JPH03142956A

JPH03142956A - 樹脂封止型半導体装置

Info

Publication number: JPH03142956A
Application number: JP27973289A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Sato; 辰雄佐藤; Tsukasa Matsuzawa; 主松沢
Original assignee: Toshiba Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1989-10-30
Filing date: 1989-10-30
Publication date: 1991-06-18

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、熱放散性、耐湿性、熱衝撃性に優れた樹脂封
止型半導体装置に関する。

（従来の技術）従来、ダイオード、トランジスタ、集積回路等の電子部
品を熱硬化性樹脂を用いて樹脂封止する方法が行われて
きた。　この樹脂封止はガラス、金属、セラミックを用
いたハーメチックシール方式に比較して経済的に有利な
ため広、く実用化されている。　封止用樹脂としては、
熱硬化性樹脂の中でも信頼性および価格の点からエポキ
シ樹脂が最も一般的に用いられている。　エポキシ樹脂
には酸無水物、芳香族アミン、ノボラック型フェノール
樹脂等の硬化剤が用いられている。　これらの中でもノ
ボラック型フェノール樹脂を硬化剤としたエポキシ樹脂
は、他の硬化剤を使用したものに比べて、成形性、耐湿
性に優れ、毒性がなく、かつ安価であるため半導体封止
用樹脂として広く使用されている。　また充填剤として
は、溶融シリカ粉末や結晶性シリカ粉末が、前述した硬
化剤と共に最も一般的に使用されている。　近年、半導
体部品の高密度化、大電力化に伴い熱放散性のよりよい
半導体封止用樹脂が要望されてきた。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、ノボラック型フェノール樹脂を硬化剤と
したエポキシ樹脂と溶融シリカ粉末からなる樹脂組成物
は、熱膨脹係数が小さく、耐湿性もよく、耐温寒サイク
ル試験によるボンディングワイヤのオープン、耐樹脂ク
ラック、ベレットクラック等に優れているという特徴を
有するものの、熱伝導率が小さいため熱放散が悪く、消
費電力の大きいパワー半導体ではその機能が果せなくな
る欠点がある。　一方、ノボラック型フェノール樹脂を
硬化剤としたエポキシ樹脂と、結晶性シリカ粉末とから
なる樹脂組成物は、結晶性シリカ粉末の配合割合を上げ
ると熱伝導率が大きくなって、熱放散も良好となるが、
熱膨脹係数が大きく、また耐湿性に対する信頼性が悪く
なる欠点がある。

更にこの樹脂組成物から得られる成形品は、機械的特性
や成形性が低下する傾向にある。　従って、シリカ粉末
を用いる樹脂組成物の高熱伝導化にはおのずから限界が
あった。

本発明は、前記の欠点を解消するためになされたもので
、熱放散性、熱衝撃性、耐湿性、成形性に優れ、熱伝導
率が大きく、熱膨Ｈ係数が小さく、高密度化や大電力化
に対応できる信頼性の高い樹脂封止型半導体装置を提供
しようとするものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意研究を重ね
た結果、最大粒径２００μ旧以下で未反応金属ケイ素の
含有率１重量％以下の窒化ケイ素粉末を含有する樹脂組
成物を用いて半導体素子を封止すれば、上記目的が達成
されることを見いだし、本発明を完成したものである、
　すなわち、本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂および＜ｃ＞ｍ大粒
径２００μｍ以下で未反応金属ケイ素の含有率が１重量
％以下の窒化ケイ素粉末を必須成分とし、前記（Ｃ）の
窒化ケイ素粉末を組成物に対して２５〜９０重量％の割
合で含有する樹脂組成物を用いて、半導体素子を封止し
たことを特徴とする樹脂封止型半導体装置である。

本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂としては、その分子
中にエポキシ基を少なくとも２個有する化合物であるか
ぎり、分子構造、分子量等に特に制限はなく、一般に使
用されているものを広く包含することができる。　例え
ばビスフェノール型の芳香族系、シクロヘキサン誘導体
等の脂環族系、さらに次の一般式で示されるエポキシノ
ボラック系等のエポキシ樹脂が挙げられる。

（但し、式中、Ｒ１は水素原子、ハロゲン原子又はアル
キル基を、Ｒ２は水素原子又はアルキル基を、ｎは１以
上の整数を表す）これらのエポキシ樹脂は単独又は２種以上混合して用い
る。

本発明に用いる（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂とし
ては、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あるいはパラホルムアルデヒドを
反応させて得られるノボラック型フェノール樹脂および
これらの変性樹脂、例えばエポキシ化もしくはブチル化
ノボラック型フェノール樹脂等が挙げられ、これらは単
独もしくは２種以上混合して用いる。　ノボラック型フ
ェノール樹脂の配合割合は、前記（Ａ）エポキシ樹脂の
エポキシ基（ａ　）と（Ｂ）ノボラック型フェノール樹
脂のフェノール性水酸基（ｂ　）とのモル比［（ａ）／
（ｂ）］が０．１〜１０ノ範囲内テすることが望ましい
、　モル比が０．１未満もしくは１０を超えると、耐湿
性、成形作業性および硬化物の電気特性が悪くなり、い
ずれの場合も好ましくない。

本発明に用いる（Ｃ）窒化ケイ素粉末としては、最大粒
径２００μ−以下で未反応金属ケイ素の含有率が１１１
Ｌ量％以下のものが使用できる。　窒化ケイ素粉末の最
大粒径が２００μｍを超えると組成物の成形時にゲート
詰りゃワイヤー流れ、金型摩耗等が生じ、好ましくない
からである。　また窒化ケイ素粉末中の未反応金属ケイ
素の含有率が１重量％を超えると絶縁破壊の低下や製品
のリーク不良が発生しやすくなり好ましくない、　窒化
ケイ素粉末の具体的なものとしては、三方晶系（α−８
ｉ３Ｎ４〉あるいは六方晶系（β−３ｉ　、Ｎ４）等が
あり、例えば５Ｎ−Ｆ、（電気化学社製、商品名）、Ａ
１００（東芝セラミック社製、商品名）等が挙げられ、
これらは単独又は２種以上混合して使用することができ
る。　窒化ケイ素粉末の配合割合は、樹脂組成物に対し
て２５〜９０重量％含有することが好ましい、　その割
合が２５重量％未満では、熱膨脹係数が大きく、熱伝導
率が小さく好ましくない、　また９０重量％を超えると
カサバリが大きく、かつ成形性が悪く実用に適さない。

従って上記の範囲内に限定される。

本発明に用いる樹脂組成物は、エポキシ樹脂、ノボラッ
ク型フェノール樹脂、上記特定の窒化ケイ素粉末を必須
成分とするが、本発明の目的に反しない限り必要に応じ
て、例えば天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪
酸の金属塩、酸アミド類、エステル類、パラフィン類等
の離型剤、塩素化パラフィン、ブロムトルエン、ヘキサ
ブロムベンゼン、二酸化アンチモン等の難燃剤、カーボ
ンブラック、ベンガラ等の着色剤、シランカップリング
剤、硬化促進剤等を適宜添加配合することができる。　
この樹脂組成物を成形材料として製造する場合の一般的
な方法として、エポキシ樹脂、ノボラック型フェノール
樹脂、窒化ケイ素粉末、その他を所定の組成比に選択し
た原料組成分をミキサー等によって十分均一に混合した
後、更に熱ロールによる溶融混合処理、又はニーダ等に
よる混合処理を行い、次いで冷却固化させ適当な大きさ
に粉砕して成形材料を得ることができる。　こうして得
られた成形材料を用いて、そのままインジェクション成
形やトランスファー底形等を行って樹脂封止型半導体装
置を製造することができる。

〈作用）本発明の樹脂封止型半導体装置は、特定サイズで、未反
応金属ケイ素含有量の少ない窒化ケイ素粉末を所定量配
合した樹脂組成物で封止したことによって目的を達成し
たものである。　すなわち、最大粒径２００μ口以下の
ために成形時の流れが良好となり、金型の摩耗等が生じ
なくなる。　また未反応金属ケイ素１重１％未溝である
ため絶縁破壊の低下を防止することができる。　更に樹
脂組成物の２５〜９０重量％配合することによって、半
導体装置の熱放散性が良好となり、また耐湿性、熱衝撃
性等の信頼性を向上させることができたものである。

（実施例〉次に本発明を実施例によって説明するが、本発明は以下
の実施例に限定されるものではない。

実施例および比較例において１％）とあるのは「重量％
」を意味する。

実施例　１クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量２１
５）　１８％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当ｆｆｉ　１０？）　　９％、六方晶系窒化ケイ素
粉末（平均粒径１μ情、未反応金属ケイ素含有率０．５
％）７０％、および離型剤等３％を常温で混合し、更に
９０〜９５℃で混練し、冷却した後粉砕して成形材料（
Ａ）を得た。

実施例　２実施例１において用いた六方晶系窒化ケイ素粉末の代わ
りに、六方晶系窒化ケイ素粉末（平均粒径７μ■、未反
応金属ケイ素含有率０．９％〉３０％と結晶性シリカ粉
末（平均粒径３８μ１）４０％を用いた以外は、すべて
実施例１と同一にして成形材料（Ｂ）を得た。

比較例　１クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量２１
５）　１８％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当量１０７）　　９％、溶融シリカ粉末（平均粒径
１５μｎ）７０％、および離型剤等３％を配合し、実施
例１と同様にして成形材料（Ｃ）を得た。

比較例　２比較例１において、溶融シリカ粉末の代わりに結晶性シ
リカ粉末（平均粒径２８μｍ）を用いた以外はすべて比
較例１と同一にして成形材料（Ｄ）を得た。

比較例　３クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量２１
５）　１０％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当ｉ　１０７）　　５％、および結晶性シリカ粉末
（平均粒径２８μｍ）８５％を配合し、実施例１と同様
にして成形材料（Ｅ）を得た。

比較例　４クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量２１
５）　１８％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当量１０７）　　９％、六方晶系窒化ケイ素粉末（
平均粒径７μｍ、未反応金属ケイ素含有率１．５％）　
７０％、および離型剤３％を配合し、実施例１と同様に
して成形材料（Ｆ）を得た。

実施例及び比較例で得た成形材料（Ａ）〜（Ｆ）を用い
て、１７０℃に加熱した金型内にトランスファー成形し
、半導体素子を封止硬化させて樹脂封止型半導体装置を
製造した。　この半導体装置について、熱抵抗、熱衝撃
性、成形性、耐湿性、絶縁破壊の試験を行ったのでその
結果を第１表に示した。　いずれも本発明の優れた効果
が確認され（単位）＊１　：樹脂封止型半導体装置を一６５℃と＋２００℃
の恒温槽に各３０分間ずつ入れ５００サイクル繰り返し
た後の樹脂クラックを調査した。

ホ２：成形材料を用いて、半導体素子を１７０℃で３分
間トランスファー成形し、そのｆ＆１８０℃で８時間、
後硬化させて樹脂封止型半導体装置を製造した。　この
装置について熱抵抗を測定した。

ネコ：成形材料を用いて　１２０キャビティー取り１６
ビンＤＩＰ金型を用いて、１７０℃で３分間トランスフ
ァー成形し・て充填性を評価した。

○印・・・良好、　Ｘ印・・・不良＊４　：成形材料を用いて、２本のアルミニウム配線を
有する電気部品を１７０℃で３分間トランスファー成形
し、その後１８０℃で８時間硬化させて樹脂封止型半導
体装置を得た。

この装置１００個について１２０℃の高圧水蒸気中で耐
湿試験を行い、アルミニウム腐食による５０％断線（不
良発生）の起こる時間を判定した。

［発明の効果］以上の説明および第１表から明らかなように、本発明の
樹脂封止型半導体装置は、熱放散性、熱ｍｓ性、耐湿性
、成形性に優れ、熱伝導率が大きく、熱１１ｊｌ！係数
の小さい信頼性の高い装置で高密度化、大電力化に対応できるものである。

Claims

【特許請求の範囲】１　（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂および（Ｃ）最大粒径２００μｍ以下で未反応金属ケイ素の含
有率が１重量％以下の窒化ケイ素粉末を必須成分とし、前記（Ｃ）の窒化ケイ素粉末を組成物
に対して２５〜９０重量％の割合で含有する樹脂組成物
を用いて、半導体素子を封止したことを特徴とする樹脂
封止型半導体装置。