JP5526963B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - 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及び半導体装置に関するものである。
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子の封止方法として、エポキシ樹脂組成物のトランスファー成形が低コスト、大量生産に適しており、採用されて久しく、信頼性の点でもエポキシ樹脂や硬化剤であるフェノール樹脂の改良により特性の向上が図られてきた。しかし、近年の電子機器の小型化、軽量化、高性能化の市場動向において、半導体の高集積化も年々進み、また半導体装置の表面実装化が促進されるなかで、半導体封止用エポキシ樹脂組成物への要求は益々厳しいものとなってきている。このため、従来からのエポキシ樹脂組成物では解決出来ない問題点も出てきている。
その最大の問題点は、表面実装の採用により半導体装置が半田浸漬あるいは半田リフロー工程で急激に２００℃以上の高温にさらされ、吸湿した水分が爆発的に気化する際の応力により、半導体装置内、特に半導体素子、リードフレーム、インナーリード上の金メッキや銀メッキ等の各種メッキされた各接合部分とエポキシ樹脂組成物の硬化物の界面で剥離が生じたりして、信頼性が著しく低下する現象である。また、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対する耐半田性が、従来以上に大きな課題となってきている。
従って、主々のエポキシ樹脂組成物が検討されており、その一例としてビフェニル型エポキシ樹脂、主鎖骨格に特定構成単位を含むフェノール樹脂及び第三ホスフィンとキノン類の付加物を必須成分とする手法（例えば、特許文献１参照。）や、硫黄原子含有シランカップリング剤を添加する手法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）が、この方法でも十分に良好な半導体封止用エポキシ樹脂組成物は得られるには至っていない。
また、半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、その反応の進行を抑制するため、５℃以下の低温で輸送、保管され、半導体素子を封止成形する前段で、例えばケース等の梱包単位毎に室温に戻してから、使用されるのが一般的であるが、実際の製造現場においては、梱包単位の全量を使い切れずに、室温のまま、長期間（例えば、１週間程度）保管される場合も少なくない。このように室温で長期間保管された場合には、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の反応が徐々に進行し、再度半導体素子を封止成形する段階で、流動性が低下することで、充填不良やワイヤー流れ等の不具合が発生し、歩留りが低下する場合があった。さらに、近年の環境対応という観点からも、低温保管条件の緩和又は室温保管への要求も高まりを見せている。
特開２０００−２０４１３９号公報 特開２０００−１０３９４０号公報
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、室温での長期保管によっても流動性を保持し、封止成形時において良好な流動性、硬化性、連続成形性を有し、かつ無鉛半田に対応する高温の半田処理によってもクラックが発生しない良
好な耐半田性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物、ならびに、信頼性に優れた半導体装置を提供するものである。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、（Ａ）下記一般式（１）で表されるエポキシ樹脂（ａ１）及び／又は下記一般式（２）で表されるエポキシ樹脂（ａ２）を含むエポキシ樹脂、（Ｂ）下記一般式（３）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ１）及び下記一般式（４）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ２）を含むフェノール樹脂系硬化剤、（Ｃ）無機充填材、（Ｄ）ホスホニウムチオシアネート（ｄ１）及びホスフィン化合物とキノン化合物との付加物（ｄ２）を含む硬化促進剤、を含み、前記無機充填材（Ｃ）の含有割合が全エポキシ樹脂組成物中に８８質量％以上、９２質量％以下であることを特徴とする。
Figure 0005526963
 （ただし、上記一般式（１）において、Ｒ１は水素原子又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていても良い。ｎ１の平均値は０又は５以下の正数である。）
Figure 0005526963
 （ただし、上記一般式（２）において、Ｒ２は水素原子又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていても良い。ｎ２の平均値は０又は５以下の正数である。）
Figure 0005526963
 （ただし、上記一般式（３）において、Ｒ３は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていても良い。ｎ３の平均値は５以下の正数である。ｍ３は０
〜４の整数である。）
Figure 0005526963
 （ただし、上記一般式（４）において、Ｒ４は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていても良い。ｎ４の平均値は５以下の正数である。ｍ４は０〜４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、前記ホスホニウムチオシアネート（ｄ１）と、前記ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物（ｄ２）との質量比Ｗ（ｄ１）／（Ｗ（ｄ１）＋Ｗ（ｄ２））が１／３から３／１までの範囲であ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により半導体素子を封止されていることを特徴とする。
本発明に従うと、室温での長期保管によっても流動性を保持し、封止成形時において良好な流動性、硬化性、連続成形性を有し、かつ低吸湿性、低応力性、金メッキや銀メッキ等の各種メッキを施したリードフレーム等の金属系部材との密着性のバランスに優れ、無鉛半田に対応する高温の半田処理によっても剥離やクラックが発生しない良好な耐半田性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物、ならびに、信頼性に優れた半導体装置を得ることができる。
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半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、（Ａ）下記一般式（１）で表されるエポキシ樹脂（ａ１）及び／又は下記一般式（２）で表されるエポキシ樹脂（ａ２）を含むエポキシ樹脂、（Ｂ）下記一般式（３）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ１）及び下記一般式（４）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ２）を含むフェノール樹脂系硬化剤、（Ｃ）無機充填材、（Ｄ）ホスホニウムチオシアネート（ｄ１）及びホスフィン化合物とキノン化合物との付加物（ｄ２）を含む硬化促進剤、を含み、前記無機充填材（Ｃ）の含有割合が全エポキシ樹脂組成物中に８８質量％以上、９２質量％以下であることを特徴とする。これにより、室温での長期保管によっても流動性を保持し、半導体素子等の封止成形時において良好な流動性、硬化性、連続成形性を有し、かつ無鉛半田に対応する高温の半田処理によってもクラックが発生しない良好な耐半田性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られるものである。以下、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の各成分について詳細に説明する。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、（Ａ）エポキシ樹脂として、下記一般
式（１）で表されるエポキシ樹脂（ａ１）及び／又は下記一般式（２）で表されるエポキシ樹脂（ａ２）を用いることが好ましい。本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物に用いられる下記一般式（１）で表されるエポキシ樹脂（ａ１）、及び下記一般式（２）で表されるエポキシ樹脂（ａ２）は、いずれも結晶性エポキシ樹脂であり、常温時には固体で取り扱い性に優れ、かつ成形時の溶融粘度が非常に低い特長を有する。これらのエポキシ樹脂は溶融粘度が低いことにより、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の高流動化を得ることができ、無機質充填材を高充填化することができる。また、下記一般式（１）で表されるエポキシ樹脂（ａ１）及び／又は下記一般式（２）で表されるエポキシ樹脂（ａ２）を用いると、（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｄ）成分との反応性が最も適正な状態になることから、（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｄ）成分の３成分を併用することで得られる、良好な流動性、硬化性及び常温保管性を両立させる効果を、理想的に得ることができる。
Figure 0005526963
 （ただし、上記一般式（１）において、Ｒ１は水素原子又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていても良い。ｎ１の平均値は０又は５以下の正数である。）
Figure 0005526963
 （ただし、上記一般式（２）において、Ｒ２は水素原子又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていても良い。ｎ２の平均値は０又は５以下の正数である。）
一般式（１）で表されるエポキシ樹脂（ａ１）の内では、作業性、実用性のバランスの取れた４，４’−ジグリシジルビフェニル、３，３’，５，５’−テトラメチル−４，４’−ジグリシジルビフェニル及びこの両者の溶融混合物等が好ましい。
一般式（２）で表されるエポキシ樹脂（ａ２）の内では、ｎ２＝０体の成分を９０質量％以上含むビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂が好ましい。また、その場合の融点としては、３５℃以上、１００℃以下が好ましく、より好ましくは４０℃以上、９０℃以下である。融点が上記範囲内であると、常温で樹脂がブロッキングを起こすことによる取り扱い作業性の低下や樹脂組成物の常温保存性の低下を抑えることができ、また、無機質充填材の高充填化を阻害する粘度の上昇を抑えることができる。
尚、本発明でのエポキシ樹脂の融点とは、示差走査熱量計（セイコー電子工業（株）製）を用い、常温から昇温速度５℃／分で測定したときの、融解ピークの頂点の温度を言う。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、一般式（１）で表されるエポキシ樹脂（ａ１）及び／又は一般式（２）で表されるエポキシ樹脂（ａ２）を用いることによる効果を損なわない範囲で、その他のエポキシ樹脂を用いることができる。用いることができるその他のエポキシ樹脂としては、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、ポリマー全般であれば、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、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、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、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂等の多官能エポキシ樹脂；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、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、フェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂脂等のアラルキル型エポキシ樹脂；ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、ヒドロキシナフタレン及び／又はジヒドロキシナフタレンの２量体をグリシジルエーテル化して得られるエポキシ樹脂等のナフトール型エポキシ樹脂；トリグリシジルイソシアヌレート、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート等の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等の有橋環状炭化水素化合物変性フェノール型エポキシ樹脂；ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂等の硫黄原子含有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差し支えない。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物に用いられる一般式（１）で表されるエポキシ樹脂（ａ１）と一般式（２）で表されるエポキシ樹脂（ａ２）との合計の配合比率としては、全エポキシ樹脂（Ａ）中に５０質量％以上であることが好ましく、７０質量％以上であることがより好ましい。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物に用いられるエポキシ樹脂（Ａ）全体の配合割合としては、特に限定されないが、全樹脂組成物中に、１質量％以上、１５質量％以下であることが好ましく、２質量％以上、１０質量％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下限値以上であると、流動性の低下等を引き起こす恐れが少ない。また、エポキシ樹脂（Ａ）全体の配合割合が上記上限値以下であると、耐半田性の低下等を引き起こす恐れが少ない。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、（Ｂ）フェノール樹脂系硬化剤として、下記一般式（３）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ１）及び下記一般式（４）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ２）を用いることが好ましい。また、下記一般式（３）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ１）と下記一般式（４）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ２）とを併用すると、（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｄ）成分との反応性が最も適正な状態になることから、併用することで得られる、良好な流動性、硬化性及び常温保管性を両立させる効果を、理想的に得ることができる。下記一般式（３）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ１）と下記一般式（４）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ２）との併用比率としては、１／１〜４／１の範囲であることが好ましい。上記範囲内であると、良好な流動性、硬化性及び常温保管性を両立させる効果を、より理想的に得ることができる。
Figure 0005526963
 （ただし、上記一般式（３）において、Ｒ３は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていても良い。ｎ３の平均値は５以下の正数である。ｍ３は０〜４の整数である。）
Figure 0005526963
 （ただし、上記一般式（４）において、Ｒ４は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていても良い。ｎ４の平均値は５以下の正数である。ｍ４は０〜４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には、一般式（３）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ１）及び一般式（４）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ２）を用いることによる効果を損なわない範囲で、その他のフェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）を用いることができる。用いることができるその他のフェノール樹脂系硬化剤としては、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、ポリマー全般であれば、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樹脂等のノボラック型樹脂；トリフェノールメタン型樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型樹脂等の多官能型フェノール樹脂；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等の変性フェノール樹脂；フェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂、ビ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ナフトールアラルキル型樹脂；ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のビスフェノール化合物；ビスフェノールＳ等の硫黄原子含有型フェノール樹脂等が挙げられ、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差し支えない。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物に用いられる一般式（３）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ１）と一般式（４）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ２）との合計の配合比率としては、フェノール樹脂系硬化剤中に５０質量％以上であることが好ましく、７０質量％以上であることがより好ましい。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物に用いられるフェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）全体の配合割合としては、特に限定されないが、全樹脂組成物中に、０．５質量％以上、１２質量％以下であることが好ましく、１質量％以上、９質量％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）の配合割合が上記下限値以上であると、流動性の低下等を引き起こす恐れが少ない。また、フェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）の配合割合が上
記上限値以下であると、耐半田性の低下等を引き起こす恐れが少ない。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物に用いられるエポキシ樹脂（Ａ）とフェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）との配合比率としては、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（ＯＨ）の比（ＥＰ／ＯＨ）が０．７以上、１．１以下であることが好ましく、０．８以上、０．９以下であることがより好ましい。この範囲内であると、エポキシ樹脂組成物の硬化性の低下、あるいは樹脂硬化物のガラス転移温度の低下、耐湿信頼性の低下等を抑えることができる。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、無機充填材（Ｃ）を用いることができる。本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物に用いられる無機充填材（Ｃ）としては、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用いることができる。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としては、球状の溶融シリカである。これらの無機充填材（Ｃ）は、１種類を単独で用いても２種類以上を併用しても差し支えない。無機充填材（Ｃ）の最大粒径については、特に限定されないが、無機充填材（Ｃ）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以下であることが好ましく、７５μｍ以下であることがより好ましい。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物に用いられる無機充填材（Ｃ）の含有割合は、全半導体封止用エポキシ樹脂組成物中８８質量％以上、９２質量％以下が好ましく、８９質量％以上、９１質量％以下がより好ましい。無機充填材（Ｃ）の含有割合が上記下限値以上であると、耐半田性の低下等を抑えることができる。無機充填材（Ｃ）の含有割合が上記上限値以下であると、流動性の低下等を抑えることができる。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、（Ｄ）硬化促進剤として、ホスホニウムチオシアネート（ｄ１）及びホスフィン化合物とキノン化合物との付加物（ｄ２）を用いることが好ましい。本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物に用いられるホスホニウムチオシアネート（ｄ１）は、成形時には低粘度と速硬化性を両立させる硬化促進剤であり、また半田リフロー時には金属基材との密着を促進するものである。ホスホニウムは４級であることが望ましく、またテトラフェニルホスホニウムであればさらに望ましい。フェニル基にはメチル基や水酸基といった置換基を導入してもよい。これらの化合物としては、テトラフェニルホスホニウムチオシアネート、（４−メチルフェニル）トリフェニルチオシアネート、２，５−ヒドロキシトリフェニルホスホニウムチオシアネート等が挙げられる。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物に用いられるホスフィン化合物とキノン化合物との付加物（ｄ２）としては、下記一般式（５）で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0005526963
 （ただし、上記一般式（５）において、Ｐはリン原子を表す。Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は炭素数１〜１２のアルキル基又は炭素数６〜１２のアリール基を表し、互いに同一であっても異なっていてもよい。Ｒ８、Ｒ９及びＲ１０は水素原子又は炭素数１〜１２の炭化水素基
を表し、互いに同一であっても異なっていてもよく、Ｒ８とＲ９が結合して環状構造となっていてもよい。）
ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物に用いるホスフィン化合物としては、トリフェニルホスフィン、トリス（アルキルフェニル）ホスフィン、トリス（アルコキシフェニル）ホスフィン、トリナフチルホスフィン、トリス（ベンジル）ホスフィン等の芳香環に無置換あるいはアルキル基、アルコキシル基等の置換基が存在するものが好ましく、アルキル基、アルコキシル基の有機基としては１〜６の炭素数を有するものが挙げられる。入手しやすさの観点からはトリフェニルホスフィンが好ましい。
またホスフィン化合物とキノン化合物との付加物に用いるキノン化合物としては、ｏ−ベンゾキノン、ｐ−ベンゾキノン、アントラキノン類が挙げられ、中でもｐ−ベンゾキノンが保存安定性の点から好ましい。
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、有機第三ホスフィンとベンゾキノン類の両者が溶解することができる溶媒中で接触、混合させることにより付加物を得ることができる。溶媒としてはアセトンやメチルエチルケトン等のケトン類で付加物への溶解性が低いものがよい。しかしこれに限定されるものではない。
一般式（５）で表される化合物において、リン原子に結合するＲ５、Ｒ６及びＲ７がフェニル基であり、かつＲ８、Ｒ９及びＲ１０が水素原子である化合物、すなわち１，４−ベンゾキノンとトリフェニルホスフィンを付加させた化合物がエポキシ樹脂組成物の硬化物熱時弾性率を低下させる点で好ましい。
ホスホニウムチオシアネート（ｄ１）を使用せずに、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物（ｄ２）のみを使用した場合では、硬化性が不充分である。反対にホスフィン化合物とキノン化合物との付加物（ｄ２）を使用せずに、ホスホニウムチオシアネート（ｄ１）のみを使用した場合では、流動保持性が不充分である。ホスホニウムチオシアネート（ｄ１）の配合量Ｗ（ｄ１）とホスフィン化合物とキノン化合物との付加物（ｄ２）の配合量Ｗ（ｄ２）との質量比Ｗ（ｄ１）／Ｗ（ｄ２）としては、１／３から３／１までの範囲が好ましく、この範囲内にあるときが最も両者を併用する効果が高くなる。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物に用いられるホスホニウムチオシアネート（ｄ１）及びホスフィン化合物とキノン化合物との付加物（ｄ２）の合計量の配合割合の下限値は、全樹脂組成物中０．０５質量％以上であることが好ましく、０．１０質量％以上であることがより好ましい。ホスホニウムチオシアネート（ｄ１）及びホスフィン化合物とキノン化合物との付加物（ｄ２）の合計量の配合割合が、上記下限値以上であると、充分な硬化性を得ることができる。また、ホスホニウムチオシアネート（ｄ１）及びホスフィン化合物とキノン化合物との付加物（ｄ２）の合計量の配合割合の上限値は、全樹脂組成物中０．６質量％以下であることが好ましく、０．４質量％以下であることがより好ましい。ホスホニウムチオシアネート（ｄ１）及びホスフィン化合物とキノン化合物との付加物（ｄ２）の合計量の配合割合が、上記上限値以下であると、充分な流動性を得ることができる。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、ホスホニウムチオシアネート（ｄ１）及びホスフィン化合物とキノン化合物との付加物（ｄ２）を用いることによる効果を損なわない範囲で、その他の硬化促進剤を用いることができる。用いることができるその他の硬化促進剤としては、エポキシ樹脂（Ａ）とフェノール樹脂系硬化剤（Ｂ）との反応を促進するものであればよく、一般に使用される硬化促進剤を用いることができるが、例えば、有機ホスフィン、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスホニウ
ム化合物とシラン化合物との付加物等のリン原子含有化合物；１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、ベンジルジメチルアミン、２−メチルイミダゾール等の窒素原子含有化合物が挙げられる。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分を含むものであるが、更に必要に応じて、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のカップリング剤；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とその金属塩類及びパラフィン等の離型剤；カーボンブラック、ベンガラ、酸化チタン、フタロシアニン、ペリレンブラック等の着色剤；ハイドロタルサイト類や、マグネシウム、アルミニウム、ビスマス、チタン、ジルコニウムから選ばれる元素の含水酸化物等のイオントラップ剤；シリコーンオイル、ゴム等の低応力添加剤；チアゾリン、ジアゾール、トリアゾール、トリアジン、ピリミジン等の密着性付与剤；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各種添加剤を適宜配合しても差し支えない。
また、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、ミキサー等を用いて原料を十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など、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。
次に、本発明の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。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて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、特に限定されないが、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）、ロー・プロファイル・クワッド・フラット・パッケージ（ＬＱＦＰ）、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。
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、あるいは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、本発明に係る半導体封止用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との間はボンディングワイヤー４によって接続されている。半導体素子１は、上述の半導体封止用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。
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。配合割合は質量部とする。
なお、実施例、比較例で用いたホスホニウムチオシアネート（ｄ１）及びホスフィン化合物とキノン化合物との付加物（ｄ２）の内容について以下に示す。
（ホスホニウムチオシアネート（ｄ１））
テトラフェニルホスホニウムチオシアネート：下記化学式（６）で表される化合物
Figure 0005526963
（４−メチルフェニル）トリフェニルチオシアネート：下記化学式（７）で表される化合物
Figure 0005526963
（２，５−ジヒドロキシフェニル）トリフェニルホスホニウムチオシアネート：下記化学式（８）で表される化合物
Figure 0005526963
（ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物（ｄ２））
下記化学式（９）で表される硬化促進剤
Figure 0005526963
実施例１
エポキシ樹脂１：下記式（１０）で表される化合物を主成分とする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−４０００ＨＫ。エポキシ当量１９１、融点１０５℃。）
４．６８質量部
Figure 0005526963
フェノール樹脂系硬化剤１：下記式（１１）で表される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。水酸基当量１６８、軟化点６２℃。下記式（１１）におけるｎ１１の平均値３．５。） ２．６４質量部
Figure 0005526963
フェノール樹脂系硬化剤２：下記式（１２）で表される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。水酸基当量２０３、軟化点６７℃。下記式（１２）におけるｎ１２の平均値１．５。） ２．６４質量部
Figure 0005526963
溶融球状シリカ１（平均粒径３０μｍ、最大粒径７５μｍ、比表面積１．３ｍ２／ｇ、電気化学工業（株）製、商品名ＦＢ５６０） ７９．０質量部
溶融球状シリカ２（平均粒径０．５μｍ、最大粒径７５μｍ、比表面積６．０ｍ２／ｇ、アドマテックス（株）製、商品名ＳＯ−Ｃ２） １０．０質量部
テトラフェニルホスホニウムチオシアネート ０．１２質量部
下記式（９）で表される硬化促進剤 ０．１２質量部
Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン（信越化学（株）製、商品名ＫＢＭ−５７３） ０．２質量部
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、商品名ＫＢＭ−４０３） ０．２質量部
酸化ポリエチレンワックス（クラリアントジャパン（株）製、商品名セリダスト３７１９） ０．２質量部
カーボンブラック（三菱化学（株）製、商品名ＭＡ−６００） ０．２質量部
をミキサーにて混合し、熱ロールを用いて、９５℃で８分間溶融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１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）製、ＫＴＳ−１５）を用いて、ＡＮＳＩ／ＡＳＴＭ Ｄ ３１２３−７２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、保圧時間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。スパイラルフローは、流動性のパラメータであり、数値が大きい方が、流動性が良好である。単位はｃｍ。
スパイラルフロー保持率：２５℃、相対湿度６０％で１週間保管後のエポキシ樹脂組成物でスパイラルフロー測定を行った。初期値を１００とした保持率（％）を流動保持性の指標とした。
硬化性:キュラストメーター（オリエンテック（株）製、ＪＳＲキュラストメーターＩ
ＶＰＳ型）を用い、１７５℃にてエポキシ樹脂組成物の硬化トルクを経時的に測定し、測定開始６０秒後の硬化トルク値、３００秒後までの最大硬化トルク値を求め、６０秒後の硬化トルク値を３００秒後までの最大硬化トルク値で除した値（硬化トルク比）で示した。速硬化性という観点では、この値の大きい方が良好である。単位は％
耐半田性１：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７０秒の条件で、エポキシ樹脂組成物を注入して半導体素子（シリコンチップ）が搭載されたリードフレーム等を封止成形し、８０ピンＱＦＰ（プリプレーティングフレーム：ニッケル／パラジウム合金に金メッキしたもの、パッケージ外寸１４ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍ厚、パッドサイズ６．５ｍｍ×６．５ｍｍ、チップサイズ６．０ｍｍ×６．０ｍｍ×３５０μｍ厚）を作製した後、１７５℃、８時間で後硬化し、得られたパッケージを８５℃、相対湿度８５％で７２時間加湿処理後、２６０℃のＩＲリフロー処理を行った。評価したパッケージの数は１０個。半導体素子とエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面の密着状態を超音波探傷装置（日立建機ファインテック（株）製、ｍｉ−ｓｃｏｐｅ ｈｙｐｅｒ ＩＩ）により観察し、剥離、クラックのいずれか一方でも発生したものを不良パッケージとした。表には１０個中の不良パッケージ数を示す。
耐半田性２：トランスファー成形機（ＴＯＷＡ（株）製、Ｙシリーズ）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、エポキシ樹脂組成物
を注入して半導体素子（シリコンチップ）が搭載されたリードフレーム等を封止成形し、２５６ピンＬＱＦＰ（Ｃｕフレーム、パッケージ外寸２８ｍｍ×２８ｍｍ×１．４ｍｍ厚、パッドサイズ９．５ｍｍ×９．５ｍｍ、チップサイズ７．０ｍｍ×７．０ｍｍ×３５０μｍ厚）を作製した後、１７５℃、８時間で後硬化し、得られたパッケージを８５℃、相対湿度６０％で７２時間加湿処理後、２６０℃のＩＲリフロー処理を行った。評価したパッケージの数は１０個。半導体素子とエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面の密着状態を超音波探傷装置（日立建機ファインテック（株）製、ｍｉ−ｓｃｏｐｅ ｈｙｐｅｒ ＩＩ）により観察し、剥離、クラックのいずれか一方でも発生したものを不良パッケージとした。表には１０個中の不良パッケージ数を示す。
連続成形性：トランスファー成形機（第一精工（株）製、ＧＰ−ＥＬＦ）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間７０秒の条件で、エポキシ樹脂組成物を注入して半導体素子（シリコンチップ）が搭載されたリードフレーム等を封止成形し、８０ピンＱＦＰ（プリプレーティングフレーム：ニッケル／パラジウム合金に金メッキしたもの、パッケージ外寸１４ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍ厚、パッドサイズ６．５ｍｍ×６．５ｍｍ、チップサイズ６．０ｍｍ×６．０ｍｍ×３５０μｍ厚）を得る成形を、連続で３００ショットまで行なった。判定基準は未充填、離型不良等の問題が全く発生せずに３００ショットまで連続成形できたものを○、それ以外を×とした。
実施例２〜８、比較例１〜７
表１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て、実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。
実施例１以外で用いた原材料を以下に示す。
エポキシ樹脂２：下記式（１３）で表される化合物を主成分とするビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（新日鐵化学（株）、ＹＳＬＶ−８０ＸＹ。エポキシ当量１９０、融点８０℃。）
Figure 0005526963
フェノール樹脂系硬化剤３：フェノールノボラック樹脂（住友ベークライト（株）製、ＰＲ−ＨＦ−３。水酸基当量１０４、軟化点８０℃。）
Figure 0005526963
実施例１〜８は、（Ａ）一般式（１）で表されるエポキシ樹脂（ａ１）及び／又は一般式（２）で表されるエポキシ樹脂（ａ２）を含むエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（３）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ１）及び一般式（４）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ２）を含むフェノール樹脂系硬化剤、（Ｃ）無機充填材、（Ｄ）ホスホニウムチオシアネート（ｄ１）及びホスフィン化合物とキノン化合物との付加物（ｄ２）を含む硬化促進剤、を含み、（Ｃ）成分の含有割合が全エポキシ樹脂組成物中に８８質量％以上、９２質量％以下である樹脂組成物であり、（ｄ１）成分と（ｄ２）成分の配合比率、（ｄ１）成分の種類、（ｂ１）成分と（ｂ２）成分の配合比率、（Ａ）成分の種類、ならびに、（Ｃ）成分の含有割合が異なるものも含むものであるが、いずれも、良好な流動性（スパイラルフロー）、硬化性、流動保持性（スパイラルフロー保持率）、連続成形性を有し、無鉛半田に対応する高温の半田処理に対応可能な良好な耐半田性を示した。
一方、（Ｄ）成分としてホスホニウムチオシアネート（ｄ１）のみを用いた比較例１は、流動性（スパイラルフロー）、流動保持性（スパイラルフロー保持率）が劣り、耐半田性も著しく劣る結果となった。逆に、（Ｄ）成分としてホスフィン化合物とキノン化合物との付加物（ｄ２）のみを用いた比較例２は、硬化性、連続成形性が劣り、耐半田性も劣る結果となった。また、（Ｃ）成分の含有割合が８８質量％を下回る比較例３は、耐半田性が著しく劣る結果となった。逆に、（Ｃ）成分の含有割合が９２質量％を超える比較例４は、流動性（スパイラルフロー）が低く、未充填が発生したため、半導体装置として評価ができなかった。また、（Ｂ）成分として一般式（３）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ１）のみを用いた比較例５は、硬化性、連続成形性が劣り、耐半田性も劣る結果となった。逆に、（Ｂ）成分として一般式（４）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ２）のみを用いた比較例６は、流動保持性（スパイラルフロー保持率）が劣る結果となった。また、（Ｂ）成分として一般式（３）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ１）、一般式（４）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ２）の代わりにフェノール樹脂系硬化剤３（フェノールノボラック樹脂）を用いた比較例７は、流動性（スパイラルフロー）、流動保持性（スパイラルフロー保持率）が劣り、耐半田性も著しく劣る結果となった。
本発明に従うと、室温での長期保管によっても流動性を保持し、封止成形時において良好な流動性、硬化性、連続成形性を有し、かつ低吸湿性、低応力性、金属系部材との密着性のバランスに優れ、無鉛半田に対応する高温の半田処理によっても剥離やクラックが発生しない良好な耐半田性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物が得られるため、工業的な樹脂封止型半導体装置、特に表面実装用の樹脂封止型半導体装置の製造に好適に用いることができる。
１ 半導体素子
２ ダイボンド材硬化体
３ ダイパッド
４ ボンディングワイヤー
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. （Ａ）下記一般式（１）で表されるエポキシ樹脂（ａ１）及び／又は下記一般式（２）で表されるエポキシ樹脂（ａ２）を含むエポキシ樹脂、
    （Ｂ）下記一般式（３）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ１）及び下記一般式（４）で表されるフェノール樹脂系硬化剤（ｂ２）を含むフェノール樹脂系硬化剤、
    （Ｃ）無機充填材、
    （Ｄ）ホスホニウムチオシアネート（ｄ１）及びホスフィン化合物とキノン化合物との付加物（ｄ２）を含む硬化促進剤、
    を含み、
    前記無機充填材（Ｃ）の含有割合が全エポキシ樹脂組成物中に８８質量％以上、９２質量％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。
    Figure 0005526963
     （ただし、上記一般式（１）において、Ｒ１は水素原子又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていても良い。ｎ１の平均値は０又は５以下の正数である。）
    Figure 0005526963
     （ただし、上記一般式（２）において、Ｒ２は水素原子又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていても良い。ｎ２の平均値は０又は５以下の正数である。）
    Figure 0005526963
     （ただし、上記一般式（３）において、Ｒ３は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていても良い。ｎ３の平均値は５以下の正数である。ｍ３は０〜４の整数である。）
    Figure 0005526963
     （ただし、上記一般式（４）において、Ｒ４は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていても良い。ｎ４の平均値は５以下の正数である。ｍ４は０〜４の整数である。）
  2. 前記ホスホニウムチオシアネート（ｄ１）と、前記ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物（ｄ２）との質量比Ｗ（ｄ１）／Ｗ（ｄ２）が１／３から３／１までの範囲であることを特徴とする請求項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又は請求項２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物により半導体素子が封止されていることを特徴とする半導体装置。
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