JPWO2019098026A1 - 半導体封止用樹脂組成物及び半導体パッケージ - Google Patents

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Abstract

本開示の目的は、封止樹脂の黒色化と、封止樹脂の低誘電正接化を両立することができる半導体封止用樹脂組成物と、半導体パッケージとを提供することにある。本開示に係る半導体封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、チタン原子の酸化数が＋ＩＶ未満である低次酸化チタンと、を含有する。本開示に係る半導体パッケージ１は、半導体チップ２と、半導体チップ２を覆い、前記半導体封止用樹脂組成物の硬化物である封止樹脂４と、を備える。

Description

本開示は、半導体封止用樹脂組成物及び半導体パッケージに関し、より詳しくは、エポキシ樹脂を含有する半導体封止用樹脂組成物と、この半導体封止用樹脂組成物の硬化物からなる封止樹脂を備える半導体パッケージに関する。
特許文献１には、熱硬化性樹脂と、硬化剤と、着色剤とを含有し、この着色剤としてチタンブラックを含有する半導体封止用熱硬化性樹脂組成物が記載されている。
特開平４−７２３６０号公報
本開示の目的は、封止樹脂の黒色化と、封止樹脂の低誘電正接化を両立することができる半導体封止用樹脂組成物と、半導体パッケージとを提供することである。
本開示の一態様に係る半導体封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、チタン原子の酸化数が＋ＩＶ未満である低次酸化チタンと、を含有する。
本開示の一態様に係る半導体パッケージは、半導体チップと、前記半導体チップを覆い、前記半導体封止用樹脂組成物の硬化物である封止樹脂と、を備える。
本開示によれば、封止樹脂の黒色化と、封止樹脂の低誘電正接化を両立できる半導体封止用樹脂組成物と、半導体パッケージとを提供することができる。
図１は、第１例の半導体パッケージの概略の断面図である。 図２Ａは、第２例の半導体パッケージの概略の断面図である。図２Ｂは、図２Ａに示す半導体パッケージの要部を拡大した概略の断面図である。
１．本開示の概要
半導体パッケージは、例えばトランジスタ、ＩＣ等の半導体チップと、この半導体チップを覆う樹脂組成物の硬化物である封止樹脂とを備える。また樹脂組成物に黒色着色剤を配合することで、封止樹脂を黒色化できる。黒色着色剤としては、カーボンブラック、チタンブラック等が例示される。例えば特許文献１（特開平４−７２３６０号公報）には、熱硬化性樹脂と、硬化剤と、着色剤とを含有し、この着色剤としてチタンブラックを含有する半導体封止用熱硬化性樹脂組成物が記載されている。
電子デバイスの高速化及び高周波化に伴い、半導体チップの高速化が進められ、そのため半導体チップを備える半導体パッケージの高周波特性の向上が求められている。半導体パッケージの高周波特性を向上させるために、封止樹脂の比誘電率及び誘電正接を低下させることが求められている。
特許文献１のようにチタンブラックを含有する封止樹脂が、カーボンブラックを含有する封止樹脂と同程度の黒色度を有するためには、多量のチタンブラックを配合する必要があるという問題があった。また特許文献１のようにチタンブラックを含有する封止樹脂では、誘電正接を十分に低下させることができなかった。
そこで、発明者は、封止樹脂の黒色化と、封止樹脂の低誘電正接化を両立することができる半導体封止用樹脂組成物を提供すべく研究開発を行った結果、本開示の完成に至った。
本開示の実施形態に係る半導体封止用樹脂組成物（以下、樹脂組成物Ｘという）は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、硬化促進剤と、無機充填材と、チタンの酸化数が＋ＩＶ未満である低次酸化チタンと、を含有する。
樹脂組成物Ｘは、図１、図２Ａ及び図２Ｂに示す半導体パッケージ１における封止樹脂４を作製することに適している。例えば、半導体パッケージ１の製造方法は、樹脂組成物Ｘを、加圧成形法で成形することで、封止樹脂４を作製することを含む。この封止樹脂４は、半導体チップ２を覆うように成形されている。このため、本実施形態に係る半導体パッケージ１は、半導体チップ２と、半導体チップ２を覆い、樹脂組成物Ｘの硬化物である封止樹脂４とを備える。また本実施形態に係る半導体パッケージ１は、半導体チップ２と、半導体チップ２を覆い、樹脂組成物Ｘの硬化物である封止樹脂４とを備える。
チタンブラックは、ＴｉＯ＋ＴｉＮの式で表される酸窒化チタンであり、青みがかった黒色である。これに対して低次酸化チタンは、酸窒化チタンよりも黒色度が高い。また低次酸化チタンとチタン酸窒化チタンの含有量が同じである封止樹脂を比較すると、低次酸化チタンを含有する封止樹脂の方が、酸窒化チタンを含有する封止樹脂よりも、誘電正接を低くすることができる。これらのことから、封止樹脂が低次酸化チタンを含有することにより、封止樹脂を十分に黒色化することができ、かつ、封止樹脂の誘電正接を低くすることができる。
また酸窒化チタンを含有する樹脂組成物から形成された封止樹脂に、ＹＡＧレーザー等のレーザー光が照射されると、酸窒化チタンの酸化によって、封止樹脂のレーザー光が照射された部分が変色する。これにより、封止樹脂にマーキングを行うことできる。本実施形態でも、樹脂組成物Ｘから形成された封止樹脂４にレーザー光が照射されると、低次酸化チタンの酸化によって、封止樹脂４のレーザー光が照射された部分が変色する。低次酸化チタンは酸窒化チタンよりも黒色度が高いため、本実施形態の樹脂組成物Ｘから形成された封止樹脂４は、黒色着色剤として酸窒化チタンを含有する場合よりも、レーザー光の照射によって変色した部分が目視し易く、すなわちマーキングを判別し易い。
２．半導体封止用樹脂組成物について
以下、樹脂組成物Ｘの詳細について、更に説明する。上述の通り、樹脂組成物Ｘは、エポキシ樹脂と、硬化剤と、低次酸化チタンと、を含有する。半導体封止用樹脂組成物は、更に硬化促進剤と、無機充填材と、インデン構造を有するオリゴマーと、を含有してもよい。
２−１．エポキシ樹脂
エポキシ樹脂は、常温で固体であることが好ましい。特にエポキシ樹脂は、１８℃以上２５℃以下のいずれの温度でも固体であることが好ましい。
エポキシ樹脂は、例えばグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂及びオレフィン酸化型（脂環式）エポキシ樹脂からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有できる。より具体的には、エポキシ樹脂は、例えば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アルキルフェノ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；フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂；ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂；フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂；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型エポキシ樹脂；トリフェニルメタン型エポキシ樹脂；テトラキスフェノールエタン型エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂；スチルベン型エポキシ樹脂；ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂；ビフェニル型エポキシ樹脂；ナフタレン型エポキシ樹脂；脂環式エポキシ樹脂；ビスフェノールＡ型ブロム含有エポキシ樹脂等のブロム含有エポキシ樹脂；ジアミノジフェニルメタンやイソシアヌル酸等のポリアミンとエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂；並びにフタル酸やダイマー酸等の多塩基酸とエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂からなる群から選択される一種以上の成分を含有できる。
特にエポキシ樹脂は、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、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂及びトリフェニルホスフィン型エポキシ樹脂からなる群から選択される一種以上の成分を含有することが好ましい。
２−２．硬化剤
硬化剤は、エポキシ樹脂を硬化させるために用いられる。硬化剤は、例えばフェノール化合物、酸無水物、及びフェノール性水酸基を生成する機能性化合物からなる群から選択される一種以上の成分を含有する。特に硬化剤がフェノール化合物と機能性化合物とのうち少なくとも一方を含有すると、封止樹脂６２に高い耐湿信頼性が付与される。
硬化剤がフェノール化合物を含有する場合、硬化剤は、１分子内に２個以上のフェノール性水酸基を有するモノマー、オリゴマー及びポリマーのうちいずれも含みうる。例えば硬化剤は、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビフェニル型ノボラック樹脂、トリフェニルメタン型樹脂、ナフトールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、及びビフェニルアラルキル樹脂からなる群から選択される一種以上の成分を含有できる。
硬化剤がフェノール化合物を含有する場合、エポキシ樹脂のエポキシ基１当量当たりのフェノール化合物の水酸基当量は、０．５以上であることが好ましく０．８以上であれば更に好ましい。またこの水酸基当量は２．０以下であることが好ましく１．４以下であれば更に好ましい。
硬化剤が酸無水物を含有する場合、硬化剤は、例えば無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸及びポリアゼライン酸無水物からなる群から選択される一種以上の成分を含有できる。硬化剤が酸無水物を含有する場合、エポキシ樹脂のエポキシ基１当量当たりの酸無水物は０．７当量以上であることが好ましく０．８当量以上であることが更に好ましい。また、酸無水物は１．５当量以下であることが好ましく１．２当量以下であれば更に好ましい。
硬化剤がフェノール性水酸基を生成する機能性化合物を含有する場合、硬化剤は、加熱されることでフェノール性水酸基を生成する化合物を含有できる。より具体的には、例えば硬化剤は、加熱されると開環してフェノール性水酸基を生成するベンゾオキサジン類を含有できる。
２−３．低次酸化チタン
低次酸化チタンは、上述の通り、チタンの酸化数が＋ＩＶ未満である。低次酸化チタンは、ＴｉｎＯ２ｎ−１の式で示される酸化チタンであり、式中のｎは０．５より大きい数である。式中のｎは１０以下であり、好ましくは５以下であり、さらに２以下であることが好ましい。市販されている低次酸化チタンとしては、例えば赤穂化成株式会社製の商品名ティラック（Ｔｉｌａｃｋ）Ｄの品番ＴＭ−Ｆ、ＴＭ−Ｂ等が挙げられる。
本実施形態では、低次酸化チタンのＬ＊値は９以上１４以下であり、ａ＊値は−３．０以上０．５以下であり、ｂ＊値は−５．０以上−０．１以下であることが好ましい。この場合、封止樹脂４を黒色化し易く、封止樹脂４にレーザー光を照射することで形成されるマーキングを判別し易くすることができる。また黒色着色剤として低次酸化チタンを使用する場合と酸窒化チタンを使用する場合とを比較すると、低次酸化チタンを使用する場合の方が、封止樹脂４の黒色度を一定値にするために必要な黒色着色剤の量を少なくすることができる。
低次酸化チタンの平均粒子径は、０．２μｍ以上２．０μｍ以下であることが好ましく、０．４μｍ以上１．５μｍ以下であることがより好ましい。この場合、封止樹脂４中の低次酸化チタンの分散性、及び封止樹脂４を黒色の発色性の両方を向上させることができる。なお、平均粒子径は、レーザー回折・散乱法による粒度分布の測定値から算出される体積基準のメディアン径であり、市販のレーザー回折・散乱式粒度分布測定装置を用いて得られる。
低次酸化チタンの含有量は、樹脂組成物Ｘ全量に対して０．１質量％以上７質量％以下であることが好ましく、０．３質量％以上５質量％以下であることがより好ましい。この場合、封止樹脂４を黒色化し易く、かつ、封止樹脂４の誘電正接を低くすることができる。
また低次酸化チタン及び後述の無機充填材の合計の含有量が、樹脂組成物Ｘ全量に対して８０質量％以上９７質量％以下であることが好ましい。この場合、無機充填材は封止樹脂の線膨張係数を適度に小さくしてリフロー時等の半導体パッケージ１の反りを抑制でき、かつ、成形時の樹脂組成物Ｘの良好な流動性を確保できる。
２−４．硬化促進剤
硬化促進剤は、樹脂組成物Ｘに配合され得る通常の硬化促進剤であれば、特に限定されない。硬化促進剤は、例えば、イミダゾール類、有機ホスフィン類、及び第三級アミン類からなる群から選択される一種以上の成分を含有できる。イミダゾール類の例には、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等が含まれる。有機ホスフィン類の例には、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリメチルホスフィン等が含まれる。第三級アミン類の例には、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミン等が含まれる。
樹脂組成物Ｘ中の硬化促進剤の含有量は、エポキシ樹脂と硬化剤の合計量に対して０．１〜５質量％が好ましい。この場合、硬化剤によるエポキシ樹脂の硬化を特に促進させることができ、樹脂組成物Ｘを特に硬化させやすい。
２−５．無機充填材
無機充填材は、金属酸化物粒子又は窒化ケイ素を含有することが好ましい。金属酸化物粒子は、例えばシリカ、及びアルミナからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有できる。樹脂組成物Ｘに無機充填材を含有させることで、封止樹脂６２の熱膨張係数を調整できる。金属酸化物粒子は、シリカを含むことが好ましい。シリカは線膨張係数が小さいため、樹脂組成物Ｘがシリカを含むことで、基板の片面上に樹脂組成物Ｘ製の封止樹脂６２を設けた場合に、この基板の反りを抑制しやすい。シリカの例には、溶融球状シリカ等の溶融シリカ及び結晶シリカが含まれる。特に無機充填材は溶融シリカを含有することが好ましい。この場合、樹脂組成物Ｘ中の無機充填材の高い充填性と、成形時の樹脂組成物Ｘの高い流動性とが得られる。無機充填材がアルミナ、結晶シリカ及び窒化ケイ素からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することも好ましく、この場合、封止樹脂６２の高い熱伝導性が得られる。
無機充填材の平均粒子径は例えば０．２μｍ以上７０μｍ以下である。この場合、樹脂組成物Ｘの成形時に特に良好な流動性が得られる。無機充填材は、成形時の樹脂組成物Ｘの粘度、封止樹脂４の物性等の調整のために、平均粒子径の異なる二種以上の成分を含有してもよい。
２−６．インデン構造を有するオリゴマー
樹脂組成物Ｘが、インデン構造を有するオリゴマーを含むことにより、半導体封止用樹脂組成物の吸湿性を低下させることができる。これにより、封止樹脂の比誘電率及び誘電正接を低下させることができる。
インデン構造を有するオリゴマーは、例えば、インデン類、スチレン類、及びフェノール類を含むモノマー成分の共重合体であることが好ましい。インデン構造を有するオリゴマーの数平均分子量は、３００以上１０００以下であることが好ましい。インデン構造を有するオリゴマーの軟化点は、５０℃以上１６０℃以下であることが好ましい。
インデン類は、例えば、インデン、メチルインデン、エチルインデン、プロピルインデン、及びフェニルインデンからなる群から選択される一種以上の成分を含有することができる。インデン類は、特にインデンを含有することが好ましい。モノマー成分は、インデン類を６０質量％以上含有することが好ましい。
スチレン類は、例えば、スチレン、ｏ‐メチルスチレン、ｍ‐メチルスチレン、ｐ‐メチルスチレン、ｏ‐エチルスチレン、ｍ‐エチルスチレン、ｐ‐エチルスチレン、ｏ‐プロピルスチレン、ｍ‐プロピルスチレン、ｐ‐プロピルスチレン、ｏ‐ｎ‐ブチルスチレン等のアルキル置換スチレン、α‐メチルスチレン、α‐エチルスチレン、α‐プロピルスチレンからなる群から選択される一種以上の成分を含有することができる。スチレン類は、特にスチレンを含有することが好ましい。
フェノール類は、例えば、フェノール、クレゾール類等のアルキルフェノール類、キシレノール等のジアルキルフェノール類、ナフトール類、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類、及びフェノールノボラック、フェノールアラルキル樹脂等の多官能性フェノール樹脂からなる群から選択される一種以上の成分を含有することができる。フェノール類は、特にフェノールを含有することが好ましい。
モノマー成分は、インデン類、スチレン類、フェノール類以外の成分を含有してもよい。例えばモノマー成分は、ベンゾチオフェン、メチルベンゾチオフェン類、ベンゾフラン、メチルベンゾフラン類、ビニルナフタレン、ビニルビフェニル、アセナフチレン、アクリル酸、アクリル酸エステル類、メタアクリル酸、メタアクリル酸エステル類、無水マレイン酸、フマル酸、ジビニルベンゼン類、及びジイソプロペニルベンゼン類からなる群から選択される一種以上の成分を含有することができる。
インデン構造を有するオリゴマーは、ラジカル重合法によって製造されてもよく、カチオン重合法によって製造されてもよく、アニオン重合法によって製造されてもよいが、特にカチオン重合法によって製造されることが好ましい。すなわち、インデン類、スチレン類、フェノール類を含むモノマー成分を、カチオン重合法で共重合することにより、インデン構造を有するオリゴマーを製造することが好ましい。
インデン構造を有するオリゴマーは、例えば、下記式（Ｉ）に示す構造を有し得る。
Figure 2019098026
上記式（Ｉ）中のｍ及びｎは、正の整数である。またｍ及びｎの値は、モノマー成分に含まれるインデン類、スチレン類、フェノール類のそれぞれの構造及び含有量によって決定される。
インデン構造を有するオリゴマーの市販品としては、新日鐡住金化学株式会社製の商品名Ｉ−１００、Ｉ−１２０、ＩＰ−１００、ＩＰ−１２０、ＩＳ−１００ＢＴ等が挙げられる。樹脂組成物Ｘは、インデン構造を有するオリゴマーとして、新日鐡住金化学株式会社製の商品名Ｉ−１００及びＩＰ−１００のうち少なくとも一方を含有することが好ましい。
樹脂組成物Ｘ全量に対するインデン構造を有するオリゴマーの割合は、０．５質量％以上２．０質量％以下であることが好ましく、１．０質量％以上２．０質量％以下であることがより好ましい。この場合、樹脂組成物Ｘの吸湿性を特に低下させることができ、樹脂組成物Ｘの硬化物の誘電正接を特に低下させることができる。
２−７．添加剤
樹脂組成物Ｘは、本実施形態の利点を大きく損なわない範囲内で、上記成分以外の添加剤を含有してもよい。添加剤の例には、離型剤、カップリング剤、着色剤、難燃剤、低応力化剤、及びイオントラップ剤が含まれ得る。
離型剤は、例えばカルナバワックス、ステアリン酸、モンタン酸、カルボキシル基含有ポリオレフィン、エステルワックス、酸化ポリエチレン、及び金属石鹸からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。
カップリング剤は、例えばシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、及びアルミニウム／ジルコニウムカップリング剤からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。シランカップリング剤は、例えば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メチルジエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等のグリシドキシシラン；Ｎ−β（アミノエチル）−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、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシラン；アルキルシラン；ウレイドシラン；並びにビニルシランからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。
樹脂組成物Ｘ中の無機充填剤が金属酸化物粒子を含み、かつ、樹脂組成物Ｘカップリング剤も含む場合、金属酸化物粒子に対するカップリング剤の割合は、０．０１重量％以上１重量％以下が好ましく、０．２重量％以上１重量％以下がより好ましい。この場合、半導体封止用樹脂組成物から形成される封止樹脂の比誘電率及び誘電正接を低減しやすい。
難燃剤は、例えば水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム及び赤リンからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。
着色剤は、例えばカーボンブラック、ベンガラ、酸化チタン、フタロシアニン及びペリレンブラックからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。
低応力化剤は、例えばシリコーンエラストマー、シリコーンレジン、シリコーンオイル及びブタジエン系ゴムからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。ブタジエン系ゴムは、例えばアクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体及びメタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体のうち少なくとも一方の成分を含有することができる。
イオントラップ剤は、例えばハイドロタルサイト類化合物と金属元素の含水酸化物とのうち少なくとも一方を含有することができる。金属元素の含水酸化物は、例えばアルミニウムの含水酸化物、ビスマスの含水酸化物、チタンの含水酸化物、及びジルコニウムの含水酸化物からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。
２−８．半導体封止用樹脂組成物の製造方法
樹脂組成物Ｘの製造方法について説明する。樹脂組成物Ｘは、その原料を加熱しながら混練することによって、製造することができる。より具体的には、例えばエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材、低次酸化チタン、及び所望の添加剤を含む原料を、ミキサー、ブレンダーなどで混合し、続いて熱ロール、ニーダーといった混練機で加熱しながら混練してから、室温に冷却することで、樹脂組成物Ｘが得られる。樹脂組成物Ｘを粉砕することで粉末にしてもよく、粉末にしてから打錠することでタブレット状にしてもよい。
３．半導体パッケージ
（第１例の半導体パッケージ）
以下、樹脂組成物Ｘの硬化物である封止樹脂６２を備える第１例の半導体パッケージ１について、図１を参照しながら説明する。なお、半導体パッケージ１の構成は、以下の構成に限定されない。
半導体パッケージ１は、例えばＭｉｎｉ、Ｄパック、Ｄ２パック、Ｔｏ２２Ｏ、Ｔｏ３Ｐ、デュアル・インライン・パッケージ（ＤＩＰ）といった挿入型パッケージ、又はクワッド・フラット・パッケージ（ＱＦＰ）、スモール・アウトライン・パッケージ（ＳＯＰ）、スモール・アウトライン・Ｊリード・パッケージ（ＳＯＪ）、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）といった表面実装型パッケージである。半導体パッケージ１は、システム・オン・チップ（ＳＯＣ）であってもよく、システム・イン・パッケージ（ＳｉＰ）であってもよい。
半導体パッケージ１は、例えば基板３と、基板３に搭載されている半導体チップ２と、半導体チップ２を覆う封止樹脂４とを備える。封止樹脂４は、半導体パッケージ１の外形を構成するパッケージであり、樹脂組成物Ｘの硬化物からなる。半導体チップ２は、例えば集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード又は固体撮像素子である。半導体チップ２は、ＳｉＣ、ＧａＮといった新規のパワーデバイスであってもよい。基板３は、例えばリードフレーム又は配線板である。
図１に示す半導体パッケージ１における基板３は、リードフレーム３１である。図１に示す半導体パッケージ１は、金属製のリードフレーム３１と、リードフレーム３１に搭載されている半導体チップ２と、半導体チップ２とリードフレーム３１とを電気的に接続するワイヤ５と、半導体チップ２を覆う封止樹脂４とを備える。
リードフレーム３１は、ダイパッド３１１、インナーリード３１２及びアウターリード３１３を備える。リードフレーム３１は、例えば４２アロイなどの鉄合金又は銅を主に含む金属材料から形成できる。
図１に示す半導体パッケージ１を製造する場合、例えばリードフレーム３１のダイパッド３１１上に半導体チップ２を適宜のダイボンド材６で固定する。これによりリードフレーム３１に半導体チップ２を搭載する。続いて、半導体チップ２における電極パッド（図示せず）とリードフレーム３１におけるインナーリード３１２とを、ワイヤ５で接続する。ワイヤ５は、金製でもよいが、銀及び銅のうち少なくとも一方を含んでもよい。続いて、半導体チップ２の周りで樹脂組成物Ｘを成形して硬化させることで、封止樹脂４を作製する。さらに、封止樹脂４に、ＹＡＧレーザー等のレーザー光を照射することで、封止樹脂４に含まれる低次酸化チタンが酸化されて白色化し、封止樹脂４にマーキングが施される。
樹脂組成物Ｘを加圧成形法で成形することで、封止樹脂４を作製することが好ましい。加圧成形法は、例えば射出成形法、トランスファー成形法又は圧縮成形法である。
第１例の半導体パッケージ１の封止樹脂４の比誘電率は３．３以上３．６以下であることが好ましい。また半導体パッケージ１の封止樹脂４の誘電正接は、０．００３以上０．０１５以下であることが好ましく、０．００３以上０．００８以下であることも好ましく、０．００３以上０．００７以下であることがより好ましい。この場合、半導体パッケージ１は良好な高周波特性を有することができる。
（第２例の半導体パッケージ）
以下、樹脂組成物Ｘの硬化物である封止樹脂４を備える第２例の半導体パッケージ１について、図２Ａ及び図２Ｂを参照しながら説明する。なお、半導体パッケージ１の構成は、以下の構成に限定されない。
第２例の半導体パッケージ１は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように基板３上に半導体チップ２を含む複数の電子部品２０が搭載され、これらの複数の電子部品２０が一つの封止樹脂４で片面封止されている。このため、第２例の半導体パッケージ１は、片面封止型のパッケージである。図２Ａ及び図２Ｂに示すような半導体パッケージ１は、表面実装型パッケージの一例であるボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）であり、またシステム・イン・パッケージ（ＳｉＰ）でもある。以下、第２例の半導体パッケージ１の構成を詳細に説明する。
第２例の半導体パッケージ１は、基板３と、複数の電子部品２０と、複数のバンプ電極７と、複数のバンプ電極８と、封止樹脂４とを含む。
第２例における基板３は配線板３２である。配線板３２の一つの面である搭載面３２１には、複数の電子部品２０が搭載されている。配線板３２の搭載面３２１とは反対側の面３２２には、複数のバンプ電極８が設けられている。
複数の電子部品２０は、上記の通り、配線板３２の搭載面３２１に搭載される。複数の電子部品２０のうち少なくとも一つが半導体チップ２である。半導体チップ２は、ベアチップであってもよく、パッケージであってもよい。半導体チップ２は、第１例の半導体チップ２と同じでもよい。半導体チップ２は、複数のバンプ電極７を備え、このバンプ電極７によって、半導体チップ２が配線板３２に電気的に接続されている。半導体チップ２と配線板３２との間隔（図２Ｂの長さＸ１）は、例えば２０μｍ以上５０μｍ以下である。第２例の半導体パッケージ１は、一つの半導体チップ２を含むが、二つ以上の半導体チップ２を含んでいてもよい。
複数の電子部品２０は、例えば少なくとも一つのインダクタ２１を含む。インダクタ２１と配線板３２とは電気的に接続されている。インダクタ２１と配線板３２との間隔（図２Ｂの長さＸ２）は、例えば１０μｍ以上５０μｍ以下である。インダクタ２１と半導体チップ２との間隔（図２Ｂの長さＸ３）は、例えば０．１μｍ以上数μｍ以下である。第２例の半導体パッケージ１は、二つのインダクタ２１を含んでいるが、一つのインダクタ２１を含んでいてもよく、３つ以上のインダクタ２１を含んでいてもよい。電子部品２０は、半導体チップ２及びインダクタ２１以外の部品を含んでいてもよい。
封止樹脂４は、樹脂組成物Ｘの硬化物からなる。封止樹脂４は、基板３（配線板３２）の搭載面３２１側で半導体チップ２を覆っている。また封止樹脂４は、複数の電子部品２０を覆っている。すなわち封止樹脂４は、基板３の片面を封止している。搭載面３２１を覆う封止樹脂４の厚み（図２Ｂの長さＸ４）は、例えば１００μｍ以上５００μｍ以下である。電子部品２０（半導体チップ２又はインダクタ２１）を覆う封止樹脂４の厚み（図２Ｂの長さＸ５）は、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下である。配線板３２と半導体チップ２との隙間には、封止樹脂４が充填されている。また配線板３２とインダクタ２１との隙間にも、封止樹脂４が充填されている。
第２例の半導体パッケージ１を製造する場合、例えば配線板３２の搭載面３２１上に、複数の電子部品２０を搭載した後、搭載面３２１を覆うように樹脂組成物Ｘを成形して硬化させることで、封止樹脂４を作製する。樹脂組成物Ｘの成形には、トランスファー成形法又は圧縮成形法を採用することができる。この場合、封止樹脂４は、半導体チップ２及びインダクタ２１の表面を覆うと共に、半導体チップ２と配線板３２との隙間及びインダクタ２１と配線板３２との隙間に充填される。さらに、封止樹脂４に、ＹＡＧレーザー等のレーザー光を照射することで、封止樹脂４に含まれる低次酸化チタンが酸化されて白色化し、封止樹脂４にマーキングが施される。
第２例の半導体パッケージ１の封止樹脂４の比誘電率も、３．３以上３．６以下であることが好ましい。また第２例の半導体パッケージ１の封止樹脂４の誘電正接も、０．００３以上０．０１５以下であることが好ましく、０．００３以上０．００８以下であることも好ましく、０．００３以上０．００７以下であることがより好ましい。この場合、半導体パッケージ１は良好な高周波特性を有することができる。
以下、本開示を実施例によって具体的に説明する。なお、本開示は下記の実施例のみには制限されない。
（１）半導体封止用樹脂組成物の調製
各実施例及び比較例において、後掲の表１〜３に示す成分をミキサーで均一に混合分散した後、ニーダーで加熱しながら混練し、更に冷却してから粉砕した。これにより、半導体封止用樹脂組成物の粉末を得た。
なお、表１〜３に示す成分の詳細は次の通りである。
・エポキシ樹脂１：ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、日本化薬株式会社製、品番ＮＣ３０００（当量２７６）。
・エポキシ樹脂２：ビフェニル型エポキシ樹脂、三菱化学株式会社製、品番ＹＸ４０００Ｈ（当量１９５）。
・硬化剤：フェノール硬化剤、明和化成株式会社製、品番ＤＬ９２（当量１０５）。
・硬化促進剤：トリフェニルホスフィン、北興化学株式会社制、品番ＴＰＰ。
・無機充填材：球状溶融シリカ、電気化学工業株式会社製、品番ＦＢ９４０。
・低次酸化チタン１：商品名Ｔｉｌａｃｋ Ｄ、赤穂化成株式会社製、品番ＴＭ−Ｆ（Ｌ＊値１０．４４、ａ＊値０．３６、ｂ＊値−０．３５、平均粒径０．４μｍ）。
・低次酸化チタン２：商品名Ｔｉｌａｃｋ Ｄ、赤穂化成株式会社製、品番ＴＭ−Ｂ（Ｌ＊値１２．８８、ａ＊値−１．５０、ｂ＊値−３．９９、平均粒径０．７μｍ）。
・着色剤１（カーボンブラック）：三菱化学株式会社製、品番ＭＡ６００（平均粒子径０．２０μｍ）。
・着色剤２（酸窒化チタン）：三菱化学株式会社製、品番１３Ｍ−Ｔ（Ｌ＊値９．５、平均粒子径０．６７μｍ）。
・インデンオリゴマー１：新日鐡住金化学株式会社製、商品名Ｉ−１００。
・インデンオリゴマー２：新日鐡住金化学株式会社製、商品名ＩＰ−１００。
・離型剤：ポリエチレンワックス、大日化学工業株式会社製、品番ＰＥ−Ａ。
・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、信越化学工業株式会社製、品番ＫＢＭ８０３。
（２）硬化物の作製
実施例１−２０及び比較例１−４の半導体封止用樹脂組成物の粉末を、成形圧力３．９ＭＰａ、温度１７５℃、成形時間１２０秒の条件でトランスファー成形した。その後、１７５℃、４時間の条件でアフターキュアを行うことにより、半導体封止用樹脂組成物の硬化物を作製した。
（３）評価
（３−ｉ）黒色度
色差計（東京電色株式会社製、型番ＳＰ−８０）を用いて、実施例１−２０及び比較例１−４の硬化物の黒色度(Ｌ値)を測定し、以下の基準で硬化物の黒色度を評価した。
Ａ：黒色度が１１以上である。
Ｂ：黒色度が１０以上９以下である。
Ｃ：黒色度が８以下である。
（３−ｉｉ）比誘電率、及び誘電正接の測定
実施例１−２０及び比較例１−４の硬化物を、１．５ｍｍ×１．５ｍｍ×８５ｍｍの大きさの成形品に加工した。ネットワークアナライザ（アジレント・テクノロジー株式会社製、型番Ｎ５２３０Ａ）を用いて、１０ＧＨｚにおける成形品の比誘電率及び誘電正接を測定した。
（３−ｉｉ）ＹＡＧレーザーマーク性
実施例１−２０及び比較例１−４の硬化物に、波長１．０６μｍ、レーザー出力１３Ａの条件で、ＹＡＧレーザー（ＮＥＣ株式会社製、品番ＳＬ４７５Ｋ−０１８１）からレーザー光を照射して、硬化物にマーキングを施した。そして、マーキングの印字を以下の基準で評価した。
Ａ：目視でマーキングを判別しやすい。
Ｂ：目視ではマーキングを判別しにくい。
Ｃ：目視ではマーキングを判別できない。
Figure 2019098026
Figure 2019098026
Figure 2019098026
（分析）
黒色着色剤として低次酸化チタンを含有する実施例１から２０の硬化物は、カーボンブラックのみを含有する比較例１の硬化物、酸窒化チタンを含有する比較例２、３の硬化物、及び黒色着色剤を含有していない比較例４の硬化物よりも、誘電正接が低い。また実施例１から８、１０から１４の硬化物と、実施例９の硬化物とでは、含まれるエポキシ樹脂が異なっているが、いずれの実施例の硬化物も誘電正接が低い。
また実施例１、２の硬化物は、比較例２の硬化物に含まれる酸窒化チタンと同量の低次酸化チタンを含有しているが、比較例２の硬化物よりも黒色度が高く、ＹＡＧレーザーによるマーキングが判別しやすく、かつ、誘電正接が低い。
また実施例３、４、７の硬化物に含まれる低次酸化チタンの量は、比較例３の硬化物に含まれる酸窒化チタンの量よりも少ないが、実施例３、４、７の硬化物は、比較例３の硬化物と同等の黒色度を有し、かつ、比較例３の硬化物よりも誘電正接が低い。
また実施例５、６の硬化物は、比較例３の硬化物に含まれる酸窒化チタンと同量の低次酸化チタンを含有しているが、比較例３の硬化物よりも黒色度が高く、ＹＡＧレーザーによるマーキングが判別しやすく、かつ、誘電正接が低い。
すなわち、黒色着色剤として低次酸化チタンを含有することにより、硬化物の黒色化と、低誘電正接化を両立させることができる。
また実施例１０から実施例１５の硬化物は、インデン構造を有するオリゴマーを含有するため、インデン構造を有するオリゴマーを含有しない実施例１から実施例７の硬化物よりも、誘電正接が低い。
また実施例１６の硬化物は、実施例１７及び実施例２０の硬化物よりも無機充填剤に対するカップリング剤の割合が多いため、実施例１６の硬化物は実施例１７及び実施例２０の硬化物よりも誘電正接が低い。また実施例１５の硬化物は、実施例１８及び実施例１９の硬化物よりも無機充填剤に対するカップリング剤の割合が多いため、実施例１５の硬化物は、実施例１８及び実施例１９の硬化物よりも誘電正接及び非誘電率が低い。
以上述べた実施形態から明らかなように、本開示に係る第１の態様の半導体封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、チタン原子の酸化数が＋ＩＶ未満である低次酸化チタンと、を含有する。
第１の態様によれば、半導体封止用樹脂組成物から形成される封止樹脂を十分に黒色化することができ、かつ、この封止樹脂の誘電正接を低くすることができる。また半導体封止用樹脂組成物から形成された封止樹脂は、黒色着色剤として酸窒化チタンを含有する場合よりも、レーザー光の照射によって変色した部分が目視し易く、すなわちマーキングを判別し易い。
本開示に係る第２の態様の半導体封止用樹脂組成物は、第１の態様において、前記低次酸化チタンは、Ｌ＊値が９以上１４以下であり、ａ＊値が−３．０以上０．５以下であり、ｂ＊値が−５．０以上−０．１以下である。
第２の態様によれば、半導体封止用樹脂組成物から形成される封止樹脂を黒色化し易く、封止樹脂にレーザー光を照射することで形成されるマーキングを判別し易くすることができる。また黒色着色剤として低次酸化チタンを使用する場合と酸窒化チタンを使用する場合とを比較すると、低次酸化チタンを使用する場合の方が、封止樹脂の黒色度を一定値にするために必要な黒色着色剤の量を少なくすることができる。
本開示に係る第３の態様の半導体封止用樹脂組成物は、第１又は２の態様において、前記低次酸化チタンの平均粒子径が、０．２μｍ以上２．０μｍ以下である。
第３の態様によれば、半導体封止用樹脂組成物から形成される封止樹脂中の低次酸化チタンの分散性、及び封止樹脂を黒色の発色性の両方を向上させることができる。
本開示に係る第４の態様の半導体封止用樹脂組成物は、第１から第３のいずれか一の態様において、前記低次酸化チタンの含有量が、０．１質量％以上７質量％以下である。
第４の態様によれば、半導体封止用樹脂組成物から形成される封止樹脂を黒色化し易く、かつ、封止樹脂の誘電正接を低くすることができる。
本開示に係る第５の態様の半導体封止用樹脂組成物は、第１から４のいずれか一の態様において、インデン構造を有するオリゴマーを０．５質量％以上２．０質量％以下含有する。
第５の態様によれば、半導体封止用樹脂組成物の吸湿性を特に低下させることができ、半導体封止用樹脂組成物の硬化物の誘電正接を特に低下させることができる。
本開示に係る第６の態様の半導体封止用樹脂組成物は、第１から５のいずれか一の態様において、金属酸化物粒子を含む無機充填剤と、カップリング剤とを更に含有する。前記金属酸化物粒子に対する前記カップリング剤の割合は、０．０１重量％以上１重量％以下である。
第６の態様によれば、金属酸化物粒子の表面に存在するＯＨ基と、カップリング剤とを効率よく反応させることができる。これにより、半導体封止用樹脂組成物から形成される封止樹脂の比誘電率及び誘電正接を低減しやすい。
本開示に係る第７の態様の半導体封止用樹脂組成物は、第６の態様において、前記金属酸化物粒子がシリカを含有する。
第７の態様によれば、シリカは線膨張係数が小さいため、半導体封止用樹脂組成物がシリカを含むことで、基板の片面上に半導体封止用樹脂組成物製の封止樹脂を設けた場合に、この基板の反りを抑制しやすい。
本開示に係る第８の態様の半導体パッケージ（１）は、半導体チップ（２）と、半導体チップ（２）を覆い、第１から７のいずれか一の態様に係る半導体封止用樹脂組成物の硬化物である封止樹脂（４）と、を備える。
第８の態様によれば、封止樹脂（４）が十分に黒色化され、かつ、封止樹脂（４）の誘電正接が十分に低い、半導体パッケージ（１）が得られる。また封止樹脂（４）にレーザー光が照射されて形成されたマーキングが判別しやすい半導体パッケージ（１）が得られる。
本開示に係る第９の態様の半導体パッケージ（１）は、第８の態様において、基板（３）を更に備え、基板（３）の一つの面である搭載面（３２１）に半導体チップ（２）が搭載され、封止樹脂（４）は、基板（３）の搭載面（３２１）側で半導体チップ（２）を覆う。
第９の態様によれば、封止樹脂（４）が十分に黒色化され、かつ、封止樹脂（４）の誘電正接が十分に低い、半導体パッケージ（１）が得られる。また封止樹脂（４）にレーザー光が照射されて形成されたマーキングが判別しやすい半導体パッケージ（１）が得られる。
本開示に係る第１０の態様の半導体パッケージ（１）は、第８又は９の態様において、封止樹脂（４）にマーキングが施されている。
第１０の態様によれば、封止樹脂（４）が十分に黒色化されているため、マーキングが判別しやすい。
１ 半導体パッケージ
２ 半導体チップ
３ 基板
３２１ 搭載面
４ 封止樹脂

Claims (10)

  1. エポキシ樹脂と、
    硬化剤と、
    チタン原子の酸化数が＋ＩＶ未満である低次酸化チタンと、
    を含有する、
    半導体封止用樹脂組成物。
  2. 前記低次酸化チタンは、
    Ｌ＊値が９以上１４以下であり、
    ａ＊値が−３．０以上０．５以下であり、
    ｂ＊値が−５．０以上−０．１以下である、
    請求項１に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  3. 前記低次酸化チタンの平均粒子径が、０．２μｍ以上２．０μｍ以下である、
    請求項１又は２に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  4. 前記低次酸化チタンの含有量が、０．１質量％以上７質量％以下である、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  5. インデン構造を有するオリゴマーを０．５質量％以上２．０質量％以下含有する、
    請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  6. 金属酸化物粒子を含む無機充填剤と、カップリング剤とを更に含有し、
    前記金属酸化物粒子に対する前記カップリング剤の割合は、０．０１重量％以上１重量％以下である、
    請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  7. 前記金属酸化物粒子がシリカを含有する、
    請求項６に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  8. 半導体チップと、
    前記半導体チップを覆い、請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体封止用樹脂組成物の硬化物である封止樹脂と、
    を備える、
    半導体パッケージ。
  9. 基板を更に備え、
    前記基板の一つの面である搭載面にの前記半導体チップが搭載され、
    前記封止樹脂は、前記基板の前記搭載面側で前記半導体チップを覆う、
    請求項８に記載の半導体パッケージ。
  10. 前記封止樹脂にマーキングが施されている、
    請求項８又は９に記載の半導体パッケージ。
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