JP7348847B2 - 半導体封止用樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置 - Google Patents
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本実施形態の半導体封止用樹脂組成物は、(A)熱硬化性樹脂と、(B)硬化剤および/または(C)硬化促進剤と、(D)無機充填材と、を含み、(D)無機充填材が、(D-11)絶縁処理した磁性粉と、(D-12)磁性を有しない熱伝導材粉と、(D-13)シリカ粉とを含有する、または、(D-21)絶縁処理した炭素材粉と、(D-22)シリカ粉とを含有する、ことを特徴とする。
ここで、フラーレンは、炭素原子のみで構成される閉殻空洞状の炭素の同素体であり、C60フラーレン、高次フラーレン等が挙げられる。カーボンナノチューブは、炭素によって作られる六員環ネットワーク(グラフェンシート)を筒状に丸めて形成される単層またはそれらが入れ子状に積層した多層の円筒状構造の繊維状物質である。カーボンナノファイバーは、炭素によって作られる六員環ネットワーク(グラフェンシート)を斜めに積層した構造の繊維状物質である。
(D)成分中に、(D-11)~(D-13)の合計または(D-21)~(D-22)の合計が80質量%以上含むことが好ましく、90質量%以上含むことがより好ましい。
本樹脂組成物における(D)成分の含有量は、本樹脂組成物の全量に対して80~95質量%であることが好ましく、83~93質量%がより好ましく、85~90質量%がさらに好ましい。
各例の樹脂組成物には各成分として以下の化合物を用いた。
(A)成分;エポキシ樹脂(クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、軟化点88℃)
(B)成分;フェノール樹脂硬化剤(フェノールノボラック樹脂、軟化点92℃)
(C)成分;イミダゾール型硬化促進剤(キュアゾールC17Z(2-ヘプタデシルイミダゾール)、商品名、四国化成工業(株)製)
(D-11)成分
絶縁処理したケイ素鋼粉A(Fe-3.5%Si絶縁コート品、商品名、エプソンアトミックス(株)製;平均粒子径11μm)
絶縁処理したケイ素鋼粉B(Fe-3.5%Si絶縁コート品、商品名、エプソンアトミックス(株)製;平均粒子径40μm)
窒化アルミニウム粉(FAN-f50-A1、商品名、古河電子(株)製;平均粒子径51μm;熱伝導率(25℃) 285W/(m・K))
酸化アルミニウム粉(CB-A50S、商品名、昭和電工(株)製;平均粒子径50μm;熱伝導率(25℃) 30W/(m・K))
窒化ホウ素粉(PT-40S、商品名、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ製;平均粒子径40μm;熱伝導率(25℃) 60W/(m・K))
球状シリカ(溶融シリカ;FB-105、商品名、電気化学工業(株)製;平均粒子径11μm)
絶縁処理した炭素材粉A(酸化アルミニウム被膜を有するカーボンナノチューブ)
絶縁処理した炭素材粉B(酸化アルミニウム被膜を有するフラーレン)
なお、(D-21)成分を構成する材料のそれぞれの熱伝導率(25℃)は以下の通りである。
カーボンナノチューブ 3000W/(m・K)
フラーレン 1500W/(m・K)
酸化アルミニウム 30W/(m・K)
〈絶縁処理した炭素材粉Aの製造〉
バレル型ALD真空成膜装置((株)クリエイティブコーティングス製)にて、カーボンナノチューブ(商品名:LUCAN CP1001M、LG Chem社製;断面直径 8~17nm)をバレル型容器に入れてバレルを回転させた(回転速度は1rpm)。次いで、以下の操作によりカーボンナノチューブの表面に酸化アルミニウム(アルミナ)被膜を成膜した。成膜温度は室温とした。
バルク容器に投入する材料を、カーボンナノチューブに替えてフラーレン(商品名:nano mix ST、フロンティアカーボン(株)製;平均粒子径 30μm)とした以外は、上記の絶縁処理した炭素材粉Aの製造と同様に、ALD処理を100サイクル繰り返した。エリプソメトリー観察により、20nmの被膜を確認し、20nmのアルミナ被膜を要するフラーレンを作成した。
絶縁処理していないケイ素鋼粉(Fe-3.5%Si、商品名、エプソンアトミックス(株)製;平均粒子径10μm)
絶縁処理していないカーボンナノチューブ(商品名:LUCAN CP1001M、LG Chem社製;断面直径 8~17nm)
絶縁処理していないフラーレン(商品名:nano mix ST、フロンティアカーボン(株)製;平均粒子径 30μm)
(添加剤)
カルナバワックス(カルナバワックス1号)
(組成表)
エポキシ樹脂 100g(10質量%)
フェノールノボラック樹脂 40g(4.0質量%)
イミダゾール型硬化促進剤 5g(0.5質量%)
カルナバワックス 5g(0.5質量%)
絶縁処理したケイ素鋼粉A 100g(10質量%)
窒化アルミニウム粉 200g(20質量%)
球状シリカ 550g(55質量%)
(組成表)
エポキシ樹脂 100g(10質量%)
フェノールノボラック樹脂 40g(4.0質量%)
イミダゾール型硬化促進剤 5g(0.5質量%)
カルナバワックス 5g(0.5質量%)
絶縁処理したケイ素鋼粉A 200g(20質量%)
窒化アルミニウム粉 350g(35質量%)
球状シリカ 300g(30質量%)
(組成表)
エポキシ樹脂 100g(10質量%)
フェノールノボラック樹脂 40g(4.0質量%)
イミダゾール型硬化促進剤 5g(0.5質量%)
カルナバワックス 5g(0.5質量%)
絶縁処理したケイ素鋼粉A 300g(30質量%)
窒化アルミニウム粉 500g(50質量%)
球状シリカ 50g(5.0質量%)
(組成表)
エポキシ樹脂 100g(10質量%)
フェノールノボラック樹脂 40g(4.0質量%)
イミダゾール型硬化促進剤 5g(0.5質量%)
カルナバワックス 5g(0.5質量%)
絶縁処理したケイ素鋼粉A 200g(20質量%)
酸化アルミニウム粉 350g(35質量%)
球状シリカ 300g(30質量%)
(組成表)
エポキシ樹脂 100g(10質量%)
フェノールノボラック樹脂 40g(4.0質量%)
イミダゾール型硬化促進剤 5g(0.5質量%)
カルナバワックス 5g(0.5質量%)
絶縁処理したケイ素鋼粉A 200g(20質量%)
窒化ホウ素粉 350g(35質量%)
球状シリカ 300g(30質量%)
(組成表)
エポキシ樹脂 80g(8.0質量%)
フェノールノボラック樹脂 32g(3.2質量%)
イミダゾール型硬化促進剤 4g(0.4質量%)
カルナバワックス 4g(0.4質量%)
絶縁処理したケイ素鋼粉A 100g(10質量%)
窒化アルミニウム粉 210g(21質量%)
球状シリカ 570g(57質量%)
(組成表)
エポキシ樹脂 100g(10質量%)
フェノールノボラック樹脂 40g(4.0質量%)
イミダゾール型硬化促進剤 5g(0.5質量%)
カルナバワックス 5g(0.5質量%)
絶縁処理したケイ素鋼粉B 100g(10質量%)
窒化アルミニウム粉 200g(20質量%)
球状シリカ 550g(55質量%)
(組成表)
エポキシ樹脂 100g(10質量%)
フェノールノボラック樹脂 40g(4.0質量%)
イミダゾール型硬化促進剤 5g(0.5質量%)
カルナバワックス 5g(0.5質量%)
球状シリカ 850g(85質量%)
(組成表)
エポキシ樹脂 100g(10質量%)
フェノールノボラック樹脂 40g(4.0質量%)
イミダゾール型硬化促進剤 5g(0.5質量%)
カルナバワックス 5g(0.5質量%)
球状シリカ 650g(65質量%)
絶縁処理していないケイ素鋼粉 200g(20質量%)
(組成表)
エポキシ樹脂 100g(10質量%)
フェノールノボラック樹脂 40g(4.0質量%)
イミダゾール型硬化促進剤 5g(0.5質量%)
カルナバワックス 5g(0.5質量%)
球状シリカ 650g(65質量%)
絶縁処理したケイ素鋼粉A 200g(20質量%)
(組成表)
エポキシ樹脂 100g(10質量%)
フェノールノボラック樹脂 40g(4.0質量%)
イミダゾール型硬化促進剤 5g(0.5質量%)
カルナバワックス 5g(0.5質量%)
絶縁処理していないケイ素鋼粉 200g(20質量%)
窒化アルミニウム粉 500g(50質量%)
球状シリカ 150g(15質量%)
(組成表)
エポキシ樹脂 100g(10質量%)
フェノールノボラック樹脂 40g(4.0質量%)
イミダゾール型硬化促進剤 5g(0.5質量%)
カルナバワックス 5g(0.5質量%)
絶縁処理した炭素材粉A 50g( 5質量%)
球状シリカ 800g(80質量%)
(組成表)
エポキシ樹脂 100g(10質量%)
フェノールノボラック樹脂 40g(4.0質量%)
イミダゾール型硬化促進剤 5g(0.5質量%)
カルナバワックス 5g(0.5質量%)
絶縁処理した炭素材粉A 150g(15質量%)
球状シリカ 700g(80質量%)
(組成表)
エポキシ樹脂 100g(10質量%)
フェノールノボラック樹脂 40g(4.0質量%)
イミダゾール型硬化促進剤 5g(0.5質量%)
カルナバワックス 5g(0.5質量%)
絶縁処理した炭素材粉B 50g( 5質量%)
球状シリカ 800g(80質量%)
(組成表)
エポキシ樹脂 100g(10質量%)
フェノールノボラック樹脂 40g(4.0質量%)
イミダゾール型硬化促進剤 5g(0.5質量%)
カルナバワックス 5g(0.5質量%)
絶縁処理していないカーボンナノチューブ 150g( 15質量%)
球状シリカ 700g( 15質量%)
(組成表)
エポキシ樹脂 100g(10質量%)
フェノールノボラック樹脂 40g(4.0質量%)
イミダゾール型硬化促進剤 5g(0.5質量%)
カルナバワックス 5g(0.5質量%)
絶縁処理していないフラーレン 50g( 5質量%)
球状シリカ 800g( 80質量%)
上記例1~例7、例12~例14で得られた実施例の樹脂組成物A~G、L~Nおよび例8~例11、例15~例16で得られた比較例の樹脂組成物H~K、O~Pのそれぞれについて、厚さ2mmと1mmの板に圧縮成形(温度;175℃、圧力;10MPa)した。以下の方法により、厚さ2mmの板で、電気絶縁性能、電磁波シールド性能を測定し、厚さ1mmの板で、放熱性能を測定した。評価結果を、樹脂組成物の組成とともに表1および表2に示す。なお、表1および表2の組成において、(D)成分については、上段が樹脂組成物全体に対する当該成分の質量%を示す。また、下段の括弧で囲まれた数字は、(D)成分全体に対する当該成分の質量%を示す。
厚さ1mの板をφ5mmの試験片に成形し、JIS R1611に準じて、京都電子工業社製:商品名LFA-502で、常温(25℃)における熱伝導率(W/(m・K))を測定した。
厚さ2mmの板を送信用アンテナと受信用アンテナの間に設置し、測定周波数1MHzでの磁気遮蔽性(dB)を測定した。
厚さ2mmの板を用いて、JIS K-6911に準じて、150℃における体積抵抗率を測定した。なお、表1において体積抵抗率の単位は(×1010Ω・m)とした。
Claims (2)
- (A)熱硬化性樹脂と、(B)硬化剤および/または(C)硬化促進剤と、(D)無機充填材と、を含み、
前記(D)無機充填材が、(D-11)絶縁処理した磁性粉と、(D-12)磁性を有しない熱伝導材粉と、(D-13)シリカ粉とを含有し、
前記(D-11)絶縁処理した磁性粉が、表面に無機酸化物からなる被覆層を有するケイ素鋼粉であり、平均粒子径が2~50μmであり、
前記(D-12)磁性を有しない熱伝導材粉が、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、および酸化アルミニウムから選ばれる少なくとも1種を含み、
前記(D)無機充填材は、(D)無機充填材100質量%に対し、前記(D-11)絶縁処理した磁性粉を8~40質量%、前記(D-12)磁性を有しない熱伝導材粉を15~60質量%、前記(D-13)シリカ粉を5~77質量%含有する、
ことを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。 - 基板と、
前記基板上に固定された半導体素子と、
前記半導体素子を封止している、請求項1記載の半導体封止用樹脂組成物の硬化物と、
を有することを特徴とする樹脂封止型の半導体装置。
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