エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
【課題】 硬化性及び他の諸特性を低下させることなく高流動性、成形後や半田処理後の低そり、耐半田特性に優れたエリア実装型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を提供すること。
【解決手段】 （Ａ）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と（Ｂ）ビフェノール型又はビスフェノール型の結晶性エポキシ樹脂、（Ｃ）ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、（Ｄ）硬化促進剤、（Ｅ）無機充填剤、及び（Ｆ）トリアゾール環を有する化合物を必須成分とし、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が１０／９０〜９０／１０であり、（Ｅ）成分を全エポキシ樹脂組成物中に８０重量％以上、９４重量％以下の割合で含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び前記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。
【解決手段】 （Ａ）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と（Ｂ）ビフェノール型又はビスフェノール型の結晶性エポキシ樹脂、（Ｃ）ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、（Ｄ）硬化促進剤、（Ｅ）無機充填剤、及び（Ｆ）トリアゾール環を有する化合物を必須成分とし、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が１０／９０〜９０／１０であり、（Ｅ）成分を全エポキシ樹脂組成物中に８０重量％以上、９４重量％以下の割合で含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、及び前記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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置に関するものであり、特に、プリント配線板や金属リードフレームの片面に半導体素子を搭載し、その搭載面側の実質的に片面のみが樹脂封止されたエリア実装型半導体装置に好適に用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の小型化、軽量化、高機能化の市場動向において、半導体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、新規にエリア実装型半導体装置が開発され、従来構造の半導体装置から移行し始めている。エリア実装型半導体装置としては、ボールグリッドアレイ（以下、ＢＧＡという）、あるいは更に小型化を追求したチップサイズパッケージ（以下、ＣＳＰという）が代表的であるが、これらは従来のクワッドフラットパッケージ（以下、ＱＦＰという）、スモールアウトラインパッケージ（以下、ＳＯＰという）に代表される表面実装型半導体装置では限界に近づいている多ピン化・高速化への要求に対応するために開発されたものである。エリア実装型半導体装置の構造としては、ビスマレイミド・トリアジン（以下、ＢＴという）樹脂／銅箔回路基板に代表される硬質回路基板あるいはポリイミド樹脂フィルム／銅箔回路基板に代表されるフレキシブル回路基板の片面上に半導体素子を搭載し、その素子搭載面、即ち基板の片面のみが樹脂組成物等で成形・封止されている。また基板の素子搭載面の反対面には半田ボールを２次元的に並列して形成し、半導体装置を実装する回路基板との接合を行う特徴を有している。更に素子を搭載する基板としては、上記有機回路基板以外にもリードフレーム等の金属基板を用いる構造も考案されている。
【０００３】
これらエリア実装型半導体装置の構造は基板の素子搭載面のみを樹脂組成物で封止し、半田ボール形成面側は封止しないという片面封止の形態をとっている。ごく希に、リードフレーム等の金属基板等では、半田ボール形成面でも数十μｍ程度の封止樹脂層が存在することもあるが、素子搭載面では数百μｍから数ｍｍ程度の封止樹脂層が形成されるため、実質的に片面封止となっている。このため有機基板や金属基板と樹脂組成物の硬化物との間での熱膨張・熱収縮の不整合あるいは樹脂組成物の成形・硬化時の硬化収縮による影響により、これらの半導体装置では成形直後から反りが発生しやすい。また、これらの半導体装置を実装する回路基板上に半田接合を行う場合、エポキシ樹脂組成物の硬化物の吸湿により半導体装置内部に存在する水分が高温で急激に気化することによる応力で半導体装置にクラックが発生する。さらに、近年、環境問題から従来よりも高融点の無鉛半田の使用が増加しており、この半田の適用により実装温度を従来よりも約２０℃高くする必要があり、実装後の半導体装置の信頼性が現状より著しく低下する問題が生じている。このようなことからエポキシ樹脂組成物のレベルアップによる半導体装置の信頼性の向上要求が加速的に強くなってきており、樹脂の低粘度化と無機充填剤の高充填化、さらにはエポキシ樹脂組成物と基板の各部材との高密着性が求められている。
【０００４】
成形時に低粘度で高流動性を維持するために、溶融粘度の低い樹脂の使用（例えば、特許文献１参照。）や、また無機充填材の配合量を高めるために無機充填剤をシランカップリング剤で表面処理する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。しかしこれらは種々ある要求特性のいずれかのみを満足するものが多い。
また、従来から耐半田性の向上を目的として、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランやγ−（メタクリロキシプロピル）トリメトキシシラン等のシランカップリング剤をポキシ樹脂組成物中に添加し、基材との界面の接着性向上を図る検討がなされてきた。しかし近年、鉛フリーハンダに対応した実装時のリフロー温度の上昇により、これらのシランカップリング剤だけでは充分に対応できなくなっている。
その対処法として、アルコキシシランカップリング剤によりリードフレームの表面処理をする方法（例えば、特許文献３参照。）やチアゾール系化合物を添加した樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置（例えば、特許文献４参照。）などが提案されている。しかしながら、前者のシランカップリング剤は、熱時安定性が悪く耐半田処理において密着向上効果が低下する欠点があり、また、後者の化合物は分子量が大きく、また、不安定な結合（窒素―硫黄結合など）を数多く含んでいるため、成形後の封止樹脂中において分解する可能性が指摘されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１３０９１９号公報（第２〜１０頁）
【特許文献２】特開平８−２０６７３号公報（第２〜６頁）
【特許文献３】特開平６−３５００００号公報（第２〜５頁）
【特許文献４】特開２００２−２７５２４７号公報（第２〜７頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、反りが小さく、耐半田クラック性に優れた、エリア実装型半導体封止用に適したエポキシ樹脂組成物、およびこれを用いた半導体装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、
［１］（Ａ）一般式（１）で表されるエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（２）で表される結晶性エポキシ樹脂、（Ｃ）一般式（３）で表されるフェノール樹脂、（Ｄ）硬化促進剤、（Ｅ）無機充填剤、及び（Ｆ）トリアゾール環を有する化合物を必須成分とし、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が１０／９０〜９０／１０であり、（Ｅ）成分を全エポキシ樹脂組成物中に８０重量％以上、９４重量％以下の割合で含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【０００８】
【化９】
（一般式（１）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【０００９】
【化１０】
（一般式（２）中、Ｘは単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｒ２ＣＲ２−の中から選択される基。Ｒ１は水素又は炭素数１〜６のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ｍは０〜４の整数。Ｒ２は水素又は炭素数１〜４アルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。）
【００１０】
【化１１】
（一般式（３）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【００１１】
［２］ 前記トリアゾール環を有する化合物が一般式（４）で示される化合物である第［１］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【００１２】
【化１２】
（一般式（４）中、Ｒ１は水素原子、又は、メルカプト基、アミノ基、水酸基もしくはそれらの官能基が付加された炭化水素鎖を示す。）
【００１３】
［３］第［１］項］又は［２］項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、
【００１４】
［４］基板の片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみの封止に用いるものであって、
（Ａ）一般式（１）で表されるエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（２）で表される結晶性エポキシ樹脂、（Ｃ）一般式（３）で表されるフェノール樹脂、（Ｄ）硬化促進剤、（Ｅ）無機充填剤、及び（Ｆ）トリアゾール環を有する化合物を必須成分とし、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が１０／９０〜９０／１０であり、（Ｅ）成分を全エポキシ樹脂組成物中に８０重量％以上、９４重量％以下の割合で含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【００１５】
【化１３】
（一般式（１）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【００１６】
【化１４】
（一般式（２）中、Ｘは単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｒ２ＣＲ２−の中から選択される基。Ｒ１は水素又は炭素数１〜６のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ｍは０〜４の整数。Ｒ２は水素又は炭素数１〜４アルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。）
【００１７】
【化１５】
（一般式（３）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【００１８】
［５］ 前記トリアゾール環を有する化合物が一般式（４）で示される化合物である第［４］項記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【００１９】
【化１６】
（一般式（４）中、Ｒ１は水素原子、又は、メルカプト基、アミノ基、水酸基もしくはそれらの官能基が付加された炭化水素鎖を示す。）
【００２０】
［６］基板の片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみが第［４］又は［５］項記載のエポキシ樹脂組成物を用いて封止されてなることを特徴とするエリア実装型半導体装置、
である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に従うと、従来の技術では得られなかった反りが小さく、耐半田クラック性に優れ、エリア実装型半導体封止用に適したエポキシ樹脂組成物を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、（Ａ）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、（Ｂ）ビフェノール型又はビスフェノール型の結晶性エポキシ樹脂、（Ｃ）ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、（Ｄ）硬化促進剤、（Ｅ）無機充填剤、及び（Ｆ）トリアゾール環を有する化合物を必須成分とし、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が１０／９０〜９０／１０であり、（Ｅ）成分を全エポキシ樹脂組成物中に８０重量％以上、９４重量％以下の割合で含むことにより、反りが小さく、耐半田クラック性に優れ、特にエリア実装型半導体封止用に適したエポキシ樹脂組成物が得られるものである。
以下、各成分について詳細に説明する。
【００２３】
本発明で用いられる一般式（１）で表されるエポキシ樹脂は、エポキシ基間に疎水性で剛直なビフェニレン骨格を有しており、これを用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物は吸湿率が低く、ガラス転移温度（以下、Ｔｇという）を越えた高温域での弾性率が低く、半導体素子、有機基板、及び金属基板との密着性に優れる。また架橋密度が低い割には耐熱性が高いという特徴を有している。
一般式（１）中のｎは平均値で、１〜５の正数、好ましくは１〜３の正数である。ｎが下限値を下回るとエポキシ樹脂組成物の硬化性が低下する可能性がある。ｎが上限値を越えると粘度が高くなりエポキシ樹脂組成物の流動性が低下する可能性がある。一般式（１）で表されるエポキシ樹脂（Ａ）としては、例えばフェノールビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂などが挙げられるが、式（１）の構造であれば特に限定するものではない。
【００２４】
【化１７】
（一般式（１）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【００２５】
本発明に用いられる一般式（２）で示される結晶性エポキシ樹脂は、常温では結晶性の固体であるが、融点以上では極めて低粘度の液状となり、無機充填材を高充填化できるので、これを用いたエポキシ樹脂組成物は、耐半田性に優れる特性を有する。一般式（２）で表される結晶性エポキシ樹脂としては、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂などが挙げられるが、式（２）の構造であれば特に限定するものではない。
【００２６】
【化１８】
（一般式（２）中、Ｘは単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｒ２ＣＲ２−の中から選択される基。Ｒ１は水素又は炭素数１〜６のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ｍは０〜４の整数。Ｒ２は水素又は炭素数１〜４アルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。）
【００２７】
一般式（１）で示されるエポキシ樹脂（Ａ）と一般式（２）で示されるエポキシ樹脂（Ｂ）との配合の重量比［（Ａ）／（Ｂ）］は、１０／９０〜９０／１０、好ましくは重量比［（Ａ）／（Ｂ）］＝２０／８０〜７０／３０、特に好ましくは３０／７０〜５０／５０である。重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が下限値を下回るとエポキシ樹脂組成物の硬化物の低吸湿化ができず、一方、重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が上限値を超えると無機充填材の高充填化ができず低吸湿化及び高強度化が図れないため好ましくない。
【００２８】
また本発明では、一般式（１）で示されるエポキシ樹脂、及び一般式（２）で示される結晶性エポキシ樹脂を用いることによる特徴を損なわない範囲で、他のエポキシ樹脂を併用してもよい。併用できるエポキシ樹脂としては、分子内にエポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、及びポリマー全般を言う。例えば、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、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、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂（フェニレン骨格等を有する）、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、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種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。他のエポキシ樹脂を併用する場合の配合量としては、全エポキシ樹脂に対して、一般式（１）で示されるエポキシ樹脂と一般式（２）で示されるエポキシ樹脂との合計量が、７０〜１００重量％であることが好ましい。一般式（１）で示されるエポキシ樹脂と一般式（２）で示されるエポキシ樹脂との合計量が下限値を下回ると、吸湿率の増大、耐クラック性の低下が起こる可能性がある。
【００２９】
本発明で用いられる一般式（３）で示されるフェノール樹脂は、フェノール性水酸基間に疎水性で剛直なビフェニレン骨格を有しており、これを用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物は吸湿率が低く、Ｔｇを越えた高温域での弾性率が低く、半導体素子、有機基板、及び金属基板との密着性に優れる。また架橋密度が低い割には耐熱性が高いという特徴を有している。従って、このフェノール樹脂を用いた樹脂組成で封止された半導体装置は、耐クラック性に優れる。
一般式（３）中のｎは平均値で、１〜５の正数、好ましくは１〜３の正数である。ｎが下限値を下回るとエポキシ樹脂組成物の硬化性が低下する可能性がある。ｎが上限値を越えると、粘度が高くなりエポキシ樹脂組成物の流動性が低下する可能性がある。一般式（２）で示されるフェノール樹脂は、１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。
一般式（３）で示されるフェノール樹脂としては、例えばフェノールビフェニルアラルキル樹脂などが挙げられるが、式（３）の構造であれば特に限定するものではない。
【００３０】
【化１９】
（一般式（３）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【００３１】
本発明で用いられる一般式（３）で示されるフェノール樹脂を用いることによる特徴を損なわない範囲で他のフェノール樹脂を併用してもよい。併用する場合は、分子中にフェノール性水酸基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般で、極力低粘度のものを使用することが望ましく、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、フェノールアラルキル樹脂（フェニレン骨格を有する）、ナフトールアラルキル樹脂、トリフェノールメタン樹脂、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。半導体封止用エポキシ樹脂組成物としての耐湿信頼性を考慮すると、イオン性不純物であるＮａイオンやＣｌイオンが極力少ない方が好ましい。他のフェノール樹脂を併用する場合の配合量としては、全フェノール樹脂に対して、一般式（３）で示されるフェノール樹脂の配合量が、７０〜１００重量％であることが好ましい。一般式（３）で示されるフェノール樹脂の配合量が下限値を下回ると、吸湿率の増大、半田処理後の基材との密着性や耐半田性の低下が起こる可能性がある。
【００３２】
全エポキシ樹脂のエポキシ基とフェノール樹脂のフェノール性水酸基の当量比については、エポキシ基数／フェノール性水酸基数＝０．７〜１．５の範囲が好ましく、この範囲を外れると、樹脂組成物の硬化性の低下、或いは硬化物のガラス転移温度の低下、耐湿信頼性の低下等が生じる可能性があるので好ましくない。一般式（１）で示されるエポキシ樹脂及び一般式（２）で示されるエポキシ樹脂、一般式（３）で示されるフェノール樹脂とを組合せて用いた場合には、吸湿後の半田処理での耐クラック性、反り等の点で最も高い効果が得られる。
【００３３】
本発明に用いられる硬化促進剤としては、前記エポキシ樹脂とフェノール樹脂との架橋反応の触媒となり得るものを指し、例えば１、８−ジアザビシクロ（５、４、０）ウンデセン−７等のジアザビシクロアルケン及びその誘導体、トリブチルアミン、ベンジルジメチルアミン等のアミン化合物、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート塩等の有機リン系化合物、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。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。
【００３４】
本発明に用いられる無機充填材の種類については特に制限はなく、一般に封止材料に用いられているものを使用することができる。例えば溶融シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ、アルミナ、チタンホワイト、水酸化アルミニウム、タルク、クレー、ガラス繊維等が挙げられ、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。特に溶融シリカが好ましい。溶融シリカは、破砕状、球状のいずれでも使用可能であるが、配合量を高め、且つエポキシ樹脂組成物の溶融粘度の上昇を抑えるためには、球状シリカを主に用いる方がより好ましい。更に球状シリカの配合量を高めるためには、球状シリカの粒度分布をより広くとるよう調整することが望ましい。全無機充填材の配合量としては、成形性、信頼性のバランスから全エポキシ樹脂組成物中に８０重量％以上、９４重量％以下の割合で含まれることが好ましい。上記下限値を下回ると、成形硬化時の硬化収縮及び成形温度から室温までの熱収縮が増大するため反りが大きくなり、また吸湿率が増大するため耐半田クラック性が低下する可能性があるので好ましくない。また、上記上限値を越えると流動性が低下し成形性が悪くなる可能性があるので好ましくない。
【００３５】
本発明で用いられるトリアゾール環を含む化合物は、窒素原子を含んだ五員環構造を有する化合物である。トリアゾール環を含む化合物は樹脂組成物との親和性を改善し、半導体素子搭載面にある各部材との界面の剥離を抑える効果があるため、樹脂組成物の硬化物で半導体素子を封止してなる半導体装置の耐湿信頼性、耐半田特性を改善させる役割を果たす。従って、半導体装置の信頼性が向上する。本発明で用いられるトリアゾール環を含む化合物の配合量としては、特に限定するものではないが、基材との密着効果と樹脂の流動性の点から全エポキシ樹脂組成物中に０．０１重量％以上、２重量％以下の割合で含まれることが好ましい。
本発明で用いられるトリアゾール環を含む化合物としては、一般式（４）で示される化合物であることが好ましい。メルカプト基をまったく含んでいないと金属との反応性がないため、半導体装置の信頼性が向上しない可能性がある。このような化合物としては、具体的には下記のものが挙げられる。
【００３６】
【化２０】
【００３７】
本発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｆ）成分の他、必要に応じて臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチモン、リン化合物等の難燃剤、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、シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力成分、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、酸化防止剤等の各種添加剤を適宜配合してもよい。更に、必要に応じて無機充填材をカップリング剤やエポキシ樹脂あるいはフェノール樹脂で予め処理して用いてもよく、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、直接無機充填材に添加し、混合機を用いて処理する方法等がある。
本発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｆ）成分、その他の添加剤等を、キサーを用いて常温混合し、ロール、ニーダー等の押出機等の混練機で溶融混練し、冷却後粉砕して得られる。
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従来からの成形方法で硬化成形すればよい。特に本発明のエポキシ樹脂組成物は、エリア実装型半導体装置用に最適である。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明を実施例にて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。配合割合は重量部とする。
実施例１
エポキシ樹脂１：フェノールビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂（日本化薬（株）製、ＮＣ３０００Ｐ、エポキシ当量２７４、軟化点５８℃） １．５９重量部
エポキシ樹脂２：ビスフェノールＡ型結晶性エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＬ６８１０、エポキシ当量１７１、融点４５℃） ３．６９重量部
フェノール樹脂１：フェノールビフェニルアラルキル樹脂（明和化成（株）製、ＭＥＨ−７８５１ＳＳ、水酸基当量２０３、軟化点６５℃） ５．５２重量部
トリフェニルホスフィン ０．２０重量部
球状溶融シリカ（平均粒径３０μｍ） ８８．００重量部
【００３９】
式（５）で表される１，２，４−トリアゾール−５−チオール（試薬）
０．１０重量部
【化２１】
γ−グリシジルプロピルトリメトキシシラン ０．４０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
を、常温においてミキサーで混合し、７０〜１２０℃で２本ロールにより混練し、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方法で評価した。結果を表１に示す。
【００４０】
評価方法
スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒で測定した。単位はｃｍ。
【００４１】
パッケージ反り量：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間９０秒で、３５２ｐＢＧＡ（基板は厚さ０．５６ｍｍのビスマレイミド・トリアジン樹脂／ガラスクロス基板、半導体装置のサイズは３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ、半導体素子のサイズ１５ｍｍ×１５ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍ）を成形し、１７５℃、２時間で後硬化した。室温まで冷却後、パッケージのゲートから対角線方向に、表面粗さ計を用いて高さ方向の変位を測定し、変位差の最も大きい値をパッケージ反り量とした。単位はμｍ。
【００４２】
金線変形率：パッケージ反り量の評価で成形した３５２ｐＢＧＡパッケージを軟Ｘ線透視装置で観察し、金線の変形率を（流れ量）／（金線長）の比率で表した。単位は％。
【００４３】
耐半田性：パッケージ反り量の評価と同様にして３５２ｐＢＧＡを成形し、１７５℃、２時間で後硬化してサンプルを得た。各１０個のサンプルを別々に６０℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間と８５℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間加湿処理し、その後ＩＲリフロ−（２６０℃）で１０秒間処理した。超音波探傷装置を用いて観察し、内部クラック及び各種界面剥離の有無を調べた。不良パッケージの個数がｎ個であるとき、ｎ／１０と表示する。
【００４４】
実施例２〜１７、比較例１〜１０
表１〜表３の配合に従い、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を製造し、実施例１と同様にして評価した。評価結果を表１〜表３に示す。実施例１以外で用いた成分について、以下に示す。
エポキシ樹脂３：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−１０２０−５５、エポキシ当量１９６、軟化点５５℃）
【００４５】
フェノール樹脂２：式（６）で示されるフェノール樹脂（軟化点８７℃、水酸基当量２１０）
【化２２】
【００４６】
フェノール樹脂３：フェノールアラルキル樹脂（三井化学(株)，ＸＬＣ−ＬＬ，軟化点７５℃、水酸基当量１７５）
フェノール樹脂４：フェノールノボラック樹脂（軟化点８０℃、水酸基当量１０５）
１、８−ジアザビシクロ（５、４、０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵと略す）
【００４７】
式（７）で表される３−アミノ−１，２，４−トリアゾール−５−チオール（試薬）
【化２３】
【００４８】
式（８）で表される３，５−ジメルカプト−１，２，４−トリアゾール（試薬）
【化２４】
【００４９】
式（９）で表される３−ヒドロキシ−１，２，４−トリアゾール−５−チオール（試薬）
【化２５】
【００５０】
式（１０）で表される５−メルカプト−１，２，４−トリアゾール−３−メタノール（試薬）
【化２６】
【００５１】
式（１１）で表される２−（４’−モルホリノジチオ）ベンゾチアゾール（川口化学）
【化２７】
γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン
【００５２】
【表１】
【００５３】
【表２】
【００５４】
【表３】
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明により得られる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いた半導体装置は反り量が小さく、また吸湿後の半田処理においても半導体素子搭載面にある各部材との剥離が発生しにくい特徴を有しているため耐半田クラック性に優れている。そのため、プリント配線板や金属リードフレームの片面に半導体素子を搭載し、その搭載面側の実質的に片面のみを樹脂封止されたいわゆるエリア実装型半導体装置に対して、本発明により得られる半導体封止用エポキシ樹脂を適用することで、その信頼性を格段に向上させることが可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置に関するものであり、特に、プリント配線板や金属リードフレームの片面に半導体素子を搭載し、その搭載面側の実質的に片面のみが樹脂封止されたエリア実装型半導体装置に好適に用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の小型化、軽量化、高機能化の市場動向において、半導体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、新規にエリア実装型半導体装置が開発され、従来構造の半導体装置から移行し始めている。エリア実装型半導体装置としては、ボールグリッドアレイ（以下、ＢＧＡという）、あるいは更に小型化を追求したチップサイズパッケージ（以下、ＣＳＰという）が代表的であるが、これらは従来のクワッドフラットパッケージ（以下、ＱＦＰという）、スモールアウトラインパッケージ（以下、ＳＯＰという）に代表される表面実装型半導体装置では限界に近づいている多ピン化・高速化への要求に対応するために開発されたものである。エリア実装型半導体装置の構造としては、ビスマレイミド・トリアジン（以下、ＢＴという）樹脂／銅箔回路基板に代表される硬質回路基板あるいはポリイミド樹脂フィルム／銅箔回路基板に代表されるフレキシブル回路基板の片面上に半導体素子を搭載し、その素子搭載面、即ち基板の片面のみが樹脂組成物等で成形・封止されている。また基板の素子搭載面の反対面には半田ボールを２次元的に並列して形成し、半導体装置を実装する回路基板との接合を行う特徴を有している。更に素子を搭載する基板としては、上記有機回路基板以外にもリードフレーム等の金属基板を用いる構造も考案されている。
【０００３】
これらエリア実装型半導体装置の構造は基板の素子搭載面のみを樹脂組成物で封止し、半田ボール形成面側は封止しないという片面封止の形態をとっている。ごく希に、リードフレーム等の金属基板等では、半田ボール形成面でも数十μｍ程度の封止樹脂層が存在することもあるが、素子搭載面では数百μｍから数ｍｍ程度の封止樹脂層が形成されるため、実質的に片面封止となっている。このため有機基板や金属基板と樹脂組成物の硬化物との間での熱膨張・熱収縮の不整合あるいは樹脂組成物の成形・硬化時の硬化収縮による影響により、これらの半導体装置では成形直後から反りが発生しやすい。また、これらの半導体装置を実装する回路基板上に半田接合を行う場合、エポキシ樹脂組成物の硬化物の吸湿により半導体装置内部に存在する水分が高温で急激に気化することによる応力で半導体装置にクラックが発生する。さらに、近年、環境問題から従来よりも高融点の無鉛半田の使用が増加しており、この半田の適用により実装温度を従来よりも約２０℃高くする必要があり、実装後の半導体装置の信頼性が現状より著しく低下する問題が生じている。このようなことからエポキシ樹脂組成物のレベルアップによる半導体装置の信頼性の向上要求が加速的に強くなってきており、樹脂の低粘度化と無機充填剤の高充填化、さらにはエポキシ樹脂組成物と基板の各部材との高密着性が求められている。
【０００４】
成形時に低粘度で高流動性を維持するために、溶融粘度の低い樹脂の使用（例えば、特許文献１参照。）や、また無機充填材の配合量を高めるために無機充填剤をシランカップリング剤で表面処理する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。しかしこれらは種々ある要求特性のいずれかのみを満足するものが多い。
また、従来から耐半田性の向上を目的として、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランやγ−（メタクリロキシプロピル）トリメトキシシラン等のシランカップリング剤をポキシ樹脂組成物中に添加し、基材との界面の接着性向上を図る検討がなされてきた。しかし近年、鉛フリーハンダに対応した実装時のリフロー温度の上昇により、これらのシランカップリング剤だけでは充分に対応できなくなっている。
その対処法として、アルコキシシランカップリング剤によりリードフレームの表面処理をする方法（例えば、特許文献３参照。）やチアゾール系化合物を添加した樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置（例えば、特許文献４参照。）などが提案されている。しかしながら、前者のシランカップリング剤は、熱時安定性が悪く耐半田処理において密着向上効果が低下する欠点があり、また、後者の化合物は分子量が大きく、また、不安定な結合（窒素―硫黄結合など）を数多く含んでいるため、成形後の封止樹脂中において分解する可能性が指摘されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１３０９１９号公報（第２〜１０頁）
【特許文献２】特開平８−２０６７３号公報（第２〜６頁）
【特許文献３】特開平６−３５００００号公報（第２〜５頁）
【特許文献４】特開２００２−２７５２４７号公報（第２〜７頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、反りが小さく、耐半田クラック性に優れた、エリア実装型半導体封止用に適したエポキシ樹脂組成物、およびこれを用いた半導体装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、
［１］（Ａ）一般式（１）で表されるエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（２）で表される結晶性エポキシ樹脂、（Ｃ）一般式（３）で表されるフェノール樹脂、（Ｄ）硬化促進剤、（Ｅ）無機充填剤、及び（Ｆ）トリアゾール環を有する化合物を必須成分とし、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が１０／９０〜９０／１０であり、（Ｅ）成分を全エポキシ樹脂組成物中に８０重量％以上、９４重量％以下の割合で含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【０００８】
【化９】
（一般式（１）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【０００９】
【化１０】
（一般式（２）中、Ｘは単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｒ２ＣＲ２−の中から選択される基。Ｒ１は水素又は炭素数１〜６のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ｍは０〜４の整数。Ｒ２は水素又は炭素数１〜４アルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。）
【００１０】
【化１１】
（一般式（３）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【００１１】
［２］ 前記トリアゾール環を有する化合物が一般式（４）で示される化合物である第［１］項記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【００１２】
【化１２】
（一般式（４）中、Ｒ１は水素原子、又は、メルカプト基、アミノ基、水酸基もしくはそれらの官能基が付加された炭化水素鎖を示す。）
【００１３】
［３］第［１］項］又は［２］項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、
【００１４】
［４］基板の片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみの封止に用いるものであって、
（Ａ）一般式（１）で表されるエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（２）で表される結晶性エポキシ樹脂、（Ｃ）一般式（３）で表されるフェノール樹脂、（Ｄ）硬化促進剤、（Ｅ）無機充填剤、及び（Ｆ）トリアゾール環を有する化合物を必須成分とし、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が１０／９０〜９０／１０であり、（Ｅ）成分を全エポキシ樹脂組成物中に８０重量％以上、９４重量％以下の割合で含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【００１５】
【化１３】
（一般式（１）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【００１６】
【化１４】
（一般式（２）中、Ｘは単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｒ２ＣＲ２−の中から選択される基。Ｒ１は水素又は炭素数１〜６のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ｍは０〜４の整数。Ｒ２は水素又は炭素数１〜４アルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。）
【００１７】
【化１５】
（一般式（３）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【００１８】
［５］ 前記トリアゾール環を有する化合物が一般式（４）で示される化合物である第［４］項記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物、
【００１９】
【化１６】
（一般式（４）中、Ｒ１は水素原子、又は、メルカプト基、アミノ基、水酸基もしくはそれらの官能基が付加された炭化水素鎖を示す。）
【００２０】
［６］基板の片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみが第［４］又は［５］項記載のエポキシ樹脂組成物を用いて封止されてなることを特徴とするエリア実装型半導体装置、
である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に従うと、従来の技術では得られなかった反りが小さく、耐半田クラック性に優れ、エリア実装型半導体封止用に適したエポキシ樹脂組成物を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、（Ａ）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、（Ｂ）ビフェノール型又はビスフェノール型の結晶性エポキシ樹脂、（Ｃ）ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、（Ｄ）硬化促進剤、（Ｅ）無機充填剤、及び（Ｆ）トリアゾール環を有する化合物を必須成分とし、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が１０／９０〜９０／１０であり、（Ｅ）成分を全エポキシ樹脂組成物中に８０重量％以上、９４重量％以下の割合で含むことにより、反りが小さく、耐半田クラック性に優れ、特にエリア実装型半導体封止用に適したエポキシ樹脂組成物が得られるものである。
以下、各成分について詳細に説明する。
【００２３】
本発明で用いられる一般式（１）で表されるエポキシ樹脂は、エポキシ基間に疎水性で剛直なビフェニレン骨格を有しており、これを用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物は吸湿率が低く、ガラス転移温度（以下、Ｔｇという）を越えた高温域での弾性率が低く、半導体素子、有機基板、及び金属基板との密着性に優れる。また架橋密度が低い割には耐熱性が高いという特徴を有している。
一般式（１）中のｎは平均値で、１〜５の正数、好ましくは１〜３の正数である。ｎが下限値を下回るとエポキシ樹脂組成物の硬化性が低下する可能性がある。ｎが上限値を越えると粘度が高くなりエポキシ樹脂組成物の流動性が低下する可能性がある。一般式（１）で表されるエポキシ樹脂（Ａ）としては、例えばフェノールビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂などが挙げられるが、式（１）の構造であれば特に限定するものではない。
【００２４】
【化１７】
（一般式（１）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【００２５】
本発明に用いられる一般式（２）で示される結晶性エポキシ樹脂は、常温では結晶性の固体であるが、融点以上では極めて低粘度の液状となり、無機充填材を高充填化できるので、これを用いたエポキシ樹脂組成物は、耐半田性に優れる特性を有する。一般式（２）で表される結晶性エポキシ樹脂としては、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂などが挙げられるが、式（２）の構造であれば特に限定するものではない。
【００２６】
【化１８】
（一般式（２）中、Ｘは単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｒ２ＣＲ２−の中から選択される基。Ｒ１は水素又は炭素数１〜６のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ｍは０〜４の整数。Ｒ２は水素又は炭素数１〜４アルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。）
【００２７】
一般式（１）で示されるエポキシ樹脂（Ａ）と一般式（２）で示されるエポキシ樹脂（Ｂ）との配合の重量比［（Ａ）／（Ｂ）］は、１０／９０〜９０／１０、好ましくは重量比［（Ａ）／（Ｂ）］＝２０／８０〜７０／３０、特に好ましくは３０／７０〜５０／５０である。重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が下限値を下回るとエポキシ樹脂組成物の硬化物の低吸湿化ができず、一方、重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が上限値を超えると無機充填材の高充填化ができず低吸湿化及び高強度化が図れないため好ましくない。
【００２８】
また本発明では、一般式（１）で示されるエポキシ樹脂、及び一般式（２）で示される結晶性エポキシ樹脂を用いることによる特徴を損なわない範囲で、他のエポキシ樹脂を併用してもよい。併用できるエポキシ樹脂としては、分子内にエポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、及びポリマー全般を言う。例えば、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、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、ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂（フェニレン骨格等を有する）、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、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種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。他のエポキシ樹脂を併用する場合の配合量としては、全エポキシ樹脂に対して、一般式（１）で示されるエポキシ樹脂と一般式（２）で示されるエポキシ樹脂との合計量が、７０〜１００重量％であることが好ましい。一般式（１）で示されるエポキシ樹脂と一般式（２）で示されるエポキシ樹脂との合計量が下限値を下回ると、吸湿率の増大、耐クラック性の低下が起こる可能性がある。
【００２９】
本発明で用いられる一般式（３）で示されるフェノール樹脂は、フェノール性水酸基間に疎水性で剛直なビフェニレン骨格を有しており、これを用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物は吸湿率が低く、Ｔｇを越えた高温域での弾性率が低く、半導体素子、有機基板、及び金属基板との密着性に優れる。また架橋密度が低い割には耐熱性が高いという特徴を有している。従って、このフェノール樹脂を用いた樹脂組成で封止された半導体装置は、耐クラック性に優れる。
一般式（３）中のｎは平均値で、１〜５の正数、好ましくは１〜３の正数である。ｎが下限値を下回るとエポキシ樹脂組成物の硬化性が低下する可能性がある。ｎが上限値を越えると、粘度が高くなりエポキシ樹脂組成物の流動性が低下する可能性がある。一般式（２）で示されるフェノール樹脂は、１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。
一般式（３）で示されるフェノール樹脂としては、例えばフェノールビフェニルアラルキル樹脂などが挙げられるが、式（３）の構造であれば特に限定するものではない。
【００３０】
【化１９】
（一般式（３）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【００３１】
本発明で用いられる一般式（３）で示されるフェノール樹脂を用いることによる特徴を損なわない範囲で他のフェノール樹脂を併用してもよい。併用する場合は、分子中にフェノール性水酸基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般で、極力低粘度のものを使用することが望ましく、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、フェノールアラルキル樹脂（フェニレン骨格を有する）、ナフトールアラルキル樹脂、トリフェノールメタン樹脂、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。半導体封止用エポキシ樹脂組成物としての耐湿信頼性を考慮すると、イオン性不純物であるＮａイオンやＣｌイオンが極力少ない方が好ましい。他のフェノール樹脂を併用する場合の配合量としては、全フェノール樹脂に対して、一般式（３）で示されるフェノール樹脂の配合量が、７０〜１００重量％であることが好ましい。一般式（３）で示されるフェノール樹脂の配合量が下限値を下回ると、吸湿率の増大、半田処理後の基材との密着性や耐半田性の低下が起こる可能性がある。
【００３２】
全エポキシ樹脂のエポキシ基とフェノール樹脂のフェノール性水酸基の当量比については、エポキシ基数／フェノール性水酸基数＝０．７〜１．５の範囲が好ましく、この範囲を外れると、樹脂組成物の硬化性の低下、或いは硬化物のガラス転移温度の低下、耐湿信頼性の低下等が生じる可能性があるので好ましくない。一般式（１）で示されるエポキシ樹脂及び一般式（２）で示されるエポキシ樹脂、一般式（３）で示されるフェノール樹脂とを組合せて用いた場合には、吸湿後の半田処理での耐クラック性、反り等の点で最も高い効果が得られる。
【００３３】
本発明に用いられる硬化促進剤としては、前記エポキシ樹脂とフェノール樹脂との架橋反応の触媒となり得るものを指し、例えば１、８−ジアザビシクロ（５、４、０）ウンデセン−７等のジアザビシクロアルケン及びその誘導体、トリブチルアミン、ベンジルジメチルアミン等のアミン化合物、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート塩等の有機リン系化合物、２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。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。
【００３４】
本発明に用いられる無機充填材の種類については特に制限はなく、一般に封止材料に用いられているものを使用することができる。例えば溶融シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ、アルミナ、チタンホワイト、水酸化アルミニウム、タルク、クレー、ガラス繊維等が挙げられ、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。特に溶融シリカが好ましい。溶融シリカは、破砕状、球状のいずれでも使用可能であるが、配合量を高め、且つエポキシ樹脂組成物の溶融粘度の上昇を抑えるためには、球状シリカを主に用いる方がより好ましい。更に球状シリカの配合量を高めるためには、球状シリカの粒度分布をより広くとるよう調整することが望ましい。全無機充填材の配合量としては、成形性、信頼性のバランスから全エポキシ樹脂組成物中に８０重量％以上、９４重量％以下の割合で含まれることが好ましい。上記下限値を下回ると、成形硬化時の硬化収縮及び成形温度から室温までの熱収縮が増大するため反りが大きくなり、また吸湿率が増大するため耐半田クラック性が低下する可能性があるので好ましくない。また、上記上限値を越えると流動性が低下し成形性が悪くなる可能性があるので好ましくない。
【００３５】
本発明で用いられるトリアゾール環を含む化合物は、窒素原子を含んだ五員環構造を有する化合物である。トリアゾール環を含む化合物は樹脂組成物との親和性を改善し、半導体素子搭載面にある各部材との界面の剥離を抑える効果があるため、樹脂組成物の硬化物で半導体素子を封止してなる半導体装置の耐湿信頼性、耐半田特性を改善させる役割を果たす。従って、半導体装置の信頼性が向上する。本発明で用いられるトリアゾール環を含む化合物の配合量としては、特に限定するものではないが、基材との密着効果と樹脂の流動性の点から全エポキシ樹脂組成物中に０．０１重量％以上、２重量％以下の割合で含まれることが好ましい。
本発明で用いられるトリアゾール環を含む化合物としては、一般式（４）で示される化合物であることが好ましい。メルカプト基をまったく含んでいないと金属との反応性がないため、半導体装置の信頼性が向上しない可能性がある。このような化合物としては、具体的には下記のものが挙げられる。
【００３６】
【化２０】
【００３７】
本発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｆ）成分の他、必要に応じて臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチモン、リン化合物等の難燃剤、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、シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力成分、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、酸化防止剤等の各種添加剤を適宜配合してもよい。更に、必要に応じて無機充填材をカップリング剤やエポキシ樹脂あるいはフェノール樹脂で予め処理して用いてもよく、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、直接無機充填材に添加し、混合機を用いて処理する方法等がある。
本発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｆ）成分、その他の添加剤等を、キサーを用いて常温混合し、ロール、ニーダー等の押出機等の混練機で溶融混練し、冷却後粉砕して得られる。
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従来からの成形方法で硬化成形すればよい。特に本発明のエポキシ樹脂組成物は、エリア実装型半導体装置用に最適である。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明を実施例にて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。配合割合は重量部とする。
実施例１
エポキシ樹脂１：フェノールビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂（日本化薬（株）製、ＮＣ３０００Ｐ、エポキシ当量２７４、軟化点５８℃） １．５９重量部
エポキシ樹脂２：ビスフェノールＡ型結晶性エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＬ６８１０、エポキシ当量１７１、融点４５℃） ３．６９重量部
フェノール樹脂１：フェノールビフェニルアラルキル樹脂（明和化成（株）製、ＭＥＨ−７８５１ＳＳ、水酸基当量２０３、軟化点６５℃） ５．５２重量部
トリフェニルホスフィン ０．２０重量部
球状溶融シリカ（平均粒径３０μｍ） ８８．００重量部
【００３９】
式（５）で表される１，２，４−トリアゾール−５−チオール（試薬）
０．１０重量部
【化２１】
γ−グリシジルプロピルトリメトキシシラン ０．４０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
を、常温においてミキサーで混合し、７０〜１２０℃で２本ロールにより混練し、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方法で評価した。結果を表１に示す。
【００４０】
評価方法
スパイラルフロー：ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒で測定した。単位はｃｍ。
【００４１】
パッケージ反り量：トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間９０秒で、３５２ｐＢＧＡ（基板は厚さ０．５６ｍｍのビスマレイミド・トリアジン樹脂／ガラスクロス基板、半導体装置のサイズは３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ、半導体素子のサイズ１５ｍｍ×１５ｍｍ、厚さ０．３５ｍｍ）を成形し、１７５℃、２時間で後硬化した。室温まで冷却後、パッケージのゲートから対角線方向に、表面粗さ計を用いて高さ方向の変位を測定し、変位差の最も大きい値をパッケージ反り量とした。単位はμｍ。
【００４２】
金線変形率：パッケージ反り量の評価で成形した３５２ｐＢＧＡパッケージを軟Ｘ線透視装置で観察し、金線の変形率を（流れ量）／（金線長）の比率で表した。単位は％。
【００４３】
耐半田性：パッケージ反り量の評価と同様にして３５２ｐＢＧＡを成形し、１７５℃、２時間で後硬化してサンプルを得た。各１０個のサンプルを別々に６０℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間と８５℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間加湿処理し、その後ＩＲリフロ−（２６０℃）で１０秒間処理した。超音波探傷装置を用いて観察し、内部クラック及び各種界面剥離の有無を調べた。不良パッケージの個数がｎ個であるとき、ｎ／１０と表示する。
【００４４】
実施例２〜１７、比較例１〜１０
表１〜表３の配合に従い、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を製造し、実施例１と同様にして評価した。評価結果を表１〜表３に示す。実施例１以外で用いた成分について、以下に示す。
エポキシ樹脂３：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−１０２０−５５、エポキシ当量１９６、軟化点５５℃）
【００４５】
フェノール樹脂２：式（６）で示されるフェノール樹脂（軟化点８７℃、水酸基当量２１０）
【化２２】
【００４６】
フェノール樹脂３：フェノールアラルキル樹脂（三井化学(株)，ＸＬＣ−ＬＬ，軟化点７５℃、水酸基当量１７５）
フェノール樹脂４：フェノールノボラック樹脂（軟化点８０℃、水酸基当量１０５）
１、８−ジアザビシクロ（５、４、０）ウンデセン−７（以下、ＤＢＵと略す）
【００４７】
式（７）で表される３−アミノ−１，２，４−トリアゾール−５−チオール（試薬）
【化２３】
【００４８】
式（８）で表される３，５−ジメルカプト−１，２，４−トリアゾール（試薬）
【化２４】
【００４９】
式（９）で表される３−ヒドロキシ−１，２，４−トリアゾール−５−チオール（試薬）
【化２５】
【００５０】
式（１０）で表される５−メルカプト−１，２，４−トリアゾール−３−メタノール（試薬）
【化２６】
【００５１】
式（１１）で表される２−（４’−モルホリノジチオ）ベンゾチアゾール（川口化学）
【化２７】
γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン
【００５２】
【表１】
【００５３】
【表２】
【００５４】
【表３】
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明により得られる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いた半導体装置は反り量が小さく、また吸湿後の半田処理においても半導体素子搭載面にある各部材との剥離が発生しにくい特徴を有しているため耐半田クラック性に優れている。そのため、プリント配線板や金属リードフレームの片面に半導体素子を搭載し、その搭載面側の実質的に片面のみを樹脂封止されたいわゆるエリア実装型半導体装置に対して、本発明により得られる半導体封止用エポキシ樹脂を適用することで、その信頼性を格段に向上させることが可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）一般式（１）で表されるエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（２）で表される結晶性エポキシ樹脂、（Ｃ）一般式（３）で表されるフェノール樹脂、（Ｄ）硬化促進剤、（Ｅ）無機充填剤、及び（Ｆ）トリアゾール環を有する化合物を必須成分とし、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が１０／９０〜９０／１０であり、（Ｅ）成分を全エポキシ樹脂組成物中に８０重量％以上、９４重量％以下の割合で含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化１】
（一般式（１）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【化２】
（一般式（２）中、Ｘは単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｒ２ＣＲ２−の中から選択される基。Ｒ１は水素又は炭素数１〜６のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ｍは０〜４の整数。Ｒ２は水素又は炭素数１〜４アルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。）
【化３】
（一般式（３）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【請求項２】
前記トリアゾール環を有する化合物が一般式（４）で示される化合物である請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化４】
（一般式（４）中、Ｒ１は水素原子、又は、メルカプト基、アミノ基、水酸基もしくはそれらの官能基が付加された炭化水素鎖を示す。）
【請求項３】
請求項１又は２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。
【請求項４】
基板の片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみの封止に用いるものであって、
（Ａ）一般式（１）で表されるエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（２）で表される結晶性エポキシ樹脂、（Ｃ）一般式（３）で表されるフェノール樹脂、（Ｄ）硬化促進剤、（Ｅ）無機充填剤、及び（Ｆ）トリアゾール環を有する化合物を必須成分とし、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が１０／９０〜９０／１０であり、（Ｅ）成分を全エポキシ樹脂組成物中に８０重量％以上、９４重量％以下の割合で含むことを特徴とするエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化５】
（一般式（１）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【化６】
（一般式（２）中、Ｘは単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｒ２ＣＲ２−の中から選択される基。Ｒ１は水素又は炭素数１〜６のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ｍは０〜４の整数。Ｒ２は水素又は炭素数１〜４アルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。）
【化７】
（一般式（３）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【請求項５】
前記トリアゾール環を有する化合物が一般式（４）で示される化合物である請求項４記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化８】
（一般式（４）中、Ｒ１は水素原子、又は、メルカプト基、アミノ基、水酸基もしくはそれらの官能基が付加された炭化水素鎖を示す。）
【請求項６】
基板の片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみが請求項４又は５記載のエポキシ樹脂組成物を用いて封止されてなることを特徴とするエリア実装型半導体装置。
【請求項１】
（Ａ）一般式（１）で表されるエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（２）で表される結晶性エポキシ樹脂、（Ｃ）一般式（３）で表されるフェノール樹脂、（Ｄ）硬化促進剤、（Ｅ）無機充填剤、及び（Ｆ）トリアゾール環を有する化合物を必須成分とし、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が１０／９０〜９０／１０であり、（Ｅ）成分を全エポキシ樹脂組成物中に８０重量％以上、９４重量％以下の割合で含むことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化１】
（一般式（１）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【化２】
（一般式（２）中、Ｘは単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｒ２ＣＲ２−の中から選択される基。Ｒ１は水素又は炭素数１〜６のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ｍは０〜４の整数。Ｒ２は水素又は炭素数１〜４アルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。）
【化３】
（一般式（３）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【請求項２】
前記トリアゾール環を有する化合物が一般式（４）で示される化合物である請求項１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化４】
（一般式（４）中、Ｒ１は水素原子、又は、メルカプト基、アミノ基、水酸基もしくはそれらの官能基が付加された炭化水素鎖を示す。）
【請求項３】
請求項１又は２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。
【請求項４】
基板の片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみの封止に用いるものであって、
（Ａ）一般式（１）で表されるエポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（２）で表される結晶性エポキシ樹脂、（Ｃ）一般式（３）で表されるフェノール樹脂、（Ｄ）硬化促進剤、（Ｅ）無機充填剤、及び（Ｆ）トリアゾール環を有する化合物を必須成分とし、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との重量比［（Ａ）／（Ｂ）］が１０／９０〜９０／１０であり、（Ｅ）成分を全エポキシ樹脂組成物中に８０重量％以上、９４重量％以下の割合で含むことを特徴とするエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化５】
（一般式（１）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【化６】
（一般式（２）中、Ｘは単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｒ２ＣＲ２−の中から選択される基。Ｒ１は水素又は炭素数１〜６のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ｍは０〜４の整数。Ｒ２は水素又は炭素数１〜４アルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。）
【化７】
（一般式（３）中、Ｒ１、Ｒ２は水素又は炭素数１〜４のアルキル基で、互いに同一でも異なっていてもよい。ａは０〜３の整数、ｂは０〜４の整数。ｎは平均値で、１〜５の正数。）
【請求項５】
前記トリアゾール環を有する化合物が一般式（４）で示される化合物である請求項４記載のエリア実装型半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【化８】
（一般式（４）中、Ｒ１は水素原子、又は、メルカプト基、アミノ基、水酸基もしくはそれらの官能基が付加された炭化水素鎖を示す。）
【請求項６】
基板の片面に半導体素子が搭載され、この半導体素子が搭載された基板面側の実質的に片面のみが請求項４又は５記載のエポキシ樹脂組成物を用いて封止されてなることを特徴とするエリア実装型半導体装置。
【公開番号】特開２００６−１７６５５５（Ｐ２００６−１７６５５５Ａ）
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３６８７１５（Ｐ２００４−３６８７１５）
【出願日】平成１６年１２月２１日（２００４．１２．２１）
【出願人】（０００００２１４１）住友ベークライト株式会社 (2,927)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２１日（２００４．１２．２１）
【出願人】（０００００２１４１）住友ベークライト株式会社 (2,927)
【Ｆターム（参考）】
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