JP7248071B2 - 封止用樹脂組成物および半導体装置 - Google Patents

封止用樹脂組成物および半導体装置 Download PDF

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Description

本発明は、封止用樹脂組成物および半導体装置に関する。
電子部品を封止するための封止用樹脂組成物として特許文献１（特開昭６２－２５１１８号公報）に記載のものがある。同文献には、金属のイオン移動やイオン性のハロゲンによる電蝕を防止し、耐湿性に優れた、かつ従来組成物のメリットを保持した封止用樹脂組成物を提供することを目的とする技術として、エポキシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、所定量の２－ビニル－４，６－ジアミノ－ｓ－トリアジンおよび所定量の無機質充填剤を含む封止用樹脂組成物について記載されている。同文献には、２－ビニル－４，６－ジアミノ－ｓ－トリアジンを所定量配合すれば、電食を防止し、耐湿性に優れた封止用樹脂組成物が得られると記載されている。
特開昭６２－２５１１８号公報
本発明者が、特許文献１に記載の技術について検討したところ、同文献に記載の封止用樹脂組成物においては、金属部材との密着性およびかかる組成物を用いて得られる半導体装置の信頼性の点で、改善の余地があることが明らかになった。
本発明は、金属部材との密着性に優れるとともに信頼性に優れる半導体装置を得ることができる封止用樹脂組成物を提供する。
本発明によれば、
以下の成分（Ａ）～（Ｃ）：
（Ａ）３－アミノ－１，２，４－トリアゾールおよび４－アミノ－１，２，４－トリアゾールからなる群から選択される１以上の化合物、
（Ｂ）エポキシ樹脂
（Ｃ）無機充填材
を含む、封止用樹脂組成物であって、
前記成分（Ｂ）の含有量が、当該封止用樹脂組成物全体に対して７．９質量％以上４０質量％以下であり、
マレイミド化合物を含まない、封止用樹脂組成物
が提供される。
また、本発明によれば、上述した本発明における封止用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、半導体装置が提供される。
本発明によれば、金属部材との密着性に優れるとともに信頼性に優れる半導体装置を得ることができる封止用樹脂組成物を提供することができる。
実施形態における半導体装置の構成を示す断面図である。 実施形態における半導体装置の構成を示す断面図である。
以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には共通の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは必ずしも一致していない。また、本実施形態において、組成物は、各成分をいずれも単独でまたは２種以上を組み合わせて含むことができる。
（封止用樹脂組成物）
本実施形態において、封止用樹脂組成物は、以下の成分（Ａ）および（Ｂ）を含む。
（Ａ）３－アミノ－１，２，４－トリアゾールおよび４－アミノ－１，２，４－トリアゾールからなる群から選択される１以上の化合物
（Ｂ）エポキシ樹脂
（成分（Ａ））
成分（Ａ）は、アミノトリアゾール化合物であり、具体的には、３－アミノ－１，２，４－トリアゾールおよび４－アミノ－１，２，４－トリアゾールからなる群から選択される１以上の化合物である。
金属部材との密着性を向上する観点および入手が容易である観点から、成分（Ａ）は、好ましくは３－アミノ－１，２，４－トリアゾールを含み、より好ましくは３－アミノ－１，２，４－トリアゾールである。
封止用樹脂組成物中の成分（Ａ）の含有量は、封止材と金属部材との密着性を安定的に向上する観点から、封止用樹脂組成物全体に対して好ましくは０．０１質量％以上であり、より好ましくは０．０２質量％以上、さらに好ましくは０．０４質量％以上である。また、封止用樹脂組成物の流動性、保存性を好ましいものとする観点から、成分（Ａ）の含有量は、封止用樹脂組成物全体に対して好ましくは１質量％以下であり、より好ましくは０．５質量％以下、さらに好ましくは０．２質量％以下である。
（成分（Ｂ））
成分（Ｂ）のエポキシ樹脂は、１分子内に２個以上のエポキシ基を有する化合物であり、モノマー、オリゴマーおよびポリマーのいずれであってもよい。
エポキシ樹脂は、具体的には、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等の結晶性エポキシ樹脂；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等のノボラック型エポキシ樹脂；トリスフェニ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；フェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂等のフェノール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、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からなる群から選択される１種または２種以上である。
金属部材との密着性を向上する観点から、成分（Ｂ）は、好ましくは、トリスフェニルメタン型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型多官能エポキシ樹脂、オルソクレゾール型二官能エポキシ樹脂、ビフェニル型二官能エポキシ樹脂およびビスフェノール型二官能エポキシ樹脂からなる群から選択される１種または２種以上である。
同様の観点から、成分（Ｂ）は、好ましくは、トリス（ヒドロキシフェニル）メタン型エポキシ樹脂、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、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂および３，３'，５，５'－テトラメチルビフェニルグリシジルエーテル型エポキシ樹脂からなる群から選択される１種または２種以上である。
封止用樹脂組成物中の成分（Ｂ）の含有量は、成形時に好適な流動性を得て充填性や成形性の向上を図る観点から、封止用樹脂組成物全体に対して、好ましくは２質量％以上であり、より好ましくは３質量％以上、さらに好ましくは４質量％以上である。
また、封止用樹脂組成物を用いて得られる装置の信頼性を向上する観点から、封止用樹脂組成物中の成分（Ｂ）の含有量は、封止用樹脂組成物全体に対して、好ましくは４０質量％以下であり、より好ましくは３０質量％以下、さらに好ましくは２０質量％以下、さらにより好ましくは１０質量％以下である。
また、封止用樹脂組成物は、好ましくはマレイミド化合物を含まない。封止用樹脂組成物が成分（Ａ）および（Ｂ）を含むとともにマレイミド化合物を含まない構成とすることにより、封止用樹脂組成物を用いて得られる封止材と金属部材との密着性を向上しつつ、封止用樹脂組成物の低温での硬化性をさらに向上することができる。
ここで、マレイミド化合物は、具体的には、マレイミド基を２つ以上有する化合物である。また、封止用樹脂組成物には、好ましくはマレイミド化合物が意図的に配合されておらず、封止用樹脂組成物中のマレイミド化合物の含有量は、好ましくは実質的に０質量％であり、たとえば検出限界以下である。
封止用樹脂組成物は、成分（Ａ）および（Ｂ）以外の成分を含んでもよい。たとえば、封止用樹脂組成物は、以下の成分（Ｃ）および（Ｄ）の一方または両方を含んでもよい。
（Ｃ）無機充填材
（Ｄ）シランカップリング剤
（成分（Ｃ））
成分（Ｃ）は、無機充填材である。無機充填材として、一般的に半導体封止用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。また、成分（Ｃ）は表面処理がなされているものであってもよい。
成分（Ｃ）の具体例として、溶融シリカ等、結晶シリカ、非晶質二酸化珪素等のシリカ；アルミナ；タルク；酸化チタン；窒化珪素；窒化アルミニウムが挙げられる。これらの無機充填材は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
成分（Ｃ）は、汎用性に優れている観点から、好ましくはシリカを含む。シリカの形状としては、球状シリカ、破砕シリカ等が挙げられる。
成分（Ｃ）の平均径（ｄ50）は、成形性および密着性を向上する観点から、好ましくは５μｍ以上であり、より好ましくは１０μｍ以上であり、また、好ましくは８０μｍ以下であり、より好ましくは５０μｍ以下、さらに好ましくは４０μｍ以下である。
ここで、成分（Ｃ）の粒径分布は、市販のレーザー回折式粒度分布測定装置（たとえば、島津製作所社製、ＳＡＬＤ－７０００）を用いて粒子の粒度分布を体積基準で測定することにより取得することができる。
また、成分（Ｃ）の最大粒径は、成形性および密着性を向上する観点から、好ましくは１０μｍ以上であり、より好ましくは２０μｍ以上であり、また、好ましくは１００μｍ以下であり、より好ましくは８０μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以下である。
また、成分（Ｃ）の比表面積は、成形性および密着性を向上する観点から、好ましくは１ｍ２／ｇ以上であり、より好ましくは３ｍ２／ｇ以上であり、また、好ましくは２０ｍ２／ｇ以下であり、より好ましくは１０ｍ２／ｇ以下である。
封止用樹脂組成物中の成分（Ｃ）の含有量は、封止用樹脂組成物を用いて形成される封止材の低吸湿性および低熱膨張性を向上させ、得られる半導体装置の耐湿信頼性や耐リフロー性をより効果的に向上させる観点から、封止用樹脂組成物全体に対して、好ましくは５０質量％以上であり、より好ましくは６０質量％以上、さらに好ましくは６５質量％以上である。
また、封止用樹脂組成物の成形時における流動性や充填性をより効果的に向上させる観点から、封止用樹脂組成物中の成分（Ｃ）の含有量は、封止用樹脂組成物全体に対してたとえば９７質量％以下であってもよく、好ましくは９５質量％以下であり、より好ましくは９０質量％以下である。
（成分（Ｄ））
成分（Ｄ）は、シランカップリング剤である。
成分（Ｄ）として、たとえば、エポキシシラン、メルカプトシラン、フェニルアミノシラン等のアミノシランが挙げられる。封止材と金属部材との密着性を向上する観点から、成分（Ｄ）は、好ましくはエポキシシランまたはアミノシランであり、より好ましくは２級アミノシランである。同様の観点から、成分（Ｄ）は、好ましくはフェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、γ－グリシドキシプロピルトリメトキシシランおよび３－メルカプトプロピルトリメトキシシランからなる群から選択される１つ以上である。
封止用樹脂組成物中の成分（Ｄ）の含有量は、封止用樹脂組成物の成形時に好ましい流動性を得る観点から、封止用樹脂組成物全体に対して、好ましくは０．０１質量％以上であり、より好ましくは０．０５質量％以上である。
また、樹脂粘度の増粘抑制の観点から、封止用樹脂組成物中の成分（Ｄ）の含有量は、封止用樹脂組成物全体に対して、好ましくは２．０質量％以下であり、より好ましくは１．０質量％以下、さらに好ましくは０．５質量％以下である。
（硬化剤）
封止用樹脂組成物は、硬化剤をさらに含んでもよい。硬化剤は、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、これらの１種または２種以上を用いることができる。
重付加型の硬化剤としては、たとえば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のほか、ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）、有機酸ジヒドララジドなどを含むポリアミン化合物；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。
触媒型の硬化剤としては、たとえば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。
縮合型の硬化剤としては、たとえばフェノール樹脂；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、分子構造は限定されない。
硬化剤に用いられるフェノール樹脂硬化剤としては、たと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、ビスフェノールノボラック等のノボラック型フェノール樹脂；ポリビニルフェノール；フェノール・ヒドロキシベンズアルデヒド樹脂、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；フェニレン骨格およびビフェニレン骨格の少なくとも１つを有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレンおよびビフェニレン骨格の少なくとも１つを有するナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型フェノール樹脂；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、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。これらの中でも、封止用樹脂組成物を用いて得られる半導体装置の絶縁特性を向上させる観点から、トリスフェノールメタン型フェノール樹脂、ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型樹脂およびビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型・ホルムアルデヒド重縮合物からなる群から選択される１種または２種以上を用いることがより好ましい。
本実施形態において、封止用樹脂組成物中の硬化剤の含有量は、成形時において、優れた流動性を実現し、充填性や成形性の向上を図る観点から、封止用樹脂組成物全体に対してたとえば０．５質量％以上であり、好ましくは１質量％以上であり、より好ましくは２質量％以上、さらに好ましくは３質量％以上である。
また、封止用樹脂組成物を用いて得られる半導体装置について、耐湿信頼性や耐リフロー性を向上させる観点から、封止用樹脂組成物中の硬化剤の含有量は、封止用樹脂組成物全体に対して好ましくは２５質量％以下であり、より好ましくは１５質量％以下、さらに好ましくは１０質量％以下である。
また、封止用樹脂組成物は、上述した成分以外の成分を含んでもよく、たとえば硬化促進剤、流動性付与剤、離型剤、イオン捕捉剤、低応力成分、難燃剤、着色剤、酸化防止剤等の各種添加剤のうち１種以上を適宜配合することができる。また、封止用樹脂組成物は、たとえば、２－ヒドロキシ－Ｎ－１Ｈ－１，２，４－トリアゾール－３－イルベンズアミドおよび３－アミノ－５－メルカプト－１，２，４－トリアゾールのうち１以上をさらに含んでもよい。
このうち、硬化促進剤は、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、上記アミジンやアミンの４級塩等の窒素原子含有化合物；２，３－ジヒドロキシナフタレン等のポリヒドロキシナフタレン化合物から選択される１種類または２種類以上を含むことができる。これらの中でも、硬化性を向上させる観点からはリン原子含有化合物を含むことがより好ましい。また、成形性と硬化性のバランスを向上させる観点からは、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潜伏性を有するものを含むことがより好ましい。
封止用樹脂組成物中の硬化促進剤の含有量は、封止用樹脂組成物の硬化特性を向上する観点から、封止用樹脂組成物全体に対して、好ましくは０．０１質量％以上であり、より好ましくは０．０５質量％以上、さらに好ましくは０．１質量％以上である。
また、封止用樹脂組成物の成形時に好ましい流動性を得る観点から、封止用樹脂組成物中の硬化促進剤の含有量は、封止用樹脂組成物全体に対して、好ましくは２．０質量％以下であり、より好ましくは１．０質量％以下、さらに好ましくは０．５質量％以下である。
離型剤は、たとえばカルナバワックス等の天然ワックス；モンタン酸エステルワックス、酸化ポリエチレンワックス等の合成ワックス；ステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸およびその金属塩類；パラフィン；およびエルカ酸アミドなどのカルボン酸アミドからなる群から選択される１種類または２種類以上を含むことができる。
封止用樹脂組成物中の離型剤の含有量は、封止用樹脂組成物の硬化物の離型性を向上する観点から、封止用樹脂組成物全体に対して、好ましくは０．０１質量％以上であり、より好ましくは０．０５質量％以上、さらに好ましくは０．１質量％以上であり、また、好ましくは２．０質量％以下であり、より好ましくは１．０質量％以下、さらに好ましくは０．５質量％以下である。
イオン捕捉剤の具体例として、ハイドロタルサイトが挙げられる。
封止用樹脂組成物中のイオン捕捉剤の含有量は、封止材の信頼性を向上する観点から、封止用樹脂組成物全体に対して、好ましくは０．０１質量％以上であり、より好ましくは０．０５質量％以上であり、また、好ましくは１．０質量％以下であり、より好ましくは０．５質量％以下である。
低応力成分の具体例として、シリコーンオイル、シリコーンゴム、シリコーンエラストマー、シリコーンレジン等のシリコーン；アクリロニトリルブタジエンゴムが挙げられる。
封止用樹脂組成物中の低応力成分の含有量は、封止材の信頼性を向上する観点から、封止用樹脂組成物全体に対して、好ましくは０．０１質量％以上であり、より好ましくは０．０５質量％以上、さらに好ましくは０．１質量％以上であり、また、好ましくは５質量％以下であり、より好ましくは３質量％以下、さらに好ましくは１質量％以下である。
難燃剤の具体例として、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、ホスファゼンが挙げられる。
封止用樹脂組成物中の難燃剤の含有量は、封止材の難燃性を向上する観点から、封止用樹脂組成物全体に対して、好ましくは１質量％以上であり、より好ましくは５質量％以上であり、また、好ましくは２０質量％以下であり、より好ましくは１０質量％以下である。
着色剤の具体例として、カーボンブラック、ベンガラが挙げられる。
封止用樹脂組成物中の着色剤の含有量は、封止材の色調の好ましいものとする観点から、封止用樹脂組成物全体に対して、好ましくは０．１質量％以上であり、より好ましくは０．２質量％以上であり、また、好ましくは２質量％以下であり、より好ましくは１質量％以下である。
酸化防止剤の具体例として、ヒンダードフェノール化合物、ヒンダードアミン化合物、チオエーテル化合物が挙げられる。
次に、封止用樹脂組成物またはその硬化物の物性について説明する。
本実施形態の封止用樹脂組成物を、銅板上で１７５℃、１８０秒の条件で硬化させた硬化物を得、さらに、１７５℃で３時間加熱した際、銅板と硬化物とのダイシェア強度が、室温（２５℃、以下同じ。）において、好ましくは１０ＭＰａ以上であり、より好ましくは１２ＭＰａ以上である。このように設定することで、たとえば、半導体装置として発熱の大きい素子を用いた場合や、より高温条件に曝される装置を作製する場合であっても、一段と高い信頼性を確保することができる。
同様の観点から、銅板上で上記の条件で硬化させて硬化物を得、さらに上記条件で加熱した際、銅板と硬化物とのダイシェア強度は、２６０℃において、好ましくは０．９５ＭＰａ以上であり、より好ましくは１．０ＭＰａ以上、さらに好ましくは１．１ＭＰａ以上である。
このダイシェア強度の上限値は限定されないが、室温または２６０℃において、たとえば、３０ＭＰａ以下である。
また、本実施形態の封止用樹脂組成物を、ニッケル板上で１７５℃、１８０秒の条件で硬化させた硬化物を得、さらに、１７５℃で３時間加熱した際、ニッケル板と硬化物とのダイシェア強度が、室温において、好ましくは５．０ＭＰａ以上であり、より好ましくは７．０ＭＰａ以上、さらに好ましくは７．５ＭＰａ以上、さらにより好ましくは１０ＭＰａ以上である。このように設定することで、たとえば、半導体装置として発熱の大きい素子を用いた場合や、より高温条件に曝される装置を作製する場合であっても、一段と高い信頼性を確保することができる。
同様の観点から、ニッケル板上で上記の条件で硬化させて硬化物を得、さらに上記条件で加熱した際、ニッケル板と硬化物とのダイシェア強度は、２６０℃において、好ましくは０．５ＭＰａ以上であり、より好ましくは０．７ＭＰａ以上、さらに好ましくは１．０ＭＰａ以上である。
このダイシェア強度の上限値は限定されないが、室温または２６０℃において、たとえば、３０ＭＰａ以下である。
なお、ダイシェア強度の測定方法については実施例の項で後述する。
次に、封止用樹脂組成物の形状について説明する。
本実施形態において、封止用樹脂組成物の形状は、封止用樹脂組成物の成形方法等に応じて選択することができ、たとえばタブレット状、粉末状、顆粒状等の粒子状；シート状が挙げられる。
また、封止用樹脂組成物の製造方法については、たとえば、上述した各成分を、公知の手段で混合し、さらにロール、ニーダーまたは押出機等の混練機で溶融混練し、冷却した後に粉砕する方法により得ることができる。また、粉砕後、成形して粒子状またはシート状の封止用樹脂組成物を得てもよい。たとえば、タブレット状に打錠成形して粒子状の封止用樹脂組成物を得てもよい。また、たとえば真空押し出し機によってシート状の封止用樹脂組成物を得てもよい。また得られた封止用樹脂組成物について、適宜分散度や流動性等を調整してもよい。
本実施形態において得られる封止用樹脂組成物は、成分（Ａ）および（Ｂ）を含むため、金属部材との密着性に優れたものである。さらに具体的には、本実施形態によれば、封止材と、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕまたはこれらの１以上を含む合金により構成された部材との密着性を向上することも可能となる。
また、本実施形態において得られる封止用樹脂組成物を用いることにより、信頼性に優れる半導体装置を得ることができる。
（半導体装置）
本実施形態における半導体装置は、上述した本実施形態における封止用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ものである。半導体素子の具体例としては、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。半導体素子は、好ましくは、受光素子および発光素子（発光ダイオード等）等の光半導体素子を除く、いわゆる、光の入出を伴わない素子である。
半導体装置の基材は、たとえば、インターポーザ等の配線基板、またはリードフレームである。また、半導体素子は、ワイヤボンディングまたはフリップチップ接続等により、基材に電気的に接続される。
封止用樹脂組成物を用いた封止成形により半導体素子を封止して得られる半導体装置としては、たとえば、ＭＡＰ（Ｍｏｌｄ Ａｒｒａｙ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＱＦＮ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｎｏｎ－ｌｅａｄｅｄ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＳＯＮ（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｎｏｎ－ｌｅａｄｅｄ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、ＬＦ－ＢＧＡ（Ｌｅａｄ Ｆｌａｍｅ ＢＧＡ）、ＦＣＢＧＡ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ ＢＧＡ）、ＭＡＰＢＧＡ（Ｍｏｌｄｅｄ Ａｒｒａｙ Ｐｒｏｃｅｓｓ ＢＧＡ）、ｅＷＬＢ（Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｗａｆｅｒ－Ｌｅｖｅｌ ＢＧＡ）、Ｆａｎ－Ｉｎ型ｅＷＬＢ、Ｆａｎ－Ｏｕｔ型ｅＷＬＢなどの種類が挙げられる。
以下、図面を参照してさらに具体的に説明する。
図１および図２は、いずれも、半導体装置の構成を示す断面図である。なお、本実施形態において、半導体装置の構成は、図１および図２に示すものには限られない。
まず、図１に示した半導体装置１００は、基板３０上に搭載された半導体素子２０と、半導体素子２０を封止してなる封止材５０と、を備えている。
封止材５０は、上述した本実施形態における封止用樹脂組成物を硬化して得られる硬化物により構成されている。
また、図１には、基板３０が回路基板である場合が例示されている。この場合、図１に示すように、基板３０のうちの半導体素子２０を搭載する一面とは反対側の他面には、たとえば複数の半田ボール６０が形成される。半導体素子２０は、基板３０上に搭載され、かつワイヤ４０を介して基板３０と電気的に接続される。一方で、半導体素子２０は、基板３０に対してフリップチップ実装されていてもよい。ここで、ワイヤ４０としては、限定されないが、たとえば、Ａｇ線、Ｎｉ線、Ｃｕ線、Ａｕ線、Ａｌ線が挙げられ、好ましくは、ワイヤ４０はＡｇ、ＮｉまたはＣｕあるいはこれらの１種以上を含む合金で構成される。
封止材５０は、たとえば半導体素子２０のうちの基板３０と対向する一面とは反対側の他面を覆うように半導体素子２０を封止する。図１に示す例においては、半導体素子２０の上記他面と側面を覆うように封止材５０が形成されている。
本実施形態において、封止材５０は、上述の封止用樹脂組成物の硬化物により構成される。このため、半導体装置１００においては、封止材５０とワイヤ４０との密着性に優れており、これにより、半導体装置１００は信頼性に優れるものである。
封止材５０は、たとえば封止用樹脂組成物をトランスファー成形法または圧縮成形法等の公知の方法を用いて封止成形することにより形成することができる。
図２は、本実施形態における半導体装置１００の構成を示す断面図であって、図１とは異なる例を示すものである。図２に示す半導体装置１００は、基板３０としてリードフレームを使用している。この場合、半導体素子２０は、たとえば基板３０のうちのダイパッド３２上に搭載され、かつワイヤ４０を介してアウターリード３４へ電気的に接続される。また、封止材５０は、図１に示す例と同様にして、本実施形態における封止用樹脂組成物の硬化物により構成される。
以上、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、参考形態を付記する。
［１］
以下の成分（Ａ）および（Ｂ）：
（Ａ）３－アミノ－１，２，４－トリアゾールおよび４－アミノ－１，２，４－トリアゾールからなる群から選択される１以上の化合物、
（Ｂ）エポキシ樹脂
を含む、封止用樹脂組成物。
［２］
上記成分（Ｂ）が、トリスフェニルメタン型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型多官能エポキシ樹脂、オルソクレゾール型二官能エポキシ樹脂、ビフェニル型二官能エポキシ樹脂およびビスフェノール型二官能エポキシ樹脂からなる群から選択される１種または２種以上である、上記［１］に記載の封止用樹脂組成物。
［３］
成分（Ｃ）：無機充填材をさらに含む、上記［１］または［２］に記載の封止用樹脂組成物。
［４］
成分（Ｄ）：シランカップリング剤をさらに含む、上記［１］乃至［３］いずれか１つに記載の封止用樹脂組成物。
［５］
上記成分（Ａ）の含有量が、当該封止用樹脂組成物全体に対して０．０１質量％以上１質量％以下である、上記［１］乃至［４］いずれか１つに記載の封止用樹脂組成物。
［６］
上記［１］乃至［５］いずれか１つに記載の封止用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、半導体装置。
以下、本実施形態を、実施例および比較例を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態は、これらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。
（実施例１～７、比較例１～７）
（封止用樹脂組成物の調製）
各実施例および各比較例のそれぞれについて、以下のように封止用樹脂組成物を調製した。
まず、表１に示す各成分をミキサーにより混合した。次いで、得られた混合物を、ロール混練した後、冷却、粉砕して粉粒体である封止用樹脂組成物を得た。
表１中の各成分の詳細は下記のとおりである。また、表１中に示す各成分の配合割合は、樹脂組成物全体に対する配合割合（質量％）を示している。
（原料）
（無機充填材）
（Ｃ）無機充填材１：溶融球状シリカ、ＦＢシリーズ、デンカ社製（平均径２７．２μｍ、比表面積１．５ｍ２／ｇ、上限カット７５μｍ）
（Ｃ）無機充填材２：溶融シリカ、ＦＭＴ－０５、フミテック社製
（Ｃ）無機充填材３：溶融球状シリカ、ＦＢ－１０５、デンカ社製（平均径１０．６μｍ、比表面積５．１ｍ２／ｇ、上限カット７１μｍ）
（Ｃ）無機充填材４：溶融球状シリカＳ３０－７１ ９９．３５質量％をＫＢＭ－９０３（γ―アミノプロピルトリエトキシシラン）０．６５質量％で表面処理したもの、マイクロン社製（平均径２３．１μｍ、比表面積１．７５ｍ２／ｇ、上限カット７５μｍ）
（Ｃ）無機充填材５：溶融球状シリカ、ＴＳ１３－００６、マイクロン社製（平均径２８μｍ、比表面積２．５ｍ２／ｇ、上限カット７５μｍ）
（Ｃ）無機充填材６：溶融球状シリカＥＳシリーズ、東海ミネラル社製（平均径２８．０μｍ、比表面積１．０ｍ２／ｇ、上限カット７５μｍ）
（Ｃ）無機充填材７：溶融シリカ、ＦＭＴ－１５Ｃ、フミテック社製
（Ｃ）無機充填材８：溶融球状シリカ、ＦＢシリーズ、デンカ社製（平均径３１μｍ、比表面積１．６ｍ２／ｇ）
（Ｃ）無機充填材９：非晶質二酸化珪素（東海ミネラル社製、ＥＳ－３５５）９９．３５質量％をγ－アミノプロピルトリエトキシシラン０．６５質量％で表面処理したもの
（Ｃ）無機充填材１０：球状アルミナ、ＣＢ－６０Ｃ、昭和電工社製
（Ｃ）無機充填材１１：シラザン処理微細シリカ、ＳＣ－２５００－ＳＱ、アドマテックス社製
（Ｃ）無機充填材１２：溶融球状シリカ、ＳＣ－２５００－ＳＱ、アドマテックス社製
（Ｃ）無機充填材１３：溶融球状シリカ、ＳＣ－５５００－ＳＱ、アドマテックス社製
（Ｃ）無機充填材１４：アルミナ、アドマテックス社製
（Ｃ）無機充填材１５：溶融球状シリカ、レオロシールＣＰ１０２、トクヤマ社製
（シランカップリング剤）
（Ｄ）シランカップリング剤１：フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、ＣＦ－４０８３、東レ・ダウコーニング社製
（Ｄ）シランカップリング剤２：γ－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、ＧＰＳ－Ｍ、ＪＮＣ社製
（Ｄ）シランカップリング剤３：３－メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ＪＮＣ社製
（エポキシ樹脂）
（Ｂ）エポキシ樹脂１：トリス（ヒドロキシフェニル）メタン型エポキシ樹脂、Ｅ１０３２Ｈ６０、三菱ケミカル社製
（Ｂ）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、ＮＣ３０００、日本化薬社製
（Ｂ）エポキシ樹脂３：オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ＹＤＣＮ－８００－６２、新日鐵化学社製
（Ｂ）エポキシ樹脂４：オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ＹＤＣＮ－８００－６５、新日鐵化学社製
（Ｂ）エポキシ樹脂５：オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、Ｎ６８５ＥＸＰ－Ｓ、ＤＩＣ社製
（Ｂ）エポキシ樹脂６：３，３'，５，５'－テトラメチルビフェニルグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ＹＸ４０００ＨＫ、三菱ケミカル社製
（Ｂ）エポキシ樹脂７：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、ＮＣ３０００Ｌ、日本化薬社製
（硬化剤）
硬化剤１：トリスフェノールメタン型フェノール樹脂、ＭＥＨ－７５００、明和化成社製
硬化剤２：ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型樹脂、ＭＥＨ－７８５１ＳＳ、明和化成社製
硬化剤３：ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型・ホルムアルデヒド重縮合物、明和化成社製
硬化剤４：ノボラック型フェノール樹脂、ＰＲ－５１７１４、住友ベークライト社製
硬化剤５：ノボラック型フェノール樹脂、ＰＲ－５５６１７、住友ベークライト社製
（硬化促進剤）
硬化促進剤１：４－ヒドロキシ－２－（トリフェニルホスホニウム）フェノラート
硬化促進剤２：テトラフェニルホスホニウム・４，４'－スルフォニルジフェノラート
硬化促進剤３：トリフェニルホスフィン、ＰＰ－３６０ビフン、ケイ・アイ化成社製
硬化促進剤４：テトラフェニルホスホニウムとビス（ナフタレン－２，３－ジオキシ）フェニルシリケートの付加物、住友ベークライト社製
硬化促進剤５：２，３－ジヒドロキシナフタレン、エアー・ウォーター社製
硬化促進剤６：４－ヒドロキシ－２－（トリフェニルホスホニウム）フェノラート、ケイ・アイ化成社製
（離型剤）
離型剤１：カルナバワックス、Ｃ－ＷＡＸ、東亜化成社製
離型剤２：モンタン酸エステルワックス、リコワックス Ｅ、クラリアントジャパン社製
離型剤３：カルナバワックス、ＴＯＷＡＸ－１３２、東亜合成社製
離型剤４：エルカ酸アミド、アルフローＰ－１０、日油社製
離型剤５：酸化ポリエチレンワックス、リコワックス ＰＥＤ１９１、クラリアントジャパン社製
（イオン捕捉剤）
イオン捕捉剤１：マグネシウム・アルミニウム・ハイドロオキサイド・カーボネート・ハイドレート、ＤＨＴ－４Ｈ、協和化学工業社製
（難燃剤）
難燃剤１：水酸化アルミニウム、ＣＬ－３０３、住友化学社製
（添加剤）
添加剤１：２－ヒドロキシ－Ｎ－１Ｈ－１，２，４－トリアゾール－３－イルベンズアミド、ＣＤＡ－１Ｍ、ＡＤＥＫＡ社製
添加剤２：３－アミノ－５－メルカプト－１，２，４－トリアゾール、ＡＳＴＡ－Ｐ、日本カーバイド工業社製
（Ａ）添加剤３：３－アミノ－１，２，４－トリアゾール
（着色剤）
着色剤１：カーボンブラック、カーボン＃５、三菱ケミカル社製
着色剤２：カーボンブラック、ＥＲＳ－２００１、東海カーボン社製
（低応力剤）
低応力剤１：シリコーンレジン、ＫＲ－４８０、信越化学工業社製
低応力剤２：シリコーンエラストマー、ＣＦ－２１５２、東レダウコーニング社製
低応力剤３：アクリロニトリルブタジエンゴム、ＣＴＢＮ１００８ＳＰ、宇部興産社製
低応力剤４：シリコーンオイル、ＦＺ－３７３０、東レダウコーニング社製
低応力剤５：製造例１で得られた溶融反応物Ａ
（製造例１）
下記式（８）で表されるエポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ジャバンエポキシレジン社製、ｊＥＲ（登録商標）ＹＬ６８１０、軟化点４５℃、エポキシ当量１７２）６６．１質量部を１４０℃で加温溶融し、オルガノポリシロキサン１（下記式（７）で示されるオルガノポリシロキサン）３３．１質量部およびトリフェニルホスフィン０．８質量部を添加して、３０分間溶融混合して溶融反応物Ａを得た。
Figure 0007248071000001
Figure 0007248071000002
（上記式（７）において、ｎ７の平均値は７．５である。）
（評価）
各例で得られた樹脂組成物を用いて以下の方法で評価用試料を作製し、得られた試料の密着性および信頼性を以下の方法で評価した。
（密着性）
各例で得られた封止用樹脂組成物について、密着性の指標として、以下の方法でポストモールドキュア（ＰＭＣ）におけるダイシェア強度を測定した。
各例で得られた封止用樹脂組成物について、低圧トランスファー成形機（山城精機社製、「ＡＶ－６００－５０－ＴＦ」）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力１０ＭＰａ、硬化時間１８０秒の条件で、９×２９ｍｍの短冊状の試験用銅リードフレーム上若しくはニッケル板上に３．６ｍｍφ×３ｍｍの密着強度試験片を１０個成形した。
その後、１７５℃３時間の条件で硬化したサンプルについて、自動ダイシェア測定装置（ノードソン・アドバンスド・テクノロジー社製、ＤＡＧＥ４０００型）を用いて、室温（ＲＴ）若しくは２６０℃にてダイシェア強度を測定することで、ダイシェア強度（ＭＰａ）を求めた。
（信頼性：温度サイクル試験）
各例で得られた封止用樹脂組成物について、低圧トランスファー成形機（アピックヤマダ社製「ＭＳＬ－０６Ｍ」）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力１０ＭＰａ、硬化時間１８０秒でＴＯ－２２０（パッケージサイズは１１４ｍｍ×３０ｍｍ、厚み１．３ｍｍ、チップは未搭載、リードフレームはＣｕ製またはＮｉめっき製品）を成形し、１７５℃で４時間硬化させることでテスト用の半導体装置を作製した。封止したテスト用半導体装置を、－４０℃～１５０℃で１００サイクル繰り返して温度サイクル試験をおこない、パッケージクラックや部材間剥離の有無を判定した。測定結果を表１中「不良数／サンプル数」で表す。「不良数／サンプル数」が４／１０以下であるものを合格とした。
Figure 0007248071000003
表１より、実施例１と比較例１、実施例２と比較例２、実施例３と比較例３、実施例４と比較例４、実施例５と比較例５、実施例６と比較例６、実施例７と比較例７、をそれぞれ対比すると、各実施例で得られた封止用樹脂組成物は、金属部材との密着性に優れていた。また、各実施例で得られた封止用樹脂組成物を用いることにより、信頼性に優れる半導体装置が得られた。
この出願は、２０１９年３月２７日に出願された日本出願特願２０１９－０６１４２７号を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。
２０ 半導体素子
３０ 基板
３２ ダイパッド
３４ アウターリード
４０ ワイヤ
５０ 封止材
６０ 半田ボール
１００ 半導体装置

Claims (9)

  1. 以下の成分（Ａ）～（Ｃ）：
    （Ａ）３－アミノ－１，２，４－トリアゾールおよび４－アミノ－１，２，４－トリアゾールからなる群から選択される１以上の化合物、
    （Ｂ）エポキシ樹脂
    （Ｃ）無機充填材
    を含む、封止用樹脂組成物であって、
    前記成分（Ｂ）の含有量が、当該封止用樹脂組成物全体に対して７．９質量％以上４０質量％以下であり、
    マレイミド化合物を含まず、
    前記成分（Ｃ）の含有量が、当該封止用樹脂組成物全体に対して５０質量％以上９０質量％以下である、封止用樹脂組成物。
  2. 当該封止用樹脂組成物を１７５℃で硬化させて得られる硬化物の、銅板に対するダイシェア強度を２５℃にて測定して得られる値が、１０ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下である、請求項１に記載の封止用樹脂組成物。
  3. 当該封止用樹脂組成物を１７５℃で硬化させて得られる硬化物の、銅板に対するダイシェア強度を２６０℃にて測定して得られる値が０．９５ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下である、請求項１または２に記載の封止用樹脂組成物。
  4. 当該封止用樹脂組成物を１７５℃で硬化させて得られる硬化物の、ニッケル板に対するダイシェア強度を２５℃にて測定して得られる値が５．０ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下である、請求項１乃至３いずれか１項に記載の封止用樹脂組成物。
  5. 当該封止用樹脂組成物を１７５℃で硬化させて得られる硬化物の、ニッケル板に対するダイシェア強度を２６０℃にて測定して得られる値が０．５ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下である、請求項１乃至４いずれか１項に記載の封止用樹脂組成物。
  6. 前記成分（Ｂ）が、トリスフェニルメタン型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型多官能エポキシ樹脂、オルソクレゾール型二官能エポキシ樹脂、ビフェニル型二官能エポキシ樹脂およびビスフェノール型二官能エポキシ樹脂からなる群から選択される１種または２種以上である、請求項１乃至５いずれか１項に記載の封止用樹脂組成物。
  7. 成分（Ｄ）：シランカップリング剤をさらに含む、請求項１乃至６いずれか１項に記載の封止用樹脂組成物。
  8. 前記成分（Ａ）の含有量が、当該封止用樹脂組成物全体に対して０．０１質量％以上１質量％以下である、請求項１乃至７いずれか１項に記載の封止用樹脂組成物。
  9. 請求項１乃至８いずれか１項に記載の封止用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、半導体装置。
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