WO2006011662A1

WO2006011662A1 - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: WO2006011662A1
Application number: PCT/JP2005/014249
Authority: WO
Inventors: Shinichi Zenbutsu
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co., Ltd.
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2006-02-02
Also published as: US20080064791A1; JPWO2006011662A1; CN1984961A; TWI320422B; JP5019251B2; MY148463A; CN100519651C; US8084520B2; TW200613435A; KR20070046817A; KR101287712B1

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

明細書

エポキシ樹脂組成物及び半導体装置技術分野

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、 1 5 0 °C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。背景技術

I C、 L S I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、信頼性の点でもェポキシ樹脂や硬化剤であるフエノ一ル榭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、「H T S L」（High Temperatu re Storage Life) とも言う）、或いは高温動作下での信頼性（以下、「H T O L」（high Temperature Operation life)とも言う）カ要求される。 H T S L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、 H T O L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ゃボイドの発生、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（HTS L) 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、イオンキヤッチヤ一を添加、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。この手法ではィォン性不純物の低減化と HT S L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— 03578 1号公報（第 2〜 20頁）、特開 2000— 230 1 1 1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 1 50°C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。発明の開示

すなわち、本発明は、（A) エポキシ樹脂、（B ) フエノール系樹脂、 ( C ) 硬化促進剤、（D ) シリカ、並びに（E ) アルミナ及び Z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、アルミニゥム元素含有率が該エポキシ樹脂組成物中、 0 . 2 5重量％以上 5 重量％以下であり、平均粒径が 2 5 μ m以下であるシリカが全シリカ中の 7 0重量％以上を占める半導体封止用ェ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、 1 5 0 °C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、及ぴ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。発明を実施するための最良の形態

本発明の半導体封止用ェポキシ樹脂組成物に用いられるェポキシ樹脂 (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、ォリゴマー又はポリマーであり、その分子量おょぴ分子構造は特に限定するものではないが、例えば、ビスフエノール A型エポキシ樹脂、フエノールノポラック型ェポキシ榭脂、オルソクレゾールノボラック型ェポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジェン変性フヱノール型エポキシ榭脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリフエノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフエノールメタン型ェ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)

(1 )

(式中、 R R²、 R³、 R⁴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及ぴ dはそれぞれ 0〜3 の整数、 b及ぴ 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〜 1 00重量％、好ましくは 50〜1 00重量％、特に好ましくは 70〜 1 00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、 HTO Lが向上する点で好ましい。一般式（ 1 ) 中、 R R²、 R³、 R⁴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〜 2 85であり、軟化点は 50〜6 3°C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 A 1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 1 50〜200°C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 A 1の共晶のマイグレ—シヨ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 ) で表されるェ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 A 1の共晶のマイグレーションの促進を抑制して、 H T O L特性を向上させることができる。

本発明の半導体封止用ェポキシ榭脂組成物に用いられるフエノール系樹脂（B ) としては、 1分子内にフエノール性水酸基を 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、フエノールノポラック樹脂、クレゾールノボラック榭脂、ジシク口ペンタジェン変性フヱノール樹脂、テルペン変性フヱノール樹脂、フエノールァラルキル榭脂、ナフトールァラルキル樹脂等が挙げられる。フエノールァラルキル樹脂及びナフトールァラルキル樹脂は、フエ二レン骨格またはビフエ-レン骨格をそれぞれ有する樹脂が好ましい。

上記フエ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のアルキル基で、互いに同一又は異なっていてもよく、 e及ぴ 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。）で表されるフニノール樹脂、又は下記一般式（3 ) ；

(式中、 R⁹、 R^{1 D}、 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。）で表されるフエノール樹脂を全フエノール系樹脂（B) 中、 40〜： 1 00重量％、好ましくは 5 0〜 1 00重量％、特に好ましくは 70〜1 00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、 HTO Lが向上する点で好ましい。一般式（2) 中、 R ⁵、 R⁶、 R⁷、 R⁸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： πノール樹脂の水酸基当量は 1 90~2 1 0 であり、軟化点は 6 3〜70°Cである。また、一般式（3) 中、 R⁹、 R^l R¹¹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) で表されるフヱノール樹脂の水酸基当量は 1 6 5〜1 90であり、軟化点は 7 5〜90°Cである。フエノール樹脂として一般式（2) 及び/又は一般式（ 3)で表されるフヱ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、エポキシ基とフノ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—ジァザビシクロ（5 , 4， 0 ) ゥンデセン一 7等のアミン系化合物、 2—メチルイミダゾール等のィミダゾール化合物、トリフエ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。これらのシリ力は、 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力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 2 5 / m以下であるシリ力が全シリ力 ( D ) 中、 7 0重量％以上を占める。これにより H T O L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ゃ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 2 5 μ m以下であるシリカを全シリカ中、 7 0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 2 5 μ m以下であるシリカは、平均粒径が 1 5 μ m以下のものが好ましい。また、最大粒径としては、 7 5 111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、 64 μ m以上の粒子が 20重量％以下が好ましく、更に 1 0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 25 μ mを超えるもの、粒子径 7 5 μ m以上の割合が 2重量％を超えるもの、又は粒子径 6 4 m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 2 5 μ m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 8 0重量％以上であり、特に好ましくは 1 00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 5 μπι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（Ε) は、アルミニウム元素含有率が、ェ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. 2 5重量％未満では+ 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 HTO L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ユウムを配合させることは、特開平 1 0- 1 8 2 94 1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カ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。

アルミユウム元素を所定量配合させることで H TO Lが向上する理由は次ぎの通りである。金と A 1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 A 1元素を含むため、この A 1元素濃度の影響を受けて金と A 1の共晶の移動が起こり難くなる。また、樹脂組成物中に A 1元素を含むと高温保存下（H T S L ) において、金と A 1の共晶の成長を抑制することから、更に電流が流れる H T O L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 . 2 5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 2 5 μ m以下が好ましく、更に平均粒径が 1 5 μ m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、 7 5 μ m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、 6 4 μ m以上の粒子が 2 0重量％以下が好ましく、更に 1 0重量％以下が好ましい。小径粒子としては、 1 μ m以下の粒子が 2 0重量％以下が好ましく、更に 1 0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 H T O L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 2 5 m以下、特に 2 Ο μ πι以下、更に 1 0 μ m以下のものが好ましい。また、最大粒径としては、 7 5 m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、 6 4 m以上の粒子が 2 0重量％以下が好ましく、更に 1 0重量％以下が好ましい。小径粒子としては、 0 .

5 μ m以下の粒子が 3 0重量％以下が好ましく、更に 1 5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ぴ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。

アルミナ及ぴ水酸化アルミニゥムの平均粒径及び粒度分布を上記範囲とすると H T O Lが向上する理由は次ぎの通りである。前述の通り、ァルミニゥ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、一且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、 H T O L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ぴ Z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 2 5 μ πι以下とすることで、アルミナ及ぴ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 2 5 μ mを超えると、ボンドリフトの原因となり、十分な H T O L 特性を発揮しない可能性がある。アルミナ及ぴ水酸化アルミニウムの平均粒径の下限値は 1 μ m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榭脂組成物には、更に、（F ) 2 5 °C で固形のシリコーンゴム及び又は 2 5 °C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、 H T O L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。 2 5 °C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、フエニル基、カルボキシル基、水酸基、アルキル基、ビュル基、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 _t 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ァ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ァ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。

2 5 °C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。 2 5 °C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、フエニル基、カルボキシル基、水酸基、アルキル基、ビュル基、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。ォ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、メチルク口口シラン、ジメチルジク口口シラン等の 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ァ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、またォルガノクロ口シランに各種官能基を有するァ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。

2 5 °Cで固形のシリコーンゴムと 2 5 °C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、 2 5 °Cで固形のシリコーンゴムと 2 5 °C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、 H T O L 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 2 5 μ m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力ップリング剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、ポリブタジェン系ゴム、 N B R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、 H T S Lにおける信頼性を低下させるため、 H T S L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。本発明のエポキシ榭脂組成物は、ミキサー等を用いて常温混合し、口ール、ニーダー、押し出し機等の混鍊機で溶融混鍊し、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ノレド、コンプレツシヨンモールド、インジェクションモーノレド等の成开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、 1 5 0 °C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、イダナイター、パヮ一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°Cと 4 5 °Cの 2本ロールを用いて混練し、冷却後粉枠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。

ビフヱ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 1 85、融点 1 05 °C)

フエノールァラルキル樹脂 2 ；式（3) で表されるフエノール樹脂

5. 35重量部

(三井化学（株）製 XL— 225、軟化点 79°C、水酸基当量 1 74) T P P ：トリフエニルホスフィン 0. 20重量部球状溶融シリカ B 86. 50重量部

(平均粒径 1 1 m、粒径 75 μ m以上の粒子の割合 0. 3重量％、粒径 64 μ m以上の粒子の割合 3重量％、比表面積 4. 8 mm²/ 球状アルミナ 1. 50重量部

(平均粒径 20 m、粒径 75 μ m以上の粒子の割合 0. 2重量％、粒径 64 μ m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重量部カノレナバヮックス 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：低圧トランスファ一成形機を用いて、 EMM I一 1 -66に準じたスパイラルフロー測定用金型に、金型温度 1 75°C、注入圧力 6. 9 MP a、硬化時間 1 20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（T g) ：トランスファー成形機を用いて、金型温度 1 75 °C、注入圧力 9. 8 MP a、硬化時間 1 80秒で、 1 0mmx4m mx 4 mmの試験片を成形し、ボストキユアとして 1 75 °Cで 8時間処理した後、昇温速度 5°C/分で TMA分析した。得られた TMA曲線の 60°C、及び 240°C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ッ（株）製 TMA— 1 00を用いた。単位は。 Cである。

曲げ強さ及び曲げ弾性率：トランスファ成形機を用いて、金型温度 1 75°C、圧力 9. 8MP a、硬化時間 1 20秒で、長さ 80 mm、幅 1 0mm、厚さ 4 mmの試験片を成形し、ポストキユアとして 1 75 で 8時間加熱処理した後、 260 °Cでの曲げ強さ、曲げ弾性率を J I S K

69 1 1に準じて測定した。単位は、いずれも MP a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 1 75°C、注入圧力 9. 8 MP a、硬化時間 1 20 sで直径 50 mm、厚さ 3 mm の円盤状試験片を成形し、ポストキュアとして 1 75 °C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 1 75°C、注入圧力 8. 3 MP a、硬化時間 1 20秒で、 1 60ピン1^ ？を成形し、 1 75°C、 8時間で後硬化させた。 1 60ピン L Q F Pはパッケ一ジサイズ 24x24 mm、厚み 1 · 4 mm, シリコンチップサイズ 7. 0 7. 0 mm, リードフレ ^一ムは銅素材に銅のフラッシュメツ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 8 5°C、相対湿度 8 5 %の環境下で 7 2時間（ 1 0ケ）、並びに 1 6 8時間（ 1 0ケ）加湿処理し、その後 2 6 0°Cの半田槽に 1 0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) X 1 00] 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 1 75°C、圧力 9. 8MP a、硬化時間 2分で、チップサイズ 3. 5 mmx 3. 5m mの 1 6 p S O Pを成形し、 1 7 5°C、 8時間で後硬化した後、 1 8 5 °C 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ケの平均値。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 1 7 5°C、圧力 9. 8 MP a 硬化時間 2分で、チップサイズ 3. 5 mmx 3. 5 m mの 1 6 p S O Pを成形し、 1 7 5 °C、 8時間で後硬化した後、ディジ一チェーンにつないだ両端に 0. 5 Aの直流電流を流し、この状態で 1 8 5 °C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 2 0 %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ケの平均値で示し、単位は時間である。

実施例 2〜： 1 1、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と同様にしてェポキシ榭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、 EO CN— 1020— 6 2、軟化点 62°C、水酸基当量 1 98 ァ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 °C、エポキシ当量 272

ジシクロペンタジェン型エポキシ樹脂：大日本インキ工業（株）製、 H P— 7200、軟化点 60°C、水酸基当量 263

B r化エポキシ樹脂：日本化薬（株）製、 BREN— S、軟化点 84°C、水酸基当量 273

フエノールノボラック型樹脂：軟化点 80°C、水酸基当量 1 04 フヱノールァラルキル樹脂 1 ：式（5) に示すフノール樹脂、軟化点 73°C、水酸基当量 200

DBU : 1, 8—ジァザビシクロ（5, 4, 0) ゥンデセン一 7 球状溶融シリカ A:平均粒径 8 μ m、粒径 75 μ m以上の粒子の割合 0. 5重量％、粒径 64 i m以上の粒子の割合 1重量％、比表面積 5. 4 m •球状溶融シリカ C ：平均粒径 1 8 μ m、粒径 7 5 μ m以上の粒子の割合 0. 1重量％、粒径 64 μ m以上の粒子の割合 4重量％、比表面積 3. 0 m²/ g

球状溶融シリカ D ：平均粒径 3 0 m, 粒径 7 5 μ m以上の粒子の割合 0. 8重量％、粒径64 111以上の粒子の割合1 2重量％、比表面積1. 3 m²/g

アルミナ：平均粒径 20 μ m, 粒径 7 5 μ m以上の粒子の割合 0 - 5重量％、粒径 64 μπι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 3 μ m、粒径 75 μ m以上の粒子の割合 0重量％、粒径 64 μ m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 1 2μπι)

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ぴにポリプロピレンエーテルの重合体がグラフトされ、かつポリェチレンエーテルならぴ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（アタリロニトリルとブタジエンの変性比率； 50 ： 50、平均粒径 3 /zm)

酸化亜鉛：平均粒径 0. 5 μ m

水酸化マグネシウム： Mg (OH) ₂、平均粒径 3 μηι 1表

g 施例

1 2 3 4 5 6 7 8 g 1 0 1 1 ビフエニル型エポキシ樹脂 5.65 4.71 3.60 4.27

オルソクレゾールノポラック型エポキシ樹脂 7.13 1.80

ァラルキル型エポキシ樹脂 9.28 2.02 2.85 7.20 1 1.17 9.92 1 1.17 9.92 ジシクロペンタジェン型エポキシ樹脂 3.60

Br化エポキシ樹脂 - 0.50 I

フエノールノボラック型樹脂 2.54 3.80 1.63 1.20

フエノールァラルキル樹脂 1 2.86 1.69 5,83 4.80 6.83 6.08 6.83 6.08 フエノールァラルキル樹脂 2 5.35 2.86 3.80

TPP 0.20 0.20 0.25 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20

DBU 0.15 0.15

球状溶融シリカ A 50.00 60.00

球状溶融シリカ B 86.50 20.00 77.50 20.00 20.00 20.00 20.00 球状溶融シリカ C 57.00 86.05 70.00 50.00 50.00 50.00 50.00 球状溶融シリカ D 23.00 16.00 16.05 8.50 5.00

アルミナ AI含有量 52.9% 2.00 7.50

球状アルミナ A1含有量 52.9¾ 1.50 4.00 5.00 5.00 5.00 5.00 5.00 水酸化アルミニウム AI含有量 36.0% 2.00 2.50 2.50 1.50 4.00 4.00 4.00 4.00 固形シリコーンゴム 2.00 2.00 1.00 液状シリコーンオイル 2.00 2.00 2.00 低応力化剤 1.00 rーグリシジルプロピルトリメトキシシラン 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 カルナバワックス 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 カーボンブラック 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30

AI含有率 wt% 0.79 2.12 0.72 1.06 4.87 3.55 0.54 4.09 4.09 4.09 4.09 スパイラルフロー cm 115 125 130 120 120 100 130 125 145 135 140 ガラス転移温度 (Tg) 。C 125 125 130 130 125 145 135 125 125 125 125 曲げ強さ (260°C) MPa 20.0 17.0 18.5 18.0 17.5 17.5 17.0 16.5 17.5 16.0 17.0 曲げ弾性率 (260°G) Pa 700 600 750 800 800 900 700 550 450 500 450 煮沸吸水率 wt¾ 0.16 0.16 0.17 0.16 0.16 0.16 0.17 0.17 0.18 0.17 0.18 耐半田性 C-72h/85°C/85% % 0 0 0 0 0 20 0 0 0 0 0

C-168h/85°C/85% % 20 0 30 40 10 100 100 0 10 0 10 高温保管特性 (HTSし） 1 85°C 時間 >1000 >1000 >1000 >1000 〉1000 720 >1000 >1000 >1000 〉1000 〉1000 高温動作特性 (HTOU 1 85°C 0. 5A 時間 60 72 54 48 72 72 56 108 96 108 96

第 2表

産業上の利用可能性

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ェ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

請求の範囲

1. (A) エポキシ樹脂、（B) フエノール系樹脂、（C) 硬化促進剤、 (D) シリカ、並びに（E) アルミナ及ぴ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 25 μ m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ェポキシ樹脂組成物。

2. 更に、（F) 25°Cで固形のシリコーンゴム及び/又は 25°C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ェポキシ樹脂組成物。

3. 下記一般式（1) ；

(1)

(式中、 R¹ R²、 R³、 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。

4. 下記一般式（2) ；

(式中、 R⁵、 R⁶、 R⁷、 R⁸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及ぴ hはそれぞれ 0〜3 の整数、 f 及ぴ gはそぞれ 0〜4の整数、 nは平均値で正数を示す。）で表されるフエノール樹脂、及ぴ Z又は

下記一般式（3) ；

(式中、 R⁹、 R^{l t}}、 R¹¹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及ぴ 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。）で表されるフエノール樹脂を全フエノール系樹脂（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ェポキシ樹脂組成物。

5. 前記アルミナ及ぴ水酸化アルミニウムの平均粒径が 25 /1 m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。

6. 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 _ώ

7. 150°C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。

8. 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。

9. 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。

1 0. 1 50°C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。