JPH09208667A - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置

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JPH09208667A
JPH09208667A JP4426296A JP4426296A JPH09208667A JP H09208667 A JPH09208667 A JP H09208667A JP 4426296 A JP4426296 A JP 4426296A JP 4426296 A JP4426296 A JP 4426296A JP H09208667 A JPH09208667 A JP H09208667A
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JP
Japan
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epoxy resin
resin composition
alumina powder
spherical alumina
integer
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Pending
Application number
JP4426296A
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English (en)
Inventor
Haruomi Hosokawa
晴臣 細川
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Kyocera Chemical Corp
Original Assignee
Toshiba Chemical Corp
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Publication date
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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐湿性、半田耐熱性、成形性、特に薄肉部の
充填性に優れ、耐金型摩耗性に優れ、熱膨張係数が小さ
く、熱伝導率、熱放散性が良く、それらの特性バランス
のとれたもので、信頼性が高いエポキシ樹脂組成物およ
び半導体封止装置を提供するものである。 【解決手段】 (A)シクロペンタジエン骨格を有する
エポキシ樹脂、(B)シクロペンタジエン・フェノール
重合体(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)最大粒径5 〜100 μm の球
状アルミナ粉末を必須成分とし、全体の樹脂組成物に対
して前記(D)の球状アルミナ粉末を25〜90重量%の割
合で含有してなるエポキシ樹脂組成物であり、またこの
エポキシ樹脂組成物の硬化物によって、半導体チップが
封止されてなる半導体封止装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐湿性、成形性、
半田耐熱性に優れ、特性バランスのよい、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、これらのなかで
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、
信頼性に優れ、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、一般的に溶融シリカ粉末や結晶性シリカ粉末
が前述の硬化剤とともに使用されている。近年、半導体
部品の表面実装化とさらなる大電力化に伴い、熱放散性
がよく、半田耐熱性、低応力の半導体封止樹脂の開発が
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対応す
る性質が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、半田耐熱
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、特定のフェノール性重合体、特定の球状アルミナ
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、本発明を完成したものである。
【0006】即ち、本発明は、 (A)次の一般式で示されるエポキシ樹脂、
【0007】
【化5】 (但し、式中n は0 又は1 以上の整数を表す) (B)次の一般式で示されるシクロペンタジエン・フェ
ノール重合体
【0008】
【化6】 (但し、式中RはCm H2m+1を、m 、n は 0又は 1以上
の整数を表す) (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)最大粒径5 〜100 μmの球状アルミナ粉末 を必須成分とし、全体の樹脂組成物に対して前記(D)
の球状アルミナ粉末を25〜90重量%の割合で含有してな
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によって、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。
【0009】以下、本発明を詳細に説明する。
【0010】本発明に用いる(A)エポキシ樹脂は、前
記の一般式化5で示されるものが使用され、その分子量
等に制限されることはない。具体的なものとして例えば
【0011】
【化7】
【0012】
【化8】 等が挙げられる。また、これらのエポキシ樹脂にはノボ
ラック系エポキシ樹脂やエピビス系エポキシ樹脂を併用
することができる。
【0013】本発明に用いる(B)シクロペンタジエン
・フェノール重合体としては、前記の一般式化6で示さ
れる骨格構造を有し、分子構造、分子量等に特に制限さ
れることなく広く包含される。また、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と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それらの変性樹脂、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
ル樹脂等を併用することができる。具体的なシクロペン
タジエン・フェノール重合体として例えば、
【0014】
【化9】 (但し、式中Rは水素原子またはメチル基を表す)
【0015】
【化10】 (但し、式中Rは水素原子またはメチル基を表す)等を
挙げることができる。
【0016】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っ
て、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、全体の樹脂組成物に対して0.
1 〜10重量%含有するように配合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。
【0017】本発明に用いる(D)球状アルミナ粉末と
しては、不純物濃度が低く、最大粒径が5 〜100 μmで
あるもので、特に平均粒径が5 〜50μm のものが使用さ
れる。平均粒径が50μm を超えると流動性、作業性に問
題が生じ好ましくない。球状アルミナ粉末の配合割合
は、全体の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。
【0018】本発明のエポキシ樹脂組成物は、特定のエ
ポキシ樹脂、特定のフェノール樹脂、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球
状アルミナ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。
【0019】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方法は、前述した特定のエポ
キシ樹脂、特定のフェノール性樹脂、メチルメタクリレ
ート・ブタジエン・スチレン共重合樹脂、特定の球状ア
ルミナ粉末および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
に熱ロールによる溶融混合処理を行い、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
とする電子部品或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。
【0020】また、本発明の半導体封止装置は、上述の
成形材料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。
【0021】本発明は、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、特
定のフェノール性樹脂、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球状アルミナ粉
末を用いたことによって、耐湿性、半田耐熱性、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、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装置を製造
することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】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。以下の実施例および比較例において「%」
とは「重量%」を意味する。
【0023】実施例1 化7に示したエポキシ樹脂14.5%、化9に示したフェノ
ール性樹脂9.5 %、α球状アルミナ粉末(150 メッシュ
篩上の粗粒分を除去した平均粒径17μm)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
混練冷却した後、粉砕して成形材料を製造した。
【0024】実施例2 実施例1において、α球状アルミナ粉末(150 メッシュ
篩上の粗粒分を除去した平均粒径17μm)71%の代わり
に、α球状アルミナ粉末(150 メッシュ篩上の粗粒分を
除去した平均粒径17μm)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。
【0025】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215
)18%、ノボラック型フェノール樹脂(フェノール当
量107 )8 %、α球状アルミナ粉末(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、実施例1と同様にして成形材料
を製造した。
【0026】比較例2 比較例1においてα球状アルミナ粉末(150 メッシュ篩
上の粗粒分を除去した平均粒径17μm )の代わりに、α
球状アルミナ粉末(60メッシュを通過した平均粒径60μ
m )を用いた以外は、全べて比較例1と同一にして成形
材料を製造した。
【0027】実施例1〜2及び比較例1〜2で製造した
成形材料を用いて半導体チップを封止し、 170℃に加熱
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に示したが、本発明のエポキシ樹脂組成物および半
導体封止装置は、熱的特性がよく、耐湿性、半田耐熱
性、成形性に優れており、本発明の顕著な効果を確認す
ることができた。
【0028】
【表1】 *1 :トランスファー成形によって直径50mm、厚さ3mm の成形品を作り、これを 127 ℃, 2.5気圧の飽和水蒸気中に24時間放置し、増加した重量によって測定し た。 *2 :JIS−K−6911により測定した。 *3 :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。 *4 :120 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。○印…良好、×印…不良。 *5 :成形材料を用いて、2 本以上のアルミニウム配線を有するシリコン製チッ プを、通常の42アロイフレームに接着し、175 ℃,2 分間トランスファー成形し た後、175 ℃,8 時間の後硬化を行った。こうして得た成形品を、予め40℃,95 %RH,100 時間の吸湿処理した後、250 ℃の半田浴に10秒間浸漬した。その後 、127 ℃, 2.5気圧の飽和水蒸気中でPCTを行い、アルミニウムの腐蝕による 50%断線を不良として評価した。 *6 :8 ×8mm ダミーチップをQ−FP(14×14× 1.4mm)パッケージに納め、 成形材料を用いて175 ℃,2 分間トランスファー成形した後、175 ℃,8 時間の 後硬化を行った。こうして得た半導体封止装置を85℃,85%,24時間の吸湿処理 した後、240 ℃の半田浴に 1分間浸漬した。その後、実体顕微鏡でパッケージ表 面を観察し、外部樹脂クラックの発生の有無を評価した。 *7 :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 %摩耗したときの ショット数によって評価した。
【0029】
【発明の効果】以上の説明および表1から明らかなよう
に、本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体封止装置
は、樹脂組成物の耐湿性、半田耐熱性、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が製造
できたものである。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 23/29 H01L 23/30 R 23/31

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)次の一般式に示されるエポキシ樹
    脂、 【化1】 (但し、式中n は 0又は 1以上の整数を表す) (B)次の一般式に示されるシクロペンタジエン・フェ
    ノール重合体 【化2】 (但し、式中RはCm H2m+1を、m 、n は 0又は 1以上
    の整数を表す) (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)最大粒径5 〜100 μmの球状アルミナ粉末 を必須成分とし、全体の樹脂組成物に対して前記(D)
    の球状アルミナ粉末を25〜90重量%の割合で含有してな
    ることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
  2. 【請求項2】 (A)次の一般式に示されるエポキシ樹
    脂、 【化3】 (但し、式中n は 0又は 1以上の整数を表す) (B)次の一般式に示されるシクロペンタジエン・フェ
    ノール重合体 【化4】 (但し、式中RはCm H2m+1を、m 、n は 0又は 1以上
    の整数を表す) (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)最大粒径5 〜100 μmの球状アルミナ粉末 を必須成分とし、全体の樹脂組成物に対して前記(D)
    の球状アルミナ粉末を25〜90重量%の割合で含有したエ
    ポキシ樹脂組成物エポキシ樹脂組成物の硬化物によっ
    て、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。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6288169B1 (en) * 1998-04-23 2001-09-11 Nitto Denko Corporation Butadiene rubber particles with secondary particle sizes for epoxy resin encapsulant

Cited By (3)

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US6288169B1 (en) * 1998-04-23 2001-09-11 Nitto Denko Corporation Butadiene rubber particles with secondary particle sizes for epoxy resin encapsulant
US6596813B2 (en) 1998-04-23 2003-07-22 Nitto Denko Corporation Composition of epoxy resin, phenolic resin, butadiene particles and amino silicone oil
US6962957B2 (en) 1998-04-23 2005-11-08 Nitto Denko Corporation Epoxy resin composition for semiconductor encapsulation, process for producing the same, and semiconductor device

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