JPH0555413A - 高熱伝導性樹脂構造体およびそれを用いた半導体パツケージ - Google Patents

高熱伝導性樹脂構造体およびそれを用いた半導体パツケージ

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JPH0555413A
JPH0555413A JP3217283A JP21728391A JPH0555413A JP H0555413 A JPH0555413 A JP H0555413A JP 3217283 A JP3217283 A JP 3217283A JP 21728391 A JP21728391 A JP 21728391A JP H0555413 A JPH0555413 A JP H0555413A
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JP
Japan
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resin
semiconductor package
heat
resin structure
thermal conductivity
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Withdrawn
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JP3217283A
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English (en)
Inventor
Shunichiro Tanaka
俊一郎 田中
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH0555413A publication Critical patent/JPH0555413A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W74/00Encapsulations, e.g. protective coatings
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00Package configurations
    • H10W90/701Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
    • H10W90/751Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
    • H10W90/756Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires between a chip and a stacked lead frame, conducting package substrate or heat sink

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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 容易にかつ安定して優れた熱伝導性を達成す
ることを可能にして樹脂構造体を提供する。また、放熱
性を高めることによって、半導体パッケージの信頼性を
向上させる。 【構成】 樹脂マトリックス内に、熱伝導率が 130W/mK
以上で、かつ電気絶縁性のセラミックス粒子を熱伝導性
充填剤として分散、含有させた樹脂構造体である。この
高熱伝導性樹脂構造体は、例えば半導体パッケージ4に
おいて、半導体チップ2を気密封止する樹脂部材3とし
て使用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高熱伝導性樹脂構造体
およびそれを用いた半導体パッケージに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体製造技術の進歩によって、
半導体チップの高集積化が急速に進んでいる。一方で、
パワートランジスタに見られるように、一部の半導体チ
ップにおいては大電力化も進められている。このような
半導体チップの大電力化や高集積化に伴って、その周辺
材料においても改善が求められている。
【0003】例えば、半導体チップは、一般にエポキシ
樹脂やシリコーン樹脂等の封止用樹脂によりモールド
し、半導体パッケージとして使用されている。ここで、
パワートランジスタのような大電力消費型の半導体チッ
プを、一般的な封止用樹脂でパッケージングした場合、
発熱量が大きいために、半導体チップからの熱を十分に
外部に放散することができないという問題が発生する。
このように、半導体チップからの放熱が不十分である
と、動作温度が上昇し、半導体チップの誤動作の原因と
なったり、さらには半導体チップの故障原因となる等の
問題を招いてしまう。また、高集積化された半導体チッ
プにおいても、放熱量は増加する傾向にあり、同様な問
題が生じている。そこで、封止用樹脂にシリカ系充填剤
等を配合し、半導体パッケージの放熱性を高めることが
行われているが、十分な効果は得られていない。
【0004】このような樹脂製品の放熱性が低いことに
起因して生じる各種の問題は、半導体パッケージに限ら
れるものではなく、各種の樹脂製品においても問題とな
っている。例えば、基板上に半導体チップ等が搭載され
た電子部品と、ヒートシンクベースとを接合する際に、
有機高分子系の接着剤等が用いられている。ここで、半
導体チップの搭載基板等においては、高熱伝導性のセラ
ミックス基板を用いることによって、伝熱性の向上が図
られているが、電子部品とヒートシンクとの接合部とな
る接着剤層の熱伝導性が低いと、ヒートシンクへの熱伝
達が十分に行われず、上記半導体パッケージと同様な問
題を引き起こしてしまう。
【0005】さらに、各種の複写機に用いられているヒ
ートローラのように、樹脂部品自体に熱伝導性を求めら
れる場合もある。ヒートローラは、ヒータ等が挿入され
た金属製の芯金上にフッ素樹脂やシリコーンゴム等を被
覆したものであり、複写機の熱定着に使用されている。
よって、ヒータからの熱を高効率に伝える必要がある
が、樹脂層やゴム層の熱伝導性が十分でないと、ヒータ
等による発熱量を増大しなければならない等の問題を招
いてしまう。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、例え
ば大電力化や高集積化がなされた半導体チップのパッケ
ージにおいては、封止用樹脂の熱伝導性が低いと、誤動
作や故障等を招くことから、半導体パッケージの信頼性
を向上させるために、樹脂部品の高熱伝導化が求められ
ている。このような要求は、半導体パッケージに限られ
るものではなく、各種の樹脂部品に対して高熱伝導化が
求められている。
【0007】本発明は、このような課題に対処してなさ
れたもので、容易にかつ安定して優れた熱伝導性を達成
することを可能にして高熱伝導性樹脂構造体を提供する
ことを目的としており、また放熱性を高めることによっ
て、信頼性を向上させた半導体パッケージを提供するこ
とを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の高熱
伝導性樹脂構造体は、樹脂マトリックス内に、熱伝導率
が 130W/mK以上で、かつ電気絶縁性のセラミックス粒子
を熱伝導性充填剤として分散、含有させたことを特徴と
している。
【0009】また、本発明の半導体パッケージは、半導
体チップと、この半導体チップに電気的に接続されたリ
ードと、前記半導体チップを気密封止する樹脂部材とを
有する半導体パッケージにおいて、前記樹脂部材を請求
項1記載の高熱伝導性樹脂構造体により構成したことを
特徴としている。
【0010】本発明の高熱伝導性樹脂構造体において、
マトリックスとなる樹脂としては、特に限定されるもの
ではなく、要求特性や使用用途に応じて、熱硬化性もし
くは熱可塑性有機高分子や無機高分子等の各種の樹脂を
用いることが可能である。例えば、有機高分子系樹脂と
しては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、ポリウレ
タン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性
樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、
ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリ
レート、ポリテトラフルオロエチレン、ABS樹脂等の
熱可塑性樹脂等が例示され、また無機高分子系樹脂とし
ては、シリコーン樹脂が例示される。また、半導体パッ
ケージの封止樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やシリ
コーン樹脂等が好適である。これらの樹脂は、必要に応
じて各種の添加剤や充填剤を含有することが可能であ
る。
【0011】本発明における熱伝導性充填剤としては、
熱伝導率が 130W/mK以上、望ましくは 200W/mK以上で、
かつ電気絶縁性を有するセラミックス粒子が用いられ
る。このようなものとしては、窒化アルミニウム粉末、
窒化ホウ素粉末、炭化ケイ素粉末、酸化ベリリウム粉末
等が例示され、特に窒化アルミニウム粉末が好ましい。
これらセラミックス粉末は、平均粒径が2μm 〜20μm
程度のものを使用することが好ましい。あまり粒径の大
きいセラミックス粉末は、樹脂マトリックス内に均一分
散させることが困難となる。
【0012】また、上記したようなセラミックス粉末を
樹脂マトリックス中に分散させるにあたっては、予め表
面改質処理を施したセラミックス粉末を用いることが好
ましい。この表面処理としては、カップリング処理や酸
化処理、さらにはコーティング処理等が挙げられる。例
えば、窒化アルミニウム粉末は、水分によって劣化が起
こるため、予め表面に酸化被膜を形成しておくことによ
って、耐水性が向上すると共に、樹脂とのなじみ性も向
上する。また、カップリング処理剤としては、例えばメ
チルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、
γ- アミノプロピルトリエトキシシラン、 N-(β- アミ
ノエチル) -γ- アミノプロピルトリメトキシシラン、
γ- グリドキシプロピルトリメトキシシラン、γ- メタ
クリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ- メルカプ
トプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザ
ン等のシランカップリング剤、チタネート系カップリン
グ剤、ジルコアルミネートカップリング剤等が例示され
る。
【0013】上記したようなセラミックス粒子の配合量
は、要求特性や使用する樹脂マトリックスの種類等に応
じて適宜設定するものとするが、一般的には樹脂マトリ
ックスに対して10体積%〜40体積%程度の範囲とするこ
とが好ましい。セラミックス粒子の配合量が10体積%未
満では、十分に熱伝導性を向上させることができず、ま
た40体積%を超えると、樹脂の特性を低下させたり、硬
化を阻害する等の悪影響を及ぼすおそれがある。
【0014】本発明の樹脂構造体は、例えば樹脂組成物
中にセラミックス粉末を混合し、金型による押し出し成
形や射出成形等によって所望の形状に成形した後、架橋
硬化や熱硬化等によって硬化させることによって得られ
る。また、本発明の半導体パッケージは、通常のモール
ディング法によって製造することが可能である。
【0015】本発明の高熱伝導性樹脂構造体は、各種の
樹脂製品に適用することが可能であり、例えば電子部品
におけるポッティング部やパッケージ部等をはじめとし
て、スペーサ、目地、コネクタ、カップラ等、さらには
ヒートローラの樹脂部のような熱伝導性が要求される部
品等として使用される。また、本発明の半導体パッケー
ジは、DIP、QFP、PGA等の各種形状のパッケー
ジに適用することが可能である。
【0016】
【作用】本発明の高熱伝導性樹脂構造体においては、熱
伝導率が 130W/mK以上、望ましくは 200W/mK以上で、か
つ電気絶縁性のセラミックス粉末を、熱伝導性充填剤と
して配合しているため、良好な熱伝導性と電気的な絶縁
の双方を満足させることが可能となる。また、この高熱
伝導性樹脂構造体を例えば半導体パッケージの封止部材
に適用すれば、半導体チップからの熱を良好に外部に放
散することが可能となるため、信頼性の向上を図ること
ができる。
【0017】
【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。
【0018】実施例1 まず、平均粒径 0.8μm の窒化アルミニウム粉末(熱伝
導率:200W/mK)を、シランカップリング剤であるイソ
プロピルトリイソステアロイルチタネートをメチルエチ
ルケトン中に 5重量%溶解させた溶液中に分散させ、20
分間撹拌して反応させた。この後、乾燥して、カップリ
ング処理が施された窒化アルミニウム粉末を得た。次い
で、エポキシ樹脂に上記シランカップリング処理された
窒化アルミニウム粉末を20体積%となるように配合し、
さらに平均粒径0.01μm のアエロジルを 5体積%となる
ように配合し、十分に混合して半導体パッケージ用の封
止樹脂組成物を作製した。一方、Cu系リードフレームに
1MDRAMを搭載した。
【0019】そして、上記半導体チップが搭載されたリ
ードフレームを射出成形金型内に挿入し、上記した封止
樹脂組成物を射出充填して、図1に示すように、リード
フレーム1に接続された半導体チップ1が、窒化アルミ
ニウム粉末を分散、含有させたエポキシ樹脂3によって
パッケージングされたDIP型の半導体パッケージ4を
作製した。
【0020】また、本発明との比較のために、窒化アル
ミニウム粉末を配合しない以外は同様にして作製した封
止樹脂組成物を用い、実施例と同様にDIP型の半導体
パッケージを作製した。
【0021】これら半導体パッケージの熱伝導率をレー
ザーフラッシュ法によって測定したところ、実施例によ
る半導体パッケージでは20W/mKと良好な結果が得られた
のに対し、比較例による半導体パッケージでは 3W/mKで
あった。
【0022】実施例2 まず、窒化アルミニウム粉末(熱伝導率: 200W/mK)
を、大気中にて1200℃、30分間の条件で熱処理し、表面
に酸化被膜を形成した。次いで、この熱処理物を微粉砕
して、平均粒径 1μm の窒化アルミニウム粉末を得た。
【0023】次に、エポキシ系接着剤・E413(商品名、
三井東圧社製)に、上記酸化処理後の窒化アルミニウム
粉末を40体積%となるように配合し、十分に混合して高
熱伝導性接着剤を製造した。
【0024】上記高熱伝導性接着剤を用いて、窒化アル
ミニウム焼結体と銅部材とを接合し、接合試料とした。
また、比較のために、窒化アルミニウム粉末を配合して
いないエポキシ系接着剤を用いて、同様に接合試料を作
製した。これら接合試料の接合界面に垂直方向の熱伝導
率をレーザーフラッシュ法によって測定したところ、実
施例による接合試料では 130W/mKと良好な結果が得られ
たのに対し、比較例による接合試料では70W/mKであっ
た。
【0025】実施例3 まず、平均粒径 0.8μm の窒化アルミニウム粉末(熱伝
導率:200W/mK)を、シランカップリング剤を溶解させ
た溶液中に分散させ、撹拌して反応させた。この後、乾
燥してカップリング処理が施された窒化アルミニウム粉
末を得た。
【0026】次に、シリコーン樹脂に上記カップリング
処理された窒化アルミニウム粉末を30体積%となるよう
に配合し、十分に混合して高熱伝導性シリコーン樹脂シ
ーラントを作製した。
【0027】上記高熱伝導性シリコーン樹脂シーラント
を用いて、窒化アルミニウム製熱伝導路(サーマルアン
カー等)の目地を充填した。また、比較のために、窒化
アルミニウム粉末を配合していないシリコーン樹脂シー
ラントを用いて、同様に充填を行った。
【0028】これら熱伝導路の熱伝導性を定常法によっ
て評価したところ、実施例による熱伝導路では 170W/mK
と良好な結果が得られたのに対し、比較例では 100W/mK
であった。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、容
易にかつ再現性よく優れた熱伝導性を有する樹脂構造体
を提供することが可能となる。そして、この高熱伝導性
樹脂構造体を例えば半導体パッケージの封止部材に使用
すれば、放熱性が向上することによって、信頼性に優れ
た半導体パッケージを提供することが可能となる等、各
種の樹脂を使用した部品の高信頼性化や高機能化等を達
成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による半導体パッケージの構
造を示す断面図である。
【符号の説明】
1……リードフレーム 2……半導体チップ 3……窒化アルミニウム粉末を分散、含有させたエポキ
シ樹脂 4……DIP型半導体パッケージ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 樹脂マトリックス内に、熱伝導率が 130
    W/mK以上で、かつ電気絶縁性のセラミックス粒子を熱伝
    導性充填剤として分散、含有させたことを特徴とする高
    熱伝導性樹脂構造体。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の高熱伝導性樹脂構造体に
    おいて、 前記セラミックス粒子は、予め表面改質処理が施されて
    いることを特徴とする高熱伝導性樹脂構造体。
  3. 【請求項3】 半導体チップと、この半導体チップに電
    気的に接続されたリードと、前記半導体チップを気密封
    止する樹脂部材とを有する半導体パッケージにおいて、 前記樹脂部材を請求項1記載の高熱伝導性樹脂構造体に
    より構成したことを特徴とする半導体パッケージ。
JP3217283A 1991-08-28 1991-08-28 高熱伝導性樹脂構造体およびそれを用いた半導体パツケージ Withdrawn JPH0555413A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014165428A (ja) * 2013-02-27 2014-09-08 Kobayashi Kk 太陽電池用バックシート及び太陽電池モジュール
CN106876352A (zh) * 2017-03-27 2017-06-20 广东美的制冷设备有限公司 智能功率模块、智能功率模块的制备方法和电力电子设备

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Effective date: 19981112