JP6891639B2 - 半導体装置、半導体装置の製造方法、半導体封止用エポキシ樹脂組成物および樹脂セット - Google Patents

半導体装置、半導体装置の製造方法、半導体封止用エポキシ樹脂組成物および樹脂セット Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法、半導体封止用エポキシ樹脂組成物および樹脂セットに関する。
近年、インターネット等の情報通信技術の発達および普及に伴い、パーソナルコンピューターや携帯電話等の通信機器に限らず、これまで電磁波を利用してこなかった様々な電子機器においても電磁波の利用が検討されるようになってきた。これと同時に、電磁波を利用する電子機器については、他の電子機器から放出された電磁波ノイズによる影響で生じる該電子機器の誤作動や機能不全、さらには故障等といった種々の不都合が生じることを抑制するために、数多くの検討がなされてきた。こうした事情に鑑みて、電磁波吸収能を付与した封止材に関する技術が、種々報告されている。
電磁波吸収能を付与した封止材に関する技術として、たとえば、以下のものがある。
特許文献１には、金属系材料、フェライト系材料及びカーボン系材料の少なくとも一種からなる電磁波シールド機能を有した粒子を樹脂に分散させてなる複合材料粒子を、エポキシ樹脂中に配合してなる半導体封止用樹脂組成物が記載されている。また、同文献には、かかる半導体封止用樹脂組成物により直接半導体素子を封止してなる半導体装置に関する技術も記載されている。
特開２００８−１７５７号公報
しかし、特許文献１等に記載されている電磁波吸収能を付与した封止材を備える従来の半導体装置は、電磁波遮蔽特性と電気的絶縁特性とのバランスという観点において、改善の余地を有していた。
以上を踏まえ、本発明は、電磁波遮蔽特性と電気的絶縁特性とのバランスに優れた半導体装置の作製に係る技術を提供する。
本発明によれば、半導体素子と、
前記半導体素子の表面を覆うように前記半導体素子を封止しており、第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化体により形成された第１の封止材と、
前記第１の封止材の表面を覆うように前記第１の封止材を封止しており、前記第１の熱硬化性樹脂組成物とは異なる第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化体により形成された第２の封止材と、
を備え、
前記第２の熱硬化性樹脂組成物が、
エポキシ樹脂と、
フェノール樹脂硬化剤と、
硬化促進剤と、
導電フィラーと、
を含むエポキシ樹脂組成物であり、
前記導電フィラーとして、粒子状フィラー及び繊維状フィラーを含み、
前記粒子状フィラーが黒鉛であり、
前記繊維状フィラーが炭素繊維であり、
前記第２の熱硬化性樹脂組成物中の前記炭素繊維の含有量は、第２の熱硬化性樹脂組成物の固形分全量に対して、１０質量％以上５０質量％以下であり、
前記第２の熱硬化性樹脂組成物中の前記黒鉛の含有量は、第２の熱硬化性樹脂組成物中の繊維の含有量に対して、２０質量％以上１５０質量％以下である、半導体装置が提供される。
さらに、本発明によれば、半導体素子の表面を覆うように前記半導体素子を第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化体により封止して第１の封止材を形成する工程と、
前記第１の封止材の表面を覆うように前記第１の封止材を前記第１の熱硬化性樹脂組成物とは異なる第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化体により封止して第２の封止材を形成する工程と、
を有し、
前記第２の熱硬化性樹脂組成物が、
エポキシ樹脂と、
フェノール樹脂硬化剤と、
硬化促進剤と、
導電フィラーと、
を含むエポキシ樹脂組成物であり、
前記導電フィラーとして、粒子状フィラー及び繊維状フィラーを含み、
前記粒子状フィラーが黒鉛であり、
前記繊維状フィラーが炭素繊維であり、
前記第２の熱硬化性樹脂組成物中の前記炭素繊維の含有量は、第２の熱硬化性樹脂組成物の固形分全量に対して、１０質量％以上５０質量％以下であり、
前記第２の熱硬化性樹脂組成物中の前記黒鉛の含有量は、第２の熱硬化性樹脂組成物中の繊維の含有量に対して、２０質量％以上１５０質量％以下である、半導体装置の製造方法が提供される。
さらに、本発明によれば、半導体素子の表面を覆うように熱硬化性樹脂組成物の硬化体により形成された第１の封止材の表面を覆うように、前記第１の封止材を封止してなる第２の封止材を形成するために用いる半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、
エポキシ樹脂と、
フェノール樹脂硬化剤と、
硬化促進剤と、
導電フィラーと、
を含み、
前記導電フィラーとして、粒子状フィラー及び繊維状フィラーを含み、
前記粒子状フィラーが黒鉛であり、
前記繊維状フィラーが炭素繊維であり、
前記第２の熱硬化性樹脂組成物中の前記炭素繊維の含有量は、第２の熱硬化性樹脂組成物の固形分全量に対して、１０質量％以上５０質量％以下であり、
前記第２の熱硬化性樹脂組成物中の前記黒鉛の含有量は、第２の熱硬化性樹脂組成物中の繊維の含有量に対して、２０質量％以上１５０質量％以下である、半導体封止用エポキシ樹脂組成物が提供される。
さらに、本発明によれば上記半導体装置における前記第１の封止材を形成するために用いる前記第１の熱硬化性樹脂組成物により構成される成形材料群と、
上記半導体装置における前記第２の封止材を形成するために用いる前記第２の熱硬化性樹脂組成物により構成される成形材料群と、
からなる樹脂セットが提供される。
本発明によれば、電磁波遮蔽特性と電気的絶縁特性とのバランスに優れた半導体装置の作製に係る技術を提供することができる。
本実施形態に係る半導体装置の一例を示す図である。 本実施形態に係る半導体装置の一例を示す図である。
以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
＜半導体装置＞
図１は、本実施形態に係る半導体装置１００の一例を示す図である。なお、本実施形態に係る半導体装置１００に関し、ボンディングワイヤにより電気的に接続されている例を挙げて説明するが、かかる半導体装置１００は、ボンディングワイヤを用いたものに限定されるものではない。
図１に示すように、本実施形態に係る半導体装置１００は、半導体素子３０と、半導体素子３０の表面を覆うように半導体素子３０を封止してなる第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化体により形成された第１の封止材１０と、第１の封止材１０の表面を覆うように第１の封止材１０を封止してなる第１の熱硬化性樹脂組成物とは異なる第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化体により形成された第２の封止材２０と、を備えるものである。つまり、本実施形態に係る半導体装置１００は、半導体素子３０と、半導体素子３０を封止する第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化体により形成された第１の封止材１０と、第１の封止材１０における半導体素子３０が配されている側の面とは反対側の面よりも外側に配され、かつ第１の熱硬化性樹脂組成物とは異なる第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化体により形成された第２の封止材２０と、を備えるものであるともいえる。そして、本実施形態において上記第２の熱硬化性樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、フェノール樹脂硬化剤と、硬化促進剤と、導電フィラーと、を含むエポキシ樹脂組成物である。これにより、電磁波遮蔽特性と電気的絶縁特性とのバランスに優れた半導体装置を実現することができる。
このように、本実施形態に係る半導体装置１００は、半導体素子３０を封止する第１の封止材１０と、導電フィラーを含む第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化体により形成され、第１の封止材１０を封止する第２の封止材２０と、を備えることを特徴とした構成を採用している。言い換えれば、本実施形態に係る半導体装置１００は、半導体素子３０の外側に、２種の封止材を所定の順番で配置してなる構成を採用したものである。さらに、具体的には、本実施形態に係る半導体装置１００は、半導体素子３０を第１の封止材１０により封止し、かかる第１の封止材１０の外側に、導電フィラーを含むため電磁波遮蔽特性が付与された第２の封止材２０を配置した構成を採用するものである。そのため、本実施形態に係る半導体装置１００によれば、第１の封止材１０により電気的絶縁特性を発現し、第２の封止材２０により電磁波遮蔽特性を発現することができる。
図１に示すように、本実施形態に係る半導体装置１００に備わる半導体素子３０は、ダイボンド材硬化体８０を介して基板５０上に搭載して固定されている。この基板５０としては、リードフレームや有機基板等が挙げられる。また、半導体素子３０の電極パッド（図示せず）と、基板５０上の電極パッド７０は、ボンディングワイヤ６０によって電気的に接続されている。つまり、図１に示す半導体装置１００において、半導体素子３０と、第１の封止材１０と、第２の封止材２０と、を含む構造体は、基板５０上に形成されている。
ここで、本実施形態に係る半導体装置１００は、半導体素子３０と、第１の封止材１０と、第２の封止材２０とが上述した配置で形成されたものであれば、チップ搭載領域外にも再配線層を形成した、いわゆるＦａｎ−ｏｕｔ型としてもよい。
本実施形態に係る半導体装置１００は、上述したように第１の封止材１０と、第２の封止材２０とを備えたものであるが、これらの封止材とは異なる他の封止材でさらに封止されてなる構成を採用してもよい。
また、本実施形態に係る半導体装置１００において、第１の封止材１０の２５℃における線膨張係数をＬ１とし、第２の封止材２０の２５℃における線膨張係数をＬ２とした時、Ｌ１−Ｌ２の絶対値の上限値は、好ましくは、３０ｐｐｍ以下であり、より好ましくは、２８ｐｐｍ以下であり、さらに好ましくは、２６ｐｐｍ以下であり、最も好ましくは、２０ｐｐｍ以下である。こうすることで、第２の封止材２０と、第１の封止材１０との界面や、第２の封止材２０または第１の封止材１０と基板５０との界面領域に内部応力が発生することを抑制できる。これにより、２種類の封止材間の密着性や、各封止材１０（２０）と基板５０との間の密着性に優れた半導体装置１００を実現することができる。そして、Ｌ１−Ｌ２の絶対値が上記数値範囲内にあることで、結果として、耐リフロー性や長期信頼性に優れた半導体装置１００とすることができる。特に、上述した効果は、Ｌ１−Ｌ２の絶対値の上限値が、２０ｐｐｍ以下である場合に顕在化する傾向にある。
また、Ｌ１−Ｌ２の絶対値の下限値は限定されず、例えば、０ｐｐｍ以上とすることができる。なお、Ｌ１−Ｌ２の絶対値は、０ｐｐｍに近い値であればあるほど好ましい。
また、本実施形態において、第１の封止材１０（第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化物）の２５℃における線膨張係数Ｌ１の上限値は、第１の封止材１０と第２の封止材２０との密着性と、第１の封止材１０と基板５０との密着性をバランスよく向上させる観点から、例えば、３０ｐｐｍ以下であることが好ましく、２０ｐｐｍ以下であることがより好ましい。
また、第１の封止材１０の２５℃における線膨張係数Ｌ１の下限値は、上記上限値と同様の観点から、例えば、１ｐｐｍ以上であることが好ましく、５ｐｐｍ以上であることがより好ましい。
また、本実施形態において、第２の封止材２０（第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物）の２５℃における線膨張係数Ｌ２の上限値は、第２の封止材２０と第１の封止材１０との密着性と、第２の封止材２０と基板５０との密着性をバランスよく向上させる観点から、５０ｐｐｍ以下であることが好ましく、４０ｐｐｍ以下であることがより好ましい。
また、第２の封止材２０の２５℃における線膨張係数Ｌ２の下限値は、上記上限値と同様の観点から、例えば、１０ｐｐｍ以上であることが好ましく、２０ｐｐｍ以上であることがより好ましい。
ここで、第１の封止材１０（第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化物）の２５℃における線膨張係数Ｌ１と、第２の封止材２０（第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物）の２５℃における線膨張係数Ｌ２は、たとえば次にように測定することができる。まず、トランスファー成形機を用いて金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間３分で所望の熱硬化性樹脂組成物を注入成形し、長さ１５ｍｍ×幅４ｍｍ×厚さ３ｍｍの試験片を得る。次いで、得られた試験片を１７５℃、４時間の条件で熱処理して後硬化する。次いで、後硬化後の上記試験片に対し熱膨張計を用いた測定を行う。
図１に示す半導体装置１００において、半導体素子３０が配されている位置を中心とした時に、第１の封止材１０は、第２の封止材２０と比べて、中心側の位置に配されている。本実施形態に係る半導体装置１００において、半導体素子３０、第１の封止材１０および第２の封止材２０の２５℃における線膨張係数は、中心側に配されている部材であるほど、小さい値を示すことが好ましい。すなわち、図１の半導体装置１００について、第１の封止材１０の２５℃における線膨張係数Ｌ１は、例えば、第２の封止材２０の２５℃における線膨張係数Ｌ２より小さいことが好ましい。また、第１の封止材１０および第２の封止材２０の内、上記中心側に配されている第１の封止材１０の２５℃における線膨張係数Ｌ１と、第１の封止材１０と比べて上記中心から離れた位置に配されている第２の封止材２０の２５℃における線膨張係数Ｌ２とから算出されるＬ２−Ｌ１の絶対値の上限値は、好ましくは、３０ｐｐｍ以下であり、より好ましくは、２８ｐｐｍ以下であり、さらに好ましくは、２６ｐｐｍ以下であり、最も好ましくは、２０ｐｐｍ以下である。これにより、半導体素子３０および各封止材１０（２０）と、基板５０との界面領域に発生する内部応力が半導体装置１００に対して及ぼす影響を緩和することができる。したがって、２種類の封止材間の密着性や、各封止材１０（２０）と基板５０との間の密着性に優れた半導体装置１００を実現することができる。
また、Ｌ２−Ｌ１の絶対値の下限値は限定されず、例えば、０ｐｐｍ以上とすることができる。なお、Ｌ１−Ｌ２の絶対値は、０ｐｐｍに近い値であればあるほど好ましい。
ここで、本実施形態に係る半導体装置１００は、図２に示すように、第１の封止材１０の一部が露出するように第１の封止材１０が第２の封止材２０により覆われたものであってもよい。具体的には、本実施形態に係る半導体装置１００における第２の封止材２０は、第１の封止材１０の天面のみを覆うように形成してもよい。
ただし、本実施形態に係る半導体装置１００は、第１の封止材１０と第２の封止材２０の密着性を向上させ、結果として電磁波遮蔽特性と電気的絶縁特性とをバランスよく発現させる観点から、図１に示すように、第１の封止材１０の表面全域が露出しないように、第１の封止材１０の表面全域が第２の封止材２０により覆われたものであることが好ましい。つまり、本実施形態に係る半導体装置１００において、第２の封止材２０は、第１の封止材１０の表面について、その一部を覆っていてもよいし、全面を覆っていてもよいが、電磁波遮蔽特性と電気的絶縁特性とをバランスよく発現させる観点から、第１の封止材１０の表面全域が露出しないように該第１の封止材１０の表面全域を覆っていることが好ましい。
また、本実施形態に係る半導体装置１００において、第１の封止材１０は、半導体素子３０の表面について、その一部を覆っていてもよいし、全面を覆っていてもよいが、良好な電気的絶縁特性を発現させる観点から、半導体素子３０の表面全域が露出しないように該半導体素子３０の表面全域を覆っていることが好ましい。
次に、本実施形態に係る半導体装置１００の製造方法について説明する。
まず、基板５０上に、半導体素子３０を搭載する。次いで、基板５０と半導体素子３０を、ボンディングワイヤ６０により互いに接続させる。次いで、半導体素子３０の表面を覆うように、半導体素子３０と、ボンディングワイヤ６０とを第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化体により構成された第１の封止材１０により封止する。その後、第１の封止材１０の表面を覆うように、第１の封止材１０を第１の熱硬化性樹脂組成物とは異なる第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化体により第２の封止材２０を形成する。これにより、本実施形態に係る半導体装置１００が製造されることとなる。
また、第１の封止材１０または第２の封止材２０の封止成形の方法としては、たとえばトランスファー成形法、圧縮成形法、ラミネート成形法が挙げられる。また、第１の封止材１０と第２の封止材２０の封止成形の方法は、同じ手法を採用してもよいし、異なる手法であってもよい。
なお、本実施形態において、封止成形及び硬化体の作製は、例えば、次の条件で行うことができる。まず、封止成形の条件としては、例えば、温度１２０℃以上２００℃以下、時間で１０秒間以上１０分間以下とすることができる。また、封止成形後、後硬化（ポストキュア）によって硬化体を作製する条件としては、例えば、温度１５０℃以上１８０℃以下、時間２時間以上２４時間以下とすることができる。
また、本実施形態に係る半導体装置１００は、基板５０上に、半導体ウエハを搭載した構造体を用いて作製してもよい。この場合、本実施形態に係る半導体装置１００は、以下の方法で作製することができる。
まず、基板５０上に、半導体ウエハを搭載した構造体を準備する。次に、かかる構造体の基板５０が設けられている面とは反対側の面から、半導体ウエハのダイシング領域に沿って、当該半導体ウエハに対して所定幅の切れ込みを複数形成することにより、当該半導体ウエハを個片化した複数の半導体チップ３０を作製する。すなわち、構造体の基板５０が設けられている面とは反対側の面から、当該半導体ウエハをハーフカットする。次いで、上述した方法で第１の封止材１０および第２の封止材２０を形成する。これにより、本実施形態に係る半導体装置１００を複数同時に製造することができる。つまり、上述した方法を採用すれば、本実施形態に係る半導体装置１００を複数同時に一括して作製することができる。
ここで、上述した切れこみの形成には、ダイシングブレード、レーザー等を使用することができる。また、切れこみの幅は、特に限定されないが、５０μｍ以上３００μｍ以下とすることが好ましい。そして、切れこみは、等間隔に形成することが好ましい。なお、切れ込みの幅は、当該切れ込みを形成した後の半導体ウエハの強度や回路配置等の条件を考慮して設定することが一般的である。そのため、切れ込みの幅は、半導体装置１００の設計段階において上述した条件に鑑みて、上記数値範囲内となるよう適宜設定すればよい。
次に、上述した本実施形態に係る半導体装置１００に備わる第１の封止材１０と第２の封止材２０を形成するために用いる熱硬化性樹脂組成物について説明する。ここで、第１の封止材１０と第２の封止材２０を形成するために用いる各熱硬化性樹脂組成物、すなわち、第１の熱硬化性樹脂組成物と第２の熱硬化性樹脂組成物は、第１の封止材１０と第２の封止材２０との密着性を良好なものとする観点から、共通の樹脂成分を含むことが好ましい。すなわち、第１の熱硬化性樹脂組成物及び第２の熱硬化性樹脂組成物は、例えば、共にエポキシ樹脂を含むことが好ましい。
また、本実施形態に係る第１の封止材１０を形成するために用いる第１の熱硬化性樹脂組成物と、第２の封止材２０を形成するために用いる第２の熱硬化性樹脂組成物は、両者からなる樹脂セットの形態にて、市場に流通させることが可能であるものと考えられる。いわば、本実施形態に係る上記樹脂セットは、第１の封止材１０を形成するために用いる第１の熱硬化性樹脂組成物により構成される成形材料群と、第２の封止材２０を形成するために用いる第２の熱硬化性樹脂組成物により構成される成形材料群と、からなるものであるといえる。そして、本実施形態において、第１の熱硬化性樹脂組成物により構成される上記成形材料群と、第２の熱硬化性樹脂組成物により構成される上記成形材料群は、いずれも、固形状の樹脂組成物により構成されたものであることが好ましい。
本実施形態において第２の熱硬化性樹脂組成物は、ＥＭＭＩ−１−６６法により測定したスパイラルフローが、５０ｃｍ以上であることが好ましく、８０ｃｍ以上であるとさらに好ましく、８５ｃｍ以上であるとより好ましい。こうすることで、半導体装置の作製時に、封止材の未充填やボイド発生といった不具合の発生を抑えることができる。また、上記スパイラルフローの上限値は、たとえば、３５０ｃｍ以下としてもよいし、３００ｃｍ以下としてもよいし、２８０ｃｍ以下としてもよい。こうすることで、第２の熱硬化性樹脂組成物による封止材の成形性を良好なものとすることができる。
なお、上述したＥＭＭＩ−１−６６法により測定したスパイラルフローは、たとえば、以下の方法で測定することができる。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、ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型に、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件で、樹脂組成物を注入し、流動長をスパイラルフローとして測定する。なお、単位は、ｃｍである。
本実施形態において第１の熱硬化性樹脂組成物は、ＥＭＭＩ−１−６６法により測定したスパイラルフローが、８０ｃｍ以上２５０ｃｍ以下であることが好ましく、１００ｃｍ以上２３０ｃｍ以下であるとさらに好ましく、１１０ｃｍ以上２００ｃｍ以下であると最も好ましい。こうすることで、半導体装置の作製時に、封止材の未充填や金線流れといった不具合の発生を抑えることができる。なお、上述したＥＭＭＩ−１−６６法により測定したスパイラルフローは、第２の熱硬化性樹脂組成物について上述した方法と同様の方法で測定することができる。
また、本実施形態において、第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物の２６０℃における曲げ強度は、好ましくは、０．５ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下であり、より好ましくは、１ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下であり、さらに好ましくは、２ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下である。こうすることにより、半導体装置において反りが発生することを抑制することができる。なお、硬化物の２６０℃における曲げ強度は、２６０℃の雰囲気下、ＪＩＳ Ｋ６９１１に準拠した方法で測定することができる。
また、本実施形態において、第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化物の２６０℃における曲げ強度は、好ましくは、５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であり、より好ましくは、１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下である。こうすることにより、半導体装置において封止材と基板との間の密着性を向上させることができる。
また、本実施形態において、第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物の周波数１ＧＨｚにおける電磁波遮蔽性は、かかる樹脂組成物を用いて作製した封止材を備える半導体装置の電磁波遮蔽特性を向上させる観点から、好ましくは、５ｄＢ以上１００ｄＢ以下であり、さらに好ましくは、１０ｄＢ以上７０ｄＢ以下である。また、かかる硬化物の周波数１ＧＨｚにおける電磁波遮蔽性は、たとえば、以下の方法で測定することができる。圧縮成形機を用いて、金型温度１７５℃、成形圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で、第２の熱硬化性樹脂組成物を成形し、長さ１１０ｍｍ×幅１１０ｍｍ×厚さ１ｍｍの試験片を得る。得られた試験片を１７５℃、４時間の条件で熱処理して後硬化する。次いで、後硬化後の上記試験片をアドバンテスト社製のＴＲ１７３０１Ａにおける送信用アンテナと受信用アンテナの間に設置し、測定周波数１ＧＨｚの条件で該試験片を測定する。
なお、本実施形態に係る半導体装置は、１ＧＨｚといった高周波数の電磁波について電磁波遮蔽性が高いという観点で都合がよい。１ＧＨｚといった高周波数の電磁波は、１ＧＨｚよりも小さい周波数のものよりも電気的エネルギー及び磁気的エネルギーが大きい。携帯電話、ＰＣなどの高密度で半導体装置を配する場合、１ＧＨｚといった高周波数の電磁波が半導体装置に干渉することで、半導体装置の誤作動を引き起こすという問題があった。本願発明の半導体装置は電磁波遮蔽性が高いため、１ＧＨｚといった高周波数の電磁波は生じたとしても、半導体装置の誤作動を引き起こしにくいという観点で都合が良い。
第２の封止材２０を形成するために用いる第２の熱硬化性樹脂組成物について説明する。第２の熱硬化性樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、フェノール樹脂硬化剤と、硬化促進剤と、導電フィラーと、を含むエポキシ樹脂組成物である。かかる第２の熱硬化性樹脂組成物の形態は、作業性の観点から、粉粒状、顆粒状、タブレット状またはシート状に加工されたものであることが好ましい。つまり、第２の熱硬化性樹脂組成物の形態は、固形状であることが好ましい。
上述した通り第２の熱硬化性樹脂組成物は、エポキシ樹脂を含む。かかるエポキシ樹脂としては、その分子量、分子構造に関係なく、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、ポリマー全般を使用することが可能である。このようなエポキシ樹脂の具体例としては、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、ビスフェノールＥ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＭ型エポキシ樹脂（４，４'−（１，３−フェニレンジイソプリジエン）ビスフェノール型エポキシ樹脂）、ビスフェノールＰ型エポキシ樹脂（４，４'−（１，４−フェニレンジイソプリジエン）ビスフェノール型エポキシ樹脂）、ビスフェノールＺ型エポキシ樹脂（４，４'−シクロヘキシジエンビスフェノール型エポキシ樹脂）などのビスフェノ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、臭素化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、テトラフェノール基エタン型ノボラック型エポキシ樹脂、縮合環芳香族炭化水素構造を有する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；ビフェニル型エポキシ樹脂；キシリレン型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂などのアラルキル型エポキシ樹脂；ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂、２官能ないし４官能エポキシ型ナフタレン樹脂、ビナフチル型エポキシ樹脂、ナフタレンアラルキル型エポキシ樹脂などのナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂；アントラセン型エポキシ樹脂；フェノキシ型エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂；ノルボルネン型エポキシ樹脂；アダマンタン型エポキシ樹脂；フルオレン型エポキシ樹脂、リン含有エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、脂肪族鎖状エポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂、ビキシレノール型エポキシ樹脂、トリヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラフェニロールエタン型エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレートなどの複素環式エポキシ樹脂；Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラグリシジルメタキシレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラグリシジルビスアミノメチルシクロヘキサン、Ｎ，Ｎ−ジグリシジルアニリンなどのグリシジルアミン類や、グリシジル（メタ）アクリレートとエチレン性不飽和二重結合を有する化合物との共重合物、ブタジエン構造を有するエポキシ樹脂、ビスフェノールのジグリシジルエーテル化物、ナフタレンジオールのジグリシジルエーテル化物、フェノール類のグリシジルエーテル化物から選択される一種または二種以上を含むことができる。これらの中でも、トリヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂を含むことがより好ましい。これにより、半導体装置における耐リフロー性の向上および反りの抑制を実現することができる。
エポキシ樹脂の含有量は、たとえば、第２の熱硬化性樹脂組成物の固形分全量に対して３質量％以上であることが好ましく、５質量％以上であることがより好ましい。エポキシ樹脂の含有量を上記下限値以上とすることにより、第２の熱硬化性樹脂組成物を用いて形成される第２の封止材２０と、第１の封止材１０または基板５０との密着性の向上に寄与することができる。一方で、エポキシ樹脂の含有量は、たとえば第２の熱硬化性樹脂組成物の固形分全量に対して４０質量％以下であることが好ましく、３５質量％以下であることがより好ましい。エポキシ樹脂の含有量を上記上限値以下とすることにより、当該第２の熱硬化性樹脂組成物を用いて形成される第２の封止材２０の耐熱性や耐湿性の向上を図ることができる。
上述した通り第２の熱硬化性樹脂組成物は、フェノール樹脂硬化剤を含む。かかるフェノール樹脂硬化剤としては、エポキシ樹脂と反応して硬化させるものであればよい。具体的には、フェノール樹脂硬化剤は、一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、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フェノール樹脂等の多官能型フェノール樹脂；テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等の変性フェノール樹脂；フェニレン骨格及び／又はビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン及び／又は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等が挙げられる。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。このようなフェノール樹脂硬化剤により、耐燃性、耐湿性、電気特性、硬化性、保存安定性等のバランスが良好となる。特に、硬化性の点から水酸基当量は９０ｇ／ｅｑ以上、２５０ｇ／ｅｑ以下のものが好ましい。
また、本実施形態に係る第２の熱硬化性樹脂組成物中には、上述したフェノール樹脂硬化剤とともに、他の硬化剤を併用することもできる。併用できる硬化剤としては、例えば重付加型の硬化剤、触媒型の硬化剤、縮合型の硬化剤等を挙げることができる。
重付加型の硬化剤の具体例としては、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）など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）などの芳香族ポリアミン、およびジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）、有機酸ジヒドララジドなどのポリアミン化合物；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）などの脂環族酸無水物、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）などの芳香族酸無水物などを含む酸無水物；ノボラック型フェノール樹脂、ポリビニルフェノールなどのフェノール樹脂系硬化剤；ポリサルファイド、チオエステル、チオエーテルなど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など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などの有機酸類などが挙げられる。
触媒型の硬化剤の具体例としては、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）などの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）などのイミダゾール化合物；ＢＦ３錯体などのルイス酸などが挙げられる。
縮合型の硬化剤の具体例としては、レゾール型フェノール樹脂；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などが挙げられる。
このような他の硬化剤を併用する場合において、フェノール樹脂硬化剤の配合割合の下限値としては、全硬化剤に対して、２０質量％以上であることが好ましく、３０質量％以上であることがより好ましく、５０質量％以上であることが特に好ましい。配合割合が上記範囲内であると、耐燃性、耐半田性を保持しつつ、良好な流動性を発現させることができる。
硬化剤全体の配合割合の下限値は、第２の熱硬化性樹脂組成物の固形分全量に対して、３質量％以上であることが好ましく、５質量％以上であることがより好ましい。配合割合の下限値が上記範囲内であると、良好な硬化性を得ることができる。また、硬化剤全体の配合割合の上限値については、第２の熱硬化性樹脂組成物の固形分全量に対して、３０質量％以下であることが好ましく、２５質量％以下であることがより好ましい。配合割合の上限値が上記範囲内であると、良好な耐半田性を得ることができる。
上述した通り第２の熱硬化性樹脂組成物は、硬化促進剤を含む。硬化促進剤は、エポキシ樹脂のエポキシ基と、フェノール樹脂硬化剤のフェノール性水酸基と、の架橋反応を促進させるものであればよく、一般の半導体封止用エポキシ樹脂組成物に使用するものを用いることができる。硬化促進剤としては、たと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、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、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が例示されるアミジンや３級アミン、さらには前記アミジン、アミンの４級塩等の窒素原子含有化合物等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種以上を併用しても差し支えない。
硬化促進剤の含有量は、第２の熱硬化性樹脂組成物全体に対して、好ましくは、０．０５質量％以上２質量％以下であり、さらに好ましくは、０．１質量％以上１．５質量％以下である。硬化促進剤の含有量を上記下限値以上とすることにより、第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化性が低下することを抑制できる。また、硬化促進剤の含有量を上記上限値以下とすることにより、第２の熱硬化性樹脂組成物の流動性が低下することを抑制できる。
上述した通り第２の熱硬化性樹脂組成物は導電フィラーを含む。かかる導電フィラーとしては、導電性を帯びることが可能な材料により形成された繊維や粒子等が挙げられる。本実施形態において、繊維とは繊維状フィラーを示す。また、粒子とは粒子状フィラーを示す。
かかる繊維としては、金属繊維や炭素繊維等が挙げられる。そして、上述した金属繊維を構成する金属材料の具体例としては、銅、ステンレス、アルミニウム、ニッケル、チタン、タングステン、錫、鉛、鉄、銀、クロム、炭素或いはこれらの合金等が挙げられる。中でも、優れた電磁波遮蔽性を第２の封止材２０に付与する観点から、炭素を主成分として含むものが好ましい。なお、本実施形態において、上述した炭素を主成分として含む導電フィラーとは、たとえば、当該導電フィラー全量に対して炭素を５０質量％以上含むフィラーのことを指す。このような、炭素を主成分として含む導電フィラーとしては、具体的には、黒鉛、カーボンブラック、炭、コークス、ダイヤモンド、グラファイト、カーボンナノチューブ、フラーレン、炭素繊維などが挙げられる。
また、導電フィラーが粒子である場合、その形状としては、扁平状、粒状、板状および針状等が挙げられる。
導電フィラーの含有量は、例えば、第２の熱硬化性樹脂組成物の固形分全量に対して３５質量％以上６５質量％以下であることが好ましく、４０質量％以上６０質量％以下であることがより好ましい。これにより、第２の熱硬化性樹脂組成物を成形して得られる第２の封止材２０について、機械的特性や熱的特性、電磁波遮蔽性のバランスをより効果的に向上させることができる。
第２の熱硬化性樹脂組成物中には、必要特性に応じて、アスペクト比の異なる少なくとも２種以上の導電フィラーを含有させることが好ましい。第２の熱硬化性樹脂組成物が、アスペクト比の異なる少なくとも２種以上の導電フィラーを含むものである場合、かかる導電フィラーの１種として炭素材料を含むことが好ましい。この場合、使用可能な導電フィラーの具体的な組み合わせとしては、以下の繊維状フィラーと、かかる繊維状フィラーよりもアスペクト比の低い他のフィラーを含むものが挙げられる。具体的には、２種以上の導電フィラーとしては、少なくとも黒鉛および炭素繊維を含むことが好ましい。これらの導電フィラーは、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシランカップリング剤等のシランカップリング剤、アルミネートカップリング剤、チタネートカップリング剤などで表面処理されてもよいし、樹脂との密着性や取り扱い性を向上させるために収束剤処理されていてもよい。
なお、本実施形態において、アスペクト比とは、導電フィラーの（長径）/（短径）である。
導電性フィラーが繊維状フィラーである場合、長径とは繊維状フィラーの長さ、短径とは繊維状フィラーの繊維直径を示す。
粒子状フィラーの長径、短径は、例えば、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡による直接観察によって評価できる。以下に、走査型電子顕微鏡を用いた評価方法について説明する。まず、走査型電子顕微鏡の試料台に粒子状フィラーを固着させ、粒子が１つだけ視野に入る最大限まで観察倍率を高くして、形状を観察し、粒子状フィラーの観察面積の最も大きな面の方向から観察する。例えば、グラファイトの観察面積の最も大きな面としては、劈開面が相当する。次に、試料台を回転させて、粒子状フィラーの観察面積の最も小さな面から観察する。例えば、粒子状フィラーがグラファイトであれば、グラファイトの板状構造の積層断面が相当する。上記観察において、粒子状フィラーの観察面積の最も大きな面に、内接する最小の円を設定してその直径を計測して前記粒子の「長径」と定義する。また、粒子状フィラーの観察面積の最も小さな面について、２本の平行線が最も近接して且つ粒子状フィラーを挟み込むようにして引いたその平行線の間隔を「短径」と定義する。この操作を、任意に抽出した１００個の粒子状フィラーに対して行ない、平均値を算出することでアスペクト比を求める。
繊維状フィラーが粒子状フィラーを介した導電パスを形成し、電磁波の電気的損失を向上させる観点から、繊維状フィラーのアスペクト比の上限値は、例えば、６０以下であることが好ましく、５０以下であることがより好ましく、４０以下であることが更に好ましい。
また、上記上限値と同様の観点から、繊維状フィラーのアスペクト比の下限値は、例えば、５以上であることが好ましく、１０以上であることが好ましく、２０以上であることがより好ましい。
導電フィラーとしては、アスペクト比の異なる２種以上のフィラーを用いることが好ましい。ここで、２種以上の導電フィラーとしては、例えば、上述した繊維状フィラー及び粒子状フィラーを含むことが好ましい。２種以上の導電フィラーとしては、具体的には、黒鉛の粒子及び炭素繊維を含むことが好ましい。これにより、半導体装置の電磁波遮蔽性を向上できる。これは、詳細なメカニズムは定かではないが、アスペクト比の異なる２種以上の導電フィラーが導電パスを形成することにより、電磁波の電気的な損失をさらに大きくできるためと推測される。
なお、２種以上の導電フィラーとして粒子状フィラー及び繊維状フィラーを含む場合、粒子の形状は、例えば、鱗状であることが好ましい。これにより、適切に導電パスを形成することができる。具体的な粒子状フィラー及び繊維状フィラーの組み合わせとしては、粒子状フィラーとして黒鉛を含み、繊維状フィラーとして炭素繊維を含むことが好ましい。
２種以上の導電性フィラーとして、繊維及び粒子を含む場合、繊維の含有量の下限値は、例えば、第２の熱硬化性樹脂組成物の固形分全量に対して、１０質量％以上であることが好ましく、１５質量％以上であることがより好ましい。これにより、導電性フィラーである繊維が、第２の熱硬化性樹脂組成物で適切に分散し、電磁波遮蔽性を向上するのに好適な導電パスを形成することができる。
また、２種以上の導電性フィラーとして、上述した繊維及び上述した粒子を含む場合、上述した繊維の含有量の上限値は、例えば、第２の熱硬化性樹脂組成物の固形分全量に対して５５質量％以下であることが好ましく、５０質量％以下であることがより好ましい。これにより、第２の熱硬化性樹脂組成物のスパイラルフローを適切に維持できるという観点で都合が良い。
２種以上の導電性フィラーとして、繊維及び粒子を含む場合、粒子の含有量の下限値は、例えば、第２の熱硬化性樹脂組成物中の繊維の含有量に対して、２０質量％以上であることが好ましく、３０質量％以上であることがより好ましい。これにより、複数の繊維間に粒子を充填することにより、粒子を介して複数の繊維が導電パスをより適切に形成することができる。
また、２種以上の導電性フィラーとして、繊維及び粒子を含む場合、粒子の含有量の上限値は、例えば、第２の熱硬化性樹脂組成物中の繊維の含有量に対して、１５０質量％以下であることが好ましく、１４５質量％以下であることがより好ましく、７０質量％以下であることが更に好ましい。これにより、繊維が第２の熱硬化性樹脂組成物で適切に分散し、電磁波遮蔽性を向上するのに適切な導電パスを形成することができる。
上記繊維状フィラーよりもアスペクト比の低い他のフィラーとしては、たとえば黒鉛、カーボンブラック、炭、コークス、ダイヤモンド、カーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレン等の炭素材料から選択される一種または二種以上の粉粒体を含むことができる。これらの中でも、機械的特性と電磁波遮蔽性のバランスを向上させる観点からは、炭素材料を含むことが好ましく、黒鉛またはカーボンブラックのうちの少なくとも一方を含むことがより好ましい。
本実施形態に係る第２の熱硬化性樹脂組成物には、さらに必要に応じて、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤；シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力剤；カルナバワックス等の天然ワックス、トリレンジイソシアネート変性酸化ワックス等の合成ワックス、ステアリン酸、ステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸及びその金属塩類、もしくはパラフィン、ジエタノールアミン・ジモンタン酸エステル等のエステル類等の離型剤；水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ホウ酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、ホスファゼン等の難燃剤、酸化防止剤等の各種添加剤を適宜配合してもよい。
上述した第１の熱硬化性樹脂組成物としては、エポキシ樹脂と、硬化剤と、硬化促進剤と、無機充填材と、を含むものであることが好ましい。かかる第１の熱硬化性樹脂組成物の形態は、作業性の観点から、粉粒状、顆粒状、タブレット状またはシート状に加工されたものであることが好ましい。つまり、第１の熱硬化性樹脂組成物の形態は、固形状であることが好ましい。
第１の熱硬化性樹脂組成物に含有させるエポキシ樹脂としては、その分子量、分子構造に関係なく、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、ポリマー全般を使用することが可能である。このようなエポキシ樹脂の具体例としては、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、ビスフェノールＥ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＭ型エポキシ樹脂（４，４'−（１，３−フェニレンジイソプリジエン）ビスフェノール型エポキシ樹脂）、ビスフェノールＰ型エポキシ樹脂（４，４'−（１，４−フェニレンジイソプリジエン）ビスフェノール型エポキシ樹脂）、ビスフェノールＺ型エポキシ樹脂（４，４'−シクロヘキシジエンビスフェノール型エポキシ樹脂）などのビスフェノ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、臭素化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、テトラフェノール基エタン型ノボラック型エポキシ樹脂、縮合環芳香族炭化水素構造を有する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；ビフェニル型エポキシ樹脂；キシリレン型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂などのアラルキル型エポキシ樹脂；ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂、２官能ないし４官能エポキシ型ナフタレン樹脂、ビナフチル型エポキシ樹脂、ナフタレンアラルキル型エポキシ樹脂などのナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂；アントラセン型エポキシ樹脂；フェノキシ型エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂；ノルボルネン型エポキシ樹脂；アダマンタン型エポキシ樹脂；フルオレン型エポキシ樹脂、リン含有エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、脂肪族鎖状エポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂、ビキシレノール型エポキシ樹脂、トリヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラフェニロールエタン型エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレートなどの複素環式エポキシ樹脂；Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラグリシジルメタキシレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラグリシジルビスアミノメチルシクロヘキサン、Ｎ，Ｎ−ジグリシジルアニリンなどのグリシジルアミン類や、グリシジル（メタ）アクリレートとエチレン性不飽和二重結合を有する化合物との共重合物、ブタジエン構造を有するエポキシ樹脂、ビスフェノールのジグリシジルエーテル化物、ナフタレンジオールのジグリシジルエーテル化物、フェノール類のグリシジルエーテル化物から選択される一種または二種以上を含むことができる。これらのうち、アラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、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、およびテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、ならびにスチルベン型エポキシ樹脂は結晶性を有するものであることが好ましい。これにより、半導体装置における耐リフロー性の向上および反りの抑制を実現することができる。
エポキシ樹脂の含有量は、第１の熱硬化性樹脂組成物の固形分全量に対して３質量％以上であることが好ましく、５質量％以上であることがより好ましい。エポキシ樹脂の含有量を上記下限値以上とすることにより、第１の熱硬化性樹脂組成物を用いて形成される封止材と半導体素子との密着性の向上に寄与することができる。一方で、エポキシ樹脂の含有量は、たとえば第１の熱硬化性樹脂組成物の固形分全量に対して２０質量％以下であることが好ましく、１７質量％以下であることがより好ましい。エポキシ樹脂の含有量を上記上限値以下とすることにより、当該第１の熱硬化性樹脂組成物を用いて形成される封止材の耐熱性や耐湿性の向上を図ることができる。そのため、エポキシ樹脂の含有量が上記数値範囲内にある第１の熱硬化性樹脂組成物によれば、半導体装置の耐湿信頼性や耐リフロー性を向上させることができる。
本実施形態に係る第１の熱硬化性樹脂組成物中には、上述した通り、硬化剤が含まれていてもよい。これにより、当該樹脂組成物の流動性およびハンドリング性を向上させることができる。
ここで、本実施形態に係る硬化剤としては、たとえば重付加型の硬化剤、触媒型の硬化剤、および縮合型の硬化剤の３タイプに大別することができる。
硬化剤に用いられる重付加型の硬化剤の具体例としては、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）など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）などの芳香族ポリアミン、およびジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）、有機酸ジヒドララジドなどのポリアミン化合物；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）などの脂環族酸無水物、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）などの芳香族酸無水物などを含む酸無水物；ノボラック型フェノール樹脂、ポリビニルフェノールなどのフェノール樹脂系硬化剤；ポリサルファイド、チオエステル、チオエーテルなど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など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などの有機酸類などが挙げられる。
触媒型の硬化剤の具体例としては、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）などの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）などのイミダゾール化合物；ＢＦ３錯体などのルイス酸などが挙げられる。
縮合型の硬化剤の具体例としては、レゾール型フェノール樹脂；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などが挙げられる。
これらの中でも、耐燃性、耐湿性、電気特性、硬化性、および保存安定性等についてのバランスを向上させる観点から、フェノール樹脂硬化剤が好ましい。フェノール樹脂硬化剤としては、一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、ポリマー全般を用いることができ、その分子量、分子構造は特に限定されない。
フェノール樹脂硬化剤の具体例としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールノボラック等のノボラック型樹脂；ポリビニルフェノール；ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂やトリフェノールメタン型フェノール樹脂等の多官能型フェノール樹脂；テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等の変性フェノール樹脂；フェニレン骨格及び／又はビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン及び／又は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等が挙げられる。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。中でも、高温高湿環境条件下における半導体装置の信頼性を向上させる観点から、多官能型フェノール樹脂が好ましい。
本実施形態に係る第１の熱硬化性樹脂組成物中における硬化剤の含有量は、好ましくは、第１の熱硬化性樹脂組成物全体に対して２質量％以上１５質量％以下であり、さらに好ましくは、３質量％以上１３質量％以下であり、最も好ましくは、４質量％以上１１質量％以下である。硬化剤の含有量を上記下限値以上とすることにより、十分な流動性を有する第１の熱硬化性樹脂組成物を実現し、成型性の向上を図ることができる。また、硬化剤の含有量を上記上限値以下とすることにより、半導体装置の耐湿信頼性や耐リフロー性を向上させることができる。
本実施形態に係る第１の熱硬化性樹脂組成物は、充填材を含んでいてもよい。かかる充填材としては、一般に半導体封止材料に用いられている無機充填材または有機充填材であればよい。具体的には、上記無機充填材として、溶融破砕シリカ、溶融球状シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ等のシリカ；アルミナ；チタンホワイト；水酸化アルミニウム；タルク；クレー；マイカ；ガラス繊維等が挙げられる。また、かかる有機充填材としては、オルガノシリコーンパウダー、ポリエチレンパウダー等が挙げられる。これらの充填材は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。中でも、無機充填材が好ましく、溶融球状シリカを用いることがとくに好ましい。
また、充填材の形状としては、第１の熱硬化性樹脂組成物の溶融粘度の上昇を抑えつつ、充填材の含有量を高める観点から、できるだけ真球状であり、かつ粒度分布がブロードであることが好ましい。
また、粒子の大きさの異なるものを混合することにより無機充填量を多くすることができる。充填材の平均粒径ｄ５０は、半導体素子周辺への充填性の観点から、好ましくは、０．０１μｍ以上１５０μｍ以下であり、より好ましくは、０．１μｍ以上１００μｍ以下であり、さらに好ましくは、０．５μｍ以上５０μｍ以下である。こうすることで、樹脂組成物の流動性が良好な状態となるように制御することができる。また、本実施形態における充填材は、第１の熱硬化性樹脂組成物の流動性を向上させつつ、作製する半導体装置の機械的強度を向上させる観点から、平均粒径ｄ５０が５μｍ以下の充填材と、平均粒径ｄ５０が１０μｍ以上の充填材とを併用することが好ましい。
なお、無機充填材の平均粒子径ｄ５０は、たとえばレーザー回折式粒度分布測定装置（ＨＯＲＩＢＡ社製、ＬＡ−５００）を用いて測定することが可能である。
本実施形態に係る第１の熱硬化性樹脂組成物中における充填材の含有量は、たとえば第１の熱硬化性樹脂組成物全体に対して、好ましくは、３５質量％以上９４質量％以下であり、さらに好ましくは、５０質量％以上９３質量％以下であり、最も好ましくは６５質量％以上９０質量％以下である。充填材の含有量を上記下限値以上とすることにより、低吸湿性および低熱膨張性を向上させ、耐湿信頼性や耐リフロー性をより効果的に向上させることができる。また、充填材の含有量を上記上限値以下とすることにより、封止用エポキシ樹脂組成物の流動性の低下にともなう成型性の低下や、高粘度化に起因したボンディングワイヤ流れ等を抑制することが可能となる。
本実施形態に係る第１の熱硬化性樹脂組成物は、硬化促進剤を含んでいてもよい。
硬化促進剤は、エポキシ樹脂のエポキシ基と、硬化剤（たとえば、フェノール樹脂硬化剤のフェノール性水酸基）と、の架橋反応を促進させるものであればよく、一般の半導体封止用エポキシ樹脂組成物に使用するものを用いることができる。硬化促進剤としては、たと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、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、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が例示されるアミジンや３級アミン、さらには前記アミジン、アミンの４級塩等の窒素原子含有化合物等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種以上を併用しても差し支えない。
硬化促進剤の含有量は、第１の熱硬化性樹脂組成物全体に対して、好ましくは、０．０５質量％以上１質量％以下であり、さらに好ましくは、０．１質量％以上０．８質量％以下である。硬化促進剤の含有量を上記下限値以上とすることにより、第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化性が低下することを抑制できる。また、硬化促進剤の含有量を上記上限値以下とすることにより、第１の熱硬化性樹脂組成物の流動性が低下することを抑制できる。
第１の熱硬化性樹脂組成物には、上記各成分以外に、必要に応じてカップリング剤、レベリング剤、着色剤、離型剤、低応力剤、感光剤、消泡剤、紫外線吸収剤、発泡剤、酸化防止剤、難燃剤、およびイオン捕捉剤等から選択される一種または二種以上の添加物を添加してもよい。カップリング剤としては、たとえばエポキシシランカップリング剤、カチオニックシランカップリング剤、アミノシランカップリング剤、３−メルカプトプロピルトリメトキシ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カップリング剤、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシランカップリング剤、メルカプトシランカップリング剤などのシランカップリング剤、チタネート系カップリング剤およびシリコーンオイル型カップリング剤などが挙げられる。レベリング剤としては、アクリル系共重合物等が挙げられる。着色剤としては、カーボンブラック等が挙げられる。離型剤としては、天然ワックス、モンタン酸エステル等の合成ワックス、高級脂肪酸もしくはその金属塩類、パラフィン、酸化ポリエチレン等が挙げられる。低応力剤としては、シリコーンオイル、シリコーンゴム等が挙げられる。イオン捕捉剤としては、ハイドロタルサイト等が挙げられる。難燃剤としては、水酸化アルミニウム等が挙げられる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
以下、参考形態の例を付記する。
１． 半導体素子と、
上記半導体素子の表面を覆うように上記半導体素子を封止しており、第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化体により形成された第１の封止材と、
上記第１の封止材の表面を覆うように上記第１の封止材を封止しており、上記第１の熱硬化性樹脂組成物とは異なる第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化体により形成された第２の封止材と、
を備え、
上記第２の熱硬化性樹脂組成物が、
エポキシ樹脂と、
フェノール樹脂硬化剤と、
硬化促進剤と、
導電フィラーと、
を含むエポキシ樹脂組成物である、半導体装置。
２． 上記導電フィラーは、当該導電フィラー全量に対して炭素を５０質量％以上含む、上記１．に記載の半導体装置。
３． 上記第２の熱硬化性樹脂組成物の固形分全量に対する、上記第２の熱硬化性樹脂組成物中の上記導電フィラーの含有量が、３５質量％以上６５質量％以下である、上記１．または２．に記載の半導体装置。
４． 上記導電フィラーとして、粒子状フィラー及び繊維状フィラーを含む、上記１．から３．のいずれか１つに記載の半導体装置。
５． 上記粒子状フィラーが黒鉛であり、
上記繊維状フィラーが炭素繊維である、上記４．に記載の半導体装置。
６． 上記第２の熱硬化性樹脂組成物中の上記炭素繊維の含有量は、第２の熱硬化性樹脂組成物の固形分全量に対して、１０質量％以上５０質量％以下であり、
上記第２の熱硬化性樹脂組成物中の上記黒鉛の含有量は、第２の熱硬化性樹脂組成物中の繊維の含有量に対して、２０質量％以上１５０質量％以下である、上記５．に記載の半導体装置。
７． 上記第１の封止材の２５℃における線膨張係数をＬ１とし、上記第２の封止材の２５℃における線膨張係数をＬ２とした時、Ｌ１−Ｌ２の絶対値が０ｐｐｍ以上３０ｐｐｍ以下である、上記１．から６．のいずれか１つに記載の半導体装置。
８． 上記線膨張係数Ｌ１は、上記線膨張係数Ｌ２よりも小さい、上記７．に記載の半導体装置。
９． 上記第１の熱硬化性樹脂組成物が、
エポキシ樹脂と、
硬化剤と、
硬化促進剤と、
充填材と、
を含む、上記１．から８．のいずれか１つに記載の半導体装置。
１０． 上記第１の封止材の上記表面全域が露出しないように、上記第１の封止材の上記表面全域が上記第２の封止材により覆われている、上記１．から９．のいずれか１つに記載の半導体装置。
１１． 上記半導体素子と、上記第１の封止材と、上記第２の封止材と、を含む構造体が基板上に形成されている、上記１．から１０．のいずれか１つに記載の半導体装置。
１２． 半導体素子の表面を覆うように上記半導体素子を第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化体により封止して第１の封止材を形成する工程と、
上記第１の封止材の表面を覆うように上記第１の封止材を上記第１の熱硬化性樹脂組成物とは異なる第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化体により封止して第２の封止材を形成する工程と、
を有し、
上記第２の熱硬化性樹脂組成物が、
エポキシ樹脂と、
フェノール樹脂硬化剤と、
硬化促進剤と、
導電フィラーと、
を含むエポキシ樹脂組成物である、半導体装置の製造方法。
１３． 上記第２の封止材を形成する工程に次いで、上記第１の封止材及び上記第２の封止材を熱処理して後硬化する、上記１２．に記載の半導体装置の製造方法。
１４． 半導体素子の表面を覆うように熱硬化性樹脂組成物の硬化体により形成された第１の封止材の表面を覆うように、上記第１の封止材を封止してなる上記第２の封止材を形成するために用いる半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、
エポキシ樹脂と、
フェノール樹脂硬化剤と、
硬化促進剤と、
導電フィラーと、
を含む、半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
１５． 上記１．乃至１１．のいずれか一つに記載の半導体装置における上記第１の封止材を形成するために用いる上記第１の熱硬化性樹脂組成物により構成される成形材料群と、
上記１．乃至１１．のいずれか一つに記載の半導体装置における上記第２の封止材を形成するために用いる上記第２の熱硬化性樹脂組成物により構成される成形材料群と、
からなる樹脂セット。
以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
＜第１の熱硬化性樹脂組成物の作製＞
実施例１〜６および比較例１のそれぞれについて、次のように封止用樹脂組成物を調製した。まず、表１に従い配合された各原材料を常温でミキサーを用いて混合した後、７０〜１００℃でロール混練した。次いで、得られた混練物を冷却した後、これを粉砕することにより、粉粒状の樹脂組成物を第１の熱硬化性樹脂組成物として得た。表１中における各成分の詳細は後述のとおりである。また、表１中の単位は、質量％である。
＜第２の熱硬化性樹脂組成物の作製＞
実施例１〜６および比較例２のそれぞれについて、次のように封止用樹脂組成物を調製した。まず、表１に記載された配合量でカップリング剤２を用いて、予め表面処理を施した導電フィラー１〜導電フィラー４をそれぞれ準備した。次いで、表１に従い配合された各原材料を常温でミキサーを用いて混合した後、７０〜１００℃でロール混練した。次いで、得られた混練物を冷却した後、これを粉砕することにより、粉粒状の樹脂組成物を第２の熱硬化性樹脂組成物として得た。表１中における各成分の詳細は後述のとおりである。また、表１中の単位は、質量％である。
導電フィラー１〜導電フィラー４のカップリング剤２を用いた表面処理は、それぞれ、次のように行った。
まず、導電フィラーをミキサーに投入し、撹拌を開始した。次いで、ミキサー内に、カップリング剤２を投入して、３分間撹拌を続けた。こうすることで、導電フィラーとカップリング剤２との混合物を得た。次に、得られた混合物をミキサーから取り出し、所定時間放置した。このようにして、カップリング剤２により表面処理が施された導電フィラー１〜導電フィラー４を作製した。
（エポキシ樹脂）
・エポキシ樹脂１：ビフェニル型エポキシ樹脂（三菱化学社製、ＹＸ４０００Ｋ）
・エポキシ樹脂２：ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂（日本化薬社製、ＮＣ−３０００）
・エポキシ樹脂３：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（三菱化学社製、ＹＬ６８１０）
・エポキシ樹脂４：ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂とビフェニル型エポキシ樹脂との混合物（日本化薬社製、ＣＥＲ−３０００−Ｌ）
（充填材）
・充填材１：溶融球状シリカ（電気化学工業社製、ＦＢ−９５０ＦＣ、平均粒径ｄ５０：２２μｍ）
・充填材２：溶融球状シリカ（電気化学工業社製、ＦＢ−１０５ＦＣ、平均粒径ｄ５０：１２μｍ）
・充填材３：溶融球状シリカ（電気化学工業社製、ＦＢ−３５、平均粒径ｄ５０：１０μｍ）
・充填材４：溶融球状シリカ（アドマテックス社製、ＳＯ−２５Ｒ、平均粒径ｄ５０：０．５μｍ）
・充填材５：溶融球状シリカ（アドマテックス社製、ＳＯ−３２Ｒ、平均粒径ｄ５０：１μｍ）
（硬化剤）
・硬化剤１：ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂（明和化成社製、ＭＥＨ−７８５１ＳＳ）
・硬化剤２：ノボラック型フェノール樹脂（住友ベークライト社製、ＰＲ−ＨＦ−３）
・硬化剤３：ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂（日本化薬社製、ＧＰＨ−６５）
（硬化促進剤）
・硬化促進剤１：下記式（１）で表わされる硬化促進剤
Figure 0006891639
硬化促進剤１の製造方法を以下に示す。
まず、冷却管及び攪拌装置付きのセパラブルフラスコに対して、２,３−ジヒドロキシナフタレン１２．８１ｇ（０．０８０ｍｏｌ）と、テトラフェニルホスホニウムブロミド１６．７７ｇ（０．０４０ｍｏｌ）と、メタノール１００ｍｌとを仕込み、均一に撹拌溶解させた。次に、水酸化ナトリウム１．６０ｇ（０．０４ｍｌ）を１０ｍＬのメタノールに溶解させた水酸化ナトリウム溶液を、セパラブルフラスコ内に徐々に滴下した。これにより析出した結晶を、ろ過、水洗、真空乾燥することで、硬化促進剤１を得た。
・硬化促進剤２：下記式（２）で表わされる硬化促進剤
Figure 0006891639
硬化促進剤２の製造方法を以下に示す。
まず、冷却管及び撹拌装置付きのセパラブルフラスコに対して、４，４'−ビスフェノールＳ３７．５ｇ（０．１５ｍｏｌ）と、メタノール１００ｍｌとを仕込み、室温で均一に撹拌溶解させた。次に、水酸化ナトリウム４．０ｇ（０．１ｍｏｌ）を予め５０ｍＬのメタノールに溶解させた溶液を、撹拌しながら添加した。次いで、テトラフェニルホスホニウムブロマイド４１．９ｇ（０．１ｍｏｌ）を予め１５０ｍＬのメタノールに溶解させた溶液を、添加した。その後、しばらく撹拌を継続し、３００ｍＬのメタノールを添加した後、セパラブルフラスコ内の溶液を大量の水に撹拌しながら滴下することにより、白色沈殿を得た。この沈殿を、濾別してから、乾燥することで白色結晶の硬化促進剤２を得た。
・硬化促進剤３：下記式（３）で表わされる硬化促進剤
Figure 0006891639
硬化促進剤３の製造方法を以下に示す。
まず、１８００ｇのメタノールを入れたフラスコに、２４９．５ｇのフェニルトリメトキシシランと、３８４．０ｇの２，３−ジヒドロキシナフタレンとを加えて、各成分を溶解させた。次に、上記フラスコに対して、室温条件下、２８質量％のナトリウムメトキシド−メタノール溶液２３１．５ｇを撹拌しながら滴下した。次いで、メタノール６００ｇにテトラフェニルホスホニウムブロマイド５０３．０ｇを予め溶解させた溶液を、室温条件下、撹拌しながら滴下混合し、結晶を析出させた。このようにして得られた結晶を、ろ過、水洗、真空乾燥することで、桃白色結晶の硬化促進剤３を得た。
（導電フィラー）
・導電フィラー１：鱗状黒鉛（西村黒鉛社製、ＰＢ−９０、平均粒径１５μｍ）
・導電フィラー２：炭素繊維（三菱レイヨン社製、ダイアリードＫ２２３ＨＭ、長径２００μｍ、短径５μｍ）
・導電フィラー３：炭素繊維（サイテック エンジニアード マテリアルズ社製、ＤＫＤ、長径２００μｍ、短径１０μｍ）
なお、導電フィラー１〜３は、それぞれアスペクト比が異なるものであることが確認されている。
（離型剤）
・離型剤１：ステアリン酸（日油社製、ＳＲ−サクラ）
・離型剤２：トリレンジイソシアネート変性酸化ワックス（日本精蝋社製、ＨＡＤ−６５４８Ｇ）
・離型剤３：ジエタノールアミン・ジモンタン酸エステル（伊藤製油社製、ＩＴＯＨＷＡＸ ＴＰ ＮＣ−１３３）
・離型剤４：グリセリントリモンタン酸エステル（クラリアント・ジャパン社製、リコルブ ＷＥ−４）
・離型剤５：酸化ポリエチレンワックス（クラリアント・ジャパン社製、リコワックス ＰＥＤ１９１）
（その他）
・難燃剤：水酸化アルミニウム（住友化学社製、ＣＬ−３０３）
・着色剤：カーボンブラック（三菱化学社製、カーボン＃５）
・低応力剤：アルキル変性シリコーンオイル（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製、ＸＺ−５６００）
・カップリング剤１：３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（チッソ社製、Ｓ８１０）
・カップリング剤２：Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン（信越化学社製、ＫＢＭ−５７３）
＜実施例１〜６に係る半導体装置の作製＞
発明を実施するための形態で述べた方法により、図１に示す半導体装置を作製した。まず、第１の熱硬化性樹脂組成物を用いて、基板上に搭載した半導体素子（２０ｍｍ×２０ｍｍ）を封止成形することにより、１次パッケージを作製した。第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる第１の封止材の成形は、圧縮成形機を用いて、金型温度１７５℃、成形圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で行った。次いで、得られた１次パッケージをインサートとし、第２の熱硬化性樹脂組成物を用いて、かかるインサートを封止成形することにより、２次パッケージを作製した。第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる第２の封止材の成形は、圧縮成形機を用いて、金型温度１７５℃、成形圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で行った。その後、得られた２次パッケージを１７５℃、４時間の条件で後硬化（ポストキュア）することにより、図１に示す半導体装置を得た。
＜比較例１に係る半導体装置の作製＞
実施例１の半導体装置における第１の封止材１０および第２の封止材２０に相当する構成（封止材）を、第１の熱硬化性樹脂組成物を用いて一括成形した点以外は、実施例１の半導体装置と同様の構成を備えた比較例１の半導体装置を作製した。
比較例１の半導体装置を作製するにあたり、図１に示す第１の封止材１０および第２の封止材２０に相当する構成（封止材）は、基板上に搭載した半導体素子（２０ｍｍ×２０ｍｍ）をインサートとし、第１の熱硬化性樹脂組成物を用いて一括成形することにより作製した。すなわち、比較例１の半導体装置において、図１に示す第１の封止材１０および第２の封止材２０に相当する構成（封止材）は、第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化物により一体的に形成されたものである。また、第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる封止材の成形は、圧縮成形機を用いて、金型温度１７５℃、成形圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で行った後、１７５℃、４時間の条件で後硬化（ポストキュア）することにより、比較例１の半導体装置を得た。
＜比較例２に係る半導体装置の作製＞
実施例１の半導体装置における第１の封止材１０および第２の封止材２０に相当する構成（封止材）を、第２の熱硬化性樹脂組成物を用いて一括成形した点以外は、実施例１の半導体装置と同様の構成を備えた比較例１の半導体装置を作製した。すなわち、第１の熱硬化性樹脂組成物に代えて第２の熱硬化性樹脂組成物を用いて封止材を作製した点以外は、比較例１と同様の方法で、比較例２の半導体装置を作製した。
得られた各熱硬化性樹脂組成物および各半導体装置について、下記に示す測定及び評価を行った。
・各熱硬化性樹脂組成物のスパイラルフロー：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、保圧時間１２０秒の条件で、上述した方法で作製した第１の熱硬化性樹脂組成物と第２の熱硬化性樹脂組成物とをそれぞれ注入し、流動長を測定した。なお、単位は、ｃｍである。また、スパイラルフローの測定値が大きな値を示す程、熱硬化性樹脂組成物の流動性が良好であることを示す。
・各熱硬化性樹脂組成物の硬化物の１５０℃における体積抵抗率：各熱硬化性樹脂組成物の硬化物の体積抵抗率を以下の方法で測定した。まず、低圧トランスファー成形機（コータキ精機社製、ＫＴＳ−３０）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で、各熱硬化性樹脂組成物を注入成形することにより直径１００ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤状成形品を得た。次いで、得られた円盤状成形品を１７５℃、４時間の条件で後硬化（ポストキュア）して、各熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる成形体を得た。次いで、得られた成形体に、カーボンペーストを用いて直径３００ｍｍの主電極と、直径３２ｍｍのガード電極と、直径４５ｍｍの対抗電極とを形成することで、体積抵抗率を測定するための試験片を得た。次に、得られた試験片を用い、超絶縁計（川口電機製作所社製、Ｒ−５０３）を用い、ＪＩＳ Ｋ６９１１に準拠した方法で各熱硬化性樹脂組成物の硬化物の体積抵抗率を測定した。なお、単位は、Ω・ｃｍである。また、測定条件は、１５０℃の雰囲気下、印加電圧５００Ｖの条件とした。
・各熱硬化性樹脂組成物の硬化物の２６０℃における曲げ強度：まず、低圧トランスファー成形機（コータキ精機社製、ＫＴＳ−３０）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で、各熱硬化性樹脂組成物を注入成形し、長さ１５ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚さ４ｍｍの成形品を得た。次に、得られた成型品を、１７５℃、４時間の条件で後硬化（ポストキュア）して、各熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる試験片を得た。次に、２６０℃の雰囲気下、ＪＩＳ Ｋ６９１１に準拠した方法で得られた試験片の曲げ強度を測定した。なお、単位は、ＭＰａである。
・各熱硬化性樹脂組成物の硬化物の２５℃における線膨張係数：まず、低圧トランスファー成形機（コータキ精機社製、ＫＴＳ−３０）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で、各熱硬化性樹脂組成物を注入成形し、長さ１５ｍｍ×幅４ｍｍ×厚さ３ｍｍの成形品を得た。次に、得られた成型品を、１７５℃、４時間の条件で後硬化（ポストキュア）して、各熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる試験片を得た。次いで、熱膨張計（セイコーインスツルメント社製、ＴＭＡ‐１２０）を用い、昇温速度５℃／分の条件で得られた試験片を昇温し、硬化物の２５℃における線膨張係数を測定した。なお、単位は、ｐｐｍである。なお、以下の表１には、第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化物の２５℃における線膨張係数の値をＬ１として示し、第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物の２５℃における線膨張係数の値をＬ２として示す。
・第２の熱硬化性樹脂組成物の成形性：実施例１〜６については、以下の方法で第２の熱硬化性樹脂組成物の成形性を評価するための構造体を作製した。まず、圧縮成形機を用いて、金型温度１７５℃、成形圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で、第１の熱硬化性樹脂組成物を成形し、１次パッケージ（モールドサイズ：５５ｍｍ×５０ｍｍ、樹脂厚み：０．７ｍｍ、半導体素子サイズ：２０ｍｍ×２０ｍｍ、半導体素子上の樹脂厚み：０．４ｍｍ）を得た。次いで、得られた１次パッケージをインサートとし、圧縮成形機を用いて、金型温度１７５℃、成形圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で、第２の熱硬化性樹脂組成物を成形した後、１７５℃、４時間の条件で後硬化（ポストキュア）して２次パッケージ（モールドサイズ：６０ｍｍ×７０ｍｍ、樹脂厚み：０．７５ｍｍ）を得た。次に、得られた２次パッケージにおける第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる封止材について、超音波映像装置（日立パワーソリューションズ社製、ＦｉｎｅＳＡＴＩＩＩ）を用いて、未充填やボイドの有無を確認した。また、上記２次パッケージにおけるエアベント部のバリを目視にて確認した。
なお、比較例１および比較例２については、評価を実施しなかった。
そして、評価結果は下記の通りとした。
◎：作製した２次パッケージにおいて、第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる封止材に、未充填領域やボイドが存在していなかった。
○：作製した２次パッケージにおいて、第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる封止材に、未充填領域やボイドが存在しているものの、その平均径がいずれも３０μｍ以上であった。
×：作製した２次パッケージにおいて、第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる封止材に、平均径が３０μｍを超える未充填領域やボイドが存在していた。
・第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物の電磁波遮蔽性：まず、比較例１については、第２の熱硬化性樹脂組成物を作製していないため評価を実施しなかった。そして、実施例１〜６および比較例２については、以下の方法で、第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物の電磁波遮蔽性を評価した。まず、圧縮成形機を用いて、金型温度１７５℃、成形圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で、第２の熱硬化性樹脂組成物を成形し、長さ１１０ｍｍ×幅１１０ｍｍ×厚さ１ｍｍの板状成形品を得た。次いで、得られた板状成形品を１７５℃、４時間の条件で後硬化（ポストキュア）して、第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる試験片を得た。次いで、得られた試験片をアドバンテスト社製のＴＲ１７３０１Ａにおける送信用アンテナと受信用アンテナの間に設置し、測定周波数１ＧＨｚの条件で該試験片の電磁波遮蔽性を測定した。なお、単位は、ｄＢである。
・半導体装置が備える封止材の電磁波遮蔽性：実施例１〜６の半導体装置が備える封止材の電磁波遮蔽性を評価するために用いる試験片は、以下の方法で作製した。また、試験片は、該試験片における第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化物と第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物との厚み比が、第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化物の厚み：第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物の厚みが約１４：１となるように作製した。
まず、圧縮成形機を用いて、金型温度１７５℃、成形圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で、第１の熱硬化性樹脂組成物を成形し、長さ１００ｍｍ×幅１００ｍｍ×厚さ０．９３３ｍｍの板状成形品１を得た。次に、得られた板状成形品をインサートとし、圧縮成形機を用いて、金型温度１７５℃、成形圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で、第２の熱硬化性樹脂組成物を成形し、長さ１１０ｍｍ×幅１１０ｍｍ×厚さ１ｍｍの板状成形品２を得た。次いで、得られた板状成形品２を１７５℃、４時間の条件で後硬化（ポストキュア）することにより、第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化物と第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物との厚み比が、第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化物の厚み：第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物の厚みが約１４：１である試験片を得た。
比較例１の半導体装置が備える封止材の電磁波遮蔽性を評価するために用いる試験片は、以下の方法で作製した。具体的には、第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化物と第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物とからなる実施例１〜６の試験片と同サイズの試験片を、圧縮成形機を用いて、金型温度１７５℃、成形圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で、第１の熱硬化性樹脂組成物を成形した後、１７５℃、４時間の条件で後硬化（ポストキュア）することにより、比較例１の試験片を得た。
比較例２の半導体装置が備える封止材の電磁波遮蔽性を評価するために用いる試験片は、以下の方法で作製した。具体的には、第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化物と第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物とからなる実施例１〜６の試験片と同サイズの試験片を、圧縮成形機を用いて、金型温度１７５℃、成形圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で、第２の熱硬化性樹脂組成物を成形した後、１７５℃、４時間の条件で後硬化（ポストキュア）することにより、比較例２の試験片を得た。
次いで、得られた試験片をアドバンテスト社製のＴＲ１７３０１Ａにおける送信用アンテナと受信用アンテナの間に設置し、測定周波数１ＧＨｚの条件で該試験片の電磁波遮蔽性を測定した。
評価結果は下記の通りとした。
◎：１５ｄＢ以上の値を示した。
○：５ｄＢ以上１５ｄＢ未満の値を示した。
×：５ｄＢ未満の値を示した。
・半導体装置が備える封止材の１５０℃における体積抵抗率：各実施例、各比較例の半導体装置の電気的絶縁特性を評価するために、体積抵抗率を測定した。実施例１〜６の半導体装置が備える封止材の１５０℃における体積抵抗率を測定するために用いる試験片は、以下の方法で作製した。また、試験片は、該試験片における第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化物と第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物との厚み比が、実施例１〜６の半導体装置における第１の封止材と第２の封止材との厚み比と同じ約１４：１となるように作製した。
まず、低圧トランスファー成形機（コータキ精機社製、ＫＴＳ−３０）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で、第１の熱硬化性樹脂組成物を成形することにより、直径９０ｍｍ、厚さ２．８ｍｍの円盤状成形品１を得た。次に、得られた円盤状成形品１をインサートとし、低圧トランスファー成形機（コータキ精機社製、ＫＴＳ−３０）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で、第２の熱硬化性樹脂組成物を成形することにより、直径１００ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤状成形品２を得た。次いで、得られた円盤状成形品２を１７５℃、４時間の条件で後硬化（ポストキュア）して試験片を得た。
比較例１の半導体装置が備える封止材の１５０℃における体積抵抗率を測定するために用いる試験片は、以下の方法で作製した。具体的には、実施例１〜６の試験片と同サイズの試験片を、低圧トランスファー成形機（コータキ精機社製、ＫＴＳ−３０）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で、第１の熱硬化性樹脂組成物を用いて成形した後、１７５℃、４時間の条件で後硬化（ポストキュア）することにより得た。
比較例２の半導体装置が備える封止材の電磁波遮蔽性を評価するために用いる試験片は、以下の方法で作製した。具体的には、実施例１〜６の試験片と同サイズの試験片を、低圧トランスファー成形機（コータキ精機社製、ＫＴＳ−３０）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で、第２の熱硬化性樹脂組成物を用いて成形した後、１７５℃、４時間の条件で後硬化（ポストキュア）することにより得た。
次いで、得られた試験片に、カーボンペーストを用いて、直径３０ｍｍの主電極、直径３２ｍｍのガード電極、直径４５ｍｍの対抗電極を形成した。その後、１５０℃雰囲気下、直流５００Ｖの条件で体積抵抗率を測定した。単位はΩ・ｃｍである。
・封止材間の密着性：圧縮成形機を用いて、金型温度１７５℃、成形圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で、第１の熱硬化性樹脂組成物を成形し、１次パッケージ（モールドサイズ：５５ｍｍ×５０ｍｍ、樹脂厚み：０．７ｍｍ、半導体素子サイズ：２０ｍｍ×２０ｍｍ、半導体素子上の樹脂厚み：０．４ｍｍ）を得た。次いで、得られた１次パッケージをインサートとし、圧縮成形機を用いて、金型温度１７５℃、成形圧力８．３ＭＰａ、硬化時間２分の条件で、第２の熱硬化性樹脂組成物を成形した後、１７５℃、４時間の条件で後硬化（ポストキュア）して２次パッケージ（モールドサイズ：６０ｍｍ×７０ｍｍ、樹脂厚み：０．７５ｍｍ）を得た。
評価結果は下記の通りとした。
○：第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化物と、第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物との接合界面に剥離が生じなかった。
×：第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化物と、第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物との接合界面に剥離が生じた。
・リフロー耐熱性試験後の半導体装置における封止材間の密着性：各実施例の半導体装置の耐リフロー性を評価するために、リフロー耐熱性試験後の封止材間の密着性を以下の方法で評価した。まず、実施例１〜６の半導体装置に対して、３０℃、６０％ＲＨ、１９２時間の条件で加湿処理を施した。次いで、かかる半導体装置を最大温度２６０℃の温度プロファイルのリフローに３回通過させた。その後、得られた半導体装置について、超音波顕微鏡を用いた非破壊の超音波探傷検査（ＳＡＴ）を実施し、第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる第１の封止材と、第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物からなる第２の封止材との接合界面における剥離状態を調べた。
評価結果は下記の通りとした。
◎：接合界面に剥離はなかった（両封止材が完全に密着していた）
○：若干の剥離が確認されたが、実用上問題ない程度のレベルであった。
上記評価項目に関する評価結果を、以下の表１に各成分の配合比率と共に示す。
Figure 0006891639
表１に示した通り、第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化物と第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化物とからなる各実施例の試験片は、いずれも、電磁波遮蔽特性と電気的絶縁特性とのバランスに優れたものであった。また、各実施例の半導体装置は、いずれも、比較例１および２の半導体装置と比べて、電磁波遮蔽特性と電気的絶縁特性とのバランスに優れたものであると考えられる。
１００ 半導体装置
１０ 第１の封止材
２０ 第２の封止材
３０ 半導体素子
５０ 基板
６０ ボンディングワイヤ
７０ 電極パッド
８０ ダイボンド材硬化体

Claims (12)

  1. 半導体素子と、
    前記半導体素子の表面を覆うように前記半導体素子を封止しており、第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化体により形成された第１の封止材と、
    前記第１の封止材の表面を覆うように前記第１の封止材を封止しており、前記第１の熱硬化性樹脂組成物とは異なる第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化体により形成された第２の封止材と、
    を備え、
    前記第２の熱硬化性樹脂組成物が、
    エポキシ樹脂と、
    フェノール樹脂硬化剤と、
    硬化促進剤と、
    導電フィラーと、
    を含むエポキシ樹脂組成物であり、
    前記導電フィラーとして、粒子状フィラー及び繊維状フィラーを含み、
    前記粒子状フィラーが黒鉛であり、
    前記繊維状フィラーが炭素繊維であり、
    前記第２の熱硬化性樹脂組成物中の前記炭素繊維の含有量は、第２の熱硬化性樹脂組成物の固形分全量に対して、１０質量％以上５０質量％以下であり、
    前記第２の熱硬化性樹脂組成物中の前記黒鉛の含有量は、第２の熱硬化性樹脂組成物中の繊維の含有量に対して、２０質量％以上１５０質量％以下である、半導体装置。
  2. 前記導電フィラーは、当該導電フィラー全量に対して炭素を５０質量％以上含む、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記第２の熱硬化性樹脂組成物の固形分全量に対する、前記第２の熱硬化性樹脂組成物中の前記導電フィラーの含有量が、３５質量％以上６５質量％以下である、請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 前記第１の封止材の２５℃における線膨張係数をＬ１とし、前記第２の封止材の２５℃における線膨張係数をＬ２とした時、Ｌ１−Ｌ２の絶対値が０ｐｐｍ以上３０ｐｐｍ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  5. 前記線膨張係数Ｌ１は、前記線膨張係数Ｌ２よりも小さい、請求項４に記載の半導体装置。
  6. 前記第１の熱硬化性樹脂組成物が、
    エポキシ樹脂と、
    硬化剤と、
    硬化促進剤と、
    充填材と、
    を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置。
  7. 前記第１の封止材の前記表面全域が露出しないように、前記第１の封止材の前記表面全域が前記第２の封止材により覆われている、請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置。
  8. 前記半導体素子と、前記第１の封止材と、前記第２の封止材と、を含む構造体が基板上に形成されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体装置。
  9. 半導体素子の表面を覆うように前記半導体素子を第１の熱硬化性樹脂組成物の硬化体により封止して第１の封止材を形成する工程と、
    前記第１の封止材の表面を覆うように前記第１の封止材を前記第１の熱硬化性樹脂組成物とは異なる第２の熱硬化性樹脂組成物の硬化体により封止して第２の封止材を形成する工程と、
    を有し、
    前記第２の熱硬化性樹脂組成物が、
    エポキシ樹脂と、
    フェノール樹脂硬化剤と、
    硬化促進剤と、
    導電フィラーと、
    を含むエポキシ樹脂組成物であり、
    前記導電フィラーとして、粒子状フィラー及び繊維状フィラーを含み、
    前記粒子状フィラーが黒鉛であり、
    前記繊維状フィラーが炭素繊維であり、
    前記第２の熱硬化性樹脂組成物中の前記炭素繊維の含有量は、第２の熱硬化性樹脂組成物の固形分全量に対して、１０質量％以上５０質量％以下であり、
    前記第２の熱硬化性樹脂組成物中の前記黒鉛の含有量は、第２の熱硬化性樹脂組成物中の繊維の含有量に対して、２０質量％以上１５０質量％以下である、半導体装置の製造方法。
  10. 前記第２の封止材を形成する工程に次いで、前記第１の封止材及び前記第２の封止材を熱処理して後硬化する、請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 半導体素子の表面を覆うように熱硬化性樹脂組成物の硬化体により形成された第１の封止材の表面を覆うように、前記第１の封止材を封止してなる第２の封止材を形成するために用いる半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、
    エポキシ樹脂と、
    フェノール樹脂硬化剤と、
    硬化促進剤と、
    導電フィラーと、
    を含み、
    前記導電フィラーとして、粒子状フィラー及び繊維状フィラーを含み、
    前記粒子状フィラーが黒鉛であり、
    前記繊維状フィラーが炭素繊維であり、
    前記第２の熱硬化性樹脂組成物中の前記炭素繊維の含有量は、第２の熱硬化性樹脂組成物の固形分全量に対して、１０質量％以上５０質量％以下であり、
    前記第２の熱硬化性樹脂組成物中の前記黒鉛の含有量は、第２の熱硬化性樹脂組成物中の繊維の含有量に対して、２０質量％以上１５０質量％以下である、半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
  12. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置における前記第１の封止材を形成するために用いる前記第１の熱硬化性樹脂組成物により構成される成形材料群と、
    請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置における前記第２の封止材を形成するために用いる前記第２の熱硬化性樹脂組成物により構成される成形材料群と、
    からなる樹脂セット。
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