JP2874089B2 - 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、流動性及び成形性に優
れ、かつ熱伝導性、低応力性に優れ、さらには耐半田ク
ラック性に優れた硬化物を与える半導体封止用樹脂組成
物及び該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される必要があり、
従来は線膨張係数が小さくて熱伝導性が高いセラミック
で封止するか、或いは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で封止する方法が主流であっ
た。

【０００３】しかしながら、セラミック封止では、コス
トが高すぎて汎用化に向かず、一方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、薄型化が不可能
になると共に、耐湿信頼性が低下するという欠点があっ
た。

【０００４】そのため、窒化ケイ素、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、アルミナ：特開昭６１−２
１８６２２号）が行われている。しかし、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り、また結晶
シリカを用いると線膨張係数が大きくなり、低応力性を
必要とする封止材の充填材には不適当なものであった。
そこで、現在では窒化ケイ素や窒化アルミより比較的信
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質充填材として好適に用いられて
いる。

【０００５】一方、集積回路の高速化が進むにつれてさ
らなる熱伝導率の向上が必要とされているため、高熱伝
導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０．１〜４
μｍの微粒の球状アルミナ及び／又はシリカを充填材全
体の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）等が挙げられるが、この方
法は流動性が粒度分布に大きく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なものとな
っている。このように粒度分布の調整による高流動化が
検討されていないためにアルミナを高充填できず、熱伝
導率が９０×１０^-4ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃程度の硬化物
しか得られていないのが現状であり、さらなる低線膨張
化や高熱伝導率化は未だ実現されていない。

【０００６】更に、近年半導体集積回路の分野において
は、パッケージ実装方式が表面実装型へ移行するに伴
い、耐半田クラック性が重大な問題となっている。そこ
で、アルミナ含有系では、アルミナ繊維を含有させて強
度を高めたりする方法（特開昭６１−２１８６２２号）
等が考えられるが、繊維状の充填材を含有させると流動
性が低下して充填材を高充填できず、熱伝導性が乏しい
ものしか得られないという問題がある。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、流動性、成形性に優れ、しかも高熱伝導性で低応力
性、耐半田クラック性に優れた硬化物を与える半導体封
止用樹脂組成物及び該樹脂組成物の硬化物により封止さ
れた半導体装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、上
記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、エポキシ
樹脂として下記一般式（１）で示されるビフェニル型エ
ポキシ樹脂を５０重量％以上含有してなるエポキシ樹脂
成分を使用し、これと、水酸基当量が１２０ｇ／ｍｏｌ
以上のフェノール樹脂と、球状アルミナとを組み合せる
こと、しかもこの場合この球状アルミナとして、０．４
〜０．７μｍ、１２〜１８μｍ及び３０〜３８μｍの３
つの間に極大ピークを有し、他の範囲にはこれらの極大
ピークよりも高いピークを有さず、かつ１〜２μｍの範
囲の粒子径のものが５重量％以下、６０μｍ以上の粒子
径のものが５重量％以下である粒度分布を有するものを
使用し、この球状アルミナを組成物全体の７０〜９５重
量％配合することにより、得られた半導体封止用組成物
が流動性、成形性に優れている上、高熱伝導性で低応力
であり、耐半田クラック性に優れた硬化物を与えると共
に、この封止用樹脂組成物の硬化物で封止した半導体装
置は、高熱伝導性、低応力性、耐半田クラック性に優
れ、しかも特性のバランスが良好であり、信頼性の高い
ものであることを知見し、本発明をなすに至ったもので
ある。

【０００９】

【化２】 （式中、Ｒは水素原子、臭素原子、アルキル基又はアル
ケニル基を示す。）

【００１０】即ち、上述したように、従来より粒径の大
きい充填材と粒径の小さい充填材とを組合せることによ
り、各種特性を改良した半導体封止用組成物は知られて
いるが、本発明者が種々検討を重ねた結果によれば、最
近の半導体集積回路の発展にあっては、単に粒径の大き
い充填材と粒径の小さい充填材を組み合せただけでは、
半導体集積回路を封止する封止材に対する要求、即ち流
動性、成形性に優れ、かつ高熱伝導性で低応力性、耐半
田クラック性に優れた硬化物を与えるという諸特性を同
時に十分満足し得ないものである。ところが、エポキシ
樹脂の主成分として上記式（１）のビフェニル型エポキ
シ樹脂を用いると共に、０．４〜０．７μｍの間に極大
ピークを有し、しかも１２〜１８μｍと３０〜３８μｍ
の間にもそれぞれ極大ピークを有し、かつ１〜２μｍ及
び６０μｍ以上の粒子を実質的に含まない球状アルミナ
を使用した場合、意外にも上記封止材に対する諸要求を
同時に満足した半導体封止用樹脂組成物が得られること
を、初めて見い出したものである。

【００１１】従って、本発明は、 （Ａ）下記一般式（１）で示されるビフェニル型エポキ
シ樹脂を５０重量％以上含有するエポキシ樹脂成分 （Ｂ）水酸基当量が１２０ｇ／ｍｏｌ以上のフェノール
樹脂、及び （Ｃ）球状アルミナ を必須成分とする半導体封止用樹脂組成物において、上
記球状アルミナが、０．４〜０．７μｍ、１２〜１８μ
ｍ及び３０〜３８μｍの３つの間に極大ピークを有し、
他の範囲にはこれらの極大ピークよりも高いピークを有
さず、かつ１〜２μｍの範囲の粒子径のものが５重量％
以下、６０μｍ以上の粒子径のものが５重量％以下であ
る粒度分布を有し、上記球状アルミナを組成物全体の７
０〜９５重量％含有することを特徴とする半導体封止用
樹脂組成物、及び、この組成物の硬化物で封止した半導
体装置を提供する。

【００１２】

【化３】 （式中、Ｒは水素原子、臭素原子、アルキル基又はアル
ケニル基を示す。）

【００１３】以下、本発明を更に詳述すると、本発明の
半導体封止用樹脂組成物を構成する（Ａ）成分は下記一
般式（１）で示されるビフェニル型エポキシ樹脂を５０
重量％以上含有するエポキシ樹脂成分である。

【００１４】

【化４】

【００１５】ここで、上記式（１）中Ｒは、水素原子、
臭素原子、アルキル基又はアルケニル基であるが、アル
キル基としては、メチル基、エチル基等の炭素数１〜
５、好ましくは１〜２のもの、アルケニル基としては、
ビニル基、アリル基等の炭素数２〜１２、好ましくは２
〜６のものが挙げられる。なお、上記式（１）のＲは、
互に同一でも異っていてもよい。

【００１６】本発明において、上記式（１）のビフェニ
ル型エポキシ樹脂は、上述したようにエポキシ樹脂成分
全体の５０重量％以上、好ましくは７０重量％以上、更
に好ましくは９０重量％以上含有するものであり、含有
率が５０重量％未満の場合には、無機質充填材の充填量
を増加させることが不可能となり、上述したような特性
の向上が達成できなくなる。

【００１７】本発明のエポキシ樹脂成分は上記ビフェニ
ル型エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂を含有することが
でき、この場合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れば、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、多官能型、ナフタレン骨格含
有エポキシ樹脂等を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
融粘度の低いエポキシ樹脂を使用することが特に好まし
い。

【００１８】上記エポキシ樹脂成分を含有した樹脂組成
物は、著しく流動性に優れているため、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、更には充填材
の高充填化により低応力性、低吸水性に優れる硬化物と
なるために耐半田クラック性を向上させることができる
ものである。

【００１９】本発明の組成物を構成する（Ｂ）成分のフ
ェノール樹脂は、水酸基当量が１２０ｇ／ｍｏｌ以上有
するもので、エポキシ樹脂の硬化剤として使用され、こ
れを含有させることにより、低応力性、低吸水性に優れ
た樹脂組成物を形成することができ、それにより耐半田
クラック性を向上させることができるものである。上記
フェノール樹脂としては、例えば、ナフタレン骨格含有
フェノール樹脂、ビシクロペンタジエン骨格含有フェノ
ール樹脂、アラルキル骨格含有フェノール樹脂等が挙げ
られ、これらの硬化剤は単独で又は２種以上を混合して
用いることができる。なお、充填材を高充填した封止用
樹脂組成物を得るためには、溶融粘度の低いフェノール
樹脂を使用することが特に好ましい。

【００２０】また、上記（Ｂ）フェノール樹脂は、水酸
基当量が１２０ｇ／ｍｏｌ以上有するものであるが、耐
半田クラック性の向上を考慮すると水酸基当量は１３５
ｇ／ｍｏｌ以上が好ましい。

【００２１】なお、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との配合量
は、特に制限されないが、（Ａ）成分に含まれるエポキ
シ基１モルに対して、（Ｂ）成分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。

【００２２】次に、本発明の（Ｃ）成分は球状アルミナ
であり、この球状アルミナは、０．４〜０．７μｍ、１
２〜１８μｍ及び３０〜３８μｍの３つの間に極大ピー
クを有し、他の範囲にはこれらの極大ピークよりも高い
ピークを有さず、かつ１〜２μｍの範囲の粒子径のもの
が５重量％以下、好ましくは２重量％以下、より好まし
くは１重量％以下、６０μｍ以上の粒子径のものが５重
量％以下、好ましくは２重量％以下、より好ましくは１
重量％以下である粒度分布を有するものとする必要があ
る。

【００２３】この場合、０．４〜０．７μｍの粒径範囲
のものの割合は１０〜４０重量％、好ましくは１５〜３
０重量％、より好ましくは２０〜２８重量％、１２〜１
８μｍの範囲のものが４０〜７０重量％、好ましくは４
５〜６０重量％、より好ましくは５０〜６０重量％、３
０〜３８μｍの範囲のものが５〜３０重量％、好ましく
は１０〜２５重量％、より好ましくは１２〜１８重量％
であることが望ましく、これにより本発明の目的を効果
的に達成し得る。

【００２４】なお、上記粒度分布は、レーザー回折式粒
度分布測定装置（シーラス，ＨＲ８５０）による測定値
である。

【００２５】上記球状アルミナは、後述する実施例に示
すように、例えば０．４〜０．７μｍの間と１２〜１８
μｍの間にピークを有する球状アルミナと、４０〜６０
μｍ間にピークを有する球状アルミナと、２５〜３５μ
ｍとの間にピークを有する球状アルミナとを適宜割合で
混合することにより得ることができる。

【００２６】なお、上述したアルミナとしては、その結
晶構造がα、β、γ、δ等のアルミナ又はこれらの混合
物としてのアルミナが挙げられるが、熱伝導率を向上さ
せるためにはα化率が高いアルミナを用いることが好ま
しく、更に組成物の耐湿信頼性を低下させないためには
Ｎａ₂Ｏ，Ｎａイオン，Ｃｌイオンの含有量が少ないア
ルミナを用いることが望ましい。

【００２７】本発明においては、無機質充填材として上
記球状アルミナを単独で用いてもよいが、必要により他
の充填材を添加してもよい。他の充填材としては、平均
粒子径７μｍ以下のシリカが好ましい。この場合、シリ
カは流動性を向上させるために球状シリカが好適であ
る。

【００２８】上記球状アルミナの配合量は、組成物全体
の７０〜９５重量％、好ましくは８０〜９５重量％、更
に好ましくは９０〜９３重量％とすることが好ましい。
また、他の充填材を併用する場合、球状アルミナは充填
材全体の７５〜１００重量％、特に８０〜１００重量％
とすることが好ましい。

【００２９】このように上述した粒度分布の球状アルミ
ナを上記配合量で用いることにより、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、さらには充填材の
高充填化により低応力性、低吸水性に優れる硬化物とな
るために耐半田クラック性が向上できる。

【００３０】これに対し、上記以外の粒度分布を有する
球状アルミナを含有する樹脂組成物を使用すると成形
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。更に、形状が球状でないアルミナ
粒子を用いると流動性が不十分なものとなり、充填材の
充填量を増加することができない。また、上述した球状
アルミナの配合量を組成物全体の７０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。

【００３１】なお、本発明において、上記球状アルミ
ナ、その他の充填材は、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
等のエポキシシラン、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等のアミノシラン、γ−メルカプ
トトリメトキシシラン等の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。この場合、
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。

【００３２】また、本発明においては、上述した（Ａ）
成分と（Ｂ）成分との硬化反応を促進させるため硬化触
媒を用いることが好ましい。この硬化触媒としては、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。

【００３３】本発明の半導体封止用樹脂組成物は、
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）成分を必須成分とするものであ
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、ワックス類、難燃剤、着色剤等を添加配合す
ることができる。

【００３４】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、上記無機質充填材、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。このようにして得られ
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、被覆に用いることができ、優れた特
性と信頼性とを付与することができる。

【００３５】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、特に制限されるものではな
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。上記封止樹脂組成物の硬化条件は
１６５〜１７５℃、１〜３分とすることができ、また成
形後にさらに加熱して後硬化させることが好ましく、そ
の時の後硬化は１５０℃以上の加熱条件で行うことが望
ましい。

【００３６】

【発明の効果】本発明の半導体封止用樹脂組成物は、低
粘度エポキシ樹脂と特定の粒度分布を有する球状アルミ
ナとを用いたことにより、従来の高熱伝導性封止樹脂組
成物よりも充填材を高充填でき、半導体封止用として優
れた流動性、成形性を有し、かつ高熱伝導性、低応力
性、耐半田クラック性に優れた硬化物を与える。従っ
て、本発明の樹脂組成物の硬化物で封止した半導体装置
は、高熱伝導性、低応力性、耐半田クラック性に優れる
と共に特性のバランスが良好であり、信頼性の高いもの
となる。

【００３７】

【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、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
部を示す。

【００３８】〔実施例１〕図２に示す粒度分布を有する
球状アルミナＢ、図３に示す粒度分布を有する球状アル
ミナＣ、図４に示す粒度分布を有する球状アルミナＤを
重量比で４０：２２：６の割合で混合し、図１に示す粒
度分布を有する球状アルミナＡを得た。

【００３９】次に、この球状アルミナＡ９８重量％と平
均粒径１．３μｍの球状シリカ２重量％とからなる充填
材を表１に示す成分と熱２本ロールにて均一に溶融混合
し、冷却粉砕して半導体封止用樹脂組成物を得た。な
お、充填材の配合量は、表１中の樹脂成分１００部に対
し９００部とした。

【００４０】〔比較例１〕球状アルミナＢを球状アルミ
ナＡの代りに用いる以外は上記実施例１と同様にして樹
脂組成物を得た。

【００４１】〔比較例２〕球状アルミナＢと球状アルミ
ナＣとを重量比４０：２８で混合した球状アルミナを用
いる以外は実施例１と同様にして樹脂組成物を得た。

【００４２】〔比較例３〕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を有す
る高熱伝導性充填剤（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１μｍの微粒の球状シリカを１
４．１重量％含有する充填剤）を用いる以外は実施例１
と同様にして樹脂組成物を得た。

【００４３】〔比較例４〕エポキシ樹脂としてビフェニ
ル型エポキシ樹脂を用いず、表１に示すものを用いた以
外は実施例１と同様にして樹脂組成物を得た。

【００４４】これらの組成物につき、次の諸試験を行っ
た。結果を表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・ｃｍ^-2、成形時間１２０秒の条件で測定した。 （ロ）熱伝導率 ５０ｍｍφ×６ｍｍの試験片を上部ヒーターと熱量計及
び下部ヒーターと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）耐半田クラック性 １００ピンＱＦＰの金型を用い、トランスファー成形機
により１７５℃、７０ｋｇ・ｃｍ^-2、２分の条件で成形
し、１８０℃で４時間ポストキュアーした後、８５℃／
８５％ＲＨ雰囲気中に２４時間放置してからＩＲリフロ
ー装置（２４０℃）で処理し、外部クラックを目視で確
認することにより耐半田クラック性を評価した。 （ニ）成形性 １００ピンＱＦＤの金型を用い、トランスファー成形機
により１７５℃、７０ｋｇ・ｃｍ^-2、２分の条件で成形
し、この時の成形性を目視により評価した。

【００４５】

【表１】 ＊１：油化シェルエポキシ社製、ＴＸ−４０００Ｈ，エ
ポキシ当量１９０ｇ／ｍｏｌ ＊２：日本化薬社製、ＥＯＣＮ−３３００，エポキシ当
量１８７ｇ／ｍｏｌ ＊３：三井東圧化学社製、ミレックスＸＬ−２２５，水
酸基当量１６８ｇ／ｍｏｌ ＊４：旭チバ社製、ＡＥＲ７５５，エポキシ当量４５９
ｇ／ｍｏｌ

【００４６】

【表２】 ＊５：比較例１，２，４については耐半田クラック性を
評価するためのパッケージを成形することはできなかっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる球状アルミナＡの粒度分布を示
すグラフである。

【図２】比較例に係る球状アルミナＢの粒度分布を示す
グラフである。

【図３】比較例に係る球状アルミナＣの粒度分布を示す
グラフである。

【図４】比較例に係る球状アルミナＤの粒度分布を示す
グラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 (56)参考文献 特開 平７−216054（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−345849（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−132576（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−181547（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−222270（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H08L 63/00 - 63/10 C08K 3/22 C08K 7/18 C08G 59/24 C08G 59/62 H01L 23/29

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）下記一般式（１）で示されるビフ
   ェニル型エポキシ樹脂を５０重量％以上含有するエポキ
   シ樹脂成分 【化１】 （式中、Ｒは水素原子、臭素原子、アルキル基又はアル
   ケニル基を示す。） （Ｂ）水酸基当量が１２０ｇ／ｍｏｌ以上のフェノール
   樹脂、及び （Ｃ）球状アルミナ を必須成分とする半導体封止用樹脂組成物において、上
   記球状アルミナが、０．４〜０．７μｍ、１２〜１８μ
   ｍ及び３０〜３８μｍの３つの間に極大ピークを有し、
   他の範囲にはこれらの極大ピークよりも高いピークを有
   さず、かつ１〜２μｍの範囲の粒子径のものが５重量％
   以下、６０μｍ以上の粒子径のものが５重量％以下であ
   る粒度分布を有し、上記球状アルミナを組成物全体の７
   ０〜９５重量％含有する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記載の半導体封止用樹脂組成物
   の硬化物で封止した半導体装置。