半導体装置
【課題】回路基板と半導体素子の各電極パッドとを電気的に接続する銅製ワイヤが腐食し難く、高温保管特性、耐マイグレーション性、耐湿信頼性に優れた半導体装置を提供すること。
【解決手段】回路基板と、前記回路基板に搭載された半導体素子と、前記回路基板と前記半導体素子とを電気的に接続する銅製ワイヤと、前記半導体素子と前記銅製ワイヤを封止する封止材とを備え、前記銅製ワイヤが線径２５μｍ以下の銅製ワイヤであり、前記銅製ワイヤがその表面にパラジウムを含む金属材料で構成された被覆層を有しており、前記封止材が（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）充填材、（Ｄ）硫黄原子含有化合物を含む樹脂組成物の硬化物で構成されていることを特徴とする半導体装置。
【解決手段】回路基板と、前記回路基板に搭載された半導体素子と、前記回路基板と前記半導体素子とを電気的に接続する銅製ワイヤと、前記半導体素子と前記銅製ワイヤを封止する封止材とを備え、前記銅製ワイヤが線径２５μｍ以下の銅製ワイヤであり、前記銅製ワイヤがその表面にパラジウムを含む金属材料で構成された被覆層を有しており、前記封止材が（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）充填材、（Ｄ）硫黄原子含有化合物を含む樹脂組成物の硬化物で構成されてい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、半導体装置に関するものである。特に、回路基板と、回路基板に搭載された半導体素子と、回路基板と半導体素子とを電気的に接続する銅製ワイヤと、半導体素子と銅製ワイヤを封止する封止材とを備えた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からダイオード、トランジスタ、集積回路等の電子部品は、主にエポキシ樹脂組成物の硬化物により封止されている。特に集積回路では、エポキシ樹脂、フェノール樹脂系硬化剤、及び溶融シリカ、結晶シリカ等の無機充填材を配合した、耐熱性、耐湿性に優れたエポキシ樹脂組成物が用いられている。ところが近年、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、半導体素子の封止で用いられている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。さらに半導体装置に対するコストダウンの要求も激しく従来の金線接続ではコストが高いため、アルミ、銅合金、銅などの金属による接合も一部採用されている。しかしながら、特に自動車用途においては、コストに加え、１５０℃を超えるような高温環境下での高温保管特性、高温動作特性、６０℃、相対湿度６０％を超えるような高温・高湿環境下での耐湿信頼性といった電気的信頼性も要求され、非金ワイヤではマイグレーション、腐食、電気抵抗値の増大といった問題があり必ずしも満足できるものではなかった。
【０００３】
特に銅製ワイヤを用いた半導体装置においては、耐湿信頼性試験において銅が腐食し易すく信頼性にかけるといった問題から、ディスクリート用パワーデバイスといった線径の太いものでは使用実績があるものの、ワイヤ線径２５μｍ以下のＩＣ用途、特に回路基板起因の不純物の影響をも受ける片面封止パッケージへの適用は難しいのが現状である。
【０００４】
銅製ワイヤ自身の加工性を改善することで接合部の信頼性を向上させようとした提案（例えば、特許文献１参照。）、銅線に導電性金属を被覆することことで酸化防止による接合信頼性の向上に対して改良をする提案（例えば、特許文献２参照。）など銅製ワイヤ単体での取り組みはあるものの、樹脂で封止されたパッケージすなわち半導体装置としての腐食、耐湿信頼性といった電気的信頼性については考慮されておらず、必ずしも満足できるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平０６−０１７５５４号公報
【特許文献２】特開２００７−１２７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、回路基板と半導体素子の各電極パッドとを電気的に接続する銅製ワイヤが腐食し難く、耐半田性、高温保管特性、高温動作特性、耐マイグレーション性、耐湿信頼性のバランスに優れ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】
本発明の半導体装置は、回路基板と、前記回路基板に搭載された半導体素子と、前記回路基板と前記半導体素子とを電気的に接続する銅製ワイヤと、前記半導体素子と前記銅製ワイヤを封止する封止材とを備え、
前記銅製ワイヤが線径２５μｍ以下の銅製ワイヤであり、
前記銅製ワイヤがその表面にパラジウムを含む金属材料で構成された被覆層を有しており、
前記封止材が（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）充填材、（Ｄ）硫黄原子含有化合物を含むエポキシ樹脂組成物の硬化物で構成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の半導体装置は、前記封止材を構成するエポキシ樹脂組成物の硬化物を１２５℃、相対湿度１００％ＲＨ、２０時間の条件で抽出した抽出水中の塩素イオン濃度が１０ｐｐｍ以下であるものとすることができる。
【０００９】
本発明の半導体装置は、前記銅製ワイヤの芯線における銅純度が９９．９９質量％以上であるものとすることができる。
【００１０】
本発明の半導体装置は、前記パラジウムを含む金属材料から構成された被覆層の厚みが０．００１〜０．０２μｍであるものとすることができる。
【００１１】
本発明の半導体装置は、前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が、メルカプト基、スルホン酸基、スルフィド結合、から選ばれた少なくとも一つの原子団を有する硫黄原子含有化合物であるものとすることができる。
【００１２】
本発明の半導体装置は、前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、メルカプト基、含窒素複素環、から選ばれた、エポキシ樹脂マトリックスとの親和性に優れた少なくとも一つの原子団と、メルカプト基、スルホン酸基、スルフィド結合、から選ばれた、パラジウムを含む金属材料との親和性に優れた少なくとも一つの原子団と、を有する硫黄原子含有化合物であるものとすることができる。
【００１３】
本発明の半導体装置は、前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が、トリアゾール系化合物、チアゾリン系化合物、ジチアン系化合物から選ばれた少なくとも１つの硫黄原子含有化合物であるものとすることができる。
【００１４】
本発明の半導体装置は、前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が１，２，４−トリアゾール環を有する化合物であるものとすることができる。
【００１５】
本発明の半導体装置は、前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が下記一般式（１）で表される化合物
【化１】
（ただし、上記一般式（１）において、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を有する炭化水素基である。）
であるものとすることができる。
【００１６】
本発明の半導体装置は、前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が下記一般式（２）で表される
化合物
【化２】
（ただし、上記一般式（２）において、Ｒ２、Ｒ３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を有する炭化水素基である。）
であるものとすることができる。
【００１７】
本発明の半導体装置は、前記（Ａ）エポキシ樹脂が、
下記一般式（３）で表されるエポキシ樹脂
【化３】
（ただし、上記一般式（３）において、Ｒ４は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｎ３の平均値は０又は５以下の正数である。）、
下記一般式（４）で表されるエポキシ樹脂
【化４】
（ただし、上記一般式（４）において、Ｒ５は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ６は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｎ４の平均値は０又は５以下の正数である。）、
下記一般式（５）で表されるエポキシ樹脂
【化５】
（ただし、上記一般式（５）において、−Ｒ７−はフェニレン基又はナフチレン基であり、−Ｒ７−がナフチレン基である場合、グリシジルエーテル基の結合位置はα位であってもβ位であってもよい。−Ｒ８−はフェニレン基、ビフェニレン基又はナフチレン基である。Ｒ９、Ｒ１０は、それぞれＲ７、Ｒ８に導入される基で、炭素数１〜１０の炭化水素基であり、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ａは０〜５の整数、ｂは０〜８の整数である。ｎ５の平均値は１以上、３以下の正数である。）
及び下記一般式（６）で表されるエポキシ樹脂
【化６】
（ただし、上記一般式（６）において、Ｒ１１は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ１２は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｃ、ｄは０又は１であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。ｅは０〜６の整数である。）
から選ばれた少なくとも一つであるエポキシ樹脂を含むものとすることができる。
【００１８】
本発明の半導体装置は、前記（Ｂ）硬化剤が、
ノボラック型フェノール樹脂、
下記一般式（７）で表されるフェノール樹脂
【化７】
（ただし、上記一般式（７）において、−Ｒ１３−はフェニレン基又はナフチレン基であり、−Ｒ１３−がナフチレン基である場合、水酸基の結合位置はα位であってもβ位であってもよい。−Ｒ１４−はフェニレン基、ビフェニレン基又はナフチレン基である。Ｒ１５、Ｒ１６は、それぞれＲ１３、Ｒ１４に導入される基で、炭素数１〜１０の炭化水素基であり、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｆは０〜５の整数、ｇは０〜８の整数である。ｎ７の平均値は１以上、３以下の正数である。）
から選ばれた少なくとも一つである硬化剤
を含むものとすることができる。
【００１９】
本発明の半導体装置は、前記（Ｃ）充填材が、モード径が３０μｍ以上、５０μｍ以下であり、かつ５５μｍ以上の粗大粒子の含有割合が０．２質量％以下である溶融球状シリカを含むものとすることができる。
【００２０】
本発明の半導体装置は、自動車のエンジンルーム内で用いられる電子部品、パソコン用電源ユニット周辺の電子部品、家電用電源ユニット周辺の電子部品、及びＬＡＮ装置内の電子部品などの、６０℃、相対湿度６０％以上の高温高湿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ものとすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に従うと、回路基板と半導体素子の各電極パッドとを電気的に接続する銅製ワイヤが腐食を起こし難く、耐半田性、高温保管特性、高温動作特性、耐マイグレーション性、耐湿信頼性のバランスに優れた半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の半導体装置について詳細に説明する。本発明の半導体装置は、回路基板と、回路基板に搭載された半導体素子と、回路基板と半導体素子とを電気的に接続する銅製ワイヤと、半導体素子と銅製ワイヤを封止する封止材とを備え、銅製ワイヤが線径２５μｍ以下の銅製ワイヤであり、銅製ワイヤがその表面にパラジウムを含む金属材料で構成された被覆層を有しており、封止材が（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）充填材、（Ｄ）硫黄原子含有化合物を含むエポキシ樹脂組成物の硬化物で構成されていることを特徴とする。これらにより、回路基板と半導体素子の各電極パッドとを電気的に接続する銅製ワイヤが腐食を起こし難く、高温保管特性、高温動作特性、耐湿信頼性のバランスに優れた半導体装置を得ることができるものである。以下、各構成について詳細に説明する。
【００２４】
先ず、本発明の半導体装置で用いられる銅製ワイヤについて説明を行う。回路基板と、回路基板に搭載された半導体素子と、回路基板と半導体素子とを電気的に接続するワイヤと、半導体素子とワイヤを封止する封止材とを備えた片面封止型の半導体装置においては、集積度の向上のため狭パッドピッチ、小ワイヤ径が要求され、具体的には、２５μｍ以下、さらに好ましくは２３μｍ以下のワイヤ径が求められている。ワイヤとして銅製ワイヤを用いた場合における銅製ワイヤ自身の加工性に起因する接続信頼性を向上させるため、ワイヤ径を大きくすることで接合面積を増大し、接合不足起因の耐湿信頼性の低下を改善するという考え方もあるが、このようにワイヤ径を太くすることによる改善手法では集積度の向上を図ることはできず、片面封止型となる本発明の半導体装置として満足できるものが得られない。
【００２５】
本発明の半導体装置で用いられる銅製ワイヤは、その表面にパラジウムを含む金属材料
で構成された被覆層を有していることが好ましい。これにより、銅製ワイヤ先端のボール形状が安定し、接合部分の接続信頼性を向上させることができる。また、芯線である銅の酸化劣化を防止する効果も得られ、接合部分の高温保管特性を向上させることができる。
【００２６】
本発明の半導体装置で用いられるパラジウムを含む金属材料で構成された被覆層を有する銅製ワイヤは、芯線における銅純度が９９．９９質量％以上であることが好ましく、９９．９９９質量％以上であることがより好ましい。一般に銅に対して各種元素（ドーパント）を添加することで接合時における銅製ワイヤ先端のボール側形状の安定化を図ることができるが、０．０１質量％より多い大量のドーパントを添加すると、銅製ワイヤが硬くなることで接合時に半導体素子の電極パッド側にダメージを与え、接合不足起因の耐湿信頼性の低下、高温保管特性の低下、電気抵抗値の増大といった不具合を生じる。これに対し、銅純度９９．９９質量％以上の銅製ワイヤであれば、銅製ワイヤは充分な柔軟性を有しているため、接合時にパッド側にダメージを与える恐れがない。尚、本発明の半導体装置で用いられるパラジウムを含む金属材料で構成された被覆層を有する銅製ワイヤは、芯線である銅にＢａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂｅ、Ａｌまたは希土類金属を０．００１〜０．００３質量％ドープすることでさらにボール形状と接合強度が改善される。
【００２７】
本発明の半導体装置で用いられる銅製ワイヤにおけるパラジウムを含む金属材料から構成された被覆層の厚みとしては、０．００１〜０．０２μｍであることが好ましく、０．００５〜０．０１５μｍであることがより好ましい。上記上限値を超えると、ワイヤーボンド時に芯線である銅と被覆材のパラジウムを含む金属材料とが十分に溶けずボール形状が不安定になり、接合部分の耐湿性、高温保管特性が低下する恐れがある。また、上記下限値を下回ると、芯線の銅の酸化劣化を十分に防止できず、同様に接合部分の耐湿性、高温保管特性が低下する恐れがある。
【００２８】
本発明の半導体装置で用いられる銅製ワイヤは、銅合金を溶解炉で鋳造し、その鋳塊をロール圧延し、さらにダイスを用いて伸線加工を行い、連続的にワイヤを掃引しながら加熱する後熱処理を施して得ることができる。また、本発明の半導体装置で用いられる銅製ワイヤにおけるパラジウムを含む金属材料から構成された被覆層は、予め狙いのワイヤ径の線を準備し、これをパラジウムを含む電解溶液又は無電解溶液に浸漬し、連続的に掃引してメッキすることで被覆層を形成することができる。この場合、被覆の厚さは掃引速度で調整することができる。また、狙いよりも太い線を準備して、これを電解溶液又は無電解溶液に浸漬し連続的に掃引して被覆層を形成し、さらに所定の径になるまで伸線する手法も取れる。
【００２９】
次に、本発明の半導体装置で用いられる封止材について説明を行う。本発明の半導体装置で用いられる封止材は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）充填材、（Ｄ）硫黄原子含有化合物を含むエポキシ樹脂組成物の硬化物で構成されていることが好ましい。以下、本発明の半導体装置で用いられる封止材のもととなるエポキシ樹脂組成物の各構成成分について説明を行う。
【００３０】
本発明の半導体装置で用いられる封止材用のエポキシ樹脂組成物には、（Ａ）エポキシ樹脂を用いることができる。（Ａ）エポキシ樹脂は、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、分子構造を特に限定するものではないが、例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂；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等のノボラック型エポキシ樹脂；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等の多官能エポキシ樹脂；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、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等のアラルキル型エポキシ樹脂；
ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシナフタレンの２量体をグリシジルエーテル化して得られるエポキシ樹脂等のナフトール型エポキシ樹脂；トリグリシジルイソシアヌレート、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート等のトリアジン核含有エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂等の有橋環状炭化水素化合物変性フェノール型エポキシ樹脂が挙げられ、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。封止材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Ｃｌ−（塩素イオン）が極力少ない方が好ましく、より具体的には、（Ａ）エポキシ樹脂全体に対するＣｌ−（塩素イオン）等のイオン性不純物の含有割合が１０ｐｐｍ以下であることが好ましく、５ｐｐｍ以下であることがより好ましい。また、封止材用のエポキシ樹脂組成物としての硬化性を考慮すると、エポキシ当量としては１００ｇ／ｅｑ以上５００ｇ／ｅｑ以下であるものが好ましい。これらのエポキシ樹脂のなかでも、後述する一般式（３）で表されるエポキシ樹脂、一般式（４）で表されるエポキシ樹脂、一般式（５）で表されるエポキシ樹脂及び一般式（６）で表されるエポキシ樹脂から選ばれた少なくとも一つであるエポキシ樹脂を含むことが特に好ましい。
【００３１】
尚、エポキシ樹脂全体に対するＣｌ−（塩素イオン）の含有割合は、以下のようにして測定することができる。先ず、エポキシ樹脂等の試料５ｇと蒸留水５０ｇとをテフロン（登録商標）製耐圧容器に密閉し、１２５℃、相対湿度１００％ＲＨ、２０時間の処理（プレッシャークッカー処理）を行う。室温まで冷却した後、抽出水を遠心分離、２０μｍフィルターにてろ過し、キャピラリー電気泳動装置（例えば、大塚電子株式会社製ＣＡＰＩ―３３００）を用いて塩素イオン濃度を測定する。ここで得られる塩素イオン濃度（単位ｐｐｍ）は試料５ｇ中から抽出された塩素イオンを１０倍に希釈した数値であるため、下記式により樹脂組成物単位質量あたりの塩素イオン量に換算する。単位はｐｐｍ。
試料単位質量あたりの塩素イオン濃度＝（キャピラリー電気泳動装置で求めた塩素イオン濃度）×５０÷５
尚、後述する硬化剤中に含有される塩素イオンについても、同様の方法で測定することができる。
【００３２】
下記一般式（３）で表されるエポキシ樹脂及び下記一般式（４）で表されるエポキシ樹脂は、いずれも結晶性エポキシ樹脂であり、常温時には固体で取り扱い性に優れ、かつ成形時の溶融粘度が非常に低い特長を有する。これらのエポキシ樹脂は溶融粘度が低いことにより、エポキシ樹脂組成物の高流動化を得ることができ、無機質充填材を高充填化することができる。これにより、半導体装置における耐半田性、耐湿信頼性を向上する効果を得ることができる。
【００３３】
【化８】
（ただし、上記一般式（３）において、Ｒ４は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｎ３の平均値は０又は５以下の正数である。）
【００３４】
【化９】
（ただし、上記一般式（４）において、Ｒ５は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ６は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｎ４の平均値は０又は５以下の正数である。）
【００３５】
上記一般式（３）で表されるエポキシ樹脂及び上記一般式（４）で表されるエポキシ樹脂の配合割合としては、（Ａ）エポキシ樹脂全体に対して、１５質量％以上であることが好ましく、３０質量％以上であることがより好ましく、５０質量％以上であることが特に好ましい。配合割合が上記範囲内であると、エポキシ樹脂組成物の流動性を向上させる効果を得ることができる。
【００３６】
また、下記一般式（５）で表されるエポキシ樹脂は、グリシジルエーテル基が結合したフェニレン基又はナフチレン基（−Ｒ７−）の間に疎水性のフェニレン骨格、ビフェニレン骨格又はナフチレン骨格を含むアラルキル基（−ＣＨ２−Ｒ８−ＣＨ２−）を有することから、フェノールノボラック型エポキシ樹脂やクレゾールノボラック型エポキシ樹脂等と比べて、架橋点間距離が長くなる。そのため、これらを用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物は吸湿率が低く、かつ高温下において低弾性率化するため、半導体装置の耐半田性向上に寄与することができる。また、これらを用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物は、耐燃性に優れ、架橋密度が低い割には耐熱性が高いという特徴も有する。さらにナフチレン骨格を含むアラルキル基を含有する化合物においては、ナフタレン環に起因する剛直性によるＴｇの上昇やその平面構造に起因する分子間相互作用による線膨張係数の低下により、エリア表面実装型といった片面封止の半導体装置における低反り性を向上させることができる。
【００３７】
【化１０】
（ただし、上記一般式（５）において、−Ｒ７−はフェニレン基又はナフチレン基であり、−Ｒ７−がナフチレン基である場合、グリシジルエーテル基の結合位置はα位であってもβ位であってもよい。−Ｒ８−はフェニレン基、ビフェニレン基又はナフチレン基である。Ｒ９、Ｒ１０は、それぞれＲ７、Ｒ８に導入される基で、炭素数１〜１０の炭化水素基であり、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ａは０〜５の整数、ｂは
０〜８の整数である。ｎ５の平均値は１以上、３以下の正数である。）
【００３８】
また、一般式（５）で表されるエポキシ樹脂において、グリシジルエーテル基が結合した−Ｒ７−は、フェニレン基又はナフチレン基であり、−Ｒ８−がナフチレン基の場合、グリシジルエーテル基の結合位置はα位であってもβ位であってもよいが、特にナフチレン基である場合は前述のナフチレン骨格を含むアラルキル基を含有する化合物と同様に、Ｔｇの上昇や線膨張係数の低下により、エリア表面実装型半導体パッケージにおける低反り性を向上させる効果が得られ、さらに芳香族炭素を多く有することから耐熱性の向上も実現することができる。
【００３９】
一般式（５）で表されるエポキシ樹脂としては、例えば、フェニレン骨格を含有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を含有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェニレン骨格を含有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂が挙げられるが、一般式（５）の構造であれば特に限定するものではない。
【００４０】
一般式（５）で表されるエポキシ樹脂の軟化点としては、４０℃以上、１１０℃以下が好ましく、より好ましくは５０℃以上、９０℃以下である。また、一般式（５）で表されるエポキシ樹脂のエポキシ当量としては、２００以上、３００以下が好ましい。
【００４１】
一般式（５）で表されるエポキシ樹脂の配合割合としては、（Ａ）エポキシ樹脂全体に対して、３０質量％以上であることが好ましく、５０質量％以上であることがより好ましく、７０質量％以上であることが特に好ましい。配合割合が上記範囲内であると、半導体装置の耐半田性、耐燃性等を向上させる効果を得ることができる。
【００４２】
また、下記一般式（６）で表されるエポキシ樹脂は、分子内にナフタレン骨格を有するため、嵩高く、剛直性が高いことから、これを用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物の硬化収縮率が小さくなり、低反り性に優れるエリア表面実装型半導体装置が得られる効果も有する。
【００４３】
【化１１】
（ただし、上記一般式（６）において、Ｒ１１は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ１２は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｃ、ｄは０又は１であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。ｅは０〜６の整数である。）
【００４４】
一般式（６）で表されるエポキシ樹脂の配合割合としては、（Ａ）エポキシ樹脂全体に対して、２０質量％以上であることが好ましく、３０質量％以上であることがより好ましく、５０質量％以上であることが特に好ましい。配合割合が上記範囲内であると、半導体
装置の低反り性を向上させる効果を得ることができる。
【００４５】
（Ａ）エポキシ樹脂全体の配合割合の下限値としては特に限定されないが、エポキシ樹脂組成物全体に対して、３質量％以上であることが好ましく、５質量％以上であることがより好ましい。（Ａ）エポキシ樹脂全体の配合割合が上記範囲内であると、耐半田性の低下等を引き起こす恐れが少ない。また、（Ａ）エポキシ樹脂全体の配合割合の上限値としては特に限定されないが、エポキシ樹脂組成物全体に対して、１５質量％以下であることが好ましく、１３質量％以下であることがより好ましい。エポキシ樹脂全体の配合割合の上限値が上記範囲内であると、耐半田性の低下、流動性の低下等を引き起こす恐れが少ない。
【００４６】
本発明の半導体装置で用いられる封止材用のエポキシ樹脂組成物には、（Ｂ）硬化剤を用いることができる。（Ｂ）硬化剤としては、例えば重付加型の硬化剤、触媒型の硬化剤、縮合型の硬化剤の３タイプに大別することができる。
【００４７】
重付加型の硬化剤としては、例えば、ジエチレントリアミン（ＤＥＴＡ）、トリエチレンテトラミン（ＴＥＴＡ）、メタキシレリレンジアミン（ＭＸＤＡ）などの脂肪族ポリアミン、ジアミノジフェニルメタン（ＤＤＭ）、ｍ−フェニレンジアミン（ＭＰＤＡ）、ジアミノジフェニルスルホン（ＤＤＳ）などの芳香族ポリアミンのほか、ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）、有機酸ジヒドララジドなどを含むポリアミン化合物；ヘキサヒドロ無水フタル酸（ＨＨＰＡ）、メチルテトラヒドロ無水フタル酸（ＭＴＨＰＡ）などの脂環族酸無水物、無水トリメリット酸（ＴＭＡ）、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）、ベンゾフェノンテトラカルボン酸（ＢＴＤＡ）などの芳香族酸無水物などを含む酸無水物；ノボラック型フェノール樹脂、フェノールポリマーなどのポリフェノール化合物；ポリサルファイド、チオエステル、チオエーテルなどのポリメルカプタン化合物；イソシアネートプレポリマー、ブロック化イソシアネートなどのイソシアネート化合物；カルボン酸含有ポリエステル樹脂などの有機酸類などが挙げられる。
【００４８】
触媒型の硬化剤としては、例えば、ベンジルジメチルアミン（ＢＤＭＡ）、２，４，６−トリスジメチルアミノメチルフェノール（ＤＭＰ−３０）などの３級アミン化合物；２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール（ＥＭＩ２４）などのイミダゾール化合物；ＢＦ３錯体などのルイス酸などが挙げられる。
【００４９】
縮合型の硬化剤としては、例えば、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂等のフェノール樹脂系硬化剤；メチロール基含有尿素樹脂のような尿素樹脂；メチロール基含有メラミン樹脂のようなメラミン樹脂などが挙げられる。
【００５０】
これらの中でも、耐燃性、耐湿性、電気特性、硬化性、保存安定性等のバランスの点からフェノール樹脂系硬化剤が好ましい。フェノール樹脂系硬化剤は、一分子内にフェノール性水酸基を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、分子構造を特に限定するものではないが、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等のノボラック型樹脂；トリフェノールメタン型フェノール樹脂等の多官能型フェノール樹脂；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の変性フェノール樹脂；フェニレン骨格及び／又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、フェニレン及び／又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等のアラルキル型樹脂；ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のビスフェノール化合物等が挙げられ、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。封止材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Ｃｌ−イオンが極力少ない方が好ましく、より具体的には、（Ｂ）硬化剤全体に対するＣｌ−（塩素イオン）等のイオン性不純物の含有割合が１０ｐｐｍ以下であることが好ましく、５ｐｐｍ以下
であることがより好ましい。エポキシ樹脂組成物の硬化性を考慮すると、水酸基当量は９０ｇ／ｅｑ以上、２５０ｇ／ｅｑ以下のものが好ましい。これらのなかでも、後述するノボラック型フェノール樹脂及び一般式（７）で表されるフェノール樹脂から選ばれた少なくとも一つである硬化剤を含むことが特に好ましい。尚、硬化剤全体に対するＣｌ−（塩素イオン）の含有割合の測定は、前述のエポキシ樹脂の場合と同様にして測定することができる。
【００５１】
ノボラック型フェノール樹脂は、フェノール類とホルマリンを酸性触媒下で重合させたもので、特に制限は無いが、より低粘度のものが望ましく具体的には軟化点が９０℃以下のものが好ましく、５５℃以下のものがより好ましい。このようなノボラック型フェノール樹脂は、低粘度であることで樹脂組成物の流動性を損なうことがなく、かつ硬化性にも優れる特徴があり、得られた成形品の高温保管特性を向上させることができるという利点がある。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。
【００５２】
ノボラック型フェノール樹脂の配合割合としては、（Ｂ）硬化剤全体に対して、２０質量％以上であることが好ましく、３０質量％以上であることがより好ましく、５０質量％以上であることが特に好ましい。配合割合が上記範囲内であると、高温保管特性を向上させる効果を得ることができる。
【００５３】
下記一般式（７）で表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のフェニレン骨格、ビフェニレン骨格又はナフチレン骨格を含むアラルキル基（−ＣＨ２−Ｒ１４−ＣＨ２−）を有することから、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂等と比べて、架橋点間距離が長くなる。そのため、これらを用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物は吸湿率が低く、かつ高温下において低弾性率化するため、半導体装置の耐半田性向上に寄与することができる。また、これらを用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物は、耐燃性に優れ、架橋密度が低い割には耐熱性が高いという特徴も有する。さらにナフチレン骨格を含むアラルキル基を含有する化合物においては、ナフタレン環に起因する剛直性によるＴｇの上昇やその平面構造に起因する分子間相互作用による線膨張係数の低下により、エリア表面実装型といった片面封止の半導体装置における低反り性を向上させることができる。
【００５４】
【化１２】
（ただし、上記一般式（７）において、−Ｒ１３−はフェニレン基又はナフチレン基であり、−Ｒ１３−がナフチレン基である場合、水酸基の結合位置はα位であってもβ位であってもよい。−Ｒ１４−はフェニレン基、ビフェニレン基又はナフチレン基である。Ｒ１５、Ｒ１６は、それぞれＲ１３、Ｒ１４に導入される基で、炭素数１〜１０の炭化水素基であり、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｆは０〜５の整数、ｇは０〜８の整数である。ｎ７の平均値は１以上、３以下の正数である。）
【００５５】
また、一般式（７）で表されるフェノール樹脂において、フェノール性水酸基が結合した−Ｒ１３−は、フェニレン基又はナフチレン基であり、−Ｒ１３−がナフチレン基の場
合、フェノール性水酸基の結合位置はα位であってもβ位であってもよいが、特にナフチレン基である場合は前述のナフチレン骨格を含むアラルキル基を含有する化合物と同様に、Ｔｇの上昇や線膨張係数の低下により、成形収縮率を小さくすることができ、エリア表面実装型半導体パッケージにおける低反り性を向上させる効果が得られる。さらに芳香族炭素を多く有することから耐熱性の向上も実現することができる。
【００５６】
一般式（７）で表わされるフェノール樹脂としては、例えば、フェニレン骨格を含有するフェノールアラルキル樹脂、ビフェニレン骨格を含有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン骨格を含有するナフトールアラルキル樹脂が挙げられるが、下記一般式（７）の構造であれば特に限定するものではない。
【００５７】
一般式（７）で表されるフェノール樹脂の配合割合としては、（Ｂ）硬化剤全体に対して、２０質量％以上であることが好ましく、３０質量％以上であることがより好ましく、５０質量％以上であることが特に好ましい。配合割合が上記範囲内であると、耐半田性、耐燃性等を向上させる効果を得ることができる。
【００５８】
（Ｂ）硬化剤全体の配合割合の下限値については、特に限定されないが、全エポキシ樹脂組成物中に、０．８質量％以上であることが好ましく１．５質量％以上であることがより好ましい。配合割合の下限値が上記範囲内であると、充分な流動性を得ることができる。また、硬化剤（Ｂ）全体の配合割合の上限値についても、特に限定されないが、全エポキシ樹脂組成物中に、１０質量％以下であることが好ましく、８質量％以下であることがより好ましい。配合割合の上限値が上記範囲内であると、良好な耐半田性を得ることができる。
【００５９】
また、硬化剤（Ｂ）としてフェノール樹脂系硬化剤を用いる場合におけるエポキシ樹脂とフェノール樹脂系硬化剤との配合比率としては、全エポキシ樹脂のエポキシ基数（ＥＰ）と全フェノール樹脂系硬化剤のフェノール性水酸基数（ＯＨ）との当量比（ＥＰ）／（ＯＨ）が０．８以上、１．３以下であることが好ましい。当量比がこの範囲であると、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化性の低下、又は樹脂硬化物の物性の低下等を引き起こす恐れが少ない。
【００６０】
本発明の半導体装置で用いられる封止材用のエポキシ樹脂組成物には、（Ｃ）充填材を用いることができる。（Ｃ）充填材としては、一般に封止材用のエポキシ樹脂組成物に使用されているものを用いることができる。例えば、溶融球状シリカ、溶融破砕シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、チタンホワイト、窒化珪素等が挙げられ、最も好適に使用されるものとしては、球状溶融シリカが挙げられる。これらの充填材は、単独でも混合して用いても差し支えない。またこれらがカップリング剤により表面処理されていてもかまわない。充填材の形状としては、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。
【００６１】
本発明では、充填材が、モード径３０μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましく、３５μｍ以上、４５μｍ以下であることがより好ましい。この範囲のものを用いることでワイヤ−ピッチの狭い片面封止型の半導体装置にも適用することができることとなる。さらに、５５μｍ以上の粗大粒子の含有量が０．２質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましい。この範囲にすることで、粗大粒子がワイヤ間に挟まり押し倒すワイヤ流れを抑制することができるものである。このような特定の粒度分布を有する充填材は、市販されている充填材をそのまま、或いは、それらの複数を混合したり、篩分したりすること等により、調整して得ることができる。また、本発明で用いる溶融球状シリカのモード径は、市販のレーザー式粒度分布計（例えば、（株）島津製作所製、ＳＡＬＤ−７０００等）など用いて測定することができる。
【００６２】
（Ｃ）充填材の含有割合の下限値は、信頼性を考慮すると、エポキシ樹脂組成物全体に対して、８４質量％以上であることが好ましく、８７質量％以上であることがよりに好ましい。上記下限値を下回わらない範囲であれば、低吸湿性、低熱膨張性が得られるため、耐半田性が不十分となる恐れが少ない。また、（Ｃ）充填材の含有割合の上限値は、成形性を考慮すると、エポキシ樹脂組成物全体に対して、９２質量％以下であることが好ましく、８９質量％以下であることがより好ましい。上記上限値を超えない範囲であれば、流動性が低下し成形時に充填不良等が生じたり、高粘度化による半導体装置内のワイヤ流れ等の不都合が生じたりする恐れが少ない。
【００６３】
本発明の半導体装置で用いられる封止材用のエポキシ樹脂組成物には、（Ｄ）硫黄原子含有化合物を用いることができる。これにより、金属との親和性が向上する効果が得られる。（Ｄ）硫黄原子含有化合物における硫黄原子の結合形態については、特に限定されるものではないが、（Ｄ）硫黄原子含有化合物が、メルカプト基、スルホン酸基、スルフィド結合から選ばれた、パラジウムを含む金属材料との親和性に優れた少なくとも一つの原子団を有する硫黄原子含有化合物であることがより好ましい。また、（Ｄ）硫黄原子含有化合物は、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、メルカプト基、含窒素複素環から選ばれた、エポキシ樹脂マトリックスとの親和性に優れた少なくとも一つの原子団を有する硫黄原子含有化合物であることがさらに好ましい。これにより、エポキシ樹脂組成物の硬化物で構成されている封止材の表面と銅製ワイヤの表面に被覆されているパラジウムを含む金属材料との親和性を向上させ、界面での剥離を抑える効果が得られ、半導体装置の耐半田性、耐湿信頼性を向上させる役割を果たすことができる。このような化合物としては、特に限定するものではないが、含窒素複素環式芳香族化合物又は含硫黄複素環式化合物が好ましい。
【００６４】
含窒素複素環式芳香族化合物としてはトリアゾール系化合物、チアゾリン系化合物、チアゾール系化合物、チアジアゾール系化合物、トリアジン系化合物、ピリミジン系化合物等がより好ましい。これらの化合物の中では、トリアゾール系化合物が特に好ましく、トリアゾール系化合物のなかでは、１，２，４−トリアゾール環を有する化合物であることがより好ましく、下記一般式（１）で表される化合物であることがさらに好ましい。（Ｄ）硫黄原子含有化合物として下記一般式（１）で表される化合物を用いると、銅製ワイヤの表面に被覆されているパラジウムを含む金属材料との親和性がより高くなるため、半導体装置の信頼性をより向上させることができる。
【００６５】
【化１３】
（ただし、上記一般式（１）において、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を有する炭化水素基である。）
【００６６】
含硫黄複素環式化合物としては、ジチアン系化合物が挙げられ、下記一般式（２）で表される化合物であることがさらに好ましく、その中でも水酸基を持つものが特に好ましい。（Ｄ）硫黄原子含有化合物として一般式（２）で表される化合物を用いると、銅製ワイ
ヤの表面に被覆されているパラジウムを含む金属材料との親和性がより高くなるため、半導体装置の信頼性をより向上させることができる。
【００６７】
【化１４】
（ただし、上記一般式（２）において、Ｒ２、Ｒ３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を有する炭化水素基である。）
【００６８】
（Ｄ）硫黄原子含有化合物全体の配合割合の下限値については、全エポキシ樹脂組成物中に、０．０１質量％以上であることが好ましく、０．０２質量％以上であることがより好ましく、０．０３質量％以上であることが特に好ましい。配合割合の下限値が上記範囲内であると、パラジウムを含む金属材料との親和性を向上させる効果を得ることができる。また、（Ｄ）硫黄原子含有化合物全体の配合割合の上限値については、全エポキシ樹脂組成物中に、０．５質量％以下であることが好ましく、０．３質量％以下であることがより好ましく、０．２質量％以下であることが特に好ましい。配合割合の上限値が上記範囲内であると、エポキシ樹脂組成物の流動性が低下する恐れが少ない。
【００６９】
本発明の半導体装置で用いられる封止材用のエポキシ樹脂組成物には、硬化促進剤をさらに用いることができる。硬化促進剤は、エポキシ樹脂のエポキシ基と硬化剤（たとえば、フェノール樹脂系硬化剤のフェノール性水酸基）との架橋反応を促進させるものであればよく、一般に封止材用のエポキシ樹脂組成物に使用するものを用いることができる。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；トリフェニルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類；２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物；テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート等のテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート；ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種以上を併用しても差し支えない。
【００７０】
硬化促進剤の配合割合の下限値としては特に限定されないが、エポキシ樹脂組成物全体に対して、０．０５質量％以上であることが好ましく、０．１質量％以上であることがより好ましい。硬化促進剤の配合割合の下限値が上記範囲内であると、硬化性の低下を引き起こす恐れが少ない。また、硬化促進剤の配合割合の上限値としては特に限定されないが、エポキシ樹脂組成物全体に対して、１質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以下であることがより好ましい。硬化促進剤の配合割合の上限値が上記範囲内であると、流動性の低下を引き起こす恐れが少ない。
【００７１】
硬化促進剤のうちでは、流動性の観点で、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物がより好ましい。ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物で用いられるホスフィン化合物としては、例えば、トリフェニルホスフィン、トリ−ｐ−トリルホスフィン、ジフェニルシクロヘキシルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリブチルホスフィンなどが挙げられる。また、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物で用いられるキノン化合物としては、例えば、１，４−ベンゾキノン、メチル−１，４−ベンゾキノン、メトキシ−１，４−ベンゾキノン、フェニル−１，４−ベンゾキノン、１，４−ナフトキノンなどが挙げられる。これらホスフィン化合物とキノン化合物との付加物のうち、トリフ
ェニルホスフィンと１，４−ベンゾキノンとの付加物がより好ましい。ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物の製造方法としては特に制限はないが、例えば、原料として用いられるホスフィン化合物とキノン化合物とを両者が溶解する有機溶媒中で付加反応させて単離すればよい。
【００７２】
本発明の半導体装置で用いられる封止材用のエポキシ樹脂組成物には、さらに必要に応じて、水酸化ジルコニウム等のアルミニウム腐食防止剤；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、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−アミノ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；シリコーンゴム等の低応力成分；カルナバワックス等の天然ワックス、合成ワックス、ステアリン酸亜鉛等の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。さらに、必要に応じて無機充填材をエポキシ樹脂又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、混合機を用いて混合処理する方法等がある。
【００７３】
本発明の半導体装置で用いられる封止材用のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂組成物の硬化物全体に対するＣｌ−（塩素イオン）の含有割合が１０ｐｐｍ以下であることが好ましく、５ｐｐｍ以下であることがより好ましく、３ｐｐｍ以下であることがさらに好ましい。これにより、より優れた耐湿信頼性と、高温動作特性を得ることができる。尚、エポキシ樹脂組成物の硬化物全体に対するＣｌ−（塩素イオン）の含有割合は、以下のようにして測定することができる。先ず、半導体装置の封止材を構成するエポキシ樹脂組成物の硬化物を粉砕ミルによって３分間粉砕し、２００メッシュの篩で篩分して通過した粉を試料とする。得られた試料５ｇと蒸留水５０ｇとをテフロン（登録商標）製耐圧容器に密閉し、１２５℃、相対湿度１００％ＲＨ、２０時間の処理（プレッシャークッカー処理）を行う。室温まで冷却した後、抽出水を遠心分離、２０μｍフィルターにてろ過し、キャピラリー電気泳動装置（例えば、大塚電子株式会社製ＣＡＰＩ―３３００）を用いて塩素イオン濃度を測定する。ここで得られる塩素イオン濃度（単位ｐｐｍ）は試料５ｇ中から抽出された塩素イオンを１０倍に希釈した数値であるため、下記式により樹脂組成物単位質量あたりの塩素イオン量に換算する。単位はｐｐｍ。
試料単位質量あたりの塩素イオン濃度＝（キャピラリー電気泳動装置で求めた塩素イオン濃度）×５０÷５
【００７４】
本発明の半導体装置で用いられる封止材用のエポキシ樹脂組成物は、前述の各成分を、例えば、ミキサー等を用いて常温混合したもの、さらにその後、ロール、ニーダー、押出機等の混練機で溶融混練し、冷却後粉砕したものなど、必要に応じて適宜分散度や流動性等を調整したものを用いることができる。
【００７５】
次に本発明の半導体装置について説明する。本発明の半導体装置は封止材用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、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して得られる。
【００７６】
本発明で封止を行う半導体素子としては、特に限定されるものではなく、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、固体撮像素子等が挙げられる。
【００７７】
本発明の半導体装置の形態としては、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）、チップ・サイズ・パッケージ（ＣＳＰ）、クワッド・フラット・ノンリード（ＱＦＮ）等が挙げられる。上記トランスファーモールドなどの成形方法で封止された半導体装置は、そのまま
、或いは８０℃〜２００℃程度の温度で、１０分〜１０時間程度の時間をかけて完全硬化させた後、電子機器等に搭載される。
【００７８】
図１は、本発明に係る片面封止型の半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。回路基板６上に、ダイボンド材硬化体２を介して半導体素子１が固定されている。半導体素子１の電極パッドと回路基板６上の電極パッドとの間は銅製ワイヤ３によって接続されている。エポキシ樹脂組成物の硬化物により構成された封止材４によって、回路基板６の半導体素子１が搭載された片面側のみが封止されている。回路基板６上の電極パッドは回路基板６上の非封止面側の半田ボール７と内部で接合されている。
【実施例】
【００７９】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。配合割合は質量部とする。実施例、比較例で用いた封止材用のエポキシ樹脂組成物の各成分について、以下に示す。
【００８０】
封止材用のエポキシ樹脂の各成分：
（エポキシ樹脂）
Ｅ−１：ビフェニル型エポキシ樹脂（一般式（３）において、３位、５位のＲ４がメチル基、２位、６位のＲ４が水素原子であるエポキシ樹脂。ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＸ−４０００Ｈ、融点１０５℃、エポキシ当量１９０、塩素イオン量５．０ｐｐｍ。）
Ｅ−２：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（一般式（４）において、Ｒ５が水素原子、Ｒ６がメチル基であるエポキシ樹脂。ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＬ−６８１０、融点４５℃、エポキシ当量１７２、塩素イオン量２．５ｐｐｍ。）
Ｅ−３：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（一般式（５）において、−Ｒ７−がフェニレン基、−Ｒ８−がビフェニレン基、ａが０、ｂが０であるエポキシ樹脂。日本化薬（株）製、ＮＣ３０００、軟化点５８℃、エポキシ当量２７４、塩素イオン量９．８ｐｐｍ。）
Ｅ−４：フェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂（一般式（５）において、−Ｒ７−がナフチレン基、−Ｒ８−がフェニレン基、ａが０、ｂが０であるエポキシ樹脂。東都化成（株）製、ＥＳＮ−１７５、軟化点６５℃、エポキシ当量２５４、塩素イオン量８．５ｐｐｍ。）
Ｅ−５：一般式（６）で表わされるエポキシ樹脂（一般式（６）において、Ｒ１２が水素原子であり、ｃが０、ｄが０、ｅが０である成分５０質量％、Ｒ１２が水素原子であり、ｃが１、ｄが０、ｅが０である成分４０質量％、Ｒ１２が水素原子であり、ｃが１、ｄが１、ｅが０である成分１０質量％の混合物であるエポキシ樹脂。大日本インキ工業（株）製ＨＰ４７７０、軟化点７２℃、エポキシ当量２０５、塩素イオン量２．０ｐｐｍ。）
Ｅ−６：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、ＥＯＣＮ１０２０、軟化点５５℃、エポキシ当量１９６、塩素イオン量５．０ｐｐｍ。）
Ｅ−７：ビフェニル型エポキシ樹脂（一般式（３）において、３位、５位のＲ４がメチル基、２位、６位のＲ４が水素原子であるエポキシ樹脂。ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＸ−４０００Ｈ、融点１０５℃、エポキシ当量１９０、塩素イオン量１２．０ｐｐｍ。）
Ｅ−８：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（一般式（４）において、Ｒ５が水素原子、Ｒ６がメチル基であるエポキシ樹脂。ジャパンエポキシレジン（株）製、１００１、融点４５℃、エポキシ当量４６０、塩素イオン量２５ｐｐｍ。）
【００８１】
【化１５】
【００８２】
【化１６】
【００８３】
【化１７】
【００８４】
【化１８】
【００８５】
（硬化剤）
Ｈ−１：フェノールノボラック樹脂（住友ベークライト（株）製、ＰＲ−ＨＦ−３軟化点８０℃、水酸基当量１０４、塩素イオン量１．０ｐｐｍ。）
Ｈ−２：フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂（一般式（７）において、−Ｒ１３−がフェニレン基、−Ｒ１４−がフェニレン基、ｆが０、ｇが０である化合物。
三井化学（株）製、ＸＬＣ−４Ｌ、軟化点６２℃、水酸基当量１６８、塩素イオン量２．５ｐｐｍ。）
Ｈ−３：ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂（一般式（７）において、−Ｒ１３−がフェニレン基、−Ｒ１４−がビフェニレン基、ｆが０、ｇが０である化合物。明和化成（株）製、ＭＥＨ−７８５１ＳＳ、軟化点６５℃、水酸基当量２０３、塩素イオン量１．０ｐｐｍ。）
Ｈ−４：フェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂（一般式（７）において、−Ｒ１３−がナフチレン基、−Ｒ１４−がフェニレン基、ｆが０、ｇが０である化合物。東都化成（株）製、ＳＮ−４８５、軟化点８７℃、水酸基当量２１０、塩素イオン量１．５ｐｐｍ。）
Ｈ−５：フェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂（一般式（７）において、−Ｒ１３−がナフチレン基、−Ｒ１４−がフェニレン基、ｆが０、ｇが０である化合物。東都化成（株）製、ＳＮ−１７０Ｌ、軟化点６９℃、水酸基当量１８２、塩素イオン量１５．０ｐｐｍ。）
【００８６】
【化１９】
【００８７】
（充填材）
溶融球状シリカ１：モード径３０μｍ、比表面積３．７ｍ２／ｇ、５５μｍ以上の粗大粒子の含有量０．０１質量部（（株）マイクロン製、ＨＳ−２０３。）
溶融球状シリカ２：モード径３７μｍ、比表面積２．８ｍ２／ｇ、５５μｍ以上の粗大粒子の含有量０．１質量部（（株）マイクロン製、ＨＳ−１０５を３００メッシュの篩を用いて粗大粒子を除去することにより得た。）
溶融球状シリカ３：モード径４５μｍ、比表面積２．２ｍ２／ｇ、５５μｍ以上の粗大粒子の含有量０．１質量部（電気化学工業（株）製、ＦＢ−８２０を３００メッシュの篩を用いて粗大粒子を除去することにより得た。）
溶融球状シリカ４：モード径５０μｍ、比表面積１．４ｍ２／ｇ、５５μｍ以上の粗大粒子の含有量０．０３質量部（電気化学工業（株）製、ＦＢ−９５０を３００メッシュの篩を用いて粗大粒子を除去することにより得た。）
溶融球状シリカ５：モード径５５μｍ、比表面積１．５ｍ２／ｇ、５５μｍ以上の粗大粒子の含有量０．１質量部（電気化学工業（株）製 ＦＢ−７４を３００メッシュの篩を用いて粗大粒子を除去することにより得た。）
溶融球状シリカ６：モード径５０μｍ、比表面積３．０ｍ２／ｇ、５５μｍ以上の粗大粒子の含有量１５．０質量部（電気化学工業（株）製、ＦＢ−８２０。）
溶融球状シリカ７：モード径５０μｍ、比表面積１．５ｍ２／ｇ、５５μｍ以上の粗大粒子の含有量６．０質量部（電気化学工業（株）製、ＦＢ−９５０。）
【００８８】
（硫黄原子含有化合物）
硫黄原子含有化合物１：下記式（８）で表される３−アミノ−５−メルカプト−１，２，４−トリアゾール（試薬）
【化２０】
【００８９】
硫黄原子含有化合物２：下記式（９）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２１】
【００９０】
硫黄原子含有化合物３：下記式（１０）で表される３−ヒドロキシ−５−メルカプト−１，２，４−トリアゾール（試薬）
【化２２】
【００９１】
硫黄原子含有化合物４：下記式（１１）で表されるトランス−４，５−ジヒドロキシ−１，２−ジチアン（シグマ−アルドリッチ社製、分子量：１５２．２４）
【化２３】
【００９２】
硫黄原子含有化合物５：γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン
【００９３】
（硬化促進剤）
トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）
【００９４】
（カップリング剤）
エポキシシラン：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
【００９５】
（着色剤）
カーボンブラック
【００９６】
（離型剤）
カルナバワックス
【００９７】
封止材用のエポキシ樹脂組成物の製造
（実施例１）
Ｅ−３ ８質量部
Ｈ−３ ６質量部
溶融球状シリカ２ ８５質量部
硫黄原子含有化合物１ ０．０５質量部
トリフェニルホスフィン ０．３質量部
エポキシシラン ０．２質量部
カーボンブラック ０．２５質量部
カルナバワックス ０．２質量部
を常温でミキサーを用いて混合し、次に７０〜１００℃でロール混練し、冷却後粉砕して封止材用のエポキシ樹脂組成物を得た。
【００９８】
（実施例２〜３２、比較例１〜１２）
表１〜７に記載の封止材用エポキシ樹脂組成物の配合に従い、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得た。
【００９９】
実施例、比較例で用いた銅製ワイヤの内容について、以下に示す。
銅製ワイヤ１：表１〜７に記載の各線径である銅純度９９．９９質量％の芯線に表１〜７に記載の各厚さでパラジウム被覆を施したもの（（株）日鉄マイクロメタル製、ＥＸ）
銅製ワイヤ２：表１、５、６に記載の各線径である銅純度９９．９９９質量％、銀０．００１質量％ドープの芯線（タツタ電線（株）製、ＴＣ−Ａ）に表１〜６に記載の各厚さでパラジウム被覆を施したもの
銅製ワイヤ３：表１、２、４、７に記載の各線径である銅純度９９．９９質量％の銅製ワイヤ（タツタ電線（株）製、ＴＣ−Ｅ）
【０１００】
各実施例及び各比較例で得られた封止材用のエポキシ樹脂組成物について、以下の評価を行った。得られた結果を表１〜７に示す。
【０１０１】
評価方法
スパイラルフロー：低圧トランスファー成形機（コータキ精機（株）製、ＫＴＳ−１５）を用いて、ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型に、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰa、硬化時間１２０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。８０ｃｍ以下であるとパッケージ未充填などの成形不良が生じる場合がある。
【０１０２】
吸湿率：低圧トランスファー成形機（コータキ精機（株）製、ＫＴＳ−３０）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件でエポキシ樹脂組
成物を注入、成形して、直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤状試験片を作製したのち、後硬化として１７５℃で８時間加熱処理した。試験片の吸湿処理前の重量と、８５℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間加湿処理した後の重量を測定し、試験片の吸湿率を百分率で示した。単位は質量％。
【０１０３】
収縮率：低圧トランスファー成形機（藤和精機（株）製、ＴＥＰ−５０−３０）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件下で、エポキシ樹脂組成物を注入成形して、直径１００ｍｍ、厚さ３ｍｍの試験片を作製した。作製した成形品を、１７５℃、８時間で後硬化した後、１７５℃での金型キャビティの内径寸法と、室温（２５℃）での試験片の外径寸法とを測定し、下記式により収縮率を算出した。
収縮率（％）＝｛（１７５℃での金型キャビティの内径寸法）−（後硬化後の２５℃での試験片の外径寸法）｝／（１７５℃での金型キャビティの内径寸法）×１００（％）
【０１０４】
ワイヤ流れ率：アルミニウムパッドを形成したＴＥＧチップ（３．５ｍｍ×３．５ｍｍ、パッドピッチは８０μｍ）を３５２ピンＢＧＡ（基板は厚さ０．５６ｍｍ、ビスマレイミド・トリアジン樹脂／ガラスクロス基板、パッケージサイズは３０×３０ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ）のダイパッド部に接着し、ＴＥＧチップのアルミニウムパッドと基板側端子とを、表１〜６に記載の各銅製ワイヤを用いてワイヤピッチ８０μｍでワイヤボンディングした。これを、低圧トランスファー成形機（ＴＯＷＡ製、Ｙシリーズ）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分の条件でエポキシ樹脂組成物により封止成形して、３５２ピンＢＧＡパッケージを作製し、１７５℃、４時間の条件で後硬化した。室温まで冷却後、軟Ｘ線透視装置（ソフテックス（株）製、ＰＲＯ−ＴＥＳＴ１００）で観察し、ワイヤの流れ率を（流れ量）／（ワイヤ長）の比率で表し、この値が最も大きくなるワイヤ部の値を記した。単位は％。この値が５％を超えると、隣接するワイヤ同士が接触する可能性が高い。
【０１０５】
封止材中の塩素イオン濃度：ワイヤ流れ率の測定で用いた、後硬化後の３５２ピンＢＧＡパッケージから封止材のみを切り出し後、粉砕ミルによって３分間粉砕し、２００メッシュの篩で篩分して通過した粉を試料とした。得られた試料５ｇと蒸留水５０ｇとをテフロン（登録商標）製耐圧容器に密閉し、１２５℃、相対湿度１００％ＲＨ、２０時間の処理（プレッシャークッカー処理）を行った。室温まで冷却した後、抽出水を遠心分離、２０μｍフィルターにてろ過し、キャピラリー電気泳動装置（大塚電子株式会社製ＣＡＰＩ―３３００）を用いて塩素イオン濃度を測定した。ここで得られる塩素イオン濃度（単位ｐｐｍ）は試料５ｇ中から抽出された塩素イオンを１０倍に希釈した数値であるため、下記式により封止材単位質量あたりの塩素イオン量に換算した。単位はｐｐｍ。
試料単位質量あたりの塩素イオン濃度＝（キャピラリー電気泳動装置で求めた塩素イオン濃度）×５０÷５
尚、封止材中の塩素イオン濃度の測定は、封止材を構成する複数の類似樹脂組成物を代表して、実施例１、４、１０、２２〜３０のみで行った。
【０１０６】
耐半田性：アルミニウムパッドを形成したチップ（３．５ｍｍ×３．５ｍｍ、ＳｉＮ皮膜付き）を３５２ピンＢＧＡ（基板は厚さ０．５６ｍｍ、ビスマレイミド・トリアジン樹脂／ガラスクロス基板、パッケージサイズは３０×３０ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ）のダイパッド部に接着し、チップのアルミニウムパッドと基板側端子を、表１〜６に記載の銅製ワイヤを用いてワイヤピッチ８０μｍでワイヤボンディングした。これを、低圧トランスファー成形機（ＴＯＷＡ製、Ｙシリーズ）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分の条件でエポキシ樹脂組成物により封止成形して、３５２ピンＢＧＡパッケージを作製し、１７５℃、４時間の条件で後硬化した。得られたパッケージ１０個を６０℃、相対湿度６０％で１６８時間加湿処理した後、ＩＲリフロー処理（最大温度２６０℃）を三回行った。処理後のパッケージ内部の剥離、及びクラックの有無を超音波
傷機（日立建機ファインテック株式会社製、ｍｉ−ｓｃｏｐｅ ｈｙｐｅｒ ＩＩ）で観察し、剥離又はクラックのいずれか一方でも発生したものを不良とした。単位は不良パッケージの個数。
【０１０７】
高温保管特性：アルミニウム電極パッドを形成したＴＥＧ（ＴＥＳＴ ＥＬＥＭＥＮＴ
ＧＲＯＵＰ）チップ（３．５ｍｍ×３．５ｍｍ）を３５２ピンＢＧＡ（基板は厚さ０．５６ｍｍ、ビスマレイミド・トリアジン樹脂／ガラスクロス基板、パッケージサイズは３０×３０ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ）のダイパッド部に接着し、ＴＥＧチップのアルミニウム電極パッドと基板側端子とをデージーチェーンになるように、表１〜６に記載の銅製ワイヤを用いてワイヤピッチ８０μｍでワイヤボンディングした。これを、低圧トランスファー成形機（ＴＯＷＡ製、Ｙシリーズ）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分の条件でエポキシ樹脂組成物により封止成形して、３５２ピンＢＧＡパッケージを作製した。作製したパッケージを、１７５℃、８時間で後硬化した後、高温保管試験（２００℃）を行った。２４時間毎に配線間の電気抵抗値の測定を行い、その値が初期値に対し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＝５ヶの測定で、１ケでも不良が発生した時間で示した。単位は時間。全てのパッケージで１９２Ｈｒまで不良発生のなかったものは１９２＜とした。
【０１０８】
高温動作特性：アルミニウム電極パッドを形成したＴＥＧ（ＴＥＳＴ ＥＬＥＭＥＮＴ
ＧＲＯＵＰ）チップ（３．５ｍｍ×３．５ｍｍ）を３５２ピンＢＧＡ（基板は厚さ０．５６ｍｍ、ビスマレイミド・トリアジン樹脂／ガラスクロス基板、パッケージサイズは３０×３０ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ）のダイパッド部に接着し、ＴＥＧチップのアルミニウム電極パッドと基板側端子とをデージーチェーンになるように、表１〜６に記載の銅製ワイヤを用いてワイヤピッチ８０μｍでワイヤボンディングした。これを、低圧トランスファー成形機（ＴＯＷＡ製、Ｙシリーズ）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分の条件でエポキシ樹脂組成物により封止成形して、３５２ピンＢＧＡパッケージを作製した。作製したパッケージを１７５℃、８時間で後硬化した後、デージーチェーンにつないだ両端に０．５Ａの直流電流を流す。この状態で１８５℃での高温保管を行い、１２時間毎に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ヶの測定で、１ケでも不良が発生した時間で示した。単位は時間。
【０１０９】
耐マイグレーション性：アルミニウム電極パッドを形成したＴＥＧチップ（３．５ｍｍ×３．５ｍｍアルミニウム回路は保護膜なしの剥き出し）を３５２ピンＢＧＡ（基板は厚さ０．５６ｍｍ、ビスマレイミド・トリアジン樹脂／ガラスクロス基板、パッケージサイズは３０×３０ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ）のダイパッド部に接着し、ＴＥＧチップのアルミニウム電極パッドとリードフレームの各リードとを、表１〜６に記載の銅製ワイヤを用いてワイヤピッチ８０μｍでワイヤボンディングした。これを、低圧トランスファー成形機（ＴＯＷＡ製、Ｙシリーズ）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分の条件でエポキシ樹脂組成物により封止成形して、３５２ピンＢＧＡパッケージを作製した。作製したパッケージを、１７５℃、８時間で後硬化した後、導通していない隣同士の端子間に８５℃／８５％ＲＨ中で２０Ｖの直流バイアス電圧を１６８Ｈｒ掛けて、端子間の抵抗値変化をみた。ｎ＝５で試験を行い、初期値の１／１０に抵抗値が低下したものをマイグレーション発生と判定した。不良時間はｎ＝５ヶの平均値。全てのパッケージで１６８時間まで初期値の１／１０までの抵抗値低下がなかったものは１６８＜とした。
【０１１０】
耐湿信頼性：アルミニウム回路を形成したＴＥＧチップ（３．５ｍｍ×３．５ｍｍ、アルミニウム回路は保護膜なしの剥き出し）を３５２ピンＢＧＡ（基板は厚さ０．５６ｍｍ、ビスマレイミド・トリアジン樹脂／ガラスクロス基板、パッケージサイズは３０×３０
ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ）のダイパッド部に接着し、アルミニウムパッドと基板側端子を、表１〜６に記載の銅製ワイヤを用いてワイヤピッチ８０μｍでワイヤボンディングした。これを、低圧トランスファー成形機（ＴＯＷＡ製、Ｙシリーズ）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分の条件でエポキシ樹脂組成物により封止成形して、３５２ピンＢＧＡパッケージを作製した。作製したパッケージを、１７５℃、８時間で後硬化した後、ＩＥＣ６８−２−６６に準拠しＨＡＳＴ（Ｈｉｇｈｌｙ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ Ｓｔｒｅｓｓ Ｔｅｓｔ）試験を行った。試験条件は１３０℃、８５％ＲＨ、２０Ｖ印加、１６８時間処理をして回路のオープン不良有無を測定した。１パッケージあたり４端子を持ち５パッケージで計２０回路を評価で用いた。単位は不良回路の個数。
【０１１１】
【表１】
【０１１２】
【表２】
【０１１３】
【表３】
【０１１４】
【表４】
【０１１５】
【表５】
【０１１６】
【表６】
【０１１７】
【表７】
【０１１８】
表１〜７から明らかなように、実施例１〜３０は、ワイヤ流れ率、耐半田性、高温保管特性、高温動作特性、耐マイグレーション性、耐湿信頼性に優れていた。また、実施例３１、３２は、パラジウムを含む金属材料で構成された被覆層を有していない同一線径の銅製ワイヤを用いた比較例１１、１２と比較すると、高温保管性、高温動作特性、耐湿信頼性に優れていた。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明により得られる半導体装置は、回路基板と半導体素子の各電極パッドとを電気的に接続する銅製ワイヤがマイグレーションを起こし難く、耐湿信頼性、高温保管特性に優れたものであるため、工業的な樹脂封止型半導体装置、特に片面封止からなる表面実装用の樹脂封止型半導体装置の製造に好適で用いることができる。
【符号の説明】
【０１２０】
１ 半導体素子
２ ダイボンド材硬化体
３ 銅製ワイヤ
４ 封止材
５ ソルダーレジスト
６ 回路基板
７ 半田ボール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関するものである。特に、回路基板と、回路基板に搭載された半導体素子と、回路基板と半導体素子とを電気的に接続する銅製ワイヤと、半導体素子と銅製ワイヤを封止する封止材とを備えた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からダイオード、トランジスタ、集積回路等の電子部品は、主にエポキシ樹脂組成物の硬化物により封止されている。特に集積回路では、エポキシ樹脂、フェノール樹脂系硬化剤、及び溶融シリカ、結晶シリカ等の無機充填材を配合した、耐熱性、耐湿性に優れたエポキシ樹脂組成物が用いられている。ところが近年、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、半導体素子の封止で用いられている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。さらに半導体装置に対するコストダウンの要求も激しく従来の金線接続ではコストが高いため、アルミ、銅合金、銅などの金属による接合も一部採用されている。しかしながら、特に自動車用途においては、コストに加え、１５０℃を超えるような高温環境下での高温保管特性、高温動作特性、６０℃、相対湿度６０％を超えるような高温・高湿環境下での耐湿信頼性といった電気的信頼性も要求され、非金ワイヤではマイグレーション、腐食、電気抵抗値の増大といった問題があり必ずしも満足できるものではなかった。
【０００３】
特に銅製ワイヤを用いた半導体装置においては、耐湿信頼性試験において銅が腐食し易すく信頼性にかけるといった問題から、ディスクリート用パワーデバイスといった線径の太いものでは使用実績があるものの、ワイヤ線径２５μｍ以下のＩＣ用途、特に回路基板起因の不純物の影響をも受ける片面封止パッケージへの適用は難しいのが現状である。
【０００４】
銅製ワイヤ自身の加工性を改善することで接合部の信頼性を向上させようとした提案（例えば、特許文献１参照。）、銅線に導電性金属を被覆することことで酸化防止による接合信頼性の向上に対して改良をする提案（例えば、特許文献２参照。）など銅製ワイヤ単体での取り組みはあるものの、樹脂で封止されたパッケージすなわち半導体装置としての腐食、耐湿信頼性といった電気的信頼性については考慮されておらず、必ずしも満足できるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平０６−０１７５５４号公報
【特許文献２】特開２００７−１２７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、回路基板と半導体素子の各電極パッドとを電気的に接続する銅製ワイヤが腐食し難く、耐半田性、高温保管特性、高温動作特性、耐マイグレーション性、耐湿信頼性のバランスに優れ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】
本発明の半導体装置は、回路基板と、前記回路基板に搭載された半導体素子と、前記回路基板と前記半導体素子とを電気的に接続する銅製ワイヤと、前記半導体素子と前記銅製ワイヤを封止する封止材とを備え、
前記銅製ワイヤが線径２５μｍ以下の銅製ワイヤであり、
前記銅製ワイヤがその表面にパラジウムを含む金属材料で構成された被覆層を有しており、
前記封止材が（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）充填材、（Ｄ）硫黄原子含有化合物を含むエポキシ樹脂組成物の硬化物で構成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の半導体装置は、前記封止材を構成するエポキシ樹脂組成物の硬化物を１２５℃、相対湿度１００％ＲＨ、２０時間の条件で抽出した抽出水中の塩素イオン濃度が１０ｐｐｍ以下であるものとすることができる。
【０００９】
本発明の半導体装置は、前記銅製ワイヤの芯線における銅純度が９９．９９質量％以上であるものとすることができる。
【００１０】
本発明の半導体装置は、前記パラジウムを含む金属材料から構成された被覆層の厚みが０．００１〜０．０２μｍであるものとすることができる。
【００１１】
本発明の半導体装置は、前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が、メルカプト基、スルホン酸基、スルフィド結合、から選ばれた少なくとも一つの原子団を有する硫黄原子含有化合物であるものとすることができる。
【００１２】
本発明の半導体装置は、前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、メルカプト基、含窒素複素環、から選ばれた、エポキシ樹脂マトリックスとの親和性に優れた少なくとも一つの原子団と、メルカプト基、スルホン酸基、スルフィド結合、から選ばれた、パラジウムを含む金属材料との親和性に優れた少なくとも一つの原子団と、を有する硫黄原子含有化合物であるものとすることができる。
【００１３】
本発明の半導体装置は、前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が、トリアゾール系化合物、チアゾリン系化合物、ジチアン系化合物から選ばれた少なくとも１つの硫黄原子含有化合物であるものとすることができる。
【００１４】
本発明の半導体装置は、前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が１，２，４−トリアゾール環を有する化合物であるものとすることができる。
【００１５】
本発明の半導体装置は、前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が下記一般式（１）で表される化合物
【化１】
（ただし、上記一般式（１）において、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を有する炭化水素基である。）
であるものとすることができる。
【００１６】
本発明の半導体装置は、前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が下記一般式（２）で表される
化合物
【化２】
（ただし、上記一般式（２）において、Ｒ２、Ｒ３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を有する炭化水素基である。）
であるものとすることができる。
【００１７】
本発明の半導体装置は、前記（Ａ）エポキシ樹脂が、
下記一般式（３）で表されるエポキシ樹脂
【化３】
（ただし、上記一般式（３）において、Ｒ４は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｎ３の平均値は０又は５以下の正数である。）、
下記一般式（４）で表されるエポキシ樹脂
【化４】
（ただし、上記一般式（４）において、Ｒ５は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ６は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｎ４の平均値は０又は５以下の正数である。）、
下記一般式（５）で表されるエポキシ樹脂
【化５】
（ただし、上記一般式（５）において、−Ｒ７−はフェニレン基又はナフチレン基であり、−Ｒ７−がナフチレン基である場合、グリシジルエーテル基の結合位置はα位であってもβ位であってもよい。−Ｒ８−はフェニレン基、ビフェニレン基又はナフチレン基である。Ｒ９、Ｒ１０は、それぞれＲ７、Ｒ８に導入される基で、炭素数１〜１０の炭化水素基であり、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ａは０〜５の整数、ｂは０〜８の整数である。ｎ５の平均値は１以上、３以下の正数である。）
及び下記一般式（６）で表されるエポキシ樹脂
【化６】
（ただし、上記一般式（６）において、Ｒ１１は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ１２は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｃ、ｄは０又は１であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。ｅは０〜６の整数である。）
から選ばれた少なくとも一つであるエポキシ樹脂を含むものとすることができる。
【００１８】
本発明の半導体装置は、前記（Ｂ）硬化剤が、
ノボラック型フェノール樹脂、
下記一般式（７）で表されるフェノール樹脂
【化７】
（ただし、上記一般式（７）において、−Ｒ１３−はフェニレン基又はナフチレン基であり、−Ｒ１３−がナフチレン基である場合、水酸基の結合位置はα位であってもβ位であってもよい。−Ｒ１４−はフェニレン基、ビフェニレン基又はナフチレン基である。Ｒ１５、Ｒ１６は、それぞれＲ１３、Ｒ１４に導入される基で、炭素数１〜１０の炭化水素基であり、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｆは０〜５の整数、ｇは０〜８の整数である。ｎ７の平均値は１以上、３以下の正数である。）
から選ばれた少なくとも一つである硬化剤
を含むものとすることができる。
【００１９】
本発明の半導体装置は、前記（Ｃ）充填材が、モード径が３０μｍ以上、５０μｍ以下であり、かつ５５μｍ以上の粗大粒子の含有割合が０．２質量％以下である溶融球状シリカを含むものとすることができる。
【００２０】
本発明の半導体装置は、自動車のエンジンルーム内で用いられる電子部品、パソコン用電源ユニット周辺の電子部品、家電用電源ユニット周辺の電子部品、及びＬＡＮ装置内の電子部品などの、６０℃、相対湿度６０％以上の高温高湿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ものとすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に従うと、回路基板と半導体素子の各電極パッドとを電気的に接続する銅製ワイヤが腐食を起こし難く、耐半田性、高温保管特性、高温動作特性、耐マイグレーション性、耐湿信頼性のバランスに優れた半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の半導体装置について詳細に説明する。本発明の半導体装置は、回路基板と、回路基板に搭載された半導体素子と、回路基板と半導体素子とを電気的に接続する銅製ワイヤと、半導体素子と銅製ワイヤを封止する封止材とを備え、銅製ワイヤが線径２５μｍ以下の銅製ワイヤであり、銅製ワイヤがその表面にパラジウムを含む金属材料で構成された被覆層を有しており、封止材が（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）充填材、（Ｄ）硫黄原子含有化合物を含むエポキシ樹脂組成物の硬化物で構成されていることを特徴とする。これらにより、回路基板と半導体素子の各電極パッドとを電気的に接続する銅製ワイヤが腐食を起こし難く、高温保管特性、高温動作特性、耐湿信頼性のバランスに優れた半導体装置を得ることができるものである。以下、各構成について詳細に説明する。
【００２４】
先ず、本発明の半導体装置で用いられる銅製ワイヤについて説明を行う。回路基板と、回路基板に搭載された半導体素子と、回路基板と半導体素子とを電気的に接続するワイヤと、半導体素子とワイヤを封止する封止材とを備えた片面封止型の半導体装置においては、集積度の向上のため狭パッドピッチ、小ワイヤ径が要求され、具体的には、２５μｍ以下、さらに好ましくは２３μｍ以下のワイヤ径が求められている。ワイヤとして銅製ワイヤを用いた場合における銅製ワイヤ自身の加工性に起因する接続信頼性を向上させるため、ワイヤ径を大きくすることで接合面積を増大し、接合不足起因の耐湿信頼性の低下を改善するという考え方もあるが、このようにワイヤ径を太くすることによる改善手法では集積度の向上を図ることはできず、片面封止型となる本発明の半導体装置として満足できるものが得られない。
【００２５】
本発明の半導体装置で用いられる銅製ワイヤは、その表面にパラジウムを含む金属材料
で構成された被覆層を有していることが好ましい。これにより、銅製ワイヤ先端のボール形状が安定し、接合部分の接続信頼性を向上させることができる。また、芯線である銅の酸化劣化を防止する効果も得られ、接合部分の高温保管特性を向上させることができる。
【００２６】
本発明の半導体装置で用いられるパラジウムを含む金属材料で構成された被覆層を有する銅製ワイヤは、芯線における銅純度が９９．９９質量％以上であることが好ましく、９９．９９９質量％以上であることがより好ましい。一般に銅に対して各種元素（ドーパント）を添加することで接合時における銅製ワイヤ先端のボール側形状の安定化を図ることができるが、０．０１質量％より多い大量のドーパントを添加すると、銅製ワイヤが硬くなることで接合時に半導体素子の電極パッド側にダメージを与え、接合不足起因の耐湿信頼性の低下、高温保管特性の低下、電気抵抗値の増大といった不具合を生じる。これに対し、銅純度９９．９９質量％以上の銅製ワイヤであれば、銅製ワイヤは充分な柔軟性を有しているため、接合時にパッド側にダメージを与える恐れがない。尚、本発明の半導体装置で用いられるパラジウムを含む金属材料で構成された被覆層を有する銅製ワイヤは、芯線である銅にＢａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂｅ、Ａｌまたは希土類金属を０．００１〜０．００３質量％ドープすることでさらにボール形状と接合強度が改善される。
【００２７】
本発明の半導体装置で用いられる銅製ワイヤにおけるパラジウムを含む金属材料から構成された被覆層の厚みとしては、０．００１〜０．０２μｍであることが好ましく、０．００５〜０．０１５μｍであることがより好ましい。上記上限値を超えると、ワイヤーボンド時に芯線である銅と被覆材のパラジウムを含む金属材料とが十分に溶けずボール形状が不安定になり、接合部分の耐湿性、高温保管特性が低下する恐れがある。また、上記下限値を下回ると、芯線の銅の酸化劣化を十分に防止できず、同様に接合部分の耐湿性、高温保管特性が低下する恐れがある。
【００２８】
本発明の半導体装置で用いられる銅製ワイヤは、銅合金を溶解炉で鋳造し、その鋳塊をロール圧延し、さらにダイスを用いて伸線加工を行い、連続的にワイヤを掃引しながら加熱する後熱処理を施して得ることができる。また、本発明の半導体装置で用いられる銅製ワイヤにおけるパラジウムを含む金属材料から構成された被覆層は、予め狙いのワイヤ径の線を準備し、これをパラジウムを含む電解溶液又は無電解溶液に浸漬し、連続的に掃引してメッキすることで被覆層を形成することができる。この場合、被覆の厚さは掃引速度で調整することができる。また、狙いよりも太い線を準備して、これを電解溶液又は無電解溶液に浸漬し連続的に掃引して被覆層を形成し、さらに所定の径になるまで伸線する手法も取れる。
【００２９】
次に、本発明の半導体装置で用いられる封止材について説明を行う。本発明の半導体装置で用いられる封止材は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）充填材、（Ｄ）硫黄原子含有化合物を含むエポキシ樹脂組成物の硬化物で構成されていることが好ましい。以下、本発明の半導体装置で用いられる封止材のもととなるエポキシ樹脂組成物の各構成成分について説明を行う。
【００３０】
本発明の半導体装置で用いられる封止材用のエポキシ樹脂組成物には、（Ａ）エポキシ樹脂を用いることができる。（Ａ）エポキシ樹脂は、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、分子構造を特に限定するものではないが、例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂；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等のノボラック型エポキシ樹脂；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等の多官能エポキシ樹脂；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、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等のアラルキル型エポキシ樹脂；
ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシナフタレンの２量体をグリシジルエーテル化して得られるエポキシ樹脂等のナフトール型エポキシ樹脂；トリグリシジルイソシアヌレート、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート等のトリアジン核含有エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂等の有橋環状炭化水素化合物変性フェノール型エポキシ樹脂が挙げられ、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。封止材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Ｃｌ−（塩素イオン）が極力少ない方が好ましく、より具体的には、（Ａ）エポキシ樹脂全体に対するＣｌ−（塩素イオン）等のイオン性不純物の含有割合が１０ｐｐｍ以下であることが好ましく、５ｐｐｍ以下であることがより好ましい。また、封止材用のエポキシ樹脂組成物としての硬化性を考慮すると、エポキシ当量としては１００ｇ／ｅｑ以上５００ｇ／ｅｑ以下であるものが好ましい。これらのエポキシ樹脂のなかでも、後述する一般式（３）で表されるエポキシ樹脂、一般式（４）で表されるエポキシ樹脂、一般式（５）で表されるエポキシ樹脂及び一般式（６）で表されるエポキシ樹脂から選ばれた少なくとも一つであるエポキシ樹脂を含むことが特に好ましい。
【００３１】
尚、エポキシ樹脂全体に対するＣｌ−（塩素イオン）の含有割合は、以下のようにして測定することができる。先ず、エポキシ樹脂等の試料５ｇと蒸留水５０ｇとをテフロン（登録商標）製耐圧容器に密閉し、１２５℃、相対湿度１００％ＲＨ、２０時間の処理（プレッシャークッカー処理）を行う。室温まで冷却した後、抽出水を遠心分離、２０μｍフィルターにてろ過し、キャピラリー電気泳動装置（例えば、大塚電子株式会社製ＣＡＰＩ―３３００）を用いて塩素イオン濃度を測定する。ここで得られる塩素イオン濃度（単位ｐｐｍ）は試料５ｇ中から抽出された塩素イオンを１０倍に希釈した数値であるため、下記式により樹脂組成物単位質量あたりの塩素イオン量に換算する。単位はｐｐｍ。
試料単位質量あたりの塩素イオン濃度＝（キャピラリー電気泳動装置で求めた塩素イオン濃度）×５０÷５
尚、後述する硬化剤中に含有される塩素イオンについても、同様の方法で測定することができる。
【００３２】
下記一般式（３）で表されるエポキシ樹脂及び下記一般式（４）で表されるエポキシ樹脂は、いずれも結晶性エポキシ樹脂であり、常温時には固体で取り扱い性に優れ、かつ成形時の溶融粘度が非常に低い特長を有する。これらのエポキシ樹脂は溶融粘度が低いことにより、エポキシ樹脂組成物の高流動化を得ることができ、無機質充填材を高充填化することができる。これにより、半導体装置における耐半田性、耐湿信頼性を向上する効果を得ることができる。
【００３３】
【化８】
（ただし、上記一般式（３）において、Ｒ４は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｎ３の平均値は０又は５以下の正数である。）
【００３４】
【化９】
（ただし、上記一般式（４）において、Ｒ５は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ６は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｎ４の平均値は０又は５以下の正数である。）
【００３５】
上記一般式（３）で表されるエポキシ樹脂及び上記一般式（４）で表されるエポキシ樹脂の配合割合としては、（Ａ）エポキシ樹脂全体に対して、１５質量％以上であることが好ましく、３０質量％以上であることがより好ましく、５０質量％以上であることが特に好ましい。配合割合が上記範囲内であると、エポキシ樹脂組成物の流動性を向上させる効果を得ることができる。
【００３６】
また、下記一般式（５）で表されるエポキシ樹脂は、グリシジルエーテル基が結合したフェニレン基又はナフチレン基（−Ｒ７−）の間に疎水性のフェニレン骨格、ビフェニレン骨格又はナフチレン骨格を含むアラルキル基（−ＣＨ２−Ｒ８−ＣＨ２−）を有することから、フェノールノボラック型エポキシ樹脂やクレゾールノボラック型エポキシ樹脂等と比べて、架橋点間距離が長くなる。そのため、これらを用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物は吸湿率が低く、かつ高温下において低弾性率化するため、半導体装置の耐半田性向上に寄与することができる。また、これらを用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物は、耐燃性に優れ、架橋密度が低い割には耐熱性が高いという特徴も有する。さらにナフチレン骨格を含むアラルキル基を含有する化合物においては、ナフタレン環に起因する剛直性によるＴｇの上昇やその平面構造に起因する分子間相互作用による線膨張係数の低下により、エリア表面実装型といった片面封止の半導体装置における低反り性を向上させることができる。
【００３７】
【化１０】
（ただし、上記一般式（５）において、−Ｒ７−はフェニレン基又はナフチレン基であり、−Ｒ７−がナフチレン基である場合、グリシジルエーテル基の結合位置はα位であってもβ位であってもよい。−Ｒ８−はフェニレン基、ビフェニレン基又はナフチレン基である。Ｒ９、Ｒ１０は、それぞれＲ７、Ｒ８に導入される基で、炭素数１〜１０の炭化水素基であり、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ａは０〜５の整数、ｂは
０〜８の整数である。ｎ５の平均値は１以上、３以下の正数である。）
【００３８】
また、一般式（５）で表されるエポキシ樹脂において、グリシジルエーテル基が結合した−Ｒ７−は、フェニレン基又はナフチレン基であり、−Ｒ８−がナフチレン基の場合、グリシジルエーテル基の結合位置はα位であってもβ位であってもよいが、特にナフチレン基である場合は前述のナフチレン骨格を含むアラルキル基を含有する化合物と同様に、Ｔｇの上昇や線膨張係数の低下により、エリア表面実装型半導体パッケージにおける低反り性を向上させる効果が得られ、さらに芳香族炭素を多く有することから耐熱性の向上も実現することができる。
【００３９】
一般式（５）で表されるエポキシ樹脂としては、例えば、フェニレン骨格を含有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を含有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェニレン骨格を含有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂が挙げられるが、一般式（５）の構造であれば特に限定するものではない。
【００４０】
一般式（５）で表されるエポキシ樹脂の軟化点としては、４０℃以上、１１０℃以下が好ましく、より好ましくは５０℃以上、９０℃以下である。また、一般式（５）で表されるエポキシ樹脂のエポキシ当量としては、２００以上、３００以下が好ましい。
【００４１】
一般式（５）で表されるエポキシ樹脂の配合割合としては、（Ａ）エポキシ樹脂全体に対して、３０質量％以上であることが好ましく、５０質量％以上であることがより好ましく、７０質量％以上であることが特に好ましい。配合割合が上記範囲内であると、半導体装置の耐半田性、耐燃性等を向上させる効果を得ることができる。
【００４２】
また、下記一般式（６）で表されるエポキシ樹脂は、分子内にナフタレン骨格を有するため、嵩高く、剛直性が高いことから、これを用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物の硬化収縮率が小さくなり、低反り性に優れるエリア表面実装型半導体装置が得られる効果も有する。
【００４３】
【化１１】
（ただし、上記一般式（６）において、Ｒ１１は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ１２は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｃ、ｄは０又は１であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。ｅは０〜６の整数である。）
【００４４】
一般式（６）で表されるエポキシ樹脂の配合割合としては、（Ａ）エポキシ樹脂全体に対して、２０質量％以上であることが好ましく、３０質量％以上であることがより好ましく、５０質量％以上であることが特に好ましい。配合割合が上記範囲内であると、半導体
装置の低反り性を向上させる効果を得ることができる。
【００４５】
（Ａ）エポキシ樹脂全体の配合割合の下限値としては特に限定されないが、エポキシ樹脂組成物全体に対して、３質量％以上であることが好ましく、５質量％以上であることがより好ましい。（Ａ）エポキシ樹脂全体の配合割合が上記範囲内であると、耐半田性の低下等を引き起こす恐れが少ない。また、（Ａ）エポキシ樹脂全体の配合割合の上限値としては特に限定されないが、エポキシ樹脂組成物全体に対して、１５質量％以下であることが好ましく、１３質量％以下であることがより好ましい。エポキシ樹脂全体の配合割合の上限値が上記範囲内であると、耐半田性の低下、流動性の低下等を引き起こす恐れが少ない。
【００４６】
本発明の半導体装置で用いられる封止材用のエポキシ樹脂組成物には、（Ｂ）硬化剤を用いることができる。（Ｂ）硬化剤としては、例えば重付加型の硬化剤、触媒型の硬化剤、縮合型の硬化剤の３タイプに大別することができる。
【００４７】
重付加型の硬化剤としては、例えば、ジエチレントリアミン（ＤＥＴＡ）、トリエチレンテトラミン（ＴＥＴＡ）、メタキシレリレンジアミン（ＭＸＤＡ）などの脂肪族ポリアミン、ジアミノジフェニルメタン（ＤＤＭ）、ｍ−フェニレンジアミン（ＭＰＤＡ）、ジアミノジフェニルスルホン（ＤＤＳ）などの芳香族ポリアミンのほか、ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）、有機酸ジヒドララジドなどを含むポリアミン化合物；ヘキサヒドロ無水フタル酸（ＨＨＰＡ）、メチルテトラヒドロ無水フタル酸（ＭＴＨＰＡ）などの脂環族酸無水物、無水トリメリット酸（ＴＭＡ）、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）、ベンゾフェノンテトラカルボン酸（ＢＴＤＡ）などの芳香族酸無水物などを含む酸無水物；ノボラック型フェノール樹脂、フェノールポリマーなどのポリフェノール化合物；ポリサルファイド、チオエステル、チオエーテルなどのポリメルカプタン化合物；イソシアネートプレポリマー、ブロック化イソシアネートなどのイソシアネート化合物；カルボン酸含有ポリエステル樹脂などの有機酸類などが挙げられる。
【００４８】
触媒型の硬化剤としては、例えば、ベンジルジメチルアミン（ＢＤＭＡ）、２，４，６−トリスジメチルアミノメチルフェノール（ＤＭＰ−３０）などの３級アミン化合物；２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール（ＥＭＩ２４）などのイミダゾール化合物；ＢＦ３錯体などのルイス酸などが挙げられる。
【００４９】
縮合型の硬化剤としては、例えば、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂等のフェノール樹脂系硬化剤；メチロール基含有尿素樹脂のような尿素樹脂；メチロール基含有メラミン樹脂のようなメラミン樹脂などが挙げられる。
【００５０】
これらの中でも、耐燃性、耐湿性、電気特性、硬化性、保存安定性等のバランスの点からフェノール樹脂系硬化剤が好ましい。フェノール樹脂系硬化剤は、一分子内にフェノール性水酸基を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、分子構造を特に限定するものではないが、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等のノボラック型樹脂；トリフェノールメタン型フェノール樹脂等の多官能型フェノール樹脂；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の変性フェノール樹脂；フェニレン骨格及び／又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、フェニレン及び／又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等のアラルキル型樹脂；ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のビスフェノール化合物等が挙げられ、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。封止材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Ｃｌ−イオンが極力少ない方が好ましく、より具体的には、（Ｂ）硬化剤全体に対するＣｌ−（塩素イオン）等のイオン性不純物の含有割合が１０ｐｐｍ以下であることが好ましく、５ｐｐｍ以下
であることがより好ましい。エポキシ樹脂組成物の硬化性を考慮すると、水酸基当量は９０ｇ／ｅｑ以上、２５０ｇ／ｅｑ以下のものが好ましい。これらのなかでも、後述するノボラック型フェノール樹脂及び一般式（７）で表されるフェノール樹脂から選ばれた少なくとも一つである硬化剤を含むことが特に好ましい。尚、硬化剤全体に対するＣｌ−（塩素イオン）の含有割合の測定は、前述のエポキシ樹脂の場合と同様にして測定することができる。
【００５１】
ノボラック型フェノール樹脂は、フェノール類とホルマリンを酸性触媒下で重合させたもので、特に制限は無いが、より低粘度のものが望ましく具体的には軟化点が９０℃以下のものが好ましく、５５℃以下のものがより好ましい。このようなノボラック型フェノール樹脂は、低粘度であることで樹脂組成物の流動性を損なうことがなく、かつ硬化性にも優れる特徴があり、得られた成形品の高温保管特性を向上させることができるという利点がある。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。
【００５２】
ノボラック型フェノール樹脂の配合割合としては、（Ｂ）硬化剤全体に対して、２０質量％以上であることが好ましく、３０質量％以上であることがより好ましく、５０質量％以上であることが特に好ましい。配合割合が上記範囲内であると、高温保管特性を向上させる効果を得ることができる。
【００５３】
下記一般式（７）で表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のフェニレン骨格、ビフェニレン骨格又はナフチレン骨格を含むアラルキル基（−ＣＨ２−Ｒ１４−ＣＨ２−）を有することから、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂等と比べて、架橋点間距離が長くなる。そのため、これらを用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物は吸湿率が低く、かつ高温下において低弾性率化するため、半導体装置の耐半田性向上に寄与することができる。また、これらを用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物は、耐燃性に優れ、架橋密度が低い割には耐熱性が高いという特徴も有する。さらにナフチレン骨格を含むアラルキル基を含有する化合物においては、ナフタレン環に起因する剛直性によるＴｇの上昇やその平面構造に起因する分子間相互作用による線膨張係数の低下により、エリア表面実装型といった片面封止の半導体装置における低反り性を向上させることができる。
【００５４】
【化１２】
（ただし、上記一般式（７）において、−Ｒ１３−はフェニレン基又はナフチレン基であり、−Ｒ１３−がナフチレン基である場合、水酸基の結合位置はα位であってもβ位であってもよい。−Ｒ１４−はフェニレン基、ビフェニレン基又はナフチレン基である。Ｒ１５、Ｒ１６は、それぞれＲ１３、Ｒ１４に導入される基で、炭素数１〜１０の炭化水素基であり、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｆは０〜５の整数、ｇは０〜８の整数である。ｎ７の平均値は１以上、３以下の正数である。）
【００５５】
また、一般式（７）で表されるフェノール樹脂において、フェノール性水酸基が結合した−Ｒ１３−は、フェニレン基又はナフチレン基であり、−Ｒ１３−がナフチレン基の場
合、フェノール性水酸基の結合位置はα位であってもβ位であってもよいが、特にナフチレン基である場合は前述のナフチレン骨格を含むアラルキル基を含有する化合物と同様に、Ｔｇの上昇や線膨張係数の低下により、成形収縮率を小さくすることができ、エリア表面実装型半導体パッケージにおける低反り性を向上させる効果が得られる。さらに芳香族炭素を多く有することから耐熱性の向上も実現することができる。
【００５６】
一般式（７）で表わされるフェノール樹脂としては、例えば、フェニレン骨格を含有するフェノールアラルキル樹脂、ビフェニレン骨格を含有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン骨格を含有するナフトールアラルキル樹脂が挙げられるが、下記一般式（７）の構造であれば特に限定するものではない。
【００５７】
一般式（７）で表されるフェノール樹脂の配合割合としては、（Ｂ）硬化剤全体に対して、２０質量％以上であることが好ましく、３０質量％以上であることがより好ましく、５０質量％以上であることが特に好ましい。配合割合が上記範囲内であると、耐半田性、耐燃性等を向上させる効果を得ることができる。
【００５８】
（Ｂ）硬化剤全体の配合割合の下限値については、特に限定されないが、全エポキシ樹脂組成物中に、０．８質量％以上であることが好ましく１．５質量％以上であることがより好ましい。配合割合の下限値が上記範囲内であると、充分な流動性を得ることができる。また、硬化剤（Ｂ）全体の配合割合の上限値についても、特に限定されないが、全エポキシ樹脂組成物中に、１０質量％以下であることが好ましく、８質量％以下であることがより好ましい。配合割合の上限値が上記範囲内であると、良好な耐半田性を得ることができる。
【００５９】
また、硬化剤（Ｂ）としてフェノール樹脂系硬化剤を用いる場合におけるエポキシ樹脂とフェノール樹脂系硬化剤との配合比率としては、全エポキシ樹脂のエポキシ基数（ＥＰ）と全フェノール樹脂系硬化剤のフェノール性水酸基数（ＯＨ）との当量比（ＥＰ）／（ＯＨ）が０．８以上、１．３以下であることが好ましい。当量比がこの範囲であると、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化性の低下、又は樹脂硬化物の物性の低下等を引き起こす恐れが少ない。
【００６０】
本発明の半導体装置で用いられる封止材用のエポキシ樹脂組成物には、（Ｃ）充填材を用いることができる。（Ｃ）充填材としては、一般に封止材用のエポキシ樹脂組成物に使用されているものを用いることができる。例えば、溶融球状シリカ、溶融破砕シリカ、結晶シリカ、タルク、アルミナ、チタンホワイト、窒化珪素等が挙げられ、最も好適に使用されるものとしては、球状溶融シリカが挙げられる。これらの充填材は、単独でも混合して用いても差し支えない。またこれらがカップリング剤により表面処理されていてもかまわない。充填材の形状としては、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。
【００６１】
本発明では、充填材が、モード径３０μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましく、３５μｍ以上、４５μｍ以下であることがより好ましい。この範囲のものを用いることでワイヤ−ピッチの狭い片面封止型の半導体装置にも適用することができることとなる。さらに、５５μｍ以上の粗大粒子の含有量が０．２質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましい。この範囲にすることで、粗大粒子がワイヤ間に挟まり押し倒すワイヤ流れを抑制することができるものである。このような特定の粒度分布を有する充填材は、市販されている充填材をそのまま、或いは、それらの複数を混合したり、篩分したりすること等により、調整して得ることができる。また、本発明で用いる溶融球状シリカのモード径は、市販のレーザー式粒度分布計（例えば、（株）島津製作所製、ＳＡＬＤ−７０００等）など用いて測定することができる。
【００６２】
（Ｃ）充填材の含有割合の下限値は、信頼性を考慮すると、エポキシ樹脂組成物全体に対して、８４質量％以上であることが好ましく、８７質量％以上であることがよりに好ましい。上記下限値を下回わらない範囲であれば、低吸湿性、低熱膨張性が得られるため、耐半田性が不十分となる恐れが少ない。また、（Ｃ）充填材の含有割合の上限値は、成形性を考慮すると、エポキシ樹脂組成物全体に対して、９２質量％以下であることが好ましく、８９質量％以下であることがより好ましい。上記上限値を超えない範囲であれば、流動性が低下し成形時に充填不良等が生じたり、高粘度化による半導体装置内のワイヤ流れ等の不都合が生じたりする恐れが少ない。
【００６３】
本発明の半導体装置で用いられる封止材用のエポキシ樹脂組成物には、（Ｄ）硫黄原子含有化合物を用いることができる。これにより、金属との親和性が向上する効果が得られる。（Ｄ）硫黄原子含有化合物における硫黄原子の結合形態については、特に限定されるものではないが、（Ｄ）硫黄原子含有化合物が、メルカプト基、スルホン酸基、スルフィド結合から選ばれた、パラジウムを含む金属材料との親和性に優れた少なくとも一つの原子団を有する硫黄原子含有化合物であることがより好ましい。また、（Ｄ）硫黄原子含有化合物は、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、メルカプト基、含窒素複素環から選ばれた、エポキシ樹脂マトリックスとの親和性に優れた少なくとも一つの原子団を有する硫黄原子含有化合物であることがさらに好ましい。これにより、エポキシ樹脂組成物の硬化物で構成されている封止材の表面と銅製ワイヤの表面に被覆されているパラジウムを含む金属材料との親和性を向上させ、界面での剥離を抑える効果が得られ、半導体装置の耐半田性、耐湿信頼性を向上させる役割を果たすことができる。このような化合物としては、特に限定するものではないが、含窒素複素環式芳香族化合物又は含硫黄複素環式化合物が好ましい。
【００６４】
含窒素複素環式芳香族化合物としてはトリアゾール系化合物、チアゾリン系化合物、チアゾール系化合物、チアジアゾール系化合物、トリアジン系化合物、ピリミジン系化合物等がより好ましい。これらの化合物の中では、トリアゾール系化合物が特に好ましく、トリアゾール系化合物のなかでは、１，２，４−トリアゾール環を有する化合物であることがより好ましく、下記一般式（１）で表される化合物であることがさらに好ましい。（Ｄ）硫黄原子含有化合物として下記一般式（１）で表される化合物を用いると、銅製ワイヤの表面に被覆されているパラジウムを含む金属材料との親和性がより高くなるため、半導体装置の信頼性をより向上させることができる。
【００６５】
【化１３】
（ただし、上記一般式（１）において、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を有する炭化水素基である。）
【００６６】
含硫黄複素環式化合物としては、ジチアン系化合物が挙げられ、下記一般式（２）で表される化合物であることがさらに好ましく、その中でも水酸基を持つものが特に好ましい。（Ｄ）硫黄原子含有化合物として一般式（２）で表される化合物を用いると、銅製ワイ
ヤの表面に被覆されているパラジウムを含む金属材料との親和性がより高くなるため、半導体装置の信頼性をより向上させることができる。
【００６７】
【化１４】
（ただし、上記一般式（２）において、Ｒ２、Ｒ３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を有する炭化水素基である。）
【００６８】
（Ｄ）硫黄原子含有化合物全体の配合割合の下限値については、全エポキシ樹脂組成物中に、０．０１質量％以上であることが好ましく、０．０２質量％以上であることがより好ましく、０．０３質量％以上であることが特に好ましい。配合割合の下限値が上記範囲内であると、パラジウムを含む金属材料との親和性を向上させる効果を得ることができる。また、（Ｄ）硫黄原子含有化合物全体の配合割合の上限値については、全エポキシ樹脂組成物中に、０．５質量％以下であることが好ましく、０．３質量％以下であることがより好ましく、０．２質量％以下であることが特に好ましい。配合割合の上限値が上記範囲内であると、エポキシ樹脂組成物の流動性が低下する恐れが少ない。
【００６９】
本発明の半導体装置で用いられる封止材用のエポキシ樹脂組成物には、硬化促進剤をさらに用いることができる。硬化促進剤は、エポキシ樹脂のエポキシ基と硬化剤（たとえば、フェノール樹脂系硬化剤のフェノール性水酸基）との架橋反応を促進させるものであればよく、一般に封止材用のエポキシ樹脂組成物に使用するものを用いることができる。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；トリフェニルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類；２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物；テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート等のテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート；ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種以上を併用しても差し支えない。
【００７０】
硬化促進剤の配合割合の下限値としては特に限定されないが、エポキシ樹脂組成物全体に対して、０．０５質量％以上であることが好ましく、０．１質量％以上であることがより好ましい。硬化促進剤の配合割合の下限値が上記範囲内であると、硬化性の低下を引き起こす恐れが少ない。また、硬化促進剤の配合割合の上限値としては特に限定されないが、エポキシ樹脂組成物全体に対して、１質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以下であることがより好ましい。硬化促進剤の配合割合の上限値が上記範囲内であると、流動性の低下を引き起こす恐れが少ない。
【００７１】
硬化促進剤のうちでは、流動性の観点で、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物がより好ましい。ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物で用いられるホスフィン化合物としては、例えば、トリフェニルホスフィン、トリ−ｐ−トリルホスフィン、ジフェニルシクロヘキシルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリブチルホスフィンなどが挙げられる。また、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物で用いられるキノン化合物としては、例えば、１，４−ベンゾキノン、メチル−１，４−ベンゾキノン、メトキシ−１，４−ベンゾキノン、フェニル−１，４−ベンゾキノン、１，４−ナフトキノンなどが挙げられる。これらホスフィン化合物とキノン化合物との付加物のうち、トリフ
ェニルホスフィンと１，４−ベンゾキノンとの付加物がより好ましい。ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物の製造方法としては特に制限はないが、例えば、原料として用いられるホスフィン化合物とキノン化合物とを両者が溶解する有機溶媒中で付加反応させて単離すればよい。
【００７２】
本発明の半導体装置で用いられる封止材用のエポキシ樹脂組成物には、さらに必要に応じて、水酸化ジルコニウム等のアルミニウム腐食防止剤；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、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−アミノ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；シリコーンゴム等の低応力成分；カルナバワックス等の天然ワックス、合成ワックス、ステアリン酸亜鉛等の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。さらに、必要に応じて無機充填材をエポキシ樹脂又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、混合機を用いて混合処理する方法等がある。
【００７３】
本発明の半導体装置で用いられる封止材用のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂組成物の硬化物全体に対するＣｌ−（塩素イオン）の含有割合が１０ｐｐｍ以下であることが好ましく、５ｐｐｍ以下であることがより好ましく、３ｐｐｍ以下であることがさらに好ましい。これにより、より優れた耐湿信頼性と、高温動作特性を得ることができる。尚、エポキシ樹脂組成物の硬化物全体に対するＣｌ−（塩素イオン）の含有割合は、以下のようにして測定することができる。先ず、半導体装置の封止材を構成するエポキシ樹脂組成物の硬化物を粉砕ミルによって３分間粉砕し、２００メッシュの篩で篩分して通過した粉を試料とする。得られた試料５ｇと蒸留水５０ｇとをテフロン（登録商標）製耐圧容器に密閉し、１２５℃、相対湿度１００％ＲＨ、２０時間の処理（プレッシャークッカー処理）を行う。室温まで冷却した後、抽出水を遠心分離、２０μｍフィルターにてろ過し、キャピラリー電気泳動装置（例えば、大塚電子株式会社製ＣＡＰＩ―３３００）を用いて塩素イオン濃度を測定する。ここで得られる塩素イオン濃度（単位ｐｐｍ）は試料５ｇ中から抽出された塩素イオンを１０倍に希釈した数値であるため、下記式により樹脂組成物単位質量あたりの塩素イオン量に換算する。単位はｐｐｍ。
試料単位質量あたりの塩素イオン濃度＝（キャピラリー電気泳動装置で求めた塩素イオン濃度）×５０÷５
【００７４】
本発明の半導体装置で用いられる封止材用のエポキシ樹脂組成物は、前述の各成分を、例えば、ミキサー等を用いて常温混合したもの、さらにその後、ロール、ニーダー、押出機等の混練機で溶融混練し、冷却後粉砕したものなど、必要に応じて適宜分散度や流動性等を調整したものを用いることができる。
【００７５】
次に本発明の半導体装置について説明する。本発明の半導体装置は封止材用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、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して得られる。
【００７６】
本発明で封止を行う半導体素子としては、特に限定されるものではなく、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、固体撮像素子等が挙げられる。
【００７７】
本発明の半導体装置の形態としては、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）、チップ・サイズ・パッケージ（ＣＳＰ）、クワッド・フラット・ノンリード（ＱＦＮ）等が挙げられる。上記トランスファーモールドなどの成形方法で封止された半導体装置は、そのまま
、或いは８０℃〜２００℃程度の温度で、１０分〜１０時間程度の時間をかけて完全硬化させた後、電子機器等に搭載される。
【００７８】
図１は、本発明に係る片面封止型の半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。回路基板６上に、ダイボンド材硬化体２を介して半導体素子１が固定されている。半導体素子１の電極パッドと回路基板６上の電極パッドとの間は銅製ワイヤ３によって接続されている。エポキシ樹脂組成物の硬化物により構成された封止材４によって、回路基板６の半導体素子１が搭載された片面側のみが封止されている。回路基板６上の電極パッドは回路基板６上の非封止面側の半田ボール７と内部で接合されている。
【実施例】
【００７９】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。配合割合は質量部とする。実施例、比較例で用いた封止材用のエポキシ樹脂組成物の各成分について、以下に示す。
【００８０】
封止材用のエポキシ樹脂の各成分：
（エポキシ樹脂）
Ｅ−１：ビフェニル型エポキシ樹脂（一般式（３）において、３位、５位のＲ４がメチル基、２位、６位のＲ４が水素原子であるエポキシ樹脂。ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＸ−４０００Ｈ、融点１０５℃、エポキシ当量１９０、塩素イオン量５．０ｐｐｍ。）
Ｅ−２：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（一般式（４）において、Ｒ５が水素原子、Ｒ６がメチル基であるエポキシ樹脂。ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＬ−６８１０、融点４５℃、エポキシ当量１７２、塩素イオン量２．５ｐｐｍ。）
Ｅ−３：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（一般式（５）において、−Ｒ７−がフェニレン基、−Ｒ８−がビフェニレン基、ａが０、ｂが０であるエポキシ樹脂。日本化薬（株）製、ＮＣ３０００、軟化点５８℃、エポキシ当量２７４、塩素イオン量９．８ｐｐｍ。）
Ｅ−４：フェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂（一般式（５）において、−Ｒ７−がナフチレン基、−Ｒ８−がフェニレン基、ａが０、ｂが０であるエポキシ樹脂。東都化成（株）製、ＥＳＮ−１７５、軟化点６５℃、エポキシ当量２５４、塩素イオン量８．５ｐｐｍ。）
Ｅ−５：一般式（６）で表わされるエポキシ樹脂（一般式（６）において、Ｒ１２が水素原子であり、ｃが０、ｄが０、ｅが０である成分５０質量％、Ｒ１２が水素原子であり、ｃが１、ｄが０、ｅが０である成分４０質量％、Ｒ１２が水素原子であり、ｃが１、ｄが１、ｅが０である成分１０質量％の混合物であるエポキシ樹脂。大日本インキ工業（株）製ＨＰ４７７０、軟化点７２℃、エポキシ当量２０５、塩素イオン量２．０ｐｐｍ。）
Ｅ−６：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、ＥＯＣＮ１０２０、軟化点５５℃、エポキシ当量１９６、塩素イオン量５．０ｐｐｍ。）
Ｅ−７：ビフェニル型エポキシ樹脂（一般式（３）において、３位、５位のＲ４がメチル基、２位、６位のＲ４が水素原子であるエポキシ樹脂。ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＸ−４０００Ｈ、融点１０５℃、エポキシ当量１９０、塩素イオン量１２．０ｐｐｍ。）
Ｅ−８：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（一般式（４）において、Ｒ５が水素原子、Ｒ６がメチル基であるエポキシ樹脂。ジャパンエポキシレジン（株）製、１００１、融点４５℃、エポキシ当量４６０、塩素イオン量２５ｐｐｍ。）
【００８１】
【化１５】
【００８２】
【化１６】
【００８３】
【化１７】
【００８４】
【化１８】
【００８５】
（硬化剤）
Ｈ−１：フェノールノボラック樹脂（住友ベークライト（株）製、ＰＲ−ＨＦ−３軟化点８０℃、水酸基当量１０４、塩素イオン量１．０ｐｐｍ。）
Ｈ−２：フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂（一般式（７）において、−Ｒ１３−がフェニレン基、−Ｒ１４−がフェニレン基、ｆが０、ｇが０である化合物。
三井化学（株）製、ＸＬＣ−４Ｌ、軟化点６２℃、水酸基当量１６８、塩素イオン量２．５ｐｐｍ。）
Ｈ−３：ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂（一般式（７）において、−Ｒ１３−がフェニレン基、−Ｒ１４−がビフェニレン基、ｆが０、ｇが０である化合物。明和化成（株）製、ＭＥＨ−７８５１ＳＳ、軟化点６５℃、水酸基当量２０３、塩素イオン量１．０ｐｐｍ。）
Ｈ−４：フェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂（一般式（７）において、−Ｒ１３−がナフチレン基、−Ｒ１４−がフェニレン基、ｆが０、ｇが０である化合物。東都化成（株）製、ＳＮ−４８５、軟化点８７℃、水酸基当量２１０、塩素イオン量１．５ｐｐｍ。）
Ｈ−５：フェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂（一般式（７）において、−Ｒ１３−がナフチレン基、−Ｒ１４−がフェニレン基、ｆが０、ｇが０である化合物。東都化成（株）製、ＳＮ−１７０Ｌ、軟化点６９℃、水酸基当量１８２、塩素イオン量１５．０ｐｐｍ。）
【００８６】
【化１９】
【００８７】
（充填材）
溶融球状シリカ１：モード径３０μｍ、比表面積３．７ｍ２／ｇ、５５μｍ以上の粗大粒子の含有量０．０１質量部（（株）マイクロン製、ＨＳ−２０３。）
溶融球状シリカ２：モード径３７μｍ、比表面積２．８ｍ２／ｇ、５５μｍ以上の粗大粒子の含有量０．１質量部（（株）マイクロン製、ＨＳ−１０５を３００メッシュの篩を用いて粗大粒子を除去することにより得た。）
溶融球状シリカ３：モード径４５μｍ、比表面積２．２ｍ２／ｇ、５５μｍ以上の粗大粒子の含有量０．１質量部（電気化学工業（株）製、ＦＢ−８２０を３００メッシュの篩を用いて粗大粒子を除去することにより得た。）
溶融球状シリカ４：モード径５０μｍ、比表面積１．４ｍ２／ｇ、５５μｍ以上の粗大粒子の含有量０．０３質量部（電気化学工業（株）製、ＦＢ−９５０を３００メッシュの篩を用いて粗大粒子を除去することにより得た。）
溶融球状シリカ５：モード径５５μｍ、比表面積１．５ｍ２／ｇ、５５μｍ以上の粗大粒子の含有量０．１質量部（電気化学工業（株）製 ＦＢ−７４を３００メッシュの篩を用いて粗大粒子を除去することにより得た。）
溶融球状シリカ６：モード径５０μｍ、比表面積３．０ｍ２／ｇ、５５μｍ以上の粗大粒子の含有量１５．０質量部（電気化学工業（株）製、ＦＢ−８２０。）
溶融球状シリカ７：モード径５０μｍ、比表面積１．５ｍ２／ｇ、５５μｍ以上の粗大粒子の含有量６．０質量部（電気化学工業（株）製、ＦＢ−９５０。）
【００８８】
（硫黄原子含有化合物）
硫黄原子含有化合物１：下記式（８）で表される３−アミノ−５−メルカプト−１，２，４−トリアゾール（試薬）
【化２０】
【００８９】
硫黄原子含有化合物２：下記式（９）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２１】
【００９０】
硫黄原子含有化合物３：下記式（１０）で表される３−ヒドロキシ−５−メルカプト−１，２，４−トリアゾール（試薬）
【化２２】
【００９１】
硫黄原子含有化合物４：下記式（１１）で表されるトランス−４，５−ジヒドロキシ−１，２−ジチアン（シグマ−アルドリッチ社製、分子量：１５２．２４）
【化２３】
【００９２】
硫黄原子含有化合物５：γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン
【００９３】
（硬化促進剤）
トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）
【００９４】
（カップリング剤）
エポキシシラン：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
【００９５】
（着色剤）
カーボンブラック
【００９６】
（離型剤）
カルナバワックス
【００９７】
封止材用のエポキシ樹脂組成物の製造
（実施例１）
Ｅ−３ ８質量部
Ｈ−３ ６質量部
溶融球状シリカ２ ８５質量部
硫黄原子含有化合物１ ０．０５質量部
トリフェニルホスフィン ０．３質量部
エポキシシラン ０．２質量部
カーボンブラック ０．２５質量部
カルナバワックス ０．２質量部
を常温でミキサーを用いて混合し、次に７０〜１００℃でロール混練し、冷却後粉砕して封止材用のエポキシ樹脂組成物を得た。
【００９８】
（実施例２〜３２、比較例１〜１２）
表１〜７に記載の封止材用エポキシ樹脂組成物の配合に従い、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得た。
【００９９】
実施例、比較例で用いた銅製ワイヤの内容について、以下に示す。
銅製ワイヤ１：表１〜７に記載の各線径である銅純度９９．９９質量％の芯線に表１〜７に記載の各厚さでパラジウム被覆を施したもの（（株）日鉄マイクロメタル製、ＥＸ）
銅製ワイヤ２：表１、５、６に記載の各線径である銅純度９９．９９９質量％、銀０．００１質量％ドープの芯線（タツタ電線（株）製、ＴＣ−Ａ）に表１〜６に記載の各厚さでパラジウム被覆を施したもの
銅製ワイヤ３：表１、２、４、７に記載の各線径である銅純度９９．９９質量％の銅製ワイヤ（タツタ電線（株）製、ＴＣ−Ｅ）
【０１００】
各実施例及び各比較例で得られた封止材用のエポキシ樹脂組成物について、以下の評価を行った。得られた結果を表１〜７に示す。
【０１０１】
評価方法
スパイラルフロー：低圧トランスファー成形機（コータキ精機（株）製、ＫＴＳ−１５）を用いて、ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型に、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰa、硬化時間１２０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。８０ｃｍ以下であるとパッケージ未充填などの成形不良が生じる場合がある。
【０１０２】
吸湿率：低圧トランスファー成形機（コータキ精機（株）製、ＫＴＳ−３０）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件でエポキシ樹脂組
成物を注入、成形して、直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの円盤状試験片を作製したのち、後硬化として１７５℃で８時間加熱処理した。試験片の吸湿処理前の重量と、８５℃、相対湿度６０％の環境下で１６８時間加湿処理した後の重量を測定し、試験片の吸湿率を百分率で示した。単位は質量％。
【０１０３】
収縮率：低圧トランスファー成形機（藤和精機（株）製、ＴＥＰ−５０−３０）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力９．８ＭＰａ、硬化時間１２０秒の条件下で、エポキシ樹脂組成物を注入成形して、直径１００ｍｍ、厚さ３ｍｍの試験片を作製した。作製した成形品を、１７５℃、８時間で後硬化した後、１７５℃での金型キャビティの内径寸法と、室温（２５℃）での試験片の外径寸法とを測定し、下記式により収縮率を算出した。
収縮率（％）＝｛（１７５℃での金型キャビティの内径寸法）−（後硬化後の２５℃での試験片の外径寸法）｝／（１７５℃での金型キャビティの内径寸法）×１００（％）
【０１０４】
ワイヤ流れ率：アルミニウムパッドを形成したＴＥＧチップ（３．５ｍｍ×３．５ｍｍ、パッドピッチは８０μｍ）を３５２ピンＢＧＡ（基板は厚さ０．５６ｍｍ、ビスマレイミド・トリアジン樹脂／ガラスクロス基板、パッケージサイズは３０×３０ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ）のダイパッド部に接着し、ＴＥＧチップのアルミニウムパッドと基板側端子とを、表１〜６に記載の各銅製ワイヤを用いてワイヤピッチ８０μｍでワイヤボンディングした。これを、低圧トランスファー成形機（ＴＯＷＡ製、Ｙシリーズ）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分の条件でエポキシ樹脂組成物により封止成形して、３５２ピンＢＧＡパッケージを作製し、１７５℃、４時間の条件で後硬化した。室温まで冷却後、軟Ｘ線透視装置（ソフテックス（株）製、ＰＲＯ−ＴＥＳＴ１００）で観察し、ワイヤの流れ率を（流れ量）／（ワイヤ長）の比率で表し、この値が最も大きくなるワイヤ部の値を記した。単位は％。この値が５％を超えると、隣接するワイヤ同士が接触する可能性が高い。
【０１０５】
封止材中の塩素イオン濃度：ワイヤ流れ率の測定で用いた、後硬化後の３５２ピンＢＧＡパッケージから封止材のみを切り出し後、粉砕ミルによって３分間粉砕し、２００メッシュの篩で篩分して通過した粉を試料とした。得られた試料５ｇと蒸留水５０ｇとをテフロン（登録商標）製耐圧容器に密閉し、１２５℃、相対湿度１００％ＲＨ、２０時間の処理（プレッシャークッカー処理）を行った。室温まで冷却した後、抽出水を遠心分離、２０μｍフィルターにてろ過し、キャピラリー電気泳動装置（大塚電子株式会社製ＣＡＰＩ―３３００）を用いて塩素イオン濃度を測定した。ここで得られる塩素イオン濃度（単位ｐｐｍ）は試料５ｇ中から抽出された塩素イオンを１０倍に希釈した数値であるため、下記式により封止材単位質量あたりの塩素イオン量に換算した。単位はｐｐｍ。
試料単位質量あたりの塩素イオン濃度＝（キャピラリー電気泳動装置で求めた塩素イオン濃度）×５０÷５
尚、封止材中の塩素イオン濃度の測定は、封止材を構成する複数の類似樹脂組成物を代表して、実施例１、４、１０、２２〜３０のみで行った。
【０１０６】
耐半田性：アルミニウムパッドを形成したチップ（３．５ｍｍ×３．５ｍｍ、ＳｉＮ皮膜付き）を３５２ピンＢＧＡ（基板は厚さ０．５６ｍｍ、ビスマレイミド・トリアジン樹脂／ガラスクロス基板、パッケージサイズは３０×３０ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ）のダイパッド部に接着し、チップのアルミニウムパッドと基板側端子を、表１〜６に記載の銅製ワイヤを用いてワイヤピッチ８０μｍでワイヤボンディングした。これを、低圧トランスファー成形機（ＴＯＷＡ製、Ｙシリーズ）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分の条件でエポキシ樹脂組成物により封止成形して、３５２ピンＢＧＡパッケージを作製し、１７５℃、４時間の条件で後硬化した。得られたパッケージ１０個を６０℃、相対湿度６０％で１６８時間加湿処理した後、ＩＲリフロー処理（最大温度２６０℃）を三回行った。処理後のパッケージ内部の剥離、及びクラックの有無を超音波
傷機（日立建機ファインテック株式会社製、ｍｉ−ｓｃｏｐｅ ｈｙｐｅｒ ＩＩ）で観察し、剥離又はクラックのいずれか一方でも発生したものを不良とした。単位は不良パッケージの個数。
【０１０７】
高温保管特性：アルミニウム電極パッドを形成したＴＥＧ（ＴＥＳＴ ＥＬＥＭＥＮＴ
ＧＲＯＵＰ）チップ（３．５ｍｍ×３．５ｍｍ）を３５２ピンＢＧＡ（基板は厚さ０．５６ｍｍ、ビスマレイミド・トリアジン樹脂／ガラスクロス基板、パッケージサイズは３０×３０ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ）のダイパッド部に接着し、ＴＥＧチップのアルミニウム電極パッドと基板側端子とをデージーチェーンになるように、表１〜６に記載の銅製ワイヤを用いてワイヤピッチ８０μｍでワイヤボンディングした。これを、低圧トランスファー成形機（ＴＯＷＡ製、Ｙシリーズ）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分の条件でエポキシ樹脂組成物により封止成形して、３５２ピンＢＧＡパッケージを作製した。作製したパッケージを、１７５℃、８時間で後硬化した後、高温保管試験（２００℃）を行った。２４時間毎に配線間の電気抵抗値の測定を行い、その値が初期値に対し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＝５ヶの測定で、１ケでも不良が発生した時間で示した。単位は時間。全てのパッケージで１９２Ｈｒまで不良発生のなかったものは１９２＜とした。
【０１０８】
高温動作特性：アルミニウム電極パッドを形成したＴＥＧ（ＴＥＳＴ ＥＬＥＭＥＮＴ
ＧＲＯＵＰ）チップ（３．５ｍｍ×３．５ｍｍ）を３５２ピンＢＧＡ（基板は厚さ０．５６ｍｍ、ビスマレイミド・トリアジン樹脂／ガラスクロス基板、パッケージサイズは３０×３０ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ）のダイパッド部に接着し、ＴＥＧチップのアルミニウム電極パッドと基板側端子とをデージーチェーンになるように、表１〜６に記載の銅製ワイヤを用いてワイヤピッチ８０μｍでワイヤボンディングした。これを、低圧トランスファー成形機（ＴＯＷＡ製、Ｙシリーズ）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分の条件でエポキシ樹脂組成物により封止成形して、３５２ピンＢＧＡパッケージを作製した。作製したパッケージを１７５℃、８時間で後硬化した後、デージーチェーンにつないだ両端に０．５Ａの直流電流を流す。この状態で１８５℃での高温保管を行い、１２時間毎に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ヶの測定で、１ケでも不良が発生した時間で示した。単位は時間。
【０１０９】
耐マイグレーション性：アルミニウム電極パッドを形成したＴＥＧチップ（３．５ｍｍ×３．５ｍｍアルミニウム回路は保護膜なしの剥き出し）を３５２ピンＢＧＡ（基板は厚さ０．５６ｍｍ、ビスマレイミド・トリアジン樹脂／ガラスクロス基板、パッケージサイズは３０×３０ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ）のダイパッド部に接着し、ＴＥＧチップのアルミニウム電極パッドとリードフレームの各リードとを、表１〜６に記載の銅製ワイヤを用いてワイヤピッチ８０μｍでワイヤボンディングした。これを、低圧トランスファー成形機（ＴＯＷＡ製、Ｙシリーズ）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分の条件でエポキシ樹脂組成物により封止成形して、３５２ピンＢＧＡパッケージを作製した。作製したパッケージを、１７５℃、８時間で後硬化した後、導通していない隣同士の端子間に８５℃／８５％ＲＨ中で２０Ｖの直流バイアス電圧を１６８Ｈｒ掛けて、端子間の抵抗値変化をみた。ｎ＝５で試験を行い、初期値の１／１０に抵抗値が低下したものをマイグレーション発生と判定した。不良時間はｎ＝５ヶの平均値。全てのパッケージで１６８時間まで初期値の１／１０までの抵抗値低下がなかったものは１６８＜とした。
【０１１０】
耐湿信頼性：アルミニウム回路を形成したＴＥＧチップ（３．５ｍｍ×３．５ｍｍ、アルミニウム回路は保護膜なしの剥き出し）を３５２ピンＢＧＡ（基板は厚さ０．５６ｍｍ、ビスマレイミド・トリアジン樹脂／ガラスクロス基板、パッケージサイズは３０×３０
ｍｍ、厚さ１．１７ｍｍ）のダイパッド部に接着し、アルミニウムパッドと基板側端子を、表１〜６に記載の銅製ワイヤを用いてワイヤピッチ８０μｍでワイヤボンディングした。これを、低圧トランスファー成形機（ＴＯＷＡ製、Ｙシリーズ）を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．９ＭＰａ、硬化時間２分の条件でエポキシ樹脂組成物により封止成形して、３５２ピンＢＧＡパッケージを作製した。作製したパッケージを、１７５℃、８時間で後硬化した後、ＩＥＣ６８−２−６６に準拠しＨＡＳＴ（Ｈｉｇｈｌｙ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ Ｓｔｒｅｓｓ Ｔｅｓｔ）試験を行った。試験条件は１３０℃、８５％ＲＨ、２０Ｖ印加、１６８時間処理をして回路のオープン不良有無を測定した。１パッケージあたり４端子を持ち５パッケージで計２０回路を評価で用いた。単位は不良回路の個数。
【０１１１】
【表１】
【０１１２】
【表２】
【０１１３】
【表３】
【０１１４】
【表４】
【０１１５】
【表５】
【０１１６】
【表６】
【０１１７】
【表７】
【０１１８】
表１〜７から明らかなように、実施例１〜３０は、ワイヤ流れ率、耐半田性、高温保管特性、高温動作特性、耐マイグレーション性、耐湿信頼性に優れていた。また、実施例３１、３２は、パラジウムを含む金属材料で構成された被覆層を有していない同一線径の銅製ワイヤを用いた比較例１１、１２と比較すると、高温保管性、高温動作特性、耐湿信頼性に優れていた。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明により得られる半導体装置は、回路基板と半導体素子の各電極パッドとを電気的に接続する銅製ワイヤがマイグレーションを起こし難く、耐湿信頼性、高温保管特性に優れたものであるため、工業的な樹脂封止型半導体装置、特に片面封止からなる表面実装用の樹脂封止型半導体装置の製造に好適で用いることができる。
【符号の説明】
【０１２０】
１ 半導体素子
２ ダイボンド材硬化体
３ 銅製ワイヤ
４ 封止材
５ ソルダーレジスト
６ 回路基板
７ 半田ボール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と、前記回路基板に搭載された半導体素子と、前記回路基板と前記半導体素子とを電気的に接続する銅製ワイヤと、前記半導体素子と前記銅製ワイヤを封止する封止材とを備え、
前記銅製ワイヤが線径２５μｍ以下の銅製ワイヤであり、
前記銅製ワイヤがその表面にパラジウムを含む金属材料で構成された被覆層を有しており、
前記封止材が（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）充填材、（Ｄ）硫黄原子含有化合物を含むエポキシ樹脂組成物の硬化物で構成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記封止材を構成するエポキシ樹脂組成物の硬化物を１２５℃、相対湿度１００％ＲＨ、２０時間の条件で抽出した抽出水中の塩素イオン濃度が１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記銅製ワイヤの芯線における銅純度が９９．９９質量％以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記パラジウムを含む金属材料から構成された被覆層の厚みが０．００１〜０．０２μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が、メルカプト基、スルフィド結合から選ばれた少なくとも一つの原子団を有する硫黄原子含有化合物であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、メルカプト基、含窒素複素環、から選ばれた、エポキシ樹脂マトリックスとの親和性に優れた少なくとも一つの原子団と、メルカプト基、スルフィド結合から選ばれた、パラジウムを含む金属材料との親和性に優れた少なくとも一つの原子団と、を有する硫黄原子含有化合物であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が、トリアゾール系化合物、チアゾリン系化合物、ジチアン系化合物から選ばれた少なくとも１つの硫黄原子含有化合物であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が１，２，４−トリアゾール環を有する化合物であることを特徴とする請求項１ないし請求項7のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が下記一般式（１）で表される化合物
【化１】
（ただし、上記一般式（１）において、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を有する炭化水素基である。）
であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が下記一般式（２）で表される化合物
【化２】
（ただし、上記一般式（２）において、Ｒ２、Ｒ３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を有する炭化水素基である。）
であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記（Ａ）エポキシ樹脂が、
下記一般式（３）で表されるエポキシ樹脂
【化３】
（ただし、上記一般式（３）において、Ｒ４は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｎ３の平均値は０又は５以下の正数である。）、
下記一般式（４）で表されるエポキシ樹脂
【化４】
（ただし、上記一般式（４）において、Ｒ５は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ６は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｎ４の平均値は０又は５以下の正数である。）、
下記一般式（５）で表されるエポキシ樹脂
【化５】
（ただし、上記一般式（５）において、−Ｒ７−はフェニレン基又はナフチレン基であり、−Ｒ７−がナフチレン基である場合、グリシジルエーテル基の結合位置はα位であってもβ位であってもよい。−Ｒ８−はフェニレン基、ビフェニレン基又はナフチレン基である。Ｒ９、Ｒ１０は、それぞれＲ７、Ｒ８に導入される基で、炭素数１〜１０の炭化水素基であり、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ａは０〜５の整数、ｂは０〜８の整数である。ｎ５の平均値は１以上、３以下の正数である。）
及び下記一般式（６）で表されるエポキシ樹脂
【化６】
（ただし、上記一般式（６）において、Ｒ１１は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ１２は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｃ、ｄは０又は１であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。ｅは０〜６の整数である。）
から選ばれた少なくとも一つであるエポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記（Ｂ）硬化剤が、
ノボラック型フェノール樹脂、
下記一般式（７）で表されるフェノール樹脂
【化７】
（ただし、上記一般式（７）において、−Ｒ１３−はフェニレン基又はナフチレン基であり、−Ｒ１３−がナフチレン基である場合、水酸基の結合位置はα位であってもβ位であってもよい。−Ｒ１４−はフェニレン基、ビフェニレン基又はナフチレン基である。Ｒ１５、Ｒ１６は、それぞれＲ１３、Ｒ１４に導入される基で、炭素数１〜１０の炭化水素基であり、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｆは０〜５の整数、ｇは０〜８の整数である。ｎ７の平均値は１以上、３以下の正数である。）
から選ばれた少なくとも一つである硬化剤
を含むこと特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記（Ｃ）充填材が、モード径が３０μｍ以上、５０μｍ以下であり、かつ５５μｍ以上の粗大粒子の含有割合が０．２質量％以下である溶融球状シリカを含むこと特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
自動車のエンジンルーム内で用いられる電子部品、パソコン用電源ユニット周辺の電子部品、家電用電源ユニット周辺の電子部品、及びＬＡＮ装置内の電子部品などの、６０℃、相対湿度６０％以上の高温高湿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ものである請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１】
回路基板と、前記回路基板に搭載された半導体素子と、前記回路基板と前記半導体素子とを電気的に接続する銅製ワイヤと、前記半導体素子と前記銅製ワイヤを封止する封止材とを備え、
前記銅製ワイヤが線径２５μｍ以下の銅製ワイヤであり、
前記銅製ワイヤがその表面にパラジウムを含む金属材料で構成された被覆層を有しており、
前記封止材が（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）充填材、（Ｄ）硫黄原子含有化合物を含むエポキシ樹脂組成物の硬化物で構成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記封止材を構成するエポキシ樹脂組成物の硬化物を１２５℃、相対湿度１００％ＲＨ、２０時間の条件で抽出した抽出水中の塩素イオン濃度が１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記銅製ワイヤの芯線における銅純度が９９．９９質量％以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記パラジウムを含む金属材料から構成された被覆層の厚みが０．００１〜０．０２μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が、メルカプト基、スルフィド結合から選ばれた少なくとも一つの原子団を有する硫黄原子含有化合物であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、メルカプト基、含窒素複素環、から選ばれた、エポキシ樹脂マトリックスとの親和性に優れた少なくとも一つの原子団と、メルカプト基、スルフィド結合から選ばれた、パラジウムを含む金属材料との親和性に優れた少なくとも一つの原子団と、を有する硫黄原子含有化合物であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が、トリアゾール系化合物、チアゾリン系化合物、ジチアン系化合物から選ばれた少なくとも１つの硫黄原子含有化合物であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が１，２，４−トリアゾール環を有する化合物であることを特徴とする請求項１ないし請求項7のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が下記一般式（１）で表される化合物
【化１】
（ただし、上記一般式（１）において、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を有する炭化水素基である。）
であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記（Ｄ）硫黄原子含有化合物が下記一般式（２）で表される化合物
【化２】
（ただし、上記一般式（２）において、Ｒ２、Ｒ３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を有する炭化水素基である。）
であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記（Ａ）エポキシ樹脂が、
下記一般式（３）で表されるエポキシ樹脂
【化３】
（ただし、上記一般式（３）において、Ｒ４は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｎ３の平均値は０又は５以下の正数である。）、
下記一般式（４）で表されるエポキシ樹脂
【化４】
（ただし、上記一般式（４）において、Ｒ５は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ６は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｎ４の平均値は０又は５以下の正数である。）、
下記一般式（５）で表されるエポキシ樹脂
【化５】
（ただし、上記一般式（５）において、−Ｒ７−はフェニレン基又はナフチレン基であり、−Ｒ７−がナフチレン基である場合、グリシジルエーテル基の結合位置はα位であってもβ位であってもよい。−Ｒ８−はフェニレン基、ビフェニレン基又はナフチレン基である。Ｒ９、Ｒ１０は、それぞれＲ７、Ｒ８に導入される基で、炭素数１〜１０の炭化水素基であり、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ａは０〜５の整数、ｂは０〜８の整数である。ｎ５の平均値は１以上、３以下の正数である。）
及び下記一般式（６）で表されるエポキシ樹脂
【化６】
（ただし、上記一般式（６）において、Ｒ１１は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ１２は水素又は炭素数４以下の炭化水素基で、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｃ、ｄは０又は１であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。ｅは０〜６の整数である。）
から選ばれた少なくとも一つであるエポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記（Ｂ）硬化剤が、
ノボラック型フェノール樹脂、
下記一般式（７）で表されるフェノール樹脂
【化７】
（ただし、上記一般式（７）において、−Ｒ１３−はフェニレン基又はナフチレン基であり、−Ｒ１３−がナフチレン基である場合、水酸基の結合位置はα位であってもβ位であってもよい。−Ｒ１４−はフェニレン基、ビフェニレン基又はナフチレン基である。Ｒ１５、Ｒ１６は、それぞれＲ１３、Ｒ１４に導入される基で、炭素数１〜１０の炭化水素基であり、それらは互いに同じであっても異なっていてもよい。ｆは０〜５の整数、ｇは０〜８の整数である。ｎ７の平均値は１以上、３以下の正数である。）
から選ばれた少なくとも一つである硬化剤
を含むこと特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記（Ｃ）充填材が、モード径が３０μｍ以上、５０μｍ以下であり、かつ５５μｍ以上の粗大粒子の含有割合が０．２質量％以下である溶融球状シリカを含むこと特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
自動車のエンジンルーム内で用いられる電子部品、パソコン用電源ユニット周辺の電子部品、家電用電源ユニット周辺の電子部品、及びＬＡＮ装置内の電子部品などの、６０℃、相対湿度６０％以上の高温高湿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ものである請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の半導体装置。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−１１４４０８（Ｐ２０１０−１１４４０８Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５７３８８（Ｐ２００９−５７３８８）
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【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２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【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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