JPH01190748A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 童粟上夏監朋防」 本発明は、高い熱伝導性を有し、かつ成形性、耐湿特性
の良好な半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関する。

材としては、溶融シリカ、結晶シリカ等の無機充填材が
主に使用されており、特に高熱伝導性が要求される用途
には、熱伝導性の良好な結晶シリカが用いられている。

しかしながら、充填材として結晶シリカを使用し、その
配合量の増加を行なっても、組成物の熱伝導率を６５ｃ
ａｌ／■・ｓｅｃ・℃程度までに上げるのが限界であり
、これ以上の熱伝導率を高めるために結晶シリカの含有
率を上げると、組成物の流動性が極端に悪くなり、トラ
ンスファー成形が不可能になるという欠点がある。

そこで、エポキシ樹脂組成物の熱伝導性をより高めるた
めに、充填材として結晶シリカよりも熱伝導性の高いア
ルミナ、チッ化ケイ素、チッ化アルミニウム、ボロンナ
イトライド（ＢＮ）、炭化ケイ素、炭酸カルシウムを使
用する方法が考えられる。しかし、これらの無機充填材
を使用した組成物は、結晶シリカ含有組成物よりも熱伝
導率が高いものの流動性や耐湿特性が低下するという問
題点があり、高い熱伝導性と成形性及び耐湿特性とを兼
ね備えたエポキシ樹脂組成物を得ることは困難であった
。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、高熱伝導性と
成形性、耐湿特性を兼備したエポキシ樹脂組成物を提供
することを目的とする。

題を解決するための手段及び作用 本発明者らは上記目的を達成するため、半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物に使用する充填材について鋭意検討を
重ねた結果、純度（ＡＱ２０３量）が９９．５％以下で
かつ不純物であるＮａ２Ｏの含有率が０．０５％以下、
Ｎａイオン含有量が５ｐｐｍ以下、Ｃｌイオン含有量が
１ｐｐｍ以下であると共に、平均粒子径が５Ｉｌｎ〜６
０／ａでかつ粒子径２５０ｐ以上の粒子が１％以下であ
るα−アルミナを使用した場合、同一配合量で結晶シリ
カを使用した組成物の約２倍もしくはそれ以上の高い熱
伝導率が得られ、しかも組成物の流動性や耐湿特性も良
好で、高い熱伝導性と成形性及び耐湿特性を兼ね備えた
エポキシ樹脂組成物が得られ、上記目的を達成すること
ができることを知見し、本発明をなすに至ったものであ
る。

従って、本発明は純度が９９．５％以」二でＮａ２Ｏの
含有率が０．０３％以下であり、かつ１００　℃の水で
抽出した時のＮａイオン含有量が５ｐｐｍ以下、Ｃｌイ
オン含有量が１ｐｐｍ以下であると共に、平均粒子径が
５１１ｎ〜６０声であり、かつ粒子径２５０卿以上の粒
子の含有率が１％以下であるα−アルミナを充填材とし
て使用することを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂
組成物を提供する。

以下、本発明につき更に詳述する。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ
樹脂、硬化剤、充填材、更に必要により硬化促進剤、離
型剤、顔料、シランカップリング剤などを用いて構成さ
れるものである。

この場合、本発明組成物に使用するエポキシ樹脂は１分
子中に１個以上のエポキシ基を有するものであれば特に
制限はなく、例えばビスフェノール型エポキシ樹脂、脂
環式エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹
脂等が好適に使用されるが、特にクレゾールノボラック
型エポキシ樹脂を使用することが望ましい。なお、上記
エポキシ樹脂は、組成物の耐湿性の点から加水分解性塩
素の含有量が５００ｐｐｍ以下、遊離のＮａ、Ｃｌイオ
ンが各々２ｐｐｍ以下、有機酸含有量が１０ｐｐｍ以下
のものを用いることが好ましい。

また、硬化剤はエポキシ樹脂に応じたものが使用され、
例えば無水トリメリット酸、無水テトラヒドロフタル酸
等の酸無水物やフェノールノボラック樹脂などが用いら
れるが、中でもフェノールノボラック樹脂を用いること
が最適である。なお、硬化剤として使用するフェノール
ノボラック樹脂は、含有する遊離のＮａ’、Ｃｌイオン
が各々２ｐｐｍ以下、モノマーのフェノール量が１％以
下であると共に、製造時に残存する微量のホルムアルデ
ヒドのカニツアロ反応で生じる蟻酸等の有機酸が１００
ｐｐｍ以下であることが好ましく、遊離のＮａ、Ｃｌイ
オンや有機酸の含有量が上記値より多いと組成物で封止
した半導体装置の耐湿特性が低下する場合があり、千ツ
マ−のフェノール量が１％より多いと、組成物で作った
成形品にボイド、未充填、ひげ等の欠陥が発生する場合
がある。更に、フェノールノボラック樹脂の軟化点は５
０〜１２０℃が好適であり、５０℃未満であると組成物
のガラス転移点が低くなって耐熱性が悪くなる場合があ
り、１２０℃を越えると組成物の溶融粘度が高くなって
作業性に劣る場合が生じる。

ここで、硬化剤の配合量は別に制限されないが、上記エ
ポキシ樹脂のエポキシ基と上記硬化剤のフェノール性水
酸基又は酸無水物基とのモル比を０．８〜２、特に１〜
１．５の範囲にすることが好適である。両基のモル比が
０．８より小さくなると組成物の硬化特性や成形品のガ
ラス転移温度（Ｔｇ）が悪くなって耐熱性が低下する場
合があり、１．５より大きくなると成形品のガラス転移
温度や電気特性が悪くなる場合がある。

更に、本発明組成物には、エポキシ樹脂と硬化剤との反
応を促進させるために硬化促進剤を配合することが好ま
しい。硬化促進剤としては通常エポキシ化合物の硬化に
用いられる化合物、例えばイミダゾール化合物、１，８
−ジアザビシクロ（５゜４．０）ウンデセン−７（Ｄ　
Ｂ　Ｕ）等のウンデセン化合物、トリフェニルホスフィ
ン等のホスフィン化合物などが用いられるが、組成物の
耐湿特性の面からこのうちトリフェニルホスフィンを用
いることが好ましい。なお、硬化促進剤の使用量は特に
制限されず、通常の使用量でよい。

本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、上述のよ
うなエポキシ樹脂硬化剤を必須成分とし、更には硬化促
進剤を必要により配合して得るものであるが、本発明に
おいては、これら成分と共に充填材として特定のα−ア
ルミナを使用する。

この場合、本発明に充填材として用いるα−アルミナは
、アルミナのα結晶粒子で、その酸化アルミニウム（Ａ
Ｑ２０３）量、即ち純度が９９．５％以上、好ましくは
９９．８％以上の高純度のものを使用するものであり、
純度が９９．５％未満のものを使用すると、組成物の耐
湿特性が悪くなり、本発明の目的を達成し得ない。

このようなα−アルミナは、一般に原料としてアルミナ
水和物を含有するボーキサイトを使用し、これを粉砕し
て水酸化ナトリウム溶液に入れ、１５０〜２５０℃の蒸
気加熱で溶融させてアルミン酸ナトリウムを作った後、
得られる水酸化アルミニウムを加水分解析出させ、次い
で１０００℃以上で焼成するという工程で製造させるも
のであるが、この場合、α−アルミナ中にはＮａ２Ｏが
不純物として残り易い。本発明に用いるα−アルミナは
、このＮａ２Ｏを除去し、Ｎａ２Ｏ含有率が全体の０．
０３％以下、好ましくは０．０１％以下にすると共に、
更にこのα−アルミナ２０ｇをイオン交換水１００ｇに
入塾で１００　℃で２時間抽出した時のＮａイオンの含
有量を５ｐｐｍ以下、好ましくは２ｐｐｍ以下、Ｃｌイ
オンの含有量を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．５ｐｐｍ
以下にしたものを使用する。α−アルミナのＮａ２Ｏ含
有率やＮａイオン及びＣｌイオンの含有量が上記値より
も多いものでは組成物の耐湿特性が極端に悪くなり、同
様に本発明の目的が達成し得なくなる。

なお、本発明で用いるα−アルミナを製造する方法とし
ては、上記方法以外に例えば（ａ）高純度のＡＭペレッ
トを純水を満たした反応槽に入れ、この槽中に電極を挿
入して高周波火花放電させ、ＡＱペレットを水と反応さ
せて水酸化アルミニウムを作り、これを焼成してα−ア
ルミナを得る方法、（ｂ）蒸留して精製したアルキルア
ルミニウムやアルミニウムアルコラードを加水分解して
水酸化アルミニウムとし、これを焼成してα−アルミナ
を得る方法などを挙げることができる。

更に、本発明においては、上述のようなα−アルミナの
うち、平均粒子径が５〜６０声、好ましくは１０〜５０
声であると共に、２５０癖以上の粒子径を有する粒子が
全体の１％以下、好ましくは０．５％以下のものを用い
る。α−アルミナの平均粒子径が５−より小さいと、組
成物の流動性が非常に悪くなり、平均粒径が６０声より
大きかったり、粒子径が２５０／１ｍ以上の粒子が１％
より多く存在すると、組成物を成形する際に金型の摩耗
がひどくなったり、金型のゲート部分にアルミナ粒子が
詰まり、未充填が生じ、成形性が低下する。

なおまた、α−アルミナは通常水酸化アルミニウムを焼
成して製造するため、工程中にα結晶粒子が集まって２
次粒子を作り易い。この２次粒子はエポキシ樹脂組成物
の製造工程中でほぐすことはできず、このまま組成物化
され、この２次粒子を含有する組成物で半導体装置を作
ると成形体内部がポーラスになり、このポーラス部分か
ら水が浸入して半導体装置の耐湿特性が極端に悪くなる
場合がある。このため、α−アルミナ中の２次粒子の含
有率はα−アルミナ全体の１０％以下、更に好ましくは
１％以下にすることが好ましい。

加えて、本発明に用いるα−アルミナは、走査型電子顕
微鏡写真でのα粒子を観察した場合にα粒子の長径と短
径との軸比が１〜２、特に１．２〜１．７であることが
好ましく、軸比が２より大きいα−アルミナを用いると
、組成物の流動性が極端に悪くなる場合がある。

本組成物において、α−アルミナの配合量は特に制限さ
れず、α−アルミナの配合量を多くする程熱伝導性の高
い組成物を得ることができるが、好ましくは組成物全体
の６０〜９５％（重量％、以下同様）、特に７５〜９０
％である。α−アルミナの配合量が６０％より少ないと
組成物の熱伝導性が低い場合があり、９５％より多いと
組成物が流動性に劣る場合が生じる。

なお、本発明においては、充填材として上記の特殊なα
−アルミナを単独で配合しても、またα−アルミナと共
に目的とする熱伝導性を損なわない範囲で結晶シリカ、
溶融シリカ等の無機充填材を必要に応じて併用してもよ
い。

本発明の組成物には、更に必要により各種の添加材を添
加することができ、例えばカルナバワックス等のワック
ス類、ステアリン酸等の脂肪酸やその金属塩などの離型
剤（中でも接着性、離型性の面からカルナバワックスが
好適に用いられる）、有機ゴム系やシリコーン系の可撓
性付与剤、カーボンブラック、コバルトブルー、ベンガ
ラ等の顔料、酸化アンチモン、ハロゲン化合物等の難燃
化剤、表面処理剤（γ−グリシドキシプロピルトリメト
キシシラン等）、エポキシシラン、ビニルシラン、はう
素化合物、アルキルチタネート等のカップリング剤、老
化防止剤、その他の添加剤の１種又は２種以上を配合す
ることができる。

なお、本発明のエポキシ樹脂組成物は、その製造に際し
、上述した成分の所定量を均一に攪拌、混合し、予め７
０〜９５℃に加熱しであるニーダ−、ロール、エクスト
ルーダーなどで混線、冷却し、粉砕するなどの方法で得
ることができる。ここで、成分の配合順序に特に制限は
ない。

上述したように、本発明のエポキシ樹脂組成物はＩＣ，
ＬＳＩ、　トランジスタ、サイリスタ、ダイオード等の
半導体装置の封止用に使用するものであり、プリント回
路板の製造などにも有効に使用できる。

ここで、半導体装置の封止を行なう場合は、従来より採
用されている成形法、例えばトランスファ成形、インジ
ェクション成形、注型法などを採用して行なうことがで
きる。この場合、エポキシ樹脂組成物の成形温度は１５
０〜１８０℃、ポストキュアーは１５０〜１８０℃で２
〜１６時間行なうことが好ましい。

災班列例米 以上説明したように本発明の半導体装置封止用エポキシ
樹脂組成物は、充填材として特殊なα−アルミナを配合
したことにより、非常に高い熱伝導性を有する上に、成
形性や耐湿特性に優れており、半導体装置を封止するの
に最適である。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない
。なお、以下の例において部はいずれも重量部を示す。

〔実施例１〜４．比較例１〜５〕 クレゾールノボラックエポキシ樹脂（軟化点６０℃、加
水分解性Ｃｌ３００ｐｐｍ、Ｎａ、ＣＤ各１ｐｐｍ、有
機酸の含有率５０ＰＰｍ、エポキシ当量２００）６２部
、臭素化ノボラックエポキシ樹脂（Ｂｒ含有率３５％、
エポキシ当量２８６）７部、ノボラックフェノール樹脂
（軟化点８０°Ｃ、フリーフェノール量０．１％、有機
酸２０ｐｐｍ、Ｎａ。

Ｃｌ各１ｐｐｍ）３１部、５ｂ２０３１０部、γ−グリ
シトキシプロピルトリメトキシシラン２．０部、カルナ
バワックス１．５部、カーボンブラック２．０部、２−
フェニルイミダゾール０．７５部、α−アルミナ〔純度
（ＡＱ２０３量）９９．９％、Ｎａ２Ｏ含有率０．０３
％、１００℃の水で抽出した時のＮａイオン３ＰＰｍ、
Ｃｌイオン０．５ｐｐｍ、平均粒子径２０／ｊ１１．２
５０／１１１１以上の粒子径を有する粒子含有率が０．
０１％、粒子の長径と短径の軸比が１．４）６００部を
１００℃の加熱ロールで８分間混合、混練し、冷却した
後、粉砕してエポキシ樹脂成形材料（実施例１）を得た
。

また、α−アルミナの平均粒子径、粒子径２５０１１ｍ
以上の粒子の含有率が第１表に示す値である以外は上記
実施例１と同様の組成のエポキシ樹脂成形材料（実施例
２〜４、比較例１〜５）を上記と同様の方法で調製した
。

得られたエポキシ樹脂成形材料の特性を下記方法で測定
した。

結果を第１表に示す。

（イ）スパイラルフロー値 ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して、１７５℃，７０
ｋｇ／ｄの条件で測定した。

（ロ）アルミニウム配線腐蝕率の測定方法アルミニウム
金属電極の腐蝕を検討するために設計した１４ピンＩＣ
にエポキシ樹脂組成物をトランスファーモールド法で成
形し、１８０℃で４時間ポストキュアーした。これを２
気圧、１２０℃の水蒸気中に放置するプレッシャークツ
カーテストを実施し、５００時間後のアルミニウム腐蝕
により発生した断線の発生率（％）を測定した。

（ハ）未充填発生率の測定方法 ５００キヤビテイのダイオード金型を使用し、エポキシ
樹脂組成物をトランスファー成形法で１０ショット成形
した（成形条件：金型温度１７５℃、射出圧力１００ｋ
ｇ／ｒ＆、成形時間３分、プレヒート温度８０℃）。

この成形品５０００個の未充填発生率を測定した。

（ニ）熱伝導率 直径５０＋ｎｎ＋、厚み６ｍｎの円板を使用し、ダイナ
テックス社（ＤＹＮＡＴＥＣＨＲ／Ｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ
）製の熱伝導率測定機で測定した。

第１表の結果より、α−アルミナのα結晶粒子の平均粒
子径が５／Ｉｒｒ１未満である場合（比較例１゜２）は
、組成物の流動性（スパイラルフロー値）が悪く、組成
物を成形した際に未充填が多発する上、ＡＱ配線の腐蝕
が進んで耐湿特性が低く、またα−アルミナの平均粒子
径が６０戸より大きい場合（比較例３）や粒子径２５０
声以上の粒子の割合が１％を越える場合（比較例４，５
）は、組成物を成形した際に未充填が多発するが、これ
らに対し、本発明組成物（実施例１〜４）は、高い熱伝
導性を有し、かつ流動性が良好で成形性に優れ、耐湿特
性も良好であることが確認された。

〔実施例５．比較例６〜１０〕 α−アルミナの純度、Ｎａ２Ｏ含有率、Ｎａイオン、Ｃ
ｌイオンの含有率が第２表に示す通りである以外は実施
例１と同組成のエポキシ樹脂組成物を調製し、そのスパ
イラルフロー値とＡＱ配線腐蝕率を上記方法で測定した
。

結果を第２表に示す。

第２表の結果より、α−アルミナの純度が９９．５％よ
り悪い場合（比較例６）やＮａ２Ｏの含有率が０．０３
％より高い場合（比較例９．１０）、更にはＮａイオン
とＣｌイオンの含有率がそれぞわ１０ｐｐｍ、ｉｐｐｍ
より多い場合（比較例７，８）は、組成物の耐湿特性が
極端に悪いが、本発明組成物（実施例５）は流動性及び
耐湿特性が共に良好であることが確認された。

〔実施例６〕 硬化促進剤として２−フェニルイミダゾール０．７５部
の代わりに純度９９％のトリフェニルホスフィン０．８
０部を使用する以外は実施例５と同組成のエポキシ樹脂
組成物を調製した。

このエポキシ樹脂組成物の特性を上記方法で測定したと
ころ、スパイラルフロー値３１インチ、ＡＱ配線腐腐蝕
Ｏ％であり、良好な流動性及び耐湿特性であった。

出願人　　信越化学工業　株式会社 代理人　　弁理士　　小　島　隆　司

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．純度が９９．５％以上でＮａ＿２Ｏの含有率が０．
   ０３％以下であり、かつ１００℃の水で抽出した時のＮ
   ａイオンが含有量５ｐｐｍ以下、Ｃｌイオン含有量が１
   ｐｐｍ以下であると共に、平均粒子径が５μｍ〜６０μ
   ｍであり、かつ粒子径２５０μｍ以上の粒子の含有率が
   １％以下であるα−アルミナを充填材として使用するこ
   とを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物。