JPH05230336A

JPH05230336A - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置

Info

Publication number: JPH05230336A
Application number: JP6925092A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Sasaki; 俊彦佐々木; Masanori Kokubo; 正典小久保
Original assignee: Toshiba Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1992-02-18
Filing date: 1992-02-18
Publication date: 1993-09-07

Abstract

(57)【要約】【構成】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および（Ｃ）窒化ケイ素被覆窒
化アルミニウム粉末を必須成分とし、樹脂組成物に対し
て前記（Ｃ）窒化ケイ素被覆窒化アルミニウム粉末を25
〜90重量％含有してなることを特徴とするエポキシ樹脂
組成物である。またこのエポキシ樹脂組成物の硬化物
で、半導体チップが封止されてなることを特徴とする半
導体封止装置である。【効果】本発明のエポキシ樹脂組成物及び半導体封止
装置は、特に樹脂組成物の耐湿性に優れ、一方で熱膨脹
係数が小さく、熱放散性がよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐湿性、熱放散性に優
れ、それらの特性バランスのよいエポキシ樹脂組成物お
よびぃエポキシ樹脂組成物で封止した半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ダイオード、トランジスタ、集積
回路等の半導体装置を、熱硬化性樹脂を用いて封止する
方法が行われてきた。この封止樹脂は、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が、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、充填剤としては、一般的に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使用され、更に熱放散
性の必要な半導体用には窒化ケイ素粉末等が使用されて
いるが、近年、半導体部品のさらなる大電力化に伴い、
より熱放散性の優れた半導体封止用樹脂の開発が要望さ
れるようになってきた。

【０００３】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結晶性シリカ粉末又は
窒化ケイ素粉末からなる樹脂組成物は、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
粉末からなる樹脂組成物に比べて、熱放散性は高いもの
の、近年のパワー半導体における高消費電力化に伴い、
さらに高い熱放散性が必要になってきた。また、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窒
化アルミニウム粉末からなる樹脂組成物は、熱放散性は
高いものの耐湿性に著しく劣る等の欠点があった。

【０００４】

【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、耐湿性、成形性、特に薄肉部
の充填性に優れ、熱膨脹係数が小さく、熱伝導率、熱放
散性がよく、それらの特性バランスのとれた信頼性の高
いエポキシ樹脂組成物および半導体封止装置を提供しよ
うとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、窒化ケイ素被
覆窒化アルミニウム粉末を配合することによって、上記
の目的が達成できることを見いだし、本発明を完成させ
たものである。

【０００６】即ち、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および（Ｃ）窒化ケ
イ素被覆窒化アルミニウム粉末を必須成分とし、樹脂組
成物に対して前記（Ｃ）窒化ケイ素被覆窒化アルミニウ
ム粉末を25〜90重量％含有してなることを特徴とするエ
ポキシ樹脂組成物である。またこのエポキシ樹脂組成物
の硬化物で、半導体チップが封止されてなることを特徴
とする半導体封止装置である。

【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００８】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
合物で有る限り、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。例えば、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。

【０００９】

【化１】（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種
以上混合して使用することができる。

【００１０】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、ホルムアルデヒド或いはパラホルム
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、例えばエポキシ化もし
くはブチル化ノボラック型フェノール樹脂等が挙げら
れ、これらは単独又は 2種以上混合して使用することが
できる。ノボラック型フェノール樹脂の配合割合は、前
記の（Ａ）エポキシ樹脂のエポキシ基（a ）と（Ｂ）の
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未満若しくは10を
超えると耐湿性、成形作業性およ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。

【００１１】本発明に用いる（Ｃ）窒化ケイ素被覆窒化
アルミニウム粉末としては、150 メッシュ篩上の粗粒分
を除去したもので、平均粒径が10〜50μm の粉末である
ことが望ましい。平均粒径が10μm 未満または50μm を
超えると、流動性、作業性に問題があり好ましくない。
特に粒径が 150メッシュ篩上の粗粒分のある場合は、成
形時にワイヤーゲート詰まり、ワイヤー流れ、金型摩耗
等が生じ好ましくない。また、あまり細径であると比表
面積が増加して、充填性が悪くなり好ましくない。窒化
ケイ素被覆窒化アルミニウム粉末の窒化ケイ素被覆厚さ
は、平均で粒径の 0.5〜50％の被覆厚であることが好ま
しい。平均被覆厚が 0.5％未満であると窒化アルミニウ
ムが露出し、耐湿性に悪影響を及ぼし、また、50％を超
えると熱放散性が悪くなり好ましくない。窒化ケイ素被
覆窒化アルミニウム粉末の配合割合は、樹脂組成物に対
して25〜90重量％の割合で含有させることが望ましい。
その割合が25重量％未満では、熱膨脹係数が大きくなる
とともに熱伝導率が小さくなり好ましくない。また、90
重量％を超えるとカサバリが大きくなり、成形性が悪く
実用に適さない。

【００１２】本発明のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ
樹脂、ノボラック型フェノール樹脂および窒化ケイ素被
覆窒化アルミニウム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、また必要に応じて、例え
ば天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪酸の金属
塩、酸アミド類、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。

【００１３】本発明のエポキシ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、窒化ケイ素被覆窒化
アルミニウム粉末その他を所定の組成比に選択した原料
成分をミキサー等によって十分均一に混合した後、さら
に熱ロール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
とする電子部品ある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。

【００１４】本発明の半導体封止装置は、上述したエポ
キシ樹脂組成物を用いて、半導体チップを封止すること
により容易に製造することができる。封止を行う半導体
チップとしては、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、ダ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、圧縮成
形、注形等による封止も可能である。エポキシ樹脂組成
物は封止の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 ℃以上に加熱して硬化させ
ることが望ましい。

【００１５】

【作用】本発明は、ノボラック型フェノール樹脂を硬化
剤とするエポキシ樹脂組成物において、窒化ケイ素被覆
窒化アルミニウム粉末を用いたことによって、耐湿性、
熱放散性にすぐれ、その他の特性もバランスよく保持さ
せることができ、この樹脂組成物を用いることによって
信頼性の高い半導体封止装置を製造することができる。

【００１６】

【実施例】次に本発明を実施例によって説明するが、本
発明はこれらの実施例によって限定されるものではな
い。以下の実施例及び比較例において「％」とは「重量
％」を意味する。

【００１７】実施例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）16％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール
当量 107） 8％、窒化ケイ素被覆窒化アルミニウム粉末
（平均粒径17μm ）73％および離型剤等 3％を常温で混
合し、さらに90〜95℃で混練してこれを冷却粉砕して成
形材料を製造した。

【００１８】実施例２実施例１において、窒化ケイ素被覆窒化アルミニウム粉
末（平均粒径17μm ）73％の替わりに、窒化ケイ素被覆
窒化アルミニウム粉末（平均粒径17μm ）33％と結晶性
シリカ粉末（平均粒径38μm ）40％の混合粉末を用いた
以外は、全て実施例１と同一にして成形材料を製造し
た。

【００１９】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）16％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール
当量 107） 8％、溶融シリカ粉末（平均粒径35μm ）73
％および離型剤等 3％を常温で混合し、実施例１と同様
にして成形材料を製造した。

【００２０】比較例２比較例１において、溶融シリカ粉末（平均粒径35μm ）
の替わりに、結晶性シリカ粉末（平均粒径28μm ）を用
いた以外は、全て比較例１と同一にして成形材料を製造
した。

【００２１】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（ 150メッシ
ュ篩上を除いた平均粒径17μm ）70％および離型剤等 3
％を加えて、比較例１と同様にして成形材料を製造し
た。

【００２２】比較例４比較例３において、六方晶型窒化ケイ素粉末（ 150メッ
シュ篩上を除いた平均粒径17μm ）の替わりに、窒化ア
ルミニウム粉末（ 150メッシュ篩上を除いた平均粒径15
μm ）を用いた以外は、全て比較例３と同一にして成形
材料を製造した。

【００２３】実施例１〜２及び比較例１〜４で製造した
成形材料を用いて半導体チップを封止し、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
表１に示した。本発明のエポキシ樹脂組成物及び半導体
封止装置は、熱的特性がよく、耐湿性、成形性に優れて
おり、本発明の効果を確認することができた。

【００２４】

【表１】＊1 ：ＪＩＳ−Ｋ−６９１１により測定した。＊2 ：半導体封止装置を、迅速熱伝導計（昭和電工社
製、商品名ＱＴＭ−ＭＤ）を用いて室温で測定した。＊3 ：120 キャビティ取り１６ピンＰ金型を用いて、成
形材料を 170℃で 3分間トランスファー成形し、充填性
を評価した。○印…良好。＊4 ：成形材料を用いて、 2本のアルミニウム配線を有
する半導体チップを、170 ℃で 3分間の条件でトランス
ファー成形した後、さらに 8時間エイジングさせた。こ
の半導体封止装置 100個について 120℃の高圧水蒸気中
で耐湿試験を行い、アルミニウム腐食による50％断線
（不良発生）の起こる時間を評価した。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明及び表１から明らかなよう
に、本発明のエポキシ樹脂組成物及び半導体封止装置
は、樹脂組成物の耐湿性、成形性、特に薄肉部の充填性
に優れ、熱膨脹係数が小さく、熱伝導率、熱放散性がよ
く、それらの特性バランスのとれたもので、信頼性の高
い半導体封止装置が製造できた。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）ノボラック
型フェノール樹脂および（Ｃ）窒化ケイ素被覆窒化アル
ミニウム粉末を必須成分とし、樹脂組成物に対して前記
（Ｃ）窒化ケイ素被覆窒化アルミニウム粉末を25〜90重
量％含有してなることを特徴とするエポキシ樹脂組成
物。
【請求項２】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）ノボラック
型フェノール樹脂および（Ｃ）窒化ケイ素被覆窒化アル
ミニウム粉末を必須成分とし、樹脂組成物に対して前記
（Ｃ）窒化ケイ素被覆窒化アルミニウム粉末を25〜90重
量％の割合に含有したエポキシ樹脂組成物の硬化物で、
半導体チップが封止されてなることを特徴とする半導体
封止装置。