JPH03205444A - 封止用樹脂組成物及び半導体封止装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、熱膨脹係数が小さく、熱伝導率が大きく、耐
湿性、戒形性に優れ、それらの特性バランスのよい封止
用樹脂組成物、及びその組成物によって封止された半導
体封止装置に関ずる。

（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封止する方法が行われてきた
。　この封止樹脂は、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
樹脂か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るが、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、
他の硬化剤を利用したものに比べて、戒形性、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の硬化剤と
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い、低応力の
半導体封止用樹脂か要望されてきた。

（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、溶融シリカ粉末とからなる樹脂組
成物は、熱膨Ｂ係数が小さく、耐湿性がよく、また温寒
サイクル試験によるボンディングワイヤのオーブン、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
も悪くなる欠点がある。　更に、この樹脂組威物から得
られる封止品は機械的特性や或形性が低下ずる欠点があ
った。　従って、シリカ粉末を用いる封止樹脂組成物の
高熱伝導化にはおのずから限界があった。

本発明は、上記の欠点を解消するためになされたもので
、耐湿性、威形性、特に薄肉部の充填性に優れ、熱膨脹
係数が小さく、熟伝導率、熱放散性が良く、また弾性率
が低く、それらの特性バランスのとれた信頼性の高い封
止用樹脂組成物及び半導体封止装置を提供することを目
的としている。

［発明の′！ｆ４戒１ （課題を解決するための手段） 本発明者は、上記の目的を達成しようと鋭意研究を重ね
た結果、特定の窒化ケイ素粉末を配合することによって
、上記の目的を達戊できることを見いだし、本発明を完
或したものである。

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 （Ｃ）メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共
重合樹脂および （Ｄ）　　１５０メッシェオンの粗粒子を除去した平均
粒径１０〜５０μｍの窒化ケイ素粉末 を必須成分とし、樹脂組成物に対して前記（Ｄ）の窒化
ケイ素粉末を２５〜９０重量％含有してなることを特徴
とする封止用樹脂組戊物、およびその硬化物によって半
導体チップが封止されていることを特徴とする半導体封
止装置である， 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、５ さらに次の一般式で示されるエポキシノホラック系等の
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どし
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
単独又は２種以上混合して用いる。　ノボラック型フェ
ノ６ 一ル樹脂の配合割合は、前記２（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ｏ．ｉ　〜ｉｏノ範囲内であルコとが望ましい。　
モル比が０．１未満もしくは１０を超えると耐湿性、或
形作業性、及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）メチルメタクリレート・ブタジエ
ン・スチレン共重合樹脂としては、メチルメタクリレー
トとブタジエンとスチレンとの共重合体であればよく、
各モノマーの組戒比率に限定されるものではない。　メ
チルメタクリレート・プタジエン・スチレン共重合樹脂
の配合割合は、樹脂組成物に対して０．１〜１０重量％
の割合で含有することが望ましい。　その割合が０．１
重量％未満では低弾性化の効果はなく、また１０重量％
を超えると成形性が悪く好ましくない。　より好ましく
は１６０〜５．０重量％の範囲内である。　メチルメタ
クリレート・ブタジエン・スチレン共重合樹脂の配合方
法は、特に制限されることはないが、ノボラック型フェ
ノール樹脂中均一に分散しておくことが好ましい。

本発明に用いる＜Ｄ）窒化ケイ素粉末は、１５０メッシ
ュオン粗粒分を除去したもので、平均粒径が１０〜５０
Ｊ．Ｌｌであることが望ましい。　平均粒径が１０μ印
未満又は５０μ−を超えると流動性、作業性に問題が生
じ好ましくない。　特に粒径が１５０メッシュオンの粗
径の場合は、戒形時にワイヤーゲート詰りゃワイヤー流
れ、金型摩耗等が生じることがあり好ましくな・い．　
また細径すぎると比表面積が増加して充填性が悪くなり
好ましくない。

また、窒化ケイ素としては三方晶系（α−ＳＮ４）或い
は六方晶系（β−Ｓｉ　３Ｎ４）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。　
さらに、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％の割合であることか望ましい，　
その割合が２５重量％未満では熱膨脹係数が大きく、熱
伝導率が小さくて好ましくない。　また、９０重量％を
超えるとかさぼりが大きく、成形性が悪く実用に適さな
い。

本発明の封止用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、メチルメタクリレート・ブタジエン
・スチレン共重合樹脂および特定の窒化ケイ素粉末を必
須戒分とするが、本発明の目的に反しない限度において
、また必要に応じ、例えば天然ワックス類、合或ワック
ス類、直鎖脂肪酸の金属塩、酸アミド類、エステル類、
バラフイン類などの離型剤、塩素化パラフィン、ブロム
１−ルエン、ヘキサブロムベンゼン、三酸化アンチモン
などの難燃剤、カーボンブラック、ベンガラなどの着色
剤、種々の硬化剤、等を適宜、添加配合することができ
る。

本発明の封止用樹脂組成物を戒形材料として調製する場
合の一般的な方法としては、エポキシ樹脂、ノボラック
型フェノール樹脂、メチルメタクリレート・ブタジエン
・スチレン共重合樹脂、特定の窒化ケイ素粉末、その他
を所定の組或比に選択した原料或分をミキサー等によっ
て十分均一に混合した後、さらに熱ロールによる溶融混
合処理、又は二−ダ等による混合処理を行い、次いで冷
却９ 固化させ、適当な大きさに粉砕して成形材料とすること
ができる。　こうして得られた戊形材料は、半導体装置
をはじめとする電子部品あるいは電気部品の封止、被覆
、絶縁等に適用すれば優れた特性と信頼性を付与させる
ことができる。

本発明の半導体封止装置は、上記の封止用樹脂組成物を
用いて、半導体チップを封止することにより容易に製造
することができる。　封止を行う半導体チップとしては
、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、ダイオード等で特に限定されるものではない
９　封止め最も一般的な方法としては、低圧トランスフ
ァー戒形法かあるが、射出成形、圧縮或形、注型等によ
る封止も可能である。　封止用樹脂組成物は封止め際に
加熱して硬化させ、最終的にはこの組成物の硬化物によ
って封止された半導体封止装置が得られる。　加熱によ
る硬化は１５０℃以上に加熱して硬化させることが望ま
しい。

（実施例〉 本発明を実施例によって具体的に説明するが、１０ 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、「％」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）　１６％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当量１０７）　　８％、六方晶型窒化ケイ素粉末（
１５０メッシェカットの平均粒径１７μｌｍ）７１％、
メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合樹
脂２％、および離型剤等３、０％を常温で混合し、さら
に９０〜９５℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料
を製造した。

実施例　２ 実總例１において、六方晶型窒化ケイ素粉末単体の替わ
りに、六方晶型窒化ケイ素粉末（１５０メッシェカット
の平均粒径１７μｍ）３１％と結晶性シリカ粉末（平均
粒径３８μｍ）４０％の混合系を用いた以外はすべて実
施例１と同一にして戒形材料を製造した。

比較例　１ １１ クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量２１
５）　１６％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当ｉ　１０７）　　８％、メチルメタクリレ−１〜
・ブタジエン・スチレン共重合樹脂２，０％、溶融シリ
カ粉末７１％、離型剤等３．０％を実施例１と同様にし
て成形材料を製造した。

比較例　２ 比較例１において、溶融シリカ粉末の替わりに結晶性シ
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を製造した。

比較例　３ クレゾールノボラックエポキン樹脂（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％、六方晶型窒化ケイ素粉末（
１５０メッシュカットの平均粒径１７μｍ）７０％、そ
の他３％を加えて比較例１と同様にして成形材料を製造
した。

比較例　４ 比較例３において、六方晶型窒化ケイ素粉末の１２ 替わりに、六方晶型窒化ケイ素粉末（６０メッシェバス
の平均粒径６０μｍ）を用いた以外はすべて比較例３と
同一にして戒形材料を製造した。

実施例１〜２及び比較例ｌ〜４で製造した成形材料を用
いて半導体チップを封止し１７０℃で加熱硬化させて半
導体封止装置を製造した。　成形材料及び半導体封止装
置について諸試験を行ったので、その結果を第１表に示
した。　本発明は熱的特性かよく、耐湿性、戊形性に優
れており、本発明の効果が確認された。

１ ３ 第 １ 表 ＊１　　：　Ｊ　Ｉ　Ｓ−Ｋ−６９　１　１により測定
した．＊２：半導体封止装置を、迅速熱伝導計（昭和電
工社製、商品名ＱＴＭ−ＭＤ　）を用いて室温で測定し
た。

＄３　：　　１２０４ヤビティ取り１６ピンＰ金型を用
いて、成形材料を１７０゜Ｃで３分間１〜ランスファ一
戒形し、充填性を評価１，た。　○・・・良好、×印・
・・不良。

＊４　：戒形材料を用いて、２本のアルミニウム配１４ 線を有する半導体チップを１７０℃で３分間の条件で１
〜ランスファ一成形した後、さらに８時間硬化させた。

　この半導体封止装置１００個について１２０゜Ｃ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）の起こる時間を評価した。

［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
封止用樹脂組成物及び半導体封止装置は、熱的特性、耐
湿性、成形性、特に薄肉部の充填性に優れるとともに、
弾性率が低く、しかもそれら特性のバランスかよく、従
ってまた信頼性の高いものである。

１ ５

Claims (1)

1. 【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 （Ｃ）メチルメタクリレート・ブタジエン ・スチレン共重合樹脂および （Ｄ）１５０メッシュオンの粗粒子を除去した平均粒径
   １０〜５０μｍの窒化ケイ素粉末を必須成分とし、樹脂
   組成物に対して前記 （Ｄ）の窒化ケイ素粉末を２５〜９０重量％含有してな
   ることを特徴とする封止用樹脂組成物。 ２（Ａ）エポキシ樹脂 （Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂 （Ｃ）メチルメタクリレート・ブタジエン ・スチレン共重合樹脂および （Ｄ）１５０メッシュオンの粗粒子を除去した平均粒径
   １０〜５０μｍの窒化ケイ素粉末を必須成分とし、樹脂
   組成物に対して前記 （Ｄ）の窒化ケイ素粉末を２５〜９０重量％含有する封
   止用樹脂組成物の硬化物で半導体チップが封止されてい
   ることを特徴とする半導体封止装置。