JPH05239321A - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置 - Google Patents

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、（Ｃ）平均粒径5 μm 以上の
球状充填剤および（Ｄ）平均粒径 0.01 〜 2μm の微細
球状充填剤を必須成分とし、樹脂組成物に対して前記
（Ｄ）微細球状充填剤を 0.1〜60重量％、（Ｃ）及び
（Ｄ）の合計量を50〜90重量％含有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た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、樹脂組成物の特に薄肉部の充填性に優れ、耐湿
性・成形性・耐金型摩耗性・熱膨脹係数・耐クラック性
の特性バランスのとれたもので、信頼性の高い半導体封
止装置が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流動性、耐湿性、耐ク
ラック性に優れ、特性バランスのよいエポキシ樹脂組成
物およびそれによって封止された半導体封止装置に関す
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ている。近年、半導
体部品のさらなる大電力化に伴い、熱放散性のよい、低
応力の半導体封止用樹脂の開発が要望されてきた。

【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破砕状無機質充填剤と
からなる樹脂組成物は、熱膨脹係数が小さく、耐湿性が
よく、また樹脂クラック、ペレットクラック等に優れて
いるという特徴を有するものの、破砕状無機質充填剤の
配合割合を上げると、成形性が低下しワイヤーフローが
生じるという欠点がある。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球状無機質充填剤と
からなる樹脂組成物は、成形性、ワイヤーフローが良好
となるが熱膨脹係数が大きく、耐湿性に対する信頼性も
悪くなるという欠点がある。さらにこの樹脂組成物から
得られる封止品は、機械的特性が低下するという欠点が
あった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の欠点
を解消するためになされたもので、耐湿性、成形性、特
に薄肉部の充填性、耐金型摩耗性に優れ、熱膨脹係数が
小さく、耐クラック性がよく、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、特定の充填剤
及び微細球状充填剤を配合することによって、上記目的
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、（Ｃ）平均粒径5
μm 以上の球状充填剤および（Ｄ）平均粒径 0.01 〜 2
μm の微細球状充填剤を必須成分とし、樹脂組成物に対
して前記（Ｄ）微細球状充填剤を 0.1〜60重量％、また
前記（Ｃ）及び（Ｄ）の合計量を50〜90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肪族系、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（Ａ）の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）平均粒径5 μm 以上
の球状充填剤としては、例えば溶融シリカ、結晶性シリ
カ、アルミナ、窒化ケイ素等の無機質充填剤が挙げら
れ、これらは単独もしくは 2種以上混合して使用するこ
とができる。この球状充填剤は平均粒径が 5μm 以上で
あることが望ましい。平均粒径が 5μm 未満では成形
性、耐クラック性が悪くなり好ましくない。この球状充
填剤の配合割合は、樹脂組成物に対して25〜90重量％の
割合で含有することが望ましい。その割合が25重量％未
満では、機械的特性、耐湿性が悪く、また90重量％を超
えると成形性が悪く好ましくない。

【００１２】本発明に用いる（Ｄ）平均粒径 0.01 〜 2
μm の微細球状充填剤としては、例えば溶融シリカ、ア
ルミナ、窒化ケイ素等無機質充填剤が挙げられ、これら
は単独もしくは 2種以上混合して使用することができ
る。この微細球状充填剤は平均粒径が 0.01 〜 2μm で
あることが望ましい。平均粒径が 0.01 未満では耐湿性
が悪くなり、機械的特性も低下する。また、平均粒径が
2μm を超えると流動性が低下し好ましくない。微細球
状充填剤の配合割合は、樹脂組成物に対して 0.1〜60重
量％の割合で含有することが望ましい。その割合が 0.1
重量％未満では、流動性に効果なく、また60重量％を超
えると耐湿性、機械的特性が悪く好ましくない。

【００１３】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、特定の球状充填剤
及び微細球状充填剤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、合成ワックス、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。

【００１４】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、特定の球状充填剤及
び微細球状充填剤、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。

【００１５】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。

【００１６】

【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、特定の球状充填
剤及び微細球状充填剤を併用したことによって、耐湿
性、耐クラック性、流動性にすぐれ、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。

【００１７】

【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。

【００１８】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）11％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール
当量 107） 6％、球状溶融シリカ粉末（平均粒径25μm
）70％および微細球状溶融シリカ（平均粒径 0.8μm
）10％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。

【００１９】実施例２ 実施例１において、球状溶融シリカ粉末（平均粒径25μ
m ）70％および微細球状溶融シリカ（平均粒径 0.8μm
）10％の替わりに、球状溶融シリカ粉末（平均粒径25
μm ）50％、微細状溶融シリカ粉末（平均粒径0.8 μm
）30％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。

【００２０】実施例３ 実施例１において、球状溶融シリカ粉末（平均粒径25μ
m ）70％および微細球状溶融シリカ（平均粒径 0.8μm
）10％の替わりに、球状溶融シリカ粉末（平均粒径25
μm ）70％、微細球状溶融シリカ（平均粒径 0.1μm ）
10％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。

【００２１】実施例４ 実施例１において、球状溶融シリカ粉末（平均粒径25μ
m ）70％および微細球状溶融シリカ（平均粒径 0.8μm
）10％の替わりに、窒化ケイ素粉末粉末（平均粒径20
μm ）70％および微細球状窒化アルミニウム（平均粒径
1.5 μm ）10％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。

【００２２】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）11％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール
当量 107） 6％、溶融シリカ粉末（平均粒径25μm ）80
％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。

【００２３】比較例２ 比較例１において、溶融シリカ粉末（平均粒径25μm ）
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。

【００２４】実施例１〜４及び比較例１〜２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。

【００２５】

【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 キャビテイ取りＴＱＦＰ金型（厚さ 1.0mm）
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、×印…不良。 ＊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 127℃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。 ＊5 ：成形材料をプレヒートし、径 0.5mmの硬質クロム
メッキ材料流動穴を設けた金型により、175 ℃でトラン
スファー成形を行う。穴径が 5％摩耗した時のショット
数によって評価した。

【００２６】

【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、耐金型摩耗性に優れ、熱膨脹係数が小さく、耐
クラック性がよく、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ものであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｃ０８Ｋ 7/16 Ｈ０１Ｌ 23/29 23/31 // Ｂ２９Ｋ 63:00

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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、（Ｃ）平均粒径5 μm 以上の球状充
   填剤および（Ｄ）平均粒径 0.01 〜 2μm の微細球状充
   填剤を必須成分とし、樹脂組成物に対して前記（Ｄ）微
   細球状充填剤を 0.1〜60重量％、また前記（Ｃ）及び
   （Ｄ）の合計量を50〜90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。
2. 【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、（Ｃ）平均粒径5 μm 以上の球状充
   填剤および（Ｄ）平均粒径 0.01 〜 2μm の微細球状充
   填剤を必須成分とし、樹脂組成物に対して前記（Ｄ）微
   細球状充填剤を 0.1〜60重量％、また前記（Ｃ）及び
   （Ｄ）の合計量を50〜90重量％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。