第一の実施形態に係る実施例）
第一の実施形態に係る実施例及び比較例で用いた無機充填材の内容について以下に示す。
尚、球状溶融シリカ、球状シリカ、破砕シリカ等シリカフィラーの抽出水ｐＨについては、シリカフィラー３０ｇをイオン交換水１２０ｇと共に、１分間振とうさせ、それぞれの抽出水のｐＨをｐＨメーター（東京電波工業製、ｐＨメーター、ＨＭ−３０Ｓ）で測定した。またシリカフィラーの不純物の比率については、フッ化水素酸で溶解させた後、高周波プラズマ発光分析装置（島津製作所製、ＩＣＰＳ−１０００ＩＶ）で測定して算出した。
無機充填材１ａ（ｐＨ＝４．８の球状溶融シリカ、平均粒径：３３．４μｍ、比表面積：１．６ｍ２／ｇ、ＳｉＯ２：９９．６重量％、Ａｌ２Ｏ３：０．４％）
無機充填材２ａ（ｐＨ＝４．１の球状溶融シリカ、平均粒径：３２．３μｍ、比表面積：１．９ｍ２／ｇ、ＳｉＯ２：９５．４重量％、Ａｌ２Ｏ３：４．６％）
無機充填材３ａ（ｐＨ＝４．９の球状溶融シリカ、平均粒径：３１．４μｍ、比表面積：１．６ｍ２／ｇ、ＳｉＯ２：９９．４重量％、ＺｎＯ：０．６％）
無機充填材４ａ（ｐＨ＝４．３の球状溶融シリカ、平均粒径：２９．２μｍ、比表面積：１．８ｍ２／ｇ、ＳｉＯ２：８８．７重量％、ＺｎＯ：１１．３％）
無機充填材５ａ（ｐＨ＝４．７の球状溶融シリカ、平均粒径：３３．９μｍ、比表面積：１．７ｍ２／ｇ、ＳｉＯ２：９９．４重量％、Ｂ２Ｏ３：０．６％）
無機充填材６ａ（ｐＨ＝４．６の球状溶融シリカ、平均粒径：３３．９μｍ、比表面積：１．７ｍ２／ｇ、ＳｉＯ２：９８．４重量％、Ａｌ２Ｏ３：０．９％、Ｂ２Ｏ３：０．７％）
無機充填材７ａ（ｐＨ＝５．５の球状溶融シリカ、平均粒径：３２．１μｍ、比表面積：１．５ｍ２／ｇ、ＳｉＯ２：９９．９９重量％）
無機充填材８ａ（ｐＨ＝５．３の球状シリカ、平均粒径：０．６μｍ、比表面積：６．２ｍ２／ｇ、ＳｉＯ２：９９．９重量％、不純物：０．１％、金属シリコンと酸素と反応させて得た球状シリカ）
無機充填材９ａ（ｐＨ＝５．８の破砕シリカ、平均粒径：３０．５μｍ、比表面積：１．８ｍ２／ｇ、ＳｉＯ２：９９．９重量％、不純物：０．１％）
実施例１ａ
エポキシ樹脂１ａ（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、ＹＸ−４０００、エポキシ当量１９０ｇ／ｅｑ、融点１０５℃） ６８重量部
フェノール樹脂１ａ（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−ＬＬ、水酸基当量１６５ｇ／ｅｑ、軟化点７９℃） ４８重量部
硬化促進剤１ａ（１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７） ３重量部
無機充填材１ａ ７７０重量部
無機充填材８ａ １００重量部
カップリング剤１ａ（Ｎ−フェニルγ−アミノプロピルトリエトキシシラン）
３重量部
カーボンブラック ３重量部
カルナバワックス ５重量部
を混合し、熱ロールを用いて、９５℃で８分間混練して冷却後粉砕し、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１ａに示す。
評価方法
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金型に、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し、流動長を測定した。単位はｃｍで、１００ｃｍ以上を流動性良好とした。
金線変形：低圧トランスファー成形機（第一精工株式会社製「ＧＰ−ＥＬＦ」）を用いて、成形温度１７５℃、圧力９．３ＭＰa、硬化時間１２０秒で、１６０ｐ（１６０ピン）ＬＱＦＰ(Low Profile Quad Flat Pack：薄型表面実装)（ＰＰＦフレーム（Pre-Plated Frame）、パッケージサイズ２４ｍｍ×２４ｍｍ×１．４ｍｍ、チップサイズ７．０ｍｍ×７．０ｍｍ、金線の太さ２５μｍ、金線の長さ３ｍｍ）を成形した。パッケージ成形した１６０ｐＬＱＦＰパッケージを軟Ｘ線透視装置（ソフテックス株式会社製「ＰＲＯ−ＴＥＳＴ １００」）で観察し、金線の変形率を（流れ量）／（金線長）の比率で表した。単位は％で、変形率４％以下を金線変形が少なく良好であるとした。
耐半田リフロー性：低圧トランスファー成形機（第一精工株式会社製「ＧＰ−ＥＬＦ」）を用いて、成形温度１７５℃、圧力８．３ＭＰａ、硬化時間１２０秒で、１６０ｐＬＱＦＰ（ＰＰＦフレーム、パッケージサイズ２４ｍｍ×２４ｍｍ×１．４ｍｍ、チップサイズ７．０ｍｍ×７．０ｍｍ）を成形し、アフターベークとして１７５℃、８時間加熱処理した後、６０℃、相対湿度６０％で１２０時間の加湿処理を行った後、２６０℃のＩＲリフロー処理をした（Ｈｅｌｌｅｒ社製リフロー装置「１８１２ＥＸＬ−Ｓ」を使用）。パッケージ内部の剥離とクラックを超音波探傷機（日立建機ファインテック社製、「ｍｉ−ｓｃｏｐｅ １０」）で確認した。１０個のパッケージ中の不良パッケージ数を示す。不良数０個を耐半田リフロー性良好とした。
実施例２a〜１４a、比較例１a〜５a
表１a、２a、３aの配合に従い、実施例１aと同様にしてエポキシ樹脂組成物を得て、実施例１aと同様に評価した。結果を表１ａ、２ａ、３ａに示す。
実施例１ａ以外で用いた原材料を以下に示す。
エポキシ樹脂２ａ（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、ＮＣ３０００Ｐ、軟化点５８℃、エポキシ当量２７３）
フェノール樹脂２ａ（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１０７℃、水酸基当量２０４）
硬化促進剤２ａ（トリフェニルホスフィン−１，４−ベンゾキノン）
カップリング剤２ａ（γ−アミノプロピルトリエトキシシラン）
Figure 0005396687
Figure 0005396687
Figure 0005396687
（第一の実施形態に係る樹脂組成物の評価結果）
表１ａ乃至表３ａから分かるように、本発明実施例に係るエポキシ樹脂組成物は、流動性の指標であるスパイラルフロー値が良好で、且つ、流動性の指標又は（パッケージにおける電気不良を引起す原因となる）成形不具合の指標となる金線変形率も低く良好であった。更に、耐半田リフロー性についても、検査標本中不良パッケージが発見されず良好であった。
一方、抽出水のpＨが３以上５以下の球状溶融シリカを含まない、比較例に係るエポキシ樹脂組成物は、スパイラルフロー値が実施例組成物に比べて一桁から二桁下回る低い値であった。また比較例１ａ及び３ａのエポキシ樹脂組成物においては流動性が低いため金線変形、耐半田リフロー性とも測定不能であった。比較例２ａ、４ａ及び５ａのエポキシ樹脂については、金線変形率が許容程度を超えており、耐半田リフロー性も検査標本の過半数から全部に不良が認められる結果となった。
（第二の実施形態に係る実施例）
第二の実施形態に係る実施例及び比較例で用いた無機充填材の内容について以下に示す。
尚、溶融シリカや二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物における酸化チタンの比率については、フッ化水素酸で溶解させた後、高周波プラズマ発光分析装置（島津製作所製、ＩＣＰＳ−１０００ＩＶ）で測定して算出した。
無機充填材１ｂ（二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物、平均粒径：３０．４μｍ、比表面積：１．６ｍ２／ｇ、二酸化珪素：９９重量％、酸化チタン：１重量％、シリカ質原料に酸化チタン粉を添加した後に熱溶融した球状の無機充填材）
無機充填材２ｂ（二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物、平均粒径：２６．２μｍ、比表面積：１．９ｍ２／ｇ、二酸化珪素：７５重量％、酸化チタン：２５重量％、シリカ質原料に酸化チタン粉を添加した後に熱溶融した球状の無機充填材）
無機充填材３ｂ（二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物、平均粒径：２６．４μｍ、比表面積：２．８ｍ２／ｇ、二酸化珪素：５０重量％、酸化チタン：５０重量％、シリカ質原料に酸化チタン粉を添加した後に熱溶融した球状の無機充填材）
無機充填材４ｂ（二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物、平均粒径：２６．４μｍ、比表面積：２．８ｍ２／ｇ、二酸化珪素：２５重量％、酸化チタン：７５重量％、シリカ質原料に酸化チタン粉を添加した後に熱溶融した球状の無機充填材）
無機充填材５ｂ（二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物、平均粒径：２６．２μｍ、比表面積：３．１ｍ２／ｇ、二酸化珪素：１０重量％、酸化チタン：９０重量％、シリカ質原料に酸化チタン粉を添加した後に熱溶融した球状の無機充填材）
無機充填材６ｂ（二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物、平均粒径：１．６μｍ、比表面積：４．６ｍ２／ｇ、二酸化珪素：９９．０重量％、酸化チタン：１．０重量％、金属シリコンと金属チタンを混合し、酸素と反応させて得た球状の無機充填材）
無機充填材７ｂ（二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物、平均粒径：２．５μｍ、比表面積：６．２ｍ２／ｇ、二酸化珪素：７５．０重量％、酸化チタン：２５．０重量％、金属シリコンと金属チタンを混合し、酸素と反応させて得た球状の無機充填材）
無機充填材８ｂ（二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物、平均粒径：２．７μｍ、比表面積：６．８ｍ２／ｇ、二酸化珪素：５０．０重量％、酸化チタン：５０．０重量％、金属シリコンと金属チタンを混合し、酸素と反応させて得た球状の無機充填材）
無機充填材９ｂ（球状溶融シリカ、平均粒径：２８．８μｍ、比表面積：１．５ｍ２／ｇ、二酸化珪素：９９．９重量％、酸化チタン：０．００重量％、球状の溶融シリカ）
無機充填材１０ｂ（球状溶融シリカ、平均粒径：１．５μｍ、比表面積：４．２ｍ２／ｇ、二酸化珪素：９９．９重量％、酸化チタン：０．００重量％、金属シリコンと酸素と反応させて得た球状の無機充填材）
無機充填材１１ｂ（破砕シリカ、平均粒径：３０．５μｍ、比表面積：１．８ｍ２／ｇ、二酸化珪素：９９．９重量％、酸化チタン：０．００重量％）
実施例１ｂ
エポキシ樹脂１ｂ（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、ＹＸ−４０００、エポキシ当量１９０ｇ／ｅｑ、融点１０５℃） ６８重量部
フェノール樹脂１ｂ（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−ＬＬ、水酸基当量１６５ｇ／ｅｑ、軟化点７９℃） ４８重量部
硬化促進剤１ｂ（１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７） ３重量部
無機充填材１ｂ ７７０重量部
無機充填材１０ｂ １００重量部
カップリング剤１ｂ（γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン） ３重量部
カーボンブラック ３重量部
カルナバワックス ５重量部
を混合し、熱ロールを用いて、９５℃で８分間混練して冷却後粉砕し、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、実施例１ａと同様の方法で評価した。結果を表１ｂに示す。
実施例２ｂ〜１７ｂ、比較例１ｂ〜５ｂ
表１ｂ、２ｂ、３ｂの配合に従い、実施例１ｂと同様にしてエポキシ樹脂組成物を得て、実施例１ｂと同様に評価した。結果を表１ｂ、２ｂ、３ｂに示す。
実施例１ｂ以外で用いた原材料を以下に示す。
エポキシ樹脂２ｂ（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、ＮＣ３０００Ｐ、軟化点５８℃、エポキシ当量２７３）
フェノール樹脂２ｂ（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１０７℃、水酸基当量２０４）
硬化促進剤２ｂ（トリフェニルホスフィン−１，４−ベンゾキノン）
カップリング剤２ｂ （Ｎ−フェニルγ-アミノプロピルトリエトキシシラン）
カップリング剤３ｂ （γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン）
Figure 0005396687
Figure 0005396687
Figure 0005396687
（第二の実施形態に係る樹脂組成物の評価結果）
表１ｂ乃至表３ｂから分かるように、本発明実施例に係るエポキシ樹脂組成物は、流動性の指標であるスパイラルフロー値が良好で、且つ、流動性の指標又は（パッケージにおける電気不良を引起す原因となる）成形不具合の指標となる金線変形率も低く良好であった。更に、耐半田リフロー性についても、検査標本中不良パッケージが発見されず良好であった。
一方、二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物を含まない、比較例1ｂ及び２ｂに係るエポキシ樹脂組成物は、スパイラルフロー値が実施例組成物に比べて一桁下回る低い値であった。また比較例１ｂのエポキシ樹脂組成物においては流動性が低いため金線変形、耐半田リフロー性とも測定不能であり、比較例２ｂのエポキシ樹脂組成物の耐半田リフロー性は実施例に比べ劣っていた。比較例３ｂ、４ｂ及び５ｂのエポキシ樹脂組成物については、スパイラルフロー値及び金線変形率が許容範囲内であったものの、耐半田リフロー性が実施例に比べ劣る結果となった。
（第三の実施形態に係る実施例）
第三の実施形態に係る実施例及び比較例で用いた無機充填材の内容について以下に示す。
尚、溶融シリカや二酸化珪素（ＳｉＯ２）とアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とからなる共融物におけるＡｌ２Ｏ３の比率については、フッ化水素酸で溶解させた後、高周波プラズマ発光分析装置（島津製作所製、ＩＣＰＳ−１０００ＩＶ）で測定して算出した。
無機充填材１ｃ（ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とからなる共融物、平均粒径：３０．４μｍ、比表面積：１．６ｍ２／ｇ、ＳｉＯ２：９９．５重量％、Ａｌ２Ｏ３：０．５％、シリカ質原料にアルミナ粉を添加した後に熱溶融した球状の無機充填材）
無機充填材２ｃ（ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とからなる共融物、平均粒径：２６．２μｍ、比表面積：１．９ｍ２／ｇ、ＳｉＯ２：９５重量％、Ａｌ２Ｏ３：５％、シリカ質原料にアルミナ粉を添加した後に熱溶融した球状の無機充填材）
無機充填材３ｃ（ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とからなる共融物、平均粒径：２６．４μｍ、比表面積：２．８ｍ２／ｇ、ＳｉＯ２：８２重量％、Ａｌ２Ｏ３：１８％、シリカ質原料にアルミナ粉を添加した後に熱溶融した球状の無機充填材）
無機充填材４ｃ（ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とからなる共融物、平均粒径：０．６μｍ、比表面積：６．６ｍ２／ｇ、ＳｉＯ２：９９．０重量％、Ａｌ２Ｏ３：１．０％、金属シリコンと金属アルミニウムを混合し、酸素と反応させて得た球状の無機充填材）
無機充填材５ｃ（球状溶融シリカ、平均粒径：２８．８μｍ、比表面積：１．５ｍ２／ｇ、ＳｉＯ２：９９．９重量％、球状の溶融シリカ）
無機充填材６ｃ（球状シリカ、平均粒径：０．６μｍ、比表面積：６．２ｍ２／ｇ、ＳｉＯ２：９９．９重量％、金属シリコンと酸素と反応させて得た球状の無機充填材）
無機充填材７ｃ（破砕シリカ、平均粒径：３０．５μｍ、比表面積：１．８ｍ２／ｇ、ＳｉＯ２：９９．９重量％）
実施例１ｃ
エポキシ樹脂１ｃ（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、ＹＸ−４０００、エポキシ当量１９０ｇ／ｅｑ、融点１０５℃） ６８重量部
フェノール樹脂１ｃ（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−ＬＬ、水酸基当量１６５ｇ／ｅｑ、軟化点７９℃） ４８重量部
硬化促進剤１ｃ（１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７） ３重量部
無機充填材１ｃ ７７０重量部
無機充填材７ｃ １００重量部
カップリング剤１ｃ（γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン） ３重量部
カーボンブラック ３重量部
カルナバワックス ５重量部
を混合し、熱ロールを用いて、９５℃で８分間混練して冷却後粉砕し、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、実施例１ａと同様の方法で評価した。結果を表１ｃに示す。
実施例２ｃ〜１４ｃ、比較例１ｃ〜５ｃ
表１ｃ、２ｃ、３ｃの配合に従い、実施例１ｃと同様にしてエポキシ樹脂組成物を得て、実施例１ｃと同様に評価した。結果を表１ｃ、２ｃ、３ｃに示す。
実施例１ｃ以外で用いた原材料を以下に示す。
エポキシ樹脂２ｃ（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、ＮＣ３０００Ｐ、軟化点５８℃、エポキシ当量２７３）
フェノール樹脂２ｃ（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１０７℃、水酸基当量２０４）
硬化促進剤２ｃ（トリフェニルホスフィン−１，４−ベンゾキノン）
カップリング剤２ｃ（Ｎ−フェニルγ-アミノプロピルトリエトキシシラン）
カップリング剤３ｃ（γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン）
Figure 0005396687
Figure 0005396687
Figure 0005396687
（第三の実施形態に係る樹脂組成物の評価結果）
表１ｃ乃至表３ｃから分かるように、本発明実施例に係るエポキシ樹脂組成物は、流動性の指標であるスパイラルフロー値が良好で、且つ、流動性の指標又は（パッケージにおける電気不良を引起す原因となる）成形不具合の指標となる金線変形率も低く良好であった。更に、耐半田リフロー性についても、検査標本中不良パッケージが発見されず良好であった。
一方、二酸化珪素とアルミナとからなる共融物を含まない、比較例1ｃ、２ｃ及び５ｃに係るエポキシ樹脂組成物は、スパイラルフロー値が実施例組成物に比べて一桁下回る低い値であった。また比較例１ｃのエポキシ樹脂組成物においては流動性が低いため金線変形、耐半田リフロー性とも測定不能であった。また比較例２ｃ及び５ｃに係るエポキシ樹脂組成物については、金線変形率が許容程度を超えており、耐半田リフロー性も検査標本の過半数から全部に不良が認められる結果となった。一方、比較例３ｃ及び４ｃのエポキシ樹脂組成物については、スパイラルフロー値及び金線変形率が許容範囲内であったものの、耐半田リフロー性において検査標本の過半数から全部に不良が認められる結果となった。
第一から第三の実施形態を含む本発明によれば、流動性、成形性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得ることができるため、より高いレベルの耐半田リフロー性が要求される半導体装置に好適である。

Claims (7)

  1. （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材を必須成分として含むエポキシ樹脂組成物であって、前記（Ｄ）無機充填材として球状溶融シリカ（ｄ１）を含み、前記球状溶融シリカ（ｄ１）が二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物（ｄ２）であり、かつ前記共融物（ｄ２）の組成中における前記二酸化珪素の割合が２０重量％以上９９．８重量％以下、前記酸化チタンの割合が８０重量％以下０．２重量％以上であり、
    前記共融物（ｄ２）の含有割合が、該エポキシ樹脂組成物全体に対し８重量％以上９３重量％以下であり、
    前記球状溶融シリカ（ｄ１）の抽出水のｐＨが３以上５以下であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
  2. 前記二酸化珪素と酸化チタンとからなる共融物（ｄ２）を含む前記（Ｄ）無機充填材全体の含有割合が、該エポキシ樹脂組成物全体に対し７８重量％以上９３重量％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. （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材を必須成分として含むエポキシ樹脂組成物であって、前記（Ｄ）無機充填材として球状溶融シリカ（ｄ１）を含み、前記球状溶融シリカ（ｄ１）が二酸化珪素とアルミナとからなる共融物（ｄ３）であり、かつ前記共融物（ｄ３）の組成中における前記二酸化珪素の割合が８０重量％以上９５重量％以下、前記アルミナの割合が２０重量％以下５重量％以上であり、
    前記共融物（ｄ３）の含有割合が、該エポキシ樹脂組成物全体に対し８重量％以上９３重量％以下であり、
    前記球状溶融シリカ（ｄ１）の抽出水のｐＨが３以上５以下であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
  4. 前記二酸化珪素とアルミナとからなる共融物（ｄ３）を含む前記（Ｄ）無機充填材全体の含有割合が、該エポキシ樹脂組成物全体に対し７８重量％以上９３重量％以下である請求項３に記載の半導体封止用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してなることを特徴とする半導体装置。
  6. （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材を必須成分として含む半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法であって、
    シリカ質原料と酸化チタンを混合した後で熱溶融する、又は、金属シリコンと金属チタンを混合した後で酸素の存在下で熱溶融することによって、共融物中の二酸化珪素の割合が２０重量％以上９９．８重量％以下、酸化チタンの割合が８０重量％以下０．２重量％以上であり、且つ、当該共融物の抽出水のｐＨが３以上５以下である共融物（ｄ２）からなる球状溶融シリカを調製する工程、及び、
    （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材の少なくとも一部として前記共融物（ｄ２）を混合することにより、当該共融物（ｄ２）の割合が８重量％以上９３重量％以下であるエポキシ樹脂組成物を調製する工程を含む方法。
  7. （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材を必須成分として含む半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法であって、
    シリカ質原料とアルミナを混合した後で熱溶融する、又は、金属シリコンと金属アルミニウムを混合した後で酸素の存在下で熱溶融することによって、共融物中の二酸化珪素の割合が８０重量％以上９９．８重量％以下、アルミナの割合が２０重量％以下０．２重量％以上であり、且つ、当該共融物の抽出水のｐＨが３以上５以下である共融物（ｄ３）からなる球状溶融シリカを調製する工程、及び、
    （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、及び（Ｄ）無機充填材の少なくとも一部として前記共融物（ｄ３）を混合することにより、当該共融物（ｄ３）の割合が８重量％以上９３重量％以下であるエポキシ樹脂組成物を調製する工程を含む方法。
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