| 【発明の名称】 |
封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】沢野 伸
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| 【要約】 |
【課題】高融点を維持したまま粘度を低下させることにより、耐リフロー性が良好で耐ブロッキング性に優れ、また硬化性や流動性といった成形性に優れる封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。
【解決手段】エポキシ樹脂成分、硬化剤及び充填材を含む封止用エポキシ樹脂組成物に関する。エポキシ樹脂成分として少なくとも下記構造式（Ａ）に示すエポキシ樹脂と、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂との混合溶融樹脂を含む。この混合溶融樹脂中における下記構造式（Ａ）に示すエポキシ樹脂の含有量が７０〜８０質量％、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂の含有量が２０〜３０質量％である。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 エポキシ樹脂成分、硬化剤及び充填材を含む封止用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂成分として少なくとも下記構造式（Ａ）に示すエポキシ樹脂と、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂との混合溶融樹脂を含み、この混合溶融樹脂中における下記構造式（Ａ）に示すエポキシ樹脂の含有量が７０〜８０質量％、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂の含有量が２０〜３０質量％であることを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物。
【化１】
【請求項２】 充填材としてシリカを含有して成ることを特徴とする請求項１に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】 充填材の含有量を８０〜９３質量％として成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】 エポキシ樹脂成分として、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂とビフェニル型エポキシ樹脂のうちの少なくともいずれかからなるものを、エポキシ樹脂成分全量に対して２０〜７０質量％配合して成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】 硬化剤として、フェノールアラルキル系樹脂を硬化剤全量に対して２０〜１００質量％配合して成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項６】 モルフォリンを０．０１〜１質量％配合して成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項７】 請求項１乃至６のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物にて封止して成ることを特徴とする半導体装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、封止用エポキシ樹脂組成物及びこの封止用樹脂組成物にて封止された半導体装置に関し、更に詳しくは、成形性と耐吸湿半田性に優れ、電子部品、半導体装置等の封止のために好適に用いることができる封止用エポキシ樹脂組成物及びこの封止用エポキシ樹脂組成物にて封止された半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ダイオード、トランジスタ、集積回路等の電気、電子部品や半導体装置等の封止方法として、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等による封止方法や、ガラス、金属、セラミックス等を用いたハーメチックシール法が採用されているが、近年では、信頼性の向上と共に大量生産性やコストメリットの高いエポキシ樹脂を用いた低圧トランスファ成形による樹脂封止が主流を占めつつある。
【０００３】このエポキシ樹脂を用いた封止法において、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂をエポキシ樹脂成分とし、フェノールノボラック型樹脂を硬化剤成分とする組成物からなる成形材料が最も一般的に使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、電子部品の小型化、薄型化に伴って、より低粘度の封止用エポキシ樹脂組成物が望まれるようになっている。また、近年は基板に対する電子部品の実装方式がピン実装方式から表面実装方式に移行しつつあるが、この表面実装方式では、実装時に電子部品のパッケージ全体が半田の溶融温度まで加熱されてしまうため、パッケージに対する熱衝撃や水分の膨脹によるパッケージクラックの発生が大きな問題となっている。更には、近年、半導体素子の高集積化や素子サイズの大型化、配線幅の微細化が急速に進展しており、このためパッケージクラックの問題が一層深刻化している。
【０００５】このようなパッケージクラックの発生を防止する方法としては、封止用エポキシ樹脂組成物に対するシリカの高充填化による、封止材の高強度化、低吸湿化、の方法があるが、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物では粘度の低下に限界があり、また充填材の充填量も７８〜８０質量％も添加すれば樹脂の粘度が急激に上昇し、成形時に素子の変位やボンディング用のワイヤが切断されるといった問題が生じるものである。
【０００６】またビフェニル型エポキシ樹脂やジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂を使用すれば容易に封止用エポキシ樹脂組成物の低粘度化が可能であるが、このような樹脂は高価であり、またこのような樹脂を用いて調製された樹脂組成物は粘度の低下に伴って融点も低下することにより成形時にボイドが発生しやすくなったり、材料がブロッキングを起こしたりするといった問題が発生してくる。またこれら樹脂を用いると樹脂組成物の硬化成形時における反応性が著しく低下し、成形時の脱型性や離型性に問題が生じてしまうものである。
【０００７】本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、高融点を維持したまま溶融粘度を低下させることにより、耐リフロー性が良好で耐ブロッキング性に優れ、また硬化性や流動性といった成形性に優れる封止用エポキシ樹脂組成物、及びこの封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止される半導体装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂成分、硬化剤及び充填材を含む封止用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂成分として少なくとも下記構造式（Ａ）に示すエポキシ樹脂と、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂との混合溶融樹脂を含み、この混合溶融樹脂中における下記構造式（Ａ）に示すエポキシ樹脂の含有量が７０〜８０質量％、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂の含有量が２０〜３０質量％であることを特徴とするものである。
【０００９】
【化２】
【００１０】また請求項２の発明は、請求項１において、充填材としてシリカを含有して成ることを特徴とするものである。
【００１１】また請求項３の発明は、請求項１又は２において、充填材の含有量を８０〜９３質量％として成ることを特徴とするものである。
【００１２】また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、エポキシ樹脂成分として、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂とビフェニル型エポキシ樹脂のうちの少なくともいずれかからなるものを、エポキシ樹脂成分全量に対して２０〜７０質量％配合して成ることを特徴とするものである。
【００１３】また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、硬化剤として、フェノールアラルキル系樹脂を硬化剤全量に対して２０〜１００質量％配合して成ることを特徴とするものである。
【００１４】また請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、モルフォリンを０．０１〜１質量％配合して成ることを特徴とするものである。
【００１５】また本発明の請求項７に係る半導体装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物にて封止して成ることを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】エポキシ樹脂成分としては、上記の構造式（Ａ）に示すエポキシ樹脂と、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂との混合溶融樹脂を必須成分とするものであり、この混合溶融樹脂中における上記構造式（Ａ）に示すエポキシ樹脂の含有量は７０〜８０質量％とし、またｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂の含有量は２０〜３０質量％とするものである。
【００１８】このような混合溶融樹脂は融点が１１９℃程度と高いことから、エポキシ樹脂組成物の融点を高く維持することができ、またエポキシ樹脂組成物の反応性を高く維持することができるものである。更には、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度を低減し、充填材の充填量を高くしても低い溶融粘度を維持することができるものである。
【００１９】またエポキシ樹脂成分としては、上記の混合溶融樹脂のほかに、従来から封止用エポキシ樹脂組成物のエポキシ樹脂成分として用いられているものを併用して用いることができ、例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、ｏ−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型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂、ナフタレン環を有するエポキシ樹脂等を挙げることができる。
【００２０】また、この全エポキシ樹脂成分中における、上記の混合溶融樹脂の含有量は、３０〜１００質量％とすることが好ましく、配合量がこの範囲に満たないと耐ブロッキング性を充分に向上することができなくなるおそれがある。
【００２１】更に、このエポキシ樹脂成分として、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂とビフェニル型エポキシ樹脂とのうちの少なくとも一方を配合すると共に、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂とビフェニル型エポキシ樹脂との配合量の総量が、エポキシ樹脂成分全量に対して２０〜７０質量％となるようにすると、封止樹脂の吸湿性を更に低減すると共に、密着性を更に向上することができる。ここでジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂とビフェニル型エポキシ樹脂とは融点が低いものであるが、上記の混合溶融樹脂を配合することによりエポキシ樹脂組成物の融点は高い温度に維持されるものである。このとき、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂とビフェニル型エポキシ樹脂との配合量の総量が上記の範囲に満たないと耐リフロー性の向上の効果が充分に得られないおそれがあり、また上記の範囲を超えると耐ブロッキング性の向上効果が充分に得られないおそれがある。
【００２２】上記のようなエポキシ樹脂成分の配合量の総量は、封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して６〜１９質量％の範囲とすることが好ましい。
【００２３】硬化剤としては、フェノールアラルキル樹脂、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、テルペン系骨格を有する化合物、ジシクロ骨格を有する化合物、ナフトールアラルキル樹脂等の、各種のフェノール化合物やナフトール化合物を用いることができる。このうち、特にフェノールアラルキル樹脂やナフトールアラルキル樹脂といったフェノールアラルキル系樹脂を、硬化剤全量に対して２０〜１００質量％配合すると、封止樹脂の吸湿性や熱時曲げ弾性を更に低減することができ、耐リフロー性を向上することができる。
【００２４】このような硬化剤は、封止用エポキシ樹脂組成物中に、エポキシ樹脂成分に対する当量比が０．５〜１．５、好ましくは、０．８〜１．２となるように配合することが好ましい。
【００２５】また硬化促進剤としては、トリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、ジアザビシクロウンデセン等の三級アミン類、２−トリメチルイミダゾール等、２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類を用いることができる。
【００２６】充填材としては、溶融シリカ、結晶シリカ、ケイ酸ジルコン、アルミナ、炭酸カルシウム、石英粉、酸化ジルコン、タルク、クレー、硫酸バリウム、アスベスト粉等を用いることができ、特に溶融シリカや結晶シリカといったシリカを用いることが好ましい。このような充填材は、封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して、８０〜９３質量％の範囲で含有させることが好ましく、このように充填材を高密度充填することにより、封止樹脂の耐リフロー性を更に向上することができるものである。このとき充填材の配合量が上記の範囲に満たないと耐リフロー性を充分に向上することができなくなるおそれがあり、またこの配合量が上記の範囲を超えるとエポキシ樹脂組成物の成形時の流動性が低下するおそれがある。
【００２７】また封止用エポキシ樹脂組成物には離型剤を配合することにより、離型性を向上させることができる。離型剤としてはカルナバワックス、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等を用いることができ、その配合量は封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．１〜１．０質量％とすることが好ましい。
【００２８】また、モルフォリンを封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．０１〜１質量％配合することが好ましく、このようにすると、封止樹脂の密着性を更に向上し、耐リフロー性を更に向上することができるものである。このモルフォリンの配合量が上記の範囲に満たないと封止樹脂とリードフレーム等との密着性が充分に得られなくなるおそれがあり、この範囲を超えるとエポキシ樹脂組成物の反応性（硬化性）が低下してしまうおそれがある。
【００２９】更に、イオン捕捉剤として、下記化学式（Ｂ）に示すものを配合することもでき、このようにすると、封止用エポキシ樹脂組成物中の不純イオンを低減して、封止樹脂の耐湿信頼性を更に向上することができる。このイオン捕捉剤の配合量は、封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して０．１〜１．０質量％とすることが好ましく、この範囲に満たないと封止用エポキシ樹脂組成物中の不純イオンの低減を図ることが困難となり、またこの範囲を超えると硬化特性に悪影響を及ぼすおそれがある。
Ｓｂ・Ｓｉv・Ｂｉw・Ｏx・（ＯＨ）y・（ＮＯ3）z・ｎＨ2Ｏ （Ｂ）
（式（Ｂ）中において、ｖ＝０〜０．３、ｗ＝０．５〜２．０、ｘ＝３．０〜５．０、ｙ＝０．４〜２．０、ｚ＝０．１〜０．５、ｎ＝１〜２）
また、必要に応じてγ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤、難燃剤、着色剤、シリコーン可とう剤等を添加することもできる。
【００３０】本発明の封止用エポキシ樹脂組成物を調製するにあたっては、調製される上記の各成分を所望の割合で配合したものを、ミキサー、ブレンダー等で均一に混合した後、ニーダーや加熱ロール等で加熱混練し、その後、冷却固化し、粉砕して粒状の封止用エポキシ樹脂組成物を得ることができるものである。
【００３１】このようにして調製される封止用エポキシ樹脂組成物は、高い融点を維持しつつ、低粘度化を達成することができて成形時のボイドの発生やブロッキングを抑制することができ、更に反応性が高く良好な硬化性を具備するものであり、このため高い成形性を有するものである。
【００３２】また、充填材を高充填させても低い粘度を維持することができ、成形性を維持しつつ、成形体に耐吸湿性を具備させると共に線膨脹係数を低減させて、耐リフロー性を向上することができるものである。
【００３３】封止用エポキシ樹脂組成物の硬化成形体を封止樹脂とする半導体装置の製造方法の一例を説明すると、例えば先ず４２アロイや銅等の金属製のリードフレーム上に、半導体素子をダイボンディングする。次にＡｕ等の細線ワイヤを用いたワイヤボンディング法等でリードフレームと半導体素子を結線する。次に本発明のエポキシ樹脂組成物を用いてトランスファー成形等により封止樹脂を成形し、半導体素子とワイヤを封止するものである。
【００３４】
【実施例】（実施例１〜６、比較例１〜３）各実施例及び比較例につき、表１に示す各配合材料を配合し、ブレンダーで３０分間混合し均一化した後、８０℃に加熱したニーダーで混練溶融させて押し出し、冷却後、目開き３ｍｍの金網にて粉砕して、更に１０メッシュの篩いにて分級することにより、粒状の封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
【００３５】ここで、表中の各成分のうち、混合溶融樹脂は、構造式（Ａ）に示すエポキシ樹脂を７０〜８０質量％の範囲で含み、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂を２０〜３０質量％の範囲で含む、東都化成株式会社製「ＺＸ１５９８Ａ」（エポキシ当量１８８；融点１１９℃；溶融粘度０．０４Ｐａ・ｓ）を、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂は住友化学工業株式会社製の「ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ」（エポキシ当量１９５；融点６０〜７０℃；溶融粘度２〜３Ｐａ・ｓ）を、ビフェニル型エポキシ樹脂は油化シェル・エポキシ株式会社製の「ＹＸ４０００Ｈ」（エポキシ当量１９５；融点１０５℃、但し結晶性樹脂のため、溶融時には融点が低下する；溶融粘度０．２Ｐａ・ｓ）を、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂は大日本インキ化学工業株式会社製の「ＨＰ７２００」（エポキシ当量２６４；融点５７〜６８℃）を、フェノールノボラック樹脂は群栄化学工業株式会社製の「ＰＳＭ６２００ＯＨ」（ＯＨ当量１０５）を、フェノールアラルキル樹脂は住金ケミカル株式会社製の「ＨＥ１００Ｃ１５」（ＯＨ当量１０５）を、ブロム化エポキシ樹脂は住友化学工業株式会社製の「ＥＳＢ４００」（エポキシ当量４００）を、それぞれ示す。
【００３６】（評価試験）
○耐リフロー性試験金属製のリードフレーム上に、評価用の半導体素子としてＴＥＧ（ｔｅｓｔｅｌｅｍｅｎｔｓ ｇｒｏｕｐ）をダイボンディングし、各実施例及び比較例にて調製した封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、金型温度１７５℃、成形時間１７５秒間の条件でトランスファー成形した後、１７５℃で６時間加熱することによりアフターキュアーを行って樹脂封止し、外形寸法１４ｍｍ×１４ｍｍ×２．４ｍｍの評価用の１２８ｐｉｎＱＦＰ（ｑｕａｄ ｆｌａｔ ｐａｃｋａｇｅ）を作製した。リードフレームとしては、４２アロイ製と銅製の二種類を用い、それぞれにつき評価用ＱＦＰを作製した。
【００３７】この評価用ＱＦＰに対して、ダイパット面を超音波探査装置により観察して剥離の有無を確認した後、８５℃／６０％ＲＨの条件で、１６８時間吸湿処理を行い、次いで、熱風リフロー炉にて２４０〜２４５℃の範囲で１０秒間、リフロー処理を施した。更に、この処理後の評価用ＱＦＰのダイパット面を超音波探査装置により観察して剥離の有無を確認し、また評価用ＱＦＰを切断し、断面を実体顕微鏡にて観察して、クラックの有無を確認した。
【００３８】各実施例及び比較例につき、試験に供した試料数に対する、ダイパット面の剥離やクラック発生の不良の発生した試料数にて、評価を行った。表１中に、分母に試験に供した試料数を、分子に不良が発生した試料数を示す。
【００３９】○ボイド発生評価耐リフロー性試験にて用いた評価用ＱＦＰに対して、封止樹脂内部を超音波探査装置により観察して、ボイドの発生数を確認した。このとき、４２アロイ製リードフレームを用いたものと銅製リードフレームを用いたものそれぞれにつき、１０個の試料中のボイドを観察して、全試料中における直径１ｍｍ以上のボイドの発生数の総量にて評価した。
【００４０】○成形性（硬化性、流動性）評価・硬化性評価各実施例及び比較例にて得られた封止用エポキシ樹脂組成物に対して、キュラストメーターにて、１７０℃で６０秒間加熱した際のキュラストメーターのトルクを測定した。
【００４１】・流動性評価各実施例及び比較例にて得られた封止用エポキシ樹脂組成物に対して、スパイラルフロー試験を行い、スパイラルフロー長さにて流動性を評価した。スパイラルフロー試験はＡＳＰＭ−Ｄ ３１２３に準拠して行い、金型温度１７０℃、供給圧力６．８６ＭＰａ（７０Ｋｇ／ｃｍ2）の条件で行った。
【００４２】○ブロッキング性評価各実施例及び比較例にて得られた封止用エポキシ樹脂組成物に対して、試料５０ｇに単位面積当たり１．９６ｋＰａ（２０ｇ／ｃｍ2）の荷重をかけた状態で、２５℃で２４時間放置した。この処理後の封止用エポキシ樹脂組成物を目開き４ｍｍの篩にてふるい分けして、篩上に残った試料重量を計量した。
【００４３】そして試験に供した試料に対する、篩上に残った試料の重量百分率にて、ブロッキング率を評価した。
【００４４】以上の結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】耐リフロー性が悪く流動性が低い比較例１や、硬化性及びブロッキング性が悪く、またボイドの発生量も多い比較例２，３に対して、実施例１〜６では、耐リフロー性、硬化性、流動性、ブロッキング性、ボイド発生数において、全てに良好な評価結果が得られ、優れた成形性を有することが確認された。
【００４７】
【発明の効果】上記のように本発明の請求項１に係る封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂成分、硬化剤及び充填材を含む封止用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂成分として少なくとも上記構造式（Ａ）に示すエポキシ樹脂と、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂との混合溶融樹脂を含み、この混合溶融樹脂中における上記構造式（Ａ）に示すエポキシ樹脂の含有量が７０〜８０質量％、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂の含有量が２０〜３０質量％であるため、このようにして調製される封止用エポキシ樹脂組成物は、高い融点を維持しつつ、低粘度化を達成することができて成形時のボイドの発生やブロッキングを抑制することができ、更に反応性が高く良好な硬化性を具備するものであり、このため高い成形性を有するものであり、また、充填材を高充填させても低い粘度を維持することができ、成形性を維持しつつ、成形体に耐吸湿性を具備させると共に線膨脹係数を低減させて、耐リフロー性を向上することができるものである。
【００４８】また請求項２の発明は、請求項１において、充填材としてシリカを含有するため、封止樹脂の耐吸湿性を向上すると共に、線膨脹率を低減して内部応力の発生を抑制し、耐リフロー性を更に向上することができるものである。
【００４９】また請求項３の発明は、請求項１又は２において、充填材の含有量を８０〜９３質量％とするため、このように充填材を高密度充填することにより封止樹脂の耐吸湿性を向上すると共に、線膨脹率を低減して内部応力の発生を抑制し、耐リフロー性を更に向上することができるものである。
【００５０】また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、エポキシ樹脂成分として、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂とビフェニル型エポキシ樹脂のうちの少なくともいずれかからなるものを、エポキシ樹脂成分全量に対して２０〜７０質量％配合するため、封止樹脂の吸湿性を更に低減すると共に、封止樹脂にて半導体装置を封止した際のダイパット面との密着性を更に向上することができ、耐リフロー性を更に向上することができるものである。
【００５１】また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、硬化剤として、フェノールアラルキル系樹脂を硬化剤全量に対して２０〜１００質量％配合するため、封止樹脂の吸湿性や弾性を更に低減することができ、耐リフロー性を更に向上することができるものである。
【００５２】また請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、モルフォリンを０．０１〜１質量％配合するため、封止樹脂にて半導体装置を封止した際のダイパット面との密着性を更に向上し、耐リフロー性を更に向上することができるものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８３２
【氏名又は名称】松下電工株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年２月２３日（２００１．２．２３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８７７６７
【弁理士】
【氏名又は名称】西川 惠清 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２４９５４２（Ｐ２００２−２４９５４２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年９月６日（２００２．９．６） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−４９１６９（Ｐ２００１−４９１６９） |
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