JP2000290472A

JP2000290472A - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置

Info

Publication number: JP2000290472A
Application number: JP10347899A
Authority: JP
Inventors: Kenji Asami; 賢治浅見; Hiroshi Akimoto; 広秋本; Yukinori Nakajima; 之典中島
Original assignee: Toshiba Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1999-04-12
Filing date: 1999-04-12
Publication date: 2000-10-17
Anticipated expiration: 2019-04-12
Also published as: JP3874566B2

Abstract

(57)【要約】【課題】成形性、熱伝導率、耐湿性、半田耐熱性に優
れ、耐金型磨耗性も良好であり、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組成物及び半導体封
止装置を提供する。【解決手段】（Ａ）固形のエポキシ化合物、（Ｂ）固
形のフェノール性化合物、（Ｃ）次式で示されるチタネ
ート系カップリング剤、（但し、式中Ｒ¹、Ｒ²はアルキル基を表し、１≦ａ≦
４、１≦ｂ≦２）（Ｄ）最大粒径１００μｍ以下で平均
粒径６０μｍ以下のアルミナ粉末および（Ｅ）硬化促進
剤を必須成分とし、（Ｄ）のアルミナ粉末を樹脂組成物
に対して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、半田耐熱
性、成形性、特に薄肉部の充填性、耐金型磨耗性に優
れ、熱伝導率、熱放散性がよく、機械的特性にも優れる
という、特性バランスのとれた信頼性の高いエポキシ樹
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。この樹脂封止は、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、熱硬化性樹脂のなかでも信頼性と価格の点からエポ
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、毒性が少なく、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
の表面実装化と更なる大電力化に伴い、熱放散性がよ
く、半田耐熱性のある半導体封止樹脂の開発が要望され
てきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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、熱膨張係数が小
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
膨張係数が大きく、耐湿性に対する信頼性も悪くなると
いう欠点がある。更に、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、成形時に金型の磨
耗が大きいという欠点があった。従って、結晶性シリカ
粉末を用いる封止樹脂組成物の高熱伝導化にはおのずか
ら限界があった。また、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窒化ケイ素粉末とからなる
樹脂組成物も、熱伝導率が大きく熱放散性がよいという
特徴をもつ反面、シリカ粉末を用いた材料に比べて機械
的特性が低下し、また成形時に金型の磨耗が非常に大き
いという点で大きなデメリットがあった。

【０００４】本発明は、上記の欠点を解消するためにな
されたもので、流動性を損なわず、高充填でき、有機分
と無機分の界面強度が向上し、耐湿性、半田耐熱性、成
形性、特に薄肉部の充填性、耐金型磨耗性に優れ、熱伝
導率、熱放散性がよく、機械的特性にも優れるという、
特性バランスのとれた信頼性の高いエポキシ樹脂組成物
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】本発明者らは、上記の目
的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、特定のチタネ
ートカップリング剤を用いることによって、樹脂等の有
機分とアルミナ粉末等の無機分の双方との反応性を高
め、該カップリング剤で処理した最大粒径１００μｍ以
下で平均粒径６０μｍ以下のアルミナ粉末を用いること
で、上記の課題解決を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）エポキシ基を１分
子中に２個以上有する固形のエポキシ化合物、（Ｂ）フ
ェノール性水酸基を１分子中に２個以上有する固形のフ
ェノール性化合物、（Ｃ）次の一般式で示されるチタネ
ート系カップリング剤、

【化３】（但し、式中Ｒ¹、Ｒ²はアルキル基を表し、ａ、ｂは
整数で、１≦ａ≦４、１≦ｂ≦２の条件をそれぞれ満た
す）（Ｄ）最大粒径１００μｍ以下で平均粒径６０μｍ以下
のアルミナ粉末および（Ｅ）硬化促進剤を必須成分と
し、前記（Ｄ）のアルミナ粉末を全体の樹脂組成物に対
して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。

【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００８】本発明に用いる（Ａ）エポキシ化合物は、
エポキシ基を１分子中に２個以上有する固形のものであ
ればよい。この固形のエポキシ化合物としては、ビスフ
ェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、
トリフェニルメタン系エポキシ樹脂、ジシクロペンタジ
エン型エポキシ樹脂、フェノール系多官能エポキシ樹脂
等が挙げられるが、なかでもフェノールノボラック樹脂
の水酸基をエポキシ化したノボラック型エポキシ樹脂や
フェノール系多官能エポキシ樹脂が好適である。

【０００９】本発明に用いる（Ｂ）フェノール性化合物
は、１分子中にフェノール性水酸基を２個以上有する固
形のものであればよい。この固形の有機化合物として
は、フェノールノボラック樹脂が好適である。

【００１０】本発明に用いる（Ｃ）チタネート系カップ
リング剤としては、前記の一般式化３で示されるものが
使用される。具体的なものとしては、例えば、

【化４】

【化５】等が挙げられ、これらは単独又は２種以上混合して使用
することができる。また、公知のシランカップリング剤
と併用して使用することもできる。チタネート系カップ
リング剤の配合割合は、全体の樹脂組成物に対して０．
０１〜５重量％含有するように配合することが望まし
い。その割合が０．０１重量％未満では有機分と無機分
の境界強度の向上が図れず、また５重量％を超えると極
端に硬化性や成形性に劣り、好ましくない。

【００１１】本発明に用いる（Ｄ）最大粒径が１００μ
ｍ以下で平均粒径６０μｍ以下のアルミナ粉末として
は、不純物濃度が低いものが使用される。平均粒径６０
μｍを超えると耐湿性および成形性が劣り好ましくな
い。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％含有するように配合することが好
ましい。その割合が２５重量％未満では樹脂組成物の吸
湿性が高く、半田浸漬後の耐湿性に劣り、また９０重量
％を超えると極端に流動性が悪くなり、成形性に劣り好
ましくない。

【００１２】本発明に用いる（Ｅ）硬化促進剤として
は、（Ａ）のエポキシ化合物（ノボラック型エポキシ樹
脂など）のエポキシ基と（Ｂ）のフェノール性化合物
（フェノールノボラック樹脂など）の水酸基の硬化反応
を促進するものであればよく、リン系硬化促進剤、イミ
ダゾール系硬化促進剤、ＤＢＵ系硬化促進剤、その他の
硬化促進剤等を広く使用することができる。これらは単
独又は２種以上併用することができる。特に、軟化点１
００℃以上のアミン化合物、イミダゾール化合物、もし
くはリン化合物が好適である。具体的には、例えば、２
−（ジメチルアミノメチル）フェノール、２，４，６−
トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、ベンジル
ジメチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミン、
１，８−ジアザビシクロウンデセン等のアミン類、２−
メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−
ヘプタデシルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイ
ミダゾール等のイミダゾール類、トリフェニルホスフィ
ン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリブチルホスフ
ィン、メチルジフェニルホスフィン、ジブチルフェニル
ホスフィン、ジフェニルブチルホスフィン、トリス（パ
ラメトキシフェニル）ホスフィン、トリ（メタトリル）
ホスフィン、トリナフチルホスフィン、トリス（２，６
−ジメトキシフェニル）ホスフィン等のリン化合物等が
挙げられる。更に、これらの硬化促進剤は、予め軟化点
１００℃以上の滑剤に加熱混練し、その後粉砕して表面
被覆型の硬化促進剤として使用するのが好ましい。

【００１３】硬化促進剤の配合割合は、全体の樹脂組成
物に対して０．０１〜５重量％含有するように配合する
ことが望ましい。その割合が０．０１重量％未満では樹
脂組成物のゲルタイムが長く、硬化特性も悪くなり、ま
た、５重量％を超えると極端に流動性が悪くなって成形
性に劣り、さらに電気特性も悪くなり耐湿性に劣り好ま
しくない。

【００１４】本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した
エポキシ樹脂、フェノール樹脂、特定のチタネート系カ
ップリング剤、最大粒径が１００μｍ以下で平均粒径６
０μｍ以下のアルミナ粉末および硬化促進剤を必須成分
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、エステル類、パラ
フィン等の離型剤、三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、ゴム系やシリコーン系の低応
力付与剤等を適宜添加配合することができる。

【００１５】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、前述したエポキシ樹
脂、フェノール樹脂、特定のチタネート系カップリング
剤、最大粒径が１００μｍ以下で平均粒径６０μｍ以下
のアルミナ粉末、硬化促進剤およびその他の成分を配合
し、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またはニーダ等による混合
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。

【００１６】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。成形材料で封止後加熱して硬
化させ、最終的にはこ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。

【００１７】

【作用】本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体封止
装置は、前述したエポキシ樹脂とフェノール樹脂および
特定のアルミナ粉末に対して特定のチタネート系カップ
リング剤を用いることによって、樹脂界面を強化し、そ
の結果、機械的特性が向上し、耐湿性、半田耐熱性、成
形性、特に薄肉部の充填性、耐金型磨耗性に優れ、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
信頼性の高いものとすることができたものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に本発明を実施例によって具体
的に説明するが、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。

【００１９】実施例１最大粒径１００μｍ以下で平均粒径６０μｍ以下のアル
ミナ粉末８５．０％をヘンシェルミキサーに入れ、攪拌
しながら前述した化４のチタネート系カップリング剤
０．４％を加えて、上記のアルミナ粉末の表面処理をし
た。

【００２０】次に、ノボラック型エポキシ樹脂（エポキ
シ当量２００）７．６％、フェノールノボラック樹脂
（水酸基当量１０４）３．８％、トリフェニルホスフィ
ン０．５％、カルナバワックス類０．４％、カーボンブ
ラック０．３％および三酸化アンチモン２．０％を常温
で混合し、さらに９０〜１１０℃で混練冷却した後、粉
砕して成形材料（Ａ）を製造した。

【００２１】実施例２最大粒径１００μｍ以下で平均粒径６０μｍ以下のアル
ミナ粉末８５．０％をヘンシェルミキサーに入れ、攪拌
しながら前述した化４のチタネート系カップリング剤
０．４％を加えて、上記のアルミナ粉末の表面処理をし
た。

【００２２】次に、フェノール系多官能エポキシ樹脂
（エポキシ当量２１５）７．６％、フェノールノボラッ
ク樹脂（水酸基当量１０４）３．８％、トリフェニルホ
スフィン０．５％、カルナバワックス類０．４％、カー
ボンブラック０．３％および三酸化アンチモン２．０％
を常温で混合し、さらに９０〜１１０℃で混練冷却した
後、粉砕して成形材料（Ｂ）を製造した。

【００２３】実施例３最大粒径１００μｍ以下で平均粒径６０μｍ以下のアル
ミナ粉末８５．０％をヘンシェルミキサーに入れ、攪拌
しながら前述した化４のチタネート系カップリング剤
０．４％を加えて、上記のアルミナ粉末の表面処理をし
た。

【００２４】次に、フェノール系多官能エポキシ樹脂
（エポキシ当量１７０）７．６％、多官能ノボラック樹
脂（水酸基当量９７）３．８％、トリフェニルホスフィ
ン０．５％、カルナバワックス類０．４％、カーボンブ
ラック０．３％および三酸化アンチモン２．０％を常温
で混合し、さらに９０〜１１０℃で混練冷却した後、粉
砕して成形材料（Ｃ）を製造した。

【００２５】比較例１最大粒径１００μｍ以下で平均粒径６０μｍ以下のアル
ミナ粉末８５．０％をヘンシェルミキサーに入れ、攪拌
しながらエポキシシラン系カップリング剤０．４％を加
えて、上記のアルミナ粉末の表面処理をした。

【００２６】次に、ノボラック型エポキシ樹脂（エポキ
シ当量２００）７．６％、フェノールノボラック樹脂
（水酸基当量１０４）３．８％、トリフェニルホスフィ
ン０．５％、カルナバワックス類０．４％、カーボンブ
ラック０．３％および三酸化アンチモン２．０％を常温
で混合し、さらに９０〜１１０℃で混練冷却した後、粉
砕して成形材料（Ｄ）を製造した。

【００２７】比較例２最大粒径１００μｍ以下で平均粒径６０μｍ以下の溶融
シリカ粉末８５．０％をヘンシェルミキサーに入れ、攪
拌しながら前述した化４のチタネート系カップリング剤
０．４％を加えて、上記の溶融シリカ粉末の表面処理を
した。

【００２８】次に、ノボラック型エポキシ樹脂（エポキ
シ当量２００）７．６％、フェノールノボラック樹脂
（水酸基当量１０４）３．８％、トリフェニルホスフィ
ン０．５％、カルナバワックス類０．４％、カーボンブ
ラック０．３％および三酸化アンチモン２．０％を常温
で混合し、さらに９０〜１１０℃で混練冷却した後、粉
砕して成形材料（Ｅ）を製造した。

【００２９】比較例３最大粒径１１０μｍで平均粒径８０μｍのアルミナ粉末
８５．０％をヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら
前述した化３のチタネート系カップリング剤０．４％を
加えて、上記のアルミナ粉末の表面処理をした。

【００３０】次に、ノボラック型エポキシ樹脂（エポキ
シ当量２００）７．６％、フェノールノボラック樹脂
（水酸基当量１０４）３．８％、トリフェニルホスフィ
ン０．５％、カルナバワックス類０．４％、カーボンブ
ラック０．３％および三酸化アンチモン２．０％を常温
で混合し、さらに９０〜１１０℃で混練冷却した後、粉
砕して成形材料（Ｆ）を製造した。

【００３１】比較例４最大粒径１００μｍ以下の窒化ケイ素粉末８５．０％を
ヘンシェルミキサーに入れ、攪拌しながら前述した化４
のチタネート系カップリング剤０．４％を加えて、上記
の窒化ケイ素粉末の表面処理をした。

【００３２】次に、ノボラック型エポキシ樹脂（エポキ
シ当量２００）７．６％、フェノールノボラック樹脂
（水酸基当量１０４）３．８％、トリフェニルホスフィ
ン０．５％、カルナバワックス類０．４％、カーボンブ
ラック０．３％および三酸化アンチモン２．０％を常温
で混合し、さらに９０〜１１０℃で混練冷却した後、粉
砕して成形材料（Ｇ）を製造した。

【００３３】こうして製造した成形材料（Ａ）〜（Ｇ）
を用いて１７０℃に加熱した金型内にトランスファー注
入、半導体チップを封止し硬化させて半導体封止装置を
製造した。これらの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、表２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、機械的特
性が向上し、成形性、熱伝導率、耐湿性、半田耐熱性に
優れ、耐金型磨耗性も良好であり、本発明の顕著な効果
を確認することができた。

【００３４】

【表１】

【表２】（表１及び表２の注記について）＊１：１２０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分間のトランスファー成形を
し、充填性を評価した。○印…良好、△印…やや不良、
×印…不良。

【００３５】＊２：ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準じて１７５
℃におけるスパイラルフローを測定した。

【００３６】＊３：１７５℃，８０ｋｇ／ｃｍ²，２分
間のトランスファー成形をして成形品（試験片）をつく
り、１７５℃，８時間の後硬化を行い、ＪＩＳ−Ｋ−６
９１１に準じて試験した。

【００３７】＊４：＊２と同様な成形品を作り、適当な
大きさの試験片とし、熱分析装置を用いて測定した。

【００３８】＊５：半導体封止装置を、迅速熱伝導度計
（昭和電工製、商品名ＱＴＭ−ＭＤ）を用いて室温で測
定した。

【００３９】＊６：５．３×５．３ｍｍチップをＶＱＦ
Ｐ（１２×１２×１．４ｍｍ厚）パッケージに納め、成
形材料を用いて１７５℃，２分間のトランスファー成形
をした後、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％，４８時間の吸
湿処理をした後、増加した重量によって計算した。ま
た、これをエアーリフローマシン（Ｍａｘ２４０℃）に
通し、外部および内部クラックの有無を調査した。

【００４０】＊７：成形材料をプレヒートし、径０．５
ｍｍ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％
磨耗したときのショット数によって評価した。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明および表１、表２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、機械的特性が向上し、成形性、熱伝導率、耐
湿性、半田耐熱性に優れ、耐金型磨耗性も良好であり、
それらの特性バランスのとれた信頼性の高いものであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 (72)発明者中島之典埼玉県川口市領家５丁目14番25号東芝ケミカル株式会社川口工場内Ｆターム(参考） 4J002 CC04X CD00W CD02W CD05W CD06W DE147 EC076 EN028 EN068 EN108 EU098 EU118 EW018 EW026 EZ006 FD130 FD158 FD160 GQ05 4J036 AA01 AF01 DA02 DB06 DD07 FA02 JA07 4M109 AA01 BA01 CA21 EA02 EB03 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB19 EC01 EC03 EC05 EC06 EC20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）エポキシ基を１分子中に２個以上
有する固形のエポキシ化合物、（Ｂ）フェノール性水酸
基を１分子中に２個以上有する固形のフェノール性化合
物、（Ｃ）次の一般式で示されるチタネート系カップリ
ング剤、【化１】（但し、式中Ｒ¹、Ｒ²はアルキル基を表し、ａ、ｂは
整数で、１≦ａ≦４、１≦ｂ≦２の条件をそれぞれ満た
す）（Ｄ）最大粒径１００μｍ以下で平均粒径６０μｍ以下
のアルミナ粉末および（Ｅ）硬化促進剤を必須成分と
し、前記（Ｄ）のアルミナ粉末を全体の樹脂組成物に対
して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。
【請求項２】（Ａ）エポキシ基を１分子中に２個以上有
する固形のエポキシ化合物、（Ｂ）フェノール性水酸基
を１分子中に２個以上有する固形のフェノール性化合
物、（Ｃ）次の一般式で示されるチタネート系カップリ
ング剤、【化２】（但し、式中Ｒ¹、Ｒ²はアルキル基を表し、ａ、ｂは
整数で、１≦ａ≦４、１≦ｂ≦２の条件をそれぞれ満た
す）（Ｄ）最大粒径１００μｍ以下で平均粒径６０μｍ以下
のアルミナ粉末および（Ｅ）硬化促進剤を必須成分と
し、前記（Ｄ）のアルミナ粉末を全体の樹脂組成物に対
して２５〜９０重量％の割合で含有したエポキシ樹脂組
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。