JP2004115747A

JP2004115747A - ヒートシンク形成用樹脂組成物および電子部品封止装置

Info

Publication number: JP2004115747A
Application number: JP2002284651A
Authority: JP
Inventors: Osamu Matsuda; 松田　理; Saeko Suzuki; 鈴木　佐江子; Kazufumi Ito; 伊藤　和史; Masahiko Ito; 伊藤　昌彦; Masaru Doi; 土井　優
Original assignee: Kyocera Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP3989349B2

Abstract

【課題】フレーム下面に樹脂製ヒートシンクの成形を可能とする、熱伝導性に優れたヒートシンク形成用樹脂組成物と、金属製ヒートシンクを使用せずに、放熱性が高く、パッケージ反りの少ない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）最大粒子径が２００μｍ以下である酸化マグネシウム、炭化チタン、炭化ホウ素または炭化ケイ素の無機充填剤を必須成分とし、前記（Ｃ）の無機充填剤を組成物に対して７０〜９５重量％で含有し、成形体熱伝導率が２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるヒートシンク形成用樹脂組成物である。また、このヒートシンク形成用樹脂組成物をフレーム（１）　下面にトランスファモールドすることにより、ヒートシンク（４）　を形成し、更に常用の封止用樹脂により素子を樹脂封止（３）　してなる電子部品封止装置である。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製ヒートシンクを使用せずに、フレーム下面に樹脂製ヒートシンクの形成を可能とするヒートシンク形成用樹脂組成物、および該組成物による樹脂製ヒートシンクを形成し、さらに封止用樹脂によって素子を樹脂封止した電子部品封止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高い放熱性が要求されるパワーモジュール等の電子部品封止装置では、その封止用樹脂に高い熱伝導性をもたせるとともに、アルミダイカスト等の金属製ヒートシンクを封止用樹脂と一括成形することが一般的である。しかし、金属製ヒートシンクと封止用樹脂との密着力が低いために、剥離が生じて放熱性が低下したり、また、熱膨張の違いから発生する応力によりパッケージが反るために、基板との接触面積が低下して放熱性が低下するなどの問題があった。また、密着力を補うため、予め金属フレーム等の基材に接着剤により金属製ヒートシンクを貼り付けるなどの方法もあるが、熱膨張の違いから発生するパッケージの反りを低減することは不可能であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記欠点を解消し、上記要望に応えるためになされたもので、フレーム下面に樹脂製ヒートシンクの成形を可能とする、熱伝導性に優れたヒートシンク形成用樹脂組成物と、金属製ヒートシンクを使用せずに、放熱性が高く、パッケージ反りの少ない電子部品封止装置を提供しようとするものである。
【０００４】
【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、樹脂組成物に、酸化マグネシウム、炭化チタン、炭化ホウ素、炭化ケイ素のいずれか１つ以上からなる無機充填剤を配合するとともに該無機充填剤の特定配合を採用することによって、高熱伝導率を有しながら封止樹脂および金属フレームに熱膨張が近く、また密着力が強い樹脂組成物が得られ、フレーム下面に直接ヒートシンクを樹脂組成物で形成することにより上記目的が達成されることを見いだし、本発明を完成させたものである。
【０００５】
即ち、本発明は、
（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）フェノール樹脂および
（Ｃ）最大粒子径が２００μｍ以下の酸化マグネシウム、炭化チタン、炭化ホウ素、炭化ケイ素のいずれか１つ以上からなるからなる無機充填剤
を必須成分とし、前記（Ｃ）の無機充填剤を樹脂組成物全体に対して７０〜９５重量％の割合で含有し、成形体の熱伝導率が２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とするヒートシンク形成用樹脂組成物である。また、このヒートシンク形成用樹脂組成物をフレーム下面にトランスファーモールドすることによりヒートシンクを形成し、さらに封止用樹脂によって、素子を樹脂封止してなることを特徴とする電子部品封止装置である。
【０００６】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００７】
本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂としては、その分子中にエポキシ基を少なくとも２個有する化合物である限り、分子構造および分子量など特に制限はなく、一般に電子部品封止用材料として使用されるものを広く包含することができる。例えば、フェノールノボラック型、ビフェニル型、ビスフェノールＡ型の芳香族系や、シクロヘキサン誘導体等脂肪族系のエポキシ樹脂、また、下記一般式化１で示されるｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、同じく化２で示されるジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等が挙げられる。
【０００８】
【化１】

（但し、式中、ｎは１以上の整数を表す）
【化２】

（但し、式中、ｎは１以上の整数を表す）
これらのエポキシ樹脂は、単独もしくは２種類以上混合して用いることができる。
【０００９】
本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂としては、前記（Ａ）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、特に制限するものではない。具体的なものとしては、例えば、下記の一般式化３に示されるノボラック型フェノール樹脂、同じく化４に示されるジシクロペンタジエン型フェノール樹脂等が挙げられる。
【００１０】
【化３】

（但し、式中、ｎは１以上の整数を表す）
【化４】

（但し、式中、ｎは１以上の整数を表す）
これらのフェノール樹脂は、単独もしくは２種類以上混合して用いることができる。
【００１１】
フェノール樹脂の配合割合は、前述したエポキシ樹脂のエポキシ基（ａ）と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の範囲内であることが望ましい。当量比が０．１未満あるいは１０を超えると、耐湿性、耐熱性、成形作業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。従って上記の範囲内に限定するのがよい。
【００１２】
本発明に用いる（Ｃ）の最大粒子径が２００μｍ以下の酸化マグネシウム、炭化チタン、炭化ホウ素、炭化ケイ素は、それぞれの粉末又はそれらを主成分とする無機充填剤が挙げられる。（Ｃ）の無機充填剤の最大粒子径は、高熱伝導率のために２００μｍ以下とする必要があり、また（Ｃ）の無機充填剤の配合割合を、全体の樹脂組成物に対して７０〜９５重量％の割合で含有することが望ましい。その割合が７０重量％未満では、耐熱性、信頼性および熱伝導率が悪くなり、また、９５重量％を超えると、かさばりが大きくなり成形性に劣り実用に適さない。そのような無機充填剤の選択と特定配合により、成形体の熱伝導率を２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることができる。
【００１３】
本発明において、成形体の熱伝導率は次のようにして測定される。トランスファー成形により得られた１０ｍｍφ×１０〜１５ｍｍｔの成形品を１７５℃、８時間の後硬化をして試験片を作成する。作成した試験片は、ＫｅｍｔｈｅｒｍＱＴＭ−Ｄ３（京都電子工業社製）の熱伝導率計を用い、その手順に従ってプローブ法により熱伝導率の測定をする。
【００１４】
本発明のヒートシンク形成用樹脂組成物は、前述した（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール樹脂および（Ｃ）最大粒子径が２００μｍ以下の酸化マグネシウム、炭化チタン、炭化ホウ素、炭化ケイ素のいずれか１つ以上からなる無機充填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、エステル類、パラフィン系等の離型剤、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剤の処理剤、種々の硬化促進剤などを適宜、添加配合することができる。
【００１５】
本発明のヒートシンク形成用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としては、前述したエポキシ樹脂、フェノール樹脂、無機充填剤、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、電子部品あるいは電気部品のヒートシンク形成に適用すれば、優れた特性と信頼性を付与させることができる。
【００１６】
図１（ａ）は従来の、金属製ヒートシンクを用いた電子部品封止装置の断面概念図、同図（ｂ）は本発明の、樹脂製ヒートシンクを形成した電子部品封止装置の断面概念図である。両図において、１はフレーム、２は金属製ヒートシンク、３は封止樹脂そして４は樹脂製ヒートシンクである。
【００１７】
本発明の電子部品封止装置は、上述の成形材料を用いて、図１（ｂ）に示すフレーム１下面にトランスファーモールドをすることによりヒートシンク４を形成し、その後、常用される封止樹脂３により電子部品を樹脂封止することにより容易に製造することができる。樹脂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、圧縮成形および注型などによる封止も可能である。ヒートシンク形成用樹脂組成物および封止用樹脂は成形の後の加熱によって硬化し、最終的にはこれら組成物の硬化物によって電子部品封止装置が得られる。なお、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。封止を行う電子部品としては、半導体チップとして挙げられる集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタおよびダイオード等で特に限定されるものではない。
【００１８】
【作用】
本発明のヒートシンク形成用樹脂組成物および電子部品封止装置は、酸化マグネシウムなどの無機充填剤を配合するとともにその無機充填剤の特定配合を採用することによって、目的とする特性が得られるものである。また、このヒートシンク形成用樹脂組成物を用いて、フレーム下面にトランスファーモールドすることにより樹脂製ヒートシンクを形成し、その後、常用される封止樹脂により電子部品を樹脂封止することにより、パッケージの反りが小さく内部剥離もない、放熱性に優れた電子部品封止装置を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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。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。
【００２０】
実施例１
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ（住友化学社製商品名、エポキシ当量２００）１０％に、ノボラック型フェノール樹脂ＭＥＨ−１０８５（明和化成社製商品名、フェノール当量１０５）５．０％、最大粒子径が１００μｍ以下で平均粒子径が１７μｍの酸化マグネシウム粉末８３％およびエステル系ワックス２．０％を配合し室温で混合し、さらに９０〜９５℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料を製造した。
【００２１】
この成形材料を１７５℃に加熱した金型内にトランスファー注入し、Ｃｕフレーム上に硬化させて１０ｍｍφ×１０ｍｍｔの成形体を成形した。この成形品について１７５℃、８時間の後硬化をして常温による密着性、および熱伝導率の試験を行い、その結果を表１に示した。また、Ｃｕフレーム（５００×２００×０．２ｍｍ）上に５００×２００×５ｍｍの成形品Ａを同様に成形し、後述の比較例１の樹脂を封止用樹脂組成物として１７５℃に加熱した金型内にトランスファー注入し、成形品Ａを囲むように成形して成形品Ｂをつくり、１７５℃、８時間の後硬化をして反り量を測定した。結果を表１に併わせて示した。
【００２２】
実施例２
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ（住友化学社製商品名、エポキシ当量２００）１４％に、ノボラック型フェノール樹脂ＭＥＨ−１０８５（明和化成社製商品名、フェノール当量１０５）７％、最大粒子径が１００μｍ以下で平均粒子径が１７μｍの酸化マグネシウム粉末７７％およびエステル系ワックス２．０％を配合し室温で混合し、実施例１と同様の方法で製造、成形、評価を行い、その結果を表１に示した。
【００２３】
実施例３
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ（住友化学社製商品名、エポキシ当量２００）１７％に、ノボラック型フェノール樹脂ＭＥＨ−１０８５（明和化成社製商品名、フェノール当量１０５）８．０％、最大粒子径が１００μｍ以下で平均粒子径が１７μｍの酸化マグネシウム粉末７３％およびエステル系ワックス２．０％を配合し室温で混合し、実施例１と同様の方法で製造、成形、評価を行い、その結果を表１に示した。
【００２４】
実施例４
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ（住友化学社製商品名、エポキシ当量２００）１０％に、ノボラック型フェノール樹脂ＭＥＨ−１０８５（明和化成社製商品名、フェノール当量１０５）５．０％、最大粒子径が１００μｍ以下で平均粒子径が５μｍの炭化チタン粉末８３％およびエステル系ワックス２．０％を配合し室温で混合し、実施例１と同様の方法で製造、成形、評価を行い、その結果を表１に示した。
【００２５】
実施例５
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ（住友化学社製商品名、エポキシ当量２００）１４％に、ノボラック型フェノール樹脂ＭＥＨ−１０８５（明和化成社製商品名、フェノール当量１０５）７％、最大粒子径が１００μｍ以下で平均粒子径が５μｍの炭化チタン粉末７７％およびエステル系ワックス２．０％を配合し室温で混合し、実施例１と同様の方法で製造、成形、評価を行い、その結果を表１に示した。
【００２６】
実施例６
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ（住友化学社製商品名、エポキシ当量２００）１７％に、ノボラック型フェノール樹脂ＭＥＨ−１０８５（明和化成社製商品名、フェノール当量１０５）８％、最大粒子径が１００μｍ以下で平均粒子径が５μｍの炭化チタン粉末７３％およびエステル系ワックス２．０％を配合し室温で混合し、実施例１と同様の方法で製造、成形、評価を行い、その結果を表１に示した。
【００２７】
実施例７
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ（住友化学社製商品名、エポキシ当量２００）１０％に、ノボラック型フェノール樹脂ＭＥＨ−１０８５（明和化成社製商品名、フェノール当量１０５）５．０％、最大粒子径が１００μｍ以下で平均粒子径が１７μｍの炭化ホウ素粉末８３％およびエステル系ワックス２．０％を配合し室温で混合し、実施例１と同様の方法で製造、成形、評価を行い、その結果を表１に示した。
【００２８】
実施例８
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ（住友化学社製商品名、エポキシ当量２００）１４％に、ノボラック型フェノール樹脂ＭＥＨ−１０８５（明和化成社製商品名、フェノール当量１０５）７％、最大粒子径が１００μｍ以下で平均粒子径が１７μｍの炭化ホウ素粉末７７％およびエステル系ワックス２．０％を配合し室温で混合し、実施例１と同様の方法で製造、成形、評価を行い、その結果を表２に示した。
【００２９】
実施例９
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ（住友化学社製商品名、エポキシ当量２００）１７％に、ノボラック型フェノール樹脂ＭＥＨ−１０８５（明和化成社製商品名、フェノール当量１０５）８．０％、最大粒子径が１００μｍ以下で平均粒子径が１７μｍの炭化ホウ素粉末７３％およびエステル系ワックス２．０％を配合し室温で混合し、実施例１と同様の方法で製造、成形、評価を行い、その結果を表２に示した。
【００３０】
実施例１０
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ（住友化学社製商品名、エポキシ当量２００）１０％に、ノボラック型フェノール樹脂ＭＥＨ−１０８５（明和化成社製商品名、フェノール当量１０５）５．０％、最大粒子径が１００μｍ以下で平均粒子径が７μｍの炭化ケイ素粉末８３％およびエステル系ワックス２．０％を配合し室温で混合し、実施例１と同様の方法で製造、成形、評価を行い、その結果を表２に示した。
【００３１】
実施例１１
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ（住友化学社製商品名、エポキシ当量２００）１４％に、ノボラック型フェノール樹脂ＭＥＨ−１０８５（明和化成社製商品名、フェノール当量１０５）７％、最大粒子径が１００μｍ以下で平均粒子径が７μｍの炭化ケイ素粉末７７％およびエステル系ワックス２．０％を配合し室温で混合し、実施例１と同様の方法で製造、成形、評価を行い、その結果を表２に示した。
【００３２】
実施例１２
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ（住友化学社製商品名、エポキシ当量２００）１７％に、ノボラック型フェノール樹脂ＭＥＨ−１０８５（明和化成社製商品名、フェノール当量１０５）８．０％、最大粒子径が１００μｍ以下で平均粒子径が７μｍの炭化ケイ素粉末７３％およびエステル系ワックス２．０％を配合し室温で混合し、実施例１と同様の方法で製造、成形、評価を行い、その結果を表２に示した。
【００３３】
比較例１
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ（住友化学社製商品名、エポキシ当量２００）１２％、ノボラック型フェノール樹脂ＭＥＨ−１０８５（明和化成社製商品名、フェノール当量１０５）６．０％、結晶シリカ粉末８０％およびエステル系ワックス２．０％を配合し室温で混合し、実施例１と同様の方法で製造、成形、評価を行い、その結果を表２に示した。
【００３４】
比較例２
アルミニウム製のヒートシンクを用い、実施例１と同様の方法で成形品Ｂを成形し、評価を行い、その結果を表２に示した。
【００３５】
【表１】

＊１：Ｃｕフレームに、φ１０ｍｍで成形、常温破壊の密着性を測定した、
＊２：１７５℃×８時間アフターキュア後、常温における熱伝導率を測定した、
＊３：パッケージの長径方向についての反り量を測定した。
【００３６】
【表２】

＊１：Ｃｕフレームに、φ１０ｍｍで成形、常温破壊の密着性を測定した、
＊２：１７５℃×８時間アフターキュア後、常温における熱伝導率を測定した、
＊３：パッケージの長径方向についての反り量を測定した。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明および表１、２から明らかなように、本発明のヒートシンク形成用樹脂組成物および電子部品封止装置によれば、放熱性に優れ、かつ内部剥離がなく、パッケージの反りも小さいことから放熱性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は従来の金属製ヒートシンクを用いて製造した電子部品装置の断面図である。
図１（ｂ）は本発明にかかるヒートシンク形成用樹脂組成物をを用いて製造した電子部品装置の断面図である。
【符号の説明】
１　フレーム
２　金属製ヒートシンク
３　封止樹脂
４　本発明の樹脂組成物を用いたヒートシンク。

Claims

（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）フェノール樹脂および
（Ｃ）最大粒子径が２００μｍ以下の酸化マグネシウム、炭化チタン、炭化ホウ素、炭化ケイ素のいずれか１つ以上からなる無機充填剤
を必須成分とし、前記（Ｃ）の無機充填剤を樹脂組成物全体に対して７０〜９５重量％の割合で含有し、成形体の熱伝導率が２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とするヒートシンク形成用樹脂組成物。
請求項１記載のヒートシンク形成用樹脂組成物をフレーム下面にトランスファーモールドすることによりヒートシンクを形成し、さらに封止用樹脂組成物によって、素子を樹脂封止してなることを特徴とする電子部品封止装置。