JPH05230181A

JPH05230181A - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置

Info

Publication number: JPH05230181A
Application number: JP6925292A
Authority: JP
Inventors: Kenichi So; 顕一宗; Masanori Kokubo; 正典小久保
Original assignee: Toshiba Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1992-02-18
Filing date: 1992-02-18
Publication date: 1993-09-07

Abstract

(57)【要約】【構成】本発明は、（Ａ）ビス（ジフェニルメチル）
ベンゼンのテトラグリシジルエーテルというエポキシ樹
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）ＳiＯ₂層による表面酸素濃度が 0.5〜15％で
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）窒化ケイ素粉末を25〜90
重量％の割合に含有してなることを特徴とするエポキシ
樹脂組成物である。またこのエポキシ樹脂組成物の硬化
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。【効果】本発明の樹脂組成物は半導体封止における各
種特性のバランスがよく、信頼性の高い半導体装置が得
られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐湿性、成形性、熱的
特性に優れ、特性のバランスのよいエポキシ樹脂組成物
および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るている。
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一般的に使用されている。近
年、半導体部品のさらなる大電力化に伴い、熱放散性の
よい、低応力の半導体封止用樹脂の開発が要望されてき
た。

【０００３】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
に熱放散性が悪く、消費電力の大きいパワー半導体で
は、その機能が果たせなくなるという欠点がある。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、
耐湿性に対する信頼性も悪くなるという欠点がある。さ
らにこの樹脂組成物から得られる封止品は、機械的特性
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用樹脂組成
物の高熱伝導化にはおのずから限界があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】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、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エポキシ樹脂組成物および半
導体封止装置を提供しようとするものである。

【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、特定のエポキ
シ樹脂、特定の窒化ケイ素粉末を用いることによって、
上記目的が達成できることを見いだし、本発明を完成さ
せたものである。

【０００６】即ち、本発明は、（Ａ）次の式で示される
エポキシ樹脂、

【０００７】

【化３】（但し、式中m は 0又は 1以上の整数を、n は 1以上の
整数を表す）（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）Ｓi Ｏ₂層による表面酸素濃度が 0.5〜15％で平
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）窒化ケイ素粉末を25〜90重
量％の割合に含有してなることを特徴とするエポキシ樹
脂組成物である。またこのエポキシ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。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００９】本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂して
は、次の式で示されるエポキシ樹脂が使用される。

【００１０】

【化４】（但し、式中m は 0又は 1以上の整数を、n は 1以上の
整数を表す）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、ホルムアルデヒド或いはパラホルム
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種以上混合して使用することが
できる。ノボラック型フェノール樹脂の配合割合は、前
記の（Ａ）エポキシ樹脂のエポキシ基（a ）と（Ｂ）の
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未満若しくは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。

【００１１】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、各々のモノマーの組成比率に限定されるもので
はない。この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％の割合で含有することが好ましい。より好ま
しくは 1.0〜 5.0重量％の範囲内である。その割合が、
0.1重量％未満では弾性率に効果なく、また10重量％を
超えると、成形性が悪く実用に適さない。

【００１２】本発明に用いる（Ｄ）窒化ケイ素粉末とし
ては、150 メッシュ篩上の粗粒分を除去したもので、平
均粒径が10〜50μm であるものである。平均粒径が10μ
m 未満または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
がある場合は、成形時にワイヤーゲート詰まりやワイヤ
ー流れ、金型摩耗等が生じることがあり好ましくない。
また細径に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。また窒化ケイ素の表面を加水分解によ
ってＳi Ｏ₂層を形成し、そのＳi Ｏ₂層による表面の
酸素濃度が、 0.5〜15％の範囲であることが望ましい。
酸素濃度が 0.5％未満では耐金型摩耗性に効果なく、耐
湿性が悪くなる。また15％を超えると熱伝導率、熱放散
性が低下し好ましくない。加水分解する窒化ケイ素とし
ては、三方晶系（α−Ｓi ₃Ｎ₄）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。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
含有することが望ましい。その割合が25重量％未満で
は、熱膨脹係数が大きくなるとともに熱伝導率が小さく
なり好ましくない。また、90重量％を超えるとカサバリ
が大きくなるとともに、成形性が悪く実用に適さない。

【００１３】本発明のエポキシ樹脂組成物は、特定のエ
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、三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、種々の硬化剤等を適宜、添加配合
することができる。

【００１４】本発明のエポキシ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、特定のエポ
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、その他を所定の組成比に選択した原料成
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。
こうして得られた成形材料は、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することができ
る。

【００１５】本発明の半導体封止装置は、上述したエポ
キシ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としては、低
圧トランスファー成形法があるが、射出成形、圧縮成
形、注形等による封止も可能である。エポキシ樹脂組成
物は封止の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。

【００１６】

【作用】本発明は、ノボラック型フェノール樹脂を硬化
剤とするエポキシ樹脂組成物において、特定のエポキシ
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
化ケイ素粉末を用いたことによって、耐湿性、成形性、
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
の高い樹脂組成物とすることができた。この樹脂組成物
を用いることによって信頼性の高い半導体封止装置を製
造することができる。

【００１７】

【実施例】次に本発明を実施例によって説明するが、本
発明はこれらの実施例によって限定されるものではな
い。以下の実施例及び比較例において「％」とは「重量
％」を意味する。

【００１８】実施例１化４のエポキシ樹脂16％に、ノボラック型フェノール樹
脂（フェノール当量 107） 8％、六方晶系窒化ケイ素粉
末（ 150メッシュ篩上の粗粒分を除去した平均粒径17μ
m 、表面酸素濃度 7％）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
％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。

【００１９】実施例２実施例１において、六方晶系窒化ケイ素粉末の替わり
に、三方晶系窒化ケイ素粉末（ 150メッシュ篩上の粗粒
分を除去した平均粒径17μm 、表面酸素濃度 7％）31％
と結晶性シリカ粉末（平均粒径38μm ）40％との混合粉
末を用いた以外は、全て実施例１と同一にして成形材料
を製造した。

【００２０】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）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％、溶融シリカ粉末（平均粒径35
μm ）71％および離型剤等 3％を常温で混合し、実施例
１と同様にして成形材料を製造した。

【００２１】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、全て比
較例１と同一にして成形材料を製造した。

【００２２】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）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（ 150メッシ
ュ篩上の粗粒分を除去した平均粒径17μm ）71％、およ
び離型剤等 3％を常温で混合し、比較例１と同様にして
成形材料を製造した。

【００２３】比較例４比較例３において、六方晶系窒化ケイ素粉末の替わり
に、六方晶系窒化ケイ素粉末（60メッシュを通過した平
均粒径60μm ）を用いた以外は、全て比較例３と同一に
して成形材料を製造した。

【００２４】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。本発明のエポキシ樹脂組成物及び半導体
封止装置は、熱的特性がよく、耐湿性、成形性に優れて
おり、本発明の効果を確認することができた。

【００２５】

【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 ：120 キャビテイ取り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。○印…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 121℃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。＊5 ：成形材料をプレヒートし、径 0.5mmの硬質クロム
メッキ材料流動穴を設けた金型により、175 ℃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。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明及び表１から明らかなよう
に、本発明エポキシ樹脂組成物及び半導体封止装置は、
樹脂組成物の耐湿性、成形性、特に薄肉部の充填性に優
れ、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も
ので、信頼性の高い半導体封止装置である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 23/29 23/31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）次の式で示されるエポキシ樹脂、【化１】（但し、式中m は 0又は 1以上の整数を、n は 1以上の
整数を表す）（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）Ｓi Ｏ₂層による表面酸素濃度が 0.5〜15％で平
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）窒化ケイ素粉末を25〜90重
量％の割合に含有してなることを特徴とするエポキシ樹
脂組成物。
【請求項２】（Ａ）次の式で示されるエポキシ樹脂、【化２】（但し、式中m は 0又は 1以上の整数を、n は 1以上の
整数を表す）（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）Ｓi Ｏ₂層による表面酸素濃度が 0.5〜15％で平
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）窒化ケイ素粉末を25〜90重
量％の割合に含有したエポキシ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。