JP6315367B2 - 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

Description

本発明は、主にリードフレーム型半導体装置の半導体封止のための成形材料として用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物とそれを用いた半導体装置に関する。

集積回路などの半導体素子は、これを外部環境から保護して各種の信頼性を確保し、且つ、マザーボードなどの基板への実装を容易にするためパッケージが必要である。パッケージには種々の形態があるが、一般には低圧トランスファ成形法で封止したパッケージが広く用いられている。

このパッケージの封止材料としてセラミックや熱硬化性樹脂が一般に用いられているが、近年では生産性、コストなどの面から樹脂封止が主流となり、エポキシ樹脂組成物が封止材料として広く用いられている。この理由としては、エポキシ樹脂組成物は電気特性、耐湿性、耐熱性、機械特性、インサート品との接着性などの諸特性のバランスが良く、経済性と性能とのバランスにも優れている点などが挙げられる。

従来、このような半導体封止用エポキシ樹脂組成物として、エポキシ樹脂と、フェノールノボラック樹脂などのフェノール樹脂硬化剤と、溶融シリカなどの無機充填剤とを配合したものが一般に用いられている（特許文献１、２参照）。

この半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、リードフレームに用いられる金属との密着力が求められ、密着力の低下は信頼性の低下につながる。例えば、ＩＣパッケージが吸湿した場合、リフロー時にこの吸湿水分が気化して、発生した蒸気圧が剥離応力として働き、半導体素子、リードフレームなどのインサートと封止材料との間で剥離が発生し、パッケージクラックの発生や電気的特性不良の原因となる。このため、はんだ耐熱性（耐湿信頼性）に優れた封止材料の開発が望まれている。

リードフレームの材質は、電気特性、放熱特性に優れた銅が主流であるが、銅は酸化されやすく、それにより生じる様々な問題を回避するため、銅製リードフレームを銀などのメッキで処理することが多くなってきている。ところが、このメッキ部となる銀などの金属は、エポキシ樹脂組成物に含まれている有機成分とは反応しにくく、半導体装置の吸湿後のはんだ処理においてリードフレームとの界面で剥離が生じやすいという問題点があった。

リードフレームと封止樹脂との密着性を高め耐湿信頼性を改善する添加剤として、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのチオール系シランカップリング剤が使用されてきた。また銀メッキなどのメッキ部を有するリードフレームと封止樹脂との密着力を向上させる添加剤として、４，４’−ジチオモルホリン、ジ−２−ベンゾチアゾリルジスルフィド、１，３，５−トリアジン−２，４，６−トリチオールなどの硫黄含有化合物、ジフェニルスルフィド型エポキシ樹脂などの硫黄含有エポキシ樹脂などの硫黄含有添加剤が使用されてきた。

また、その他にリードフレームと封止樹脂との密着力を向上させる添加剤としては、イミダゾールとエポキシシランを反応させて得られるエーテル基含有のイミダゾールシランが提案されている（特許文献３、４参照）。

特開２００３−２１３０８７号公報 特開２００６−３１６２６３号公報 特許第４８８３８４２号公報 特許第３９５６７１７号公報

しかしながら、近年のパッケージの低コスト化の流れの中で、パッケージに使用されるワイヤが金ワイヤから銅ワイヤへと変更されてきているが、前記の硫黄含有添加剤を使用した場合、銅ワイヤの硫化によって高温放置時にワイヤが腐食し、これにより断線して不良となる場合がある。この硫化による腐食は、銀ワイヤを使用した場合にも懸念される。

すなわち、密着付与剤として硫黄含有添加剤を配合せず、エポキシ樹脂組成物中に硫黄原子が存在しないようにすると、初期の密着力が悪化しリフロー評価などで剥離が発生するが、近年の銅ワイヤパッケージには、このような硫黄含有添加剤はワイヤの腐食が起こるため不適当であるという問題点があった。

また、特許文献３、４のエーテル基含有イミダゾールシランも、特に銀メッキへの密着力が小さく、リフロー剥離の抑制には更に改善の余地があった。

本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、主にリードフレーム型の半導体装置、特に銀メッキが施されていてもよい銅製リードフレームが使用され、銅または銀ワイヤで半導体素子とリードフレームとが端子間接続されるリードフレーム型半導体装置の半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、密着性が向上し且つワイヤの腐食を抑制することができ、耐湿信頼性と高温放置性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物とそれを用いた半導体装置を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するために、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、フェノール樹脂硬化剤、無機充填剤、およびシランカップリング剤を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、前記シランカップリング剤として、次式（I）または（II）：

（式中、Ｒ¹〜Ｒ³はそれぞれ独立に水素原子、メチル基、またはエチル基を示し、Ｒ⁴は炭素数１〜６の直鎖アルキレン基または炭素数３〜６の直鎖アルキレン基のうち１つのメチレン基−ＣＨ₂−が−ＮＨ−で置換された基を示す。Ｒ⁵はメチル基またはフェニル基、Ｒ⁶は水素原子またはメチル基を示す。）で表わされるイミダゾールシランを含有することを特徴としている。

この半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、硫黄原子を含む添加剤を含有せず、不純物を含む硫黄含有量が硬化物の蛍光Ｘ線分析（ＳＯ₃換算）で０．０５質量％以下であることが好ましい。

この半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、前記シランカップリング剤として、式（I）または（II）で表わされるイミダゾールシランに加えて、グリシドキシシランおよびアミノシランから選ばれる少なくとも１種の硫黄原子を含まない化合物を含有することが好ましい。

この半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、銀メッキが施されていてもよい銅製リードフレームが使用され、銅または銀ワイヤで半導体素子とリードフレームとが端子間接続されるリードフレーム型半導体装置の封止に用いられることが好ましい。

本発明の半導体装置は、前記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。

この半導体装置において、銀メッキが施されていてもよい銅製リードフレームが使用され、銅または銀ワイヤで半導体素子とリードフレームとが端子間接続されるリードフレーム型半導体装置であることが好ましい。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物および半導体装置によれば、密着性が向上し且つワイヤの腐食を抑制することができ、耐湿信頼性と高温放置性に優れている。

以下に、本発明を詳細に説明する。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物に配合されるエポキシ樹脂は、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、ポリマー全般である。その分子量、分子構造は特に限定されず各種のものを用いることができる。

例えば、グリシジルエーテル型、グリシジルアミン型、グリシジルエステル型、オレフィン酸化型（脂環式）などの各種のエポキシ樹脂を用いることができる。

具体的には、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などのノボラック型エポキシ樹脂（フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦなどのフェノール類および／またはα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレンなどのナフトール類とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒドなどのアルデヒド基を有する化合物とを酸性触媒下で縮合または共縮合させて得られるノボラック樹脂をエポキシ化したもの）；トリフェニルメタン骨格を有するエポキシ樹脂（トリフェニルメタン型エポキシ樹脂）；ジシクロペンタジエンとフェノール類との共縮合樹脂のエポキシ化物（ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂）；フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂などのアラルキル型フェノール樹脂のエポキシ化物（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など）；ビフェニレン型エポキシ樹脂；ナフタレン環を有するエポキシ樹脂（ナフタレン型エポキシ樹脂）；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型エポキシ樹脂など）；硫黄含有エポキシ樹脂；ハイドロキノン型エポキシ樹脂；トリメチロールプロパン型エポキシ樹脂；ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸などのポリアミンとエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂；フタル酸、ダイマー酸などの多塩基酸とエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

中でも、流動性、耐湿信頼性などを考慮すると、次式（III）で表わされるビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂が好ましい。このビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂を使用すると、銅製リードフレームとの密着性も向上する。

（式中、Ｒ¹¹〜Ｒ¹⁸はそれぞれ独立に水素原子または炭素数１〜５の炭化水素基を示し、ｎは平均値で０〜５を示す。）
式（III）で表わされるビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂としては、例えばＲ¹¹〜Ｒ¹⁸が全て水素原子であるＮＣ−３０００（日本化薬（株）製）が市販品として入手可能である。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、フェノール樹脂硬化剤が配合される。

フェノール樹脂硬化剤としては、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などのノボラック型フェノール樹脂（フェノール、クレゾール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、フェニルフェノール、アミノフェノールなどのフェノール類および／またはα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレンなどのナフトール類とホルムアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒドなどのアルデヒド基を有する化合物とを酸性触媒下で縮合または共縮合させて得られるもの）；フェノール類および／またはナフトール類とジメトキシパラキシレンまたはビス（メトキシメチル）ビフェニルから合成されるフェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂などのアラルキル型フェノール樹脂；フェノール類および／またはナフトール類とジシクロペンタジエンから共重合により合成されるジシクロペンタジエン型フェノール樹脂；トリフェニルメタン型フェノール樹脂などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

中でも、次式（IV）で表わされるフェノールアラルキル樹脂、および次式（V）で表わされるビフェニルアラルキル樹脂が好ましい。

式（IV）中、Ｒ²¹はそれぞれ独立に水素原子または炭素数１〜５の炭化水素基を示し、ｎは平均値で０〜１０を示す。

式（IV）で表わされるフェノールアラルキル樹脂としては、例えばＲ²¹が全て水素原子で、ｎの平均値が０〜８であるフェノールアラルキル樹脂などが挙げられる。具体例としては、ｐ−キシリレン型フェノールアラルキル樹脂、ｍ−キシリレン型フェノールアラルキル樹脂などが挙げられる。このような化合物としては、ＭＥＨ−７８００（明和化成社製）が市販品として入手可能である。

式（V）中のＲ³¹〜Ｒ³⁸はそれぞれ独立に水素原子または炭素数１〜５の炭化水素基を示し、ｎは平均値で０〜１０を示す。

式（V）で表わされるビフェニルアラルキル樹脂としては、例えば、Ｒ³¹〜Ｒ³⁸が全て水素原子である化合物等が挙げられ、中でも溶融粘度の観点から、ｎが０の成分を５０質量％以上含む縮合体の混合物が好ましい。このような化合物としては、ＭＥＨ−７８５１ＳＳ（明和化成社製）が市販品として入手可能である。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物におけるフェノール樹脂硬化剤の配合量は、好ましくは、エポキシ基とフェノール性水酸基との当量比（エポキシ基当量／ＯＨ基当量）が０．９〜１．５となる量であり、より好ましくは当量比が１．０〜１．３となる量である。当量比がこのような範囲内であると、硬化性を高め、ガラス転移温度の低下を抑制し、耐湿信頼性も高めることができる。

本発明において、半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、硬化促進剤を配合することができる。

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反応を促進するものであればよく、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。具体的には、例えば、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾールなどのイミダゾール類、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］ノネン−５、５，６−ジブチルアミノ−１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７などのシクロアミジン類、２−（ジメチルアミノメチル）フェノール、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノールなどの第３級アミン類、トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリス（４−メチルフェニル）ホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィンなど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・エチルトリフェニルボレート、テトラブチルホスホニウム・テトラブチルボレートなどのテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート、２−エチル−４−メチルイミダゾール・テトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモルホリン・テトラフェニルボレートなどのテトラフェニルボロン塩などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

半導体封止用エポキシ樹脂組成物における硬化促進剤の配合量は、エポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤の合計量に対して０．０５〜５質量％が好ましい。硬化促進剤の配合量をこの範囲内にすると、硬化反応が促進され、かつ、ゲル化時間が短くなり過ぎることも抑制できる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、無機充填剤が配合される。無機充填剤としては、例えば、溶融シリカ、破砕シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、酸化カルシウムなどを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

中でも、溶融シリカ、特に溶融球状シリカが好ましい。溶融シリカの平均粒子径は、１〜３０μｍが好ましく、４〜２５μｍがより好ましい。ここで平均粒子径は、例えば、レーザー回折・散乱法によってメジアン径（ｄ５０）として求めることができる。このような溶融球状シリカを用いると、成形時の流動特性が良く、封止成形時において樹脂漏れや樹脂バリなどに起因する成形不具合を抑制し、パッケージ薄肉部への充填性も高めることができる。また平均粒子径の異なる２種類以上の溶融シリカを併用することもできる。

無機充填剤の配合量は、特に限定されないが、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して６０〜９５質量％が好ましい。このような範囲内にすると、成形時の流動性を損なうことなく熱膨張などを抑制することができる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、シランカップリング剤として、前記の式（I）または（II）で表わされるイミダゾールシランが配合される。このイミダゾールシランを使用すると、密着性が向上し、特に銀メッキへの密着力が向上する。そして硫黄原子を含んでいないため、ワイヤの腐食も抑制することができ、耐湿信頼性と高温放置性に優れた半導体装置を得ることができる。

式（I）および（II）中、Ｒ¹〜Ｒ³はそれぞれ独立に水素原子、メチル基、またはエチル基を示し、Ｒ⁴は炭素数１〜６の直鎖アルキレン基または炭素数３〜６の直鎖アルキレン基基のうち１つのメチレン基−ＣＨ₂−が−ＮＨ−で置換された基（−ＮＨ−含有基）を示す。このうち直鎖アルキレン基は炭素数２〜４がより好ましく、−ＮＨ−含有基は−ＣＨ₂−ＮＨ−(ＣＨ₂)₃−、−ＣＨ₂−ＮＨ−(ＣＨ₂)₂−、−ＣＨ₂−ＮＨ−ＣＨ₂−がより好ましい。Ｒ⁵はメチル基またはフェニル基、Ｒ⁶は水素原子またはメチル基を示す。

式（I）または（II）で表わされるイミダゾールシランとして、次の化合物を好ましく用いることができる。

（上記式（II-1）、（I-1）、（I-2）においてＲ¹〜Ｒ³はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を示す。）
イミダゾールシランの一般的な製法としては、イミダゾール化合物とシラン化合物とを反応させる方法が知られており、例えばイミダゾール化合物とハロゲンアルキルシランを反応させる方法、イミダゾール化合物としてビニルイミダゾールを使用する方法、アミノシランやアクリル系シランを使用する方法などが知られているが、式（I）又は（II）で表わされるイミダゾールシランは、公知の方法に準じて製造することができる。

イミダゾールシランの配合量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０１〜０．５質量％が好ましい。この範囲内にすると密着性が大きく向上し、耐湿信頼性と高温放置性に優れた半導体装置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、前記シランカップリング剤として、式（I）または（II）で表わされるイミダゾールシランに加えて、他のシランカップリング剤を併用することができる。このような他のシランカップリング剤としては、ワイヤの腐食を抑制することができる点から硫黄原子を含まない化合物が好ましく、例えば、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エトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどのグリシドキシシラン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ−アニリ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などのアミノシラン、ビニルシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどのメタクリロキシシランなどを用いることができる。これらの中でも、グリシドキシシランおよびアミノシランから選ばれる少なくとも１種の硫黄原子を含まない化合物を含有することが好ましい。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

このような他のシランカップリング剤の配合量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０１〜１．０質量％が好ましい。この範囲内にすると密着性が大きく向上し、耐湿信頼性と高温放置性に優れた半導体装置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、本発明の効果を損なわない範囲内において、さらに他の成分を配合することができる。このような成分としては、例えば、離型剤、顔料、難燃剤、低応力化剤、イオントラップ剤などを用いることができる。

離型剤としては、例えば、カルナバワックス、ステアリン酸、ステリアン酸塩、モンタン酸、モンタン酸エステル、カルボキシル基含有ポリオレフィン、酸化ポリエチレンワックス、モンタン酸ビスアマイドなどを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

顔料としては、例えば、カーボンブラック、ベンガラ、酸化チタン、フタロシアニン、ペリレンブラックなどを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

難燃剤としては、例えば、金属水酸化物、リン系化合物などを用いることができる。金属水酸化物としては、例えば、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、２元素以上を含む複合金属水酸化物、チタネートカップリング剤などで表面処理された金属水酸化物などを用いることができる。リン系化合物としては、例えば、赤リン、有機リン化合物などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

低応力化剤としては、例えば、シリコーンエラストマー、シリコーンオイル、シリコーンゲルなどを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

イオントラップ剤としては、例えば、ハイドロタルサイト類化合物、アルミニウム、ビスマス、チタン、およびジルコニウム、アンチモンから選ばれる元素の含水酸化物などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、例えば、次のようにして製造することができる。例えば、上記のエポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、無機充填剤、シランカップリング剤、および必要に応じて他の成分を配合し、ミキサー、ブレンダーなどを用いて十分均一になるまで混合する。その後、熱ロールやニーダーなどの混練機により加熱状態で溶融混合し、これを室温に冷却した後、公知の手段により粉砕することにより半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造することができる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、パウダー（粒状）またはグラニュール状に調製され、その後、取扱いを容易にするために、成形条件に合うような寸法と質量に打錠したタブレットとしてもよい。

本発明の半導体装置は、上記のようにして得られた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ことにより製造することができる。

半導体素子としては、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、固体撮像素子等を用いることができる。またＳｉＣ、ＧａＮ等の新規のパワーデバイスにも用いることができる。

本発明の半導体装置として、具体的には、銅製リードフレームなどのリードフレーム上に半導体素子を固定し、ボンディングパッドなどの半導体素子の端子部とリード部とをワイヤボンディングで接続した後、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したパッケージである、Ｍｉｎｉ、Ｄパック、Ｄ２パック、Ｔｏ２２０、Ｔｏ３Ｐ、デュアル・インライン・パッケージ（ＤＩＰ）などの挿入型パッケージ、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）などの表面実装型のパッケージなどを挙げることができる。

銅製リードフレームの表面は、例えば、純銅のストライクメッキ、銀メッキ（主にインナーリード先端のワイヤ接合部やダイパッド部）、またはニッケル／パラジウム／金多層メッキ（ＰＰＦ（Ｐａｌｌａｄｉｕｍ Ｐｒｅ−Ｐｌａｔｅｄ Ｆｒａｍｅ））などのメッキが施されていてもよい。特に本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は銀メッキが施された銅製リードフレームに対して密着性が向上する。

近年のパッケージの低コスト化の流れの中で、パッケージに使用されるワイヤが金ワイヤから銅ワイヤへと変更されてきているが、本発明の半導体装置に銅ワイヤを使用した場合には、銅ワイヤの硫化によって高温放置時にワイヤが腐食し、これにより断線して不良となることを抑制できる。この硫化による腐食は、銀ワイヤを使用した場合にも抑制できる。

この他、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、例えば、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）などの有機基板を用いたエリア実装型のパッケージの封止に用いることもできる。

本発明の半導体装置は、次のようにして製造される。例えば、半導体素子を搭載したリードフレームを金型キャビティ内に設置した後、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を低圧トランスファ成形法、コンプレッション成形法、インジェクション成形法などの方法で成形硬化して製造することができる。

低圧トランスファ成形法においては、半導体素子が搭載されたリードフレームを金型のキャビティ内に配置した後、このキャビティ内に溶融状態の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を所定の圧力で注入する。溶融した半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、基板上の半導体素子を包み込みながらキャビティ内を流動し、キャビティ内に充満する。

このときの注入圧力は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物や半導体装置の種類に応じて適宜に設定することができるが、例えば４〜１０ＭＰａ、金型温度は、例えば１６０〜１９０℃、成形時間は、例えば３０〜３００秒などに設定することができる。

その後、後硬化（ポストキュア）を行い、成形物すなわち半導体装置（パッケージ）を得ることができる。このときの後硬化条件は、例えば１６０〜１９０℃で２〜８時間に設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、上記のような条件で成形した硬化物が、硫黄原子を含む添加剤を含有せず、不純物を含む硫黄含有量が硬化物の蛍光Ｘ線分析（ＳＯ₃換算）で０．０５質量％以下であることが好ましい。このようにすると、銅ワイヤや銀ワイヤの硫化によって高温放置時にワイヤが腐食し、これにより断線して不良となることを抑制できる。

以下に、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、表１に示す配合量は質量部を表す。

表１に示す配合成分として、以下のものを用いた。
（無機充填剤）
・球状溶融シリカ：電気化学工業 ＦＢ９４０
（シランカップリング剤）
・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「ＫＢＭ４０３」
・γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業（株）製「ＫＢＭ８０３」
（エポキシ樹脂）
・ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂（日本化薬（株）製「ＮＣ−３０００」、エポキシ当量２７５ｇ／ｅｑ、軟化点５６℃
・ビフェニル型エポキシ樹脂
（フェノール樹脂硬化剤）
・フェノールアラルキル樹脂、明和化成（株）製「ＭＥＨ−７８００」、水酸基当量１７５ｍｇＫＯＨ／ｇ、軟化点７０℃
・ビフェニルアラルキル樹脂、明和化成（株）製「ＭＥＨ−７８５１ＳＳ」、水酸基当量１９８ｇ／ｅｑ、軟化点６４℃
・フェノールノボラック樹脂
（離型剤）
・カルナバワックス、大日化学社製「Ｆ１−１００」
（硬化促進剤）
・トリフェニルホスフィン、北興化学工業（株）製「ＴＰＰ」
（顔料）
・カーボンブラック、三菱化学(株)製「ＭＡ１００」
（イミダゾールシラン）
・イミダゾールシランＡ、ＪＸ日鉱日石金属株式会社「ＳＰ−１０」、イミダゾールとエポキシシランを反応させて得られるエーテル基含有のイミダゾールシラン（特許文献３）
・イミダゾールシランＢ、式（II-1）で表わされるイミダゾールシラン 常温固形
・イミダゾールシランＣ、式（I-1）で表わされるイミダゾールシラン 常温固形
・イミダゾールシランＤ、式（I-2）で表わされるイミダゾールシラン 常温固形
（硫黄含有化合物）
・４，４−ジチオモルホリン
・ジ−２−ベンゾチアゾリルジスルフィド
・１，３，５−トリアジン−２，４，６−トリチオール
表１に示す各配合成分を、表１に示す割合で配合し、ブレンダーで３０分間混合し均一化した。その後、約１００℃に加熱したニーダーで混練溶融させて押し出し、冷却後、粉砕機で所定粒度に粉砕し、圧縮によりタブレット化して半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。

なお、この半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、下記条件にて成形した硬化物の不純物を含む硫黄含有量が、蛍光Ｘ線分析（ＳＯ₃換算）で０．０５質量％以下である。

この半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて次の評価を行った。
[密着力]
２５×２５×５ｍｍｔの基板に前記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物のプリン状の成形品を低圧トランスファ成形（１７５℃）により作製した。成形後、１７５℃で６時間後硬化し、得られたテストピースについてＤａｇｅ社製のボンドテスターを用いてせん断密着力（ＭＰａ）を測定した。密着力の測定は、銅基板（ＫＦＣ、Ｃｕ密着力）、銀メッキ銅基板（Ａｇ密着力）のそれぞれについて測定した。なお、Ａｇメッキ部の接着力が２５ＭＰａを下回るとリフロー時に剥離する可能性が高い。
[耐リフロー性評価]
銅リードフレームのワイヤボンド部に銀メッキが施されている２８□ＬＱＦＰリードフレームを用いて、マルチトランスファプレス（ＡＰＩＣ ＹＡＭＤＡ）にて成形を行い後硬化（１７５℃×６ｈｒ処理）を行い試験用パッケージを得た。超音波探傷装置（日立建機社製）にて内部状態の非破壊観察を行った後、パッケージを１２５℃×２４ｈで乾燥処理し、その後６０℃で相対湿度６０％の恒温恒湿機中に１２０時間放置して吸湿処理を行い、リフロー処理（２６５℃ピークの熱風併用式遠赤外線式リフロー炉での処理）を３回行い、超音波探傷装置で内部状態を確認し、成形直後では発生していなかった剥離がリフロー処理後に発生している場合をＮＧとして評価した。
[銅ワイヤ腐食評価]
銅ワイヤでボンディングされている１６ＤＩＰパッケージをコンベンショナルプレスによって成形し、後硬化を行った後、２５０℃で任意の時間熱処理を行い、取り出し時間でのワイヤの電気抵抗を確認し、抵抗値が上がってきた時点で腐食起因の不良とした。

評価結果を表１に示す。

表１より、シランカップリング剤として、式（I）または（II）で表わされるイミダゾールシランを用いた実施例では、密着性が向上し且つワイヤの腐食を抑制することができ、耐湿信頼性と高温放置性に優れていた。

Claims (6)

1. エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、無機充填剤、およびシランカップリング剤を必須成分として含有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、前記シランカップリング剤として、次式（I）または（II）：
   

   

   （式中、Ｒ¹〜Ｒ³はそれぞれ独立に水素原子、メチル基、またはエチル基を示し、Ｒ⁴は炭素数１〜６の直鎖アルキレン基または炭素数３〜６の直鎖アルキレン基のうち１つのメチレン基−ＣＨ₂−が−ＮＨ−で置換された基を示す。Ｒ⁵はメチル基またはフェニル基、Ｒ⁶は水素原子またはメチル基を示す。）で表わされるイミダゾールシランを含有す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. 硫黄原子を含む添加剤を含有せず、不純物を含む硫黄含有量が硬化物の蛍光Ｘ線分析（ＳＯ₃換算）で０．０５質量％以下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. 前記シランカップリング剤として、式（I）または（II）で表わされるイミダゾールシランに加えて、グリシドキシシランおよびアミノシランから選ばれる少なくとも１種の硫黄原子を含まない化合物を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
4. 銀メッキが施されていてもよい銅製リードフレームが使用され、銅または銀ワイヤで半導体素子とリードフレームとが端子間接続されるリードフレーム型半導体装置の封止に用いられることを特徴とする請求項１から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. 請求項１から４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。
6. 銀メッキが施されていてもよい銅製リードフレームが使用され、銀または銅ワイヤで半導体素子とリードフレームとが端子間接続されるリードフレーム型半導体装置であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。