JPWO2006011662A1

JPWO2006011662A1 - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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Publication number: JPWO2006011662A1
Application number: JP2006527895A
Authority: JP
Inventors: 伸一前佛
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2008-05-01
Anticipated expiration: 2025-07-28
Also published as: TWI320422B; MY148463A; US8084520B2; JP5019251B2; KR20070046817A; WO2006011662A1; US20080064791A1; CN1984961A; KR101287712B1; TW200613435A; CN100519651C

Abstract

（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール系樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）シリカ、並びに（Ｅ）アルミナ及び／又は水酸化アルミニウムを必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、アルミニウム元素含有率が該エポキシ樹脂組成物中、０．２５重量％以上５重量％以下であり、平均粒径が２５μｍ以下であるシリカが全シリカ中の７０重量％以上を占める。当該半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びこれを用いて半導体素子を封止した半導体装置によれば、高温動作時の信頼性に優れた特性を有する。

Description

本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びこれを用いた半導体装置に関するものである。とりわけ、自動車用等の、１５０℃を超える高温環境下での動作保証が要求される電子部品に使用される半導体装置に好適に用いられる。

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、半導体素子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。特に自動車用半導体では、エンジンルーム内、或いは車体内の過酷な高温環境下での動作保証が要求され、従来の耐半田性といった実装特性のみならず、高温保管下での信頼性（以下、「ＨＴＳＬ」（ＨｉｇｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＳｔｏｒａｇｅＬｉｆｅ）とも言う）、或いは高温動作下での信頼性（以下、「ＨＴＯＬ」（ｈｉｇｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＯｐｅｒａｔｉｏｎｌｉｆｅ）とも言う）が要求される。ＨＴＳＬは高温保管下、電流動作が介在しない条件下での寿命を言い、ＨＴＯＬは高温下、電流を流し動作させながら放置する条件下での寿命を言う。
一般に、半導体装置は、半導体素子とリードフレーム間は、金線にて導通接続される。特にリードフレーム側は、金線とアルミパッドとが熱及び超音波により接合される。この時、金とアルミニウムは共晶、あるいは金属間化合物と呼ばれる合金を作る。高温下での保存時にはこの金属間化合物が成長し、クラックや腐食を生じさせることから接続抵抗が上昇するという問題がある。一方、高温下に電流を流し動作させる場合には、実電流を流すために電子の流れが生じる環境下での現象となり、電流の流れのない高温保管時とは、異なる挙動を示すことになる。特に高温、大電流下では、電子による金属間化合物の移動、すなわち電気的マイグレーションが発生し、陰極における金属間化合物の移動、接合部分におけるクラックやボイドの発生、抵抗値の増大、導通不良といった問題が起こる。
従来、高温保管下における信頼性（ＨＴＳＬ）の低下を改善するために、エポキシ樹脂組成物中の不純物を極力低減させたり、イオンキャッチャーを添加、或いは臭素、酸化アンチモン類といった難燃剤を根本的に含まない樹脂系の採用などによって、高温保管下における信頼性を維持させる手法が一般的となりつつある。この手法ではイオン性不純物の低減化とＨＴＳＬの向上はできるものの、素子の実働状態、すなわち、高温動作時の信頼性（ＨＴＯＬ）の向上という点では必ずしも満足できる手法ではなかった（例えば、特開２００４−０３５７８１号公報（第２〜２０頁）、特開２０００−２３０１１１号公報（第２〜６頁）等）。
従って、本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、高温動作時の信頼性（ＨＴＯＬ）の向上、とりわけ、自動車用等の１５０℃を超える高温環境下での動作時の信頼性に優れた特性を有する半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置を提供するものである。

すなわち、本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール系樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）シリカ、並びに（Ｅ）アルミナ及び／又は水酸化アルミニウムを必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、アルミニウム元素含有率が該エポキシ樹脂組成物中、０．２５重量％以上５重量％以下であり、平均粒径が２５μｍ以下であるシリカが全シリカ中の７０重量％以上を占める半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供するものである。
また、本発明は、前記エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してなる半導体装置を提供するものである。
本発明によれば、高温動作時の信頼性、とりわけ、１５０℃を超える高温環境下での動作時の信頼性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び半導体装置が得られるので、自動車用等の電子部品に用いる半導体装置に好適である。

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エポキシ樹脂（Ａ）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、オリゴマー又はポリマーであり、その分子量および分子構造は特に限定するものではないが、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、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及びトリアジン核含有エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは１種単独又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記エポキシ樹脂のうち、下記一般式（１）；

（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４は水素原子または炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一又は異なっていてもよく、ａ及びｄはそれぞれ０〜３の整数、ｂ及びｃはそれぞれ０〜４の整数、ｍは平均値で正数を示す。）で表されるエポキシ樹脂を全エポキシ樹脂（Ａ）中、４０〜１００重量％、好ましくは５０〜１００重量％、特に好ましくは７０〜１００重量％用いると、低弾性率及び低吸水率の組成物が得られ、半田耐熱性の向上が見込まれると共に、ＨＴＯＬが向上する点で好ましい。一般式（１）中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４は水素原子が好ましく、ｍは通常１〜３である。また、一般式（１）で表されるエポキシ樹脂のエポキシ当量は２６５〜２８５であり、軟化点は５０〜６３℃である。エポキシ樹脂として一般式（１）で表されるエポキシ樹脂を所定量以上用いると、ＨＴＯＬが向上する理由は次ぎの通りである。高温下、電流を流し動作させる場合、金とＡｌの共晶が接合部から接合部の外へ移動する、所謂マイグレーションが始まる。マイグレーションが始まると接合部に隙間が生じ、電気抵抗値が上昇して接合部は発熱する。接合部周囲は発熱により半導体装置の雰囲気温度である１５０〜２００℃よりも高温に晒され膨張する。一方、接合部分を封止する樹脂組成物の硬化物は雰囲気温度の影響を受けるため膨張せず、その結果、接合部には圧縮応力がかかる。この圧縮応力により、金とＡｌの共晶のマイグレーションが一層促進される。このような情況下、高温下でより弾性率の低い一般式（１）で表されるエポキシ樹脂を用いるため、樹脂組成物の硬化成分は接合部分で変形し易くなり、接合部における低応力化が図れ、金とＡｌの共晶のマイグレーションの促進を抑制して、ＨＴＯＬ特性を向上させることができる。
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フェノール系樹脂（Ｂ）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、オリゴマー又はポリマー全般であり、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樹脂、クレゾールノボラック樹脂、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、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等が挙げられる。フェノールアラルキル樹脂及びナフトールアラルキル樹脂は、フェニレン骨格またはビフェニレン骨格をそれぞれ有する樹脂が好ましい。
上記フェノール系樹脂のうち、下記一般式（２）；

（式中、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８は水素原子または炭素数１〜４の１アルキル基で、互いに同一又は異なっていてもよく、ｅ及びｈはそれぞれ０〜３の整数、ｆ及びｇはそれぞれ０〜４の整数、ｎは平均値で正数を示す。）で表されるフェノール樹脂、又は下記一般式（３）；

（式中、Ｒ^９、Ｒ^１０、Ｒ^１１は水素原子または炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一又は異なっていてもよく、ｉ及びｋはそれぞれ０〜３の整数、ｊは０〜４の整数、ｘは平均値で正数を示す。）で表されるフェノール樹脂を全フェノール系樹脂（Ｂ）中、４０〜１００重量％、好ましくは５０〜１００重量％、特に好ましくは７０〜１００重量％用いると、低弾性率及び低吸水率の組成物が得られ、半田耐熱性の向上が見込まれると共に、ＨＴＯＬが向上する点で好ましい。一般式（２）中、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８は水素原子が好ましく、ｎは通常１〜３である。また、一般式（２）で表されるフェノール樹脂の水酸基当量は１９０〜２１０であり、軟化点は６３〜７０℃である。また、一般式（３）中、Ｒ^９、Ｒ^１０、Ｒ^１１は水素原子が好ましく、ｘは通常１〜５である。また、一般式（３）で表されるフェノール樹脂の水酸基当量は１６５〜１９０であり、軟化点は７５〜９０℃である。フェノール樹脂として一般式（２）及び／又は一般式（３）で表されるフェノール樹脂を所定量以上用いると、ＨＴＯＬが向上する理由は、一般式（１）で表されるエポキシ樹脂を所定量以上用いる場合と同様の理由である。なお、上記一般式（２）又は上記一般式（３）は、併用してもよく、この場合、両者の合計配合量も上記範囲内である。
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硬化促進剤（Ｃ）としては、エポキシ基とフェノール性水酸基との硬化反応を促進させるものであれば特に制限されず、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。例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のアミン系化合物、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物、トリフェニルホスフィン等の有機リン系化合物等が挙げられ、これらは１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物に用いるシリカ（Ｄ）としては、特に制限されず、球状溶融シリカ、破砕状溶融シリカが挙げられる。このうち、球状溶融シリカが最も好適に使用される。これらのシリカは、１種単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。またこれらシリカはカップリング剤により表面処理されていてもよい。シリカの形状としては、流動性改善のために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。
本発明においては、平均粒径が２５μｍ以下であるシリカが全シリカ（Ｄ）中、７０重量％以上を占める。これによりＨＴＯＬが向上する。前述の通り、高温下、電流を流し動作させると、電気的マイグレーションにより、金線とボンディングパットの接合部分にはボイドや微小クラックが発生する。このときボンディングパット付近にストレスが発生するとクラックの拡大が生じ、より短時間で導通不良が起こり易くなる。平均粒径が２５μｍ以下であるシリカを全シリカ中、７０重量％以上配合すると、ボンディングパット付近のストレス発生を効果的に抑制することができる。
上記平均粒径が２５μｍ以下であるシリカは、平均粒径が１５μｍ以下のものが好ましい。また、最大粒径としては、７５μｍ以上の粒度が２重量％以下が好ましく、更に１重量％以下が好ましい。この最大粒径は湿式篩いの篩いの上に捕捉されたものを言う。また、大径粒子としては、６４μｍ以上の粒子が２０重量％以下が好ましく、更に１０重量％以下が好ましい。この大径粒子は通常レーザー式粒度分布で測定されるものである。平均粒径が２５μｍを超えるもの、粒子径７５μｍ以上の割合が２重量％を超えるもの、又は粒子径６４μｍ以上の割合が２０重量％を超えるものを用いると、接合部近傍に存在する樹脂組成物の硬化物中の大粒径粒子と接合部との線膨張差によりストレスが発生し、接合部の導通不良を促進する。また、平均粒径が２５μｍ以下であるシリカの含有量は、全シリカ中、７０重量％以上であり、好ましくは８０重量％以上であり、特に好ましくは１００重量％である。当該シリカの含有量が７０重量％未満では、大粒子の占める割合が増え、金線接合部近傍において、大粒子と接合部との線膨張差によりストレスが発生し、接合部の導通不良を促進する。シリカの平均粒径の下限値としては、樹脂組成物の粘度上昇、コスト等を勘案し５μｍ以上であることが望ましい。
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アルミナ及び／又は水酸化アルミニウム（Ｅ）は、アルミニウム元素含有率が、エポキシ樹脂組成物中、０．２５重量％以上５重量％以下、好ましくは１重量％以上４重量％以下となるように配合される。０．２５重量％未満では十分なＨＴＯＬ特性を付与することができない。また５重量％を越えて大量添加してもＨＴＯＬ改善の効果は変わらないが、成形品強度、流動性低下などの問題が発生するため好ましくない。半導体封止用エポキシ樹脂組成物にアルミナや水酸化アルミニウムを配合させることは、特開平１０−１８２９４１号公報などに開示されている。しかしながら、従来のアルミナや水酸化アルミニウムの配合は、半導体素子からの発熱を発散させる目的であるか、あるいは難燃性付与を目的としたものであり、ＨＴＯＬ特性の向上を目的としたものではない。
アルミニウム元素を所定量配合させることでＨＴＯＬが向上する理由は次ぎの通りである。金とＡｌの共晶が陰極からその外側へ移動する際、陰極を封止する樹脂組成物の硬化物はＡｌ元素を含むため、このＡｌ元素濃度の影響を受けて金とＡｌの共晶の移動が起こり難くなる。また、樹脂組成物中にＡｌ元素を含むと高温保存下（ＨＴＳＬ）において、金とＡｌの共晶の成長を抑制することから、更に電流が流れるＨＴＯＬ条件下においても共晶の成長を抑止し、電気的移動を遅らせる。このように、アルミニウム元素の含有量をエポキシ樹脂組成物中、０．２５重量％以上５重量％以下とすることで、電気的マイグレーションを大幅に抑制することが可能となるものである。
上記アルミナは、平均粒径が２５μｍ以下が好ましく、更に平均粒径が１５μｍ以下のものが好ましい。また、大きすぎる粒子は含まないことが好ましく、最大粒径としては、７５μｍ以上の粒度が２重量％以下、更に１重量％以下が好ましい。この最大粒径は湿式篩いの篩いの上に捕捉されたものを言う。また、大径粒子としては、６４μｍ以上の粒子が２０重量％以下が好ましく、更に１０重量％以下が好ましい。小径粒子としては、１μｍ以下の粒子が２０重量％以下が好ましく、更に１０重量％以下が好ましい。この大径粒子及び小径粒子はレーザー式粒度分布で測定されるものである。また、アルミナは通常六角平面状の結晶を持ち、結晶に方向性が出るため組成物に添加した場合、わずかな影響ではあるが熱時、接合部に応力が発生し易くなる。このため、アルミナとして、球状アルミナを用いることが、熱時に接合部への応力を低減させることができるため更にＨＴＯＬ特性の向上が図れる点で好ましい。
また、上記水酸化アルミニウムは、平均粒径が２５μｍ以下、特に２０μｍ以下、更に１０μｍ以下のものが好ましい。また、最大粒径としては、７５μｍ以上の粒度が２重量％以下が好ましく、更に１重量％以下が好ましい。この最大粒径は湿式篩いの篩いの上に捕捉されたものを言う。また、大径粒子としては、６４μｍ以上の粒子が２０重量％以下が好ましく、更に１０重量％以下が好ましい。小径粒子としては、０．５μｍ以下の粒子が３０重量％以下が好ましく、更に１５重量％以下が好ましい。この大径粒子及び小径粒子はレーザー式粒度分布で測定されるものである。水酸化アルミニウムは、その平均粒径がシリカ及びアルミナの平均粒径に比べて小さいものを使用すれば、難燃性を一層向上させることができる点で好ましい。
アルミナ及び水酸化アルミニウムの平均粒径及び粒度分布を上記範囲とするとＨＴＯＬが向上する理由は次ぎの通りである。前述の通り、アルミニウム元素の配合により電気的マイグレーションを抑制することができるものの、一旦電気的マイグレーションが起こると接合部分の強度が低下することになる。一方、半導体装置が高温に曝されることで接合部分には応力が発生する。接合部分の応力が接合部分の強度を上回ると、接合部分の剥がれ、すなわちボンドリフトが起こり、接続抵抗が上昇する。そのため、ＨＴＯＬの向上には、電気的マイグレーションを大幅に抑制することに加え、更に応力を低下させることが重要となる。
接合部分の周囲には樹脂組成物中のシリカ並びにアルミナ及び／又は水酸化アルミニウム等の粒子状の無機充填材が存在するが、無機充填材の熱時の弾性率は樹脂に比べると大きいため、接合部分に生じる応力の原因となる。無機充填材起因の応力を下げるためには、無機充填材の粒子の大きさを調整する必要がある。本樹脂組成物において、アルミナ及び／又は水酸化アルミニウムを含むことで電気的マイグレーションを大幅に抑制することができるものの、アルミナ及び水酸化アルミニウムの線膨張係数は溶融シリカに比べ大きいため、溶融シリカよりもアルミナ及び水酸化アルミニウムが熱時に接合部へ応力を発生させる要因となる。そこで、アルミナ及び水酸化アルミニウムの平均粒径を２５μｍ以下とすることで、アルミナ及び水酸化アルミニウムに起因する応力の発生を極力抑制することができる。アルミナ及び水酸化アルミニウムの平均粒径が２５μｍを超えると、ボンドリフトの原因となり、十分なＨＴＯＬ特性を発揮しない可能性がある。アルミナ及び水酸化アルミニウムの平均粒径の下限値は１μｍであることが、樹脂組成物の粘度上昇、コスト等の点で望ましい。
また、本発明に用いるアルミナ及び水酸化アルミニウムは、半導体封止用樹脂組成物に用いることを考慮すると、耐熱性、低不純物、耐薬品性に優れたものが好ましい。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、更に、（Ｆ）２５℃で固形のシリコーンゴム及び／又は２５℃で液状のシリコーンオイルを全エポキシ樹脂組成物中、０．５重量％以上５％重量以下含有させることが、ＨＴＯＬ特性を一層向上させることができる点で好ましい。配合量が０．５％未満では、熱時の接合部への応力低減効果が十分に発揮できず、また５重量％を超えては応力を低減させることはできるものの、流動性の低下、機械強度の低下が起こり好ましくない。２５℃で固形のシリコーンゴムは、オルガノポリシロキサンを三次元架橋した構造を基本骨格としたものである。この固形のシリコーンゴムには各種官能基を導入することが可能であり、導入できる官能基としては、特に制限されず、例えばエポキシ基、アミノ基、メトキシ基、フェニル基、カルボキシル基、水酸基、アルキル基、ビニル基、メルカプト基等が挙げられる。オルガノポリシロキサンを得る方法としては、特に制限されないが、通常、メチルクロロシラン、トリメチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン等のオルガノクロロシランを重合させることにより得られる。また、このシリコーンゴムに各種官能基を導入する方法としては、特に制限されず、通常、各種官能基を有するアリル化合物を付加反応させる方法が挙げられる。この場合、オルガノポリシロキサンを得てから付加反応させる方法であっても、オルガノクロロシランに各種官能基を有するアリル化合物を付加反応させ、その後重合する方法であってもよい。
２５℃で液状のシリコーンオイルは、ポリオルガノシロキサンを主成分とする化合物である。２５℃で液状のシリコーンオイルの末端又は側鎖には各種官能基を導入することが可能である。導入できる官能基としては、特に限定されないが、エポキシ基、アミノ基、メトキシ基、フェニル基、カルボキシル基、水酸基、アルキル基、ビニル基、メルカプト基等が挙げられる。これら官能基の中、カルボキシル基、エポキシ基、ポリエーテル基が、エポキシ樹脂との相溶性が良好であり好ましい。オルガノポリシロキサンを得る方法としては、特に制限されないが、通常、メチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン等の３次元架橋性のないオルガノクロロシランを重合させることにより線状のオルガノポリシロキサンを得る方法が挙げられる。またこの線状のオルガノポリシロキサンに各種官能基を導入する方法としては、特に制限されず、通常、各種官能基を有するアリル化合物を付加反応させることで得られるが、オルガノポリシロキサンを得てから付加反応させる方法であっても、またオルガノクロロシランに各種官能基を有するアリル化合物を付加反応させ、その後重合する方法であってもよい。
２５℃で固形のシリコーンゴムと２５℃で液状のシリコーンオイルのいずれか一方または双方を含有することで、更に、無機充填材起因の応力を下げることが可能となる。また、本発明においては、２５℃で固形のシリコーンゴムと２５℃で液状のシリコーンオイルを併用することにより、より低弾性でかつ高流動、高強度な特性を得ると共に、ＨＴＯＬ特性を向上させることができるため更に好ましい。
本組成物には更に必要に応じて、従来より半導体封止用エポキシ樹脂組成物に使用されている充填材、例えばチタンホワイト、窒化珪素等を用いることも可能であるが、前述のような理由から、平均粒径は２５μｍ以下のものを用いることが望ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）又は（Ａ）〜（Ｆ）成分を必須成分とするが、必要に応じて、臭素化エポキシ樹脂、三酸化アンチモン、リン化合物、水酸化マグネシウム、硼酸化合物等の難燃剤類、酸化ビスマス水和物等の無機イオン交換体、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランやγ−アミノプロピルトリエトキシシラン等のカップリング剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、ポリブタジエン系ゴム、ＮＢＲゴム等の低応力化成分、天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸及びその金属塩類もしくはパラフィン等の離型剤等の各種添加剤を配合することもできる。但し、臭素化エポキシ樹脂、三酸化アンチモンは、大量に添加すると、ＨＴＳＬにおける信頼性を低下させるため、ＨＴＳＬにおける信頼性を満足できる範囲内で少量添加してもよい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、ミキサー等を用いて常温混合し、ロール、ニーダー、押し出し機等の混錬機で溶融混錬し、冷却後粉砕する一般的な方法で得られる。
本発明の半導体装置は、前記エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してなる。本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子等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成形方法で成形硬化すればよい。本発明の半導体装置において、半導体素子は、通常リードフレーム又は基板に金線で接合されている。
本発明の半導体装置は、１５０℃を超える高温環境下での動作保証が要求される電子部品に好適に使用される。このような電子部品としては、特に制限されないが、例えばパワートランジスタ、イグナイター、パワーアンプ等が挙げられる。
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。配合割合は重量部である。
実施例１
下記の成分をミキサーを用いて混合した後、表面温度が９０℃と４５℃の２本ロールを用いて混練し、冷却後粉砕して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評価方法で評価した。その結果を第１表に示す。
ビフェニル型エポキシ樹脂５．６５重量部
（ジャパンエポキシレジン（株）製ＹＸ−４０００Ｋ、エポキシ当量１８５、融点１０５℃）
フェノールアラルキル樹脂２；式（３）で表されるフェノール樹脂
５．３５重量部
（三井化学（株）製ＸＬ−２２５、軟化点７９℃、水酸基当量１７４）
ＴＰＰ：トリフェニルホスフィン０．２０重量部
球状溶融シリカＢ８６．５０重量部
（平均粒径１１μｍ、粒径７５μｍ以上の粒子の割合０．３重量％、粒径６４μｍ以上の粒子の割合３重量％、比表面積４．８ｍｍ^２／ｇ）
球状アルミナ１．５０重量部
（平均粒径２０μｍ、粒径７５μｍ以上の粒子の割合０．２重量％、粒径６４μｍ以上の粒子の割合５重量％）
γ−グリシジルプロピルトリメトキシシラン０．３０重量部
カルナバワックス０．２０重量部
カーボンブラック０．３０重量部
（評価方法）
スパイラルフロー：低圧トランスファー成形機を用いて、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、硬化時間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。単位はｃｍである。
ガラス転移温度（Ｔｇ）：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１８０秒で、１０ｍｍ×４ｍｍ×４ｍｍの試験片を成形し、ポストキュアとして１７５℃で８時間処理した後、昇温速度５℃／分でＴＭＡ分析した。得られたＴＭＡ曲線の６０℃、及び２４０℃の接線の交点温度を読み取り、この温度をガラス転移温度とした。測定にはセイコーインスツルメンツ（株）製ＴＭＡ−１００を用いた。単位は℃である。
曲げ強さ及び曲げ弾性率：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒で、長さ８０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ４ｍｍの試験片を成形し、ポストキュアとして１７５℃で８時間加熱処理した後、２６０℃での曲げ強さ、曲げ弾性率をＪＩＳＫ６９１１に準じて測定した。単位は、いずれもＭＰａである。
煮沸吸水率：低圧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１２０ｓで直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤状試験片を成形し、ポストキュアとして１７５℃で８時間処理した。試験片の吸湿処理前と、２４Ｈｒ純水中で煮沸処理後の重量変化を測定し、試験片の吸水率を百分率で示した。単位は％である。
耐半田性：低圧トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力８．３ＭＰａ、硬化時間１２０秒で、１６０ピンＬＱＦＰを成形し、１７５℃、８時間で後硬化させた。１６０ピンＬＱＦＰはパッケージサイズ２４×２４ｍｍ、厚み１．４ｍｍ、シリコンチップサイズ７．０×７．０ｍｍ、リードフレームは銅素材に銅のフラッシュメッキを施したものを用いて成形した。得られたパッケージを８５℃、相対湿度８５％の環境下で７２時間（１０ヶ）、並びに１６８時間（１０ヶ）加湿処理し、その後２６０℃の半田槽に１０秒間浸漬した。顕微鏡で外部クラックを観察し、クラック発生率［（クラック発生率）＝（クラック発生パッケージ数）／（全パッケージ数）×１００］を％で表示した。
高温保管特性：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、圧力９．８ＭＰａ、硬化時間２分で、チップサイズ３．５ｍｍ×３．５ｍｍの１６ｐＳＯＰを成形し、１７５℃、８時間で後硬化した後、１８５℃での高温保管試験を行った。配線間の電気抵抗値が初期値に対し２０％増加したパッケージを不良と判定し、不良になるまでの時間を測定した。不良時間はｎ＝４ヶの平均値。単位は時間である。
高温動作特性：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、圧力９．８ＭＰａ、硬化時間２分で、チップサイズ３．５ｍｍ×３．５ｍｍの１６ｐＳＯＰを成形し、１７５℃、８時間で後硬化した後、デイジーチェーンにつないだ両端に０．５Ａの直流電流を流し、この状態で１８５℃での高温保管を行った。配線間の電気抵抗値が初期値に対し２０％増加したパッケージを不良と判定し、不良になるまでの時間を測定した。不良時間はｎ＝４ヶの平均値で示し、単位は時間である。
実施例２〜１１、比較例１〜７
第１表及び第２表に示す配合とする以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得ると共に、同様の評価方法で評価した。結果を第１表及び第２表に示す。なお、実施例１以外で用いた成分について以下に示す。
オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂：日本化薬（株）製、ＥＯＣＮ−１０２０−６２、軟化点６２℃、水酸基当量１９８
アラルキル型エポキシ樹脂：式（４）に示すエポキシ樹脂、軟化点５８℃、エポキシ当量２７２

ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂：大日本インキ工業（株）製、ＨＰ−７２００、軟化点６０℃、水酸基当量２６３
Ｂｒ化エポキシ樹脂：日本化薬（株）製、ＢＲＥＮ−Ｓ、軟化点８４℃、水酸基当量２７３
フェノールノボラック型樹脂：軟化点８０℃、水酸基当量１０４
フェノールアラルキル樹脂１：式（５）に示すフェノール樹脂、軟化点７３℃、水酸基当量２００

ＤＢＵ：１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７
球状溶融シリカＡ：平均粒径８μｍ、粒径７５μｍ以上の粒子の割合０．５重量％、粒径６４μｍ以上の粒子の割合１重量％、比表面積５．４ｍ^２／ｇ
球状溶融シリカＣ：平均粒径１８μｍ、粒径７５μｍ以上の粒子の割合０．１重量％、粒径６４μｍ以上の粒子の割合４重量％、比表面積３．０ｍ^２／ｇ
球状溶融シリカＤ：平均粒径３０μｍ、粒径７５μｍ以上の粒子の割合０．８重量％、粒径６４μｍ以上の粒子の割合１２重量％、比表面積１．３ｍ^２／ｇ
アルミナ：平均粒径２０μｍ、粒径７５μｍ以上の粒子の割合０．５重量％、粒径６４μｍ以上の粒子の割合５重量％、六角平面状結晶品
水酸化アルミニウム：平均粒径３μｍ、粒径７５μｍ以上の粒子の割合０重量％、粒径６４μｍ以上の粒子の割合０．１重量％
固形シリコーンゴム：ジメチルシリル基を主成分としたオルガノシリコーンゴム架橋物（平均粒径１２μｍ）
液状シリコーンオイル：メチルシリル基側鎖にポリエチレンエーテルならびにポリプロピレンエーテルの重合体がグラフトされ、かつポリエチレンエーテルならびにポリプロピレンエーテルの重合体のメチルシリル基ではない末端がメチル基又はエポキシ基を有し、かつジメチルシリコーン含量が２０％のシリコーンオイル
低応力化剤：アクリロニトリル、ブタジエン変性ゴム（アクリロニトリルとブタジエンの変性比率；５０：５０、平均粒径３μｍ）
酸化亜鉛：平均粒径０．５μｍ
水酸化マグネシウム：Ｍｇ（ＯＨ）_２、平均粒径３μｍ

本発明によると、高温保管特性、高温動作時の信頼性に共に優れるエポキシ樹脂組成物が得られるので、高温の環境下で使用される半導体装置、例えば自動車のエンジンルーム内或いは車体内の半導体装置等に好適に用いることができる。

Claims

（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール系樹脂、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）シリカ、並びに（Ｅ）アルミナ及び／又は水酸化アルミニウムを必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、アルミニウム元素含有率が該エポキシ樹脂組成物中、０．２５重量％以上５重量％以下であり、平均粒径が２５μｍ以下であるシリカが全シリカ中の７０重量％以上を占めることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
更に、（Ｆ）２５℃で固形のシリコーンゴム及び／又は２５℃で液状のシリコーンオイルをエポキシ樹脂組成物中、０．５重量％以上５％重量以下含有することを特徴とする請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
下記一般式（１）；

（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４は水素原子または炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一又は異なっていてもよく、ａ及びｄはそれぞれ０〜３の整数、ｂ及びｃはそれぞれ０〜４の整数、ｍは平均値で正数を示す。）で表されるエポキシ樹脂を全エポキシ樹脂（Ａ）中、４０〜１００重量％含むことを特徴とする請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
下記一般式（２）；

（式中、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８は水素原子または炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一又は異なっていてもよく、ｅ及びｈはそれぞれ０〜３の整数、ｆ及びｇはそれぞれ０〜４の整数、ｎは平均値で正数を示す。）で表されるフェノール樹脂、及び／又は
下記一般式（３）；

（式中、Ｒ^９、Ｒ^１０、Ｒ^１１は水素原子または炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一又は異なっていてもよく、ｉ及びｋはそれぞれ０〜３の整数、ｊは０〜４の整数、ｘは平均値で正数を示す。）で表されるフェノール樹脂を全フェノール系樹脂（Ｂ）中、４０〜１００重量％含むことを特徴とする請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
前記アルミナ及び水酸化アルミニウムの平均粒径が２５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
前記アルミナが、球状アルミナであることを特徴とする請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
１５０℃を超える高温環境下で使用される半導体装置の封止に用いることを特徴とする請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
請求項１〜７のいずれか１項に記載のエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してなることを特徴とする半導体装置。
前記半導体素子は、リードフレーム又は基板に金線で接合されていることを特徴とする請求項８記載の半導体装置。
１５０℃を超える高温環境下で使用されることを特徴とする請求項８記載の半導体装置。