半導体封止装置および封止用樹脂組成物
【課題】耐リフロー性、耐湿性、および高温電気特性の優れた高信頼性の半導体封止装置およびこれに使用される封止用樹脂組成物を提供すること。
【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィン、（Ｄ）無機質充填剤、および（Ｅ）ハイドロタルサイトを必須成分として含有する封止用樹脂組成物の硬化物によって回路基板上に搭載された半導体チップとワイヤーを封止してなる半導体封止装置であって、前記回路基板と前記半導体チップとを接続するワイヤーが銅ワイヤーである半導体封止装置、およびこれに使用される封止用樹脂組成物。
【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィン、（Ｄ）無機質充填剤、および（Ｅ）ハイドロタルサイトを必須成分として含有する封止用樹脂組成物の硬化物によって回路基板上に搭載された半導体チップとワイヤーを封止してなる半導体封止装置であって、前記回路基板と前記半導体チップとを接続するワイヤーが銅ワイヤーである半導体封止装置、およびこれに使用される封止用樹脂組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体封止装置およびこれに用いる封止用樹脂組成物に関するものである。より詳しくは、半導体チップの各電極パッドと回路基板との接続が銅ワイヤーでなされている半導体封止装置、およびこれに用いる封止用樹脂組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子部品のプリント配線板への高密度実装化に伴い、半導体装置は、従来のピン挿入型のパッケージから、表面実装型のパッケージが主流になっている。表面実装型タイプのＩＣ、ＬＳＩ等は、高実装密度化した薄型、小型のパッケージになっており、素子のパッケージに対する占有体積も大きくなり、パッケージの肉厚は非常に薄くなってきている。また、素子の多機能化、大容量化によって、チップ面積の増大、多ピン化が進み、さらにはパッド数の増大によって、パッドピッチの縮小化とパッド寸法の縮小化、いわゆる狭パッドピッチ化も進んでいる。
【０００３】
また、さらなる小型軽量化に対応すべく、パッケージの形態もＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）といったものから、より多ピン化に対応しやすく、かつより高密度実装が可能なＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）やＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）へ移行しつつある。これらのパッケージは近年、高速化、多機能化を実現するために、フェースダウン型、積層（スタックド）型、フリップチップ型、ウェハーレベル型等、新しい構造のものが開発されている。この中で、積層（スタックド）型はパッケージ内部に複数のチップを積み重ねてワイヤーボンディングで接続する構造であり、機能の異なる複数のチップを一つのパッケージに搭載可能であるため、多機能化が可能となるものである。その一方で、半導体封止装置への低コスト化も求められている。従来から、半導体チップと回路基板の接続には金ワイヤーによる接合が行われているがコストが高いため、アルミニウム、銅のワイヤーによる接合が検討されている。
【０００４】
ところで半導体の封止分野において、高純度のエポキシ樹脂が望まれている。その理由として、エポキシ樹脂の中には製造に由来する加水分解塩素が含まれており、これによる回路の腐食、この加水分解塩素による銅ワイヤーとの接合部の不良、あるいは、吸湿水分による短絡が間題となっている。また、半導体パッケージは、樹脂封止のためにトランスファーモールドを行っているが、トランスファーモールドを行う際、注入樹脂が高粘度であるとワイヤー流れ（ワイヤーの変形）が生じ電気的なオープンやショートが生じる可能性がある。したがって、これらの問題点を解決した電気的特性に優れた信頼性の高いエポキシ樹脂が要求されている。
【０００５】
また、エポキシ樹脂のみならず、封止用樹脂組成物を構成するエポキシ樹脂以外の成分についても種々検討されている。例えば、特許文献１では、エポキシ樹脂及び硬化促進剤を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、酸化鉛、水酸化カルシウム、酸化亜鉛のうち少なくとも１種を含む半導体封止用エポキシ樹脂組成物が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１５７４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、一般的に硬化促進剤としてイミダゾール骨格を有する触媒が使用されるが、この場合、樹脂組成物の保存安定性が劣り、得られる半導体封止装置のリフロー性や耐湿性などの電気的な信頼性が低下するという不具合が発生してしまう。
また、特許文献１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、硬化促進剤としてトリフェニルホスフィンを用いているが、この場合においても、樹脂組成物の流動性および連続成形性が劣り、得られる半導体封止装置は、ワイヤー流れが生じてしまう問題点を有している。
本発明の目的は、このような従来の樹脂封止型半導体装置の欠点を改良することにあり、耐リフロー性、耐湿性、高温電気特性に優れた高信頼性の半導体封止装置およびこれに使用する封止用樹脂組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、次に示す封止用樹脂組成物が半導体封止装置の封止用樹脂として、従来の封止用樹脂組成物に比べ優れた特性を有することを見出し、さらにこれを用いることによって耐リフロー性、耐湿性および高温電気特性に優れた樹脂封止型半導体装置が得られることを見出した。
【０００９】
すなわち、本発明は、以下の半導体封止装置および封止用樹脂組成物を提供するものである。
［１］（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィン、（Ｄ）無機質充填剤、および（Ｅ）ハイドロタルサイトを必須成分として含有する封止用樹脂組成物の硬化物によって回路基板上に搭載された半導体チップとワイヤーを封止してなる半導体装置であって、前記回路基板と前記半導体チップとを接続するワイヤーが銅ワイヤーである半導体封止装置。
［２］前記（Ａ）エポキシ樹脂は、下記化学式（１）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂であり、その加水分解性塩素量が３００質量ｐｐｍ以下である［１］に記載の半導体封止装置。
【化１】
［３］［１］又は［２］に記載の半導体封止装置に使用する封止用樹脂組成物。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、耐リフロー性、耐湿性および高温電気特性に優れた半導体封止装置が得られる。また封止用樹脂組成物においては、力学的特性および前記信頼性を落とすことなしに、流動性や保存安定性を向上させることを特徴とする封止用樹脂組成物を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の半導体封止装置およびその半導体封止装置に使用する封止用樹脂組成物について説明する。
本発明の半導体封止装置は、半導体チップと回路基板との接合を銅ワイヤーで接合した後、封止用樹脂組成物を用いて封止したものである。当該半導体封止装置に使用する封止用樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィン、（Ｄ）無機質充填剤、および（Ｅ）ハイドロタルサイトを必須成分として含有する。
【００１２】
［半導体チップ］
本発明の半導体チップは、特に制限はなく、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、ダイオード等を挙げることができる。当該半導体チップの大きさは、用途・目的により適宜選択されるため、特に制限は無いが、好ましくは面積が２５ｍｍ2以上である。
【００１３】
［回路基板］
本発明の回路基板の材質としては、特に制限はないが、ビスマレイミドトリアジン、エポキシ、ポリイミド等の基板が好適に用いられる。また、回路基板の配線を形成する材質としては、アルミニウム、銅、銀、金、ニッケル等が挙げられる。配線は、エッチング又はパターンめっきによって形成される。また、配線の表面は、金、ニッケル、スズ等でめっき処理されていてもよい。
当該回路基板の厚さとしては、特に制限は無いが、好ましくは３０〜１０００μｍである。
【００１４】
［銅ワイヤー］
本発明の半導体封止装置では、上記の半導体チップと回路基板との接続するワイヤーとして銅ワイヤーを用いる。銅ワイヤーは、金ワイヤー以上の低い電気的抵抗を有し半導体封止装置の動作速度のような電気的な特性を向上させることができるだけでなく、金ワイヤーに比べて低コストである。
なお、本発明の銅ワイヤーの代わりに、銀及びゴールドを含むグループから選択された少なくとも一つの物質が銅と混合した銅合金ワイヤーを用いてもよい。以下、本発明における銅ワイヤーは、銅単独からなる銅ワイヤーだけでなく、上述の銅合金ワイヤーも含めたものをいう。
ここで、銅ワイヤーのワイヤー径は、特に制限は無いが、好ましくは２０〜５０μｍである。また、銅ワイヤーのワイヤーピッチも、特に制限は無いが、好ましくは３０〜８０μｍである。
【００１５】
［封止用樹脂組成物］
本発明の半導体封止装置に使用される封止用樹脂組成物としては、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィン、（Ｄ）無機質充填剤、および（Ｅ）ハイドロタルサイトを含有する。
硬化促進剤として、（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィンを用いることで、樹脂組成物の保存安定性を向上させ、トランスファーモールドを行う際、ワイヤー流れが生じ電気的なオープンやショートを防止することができる。
また、（Ｅ）ハイドロタルサイトを用いることで、不純物イオンを捕捉固定して除去することができる。
本発明の封止用樹脂組成物を用いることで、優れた耐リフロー性、耐湿性、高温電気特性を有する半導体封止装置を提供することができる。
以下、本発明の封止用樹脂組成物について詳述する。
【００１６】
〔エポキシ樹脂〕
【００１７】
本発明で用いる（Ａ）エポキシ樹脂としては、１分子当たり、２個以上のエポキシ基を有し、半導体封止用に一般に用いられるものであればよく、特に制限はない。例えば、ビスフェノールＡ型、ビフェノールＦ型、又はビフェノールＳ型等のビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン骨格を有する多官能のエポキシ樹脂、トリ又はテトラ（ヒドロキシフェニル）アルカンのエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等を挙げられる。
（Ａ）エポキシ樹脂の含有量は、半導体を十分に封止する観点から、全樹脂組成物に対して、好ましくは１〜３５質量％、より好ましくは１〜１５質量％、特に好ましくは３〜１０である。
これらの中でも、流動性、耐リフロー性の観点から、ビフェニル型エポキシ樹脂が好ましく、下記化学式（１）で示されるビフェニル型エポキシ樹脂が更に好ましい。
【００１８】
【化２】
【００１９】
上記のビフェニル型エポキシ樹脂の含有量は、樹脂組成物の流動性の観点から、全ての（Ａ）エポキシ樹脂に対して、好ましくは５０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、特に好ましくは１００質量％である。
【００２０】
また、当該（Ａ）成分のビフェニル型エポキシ樹脂における全塩素含有量は、好ましくは３００質量ｐｐｍ以下、より好ましくは２７０質量ｐｐｍ以下である。全塩素含有量が３００質量ｐｐｍ以下であることにより、優れた耐湿性を備えた半導体封止装置を提供することができる。さらに、同様に耐湿性の観点から、５０質量％エポキシ樹脂濃度における１２０℃、２０時間で熱水抽出した際の塩素濃度が、５質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
また、加水分解性塩素量が３００質量ｐｐｍ以下で、上記化学式（１）で表わされるビフェニル型エポキシ樹脂の含有量は、得られる封止用樹脂組成物の流動性や耐リフロー性の観点から、（Ａ）成分のビフェニル型エポキシ樹脂に対して、好ましくは７０質量％以上、より好ましくは８５質量％以上、特に好ましくは１００質量％である。
【００２２】
〔フェノール樹脂〕
本発明で用いる（Ｂ）フェノール樹脂としては、１分子当たり２個以上のフェノール性水酸基を有し、前記（Ａ）成分のビフェニル型エポキシ樹脂を硬化させるものであって、半導体封止用材料に一般に用いられるものであればよい。例えば、フェノールノボラック型樹脂、アラルキル型フェノール樹脂、クレゾールノボラック型樹脂、トリフェノールメタン型フェノール樹脂、ナフタレン型フェノール樹脂、シクロペンタジエン型フェノール樹脂、トリフェノールアルカン型のフェノール樹脂等を挙げられる。これらのフェノール樹脂は、単独又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２３】
本発明においては、半導体装置における信頼性を確保する観点から、（Ｂ）フェノール樹脂の１２０℃の温度で抽出される塩素イオンおよびナトリウムイオンは、前記（Ａ）エポキシ樹脂と同様に測定した場合、好ましくはいずれも１０質量ｐｐｍ以下、より好ましくは５質量ｐｐｍ以下である。
【００２４】
（Ｂ）フェノール樹脂の含有量は、（Ａ）成分を含むエポキシ樹脂中のエポキシ基１モルに対して、（Ｂ）成分のフェノール性水酸基の量が、好ましくは０．５〜１．６モル、より好ましくは０．６〜１．４モルとなるように調製される。（Ｂ）成分のフェノール性水酸基の量が０．５モル以上であれば、形成される硬化物のガラス転移温度が良好となり、１．６モル以下であれば、反応性が良好で充分な架橋密度を有し、強度の高い硬化物を形成することができる。
また、（Ｂ）フェノール樹脂の全樹脂組成物に対する含有量は、上記の観点から、好ましくは１〜３５質量％、より好ましくは１〜１５質量％、特に好ましくは３〜１０質量％である。
【００２５】
〔硬化促進剤〕
本発明の封止用樹脂組成物において、硬化促進剤として、（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィンを含有する。従来のイミダゾール、アミン等を硬化促進剤として用いた場合と比較すると、樹脂組成物の保存安定性を向上させ、耐リフロー性、耐湿性、および高温電気特性に優れた半導体封止装置を得ることができる。また、従来のトリフェニルホスフィンを硬化促進剤として用いた場合と比較すると、樹脂組成物の流動性および連続成形性を向上させ、トランスファーモールドを行う際、ワイヤー流れが生じ電気的なオープンやショートを防止することができる。
本発明において、（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィンに加えて、硬化促進剤として、他の有機ホスフィン化合物を併用してもよい。他の有機ホスフィン化合物としては、例えば、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリ（ノニルフェニル）ホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、ジブチルフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、ビス（ジフェニルホスフィノ）メタン、１，２−ビス（ジフェニルホスフィノ）エタン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィンテトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィントリフェニルボラン等が挙げられる。これらの有機ホスフィン化合物は単独又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２６】
（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィンを含む硬化促進剤の含有量は、全樹脂組成物に対して、好ましくは０．１〜２質量％、より好ましくは０．１〜１．５質量％、特に好ましくは０．１５〜１．２である。硬化促進剤の含有量が０．１質量％以上であれば、十分に硬化させることができ、一方、２質量％以下であれば、優れた流動性を発揮することができる。
また、（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィンの含有量は、（Ｃ）成分による上記効果を得るための観点から、全硬化促進剤に対して、好ましくは５０質量％以上、より好ましくは７５質量％以上、特に好ましくは１００質量％である。
【００２７】
〔無機充填剤〕
本発明の封止用樹脂組成物において、（Ｄ）無機充填剤を含有する。（Ｄ）成分の無機充填剤としては、ボールミル等で粉砕した溶融シリカや火炎溶融することで得られる球状シリカ、ゾルゲル法等で製造される球状シリカ、結晶シリカ、アルミナ、ボロンナイトライド、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、マグネシア、マグネシウムシリケート等が挙げられる。半導体素子が発熱の大きい素子の場合、熱伝導率ができるだけ大きく、かつ熱膨張係数の小さなアルミナ、ボロンナイトライド、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等を使用することが望ましい。また、これらを溶融シリカ等とブレンドして使用してもよい。
なお、無機充填剤の形状は特に限定されるものはなく、フレーク状、樹枝状、球状等の無機充填剤を単独又は混合して用いることができる。中でも、球状のものが、低粘度化、高充填化には最も望ましいものである。
【００２８】
（Ｄ）無機充填剤の配合量は、全樹脂組成物に対して、好ましくは５０〜９５質量％、より好ましくは７５〜９５質量％、特に好ましくは８５〜９２質量％である。当該無機充填剤の含有量が５０質量％以上であれば、膨張係数を充分に下げることができ、かつ吸水率も低下し、リフローの際の温度でバッケージにクラックが入りにくくなる。一方、９５質量％以下であれば、適度の溶融粘度を有し、成形性が良好となる。
【００２９】
〔ハイドロタルサイト〕
本発明の封止用樹脂組成物において、（Ｅ）ハイドロタルサイトを含有する。
本発明の封止用樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂は、製造過程において微量のナトリウムや塩素等の不純物イオンを含んでいる。ハイドロタルサイトを含有させることで、不純物イオンを捕捉固定し、除去することができる。このような不純物イオンを除去するために添加するイオン交換体としては、アンチモンやビスマスも考えられるが、アンチモン化合物は劇物に指定されており、ビスマスも同様に毒性を有するために環境への悪影響が指摘され始めており好ましくない。したがって、環境への悪影響面の観点からも、ハイドロタルサイトが好適である。
なお、不純物イオンを除去するために、封止用樹脂組成物中の原料自体の高純度化処理も併せて行うことがより好ましい。
【００３０】
ハイドロタルサイトは、元来下記式（２）表される粘土鉱物である。
Ｍｇ6Ａｌ2（ＯＨ）16ＣＯ3・４Ｈ2Ｏ・・・・・式（２）
近年、２価の金属陽イオン［Ｍ（ＩＩ）2+］、３価の金属陽イオン［Ｍ（ＩＩＩ）3+］およびｎ価の層間陰イオン（Ａn-）を含む下記式（３）で表される物質が、ハイドロタルサイト状物質、ハイドロタルサイト様化合物、ハイドロタルサイト構造体、あるいは単にハイドロタルサイトと呼称されるようになった。
［（Ｍ（ＩＩ）2+）1-X（Ｍ（ＩＩＩ）3+）X（ＯＨ-）2］X+（Ａn-x/n）・ｍＨ2Ｏ・・・・・式（３）
式（２）で表されるハイドロタルサイトは、「ＯＨ-（０．７５Ｍｇ2+、０．２５Ａｌ3+）ＯＨ-」がブルサイト層として面状の骨格をなし、その層間に負の電荷をもつ０．１２５ＣＯ32-と０．５Ｈ2Ｏとが挟まれた構造を有している。ブルサイト層内のＭｇ2+とＡｌ3+との比率は広い範囲で変えることができ、それにより、ブルサイト層内の正電荷の密度を制御することが可能である。
なお、本発明で使用する（Ｅ）ハイドロタルサイトとしては、上記式（２）で表されるもののみならず、上記式（３）で表されるハイドロタルサイト類の金属化合物も含むものとする。使用するハイドロタルサイトとしては、市販品のＤＨＴ−４Ａ（協和化学工業（株）製）等が好適である。
【００３１】
（Ｅ）ハイドロタルサイトの含有量は、全樹脂組成物に対して、好ましくは０．１〜２質量％、より好ましくは０．１５〜１質量％、特に好ましくは０．１５〜０．５０質量％である。含有量が０．１質量％以上あれば、不純物イオンの捕捉効果が十分な効果が得られ、また、２質量％以下であれば、含有量に比例して不純物イオンの捕捉効果が向上する。
【００３２】
〔カップリング剤〕
本発明の封止用樹脂組成物は、さらにカップリング剤を含有することが好ましい。カップリング剤としては、シランカップリング剤を用いることが好ましく、シランカップリング剤としては、例えば、１級アミノ基や２級アミノ基又は３級アミノ基を有するシラン化合物、エポキシシラン、メルカプトシラン、アルキルシラン、フェニルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン等の各種シラン系化合物、チタン系化合物、アルミニウムキレート類、アルミニウム／ジルコニウム系化合物等が挙げられる。
【００３３】
上記カップリング剤の中でも、充填性の観点から、２級アミノ基を有するシランカップリング剤が好ましい。２級アミノ基を有するシランカップリング剤は分子内に２級アミノ基を有するシラン化合物であれば特に制限はないが、例えば、（Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピル）トリメトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリエトキシシラン、γ−アニリノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アニリノプロピルメチルジエトキシシラン等が挙げられる。
【００３４】
これらのカップリング剤の含有量は、全樹脂組成物に対して、好ましくは０．０３〜５．０質量％、より好ましくは０．１０〜２．５質量％である。０．０３質量％以上あれば、回路基板との接着性を十分に確保することができ、５．０質量％未満であれば、揮発分が多くなることによるボイド等充填性に関する成形不良の発生を抑制することができると共に、優れたパッケージの成形性を確保することができる。
【００３５】
〔その他任意成分〕
なお、本発明の封止用樹脂組成物には、従来から公知のシリコーンゴムやシリコーンゲル等の粉末、シリコーン変性エポキシ樹脂やフェノール樹脂、メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体等の熱可塑性樹脂等を低応力化剤として含有させてもよい。また、難燃化のためホスファゼン化合物、硼酸塩等を添加することもできる。さらに、他の任意成分として、カーボンブラック等の着色剤；ノニオン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、シリコーンオイル等の濡れ向上剤や消泡剤；天然ワックス類、合成ワックス類等の離型剤、等を適宜含有させることができる。これらの任意成分の添加量は、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、特に限定されない。
【００３６】
［封止用樹脂組成物の調製方法］
本発明の封止用樹脂組成物の調製方法としては、上述した必須成分および必要に応じて用いられる各種任意成分を高速混合機等により、均一に混合した後、２本ロールや連続混練装置等で十分混練すればよい。混練温度としては、好ましくは５０〜１１０℃である。混練後、薄くシート化し、冷却、粉砕することで封止用樹脂組成物を製造することができる。さらには、（Ｃ）成分は、あらかじめ溶融し、離型剤、着色剤、カップリング剤等を適宜添加配合し混練した予備混練物を用いることにより、さらに優れた成形性、保存安定性を付与できる封止用樹脂組成物を調製することができる。
【００３７】
［半導体封止装置の製造方法］
本発明の半導体封止装置は、例えば以下の手順、構成により製造することができるが、これ以外の製造方法によるものであっても構わない。
はじめに、表面に蒸着法でアルミニウムのジグザグ配線を形成し、周辺の電極パッド以外はポリイミドの被覆を施した半導体チップを作製する。次に、その半導体チップを必要な大きさに切断した回路基板の中央部に接着する。接着方法としては、銀粉入りのエポキシ樹脂系導電性接着剤で固着する方法が挙げられる。その後、回路基板の配線と半導体チップ表面の電極パッド間を銅ワイヤーでボンディングする。
【００３８】
ここで、上記方法により調製した封止用樹脂組成物を用いて封止処理を行う。半導体装置の樹脂封止は、一般的にはトランスファー成形法が用いられるが、射出成形、圧縮成形等による封止も可能である。封止後加熱して封止用樹脂組成物を硬化させる際の条件としては、１６５〜１８５℃程度の温度で、１〜５分程度加熱する条件が好ましい。その後、十分に硬化させたのを確認し、必要に応じて、回路基板の裏面に設けたパッド部にはんだボールを形成して半導体封止装置が得られる。得られる半導体封止装置の厚みは、目的、用途に応じて適宜選択されるが、好ましくは１〜２ｍｍである。
【実施例】
【００３９】
次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら制限されるものではない。
【００４０】
〔実施例１〜３、比較例１〜５〕
以下の表１に示す配合割合の各成分を常温で混合（ドライプレンド）した後、約８５℃に予熱した二軸ロールで約１０分間混練して封止用樹脂組成物を得た。
また、別途厚さ０．２ｍｍのビスマレイミドトリアジン樹脂プリント配線板にレジストを塗布、焼き付け後、１５×１５ｍｍに切り出した。この回路基板の中央部に９×９ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの半導体チップを銀粉入りのエポキシ樹脂系導電性接着剤で固着した。当該半導体チップは、表面にアルミニウムのジグザグ配線が蒸着法で形成され、周辺の電極パッド以外は厚さ１０μｍのポリイミドの被覆を施したものである。その後、回路基板の配線と半導体チップ表面の電極パッド間を直径２０μｍの銅ワイヤーでボンディングし、半導体装置を得た。
この半導体装置に対して、上記封止用樹脂組成物を用いて封止作業を行った。半導体装置の樹脂封止には、トランスファープレスを用い、金型温度１７５℃、成形圧力７．５ＭＰａ、成形時間９０秒の条件で成形を行い、成形品は金型から取り出した後、１７５℃恒温槽中で４時間の後硬化を行った。回路基板の裏面に設けたパッド部にはんだボール（Ｓｎ／Ｐｂ：融点３１０℃、直径８０μｍ、２３４ｐｉｎ、バンプピッチ：２００μｍ）を形成し、半導体封止装置（外形３５ｍｍ×３５ｍｍ、厚さ３．５ｍｍ）を得た。
【００４１】
得られた封止用樹脂組成物、その硬化物、並びに半導体封止装置についての諸特性の評価は、以下に示す方法で行い、表１に示す結果を得た。
【００４２】
［樹脂の評価項目］
（１）スパイラルフロー
成形温度１７５℃、成形圧力９．８ＭＰａでトランスファー成形することでスパイラルフローを測定した。
（２）ゲルタイム
１７５℃に保持された熱板上で、一定量の成形材料を直径４〜５ｃｍの円状に広げ、一定速度で練り合わせた際に、試料が増粘し、最終的に粘りのなくなった時間を測定した。
（３）粘度
高化式フローテスター（島津製作所製、名称：ＣＦＴ−５００Ｃ）により測定した。高化式フローは、ＪＩＳ Ｋ ７２１０に準じて測定した。
（４）保存安定性
２５℃の環境に７２時間放置した後の封止用樹脂組成物のスパイラルフロー、ゲルタイム、粘度それぞれを測定し、その残存率を％で表わしたとき、９０％以上のものを○、それ以外のものを×とした。
（５）連続成形性
成形条件１７５℃×９０秒のトランスファー成形によってＤＩＰ−１４の連続生産性の評価を行い、パッケージの外観不良発生までのショット数をカウントした。
【００４３】
［硬化物の評価項目］
（６）ガラス転移温度
３×３×１７ｍｍに成形した試験片をＴＭＡ／ＳＳ１５０（セイコーインスツルメンツ社製）において、昇温速度５℃／ｍｉｎ、荷重９８ｍＮにおいて測定した。
（７）成形収縮率
ＪＩＳ Ｋ ６９１１に準ずる。
（８）吸水率
成形品を１２１℃、０．２５ＭＰａの飽和水蒸気にて２４時間処理した前後の質量増加率から算出した。
（９）Ｃ１-量、（１０）Ｎａ+量
封止用樹脂組成物を１７５℃、２分間の条件でトランスファー成形し、次いで１７５℃、８時間の後硬化を行った後、得られた硬化物を粉砕し、上述の方法にて１２０℃、２０時間熱水抽出して、イオンクロマトアナライザおよび原子吸光光度計によりイオン性不純物（Ｎａ+、Ｃ１-）の濃度を測定した。
（１１）ｐＨ
ｐＨ測定器を用いて測定した。
【００４４】
［封止装置の評価項目］
（１２）（１３）耐リフロー性試験（剥離・クラックの発生数、ボイド発生数）
アルミニウムのジグザグ配線を形成した６ｍｍ×６ｍｍのシリコーンチップを４２アロイのリードフレームに搭載し、成形材料を用いて、１７５℃、６．９ＭＰａの条件でトランスファー成形して封止した後、チップ表面のアルミニウム電極とリードフレーム間を直径２０μｍの銅ワイヤーボンディングした半導体装置（外形８５ｍｍ×３５ｍｍ、厚さ８．５ｍｍ）を作製し、さらに温度１７５℃で４時間の後硬化した。上記半導体装置を３０℃、６０％ＲＨにて１６８時間吸湿させた後、２６０℃ピークの赤外線リフロー炉中に３回通し、半導体封止装置の剥離・クラック、ボイドが発生した試料の数を調べた（試料数２０）。
（１４）ワイヤー流れ
長さ３．５ｍｍ、径２０μｍ、Ｂｏｎｄ Ｐａｄ Ｐｉｔｃｈ５０μｍを配した３５ｍｍ Ｆ−ＢＧＡを作製し、軟Ｘ線装置を用いて変形の有無を確認し、変形率（％）として算出した。
（１５）耐湿信頼性（ＰＣＴ）
上記半導体封止装置を３０℃、６０％ＲＨにて１６８時間吸湿させた後、２６０℃ピークの赤外線リフロー炉中に３回通し、さらにこの装置を１２１℃、０．２５ＭＰａの条件下で１６８時間吸湿させた後、ワイヤオープンが発生した試料の数を調べた（試料数２０）。
（１６）耐湿信頼性（ＨＡＳＴ）
上記半導体封止装置を３０℃、６０％ＲＨにて１６８時間吸湿させた後、２６０℃ピークの赤外線リフロー炉中に３回通し、さらにこの装置を１３０℃、８５％ＲＨの条件下で５００時間、および１０００時間吸湿させた後、ワイヤオープンが発生した試料の数を調べた（試料数２０）。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１における実施例および比較例で用いた無機充填剤以外の原材料を下記に示す。
（１）ビフェニル型エポキシ樹脂
ジャバンエポキシレジン株式会社製、商品名「ＹＸ−４０００ＨＫ」（エポキシ当量１９３、融点１０５℃、加水分解性塩素量１５０質量ｐｐｍ）。
ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名「ＹＬ−６１２１Ｈ」（エポキシ当量１７６、軟化点１２５℃、加水分解性塩素量７５０質量ｐｐｍ）。
（２）オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂
日本化薬株式会社製、商品名「ＥＯＣＮ−１０２０−５５」（エポキシ当量１９６、軟化点５５℃、加水分解性塩素量５００質量ｐｐｍ）。
（３）ノボラック型フェノール樹脂
昭和高分子株式会社製、商品名「ＢＲＧ−５５８」（水酸基当量１０６、軟化点９５℃）。
（４）ホスフィン
トリ（ｐ−トリル）ホスフィン：北興化学株式会社製、商品名「ＴＰＴＰ」。
トリフェニルホスフィン：北興化学株式会社製、商品名「ＰＰ−２００」。
（５）イミダゾール
２−エチル−４−メチル−イミダソール（２Ｅ４ＭＺ）：四国化成工業株式会社製、商品名「キュアゾール２ＭＡ−ＯＫ」。
（６）無機質充填剤
溶融シリカ：電気化学工業社製、商品名「ＦＢ−８７５ＦＣ」、平均粒径（ｄ５０）１９．５μｍ。電気化学工業社製、商品名「ＳＦＰ−３０Ｍ」、平均粒径（ｄ５０）０．６μｍ。
（７）ハイドロタルサイト
協和化学株式会社製、商品名「ＤＨＴ−４Ａ」。
（８）シランカップリング剤
（Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピル）トリメトキシシラン：モメンティブ社製、商品名「Ｙ−９６６９」。
（９）カルナバワックス
株式会社セラリカＮＯＤＡ、商品名「精製カルバナワックスＮｏ．１」
（１０）カーボンブラック
三菱化学株式会社、商品名「ＭＡ−６００」
【００４７】
表１から、硬化促進剤として（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィン、及び（Ｅ）ハイドロタルサイトを用いた実施例ｌ〜３では電気特性は良好であり、剥離・クラックも発生しなかった。これに対して、硬化促進剤としてイミダゾールを用いた比較例２、３では、イミダゾール中に含まれる多量の不純物イオンが除去されていないため、剥離やクラック、ワイヤオープンが多数発生した。特に、比較例３のようにイミダゾールに加えて加水分解性塩素量の多いエポキシ樹脂を用いたものは、比較例２よりさらに劣った。また、比較例１のように硬化促進剤として（Ｃ）成分を用いても、（Ｅ）成分を含有していないため、（Ａ）エポキシ樹脂に含まれる不純物イオンが除去されず、耐湿信頼性試験は不良であった。ホスフィン系硬化促進剤として汎用のトリフェニルホスフィンを用いた比較例４では、樹脂特性（スバイラルフロー、粘度、連続成形性）が劣る結果となった。本発明の実施例１〜３の半導体封止装置の特性は、比較例５の金ワイヤーを用いた場合と比べても、ほとんど同じか、もしくはそれより優れた結果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の封止用樹脂組成物で封止された電子部品封止装置は、高信頼性を有するものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体封止装置およびこれに用いる封止用樹脂組成物に関するものである。より詳しくは、半導体チップの各電極パッドと回路基板との接続が銅ワイヤーでなされている半導体封止装置、およびこれに用いる封止用樹脂組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子部品のプリント配線板への高密度実装化に伴い、半導体装置は、従来のピン挿入型のパッケージから、表面実装型のパッケージが主流になっている。表面実装型タイプのＩＣ、ＬＳＩ等は、高実装密度化した薄型、小型のパッケージになっており、素子のパッケージに対する占有体積も大きくなり、パッケージの肉厚は非常に薄くなってきている。また、素子の多機能化、大容量化によって、チップ面積の増大、多ピン化が進み、さらにはパッド数の増大によって、パッドピッチの縮小化とパッド寸法の縮小化、いわゆる狭パッドピッチ化も進んでいる。
【０００３】
また、さらなる小型軽量化に対応すべく、パッケージの形態もＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）といったものから、より多ピン化に対応しやすく、かつより高密度実装が可能なＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）やＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）へ移行しつつある。これらのパッケージは近年、高速化、多機能化を実現するために、フェースダウン型、積層（スタックド）型、フリップチップ型、ウェハーレベル型等、新しい構造のものが開発されている。この中で、積層（スタックド）型はパッケージ内部に複数のチップを積み重ねてワイヤーボンディングで接続する構造であり、機能の異なる複数のチップを一つのパッケージに搭載可能であるため、多機能化が可能となるものである。その一方で、半導体封止装置への低コスト化も求められている。従来から、半導体チップと回路基板の接続には金ワイヤーによる接合が行われているがコストが高いため、アルミニウム、銅のワイヤーによる接合が検討されている。
【０００４】
ところで半導体の封止分野において、高純度のエポキシ樹脂が望まれている。その理由として、エポキシ樹脂の中には製造に由来する加水分解塩素が含まれており、これによる回路の腐食、この加水分解塩素による銅ワイヤーとの接合部の不良、あるいは、吸湿水分による短絡が間題となっている。また、半導体パッケージは、樹脂封止のためにトランスファーモールドを行っているが、トランスファーモールドを行う際、注入樹脂が高粘度であるとワイヤー流れ（ワイヤーの変形）が生じ電気的なオープンやショートが生じる可能性がある。したがって、これらの問題点を解決した電気的特性に優れた信頼性の高いエポキシ樹脂が要求されている。
【０００５】
また、エポキシ樹脂のみならず、封止用樹脂組成物を構成するエポキシ樹脂以外の成分についても種々検討されている。例えば、特許文献１では、エポキシ樹脂及び硬化促進剤を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、酸化鉛、水酸化カルシウム、酸化亜鉛のうち少なくとも１種を含む半導体封止用エポキシ樹脂組成物が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１５７４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、一般的に硬化促進剤としてイミダゾール骨格を有する触媒が使用されるが、この場合、樹脂組成物の保存安定性が劣り、得られる半導体封止装置のリフロー性や耐湿性などの電気的な信頼性が低下するという不具合が発生してしまう。
また、特許文献１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、硬化促進剤としてトリフェニルホスフィンを用いているが、この場合においても、樹脂組成物の流動性および連続成形性が劣り、得られる半導体封止装置は、ワイヤー流れが生じてしまう問題点を有している。
本発明の目的は、このような従来の樹脂封止型半導体装置の欠点を改良することにあり、耐リフロー性、耐湿性、高温電気特性に優れた高信頼性の半導体封止装置およびこれに使用する封止用樹脂組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、次に示す封止用樹脂組成物が半導体封止装置の封止用樹脂として、従来の封止用樹脂組成物に比べ優れた特性を有することを見出し、さらにこれを用いることによって耐リフロー性、耐湿性および高温電気特性に優れた樹脂封止型半導体装置が得られることを見出した。
【０００９】
すなわち、本発明は、以下の半導体封止装置および封止用樹脂組成物を提供するものである。
［１］（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィン、（Ｄ）無機質充填剤、および（Ｅ）ハイドロタルサイトを必須成分として含有する封止用樹脂組成物の硬化物によって回路基板上に搭載された半導体チップとワイヤーを封止してなる半導体装置であって、前記回路基板と前記半導体チップとを接続するワイヤーが銅ワイヤーである半導体封止装置。
［２］前記（Ａ）エポキシ樹脂は、下記化学式（１）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂であり、その加水分解性塩素量が３００質量ｐｐｍ以下である［１］に記載の半導体封止装置。
【化１】
［３］［１］又は［２］に記載の半導体封止装置に使用する封止用樹脂組成物。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、耐リフロー性、耐湿性および高温電気特性に優れた半導体封止装置が得られる。また封止用樹脂組成物においては、力学的特性および前記信頼性を落とすことなしに、流動性や保存安定性を向上させることを特徴とする封止用樹脂組成物を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の半導体封止装置およびその半導体封止装置に使用する封止用樹脂組成物について説明する。
本発明の半導体封止装置は、半導体チップと回路基板との接合を銅ワイヤーで接合した後、封止用樹脂組成物を用いて封止したものである。当該半導体封止装置に使用する封止用樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィン、（Ｄ）無機質充填剤、および（Ｅ）ハイドロタルサイトを必須成分として含有する。
【００１２】
［半導体チップ］
本発明の半導体チップは、特に制限はなく、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、ダイオード等を挙げることができる。当該半導体チップの大きさは、用途・目的により適宜選択されるため、特に制限は無いが、好ましくは面積が２５ｍｍ2以上である。
【００１３】
［回路基板］
本発明の回路基板の材質としては、特に制限はないが、ビスマレイミドトリアジン、エポキシ、ポリイミド等の基板が好適に用いられる。また、回路基板の配線を形成する材質としては、アルミニウム、銅、銀、金、ニッケル等が挙げられる。配線は、エッチング又はパターンめっきによって形成される。また、配線の表面は、金、ニッケル、スズ等でめっき処理されていてもよい。
当該回路基板の厚さとしては、特に制限は無いが、好ましくは３０〜１０００μｍである。
【００１４】
［銅ワイヤー］
本発明の半導体封止装置では、上記の半導体チップと回路基板との接続するワイヤーとして銅ワイヤーを用いる。銅ワイヤーは、金ワイヤー以上の低い電気的抵抗を有し半導体封止装置の動作速度のような電気的な特性を向上させることができるだけでなく、金ワイヤーに比べて低コストである。
なお、本発明の銅ワイヤーの代わりに、銀及びゴールドを含むグループから選択された少なくとも一つの物質が銅と混合した銅合金ワイヤーを用いてもよい。以下、本発明における銅ワイヤーは、銅単独からなる銅ワイヤーだけでなく、上述の銅合金ワイヤーも含めたものをいう。
ここで、銅ワイヤーのワイヤー径は、特に制限は無いが、好ましくは２０〜５０μｍである。また、銅ワイヤーのワイヤーピッチも、特に制限は無いが、好ましくは３０〜８０μｍである。
【００１５】
［封止用樹脂組成物］
本発明の半導体封止装置に使用される封止用樹脂組成物としては、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィン、（Ｄ）無機質充填剤、および（Ｅ）ハイドロタルサイトを含有する。
硬化促進剤として、（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィンを用いることで、樹脂組成物の保存安定性を向上させ、トランスファーモールドを行う際、ワイヤー流れが生じ電気的なオープンやショートを防止することができる。
また、（Ｅ）ハイドロタルサイトを用いることで、不純物イオンを捕捉固定して除去することができる。
本発明の封止用樹脂組成物を用いることで、優れた耐リフロー性、耐湿性、高温電気特性を有する半導体封止装置を提供することができる。
以下、本発明の封止用樹脂組成物について詳述する。
【００１６】
〔エポキシ樹脂〕
【００１７】
本発明で用いる（Ａ）エポキシ樹脂としては、１分子当たり、２個以上のエポキシ基を有し、半導体封止用に一般に用いられるものであればよく、特に制限はない。例えば、ビスフェノールＡ型、ビフェノールＦ型、又はビフェノールＳ型等のビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン骨格を有する多官能のエポキシ樹脂、トリ又はテトラ（ヒドロキシフェニル）アルカンのエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等を挙げられる。
（Ａ）エポキシ樹脂の含有量は、半導体を十分に封止する観点から、全樹脂組成物に対して、好ましくは１〜３５質量％、より好ましくは１〜１５質量％、特に好ましくは３〜１０である。
これらの中でも、流動性、耐リフロー性の観点から、ビフェニル型エポキシ樹脂が好ましく、下記化学式（１）で示されるビフェニル型エポキシ樹脂が更に好ましい。
【００１８】
【化２】
【００１９】
上記のビフェニル型エポキシ樹脂の含有量は、樹脂組成物の流動性の観点から、全ての（Ａ）エポキシ樹脂に対して、好ましくは５０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、特に好ましくは１００質量％である。
【００２０】
また、当該（Ａ）成分のビフェニル型エポキシ樹脂における全塩素含有量は、好ましくは３００質量ｐｐｍ以下、より好ましくは２７０質量ｐｐｍ以下である。全塩素含有量が３００質量ｐｐｍ以下であることにより、優れた耐湿性を備えた半導体封止装置を提供することができる。さらに、同様に耐湿性の観点から、５０質量％エポキシ樹脂濃度における１２０℃、２０時間で熱水抽出した際の塩素濃度が、５質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
また、加水分解性塩素量が３００質量ｐｐｍ以下で、上記化学式（１）で表わされるビフェニル型エポキシ樹脂の含有量は、得られる封止用樹脂組成物の流動性や耐リフロー性の観点から、（Ａ）成分のビフェニル型エポキシ樹脂に対して、好ましくは７０質量％以上、より好ましくは８５質量％以上、特に好ましくは１００質量％である。
【００２２】
〔フェノール樹脂〕
本発明で用いる（Ｂ）フェノール樹脂としては、１分子当たり２個以上のフェノール性水酸基を有し、前記（Ａ）成分のビフェニル型エポキシ樹脂を硬化させるものであって、半導体封止用材料に一般に用いられるものであればよい。例えば、フェノールノボラック型樹脂、アラルキル型フェノール樹脂、クレゾールノボラック型樹脂、トリフェノールメタン型フェノール樹脂、ナフタレン型フェノール樹脂、シクロペンタジエン型フェノール樹脂、トリフェノールアルカン型のフェノール樹脂等を挙げられる。これらのフェノール樹脂は、単独又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２３】
本発明においては、半導体装置における信頼性を確保する観点から、（Ｂ）フェノール樹脂の１２０℃の温度で抽出される塩素イオンおよびナトリウムイオンは、前記（Ａ）エポキシ樹脂と同様に測定した場合、好ましくはいずれも１０質量ｐｐｍ以下、より好ましくは５質量ｐｐｍ以下である。
【００２４】
（Ｂ）フェノール樹脂の含有量は、（Ａ）成分を含むエポキシ樹脂中のエポキシ基１モルに対して、（Ｂ）成分のフェノール性水酸基の量が、好ましくは０．５〜１．６モル、より好ましくは０．６〜１．４モルとなるように調製される。（Ｂ）成分のフェノール性水酸基の量が０．５モル以上であれば、形成される硬化物のガラス転移温度が良好となり、１．６モル以下であれば、反応性が良好で充分な架橋密度を有し、強度の高い硬化物を形成することができる。
また、（Ｂ）フェノール樹脂の全樹脂組成物に対する含有量は、上記の観点から、好ましくは１〜３５質量％、より好ましくは１〜１５質量％、特に好ましくは３〜１０質量％である。
【００２５】
〔硬化促進剤〕
本発明の封止用樹脂組成物において、硬化促進剤として、（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィンを含有する。従来のイミダゾール、アミン等を硬化促進剤として用いた場合と比較すると、樹脂組成物の保存安定性を向上させ、耐リフロー性、耐湿性、および高温電気特性に優れた半導体封止装置を得ることができる。また、従来のトリフェニルホスフィンを硬化促進剤として用いた場合と比較すると、樹脂組成物の流動性および連続成形性を向上させ、トランスファーモールドを行う際、ワイヤー流れが生じ電気的なオープンやショートを防止することができる。
本発明において、（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィンに加えて、硬化促進剤として、他の有機ホスフィン化合物を併用してもよい。他の有機ホスフィン化合物としては、例えば、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリ（ノニルフェニル）ホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、ジブチルフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、ビス（ジフェニルホスフィノ）メタン、１，２−ビス（ジフェニルホスフィノ）エタン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィンテトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィントリフェニルボラン等が挙げられる。これらの有機ホスフィン化合物は単独又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２６】
（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィンを含む硬化促進剤の含有量は、全樹脂組成物に対して、好ましくは０．１〜２質量％、より好ましくは０．１〜１．５質量％、特に好ましくは０．１５〜１．２である。硬化促進剤の含有量が０．１質量％以上であれば、十分に硬化させることができ、一方、２質量％以下であれば、優れた流動性を発揮することができる。
また、（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィンの含有量は、（Ｃ）成分による上記効果を得るための観点から、全硬化促進剤に対して、好ましくは５０質量％以上、より好ましくは７５質量％以上、特に好ましくは１００質量％である。
【００２７】
〔無機充填剤〕
本発明の封止用樹脂組成物において、（Ｄ）無機充填剤を含有する。（Ｄ）成分の無機充填剤としては、ボールミル等で粉砕した溶融シリカや火炎溶融することで得られる球状シリカ、ゾルゲル法等で製造される球状シリカ、結晶シリカ、アルミナ、ボロンナイトライド、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、マグネシア、マグネシウムシリケート等が挙げられる。半導体素子が発熱の大きい素子の場合、熱伝導率ができるだけ大きく、かつ熱膨張係数の小さなアルミナ、ボロンナイトライド、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等を使用することが望ましい。また、これらを溶融シリカ等とブレンドして使用してもよい。
なお、無機充填剤の形状は特に限定されるものはなく、フレーク状、樹枝状、球状等の無機充填剤を単独又は混合して用いることができる。中でも、球状のものが、低粘度化、高充填化には最も望ましいものである。
【００２８】
（Ｄ）無機充填剤の配合量は、全樹脂組成物に対して、好ましくは５０〜９５質量％、より好ましくは７５〜９５質量％、特に好ましくは８５〜９２質量％である。当該無機充填剤の含有量が５０質量％以上であれば、膨張係数を充分に下げることができ、かつ吸水率も低下し、リフローの際の温度でバッケージにクラックが入りにくくなる。一方、９５質量％以下であれば、適度の溶融粘度を有し、成形性が良好となる。
【００２９】
〔ハイドロタルサイト〕
本発明の封止用樹脂組成物において、（Ｅ）ハイドロタルサイトを含有する。
本発明の封止用樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂は、製造過程において微量のナトリウムや塩素等の不純物イオンを含んでいる。ハイドロタルサイトを含有させることで、不純物イオンを捕捉固定し、除去することができる。このような不純物イオンを除去するために添加するイオン交換体としては、アンチモンやビスマスも考えられるが、アンチモン化合物は劇物に指定されており、ビスマスも同様に毒性を有するために環境への悪影響が指摘され始めており好ましくない。したがって、環境への悪影響面の観点からも、ハイドロタルサイトが好適である。
なお、不純物イオンを除去するために、封止用樹脂組成物中の原料自体の高純度化処理も併せて行うことがより好ましい。
【００３０】
ハイドロタルサイトは、元来下記式（２）表される粘土鉱物である。
Ｍｇ6Ａｌ2（ＯＨ）16ＣＯ3・４Ｈ2Ｏ・・・・・式（２）
近年、２価の金属陽イオン［Ｍ（ＩＩ）2+］、３価の金属陽イオン［Ｍ（ＩＩＩ）3+］およびｎ価の層間陰イオン（Ａn-）を含む下記式（３）で表される物質が、ハイドロタルサイト状物質、ハイドロタルサイト様化合物、ハイドロタルサイト構造体、あるいは単にハイドロタルサイトと呼称されるようになった。
［（Ｍ（ＩＩ）2+）1-X（Ｍ（ＩＩＩ）3+）X（ＯＨ-）2］X+（Ａn-x/n）・ｍＨ2Ｏ・・・・・式（３）
式（２）で表されるハイドロタルサイトは、「ＯＨ-（０．７５Ｍｇ2+、０．２５Ａｌ3+）ＯＨ-」がブルサイト層として面状の骨格をなし、その層間に負の電荷をもつ０．１２５ＣＯ32-と０．５Ｈ2Ｏとが挟まれた構造を有している。ブルサイト層内のＭｇ2+とＡｌ3+との比率は広い範囲で変えることができ、それにより、ブルサイト層内の正電荷の密度を制御することが可能である。
なお、本発明で使用する（Ｅ）ハイドロタルサイトとしては、上記式（２）で表されるもののみならず、上記式（３）で表されるハイドロタルサイト類の金属化合物も含むものとする。使用するハイドロタルサイトとしては、市販品のＤＨＴ−４Ａ（協和化学工業（株）製）等が好適である。
【００３１】
（Ｅ）ハイドロタルサイトの含有量は、全樹脂組成物に対して、好ましくは０．１〜２質量％、より好ましくは０．１５〜１質量％、特に好ましくは０．１５〜０．５０質量％である。含有量が０．１質量％以上あれば、不純物イオンの捕捉効果が十分な効果が得られ、また、２質量％以下であれば、含有量に比例して不純物イオンの捕捉効果が向上する。
【００３２】
〔カップリング剤〕
本発明の封止用樹脂組成物は、さらにカップリング剤を含有することが好ましい。カップリング剤としては、シランカップリング剤を用いることが好ましく、シランカップリング剤としては、例えば、１級アミノ基や２級アミノ基又は３級アミノ基を有するシラン化合物、エポキシシラン、メルカプトシラン、アルキルシラン、フェニルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン等の各種シラン系化合物、チタン系化合物、アルミニウムキレート類、アルミニウム／ジルコニウム系化合物等が挙げられる。
【００３３】
上記カップリング剤の中でも、充填性の観点から、２級アミノ基を有するシランカップリング剤が好ましい。２級アミノ基を有するシランカップリング剤は分子内に２級アミノ基を有するシラン化合物であれば特に制限はないが、例えば、（Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピル）トリメトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリエトキシシラン、γ−アニリノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アニリノプロピルメチルジエトキシシラン等が挙げられる。
【００３４】
これらのカップリング剤の含有量は、全樹脂組成物に対して、好ましくは０．０３〜５．０質量％、より好ましくは０．１０〜２．５質量％である。０．０３質量％以上あれば、回路基板との接着性を十分に確保することができ、５．０質量％未満であれば、揮発分が多くなることによるボイド等充填性に関する成形不良の発生を抑制することができると共に、優れたパッケージの成形性を確保することができる。
【００３５】
〔その他任意成分〕
なお、本発明の封止用樹脂組成物には、従来から公知のシリコーンゴムやシリコーンゲル等の粉末、シリコーン変性エポキシ樹脂やフェノール樹脂、メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体等の熱可塑性樹脂等を低応力化剤として含有させてもよい。また、難燃化のためホスファゼン化合物、硼酸塩等を添加することもできる。さらに、他の任意成分として、カーボンブラック等の着色剤；ノニオン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、シリコーンオイル等の濡れ向上剤や消泡剤；天然ワックス類、合成ワックス類等の離型剤、等を適宜含有させることができる。これらの任意成分の添加量は、本発明の効果を阻害しない範囲であれば、特に限定されない。
【００３６】
［封止用樹脂組成物の調製方法］
本発明の封止用樹脂組成物の調製方法としては、上述した必須成分および必要に応じて用いられる各種任意成分を高速混合機等により、均一に混合した後、２本ロールや連続混練装置等で十分混練すればよい。混練温度としては、好ましくは５０〜１１０℃である。混練後、薄くシート化し、冷却、粉砕することで封止用樹脂組成物を製造することができる。さらには、（Ｃ）成分は、あらかじめ溶融し、離型剤、着色剤、カップリング剤等を適宜添加配合し混練した予備混練物を用いることにより、さらに優れた成形性、保存安定性を付与できる封止用樹脂組成物を調製することができる。
【００３７】
［半導体封止装置の製造方法］
本発明の半導体封止装置は、例えば以下の手順、構成により製造することができるが、これ以外の製造方法によるものであっても構わない。
はじめに、表面に蒸着法でアルミニウムのジグザグ配線を形成し、周辺の電極パッド以外はポリイミドの被覆を施した半導体チップを作製する。次に、その半導体チップを必要な大きさに切断した回路基板の中央部に接着する。接着方法としては、銀粉入りのエポキシ樹脂系導電性接着剤で固着する方法が挙げられる。その後、回路基板の配線と半導体チップ表面の電極パッド間を銅ワイヤーでボンディングする。
【００３８】
ここで、上記方法により調製した封止用樹脂組成物を用いて封止処理を行う。半導体装置の樹脂封止は、一般的にはトランスファー成形法が用いられるが、射出成形、圧縮成形等による封止も可能である。封止後加熱して封止用樹脂組成物を硬化させる際の条件としては、１６５〜１８５℃程度の温度で、１〜５分程度加熱する条件が好ましい。その後、十分に硬化させたのを確認し、必要に応じて、回路基板の裏面に設けたパッド部にはんだボールを形成して半導体封止装置が得られる。得られる半導体封止装置の厚みは、目的、用途に応じて適宜選択されるが、好ましくは１〜２ｍｍである。
【実施例】
【００３９】
次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら制限されるものではない。
【００４０】
〔実施例１〜３、比較例１〜５〕
以下の表１に示す配合割合の各成分を常温で混合（ドライプレンド）した後、約８５℃に予熱した二軸ロールで約１０分間混練して封止用樹脂組成物を得た。
また、別途厚さ０．２ｍｍのビスマレイミドトリアジン樹脂プリント配線板にレジストを塗布、焼き付け後、１５×１５ｍｍに切り出した。この回路基板の中央部に９×９ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの半導体チップを銀粉入りのエポキシ樹脂系導電性接着剤で固着した。当該半導体チップは、表面にアルミニウムのジグザグ配線が蒸着法で形成され、周辺の電極パッド以外は厚さ１０μｍのポリイミドの被覆を施したものである。その後、回路基板の配線と半導体チップ表面の電極パッド間を直径２０μｍの銅ワイヤーでボンディングし、半導体装置を得た。
この半導体装置に対して、上記封止用樹脂組成物を用いて封止作業を行った。半導体装置の樹脂封止には、トランスファープレスを用い、金型温度１７５℃、成形圧力７．５ＭＰａ、成形時間９０秒の条件で成形を行い、成形品は金型から取り出した後、１７５℃恒温槽中で４時間の後硬化を行った。回路基板の裏面に設けたパッド部にはんだボール（Ｓｎ／Ｐｂ：融点３１０℃、直径８０μｍ、２３４ｐｉｎ、バンプピッチ：２００μｍ）を形成し、半導体封止装置（外形３５ｍｍ×３５ｍｍ、厚さ３．５ｍｍ）を得た。
【００４１】
得られた封止用樹脂組成物、その硬化物、並びに半導体封止装置についての諸特性の評価は、以下に示す方法で行い、表１に示す結果を得た。
【００４２】
［樹脂の評価項目］
（１）スパイラルフロー
成形温度１７５℃、成形圧力９．８ＭＰａでトランスファー成形することでスパイラルフローを測定した。
（２）ゲルタイム
１７５℃に保持された熱板上で、一定量の成形材料を直径４〜５ｃｍの円状に広げ、一定速度で練り合わせた際に、試料が増粘し、最終的に粘りのなくなった時間を測定した。
（３）粘度
高化式フローテスター（島津製作所製、名称：ＣＦＴ−５００Ｃ）により測定した。高化式フローは、ＪＩＳ Ｋ ７２１０に準じて測定した。
（４）保存安定性
２５℃の環境に７２時間放置した後の封止用樹脂組成物のスパイラルフロー、ゲルタイム、粘度それぞれを測定し、その残存率を％で表わしたとき、９０％以上のものを○、それ以外のものを×とした。
（５）連続成形性
成形条件１７５℃×９０秒のトランスファー成形によってＤＩＰ−１４の連続生産性の評価を行い、パッケージの外観不良発生までのショット数をカウントした。
【００４３】
［硬化物の評価項目］
（６）ガラス転移温度
３×３×１７ｍｍに成形した試験片をＴＭＡ／ＳＳ１５０（セイコーインスツルメンツ社製）において、昇温速度５℃／ｍｉｎ、荷重９８ｍＮにおいて測定した。
（７）成形収縮率
ＪＩＳ Ｋ ６９１１に準ずる。
（８）吸水率
成形品を１２１℃、０．２５ＭＰａの飽和水蒸気にて２４時間処理した前後の質量増加率から算出した。
（９）Ｃ１-量、（１０）Ｎａ+量
封止用樹脂組成物を１７５℃、２分間の条件でトランスファー成形し、次いで１７５℃、８時間の後硬化を行った後、得られた硬化物を粉砕し、上述の方法にて１２０℃、２０時間熱水抽出して、イオンクロマトアナライザおよび原子吸光光度計によりイオン性不純物（Ｎａ+、Ｃ１-）の濃度を測定した。
（１１）ｐＨ
ｐＨ測定器を用いて測定した。
【００４４】
［封止装置の評価項目］
（１２）（１３）耐リフロー性試験（剥離・クラックの発生数、ボイド発生数）
アルミニウムのジグザグ配線を形成した６ｍｍ×６ｍｍのシリコーンチップを４２アロイのリードフレームに搭載し、成形材料を用いて、１７５℃、６．９ＭＰａの条件でトランスファー成形して封止した後、チップ表面のアルミニウム電極とリードフレーム間を直径２０μｍの銅ワイヤーボンディングした半導体装置（外形８５ｍｍ×３５ｍｍ、厚さ８．５ｍｍ）を作製し、さらに温度１７５℃で４時間の後硬化した。上記半導体装置を３０℃、６０％ＲＨにて１６８時間吸湿させた後、２６０℃ピークの赤外線リフロー炉中に３回通し、半導体封止装置の剥離・クラック、ボイドが発生した試料の数を調べた（試料数２０）。
（１４）ワイヤー流れ
長さ３．５ｍｍ、径２０μｍ、Ｂｏｎｄ Ｐａｄ Ｐｉｔｃｈ５０μｍを配した３５ｍｍ Ｆ−ＢＧＡを作製し、軟Ｘ線装置を用いて変形の有無を確認し、変形率（％）として算出した。
（１５）耐湿信頼性（ＰＣＴ）
上記半導体封止装置を３０℃、６０％ＲＨにて１６８時間吸湿させた後、２６０℃ピークの赤外線リフロー炉中に３回通し、さらにこの装置を１２１℃、０．２５ＭＰａの条件下で１６８時間吸湿させた後、ワイヤオープンが発生した試料の数を調べた（試料数２０）。
（１６）耐湿信頼性（ＨＡＳＴ）
上記半導体封止装置を３０℃、６０％ＲＨにて１６８時間吸湿させた後、２６０℃ピークの赤外線リフロー炉中に３回通し、さらにこの装置を１３０℃、８５％ＲＨの条件下で５００時間、および１０００時間吸湿させた後、ワイヤオープンが発生した試料の数を調べた（試料数２０）。
【００４５】
【表１】
【００４６】
表１における実施例および比較例で用いた無機充填剤以外の原材料を下記に示す。
（１）ビフェニル型エポキシ樹脂
ジャバンエポキシレジン株式会社製、商品名「ＹＸ−４０００ＨＫ」（エポキシ当量１９３、融点１０５℃、加水分解性塩素量１５０質量ｐｐｍ）。
ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名「ＹＬ−６１２１Ｈ」（エポキシ当量１７６、軟化点１２５℃、加水分解性塩素量７５０質量ｐｐｍ）。
（２）オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂
日本化薬株式会社製、商品名「ＥＯＣＮ−１０２０−５５」（エポキシ当量１９６、軟化点５５℃、加水分解性塩素量５００質量ｐｐｍ）。
（３）ノボラック型フェノール樹脂
昭和高分子株式会社製、商品名「ＢＲＧ−５５８」（水酸基当量１０６、軟化点９５℃）。
（４）ホスフィン
トリ（ｐ−トリル）ホスフィン：北興化学株式会社製、商品名「ＴＰＴＰ」。
トリフェニルホスフィン：北興化学株式会社製、商品名「ＰＰ−２００」。
（５）イミダゾール
２−エチル−４−メチル−イミダソール（２Ｅ４ＭＺ）：四国化成工業株式会社製、商品名「キュアゾール２ＭＡ−ＯＫ」。
（６）無機質充填剤
溶融シリカ：電気化学工業社製、商品名「ＦＢ−８７５ＦＣ」、平均粒径（ｄ５０）１９．５μｍ。電気化学工業社製、商品名「ＳＦＰ−３０Ｍ」、平均粒径（ｄ５０）０．６μｍ。
（７）ハイドロタルサイト
協和化学株式会社製、商品名「ＤＨＴ−４Ａ」。
（８）シランカップリング剤
（Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピル）トリメトキシシラン：モメンティブ社製、商品名「Ｙ−９６６９」。
（９）カルナバワックス
株式会社セラリカＮＯＤＡ、商品名「精製カルバナワックスＮｏ．１」
（１０）カーボンブラック
三菱化学株式会社、商品名「ＭＡ−６００」
【００４７】
表１から、硬化促進剤として（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィン、及び（Ｅ）ハイドロタルサイトを用いた実施例ｌ〜３では電気特性は良好であり、剥離・クラックも発生しなかった。これに対して、硬化促進剤としてイミダゾールを用いた比較例２、３では、イミダゾール中に含まれる多量の不純物イオンが除去されていないため、剥離やクラック、ワイヤオープンが多数発生した。特に、比較例３のようにイミダゾールに加えて加水分解性塩素量の多いエポキシ樹脂を用いたものは、比較例２よりさらに劣った。また、比較例１のように硬化促進剤として（Ｃ）成分を用いても、（Ｅ）成分を含有していないため、（Ａ）エポキシ樹脂に含まれる不純物イオンが除去されず、耐湿信頼性試験は不良であった。ホスフィン系硬化促進剤として汎用のトリフェニルホスフィンを用いた比較例４では、樹脂特性（スバイラルフロー、粘度、連続成形性）が劣る結果となった。本発明の実施例１〜３の半導体封止装置の特性は、比較例５の金ワイヤーを用いた場合と比べても、ほとんど同じか、もしくはそれより優れた結果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の封止用樹脂組成物で封止された電子部品封止装置は、高信頼性を有するものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィン、（Ｄ）無機質充填剤、および（Ｅ）ハイドロタルサイトを必須成分として含有する封止用樹脂組成物の硬化物によって回路基板上に搭載された半導体チップとワイヤーを封止してなる半導体封止装置であって、前記回路基板と前記半導体チップとを接続するワイヤーが銅ワイヤーである半導体封止装置。
【請求項２】
前記（Ａ）エポキシ樹脂は、下記化学式（１）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂であり、その加水分解性塩素量が３００質量ｐｐｍ以下である請求項１に記載の半導体封止装置。
【化１】
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体封止装置に使用する封止用樹脂組成物。
【請求項１】
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）トリ（ｐ−トリル）ホスフィン、（Ｄ）無機質充填剤、および（Ｅ）ハイドロタルサイトを必須成分として含有する封止用樹脂組成物の硬化物によって回路基板上に搭載された半導体チップとワイヤーを封止してなる半導体封止装置であって、前記回路基板と前記半導体チップとを接続するワイヤーが銅ワイヤーである半導体封止装置。
【請求項２】
前記（Ａ）エポキシ樹脂は、下記化学式（１）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂であり、その加水分解性塩素量が３００質量ｐｐｍ以下である請求項１に記載の半導体封止装置。
【化１】
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体封止装置に使用する封止用樹脂組成物。
【公開番号】特開２０１１−２５８６０３（Ｐ２０１１−２５８６０３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２９２１２（Ｐ２０１０−１２９２１２）
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（３９００２２４１５）京セラケミカル株式会社 (424)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（３９００２２４１５）京セラケミカル株式会社 (424)
【Ｆターム（参考）】
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