JP5396740B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、エポキシ樹脂系の半導体封止用樹脂組成物、およびそれを用いた半導体装置に関するものである。

従来から、トランジスタ，ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子は、エポキシ樹脂組成物を用いて封止され電子部品化されている。これらの半導体封止用エポキシ樹脂組成物中には 難燃性を高めるため、従来から、ハロゲン化エポキシ樹脂と三酸化アンチモンとを併用したもの、メラミンなどの窒素含有化合物、リン酸エステルなどのリン含有化合物、金属水酸化物等といった難燃剤が配合されている。ところが近年、環境への関心から、ハロゲン、アンチモン等の環境汚染物質を使用することなく難燃性を付与させる方法が要求されている。

上記要求に対して、難燃付与を目的に水酸化アルミニウム等の金属水酸化物を用いることが検討されている。上記金属水酸化物は、燃焼により水を放出（脱水）して吸熱し、難燃効果を発現する（特許文献１参照）。
特開２００２−１８７９９９公報

しかしながら、金属水酸化物の多くは、上記のように半導体封止樹脂に用いると、その半導体装置の半田リフロー作業時にも、その熱に反応して水を放出してしまうことから、結果、半導体封止樹脂とリードフレーム間の剥離が生じやすいという問題がある。

一方、上記特許文献１に開示の半導体封止用樹脂組成物は、流動性に優れ、また、使用されている水酸化アルミニウム粉末の比表面積が小さいことから、従来使用されている金属水酸化物よりも、水の放出は抑制される。しかしながら、その水の放出が低温でおこるため、半田リフロー処理等により発泡がみられるといった問題がある。さらに、難燃性、密着性、耐湿性、絶縁信頼性の点においても、上記特許文献１に開示の半導体封止用樹脂組成物は、未だ改良の余地がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、難燃性に優れるとともに、密着性、耐湿性、絶縁信頼性、流動性に優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有し、難燃剤として下記の（Ｄ）成分を含有するとともに、下記の（Ｃ）成分が、溶融破砕シリカおよび溶融球状シリカからなる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を第一の要旨とする。
（Ａ）エポキシ樹脂。
（Ｂ）フェノール樹脂。
（Ｃ）無機質充填剤。
（Ｄ）累積中心粒径Ｄ₅₀（μｍ）が１．５〜５μｍであって、ＢＥＴ比表面積Ｓ（ｍ² ／ｇ）が、３．３／Ｄ₅₀≦Ｓ≦４．２／Ｄ₅₀であり、かつＤ₅₀と累積１０％粒径Ｄ₁₀との比Ｄ₅₀／Ｄ₁₀が１．５〜４であるとともに、そのサンプル重量１０ｍｇ、昇温速度１０℃／分での示差走査熱量分析（ＤＳＣ）法による測定において、吸熱開始温度が２４０℃以上であり、吸熱ピーク温度が２８０〜３１０℃である、水酸化アルミニウム粉末。

また、本発明は、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子を樹脂封止してなる半導体装置を第二の要旨とする。

すなわち、本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた。その研究の過程で、水酸化アルミニウムの粒子径が大きくなると、水の放出温度が高くなる傾向がみられ、逆に、微粉が多いと水の放出温度が低くなるとの知見を得た。また、粒度分布幅を狭めると、水の低温での放出を抑えることができ、さらに、ある温度で急激に水を放出することとなるため、燃焼しやすいものに対しても、消火、延焼防止が効果的におこなえることを突き止めた。そして、封止材として特に好ましい粒度の水酸化アルミニウムを研究した結果、上記（Ｄ）成分のように、粒度分布等が特定の範囲内に設定された、粒度分布の狭い水酸化アルミニウム粉末を利用することにより、流動性、難燃性、絶縁信頼性、耐湿性さらに密着性に優れた樹脂組成物が得られることを見出し、本発明に達した。

なお、水酸化アルミニウムが難燃剤として従来から使用されていることは前述の通りである。しかしながら、従来の水酸化アルミニウム粉末は、一般的に、５０〜１５０μｍ程度の水酸化アルミニウムを、ボールミルその他の粉砕機で一次粒子径程度に粉砕したものが用いられ、球状化するために適宜アルミン酸ナトリウムなどで表面を溶解されているのであるが、上記の粉砕工程において粒度分布が広くなる。先の特許文献１に開示の半導体封止用樹脂組成物に実際に使用されている水酸化アルミニウム粉末も、平均粒径が約５μｍであり、比表面積は１．０ｍ² ／ｇで、それと平均粒径との積は４．４となっており、１μｍ以下の累積重量％は２０％を超えているのでＤ₅₀／Ｄ₁₀は５以上のものである。このような水酸化アルミニウム粉末を用いていたことから、水の放出が低温でおこり、半田リフロー処理等により発泡してしまう可能性が高いものと考えられる。さらに、上記水酸化アルミニウム粉末の累積中心粒径（Ｄ₅₀）の２倍の粒径である１０μｍ以上のものが８重量％以上を占めるようなものであることから、密着性、絶縁信頼性等が低い傾向が見られるものと考えられる。本発明で用いられる水酸化アルミニウム粉末は、上記のような従来の粒度分布とは異なり、特定の処理により、粒度分布を均一にしたものである。そのため、水酸化アルミニウム粉末の脱水開始温度（吸熱開始温度）も高く、半導体封止用エポキシ樹脂組成物に要求される流動性、難燃性、耐湿性さらに密着性が、従来のものに比べ顕著に改良されるようになる。

このように、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、特定の粒子径、比表面積、粒度分布等を有する水酸化アルミニウム粉末を用いていることから、流動性に優れるとともに、半田リフロー時における水分放出による剥離がおこらず、絶縁信頼性、難燃性等に優れた半導体封止用エポキシ樹脂が得られる。

特に、上記水酸化アルミニウム粉末が、サンプル重量１０ｍｇ、昇温速度１０℃／分での示差走査熱量分析（ＤＳＣ）法による測定において、吸熱開始温度が２４０℃以上であり、吸熱ピーク温度が２８０〜３１０℃であることから、成型時に気泡などの不具合を発生することなく、良好な半導体封止を行うことができる。

また、上記水酸化アルミニウム粉末が、サンプル重量１０ｍｇ、昇温速度１０℃／分での示差走査熱量分析（ＤＳＣ）法による測定において、吸熱ピーク熱量が２．５Ｗ／ｍｇ〜３．５Ｗ／ｍｇであるとき、その冷却効果によって消火し、延焼が防止され、難燃性が良好となる。吸熱ピーク熱量が大きすぎると、難燃効果が短時間で失われるので、火炎に長時間触れると、燃焼してしまう場合がある。

つぎに、本発明の実施の形態について説明する。

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（Ａ成分）と、フェノール樹脂（Ｂ成分）と、無機質充填剤（Ｃ成分）と、特定の水酸化アルミニウム粉末（Ｄ成分）とを用いて得られるものであり、通常、粉末状あるいはこれを打錠したタブレット状になっている。または、樹脂組成物を溶融混練した後、略円柱状等の顆粒体に成形した顆粒状、さらにシート状に成形したシート状の封止材料となっている。

上記エポキシ樹脂（Ａ成分）としては、特に限定するものではなく、ジシクロペンタジエン型、クレゾールノボラック型、フェノールノボラック型、ビスフェノール型、ビフェニル型等の各種エポキシ樹脂を用いることができる。これらエポキシ樹脂は単独で用いてもよいし２種以上併用してもよい。

上記Ａ成分のエポキシ樹脂は、成形性の点からエポキシ当量が１８５〜２０５のものを用いることが好ましく、より好ましくは１９０〜２００の範囲のものである。すなわち、エポキシ当量が１８５未満では、流動性に劣り、逆にエポキシ当量が２０５を超えると、硬化性に問題が生じるからである。

また、上記Ａ成分がクレゾールノボラック型エポキシ樹脂の場合、樹脂の取り扱い性と成形性の点から、軟化点が５０〜８０℃のものが好ましく、より好ましくは５５〜７５℃の範囲のものである。すなわち、軟化点が５０℃未満では、樹脂組成物がブロック化を起こしやすく、逆に軟化点が８０℃以を超えると、樹脂組成物の流動性に問題が生じるからである。

上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とともに用いられるフェノール樹脂（Ｂ成分）は、上記エポキシ樹脂の硬化剤として作用するものであり、特に限定するものではなく、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂等があげられる。これらフェノール樹脂は単独で用いてもよいし２種以上併用してもよい。そして、これらフェノール樹脂としては、水酸基当量が７０〜２５０、軟化点が５０〜１１０℃のものを用いることが好ましい。なお、フェノールノボラック樹脂は、フェノール、ナフトールなどのフェノール性水酸基を有する化合物とアルデヒド、ケトンなどを酸性雰囲気下にて反応して得られるものであり、広い意味では、フェノール化合物とメトキシメチレン基などを有する芳香族化合物との反応して得られるフェノールアラルキル樹脂を含む。

そして、上記エポキシ樹脂（Ａ成分）と上記フェノール樹脂（Ｂ成分）の配合割合は、上記エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量当たり、フェノール樹脂中の水酸基が０．７〜１．３当量となるように設定することが好ましく、なかでも０．９〜１．１当量となるよう設定することが特に好ましい。

本発明に用いる無機質充填剤（Ｃ成分）としては、溶融破砕シリカおよび溶融球状シリカが併せて用いられる。すなわち、高熱伝導性が必要な用途では、結晶性シリカの破砕粉末を用いることがより好ましく、樹脂の流動性を高めるために、粉末の角を研摩して除去したものを用いることが好ましく、線膨張係数を下げたい場合には、溶融させて非晶質にしたシリカ粉末を用いることが好ましいからである。

上記Ｃ成分の無機質充填剤の平均粒径は、５〜３０μｍであることが好ましく、特に好ましくは５〜２５μｍである。すなわち、平均粒径が５μｍ未満であると、樹脂組成物の流動性に乏しくなり、逆に平均粒径が３０μｍを超えると、大きな粒子による金型ゲート部での目詰まりなどをおこしやすいからである。さらに、最大粒子径は６４μｍ以下にすることが小型の半導体パッケージの場合、成形外観に優れて平滑であり、ゲート部への無機質充填剤の引っかかりによる流動不良、ワイヤー間に挟まることによるワイヤーの変形、ワイヤー部のボイドなどが発生しないため、特に好ましい。なお、上記平均粒径は、例えば、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。

そして、上記Ａ〜Ｃ成分とともに用いられる水酸化アルミニウム粉末（Ｄ成分）は、その累積中心粒径Ｄ₅₀（μｍ）が１．５〜５μｍであって、ＢＥＴ比表面積Ｓ（ｍ² ／ｇ）が、３．３／Ｄ₅₀≦Ｓ≦４．２／Ｄ₅₀であり、かつＤ₅₀と累積１０％粒径Ｄ₁₀との比Ｄ₅₀／Ｄ₁₀が１．５〜４であるものである。なお、水酸化アルミニウムの累積中心粒径（平均粒径）Ｄ₅₀は、レーザー粒度分布測定装置における粒径の小さいものから累積したもので５０％に相当する径とする。同様に、累積１０％粒径Ｄ₁₀は、レーザー粒度分布測定装置における粒径の小さいものから累積したもので１０％に相当する径とする。

上記水酸化アルミニウム粉末の粒度分布の幅を表現するために、上記のように、累積１０％の時の粒径に対する比率をとる。この値が大きいと分布の幅が広く、小さいと狭いことになる。本発明では、上記のように、Ｄ₅₀と累積１０％粒径Ｄ₁₀との比Ｄ₅₀／Ｄ₁₀を、１．５〜４の範囲に設定している。すなわち、この範囲であれば流動性が良好だからである。なお、この値が１に近づくと単一分散になっていくが、上記のように１．５が現実的な限界である。また、この値が４を超えると、微粉が多くなり、吸熱開始温度（脱水開始温度）が低下する傾向が見られる。

一方、上記水酸化アルミニウム粉末の粒子径が大きいと、脱水温度が高くなるが、構造欠陥を有しやすくなるため、樹脂組成物硬化物の機械物性が低下したり、気泡を生じたり、イオン性の不純物を溶出しやすいものとなる傾向が見られる。また、粒子径が大きいとナトリウムなどの水による洗浄が不充分となり、これが脱水触媒作用を持つようになり、脱水開始温度を低下させてしまうこともある。さらに大粒子径、あるいは塊状の結晶を得た後に、粒子径を小さくするために機械粉砕すると、粒子形状が複雑となり、微粉の多い、比表面積の大きな粉体となってしまう。そして、機械粉砕の際の微小クラックなどによる樹脂組成物中に気泡などが取り込まれ、機械強度の低下がもたらされる。これらの問題を解消するため、上記水酸化アルミニウム粉末（Ｄ成分）は、その累積中心粒径Ｄ₅₀（μｍ）を１．５〜５μｍの範囲に設定し、ＢＥＴ比表面積Ｓ（ｍ² ／ｇ）を、３．３／Ｄ₅₀≦Ｓ≦４．２／Ｄ₅₀の関係を満たすよう設定している。

上記のような粒子径のそろった水酸化アルミニウム粉末を得る方法としては、例えば、バイヤー法で製造する水酸化アルミニウムの一次粒子径をそろえる条件で行う方法、二次粒子分散体にて微粉を上澄み除去し、粗粉を粒子沈降あるいは網ろ過で除去して粒子の大きさを均一にする方法、あるいはアルミン酸ナトリウム処理後に粗粉、微粉除去をスラリー状態で上記の方法でおこなう方法、乾燥粉末の風力選別などの手法で粒径を均一なものにする方法等が適用されうる。

なお、上記水酸化アルミニウム粉末のＢＥＴ比表面積は、窒素を吸着体としてＢＥＴ比表面積測定装置により求めることができる。ＢＥＴ比表面積は、単位重量あたりの表面積であり、粒子を真球と仮定した場合、比表面積Ｓ（ｍ² ／ｇ）と直径Ｒ（μｍ）との関係は、下記の数式（１）に示すとおりである。

よって、この場合の粒子の比重は、下記の数式（２）により算出することができる。

水酸化アルミニウムの単結晶の比重（真比重）が２．４２であるので、真球の場合にはＳ・Ｒは２．５となる。真球からはずれると、Ｓを比表面積、Ｒを平均粒径（Ｄ₅₀）に置き換えて計算すると、上記式から計算される推定比重は低下することとなる。平均粒径（Ｄ₅₀）の真球を想定し、比表面積から真球を仮定した数式（２）を用いて比重を求めてみた場合、水酸化アルミニウムの真比重の７５％以下となる水酸化アルミニウム粉末を用いるのが好ましい。真球の場合に比べ推定比重が小さい、すなわち比表面積が真球に比べて大きいことから難燃性効果は高くなる。一方、真球の場合に比べ推定比重が６０％以上であるようにすることが、粘度の上昇を抑え、イオン性不純物の溶出を抑える点で好ましい。なお、推定比重が真比重の７５％以下の場合、Ｓ・Ｄ₅₀は３．３以上であり、推定比重で約６０％以上の場合Ｓ・Ｄ₅₀が４．２以下となる。

上記のような水酸化アルミニウム粉末は、好ましくは、特開２００３−９５６４５号に開示の製法により得られる。すなわち、この製法では、水酸化アルミニウムの二次粒子を溶解し、一次粒子として安定な球状に近い水酸化アルミニウムが得られる。また、この製法によれば、表面積が小さく、結晶にクラックなどが少ない水酸化アルミニウム粉末が得られるため、ナトリウムの粒子への取り込みが抑えられ、Ｎａ₂ Ｏ換算したナトリウム量として０．１重量％以下の水酸化アルミニウムが得られる。ナトリウムは水酸化アルミニウムからの水の放出を促進する作用があり、ナトリウムが少ないことは耐熱性に優れたものということができる。

なお、上記Ｄ成分の水酸化アルミニウムの耐熱性は、示差走査熱量分析（ＤＳＣ）法によって確認することができる。詳しくは、１０ｍｇの水酸化アルミニウム（サンプル）を秤量し、ＤＳＣ装置にセットし１０℃／分の昇温速度にて吸熱・発熱量を測定する。水の放出の際には吸熱となるので、吸熱開始温度と、吸熱の最大となる温度熱量を求める。

そして、上記ＤＳＣ法による測定において、吸熱開始温度は２４０℃以上で、かつ吸熱ピーク温度は２８０〜３１０℃となることが求められる。すなわち、この範囲よりも吸熱開始温度が低いと、成形時、あるいは後硬化時に水酸化アルミニウムから水が放出され、気泡などの不具合を発生してしまい、また、吸熱ピーク温度が２８０℃未満であると、２６０℃などの高温での吸湿半田リフロー時には水の放出が著しく、素子、リードフレームあるいは基板などと樹脂が剥離してしまったり、樹脂にクラックを生じたりすることがあるからである。

また、上記ＤＳＣ法による測定において、吸熱ピーク熱量が２．５Ｗ／ｍｇ〜３．５Ｗ／ｍｇとなることが、効果的な難燃性を示すために好ましい。

上記ＤＳＣ法における吸熱開始温度は、吸熱ピークの立ち上がりの温度を確認すればよいが、主要吸熱ピークの前に微小なピークあるいはこぶ状部分を有するものもある。この場合、微小ピーク、こぶの高温側端の吸熱量が最大ピークの５％以下であれば、これらを無視して、最大ピークの立ち上がり部に相当する温度を求める。

なお、上記吸熱開始温度が半田リフロー温度より低くても、吸熱ピーク温度が前記範囲内であれば、樹脂の水の拡散によって、剥離を生ずることがない。そして、ＤＳＣ法での測定において２５０℃以下における吸熱量の最大値が５％以下であれば、２６０℃での半田リフロー性に大きな問題を生じない。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、Ｄ成分の水酸化アルミニウム粉末が、上記のように特定の粒子径、特定の比表面積、特定の粒度分布幅を有していることから、素子、リードフレーム、基板に対する接着性が良好である。微粉は粘度の増加をもたらしたり、界面で気泡を残したりするため接着性を落とすが、本発明では、粒度分布幅が狭いためにこれらの不具合が生じ難い。さらに水酸化アルミニウムは、Ｃ成分の無機質充填剤に比べ強度が弱く、粒径の大きなものが存在すると、それが起点となってクラックが発生してしまうことがあり、また凝集力が低いため界面剥離の起点ともなってしまうが、本発明では、これらの不具合も生じ難い。また、上記Ｄ成分の水酸化アルミニウム粉末は、ある温度で急激に水を放出することとなるため、燃焼しやすいものに対しても、消火、延焼防止が効果的におこなえる。これにより、水酸化アルミニウムの添加量を少なくできるため、イオン性不純物などの削減にも好適となる。

なお、水酸化アルミニウムは、両イオン性を有し、酸塩基によって犯されやすいという面があるが、上記Ｄ成分の水酸化アルミニウム粉末は、特定の比表面積とすることにより、その影響も小さくなっている。

また、水酸化アルミニウムの耐熱性をさらに向上するため、水熱処理を施したりすることが可能である。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、そのＣ成分の無機質充填剤と、Ｄ成分の水酸化アルミニウム粉末との合計の含有割合が、エポキシ樹脂組成物全体の７０〜９０重量％の割合に設定することが、硬化物の特性、成形時の流動性の点で好ましい。

また、上記Ｄ成分の水酸化アルミニウム粉末の含有割合が、エポキシ樹脂組成物全体の３〜４０重量％の割合に設定することが、硬化物の難燃効果や、イオン性不純物などの削減等の点で好ましい。

そして、上記Ｄ成分の水酸化アルミニウム粉末の含有割合が、上記Ｃ成分の無機質充填剤と上記Ｄ成分の水酸化アルミニウム粉末との合計の５〜５０重量％の割合に設定することが、硬化物の難燃効果や、イオン性不純物などの削減等の点で好ましい。

なお、水酸化アルミニウムはイオン性を有するため、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の反応触媒である硬化促進剤を捕捉して、硬化反応性を低下させやすい。このような場合、フェノール樹脂、エポキシ樹脂と塩あるいは付加物を形成する硬化促進剤を用いることにより、硬化促進剤が安定化されて、水酸化アルミニウムと反応し難くなり、硬化性に優れたものとなる。

また、エポキシ樹脂とフェノールノボラック樹脂を用いると、硬化反応はするが、反応速度が遅い。このような場合、イミダゾール、アミン系、リン系の硬化促進剤等の硬化促進剤を併用することが好ましい。すなわち、イミダゾール、アミン系の硬化促進剤は、金属水酸化物を用いる際に優れた硬化性を示すことから、好ましく利用することができるからである。また、電気的信頼性が優先される場合にはリン系の硬化促進剤が好ましく利用することができる。

また、成形性を高めるために、流動時には低粘度で、硬化する際には一気に反応するような、潜在性の硬化促進剤を用いてもよい。具体的には、ホスフィンとキノンの付加物、ホスフィンとフェノールの付加物などがあげられる。

さらに、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、その各成分とともに、酸性離型剤を含有することが、水酸化アルミニウムの分散性が向上されるため、好ましい。このような離型剤としては、例えば、カルボキシル基を有するもの等があげられる。

なお、酸性離型剤と塩基性触媒とを予め反応させておくと、触媒が水酸化アルミニウムに捕捉されにくくなり、潜在性を有するようになるので好ましい。そして、このように離型剤と塩を形成させておくことで、金型表面での樹脂の硬化性が高まり、金型からの成形物の離型が容易になる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、この他、シランカップリング剤、顔料、難燃剤、難燃助剤、離型剤などを添加することができる。

シランカップリング剤としては、エポキシ樹脂および／またはフェノールノボラック樹脂と反応する官能基とアルコキシシラン骨格を有するものが好ましく、例えば、γ−メルカプトプロピルトリメチルシラン、γ−アミノプロピルトリメチルシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメチルシラン等があげられる。

顔料としては、静電除去効果を有するカーボンブラックなどを用いることができる。

難燃剤としては、水酸化アルミニウム以外に、臭素系難燃剤、窒素系難燃剤、リン系難燃剤、水酸化アルミニウム以外の金属水酸化物、金属水和物などを例示することができ、これらを水酸化アルミニウムとともに用いることもできる。

金属水酸化物、金属水和物は、優れた難燃性を示すが、耐水性の低下をもたらしやすい。しかし、アルコキシ基を含有するシリコーンレジン化合物を用いた場合、それが保護作用を有するためか耐水性の低下がほとんど見られないので、併用して使用するとよい。

難燃助剤としては、三酸化アンチモン等を例示することができ、臭素系の化合物と併用することにより優れた難燃効果を示す。しかし、臭素、アンチモンなどの毒性の高い化合物を用いるため、これらを用いない難燃剤を利用することが好ましい。

離型剤としては、先に示したように酸性のものが好ましいが、他の離型剤を否定しているわけではなく、カルナバワックス、パラフィンワックス、ポリエチレンワックス、モンタン酸ワックス、ノニオン界面活性剤類似のパラフィンあるいはポリエチレン鎖とともにアルキレングリコール鎖を有するワックスも使用可能である。

また、イオン性不純物による金属の腐食（半導体素子やアルミニウム配線の腐食）を解消するため、無機系のハイドロタルサイト類似化合物、ビスマス化合物といったイオン交換体を配合すると、その樹脂組成物により封止される半導体素子等がより長寿命になる。

本発明の半導体封止用樹脂組成物は、例えばつぎのようにして製造することができる。すなわち、エポキシ樹脂（Ａ成分）、フェノール樹脂（Ｂ成分）、無機質充填剤（Ｃ成分）、特定の水酸化アルミニウム粉末（Ｄ成分）、および必要に応じて他の添加剤を、所定の割合で配合し、ミキサー等で充分に混合する。つぎに、この混合物をミキシングロール機やニーダー等の混練機を用いて加熱状態で溶融混練し、これを室温に冷却する。そして、このものを粉砕し、必要に応じて打錠するという一連の工程によって目的とする半導体封止用樹脂組成物を製造することができる。

あるいは、上記半導体封止用樹脂組成物の混合物を混練機に導入して溶融状態で混練した後、これを略円柱状の顆粒体やペレット状に連続的に成形するという一連の工程によっても半導体封止用樹脂組成物を製造することができる。

さらに、上記半導体封止用樹脂組成物の混合物をパレット上に受け入れし、これを冷却後、プレス圧延，ロール圧延，あるいは溶媒を混合したものを塗工してシート化する等の方法によりシート状の半導体封止用樹脂組成物を製造することができる。

このようにして得られる半導体封止用樹脂組成物（粉末状，タブレット状，顆粒状等）を用いての半導体素子の封止方法は、特に限定するものではなく、通常のトランスファー成形等の公知の成形方法によって行うことができる。

また、上記シート状の半導体封止用樹脂組成物を用いて、例えば、つぎのようにしてフリップチップ実装による半導体装置を製造することができる。すなわち、上記シート状半導体封止用樹脂組成物を、接合用バンプを備えた半導体素子の電極面側に、あるいは、回路基板のバンプ接合部側に配置し、上記半導体素子と回路基板とをバンプ接合するとともに両者を樹脂封止による接着封止を行うことによりフリップチップ実装して半導体装置を製造することができる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、配合割合は重量部とする。

まず、下記に示す各材料を準備した。

〔エポキシ樹脂〕
ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００、軟化温度７０℃）

〔フェノール樹脂〕
フェノールホルムアルデヒドノボラック樹脂（水酸基当量１．０５、軟化温度７１℃）

〔硬化促進剤〕
１，８−ジアザビシクロ（５．４．０）ウンデセン−７

〔無機質充填剤ａ〕
溶融破砕シリカ（平均粒径６μｍ、最大粒子径４８μｍ）

〔無機質充填剤ｂ〕
溶融球状シリカ粉末（平均粒径１４μｍ、最大粒子径６４μｍ）

〔水酸化アルミニウムＡ〜Ｅ〕
下記の表１に示す粒度分布〔レーザー粒度分布測定装置による測定値：累積中心粒径Ｄ₅₀（μｍ），累積１０％粒径Ｄ₁₀（μｍ），Ｄ₅₀／Ｄ₁₀，３．３／Ｄ₅₀，４．２／Ｄ₅₀〕、ＢＥＴ比表面積Ｓ（ｍ² ／ｇ）〔ＢＥＴ比表面積測定装置による測定値〕、吸熱開始温度（℃），吸熱ピーク温度（℃），吸熱ピーク熱量（Ｗ／ｍｇ）〔サンプル重量１０ｍｇ、昇温速度１０℃／分でのＤＳＣ測定法による測定値〕の水酸化アルミニウム

〔カーボンブラック〕

〔シランカップリング剤〕
γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン

〔離型剤〕
酸化ポリエチレンワックス（酸価６０、重量平均分子量４０００）

〔実施例１〜３、比較例１〜３〕
上記各材料を、後記の表２に示す割合で常温で混合した後、８０〜１２０℃に加熱したロール混練機にかけて樹脂を溶融混練（５分間）することにより、無機質充填剤等が樹脂中に分散したエポキシ樹脂組成物を作製した。ついで、この溶融物を冷却し固体状になったものを、粉末状に粉砕した。この粉末を、円筒状の金型に入れて、円筒の両端から加圧することにより、所定外形、重量の円柱状のタブレットを作製した。

このようにして得られた樹脂組成物タブレットに関し、下記の基準に従って、各特性の評価を行った。その結果を、後記の表２に併せて示した。

〔耐半田性〕
上記作製の樹脂組成物タブレットに対し、低圧トランスファー成形機を用いて、成形温度１７５℃、注入圧力７ＭＰａ、硬化時間１２０秒で８０ピンＱＦＰパッケージを成形した。詳しくは、ダイパッドサイズ８ｍｍ角の０．１５ｍｍ厚の銅リードフレームを準備し、５．５ｍｍ角、０・４ｍｍ厚のシリコーン素子をダイアタッチ接着剤でダイパッド部に接着し、素子電極と、リードフレーム間を金線にて電気接続を形成し、これを、凹部を持つ下金型の所定位置に配置し、凹部を有する上金型にて挟みこみ、上記作製の樹脂組成物タブレットを樹脂ポット内に入れ、上記条件に従い、プランジャーにて加圧された上記樹脂組成物を上下金型にて形成された空間内に注入し、樹脂を硬化させることにより、半導体装置を製造した。そして、リードフレームのダム部をタイカットで除去して、半導体装置を個片化した。このものを、ＪＥＤＥＣレベル湿度感度レベル３（吸湿条件：３０℃×６０％ＲＨ×１９２時間）にて吸湿処理をおこなった後、ピーク２６０℃×３０秒条件の半田リフローの熱プロファイルにさらして、リードフレームの剥離の有無を確認した。そして、リードフレームの剥離がみられなかったものを○、剥離がみられたものを×と評価した。

〔難燃性〕
上記作製の樹脂組成物タブレットに対し、低圧トランスファー成形機を用いて、成形温度１７５℃、注入圧力７ＭＰａ、硬化時間１２０秒で３．２ｍｍ厚試験片（１２７ｍｍ×１２．７ｍｍ×３．２ｍｍ）と１．６ｍｍ厚保試験片（１２７ｍｍ×１２．７ｍｍ×１．６ｍｍ）を成形した。そして、後硬化１７５℃にて８時間処理した後、ＵＬ−９４垂直法に準じて燃焼時間の合計と、燃焼時間の最長時間を求め、Ｖ−０規格を満足するか否かを評価し、規格を満たす場合○、満たさない場合×とした。

〔流動性〕
上記作製の樹脂組成物タブレットに対し、スパイラルフロー（ＥＭＭＩ−Ｉ−６６）に準じたスパイラルフロー測定用金型を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力７ＭＰａ、硬化時間１２０秒にて流動性の測定をおこなった。そして、流動性が５０ｃｍを超えるものを○、流動性が５０ｃｍ以下のものを×とした。

〔接着性〕
上記作製の樹脂組成物タブレットを用い、ＮｉＰｄＡｕメッキリードフレーム板上に、低圧トランスファー成形機にて成形温度１７５℃、注入圧力７ＭＰａ、硬化時間１２０秒で、円錐台状の樹脂組成物（上径３ｍｍ、下径３．５６８ｍｍ、高さ３ｍｍ、接着面積１０±０．５ｍｍ² ）を成形した。その後、低圧トランスファー成形機から取り外して１７５℃×５時間の後硬化をおこなった。そして、万能試験機にて円錐台（樹脂硬化物）の側面より平板を５ｍｍ／分の速度で押し当て、円錐台が剥離する際の最大力を測定した。この測定を、１０試験片に対して行い、その平均値を求めた。そして、その値が９．８ＭＰａ（１ｋｇ／ｍｍ² ）以上である場合を○、９．８ＭＰａ（１ｋｇ／ｍｍ² ）より低い場合を×とした。

上記結果から、全実施例品は、耐半田性、難燃性、流動性、接着性といった全ての評価において優れたものであることがわかる。これに対し、難燃剤として平均粒径（Ｄ₅₀）の大きい水酸化アルミニウムを含有する比較例１品は、１．６ｍｍＶ−０試験において難燃性に問題がみられ、逆に、平均粒径が小さい水酸化アルミニウムを含有する比較例２品は、流動性等も悪くなっている。なお、水酸化アルミニウムの吸熱開始温度が低いと難燃性が悪く、ピーク発熱温度が低いものでも難燃性が劣る傾向が見られた。

Claims (7)

1. 下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有し、難燃剤として下記の（Ｄ）成分を含有するとともに、下記の（Ｃ）成分が、溶融破砕シリカおよび溶融球状シリカからなることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
   （Ａ）エポキシ樹脂。
   （Ｂ）フェノール樹脂。
   （Ｃ）無機質充填剤。
   （Ｄ）累積中心粒径Ｄ₅₀（μｍ）が１．５〜５μｍであって、ＢＥＴ比表面積Ｓ（ｍ² ／ｇ）が、３．３／Ｄ₅₀≦Ｓ≦４．２／Ｄ₅₀であり、かつＤ₅₀と累積１０％粒径Ｄ₁₀との比Ｄ₅₀／Ｄ₁₀が１．５〜４であるとともに、そのサンプル重量１０ｍｇ、昇温速度１０℃／分での示差走査熱量分析（ＤＳＣ）法による測定において、吸熱開始温度が２４０℃以上であり、吸熱ピーク温度が２８０〜３１０℃である、水酸化アルミニウム粉末。
2. 上記（Ｄ）成分である水酸化アルミニウム粉末が、サンプル重量１０ｍｇ、昇温速度１０℃／分での示差走査熱量分析（ＤＳＣ）法による測定において、吸熱ピーク熱量が２．５Ｗ／ｍｇ〜３．５Ｗ／ｍｇである請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 上記（Ｃ）成分の無機質充填剤と上記（Ｄ）成分の水酸化アルミニウム粉末との合計の含有割合が、エポキシ樹脂組成物全体の７０〜９０重量％の割合に設定されている請求項１または２記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
4. 上記（Ｄ）成分の水酸化アルミニウム粉末の含有割合が、エポキシ樹脂組成物全体の３〜４０重量％の割合に設定されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
5. 上記（Ｄ）成分の水酸化アルミニウム粉末の含有割合が、上記（Ｃ）成分の無機質充填剤と上記（Ｄ）成分の水酸化アルミニウム粉末との合計の５〜５０重量％の割合に設定されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
6. 上記（Ａ）〜（Ｄ）成分とともに、酸性離型剤を含有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子を樹脂封止してなる半導体装置。