JP2003026777A - ヒートシンク形成用樹脂組成物および電子部品封止装置 - Google Patents

ヒートシンク形成用樹脂組成物および電子部品封止装置

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JP2003026777A
JP2003026777A JP2001220771A JP2001220771A JP2003026777A JP 2003026777 A JP2003026777 A JP 2003026777A JP 2001220771 A JP2001220771 A JP 2001220771A JP 2001220771 A JP2001220771 A JP 2001220771A JP 2003026777 A JP2003026777 A JP 2003026777A
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JP
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heat sink
resin composition
resin
sealing
frame
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Osamu Matsuda
理 松田
Masahiko Ito
昌彦 伊藤
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Kyocera Chemical Corp
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Kyocera Chemical Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属製ヒートシンクを使用せずに、フレーム
下面に直接ヒートシンクを形成可能な熱伝導性に優れた
熱伝導率2.5W/m・K以上のヒートシンク形成用樹
脂組成物および電子部品封止装置を提供する。 【解決手段】(A)エポキシ樹脂、(B)フェノール樹
脂、(C)窒化アルミニウムからなる無機充填剤を必須
成分とし、前記(C)窒化アルミニウムからなる無機充
填剤を組成物に対して70〜95重量%で含有し、成形
体熱伝導率が2.5W/m・K以上であるヒートシンク
形成用樹脂組成物である。また、このヒートシンク形成
用樹脂組成物をフレーム(1) 下面にトランスファモール
ドすることにより、ヒートシンク(4) を形成し、更に封
止用樹脂組成物により素子を樹脂封止(3) してなる電子
部品封止装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属製ヒートシン
クを使用せずに、フレーム下面に樹脂製ヒートシンクの
形成を可能とするヒートシンク形成用樹脂組成物および
該組成物をトランスファーモールドすることによりフレ
ーム下面にヒートシンクを形成し、さらに封止用樹脂組
成物によって素子を樹脂封止した電子部品封止装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】高い放熱性が要求されるパワーモジュー
ル等の電子部品封止装置では、その封止用樹脂に高い熱
伝導性をもたせるとともに、アルミダイカスト等の金属
製ヒートシンクを封止用樹脂と一括成形することが一般
的である。しかし、金属製ヒートシンクと封止用樹脂と
の密着力が低いために、剥離が生じて放熱性が低下した
り、また、熱膨張の違いから発生する応力によりパッケ
ージが反るために、基板との接触面積が低下して放熱性
が低下するなどの問題があった。また、密着力を補うた
め、予め金属フレーム等の基材に接着剤により金属ヒー
トシンクを貼り付けるなどの方法もあるが、熱膨張の違
いから発生するパッケージの反りを低減することは不可
能であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記欠点を
解消し、上記要望に応えるためになされたもので、フレ
ーム下面に樹脂製ヒートシンクを成形することが可能
な、熱伝導性に優れたヒートシンク形成用樹脂組成物、
および金属製ヒートシンクを使用せずに、放熱性が高
く、パッケージ反りの少ない電子部品封止装置を提供し
ようとするものである。
【0004】
【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、樹脂組成物
に、窒化アルミニウムを配合するとともに充填剤の特定
配合を採用することによって、高熱伝導率を有しながら
封止樹脂および金属フレームに熱膨張が近く、また密着
力が強い樹脂組成物が得られ、フレーム下面に直接ヒー
トシンクを樹脂組成物で形成することにより上記目的が
達成されることを見いだし、本発明を完成させたもので
ある。
【0005】即ち、本発明は、(A)エポキシ樹脂、
(B)フェノール樹脂および(C)窒化アルミニウム粉
末からなる無機充填剤を必須成分とし、前記(C)窒化
アルミニウム粉末からなる無機充填剤を樹脂組成物全体
に対して70〜95重量%の割合で含有し、成形体の熱
伝導率が2.5W/m・K以上であることを特徴とする
ヒートシンク形成用樹脂組成物である。また、このヒー
トシンク形成用樹脂組成物をフレーム下面にトランスフ
ァーモールドすることによりヒートシンクを形成し、さ
らに封止用樹脂組成物によって、素子を樹脂封止してな
ることを特徴とする電子部品封止装置である。
【0006】以下、本発明を詳細に説明する。
【0007】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
合物である限り、分子構造および分子量など特に制限は
なく、一般に電子部品封止用材料として使用されるもの
を広く包含することができる。例えば、フェノールノボ
ラック型、ビフェニル型、ビスフェノールA型の芳香族
系、シクロヘキサン誘導体等脂肪族系、また、下記一般
式で示される化1のo−クレゾールノボラック型エポキ
シ樹脂、化2のジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等
が挙げられる。
【0008】
【化1】 (但し、式中、nは1以上の整数を表す)
【化2】 (但し、式中、nは1以上の整数を表す) これらのエポキシ樹脂は、単独もしくは2種類以上混合
して用いることができる。
【0009】本発明に用いる(B)フェノール樹脂とし
ては、前記(A)のエポキシ樹脂と反応し得るフェノー
ル性水酸基を2個以上有するものであれば、特に制限す
るものではない。具体的なものとしては、例えば、下記
の一般式に示される化3のノボラック型フェノール樹
脂、化4のジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等が挙
げられる。
【0010】
【化3】 (但し、式中、nは0または1以上の整数を表す)
【化4】 (但し、式中、nは0または1以上の整数を表す) これらのフェノール樹脂は、単独もしくは2種類以上混
合して用いることができる。
【0011】フェノール樹脂の配合割合は、前述したエ
ポキシ樹脂のエポキシ基(a)とフェノール樹脂のフェ
ノール性水酸基(b)との当量比(a)/(b)が0.
1〜10の範囲内であることが望ましい。当量比が0.
1未満あるいは10を超えると、耐湿性、耐熱性、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。従って上記の範囲内に限定するのが
よい。
【0012】本発明に用いる(C)の窒化アルミニウム
粉末からなる無機充填剤としては、窒化アルミニウム粉
末またはそれを主成分とする無機充填剤が挙げられる。
(C)窒化アルミニウム粉末からなる無機充填剤の配合
割合を、全体の樹脂組成物に対して70〜95重量%の
割合で含有することが望ましい。その割合が70重量%
未満では、耐熱性、信頼性および熱伝導率が悪くなり、
また、95重量%を超えると、かさばりが大きくなり成
形性に劣り実用に適さない。そのような無機充填剤の選
択により、成形体の熱伝導率を2.5W/m・K以上と
することができる。
【0013】本発明において、成形体の熱伝導率は次の
ようにして測定される。圧力30tonの圧縮成形によ
り得られた100mmφ×10〜15mmtの成形品を
175℃、8時間の後硬化をして試験片を作成する。作
成した試験片は、KemthermQTM−D3(京都
電子工業社製)の熱伝導率計を用い、その手順に従って
プローブ法により熱伝導率の測定をする。
【0014】本発明のヒートシンク形成用樹脂組成物
は、前述した(A)エポキシ樹脂、(B)フェノール樹
脂および(C)窒化アルミニウム粉末からなる無機充填
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、エステル類、パラフィン系等の離型剤、
エラストマー等の低応力化成分、カーボンブラック等の
着色剤、シランカップリング剤等の無機充填剤の処理
剤、種々の硬化促進剤などを適宜、添加配合することが
できる。
【0015】本発明のヒートシンク形成用樹脂組成物を
成形材料として調製する場合の一般的な方法としては、
前述したエポキシ樹脂、フェノール樹脂、窒化アルミニ
ウム粉末からなる無機充填剤およびその他の成分を配合
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、ヒートシンク形成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。
【0016】図1(a)は従来の、金属製ヒートシンク
を用いた電子部品封止装置の断面概念図、同図(b)は
本発明の、樹脂製ヒートシンクを形成した電子部品封止
装置の断面概念図である。両図において、1はフレー
ム、2は金属製ヒートシンク、3は封止樹脂そして4は
樹脂製ヒートシンクである。
【0017】本発明の電子部品封止装置は、上述の成形
材料を用いて、図1(b)に示すフレーム1下面にトラ
ンスファーモールドをすることによりヒートシンク4を
形成し、その後、封止樹脂3により電子部品を樹脂封止
することにより容易に製造することができる。樹脂封止
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、圧縮成形および注型などによる
封止も可能である。ヒートシンク形成用樹脂組成物およ
び封止用樹脂組成物は成形の際の加熱によって硬化し、
最終的にはこれら組成物の硬化物によって電子部品封止
装置が得られる。なお、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。封止を行う電
子部品としては、半導体チップとして挙げられる、集積
回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタおよ
びダイオード等で特に限定されるものではない。
【0018】
【作用】本発明のヒートシンク形成用樹脂組成物および
電子部品封止装置は、樹脂成分として窒化アルミニウム
を使用した無機充填剤を用いたことにより、目的とする
特性が得られるものである。また、このヒートシンク形
成用樹脂組成物を用いて、フレーム下面にトランスファ
ーモールドすることによりヒートシンクを形成し、その
後、封止樹脂により電子部品を封止することにより、パ
ッケージの反りが小さく内部剥離もない、放熱性に優れ
た電子部品封止装置を得ることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】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。
【0020】実施例1 クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ESCN−195
XL(住友化学社製商品名、エポキシ当量200)1
0.5%に、ノボラック型フェノール樹脂BRG−55
6(昭和高分子化学社製商品名、フェノール当量10
5)5.5%、窒化アルミニウム粉末SCAN−70
(ダウケミカル社製、商品名)83%およびエステル系
ワックスのリコワックスE(クラリアントジャパン社
製、商品名)1.0%を配合し室温で混合し、さらに9
0〜95℃で混練してこれを冷却粉砕して成形材料を製
造した。
【0021】この成形材料を175℃に加熱した金型内
にトランスファー注入し、硬化させて成形体を成形し
た。この成形品について密着性、および熱伝導率の試験
を行い、その結果を表1に示した。また、Cuフレーム
(500×200×0.2mm)上に500×200×
5mmの成形品Aを同様に成形し、後述の比較例1の樹
脂を175℃に加熱した金型内にトランスファー注入
し、成形品Aを囲むように成形して成形品Bをつくり、
反り量を測定した。結果を合わせて表1に示した。
【0022】実施例2 −クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ESCN−19
5XL(住友化学社製商品名、エポキシ当量200)1
4%に、ノボラック型フェノール樹脂BRG−556
(昭和高分子化学社製商品名、フェノール当量105)
7%、窒化アルミニウム粉末SCAN−70(ダウケミ
カル社製、商品名)78%およびエステル系ワックスの
リコワックスE(クラリアントジャパン社製、商品名)
1.0%を配合し室温で混合し、実施例1と同様の方法
で製造、成形、評価を行い、その結果を表1に示した。
【0023】実施例3 クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ESCN−195
XL(住友化学社製商品名、エポキシ当量200)1
7.5%に、ノボラック型フェノール樹脂BRG−55
6(昭和高分子化学社製商品名、フェノール当量10
5)8.5%、窒化アルミニウム粉末SCAN−70
(ダウケミカル社製、商品名)73%およびエステル系
ワックスのリコワックスE(クラリアントジャパン社
製、商品名)1.0%を配合し室温で混合し、実施例1
と同様の方法で製造、成形、評価を行い、その結果を表
1に示した。
【0024】比較例1 クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ESCN−195
XL(住友化学社製商品名、エポキシ当量200)1
0.5%、ノボラック型フェノール樹脂BRG−556
(昭和高分子化学社製商品名、フェノール当量105)
5.5%、結晶シリカ粉末およびエステル系ワックスの
リコワックスE(クラリアントジャパン社製、商品名)
1.0%を配合し室温で混合し、実施例1と同様の方法
で製造、成形、評価を行い、その結果を表1に示した。
【0025】比較例2 アルミニウム製のヒートシンクを用い、実施例1と同様
の方法で成形品Bを成形し、評価を行い、その結果を表
1に示した。
【0026】
【表1】 *1:Cuフレーム、φ10mmで成形、常温破壊、 *2:175℃×8時間アフターキュア後、常温で測
定、 *3:長径方向に対する反り量を測定。
【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、本発明のヒートシンク形成用樹脂組成物および電子
部品封止装置によれば、放熱性に優れ、かつ内部剥離が
なく、パッケージの反りも小さいことから放熱性を維持
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)は従来の金属製ヒートシンクを用い
て製造した電子部品装置の断面図である。図1(b)は
本発明にかかるヒートシンク形成用樹脂組成物をを用い
て製造した電子部品装置の断面図である。
【符号の説明】
1 フレーム 2 金属製ヒートシンク 3 封止樹脂 4 本発明の樹脂組成物を用いたヒートシンク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4J002 CC03X CD02W CD05W CD06W DF016 FD016 GQ00 GQ01 GQ05 4J036 AA01 AD01 AD07 AD08 AF01 AF06 AJ08 FA04 FB07 HA12 JA07 5F036 AA01 BA23 BB03 BB21 BD14 BE01

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)エポキシ樹脂、(B)フェノール
    樹脂および(C)窒化アルミニウム粉末からなる無機充
    填剤を必須成分とし、前記(C)窒化アルミニウム粉末
    からなる無機充填剤を樹脂組成物全体に対して70〜9
    5重量%の割合で含有し、成形体の熱伝導率が2.5W
    /m・K以上であることを特徴とするヒートシンク形成
    用樹脂組成物。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のヒートシンク形成用樹脂
    組成物をフレーム下面にトランスファーモールドするこ
    とによりヒートシンクを形成し、さらに封止用樹脂組成
    物によって、素子を樹脂封止してなることを特徴とする
    電子部品封止装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2006057342A1 (ja) * 2004-11-25 2006-06-01 Sansha Electric Manufacturing Company, Limited 太陽電池モジュール用接続具
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