JP2864415B2 - 半導体封止用樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高熱伝導性で、かつ低
応力性、成形性、流動性に優れた半導体封止用樹脂組成
物及び該半導体封止用樹脂組成物の硬化物で封止された
半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現在、
集積回路を組み込んだ携帯型コンピューターや通信機器
の小型化、高速化が活発化しているためＭＣＭ（マルチ
チップモジュール）やＡＳＩＣの汎用化が進んでいる。
このような高速回路は発熱が起こるために高熱伝導性、
低応力性に優れた封止材で封止する必要があり、従来、
線膨張係数が小さく熱伝導性が高いセラミックで封止す
るか、銅板等の高熱伝導金属を放熱板として低応力型樹
脂封止材により封止する方法が主流であった。

【０００３】しかし、セラミック封止ではコストが高す
ぎて汎用化に向かず、放熱板を用いるとパッケージが厚
くなってしまい小型化が不可能になるという欠点があっ
た。

【０００４】この欠点を解消するために、窒化ケイ素や
窒化アルミ、アルミナ、結晶シリカ等の高熱伝導性無機
質充填材を含有する半導体封止樹脂組成物で封止する方
法（窒化ケイ素：特開昭６２−４３４１５号公報、アル
ミナ：特開昭６１−２１８６２２号公報）があるが、窒
化ケイ素や窒化アルミを無機質充填材として用いると耐
湿信頼性等の信頼性が大きく低下するという欠点があ
る。また、結晶シリカは線膨張係数が大きく、低応力性
を必要とする封止材の充填材には不適当である。

【０００５】そこで、現在は窒化ケイ素や窒化アルミよ
りも比較的信頼性を低下させず、線膨張係数も小さいア
ルミナがこのような高熱伝導性無機充填材として好適に
用いられている。

【０００６】しかしながら、集積回路の高速化が進むに
つれて更なる熱伝導性の向上が必要とされているため
に、高熱伝導性充填材を高充填する技術が必要となって
いる。例えば、アルミナの充填率を上げる方法として
は、平均粒径が８〜３５μｍの粗粒アルミナに平均粒径
が０．１〜４μｍの微粒の球状アルミナ及び／又はシリ
カを充填材の２〜３５重量％混合して流動性を向上させ
る方法（特開平４−１８４４５号公報）等が知られてい
るが、この方法では流動性が粒度分布の形状や累積粒度
分布曲線の傾きに左右されることに注目しておらず、結
果として流動性の向上が不十分となっている。

【０００７】また、溶融シリカを用いる通常の半導体封
止材では、溶融シリカを高充填するためにこの粒度分布
をロジン−ラムラー式のｎ値が０．６〜１．５の範囲に
なるように調整する等の方法（特開昭６３−１２８０２
０号公報）がある。しかし、流動性は粒度分布の形状に
も左右されるためにこの形状を表わす累積粒度分布曲線
と回帰直線との相関係数も考慮しなければならないが、
現在のところ相関係数とｎ値を指標とする充填材の高充
填化技術は提案されていない。また、溶融シリカの系で
はｎ値が０．９５付近で最も流動性が良好になるが（特
開昭６３−１２８０２０号公報）、アルミナ含有系では
上記のような粒度分布調整による高流動化は検討されて
いないためにアルミナを高充填できず、低線膨張化や更
なる高熱伝導化は未だ実現されていない。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、高熱伝導性で、かつ低応力性、成形性、流動性に優
れた半導体封止用樹脂組成物及び該半導体封止用樹脂組
成物の硬化物によって封止された半導体装置を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者等は、
上記目的を達成すべく鋭意検討を行った結果、エポキシ
樹脂、硬化剤及び無機質充填材を含む半導体封止用樹脂
組成物において、無機質充填材として下記に示すような
充填材、即ち、（ｉ）平均粒径が５μｍ以上のアルミナ
粒子を充填材全体の６０〜１００重量％、及び、（ｉ
ｉ）平均粒径が１０μｍ以下のシリカ粒子もしくは平均
粒径が７０μｍ以上の球状結晶シリカ粒子又はこれらの
混合シリカ粒子を充填材全体の０〜４０重量％含有し、
かつ上記（ｉ），（ｉｉ）から構成される無機質充填材
の粒径１μｍから最大粒径までのロジン−ラムラー式の
ｎ値が０．６０〜０．９３、回帰直線の相関係数が０．
９９０以下の粒度分布を有する無機質充填材を使用する
ことにより、高熱伝導性で、低応力な硬化物を与えると
共に、成形性、流動性に優れた半導体封止用樹脂組成物
が得られることを知見し、本発明をなすに至ったもので
ある。

【００１０】以下、本発明につき更に説明すると、本発
明の半導体封止用樹脂組成物は、 （Ａ）エポキシ樹脂 （Ｂ）硬化剤 （Ｃ）無機質充填材 を必須成分として含有してなる樹脂組成物である。

【００１１】ここで、本発明に用いる（Ａ）成分のエポ
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、分子量等は
特に限定されず、例えば、ノボラック型、ビスフェノー
ル型、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン骨格含有
エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂が挙げられ、これらのエ
ポキシ樹脂を単独又は２種以上混合して用いることがで
きるが、充填材を高充填した封止用樹脂組成物を得るた
めには、溶融粘度の低いビフェニル型エポキシ樹脂を単
独で使用することが特に好ましい。

【００１２】一方、本発明に用いる（Ｂ）成分の硬化剤
としては、エポキシ樹脂と反応可能な官能基を２個以上
有する化合物である限り、分子構造、分子量等は特に限
定されない。例えば、ノボラック型、ビスフェノール
型、ビフェニル型フェノール樹脂、ナフタレン骨格含有
フェノール樹脂、更にはアミン系硬化剤等の硬化剤が挙
げられ、これらの硬化剤は単独又は２種以上混合して用
いることができる。

【００１３】なお、（Ａ）成分のエポキシ樹脂、（Ｂ）
成分の硬化剤の配合量は特に制限されないが、（Ａ）成
分のエポキシ樹脂中に含まれるエポキシ基１モルに対し
て、（Ｂ）成分の硬化剤中に含まれるフェノール性ＯＨ
基のモル比が０．５〜１．５であることが好ましい。

【００１４】本発明に用いる（Ｃ）成分の無機質充填材
は、（ｉ）平均粒径が５μｍ以上のアルミナ粒子を充填
材全体の６０〜１００重量％、及び、（ｉｉ）平均粒径
が１０μｍ以下のシリカ粒子もしくは平均粒径が７０μ
ｍ以上の球状結晶シリカ粒子又はこれらの混合シリカ粒
子を充填材全体の０〜４０重量％含有し、かつ上記
（ｉ），（ｉｉ）から構成される無機質充填材の粒径１
μｍから最大粒径までのロジン−ラムラー式のｎ値が
０．６０〜０．９３、回帰直線の相関係数が０．９９０
以下の粒度分布を有するものである。

【００１５】ここで、充填材の粒度分布測定方法は以下
の通りである。 （１）平均粒径の測定方法 レーザー回折式粒度分布測定装置（シーラス，ＨＲ８５
０）で測定する。 （２）ロジン−ラムラー式のｎ値及び相関係数の測定方
法 （１）で得られたデータを以下のロジン−ラムラーの式
によりロジン−ラムラー線図に変換し、最大粒子径から
粒子径１μｍまでの回帰直線を引き、直線の傾き（ｎ
値）と回帰直線の相関係数とを算出する Ｒ（Ｄｐ）＝１００・ｅｘｐ（−ｂ・Ｄｐⁿ） ここで、Ｄｐ ；粒径 Ｒ（Ｄｐ）；最大粒径からＤｐまでの積算重量％ ｎ，ｂ ；定数

【００１６】上記無機質充填材は、具体的には、まず異
なる任意の粒度分布を有する各種のアルミナ粒子を単独
又は任意の割合に混合して、平均粒径５μｍ以上のアル
ミナ粒子とする。こうして得られたアルミナ粒子を単独
で又は上記アルミナ粒子と同様にして得られた平均粒径
１０μｍ以下のシリカ粒子及び／又は上記アルミナ粒子
と同様にして得られた平均粒径７０μｍ以上の球状結晶
シリカ粒子と上記割合で混合して、上述したような最適
粒度分布を有する前記無機質充填材を調整する。この
時、このようにして得られる前記無機質充填材の累積粒
度分布曲線の傾きが任意の点で急激な変化をしないよう
にすることが好ましい。累積粒度分布の傾きが任意の点
で急激な変化を示すような粒度分布を有する充填材は、
急激な変化を示さない粒度分布に比べて流動性を低下さ
せる。

【００１７】前記無機質充填材のようなアルミナ含有系
では、溶融シリカ系とは異なり、上述したように前記無
機質充填材をロジン−ラムラー式のｎ値が０．６０〜
０．９３、より好ましくは０．６５〜０．８５の範囲の
粒度分布になるように調整した場合にのみ、著しく流動
性を向上できるが、更に充填材を高充填した封止用樹脂
組成物を得るためには、球状アルミナ及び球状シリカを
使用することが特に好ましい。

【００１８】上記の無機質充填材を含有した樹脂組成物
は、著しく成形性、流動性に優れる樹脂組成物となるた
め無機質充填材の充填量を増加させることが可能とな
り、その結果、高熱伝導性、低応力性に優れた硬化物を
与える。この条件を満たさない無機充填材、即ち平均粒
径５μｍより小さいアルミナ粒子を無機質充填材全体の
６０重量％以上含有する樹脂組成物は成形性、流動性が
不十分なものとなり、充填材の充填量を増加させられな
くなる。また、アルミナ粒子を無機質充填材全体の６０
重量％より少なくすると十分な熱伝導性が得られなくな
る。同様に、シリカを無機質充填材全体の４０重量％よ
り多くすると十分な熱伝導性が得られなくなる。更に、
無機質充填材の粒径１μｍから最大粒径までのロジン−
ラムラー式のｎ値が０．６０〜０．９３以外か又はロジ
ン−ラムラー式の回帰直線の相関係数が０．９９０より
大きい場合には、著しく成形性、流動性が不十分なもの
となり、その結果、高熱伝導性、低応力性に乏しい硬化
物を与えることとなる。

【００１９】本発明の上記無機質充填材を充填した場合
には、成形性、流動性に優れる樹脂組成物となるため無
機質充填材の充填量を増加させることが可能とあり、そ
の結果、高熱伝導性、低応力性に優れた硬化物を得るこ
とができる。従って、このような点から、十分な高熱伝
導性及び低応力性を得るため樹脂組成物中に上記無機質
充填材を８５重量％以上含有させることが望ましい。

【００２０】なお、本発明において、前記無機質充填材
はシランカップリング剤、チタネートカップリング剤な
どのカップリング剤で予め表面処理することが低吸水
性、耐熱衝撃性及び耐クラック性を向上させる点で好ま
しい。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、γ−グリシドキシプロピルメチ
ルジエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘ
キシル）エチルトリメトキシシランのようなエポキシシ
ラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピル
トリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシ
シラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキ
シシランのようなアミノシラン、γ−メルカプトトリメ
トキシシランのようなメルカプトシランなどのシランカ
ップリング剤を用いることが好ましい。ここで表面処理
に用いるカップリング剤量及び表面処理方法については
特に制限されない。

【００２１】また、本発明において、（Ａ）エポキシ樹
脂と（Ｂ）硬化剤との硬化反応を促進するため硬化触媒
を用いることが好ましい。硬化触媒は硬化反応を促進さ
せるものならば特に限定されず、例えばトリフェニルホ
スフィン、トリブチルホスフィン、トリ（ｐ−メチルフ
ェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェニル）ホスフィ
ン、トリフェニルホスフィン・トリフェニルボレート、
テトラフェニルホスフィン・テトラフェニルボレートな
どのリン系化合物、トリエチルアミン、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（５．４．０）ウンデセン−７などの
第３級アミン化合物、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
ゾールなどのイミダゾール化合物等を使用することがで
きる。

【００２２】本発明の封止樹脂組成物はエポキシ樹脂、
硬化剤及び前記無機質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、ワツクス類、難燃剤、着色剤等を添加配合すること
ができる。

【００２３】本発明の封止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、エポキシ樹脂、
硬化剤、前記無機質充填材、その他の添加物を所定の組
成比で配合し、これをミキサー等によって十分均一に混
合した後、熱ロール又はニーダー等による溶融混合処理
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、被覆に用いれば優れた特性と信頼性とを付与
させることができる。

【００２４】本発明の半導体装置は、上記の封止用樹脂
組成物を用いて、半導体素子を封止することにより容易
に製造することができる。封止を行う半導体素子として
は、例えば集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイ
オード等が挙げられるが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、トランスファー成形
法が挙げられる。また、上記封止樹脂組成物は成形の後
に更に加熱して後硬化させることが好ましい。ここで、
後硬化は１５０℃以上の加熱条件で行うことが好まし
い。

【００２５】

【発明の効果】本発明の封止樹脂組成物は、特定の粒度
分布の高熱伝導性充填材を従来の高熱伝導性封止樹脂組
成物よりも高充填することができるため半導体封止用と
して優れた高熱伝導性、低応力性、成形性を有すると共
に流動性に優れる。そして、本発明の封止樹脂組成物の
硬化物で封止した半導体封止装置は、高熱伝導性、低応
力性に優れると共に、特性のバランスが良好であり、信
頼性の高いものである。

【００２６】

【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に示すが、本発明は下記の実施例に制限されるもので
はない。なお、以下の例において部はいずれも重量部で
ある。

【００２７】〔実施例、比較例〕下記成分を熱２本ロー
ルにて均一に溶融混合し、冷却、粉砕して、実施例１〜
７、比較例１〜４の半導体封止用樹脂組成物を得た。な
お、比較例４の充填材は、特開平４−１８４４５号公報
において最も良好な流動性を示している粒度分布（平均
粒径が２４μｍのアルミナを４．７重量％、平均粒径が
１０μｍのアルミナを８１．３重量％、平均粒径が１μ
ｍの微粒の球状シリカを１４．１重量％含有する充填
材）を有する高熱伝導性充填材を用いたものである。組成 エポキシ樹脂 ５４．５部 （油化シェルエポキシ社製，ＴＸ−４０００Ｈ，エポキシ当量１９０ｇ／モル） フェノール樹脂 ２４．３部 （三井東圧化学社製，ミレックスＸＬ−２２５，水酸基当量１６８ｇ／モル） フェノール樹脂 １５．０部 （明和化成社製，ＭＥＨ７７１０，水酸基当量１３７ｇ／モル） ブロム化エポキシ樹脂 ６．２部 （旭チバ社製，ＡＥＲ７５５，エポキシ当量４５９ｇ／モル） 硬化触媒（トリフェニルホスフィン） １．５部 三酸化アンチモン ８．０部 着色剤（三菱カーボンブラック） １．５部 シランカップリング剤（信越化学工業社製，ＫＢＭ−４０３） ２．０部 離型剤（カルナバワックス）

【００２８】次に、得られた組成物につき下記諸試験を
行った。結果を表１，２に示す。 （イ）スパイラルフロー値 ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して、１７５℃、７０
ｋｇ／ｃｍ²、成形時間１２０秒の条件で測定した。 （ロ）熱伝導率 １７５℃、７０ｋｇ／ｃｍ²、成形時間１２０秒の条件
で成形し、１８０℃、４時間後加熱して得られた５０ｍ
ｍφ×６ｍｍの試験片を上部ヒーターと熱量計及び下部
ヒーターの間にサンドイッチ状に挿入し、空気圧にて一
定に密着させ、５０℃で定常状態に達した後の試験片両
面間の温度差、熱量計出力から自動的に熱コンダクタン
スを算出し、この熱コンダクタンスの値と試験片の厚さ
との積から熱伝導率を求めた。 （ハ）成形性 １００ピンＱＦＰ（パッケージサイズ：１４ｍｍ×２０
ｍｍ×２．２ｍｍ）の金型を用い、トランスファー成形
機により１７５℃、７０ｋｇ／ｃｍ²、２分の条件で成
形し、この時の外観不良（ボイド）を測定した。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】以上の実施例より、本発明の高熱伝導性無
機質充填材を含む封止樹脂組成物の硬化物は、優れた高
熱伝導性、低応力性を有すると共に流動性に優れ、そし
てボイド等の発生もなく、成形性にも優れるものである
ことが認められる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ０８Ｋ 3:20 3:36） (72)発明者 二ッ森 浩二 群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社 シリコーン電 子材料技術研究所内 (72)発明者 浅野 英一 群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社 シリコーン電 子材料技術研究所内 (56)参考文献 特開 平４−18445（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−128020（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−66744（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−329879（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C08L 63/00 - 63/10 C08K 3/20 C08K 3/36 H01L 23/29

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂と硬化剤と無機質充填材と
   を含有する半導体封止用樹脂組成物において、上記無機
   質充填材として、（ｉ）平均粒径が５μｍ以上のアルミ
   ナ粒子を充填材全体の６０〜１００重量％、及び、（ｉ
   ｉ）平均粒径が１０μｍ以下のシリカ粒子もしくは平均
   粒径が７０μｍ以上の球状結晶シリカ粒子又はこれらの
   混合シリカ粒子を充填材全体の０〜４０重量％含有し、
   かつ上記（ｉ），（ｉｉ）から構成される無機質充填材
   の粒径１μｍから最大粒径までのロジン−ラムラー式の
   ｎ値が０．６０〜０．９３、回帰直線の相関係数が０．
   ９９０以下の粒度分布を有する無機質充填材を使用した
   ことを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。
2. 【請求項２】 請求項１記載の組成物の硬化物で封止し
   た半導体装置。