JP2002309067A - 封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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JP2002309067A
JP2002309067A JP2001116388A JP2001116388A JP2002309067A JP 2002309067 A JP2002309067 A JP 2002309067A JP 2001116388 A JP2001116388 A JP 2001116388A JP 2001116388 A JP2001116388 A JP 2001116388A JP 2002309067 A JP2002309067 A JP 2002309067A
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epoxy resin
resin composition
sealing
semiconductor device
mold
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Hironori Ikeda
博則 池田
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Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱伝導率が高い硬化物が得られ、金型磨耗が
少なくて、成形性が良好な封止用エポキシ樹脂組成物を
提供する。また、熱伝導率が高い封止材で封止されてい
て、且つ充填不良の発生が少ない半導体装置を提供す
る。 【解決手段】 エポキシ樹脂と、硬化剤と、硬化促進剤
と、離型剤と、結晶シリカを含有してなる封止用エポキ
シ樹脂組成物において、さらに、水で抽出されるNaイ
オンが10ppm以下であり、ワーデルの球形度が0.
75以上である球状アルミナを含有していることを特徴
とする封止用エポキシ樹脂組成物。この封止用エポキシ
樹脂組成物を用いて、半導体素子を封止してなる半導体
装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置等の電
子部品を製造する際に、半導体素子等を封止するのに使
用する封止用エポキシ樹脂組成物及びその封止用エポキ
シ樹脂組成物を用いて製造した半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、半導体素子等を封止する封止
材として、セラミックや熱硬化性樹脂組成物が用いられ
ている。なかでもエポキシ樹脂組成物を封止材に用いる
方法が経済性と性能のバランスの点で好ましく、広く使
用されている。半導体素子の樹脂封止は、例えばリード
フレームに半導体素子を搭載し、その半導体素子とリー
ドフレームをボンディングワイヤー等を用いて電気的に
接続し、金型を使用して半導体素子全体及びリードフレ
ームの一部を樹脂で封止することにより行われる。この
ような樹脂封止の方法としては、トランスファー成形法
が一般的に用いられている。実際の生産現場においては
成形を連続的に行っている。連続的に成形を行うと、金
型のランナーやゲート部が磨耗によって、損傷するた
め、損傷した部分を修復することが必要となり、生産コ
ストアップの要因となる。特に、高熱伝導性が要求され
る用途の場合には、封止材中に結晶シリカやアルミナ等
の硬度が高い充填材を含有させるため、金型磨耗が著し
くなる。また、アルミナは結晶シリカより熱伝導性が高
いため有用な材料であるが、一般に水で抽出されるNa
イオン等のイオン性不純物量が結晶シリカより多いた
め、成形した場合に離型不良や、ピンホール(ボイド)
発生が多くなり、成形性が劣る傾向がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
に鑑みて成されたもので、その目的とする所は、熱伝導
率が高い硬化物が得られる封止用エポキシ樹脂組成物で
あって、金型磨耗が少なくて、成形性が良好な封止用エ
ポキシ樹脂組成物を提供すること及び熱伝導率が高い封
止材で封止されていて、且つピンホール(ボイド)等の
充填不良の発生が少ない半導体装置を提供することであ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明の封
止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤
と、硬化促進剤と、離型剤と、結晶シリカを含有してな
る封止用エポキシ樹脂組成物において、さらに、水で抽
出されるNaイオンが10ppm以下であり、ワーデル
の球形度が0.75以上である球状アルミナを含有して
いることを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物であ
る。
【0005】請求項2に係る発明の封止用エポキシ樹脂
組成物は、球状アルミナの平均粒径が1μm〜50μm
であることを特徴とする請求項1記載の封止用エポキシ
樹脂組成物である。
【0006】請求項3に係る発明の封止用エポキシ樹脂
組成物は、硬化促進剤として融点が200℃以上のイミ
ダゾール類を用いることを特徴とする請求項1又は請求
項2記載の封止用エポキシ樹脂組成物である。
【0007】請求項4に係る発明の半導体装置は、請求
項1〜請求項3の何れかに記載の封止用エポキシ樹脂組
成物を用いて、半導体素子を封止してなる半導体装置で
ある。
【0008】
【発明の実施の形態】(エポキシ樹脂組成物)エポキシ
樹脂としては、1分子中に2個以上のエポキシ基を有し
ているものであれば特に制限はないが、例えば、o−ク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポ
キシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビス
フェノール型エポキシ樹脂、ブロム化エポキシ樹脂等が
挙げられ、これらは単独で用いても併用してもよい。
【0009】硬化剤としては、エポキシ樹脂の硬化剤と
して使用可能なものであれば特に限定はなく、例えばフ
ェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、
フェノールアラルキル等の各種多価フェノール化合物
や、ナフトールアラルキル等のナフトール化合物を用い
ることができる。エポキシ樹脂と硬化剤の配合比率はエ
ポキシ樹脂1当量に対して硬化剤0.5〜1.5当量の
範囲に設定することが好ましく、より好ましくは0.8
〜1.2当量である。
【0010】硬化促進剤としては、2-メチルイミダゾー
ル、2-フェニルイミダゾール等のイミダゾール類の他、
トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ
メチルホスフィン等の有機ホスフィン類、1,8-ジアザビ
シクロ(5,4,0)ウンデセン-7(DBU)、トリエタノ
ールアミン、ベンジルジメチルアミン等の3級アミン類
等が挙げられ、これらは単独で用いても併用してもよ
い。硬化促進剤として融点が200℃以上のイミダゾー
ル類を用いると、金型磨耗性がより改善されるので好ま
しい。
【0011】離型剤としては、天然カルナバ、脂肪酸ア
ミド、ステアリン酸エステルやモンタン酸エステル等の
脂肪酸エステル、カルボキシル基含有ポリオレフィン等
を用いることができる。
【0012】無機充填材としては、結晶シリカと球状ア
ルミナを用いることが必須であり、これら合計の配合量
は、封止用エポキシ樹脂組成物全体に対して、60〜9
3質量%の範囲内であることが好ましい。結晶シリカと
球状アルミナ以外の無機充填材を併用することは可能で
あり、併用できるものとしては溶融シリカ、窒化珪素等
が例示できる。結晶シリカと球状アルミナの配合比率は
用途に応じて適宜決定すればよい。そして、本発明では
球状アルミナとして、水で抽出されるNaイオンが10
ppm以下であり、ワーデルの球形度が0.75以上で
ある球状アルミナを使用することにより、熱伝導率が高
い硬化物が得られ、且つ金型磨耗が少なくて、成形時の
ピンホール(ボイド)発生が少ない封止用エポキシ樹脂
組成物となるようにしている。水で抽出されるNaイオ
ンは、イオン交換水を用いたプレッシャークッカー試験
によって測定されるNaイオンであって、一般のアルミ
ナには30ppm以上のNaイオンが含まれているのが
一般的である。本発明では10ppm以下のNaイオン
しか含有していないアルミナを使用するようにしたた
め、成形時に離型不良やピンホール等が発生することを
防止できるようになったものである。そして、ワーデル
の球形度(理工学辞典:日刊工業新聞社発行参照)と
は、粒子の球形度を(粒子の投影面積に等しい面積を持
つ円の直径)/(粒子の投影像に外接する最小円の直
径)で測る指数で、この指数が1.0に近いほど真球に
近い粒子であることを意味する。本発明では、使用する
球状アルミナはワーデルの球形度が0.75以上である
ものに限定しているので、金型磨耗が少ない封止用エポ
キシ樹脂組成物が得られるのである。また、球状アルミ
ナの平均粒径は、1μm〜50μmであることが好まし
い。50μmを越えると金型磨耗が大きくなる傾向が生
じ、1μm未満のものは入手が困難なためである。
【0013】本発明の封止用エポキシ樹脂組成物には、
必要に応じて、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシ
シラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等
のシランカップリング剤、難燃剤、着色剤、シリコーン
可撓剤等が適宜量添加されてよい。
【0014】本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、上
述した各成分をミキサー、ブレンダー等によって均一に
混合したのち、ロール、ニーダー等を用いて混練するこ
とによって、製造することができる。なお、混練を終え
た後、混練物を冷却・固化した後、粉砕して粉体とした
り、あるいは、粉砕したものを必要ならばタブレット状
に打錠するようにして、本発明の封止用エポキシ樹脂組
成物を製造するようにしてもよい。
【0015】(半導体装置)上記のようにして得られた
封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、例えばリードフレ
ームに搭載した半導体素子をトランスファ成形により封
止して、半導体装置を得ることができる。このようにし
て得られる半導体装置は、熱伝導率が高い封止材で封止
されていて、且つピンホール(ボイド)等の充填不良発
生が少ない半導体装置となる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例と、本発明の範囲を外
れた比較例を示す。
【0017】エポキシ樹脂として、o−クレゾールノボ
ラック型エポキシ樹脂である住友化学工業(株)製「E
SCN195XL」(エポキシ当量195)を用いた。
【0018】硬化剤としては、フェノールノボラック樹
脂A、フェノールノボラック樹脂Bを用いた。フェノー
ルノボラック樹脂Aとしては、荒川化学(株)製「タマ
ノール752」(水酸基当量104)を使用し、フェノ
ールノボラック樹脂Bとしては、明和化成(株)製「D
L−92」(水酸基当量106)を使用した。
【0019】難燃剤として、ブロム化エポキシ樹脂であ
る住友化学工業(株)製「ESB400T」(エポキシ
当量400)と三酸化アンチモンを用いた。
【0020】硬化促進剤として、トリフェニルホスフィ
ン(TPP)、融点が142℃のイミダゾール(四国化
成工業(株)製「キュアゾール2PZ」)、融点が22
4℃のイミダゾール(四国化成工業(株)製「キュアゾ
ール2PHZ」)を用いた。
【0021】離型剤として、脂肪酸アミドであるオレイ
ン酸アミド、ステアリン酸エステルを用いた。
【0022】無機充填材としては、結晶シリカ、球状ア
ルミナA、B、C、Dを用いた。結晶シリカとしては、
平均粒径が25μmの破砕状結晶シリカを用い、球状ア
ルミナA、B、C、Dについては、下記の表1に示す特
性を有するものを使用した。
【0023】
【表1】
【0024】表1における、抽出Naイオン量は、イオ
ン交換水を用いたプレッシャークッカー試験(抽出条
件:121℃、24時間)によって測定したNaイオン
量である。
【0025】着色剤としてはカーボンブラックを用い、
シランカップリング剤としてはγ−グリシドキシプロピ
ルトリメトキシシランを用いた。なお、シランカップリ
ング剤は予め無機充填材と混合しておいて、無機充填材
と共に配合するようにした。
【0026】各成分を表2及び表3に示す配合量(質量
部)で配合し、次いでブレンダーで30分間混合して均
一化した後、80℃に加熱したニーダーで混練溶融させ
て押し出し、冷却後、粉砕機で粉砕して、粒状の封止用
エポキシ樹脂組成物を得た。
【0027】得られた実施例1〜実施例5及び比較例1
〜比較例3の封止用エポキシ樹脂組成物について、硬化
物の熱伝導率、成形性(充填不良発生数)及び金型磨耗
性(アルミオリフィス磨耗量)を評価し、得られた結果
を表2及び表3に示した。各評価方法は下記の通りで行
った。
【0028】硬化物の熱伝導率の評価方法:封止用エポ
キシ樹脂組成物について、金型を用いてトランスファー
成形法により、170℃で90秒の条件で成形した後、
170℃で6時間の後硬化を行って、100φ、厚さ2
5±5mmの円盤状の評価用サンプルを作製する。得ら
れた評価用サンプルについて迅速熱伝導率計を用いて熱
伝導率を測定する。
【0029】成形性の評価方法:トランスファー成形法
により、リードフレームに搭載した半導体素子を封止用
エポキシ樹脂組成物を用いて封止成形して、TOP−3
D型パッケージを評価用サンプルとして作製する。作製
条件は、170℃で90秒の条件で成形した後、170
℃で6時間の後硬化を行うという条件とする。10個の
評価用サンプルを作製し、得られた評価用サンプルの表
面を観察し、ピンホールやウェルドが発生している場合
は充填不良発生と評価する。10個の評価用サンプルに
ついて評価し、10個中の充填不良発生個数で評価す
る。
【0030】金型磨耗性の評価方法(SEMI法に基く
オリフィス減量測定法):円錐型アルミ製オリフィス
(ノズル直径1.5mm、長さ6.3mm)の中を15
0℃で溶融させた封止用エポキシ樹脂組成物300gを
注入圧力13.72MPa(140kgf/cm2)で
通過させ、封止用エポキシ樹脂組成物を通す前後の円錐
型アルミ製オリフィスの重量差を求め、通過させた封止
用エポキシ樹脂組成物1g当たりのオリフィス減量を算
出し、アルミオリフィス磨耗量とする。
【0031】
【表2】
【0032】
【表3】
【0033】表2及び表3の結果から、本発明の実施例
の封止用エポキシ樹脂組成物は、熱伝導率が高い硬化物
が得られる封止用エポキシ樹脂組成物であって、金型磨
耗が少なくて、充填不良発生がない(成形性が良好な)
封止用エポキシ樹脂組成物となっていることが確認され
た。
【0034】
【発明の効果】請求項1〜請求項3に係る発明の封止用
エポキシ樹脂組成物は、水で抽出されるNaイオンが1
0ppm以下であり、ワーデルの球形度が0.75以上
である球状アルミナを含有しているので、熱伝導率が高
い硬化物が得られる封止用エポキシ樹脂組成物であっ
て、金型磨耗が少なくて、成形性が良好な封止用エポキ
シ樹脂組成物となる。
【0035】請求項4に係る発明の半導体装置は、請求
項1〜請求項3の何れかに記載の封止用エポキシ樹脂組
成物を用いて、半導体素子を封止してなる半導体装置で
あるので、熱伝導率が高い封止材で封止されていて、且
つ充填不良の発生が少ない半導体装置となる。
フロントページの続き Fターム(参考) 4J002 AE033 BB213 CC032 CC042 CC052 CC062 CD001 CD051 CD061 CD121 DE147 DJ016 EH039 EN028 EN108 EP019 EU098 EU118 EW018 FA087 FD016 FD017 FD142 FD158 FD163 FD169 GJ02 GQ05 HA01 4M109 AA01 CA21 EA02 EB04 EB12 EB13

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エポキシ樹脂と、硬化剤と、硬化促進剤
    と、離型剤と、結晶シリカを含有してなる封止用エポキ
    シ樹脂組成物において、さらに、水で抽出されるNaイ
    オンが10ppm以下であり、ワーデルの球形度が0.
    75以上である球状アルミナを含有していることを特徴
    とする封止用エポキシ樹脂組成物。
  2. 【請求項2】 球状アルミナの平均粒径が1μm〜50
    μmであることを特徴とする請求項1記載の封止用エポ
    キシ樹脂組成物。
  3. 【請求項3】 硬化促進剤として融点が200℃以上の
    イミダゾール類を用いることを特徴とする請求項1又は
    請求項2記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
  4. 【請求項4】 請求項1〜請求項3の何れかに記載の封
    止用エポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子を封止し
    てなる半導体装置。
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