JPH09100394A - エポキシ樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形時の作業性が良好であり、高い熱放散性
を有するエポキシ樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置
を提供すること。 【解決手段】 （ａ）エポキシ樹脂、（ｂ）硬化剤、
（ｃ）平均粒径が１〜１００μｍで、常温での熱伝導率
が１０Ｗ／ｍ・ｋ以上である無機粉末、及び（ｄ）平均
粒径が前記成分（ｃ）の平均粒径より小さく、０．０１
〜２μｍであり、重量平均粒径／数平均粒径の値が５以
下の粒度分布を有する球状アルミナを必須成分として含
有し、前記成分（ｄ）の配合割合が成分（ｃ）と（ｄ）
の合計量中３〜４０体積％であるとともに、前記成分
（ｃ）のうち平均粒径が５〜１００μｍの無機粉末の割
合が、成分（ｃ）と（ｄ）の合計量中５０体積％以上で
あることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエポキシ樹脂組成物
及び樹脂封止型半導体装置に係り、特に半導体素子の封
止材料として好適に用いられるエポキシ樹脂組成物及び
樹脂封止型半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年ＡＳＩＣ（Application Specific
IC ）に代表されるように、半導体デバイスの高密度
化、動作の高速化等が進み、これらのデバイスにおける
消費電力は増加の傾向にある。これに伴って半導体のパ
ッケージには優れた熱放散性が要求されている。

【０００３】パッケージとして樹脂材料を用いた樹脂封
止型の半導体装置では、上述した要求を満たすために封
止樹脂の熱伝導率を高めることが望まれている。この封
止材料として、従来より、エポキシ樹脂をシリカ粉末等
の無機充填剤や硬化剤等と組み合わせた熱硬化性の樹脂
が用いられている。この場合、エポキシ樹脂の熱伝導率
が約０．１〜０．３Ｗ／ｍ・ｋと低いため、樹脂組成物
の熱伝導性は無機充填剤の量によって調節される。しか
しながら、無機充填剤としてシリカ粉末を配合したエポ
キシ樹脂組成物は、その硬化物が十分な熱伝導性を示さ
ない。

【０００４】これに対し、エポキシ樹脂組成物に、高熱
伝導性の無機充填剤としてアルミナ、窒化ケイ素、窒化
アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム等を配合
することが試みられている。しかし、高い熱伝導性を得
るために、これらの無機充填剤の含有率を上げると、樹
脂組成物の流動性が著しく悪くなって成形時の作業性が
低下してしまう。また、硬化物の機械的強度等の特性が
劣化して、熱伝導率とのバランスが欠けてしまうという
問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑みてなされたもので、成形時の作業性が良好であり、
高い熱放散性を有するエポキシ樹脂組成物及び樹脂封止
型半導体装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ための本発明の請求項１の発明は、（ａ）エポキシ樹
脂、（ｂ）硬化剤、（ｃ）平均粒径が１〜１００μｍ
で、常温での熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以上である無機
粉末、及び（ｄ）平均粒径が前記成分（ｃ）の平均粒径
より小さく、０．０１〜２μｍであり、重量平均粒径／
数平均粒径の値が５以下の粒度分布を有する球状アルミ
ナを必須成分として含有し、前記成分（ｄ）の配合割合
が成分（ｃ）と（ｄ）の合計量中３〜４０体積％である
とともに、前記成分（ｃ）のうち平均粒径が５〜１００
μｍの無機粉末の割合が、成分（ｃ）と（ｄ）の合計量
中５０体積％以上であることを特徴とするエポキシ樹脂
組成物である。

【０００７】また、請求項３の発明は、（ａ）エポキシ
樹脂、（ｂ）硬化剤、（ｃ´）平均粒径が１０〜１００
μｍで、その外周面が実質的に連続面のみで形成されて
いる窒化アルミニウム粉末、及び（ｄ´）平均粒径が
０．０１〜１０μｍで、常温での熱伝導率が１０Ｗ／ｍ
・ｋ以上である無機粉末を必須成分として含有し、前記
成分（ｃ´）と（ｄ´）からなる無機充填剤を樹脂組成
物全体に対して７０〜９０体積％の割合で含有してなる
とともに、成分（ｃ´）の配合割合が成分（ｃ´）と
（ｄ´）の合計量中５０〜９５体積％であることを特徴
とするエポキシ樹脂組成物である。

【０００８】さらに、請求項４の発明は、請求項１〜３
に記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物で半導体素子が封
止されてなることを特徴とする樹脂封止型半導体装置で
ある。

【０００９】以下、本発明のエポキシ樹脂組成物につい
て、更に詳細に説明する。本発明のエポキシ樹脂組成物
において、（ａ）成分であるエポキシ樹脂としては、１
分子中に２個以上のエポキシ基を有するものであれば、
特に限定されない。その具体例としては、例えばビスフ
ェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキ
シ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾ
ールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトール系ノボラッ
ク型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラック型エポ
キシ樹脂、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂、脂環式
エポキシ樹脂、トリまたはテトラ（ヒドロキシフェニ
ル）アルカンから誘導されるエポキシ化合物、ビスヒド
ロキシビフェニル系エポキシ樹脂、フェノールアラルキ
ル樹脂のエポキシ化物等が挙げられる。これらのエポキ
シ樹脂は単独でまたは２種以上混合して使用することが
できる。（ａ）成分のエポキシ樹脂として特に好ましい
例としては、下記一般式（１）で表されるビフェニル型
エポキシ樹脂、

【００１０】

【化１】 または下記一般式（２）で表されるジフェニルメタン骨
格を有するエポキシ樹脂、

【００１１】

【化２】 が挙げられる。

【００１２】一般式（１）で表されるビフェニル型エポ
キシ樹脂は剛直なビフェニル骨格を有するため、樹脂組
成物の溶融粘度を低下させるとともに、硬化物の低吸湿
性を向上させる作用を有する。また、一般式（２）で表
されるジフェニルメタン骨格を有するエポキシ樹脂は、
ビフェニル型エポキシ樹脂と同等以上の流動性、低吸湿
性を有する。これらのエポキシ樹脂を用いることによ
り、樹脂組成物の流動性、低吸湿性が一段と向上するた
め、本発明の効果を発揮する上で最も好ましい。

【００１３】また、（ｂ）成分である硬化剤は、一般に
エポキシ樹脂の硬化剤として用いられるものであれば特
に限定されない。その具体例としては、例えばフェノー
ルノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ｔ―ブ
チルフェノールノボラック樹脂、ノニルフェノールノボ
ラック樹脂、ビスフェノールＡノボラック樹脂、ナフト
ール系ノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹
脂；ポリパラオキシスチレン；２、２‘―ジメトキシー
ｐ―キシレンとフェノールモノマーとの縮合重合化合物
等のフェノールアラルキル樹脂；ジシクロペンタジエン
ーフェノール重合体；トリス（ヒドロキシフェニル）ア
ルカン等の多官能フェノール樹脂；テルペン骨格を有す
るフェノール樹脂；無水フタル酸、無水ヘキサヒドロフ
タル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水トリメリット
酸等の酸無水物が挙げられる。これらの中でも、フェノ
ールノボラック樹脂やフェノールアラルキル樹脂が特に
好ましく用いられる。なお、これらの硬化剤は単独で又
は２種以上を併用して使用することができる。

【００１４】ここで、硬化剤の配合量は特に限定されな
いが、上記エポキシ樹脂のエポキシ基と上記硬化剤のフ
ェノール性水酸基または酸無水物との当量比を０．５〜
１．５の範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲
は０．８〜１．２である。この値が０．５未満では硬化
反応が十分に起こりにくくなり、一方１．５を超えると
硬化物の特性、特に耐湿性が劣化しやすくなる。

【００１５】本発明には、硬化剤に加えて更に硬化促進
剤を配合することができる。硬化促進剤としては、一般
に使用され得るものであれば特に限定されないが、例え
ば塩基性触媒が使用できる。その具体例としてはトリメ
チルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホ
スフィン、トリフェニルホスフィン、トリ（ｐ―メチル
フェニル）ホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、
トリス（２、６―ジメトキシフェニル）ホスフィン等の
有機ホスフィン化合物；２―エチルー４―メチルイミダ
ゾール、２、４―ジメチルイミダゾール、２―エチルー
４―メチルイミダゾール、２―フェニルイミダゾール、
２―ヘプタデシルイミダゾール等のイミダゾール化合物
及びその誘導体；ＤＢＵ（１、８―ジアザビシクロウン
デセンー７）またはそのフェノール塩、６―ジブチルア
ミノー１、８―ジアザビシクロウンデセン等が挙げられ
る。

【００１６】なお、硬化促進剤の配合量は特に制限され
ないが、（ａ）成分のエポキシ樹脂及び（ｂ）成分の硬
化剤の合計量に対して０．０１〜１０重量％であるのが
好ましい。この配合量が０．０１重量％未満では樹脂組
成物の硬化特性が低下する傾向があり、一方１０重量％
を超えると硬化物の耐湿性が低下するおそれがある。

【００１７】本発明のエポキシ樹脂組成物においては、
上述したエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤に加え、無
機充填剤として、（ｃ）１〜１００μｍの平均粒径を有
し、常温（２５℃）での熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以上
である無機粉末と、（ｄ）０．０１〜２μｍの平均粒径
を有し、重量平均粒径／数平均粒径の値が５以下の粒度
分布、即ち単分散に近い粒度分布を有する、微粒の球状
アルミナとを配合する。あるいは、（ｃ´）平均粒径が
１０〜１００μｍで、その外周面が実質的に連続面のみ
で形成されている窒化アルミニウム粉末と、（ｄ´）平
均粒径が０．０１〜１０μｍであり、常温での熱伝導率
が１０Ｗ／ｍ・ｋ以上である無機粉末とを配合する。こ
のような粒径等を限定した２種の充填剤を組み合わせて
配合することによって、最密充填の構造を取り易くな
り、樹脂組成物が良好な流動性と熱伝導性を得ることが
できる。特に（ｃ´）成分と（ｄ´）成分とを配合した
場合には、７０体積％以上の高充填を達成することが可
能となる。

【００１８】ここで（ｃ）成分である無機粉末として
は、半導体封止用の樹脂に対して適用可能な高熱伝導性
の無機化合物の粉末であれば、特に限定されない。な
お、熱伝導率は焼結体について測定した値である。

【００１９】（ｃ）成分である無機粉末の平均粒径が１
μｍ未満では樹脂組成物の流動性が低下し、一方５０μ
ｍを超えると樹脂組成物の流動性が過度に大きくなり、
成形時のゲート詰まり等が生じてしまい好ましくない。

【００２０】本発明において、（ｃ）成分の無機粉末の
うち、（ｃ）と（ｄ）の合計量中５０体積％以上、より
好ましくは５５体積％以上は、平均粒径が５〜１００μ
ｍのものが用いられる。この配合割合が５０体積％未満
では樹脂組成物の流動性が低下してしまう。

【００２１】（ｃ）成分の無機粉末としては、形状は特
に限定されない。無定形、焼結、粉砕、破砕状、球状、
球状に近いもの等種々のものを用いることができる。し
かし、（ｃ）成分の無機粉末のうち、平均粒径が５〜１
００μｍのものは、特にその粒子の表面において、エッ
ジ、突起等の角張った部分のない形状を有し、その外周
面が実質的に連続面のみで形成されているものが好まし
い。このような形状のものとしては、例えば球状のも
の、球状に近い形状のもの、多面体形状でエッジのない
もの、焼結体の原料粉末を造粒して焼結させたもの等が
挙げられる。このように、（ｃ）成分のうち平均粒径が
５〜１００μｍのものとして角張った部分のない形状の
ものを用いることにより、樹脂組成物の溶融時の粘土が
低下し、特に成形性が良好になる。

【００２２】本発明における（ｃ）成分の無機粉末の素
材となる無機化合物としては、アルミナ、酸化マグネシ
ウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等が
挙げられる。これらのうち、特に窒化物の粉末は組成物
に高熱伝導性を付与する点で好ましいが、平均粒径が５
〜１００μｍの無機粉末としては窒化アルミニウムが特
に好ましい。なお、これらの無機粉末は単独でまたは２
種以上混合して用いることができる。

【００２３】また、（ｃ）成分である平均粒径が１〜１
００μｍの無機粉末のうち、平均粒径が５〜１００μｍ
の無機粉末と、それより平均粒径の小さい無機粉末と
は、同じ種類でも別の種類でもよく、それぞれ単独でま
たは２種以上混合して用いることができる。

【００２４】窒化アルミニウムの形状は特に限定され
ず、無定形、焼結、粉砕、破砕状、球状に近いもの等種
々のものを用いることができるが、特に球状に近いも
の、多面体形状でエッジのないもの、焼結体の原料粉末
を造粒して焼結させたもの等、角張った部分のない形状
のもの、即ちその外周面が実質的に連続面のみで形成さ
れているものが好ましい。

【００２５】窒化アルミニウムの製法としては、金属ア
ルミ粉末を窒素と直接反応させる直接窒化法、アルミナ
と炭素の混合粉末を窒素雰囲気中で加熱し、還元と窒化
を同時に行わせる還元窒化法等があるが、いずれの方法
によって製造されたものも好適に用いられる。

【００２６】本発明において、充填剤として上記（ｃ）
成分と併用される（ｄ）成分の球状アルミナは、平均粒
径が０．０１〜２μｍ、好ましくは０．１〜２μｍであ
り、かつ前記（ｃ）成分の平均粒径より小さく、重量平
均粒径／数平均粒径の値が５以下、好ましくは３以下の
粒度分布を有する、即ち単分散に近いものである。

【００２７】この（ｄ）成分の球状アルミナの平均粒径
が０．０１未満では、微粒子間の凝集傾向が増し、一方
２μｍを超えると（ｃ）成分の無機粉末による空隙を埋
めることができず、いずれの場合にも最密充填構造を形
成しにくくなるため、流動性が低下する。

【００２８】また、（ｄ）成分の球状アルミナの平均粒
径が０．０１〜２μｍの範囲内であっても、（ｃ）成分
の無機粉末の平均粒径ではやはり最密充填構造を形成で
きず、流動性が低下する。

【００２９】なお、重量平均粒径／数平均粒径の値は粒
度分布を表す指標であり、１に近いほど単分散に近く粒
度分布がシャープであることを示し、重量平均粒径／数
平均粒径の値が５を超えた場合は粒度分布が広いことを
示す。ここで、一般の平均粒径は累積重量５０％になる
粒径（メジアン径）を意味する。

【００３０】本発明における（ｄ）成分の球状アルミナ
は、重量平均粒径／数平均粒径の値が５以下、好ましく
は３以下の粒度分布を有する、単分散に近いものが用い
られる。重量平均粒径／数平均粒径の値が５を超える
と、効率よく最密充填構造を形成しにくくなるため、良
好な流動性や高熱伝導性が得られなくなる。

【００３１】本発明に使用される（ｄ）成分の球状アル
ミナとしては、アルミナの球状品であれば特に制限はな
く、ボーキサイトから水酸化アルミニウムを経て作られ
るバイヤーアルミのほか、アルミニウムアルコラートの
ゾルーゲル法による加水分解を利用した方法、金属アル
ミニウムの水中火花放電法、さらには酸素存在下に高純
度の金属アルミニウム粉を人為的に粉塵爆発させて得る
方法等のいずれの方法によって得られたものも好適に用
いられる。

【００３２】なお本発明で使用される球状アルミナと
は、球形度が０．９５以上のものをいう。球形度とは充
填剤の形状を数値化した形状指数の一種であり、２次元
画像の画像解析により測定される円相当径と絶対最大長
の平均値の比を表すものである。球形度１は真球を示
す。その測定には偏光顕微鏡の直接画像解析処理装置等
が用いられる。

【００３３】本発明において、（ｄ）成分の球状アルミ
ナの配合量は、（ｃ）成分と（ｄ）成分の合計量中３〜
４０体積％、好ましくは５〜３０体積％の範囲内であ
る。この配合割合が上記範囲外にあると、最密充填構造
を形成しにくくなるため、樹脂組成物の良好な流動性が
得られなくなる。また４０体積％を超えると、樹脂組成
物の硬化時の熱伝導性及び機械的強度が損なわれる。

【００３４】本発明のエポキシ樹脂組成物において、充
填剤である無機粉末（ｃ）及び球状アルミナ（ｄ）の合
計の配合量は、好ましくは樹脂組成物全体の５０〜９０
体積％がよい。この配合量が５０体積％未満では樹脂組
成物の硬化時における熱伝導性が不十分であるうえ、機
械的強度が損なわれるおそれがある。さらに硬化物の熱
膨張係数が大きくなるため、この組成物を用いた樹脂封
止型半導体装置は、冷熱サイクル条件下において損傷を
受けやすくなる。また９０体積％を超えると樹脂組成物
の溶融粘度が高くなりすぎ、トランスファー成形が困難
となる。

【００３５】本発明においては（ｃ）成分、（ｄ）成分
の代わりに（ｃ´）成分、（ｄ´）成分を用いてもよ
い。（ｃ´）成分としては窒化アルミニウムが用いられ
る。この窒化アルミニウムは（ｃ）成分として窒化アル
ミニウムを用いた場合とほぼ同様であるが、平均粒径は
１０〜１００μｍ、特に好ましくは２０〜８０μｍとな
る。また、その形状は角張った部分のない形状のもの、
即ちその外周面が実質的に連続面のみで形成されている
ものが好ましい。

【００３６】さらに、（ｃ´）成分の窒化アルミニウム
粉末の配合量は、（ｃ´）成分と（ｄ´）成分の合計量
に対して５０〜９５体積％の範囲内である。この配合割
合が上記の範囲外にあると最密充填構造を形成しにくく
なるため、樹脂組成物の良好な流動性が得られなくな
る。また、この配合割合が５０体積％未満では樹脂組成
物の流動性及び硬化物の熱伝導性が低下するとともに、
吸湿性が高くなる。

【００３７】充填剤として（ｃ´）成分と併用される
（ｄ）成分の無機粉末としては、半導体封止用の樹脂に
対して適用可能な常温での熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以
上を示す高熱伝導性の無機化合物の粉末であって、平均
粒径が０．０１〜１０μｍ、好まくは０．１〜１０μｍ
のものであれば、特に限定されない。平均粒径が０．０
１未満では微粒子間の凝集傾向が増大し、流動性が低下
する。一方１０μｍを超えると（ｃ´）成分による空隙
を埋められず、最密充填構造を形成しにくくなるため、
やはり流動性が低下する。

【００３８】（ｄ´）成分の無機粉末としては、形状は
特に限定されない。無定形、焼結、粉砕、破砕状、球
状、球状に近いもの等種々のものを用いることができる
が、特に球状に近いもの、多面体形状でエッジのないも
の、焼結体の原料粉末を造粒して焼結させたもの等、角
張った部分のない形状のもの、即ちその外周面が実質的
に連続面のみで形成されているものが好ましい。

【００３９】また（ｄ´）成分の無機粉末の素材となる
無機化合物としては、アルミナ、酸化マグネシウム、窒
化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等が挙げられ
る。これらの無機粉末は単独でまたは２種以上混合して
用いることができる。

【００４０】本発明のエポキシ樹脂組成物において、充
填剤である窒化アルミニウム（ｃ´）及び無機粉末（ｄ
´）の合計の配合量は好ましくは樹脂組成物全体の７０
〜９０体積％，より好ましくは７５〜９０体積％であ
る。上記充填剤を７０体積％以上に高充填することによ
り、５Ｗ／ｍ・ｋ以上の高い熱伝導性が得られるととも
に、熱膨張係数が小さくなり、耐熱衝撃性を向上させる
ことができる。さらに、充填剤を７０体積％以上高充填
すると、樹脂組成物の難燃性が向上し、臭素化エポキシ
樹脂等の何年生樹脂や三酸化アンチモン等の難燃助剤の
添加量を著しく低減することができる。なお、配合量が
９０体積％を超えると樹脂組成物の溶融粘度が高くなり
すぎ、トランスファー成形ができなくなる。

【００４１】本発明のエポキシ樹脂組成物には、上述し
たような成分に加え、更に必要に応じてシランカップリ
ング剤等の充填剤表面処理剤；天然ワックス類、合成ワ
ックス類、直鎖脂肪酸やその金属塩、酸アミド類、パラ
フィン等の離型剤；カーボンブラック、二酸化チタン等
の顔料；ハロゲン化合物、燐化合物等の難燃化剤；三酸
化アンチモン等の難燃助剤；シリコーン化合物、有機ゴ
ム等の低応力付与剤；ハイドロタルサイト類等のイオン
捕捉剤；石油樹脂、ロジン、テルペン、インデン樹脂等
の粘着性付与剤；等の各種の添加剤を適宜配合してもよ
い。

【００４２】本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した
各成分を加熱ロール、ニーダーまたは押出機によって溶
融混練することによって、または微粉砕可能な特殊混合
機によって混合することによって、更にこれらの方法の
適当な組み合わせによって容易に調製することができ
る。

【００４３】以上説明したエポキシ樹脂組成物を用い、
常法に従って半導体素子を封止することにより、本発明
の樹脂封止型半導体装置を容易に製造することができ
る。なお本発明のエポキシ樹脂組成物によって封止され
る半導体素子は特に限定されない。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例によって更に詳細に説明する。なお本発明は下記の実
施例に限定されるものではない。 実施例１〜６及び比較例１〜６ 原料として、以下に示す各成分を用いた。

【００４５】エポキシ樹脂Ａ：ビスヒドロキシビフェニ
ル系エポキシ樹脂（エポキシ当量１９３、油化シェルエ
ポキシ社製、ＹＸ―４０００Ｈ） エポキシ樹脂Ｂ：ビスフェノールＡ型臭素化エポキシ樹
脂（エポキシ当量４００、旭化成社製、ＡＥＲ−７４５
Ｔ） 硬化剤Ａ：フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０
４、昭和高分子社製、ＢＲＧ−５５６） 硬化促進剤：トリフェニルホスフィン 離型剤：エステル系ワックス 難燃助剤：三酸化アンチモン 顔料：カーボンブラック シランカップリング剤：γ―グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン 無機充填剤： 窒化アルミニウムＡ：（平均粒径３０μｍ、エッジな
し、熱伝導率６０Ｗ／ｍ・ｋ，比重３．２２） 窒化アルミニウムＢ：（平均粒径２０μｍ、造粒焼結
品、熱伝導率１００Ｗ／ｍ・ｋ、比重３．２２） 窒化アルミニウムＣ：（平均粒径４μｍ、破砕状、熱伝
導率６０Ｗ／ｍ・ｋ、比重３．２２） 窒化アルミニウムＤ：（平均粒径０．８μｍ、破砕状、
熱伝導率６０Ｗ／ｍ・ｋ、比重３．２２） 窒化ケイ素Ａ：（平均粒径３５μｍ、破砕状、熱伝導率
３０Ｗ／ｍ・ｋ、比重３．１７） 窒化ケイ素Ｂ：（平均粒径３μｍ、破砕状、熱伝導率３
０Ｗ／ｍ・ｋ、比重３．１７） アルミナＡ：（平均粒径２０μｍ、球状、熱伝導率２５
Ｗ／ｍ・ｋ、比重３．９８） アルミナＢ：（平均粒径０．５μｍ、球状、熱伝導率２
５Ｗ／ｍ・ｋ、比重３．９８、粒度分布（重量平均粒径
／数平均粒径）＝２．５） アルミナＣ：（平均粒径１．０μｍ、球状、熱伝導率２
５Ｗ／ｍ・ｋ、比重３．９８、粒度分布（重量平均粒径
／数平均粒径）＝６．０） アルミナＤ：（平均粒径３．０μｍ、球状、熱伝導率２
５Ｗ／ｍ・ｋ、比重３．９８、粒度分布（重量平均粒径
／数平均粒径）＝４．５） 以上の各成分のうち、実施例において窒化アルミニウム
Ａ〜Ｃ、窒化ケイ素Ａ、Ｂ、及びアルミナＡは成分
（ｃ）として使用され、アルミナＢは成分（ｄ）として
使用されている。

【００４６】これらの成分が下記表１に示す割合で配合
されたエポキシ樹脂組成物を以下のようにして調製した
（表中の配合量は重量部を示す）。まずヘンシェルミキ
サー中でシランカップリング剤によって無機充填剤を処
理し、これに他の成分を混合して、６０〜１３０℃の加
熱ロールによって溶融混練した。次に、この混合物を冷
却した後、粉砕することによりエポキシ樹脂組成物を得
た。

【００４７】

【表１】

【００４８】これら実施例１〜６及び比較例１〜６に係
る１２種のエポキシ樹脂組成物について、下記のような
評価試験を行った。 （１）流動性評価 降下式フローテスターを用いて、１８０℃における各エ
ポキシ樹脂組成物の溶融粘度を測定した。

【００４９】（２）硬化時の特性評価 各エポキシ樹脂組成物について低圧トランスファー成形
機により成形温度１８０℃、３分間の条件で成形を行
い、１８０℃で８時間アフターキュアして試験片を得
た。各試験片について、熱膨張係数、曲げ弾性率、曲げ
強度、熱伝導率を測定した。

【００５０】（３）耐熱衝撃性評価 各エポキシ樹脂組成物によって試験用半導体素子（８ｍ
ｍ×８ｍｍ）を封止し、樹脂封止型半導体装置を作製し
た。これら樹脂封止型半導体装置について冷熱サイクル
試験（ＴＣＴ試験）を行った。即ち、半導体装置にー６
５℃（３０分）→室温（５分）→１５０℃（３０分）の
冷熱サイクルを繰り返して施し、デバイスの動作チェッ
クを行って不良発生率を調べた。

【００５１】（４）耐湿信頼性評価 各エポキシ樹脂組成物によって試験用半導体素子を封止
して樹脂封止型半導体装置を作製した。これら樹脂封止
型半導体装置について、プレッシャークッカー試験（Ｐ
ＣＴ試験）を行った。即ち、半導体装置を１２７℃、
２．５気圧の飽和水蒸気雰囲気中に放置して、不良（リ
ーク不良、オープン不良）発生率を調べた。以上の評価
結果を下記表２にまとめて示す。

【００５２】

【表２】

【００５３】上記表２に示されるように、実施例１〜６
は溶融時の流動性、硬化時の熱膨張係数、熱伝導率、曲
げ強度等の特性バランスに優れており、また、これらの
樹脂組成物により封止された半導体装置は、ＴＣＴ試
験、ＰＣＴ試験における不良の発生が殆どなく、優れた
耐熱衝撃性、耐湿信頼性を有することが分かる。

【００５４】これに対し、成分（ｄ）を含まない比較例
１、４は、いずれも溶融時の流動性及び曲げ強度が劣っ
ており、成分（ｄ）の配合割合が成分（ｃ）と（ｄ）の
合計量中４０体積％を超えている比較例２は、溶融時の
流動性、硬化時の熱膨張係数、熱伝導率、曲げ強度が劣
っている。成分（ｄ）の重量平均粒径／数平均粒径の値
が５を超えている比較例３は、溶融時の流動性、曲げ強
度が劣っており、成分（ｃ）のうち平均粒径が５〜１０
０μｍの無機粉末の割合が成分（ｃ）と（ｄ）の合計量
中５０体積％未満の比較例５は、溶融時の流動性、熱伝
導率、曲げ強度が劣っており、球状アルミナの平均粒径
が２μｍを超えている比較例６は溶融時の流動性、熱伝
導率、曲げ強度が劣っている。

【００５５】さらに、これら比較例１〜６に係る樹脂組
成物を用いて作製した半導体装置はＴＣＴ試験、ＰＣＴ
試験における不良の発生が多く、耐熱衝撃性、耐湿信頼
性に劣っていることが分かる。

【００５６】実施例７〜１３及び比較例７〜１３ 原料として、以下に示す各成分を用いた。 エポキシ樹脂Ａ：ビスヒドロキシビフェニル系エポキシ
樹脂（エポキシ当量１９３、油化シェルエポキシ社製、
ＹＸ―４０００Ｈ） エポキシ樹脂Ｃ：ジヒドロキシジフェニルメタン系エポ
キシ樹脂（エポキシ当量１９６、新日鉄化学社製、ＥＳ
ＬＶ―８０ＸＹ） エポキシ樹脂Ｄ：オルソクレゾールノボラック型エポキ
シ樹脂（エポキシ当量１９７、住友化学社製、ＥＳＣＮ
―１９５ＸＬ） 硬化剤Ａ：フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０
４、昭和高分子社製、ＢＲＧ―５５６） 硬化剤Ｂ：フェノールアラルキル樹脂（水酸基当量１７
５、明和化成社製、ＭＥＨ―７８００ＬＬ） 硬化促進剤：トリフェニルホスフィン 離型剤：エステル系ワックス 顔料：カーボンブラック シランカップリング剤：γ―グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン 無機充填剤： 窒化アルミニウムＥ：（平均粒径２０μｍ、エッジな
し、熱伝導率６０Ｗ／ｍ・ｋ、比重３．２２） 窒化アルミニウムＦ：（平均粒径５０μｍ、造粒焼結
品、熱伝導率１００Ｗ／ｍ・ｋ、比重３．２２ ）窒化アルミニウムＧ：（平均粒径８０μｍ、造粒焼結
品、熱伝導率１００Ｗ／ｍ・ｋ、比重３．２２） 窒化アルミニウムＨ：（平均粒径２０μｍ、無定形、熱
伝導率０Ｗ／ｍ・ｋ、比重３．２２） 窒化アルミニウムＩ：（平均粒径３０μｍ、焼結体の粉
砕品、破砕状、熱伝導率１５０Ｗ／ｍ・ｋ、比重３．２
２） 窒化アルミニウムＪ：（平均粒径９μｍ、エッジなし、
熱伝導率６０Ｗ／ｍ・ｋ、比重３．２２） 窒化ケイ素Ｂ：（平均粒径３μｍ、破砕状、熱伝導率３
０Ｗ／ｍ・ｋ、比重３．１７） 窒化ケイ素Ｃ：（平均粒径１２μｍ、破砕状、熱伝導率
３０Ｗ／ｍ・ｋ、比重３．１７） 窒化ホウ素Ａ：（平均粒径０．８μｍ、六角板状、熱伝
導率４０Ｗ／ｍ・ｋ、比重２．２７） アルミナＥ：（平均粒径１．０μｍ、球状、熱伝導率２
５Ｗ／ｍ・ｋ、比重３．９８） アルミナＦ：（平均粒径０．５μｍ、球状、熱伝導率２
５Ｗ／ｍ・ｋ、比重３．９８） 以上の各成分のうち、実施例において、窒化アルミニウ
ムＥ〜Ｇは成分（ｃ´）として使用され、窒化アルミニ
ウムＫ、窒化ケイ素Ｂ、窒化ホウ素Ａ及びアルミナＥ、
Ｆは成分（ｄ´）として使用されている。

【００５７】これらの成分が下記表３に示す割合で配合
されたエポキシ樹脂組成物を以下のようにして調製した
（表中の配合量は重量部を示す）。まずヘンシェルミキ
サー中でシランカップリング剤によって無機充填剤を処
理し、これに他の成分を混合して、６０〜１３０℃の加
熱ロールによって溶融混練した。次に、この混合物を冷
却した後、粉砕することによりエポキシ樹脂組成物を得
た。

【００５８】

【表３】

【００５９】これら実施例７〜１３及び比較例７〜１３
に係る１４種のエポキシ樹脂について下記のような評価
試験を行った。 （１）流動性評価 降下式フローテスターを用いて、１８０℃における各エ
ポキシ樹脂組成物の溶融粘度を測定した。

【００６０】（２）硬化時の特性評価 各エポキシ樹脂組成物について、低圧トランスファー成
形機により成形温度１８０℃、３分間の条件で成形を行
い、１８０℃で８時間アフターキュアして試験片を得
た。各試験片について熱膨張係数、熱伝導率、吸水率
（８５℃／８５％ＲＨ×１６８時間）を測定した。

【００６１】（３）耐熱衝撃性評価 各エポキシ樹脂組成物によって試験用半導体素子（８ｍ
ｍ×８ｍｍ）を封止し、樹脂封止型半導体装置を作製し
た。これらの樹脂封止型半導体装置について、冷熱サイ
クル試験（ＴＣＴ試験）を行った。即ち、半導体装置に
ー６５℃（３０分）→室温（５分）→１５０℃（３０
分）の冷熱サイクルを繰り返して施し、デバイスの動作
チェックを行って不良発生率を調べた。

【００６２】（４）耐はんだリフロー性評価 各エポキシ樹脂組成物によって試験用半導体素子を封止
して樹脂封止型半導体装置を作製した。これらの樹脂封
止型半導体装置について、８５℃、８５％ＲＨの雰囲気
中に７２時間放置して吸湿処理を行った後、これを２１
５℃のフロロカーボン蒸気中に１分間さらした。この時
点でパッケージのクラック発生率を調べた。以上の評価
結果を下記表４にまとめて示す。

【００６３】

【表４】

【００６４】上記表４に示されるように、実施例の樹脂
組成物は溶融時の流動性が良好で、硬化物の熱膨張係数
が小さく、熱伝導性、低吸湿性に優れており、また、こ
れら樹脂組成物により封止された半導体装置は、ＴＣＴ
試験における不良の発生、はんだリフロー時のクラック
の発生が殆どなく、優れた耐熱衝撃性、耐はんだリフロ
ー性を有することが分かる。

【００６５】これに対し、本発明の成分（ｃ´）とは異
なる角張った部分のある形状を有する窒化アルミニウム
を用いた比較例７、８は、いずれも溶融時の粘度が著し
く高いため、成形性が非常に悪く、半導体装置を作製す
ることができなかった。また、吸水率も高かった。成分
（ｃ´）の平均粒径が１０未満である比較例９、成分
（ｄ´）の平均粒径が１０μｍを超えている比較例１
０、成分（ｃ´）と（ｄ´）の合計量に対する成分（ｃ
´）の配合割合が９５体積％以上である比較例１１、逆
に配合割合が５０体積％未満である比較例１２は、いず
れも溶融時の流動性が高く、成形性が劣っている。これ
ら比較例９〜１２を用いて作製した半導体装置は、特に
耐はんだリフロー性に劣っていることが分かる。さら
に、無機充填剤の樹脂組成物全体に対する割合が７０体
積％未満である比較例１３は、硬化物の熱膨張係数、熱
伝導率が劣り、吸水率が高く、この樹脂組成物を用いて
作製した半導体装置は、熱放散性、耐熱衝撃性、耐はん
だリフロー性が劣っていることが分かる。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、成
形時の作業性が良好であり、高い熱放散性を有するエポ
キシ樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置を提供するこ
とが可能となる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）エポキシ樹脂、 （ｂ）硬化剤、 （ｃ）平均粒径が１〜１００μｍで、常温での熱伝導率
   が１０Ｗ／ｍ・ｋ以上である無機粉末、及び （ｄ）平均粒径が前記成分（ｃ）の平均粒径より小さ
   く、０．０１〜２μｍであり、重量平均粒径／数平均粒
   径の値が５以下の粒度分布を有する球状アルミナを必須
   成分として含有し、 前記成分（ｄ）の配合割合が成分（ｃ）と（ｄ）の合計
   量中３〜４０体積％であるとともに、前記成分（ｃ）の
   うち平均粒径が５〜１００μｍの無機粉末の割合が、成
   分（ｃ）と（ｄ）の合計量中５０体積％以上であること
   を特徴とするエポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】 前記平均粒径が５〜１００μｍの無機粉
   末は、その外周面が実質的に連続面のみで形成されてい
   ることを特徴とする請求項１記載のエポキシ樹脂組成
   物。
3. 【請求項３】（ａ）エポキシ樹脂、 （ｂ）硬化剤、 （ｃ´）平均粒径が１０〜１００μｍで、その外周面が
   実質的に連続面のみで形成されている窒化アルミニウム
   粉末、及び （ｄ´）平均粒径が０．０１〜１０μｍで、常温での熱
   伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以上である無機粉末を必須成分
   として含有し、 前記成分（ｃ´）と（ｄ´）からなる無機充填剤を樹脂
   組成物全体に対して７０〜９０体積％の割合で含有して
   なるとともに、成分（ｃ´）の配合割合が成分（ｃ´）
   と（ｄ´）の合計量中５０〜９５体積％であることを特
   徴とするエポキシ樹脂組成物。
4. 【請求項４】 請求項１〜３に記載のエポキシ樹脂組成
   物の硬化物で半導体素子が封止されてなることを特徴と
   する樹脂封止型半導体装置。