JPH10173103A

JPH10173103A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH10173103A
Application number: JP33331696A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Sashita; 暢幸指田
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1996-12-13
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 1998-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】特定の構造を有する無機充填材の組み合わせ
により熱放散性に優れ、かつ成形性、更には半田耐熱性
に優れる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を提供するこ
と。【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
樹脂硬化剤、（Ｃ）無機充填材、（Ｄ）アミン系硬化促
進剤を主成分とするエポキシ樹脂組成物において、
（Ａ）エポキシ樹脂がオルソクレゾールノボラック型エ
ポキシ樹脂を主成分とし、かつ（Ｃ）無機充填材が含窒
素無機化合物８０〜９８重量％及び溶融シリカ２〜２０
重量％からなるものである半導体封止用エポキシ樹脂組
成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱放散性に優れ、
かつ成形性、更には半田耐熱性に優れる半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣ、ＬＳＩなどのプラスチック
封止された半導体デバイスは、チップの発熱容量の増加
によりプラスチックパッケージにおいてリードフレーム
からの熱放散のみならず、ヒートシンク、ヒートスプレ
ッダと呼ばれる熱放散性に優れる金属類をパッケージに
挿入したりしているが、製造工程が複雑になったり、ヒ
ートシンク、ヒートスプレッダのコストが高い等の問題
を有している。一方樹脂組成物自身の熱伝導性を高め、
ヒートシンク、ヒートスプレッダを取り除く試みも行わ
れているが、成形性が劣ったり、耐半田耐熱性が低下し
問題になっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するため種々の検討を行い、特定の構造を有す
る無機充填材の組み合わせにより熱放散性に優れ、かつ
成形性、更には耐半田耐熱性に優れる半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、（Ａ）エポキ
シ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤、（Ｃ）無機充填
材、（Ｄ）アミン系硬化促進剤を主成分とするエポキシ
樹脂組成物において、（Ａ）エポキシ樹脂がオルソクレ
ゾールノボラック型エポキシ樹脂を主成分とし、かつ
（Ｃ）無機充填材が含窒素無機化合物８０〜９８重量％
及び溶融シリカ２〜２０重量％からなることを特徴とす
る半導体封止用エポキシ樹脂組成物であり、好ましくは
含窒素無機化合物が、シリコンナイトライド（Ｓｉ
Ｎ）、アルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）又はボロン
ナイトライド（ＢＮ）であり、更に好ましくは含窒素無
機化合物が、溶融シリカで被覆されており、更には溶融
シリカの平均粒径が、０．２５〜２５μｍである半導体
封止用エポキシ樹脂組成物である。

【０００６】本発明に用いるエポキシ樹脂は、主成分は
オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂である。オ
ルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂は成形性及び
耐半田耐熱性に優れるという特徴を有している。実際に
は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物の耐湿性向上のた
めに、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を精
製し、塩素イオン、ナトリウムイオン等の不純物イオン
が極力少ないことが好ましく、又硬化性のためにはエポ
キシ当量が１５０〜３００のものが好ましい。更には、
オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂以外のエポ
キシ樹脂、例えばフエノールノボラック型エポキシ樹
脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポ
キシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリ
アジン核含有エポキシ樹脂、ビフェニル型又はスチルベ
ン型二官能エポキシ化合物等を併用し硬化性等を調整し
て使用することもできる。

【０００７】本発明に用いるフェノール樹脂硬化剤は、
分子中にフェノール性水酸基を有するものならば特に限
定するものではない。例えば、フェノールノボラック樹
脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、キシリ
レン変性フェノール樹脂、トリフェノールメタン樹脂、
又はこれらの変性樹脂が挙げられる。樹脂組成物の硬化
性のためには、水酸基当量は８０〜２５０のものが好ま
しい。

【０００８】本発明に用いる無機充填材は、含窒素無機
化合物が８０〜９８重量％及び溶融シリカが２〜２０重
量％からなるものである。熱伝導性に優れる材料は樹脂
流動性が劣り、逆に、樹脂流動性に優れる材料は熱伝導
性に劣り両立するものは見出されていなかった。本発明
の含窒素無機化合物は、熱伝導性及び流動特性に優れて
いることを見出したものである。含窒素無機化合物とし
ては、ＳｉＮ（シリコンナイトライド）、ＡｌＮ（アル
ミニウムナイトライド）、ＢＮ（ボロンナイトライド）
等が挙げられるがこれに限定されるものではない。ま
た、含窒素無機化合物の化学的安定性を高めるために含
窒素無機化合物を溶融シリカで被覆することがより好ま
しい。無機充填材中の含窒素無機化合物は８０〜９８重
量％が好ましい。８０重量％未満であると熱伝導性が低
下するために好ましくない。溶融シリカでの被覆は、１
μｍ以下の皮膜が熱伝導性を損なわずに化学的安定性を
高めるために好ましい。化学的安定性とは、例えば、含
窒素無機化合物を高温高湿下で処理すると加水分解し
て、アンモニア等を発生する場合があるが、これらの現
象を抑えることをいう。

【０００９】更に、無機充填材中の溶融シリカは、樹脂
流動性、充填性を調節するために用いられる。溶融シリ
カの平均粒径としては０．２５〜２５μｍの溶融シリカ
が好ましい。０．２５μｍ未満であると流動性が損なわ
れるので好ましくない。２５μｍを越えると樹脂流動性
及び熱伝導性が損なわれるので好ましくない。更に溶融
シリカの形状は特に限定されないが、好ましいのは球状
である。無機充填材中の溶融シリカ量は、２〜２０重量
％が好ましい。２０重量％を越えると熱伝導性を損なわ
れるため好ましくない。

【００１０】本発明に用いる硬化促進剤は、エポキシ基
とフェノール性水酸基との反応を促進するもので、含窒
素無機化合物を使用するためアミン系硬化促進剤を使用
する。アミン系硬化促進剤としては、１，８−ジアザビ
シクロ（５，４，０）ウンデセン−７、、ベンジルジメ
チルアミン、２−メチルイミダゾール等が挙げられ、こ
れらは単独でも併用してもよい。更に、特性を損なわな
い範囲でトリフェニルホスフィン等とを併用してもよ
い。

【００１１】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、（Ａ）〜（Ｄ）の他に、必要に応じてシランカップ
リング剤等のカップリング剤、酸化アンチモン等の難燃
剤、カーボンブラック等の着色剤、天然ワックス、合成
ワックス等の離型剤等の種々の添加剤を適宜配合しても
差し支えない。本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成
物を製造するには、（Ａ）〜（Ｄ）、その他の添加剤を
ミキサー等によって常温で十分に均一に混合した後、更
に熱ロール、又はニーダー等で溶融混練し、冷却後粉砕
して半導体封止用エポキシ樹脂成形材料とすることがで
きる。

【００１２】

【実施例】以下本発明を実施例にて具体的に説明する。
実施例、比較例に用いた原料は以下のとおりである。（Ａ）エポキシ樹脂Ａ−１；オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂
（住友化学工業(株)、ＥＳＣＮ−１９５Ｌ）Ａ−２；ビフェニル型エポキシ化合物（油化シェルエポ
キシ（株）、ＹＸ４０００Ｈ）（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤Ｂ−１；フエノールノボラック樹脂（軟化点９５、水酸
基当量１０５）（Ｃ）無機充填材Ｃ−１；シリコンナイトライド粉末Ｃ−２；アルミニウムナイトライド粉末Ｃ−３；ボロンナイトライド粉末Ｃ−４；シリコンナイトライド粉末（シリカ溶融皮膜付
き）Ｃ−５；アルミニウムナイトライド粉末（シリカ溶融皮
膜付き）Ｃ−Ｆ６；溶融シリカ粉末（平均粒径０．１μm) Ｃ−Ｆ７；溶融シリカ粉末（平均粒径０．５μm) Ｃ−Ｆ８；溶融シリカ粉末（平均粒径３μm) Ｃ−Ｆ９；溶融シリカ粉末（平均粒径２０μm) Ｃ−Ｆ10；溶融シリカ粉末（平均粒径３５μm) Ｃ−１１；アルミナ粉末（Ｄ）硬化促進剤Ｄ−１；２−メチルイミダゾールＤ−２；１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデ
セン−７Ｄ−３；トリフェニルホスフィン（Ｅ）その他の添加物シリコーンオイル（信越化学工業(株)製、ＫＥ−１０
２）シランカップリング剤（信越化学工業(株)製、ＫＢＭ−
４０３）三酸化アンチモン臭素化エポキシ樹脂カルナバワックスカーボンブラック

【００１３】尚、実施例、比較例における基本配合処方
は下記の通りである。（Ａ）エポキシ樹脂１１．０重量部（Ｂ）フェノール樹脂硬化剤６．０重量部（Ｃ）無機充填材７８．８重量部（Ｄ）硬化促進剤０．２重量部（Ｅ）その他の添加物シリコーンオイル１．０重量部シランカップリング剤０．５重量部三酸化アンチモン０．５重量部臭素化エポキシ樹脂１．０重量部カルナバワックス０．５重量部カーボンブラック０．５重量部

【００１４】《実施例１〜１０》《比較例１〜７》以上
を選択してヘンシェルミキサーにて混合し、７０〜１０
０℃で二軸ロールにて混練し、冷却後粉砕し半導体封止
用エポキシ樹脂組成物とした。得られた樹脂組成物をタ
ブレット化し、低圧トランスファー成形機にて１７５
℃、７０ｋｇ／ｃｍ² 、１２０秒の条件で８０ピンＱＦ
Ｐを成形し、更にポストモールドキュアとして１７５℃
で８時間の処理を行い、成形品を得た。この成形品を３
０℃、相対湿度６０％の雰囲気で１９２時間吸湿後、Ｉ
Ｒリフロー（２２０℃）での半田クラック試験を行っ
た。又１５０℃、７０ｋｇ／ｃｍ² 、１５分成形条件で
５０φ×５０ｍｍの成形品を得、プローブ型熱伝導率測
定機（昭和電工(株)製）を用いて常温で熱伝導率を測定
した。なお、各実施例及び比較例では使用する無機充填
材の含窒素無機化合物及び溶融シリカの種類とその添加
割合を表１〜表３の如くそれぞれ替えて評価した。更に
その他の基本配合処方と異なるものとしては下記の如く
である。・実施例10の硬化促進剤はＤ−２、比較例７の硬化促進
剤はＤ−３で、他の実施例、比較例はＤ−１・比較例１のエポキシ樹脂はＡ−２で、他の実施例、比
較例はＡ−１にそれぞれ替えて評価した。これらの結果を表１〜表３
に示す。

【００１５】評価方法としては下記のごとく行った。熱伝導率：数値が高い方が良い。実用上、50×10^-4以
上の数値が好ましい。成形性１：バリ長さは短い方が良い。実用上、２以下
の数値が好ましい。成形性２：異常があってはならない信頼性：半田クラック試験で不良が発生してはならな
い。以上の評価結果として、本発明のものは、熱伝導性、成
形性、信頼性のいずれも良好な結果であったが、本発明
以外のものは、熱伝導性、成形性、信頼性のいずれかに
問題が発生し実用性の無いことがわかった。

【００１６】表１実施例１２３４５《無機充填材の種類》含窒素無機化合物の種類 C-1 C-2 C-3 C-4 C-5 その添加割合（重量％） 90 90 90 90 90 溶融シリカの種類 C-F8 C-F8 C-F8 C-F8 C-F8 その添加量（重量部） 10 10 10 10 10 《特性》熱伝導率(10^-4cal／sec・cm・℃) 65 63 75 63 65 成形性１（バリ長さ：mm） 1.0 0.8 1.2 1.1 0.6 成形性２（充填性外観）良好良好良好良好良好信頼性（不良率：％）０００００

【００１７】表２実施例６７８９ 10 《無機充填材の種類》含窒素無機化合物の種類 C-5 C-5 C-5 C-5 C-5 その添加割合（重量％） 83 97 90 90 90 溶融シリカの種類 C-F8 C-F8 C-F6 C-F9 C-F8 その添加量（重量部） 17 3 10 10 10 《特性》熱伝導率(10^-4cal／sec・cm・℃) 53 86 62 59 63 成形性１（バリ長さ：mm） 0.3 1.5 0.4 1.4 1.2 成形性２（充填性外観）良好良好良好良好良好信頼性（不良率：％）０００００

【００１８】表３比較例１２３４５６７《無機充填材の種類》含窒素無機化合物の種類 C-5 C-5 C-5 C-5 C-5 C-9 C-5 その添加割合（重量％） 90 100 70 90 90 83 97 溶融シリカの種類 C-F8 C-F8 C-F8 C-F6 C-F10 C-F8 C-F8 その添加量（重量部） 10 0 30 10 10 17 3 《特性》熱伝導率(10^-4cal／sec・cm・℃) 65 83 35 59 54 73 − 成形性１（バリ長さ：mm） 3.0 5.0 0.2 − 3.5 0.3 − 成形性２（充填性外観）＊１良好良好＊２＊３良好＊４信頼性（不良率：％）０ 10 ０ − 20 100 − ＊１：硬化時離型しなかった＊２：完全に充填できなかった＊３：ゲートにボイドが発生＊４：硬化せず −：測定不能

【００１９】

【発明の効果】本発明の半導体封止用樹脂組成物は、成
形性に優れ、この樹脂組成物で封止されたＩＣ，ＬＳＩ
等の半導体装置は、熱伝導性、信頼性（半田耐熱性）に
優れている。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール
樹脂硬化剤、（Ｃ）無機充填材、（Ｄ）アミン系硬化促
進剤を主成分とするエポキシ樹脂組成物において、
（Ａ）エポキシ樹脂がオルソクレゾールノボラック型エ
ポキシ樹脂を主成分とし、かつ（Ｃ）無機充填材が含窒
素無機化合物８０〜９８重量％及び溶融シリカ２〜２０
重量％からなるものであることを特徴とする半導体封止
用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】含窒素無機化合物が、シリコンナイトラ
イド（ＳｉＮ）、アルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）
又はボロンナイトライド（ＢＮ）である請求項１記載の
半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】含窒素無機化合物が、溶融シリカで被覆
されている請求項１又は２記載の半導体封止用エポキシ
樹脂組成物。
【請求項４】溶融シリカの平均粒径が、０．２５〜２
５μｍである請求項１、２又は３記載の半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物。