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JP6941737B2 - フレーク状封止用樹脂組成物、および半導体装置 - Google Patents

フレーク状封止用樹脂組成物、および半導体装置 Download PDF

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Description

本開示は、フレーク状の半導体封止用樹脂組成物、および半導体装置に関する。
トランジスタ、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の半導体装置における封止材料は、エポキシ樹脂に硬化剤および／又は硬化促進剤、シリカ粉末等の無機充填材、着色剤等を配合した樹脂組成物が用いられている。
従来、このような封止材料を用いた封止プロセスは、トランスファ成形が一般的であった。しかし、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、半導体装置の主流はピン挿入型のパッケージから表面実装型のパッケージに移っている。さらに、表面実装型パッケージは薄型化・小型化が進んでいる。薄型化・小型化された表面実装型パッケージでは、半導体素子のパッケージに対する占有体積も大きくなり、半導体素子を覆う封止樹脂の肉厚は薄くなる。また、半導体素子の多機能化、大容量化に伴い、チップ面積の増大、多ピン化が進んでいる。さらには電極パッド数の増加によって、パッドピッチ、パッドサイズの縮小化、いわゆる狭パッドピッチ化も進んでいる。
一方、半導体素子を搭載する基板は、半導体素子ほどの電極パッドの狭ピッチ化ができない。そのため、半導体素子から引き出すボンディングワイヤを長くしたり、細線化したりすることにより多端子化に対応している。しかしながら、ワイヤが細くなると、後の樹脂封止工程でワイヤが樹脂の注入圧力により流されやすくなる。特に、サイドゲート方式のトランスファ成形ではこの傾向が著しい。
そこで、トランスファ成形に代わる封止プロセスとして、圧縮成形法が用いられるようになってきている（例えば、特許文献１参照）。この方法は、被封止物（例えば、半導体素子を実装した基板等）を上型に吸着させる一方、これに対向させるように、下型に粉粒状樹脂（封止材料）を供給し、下型を上昇させながら、被封止物と封止材料を加圧して封止成形するものである。圧縮成形法によれば、溶融した封止材料が被封止物の主面と略平行な方向に流動するため、流動量を少なくすることができ、樹脂の流れによる被封止物（例えば、半導体素子を実装した基板におけるワイヤや配線等）の変形・破損を低減させることが期待できる。
しかしながら、従来のトランスファ成形に用いる封止材料を圧縮成形法に適用しても、その充填性の低さ等から、上記のような所期の効果を十分に得ることはできなかった。圧縮成形法に適した封止材料としては、例えば、特許文献２にはエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材等を含有し、粒径１００μｍ〜３ｍｍの粒子が８５質量％以上である粒度分布を有する粉粒状の樹脂組成物が開示されている。特許文献３には、圧縮度を６〜１１％の範囲内に設定することにより、ホッパ等への付着や架橋現象を防止し、流動性の安定化、計量精度の向上を図った粉粒状半導体封止材料が開示されている。特許文献４には固めかさ密度を０．８ｇ／ｃｍ３以上、１．１ｇ／ｃｍ３以下とすることにより、搬送性や秤量精度等を向上させた顆粒状の樹脂組成物が開示されている。
特開２００８−２７９５９９号公報 特開２０１１−１５３１７３号公報 特開２０００−２３２１８８号公報 特開２００８−３０３３６６号公報
しかしながら、上記特許文献２〜４に記載の封止材料は、いずれも封止樹脂厚が薄く、また、細くかつ長いボンディングワイヤによって接続された半導体素子を封止する材料として十分なものではない。特に、ワイヤの変形・破損（ワイヤ流れ）の低減や成形性の改善等の点で十分ではなかった。
さらに、半導体装置の大容量化、および高機能化に伴い、半導体素子を複数積層する場合も増加している。半導体素子を複数積層すると、半導体素子上の封止材の肉厚が薄くなるため、半導体素子上に未充填部分が生じる。また、半導体素子を完全に樹脂成形物で封止しないと、信頼性試験で十分な特性を確保することができない。
本開示は、圧縮成形法に使用でき、成形時のワイヤ流れを十分に低減し、かつ成形性を十分に向上させることができるフレーク状封止用樹脂組成物、及び当該封止用樹脂組成物を用いて封止された高い信頼性を有する半導体装置を提供する。
本発明者らは、封止用樹脂組成物が後述するような特定の形状を有すると、圧縮成形法におけるワイヤ流れの低減や良好な成形性が得られることを見出した。
すなわち、本開示は、以下の[１]〜[５]を提供する。
［１］（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、および（Ｄ）無機充填材を含有するフレーク状封止用樹脂組成物であって、
前記フレーク状封止用樹脂組成物の８０質量％以上が、平行な一対の平面を有し、当該一対の平面間の距離が１５０〜１０００μｍである平行面含有樹脂組成物であり、
前記フレーク状封止用樹脂組成物中に含まれる、ＪＩＳ標準篩を用いた分級により、公称目開き１５０μｍの篩を通過するフレーク状封止用樹脂組成物が５質量％以下、及び公称目開き２ｍｍの篩を通過しないフレーク状封止用樹脂組成物が５質量％以下であるフレーク状封止用樹脂組成物。
［２］前記フレーク状封止用樹脂組成物中に含まれる、ＪＩＳ標準篩を用いた分級により、公称目開き１５０μｍを超え１ｍｍ以下の篩を通過するフレーク状封止用樹脂組成物が２０質量％以上である上記［１］に記載のフレーク状封止用樹脂組成物。
［３］下記式（１）で表される隙間率が６０％以下である上記［１］又は［２］に記載のフレーク状封止用樹脂組成物。
隙間率（％）＝｛１−（樹脂供給面積／キャビティ面積）}×１００・・・式（１）
（ここで、隙間率はキャビティ内へ封止用樹脂組成物を供給した時の、当該封止用樹脂組成物により被覆されていない面積比率を表し、キャビティ面積は成形金型の底部の有効面積であり、樹脂供給面積は封止用樹脂組成物によって被覆されている面積を示す。）
［４］上記［１］乃至［３］のいずれかに記載のフレーク状封止用樹脂組成物を用いて圧縮成形により半導体素子を封止してなる半導体装置。
［５］前記半導体装置の半導体素子上の封止材の厚みが２００μｍ以下である上記［４］に記載の半導体装置。
本開示によれば、圧縮成形法に用いられ、成形時のワイヤ流れを十分に低減し、かつ成形性を十分に向上させることができるフレーク状封止用樹脂組成物、及び当該封止用樹脂組成物を用いて封止された高い信頼性を有する半導体装置を提供することができる。
本開示の一実施形態の半導体装置を示す断面図である。 実施例１の隙間率を算出した際の二値化画像である。 比較例３の隙間率を算出した際の二値化画像である。
以下、本開示について、一実施形態であるフレーク状封止用樹脂組成物、半導体装置及び半導体装置の製造方法を参照しながら詳細に説明する。
［フレーク状封止用樹脂組成物］
本実施形態のフレーク状封止用樹脂組成物（以下、単に封止用樹脂組成物ともいう）は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、および（Ｄ）無機充填材を含有するフレーク状封止用樹脂組成物であって、
前記フレーク状封止用樹脂組成物の８０質量％以上が、平行な一対の平面を有し、当該一対の平面間の距離が１５０〜１０００μｍである平行面含有樹脂組成物であり、
前記フレーク状封止用樹脂組成物中に含まれる、ＪＩＳ標準篩を用いた分級により、公称目開き１５０μｍの篩を通過するフレーク状封止用樹脂組成物が５質量％以下、及び公称目開き２ｍｍの篩を通過しないフレーク状封止用樹脂組成物が５質量％以下である。
ここで、「フレーク状」とは扁平状、薄片状、鱗片状等の形状を含む。本実施形態のフレーク状封止用樹脂組成物は、当該封止用樹脂組成物の８０質量％以上が、平行な一対の平面を有し、当該一対の平面間の距離（以下、厚みともいう）が１５０〜１０００μｍである平行面含有樹脂組成物である。
ここで、「平行」とは個々の封止用樹脂組成物の平均厚みに対する当該封止用樹脂組成物の最大厚みと最小厚みとの差の割合が５％以下であることを意味する。
上記封止用樹脂組成物の厚みが１５０μｍ未満では静電気の影響を受け凝集しやすくなる。凝集した封止用樹脂組成物は、熱が均一に伝わりにくく溶け性が低下するおそれがある。また、当該封止用樹脂組成物の厚みが１０００μｍを超えると熱が均一に伝わりにくく溶け性が低下するおそれがある。このような観点から、封止用樹脂組成物の厚みは、１５０〜７００μｍであってもよく、１５０〜５００μｍであってもよく、２００〜４００μｍであってもよい。
なお、上記フレーク状封止用樹脂組成物の厚みは、例えば、光学顕微鏡（倍率：２００倍）を用いて５０個の封止用樹脂組成物の厚みを測定し、その平均値として求めることができる。
また、本実施形態のフレーク状封止用樹脂組成物中に含まれる上述の形状を有する封止用樹脂組成物（平行面含有樹脂組成物）の割合は、９０質量％以上であってもよく、９５質量％以上であってもよく、１００質量％であってもよい。
なお、本実施形態のフレーク状封止用樹脂組成物は、フレーク状ではない樹脂組成物、上述の形状を有さない樹脂組成物を含んでもよい。本実施形態のフレーク状封止用樹脂組成物がフレーク状ではない樹脂組成物、上述の形状を有さない樹脂組成物を含む場合、その含有量は、当該フレーク状封止用樹脂組成物全量に対し２０質量％以下であってもよく、１０質量％以下であってもよく、５質量％以下であってもよく、含まなくてもよい。
本実施形態のフレーク状封止用樹脂組成物中に含まれる、ＪＩＳ標準篩（ＪＩＳ Ｚ８８０１−１：２００６規定）を用いた分級により、公称目開き１５０μｍの篩を通過するフレーク状封止用樹脂組成物（以下、封止用樹脂組成物ａともいう）が５質量％以下、及び公称目開き２ｍｍの篩を通過しないフレーク状封止用樹脂組成物（以下、封止用樹脂組成物ｂともいう）が５質量％以下である。封止用樹脂組成物ａの含有量が５質量％を超えると、圧縮成形用金型に供給する際に、当該封止用樹脂組成物ａが舞い上がりやすく、飛散した当該封止用樹脂組成物ａによる汚染や、計量不良等が生ずるおそれがある。このような観点から、フレーク状封止用樹脂組成物中に含まれる封止用樹脂組成物ａは、３質量％以下であってもよく、２質量％以下であってもよい。また、封止用樹脂組成物ｂの含有量が５質量％を超えると、成形時にワイヤの変形および破損が生じるおそれがあり、また、硬化物にボイドが発生するおそれがある。このような観点から、フレーク状封止用樹脂組成物中に含まれる封止用樹脂組成物ｂは、３質量％以下であってもよく、２質量％以下であってもよい。
また、本実施形態のフレーク状封止用樹脂組成物は、ＪＩＳ標準篩（ＪＩＳ Ｚ８８０１−１：２００６規定）を用いた分級により、公称目開き１５０μｍを超え２ｍｍ以下の篩を通過するフレーク状封止用樹脂組成物を含んでもよく、ＪＩＳ標準篩（ＪＩＳ Ｚ８８０１−１：２００６規定）を用いた分級により、公称目開き１５０μｍを超え１ｍｍ以下の篩を通過するフレーク状封止用樹脂組成物(以下、封止用樹脂組成物ｃともいう）を含んでもよい。ここで、公称目開き１５０μｍを超え１ｍｍ以下の篩を通過するフレーク状封止用樹脂組成物とは、公称目開き１５０μｍの篩を通過せず、公称目開き１ｍｍの篩を通過するフレーク状封止用樹脂組成物のことである。封止用樹脂組成物ｃの含有量としては、２０質量％以上であってもよく、４０質量％以上であってもよく、６０質量％以上であってもよい。封止用樹脂組成物ｃを２０質量％以上含有すると充填性が良好となり、硬化物にボイド等の発生を低減することができる。また、上限値は特に限定されず、１００質量％であってもよく、９０質量％であってもよい。
本実施形態のフレーク状封止用樹脂組成物中に含まれる、ＪＩＳ標準篩（ＪＩＳ Ｚ８８０１−１：２００６規定）を用いた分級により、公称目開き１ｍｍを超え２ｍｍ以下の篩を通過するフレーク状封止用樹脂組成物(以下、封止用樹脂組成物ｄともいう）の含有量は、充填性を高め、ボイドの発生を低減する観点から、１０〜７５質量％であってもよく、１５〜５０質量％であってもよく、１８〜４０質量％であってもよい。
〔（Ａ）エポキシ樹脂〕
本実施形態で用いられる（Ａ）成分のエポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するものであれば、分子構造、分子量等に制限されることなく一般に電子部品の封止材料として使用されているものを広く用いることができる。
（Ａ）成分のエポキシ樹脂としては、例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、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、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂等の複素環型エポキシ樹脂、スチルベン型二官能エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、縮合環芳香族炭化水素変性エポキシ樹脂、脂環型エポキシ樹脂などが挙げられる。なかでも、ビフェニル型エポキシ樹脂であってもよい。
これらのエポキシ樹脂は１種を使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
（Ａ）成分のエポキシ樹脂の軟化点は、封止用樹脂組成物のハンドリング性、および成形時の溶融粘度の観点から、４０〜１３０℃であってもよく、５０〜１１０℃であってもよい。
なお、本明細書における軟化点とは、「環球式軟化点」を指し、ＡＳＴＭ Ｄ３６に準拠して測定された値をいう。
（Ａ）成分のエポキシ樹脂の市販品を例示すると、例えば、三菱ケミカル（株）製のＹＸ−４０００（エポキシ当量１８５、軟化点１０５℃）、同ＹＸ−４０００Ｈ（エポキシ当量１９３、軟化点１０５℃）、日本化薬（株）製のＮＣ−３０００（エポキシ当量２７３、軟化点５８℃）、同ＮＣ−３０００Ｈ（エポキシ当量２８８、軟化点９１℃）（以上、いずれも商品名）等が挙げられる。
〔（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤〕
本実施形態で用いられる（Ｂ）成分のフェノール樹脂硬化剤は、１分子当たり２個以上のフェノール性水酸基を有し、上記（Ａ）成分のエポキシ樹脂を硬化させることができるものである。電子部品の封止材料として一般に用いられるものであれば特に制限されることなく使用できる。
（Ｂ）成分のフェノール樹脂硬化剤としては、具体的には、フェノール、アルキルフェノール等のフェノール類とホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドを反応させて得られるフェノールノボラック樹脂やクレゾールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂、これらのノボラック型フェノール樹脂をエポキシ化又はブチル化した変性ノボラック型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、パラキシレン変性フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、トリフェノールアルカン型フェノール樹脂、多官能型フェノール樹脂などが挙げられる。なかでも、フェノールアラルキル樹脂、フェノールノボラック樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂が好ましい。これらのフェノール樹脂硬化剤は１種を使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
（Ｂ）成分のフェノール樹脂硬化剤の含有量は、上記（Ａ）成分のエポキシ樹脂が有するエポキシ基数（ａ）に対する（Ｂ）成分のフェノール樹脂硬化剤が有するフェノール性水酸基数（ｂ）の比（ｂ）／（ａ）が０．３以上１．５以下となる範囲であってもよく、０．５以上１．２以下となる範囲であってもよい。比（ｂ）／（ａ）が０．３以上であると硬化物の耐湿信頼性が向上し、１．５以下であると硬化物の強度が向上する。
また、封止用樹脂組成物中における（Ａ）成分のエポキシ樹脂及び（Ｂ）成分のフェノール樹脂硬化剤の合計含有量は、５〜２０質量％であってもよく、１０〜１５質量％であってもよい。
〔（Ｃ）硬化促進剤〕
本実施形態で用いられる（Ｃ）成分の硬化促進剤は、（Ａ）成分のエポキシ樹脂と、（Ｂ）成分のフェノール樹脂硬化剤との硬化反応を促進する成分である。（Ｃ）成分の硬化促進剤は、上記作用を奏するものであれば、特に制限されることなく公知の硬化促進剤を使用することができる。
（Ｃ）成分の硬化促進剤としては、具体的には、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−イソプロピルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、２，４−ジメチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、４−メチルイミダゾール、４−エチルイミダゾール、２−フェニル−４−ヒドロキシメチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類；１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７（ＤＢＵ）、１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］ノネン、５，６−ジブチルアミノ−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化合物及びこれらの塩；トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール等の三級アミン類；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、ジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリ（ｐ−メチルフェニル）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）エタン等の有機ホスフィン化合物などが挙げられる。これらのなかでも、流動性及び成形性が良好であるという観点から、イミダゾール類であってもよい。これらの硬化促進剤は１種を使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
（Ｃ）成分の硬化促進剤の含有量は、封止用樹脂組成物全量に対し、０．１〜５質量％の範囲であってもよく、０．１〜１質量％の範囲であってもよい。（Ｃ）成分の硬化促進剤の含有量が０．１質量％以上であると硬化性の促進効果が得られ、５質量％以下であると成形時にワイヤの変形および破損を抑制し、充填性を良好にすることができる。
〔（Ｄ）無機充填材〕
本実施形態で用いられる（Ｄ）成分の無機充填材は、この種の樹脂組成物に一般的に使用されている公知の無機充填材であれば、特に制限されることなく使用することができる。
（Ｄ）成分の無機充填材としては、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、破砕シリカ、合成シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウム等の酸化物粉末；水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の水酸化物粉末；窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物粉末などが挙げられる。これらの無機充填材は、１種を使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
（Ｄ）成分の無機充填材は、本実施形態の封止用樹脂組成物の取り扱い性および成形性を高める観点から、上記例示したなかでもシリカ粉末であってもよく、溶融シリカであってもよく、球状溶融シリカであってもよい。また、溶融シリカと溶融シリカ以外のシリカを併用することもでき、その場合、溶融シリカ以外のシリカの割合はシリカ粉末全体の３０質量％未満としてもよい。
（Ｄ）成分の無機充填材は、平均粒径が０．５〜４０μｍであってもよく、１〜３０μｍであってもよく、５〜２０μｍであってもよい。また、（Ｄ）成分の無機充填材の最大粒径は５５μｍ以下であってもよい。平均粒径が０．５μｍ以上であると、封止用樹脂組成物の流動性および成形性を向上させることができる。一方、平均粒径が４０μｍ以下であると、封止用樹脂組成物を硬化して得られる成形品の反りが抑制され、寸法精度を向上させることができる。また、最大粒径が５５μｍ以下であると、封止用樹脂組成物の成形性を向上させることができる。
なお、本明細書において、（Ｄ）成分の無機充填材の平均粒径は、例えば、レーザー回折式粒度分布測定装置により求めることができ、平均粒径は、同装置で測定された粒度分布において積算体積が５０％になる粒径（ｄ５０）である。
（Ｄ）成分の無機充填材の含有量は、封止用樹脂組成物全量に対し、７０〜９５質量％の範囲であってもよく、７５〜９０質量％の範囲であってもよい。（Ｄ）成分の無機充填材の含有量が７０質量％以上であると、封止用樹脂組成物の線膨張係数が増大しすぎることがなく、当該封止用樹脂組成物を硬化して得られる成形品の寸法精度、耐湿性、機械的強度等を向上させることができる。また、（Ｄ）成分の無機充填材の含有量が９５質量％以下であると、封止用樹脂組成物を成形して得られる樹脂シートを割れにくくすることができる。また、封止用樹脂組成物の溶融粘度が増大しすぎることがなく、流動性および成形性を向上させることができる。
本実施形態の封止用樹脂組成物には、以上の各成分の他、本実施形態の効果を阻害しない範囲で、この種の樹脂組成物に一般に配合される成分、例えば、カップリング剤；合成ワックス、天然ワックス、高級脂肪酸、高級脂肪酸の金属塩等の離型剤；カーボンブラック、コバルトブルー等の着色剤；シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力付与剤；ハイドロタルサイト類；イオン捕捉剤などを配合することができる。
カップリング剤としては、エポキシシラン系、アミノシラン系、ウレイドシラン系、ビニルシラン系、アルキルシラン系、有機チタネート系、アルミニウムアルコレート系等のカップリング剤を使用することができる。これらのカップリング剤は１種を使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。なかでも、成形性、難燃性、硬化性等の観点から、アミノシラン系カップリング剤が好ましく、特に、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、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン等が好ましい。
カップリング剤の含有量は、封止用樹脂組成物全量に対し、０．０１〜３質量％の範囲であってもよく、０．１〜１質量％の範囲であってもよい。カップリング剤の含有量が０．０１質量％以上であると、封止用樹脂組成物の成形性を向上させることができ、３質量％以下であると封止用樹脂組成物の成形時に発泡が低減でき、成形品にボイド又は表面膨れ等の発生を低減することができる。
本実施形態の封止用樹脂組成物は、ブロッキングを抑制する観点から、溶剤を含まなくてもよい。また、当該封止用樹脂組成物が溶剤を含まない場合、半導体素子を封止する際に、溶剤残りによる信頼性低下を招くおそれがない。
本実施形態の封止用樹脂組成物は、公知の封止用樹脂組成物の製造方法により得ることができ、例えば、次のように調製できる。まず、上記（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填材、及び上述した必要に応じて配合される各種成分をミキサー等によって十分に混合（ドライブレンド）した後、熱ロール又はニーダ等の混練装置により溶融混練し、加圧部材間で圧縮してシート状に成形する。より具体的には、封止用樹脂組成物を加熱軟化させながらロールあるいは熱プレスにより１５０〜１０００μｍの厚みに圧延する。
なお、封止用樹脂組成物を圧延する際の加熱温度は、通常、６０〜１５０℃程度である。加熱温度が６０℃以上であると圧延しやすくなり、１５０℃以下であると硬化反応が適度に進行し、成形性を良好にすることができる。
次いで、得られたシートを冷却した後、適当な大きさに粉砕する。
シートの厚みは１５０〜１０００μｍであり、１５０〜７００μｍであってもよく、１５０〜５００μｍであってもよく、２００〜４００μｍであってもよい。シートの厚みが上記範囲内であると、当該シートを粉砕することで、前述の特定の形状を有するフレーク状の封止用樹脂組成物を得ることができる。また、当該シートを粉砕した際に、ＪＩＳ標準篩（ＪＩＳ Ｚ８８０１−１：２００６規定）を用いた分級により、公称目開き１５０μｍの篩を通過する微粉を生じにくくすることができる。本実施形態のフレーク状封止用樹脂組成物中に含まれる前述の封止用樹脂組成物ａを５質量％以下に低減することができる。
なお、上記シートの厚みは、例えば、マイクロメーターを用いて当該シートの厚みを５０点測定し、その平均値として求めることができる。
粉砕方法は、特に制限されず、一般的な粉砕機、例えば、スピードミル、カッティングミル、ボールミル、サイクロンミル、ハンマーミル、振動ミル、カッターミル、グラインダーミル等を用いることができる。なかでも、スピードミルを用いることができる。
また、押出機を用いて封止用樹脂組成物を平紐状に成形し、カッター等で所定の長さに切断するホットカット法で粉砕してもよい。
粉砕物は、その後、篩い分級又はエアー分級等によって所定の粒度分布を持つフレーク状の集合体として、特性を整えて調製することができる。
このようにして得られるフレーク状封止用樹脂組成物は、下記式（１）で表される隙間率を６０％以下とすることができ、５０％以下とすることができ、４０％以下とすることができる。
隙間率（％）＝｛１−（樹脂供給面積／キャビティ面積）}×１００・・・式（１）
ここで、隙間率はキャビティ内へ封止用樹脂組成物を供給した時の、当該封止用樹脂組成物により被覆されていない面積比率を表す。キャビティ面積は成形金型の底部の有効面積であり、樹脂供給面積は封止用樹脂組成物によって被覆されている面積を示す。
上記隙間率が６０％以下であると、封止用樹脂組成物の溶け性が良好となり、充填性が向上し硬化物にボイド等の発生を低減することができる。また、ワイヤ流れを十分に低減することができる。
［半導体装置］
本実施形態の半導体装置は、上記フレーク状封止用樹脂組成物を用いて圧縮成形により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。以下、その方法の一例を説明する。
まず、圧縮成形用金型の上型に、半導体素子を実装した基板を供給した後、下型のキャビティ内に上記封止用樹脂組成物を供給する。次に、上型及び下型を所要の型締圧力にて型締めをし、下型キャビティで加熱溶融した封止用樹脂組成物に半導体素子を浸漬する。次に、下型キャビティ内の加熱溶融した封止用樹脂組成物をキャビティ底面部材で押圧し、減圧下で、所要の圧力を加えて圧縮成形する。成形条件は、温度１２０℃以上２００℃以下、圧力２ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下とすることができる。
図１は、このようにして得られた本開示の半導体装置の一例を示したものであり、銅フレーム等のリードフレーム１と半導体素子２の間に、接着剤層３が介在されてもよい。また、半導体素子２上の電極４とリードフレーム１のリード部５とがボンディングワイヤ６により接続されており、さらに、これらが本開示の封止用樹脂組成物の硬化物（封止樹脂）７により封止されている。
本実施形態の半導体装置は、前述の特定の形状を有する封止用樹脂組成物により半導体素子が封止されているので、成形時のワイヤ流れ等の発生が低減される。また、成形性も向上して、高い信頼性を有する半導体装置とすることができる。
また、前述の特定の形状を有する封止用樹脂組成物を用いると、半導体装置の半導体素子上の封止材の厚みを２００μｍ以下としてもよく、１５０μｍ以下としてもよく、１００μｍ以下とすることができる。
さらに、封止用樹脂組成物として、前述の特定の形状を有するものを使用した場合には、封止用樹脂組成物を下型のキャビティに供給する際の飛散又は、減圧下で加熱溶融した樹脂が飛散する、いわゆる「樹脂漏れ」が低減されるため、高い信頼性を有する半導体装置を得ることができる。
なお、本開示の半導体装置において封止される半導体素子は、特に限定されるものではなく、例えば、ＩＣ、ＬＳＩ、ダイオード、サイリスタ、トランジスタ等が例示される。封止後の厚みが０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であるワイヤ流れの生じやすい半導体装置の場合に、本発明は有用である。
次に実施例により、本開示を具体的に説明するが、本開示はこれらの例によって何ら限定されるものではない。なお、表１中、空欄は配合なしを表す。
（実施例１〜７、及び比較例１〜４）
表１に記載の種類及び配合量の各成分を常温（２５℃）でミキサーを用いて混合し、次いで、熱ロールを用いて８０〜１３０℃で加熱混練した。樹脂温度６０〜１１０℃において、ロールを用い圧延、冷却し、表１に示す厚みのシートを得た。
得られたシートを、スピードミルを用いて粉砕し、ＪＩＳ標準篩（ＪＩＳ Ｚ８８０１−１：２００６規定）３種類（目開き１５０μｍ、１ｍｍ、２ｍｍ）を用い封止用樹脂組成物を調製した。
さらに、得られた封止用樹脂組成物を用いて半導体チップの封止を行った。すなわち、５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．５４ｍｍのＦＢＧＡ（Fine pitch Ball Grid Array）を、封止用樹脂組成物を用いて、金型温度１７５℃、成形圧力８．０ＭＰａ、硬化時間２分間の条件で圧縮成形した後、１７５℃、４時間の後硬化を行い、半導体装置を製造した。
〔粉砕前のシートの厚み（ｄａｖｅ.）、最大厚み（ｄｍａｘ）、最小厚み（ｄｍｉｎ）の測定〕
マイクロメーターを用いて得られたシートの厚みを５０点測定し、最大厚み（ｄｍａｘ）、最小厚み（ｄｍｉｎ）を求め、さらに、測定した５０点の平均値をシートの厚み（ｄａｖｅ.）とした。
また、シートの厚み（ｄａｖｅ.）に対する当該シートの最大厚み（ｄｍａｘ）と最小厚み（ｄｍｉｎ）との差の割合を算出した。
〔封止用樹脂組成物の厚みの測定〕
光学顕微鏡（倍率：２００倍）を用いて得られた封止用樹脂組成物の厚みを５０点測定し、測定した５０点の平均値を封止用樹脂組成物の厚みとした。
また、実施例１〜７、及び比較例１、４で得られた封止用樹脂組成物５０個を光学顕微鏡（倍率：２００倍）により観察したところ、いずれも厚み方向に破断されており、当該封止用樹脂組成物の８０質量％以上が、平行な一対の平面を有し、当該一対の平面間の距離（厚み）が１５０〜１０００μｍの範囲内であることを確認した。
封止用樹脂組成物の調製に使用した表１に記載の各成分の詳細は以下のとおりである。
（Ａ）エポキシ樹脂
・エポキシ樹脂１：ＮＣ−３０００（日本化薬（株）製、商品名；エポキシ当量：２７３、軟化点：５８℃）
・エポキシ樹脂２：ＹＸ−４０００Ｈ（三菱ケミカル（株）製、商品名；エポキシ当量：１９３、軟化点：１０５℃）
（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤
・フェノール樹脂１：ＭＥＨ−７８００Ｍ（明和化成（株）製、商品名；水酸基当量：１７５）
・フェノール樹脂２：ＢＲＧ−５５７（昭和電工（株）製、商品名；水酸基当量：１０４）
（Ｃ）硬化促進剤
・イミダゾール：２Ｐ４ＭＨＺ（四国化成（株）製、商品名）
（Ｄ）無機充填材
・溶融シリカ１：ＭＳＲ−８０３０（（株）龍森製、商品名；平均粒径：１２μｍ）
・溶融シリカ２：ＳＣ−４５００ＳＱ（（株）アドマテックス製、商品名；平均粒径：１μｍ）
（その他添加剤）
・シランカップリング剤：Ｚ−６８８３（東レ・ダウコーニング（株）製、商品名；γ−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン）
・着色剤：ＭＡ−６００（三菱ケミカル（株）製、商品名；カーボンブラック）
また、上記各実施例及び各比較例で得られた封止用樹脂組成物及び半導体装置（製品）について、以下に示す方法で各種特性を評価した。その結果を表１に併せて示した。
＜評価項目＞
（封止用樹脂組成物）
（１）スパイラルフロー
ＥＭＭＩ規格に準じた金型を用いて、温度１７５℃、圧力９．８ＭＰａでトランスファ成形し、測定した。
（２）ゲルタイム
ＪＩＳ Ｃ ２１６１（２０１０）の７．５．１に規定されるゲル化時間Ａ法に準じて、約１ｇの封止用樹脂組成物を１７５℃の熱盤上に塗布し、かき混ぜ棒にてかき混ぜ、ゲル状になりかき混ぜられなくなるまでの時間を測定した。
（成形性）
（１）隙間率
ＴＯＷＡ（株）製、圧縮成形機 ＰＭＣ１０４０−Ｄを用い、６６ｍｍ×２３２ｍｍのキャビティ内に実施例及び比較例のフレーク状または粉粒状の封止用樹脂組成物３ｇ（封止後素子上の樹脂厚み１００μｍ相当）を０．３ｇ／ｓの速度で供給し、封止用樹脂組成物表面を上部からキャビティ底面に向けデジタルカメラで撮影し画像化した。得られた画像を二値化し、封止用樹脂組成物の面積を計測し、隙間率を下記式（１）により算出した。
隙間率（％）＝（１−（樹脂供給面積／キャビティ面積））×１００・・・式（１）
ここで、隙間率はキャビティ内へ封止用樹脂組成物を供給した時の、当該封止用樹脂組成物により被覆されていない面積比率を表し、キャビティ面積は成形金型の底部の有効面積であり、樹脂供給面積は封止用樹脂組成物によって被覆されている面積を示す。
なお、実施例１の隙間率を算出した際の二値化画像を図２に、比較例３の隙間率を算出した際の二値化画像を図３に示す。
（２）充填性
ＴＯＷＡ（株）製、圧縮成形機 ＰＭＣ１０４０−Ｄを用い、６６ｍｍ×２３２ｍｍのキャビティ内に実施例及び比較例のフレーク状または粉粒状の封止用樹脂組成物３ｇ（封止後素子上の樹脂厚み１００μｍ相当）を０．３ｇ／ｓの速度で供給し、金型温度１７５℃、成形圧力５．０ＭＰａ、硬化時間２分間で圧縮成形した後、得られた成形品の未充填の有無を目視で確認した。未充填部分が無いものを「良好」、未充填部分があるものを「未充填」と評価した。
（３）ボイド
ＴＯＷＡ（株）製、圧縮成形機 ＰＭＣ１０４０−Ｄを用い、６６ｍｍ×２３２ｍｍのキャビティ内に実施例及び比較例のフレーク状または粉粒状の封止用樹脂組成物３ｇ（封止後素子上の樹脂厚み１００μｍ相当）を０．３ｇ／ｓの速度で供給し、金型温度１７５℃、成形圧力５．０ＭＰａ、硬化時間２分間で圧縮成形し成形品を得た。得られた成形品のボイドを超音波探傷装置（日立建機ファインテック（株）製、ＦＳ３００II）で観察し、下記の基準によって評価した。
Ａ：ボイドの発生なし
Ｂ：ボイドの数が５個未満
Ｃ：ボイドの数が５個以上
（４）ワイヤ流れ率
５０ｍｍ×５０ｍｍ×０．５４ｍｍのＦＢＧＡを、封止用樹脂組成物を用いて、金型温度１７５℃、成形圧力８．０ＭＰａ、硬化時間２分間の条件で圧縮成形した後、得られた成形品（ＦＢＧＡ）内部の金ワイヤ（直径１８μｍ、長さ５ｍｍ）をＸ線観察装置（（株）島津製作所製、ＳＭＸ−１０００）で観察し、最大変形部のワイヤ流れ率（封止前のワイヤの位置と封止後のワイヤの位置との最大距離のワイヤの長さに対する比率（％））を求めた。
（半導体装置（製品））
（１）耐リフロー性（ＭＳＬ試験）
半導体装置に対し、８５℃、８５％ＲＨにて７２時間吸湿処理した後、２６０℃の赤外線リフロー炉中で９０秒間加熱する試験（ＭＳＬ試験：Ｌｅｖｅｌ ３）を行い、不良(剥離及びクラック)の発生率を調べた（試料数＝２０）。
（２）耐湿信頼性（プレッシャクッカー試験：ＰＣＴ）
半導体装置を、プレッシャクッカー内で、１２７℃、０．２５ＭＰａの条件下、７２時間吸水させた後、２６０℃、９０秒間のベーパーリフローを行い、不良（オープン不良）の発生率を調べた（試料数＝２０）。
（３）高温放置信頼性（高度加速寿命試験：ＨＡＳＴ）
半導体装置を、１８０℃の恒温槽中に１０００時間放置し、不良（オープン不良）の発生率を調べた（試料数＝２０）。

Figure 0006941737
表１から明らかなように、本実施例の封止用樹脂組成物は、成形時の充填性が良好でワイヤ流れが極めて低かった。実施例と比較例においてスパイラルフローの値に差がないが、実施例は比較例よりも隙間率が低いことがわかる。なお、図２に実施例１の隙間率を算出した際の二値化画像を、図３に比較例３の隙間率を算出した際の二値化画像を示す。図２及び図３において白色部分はキャビティ内で封止用樹脂組成物により被覆されていない部分を示し、黒色部分はキャビティ内で封止用樹脂組成物により被覆されている部分を示す。図２及び図３から実施例１は比較例３よりもキャビティ内で封止用樹脂組成物が均一に充填されており隙間率が低いことがわかる。
本発明の封止用樹脂組成物は、フレーク形状のため金型内へ薄くかつ均一に供給することができるため、圧縮成形時の樹脂流動が少なくなり、良好な充填性と低いワイヤ流れ率を得られるものである。
また、当該封止用樹脂組成物を用いて製造された半導体装置は、ＭＳＬ試験、プレッシャクッカー試験、高度加速寿命試験のいずれの試験においても良好な結果が得られており、樹脂封止型半導体装置として高い信頼性を有するものであることが確認できた。
本発明の封止用樹脂組成物は、フレーク形状のため金型内へ薄くかつ均一に供給することができるため、成形性に優れるとともに成形時のワイヤ流れも低減される。したがって、封止樹脂厚が薄く、また、長くかつ細いワイヤによって接続された半導体素子の封止材料として有用であり、信頼性の高い樹脂封止型半導体装置を製造することができる。
１ リードフレーム
２ 半導体素子
３ 接着剤層
４ 電極
５ リード部
６ ボンディングワイヤ
７ 封止用樹脂組成物の硬化物（封止樹脂）

Claims (5)

  1. （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、および（Ｄ）無機充填材を含有するフレーク状封止用樹脂組成物であって、
    前記フレーク状封止用樹脂組成物の８０質量％以上が、平行な一対の平面を有し、当該一対の平面間の距離が１５０〜１０００μｍである平行面含有樹脂組成物であり、
    前記フレーク状封止用樹脂組成物中に含まれる、ＪＩＳ標準篩を用いた分級により、公称目開き１５０μｍの篩を通過するフレーク状封止用樹脂組成物が５質量％以下、及び公称目開き２ｍｍの篩を通過しないフレーク状封止用樹脂組成物が５質量％以下であることを特徴とするフレーク状封止用樹脂組成物。
  2. 前記フレーク状封止用樹脂組成物中に含まれる、ＪＩＳ標準篩を用いた分級により、公称目開き１５０μｍを超え１ｍｍ以下の篩を通過するフレーク状封止用樹脂組成物が２０質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載のフレーク状封止用樹脂組成物。
  3. 下記式（１）で表される隙間率が６０％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のフレーク状封止用樹脂組成物。
    隙間率（％）＝｛１−（樹脂供給面積／キャビティ面積）}×１００・・・式（１）
    （ここで、隙間率はキャビティ内へ封止用樹脂組成物を供給した時の、当該封止用樹脂組成物により被覆されていない面積比率を表し、キャビティ面積は成形金型の底部の有効面積であり、樹脂供給面積は封止用樹脂組成物によって被覆されている面積を示す。）
  4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のフレーク状封止用樹脂組成物を用いて圧縮成形により半導体素子を封止してなることを特徴とする半導体装置。
  5. 前記半導体装置の半導体素子上の封止材の厚みが２００μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
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