JPS6243415A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置

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JPS6243415A
JPS6243415A JP60181849A JP18184985A JPS6243415A JP S6243415 A JPS6243415 A JP S6243415A JP 60181849 A JP60181849 A JP 60181849A JP 18184985 A JP18184985 A JP 18184985A JP S6243415 A JPS6243415 A JP S6243415A
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silicon nitride
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resin
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Hirotoshi Iketani
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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた
樹脂封止型半導体装置に関し、特に高熱伝導性の対土用
エポキシ樹脂およびそれを用いた樹脂封止型半導体装置
に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
エポキシ樹脂組成物は集積回路(IC) 、  大規漠
集積回路(LSI)、)ランジスタなどの半導体デバイ
スやI子回路、あるいは他の部品を封止するために広く
用いらtている。
エポキシ樹脂組成物で発熱性の半導体デバイスや電子部
品等を封止した場合に、内部に発生した熱を効果的に外
部に発散させる必要があり、そのために高熱伝導性の封
止用エポキシ樹脂組成物が求められている。しかし従来
のシリカを充てん剤として用いたエポキシ樹脂組成物で
は充分な熱伝導性を得ることが困難であった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、高熱伝導性の封止用エポキシ樹脂組成
物およびそれを用いた樹脂封止型半導体装置を提供する
ことにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するために、本発明者は充てん剤として
シリカでなく窒化ケイ素を用いて研究を重ねた結果、窒
化ケイ素のうちβ型の結晶構造をもつものに限って、そ
れを充てん剤として用いた場合に高熱伝導性の封止用エ
ポキシ樹脂組成物が得られることを見出し、本発明を完
成させるに至った。
すなわち本発明は ノボラック型フェノール樹脂 である特許請求のフェノール性水酸基を有する硬化剤お
よび (c)β型窒化ケイ素 を含むことを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物であ
り、またそれを用いて半導体デバイスを封止した樹脂封
止型半導体装置である。
上記エポキシ樹脂は通常知られているものであり、特に
限定されない。例えばビスフェノールA型エポキシ樹脂
、フェノールノボラック型エポキシ樹脂などグリシジル
エーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキ
シ樹脂、グリシジルアミン型エポキ7樹脂、線状脂肪族
エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ
樹脂、ノ・ロゲン化エポキシ樹脂など一分子中にエポキ
シ基を2個以上有するエポキシ樹脂が挙げられる。しか
してこれらエポキシ樹脂は1種もしくは2種以上の混合
系で用いてもよい。更に好ましいエポキシ樹脂は、エポ
キシ当−1170〜300のノボラック型エポキシ樹脂
であって、たとえばフェノールノボラック型エポキシ樹
脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ハロゲン化
フェノールノボラック型エポキシ樹脂などである。これ
らエポキシ樹脂は、塩素イオンの含有量が1Qppln
以下、加水分解性塩素の含有量が0.1重量%以下のも
のが望ましい。その理由は10ppmを越える塩素イオ
ンあるいは0.13[i%を越える加水分解性塩素が含
まれると、封止された半導体素子のアルミニウム電極が
腐蝕されやすくなるためである。
本発明において用いられる1分子中に2個以上のフェノ
ール性水酸基を有する硬化剤とは、フェノール樹脂、ポ
リオキシスチレン、フェノールアラルキル樹脂および多
価フェノール化合物であって、具体的に例示すると、フ
ェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、
tert−ブチルフェノールノボラックi14 +1旨
、ノニルフェノ−7゛レノボラツク樹脂などのノボラッ
ク型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、ポリ
パラオキシスチレンなどのポリオキシスチレン、ビスフ
ェノールA等およびこれらの化合物の)・ロゲン化物等
である。これらの中でもノボラック型フェノール樹脂フ
ェノールアラルキル樹脂およびポリオキシスチレンが最
も好ましい。またこれらの硬化剤は1種もしくは2種以
上の混合系で使用することができる。
エポキシ樹脂と上記硬化剤の配合比については、硬化剤
のフェノール性水酸基数とエポキシ樹脂のエポキシ基数
の比(フェノール性水酸基数/エポキシ基a)が0.5
〜1.5 の範囲内にあるように配合することが望まし
い。その理由は上記範囲外では反応が充分におこりK<
 <なり、硬化物の特性が劣化しやすくなるためである
本発明で用いられる窒化ケイ素は、窒化ケイ素の結晶系
として知られているαを、β型のうちのひとつであるβ
聾金主1本とする窒化ケイ素に限られ、α型の窒化ケイ
素では本発明の効果が得られない。工業的には純粋のα
型、β型の結晶系を得ることは困難で一般的にはα相と
β相が混在している。
結晶中に含まれるβ型の割合がα型に比べ充分に大きけ
ればβ型の効果が得られ、実質的にβ型窒化ケイ素とみ
なすことができる。結晶中にβ型結晶系の含まれる割合
をβ率として表わすと、β率が80%以上であれば本発
明のβ型窒化ケイ素とみなすことができる。更に好まし
いのはβ率が90%以上の窒化ケイ素である。
本発明において、β型窒化ケイ素はエポキシ樹脂組成物
中VC60重量エポキシ樹脂であることが望ましい。こ
れより少いと充分な熱伝導性が得られないためである。
β型窒化ケイ素の粒度分布としては平均粒径が1〜io
oμm1最大粒径が500μm以下の粉末が好ましい。
β型窒化ケイ素はシランカップリング剤等の表面処理剤
で処理することにより、エポキシ樹脂組成物の特性を更
に改善できる。
他の充てん剤(シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム等々
)を併用することはさしつかえないが、組成物の熱伝導
度があまり下がらないように配慮して用いる必要がある
本発明の対土用エポキシ樹脂組成物には硬化促進剤を配
合することが好ましい。硬化促進剤は、硬化時間の短縮
と、硬化物の特性向上のために有用である。本発明にお
いて一般に知られている硬化促進剤を用いることができ
るが、高信頼性の封止用エポキシ樹脂および樹脂封止型
半導体装置を得るためKは、有機ホスフィン化合物を用
いることが望ましい。
有機ホスフィン化合物としては、式: において几、〜几、がすべて有機基である第3ホスフィ
ン化合物、凡、のみ水素である第2ホスフィン化合物、
鳥、鳥がともに水素である第1ホスフィン化合物がある
。具体的にはトリフェニルホスフィン、トリブチルホス
フィン、トリシクロヘキシルホスフィン、メチルジフェ
ニルホスフィン、ブチルフェニルホスフィン、ジフェニ
ルホスフィン、フェニルホスフィン、オクチルホスフィ
ンナトテある。また几、が有機ホスフィンを含む有機基
であっテモヨい。たとえば1,2−ビス(ジフェニルホ
スフィノ)エタン、ビス(ジフェニルホスフィノ)メタ
ンなどである。これらの中でもアリールホスフィン化合
物が好ましく、特にトリフェニルポスフィン、トリトリ
ルホスフィン、1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)
エタン、ビス(ジフェニルホスフィノ)メタンなどが最
も好ましい。またこれらの有機ホスフィン化合物は1種
もしくは2種以上の混合系で用いてもよい。しかしてこ
の有機ホスフィン化合物の組成比は一般に樹脂分(エポ
キシ樹脂と硬化剤)の0.01〜20重1%の範囲内で
よいが特に好ましい特性は0.01〜5重量にの範囲内
で得られる。
本発明の封止用エポキシ樹脂組成物には、更に必要に応
じて、他の添加剤、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、エステル類も
しくはパラフィン類などの離型剤、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
モンなどの離燃剤、カーボンブラックなどの着色剤、シ
ランカップリング剤などを適宜添加配合しても差支えな
い。上述した封止用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は、所定の組成比に選ん
だ原料組成分を例えばミキサーによって充分混合後、さ
らに熱ロールによる溶融混合処理、またはニーダ−など
による混合処理を加えることによゆ容易にエポキシ樹脂
成形材料を得ることができる。
本発明の樹脂封止型半導体装置は、上記封止用エポキシ
樹脂組成物を用いて半導体装置を封止することにより容
易に製造することができる。封止の最も一般的な方法と
しては低圧トランスファ成形法があるが、インジェクシ
ョン成形、圧縮成形。
注型などK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樹脂封止型半導体装置を得
ることができる。硬化に際しては150℃以上に加熱す
ることが特に望ましい。
〔発明の実施例〕
実施例 1〜3 エポキシ当量200のクレゾールノボラック型エボキン
樹”:”tl(エボキ・ン+1ス;:旨A)、 エポキシ当量290の臭素化エボキンノボラノク樹脂(
エボキン!1it、1旨B)、 分子1700のフェノールノボラック樹脂硬化剤、充て
ん剤としてβ−$95写の窒化ケイ素(β型窒化ケイ素
〔1〕)、β率90%の窒化ケイ素(β型窒化ケイ素〔
n〕)、α率90写の窒化ケイ素(α型窒化ケイ素〔1
〕)、α率70!Xの窒化ケイ素(α型窒化ケイ素〔n
〕)、結晶性シリカ粉末、溶融シリカ粉末、 トリフェニルホスフィン硬化促進剤、三酸化アンチモン
、カルナバワックス、カーボンブラック、シランカップ
リング剤(−グリシドキシプロビルトリメトキシシラン
)、を第1表に示す組成(重量部)に選んだ。充てん剤
については組成物中の体積%と1坩にを表中に付記して
相互に比較できるようにした。
これらの組成物をミキサーによる混合、加熱ロールによ
る混練を行うことにより比較例を含め10穐のトランス
ファ成形材料を調製した。
上記成形材料を用いて、トランスファ成形機でパワーI
C(集積回路)を樹脂封止し、成形性を調べた。その結
果を第2表に示した。トランスファ成形は予熱機で90
℃に加熱した成形材料を180℃で3分間モールドする
ことにより行りた。
第2表 ○・・・樹脂封止型半導体装置を得た。
X・・・成形材料の流動性が悪く、キャビティに充てん
しないため樹脂封止できなかった。
第2表に示したように、α型結晶系の窒化ケイ素及び充
てん剤73体積%のシリカの組成物は流動性が悪くトラ
ンスファ成形できないため、成形体が得られなかった。
残りの6種については、得られた成形体の熱伝導度を測
定した。その結果を第3表に示した。熱伝導度はレーザ
ーフラッシュ法を用い、室温(23℃)で測定した。
第3表 〔発明の効果〕 上記実施例から明らかなようK、α型窒化ケイ素を用い
た場合には高熱伝導性の封止用エポキシ樹脂組成物を得
ることができず、またシリカを用いても熱伝導度が50
×l0−40aL/rR3℃程度までは得ることができ
るがそれ以上に熱伝導度を上げることは困難である。そ
れに対し本発明のβ型窒化ケイ素を用いるとその2倍程
度熱伝導度を向上させることができる。従って本発明に
より高熱伝導性の封止用エポキシ樹脂組成物およびそれ
を用いた樹脂封止型半導体装置を提供でき、その工業的
価値は犬でちる。
代理人 弁理士 則 近 艇 佑 同    竹 花 喜久男 手続補正書(自発)

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)(a)エポキシ樹脂 (b)1分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有す
    る硬化剤および (c)β型窒化ケイ素 を含むことを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物。
  2. (2)該エポキシ樹脂が、エポキシ当量170〜300
    のノボラック量エポキシ樹脂である特許請求の範囲第1
    項記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
  3. (3)該硬化剤がノボラック型フェノール樹脂である特
    許請求の範囲第1項記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
  4. (4)該β型窒化ケイ素のβ率が80%以上である特許
    請求の範囲第1項記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
  5. (5)該β型窒化ケイ素が組成物中に60重量%以上含
    有されている特許請求の範囲第1項記載の封止用エポキ
    シ樹脂組成物。
  6. (6)該β型窒化ケイ素が平均粒径が1〜100μmの
    粉末である特許請求の範囲第1項記載の封止用エポキシ
    樹脂組成物。
  7. (7)該エポキシ樹脂組成物が、更に有機ホスフィンを
    含む特許請求の範囲第1項記載の封止用エポキシ樹脂組
    成物。
  8. (8)半導体デバイスが (a)エポキシ樹脂 (b)1分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有す
    る硬化剤および (c)β型窒化ケイ素 を含むエポキシ樹脂組成物によって封止されてなること
    を特徴とする樹脂封止型半導体装置。
  9. (9)該エポキシ樹脂が、エポキシ当量170〜300
    のノボラック型エポキシ樹脂である特許請求の範囲第8
    項記載の樹脂封止型半導体装置。
  10. (10)該硬化剤がノボラック型フェノール樹脂である
    特許請求の範囲第8項記載の樹脂封止型半導体装置。
  11. (11)該β型窒化ケイ素のβ型が80%以上である特
    許請求の範囲第8項記載の樹脂封止型半導体装置。
  12. (12)該β型窒化ケイ素が組成物中に60重量%以上
    含有されている特許請求の範囲第8項記載の樹脂封止型
    半導体装置。
  13. (13)該β型窒化ケイ素が平均粒径が1〜100μm
    の粉末である特許請求の範囲第8項記載の樹脂封止型半
    導体装置。
  14. (14)該エポキシ樹脂組成物が更に有機ホスフィンを
    含む特許請求の範囲第8項記載の樹脂封止型半導体装置
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