JPH04283221A

JPH04283221A - 封止用樹脂組成物及び半導体封止装置

Info

Publication number: JPH04283221A
Application number: JP7254091A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kokubo; 小久保　正典; Kenichi So; 宗　顕一; Ayako Sawada; 沢田　綾子
Original assignee: Toshiba Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1991-03-12
Filing date: 1991-03-12
Publication date: 1992-10-08

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】

【０００１】

【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、成形性、耐金型摩耗性に優
れ、それらの特性バランスのよい封止用樹脂組成物及び
それによって封止された半導体封止装置に関する。

【０００２】

【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、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が要望されてきた。

【０００３】

【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、熱膨脹係数が
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プン、樹脂クラック、ペレット
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に熱放散が悪く、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、この樹脂組成物から得られる封止品は機械的特
性や成形性が低下し、また成形時に金型の摩耗が大きい
という欠点があった。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。

【０００４】本発明の目的は、上記の欠点を解消するた
めになされたもので、耐湿性、成形性、特に薄肉部の充
填性、耐金型摩耗性に優れ、熱膨脹係数が小さく、熱伝
導率、熱放散性がよく、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
供することにある。

【０００５】

【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、上記の目的を達成で
きることを見いだし、本発明を完成したものである。

【０００６】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メッシュ篩上の粗粒子を除去するととも
に１０〜５０μｍの平均粒径を有し、かつアルコキシシ
ランを添加して表面の酸素濃度が　０．５〜１５重量％
になるように加水分解をした窒化ケイ素粉末を必須成分
とし、前記（Ｄ）の窒化ケイ素粉末が樹脂組成物に対し
て２５〜９０重量％の割合に含有してなることを特徴と
する封止用樹脂組成物である。またこの封止用樹脂組成
物の硬化物で、半導体チップが封止されてなることを特
徴とする半導体封止装置である。

【０００７】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
。

【０００８】

【化１】（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。

【０００９】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、これらは単独又は　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の範囲内であることが望
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、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。

【００１０】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、各モノマーの組成比率に限定されるもので
はない。メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン
共重合樹脂の配合割合は、樹脂組成物に対して　０．１
〜１０重量％の範囲で、より好ましくは　１．０〜５．
０重量％の範囲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１
０重量％を超えると成形性が悪く好ましくない。また、
メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合樹
脂は、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。

【００１１】本発明に用いる（Ｄ）窒化ケイ素粉末は、
　１５０メッシュ篩上の粗粒分を除去したもので、平均
粒径を１０〜５０μｍの範囲にする。平均粒径が１０μ
ｍ未満又は５０μｍ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メッシュ篩上の
粗径のある場合は、成形時にワイヤーゲート詰りやワイ
ヤー流れ、金型摩耗等が生じ、また細径にすぎると比表
面積が増加して充填性が悪くなる。

【００１２】また、窒化ケイ素の表面を加水分解をする
ことによりＳｉＯ２層を形成させて表面の酸素濃度を　
０．５〜１５％の範囲にする。酸素濃度が　０．５％未
満では耐金型摩耗性に効果なく、耐湿性が悪くなり、ま
た１５％を超えると熱伝導率、熱放散性が低下して好ま
しくない。加水分解させる窒化ケイ素としては、三方晶
系（α−Ｓｉ３　Ｎ４　）或いは六方晶系（β−Ｓｉ３
　Ｎ４　）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。

【００１３】次にまた、加水分解の際に次の一般式で示
されるアルコキシシランを添加することにより、加水分
解された窒化ケイ素粉末の表面の耐湿性が改善される。

【００１４】

【化２】Ｒｎ　Ｓｉ　（ＯＲ′）ｍ　（但し、式中Ｒはアルキル基、アラルキル基、オキシラ
ン環を含むアルキル基、またはアラルキル基を、Ｒ′は
メチル基またはエチル基を表し、ｎ＋ｍ＝４である）ア
ルコキシシランの添加量は、窒化ケイ素に対して　０．
０１　〜　１．０重量％であることが望ましい。その添
加量が　０．０１　重量％未満では耐湿性に効果なく、
　１．０重量％を超えると窒化ケイ素とマトリックス界
面に界面劣化を生じて好ましくない。

【００１５】さらにまた、窒化ケイ素粉末の配合量は、
樹脂組成物に対して２５〜９０重量％の割合にする。そ
の割合が２５重量％未満では熱膨脹係数が大きく、しか
も熱伝導率が小さくなって好ましくなく、９０重量％を
超えるとかさばりが大きく、成形性が悪くなって実用に
適さない。

【００１６】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
イ素粉末を必須成分とするが、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、パラフィン類などの離型剤、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、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。

【００１７】本発明の封止用樹脂組成物を成形材料とし
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、その他の原料成分を、所定の組成比に選択してミ
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
形材料とすることができる。

【００１８】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。封止の最も一般的な方法は、低圧トランス
ファー成形法であるが、射出成形、圧縮成形、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の後に
　１５０℃以上に加熱して硬化させることが望ましく、
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。

【００１９】

【実施例】本発明を実施例によって具体的に説明するが
、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、「％」とあるのは「重量
％」を意味する。

【００２０】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　２
１５）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メッシュ篩上を除いた平均粒径１７μｍ、表面
酸素濃度　７％、γ−グリシドキシプロピルトリエトキ
シシラン０．５％添加）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。

【００２１】実施例２実施例１において、六方晶型窒化ケイ素粉末の替わりに
、六方晶型窒化ケイ素粉末（　１５０メッシュ篩上を除
いた平均粒径１７μｍ、表面酸素濃度７％、γ−グリシ
ドキシプロピルトリエトキシシラン　０．５％添加）３
１％と結晶性シリカ粉末（平均粒径３８μｍ）４０％の
混合粉末を用いた以外は、すべて実施例１と同一にして
成形材料を製造した。

【００２２】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　２
１５）１６％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当量　１０７）　８％、メチルメタクリレート・ブ
タジエン・スチレン共重合樹脂　２．０％、溶融シリカ
粉末（平均粒径３５μｍ）７１％、および離型剤等　３
．０％を加え、実施例１と同様にして成形材料を製造し
た。

【００２３】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。

【００２４】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　２
１５）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メッシュ篩上を除いた平均粒径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。

【００２５】比較例４比較例３において、六方晶型窒化ケイ素粉末の替わりに
、六方晶型窒化ケイ素粉末（６０メッシュ通過の平均粒
径６０μｍ）を用いた以外はすべて比較例３と同一にし
て成形材料を製造した。

【００２６】実施例１〜２及び比較例１〜４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
を表１に示した。本発明は熱的特性がよく、耐湿性、成
形性に優れており、本発明の効果が確認された。

【００２７】

【表１】＊１　：ＪＩＳ−Ｋ−６９１１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　：　１
２０キャビティ取り１６ピンＰ金型を用いて、成形材料
を　１７０℃で　３分間トランスファー成形し、充填性
を評価した、　　○…良好、　　×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半
導体チップを　１７０℃で　３分間の条件でトランスフ
ァー成形した後、さらに　８時間エイジングさせた。こ
の半導体封止装置　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５
０％断線（不良発生）の起こる時間を評価した＊５　：成形材料をプレヒートし、径０．５　ｍｍの硬
質クロムメッキ材料流動穴を設けた金型により、　１７
５℃でトランスファー成形を行う。穴径が　５％摩耗し
た時のショット数によって評価した。

【００２８】

【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に
よれば、封止材の熱的特性、耐湿性、成形性、特に薄肉
部の充填性、耐金型摩耗性に優れるとともに弾性率も低
く、しかもそれら特性間のバランスがよく、信頼性の高
い半導体封止装置が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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
ッシュ篩上の粗粒子を除去するとともに１０〜５０μｍ
の平均粒径を有し、かつアルコキシシランを添加して表
面の酸素濃度が　０．５〜１５重量％になるように加水
分解をした窒化ケイ素粉末を必須成分とし、前記（Ｄ）
の窒化ケイ素粉末が樹脂組成物に対して２５〜９０重量
％の割合に含有してなることを特徴とする封止用樹脂組
成物。
【請求項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
ッシュ篩上の粗粒子を除去するとともに１０〜５０μｍ
の平均粒径を有し、かつアルコキシシランを添加して表
面の酸素濃度が　０．５〜１５重量％になるように加水
分解をした窒化ケイ素粉末を必須成分とし、前記（Ｄ）
の窒化ケイ素粉末が樹脂組成物に対して２５〜９０重量
％の割合に含有してな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なることを特徴とする半導体
封止装置。