JPWO2012070529A1 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

本発明により、耐湿信頼性を向上させた信頼性の高い半導体装置が提供される。本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、ダイパッド部を有するリードフレーム又は回路基板上に搭載された半導体素子と、前記リードフレーム又は回路基板に設けられた電気的接合部と前記半導体素子に設けられた電極パッドとを電気的に接合する金属ワイヤと、を封止して半導体装置を製造するのに用いられる。前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、無機充填材（Ｃ）を含有し、前記エポキシ樹脂（Ａ）は、ゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定における主ピークの面積が全ピークの合計面積に対して９０％以上である。

Description

本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びこれで封止された半導体装置に関する。
本願は、２０１０年１１月２４日に日本に出願された特願２０１０−２６０９１３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来からダイオード、トランジスタ、集積回路等の電子部品は、主にエポキシ樹脂組成物の硬化物により封止されている。特に集積回路では、エポキシ樹脂、フェノール樹脂系硬化剤、及び溶融シリカ、結晶シリカ等の無機充填材を配合した、耐熱性、耐湿性に優れたエポキシ樹脂組成物が用いられている。ところが近年、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が年々進み、また半導体装置の表面実装化が促進されるなかで、半導体素子の封止で用いられている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。
一方、半導体装置に対するコストダウンの要求も激しく、従来の金線接合ではコストが高いため、近年、金線に代わる安価なボンディングワイヤとして、銅ワイヤが提案されている。

特許文献１には、銅を主成分とする芯材と、該芯材とは成分又は組成の一方又は両方の異なる導電性金属及び銅を芯材の上に含有する外皮層とを有するボンディングワイヤが記載されている。このボンディングワイヤにおいて、外皮層の厚さを０．００１〜０．０２μｍとすることで、材料費が安価で、ボール接合性、ワイヤ接合性等に優れ、ループ形成性も良好であり、狭ピッチ用細線化、パワー系ＩＣ用途の太径化にも適応する銅系ボンディングワイヤを提供することが可能となると記載されている。

しかしながら、上記銅ワイヤが接続された半導体素子を通常のエポキシ樹脂組成物で封止すると、半導体装置の耐湿信頼性（ＨＡＳＴ；Ｈｉｇｈｌｙ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ＆ Ｈｕｍｉｄｉｔｙ Ｔｅｓｔ）が低下することがあった。
本発明者の知見によれば、耐湿信頼性が低い半導体装置では、半導体素子上の電極パッドと銅ワイヤとの接合部における腐食によって、接合部の電気抵抗の上昇又は接合部の断線が発生していた。したがって、このような接合部の電気抵抗の上昇又は接合部の断線を防止できれば、半導体装置の耐湿信頼性を向上できることが期待された。

特開２００７−１２７７６号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高温高湿下における半導体素子上の電極パッドと金属ワイヤとの接合部の腐食を低減して、半導体装置の信頼性の向上を可能とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物と、こ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半導体装置を提供することにある。

[１]本発明によれば、
ダイパッド部を有するリードフレーム又は回路基板上に搭載された半導体素子と、
前記リードフレーム又は回路基板に設けられた電気的接合部と前記半導体素子に設けられた電極パッドとを電気的に接合する金属ワイヤと、
を封止して半導体装置を製造するのに用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、無機充填材（Ｃ）を含有し、
前記エポキシ樹脂（Ａ）が、ゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定における主ピークの面積が全ピークの合計面積に対して９０％以上であることを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
が提供される。

[２]本発明によれば、
前記エポキシ樹脂（Ａ）が、ゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定における主ピークの面積が全ピークの合計面積に対して９２％以上である前記[１]項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
が提供される。

[３]本発明によれば、
前記エポキシ樹脂（Ａ）が、含有される全塩素量が３００ｐｐｍ以下であり、加水分解性塩素量が１５０ｐｐｍ以下である前記[１]項または[２]項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
が提供される。

[４]本発明によれば、
前記エポキシ樹脂（Ａ）が、含有される全塩素量が２００ｐｐｍ以下であり、加水分解性塩素量が１００ｐｐｍ以下である前記[１]項または[２]項のいずれか１項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
が提供される。

[５]本発明によれば、
前記エポキシ樹脂（Ａ）が下記一般式（１）で表されるエポキシ樹脂を含むものである、前記[１]項ないし[４]項のいずれか１項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
が提供される。

（上記一般式（１）において、複数存在するＲはそれぞれ独立に水素原子又は炭素数１〜４の炭化水素基を表し、ｎは重合度を表し、その平均値は０〜４の正数である。）

[６]本発明によれば、
前記エポキシ樹脂（Ａ）の配合割合が、前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して３質量％以上２０質量％以下である、前記[１]項ないし[５]項のいずれか１項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
が提供される。

[７]本発明によれば、
前記金属ワイヤが、銅ワイヤである、前記[１]項ないし[６]項のいずれか１項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
が提供される。

[８]本発明によれば、
前記銅ワイヤの銅に対して０．１質量％以下のドーパントが添加されており、前記銅ワイヤの銅純度が９９．９質量％以上である前記[７]項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
が提供される。

[９]本発明によれば、
ダイパッド部を有するリードフレーム又は回路基板上に搭載された半導体素子と、
前記リードフレーム又は回路基板に設けられた電気的接合部と前記半導体素子に設けられた電極パッドとを電気的に接合する金属ワイヤと、
が、前記[１]項ないし[８]項のいずれか１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封止されていることを特徴とする半導体装置、
が提供される。

[１０]本発明によれば、
前記金属ワイヤが、銅ワイヤである、前記[９]項に記載の半導体装置、
が提供される。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物によれば、耐湿信頼性を向上させた信頼性の高い半導体装置が提供される。

本発明に係る半導体装置の一例を模式的に示した断面図である。

以下、本発明の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。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、
ダイパッド部を有するリードフレーム又は回路基板上に搭載された半導体素子と、
前記リードフレーム又は回路基板に設けられた電気的接合部と前記半導体素子に設けられた電極パッドとを電気的に接合する金属ワイヤと、
を封止して半導体装置を製造するのに用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、無機充填材（Ｃ）を含有し、
前記エポキシ樹脂（Ａ）が、ゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定における主ピークの面積が全ピークの合計面積に対して９０％以上であることを特徴とする。

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（Ａ）を含有する。
エポキシ樹脂（Ａ）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、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造は特に限定されない。エポキシ樹脂（Ａ）としては、例えば、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、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂などの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；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等の多官能エポキシ樹脂；フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂等のアラルキル型エポキシ樹脂；ジヒドロアントラセンジオール型エポキシ樹脂；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、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、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂など、合成法の選択や精製によって高い結晶性を発現する性質を有するエポキシ樹脂がより好ましい。

本発明において用いられるエポキシ樹脂（Ａ）は、ゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定における主ピークの面積が全ピークの合計面積に対して９０％以上であることを特徴とする。さらに好ましくは、主ピークの面積が全ピークの合計面積に対して９２％以上である。特に好ましくは、主ピークの面積が全ピークの合計面積に対して９５％％以上である。
ここで、エポキシ樹脂（Ａ）のゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定における主ピークとは、ゲルパーミエーションクロマトグラフの各ピーク中で、最大面積を有するピークのことであり、エポキシ樹脂の純度の指標とすることができるものである。
そして、上記主ピークの面積が全ピークの合計面積に対して上記範囲内であるエポキシ樹脂（Ａ）は塩素を含有する副生成物が少ないことから、腐食性不純物の少ないエポキシ樹脂組成物を得ることができる。

エポキシ樹脂の一般的な合成方法としては、例えば、エポキシ樹脂の前駆体であるフェノール樹脂類を過剰のエピクロルヒドリンなどのエピハロヒドリンに溶解させた後、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物の存在下で５０〜１５０℃、好ましくは６０〜１２０℃で１〜１０時間反応させる方法等が挙げられる。
反応終了後、過剰のエピクロルヒドリンを留去し、残留物をトルエン、メチルイソブチルケトン等の溶剤に溶解し、濾過し、水洗して無機塩を除去し、次いで溶剤を留去することにより、エポキシ樹脂を得ることができる。

特に、本発明で用いられるエポキシ樹脂（Ａ）を調製する方法としては、例えば、合成時に自己重合により高分子量化しない範囲でエピハロヒドリンの配合量を低減する、又はエポキシ樹脂中のハロゲン付加物や未閉環エポキシ基が過剰にならない範囲でアルカリ金属水酸化物の配合量・配合濃度を低減する、などの手法を適用することができる。
また、公知の方法で合成、または市販されるエポキシ樹脂にカラムクロマトグラフィー分別、分子蒸留、再結晶などの公知の精製手法を適宜組み合わせることによって、本発明で規定する特定のエポキシ樹脂を調製してもよい。
あるいは、このように調製された市販品のエポキシ樹脂を用いることもできる。市販品としては例えば、三菱化学（株）製「ＹＸ４０００ＵＨ」、三菱化学（株）製「ＹＬ７６８４」などを挙げることができる。

本発明において、上記エポキシ樹脂（Ａ）のゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）測定は次のように行われる。
ＧＰＣ装置は、ポンプ、インジェクター、ガードカラム、カラムおよび検出器から構成され、溶媒にはテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を用いる。ポンプの流速は０．５ｍｌ／分として測定を行う。これよりも高い流速では目的の分子量の検出精度が低くなるため好ましくない。前記の流速で精度よく測定を行うためには流量精度の良いポンプを使用することが必要であり、流量精度は０．１０％以下が好ましい。ガードカラムには市販のガードカラム（例えば、東ソー（株）製ＴＳＫ ＧＵＡＲＤＣＯＬＵＭＮ ＨＨＲ−Ｌ：径６．０ｍｍ、管長４０ｍｍ）、カラムには市販のポリスチレンジェルカラム（東ソー（株）製ＴＳＫ−ＧＥＬ ＧＭＨＨＲ−Ｌ：径７．８ｍｍ、管長３０ｍｍ）を複数本直列接続させる。検出器には示差屈折率計（ＲＩ検出器。例えば、ＷＡＴＥＲＳ社製示差屈折率（ＲＩ）検出器Ｗ２４１４）を用いる。測定に先立ち、ガードカラム、カラムおよび検出器内部は４０℃に安定させておく。試料には、濃度３〜４ｍｇ／ｍｌに調整したエポキシ樹脂（Ａ）のＴＨＦ溶液を用意し、これを約５０〜１５０μｌインジェクターにより注入して測定を行う。

また、本発明において用いられるエポキシ樹脂（Ａ）は、含有される全塩素量が３００ｐｐｍ以下であり、加水分解性塩素量が１５０ｐｐｍ以下であることが好ましい。
さらに好ましくは、全塩素量が２００ｐｐｍ以下であり、加水分解性塩素量が１００ｐｐｍ以下である。
特に好ましくは、全塩素量が５０ｐｐｍ以下であり、加水分解性塩素量が３０ｐｐｍ以下である。
このようなエポキシ樹脂（Ａ）を用いることにより、耐湿信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
塩素イオンは金属の腐食性を有し、半導体素子の電極パッドなどアルミ配線部分を腐食する。半導体素子の電気接合に金属ワイヤとして銅ワイヤを使用した場合、接合部分にアルミニウムと銅の合金が生成する。この合金はガルバニック対となるため、塩素による腐食を特に受けやすく、さらには耐湿信頼性が低下する。半導体装置の耐湿信頼性向上には半導体封止用エポキシ樹脂組成物中の塩素量低減が必要である。

半導体封止用エポキシ樹脂組成物中の塩素はエポキシ樹脂に由来する。エポキシ樹脂は塩素を含むエピクロルヒドリンを使用して合成されるため、電子材料用途の高純度エポキシ樹脂であっても通常で全塩素量が６００ｐｐｍ以上である。エポキシ中に含まれる塩素の少なくとも５０％程度は加水分解性を示し、塩素イオンとして脱離しやすい。エポキシ樹脂中の全塩素量と加水分解性塩素量とが上記範囲内であれば半導体装置の耐湿信頼性が大幅に向上する。

塩素はエポキシ樹脂の高分子量成分に多く含まれ、最も低分子（下記一般式（１）においてｎが０の場合）である主ピーク部には少ない。すなわち、主ピーク部は低分子側にあり、低分子側のエポキシ樹脂ほど含まれる塩素の量が少なくなる。ゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定で主ピークの面積が全ピークの合計面積に対して上記範囲内であるエポキシ樹脂であれば、全塩素量や加水分解性塩素量を上記範囲内とすることができ、このようなエポキシ樹脂を用いることにより、著しく塩素含有量の少ない半導体封止用樹脂組成物を得ることができる。

エポキシ樹脂の全塩素量はＪＩＳ Ｋ７２２９（塩素含有樹脂中の塩素の定量方法）、加水分解性塩素はＪＩＳ Ｋ６７５５（エポキシ樹脂中の易可けん化塩素量試験方法）で測定できる。

本発明においては、エポキシ樹脂（Ａ）として、下記一般式（１）で表されるエポキシ樹脂を含むものを用いることができる。
一般式（１）で表されるエポキシ樹脂は結晶性エポキシ樹脂であることから、再結晶による精製を行うことにより、ゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定で主ピークの面積が全ピークの合計面積に対して９０％以上であるエポキシ樹脂を比較的容易に得ることができる。

（上記一般式（１）において、複数存在するＲはそれぞれ独立に水素原子又は炭素数１〜４の炭化水素基を表し、ｎは重合度を表し、その平均値は０〜４の正数である。）
特に、一般式（１）で表されるエポキシ樹脂を半導体封止用として用いるために、ｎは０〜３が望ましく、０〜２がより望ましく、０が最も望ましい。

エポキシ樹脂（Ａ）の配合割合は、特に限定されないが、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して３質量％以上２０質量％以下であることが好ましく、５質量％以上１８質量％以下であることがより好ましい。エポキシ樹脂（Ａ）の配合割合の下限値として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全体に対して、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。その理由としては、エポキシ樹脂（Ａ）の配合割合の下限値が上記範囲内であると、粘度上昇によるワイヤ切れを引き起こす恐れが少ないからである。また、エポキシ樹脂（Ａ）の配合割合の上限値として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全体に対して、２０質量％以下であることが好ましく、１８質量％以下であることがより好ましい。その理由としては、エポキシ樹脂（Ａ）の配合割合の上限値が上記範囲内であると、吸水率増加による耐湿信頼性の低下等を引き起こす恐れが少ないからである。

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剤（Ｂ）としては、例えば、重付加型の硬化剤、触媒型の硬化剤、縮合型の硬化剤の３タイプに大別することができる。

重付加型の硬化剤としては、例えば、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などのフェノール、ナフトールなどのフェノール類とケトン、アルデヒド類とを縮合させて合成されるフェノール樹脂、ポリビニルフェノールに代表されるフェノールポリマーなどのポリフェノール化合物；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、例えば、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、例えば、レゾール型フェノール樹脂等のフェノール樹脂系硬化剤；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、保存安定性等のバランスの点からフェノール樹脂系硬化剤が好ましい。
フェノール樹脂系硬化剤は、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、分子構造は特に限定されない。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、ビスフェノールノボラック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、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。

硬化剤（Ｂ）の配合割合は、特に限定されないが、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して０．８質量％以上１６質量％以下であることが好ましく、１．５質量％以上１４質量％以下であることがより好ましい。硬化剤（Ｂ）の配合割合の下限値については、特に限定されないが、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して、０．８質量％以上であることが好ましく、１．５質量％以上であることがより好ましい。その理由は、配合割合の下限値が上記範囲内であると、充分な流動性を得ることができるからである。また、硬化剤（Ｂ）の配合割合の上限値についても、特に限定されないが、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して、１６質量％以下であることが好ましく、１４質量％以下であることがより好ましい。その理由は、配合割合の上限値が上記範囲内であると、吸水率増加による耐湿信頼性の低下等を引き起こす恐れが少ないからである。

また、硬化剤（Ｂ）としてフェノール樹脂系硬化剤を用いる場合におけるエポキシ樹脂とフェノール樹脂系硬化剤との配合比率としては、全エポキシ樹脂のエポキシ基数（ＥＰ）と全フェノール樹脂系硬化剤のフェノール性水酸基数（ＯＨ）との当量比（ＥＰ）／（ＯＨ）が０．８以上、１．３以下であることが好ましい。当量比がこの範囲であると、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化性の低下、又は樹脂硬化物の物性の低下等を引き起こす恐れが少ない。

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無機充填材（Ｃ）としては、一般の半導体封止用エポキシ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。例えば、溶融球状シリカ、溶融破砕シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、チタンホワイト、窒化珪素等が挙げられ、中でも、溶融球状シリカが特に好ましい。これらの無機充填材は、１種を単独で用いても２種以上を併用しても差し支えない。また、無機充填材（Ｃ）の形状としては、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の溶融粘度の上昇を抑え、更に無機充填材の含有量を高めるためには、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、無機充填材（Ｃ）がカップリング剤により表面処理されていてもかまわない。さらに、必要に応じて無機充填材（Ｃ）をエポキシ樹脂又はフェノール樹脂で予め処理して用いてもよい。処理の方法としては、溶媒を用いて混合した後に溶媒を除去する方法や、無機充填材（Ｃ）に直接添加し、混合機を用いて混合処理する方法等がある。

無機充填材（Ｃ）の含有割合は、特に限定されないが、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して６０質量％以上９２質量％以下であることが好ましく、６５質量％以上８９質量％以下であることがより好ましい。無機充填材（Ｃ）の含有割合の下限値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充填性、半導体装置の信頼性を考えると、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して、６０質量％以上であることが好ましく、６５質量％以上であることがよりに好ましい。その理由は、上記下限値を下回わらない範囲であれば、低吸湿性、低熱膨張性が得られるため耐湿信頼性が不十分となる恐れが少ないからである。また、無機充填材の含有割合の上限値は、成形性を考慮すると、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して、９２質量％以下であることが好ましく、８９質量％以下であることがより好ましい。その理由は、上記上限値を超えない範囲であれば、流動性が低下し成形時に充填不良等が生じたり、高粘度化による半導体装置内のワイヤ流れ等の不都合が生じたりする恐れが少ないからである。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、硬化促進剤をさらに用いることができる。
硬化促進剤の具体例としては、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が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらのうち、硬化性の観点からはリン原子含有化合物が好ましく、また耐半田性と流動性の観点では、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が特に好ましく、連続成形における金型の汚染が軽度である点では、テトラ置換ホスホニウム化合物、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が特に好ましい。

樹脂組成物で用いることができる有機ホスフィンとしては、例えばエチルホスフィン、フェニルホスフィン等の第１ホスフィン；ジメチルホスフィン、ジフェニルホスフィン等の第２ホスフィン；トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリフェニルホスフィン等の第３ホスフィンが挙げられる。

樹脂組成物で用いることができるテトラ置換ホスホニウム化合物としては、例えば下記一般式（２）で表される化合物等が挙げられる。

（ただし、上記一般式（２）において、Ｐはリン原子を表す。Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０およびＲ１１は芳香族基またはアルキル基を表す。Ａはヒドロキシル基、カルボキシル基、チオール基から選ばれる官能基のいずれかを芳香環に少なくとも１つ有する芳香族有機酸のアニオンを表す。ＡＨはヒドロキシル基、カルボキシル基、チオール基から選ばれる官能基のいずれかを芳香環に少なくとも１つ有する芳香族有機酸を表す。ｘ、ｙは１〜３の整数、ｚは０〜３の整数であり、かつｘ＝ｙである。）

一般式（２）で表される化合物は、例えば以下のようにして得られるがこれに限定されるものではない。まず、テトラ置換ホスホニウムハライドと芳香族有機酸と塩基を有機溶剤に混ぜ均一に混合し、その溶液系内に芳香族有機酸アニオンを発生させる。次いで水を加えると、一般式（２）で表される化合物を沈殿させることができる。一般式（２）で表される化合物において、好ましくは、リン原子に結合するＲ７、Ｒ８、Ｒ９およびＲ１０がフェニル基であり、かつＡＨはヒドロキシル基を芳香環に有する化合物、すなわちフェノール類であり、かつＡは前記フェノール類のアニオンである。本発明における前記フェノール類とは、フェノール、クレゾール、レゾルシン、カテコールなどの単環式フェノール類、ナフトール、ジヒドロキシナフタレン、アントラキノールなどの縮合多環式フェノール類、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳなどのビスフェノール類、フェニルフェノール、ビフェノールなどの多環式フェノール類などが例示される。

ホスホベタイン化合物としては、例えば、下記一般式（３）で表される化合物等が挙げられる。

（ただし、上記一般式（３）において、Ｘ１は炭素数１〜３のアルキル基、Ｙ１はヒドロキシル基を表す。ｅは０〜５の整数であり、ｆは０〜３の整数である。）

一般式（３）で表される化合物は、例えば以下のようにして得られる。まず、第三ホスフィンであるトリ芳香族置換ホスフィンとジアゾニウム塩とを接触させ、トリ芳香族置換ホスフィンとジアゾニウム塩が有するジアゾニウム基とを置換させる工程を経て得られる。しかしこれに限定されるものではない。

ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物としては、例えば、下記一般式（４）で表される化合物等が挙げられる。

（ただし、上記一般式（４）において、Ｐはリン原子を表す。Ｒ１２、Ｒ１３およびＲ１４は炭素数１〜１２のアルキル基または炭素数６〜１２のアリール基を表し、互いに同一であっても異なっていてもよい。Ｒ１５、Ｒ１６およびＲ１７は水素原子または炭素数１〜１２の炭化水素基を表し、互いに同一であっても異なっていてもよく、Ｒ１５とＲ１６が結合して環状構造となっていてもよい。）

ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物に用いるホスフィン化合物としては、例えばトリフェニルホスフィン、トリス（アルキルフェニル）ホスフィン、トリス（アルコキシフェニル）ホスフィン、トリナフチルホスフィン、トリス（ベンジル）ホスフィン等の芳香環に無置換またはアルキル基、アルコキシル基等の置換基が存在するものが好ましい。アルキル基、アルコキシル基等の置換基としては１〜６の炭素数を有するものが挙げられる。入手しやすさの観点からはトリフェニルホスフィンが好ましい。

またホスフィン化合物とキノン化合物との付加物に用いるキノン化合物としては、ｏ−ベンゾキノン、ｐ−ベンゾキノン、アントラキノン類が挙げられ、中でもｐ−ベンゾキノンが保存安定性の点から好ましい。

ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物の製造方法としては、有機第三ホスフィンとベンゾキノン類の両者が溶解することができる溶媒中で接触、混合させることにより付加物を得ることができる。溶媒としてはアセトンやメチルエチルケトン等のケトン類で付加物への溶解性が低いものがよい。しかしこれに限定されるものではない。

一般式（４）で表される化合物において、リン原子に結合するＲ１１、Ｒ１２およびＲ１３がフェニル基であり、かつＲ１４、Ｒ１５およびＲ１６が水素原子である化合物、すなわち１，４−ベンゾキノンとトリフェニルホスフィンを付加させた化合物が、樹脂組成物の硬化物の熱時弾性率を低下させる点で好ましい。

ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物としては、例えば下記一般式（５）で表される化合物等が挙げられる。

（ただし、上記一般式（５）において、Ｐはリン原子を表し、Ｓｉは珪素原子を表す。Ｒ１８、Ｒ１９、Ｒ２０およびＲ２１は、それぞれ、芳香環または複素環を有する有機基、あるいは脂肪族基を表し、互いに同一であっても異なっていてもよい。式中Ｘ２は、基Ｙ２およびＹ３と結合する有機基である。式中Ｘ３は、基Ｙ４およびＹ５と結合する有機基である。Ｙ２およびＹ３は、プロトン供与性基がプロトンを放出してなる基を表し、同一分子内の基Ｙ２およびＹ３が珪素原子と結合してキレート構造を形成するものである。Ｙ４およびＹ５はプロトン供与性基がプロトンを放出してなる基を表し、同一分子内の基Ｙ４およびＹ５が珪素原子と結合してキレート構造を形成するものである。Ｘ２およびＸ３は互いに同一であっても異なっていてもよく、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４、およびＹ５は互いに同一であっても異なっていてもよい。Ｚ１は芳香環または複素環を有する有機基、あるいは脂肪族基である。）

一般式（５）において、Ｒ１８、Ｒ１９、Ｒ２０およびＲ２１としては、例えば、フェニル基、メチルフェニル基、メトキシフェニル基、ヒドロキシフェニル基、ナフチル基、ヒドロキシナフチル基、ベンジル基、メチル基、エチル基、ｎ−ブチル基、ｎ−オクチル基およびシクロヘキシル基等が挙げられ、これらの中でも、フェニル基、メチルフェニル基、メトキシフェニル基、ヒドロキシフェニル基、ヒドロキシナフチル基等の置換基を有する芳香族基もしくは無置換の芳香族基がより好ましい。

また、一般式（５）において、Ｘ２は、Ｙ２およびＹ３と結合する有機基である。同様に、Ｘ３は、基Ｙ４およびＹ５と結合する有機基である。Ｙ２およびＹ３はプロトン供与性基がプロトンを放出してなる基であり、同一分子内の基Ｙ２およびＹ３が珪素原子と結合してキレート構造を形成するものである。同様にＹ４およびＹ５はプロトン供与性基がプロトンを放出してなる基であり、同一分子内の基Ｙ４およびＹ５が珪素原子と結合してキレート構造を形成するものである。基Ｘ２およびＸ３は互いに同一であっても異なっていてもよく、基Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４、およびＹ５は互いに同一であっても異なっていてもよい。このような一般式（５）中の−Ｙ２−Ｘ２−Ｙ３−、および−Ｙ４−Ｘ３−Ｙ５−で表される基は、プロトン供与体が、プロトンを２個放出してなる基で構成されるものである。プロトン供与体としては、分子内にカルボキシル基または水酸基を少なくとも２個有する有機酸が好ましい。さらには芳香環を構成する隣接炭素にカルボキシル基または水酸基を少なくとも合計で２個有する芳香族化合物が好ましく、その中でも芳香環を構成する炭素に水酸基を少なくとも合計で２個有する芳香族化合物がより好ましい。例えば、カテコール、ピロガロール、１，２−ジヒドロキシナフタレン、２，３−ジヒドロキシナフタレン、２，２’−ビフェノール、１，１’−ビ−２−ナフトール、サリチル酸、１−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、３−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸、クロラニル酸、タンニン酸、２−ヒドロキシベンジルアルコール、１，２−シクロヘキサンジオール、１，２−プロパンジオールおよびグリセリン等が挙げられるが、これらの中でも、カテコール、１，２−ジヒドロキシナフタレン、２，３−ジヒドロキシナフタレンがより好ましい。

また、一般式（５）中のＺ１は、芳香環または複素環を有する有機基、あるいは脂肪族基を表す。これらの具体的な例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基およびオクチル基等の脂肪族炭化水素基や、フェニル基、ベンジル基、ナフチル基およびビフェニル基等の芳香族炭化水素基、グリシジルオキシプロピル基、メルカプトプロピル基、アミノプロピル基およびビニル基等の反応性置換基等が挙げられるが、これらの中でも、メチル基、エチル基、フェニル基、ナフチル基およびビフェニル基が熱安定性の面から、より好ましい。

ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物の製造方法としては、メタノールを入れたフラスコに、フェニルトリメトキシシラン等のシラン化合物、２，３−ジヒドロキシナフタレン等のプロトン供与体を加えて溶かし、次に室温攪拌下でナトリウムメトキシド−メタノール溶液を滴下する。さらに、予め用意したテトラフェニルホスホニウムブロマイド等のテトラ置換ホスホニウムハライドをメタノールに溶かした溶液を上記フラスコに室温攪拌下で滴下すると結晶が析出する。析出した結晶を濾過、水洗、真空乾燥すると、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物が得られる。しかし、製造方法は、これに限定されるものではない。

前記一般式（２）〜（５）で表される化合物を硬化促進剤として用いることにより、無機充填材の充填量を上げつつ、樹脂組成物の溶融時における増粘を抑制または防止することが可能となるため好ましい。

硬化促進剤の配合割合は、特に限定されないが、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して０．０５質量％以上１質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以上０．５質量％以下であることがより好ましい。硬化促進剤の配合割合の下限値として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全体に対して、０．０５質量％以上であることが好ましく、０．１質量％以上であることがより好ましい。その理由は、硬化促進剤の配合割合の下限値が上記範囲内であると、硬化性の低下を引き起こす恐れが少ないからである。また、硬化促進剤の配合割合の上限値として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全体に対して、１質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以下であることがより好ましい。その理由は、硬化促進剤の配合割合の上限値が上記範囲内であると、流動性の低下を引き起こす恐れが少ないからである。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、さらに必要に応じて、ハイドロタルサイト、水酸化ジルコニウム等の腐食防止剤；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、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメ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；シリコーンゴム等の低応力成分；カルナバワックス等の天然ワックス、合成ワックス、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等の離型剤；酸化防止剤等の各種添加剤を適宜配合してもよい。

本発明の半導体装置で用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、前述の各成分を、例えば、ミキサー等を用いて１５℃〜２８℃で混合したものを用いることができ、さらにその後、ロール、ニーダー、押出機等の混練機で溶融混練し、冷却後粉砕したものを用いてもよい。その他にも、必要に応じて適宜分散度や流動性等を調整したものを用いることができる。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物は、上記のエポキシ樹脂組成物を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従来からの成形方法で成形硬化して得ることができる。トランスファーモールドなどの成形方法で成形硬化されたエポキシ樹脂組成物の硬化物は、必要に応じて８０℃〜２００℃程度の温度で、１０分間〜１０時間程度の時間をかけて完全硬化させることで得ることもできる。

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（Ａ）に含有される全塩素量、加水分解性塩素量が少ないため、金属ワイヤとして銅ワイヤを用いた場合でも、半導体素子上の電極パッドとの接合部における腐食が発生しにくく、高い信頼性を有する半導体装置を低コストで製造することができる。

次に、本発明の半導体装置について説明する。
本発明の半導体装置は、
ダイパッド部を有するリードフレーム又は回路基板上に搭載された半導体素子と、
前記リードフレーム又は回路基板に設けられた電気的接合部と前記半導体素子に設けられた電極パッドとを電気的に接合する金属ワイヤとが、上記本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物により封止されていることを特徴とするものである。

本発明の半導体装置において用いられる、リードフレーム又は回路基板に設けられた電気的接合部と半導体素子に設けられた電極パッドとを電気的に接合する金属ワイヤとしては、例えば、金ワイヤ、銅ワイヤ、アルミニウムワイヤなどを挙げることができる。
これらの中でも、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を適用する本発明の半導体装置においては、低コストである銅ワイヤを適用した場合でも、半導体素子上の電極パッドとの接合部における腐食が発生しにくく、高い信頼性を有する半導体装置とすることができるとともに、電気抵抗の低減など半導体装置の電気特性を向上させることができる。

本発明の半導体装置の一例について図１を用いつつ説明する。
図１に示された本発明の半導体装置は、ダイパッド部３ａを有するリードフレーム３と、ダイパッド部３ａに搭載された半導体素子１と、リードフレーム３と半導体素子１とを電気的に接続している金属ワイヤ４と、上記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物からなり、半導体素子１と金属ワイヤ４とを封止している、封止樹脂５と、を有する。

半導体素子１としては、特に限定されるものではなく、例えば、集積回路、大規模集積回路、固体撮像素子、ＳｉＣを使用した半導体素子、パワートランジスタなどのパワー系半導体、車載用電子部品等が挙げられる。

本発明に用いられるリードフレーム３としては特に制限はなく、リードフレーム３に代えて回路基板を用いてもよい。具体的には、デュアル・インライン・パッケージ（ＤＩＰ）、プラスチック・リード付きチップ・キャリア（ＰＬＣＣ）、クワッド・フラット・パッケージ（ＱＦＰ）、ロー・プロファイル・クワッド・フラット・パッケージ（ＬＱＦＰ）、スモール・アウトライン・Ｊリード・パッケージ（ＳＯＪ）、薄型スモール・アウトライン・パッケージ（ＴＳＯＰ）、薄型クワッド・フラット・パッケージ（ＴＱＦＰ）、テープ・キャリア・パッケージ（ＴＣＰ）、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）、チップ・サイズ・パッケージ（ＣＳＰ）、クワッド・フラット・ノンリーデッド・パッケージ（ＱＦＮ）、スモールアウトライン・ノンリーデッド・パッケージ（ＳＯＮ）、リードフレーム・ＢＧＡ（ＬＦ−ＢＧＡ）、モールド・アレイ・パッケージタイプのＢＧＡ（ＭＡＰ−ＢＧＡ）などの従来公知の半導体装置に用いられるリードフレーム又は回路基板を用いることができる。

半導体素子１は、複数の半導体素子が積層されたものであってもよい。この場合、１段目の半導体素子はフィルム接着剤、熱硬化性接着剤等のダイボンド材硬化体２を介してダイパッド部３ａに接着される。２段目以降の半導体素子は絶縁性のフィルム接着剤により順次積層させることができる。そして、最上層等の適切な各層に、電極パッド６が形成される。

電極パッド６は、アルミニウムを主成分とする。電極パッド６に用いるアルミニウムの純度としては特に限定されないが、９９．５質量％以上が好ましい。電極パッド６は、下層の銅回路端子の表面に一般的なチタン製バリア層を形成し、さらにアルミニウムを蒸着、スパッタリング、無電解メッキなど、一般的な半導体素子の電極パッドの形成方法を適用することにより作製することができる。

金属ワイヤ４は、リードフレーム３に設けられた電気的接合部と、リードフレーム３のダイパッド部３ａに搭載された半導体素子１に設けられた電極パッドとを電気的に接続するために使用される。金属ワイヤ４の表面には、金属ワイヤの種類によっては自然に又はプロセス上不可避的に酸化膜が形成されている。本発明において、金属ワイヤ４とは、このようにワイヤ表面に形成された酸化膜を具備するものも含まれる。

金属ワイヤのワイヤ径は、３０μｍ以下、さらに好ましくは２５μｍ以下でありかつ１５μｍ以上であることが好ましい。この範囲であれば金属ワイヤ先端のボール形状が安定し、接合部分の接続信頼性を向上させることができる。また、金属ワイヤ自身の硬さによりワイヤ流れを低減することが可能となる。

金属ワイヤとして銅ワイヤを適用する場合、銅純度９９．９質量％以上であることが好ましく、９９．９９質量％以上であることがより好ましい。一般に銅に対して各種元素（ドーパント）を添加することで接合時における銅ワイヤ先端のボール側形状の安定化を図ることができるが、０．１質量％より多い大量のドーパントを添加すると、ワイヤ接合時にボール部分が硬くなることで半導体素子１の電極パッド６側にダメージを与え、接合不足起因の耐湿信頼性の低下、高温保管特性の低下、電気抵抗値の増大といった不具合を生じる場合がある。
これに対し、銅純度９９．９質量％以上の銅ワイヤであれば、ボール部分は充分な柔軟性を有しているため、接合時に電極パッド側にダメージを与える恐れがない。
尚、本発明の半導体装置で用いることができる銅ワイヤは、芯線である銅にＢａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂｅ、Ａｌ又は希土類金属を０．００１質量％〜０．００３質量％ドープすることでさらにボール形状と接合強度が改善される。

また、金属ワイヤとして銅ワイヤを適用する場合、その表面にパラジウムを含む金属材料で構成された被覆層を有していることが好ましい。これにより、銅ワイヤ先端のボール形状が安定し、接合部分の接続信頼性を向上させることができる。また、芯線である銅の酸化劣化を防止する効果も得られ、接合部分の高温保管特性を向上させることができる。
銅ワイヤにおけるパラジウムを含む金属材料から構成された被覆層の厚みとしては、０．００１μｍ〜０．０２μｍであることが好ましく、０．００５μｍ〜０．０１５μｍであることがより好ましい。上記上限値を超えると、ワイヤボンド時に芯線である銅と被覆材のパラジウムを含む金属材料とが十分に溶けずボール形状が不安定になり、接合部分の耐湿性、高温保管特性が低下する恐れがある。また、上記下限値を下回ると、芯線の銅の酸化劣化を十分に防止できず、同様に接合部分の耐湿性、高温保管特性が低下する恐れがある。

銅ワイヤは、銅合金を溶解炉で鋳造し、その鋳塊をロール圧延し、さらにダイスを用いて伸線加工を行い、連続的にワイヤを掃引しながら加熱した後、熱処理を施して得ることができる。また、本発明の半導体装置で用いることができる銅ワイヤにおけるパラジウムを含む金属材料から構成された被覆層は、予め目標とするワイヤ径の線を準備し、これをパラジウムを含む電解溶液又は無電解溶液に浸漬し、連続的に掃引してメッキすることで被覆層を形成することができる。この場合、被覆の厚さは掃引速度で調整することができる。また、目標とするワイヤ径よりも太い線を準備して、これを電解溶液又は無電解溶液に浸漬し連続的に掃引して被覆層を形成し、さらに所定の径になるまで伸線する手法も採用できる。

リードフレーム３の電気的接合部（リード部）３ｂと半導体素子１に設けられた電極パッド６とは、ワイヤのリバースボンドで接合されていてもよい。リバースボンドでは、まず半導体素子１の電極パッド６に金属ワイヤ４の先端に形成されたボールを接合し、金属ワイヤ４を切断してステッチ接合用のバンプを形成する。次にリードフレーム３の金属メッキされたリード部３ｂに対してワイヤの先端に形成されたボールを接合し、半導体素子１のバンプにステッチ接合する。リバースボンドでは正ボンディングより半導体素子１上のワイヤ高さを低くすることができるため、半導体素子１の接合高さを低くすることができる。

本発明の半導体装置は、半導体封止用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、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従来からの成形方法で硬化成形して得られる。トランスファーモールドなどの成形方法で封止された半導体装置は、そのまま、或いは８０℃〜２００℃程度の温度で、１０分間〜１０時間程度の時間をかけて完全硬化させた後、電子機器等に搭載される。

封止樹脂５は、上記で説明した本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物である。

このように、本発明の半導体装置は、ダイパッド部を有するリードフレーム又は回路基板上に搭載された半導体素子と、上記リードフレーム又は回路基板に設けられた電気的接合部と上記半導体素子に設けられた電極パッドとを電気的に接合する金属ワイヤとが、上記本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物により封止されていることを特徴とするものであり、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）が、ゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定における主ピークの面積が全ピークの合計面積に対して９０％以上であるので、低コストである銅ワイヤを適用した場合でも、半導体素子上の電極パッドとの接合部における腐食を低減でき、接合部の電気抵抗の上昇又は接合部の断線が起こりにくい信頼性の高い半導体装置を実現することができる。

金属ワイヤとして銅ワイヤを適用した場合、銅ワイヤは、安価であるため、半導体装置のコストダウンに有用である。しかしながら、銅ワイヤに接続された半導体素子１を従来の半導体封止用エポキシ樹脂組成物により封止すると、耐湿信頼性が低下することがあった。

銅ワイヤと半導体素子１のアルミニウム製電極パッド６との接合部の腐食のメカニズムは次のように考えられる。
銅ワイヤと半導体素子１のアルミニウム製電極パッド６の接合界面には銅アルミニウム合金が形成される。銅アルミニウム合金はガルバニック対を形成するため、電気化学的活性が高く腐食耐性が低い。高温高湿下では、封止樹脂５を構成する半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物から加水分解により塩素イオンが発生する。この塩素イオンにより腐食耐性が低い銅アルミニウム合金層が腐食し、接合部の電気抵抗の上昇や断線が生じる。

そこで、塩素含有量が少ないエポキシ樹脂（Ａ）を用いることにより、半導体装置を高温高湿処理したとき、封止樹脂５から発生する腐食性の塩素イオンの発生量を低減させる。こうすることで、銅ワイヤと半導体素子１のアルミニウム製電極パッド６との接合部の腐食を防ぐことができる。これにより、金属ワイヤとして銅ワイヤを適用した場合でも、本発明の半導体装置を耐湿信頼性に優れたものとすることができる。
例えば、本発明の半導体装置をＨＡＳＴ処理（１３０℃８５％ＲＨ２０Ｖ）したときに、配線間の電気抵抗値の値が初期値に対して２０％増加した半導体装置を不良と判定する場合において、１９２時間処理しても不良が発生しないことが望ましい。
通常、半導体装置は、ＨＡＳＴ処理（１３０℃８５％ＲＨ２０Ｖ）で９６時間の耐性が必要とされる。このため、ＨＡＳＴ処理（１３０℃８５％ＲＨ２０Ｖ）で１９２時間にわたって不良が発生しなければ、十分な信頼性を確保することができる。

このように、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、無機充填材（Ｃ）を含有し、エポキシ樹脂（Ａ）が、ゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定における主ピークの面積が全ピークの合計面積に対して９０％以上である本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いることによって、断線が起こりにくく耐湿信頼性の高い本発明の半導体装置が実現可能となる。

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、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。実施例及び比較例において使用したエポキシ樹脂組成物の各成分を以下に示す。

＜エポキシ樹脂＞
エポキシ樹脂Ａ：ビフェニル型エポキシ樹脂（上記一般式（１）において、３位，３’位及び５位，５’位のＲがメチル基、２位，２’位及び６位，６’位のＲが水素原子であるエポキシ樹脂、三菱化学（株）製「ＹＸ４０００Ｈ」、エポキシ当量１９３、全塩素量４００ｐｐｍ、加水分解塩素量１５０ｐｐｍ、ゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法：主ピークの面積／全ピークの合計面積＝８３．７％）。
エポキシ樹脂Ｂ：ビフェニル型エポキシ樹脂（上記一般式（１）において、３位，３’位及び５位，５’位のＲがメチル基、２位，２’位及び６位，６’位のＲが水素原子であるエポキシ樹脂、三菱化学（株）製「ＹＬ７６８４」、エポキシ当量１８４、全塩素量１５８ｐｐｍ、加水分解塩素量８０ｐｐｍ、ゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法：主ピークの面積／全ピークの合計面積＝９２．４％）。
エポキシ樹脂Ｃ：ビフェニル型エポキシ樹脂（上記一般式（１）において、３位，３’位及び５位，５’位のＲがメチル基、２位，２’位及び６位，６’位のＲが水素原子であるエポキシ樹脂、三菱化学（株）製「ＹＸ４０００ＵＨ」、エポキシ当量１７７、全塩素量１５ｐｐｍ、加水分解塩素量＜１０ｐｐｍ、ゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法：主ピークの面積／全ピークの合計面積＝９９．７％）。

＜硬化剤＞
硬化剤Ａ：フェノールアラルキル樹脂、三井化学（株）製、ＸＬＣ−２Ｌ、水酸基当量１７５、１５０℃の溶融粘度３６０ｍＰａ・ｓ。
硬化剤Ｂ：フェノールノボラック樹脂、住友ベークライト(株)製、ＰＲ−ＨＦ−３軟化点８０℃、水酸基当量１０４。

＜充填材＞
溶融球状シリカ（平均粒径２６．５μｍ、１０５μｍ以上の粒子が１重量％以下、電気化学工業（株）製「ＦＢ−８２０」）

＜硬化促進剤＞
硬化促進剤：トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ、ケイ・アイ化成（株）製「ＰＰ３６０」）の１，４−ベンゾキノン付加物

＜カップリング剤＞
カップリング剤：γ−グリシドキプロピルトリメトキシシラン

上記各成分の他、着色剤としてカーボンブラック、離型剤としてカルナバワックスを使用した。

エポキシ樹脂組成物の製造：
（実施例１）
エポキシ樹脂Ｂ（６．５５質量部）と、硬化剤Ａ（６．２０質量部）と、充填材として溶融球状シリカ（８６．００質量部）と、硬化促進剤（０．２０質量部）と、カップリング剤（０．２５質量部）と、着色剤としてカーボンブラック（０．３０質量部）と、離型剤としてカルナバワックス（０．５０質量部）とを、ミキサーを用いて１５〜２８℃で混合し、次いで７０℃〜１００℃でロール混練した。冷却後、粉砕してエポキシ樹脂組成物を得た。

（実施例２〜４、比較例１、２）
表１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物配合に従い、実施例１と同様にして半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。表１に示された配合は全て質量部である。

半導体装置の製造：
アルミニウム製電極パッドを備えるＴＥＧ（ＴＥＳＴ ＥＬＥＭＥＮＴ ＧＲＯＵＰ）チップ（３．５ｍｍ×３．５ｍｍ）を３５２ピンＢＧＡ（基板は厚さ０．５６ｍｍ、ビスマレイミド・トリアジン樹脂／ガラスクロス基板、パッケージサイズは３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ）のダイパッド部に接着し、ＴＥＧチップのアルミニウム製電極パッドと基板の電極パッドとをデイジーチェーン接続となるように銅ワイヤ４Ｎ（銅純度９９．９９質量％）を用いてワイヤピッチ８０μｍでワイヤボンディングした。これを、低圧トランスファー成形機（ＴＯＷＡ製「Ｙシリーズ」）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分間の条件で実施例１〜４又は比較例１〜２のいずれかの半導体封止用エポキシ樹脂組成物により封止成形して、３５２ピンＢＧＡパッケージを作製した。このパッケージを１７５℃、４時間の条件で後硬化して半導体装置を得た。

評価方法：
（１）エポキシ樹脂組成物の物性評価
得られたエポキシ樹脂組成物の物性を以下の方法により測定した。その結果を表１に示す。

＜スパイラルフロー（ＳＦ）＞
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秒間の条件で、実施例１〜４、比較例１〜２の半導体封止用エポキシ樹脂組成物をそれぞれ注入し、流動長（単位：ｃｍ）を測定した。６０ｃｍ以下であるとパッケージ未充填などの成形不良が生じる場合がある。

＜ゲルタイム（ＧＴ）＞
１７５℃に加熱した熱板上で実施例１〜４、比較例１〜２の半導体封止用エポキシ樹脂組成物をそれぞれ溶融後、へらで練りながら硬化するまでの時間を測定した。

結果を表１に示す。

（２）半導体装置の特性評価
作製した３５２ピンＢＧＡ半導体装置の耐湿信頼性（ＨＡＳＴ）を以下の方法により測定した。その結果を表１に示す。

＜ＨＡＳＴ＞
３５２ピンＢＧＡパッケージを使用し、ＩＥＣ６８−２−６６に準拠しＨＡＳＴ（Ｈｉｇｈｌｙ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ Ｓｔｒｅｓｓ Ｔｅｓｔ）試験を行った。試験条件は１３０℃８５％ＲＨ２０Ｖ印加、９６時間、１９２時間及び１００８時間処理をして回路のオープン不良有無を測定した。１パッケージあたり４端子を持ち５パッケージで計２０回路を評価に用いた。単位は不良回路の個数。

＜判定＞
ＨＡＳＴにおいて、１００８時間処理をしても不良が発生しない場合を◎、１９２時間処理しても不良が発生しない場合を○と判定し、それ以外を×と判定した。

表１で示すように、実施例１〜４の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を硬化させてなる封止樹脂を備える半導体装置では、１９２時間処理を行ったＨＡＳＴ評価において、不良が発生しなかった。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、ダイパッド部を有するリードフレーム又は回路基板上に搭載された半導体素子と、このリードフレーム又は回路基板に設けられた電気的接合部と半導体素子に設けられた電極パッドとを電気的に接合する金属ワイヤとして特に銅ワイヤを用いた場合に、半導体素子上の電極パッドと銅ワイヤとの接合物における高温高湿下での腐食を抑制し、信頼性を向上させた低コストな半導体装置を製造するのに好適に用いることができるものである。

１ 半導体素子
２ ダイボンド材硬化体
３ リードフレーム
３ａ ダイパッド部
３ｂ リードフレームの電気的接合部（リード部）
４ 金属ワイヤ（銅ワイヤ）
５ 封止樹脂
６ 電極パッド

Claims (10)

1. ダイパッド部を有するリードフレーム又は回路基板上に搭載された半導体素子と、
   前記リードフレーム又は回路基板に設けられた電気的接合部と前記半導体素子に設けられた電極パッドとを電気的に接合する金属ワイヤと、
   を封止して半導体装置を製造するのに用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、無機充填材（Ｃ）を含有し、
   前記エポキシ樹脂（Ａ）が、ゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定における主ピークの面積が全ピークの合計面積に対して９０％以上であ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. 前記エポキシ樹脂（Ａ）が、ゲルパーミエーションクロマトグラフの面積法による測定における主ピークの面積が全ピークの合計面積に対して９２％以上である請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 前記エポキシ樹脂（Ａ）が、含有される全塩素量が３００ｐｐｍ以下であり、加水分解性塩素量が１５０ｐｐｍ以下である請求項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. 前記エポキシ樹脂（Ａ）が、含有される全塩素量が２００ｐｐｍ以下であり、加水分解性塩素量が１００ｐｐｍ以下である請求項１または２のいずれか１項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
5. 前記エポキシ樹脂（Ａ）が下記一般式（１）で表されるエポキシ樹脂を含むものである、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
   

   

   （上記一般式（１）において、複数存在するＲはそれぞれ独立に水素原子又は炭素数１〜４の炭化水素基を表し、ｎは重合度を表し、その平均値は０〜４の正数である。）
6. 前記エポキシ樹脂（Ａ）の配合割合が、前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して３質量％以上２０質量％以下である、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
7. 前記金属ワイヤが、銅ワイヤである、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
8. 前記銅ワイヤの銅に対して０．１質量％以下のドーパントが添加されており、前記銅ワイヤの銅純度が９９．９質量％以上である請求項７に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
9. ダイパッド部を有するリードフレーム又は回路基板上に搭載された半導体素子と、
   前記リードフレーム又は回路基板に設けられた電気的接合部と前記半導体素子に設けられた電極パッドとを電気的に接合する金属ワイヤと、
   が、請求項１ないし８のいずれか１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封止されていることを特徴とする半導体装置。
10. 前記金属ワイヤが、銅ワイヤである、請求項９に記載の半導体装置。

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