JPH07126349A - 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）四官能エポキシ樹脂、
（Ｂ）ジシクロペンタジエン・フェノール重合体（Ｃ）
メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合樹
脂および（Ｄ）Ｓi Ｏ₂ 層による表面酸素濃度が 0.5〜
15％で、平均粒径が10〜50μm の窒化ケイ素粉末を必須
成分とし、樹脂組成物に対して前記（Ｄ）の窒化ケイ素
粉末を25〜90重量％の割合で含有してなるエポキシ樹脂
組成物であり、またこのエポキシ樹脂組成物の硬化物に
よって、半導体チップが封止されてなる半導体封止装置
である。 【効果】 本発明によれば、耐湿性、半田耐熱性、成形
性特に薄肉部の充填性に優れ耐金型摩耗性に優れ、信頼
性の高い半導体封止装置が製造できたものである。

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、成形性、半田
耐熱性に優れ、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、これらのなか
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、信頼性に優れ、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ともに使用されている。近年、半
導体部品の表面実装化のさらなる大電力化に伴い、熱放
散性がよく、半田耐熱性、低応力の半導体封止樹脂の開
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溶融シリカ粉末とから
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、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、熱伝導率が小さいため
に熱放散性が悪く、消費電力の大きいパワー半導体で
は、その機能が果たせなくな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、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
が低下し、また成形時に金型の摩耗が大きいという欠点
があった。従ってシリカ粉末を用いる封止用樹脂組成物
の高熱伝導化にはおのずから限界があった。

【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、半田耐熱
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、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、特定のエポキ
シ樹脂、特定のフェノール性重合体、特定の窒化ケイ素
粉末を用いることによって、上記目的が達成できること
を見いだし、本発明を完成したものである。

【０００６】即ち、本発明は、 （Ａ）次の一般式で示されるエポキシ樹脂、

【０００７】

【化３】 （但し、式中Ｒ¹ は（Ｃ_l Ｈ_2l+1）を、l は 0又は 1以
上の整数を、n は 1以上の整数を、それぞれ表す） （Ｂ）次の一般式で示されるジシクロペンタジエン・フ
ェノール重合体

【０００８】

【化４】 （但し、式中Ｒ² はＣ_m Ｈ_2m+1を、m 、n は 0又は 1以
上の整数を表す） （Ｃ）メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共
重合樹脂および （Ｄ）Ｓi Ｏ₂ 層による表面酸素濃度が 0.5〜15％で、
平均粒径が10〜50μm の窒化ケイ素粉末を必須成分と
し、樹脂組成物に対して前記（Ｄ）の窒化ケイ素粉末を
25〜90重量％の割合で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
物の硬化物によって、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。

【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１０】本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂は、次
の一般式で示されるものが使用される。

【００１１】

【化５】 （但し、式中Ｒ¹ は（Ｃ_l Ｈ_2l+1）を、l は 0又は 1以
上の整数を、n は 1以上の整数を、それぞれ表す） 本発明に用いる（Ｂ）ジシクロペンタジエン・フェノー
ル重合体としては、前記の一般式化４で示される骨格構
造を有し、分子構造、分子量等に特に制限されることな
く広く包含される。また、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
ホルムアルデヒドと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を併用すること
ができる。

【００１２】本発明に用いる（Ｃ）メチルメタクリレー
ト・ブタジエン・スチレン共重合樹脂は、メチルメタク
リレートとブタジエンとスチレンとの共重合体であっ
て、各々のモノマーの組成比率に限定されるものではな
い。このメチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン
共重合樹脂の配合割合は、全体の樹脂組成物に対して0.
1 〜10重量％含有するように配合することが好ましい。
より好ましくは1.0 〜5.0 重量％の範囲内である。その
割合が0.1 重量％未満では弾性率に効果なく、また10重
量％を超えると成形性が悪く実用に適さない。

【００１３】本発明に用いる（Ｄ）窒化ケイ素粉末とし
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 であるものである。平均粒径が10μ
m 未満又は50μm を超えると流動性、作業性に問題が生
じ好ましくない。特に粒径が150 メッシュ篩上の粗径が
ある場合は、成形時にワイヤーゲート詰まりやワイヤー
流れ、金型摩耗等が生じることがあり好ましくない。ま
た細径に過ぎ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。また窒化ケイ素の表面は加水分解によっ
てＳi Ｏ₂ 層を形成し、そのＳi Ｏ₂ 層による表面の酸
素濃度が、0.5〜15％の範囲であることが望ましい。酸
素濃度が0.5 ％未満では耐金型摩耗性に効果なく、耐湿
性が悪くなる。また15％を超えると熱伝導率、熱放散性
が低下し好ましくない。加水分解する窒化ケイ素として
は、三方晶系（α−Ｓi ₃ Ｎ₄ ）あるいは六方晶系（β
−Ｓi ₃ Ｎ₄ ）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。窒化ケイ素粉末の配
合割合は、全体の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
が大きくなるとともに、成形性が悪く実用に適さない。

【００１４】本発明のエポキシ樹脂組成物は、特定のエ
ポキシ樹脂、特定のフェノール樹脂、メチルメタクリレ
ート・ブタジエン・スチレン共重合樹脂および特定の窒
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、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。

【００１５】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方法は、前述した特定のエポ
キシ樹脂、特定のフェノール性樹脂、メチルメタクリレ
ート・ブタジエン・スチレン共重合樹脂、特定の窒化ケ
イ素粉末および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
熱ロールによる溶融混合処理を行い、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。

【００１６】また、本発明の半導体封止装置は、上述の
成形材料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。

【００１７】

【作用】本発明は、エポキシ樹脂組成物において、特定
のエポキシ樹脂、特定のフェノール性樹脂、メチルメタ
クリレート・ブタジエン・スチレン共重合樹脂および特
定の窒化ケイ素粉末を用いたことによって、耐湿性、成
形性、耐金型摩耗性に優れ、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
信頼性の高い樹脂組成物とすることができ、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装置を製
造することができる。

【００１８】

【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。以下の実施例および比較例において「％」とは「重
量％」を意味する。

【００１９】実施例１ 次式の化６に示したエポキシ樹脂13％、

【００２０】

【化６】 （但し、式中Ｒ¹ は（Ｃ_l Ｈ_2l+1）を、l は 0又は 1以
上の整数を、n は 1以上の整数を、それぞれ表す） 次の化７に示したフェノール性樹脂11％、

【００２１】

【化７】 （但し、式中Ｒ² はＣ_m Ｈ_2m+1を、m 、n は 0又は 1以
上の整数を表す） 六方晶系窒化ケイ素粉末（150 メッシュ篩上の粗粒分を
除去した平均粒径17μm、表面酸素濃度7 ％）71％、メ
チルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共重合樹脂
2 ％および離型剤等3 ％を常温で混合し、さらに90〜95
℃で混練冷却した後、粉砕して成形材料を製造した。

【００２２】実施例２ 実施例１で用いた六方晶系窒化ケイ素粉末の代わりに三
方晶系窒化ケイ素粉末（150 メッシュ篩上の粗粒分を除
去した平均粒径17μm 、表面酸素濃度7 ％）31％と結晶
性シリカ粉末（平均粒径38μm ）40％との混合粉末を用
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。

【００２３】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215
）18％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当
量107 ）9 ％、六方晶系窒化ケイ素粉末（150 メッシュ
篩上の粗粒分を除去した平均粒径17μm ）71％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。

【００２４】比較例２ 比較例１において六方晶系窒化ケイ素粉末の代わりに、
六方晶系窒化ケイ素粉末（60メッシュを通過した平均粒
径60μm ）を用いた以外は、統べて比較例１と同一にし
て成形材料を製造した。

【００２５】実施例１〜２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℃に加熱
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に示したが、本発明のエポキシ樹脂組成物および半
導体封止装置は、熱的特性がよく、耐湿性、半田耐熱
性、成形性に優れており、本発明の顕著な効果を確認す
ることができた。

【００２６】

【表１】 ＊1 ：トランスファー成形によって直径50mm、厚さ3mm
の成形品を作り、これを127 ℃， 2.5気圧の飽和水蒸気
中に24時間放置し、増加した重量によって測定した。 ＊2 ：吸水率の場合と同様な成形品を作り、175 ℃，8
時間の後硬化を行い、適当な大きさの試験片とし、熱機
械分析装置を用いて測定した。 ＊3 ：ＪＩＳ−Ｋ−６９１１に準じて試験した。 ＊4 ：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。 ＊5 ：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、×印…不良。 ＊6 ：成形材料を用いて、2 本以上のアルミニウム配線
を有するシリコン製チップを、通常の42アロイフレーム
に接着し、175 ℃，2 分間トランスファー成形した後、
175 ℃，8 時間の後硬化を行った。こうして得た成形品
を、予め40℃，95％ＲＨ，100 時間の吸湿処理した後、
250 ℃の半田浴に10秒間浸漬した。その後、127 ℃，
2.5気圧の飽和水蒸気中でＰＣＴを行い、アルミニウム
の腐蝕による50％断線を不良として評価した。 ＊7 ：8 ×8mm ダミーチップをＱ−ＦＰ（14×14× 1.4
mm）パッケージに納め、成形材料を用いて175 ℃，2 分
間トランスファー成形した後、175 ℃，8 時間の後硬化
を行った。こうして得た半導体封止装置を85℃，85％，
24時間の吸湿処理した後、240 ℃の半田浴に 1分間浸漬
した。その後、実体顕微鏡でパッケージ表面を観察し、
外部樹脂クラックの発生の有無を評価した。 ＊8 ：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 ％摩耗したときのショッ
ト数によって評価した。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明および表１から明らかなよう
に、本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体封止装置
は、樹脂組成物の耐湿性、半田耐熱性、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、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
できたものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/29 23/31

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）次の一般式に示されるエポキシ樹
   脂、 【化１】 （但し、式中Ｒ¹ は（Ｃ_l Ｈ_2l+1）を、l は 0又は 1以
   上の整数を、n は 1以上の整数を、それぞれ表す） （Ｂ）次の一般式に示されるジシクロペンタジエン・フ
   ェノール重合体 【化２】 （但し、式中Ｒ² はＣ_m Ｈ_2m+1を、m 、n は 0又は 1以
   上の整数を表す） （Ｃ）メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共
   重合樹脂および （Ｄ）Ｓi Ｏ₂ 層による表面酸素濃度が 0.5〜15％で、
   平均粒径が10〜50μm の窒化ケイ素粉末を必須成分と
   し、樹脂組成物に対して前記（Ｄ）の窒化ケイ素粉末を
   25〜90重量％の割合で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】 請求項１に記載したエポキシ樹脂組成物
   の硬化物によって、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。