JPH08239450A - エポキシ樹脂組成物、精密部品および半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形時に樹脂未充填、樹脂はがれ、ワイヤ
ー流れ、ステージ変移およびベント詰まりなどがないエ
ポキシ樹脂組成物を得ること。耐湿信頼性、高温信頼性
および半田耐熱性が優れた半導体装置を与えるエポキシ
樹脂組成物を得ること。 【解決手段】エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）および
無機充填剤からなるエポキシ樹脂組成物において、無機
充填剤がシリカ（Ｃ）を必須成分として含有し、前記硬
化剤（Ｂ）がフェノール性水酸基および／またはナフト
ール性水酸基を１分子中に少なくとも２個以上含む硬化
剤であり、前記シリカ（Ｃ）が合成シリカを１〜９９重
量％、天然溶融シリカを９９〜１重量％含有するエポキ
シ樹脂組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、エポキシ樹脂組成
物、精密部品および半導体装置に関するものであり、さ
らに詳しくは、樹脂未充填、樹脂はがれ、ワイヤー流
れ、ステージ変移およびベント詰まりなどの不具合を生
じることがなく、成形性がすぐれたエポキシ樹脂組成物
およびこのエポキシ樹脂組成物を用いて封止してなる耐
湿信頼性、高温信頼性および耐リフロークラック性がす
ぐれた半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填剤およ
び他の各種添加剤を含有するエポキシ樹脂組成物は、他
の樹脂組成物に比較して、電気的特性および機械特性な
どの性能がすぐれていることから、従来から各種成形材
料として広く用いられている。

【０００３】一方、半導体装置、とくに樹脂封止型半導
体装置は、他の封止方法により得られる半導体装置と比
較して、大量生産性にすぐれ、かつ低価格で半導体装置
を得る利点を有することから、その適用範囲が増大して
いる。その用途に用いられる封止樹脂としては、フェノ
ール樹脂、シリコーン樹脂およびエポキシ樹脂などの組
成物が用いられているが、経済性、生産性および物性の
バランスの点からエポキシ樹脂組成物による樹脂封止が
中心になっている。

【０００４】しかるに、近年の半導体装置分野において
は、半導体装置の大面積化、薄型化および多ピン化など
がパッケージングのトレンドとなっている傾向があり、
このために樹脂封止型の半導体装置を製造するに際して
幾つかの実用上の問題が発生し、従来の半導体封止用樹
脂組成物の適用が困難であった。

【０００５】その代表的な例としては、まず成形性の問
題を挙げることができる。すなわち、従来の半導体封止
用樹脂組成物を用いる場合には、パッケージ形状の大面
積化にともなって、トランスファー成形時における樹脂
の充填が不十分となり、パッケージにピンホールなどの
不良が生じやすいという問題が顕在化するようになって
いる。

【０００６】また、同様に多ピン化などの複雑な形状の
パッケージを成形する際には、パッケージの樹脂が一部
剥げ落ちるという不良、いわゆる樹脂剥がれの問題が認
められるようになった。

【０００７】さらには、パッケージの薄型化にともなっ
て、チップのあるいはワイヤーの成形による許容変移幅
がきわめて小さくなってきており、従来の半導体封止用
樹脂組成物では対応がきわめて困難になってきている。

【０００８】そして、これらの問題に対処するために、
従来から樹脂組成物の流動性を改善する方法が試みられ
ており、無機充填剤の減量、ゲルタイムの変更あるいは
樹脂そのものの変更による低粘度化などが検討されてき
たが、これらの方法では、曲げ強度およびガラス転移点
などの樹脂としての特性、耐湿信頼性、高温信頼性およ
び半田耐熱性（半導体装置を半田付する温度で処理した
場合に、クラック発生などしないこと）などの半導体装
置としての信頼性、ならびに成形サイクルに示される量
産性などの、要求されるすべての特性を満足することが
困難であった。

【０００９】さらに流動性を改良しようとすれば、トラ
ンスファ成形を繰返した場合に、樹脂組成物が、金型の
ベント部に流入し、ベント穴を閉塞してしまうという問
題があった。

【００１０】また、無機充填剤のフィラー形状を特定化
することによって、樹脂組成物の成形時の流動性を改善
することも試みられているが、この場合には流動性の改
善こそ達成できるものの、半導体装置の半田耐熱性、耐
湿信頼性および成形性、とくに樹脂はがれの改良につい
ては不十分であった。

【００１１】特開平４−２１８５２３号公報には、ビフ
ェニル骨格を有するエポキシ樹脂、硬化剤、特定の大き
さを有するシリカの組み合わせによるエポキシ樹脂組成
物が開示されており、半田耐熱性性が向上することが記
されている。しかしながら、上記公報に開示された樹脂
組成物では、上記問題点を十分に解決しうるものではな
かった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】すなわち本発明が解決
しようとする課題は、樹脂未充填、樹脂はがれ、ワイヤ
ー変移、ステージ変移およびベント詰まりなどの不具合
を生じることがなく、成形性がすぐれたエポキシ樹脂組
成物およびこのエポキシ樹脂組成物を用いて封止してな
る耐湿信頼性、高温信頼性および半田耐熱性性がすぐれ
た半導体装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のエポキシ樹脂組成物は、「エポキシ樹脂
（Ａ）、硬化剤（Ｂ）および無機充填剤からなるエポキ
シ樹脂組成物において、無機充填剤がシリカ（Ｃ）を必
須成分として含有し、前記硬化剤（Ｂ）がフェノール性
水酸基および／またはナフトール性水酸基を１分子中に
少なくとも２個以上含む硬化剤であり、前記シリカ
（Ｃ）が合成シリカを１〜９９重量％、天然溶融シリカ
を９９〜１重量％含有するエポキシ樹脂組成物。」から
なる。その製造方法としては「天然に存在するＳｉ０₂
を主成分とする物質を溶融して天然溶融シリカを得る工
程、前記工程との前後は問わず、ＳｉＯ₂ を主成分とし
ないケイ素含有物を化学反応によって、Ｓｉ０₂ を主成
分とする合成シリカを得る工程、エポキシ樹脂（Ａ）、
フェノール性水酸基および／またはナフトール性水酸基
を１分子中に少なくとも２個以上含む硬化剤（Ｂ）、前
記工程によって得られた合成シリカ（シリカの総量に対
して１〜９９重量％）ならびに前記工程で得られた天然
溶融シリカ（シリカの総量に対して９９〜１重量％）を
混合する工程からなるエポキシ樹脂組成物の製造方
法。」からなる。

【００１４】また、本発明の半導体装置は、上記エポキ
シ樹脂組成物により半導体素子が封止されたことを特徴
とする。

【００１５】本発明によれば、エポキシ樹脂組成物の成
形性を大幅に改良することができ、成形時に樹脂未充
填、樹脂はがれ、ワイヤー変移、ステージ変移およびベ
ント詰まりなどの不具合を生じることなく、良好な半導
体装置を成形することができる。

【００１６】また、上記エポキシ樹脂組成物を用いて封
止して得られる本発明の半導体装置は、耐湿信頼性、高
温信頼性および半田耐熱性がすぐれており、電子部品と
しての理想的な性能を発揮する。

【００１７】またこの樹脂組成物は当然、半導体装置を
必須としない成形物についても良好な成形性を有するた
め、精密成形部品用途として好適に用いることができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の構成および効果
について詳述する。

【００１９】本発明で用いるエポキシ樹脂（Ａ）とは、
分子中にエポキシ基を有する樹脂をとくに制限するもの
ではない。

【００２０】本発明で使用されるエポキシ樹脂（Ａ）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Ｃ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノール型
エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、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、ジシクロペンタジエン環などの脂環
式構造含有エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、
およびエポキシ変性オルガノシリコーンなどが挙げら
れ、これらのエポキシ樹脂組成物は、単独でまたは２種
以上の組合せで用いることができる。

【００２１】これらのエポキシ樹脂（Ａ）のなかでも、
特に本発明において好ましく使用されるものは、下記一
般式（Ｉ）または（II）で表されるビフェニル型エポキ
シ樹脂を含有するものである。下記式で示されるビフェ
ニル型エポキシ樹脂の含有量としてはエポキシ樹脂の５
０重量％以上であることが好ましい。

【化３】

【化４】 （ただし、式中のＲは水素原子、または一価の有機炭素
基（通常は炭素数１〜４）であり、それぞれ同一であっ
ても異なっていてもよい）。またエポキシ基の反応によ
って重合構造を一部とっているものも使用できる。

【００２２】上記式（Ｉ）で表されるエポキシ樹脂の好
ましい具体例としては、４，４´−ジヒドロキシビフェ
ニルのジグリシジルエーテル、３，３´，５，５´−テ
トラメチル−４，４´−ジヒドロキシビフェニルのジグ
リシジルエーテル、３，３´，５，５´−テトラｔｅｒ
ｔ−ブチル−４，４´−ジヒドロキシビフェニルのジグ
リシジルエーテル、ジメチルジプロピルビフェノールの
ジグリシジルエーテル、およびジメチルビフェノールの
ジグリシジルエーテルなどが挙げられる。

【００２３】本発明で用いる硬化剤（Ｂ）は、エポキシ
樹脂（Ａ）と反応してこれを硬化させ得るものであっ
て、フェノール基、クレゾール基およびキシレノール基
などのフェノール性水酸基および／またはナフトール性
水酸基を１分子中に２個以上有する構造の硬化剤であれ
ばとくに制限はない。

【００２４】本発明で使用される硬化剤（Ｂ）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、ナフトールノボラック樹脂、前に示したこ
れらノボラック樹脂の共重合体、ビスフェノールＡ、ビ
スフェノールＦ、フェノールアラルキル樹脂、ナフトー
ルアラルキル樹脂、トリスヒドロキシメタン、トリスヒ
ドロキシエタンおよびビスフェノール樹脂、ならびにこ
れらの共重合体などが挙げられる。

【００２５】なお、これらの硬化剤（Ｂ）は、二種以上
を併用してもよく、その添加量はエポキシ樹脂（Ａ）１
００重量部に対して３３〜３００重量部の範囲が好まし
い。官能基の観点から述べると、エポキシ樹脂（Ａ）の
エポキシ基当量と硬化剤（Ｂ）の水酸基当量の比（エポ
キシ当量／水酸基当量）が０．７〜１．３の間であるこ
とが好ましい。

【００２６】本発明で使用されるシリカ（Ｃ）は、合成
シリカ１〜９９重量％を必須成分とする。合成シリカが
少ない場合には、成形時に樹脂はがれを生じやすくな
り、また、合成シリカが多い場合には、外部ピンホール
などの不具合を生じ、さらに成形時の流動性が不良とな
るなどの問題を生じる傾向がある。

【００２７】ここでいう合成シリカとは、出発物質がＳ
ｉＯ2 を主成分として含まない物質であって、かつ化学
反応により人工的に合成されたシリカを意味し、この合
成シリカであればとくに制限なく用いることができる。

【００２８】この合成シリカの製造手段としては、Ｓｉ
を出発物質として酸化反応を用いて得る方法、テトラア
ルコキシシラン（オルトけい酸テトラアルキル）、モノ
アルキルトリアルコキシシランまたはジアルキルジアル
コキシシランなどを出発物質としてゾルゲル法により得
る方法、テトラクロロシラン、トリクロロシラン、モノ
アルキルトリクロロシランなどを加水分解した後、加熱
脱水あるいは直接酸素水素炎により分解酸化して得る方
法、およびポリシロキサンを出発物質として、これを酸
化することにより得る方法が例示される。

【００２９】シリカ（Ｃ）における必須成分である合成
シリカの大きさについてはとくに制限はない。ただし、
高温信頼性、耐湿信頼性、半田耐熱性、半導体素子への
きずの付与の防止などを考慮すると、合成シリカの平均
粒子径は０．１〜３０μｍ、とくに０．１〜３．０μｍ
の範囲にあることが好ましい。なお、ここでいう平均粒
子径とは、累積重量５０％になる粒径（メジアン径）を
意味する。

【００３０】合成シリカの大きさについてはとくに制限
はない。ただし、高温信頼性、耐湿信頼性、半田耐熱
性、デバイスチップなどとくにきずつきやすい半導体装
置を成形すること、および不純物のシリカ付着による汚
染などを起こさないことなどを考慮すると、合成シリカ
の平均粒子径は０．１〜３０μｍ、とくに０．１〜３．
０μｍの範囲、さらに０．１〜１μｍの範囲にあること
が好ましい。

【００３１】また、合成シリカの形状についてはとくに
制限はないが、成形時の流動性を考慮すると、シリカの
外形が鋭角的な形状をしていないこと、すなわち球状で
あることが有利であることから、合成シリカにおいて鋭
角構造を有するものが５０重量％以下であることが好ま
しい。

【００３２】本発明ではシリカ（Ｃ）の混合シリカとし
て、合成シリカ１〜９９重量％の他に、天然溶融シリカ
を９９〜１重量％を含有する。

【００３３】天然溶融シリカは、ケイ石などのあらかじ
めＳｉＯ2 を主成分として含有する原料を出発物質とし
て、溶融して得られるものである。

【００３４】天然溶融シリカの大きさについてはとくに
制限はないが、高温信頼性、耐湿信頼性、半田耐熱性を
考慮すると、１〜５０μｍ、とくに３〜５０μｍの範囲
にあることが好ましい。天然溶融シリカの形状について
はとくに制限はないが、成形時の流動性を考慮すると、
シリカの外形が鋭角的な形状をしていないこと、すなわ
ち球状であることが有利である。天然溶融シリカに含有
される破砕形状すなわち鋭角的形状を有する粒子の含有
量がシリカ（Ｃ）全体の３０重量％以下であることが望
ましい。

【００３５】さらに、シリカ（Ｃ）としての混合シリカ
における合成シリカおよび天然溶融シリカの配合割合
は、合成シリカが１〜９９重量％、好ましくは５〜９５
重量％、とくに好ましくは配合量の下の量としては５重
量％、１０重量％の順に好ましく、上限としては５０重
量％、３０重量％の順に好ましい。また天然溶融シリカ
では９９〜１重量％、好ましくは９５〜５重量％、とく
に配合量の下の量としては５０重量％、７０重量％の順
に好ましく、上の量としては９５重量％、９０重量％の
順に好ましい。

【００３６】本発明のエポキシ樹脂組成物におけるシリ
カ（Ｃ）の配合量についてはとくに制限はないが、得ら
れる成形物の高温信頼性、耐湿信頼性および半田耐熱性
を向上するためには、全体の８５重量％以上、特に８９
重量％以上とすることが望ましい。

【００３７】本発明のエポキシ樹脂組成物では、シラン
カップリング剤の配合が有効である。シランカップリン
グ剤とは有機基、およびアルコキシ基、アセトキシ基、
ハロゲン原子、アミノ基などの加水分解性基がケイ素原
子に直結した化合物をいう。特に有機基としてはエポキ
シ基を有するものやアミノ基を有するものが、本発明の
効果を顕著に提供することから好ましく用いられる。シ
ランカップリング剤の配合量としては樹脂組成物全体の
０．０１〜５重量％の範囲が好ましい。アミノ基を有す
るもののなかで、特に２級アミノ基を有するもの、さら
にアミノ基すべてが２級であることがさらに好ましい。
シランカップリング剤としては下記のものが例示され
る。

【００３８】無置換の有機基を有するものとしてビニル
トリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニ
ルトリアセトキシシラン、ビニルトリクロロシラン。

【００３９】エポキシ基を有するものとして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
プロピルトリエトキシシラン。

【００４０】アミノ基を有するものとして、γ−アミノ
プロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリ
エトキシシラン、γ−（２−アミノエチル）アミノプロ
ピルトリメトキシシラン、γ−（２−アミノエチル）ア
ミノプロピルトリエトキシシラン、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−β−（Ｎ−ビニルベンジルアミノエチ
ル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシランおよびＮ
−β−（Ｎ−ビニルベンジルアミノエチル）−γ−アミ
ノプロピルトリエトキシシラン。

【００４１】その他の種類のものとして、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
ロピルビニルエトキシシラン、γ−メルカトプロピルト
リメトキシシラン、γ−メルカトプロピルトリエトキシ
シラン、γ−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、γ
−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリ
ロキシプロピルメチルジメトキシシラン。

【００４２】本発明のエポキシ樹脂組成物においては、
ポリエチレンワックス、カルバナワックス、モンタン酸
ワックスおよびステアリン酸マグネシウムなどの各種ワ
ックス類、脂肪酸金属塩、長鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸の金
属塩、長鎖脂肪酸のエステルまたはアミドおよび各種変
性シリコーン化合物などの各種離型剤を配合することが
できる。

【００４３】半導体素子の用途では難燃性が要求される
場合があるため、臭素化ビスフェノールＡのグリシジル
エーテル、臭素化クレゾールノボラック、臭素化エポキ
シ樹脂などの有機ハロゲン化合物やリン化合物などの難
燃剤が配合できる。また三酸化アンチモン、四酸化二ア
ンチモン、五酸化アンチモンなどの難燃助剤を配合する
ことができる。本発明の樹脂組成物においては、これら
難燃剤、難燃助剤に起因するハロゲン原子、アンチモン
原子は少ない方が、高温信頼性、耐湿信頼性、半田耐熱
性の観点から好ましく、それぞれの原子の含有量がエポ
キシ樹脂組成物において０．２重量％以下であることが
好ましい。

【００４４】無機充填剤としては、シリカ（Ｃ）以外
に、本発明の効果を損わない範囲内でアルミナ、ジルコ
ニア、マグネシア、、硼けい酸ガラス、炭酸カルシウ
ム、炭酸マグネシウム、クレー、タルク、ケイ酸カルシ
ウム、酸化チタン、酸化アンチモン、およびハイドロタ
ルサイトなどの無機化合物を必要に応じて含有すること
ができる。本発明のエポキシ樹脂組成物における無機充
填剤の配合量についてはとくに制限はないが、得られる
成形物の高温信頼性、耐湿信頼性および半田耐熱性を向
上するためには、全体の８５重量％以上、特に８９重量
％以上とすることが望ましい。

【００４５】また本発明のエポキシ樹脂組成物には、ト
リフェニルホスフィン、トリ−ｍ−トリルホスフィン、
トリ−ｐ−トリルホスフィン、トリ−ａ−トリルホスフ
ィン、トリス−（２，６−ジメトキシアェノル）ホスフ
ィンなどの各種ホスフィン化合物、テトラフェニルホス
ホニウムブロミド、テトラエチルホスホニウムブロミ
ド、テトラブチルホスホニウムブロミド、テトラフェニ
ルホスホニウムテトラフェニルボレート、テトラエチル
ホスホニウムテトラフェニルボレートおよびテトラブチ
ルホスホニウムテトラフェニルボレートなどの各種ホス
ホニウム塩、およびイミダゾール、１−メチルイミダゾ
ール、２−メチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミ
ダゾール、１−フェニルイミダゾール、２−フェニルイ
ミダゾール、１−ベンジルイミダゾール、１，８−ジア
ザ−ビシクロ−（５，４，０）ウンデセン−７（ＤＢ
Ｕ）、ＤＢＵのフェノール、ＤＢＵフェノールノボラッ
ク塩、ＤＢＵオクチル塩、ＤＢＵｐ−トルエンスルホン
酸塩および１，５−ジアザ−ビシクロ（４，３，０）ノ
ネン−５（ＤＢＮ）などの各種アミン化合物などの各種
硬化促進剤が配合できる。またカーボンブラックおよび
酸化鉄などの各種着色剤、各種顔料、シリコーンゴム、
オレフィン系共重合体、変性ニトリルゴム、変性ポリブ
タジエンゴムなどの各種エラストマー、ポリエチレンな
どの各種熱可塑性樹脂、有機過酸化物などの架橋剤も配
合できる。

【００４６】本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ
樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、無機充填剤およびその他の
添加剤を、たとえばバンバリーミキサーなどにより混合
した後、単軸もしくは二軸の押出機、ニーダーおよび熱
ロールなどの各種混練機を用いて溶融混練し、冷却後粉
砕することなどにより製造することができる。

【００４７】かくして得られた本発明組成物は、精密部
品を形成することが可能であり、特にシリカ（Ｃ）を樹
脂組成物中で８５重量％以上含有する組成物を用いた精
密部品は寸法安定性が優れている。精密部品の形状とし
ては、精密部品に外接する球を仮想した場合において、
その球がとりうる最小直径が３０mm以下のものが好まし
い。

【００４８】また、本発明の半導体装置は、上記エポキ
シ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止したことを特徴
とし、良好な商品外観性と共に、すぐれた耐湿信頼性、
高温信頼性および耐半田性を兼備するものである。

【００４９】

【実施例】以下に、実施例と比較例を挙げて、本発明の
効果をより具体的に説明する。

【００５０】なお、実施例と比較例に先立ち、以下の実
施例と比較例で使用する合成シリカの合成例を説明す
る。

【００５１】［合成例１］エタノール溶媒中にオルソけ
い酸テトラエチル１モルに対し、アンモニアおよび水
を、それぞれ１モルおよび４モルの割合で混合、加水分
解することにより得られたシリカを乾燥後、焼成、粉砕
した、破砕形状の合成シリカＡ−１を準備した。一方、
上記合成シリカＡ−１をさらに所定時間粉砕し、目開き
７４μｍのふるいを通すことにより、破砕形状の合成シ
リカＡ−２を得た。レーザー散乱法により得られた合成
シリカＡ−１およびＡ−２の平均粒子径は、それぞれ５
０μｍおよび２０μｍであった。

【００５２】［合成例２］エタノール溶媒中にオルソけ
い酸テトラエチル１モルに対し、γ−アミノプロピルト
リメトキシシランおよび水を、それぞれ１モルおよび５
０モルの割合で溶解混合し、生じた白濁液を分離して、
水／メタノール：１／１の混合液で処理した後、５００
℃で２４時間乾燥することにより、球状の合成シリカＡ
−３を得た。レーザー散乱法により得られた合成シリカ
Ｃの平均粒子径は、０．３μｍであった。

【００５３】［合成例３］出発物質としてトリクロロシ
ランを用い、定法により加水分解、加熱をおこなうこと
により得られた平均粒子径１２μｍの合成シリカＡ−４
および平均粒子径４０μｍの合成シリカＡ−５を準備し
た。また、同様に金属ケイ素を出発物質として、爆発的
な気相酸化、凝集の過程をへて得られた平均粒子径０．
５μｍの合成シリカＡ−６および平均粒子径１．０μｍ
の合成シリカＡ−７を準備した。一方、ケイ石を溶融し
て得られたシリカを、破砕または球状化することによっ
て、形状および平均粒子径がそれぞれ相違する５種類の
天然溶融シリカＢ−１〜Ｂ−５を準備した。

【００５４】これらのシリカの形状、平均粒子径、およ
びタイプを整理すれば、表１のとおりである。

【００５５】

【表１】

【００５６】［実施例１〜１９、比較例１〜１３］下記
エポキシ樹脂（Ｉ）〜（IV）、下記硬化剤（Ｉ）〜（I
V）、上記合成シリカ（Ａ−１）〜（Ａ−６）および上
記天然溶融シリカ（Ｂ−１）〜（Ｂ−５）を、それぞれ
表２〜表５に示した割合で混合した合計１００重量部に
対し、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン
０．６重量部、モンタン酸ワックス０．３重量部および
カーボンブラック０．１重量部をそれぞれ配合し、さら
に、エポキシ樹脂と硬化剤の合計１００重量部に対しト
リフェニルホスフィン１．０重量部添加して、ミキサー
を用いてドライブレンドした後、押出機で溶融混練する
ことにより、エポキシ樹脂組成物を得た。さらに粉砕し
たのちタブレット形状のエポキシ樹脂組成物とした。

【００５７】各エポキシ樹脂組成物の特性およびこれら
エポキシ樹脂組成物を封止することによって得られた半
導体装置の性能を、下記の評価基準にしたがって評価し
た結果を表２〜表５に併せて示す。

【００５８】［エポキシ樹脂の種類］ Ｉ…３，３´，５，５´−テトラメチル−４，４´−ジ
ヒドロキシビフェニルのジグリシジルエーテル（エポキ
シ等量１９５） III …オルソクレゾールノボラックをグリシジルエーテ
ル化したもの（エポキシ等量２００） IV…ビスフェノールＡをグリシジルエーテル化したもの
（エポキシ等量１８５）

【００５９】［硬化剤の種類］ Ｉ…フェノールノボラック（水酸基当量１０７） II…フェノール／ナフトールの共重合ノボラック（水酸
基当量１１４） III …フェノール／ｐ−メトキシキシレンの縮合共重合
物（ザイロック）（水酸基当量１７５） IV…トリス（ヒドロキシフェニル）メタン（水酸基当量
９７）

【００６０】［評価基準］ ＜溶融粘度＞エポキシ樹脂組成物のタブレットを用い、
高化式粘度計により１７５℃の最低溶融粘度を求めた。

【００６１】＜熱時硬度＞エポキシ樹脂組成物から、成
形温度：１７５℃、成形時間：９０秒の条件で、直径：
４インチ、厚さ：３ｍｍの円板を成形し、成形直後のバ
ーコル硬度を求めた。

【００６２】＜成形性＞エポキシ樹脂組成物から、成形
温度：１７５℃、成形時間：９０秒の条件で、１６０ｐ
ｉｎ ＱＦＰ(QUAD FLAT PACKAGE) を成形し、その外観
を目視観察することにより、樹脂はがれ、ピンホールを
判定し、また成形時の金型のベントつまりを次の基準で
評価した。 樹脂はがれ ５点：はがれなし ４点：表面の２％未満にはがれあり ３点：表面の２％以上５％未満にはがれあり １点：表面の５％以上にはがれあり

【００６３】ピンホール １０個の成形品によって以下の基準で判定した。 ５点：ピンホールなし ４点：直径０．５ｍｍ以下の外部ピンホールが１個あた
り０．８個未満あり ３点：直径０．５ｍｍ以下の外部ピンホールが１個り
０．８〜２個あり １点：直径０．５ｍｍ以下の外部ピンホールが２個を超
えて存在するか、または直径０．５ｍｍを超える外部ピ
ンホールが１パッケージ当り１個を超えてあり

【００６４】ベントつまり ４回の連続ショットおよび８ショットの連続成形をおこ
ない、それぞれの連続成形の後の金型ベント部のつまり
を観測した。 ５点：８ショットの連続成形でベントつまりなし ４点：８ショットの連続成形後に微小なつまりがある。
４ショット後にはつまりはみられない。 ３点：４ショットの連続成形後、微小なベントつまりあ
り １点：４ショットの連続成形で，４ショット目にベント
部のつまりに起因するパッケージの未充填が発生

【００６５】ステージ変移 各エポキシ樹脂組成物を用いてチップサイズ１２×１２
mm，パッケージサイズ２８×２８ｍｍ×３．４（厚さ）
の１６０ｐｉｎＱＦＰを成形し、１８０度℃、５時間の
ポストキュアした。

【００６６】得られた試験片をアイランド面に対して垂
直に切断し、顕微鏡で断面観察しステージ変移の有無を
観察して、次の基準で評価した。 ５点：ステージがパッケージ内にあって、所望の位置か
ら移動した距離の最大値が２５μｍ未満 ４点：ステージがパッケージ内にあって所望の位置から
移動した距離の最大値が２５〜５０μｍ ３点：ステージがパッケージ内にあって所望の位置から
移動した距離の最大値が５０μｍを超える １点：ステージがパッケージ表面に露出

【００６７】＜高温信頼性＞シリコンチップにアルミニ
ウム蒸着による配線を行い、アルミパッド部分を除いて
窒化膜のバッシベーションを行った半導体素子を、金ワ
イヤーによりアルミバッドとインナーリードとを結線
し、各エポキシ樹脂組成物を用いて１６ｐｉｎＤＩＰ
（Dual Inline Package)を成形した後、１８０℃、５時
間の条件で後硬化した。このデバイスを２６０℃の半田
浴に１２０秒間浸漬した後、１９０℃の雰囲気下に放置
した。５０時間おきに配線抵抗を測定して、抵抗値が初
期値の１０倍になるまでの時間を求め、この時間を高温
信頼性とした。長いほうが好ましい。

【００６８】＜耐湿信頼性＞高温信頼性の場合と同様に
して得られたデバイスを２６０℃の半田浴に１２０秒間
浸漬した後、１２１℃、１００％ＲＨの条件下に設置し
た。５０時間おきに測定を行い、断線にいたるまでの時
間を求め、これを耐湿信頼性とした。時間が長いほうが
好ましい。

【００６９】＜半田耐熱性＞ポリイミドコートしたシリ
コンチップをダイボンドした１００ｐｉｎＱＦＰを、各
エポキシ樹脂組成物で封止し、１７５℃、５時間の条件
で後硬化し、複数のサンプルを作成した。次いで、８５
℃、８５％ＲＨの条件下で複数の時間（１２時間刻み）
で保管したサンプルを調製した後、これらのサンプルを
最高到達温度２６０℃のＩＲリフローをかけた。リフロ
ーの後外部クラックの有無の観察を行い、クラック発生
がみられるサンプルの、ＩＲリフロー前の８５℃、８５
％ＲＨでの放置時間の最小値を半田耐熱性とした。時間
が長いほうが好ましい。

【００７０】

【表２】 １）シリカ量：全組成物中におけるシリカの含有量（重
量％） ２）合成シリカ量：全シリカ中における合成シリカの含
有量（重量％）

【００７１】

【表３】 １）シリカ量：全組成物中におけるシリカの含有量（重
量％） ２）合成シリカ量：全シリカ中における合成シリカの含
有量（重量％）

【００７２】

【表４】 １）シリカ量：全組成物中におけるシリカの含有量（重
量％） ２）合成シリカ量：全シリカ中における合成シリカの含
有量（重量％） なお、表４中の＊印は、成形不可能のため評価不能を示
す。

【００７３】

【００７４】

【表５】 １）シリカ量：全組成物中におけるシリカの含有量（重
量％） ２）合成シリカ量：全シリカ中における合成シリカの含
有量（重量％）

【００７５】実施例２０〜２３ 実施例１〜１９のγ−グリシドキシプロピルトリエトキ
シシランの代わりに、２級アミノ基を有するシランカッ
プリング剤であるＮ−（Ｎ−フェニルアミノエチル）−
γ−アミノプロピルトリメトキシシランを使用して、表
６に示す組成で実施例１〜１９と同様に評価を行った。
評価結果を表６に示す。

【００７６】

【表６】 １）シリカ量：全組成物中におけるシリカの含有量（重
量％） ２）合成シリカ量：全シリカ中における合成シリカの含
有量（重量％）

【００７７】表２〜３、６の結果から明らかなように、
本発明のエポキシ樹脂組成物（実施例１〜２０）は、樹
脂未充填、樹脂はがれ、ステージ変移およびベント詰ま
りなどの不具合をほとんど生じることがなく、成形性が
すぐれており、このエポキシ樹脂組成物を用いて封止し
てな半導体装置は、耐湿信頼性、高温信頼性および耐ス
テージ変移防止性、半田耐熱性が均衡してすぐれてい
る。特にエポキシ樹脂としてＩのもの、すなわちビフェ
ニル型エポキシを有するものを使用した場合や、シリカ
量が８５％以上、特に８９重量％以上の場合にこれらの
効果は顕著である。またシランカップリング剤としてす
べてのアミノ基が２級であるアミノ基を有するシランカ
ップリング剤を使用した場合に、さらに効果が顕著であ
る。

【００７８】これに対し、合成シリカを単独で用いる場
合および天然溶融シリカを単独で用いる場合は、成形性
が劣るばかりか、信頼性にすぐれた半導体装置を得るこ
とができない。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明のエポキシ
樹脂組成物は、、成形時に樹脂未充填、樹脂はがれ、ワ
イヤー変移、ステージ変移およびベント詰まりなどの不
具合を何ら生じることなく、成形性がきわめてすぐれて
いることから精密成形部品として好適に用いることがで
きる。さらに、上記エポキシ樹脂組成物を用いて封止し
て得られる本発明の半導体装置は、耐湿信頼性、高温信
頼性および半田耐熱性がすぐれており、電子部品として
の理想的な性能を発揮する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）お
   よび無機充填剤からなるエポキシ樹脂組成物において、
   無機充填剤がシリカ（Ｃ）を必須成分として含有し、前
   記硬化剤（Ｂ）がフェノール性水酸基および／またはナ
   フトール性水酸基を１分子中に少なくとも２個以上含む
   硬化剤であり、前記シリカ（Ｃ）が合成シリカを１〜９
   ９重量％、天然溶融シリカを９９〜１重量％含有するエ
   ポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】 無機充填剤が、樹脂組成物中８５重量
   ％以上である請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。
3. 【請求項３】 シリカ（Ｃ）の含有量が、樹脂組成物
   中８５重量％以上である請求項１記載のエポキシ樹脂組
   成物。
4. 【請求項４】 エポキシ樹脂（Ａ）が、下記一般式
   （Ｉ）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂を必須成分
   として含有することを特徴とする請求項１〜３いずれか
   に記載のエポキシ樹脂組成物。 【化１】 （ただし、式中のＲは水素原子、または一価の有機炭素
   基であり、それぞれ同一であっても異なっていてもよ
   い）。
5. 【請求項５】 エポキシ樹脂（Ａ）が、下記一般式
   （Ｉ）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂を必須成分
   として含有することを特徴とする請求項１〜３いずれか
   に記載のエポキシ樹脂組成物。 【化２】 （ただし、式中のＲは水素原子、または一価の有機炭素
   基であり、それぞれ同一であっても異なっていてもよ
   い）。
6. 【請求項６】 混合シリカが、球状の合成シリカ５〜
   ５０重量％および天然溶融シリカ９５〜５０重量％を含
   有することを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の
   エポキシ樹脂組成物。
7. 【請求項７】 混合シリカが、球状の合成シリカを１
   ０〜５０重量％および天然溶融シリカを９０〜５０重量
   ％を含有することを特徴とする請求項１〜５いずれかに
   記載のエポキシ樹脂組成物。
8. 【請求項８】 天然溶融シリカに含まれる破砕形状を
   有するシリカの含有量が、３０重量％以下である請求項
   １〜７いずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
9. 【請求項９】 シリカ（Ｃ）に含まれる合成シリカ
   が、０．１〜３０μｍの平均粒子径を有し、またシリカ
   （Ｃ）に含まれる天然溶融シリカが、１〜５０μｍの平
   均粒子径を有するものである請求項１〜８いずれかに記
   載のエポキシ樹脂組成物。
10. 【請求項１０】 シリカ（Ｃ）に含まれる合成シリカ
    が、０．１〜３μｍの平均粒子径を有し、またシリカ
    （Ｃ）に含まれる天然溶融シリカが、３〜５０μｍの平
    均粒子径を有することを特徴とする請求項１〜８いずれ
    かに記載のエポキシ樹脂組成物。
11. 【請求項１１】 エポキシ基を有する有機基がケイ素
    原子に直結したシランカップリング剤を含有する請求項
    １〜１０いずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
12. 【請求項１２】 アミノ基を有する有機基がケイ素原
    子に直結したシランカップリング剤を含有する請求項１
    〜１０いずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
13. 【請求項１３】 シランカップリング剤のアミノ基が
    ２級アミノ基であるシランカップリング剤である請求項
    １２記載のエポキシ樹脂組成物。
14. 【請求項１４】 組成物中のハロゲン原子の含有量が
    ０．２重量％以下であり、かつアンチモン原子の含有量
    が０．２重量％以下である請求項１〜１３いずれかに記
    載のエポキシ樹脂組成物。
15. 【請求項１５】 請求項１〜１４いずれかに記載のエポ
    キシ樹脂組成物を成形してなる精密部品。
16. 【請求項１６】 半導体封止用である請求項１〜１４い
    ずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
17. 【請求項１７】 請求項１６記載のエポキシ樹脂組成
    物により、半導体素子が封止されたことを特徴とする半
    導体装置。
18. 【請求項１８】 天然に存在するＳｉ０₂ 主成分と
    する物質を溶融して天然溶融シリカを得る工程、前記工
    程との前後は問わず、ＳｉＯ₂ を主成分としないケイ
    素含有物を化学反応によって、Ｓｉ０₂ を主成分とす
    る合成シリカを得る工程、エポキシ樹脂（Ａ）、フェノ
    ール性水酸基および／またはナフトール性水酸基を１分
    子中に少なくとも２個以上含む硬化剤（Ｂ）、前記工程
    によって得られた合成シリカ（シリカの総量に対して１
    〜９９重量％）ならびに前記工程で得られた天然溶融シ
    リカ（シリカの総量に対して９９〜１重量％）を混合す
    る工程からなる半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造
    方法。
19. 【請求項１９】 エポキシ樹脂（Ａ）がビフェニル型エ
    ポキシを必須成分とし、シリカの配合量が樹脂組成組成
    物に対して８５重量％以上である請求項１８記載の半導
    体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法。
20. 【請求項２０】 シリカに対する合成シリカの配合量が
    ５〜５０重量％、天然溶融シリカの配合量が９５〜５０
    重量％である請求項１９記載の半導体封止用エポキシ樹
    脂組成物の製造方法。
21. 【請求項２１】請求項１８〜２０いずれかの方法によっ
    て記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造した
    後、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、トラン
    スファ成形によって半導体素子を封止することを特徴と
    する半導体装置の製造方法。