JPH0753671A - 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）ビフェニル型エポキシ樹
脂、（Ｂ）ナフタレン型三官能エポキシ樹脂、（Ｃ）フ
ェノール樹脂および（Ｄ）無機質充填剤を必須成分と
し、樹脂組成物に対して前記（Ｂ）のナフタレン型三官
能エポキシ樹脂を10〜50重量％の割合で含有してなるエ
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た半導体
封止装置である。 【効果】 本発明によれば、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、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ものが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱的特性、耐湿性、成
形性に優れ、特性バランスが好く、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、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、溶融シリカ粉末や結晶性シリカ粉末が前述の
硬化剤とともに最も一般的に使用されている。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が要望されてきた。

【０００３】

【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、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、結晶性溶融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、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】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、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、特定のエポキ
シ樹脂を配合することによって、上記の目的が達成され
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）ビフェニル型エポ
キシ樹脂、（Ｂ）ナフタレン型三官能エポキシ樹脂、
（Ｃ）フェノール樹脂および（Ｄ）無機質充填剤を必須
成分とし、樹脂組成物に対して前記（Ｂ）のナフタレン
型三官能エポキシ樹脂を10〜50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。

【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００８】本発明に用いる（Ａ）ビフェニル型エポキ
シ樹脂としては、ビフェニル型でその分子中にエポキシ
基を少なくとも2 個有する限り、分子量等特に制限はな
く広く使用することができる。具体的な化合物として、
例えば次の一般式で示されるエポキシ樹脂が挙げられ
る。

【０００９】

【化１】

【００１０】

【化２】 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。

【００１１】本発明に用いる（Ｂ）ナフタレン型三官能
エポキシ樹脂は、その分子中にナフトール骨格を有し、
エポキシ基を少なくとも3 個有する限り、分子量等特に
制限はなく広く使用することができる。具体的な化合物
として、例えば次の一般式で示されるエポキシ樹脂が挙
げられる。

【００１２】

【化３】

【００１３】

【化４】 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。このエポキシ樹脂の配合割合は、全
体の樹脂組成物に対して10〜50重量％の割合で含有する
ことが望ましい。その割合が10重量％未満では樹脂組成
物の吸湿性が高く耐湿性に劣り、また、50重量％を超え
ると流動性が悪化して成形性が劣り好ましくない。ま
た、エポキシ樹脂全体［（Ａ）＋（Ｂ）］に対して
（Ｂ）ナフタレン型三官能エポキシ樹脂の配合割合は、
0.1 〜80重量％であることが好ましい。その割合が0.1
重量％未満ではエポキシ樹脂の効果がなく、また、80重
量％を超えると成形性が悪く好ましくない。

【００１４】本発明に用いる（Ｃ）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、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。フェ
ノール樹脂の配合割合は、前記（Ａ）および（Ｂ）のエ
ポキシ樹脂のエポキシ基（a ）と（Ｃ）のフェノール樹
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 未満もしくは10を超えると耐熱性、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
も好ましくない。

【００１５】本発明に用いる（Ｄ）無機質充填剤として
は、シリカ粉末、アルミナ、タルク、三酸化アンチモ
ン、炭酸カルシウム、チタンホワイト、クレー、マイ
カ、ベンガラ等が挙げられ、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。無機質充填剤の配合割
合は、全体の樹脂組成物に対して25〜90重量％含有する
ように配合することか好ましい。その割合が25重量％未
満では樹脂組成物の吸湿性が高く、半田浸漬後の耐湿性
に劣り、また90重量％を超えると極端に流動性が悪くな
り、成形性に劣り好ましくない。

【００１６】本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した
特定のエポキシ樹脂、フェノール樹脂および無機質充填
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、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、シランカップ
リング剤、種々の硬化促進剤、ゴム系やシリコーン系の
低応力付与剤等を適宜添加配合することができる。

【００１７】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、フェノール樹脂、無機質充填剤およびその他
成分を配合し、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またはニーダ等
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。

【００１８】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。成形材料で封止後加熱して硬
化させ、最終的にはこ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。

【００１９】

【作用】本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体封止
装置は、特定のエポキシ樹脂、フェノール樹脂を用いる
ことによって、耐湿性、成形性、特に白肉部の充填性、
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
の高いものとすることができた。少なくなるものであ
る。

【００２０】

【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。

【００２１】実施例１ 次の化５に示したビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ
当量215 ）8 ％、

【００２２】

【化５】 次の化６に示したナフタレン型エポキシ樹脂5 ％、

【００２３】

【化６】 フェノール樹脂8 ％、シリカ粉末78％、硬化促進剤 0.3
％、エステルワックス類0.3％およびシランカップリン
グ剤 0.4％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（Ａ）を製造した。

【００２４】実施例２ 実施例１で用いたと同じ化５のビフェニル型エポキシ樹
脂 7％、化６で示されるナフタレン型エポキシ樹脂5
％、クレゾールノボラック型フェノール樹脂7 ％、破砕
シリカ粉末38％と球状シリカ粉末（平均粒径38μm ）42
％の混合粉末、硬化促進剤 0.3％、エステルワックス類
0.3％およびシランカップリング剤 0.4％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（Ｂ）を製造した。

【００２５】比較例１ クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量21
51）16％、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール当
量107 ）10％、溶融シリカ粉末73％、硬化促進剤 0.3
％、エステルワックス類 0.3％およびシランカップリン
グ剤 0.4％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（Ｃ）を製造した。

【００２６】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（平均粒径28μm ）を用いた以外はすべて比較例１と
同様にして、粉砕して成形材料（Ｄ）を製造した。

【００２７】こうして製造した成形材料（Ａ）〜（Ｄ）
を用いて 170℃に加熱した金型内にトランスファー注
入、半導体チップを封止し硬化させて半導体封止装置を
製造した。これらの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、熱的特性が好
く、耐湿性、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。

【００２８】

【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 ℃，3 分間トランスファー成形し、充填性
を評価した。 ＊4 ：成形材料を用いて、2 本以上のアルミニウム配線
を有する半導体チップを、170 ℃，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、アルミニウムの腐蝕による50
％断線を不良として評価した。 ＊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 ％摩耗したときのショッ
ト数によって評価した。

【００２９】

【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、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、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もの
が得られる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）ビフェニル型エポキシ樹脂、
   （Ｂ）ナフタレン型三官能エポキシ樹脂、（Ｃ）フェノ
   ール樹脂および（Ｄ）無機質充填剤を必須成分とし、樹
   脂組成物に対して前記（Ｂ）のナフタレン型三官能エポ
   キシ樹脂を10〜50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】 （Ａ）ビフェニル型エポキシ樹脂、
   （Ｂ）ナフタレン型三官能エポキシ樹脂、（Ｃ）フェノ
   ール樹脂および（Ｄ）無機質充填剤を必須成分とし、樹
   脂組成物に対して前記（Ｂ）のナフタレン型三官能エポ
   キシ樹脂を10〜50重量％の割合で含有したエポキシ樹脂
   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。