JPH05235211A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置

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JPH05235211A
JPH05235211A JP3388092A JP3388092A JPH05235211A JP H05235211 A JPH05235211 A JP H05235211A JP 3388092 A JP3388092 A JP 3388092A JP 3388092 A JP3388092 A JP 3388092A JP H05235211 A JPH05235211 A JP H05235211A
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JP
Japan
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resin
whiskers
semiconductor device
sealing resin
semiconductor
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Pending
Application number
JP3388092A
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English (en)
Inventor
Kiyoaki Suzuki
清昭 鈴木
Takeshi Uchida
健 内田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 半導体封止樹脂の無機充填剤として、熱伝導
率が 0.03cal/cm・sec・℃以上のウイスカーと外周面
が連続面のみで形成されている平均粒径が50μm以下の
無機粉末とを配合比が体積比で9:1〜5:5の範囲内
となるように配合する。 【効果】 極めて放熱性の高い樹脂封止型半導体装置を
実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体封止樹脂によっ
て半導体素子が封止されてなる樹脂封止型半導体装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置のパッケージは、半導体素子
を外部の環境から保護することを主な目的としている
が、このようなパッケージの方法としては、現在エポキ
シ樹脂、シリコーン樹脂等を用いた樹脂封止がその主流
となっている。係る樹脂封止に供される半導体封止樹脂
の組成は、樹脂成分と無機充填剤とからなっており、樹
脂成分の主剤としては、上述したようにエポキシ樹脂や
シリコーン樹脂が一般的である。一方無機充填剤として
は、通常、シリカ、酸化アンチモン、カーボン等が用い
られている。
【0003】ところで、近年の半導体素子の高集積化、
高密度化に伴ない、前記半導体素子の稼働時の発熱量が
増大する傾向にあり、前述したような半導体封止樹脂に
よって封止されてなる樹脂封止型半導体装置に対して、
一層の放熱性の向上が要求されている。このような要求
に鑑みて、特開昭61−221220号、特開平1−1
08253号等には、窒化ケイ素、窒化ホウ素、アルミ
ナ等からなる高い熱伝導率を有するウイスカーを半導体
封止樹脂中に添加する技術が開示されている。しかしな
がらこのような半導体封止樹脂においても、ウイスカー
の添加量は高々結晶性シリカ粉末等の無機充填剤と同体
積程度であるため、得られる樹脂封止型半導体装置にお
ける放熱性の向上は少なく、より放熱性の優れた樹脂封
止型半導体装置が望まれていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、樹脂
封止型半導体装置の放熱性向上の観点から、半導体封止
樹脂中に高い熱伝導率を有するウイスカーを添加するこ
とが試みられているが、この場合にも、今後の半導体素
子の高集積化、高密度化に充分に対応できる程度の高い
放熱性を有する樹脂封止型半導体装置を得ることはでき
なかった。本発明は、このような従来の樹脂封止型半導
体装置を改良して、一段と高い放熱性を有する樹脂封止
型半導体装置を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段及び作用】ま本発明は、樹
脂、硬化剤及び無機充填剤を必須成分とする半導体封止
樹脂によって半導体素子が封止されてなる樹脂封止型半
導体装置において、無機充填剤として熱伝導率が 0.03c
al/cm・sec ・℃以上のウイスカー及び外周面が連続面
のみで形成されている平均粒径が50μm以下の無機粉末
が配合され、前記ウイスカーと無機粉末との配合比が体
積比で9:1〜5:5の範囲内である樹脂封止型半導体
装置である。すなわち本発明の樹脂封止型半導体装置
は、半導体封止樹脂の無機充填剤として上述したような
ウイスカーと無機粉末を上記の配合比で配合したことを
特徴としている。
【0006】本発明では、樹脂封止型半導体装置の放熱
性を一段と高めるため、 0.03cal/cm・sec ・℃以上の
高い熱伝導率を有するウイスカーが半導体封止樹脂中に
配合される無機充填剤の第1の成分として用いられる。
しかしながら、無機充填剤としてウイスカーが単独で用
いられると半導体封止樹脂の流動性が低下し、成形が極
めて困難になってしまう。本発明者らは、このような問
題を解決すべく無機充填剤の第2の成分について種々検
討を重ねた結果、外周面が連続面のみで形成されている
無機粉末が好適であることを見出した。すなわち、以前
より無機充填剤として汎用されていた結晶性シリカ粉末
等を前記ウイスカーと併用する場合、半導体封止樹脂の
流動性を充分に高めるためにはウイスカーよりも大量に
結晶性シリカ粉末を配合することが必要となる。このた
め、前述したように樹脂封止型半導体装置の放熱性を大
幅に高めることができなかった。これに対し、外周面が
連続面のみで形成されている無機粉末によれば、少量の
配合により半導体封止樹脂の流動性を高めることがで
き、極めて高い放熱性を有する樹脂封止型半導体装置を
実現することが可能となる。さらに、上述したようなウ
イスカーと無機粉末を併用することにより、半導体封止
樹脂の成形時に網目状の組織(セミラティス)が形成さ
れ、高強度、低熱膨張を有する半導体封止樹脂を成形で
きるという知見を得た。
【0007】本発明で用いられるウイスカーとしては、
熱伝導率が 0.03cal/cm・sec ・℃以上のものであれば
特に限定されず、具体的には、窒化ケイ素、窒化アルミ
ニウム、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、ス
ピネル、炭化チタン、炭化タングステン、ダイヤモンド
等からなるウイスカーが挙げられる。また、2種類以上
の化合物の共晶体からなるウイスカーや基材となる化合
物の結晶上に他の化合物を結晶成長させてなるウイスカ
ーも、熱伝導率が 0.03cal/cm・sec ・℃以上であれば
許容される。さらにこのようなウイスカーは、長さが50
〜 100μm、太さが50μm以下、これらのアスペクト比
(長さ/太さ)2〜50であることが好ましい。この理由
は、ウイスカーの長さが長すぎアスペクト比が大きくな
ると、半導体封止樹脂の流動性が低下して成形が困難と
なり、逆にウイスカーの長さが短いかあるいは太さが太
すぎアスペクト比が小さくなると、樹脂封止型半導体装
置の放熱性の向上が不充分となるおそれがあるからであ
る。
【0008】本発明で用いられる無機粉末としては、球
状、楕円球状等外周面が連続面のみで形成されている平
均粒径が50μm以下のものであれば特に限定されず、具
体的には、球状シリカ粉末、球状アルミナ粉末、球状シ
リカ粉末を焼成したもの、破砕状シリカ粉末の角を丸め
たもの等が挙げられる。さらに本発明において、このよ
うな無機粉末は平均粒径が1〜50μm、最大粒径が 100
μm以下であることが好ましい。この理由は、無機粉末
の粒径がこの範囲を外れると、得られる半導体封止樹脂
の流動性が低下し、成形性が損われるおそれがあるから
である。
【0009】本発明において、ウイスカーと無機粉末と
の配合比を9:1〜5:5に限定したのは、ウイスカー
の配合量がこの範囲を外れて多いと、半導体封止樹脂の
流動性が低下して成形が困難となり、無機粉末の配合量
がこの範囲を外れて多いと、極めて高い放熱性を有する
樹脂封止型半導体装置が得られなくなるからである。ま
た本発明で用いることのできる樹脂としては、半導体封
止樹脂として通常利用されるものであれば特に限定され
ず、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、
マレイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリキノリン樹
脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂やポリカーボネー
ト樹脂、アクリル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹
脂、テフロン樹脂等の熱可塑性樹脂が挙げられる。
【0010】さらに本発明で用いることのできる硬化剤
としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボ
ラック樹脂、ビスフェノールAのノボラック樹脂、ナフ
トールのノボラック樹脂等のフェノールノボラック樹
脂、2,2´−ジメトキシ−p−キシレンとフェノール
類との縮合重合化合物等のフェノールアラルキル樹脂、
ポリパラオキシスチレン等のポリオキシスチレン、無水
フタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水トリメリッ
ト酸、無水ピロメリット酸、無水ベンゾフェノンテトラ
カルボン酸等の酸無水物や芳香族アミン等が挙げられ
る。本発明では、これらの硬化剤を1種又は2種以上用
いることができる。
【0011】本発明においては、上述したような各成分
を含有する半導体封止樹脂に、さらに必要に応じてイミ
ダゾール又はその誘導体、第3アミン誘導体、ホスフィ
ン又はその誘導体等の硬化促進剤、天然ワックス、合成
ワックス、直鎖脂肪酸の金属塩、酸アミド、又はエステ
ル、パラフィン等の離型剤、ブロムトルエン、ヘキサブ
ロモベンゼン、三酸化アンチモン等の難燃剤、カーボン
ブラック等の着色剤、シリコーンオイル、ブタジエンゴ
ム等の可撓性付与剤、シランカップリング剤等を各種添
加剤として適宜配合してもよい。
【0012】本発明の樹脂封止型半導体装置は、このよ
うな半導体封止樹脂を用い、半導体素子を封止すること
により得ることができる。この場合、前記半導体素子と
しては特に限定されず、集積回路(IC)、大規模集積
回路(LSI)、トランジスタ、サイリスタ、ダイオー
ド等が挙げられ、トランスファー成形、射出成形、圧縮
成形、注型等の方法により、半導体素子の封止を行なう
ことができる。
【0013】
【実施例】エポキシ当量 196,軟化点76℃のo−クレゾ
ールノボラック型エポキシ樹脂(住友化学社製、 195X
L−74)、エポキシ当量 270,軟化点80℃のブロム化エ
ポキシ樹脂難燃剤(日本化薬社製、BREN−S)、フ
ェノール当量 106,軟化点97℃のフェノールノボラック
樹脂硬化剤(昭和高分子社製、BRG−556)、トリ
フェニルホスフィン硬化促進剤、窒化ケイ素(熱伝導率
0.04cal/cm・sec・℃)からなる平均長さ30μm,平
均径3μmのウイスカー、平均粒径10μmの球状シリカ
粉末A、平均粒径10μmの球状アルミナ粉末、平均粒径
10μmの破砕状窒化ケイ素粉末、平均粒径 0.3μmの球
状シリカ粉末B、平均粒径60μm,最大粒径 110μmの
球状シリカ粉末C、エポキシポリエーテル変性シリコー
ンオイル(トーレ・シリコーン製、SF−8421)、
熱硬化型シリコーンゴム(東芝シリコーン製、TSE−
3051)、MBS樹脂(日本合成ゴム製、JSR−M
BS)、カルナバワックス、三酸化アンチモン、カーボ
ンブラック、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシ
ランをそれぞれ表1に示した各重量部配合して、常温で
ヘンシェルミキサーにより混合した後、さらに加熱ロー
ルにより溶融混練し各組成物を調製した。なお、これら
の組成物に配合された無機充填剤において、窒化ケイ素
の比重は3.18、球状アルミナの比重は3.98、球状シリカ
の比重は2.20であり、実施例1、2におけるウイスカー
と球状シリカ粉末又は球状アルミナ粉末との配合比は、
体積比でともに約8:2に換算される。次いで、得られ
た組成物を冷却、粉砕しタブレットとして、さらにこの
タブレットを予熱した後にあらかじめ加熱したトランス
ファー成形用の金型に流し込み、硬化させて本発明に係
る半導体封止樹脂を成形した。
【0014】
【表1】
【0015】このようにして得られた半導体封止樹脂に
ついて、それぞれ熱伝導率、機械的強度、熱膨張率を測
定した結果を表2に示す。なお、ここで機械的強度とし
ては曲げ強度を測定した。また表2中には、半導体封止
樹脂の成形時に調製された各組成物の温度 175℃、圧力
10kg/cm2 における粘度を併せて示した。
【0016】
【表2】
【0017】表2から明らかなように、本実施例に係る
半導体封止樹脂は、熱伝導率が極めて大きく、また機械
的強度、熱膨張率に関しても高強度、低熱膨張が満足さ
れている。これに対し、比較例2〜4の半導体封止樹脂
は熱伝導率が小さく、かつ他の特性も劣っていることが
確認された。また比較例1,5では、組成物の粘度が大
きく流動性が低いため、半導体封止樹脂を成形すること
ができなかった。
【0018】さらに、上記実施例1について、ウイスカ
ーと球状シリカ粉末との配合比を適宜代えて組成物を調
製し、成形時における各組成物の粘度を測定した。なお
このとき、ウイスカーと球状シリカ粉末の合計の配合比
が組成物中において実施例1と重量比で等量となるよう
に、各成分を配合した。結果を図1に示す。図1から明
らかなように、ウイスカーと球状シリカ粉末との配合比
が体積比で9:1を越えてウイスカーの配合量が多くな
ると、組成物の粘度が著しく増大した。逆にウイスカー
の配合量が少ない場合は、組成物の粘度は小さく成形性
は良好であったが、ウイスカーの配合量が体積換算でシ
リカ粉末の配合量よりも少なくなると成形された半導体
封止樹脂の熱伝導率が低下し、極めて高い放熱性を有す
る樹脂封止型半導体装置が得られないことが確認され
た。
【0019】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、極
めて高い放熱性を有する樹脂封止型半導体装置を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る半導体封止樹脂成形時における
組成物の粘度の配合比依存性を示す特性図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C08L 63/00

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 樹脂、硬化剤及び無機充填剤を必須成分
    とする半導体封止樹脂によって半導体素子が封止されて
    なる樹脂封止型半導体装置において、無機充填剤として
    熱伝導率が 0.03cal/cm・sec ・℃以上のウイスカー及
    び外周面が連続面のみで形成されている平均粒径が50μ
    m以下の無機粉末が配合され、前記ウイスカーと無機粉
    末との配合比が体積比で9:1〜5:5の範囲内である
    ことを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
JP3388092A 1992-02-21 1992-02-21 樹脂封止型半導体装置 Pending JPH05235211A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002094529A1 (fr) * 2001-05-24 2002-11-28 Toray Industries, Inc. Comprime, procede de production de ce comprime, et article moule obtenu a partir de ce comprime
US6822865B2 (en) 2002-06-18 2004-11-23 Robert Bosch Gmbh Cooling device for semiconductor modules
JP2019172936A (ja) * 2018-03-29 2019-10-10 Jnc株式会社 放熱部材用組成物、放熱部材、電子機器

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WO2002094529A1 (fr) * 2001-05-24 2002-11-28 Toray Industries, Inc. Comprime, procede de production de ce comprime, et article moule obtenu a partir de ce comprime
US7514144B2 (en) 2001-05-24 2009-04-07 Toray Industries, Inc. Tablet, process for producing the same, and molded article obtained therefrom
US6822865B2 (en) 2002-06-18 2004-11-23 Robert Bosch Gmbh Cooling device for semiconductor modules
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