JP2004018786A - 封止用樹脂組成物および電子部品封止装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ポリエチレングリコールの使用により、成形性、特にフレーム両面で充填量が異なる異形状パッケージの作製おいて優れた成形性、連続生産性を有し、かつ熱伝導率が１．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上である封止用樹脂組成物およびそれを用いた電子部品封止装置を提供する。
【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）ポリエチレングリコールおよび（Ｄ）無機充填材を必須成分として含有する封止用樹脂組成物であって、前記（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）ポリエチレングリコールの合計量中、（Ｃ）ポリエチレングリコールを０．０５〜５．０重量％の割合で含有し、前記封止用樹脂組成物全体量中、前記（Ｄ）無機充填材を６５〜９０重量％の割合で含有し、熱伝導率が１．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）ポリエチレングリコールおよび（Ｄ）無機充填材を必須成分として含有する封止用樹脂組成物であって、前記（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）ポリエチレングリコールの合計量中、（Ｃ）ポリエチレングリコールを０．０５〜５．０重量％の割合で含有し、前記封止用樹脂組成物全体量中、前記（Ｄ）無機充填材を６５〜９０重量％の割合で含有し、熱伝導率が１．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワートランジスタＴＯ−２２０型のようにリードフレーム両面で充填量が異なる異形状パッケージの作製において優れた成形性を有し、かつ熱伝導率に優れた封止用樹脂組成物およびそれを用いた電子部品封止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディスクリートパッケージに含まれるパワートランジスタは、半導体チップからの放熱が大きく、熱放散性の高いパッケージ設計になっている。熱放散方法としてはパッケージ裏面に放熱板をつけることが有用であるが、信頼性をより高めるため、熱伝導率の高い封止用樹脂組成物で全てをパッケージする方法が一般的になっている。
【０００３】
このような半導体チップの封止には例えばトランスファー成形が用いられている。半導体チップはパターン形成してある金属リードフレーム上に接着されており、所定部分を微細な金属線で相互に結線してある。そして、これら半導体チップと金属リードフレームとを、金型内の所定位置に配置した後、封止用樹脂組成物からなる成形材料を金型内に注入して、半導体チップや金属リードフレーム等を封止用樹脂組成物で封止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、単なる平板状ではなく、部分的に凹凸部を有する金属リードフレームが使用されるようになっている。図１は、このような凹凸部を有する金属リードフレームを使用した場合のトランスファー成形の一例を示したものである。金型１は上部金型１ａおよび下部金型１ｂからなり、金属リードフレーム２は、その凸部２ａが下部金型１ｂ側となるように配置される。また、金属リードフレーム凹部２ｂには半導体チップ３が配置される。
【０００５】
図１に示されるように、金属リードフレーム凹部２ｂ側では、上部金型１ａ内壁との間隔があるため成形材料が充填されやすくなっているが、金属リードフレーム凸部２ａ側では、下部金型１ｂ内壁との間隔が狭いため成形材料が充填されにくくなっている。この金属リードフレーム凸部２ａと下部金型１ｂ内壁との間隔は、例えば０．３〜０．５ｍｍとなる場合がある。このような状態で成形材料を注入した場合、金属リードフレーム凸部２ａ側では成形材料が適切に充填されず、ウエルド巣やフクレ等の成形不良が発生することがある。
【０００６】
本発明は、上記したような問題を解決するためになされたもので、異形状パッケージの作製に好適な成形性を有し、かつ熱伝導率に優れた封止用樹脂組成物およびそれを用いた電子部品封止装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、封止用樹脂組成物にポリエチレングリコールを配合することにより、熱伝導率を低下させることなく、成形性を大幅に向上させられることを見出し本発明を完成させたものである。
【０００８】
すなわち、本発明の封止用樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）ポリエチレングリコールおよび（Ｄ）無機充填材を必須成分として含有する封止用樹脂組成物であって、前記（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）ポリエチレングリコールの合計量中、（Ｃ）ポリエチレングリコールを０．０５〜５．０重量％の割合で含有し、前記封止用樹脂組成物全体量中、前記（Ｄ）無機充填材を６５〜９０重量％の割合で含有し、熱伝導率が１．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とするものである。
【０００９】
前記（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）ポリエチレングリコールの合計量中、前記（Ｃ）ポリエチレングリコールを０．１１〜１．０重量％の割合で含有するものであればより好ましい。前記（Ｄ）無機充填材の５０重量％以上が溶融シリカ粉末および結晶シリカ粉末の混合物からなるものであることが好ましい。前記（Ｄ）無機充填材のうち５０重量％以上が結晶シリカ粉末であればさらに好ましい。
【００１０】
また、本発明の電子部品封止装置は、上記したような封止用樹脂組成物の硬化物によって電子部品が封止されてなることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明の封止用樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）ポリエチレングリコールおよび（Ｄ）無機充填材を必須成分として含有する封止用樹脂組成物であって、前記（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）ポリエチレングリコールの合計量中、（Ｃ）ポリエチレングリコールを０．０５〜５．０重量％の割合で含有し、前記封止用樹脂組成物全体量中、前記（Ｄ）無機充填材を６５〜９０重量％の割合で含有し、熱伝導率が１．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする。
【００１３】
本発明では（Ｃ）ポリエチレングリコールを配合することで、例えば金属リードフレーム両面における充填量が異なり、成形不良が発生しやすい異形状パッケージの作製も容易となる。
【００１４】
例えば、図１に示されるように、凹凸部を有する金属リードフレーム２を金型１を用いて封止する場合、下部金型１ｂ内壁と金属リードフレーム凸部２ａとの間隔が狭くなり、従来の封止用樹脂組成物では成形材料が十分に充填されない場合があった。しかし、本発明の封止用樹脂組成物では（Ｃ）ポリエチレングリコールを添加することで、熱伝導率、作業性を低下させずに、下部金型１ｂ内壁と金属リードフレーム凸部２ａとの狭い部分にも十分に充填させることが可能となり、ウエルド巣やフクレ等の成形不良の発生を抑制することが可能となる。
【００１５】
本発明に用いられる（Ａ）エポキシ樹脂としては、その分子中にエポキシ基を２個以上有する化合物である限り、分子構造、分子量等特に制限はなく、一般に電子部品の封止用として知られているものを広く用いることができる。
【００１６】
例えば、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、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、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、脂環型エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、多官能型エポキシ樹脂、縮合環芳香族炭化水素変性エポキシ樹脂、あるいは次の一般式（１）、（２）で示されるようなエポキシ樹脂が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００１７】
【化１】
【００１８】
【化２】
【００１９】
本発明に用いられる（Ｂ）フェノール樹脂としては、前記（Ａ）のエポキシ樹脂と反応し得るフェノール性水酸基を２個以上有するものであれば、特に限定されることなく使用することができる。
【００２０】
具体的な化合物としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾ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、パラキシレン変性フェノール樹脂、フェノール類とベンズアルデヒド、ナフチルアルデヒド等との縮合物、トリフェノールメタン化合物、多官能型フェノール樹脂、脂環型フェノール樹脂、あるいは次の一般式（３）、（４）で示されるようなものが挙げられる。
【００２１】
【化３】
【００２２】
【化４】
【００２３】
これらのフェノール樹脂は単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。フェノール樹脂の配合割合は、前述した（Ａ）エポキシ樹脂のエポキシ基（ａ）と（Ｂ）フェノール樹脂のフェノール性水酸基（ｂ）との当量比（ａ）／（ｂ）が０．１〜１０となる範囲であることが望ましい。この比が０．１未満もしくは１０を超えると、耐湿性、耐熱性、成形性および硬化物の電気特性が悪くなり、いずれの場合も好ましくない。
【００２４】
本発明に用いられる（Ｃ）ポリエチレングリコールは界面活性効果を有するものであり、熱伝導率を低下させずに、成形性を向上させるために加えられるものである。この（Ｃ）ポリエチレングリコールは、次の一般式（５）で示されるものである。
【００２５】
【化５】
【００２６】
本発明では、封止用樹脂組成物に界面活性効果を有する（Ｃ）ポリエチレングリコールを添加することで、作業性を低下させず、かつ熱伝導率を１．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上としつつ、金型内における充填性を向上させ、ウエルド巣やフクレ等の成形不良を抑制することが可能となる。
【００２７】
（Ｃ）ポリエチレングリコールの配合量は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）ポリエチレングリコールの合計量中、０．０５〜５．０重量％の範囲となるようにする。（Ｃ）ポリエチレングリコールの割合が０．０５重量％未満では、金型内における充填性を向上させることができず、ウエルド巣やフクレ等の成形不良を抑制することが困難になる。また、５．０重量％を超えると、添加量が多すぎるため金型および成形品を汚す原因となるため好ましくない。（Ｃ）ポリエチレングリコールのより好ましい配合量は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）ポリエチレングリコールの合計量中、０．１１〜１．０重量％である。
【００２８】
（Ｃ）ポリエチレングリコールは重合条件により分子量２００程度のものから分子量１００００以上のものまで得られるが、本発明ではこれらのものを適宜選択して使用することが可能である。
【００２９】
しかしながら、分子量が２００〜６００の範囲内では液状であるため、成形時に封止用樹脂組成物からしみ出して金型および成形品を汚す原因となることから、好ましくは分子量が６００を超えるものを用いることがよい。より好ましくは、分子量１０００以上、さらには分子量３０００以上のものを用いることがよい。分子量１０００以上であれば、ポリエチレングリコールがロウ状となり、成形時に封止用樹脂組成物からしみ出すことを抑制し、金型および成形品が汚れることを抑制することが可能となる。
【００３０】
本発明に用いる（Ｄ）無機充填材は、硬化物の熱膨張係数、熱伝導率、吸水性、弾性率等の特性を改善、向上させる目的で配合されるものであり、汎用性があり、安価で実用性があるものとして、結晶シリカ粉末、溶融シリカ粉末等を用いることが好ましい。また、これらのもの以外にもアルミナ、クレー、タルク、マイカ、炭酸カルシウム、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、ベンガラ、炭化珪素、窒化ホウ素等の粉末、これらを球形化したビーズ、単結晶繊維、ガラス繊維等も用いることができる。これらは単独または２種以上混合して使用することができる。
【００３１】
本発明では、熱伝導率の点から結晶シリカと溶融シリカ粉末との混合物を用いることが好ましく、（Ｄ）無機充填材全体に対して５０重量％以上をこの結晶シリカ粉末と溶融シリカ粉末との混合物とすることが好ましい。さらに熱伝導率を向上させるには、（Ｄ）無機充填材全体に対して５０重量％以上を結晶シリカ粉末とすることが好ましい。これは、溶融シリカの熱伝導率が１．３Ｗ／ｍ・Ｋ程度であるのに対し、結晶シリカの熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であることに基づくものである。
【００３２】
（Ｄ）無機充填材は、最大粒径が１００μｍ以下で平均粒径が１〜５０μｍの粉末状であることが好ましく、最大粒径が７５μｍ以下で平均粒径が５〜２５μｍであるとさらに好ましい。最大粒径が１００μｍを越えるか、あるいは平均粒径が５０μｍを超えると、狭部への充填が困難になるだけでなく、分散性が低下して成形品が不均一になる。また、平均粒径が１μｍ未満では、粘度が上昇し、成形性が不良となる。
【００３３】
無機充填材の配合割合は、封止用樹脂組成物全体量中、６５〜９０重量％の割合となるように配合することが望ましい。その配合割合が６５重量％未満では耐熱性および信頼性が低下し、また熱伝導率を１．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが困難となる。また、９０重量％を超えるとカサバリが大きくなり流動性が低下するため、狭部への充填が困難となり、成形性に劣り実用に適さない。
【００３４】
本発明の封止用樹脂組成物は、前述した（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）ポリエチレングリコールおよび（Ｄ）無機充填材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、エステル類等の離型剤、エラストマー等の低応力化成分、カーボンブラック等の着色剤、シランカップリング剤等の無機充填材の処理剤および硬化促進剤等を適宜添加することができる。
【００３５】
上記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（ＤＢＵ）、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール等の３級アミン類、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、トリブチルホスフィン、ジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィンテトラフェニルボレート等のテトラフェニルボロン塩等が挙げられる。これらは単独または２種以上混合して使用することができる。本発明においては、なかでもイミダゾール類の使用が好ましい。
【００３６】
本発明の封止用樹脂組成物を成形材料として調整する場合の一般的な方法としては、例えば上述した（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）ポリエチレングリコールおよび（Ｄ）無機充填材ならびに必要に応じてその他の成分を配合し、ミキサー等によって充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する方法が挙げられる。
【００３７】
こうして得られた成形材料は、半導体チップをはじめとする電子部品の封止、被覆あるいは絶縁等に適用することで優れた特性と信頼性を付与することができる。特に、構造上、金型内に一部狭部ができてしまい充填性が低くなるもの、例えばパワートランジスタＴＯ−２２０型のように金属リードフレームが凹凸部を有し、両面で充填量が異なる異形状パッケージの作製に用いると、成形不良を効果的に抑制し信頼性を向上させることができる。
【００３８】
本発明の電子部品封止装置は、上述の成形材料を用いて電子部品を封止することにより製造されるものである。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（封止用樹脂組成物）を封止の際に加熱して硬化させ、最終的にこの硬化物によって封止された電子部品封止装置を得ることができる。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。
【００３９】
適用される電子部品としては、トランジスタ（パワートランジスタ）、サイリスタ、ダイオード、コンデンサ、集積回路、大規模集積回路等が例示されるが、これらのものに限定されるものではない。
【００４０】
【実施例】
次に本発明を実施例によって説明するが、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。
【００４１】
［実施例１］
住友化学工業製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（製品名 ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ、エポキシ当量１９５）１１重量％、昭和高分子製ノボラック型フェノール樹脂（製品名 ＢＲＧ、フェノール当量１０４）５．５重量％、式（５）に示されるポリエチレングリコール（分子量６０００）０．１重量％、旭化成エポキシ社製臭素化エポキシ樹脂（製品名 ＡＥＲ−８０２８）２重量％、結晶シリカ粉末（平均粒径 ２５μｍ）８０重量％、三酸化アンチモン１．５重量％ならびに、カルナバワックスおよびリン系触媒（ＴＰＰ：トリフェニルホスフィン）１．０重量％を配合し、室温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練、冷却した後、粉砕して成形材料を作製した。
【００４２】
この成形材料について、スパイラルフロー長さ、ゲルタイム、粘度および熱伝導率の測定を行った。なお、スパイラルフロー長さは、スパイラル金型を用い、金型温度１７５℃、成形圧力９．８ＭＰａ、成形時間１２０ｓ、仕込量２０ｇ、注入時間５±２ｓの条件で行った。また、ゲルタイム、粘度は１７５℃の条件で測定を行った。
【００４３】
また、成形材料を１７５℃に加熱した金型内にトランスファー注入し、ＴＯ−２２０型パッケージを６００個作製し、パッケージの裏面（リードフレームの低充填量面側）にウエルド巣、フクレが発生したパッケージの個数を測定した。結果を表１に示す。
【００４４】
［実施例２］
住友化学工業製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（製品名 ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ、エポキシ当量１９５）１３重量％、昭和高分子製ノボラック型フェノール樹脂（製品名 ＢＲＧ、フェノール当量１０４）６．５重量％、式（５）に示されるポリエチレングリコール（分子量６０００）０．５重量％、旭化成エポキシ社製臭素化エポキシ樹脂（製品名 ＡＥＲ−８０２８）２重量％、結晶シリカ粉末（平均粒径２５μｍ）７５重量％、三酸化アンチモン１．５重量％ならびに、カルナバワックスおよびリン系触媒（ＴＰＰ）１．０重量％を配合し、［実施例１］と同様に成形材料の作製および評価、さらに成形品の作製および評価を行った。結果を表１に示す。
【００４５】
［実施例３］
住友化学工業製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（製品名 ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ、エポキシ当量１９５）１１重量％、昭和高分子製ノボラック型フェノール樹脂（製品名 ＢＲＧ、フェノール当量１０４）５．５重量％、式（５）に示されるポリエチレングリコール（分子量６０００）１．０重量％、旭化成エポキシ社製臭素化エポキシ樹脂（ＡＥＲ−８０２８）２重量％、結晶シリカ粉末（平均粒径２５μｍ）７０重量％、溶融シリカ粉末（平均粒径２０μｍ）１０重量％、三酸化アンチモン１．５重量％ならびに、カルナバワックスおよびリン系触媒（ＴＰＰ）２．０重量％を配合し、［実施例１］と同様に成形材料の作製および評価、さらにパッケージの作製および評価を行った。結果を表１に示す。
【００４６】
［比較例１］
住友化学工業製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（製品名 ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ、エポキシ当量１９５）１１重量％、昭和高分子製ノボラック型フェノール樹脂（製品名 ＢＲＧ、フェノール当量１０４）５．５重量％、旭化成エポキシ社製臭素化エポキシ樹脂（ＡＥＲ−８０２８）２重量％、結晶シリカ粉末（平均粒径２５μｍ）８０重量％、三酸化アンチモン１．５重量％ならびに、カルナバワックスおよびリン系触媒（ＴＰＰ）２．０重量％を配合し、［実施例１］と同様に成形材料の作製および評価、さらにパッケージの作製および評価を行った。結果を表１に示す。
【００４７】
［比較例２］
住友化字工業製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（製品名 ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ、エポキシ当量１９５）１１重量％、昭和高分子製ノボラック型フェノール樹脂（製品名 ＢＲＧ、フェノール当量１０４）６．５重量％、旭化成エポキシ社製臭素化エポキシ樹脂（ＡＥＲ−８０２８）２重量％、結晶シリカ粉末（平均粒径２５μｍ）７５重量％、三酸化アンチモン１．５重量％および、カルナバワックスおよびリン系触媒（ＴＰＰ）２．０重量％を配合し、［実施例１］と同様に成形材料の作製および評価、さらにパッケージの作製および評価を行った。結果を表１に示す。
【００４８】
［比較例３］
住友化学工業製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（製品名 ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ、エポキシ当量１９５）１１重量％、昭和高分子製ノボラック型フェノール樹脂（製品名 ＢＲＧ）５．５重量％、旭化成エポキシ社製臭素化エポキシ樹脂（ＡＥＲ−８０２８）２重量％、結晶シリカ粉末（平均粒径２５μｍ）７０重量％、溶融シリカ粉末（平均粒径２０μｍ）１０重量％、三酸化アンチモン１．５重量％ならびに、カルナバワックスおよびリン系触媒（ＴＰＰ）２．０重量％を配合し、［実施例１］と同様に成形材料の作製および評価、さらにパッケージの作製および評価を行った。結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
表１から明らかなように、本発明の封止用樹脂組成物においては従来の組成物と同様の作業性、熱伝導率を維持していることが認められた。また、この封止用樹脂組成物を用いて作製されたパッケージにおいては、ウエルド巣やフクレ等の成形不良が有効に抑制されており、本発明の封止用樹脂組成物は成形性が大幅に向上されたものであることが認められた。
【００５１】
【発明の効果】
本発明では、封止用樹脂組成物にポリエチレングリコールを配合することにより、作業性、熱伝導率を低下させることなしに、成形性を大幅に向上させることが可能となり、成形品におけるウエルド巣やフクレ等の成形不良の発生を有効に抑制することができる。
【００５２】
また、このような封止用樹脂組成物を用いて電子部品封止装置を作製することで、電子部品封止装置の信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子部品封止装置の一般的な封止方法を示した断面図
【符号の説明】
１…金型
１ａ…上部金型 １ｂ…下部金型
２…金属リードフレーム
２ａ…凸部 ２ｂ…凹部
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワートランジスタＴＯ−２２０型のようにリードフレーム両面で充填量が異なる異形状パッケージの作製において優れた成形性を有し、かつ熱伝導率に優れた封止用樹脂組成物およびそれを用いた電子部品封止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディスクリートパッケージに含まれるパワートランジスタは、半導体チップからの放熱が大きく、熱放散性の高いパッケージ設計になっている。熱放散方法としてはパッケージ裏面に放熱板をつけることが有用であるが、信頼性をより高めるため、熱伝導率の高い封止用樹脂組成物で全てをパッケージする方法が一般的になっている。
【０００３】
このような半導体チップの封止には例えばトランスファー成形が用いられている。半導体チップはパターン形成してある金属リードフレーム上に接着されており、所定部分を微細な金属線で相互に結線してある。そして、これら半導体チップと金属リードフレームとを、金型内の所定位置に配置した後、封止用樹脂組成物からなる成形材料を金型内に注入して、半導体チップや金属リードフレーム等を封止用樹脂組成物で封止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、単なる平板状ではなく、部分的に凹凸部を有する金属リードフレームが使用されるようになっている。図１は、このような凹凸部を有する金属リードフレームを使用した場合のトランスファー成形の一例を示したものである。金型１は上部金型１ａおよび下部金型１ｂからなり、金属リードフレーム２は、その凸部２ａが下部金型１ｂ側となるように配置される。また、金属リードフレーム凹部２ｂには半導体チップ３が配置される。
【０００５】
図１に示されるように、金属リードフレーム凹部２ｂ側では、上部金型１ａ内壁との間隔があるため成形材料が充填されやすくなっているが、金属リードフレーム凸部２ａ側では、下部金型１ｂ内壁との間隔が狭いため成形材料が充填されにくくなっている。この金属リードフレーム凸部２ａと下部金型１ｂ内壁との間隔は、例えば０．３〜０．５ｍｍとなる場合がある。このような状態で成形材料を注入した場合、金属リードフレーム凸部２ａ側では成形材料が適切に充填されず、ウエルド巣やフクレ等の成形不良が発生することがある。
【０００６】
本発明は、上記したような問題を解決するためになされたもので、異形状パッケージの作製に好適な成形性を有し、かつ熱伝導率に優れた封止用樹脂組成物およびそれを用いた電子部品封止装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、封止用樹脂組成物にポリエチレングリコールを配合することにより、熱伝導率を低下させることなく、成形性を大幅に向上させられることを見出し本発明を完成させたものである。
【０００８】
すなわち、本発明の封止用樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）ポリエチレングリコールおよび（Ｄ）無機充填材を必須成分として含有する封止用樹脂組成物であって、前記（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）ポリエチレングリコールの合計量中、（Ｃ）ポリエチレングリコールを０．０５〜５．０重量％の割合で含有し、前記封止用樹脂組成物全体量中、前記（Ｄ）無機充填材を６５〜９０重量％の割合で含有し、熱伝導率が１．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とするものである。
【０００９】
前記（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）ポリエチレングリコールの合計量中、前記（Ｃ）ポリエチレングリコールを０．１１〜１．０重量％の割合で含有するものであればより好ましい。前記（Ｄ）無機充填材の５０重量％以上が溶融シリカ粉末および結晶シリカ粉末の混合物からなるものであることが好ましい。前記（Ｄ）無機充填材のうち５０重量％以上が結晶シリカ粉末であればさらに好ましい。
【００１０】
また、本発明の電子部品封止装置は、上記したような封止用樹脂組成物の硬化物によって電子部品が封止されてなることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明の封止用樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）ポリエチレングリコールおよび（Ｄ）無機充填材を必須成分として含有する封止用樹脂組成物であって、前記（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）ポリエチレングリコールの合計量中、（Ｃ）ポリエチレングリコールを０．０５〜５．０重量％の割合で含有し、前記封止用樹脂組成物全体量中、前記（Ｄ）無機充填材を６５〜９０重量％の割合で含有し、熱伝導率が１．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする。
【００１３】
本発明では（Ｃ）ポリエチレングリコールを配合することで、例えば金属リードフレーム両面における充填量が異なり、成形不良が発生しやすい異形状パッケージの作製も容易となる。
【００１４】
例えば、図１に示されるように、凹凸部を有する金属リードフレーム２を金型１を用いて封止する場合、下部金型１ｂ内壁と金属リードフレーム凸部２ａとの間隔が狭くなり、従来の封止用樹脂組成物では成形材料が十分に充填されない場合があった。しかし、本発明の封止用樹脂組成物では（Ｃ）ポリエチレングリコールを添加することで、熱伝導率、作業性を低下させずに、下部金型１ｂ内壁と金属リードフレーム凸部２ａとの狭い部分にも十分に充填させることが可能となり、ウエルド巣やフクレ等の成形不良の発生を抑制することが可能となる。
【００１５】
本発明に用いられる（Ａ）エポキシ樹脂としては、その分子中にエポキシ基を２個以上有する化合物である限り、分子構造、分子量等特に制限はなく、一般に電子部品の封止用として知られているものを広く用いることができる。
【００１６】
例えば、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、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、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、脂環型エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、多官能型エポキシ樹脂、縮合環芳香族炭化水素変性エポキシ樹脂、あるいは次の一般式（１）、（２）で示されるようなエポキシ樹脂が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００１７】
【化１】
【化２】
本発明に用いられる（Ｂ）フェノール樹脂としては、前記（Ａ）のエポキシ樹脂と反応し得るフェノール性水酸基を２個以上有するものであれば、特に限定されることなく使用することができる。
【００２０】
具体的な化合物としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾ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、パラキシレン変性フェノール樹脂、フェノール類とベンズアルデヒド、ナフチルアルデヒド等との縮合物、トリフェノールメタン化合物、多官能型フェノール樹脂、脂環型フェノール樹脂、あるいは次の一般式（３）、（４）で示されるようなものが挙げられる。
【００２１】
【化３】
【化４】
これらのフェノール樹脂は単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。フェノール樹脂の配合割合は、前述した（Ａ）エポキシ樹脂のエポキシ基（ａ）と（Ｂ）フェノール樹脂のフェノール性水酸基（ｂ）との当量比（ａ）／（ｂ）が０．１〜１０となる範囲であることが望ましい。この比が０．１未満もしくは１０を超えると、耐湿性、耐熱性、成形性および硬化物の電気特性が悪くなり、いずれの場合も好ましくない。
【００２４】
本発明に用いられる（Ｃ）ポリエチレングリコールは界面活性効果を有するものであり、熱伝導率を低下させずに、成形性を向上させるために加えられるものである。この（Ｃ）ポリエチレングリコールは、次の一般式（５）で示されるものである。
【００２５】
【化５】
本発明では、封止用樹脂組成物に界面活性効果を有する（Ｃ）ポリエチレングリコールを添加することで、作業性を低下させず、かつ熱伝導率を１．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上としつつ、金型内における充填性を向上させ、ウエルド巣やフクレ等の成形不良を抑制することが可能となる。
【００２７】
（Ｃ）ポリエチレングリコールの配合量は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）ポリエチレングリコールの合計量中、０．０５〜５．０重量％の範囲となるようにする。（Ｃ）ポリエチレングリコールの割合が０．０５重量％未満では、金型内における充填性を向上させることができず、ウエルド巣やフクレ等の成形不良を抑制することが困難になる。また、５．０重量％を超えると、添加量が多すぎるため金型および成形品を汚す原因となるため好ましくない。（Ｃ）ポリエチレングリコールのより好ましい配合量は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）ポリエチレングリコールの合計量中、０．１１〜１．０重量％である。
【００２８】
（Ｃ）ポリエチレングリコールは重合条件により分子量２００程度のものから分子量１００００以上のものまで得られるが、本発明ではこれらのものを適宜選択して使用することが可能である。
【００２９】
しかしながら、分子量が２００〜６００の範囲内では液状であるため、成形時に封止用樹脂組成物からしみ出して金型および成形品を汚す原因となることから、好ましくは分子量が６００を超えるものを用いることがよい。より好ましくは、分子量１０００以上、さらには分子量３０００以上のものを用いることがよい。分子量１０００以上であれば、ポリエチレングリコールがロウ状となり、成形時に封止用樹脂組成物からしみ出すことを抑制し、金型および成形品が汚れることを抑制することが可能となる。
【００３０】
本発明に用いる（Ｄ）無機充填材は、硬化物の熱膨張係数、熱伝導率、吸水性、弾性率等の特性を改善、向上させる目的で配合されるものであり、汎用性があり、安価で実用性があるものとして、結晶シリカ粉末、溶融シリカ粉末等を用いることが好ましい。また、これらのもの以外にもアルミナ、クレー、タルク、マイカ、炭酸カルシウム、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、ベンガラ、炭化珪素、窒化ホウ素等の粉末、これらを球形化したビーズ、単結晶繊維、ガラス繊維等も用いることができる。これらは単独または２種以上混合して使用することができる。
【００３１】
本発明では、熱伝導率の点から結晶シリカと溶融シリカ粉末との混合物を用いることが好ましく、（Ｄ）無機充填材全体に対して５０重量％以上をこの結晶シリカ粉末と溶融シリカ粉末との混合物とすることが好ましい。さらに熱伝導率を向上させるには、（Ｄ）無機充填材全体に対して５０重量％以上を結晶シリカ粉末とすることが好ましい。これは、溶融シリカの熱伝導率が１．３Ｗ／ｍ・Ｋ程度であるのに対し、結晶シリカの熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であることに基づくものである。
【００３２】
（Ｄ）無機充填材は、最大粒径が１００μｍ以下で平均粒径が１〜５０μｍの粉末状であることが好ましく、最大粒径が７５μｍ以下で平均粒径が５〜２５μｍであるとさらに好ましい。最大粒径が１００μｍを越えるか、あるいは平均粒径が５０μｍを超えると、狭部への充填が困難になるだけでなく、分散性が低下して成形品が不均一になる。また、平均粒径が１μｍ未満では、粘度が上昇し、成形性が不良となる。
【００３３】
無機充填材の配合割合は、封止用樹脂組成物全体量中、６５〜９０重量％の割合となるように配合することが望ましい。その配合割合が６５重量％未満では耐熱性および信頼性が低下し、また熱伝導率を１．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが困難となる。また、９０重量％を超えるとカサバリが大きくなり流動性が低下するため、狭部への充填が困難となり、成形性に劣り実用に適さない。
【００３４】
本発明の封止用樹脂組成物は、前述した（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）ポリエチレングリコールおよび（Ｄ）無機充填材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、エステル類等の離型剤、エラストマー等の低応力化成分、カーボンブラック等の着色剤、シランカップリング剤等の無機充填材の処理剤および硬化促進剤等を適宜添加することができる。
【００３５】
上記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（ＤＢＵ）、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール等の３級アミン類、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、トリブチルホスフィン、ジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィンテトラフェニルボレート等のテトラフェニルボロン塩等が挙げられる。これらは単独または２種以上混合して使用することができる。本発明においては、なかでもイミダゾール類の使用が好ましい。
【００３６】
本発明の封止用樹脂組成物を成形材料として調整する場合の一般的な方法としては、例えば上述した（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）ポリエチレングリコールおよび（Ｄ）無機充填材ならびに必要に応じてその他の成分を配合し、ミキサー等によって充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する方法が挙げられる。
【００３７】
こうして得られた成形材料は、半導体チップをはじめとする電子部品の封止、被覆あるいは絶縁等に適用することで優れた特性と信頼性を付与することができる。特に、構造上、金型内に一部狭部ができてしまい充填性が低くなるもの、例えばパワートランジスタＴＯ−２２０型のように金属リードフレームが凹凸部を有し、両面で充填量が異なる異形状パッケージの作製に用いると、成形不良を効果的に抑制し信頼性を向上させることができる。
【００３８】
本発明の電子部品封止装置は、上述の成形材料を用いて電子部品を封止することにより製造されるものである。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（封止用樹脂組成物）を封止の際に加熱して硬化させ、最終的にこの硬化物によって封止された電子部品封止装置を得ることができる。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。
【００３９】
適用される電子部品としては、トランジスタ（パワートランジスタ）、サイリスタ、ダイオード、コンデンサ、集積回路、大規模集積回路等が例示されるが、これらのものに限定されるものではない。
【００４０】
【実施例】
次に本発明を実施例によって説明するが、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。
【００４１】
［実施例１］
住友化学工業製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（製品名 ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ、エポキシ当量１９５）１１重量％、昭和高分子製ノボラック型フェノール樹脂（製品名 ＢＲＧ、フェノール当量１０４）５．５重量％、式（５）に示されるポリエチレングリコール（分子量６０００）０．１重量％、旭化成エポキシ社製臭素化エポキシ樹脂（製品名 ＡＥＲ−８０２８）２重量％、結晶シリカ粉末（平均粒径 ２５μｍ）８０重量％、三酸化アンチモン１．５重量％ならびに、カルナバワックスおよびリン系触媒（ＴＰＰ：トリフェニルホスフィン）１．０重量％を配合し、室温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練、冷却した後、粉砕して成形材料を作製した。
【００４２】
この成形材料について、スパイラルフロー長さ、ゲルタイム、粘度および熱伝導率の測定を行った。なお、スパイラルフロー長さは、スパイラル金型を用い、金型温度１７５℃、成形圧力９．８ＭＰａ、成形時間１２０ｓ、仕込量２０ｇ、注入時間５±２ｓの条件で行った。また、ゲルタイム、粘度は１７５℃の条件で測定を行った。
【００４３】
また、成形材料を１７５℃に加熱した金型内にトランスファー注入し、ＴＯ−２２０型パッケージを６００個作製し、パッケージの裏面（リードフレームの低充填量面側）にウエルド巣、フクレが発生したパッケージの個数を測定した。結果を表１に示す。
【００４４】
［実施例２］
住友化学工業製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（製品名 ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ、エポキシ当量１９５）１３重量％、昭和高分子製ノボラック型フェノール樹脂（製品名 ＢＲＧ、フェノール当量１０４）６．５重量％、式（５）に示されるポリエチレングリコール（分子量６０００）０．５重量％、旭化成エポキシ社製臭素化エポキシ樹脂（製品名 ＡＥＲ−８０２８）２重量％、結晶シリカ粉末（平均粒径２５μｍ）７５重量％、三酸化アンチモン１．５重量％ならびに、カルナバワックスおよびリン系触媒（ＴＰＰ）１．０重量％を配合し、［実施例１］と同様に成形材料の作製および評価、さらに成形品の作製および評価を行った。結果を表１に示す。
【００４５】
［実施例３］
住友化学工業製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（製品名 ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ、エポキシ当量１９５）１１重量％、昭和高分子製ノボラック型フェノール樹脂（製品名 ＢＲＧ、フェノール当量１０４）５．５重量％、式（５）に示されるポリエチレングリコール（分子量６０００）１．０重量％、旭化成エポキシ社製臭素化エポキシ樹脂（ＡＥＲ−８０２８）２重量％、結晶シリカ粉末（平均粒径２５μｍ）７０重量％、溶融シリカ粉末（平均粒径２０μｍ）１０重量％、三酸化アンチモン１．５重量％ならびに、カルナバワックスおよびリン系触媒（ＴＰＰ）２．０重量％を配合し、［実施例１］と同様に成形材料の作製および評価、さらにパッケージの作製および評価を行った。結果を表１に示す。
【００４６】
［比較例１］
住友化学工業製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（製品名 ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ、エポキシ当量１９５）１１重量％、昭和高分子製ノボラック型フェノール樹脂（製品名 ＢＲＧ、フェノール当量１０４）５．５重量％、旭化成エポキシ社製臭素化エポキシ樹脂（ＡＥＲ−８０２８）２重量％、結晶シリカ粉末（平均粒径２５μｍ）８０重量％、三酸化アンチモン１．５重量％ならびに、カルナバワックスおよびリン系触媒（ＴＰＰ）２．０重量％を配合し、［実施例１］と同様に成形材料の作製および評価、さらにパッケージの作製および評価を行った。結果を表１に示す。
【００４７】
［比較例２］
住友化字工業製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（製品名 ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ、エポキシ当量１９５）１１重量％、昭和高分子製ノボラック型フェノール樹脂（製品名 ＢＲＧ、フェノール当量１０４）６．５重量％、旭化成エポキシ社製臭素化エポキシ樹脂（ＡＥＲ−８０２８）２重量％、結晶シリカ粉末（平均粒径２５μｍ）７５重量％、三酸化アンチモン１．５重量％および、カルナバワックスおよびリン系触媒（ＴＰＰ）２．０重量％を配合し、［実施例１］と同様に成形材料の作製および評価、さらにパッケージの作製および評価を行った。結果を表１に示す。
【００４８】
［比較例３］
住友化学工業製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（製品名 ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ、エポキシ当量１９５）１１重量％、昭和高分子製ノボラック型フェノール樹脂（製品名 ＢＲＧ）５．５重量％、旭化成エポキシ社製臭素化エポキシ樹脂（ＡＥＲ−８０２８）２重量％、結晶シリカ粉末（平均粒径２５μｍ）７０重量％、溶融シリカ粉末（平均粒径２０μｍ）１０重量％、三酸化アンチモン１．５重量％ならびに、カルナバワックスおよびリン系触媒（ＴＰＰ）２．０重量％を配合し、［実施例１］と同様に成形材料の作製および評価、さらにパッケージの作製および評価を行った。結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
表１から明らかなように、本発明の封止用樹脂組成物においては従来の組成物と同様の作業性、熱伝導率を維持していることが認められた。また、この封止用樹脂組成物を用いて作製されたパッケージにおいては、ウエルド巣やフクレ等の成形不良が有効に抑制されており、本発明の封止用樹脂組成物は成形性が大幅に向上されたものであることが認められた。
【００５１】
【発明の効果】
本発明では、封止用樹脂組成物にポリエチレングリコールを配合することにより、作業性、熱伝導率を低下させることなしに、成形性を大幅に向上させることが可能となり、成形品におけるウエルド巣やフクレ等の成形不良の発生を有効に抑制することができる。
【００５２】
また、このような封止用樹脂組成物を用いて電子部品封止装置を作製することで、電子部品封止装置の信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子部品封止装置の一般的な封止方法を示した断面図
【符号の説明】
１…金型
１ａ…上部金型 １ｂ…下部金型
２…金属リードフレーム
２ａ…凸部 ２ｂ…凹部
Claims (5)
- （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂、（Ｃ）ポリエチレングリコールおよび（Ｄ）無機充填材を必須成分として含有する封止用樹脂組成物であって、
前記（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）ポリエチレングリコールの合計量中、（Ｃ）ポリエチレングリコールを０．０５〜５．０重量％の割合で含有し、前記封止用樹脂組成物全体量中、前記（Ｄ）無機充填材を６５〜９０重量％の割合で含有し、熱伝導率が１．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする封止用樹脂組成物。 - 前記（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）ポリエチレングリコールの合計量中、前記（Ｃ）ポリエチレングリコールを０．１１〜１．０重量％の割合で含有してなることを特徴とする請求項１記載の封止用樹脂組成物。
- 前記（Ｄ）無機充填材の５０重量％以上が溶融シリカ粉末および結晶シリカ粉末の混合物からなることを特徴とする請求項１または２記載の封止用樹脂組成物。
- 前記（Ｄ）無機充填材のうち５０重量％以上が結晶シリカ粉末からなることを特徴とする請求項１または２記載の封止用樹脂組成物。
- 請求項１乃至４のいずれか１項記載の封止用樹脂組成物の硬化物によって電子部品が封止されてなることを特徴とする電子部品封止装置。
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070206 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070605 |