JPH11269352A

JPH11269352A - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH11269352A
Application number: JP7464598A
Authority: JP
Inventors: Hisataka Ito; 久貴伊藤; Masayuki Sakamoto; 正幸坂本
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 1999-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】高熱伝導性およびトランスファー成形等の成形
時での流動性の双方に優れた半導体封止用エポキシ樹脂
組成物を提供する。【解決手段】エポキシ樹脂およびフェノール樹脂ととも
に下記の（Ｃ）成分を含有する半導体封止用エポキシ樹
脂組成物である。（Ｃ）粒度分布が下記の〜に示す累積重量百分率
（全体を１００重量％とした場合）に設定されている球
状アルミナ粉末。粒径１．０μｍ以下のものが４重量％以上。粒径１２μｍ以下のものが１５〜４５重量％。粒径２４μｍ以下のものが３５〜７０重量％。粒径４８μｍ以下のものが６５〜９５重量％。粒径１００μｍ以上のものが５重量％以下。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高熱伝導性および
トランスファー成形等の成形時での流動性の双方に優れ
た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】トランジスタ，ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
素子は、通常、セラミックパッケージもしくはプラスチ
ックパッケージ等により封止され半導体装置化されてい
る。上記セラミックパッケージは、構成材料そのものが
耐熱性を有し、耐透湿性にも優れているため、温度，湿
度に対して強く、信頼性の高い封止が可能である。しか
しながら、構成材料が比較的高価なものであることと、
量産性に劣るという欠点があるため、最近では上記プラ
スチックパッケージを用いた樹脂封止が主流になってい
る。この種のプラスチックパッケージ材料には、従来か
らエポキシ樹脂組成物が用いられている。このエポキシ
樹脂組成物は、電気絶縁性，機械的特性，耐薬品性等に
優れているため、信頼性が高く半導体装置の樹脂封止に
広く用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そして、このようなエ
ポキシ樹脂組成物に対して要求される特性の一つに熱伝
導性があげられるが、上記熱伝導性を向上させるために
球状アルミナ粉末を配合させることが従来から行われて
いる。その結果、上記球状アルミナ粉末を配合すること
により熱伝導性は向上して高熱伝導性という点において
は満足のいくものが得られるが、このエポキシ樹脂組成
物を封止材料として用いた場合、トランスファー成形時
の流動性に劣るという問題があった。

【０００４】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、高熱伝導性およびトランスファー成形等の成形
時での流動性の双方に優れた半導体封止用エポキシ樹脂
組成物の提供をその目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポ
キシ樹脂およびフェノール樹脂とともに下記の（Ｃ）成
分を含有するという構成をとる。（Ｃ）粒度分布が下記の〜に示す累積重量百分率
（全体を１００重量％とした場合）に設定されている球
状アルミナ粉末。粒径１．０μｍ以下のものが４重量％以上。粒径１２μｍ以下のものが１５〜４５重量％。粒径２４μｍ以下のものが３５〜７０重量％。粒径４８μｍ以下のものが６５〜９５重量％。粒径１００μｍ以上のものが５重量％以下。

【０００６】上記目的を達成するために、本発明者ら
は、半導体装置の封止に用いられるエポキシ樹脂組成物
の組成を中心に一連の研究を重ねた。その結果、上記特
定の粒度分布を有する球状アルミナ粉末〔（Ｃ）成分〕
を用いると、球状アルミナ粉末を用いることによる高熱
伝導性はもちろん、流動性においても満足のいく半導体
封止用のエポキシ樹脂組成物が得られることを見出し本
発明に到達した。

【０００７】そして、本発明において、上記球状アルミ
ナ粉末〔（Ｃ）成分〕とともにシリカ粉末を併用した場
合、高熱伝導性および低線膨張化が得られるようにな
る。

【０００８】また、本発明のエポキシ樹脂組成物におい
て、上記球状アルミナ粉末〔（Ｃ）成分〕に加えてブタ
ジエン系ゴム粒子を含有した場合、優れた高熱伝導性お
よび流動性とともに、低応力性に優れたものが得られる
ようになる。

【０００９】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明について詳しく説
明する。

【００１０】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、エポキシ樹脂（Ａ成分）と、フェノール樹脂（Ｂ成
分）と、特定の粒度分布を有する球状アルミナ粉末（Ｃ
成分）とを用いて得られるものであり、通常、粉末状も
しくはこれを打錠したタブレット状になっている。

【００１１】上記エポキシ樹脂（Ａ成分）は、１分子中
に２個以上のエポキシ基を有するものを用いることが好
ましく、例えば、クレゾールノボラック型エポキシ樹
脂，フェノールノボラック型エポキシ樹脂，ビスフェノ
ールＡノボラック型エポキシ樹脂，ビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂，ビフェニル型エポキシ樹脂があげられ
る。これらは、単独であるいは２種類以上併せて使用さ
れる。これらのなかでも、エポキシ当量が１００〜３０
０，軟化点が５０〜１３０℃のものが特に好適に用いら
れる。さらに、本発明に用いられるエポキシ樹脂（Ａ成
分）としては、上記条件に加え、耐湿信頼性という観点
から、イオン性不純物および加水分解性イオンの含有量
が少ないものほど特に好ましく用いられる。具体的に
は、遊離のナトリウムイオン濃度および塩素イオン濃度
がそれぞれ５ｐｐｍ以下であり、かつ加水分解性の塩素
イオン濃度が６００ｐｐｍ以下のエポキシ樹脂である。

【００１２】上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とともに用い
られるフェノール樹脂（Ｂ成分）は上記エポキシ樹脂の
硬化剤として作用するものであって、特に限定するもの
ではなく各種フェノール樹脂が用いられる。例えば、フ
ェノールノボラック樹脂があげられ、なかでも、このフ
ェノールノボラック樹脂として、水酸基当量が７０〜１
５０、軟化点が５０〜１１０℃のものを用いることが好
ましい。

【００１３】上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とフェノール
樹脂（Ｂ成分）との配合割合は、上記エポキシ樹脂中の
エポキシ基１当量当たりフェノール樹脂中の水酸基が
０．５〜２．０当量となるように設定することが好まし
い。より好ましくは、０．８〜１．２当量の範囲であ
る。

【００１４】上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられ
る球状アルミナ粉末（Ｃ成分）は、下記の〜に示す
累積粒度分布（全体を１００重量％とする）に設定され
た粒度分布を有している。すなわち、このような累積粒
度分布を有することにより、高熱伝導性とともに優れた
流動性をも備えるようになり、下記の累積粒度分布を外
れた球状アルミナ粉末では本発明の目的とする優れた流
動性が得られない。なお、下記に示す累積粒度分布は、
例えば、の粒径１２μｍ以下のものが１５〜４５重量
％とは、この累積重量％には、の粒径１．０μｍ以下
のものも含む趣旨である。したがって、の粒径２４μ
ｍ以下のものには、の粒径１．０μｍ以下のもの、お
よび、粒径１２μｍ以下のものも含まれる。粒径１．０μｍ以下のものが４重量％以上。粒径１２μｍ以下のものが１５〜４５重量％。粒径２４μｍ以下のものが３５〜７０重量％。粒径４８μｍ以下のものが６５〜９５重量％。粒径１００μｍ以上のものが５重量％以下。

【００１５】上記の粒径１００μｍ以上のものについ
て、その粒径の範囲は、１００μｍ以上１３０μｍ以下
の範囲が好適である。

【００１６】そして、本発明に用いられる球状アルミナ
粉末は、上記のような特定の粒度分布を有するととも
に、平均粒径が１０〜５０μｍの範囲であることが好ま
しく、より好ましくは平均粒径１５〜４０μｍである。

【００１７】さらに、本発明においては、上記球状アル
ミナ粉末のみで無機質充填剤成分を構成してもよいし、
上記球状アルミナ粉末とともに、シリカ粉末を併用して
もよい。このように、球状アルミナ粉末とともにシリカ
粉末を併用することにより、封止材料の低コスト化が図
られる。上記シリカ粉末としは、具体的には、結晶性シ
リカ粉末，溶融シリカ粉末があげられる。これらは、単
独であるいは併せて用いられる。そして、得られる製品
の熱伝導率を考慮した場合、シリカ粉末としては、結晶
性シリカ粉末を用いることが好ましく、なかでも、結晶
性摩砕シリカ粉末が好ましく用いられる。上記シリカ粉
末に関して、流動性を考慮した場合、平均粒径５〜５０
μｍの範囲のものを用いることが好ましく、特に好まし
くは平均粒径１０〜３０μｍの範囲である。

【００１８】上記球状アルミナ粉末（Ｃ成分）の含有量
は、エポキシ樹脂組成物全体に対して５０〜９２重量％
の範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは７０
〜８８重量％である。すなわち、球状アルミナ粉末（Ｃ
成分）の含有量が少な過ぎると、充分な熱伝導性および
低線膨張化，樹脂強度が得られ難く、逆に多過ぎると充
分な流動性が得られ難い傾向がみられるからである。ま
た、球状アルミナ粉末とともにシリカ粉末を併用する場
合も、併用した場合の合計量が上記球状アルミナ粉末の
配合量とみなし上記と同様の配合量の設定となる。

【００１９】また、上記球状アルミナ粉末（Ｃ成分）と
ともにシリカ粉末を併用する場合において、球状アルミ
ナ粉末とシリカ粉末を併用する場合の両者の混合割合
は、重量基準で、〔シリカ粉末重量／（シリカ粉末重量
＋アルミナ粉末重量）〕×１００＝１０〜５０重量％の
範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは２０〜
４０重量％である。すなわち、シリカ粉末の混合割合が
上記設定を上回ると、充分な熱伝導性が得られ難いとい
う傾向がみられる。

【００２０】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
においては、上記Ａ〜Ｃ成分とともに、さらにブタジエ
ン系ゴム粒子を配合してもよい。上記ブタジエン系ゴム
粒子を配合することにより、半導体パッケージに対して
低応力化作用および耐熱衝撃性が付与される。そして、
ブタジエン系ゴム粒子としては、例えば、メチルメタク
リレート−ブタジエン−スチレン共重合樹脂を用いるこ
とが他の樹脂成分の反応性という点から好ましく用いら
れる。さらに、上記３元共重合樹脂であるメチルメタク
リレート−ブタジエン−スチレン共重合樹脂以外に、ア
クリル酸メチル−ブタジエン−スチレン、アクリル酸メ
チル−ブタジエン−ビニルトルエン、ブタジエン−スチ
レン、メタクリル酸メチル−ブタジエン−ビニルトルエ
ン、ブタジエン−ビニルトルエン等があげられる。上記
メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン共重合樹
脂において、なかでも、ブタジエンの組成比率が７０重
量％以下、メタクリル酸メチルの組成比率が１５重量％
以上のものが好ましい。

【００２１】上記ブタジエン系ゴム粒子の配合量は、エ
ポキシ樹脂組成物全体に対して０．１〜５重量％の範囲
に設定することが好ましく、特に好ましくは０．５〜２
重量％である。すなわち、ブタジエン系ゴム粒子の含有
量が少な過ぎると、充分な低応力性が得られ難く、逆に
多過ぎると、粘度の上昇や流動性の低下傾向がみられる
からである。

【００２２】さらに、本発明の半導体封止用エポキシ樹
脂組成物には、上記Ａ〜Ｃ成分およびブタジエン系ゴム
粒子に加えて、必要に応じて、シランカップリング剤，
硬化促進剤，離型剤，難燃剤，難燃助剤，カーボンブラ
ック等の着色剤等の各種添加剤が適宜配合される。

【００２３】上記シランカップリング剤は、γ−グリシ
ドキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，４−エ
ポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等が
あげられる。

【００２４】上記硬化促進剤は、２−メチルイミダゾー
ル等のイミダゾール類，三級アミン類，有機リン化合物
等があげられる。

【００２５】上記離型剤は、ステアリン酸，パルミチン
酸等の長鎖カルボン酸、ステアリン酸亜鉛，ステアリン
酸カルシウム等の長鎖カルボン酸の金属塩、カルナバワ
ックス，モンタンワックス等のワックス類等があげられ
る。

【００２６】上記難燃剤は、ノボラック型ブロム化エポ
キシ樹脂，ビスフェノールＡ型ブロム化エポキシ樹脂等
があげられる。

【００２７】上記難燃助剤は、三酸化アンチモン，五酸
化アンチモン等があげられる。

【００２８】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
には、上記添加剤の他に、さらに、耐湿信頼性テストに
おける信頼性向上を目的として、ハイドロタルサイト類
等のイオントラップ剤等を配合してもよい。

【００２９】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、例えば、つぎのようにして製造することができる。
すなわち、上記エポキシ樹脂（Ａ成分），フェノール樹
脂（Ｂ成分），球状アルミナ粉末（Ｃ成分）、さらに場
合によりブタジエン系ゴム粒子ならびに必要に応じて各
種の添加剤をそれぞれ適宜の割合で配合し、予備混合す
る。そして、ミキシングロール機等の混練機により加熱
状態で混練して溶融混合する。ついで、これを室温に冷
却した後、公知の手段によって粉砕し、必要に応じて打
錠するという一連の工程により製造することができる。

【００３０】また、上記半導体封止用エポキシ樹脂組成
物は、例えば、ブタジエン系ゴム粒子を用いる場合、つ
ぎのような予備混合を経て加熱等により溶融混練した
後、製造することもできる。すなわち、まず、ブタジエ
ン系ゴム粒子の少なくとも一部と、フェノール樹脂（Ｂ
成分）の少なくとも一部とを予め予備混合する。つい
で、この予備混合物に、残りの残余成分を配合し、加熱
等により溶融混練する。ついで、これを室温に冷却した
後、公知の手段によって粉砕し、必要に応じて打錠する
という一連の工程により製造することができる。

【００３１】上記予備混合を経由する製造工程では、ブ
タジエン系ゴム粒子の全部とフェノール樹脂（Ｂ成分）
の全部とを予め予備混合するという工程を経由すること
が好ましい。

【００３２】上記のように、エポキシ樹脂組成物の製造
工程において、ブタジエン系ゴム粒子と樹脂成分とを予
備混合し、ついで残余成分を配合する工程を経由する
と、ブタジエン系ゴム粒子の二次凝集物が生成され易い
という傾向が抑制され、上記ブタジエン系ゴム粒子を均
一に分散させることができる。

【００３３】上記予備混合を経由する製造工程におい
て、予備混合した後、この予備混合物に残余成分を配合
するとあるが、この残余成分とは、予備混合工程で用い
なかった成分、すなわち、球状アルミナ粉末（Ｃ成分）
および他の添加剤はもちろん、予めブタジエン系ゴム粒
子とフェノール樹脂（Ｂ成分）とを予備混合する際に、
上記ブタジエン系ゴム粒子が全使用量の一部であった場
合は、残りのブタジエン系ゴム粒子を含み、上記フェノ
ール樹脂が全使用量の一部であった場合は、残りのフェ
ノール樹脂を含む。

【００３４】上記製造方法により得られるエポキシ樹脂
組成物を用いての半導体素子の封止方法は、特に制限さ
れるものではなく、通常のトランスファー成形等の公知
のモールド法により行うことができる。これにより得ら
れた半導体装置は、その封止パッケージが高熱伝導性を
有し、しかもトランスファー成形時等において流動性に
優れているため、信頼性の高い半導体装置が得られる。

【００３５】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００３６】まず、エポキシ樹脂組成物の調製に先立っ
て、下記の表１に示す、下記の成分を準備した。

【００３７】〔エポキシ樹脂〕ｏ−クレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９５、軟化点７０
℃）

【００３８】〔フェノール樹脂〕フェノールノボラック
樹脂（水酸基当量１０５、軟化点８３℃）

【００３９】〔硬化促進剤〕１，８−ジアザビシクロ
〔５，４，０〕ウンデセン−７

【００４０】〔球状アルミナα，β〕まず、下記に示す
球状アルミナ粉末，およびを準備した。そして、
これら３種類の球状アルミナ粉末を下記の表１に示す配
合割合で混合することにより粒度分布の異なる２種類の
球状アルミナ粉末α，β（混合物）を作製した。得られ
た２種類の球状アルミナ粉末α，βの粒度分布の累積重
量百分率および平均粒径を下記の表１に示す。

【００４１】球状アルミナ粉末：平均粒径３４．３μ
ｍ１０μｍ以下が１２重量％１２μｍ以下が１４重量％２４μｍ以下が３５重量％４８μｍ以下が６９重量％１００μｍ以下が９０重量％

【００４２】球状アルミナ粉末：平均粒径８．７μｍ１０μｍ以下が２８重量％１２μｍ以下が３０重量％２４μｍ以下が６９重量％４８μｍ以下が９４重量％１００μｍ以下が１００重量％

【００４３】球状アルミナ粉末：平均粒径０．８μｍ０．５μｍ以下が３０重量％１μｍ以下が８２重量％３μｍ以下が１００重量％

【００４４】

【表１】

【００４５】〔溶融球状シリカ粉末ａ〕平均粒径２９μ
ｍの溶融球状シリカ粉末

【００４６】〔結晶性シリカ粉末ｂ〕平均粒径２３μｍ
の結晶性摩砕シリカ粉末

【００４７】〔シランカップリング剤〕γ−グリシドキ
シプロピルトリメトキシシラン

【００４８】〔ブタジエン系ゴム粒子〕メチルメタクリ
レート−ブタジエン−スチレン共重合樹脂（平均粒径
０．２μｍ）

【００４９】〔離型剤〕カルナバワックスとポリエチレ
ンワックスの混合物（混合重量比：カルナバワックス／
ポリエチレンワックス＝８０／２０）

【００５０】〔難燃剤〕ノボラック型ブロム化エポキシ
樹脂（エポキシ当量２７５、軟化点８４℃）

【００５１】〔難燃助剤〕三酸化アンチモン

【００５２】

【実施例１〜８、比較例１〜２】下記の表２〜表３に示
す原料を同表に示す割合で配合し、ミキシングロール機
を用いて１００℃で３分間混練してシート状組成物を得
た。そして、このシート状組成物を粉砕し、目的とする
粉末状エポキシ樹脂組成物を得た。

【００５３】

【表２】

【００５４】

【表３】

【００５５】上記各エポキシ樹脂組成物を用いて、スパ
イラルフロー値，弾性率および熱伝導率を下記の方法に
従って測定した。その結果を後記の表４〜表６に示す。

【００５６】〔スパイラルフロー値〕ＥＭＭＩ規格に準
じた金型を使用し、１７５℃×７０ｋｇ／ｃｍ²の条件
で測定した。

【００５７】〔弾性率〕ＪＩＳＫ−６９１１に準じた
曲げ試験片を、１７５℃×１２０秒で成形し、１７５℃
×５時間でポストキュアした。これを島津製作所社製の
オートグラフを用いて曲げ試験を行い、その傾きから弾
性率を求めた。

【００５８】〔熱伝導率〕８０×５０×２０ｍｍの成形
物を用い、京都電子工業社製のＱＴＭ−Ｄ３を用いて熱
伝導率を測定した。

【００５９】

【表４】

【００６０】

【表５】

【００６１】

【表６】

【００６２】上記表４〜表６より、実施例品は比較例品
と比べてスパイラルフロー値が高く良好な流動性を有し
ていることがわかる。さらに、熱伝導率も高く、これら
のことから、流動性および高熱伝導性の双方に対して優
れたものであることは明らかである。また、ブタジエン
系ゴム粒子を配合した実施例４〜６品では、流動性およ
び高熱伝導性に優れていることはもちろん、低弾性率で
あり、低応力性をも兼ね備えたものであることがわか
る。これに対して、本発明の特徴的構成である粒度分布
を外れた球状アルミナβを用いた比較例１品は熱伝導率
は高かったが、スパイラルフロー値が低く、流動性に劣
っていた。また、充填剤として球状アルミナ粉末を用い
ずに結晶性シリカ粉末のみを用いた比較例２品は、熱伝
導率が低く、しかもスパイラルフロー値が低く、流動性
および高熱伝導性の双方とも劣っていた。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、本発明は、エポキシ樹脂
（Ａ成分），フェノール樹脂（Ｂ成分），特定の粒度分
布を有する球状アルミナ粉末（Ｃ成分）を含む半導体封
止用エポキシ樹脂組成物である。このため、このエポキ
シ樹脂組成物は良好な高熱伝導性を有するとともに、優
れた流動性を備えている。したがって、トランスファー
成形等の封止作業の作業性に優れ、半導体装置の製造効
率が向上し、信頼性に優れた半導体装置が得られる。

【００６４】そして、上記球状アルミナ粉末（Ｃ成分）
とともにシリカ粉末を併用して無機質充填剤成分とした
場合、高熱伝導性および低線膨張化が得られるようにな
る。

【００６５】さらに、本発明の半導体封止用エポキシ樹
脂組成物が、上記Ａ〜Ｃ成分に加えて、ブタジエン系ゴ
ム粒子を含有する場合、優れた高熱伝導性および流動性
とともに、低応力性に優れたものが得られるようにな
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０８Ｋ 3/36 Ｃ０８Ｋ 3/36 Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 //(Ｃ０８Ｌ 63/00 9:00）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂およびフェノール樹脂とと
もに下記の（Ｃ）成分を含有することを特徴とする半導
体封止用エポキシ樹脂組成物。（Ｃ）粒度分布が下記の〜に示す累積重量百分率
（全体を１００重量％とした場合）に設定されている球
状アルミナ粉末。粒径１．０μｍ以下のものが４重量％以上。粒径１２μｍ以下のものが１５〜４５重量％。粒径２４μｍ以下のものが３５〜７０重量％。粒径４８μｍ以下のものが６５〜９５重量％。粒径１００μｍ以上のものが５重量％以下。
【請求項２】上記（Ｃ）成分である球状アルミナ粉末
とともにシリカ粉末を併用してなる請求項１記載の半導
体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】上記エポキシ樹脂、フェノール樹脂およ
び（Ｃ）成分に加えて、さらにブタジエン系ゴム粒子を
含有する請求項１または２記載の半導体封止用エポキシ
樹脂組成物。