JPH0343445A - 封止用樹脂組成物及びその半導体封止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、熱膨脹係数が小さく、熱伝導率が大きく、耐
湿性、成形性に優れ、それらの特性バランスのよい封止
用樹脂組成物及びその半導体封止装置に関する。

（従来の技術） 従来、ダイオード、トランジスタ、集積回路等の電子部
品を熱硬化性樹脂を用いて封止する方法が行われてきた
。　この樹脂封止は、ガラス、金属、セラミックを用い
たハーメチックシール方式に比較して経済的に有利なた
め、広く実用化されている。　封止用樹脂としては、熱
硬化性樹脂の中でも信頼性および価格の点からエポキシ
樹脂が最も一般的に用いられている。　エポキシ樹脂に
は、酸無水物、芳香族アミン、ノボラック型フェノール
樹脂等の硬化剤が用いられるか、これらの中でもノボラ
ック型フェノール樹脂を硬化剤としたエポキシ樹脂は、
他の硬化剤を利用したものに比べて、成形性、耐湿性に
優れ、毒性がなく、かつ安価であるため半導体封止用樹
脂として広く使用されている。　また充ｆ！１剤として
は、溶融シリカ粉末や結晶性シリカ粉末が前述の硬化剤
と共に最も一般的に使用されている。　近年、半導体部
品の高密度化、大電力化に伴い熱放散性のよい、低応力
の半導体封止用樹脂が要望されてきた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、ノボラック型フェノール樹脂を硬化剤と
したエポキシ樹脂と、溶融シリカ粉末とからなる樹脂組
成物は、熟膨朕係数が小さく、耐湿性がよく、また温寒
サイクル試験によるボンディングワイヤのオープン、樹
脂クラック、ベレットクラック等にｒｆれているという
特徴を有するものの、熱伝導率が小さいため熱放散か悪
く、消費電力の大きいパワー半導体では、そのｎ能が果
せなくなる欠点がある。　一方、ノボラック型フェノー
ル樹脂を硬化剤としたエポキシ樹脂と、結晶性シリカ粉
末とからなる樹脂組成物は、結晶性シリカ粉末の配合割
合を上げると熱伝導率が大きくなって、熱放散も良好と
なるが、然膨脹係数が大きく、また耐湿性に対する信頼
性も悪くなる欠点がある。　更に、この樹脂組成物から
得られる封止品は機械的特性や成形性が低下する欠点が
あった。　従って、シリカ粉末を用いる封止樹脂組成物
の高熱伝導化にはおのずから限界があった。

本発明は、上記の欠点を解消するためになされたもので
、耐湿性、成形性に優れ、熱膨脹係数が小さく、熱伝導
率、熱放散性か良く、また弾性率が低く、それらの特性
バランスのとれた信頼性の高い封止用樹脂組成物及び半
導体封止装置を提供することを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明者は、上記の目的を達成しようと鋭意研究を重ね
た結果、特定のオルガノシリコーン及び窒化ゲイ索粉末
を配合することによって上記の目的を達成できることを
見いだし、本発明を完成したものでである。

すなわち、本発明は、 （Ａ）エポキシ樹脂、 （Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂、 （Ｃ）次の一般式で示されるオルガノシリコーン（但し
、式中、Ｒはメチル基又はフェニル基を、Ｘはエポキシ
基又はフェノール性水酸基と反応する置換基を、Ｉ、ｌ
は１以上の整数を、ｎは３以上の整数を、それぞれ表す
。） （Ｄ）窒化ケイ素粉末 を必須成分とし、前記（Ｄ）の窒化ケイ素粉末を樹脂組
成物に対して２５〜９０重量％含有してなることを特徴
とする封止用樹脂組成物、およびその硬化物によって半
導体装置が封止されていることを特徴とする半導体封止
装置である。

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か
ぎり、分子構造、分子量等に特に制限はなく、一般に使
用されているものを広く包含することができる。　酬え
ばビスフェノール型の芳香族系、シクロヘキサン誘導体
等の脂環族系、さらに次の一般式で示されるエポキシノ
ボラック系等のエポキシ樹脂が挙げられる。

（但し、式中Ｒ１は水素原子、ハロゲン原子又はアルキ
ル基を、Ｒ２は水素原子又はアルキル基を、ｎは１以上
の整数を表す、）　これらのエポキシ樹脂は単独又は２
ａ以上混合して用いる。

本発明に用いる（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂とし
ては、フェノール、アルキルフェノール等のフェノール
類とホルムアルデヒドあるいはパラホルムアルデヒドを
反応させて得られるノボラック型フェノール樹脂、およ
びこれらの変性樹脂、例えばエポキシ化らしくはブチル
化ノボラック型フェノール樹脂等か挙げられ、これらは
単独又は２種以上混合して用いる。　ノボラック型フェ
ノール樹脂の配合割合は、前記（Ａ）エポキシ樹脂のエ
ポキシ基（ａ　）と（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂
のフェノール性水酸基（ｂ　）とのモル比［（ａ）／（
ｂ）］が０．１〜１０の範囲内であることが望ましい、
　モル比が０．１末溝もしくは１０を超えると耐湿性、
成形作業性、及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。

本発明に用いる（Ｃ）オルガノシリコーン（ポリオルガ
ノシロキサン）は次の一般式を有するものを使用する。

但し、式中、Ｒはメチル基又はフェニル基を、Ｘはエポ
キシ基又はフェノール性水酸基と反応する置換基を、１
．鴎は１以上の整数を、ｎは３以上の整数を、それぞれ
表す、ＩＩ／Ｉの比は０．１〜１０の範囲内であること
が望ましい、　この比が０．１未満であると置換基の窒
化ケイ素との親和性がなくなり、また１０を超えるとエ
ポキシ樹脂及びノボラック型フェノール樹脂との硬化反
応に不具合を生じ好ましくない、　より好ましい橿／１
比は０．５〜５の範囲内である。　またエポキシ基と反
応する置換基Ｘとしては、 （式中、Ｒ３，Ｒ’はアルキル基を表す、）等が挙げら
れる。　そしてまた、フェノール性水酸基と反応する置
換基Ｘとしては、 −ＣＯＯＨ，−ＮＣＯ 等が挙げられる。　さらに、オルガノシリコーンはその
分子量がＧｏ、　０００以下であることが望ましい。　
分子量がｓｏ、ｏｏｏを超えると窒化ケイ素粉末に対す
る分散が悪くなり好ましくないからである。

これらのオルガノシリコーンは単独又は２種以上混合し
て使用することができる。　オルカッシリコーンの配合
割合は、樹脂組成物に対して０．０１〜１０重量％の割
合であることが望ましい、　その割合が０．０１重量％
未満であると低応力特性の低下となり、また１０重量％
を超えると成形性、生産性に問題を生じる。　より好ま
しい配合割合は０．５〜５重量％の範囲内である。

本発明に用いる＜Ｄ）窒化ケイ素粉末は、平均粒径６０
メツシュ以上の細径であることか望ましい。

平均粒径が６０メツシュ未満の粗粒の場合は、成形時に
ワイヤーゲート詰りゃワイヤー流れ、金型摩耗等が生じ
ることがあり好ましくない。　また、窒化ケイ素として
は三方晶系（α−３＋　、Ｎ、）或いは六方晶系（β−
３＋　Ｉ　Ｎａ　）等が挙げられ、これらは拳独又は２
種以上混合して使用することができる。　さらに、窒化
ケイ素粉末の配合割合は、樹脂組成物に対して２５〜９
０重量％の割合であることが望ましい、　その割合が２
５重量％未満では熱膨脹係数が大きく、熱伝導率が小さ
くて好ましくない、　また９０重量％を超えるとかさは
りか大きく、成形性が悪く実用に適さない。

本発明の封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂、ノボラッ
ク型フェノール樹脂、オルガノシリコーン、窒化ケイ素
粉末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、必要に応じ例えば天然ワックス類１合成ワッ
クス類、直鎖脂肪酸の金属塩、酸アミド類８エステル類
、パラフィン類等の離型剤、塩素化パラフィン、ブロム
トルエン、ヘキサブロムベンゼン、三酸化アンチモン等
の難燃剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着色剤、種
々の硬化剤等を適宜添加配合することができる。

本発明の封止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、エポキシ樹脂、ノボラック
型フェノール樹脂、オルガノシリコーン、窒化ゲイ素粉
末、その他を所定の組成比に選択した原料籾成分をミキ
サー等によって十分均一に混合した後、更に熱ロールに
よる溶融混合処理、又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
、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、絶縁等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。

本発明の半導体封止用装置は、上記の封止用樹脂組成物
を用いて、半導体装置を封止することにより容易に製造
することができる。　封止を行う半導体装置としては、
例えば集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイ
リスタ、タイオード等で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、低圧トランスファ
ー成形法があるが、射出成形、圧綿成形、注型等による
封止も可能である。　封止用樹脂組成物は封止め際に加
熱して硬化させ、最終的にはこの組成物の硬化物によっ
て封止された半導体封止装置が得られる。　加熱による
硬化は１５０’Ｃ以上に加熱して硬化させることが望ま
しい。

（実施例） 本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明は
以下の実施例に限定されるものではない。

実施例および比較例において、１％」とあるのは「重量
％」を意味する。

実方拒例　１ クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量２１
５）　１７％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当１１０７）　　８％、六方晶型窒化ケイ素粉末（
平均粒径１７μ＋＋＋）７０％、アミノオルガノシリコ
ーン（ｎ／ｌ　＝　２．３．分子量４０，０００　）　
　２％、および離型剤等３％を常温で混合し、さらに９
５〜９５℃で混練した後、これを冷却粉砕して成形材料
を製造した。

実施例　２ 実施例１において、六方晶型窒化ケイ素粉末７０％の代
わりに、六方晶型窒化ケイ素粉末（平均粒径１７μ惟〉
３０％と結晶性シリカ粉末（平均粒径３８μｌ１）４０
％の混合系を用いた以外はすべて実施例１と同一にして
成形材料を製造した。

比較例　１ クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量２１
５）　１７％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当量１０７）　　８％、アミノオルカッシリコーン
（１１／Ｉ　＝　２．３、分子量４０，０００　）　　
２％、溶融シリカ粉末７０％、および離型剤等３％を配
合し、実施例１と同様にして成形材料を製造した。

比較例　２ 比較例１において、溶融シリカ粉末の代わりに結晶性シ
リカ粉末（平均粒径２８μｍｍ）を用いた以外はすべて
比較例１と同一にして成形材料を製造した。

比較例　３ クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量２１
５）　１８％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノ
ール当量１０７）　　９％、六方晶型窒化ケイ素粉末（
平均粒径１７μ１）７０％、および離型剤等３％を配合
し、比較例１と同様にして成形材料を製造した。

実施例１〜２及び比較例１〜３で製造した成形材料を用
いて半導体装置を成形封止し、さらに１７０℃で加熱硬
化させて半導体封止装置を製造した、　成形材料及び半
導体封止装置について諸試験を行ったので、その結果を
第１表に示した。

本発明によるものは、熱的特性がよく、耐湿性、成形性
に優れており、本発明の効果が確認された。

第１表 （単位） ＊　１　： ＊２　： ＪＩＳ−に−６９１１により測定。

半導体封止装置を用いて迅速熱伝導針（昭和電工社製、
商品名ＱＴＭ−ＭＤ）を用いて室温で測定した。

＊３　：成形材料を、１６ピンＤｒＰ１２０キヤビテイ
収り金型を用いて、１７０℃、３分間の条件でトランス
ファー成形し、その充填性を調べた。　○印・・・良好
、Ｘ印・・・不良。

ネ４　：　２本のアルミニウム配線を有する半導体装置
を、１７０℃１３分間の条件でトランスファー成形した
後、８時間硬化させた。　この半導体封止装置１００個
について　１２０”Ｃの高圧水蒸気中で耐湿試験（ＰＣ
Ｔ）を行い、アルミニウム腐食による５０％の断線（不
良発生）の起こる時間によって評価した。

［発明の効果］ 以上の説明および第１表から明らかなように、本発明の
封止用樹脂組成物及び半導体封止装置は、熱的特性、耐
湿性、成形性に優れ、弾性率が低く、これらの特性バラ
ンスのよい信頼性の高いものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（Ａ）エポキシ樹脂、 （Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂、 （Ｃ）次の一般式で示されるオルガノシリ コーン ▲数式、化学式、表等があります▼ （但し、式中、Ｒはメチル基又はフェニル 基を、Ｘはエポキシ基又はフェノール性水 酸基と反応する置換基を、ｌ、ｍは１以上 の整数を、ｎは３以上の整数を、それぞれ 表す。） （Ｄ）窒化ケイ素粉末 を必須成分とし、前記（Ｄ）の窒化ケイ素粉末を樹脂組
   成物に対して２５〜９０重量％含有してなることを特徴
   とする封止用樹脂組成物。 ２（Ａ）エポキシ樹脂、 （Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂、 （Ｃ）次の一般式で示されるオルガノシリ コーン ▲数式、化学式、表等があります▼ （但し、式中、Ｒはメチル基又はフェニル 基を、Ｘはエポキシ基又はフェノール性水 酸基と反応する置換基を、ｌ、ｍは１以上 の整数を、ｎは３以上の整数を、それぞれ 表す。） （Ｄ）窒化ケイ素粉末 を必須成分とし、前記（Ｄ）の窒化ケイ素粉末を樹脂組
   成物に対して２５〜９０重量％含有する封止用樹脂組成
   物の硬化物で半導体装置が封止されていることを特徴と
   する半導体封止装置。