半導体封止用エポキシ樹脂組成物とその製造方法および半導体装置
【課題】ガラス転移温度の高い成形品を得ることができ、成形時の流動性に優れ、保存安定性も良好な半導体封止用エポキシ樹脂組成物とその製造方法および半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体封止のための成形材料として用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、４級ホスホニウム化合物、および無機充填剤を含有し、フェノール樹脂硬化剤として結晶性フェノール化合物を含有することを特徴としている。
【解決手段】半導体封止のための成形材料として用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、４級ホスホニウム化合物、および無機充填剤を含有し、フェノール樹脂硬化剤として結晶性フェノール化合物を含有することを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体封止のための成形材料として用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物とその製造方法および半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路などの半導体素子は、これを外部環境から保護して各種信頼性を確保するとともに基板への実装を容易にするためパッケージが必要である。パッケージには種々の形態があるが、一般には低圧トランスファ成形法で封止したパッケージが広く用いられている。
【０００３】
このパッケージの封止材料としてセラミックや熱硬化性樹脂が一般に用いられているが、近年では生産性、コストなどの面から樹脂封止が主流となり、エポキシ樹脂組成物が封止材料として広く用いられている。この理由としては、エポキシ樹脂組成物は電気特性、耐湿性、耐熱性、機械特性、インサート品との接着性などの諸特性のバランスが良く、経済性と性能とのバランスにも優れている点などが挙げられる。
【０００４】
従来、このようなエポキシ樹脂組成物として、エポキシ樹脂と、フェノールノボラック樹脂などのフェノール樹脂硬化剤と、溶融シリカなどの無機充填剤とを配合したものが一般に用いられている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１４３９５０号公報
【特許文献２】特開２０１０−０３１１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、パッケージの反りの低減や、半田リフロー工程などにおける信頼性の向上などの点から、ガラス転移温度（Ｔｇ）の高い成形品が求められる場合もある。一方、近年では半導体素子の薄型化やワイヤの細線化が進んでいることから、成形時の流動性は欠くことのできない特性である。
【０００７】
ところが、フェノール樹脂硬化剤としてフェノールノボラック樹脂などを用いた場合、成形時の流動性を確保し、かつガラス転移温度の高いものを得ることが難しい。さらに、半導体封止用エポキシ樹脂組成物には保存安定性が求められる。
【０００８】
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、ガラス転移温度の高い成形品を得ることができ、成形時の流動性に優れ、保存安定性も良好な半導体封止用エポキシ樹脂組成物とその製造方法および半導体装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、半導体封止のための成形材料として用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、４級ホスホニウム化合物、および無機充填剤を含有し、フェノール樹脂硬化剤として結晶性フェノール化合物を含有することを特徴としている。
【００１０】
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、結晶性フェノール化合物は、前記４級ホスホニウム化合物との溶融混合物であることが好ましい。
【００１１】
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、結晶性フェノール化合物は、融点１２０〜３００℃、分子量２５０〜３５０であることが好ましい。
【００１２】
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、結晶性フェノール化合物は、次式（I）または（II）：
【化１】
（式中、Ｒ4はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を示し、ｍは０〜２の整数、ｎは０〜２の整数を示し、水酸基ＯＨの合計数は前記結晶性フェノール化合物の全体として２〜３である。）
【化２】
（式中、Ｒ4およびＲ5はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を示し、ｍは０〜２の整数、ｎは０〜２の整数を示し、水酸基ＯＨの合計数は前記結晶性フェノール化合物の全体として２〜３である。）
で表されることが好ましい。
【００１３】
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、４級ホスホニウム化合物は、次式（III）または（IV）：
【化３】
（式中、４個のＲ1およびＲ2はそれぞれ独立に炭素数１〜１８の置換または非置換の炭化水素基を示す。）
【化４】
（式中、４個のＲ3はそれぞれ独立に炭素数１〜１８の置換または非置換の炭化水素基を示し、Ｚ-は１価の陰イオンを示す。）
で表されることが好ましい。
【００１４】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法は、前記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法であって、４級ホスホニウム化合物を融点以上の温度に加熱し、そこに結晶性フェノール化合物を添加した後、冷却して溶融混合物を調製する工程と、この溶融混合物を半導体封止用エポキシ樹脂組成物の他の成分と混練する工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の半導体装置は、前記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ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物とその製造方法および半導体装置によれば、ガラス転移温度の高い成形品を得ることができ、成形時の流動性に優れ、保存安定性も良好である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明について詳細に説明する。
【００１８】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂としては、１分子内にエポキシ基を２個以上有するモノマー、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ず各種のものを用いることができる。
【００１９】
具体的には、例えば、グリシジルエーテル型、グリシジルアミン型、グリシジルエステル型、オレフィン酸化型（脂環式）などの各種のエポキシ樹脂を用いることができる。
【００２０】
さらに具体的には、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など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、ビフェニレン骨格など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、ビフェニレン骨格など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など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型エポキシ樹脂など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などのブロム含有エポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸など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、フタル酸、ダイマー酸など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、硫黄原子含有エポキシ樹脂などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく２種以上を併用してもよい。
【００２１】
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、エポキシ樹脂中に含まれる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く、硬化性などを考慮すると、エポキシ樹脂のエポキシ当量は１００〜５００ｇ／ｅｑが好ましい。
【００２２】
これらの中でも、特に融点または軟化点が室温を超えているエポキシ樹脂を含むことが好ましい。例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量１８０〜２１０、融点８０〜１２０℃のものが好適に用いられ、流動性および耐リフロー性を高めることができる。クレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量１８０〜２１０、軟化点６０〜１１０℃のものが好適に用いられ、硬化性を高めることができる。
【００２３】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物におけるエポキシ樹脂の含有量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して好ましくは５〜２０質量％である。このような範囲で用いると、封止樹脂の流動性や成形品の物性などを高めることができる。
【００２４】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、フェノール樹脂硬化剤として結晶性フェノール化合物が配合される。
【００２５】
結晶性フェノール化合物は、融点１２０〜３００℃、分子量２５０〜３５０であることが好ましい。融点と分子量がこの範囲内のものを用いると、硬化物のガラス転移温度を高めることができる。
【００２６】
なお、融点は、例えば、市販の示差走査熱量計を用いて吸熱ピーク温度から求めることができる。
【００２７】
結晶性フェノール化合物は、前記の式（I）または（II）で表されるものが好ましい。具体的には、次の化合物（Ａ）〜（Ｄ）を用いることができる。
【化５】
【化６】
【化７】
【化８】
【００２８】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、硬化促進剤として４級ホスホニウム化合物が配合される。
【００２９】
４級ホスホニウム化合物は、前記の式（III）または（IV）で表されるものが好ましい。
【００３０】
式（III）のＲ1およびＲ2、および式（IV）のＲ3において、置換または非置換の炭化水素基としては、置換または非置換の脂肪族炭化水素基および置換または非置換の芳香族炭化水素基を挙げることができる。
【００３１】
置換または非置換の脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｎ-ブチル基、ｓｅｃ-ブチル基、ｔｅｒｔ-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、アリル基、ビニル基などの脂肪族炭化水素基、およびそれらをアルキル基、アルコキシ基、アリール基、水酸基、アミノ基、およびハロゲン原子などで置換したものなどが挙げられる。
【００３２】
置換または非置換の脂肪族炭化水素基には、置換または非置換の脂環式炭化水素基も含まれる。置換または非置換の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロペンテニル基、およびシクロヘキセニル基などの脂環式炭化水素基、およびそれらをアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、水酸基、アミノ基、およびハロゲン原子などで置換したものなどが挙げられる。
【００３３】
置換または非置換の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、トリル基などのアリール基、ジメチルフェニル基、エチルフェニル基、ブチルフェニル基、ｔｅｒｔ−ブチルフェニル基などのアルキル基置換アリール基、メトキシフェニル基、エトキシフェニル基、ブトキシフェニル基、ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル基などのアルコキシ基置換アリール基などが挙げられ、これらはさらにアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子などで置換したものであってもよい。
【００３４】
式（IV）のＺ-は、１価の陰イオンであれば特に限定されないが、例えば、チオシアネートイオン、ベンゾトリアゾレートイオン、ヒドロキシドイオン、アセテートイオンなどが挙げられる。
【００３５】
式（III）で表わされる４級ホスホニウム化合物としては、例えば、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、メチルトリブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、メチルトリシアノエチルホスホニウムテトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、メチルトリブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、メチルトリシアノエチルホスホニウムテトラフェニルボレートなどが挙げられる。
【００３６】
式（IV）で表わされる４級ホスホニウム化合物としては、例えば、テトラフェニルホスホニウムチオシアネート、（４−メチルフェニル）トリフェニルチオシアネート、２，５−ヒドロキシトリフェニルホスホニウムチオシアネート、テトラブチルホスホニウムベンゾトリアゾレート、テトラブチルホスホニウムヒドロキシド、テトラブチルホスホニウムアセテート、テトラブチルホスホニウムハイドロジェンジフルオライド、テトラブチルホスホニウムジハイドロジェントリフルオライドなどが挙げられる。
【００３７】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物における４級ホスホニウム化合物の配合量は、硬化を促進し、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の流動性や保存安定性を損なわないようにすることなどを考慮すると、エポキシ樹脂１００質量部に対して、１０質量部以下が好ましく、０．０１〜１０質量部がより好ましく、０．５〜５質量部の範囲が特に好ましい。
【００３８】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造する際には、４級ホスホニウム化合物を融点以上の温度に加熱し、そこに結晶性フェノール化合物を添加した後、冷却して溶融混合物を予め調製する。そしてこの溶融混合物を半導体封止用エポキシ樹脂組成物の他の成分と混練する。
【００３９】
すなわち、本発明者らの検討によれば、結晶性フェノール化合物は融点が高く、そのため半導体封止用エポキシ樹脂組成物中に均一に溶融することは困難であった。そこで、４級ホスホニウム化合物を融点以上に加熱し、徐々に結晶性フェノール化合物を加えていくと、溶融した４級ホスホニウム化合物が溶媒として働き、これにより均一な溶融混合物を得ることができることを見出した。
【００４０】
そして、得られた溶融混合物を、エポキシ樹脂などの他の成分と混練して半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製することで、結晶性フェノール化合物を均一に分散することができ、これによりガラス転移温度が高くかつ成形時の流動性に優れ、保存安定性も良好な半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得ることができた。
【００４１】
溶融混合物における４級ホスホニウム化合物と結晶性フェノール化合物との混合比率は、質量比で１：１０〜１０：５が好ましい。この範囲内にすることで、結晶性フェノール化合物を半導体封止用エポキシ樹脂組成物中に均一に溶融することができ、結晶性フェノール化合物によってガラス転移温度を高めることができる。
【００４２】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、フェノール樹脂硬化剤として、結晶性フェノール化合物以外のものを配合することができる。このようなフェノール樹脂硬化剤としては、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、ナフトールノボラック樹脂などのノボラック型樹脂、フェニレン骨格また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、フェニレン骨格また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などのアラルキル型樹脂、トリフェノールメタン型樹脂などの多官能型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン型ナフトールノボラック樹脂などのジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦなどのビスフェノール型樹脂、ビスフェノールＳなどの硫黄原子含有型フェノール樹脂、トリアジン変性ノボラック樹脂などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００４３】
中でも、結晶性フェノール化合物とともにノボラック型樹脂を配合することで、硬化物の物性のバランスを保つことができる。このようなノボラック型樹脂としては、水酸基当量７０〜２５０ｇ／ｅｑ、軟化点５０〜１１０℃のものが好ましい。
【００４４】
フェノール樹脂硬化剤の配合量は、好ましくは、フェノール性水酸基とエポキシ基との当量比（ＯＨ基当量／エポキシ基当量）が０．５〜１．５となる量であり、より好ましくは当量比が０．８〜１．２となる量である。当量比がこのような範囲内であると、硬化性を高め、ガラス転移温度の低下を抑制し、耐湿信頼性を高めることができる。
【００４５】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、無機充填剤が配合される。無機充填剤としては、例えば、シリカ、アルミナ、窒化珪素、タルク、炭酸カルシウム、クレーなどを用いることができる。
【００４６】
無機充填剤のシリカとしては、例えば、溶融シリカ、結晶シリカなどを用いることができる。シリカは、得られる硬化物の線膨張係数を低減することができる。
【００４７】
シリカの中でも、溶融シリカを用いることが、高充填性および高流動性という点から好ましい。
【００４８】
溶融シリカとしては、球状溶融シリカ、破砕溶融シリカなどを用いることができる。中でも、流動性を考慮すると、球状溶融シリカを用いることが好ましい。
【００４９】
溶融シリカは、平均粒径が５〜７０μｍの範囲のものを用いることが好ましい。さらに、平均粒径が０．５〜２μｍの範囲のものを併用すると、流動性の向上という観点からさらに好ましい。
【００５０】
なお、平均粒径は、例えば、レーザ回折散乱式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。そして、平均粒径は、母集団から任意に抽出される試料を用い、上記測定装置を利用して測定し導出される値である。
【００５１】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物における無機充填剤の含有量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して７５〜９３質量％が好ましい。無機充填剤の含有量をこのような範囲内とすることで、成形時の流動特性を損なうことなく熱膨張などを抑制し耐半田性を高めることができる。
【００５２】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲内において、さらに他の成分を配合することができる。このような成分としては、例えば、シランカップリング剤、離型剤、着色剤などを用いることができる。
【００５３】
シランカップリング剤としては、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などのグリシドキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのメルカプトシラン、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などのアミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシランなどを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００５４】
離型剤としては、例えば、カルナバワックスなどの天然ワックス、ポリエチレンワックスなどの合成ワックス、ステアリン酸、モンタン酸、ステアリン酸亜鉛などの高級脂肪酸およびその金属塩、パラフィンなどを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００５５】
着色剤としては、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、ペリレンブラックなどを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００５６】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００５７】
前記のエポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、４級ホスホニウム化合物、無機充填剤、および必要に応じて他の成分を配合し、ミキサー、ブレンダーなどを用いて十分均一になるまで混合する。
【００５８】
このとき、４級ホスホニウム化合物と結晶性フェノール化合物は、予め調製した溶融混合物として配合する。
【００５９】
その後、熱ロールやニーダー等の混練機により加熱状態、例えば１００℃程度で混練し、これを室温に冷却した後、公知の手段により粉砕することにより半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造することができる。
【００６０】
このように、４級ホスホニウム化合物と結晶性フェノール化合物は、予め調製した溶融混合物として配合することにより、半導体封止用エポキシ樹脂組成物中に結晶性フェノール化合物が均一に分散し、保存安定性を高めることができる。
【００６１】
なお、半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、粉末状であってもよいが、取り扱いを容易にするために、成形条件に合うような寸法と質量に打錠したタブレットとしてもよい。
【００６２】
本発明の半導体装置は、上記のようにして得られた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止することにより製造することができる。
【００６３】
半導体素子としては、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、固体撮像素子などを用いることができる。
【００６４】
本発明の半導体装置のパッケージ形態としては、例えば、プラスチック・リード付きチップ・キャリヤ（ＰＬＣＣ）、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）、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）などの表面実装型のパッケージを挙げることができる。
【００６５】
このような表面実装型のパッケージは、例えば、リードフレームのダイパッド上に、ダイボンド材料の硬化物を介して半導体素子が固定される。半導体素子の電極パッドとリードフレームとの間は金線などのワイヤにより電気的に接続される。そして半導体素子は、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る。
【００６６】
この他、本発明の半導体装置のパッケージ形態としては、例えば、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）などのエリア実装型のパッケージを挙げることができる。このようなエリア実装型のパッケージは、例えば、回路基板上にダイボンド材料の硬化物を介して半導体素子が固定される。半導体素子の電極パッドと回路基板上の電極パッドとの間は金線等のワイヤにより電気的に接続される。そして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、回路基板の半導体素子が搭載された片面側のみが封止される。回路基板上の電極パッドは回路基板上の非封止面側の半田ボールと内部で接合される。
【００６７】
本発明の半導体装置は、例えば次のようにして製造される。例えば、半導体素子を搭載したリードフレーム、回路基板などを金型キャビティ内に設置した後、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を低圧トランスファ成形法、コンプレッション成形法、インジェクション成形法などの方法で成形硬化することができる。
【００６８】
低圧トランスファ成形法においては、半導体素子が搭載されたリードフレーム、回路基板等を金型のキャビティ内に配置した後、このキャビティ内に溶融状態のエポキシ樹脂組成物を所定の圧力で注入し、溶融したエポキシ樹脂組成物は、基板上の半導体素子を包み込みながらキャビティ内を流動し、キャビティ内に充満する。
【００６９】
このときの注入圧力は、エポキシ樹脂組成物や半導体装置の種類に応じて適宜に設定することができるが、例えば４〜７ＭＰａ、金型温度は、例えば１６０〜１９０℃、成形時間は、例えば３０〜３００秒に設定することができる。
【００７０】
次に、金型を閉じたまま後硬化（ポストキュア）を行った後、型開きして成形物すなわち半導体装置（パッケージ）を取り出す。このときの後硬化条件は、例えば１６０〜１９０℃で２〜８時間に設定することができる。
【実施例】
【００７１】
以下に、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、表１に示す配合量は質量部を表す。
【００７２】
表１に示す配合成分として、以下のものを用いた。
（エポキシ樹脂）
ビフェニル型エポキシ樹脂、三菱化学（株）製「ＹＸ４０００Ｈ」、エポキシ当量 １８７〜１９７ｇ／ｅｑ、融点１０５℃
（フェノール樹脂硬化剤）
フェノールノボラック樹脂Ａ、明和化成工業（株）製「Ｈ−４」、水酸基当量１０３〜１０７ｇ／ｅｑ、軟化点６７〜７５℃
フェノールノボラック樹脂Ｂ、明和化成工業（株）製「ＤＬ−９２」、水酸基当量１０５〜１０９ｇ／ｅｑ、軟化点８８〜９２℃
結晶性フェノール化合物Ａ、本州化学工業（株）製「ＢｉｓＰ−ＡＰ」、ビス（４−ヒドロキシフェニル）フェニルエタン（前記の化合物（Ｂ））
結晶性フェノール化合物Ｂ、北興化学工業（株）製「ＰＰＱ」、ジフェニルホスフィニルハイドロキノン（前記の化合物（Ａ））
（４級ホスホニウム化合物）
硬化促進剤Ａ、日本化学工業（株）製「ＰＸ−４ＢＴ」、テトラブチルホスホニウム・ベンゾトリアゾレート
硬化促進剤Ｂ、北興化学工業（株）製「ＴＰＰＭ−ＳＣＮ」、トリフェニルメチルホスホニウム・チオシアネート
（無機充填剤）
球状溶融シリカ
（シランカップリング剤）
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業（株）製「ＫＢＭ４０３」
（離型剤）
カルナバワックス
【００７３】
４級ホスホニウム化合物をオイルバスで融点以上に加熱し、徐々に結晶性フェノール化合物またはフェノールノボラック樹脂を５０質量％となるまで加え、溶融混合物を調製した。実施例１は硬化促進剤Ａと結晶性フェノール化合物Ａとの溶融混合物、実施例２、３は硬化促進剤Ａと結晶性フェノール化合物Ｂとの溶融混合物、実施例４は硬化促進剤Ｂと結晶性フェノール化合物Ｂとの溶融混合物、比較例１は硬化促進剤Ａとフェノールノボラック樹脂Ａとの混合物、比較例２は硬化促進剤Ａとフェノールノボラック樹脂Ｂとの溶融混合物を調製した。
【００７４】
次に、表１に示す各配合成分を、表１に示す割合で配合し、ミキサーで混合し均一化した後、１００℃に加熱したニーダーで混練して押し出し、冷却後、粉砕機で所定粒度に粉砕して粒状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。実施例１〜４および比較例１、２では、４級ホスホニウム化合物と結晶性フェノール化合物またはフェノールノボラック樹脂は、溶融混合物として配合した。比較例３では結晶性フェノール化合物を４級ホスホニウム化合物との溶融混合物としてではなく単独で配合した。冷却、粉砕後、圧縮によりタブレットを作製して評価に用いた。
【００７５】
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて次の評価を行った。
[半導体封止用エポキシ樹脂組成物の外観]
半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製したときの外観を目視で次の基準により評価した。
○：外観が均一。
×：外観が不均一。
【００７６】
[溶融粘度]
（株）島津製作所製高化式フローテスター（ＣＦＴ−５００Ｄ）を用い、１７５℃で測定した。
【００７７】
[溶融粘度増加率]
保存安定性の指標として、２５℃×７２ｈｒ放置した後の溶融粘度増加率を測定した。溶融粘度は（株）島津製作所製高化式フローテスター（ＣＦＴ−５００Ｄ）を用い、１７５℃で測定した。
【００７８】
[ガラス転移温度（Ｔｇ）]
半導体封止用エポキシ樹脂組成物を１７５℃の金型で所定の形状に成形後、１７５℃で６時間のポストキュアを行った。得られた成形品のＴｇをＴＭＡ法（Thermo-mechanical analysis）により測定した。
【００７９】
評価結果を表１に示す。
【表１】
【００８０】
表１より、フェノール樹脂硬化剤として結晶性フェノール化合物を配合し、４級ホスホニウム化合物との溶融混合物として配合した実施例１〜４は、ガラス転移温度の高い成形品を得ることができた。また溶融粘度も低く成形時の流動性に優れ、保存安定性も良好であった。
【００８１】
一方、結晶性フェノール化合物を配合しなかった比較例１、２はガラス転移温度が低下した。また結晶性フェノール化合物を４級ホスホニウム化合物との溶融混合物としてではなく単独で配合した比較例３は、保存安定性が大きく低下し、結晶性フェノール樹脂が融け残り均一なエポキシ樹脂組成物は得られなかった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体封止のための成形材料として用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物とその製造方法および半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路などの半導体素子は、これを外部環境から保護して各種信頼性を確保するとともに基板への実装を容易にするためパッケージが必要である。パッケージには種々の形態があるが、一般には低圧トランスファ成形法で封止したパッケージが広く用いられている。
【０００３】
このパッケージの封止材料としてセラミックや熱硬化性樹脂が一般に用いられているが、近年では生産性、コストなどの面から樹脂封止が主流となり、エポキシ樹脂組成物が封止材料として広く用いられている。この理由としては、エポキシ樹脂組成物は電気特性、耐湿性、耐熱性、機械特性、インサート品との接着性などの諸特性のバランスが良く、経済性と性能とのバランスにも優れている点などが挙げられる。
【０００４】
従来、このようなエポキシ樹脂組成物として、エポキシ樹脂と、フェノールノボラック樹脂などのフェノール樹脂硬化剤と、溶融シリカなどの無機充填剤とを配合したものが一般に用いられている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１４３９５０号公報
【特許文献２】特開２０１０−０３１１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、パッケージの反りの低減や、半田リフロー工程などにおける信頼性の向上などの点から、ガラス転移温度（Ｔｇ）の高い成形品が求められる場合もある。一方、近年では半導体素子の薄型化やワイヤの細線化が進んでいることから、成形時の流動性は欠くことのできない特性である。
【０００７】
ところが、フェノール樹脂硬化剤としてフェノールノボラック樹脂などを用いた場合、成形時の流動性を確保し、かつガラス転移温度の高いものを得ることが難しい。さらに、半導体封止用エポキシ樹脂組成物には保存安定性が求められる。
【０００８】
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、ガラス転移温度の高い成形品を得ることができ、成形時の流動性に優れ、保存安定性も良好な半導体封止用エポキシ樹脂組成物とその製造方法および半導体装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、半導体封止のための成形材料として用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、４級ホスホニウム化合物、および無機充填剤を含有し、フェノール樹脂硬化剤として結晶性フェノール化合物を含有することを特徴としている。
【００１０】
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、結晶性フェノール化合物は、前記４級ホスホニウム化合物との溶融混合物であることが好ましい。
【００１１】
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、結晶性フェノール化合物は、融点１２０〜３００℃、分子量２５０〜３５０であることが好ましい。
【００１２】
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、結晶性フェノール化合物は、次式（I）または（II）：
【化１】
（式中、Ｒ4はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を示し、ｍは０〜２の整数、ｎは０〜２の整数を示し、水酸基ＯＨの合計数は前記結晶性フェノール化合物の全体として２〜３である。）
【化２】
（式中、Ｒ4およびＲ5はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を示し、ｍは０〜２の整数、ｎは０〜２の整数を示し、水酸基ＯＨの合計数は前記結晶性フェノール化合物の全体として２〜３である。）
で表されることが好ましい。
【００１３】
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、４級ホスホニウム化合物は、次式（III）または（IV）：
【化３】
（式中、４個のＲ1およびＲ2はそれぞれ独立に炭素数１〜１８の置換または非置換の炭化水素基を示す。）
【化４】
（式中、４個のＲ3はそれぞれ独立に炭素数１〜１８の置換または非置換の炭化水素基を示し、Ｚ-は１価の陰イオンを示す。）
で表されることが好ましい。
【００１４】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法は、前記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法であって、４級ホスホニウム化合物を融点以上の温度に加熱し、そこに結晶性フェノール化合物を添加した後、冷却して溶融混合物を調製する工程と、この溶融混合物を半導体封止用エポキシ樹脂組成物の他の成分と混練する工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の半導体装置は、前記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ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物とその製造方法および半導体装置によれば、ガラス転移温度の高い成形品を得ることができ、成形時の流動性に優れ、保存安定性も良好である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明について詳細に説明する。
【００１８】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂としては、１分子内にエポキシ基を２個以上有するモノマー、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ず各種のものを用いることができる。
【００１９】
具体的には、例えば、グリシジルエーテル型、グリシジルアミン型、グリシジルエステル型、オレフィン酸化型（脂環式）などの各種のエポキシ樹脂を用いることができる。
【００２０】
さらに具体的には、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など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、ビフェニレン骨格など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、ビフェニレン骨格など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など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型エポキシ樹脂など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などのブロム含有エポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸など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、フタル酸、ダイマー酸など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、硫黄原子含有エポキシ樹脂などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく２種以上を併用してもよい。
【００２１】
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、エポキシ樹脂中に含まれる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く、硬化性などを考慮すると、エポキシ樹脂のエポキシ当量は１００〜５００ｇ／ｅｑが好ましい。
【００２２】
これらの中でも、特に融点または軟化点が室温を超えているエポキシ樹脂を含むことが好ましい。例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量１８０〜２１０、融点８０〜１２０℃のものが好適に用いられ、流動性および耐リフロー性を高めることができる。クレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量１８０〜２１０、軟化点６０〜１１０℃のものが好適に用いられ、硬化性を高めることができる。
【００２３】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物におけるエポキシ樹脂の含有量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して好ましくは５〜２０質量％である。このような範囲で用いると、封止樹脂の流動性や成形品の物性などを高めることができる。
【００２４】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、フェノール樹脂硬化剤として結晶性フェノール化合物が配合される。
【００２５】
結晶性フェノール化合物は、融点１２０〜３００℃、分子量２５０〜３５０であることが好ましい。融点と分子量がこの範囲内のものを用いると、硬化物のガラス転移温度を高めることができる。
【００２６】
なお、融点は、例えば、市販の示差走査熱量計を用いて吸熱ピーク温度から求めることができる。
【００２７】
結晶性フェノール化合物は、前記の式（I）または（II）で表されるものが好ましい。具体的には、次の化合物（Ａ）〜（Ｄ）を用いることができる。
【化５】
【化６】
【化７】
【化８】
【００２８】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、硬化促進剤として４級ホスホニウム化合物が配合される。
【００２９】
４級ホスホニウム化合物は、前記の式（III）または（IV）で表されるものが好ましい。
【００３０】
式（III）のＲ1およびＲ2、および式（IV）のＲ3において、置換または非置換の炭化水素基としては、置換または非置換の脂肪族炭化水素基および置換または非置換の芳香族炭化水素基を挙げることができる。
【００３１】
置換または非置換の脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｎ-ブチル基、ｓｅｃ-ブチル基、ｔｅｒｔ-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、アリル基、ビニル基などの脂肪族炭化水素基、およびそれらをアルキル基、アルコキシ基、アリール基、水酸基、アミノ基、およびハロゲン原子などで置換したものなどが挙げられる。
【００３２】
置換または非置換の脂肪族炭化水素基には、置換または非置換の脂環式炭化水素基も含まれる。置換または非置換の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロペンテニル基、およびシクロヘキセニル基などの脂環式炭化水素基、およびそれらをアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、水酸基、アミノ基、およびハロゲン原子などで置換したものなどが挙げられる。
【００３３】
置換または非置換の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、トリル基などのアリール基、ジメチルフェニル基、エチルフェニル基、ブチルフェニル基、ｔｅｒｔ−ブチルフェニル基などのアルキル基置換アリール基、メトキシフェニル基、エトキシフェニル基、ブトキシフェニル基、ｔｅｒｔ−ブトキシフェニル基などのアルコキシ基置換アリール基などが挙げられ、これらはさらにアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子などで置換したものであってもよい。
【００３４】
式（IV）のＺ-は、１価の陰イオンであれば特に限定されないが、例えば、チオシアネートイオン、ベンゾトリアゾレートイオン、ヒドロキシドイオン、アセテートイオンなどが挙げられる。
【００３５】
式（III）で表わされる４級ホスホニウム化合物としては、例えば、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、メチルトリブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、メチルトリシアノエチルホスホニウムテトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、メチルトリブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、メチルトリシアノエチルホスホニウムテトラフェニルボレートなどが挙げられる。
【００３６】
式（IV）で表わされる４級ホスホニウム化合物としては、例えば、テトラフェニルホスホニウムチオシアネート、（４−メチルフェニル）トリフェニルチオシアネート、２，５−ヒドロキシトリフェニルホスホニウムチオシアネート、テトラブチルホスホニウムベンゾトリアゾレート、テトラブチルホスホニウムヒドロキシド、テトラブチルホスホニウムアセテート、テトラブチルホスホニウムハイドロジェンジフルオライド、テトラブチルホスホニウムジハイドロジェントリフルオライドなどが挙げられる。
【００３７】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物における４級ホスホニウム化合物の配合量は、硬化を促進し、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の流動性や保存安定性を損なわないようにすることなどを考慮すると、エポキシ樹脂１００質量部に対して、１０質量部以下が好ましく、０．０１〜１０質量部がより好ましく、０．５〜５質量部の範囲が特に好ましい。
【００３８】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造する際には、４級ホスホニウム化合物を融点以上の温度に加熱し、そこに結晶性フェノール化合物を添加した後、冷却して溶融混合物を予め調製する。そしてこの溶融混合物を半導体封止用エポキシ樹脂組成物の他の成分と混練する。
【００３９】
すなわち、本発明者らの検討によれば、結晶性フェノール化合物は融点が高く、そのため半導体封止用エポキシ樹脂組成物中に均一に溶融することは困難であった。そこで、４級ホスホニウム化合物を融点以上に加熱し、徐々に結晶性フェノール化合物を加えていくと、溶融した４級ホスホニウム化合物が溶媒として働き、これにより均一な溶融混合物を得ることができることを見出した。
【００４０】
そして、得られた溶融混合物を、エポキシ樹脂などの他の成分と混練して半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製することで、結晶性フェノール化合物を均一に分散することができ、これによりガラス転移温度が高くかつ成形時の流動性に優れ、保存安定性も良好な半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得ることができた。
【００４１】
溶融混合物における４級ホスホニウム化合物と結晶性フェノール化合物との混合比率は、質量比で１：１０〜１０：５が好ましい。この範囲内にすることで、結晶性フェノール化合物を半導体封止用エポキシ樹脂組成物中に均一に溶融することができ、結晶性フェノール化合物によってガラス転移温度を高めることができる。
【００４２】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、フェノール樹脂硬化剤として、結晶性フェノール化合物以外のものを配合することができる。このようなフェノール樹脂硬化剤としては、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、ナフトールノボラック樹脂などのノボラック型樹脂、フェニレン骨格また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、フェニレン骨格また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などのアラルキル型樹脂、トリフェノールメタン型樹脂などの多官能型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン型ナフトールノボラック樹脂などのジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦなどのビスフェノール型樹脂、ビスフェノールＳなどの硫黄原子含有型フェノール樹脂、トリアジン変性ノボラック樹脂などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００４３】
中でも、結晶性フェノール化合物とともにノボラック型樹脂を配合することで、硬化物の物性のバランスを保つことができる。このようなノボラック型樹脂としては、水酸基当量７０〜２５０ｇ／ｅｑ、軟化点５０〜１１０℃のものが好ましい。
【００４４】
フェノール樹脂硬化剤の配合量は、好ましくは、フェノール性水酸基とエポキシ基との当量比（ＯＨ基当量／エポキシ基当量）が０．５〜１．５となる量であり、より好ましくは当量比が０．８〜１．２となる量である。当量比がこのような範囲内であると、硬化性を高め、ガラス転移温度の低下を抑制し、耐湿信頼性を高めることができる。
【００４５】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、無機充填剤が配合される。無機充填剤としては、例えば、シリカ、アルミナ、窒化珪素、タルク、炭酸カルシウム、クレーなどを用いることができる。
【００４６】
無機充填剤のシリカとしては、例えば、溶融シリカ、結晶シリカなどを用いることができる。シリカは、得られる硬化物の線膨張係数を低減することができる。
【００４７】
シリカの中でも、溶融シリカを用いることが、高充填性および高流動性という点から好ましい。
【００４８】
溶融シリカとしては、球状溶融シリカ、破砕溶融シリカなどを用いることができる。中でも、流動性を考慮すると、球状溶融シリカを用いることが好ましい。
【００４９】
溶融シリカは、平均粒径が５〜７０μｍの範囲のものを用いることが好ましい。さらに、平均粒径が０．５〜２μｍの範囲のものを併用すると、流動性の向上という観点からさらに好ましい。
【００５０】
なお、平均粒径は、例えば、レーザ回折散乱式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。そして、平均粒径は、母集団から任意に抽出される試料を用い、上記測定装置を利用して測定し導出される値である。
【００５１】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物における無機充填剤の含有量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の全量に対して７５〜９３質量％が好ましい。無機充填剤の含有量をこのような範囲内とすることで、成形時の流動特性を損なうことなく熱膨張などを抑制し耐半田性を高めることができる。
【００５２】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲内において、さらに他の成分を配合することができる。このような成分としては、例えば、シランカップリング剤、離型剤、着色剤などを用いることができる。
【００５３】
シランカップリング剤としては、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などのグリシドキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのメルカプトシラン、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などのアミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシランなどを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００５４】
離型剤としては、例えば、カルナバワックスなどの天然ワックス、ポリエチレンワックスなどの合成ワックス、ステアリン酸、モンタン酸、ステアリン酸亜鉛などの高級脂肪酸およびその金属塩、パラフィンなどを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００５５】
着色剤としては、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、ペリレンブラックなどを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００５６】
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００５７】
前記のエポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、４級ホスホニウム化合物、無機充填剤、および必要に応じて他の成分を配合し、ミキサー、ブレンダーなどを用いて十分均一になるまで混合する。
【００５８】
このとき、４級ホスホニウム化合物と結晶性フェノール化合物は、予め調製した溶融混合物として配合する。
【００５９】
その後、熱ロールやニーダー等の混練機により加熱状態、例えば１００℃程度で混練し、これを室温に冷却した後、公知の手段により粉砕することにより半導体封止用エポキシ樹脂組成物を製造することができる。
【００６０】
このように、４級ホスホニウム化合物と結晶性フェノール化合物は、予め調製した溶融混合物として配合することにより、半導体封止用エポキシ樹脂組成物中に結晶性フェノール化合物が均一に分散し、保存安定性を高めることができる。
【００６１】
なお、半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、粉末状であってもよいが、取り扱いを容易にするために、成形条件に合うような寸法と質量に打錠したタブレットとしてもよい。
【００６２】
本発明の半導体装置は、上記のようにして得られた半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止することにより製造することができる。
【００６３】
半導体素子としては、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、固体撮像素子などを用いることができる。
【００６４】
本発明の半導体装置のパッケージ形態としては、例えば、プラスチック・リード付きチップ・キャリヤ（ＰＬＣＣ）、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）、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）などの表面実装型のパッケージを挙げることができる。
【００６５】
このような表面実装型のパッケージは、例えば、リードフレームのダイパッド上に、ダイボンド材料の硬化物を介して半導体素子が固定される。半導体素子の電極パッドとリードフレームとの間は金線などのワイヤにより電気的に接続される。そして半導体素子は、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る。
【００６６】
この他、本発明の半導体装置のパッケージ形態としては、例えば、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）などのエリア実装型のパッケージを挙げることができる。このようなエリア実装型のパッケージは、例えば、回路基板上にダイボンド材料の硬化物を介して半導体素子が固定される。半導体素子の電極パッドと回路基板上の電極パッドとの間は金線等のワイヤにより電気的に接続される。そして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、回路基板の半導体素子が搭載された片面側のみが封止される。回路基板上の電極パッドは回路基板上の非封止面側の半田ボールと内部で接合される。
【００６７】
本発明の半導体装置は、例えば次のようにして製造される。例えば、半導体素子を搭載したリードフレーム、回路基板などを金型キャビティ内に設置した後、半導体封止用エポキシ樹脂組成物を低圧トランスファ成形法、コンプレッション成形法、インジェクション成形法などの方法で成形硬化することができる。
【００６８】
低圧トランスファ成形法においては、半導体素子が搭載されたリードフレーム、回路基板等を金型のキャビティ内に配置した後、このキャビティ内に溶融状態のエポキシ樹脂組成物を所定の圧力で注入し、溶融したエポキシ樹脂組成物は、基板上の半導体素子を包み込みながらキャビティ内を流動し、キャビティ内に充満する。
【００６９】
このときの注入圧力は、エポキシ樹脂組成物や半導体装置の種類に応じて適宜に設定することができるが、例えば４〜７ＭＰａ、金型温度は、例えば１６０〜１９０℃、成形時間は、例えば３０〜３００秒に設定することができる。
【００７０】
次に、金型を閉じたまま後硬化（ポストキュア）を行った後、型開きして成形物すなわち半導体装置（パッケージ）を取り出す。このときの後硬化条件は、例えば１６０〜１９０℃で２〜８時間に設定することができる。
【実施例】
【００７１】
以下に、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、表１に示す配合量は質量部を表す。
【００７２】
表１に示す配合成分として、以下のものを用いた。
（エポキシ樹脂）
ビフェニル型エポキシ樹脂、三菱化学（株）製「ＹＸ４０００Ｈ」、エポキシ当量 １８７〜１９７ｇ／ｅｑ、融点１０５℃
（フェノール樹脂硬化剤）
フェノールノボラック樹脂Ａ、明和化成工業（株）製「Ｈ−４」、水酸基当量１０３〜１０７ｇ／ｅｑ、軟化点６７〜７５℃
フェノールノボラック樹脂Ｂ、明和化成工業（株）製「ＤＬ−９２」、水酸基当量１０５〜１０９ｇ／ｅｑ、軟化点８８〜９２℃
結晶性フェノール化合物Ａ、本州化学工業（株）製「ＢｉｓＰ−ＡＰ」、ビス（４−ヒドロキシフェニル）フェニルエタン（前記の化合物（Ｂ））
結晶性フェノール化合物Ｂ、北興化学工業（株）製「ＰＰＱ」、ジフェニルホスフィニルハイドロキノン（前記の化合物（Ａ））
（４級ホスホニウム化合物）
硬化促進剤Ａ、日本化学工業（株）製「ＰＸ−４ＢＴ」、テトラブチルホスホニウム・ベンゾトリアゾレート
硬化促進剤Ｂ、北興化学工業（株）製「ＴＰＰＭ−ＳＣＮ」、トリフェニルメチルホスホニウム・チオシアネート
（無機充填剤）
球状溶融シリカ
（シランカップリング剤）
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業（株）製「ＫＢＭ４０３」
（離型剤）
カルナバワックス
【００７３】
４級ホスホニウム化合物をオイルバスで融点以上に加熱し、徐々に結晶性フェノール化合物またはフェノールノボラック樹脂を５０質量％となるまで加え、溶融混合物を調製した。実施例１は硬化促進剤Ａと結晶性フェノール化合物Ａとの溶融混合物、実施例２、３は硬化促進剤Ａと結晶性フェノール化合物Ｂとの溶融混合物、実施例４は硬化促進剤Ｂと結晶性フェノール化合物Ｂとの溶融混合物、比較例１は硬化促進剤Ａとフェノールノボラック樹脂Ａとの混合物、比較例２は硬化促進剤Ａとフェノールノボラック樹脂Ｂとの溶融混合物を調製した。
【００７４】
次に、表１に示す各配合成分を、表１に示す割合で配合し、ミキサーで混合し均一化した後、１００℃に加熱したニーダーで混練して押し出し、冷却後、粉砕機で所定粒度に粉砕して粒状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。実施例１〜４および比較例１、２では、４級ホスホニウム化合物と結晶性フェノール化合物またはフェノールノボラック樹脂は、溶融混合物として配合した。比較例３では結晶性フェノール化合物を４級ホスホニウム化合物との溶融混合物としてではなく単独で配合した。冷却、粉砕後、圧縮によりタブレットを作製して評価に用いた。
【００７５】
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて次の評価を行った。
[半導体封止用エポキシ樹脂組成物の外観]
半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製したときの外観を目視で次の基準により評価した。
○：外観が均一。
×：外観が不均一。
【００７６】
[溶融粘度]
（株）島津製作所製高化式フローテスター（ＣＦＴ−５００Ｄ）を用い、１７５℃で測定した。
【００７７】
[溶融粘度増加率]
保存安定性の指標として、２５℃×７２ｈｒ放置した後の溶融粘度増加率を測定した。溶融粘度は（株）島津製作所製高化式フローテスター（ＣＦＴ−５００Ｄ）を用い、１７５℃で測定した。
【００７８】
[ガラス転移温度（Ｔｇ）]
半導体封止用エポキシ樹脂組成物を１７５℃の金型で所定の形状に成形後、１７５℃で６時間のポストキュアを行った。得られた成形品のＴｇをＴＭＡ法（Thermo-mechanical analysis）により測定した。
【００７９】
評価結果を表１に示す。
【表１】
【００８０】
表１より、フェノール樹脂硬化剤として結晶性フェノール化合物を配合し、４級ホスホニウム化合物との溶融混合物として配合した実施例１〜４は、ガラス転移温度の高い成形品を得ることができた。また溶融粘度も低く成形時の流動性に優れ、保存安定性も良好であった。
【００８１】
一方、結晶性フェノール化合物を配合しなかった比較例１、２はガラス転移温度が低下した。また結晶性フェノール化合物を４級ホスホニウム化合物との溶融混合物としてではなく単独で配合した比較例３は、保存安定性が大きく低下し、結晶性フェノール樹脂が融け残り均一なエポキシ樹脂組成物は得られなかった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体封止のための成形材料として用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、４級ホスホニウム化合物、および無機充填剤を含有し、前記フェノール樹脂硬化剤として結晶性フェノール化合物を含有することを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
前記結晶性フェノール化合物は、前記４級ホスホニウム化合物との溶融混合物であることを特徴とする請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
前記結晶性フェノール化合物は、融点１２０〜３００℃、分子量２５０〜３５０であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
前記結晶性フェノール化合物は、次式（I）または（II）：
【化１】
（式中、Ｒ4はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を示し、ｍは０〜２の整数、ｎは０〜２の整数を示し、水酸基ＯＨの合計数は前記結晶性フェノール化合物の全体として２〜３である。）
【化２】
（式中、Ｒ4およびＲ5はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を示し、ｍは０〜２の整数、ｎは０〜２の整数を示し、水酸基ＯＨの合計数は前記結晶性フェノール化合物の全体として２〜３である。）
で表されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
前記４級ホスホニウム化合物は、次式（III）または（IV）：
【化３】
（式中、４個のＲ1およびＲ2はそれぞれ独立に炭素数１〜１８の置換または非置換の炭化水素基を示す。）
【化４】
（式中、４個のＲ3はそれぞれ独立に炭素数１〜１８の置換または非置換の炭化水素基を示し、Ｚ-は１価の陰イオンを示す。）
で表されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法であって、前記４級ホスホニウム化合物を融点以上の温度に加熱し、そこに前記結晶性フェノール化合物を添加した後、冷却して溶融混合物を調製する工程と、この溶融混合物を前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物の他の成分と混練する工程とを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の製造方法。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか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半導体素子が封止されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１】
半導体封止のための成形材料として用いられる半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、４級ホスホニウム化合物、および無機充填剤を含有し、前記フェノール樹脂硬化剤として結晶性フェノール化合物を含有することを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
前記結晶性フェノール化合物は、前記４級ホスホニウム化合物との溶融混合物であることを特徴とする請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
前記結晶性フェノール化合物は、融点１２０〜３００℃、分子量２５０〜３５０であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
前記結晶性フェノール化合物は、次式（I）または（II）：
【化１】
（式中、Ｒ4はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を示し、ｍは０〜２の整数、ｎは０〜２の整数を示し、水酸基ＯＨの合計数は前記結晶性フェノール化合物の全体として２〜３である。）
【化２】
（式中、Ｒ4およびＲ5はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を示し、ｍは０〜２の整数、ｎは０〜２の整数を示し、水酸基ＯＨの合計数は前記結晶性フェノール化合物の全体として２〜３である。）
で表されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
前記４級ホスホニウム化合物は、次式（III）または（IV）：
【化３】
（式中、４個のＲ1およびＲ2はそれぞれ独立に炭素数１〜１８の置換または非置換の炭化水素基を示す。）
【化４】
（式中、４個のＲ3はそれぞれ独立に炭素数１〜１８の置換または非置換の炭化水素基を示し、Ｚ-は１価の陰イオンを示す。）
で表されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の製造方法であって、前記４級ホスホニウム化合物を融点以上の温度に加熱し、そこに前記結晶性フェノール化合物を添加した後、冷却して溶融混合物を調製する工程と、この溶融混合物を前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物の他の成分と混練する工程とを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の製造方法。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか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半導体素子が封止されていることを特徴とする半導体装置。
【公開番号】特開２０１３−８７１３７（Ｐ２０１３−８７１３７Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２６１５５（Ｐ２０１１−２２６１５５）
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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