JP3186586B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱伝導性に優れる
硬化物が得られる半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び
この半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止した
半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】パワートランジスターやパワーIC等を
搭載する半導体装置に使用される半導体封止用エポキシ
樹脂組成物に対しては、高熱伝導率の硬化物が得られる
性能が要求される。従来、高熱伝導率を達成するため
に、無機充填材である結晶シリカの充填量を増す方法が
行われていた。しかし、結晶シリカの充填量を増した場
合には成形性が損なわれる問題が生じるため、結晶シリ
カの充填量を増す方法で得られる熱伝導率の改善には限
度があった。アルミナや窒化珪素等の結晶シリカ以外の
高熱伝導性の無機充填材を使用することも高熱伝導率の
達成に有効であるが、アルミナ以外のものは純度が悪く
信頼性が劣るという問題や高コストであるという問題が
あり、また、アルミナを使用した半導体封止用エポキシ
樹脂組成物は金型摩耗性が大きいという問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の事情に
鑑みてなされたものであって、本発明の目的とするとこ
ろは、無機充填材としてアルミナを使用していて、熱伝
導性に優れる硬化物が得られる半導体封止用エポキシ樹
脂組成物であって、成形性が優れ、かつ、金型摩耗性が
小さい半導体封止用エポキシ樹脂組成物及びこの半導体
封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止した半導体装置
を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、
硬化剤と、アルミナ粒子及びシリカ粒子を含有する無機
充填材を含有してなる半導体封止用エポキシ樹脂組成物
において、粗粒アルミナ粒子及び/又は球状アルミナ粒
子を含有し、かつ、アルミナ粒子とシリカ粒子合計量に
対してアルミナ粒子を2〜50重量%含有していて、か
つ、粗粒アルミナ粒子の平均粒径が1〜7μmであり、
球状アルミナ粒子の平均粒径が10〜30μmであっ
て、かつ、アルミナ粒子とシリカ粒子合計量に対して、
平均粒径が1〜10μmの球状シリカ粒子を2〜5重量
%含有し、かつ、アルミナ粒子とシリカ粒子合計量に対
して、平均粒径が100〜120μmの結晶シリカ粒子
を5〜20重量%含有することを特徴とする。
【0005】本発明の請求項に係る半導体装置は、
求項1記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用い
て、半導体チップを封止してなる半導体装置である。
【0006】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
で、粗粒アルミナ粒子及び/又は球状アルミナ粒子を含
有し、かつ、アルミナ粒子とシリカ粒子合計量に対して
アルミナ粒子を2〜50重量%含有していることは、熱
伝導性に優れる硬化物が得られ、成形性が優れ、かつ、
金型摩耗性が小さいという特性をエポキシ樹脂組成物に
付与する働きをする。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の半導体封止用エポキシ樹
脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、アルミナ粒子
及びシリカ粒子を含有する無機充填材を含有している。
本発明で使用するエポキシ樹脂としては、分子内に2個
以上のエポキシ基を有する化合物であればよく、例えば
オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェ
ノールA型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、
ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格
を持つエポキシ樹脂等が挙げられ、これらを単独で用い
ても、2種以上を併用してもよい。なお、下記式(a)
で表わされるビフェニル型エポキシ樹脂を用いると、成
形時の粘度を低下させることができ、成形性が向上する
ので好ましい。式(a)中のR1〜R4はそれぞれ水素又
はメチル基を表わす。
【0008】
【化1】
【0009】また、エポキシ樹脂として下記式(b)で
表わされるジシクロペンタジエン骨格を持つエポキシ樹
脂を含有させると低吸湿化された硬化物が得られるの
で、吸湿信頼性及び吸湿半田クラック等の性能が向上で
きるので好ましい。式(b)中のmは0又は正の整数を
表わす。
【0010】
【化2】
【0011】本発明で使用する硬化剤としては、エポキ
シ樹脂と反応してエポキシ樹脂を硬化させるものであれ
ば特に限定するものではなく、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、フェノール類や
ナフトール類とp−キシレンの反応物等のフェノール性
水酸基を有するフェノール系硬化剤や、アミン系硬化剤
や、酸無水物等が挙げられる。これら硬化剤は単独で用
いても、2種以上を併用してもよい。また、硬化剤とし
てフェノール系硬化剤を用いた場合、硬化物の吸湿率を
低くできるので好ましい。硬化剤の配合割合について
は、通常エポキシ樹脂に対し、当量比で0.1〜10の
範囲で配合するのが所望する性能を得るためには好まし
い。
【0012】本発明で使用する無機充填材は、アルミナ
粒子及びシリカ粒子を含有していて、かつ、粗粒アルミ
ナ粒子及び/又は球状アルミナ粒子を含有し、さらに、
アルミナ粒子とシリカ粒子合計量に対してアルミナ粒子
を2〜50重量%含有しているが重要である。2重量%
未満の場合には得られる硬化物の熱伝導性が不十分にな
ると共に結晶シリカ粒子の充填量が多い場合には成形性
が悪くなるという問題があり、また50重量%を越える
と、金型摩耗性が悪くなるという問題が生じる。
【0013】粗粒アルミナ粒子の平均粒径は1〜7μm
であることが好ましく、1μm未満では溶融粘度が上昇
し、成形性が悪くなる恐れがあり、7μmを越えると金
型摩耗性が大きくなる傾向がある。また、球状アルミナ
粒子の平均粒径は10〜30μmであることが好まし
く、10μm未満では溶融粘度が上昇し、成形性が悪く
なる恐れがあり、30μmを越えると金型摩耗性が大き
くなる傾向がある。
【0014】本発明で使用する無機充填材中に平均粒径
が1〜10μmの球状シリカ粒子を、アルミナ粒子とシ
リカ粒子合計量に対して、2〜5重量%含有させると、
成形時のバリ特性が良好となるので好ましい。
【0015】本発明で使用する無機充填材中に平均粒径
が100〜120μmの結晶シリカ粒子を、アルミナ粒
子とシリカ粒子合計量に対して、5〜20重量%含有さ
せると、成形性を示す指標であるスパイラルフローの値
が大きくなり、良好な成形性を有する樹脂組成物が得ら
れるようになるので好ましい。
【0016】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
には、必要に応じて、硬化促進剤、着色剤、難燃剤、離
型剤、低応力化剤等を配合することができる。また、本
発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物は各原材料をミ
キサー等を用いて混合した後、ロール、ニーダー等を用
いて混練し、冷却し、粉砕する等の方法で製造すること
ができる。
【0017】本発明の半導体装置は、前記の本発明に係
る半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、トランス
ファー成形等の方法で半導体チップを封止して製造する
ことができ、製造方法については特に限定はない。
【0018】
【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて
説明する。
【0019】表1及び表2に示す配合割合(重量部)で
各原料を配合し、ミキサーで混合し、次いで85℃の加
熱ロールで5分間混練し、冷却粉砕して半導体封止用エ
ポキシ樹脂組成物を得た。なお、各原料の詳細を下記に
示す。 ・エポキシ樹脂A:オルソクレゾールノボラック型エポ
キシ樹脂(住友化学工業社製、品番ESCN195X
L) ・エポキシ樹脂B:前記式(a)で表わされ、R1〜R4
が全てメチル基であるビフェニル型エポキシ樹脂(油化
シェルエポキシ社製、品番YX4000H) ・エポキシ樹脂C:前記式(b)で表わされるジシクロ
ペンタジエン骨格を持つエポキシ樹脂(大日本インキ化
学工業社製、品番EXA7200) ・硬化剤:フェノールノボラック樹脂(荒川化学工業社
製、商品名タマノ−ル752) ・難燃剤D:臭素化エポキシ樹脂(住友化学工業社製、
品番ESB−400T) ・難燃剤E:三酸化アンチモン ・硬化促進剤:2−フェニルイミダゾール ・離型剤:天然カルナバ ・着色剤:カーボンブラック(三菱化学社製、品番MA
−100B) ・カップリング剤:γグリシドキシプロピルトリメトキ
シシラン ・粗粒アルミナ粒子F:住友化学工業社製、品番AL−
32、平均粒径3.0μm ・粗粒アルミナ粒子G:住友化学工業社製、品番AKP
−20、平均粒径0.4〜0.6μm ・粗粒アルミナ粒子H:住友化学工業社製、品番AL−
33、平均粒径12μm ・球状アルミナ粒子I:昭和電工社製、品番AS−5
0、平均粒径10μm ・球状アルミナ粒子J:昭和電工社製、品番AS−3
0、平均粒径16μm ・球状アルミナ粒子K:昭和電工社製、品番AS−5
0、平均粒径37μm ・結晶シリカ粒子L:龍森社製、品番3K、平均粒径3
2μm ・結晶シリカ粒子M:龍森社製、品番100G、平均粒
径100μm ・球状シリカ粒子N:電気化学工業社製、品番FB−0
1、平均粒径3.0μm ・球状シリカ粒子P:電気化学工業社製、品番FB−3
5、平均粒径12μm 上記で得た封止用エポキシ樹脂組成物(実施例1、参考
例1〜6及び比較例1〜4)について、成形時の流動性
を示す特性であるスパイラルフロー(170℃におけ
る)をEMI規格に準じた方法で測定し、その結果を表
1に示した。また、円盤型のサンプル封止部と、その側
面からサンプル封止部と直行方向に上下金型間にクリア
ランスが20μmとなるように形成したスリット部を有
するバリ測定器のサンプル封止部に、トランスファー成
形機を用いて、封止用エポキシ樹脂組成物を加熱、注入
し、170℃で90秒成形して、バリ評価用サンプルを
5個作製し、次いで、このサンプルの前記スリット部に
対応する部分に発生している、流れ出たバリの長さを測
定し、5個の測定値の平均値を算出し、バリ特性として
その結果を表1に示した。
【0020】また、各封止用エポキシ樹脂組成物を用い
て、成形性(半導体装置であるTOP−3F型トランジ
スタを成形した時の成形性)、金型摩耗性、硬化物の熱
伝導率について、下記の評価方法で評価し、得られた結
果を表1に示した。
【0021】成形性(TOP−3F型トランジスタを成
形した時の成形性)の評価方法:トランスファー成形法
により、TOP−3F型トランジスタを評価用サンプル
として作製する。成形条件は170℃で90秒成形した
後、175℃で6時間、後硬化する条件で行う。得られ
た成形品の表面を観察し、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。
【0022】金型摩耗性の評価方法:アルミ製オリフィ
ス(ノズル直径1.5mm、長さ6.4mm)の中を4
0gの封止用エポキシ樹脂組成物を10回、150℃で
溶融させて通し、封止用エポキシ樹脂組成物を通す前後
のアルミ製オリフィスの重量差を求め、金型摩耗量とし
て評価する。
【0023】硬化物の熱伝導率の評価方法:各封止用エ
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、100φ、厚さ25±5mmの円盤
状の評価用サンプルを作製する。成形条件は170℃で
90秒成形した後、175℃で6時間、後硬化する条件
で行う。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。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】表1及び表2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、成形性が優れ、かつ、
金型摩耗性が小さい封止用エポキシ樹脂組成物であっ
て、高熱伝導率の硬化物が得られることが確認された。
【0027】
【発明の効果】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成
物は、粗粒アルミナ粒子及び/又は球状アルミナ粒子を
含有し、かつ、アルミナ粒子とシリカ粒子合計量に対し
てアルミナ粒子を2〜50重量%含有しているので、成
形性が優れ、かつ、金型摩耗性が小さい封止用エポキシ
樹脂組成物であって、高熱伝導率の硬化物が得られると
いう効果を奏する。
【0028】また、本発明の半導体装置は、請求項1
載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、半導体
チップを封止してなる半導体装置であるので、製造時の
成形不良や金型摩耗という問題の発生が少なくて、か
つ、熱伝導性に優れる半導体装置となる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 23/31 (72)発明者 池田 博則 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−188855(JP,A) 特開 平4−18445(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 23/29 C08G 59/00 - 59/72 C08L 63/00

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、アルミナ粒
    子及びシリカ粒子を含有する無機充填材を含有してなる
    半導体封止用エポキシ樹脂組成物において、粗粒アルミ
    ナ粒子及び/又は球状アルミナ粒子を含有し、かつ、ア
    ルミナ粒子とシリカ粒子合計量に対してアルミナ粒子を
    2〜50重量%含有していて、 かつ、粗粒アルミナ粒子の平均粒径が1〜7μmであ
    り、球状アルミナ粒子の平均粒径が10〜30μmであ
    って、 かつ、アルミナ粒子とシリカ粒子合計量に対して、平均
    粒径が1〜10μmの球状シリカ粒子を2〜5重量%含
    有し、 かつ、アルミナ粒子とシリカ粒子合計量に対して、平均
    粒径が100〜120μmの結晶シリカ粒子を5〜20
    重量%含有 することを特徴とする半導体封止用エポキシ
    樹脂組成物。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体封止用エポキシ樹
    脂組成物を用いて、半導体チップを封止してなる半導体
    装置。
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