JP2857441B2 - 封止用樹脂組成物及び半導体封止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、熱膨脹係数が小さく、熱伝導率が大きく、
耐湿性、成形性に優れた、特性バランスのよいエポキシ
系の封止用樹脂組成物及びその硬化物によって封止され
た半導体封止装置に関する。

（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ている。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
の硬化剤を使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共に最
も一般的に使用されている。近年、半導体部品の高密度
化、大電力化に伴い、熱放散性のよりより半導体封止用
樹脂が要望されてきた。

（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、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、その機能が果たせな
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が
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する欠点があっ
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。

本発明は、上記の欠点を解消するためになされたもの
で熱伝導率、耐湿性、成形性に優れ、熱膨脹係数が小さ
く、熱放散性が良く、弾性率の低い、特性バランスのよ
い、信頼性の高い封止用樹脂組成物及び半導体封止装置
を提供することを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明者は、上記の目的を達成しようと鋭意研究を重
ねた結果、メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレ
ン共重合樹脂、特定のシラザン化合物で表面処理した窒
化ケイ素粉末を配合することによって上記目的を達成で
きることを見いだし、本発明を完成したものである。

すなわち、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）メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共
重合樹脂、及び （Ｄ）次の一般式を有するシラザン化合物 R₃Si−NH−SiR₃ （但し、式中Ｒはアルキル基又はフェニル基を表す） で表面処理した平均粒径10〜50μｍの窒化素ケイ素粉末
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％含有してなることを特徴とす
る封止用樹脂組成物、およびその硬化物によって半導体
ペレットが封止されていることを特徴とする半導体封止
装置である。

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
かぎり、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
等の脂環族系、さらに次の一般式で示されるエポキシノ
ボラック系のエポキシ樹脂が挙げられる。

（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
混合して用いる。

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ある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種以上混合して用いる。ノボラック型フェノ
ール樹脂の配合割合は、前記（Ａ）エポキシ樹脂のエポ
キシ基（ａ）と（Ｂ）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
未満もしくは10を超えると耐湿性、成形作業性及び硬化
物の電気特性が悪くなり、いずれの場合も好ましくな
い。

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としては、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ればよ
く、各モノマーの組成比率に限定されるものではない。
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、樹脂組成物に対して、0.1〜10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、低弾性化の効果はなく、また10重量％を超
えると成形性が悪く好ましくない。好ましくは1.0〜5.0
重量％の範囲内である。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方法は、特に制限され
ることはないが、ノボラック型フェノール樹脂中均一に
分散しておくと好ましい。

本発明に用いる（Ｄ）平均粒径10〜50μｍの窒化ケイ
素粉末は、次の一般式を有するシラザン化合物で表面処
理したものである。

R₃Si−NH−SiR₃ （但し、式中Ｒはアルキル基又はフェニル基を表す） これは窒化ケイ素粉砕時にシラザン化合物を定量的に
供給しながら粉砕、粒度調整して得られる。ここで用い
る窒化ケイ素としは、三方晶形（α−Si₃N₄）或いは六
方晶形（β−Si₃N₄）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。また、シラザ
ン化合物の具体的なものとしては、ヘキサメチルシラザ
ン、テトラメチルジフェニルシラザン等が挙げられ、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。表面処理に使用する量は特に制限はないが、窒化ケ
イ素粉末の表面層が単分子層に処理される量であればよ
い。表面処理された窒化ケイ素粉末は150メッシュパス
のものであり、平均粒径10〜50μｍのものが望ましい。
平均粒径10μｍ未満或いは50μｍを超えると、流動性、
作業性に問題が生じ、特に104μｍ以上の粗粒径がある
と成形時にワイヤー流れ、ゲート詰りを生じ、流動性が
損なわれ好ましくない。窒化ケイ素表面をシラザン化合
物で処理することによって、窒化ケイ素表面を撥水化さ
せ、窒化ケイ素の加水分解を防止するとともに、マトリ
ックス樹脂との相溶性を高めるものである。窒化ケイ素
粉末の配合割合は、樹脂組成物に対して25〜90重量％の
割合である。その割合が25重量％未満では熱膨脹係数が
大きく、熱伝導率が小さくて好ましくない。また、90重
量％を超えるとかさばりが大きく、かつ成形性が悪く実
用に適さず好ましくない。

本発明の封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂、ノボラ
ック型フェノール樹脂、メチルメタクリレート・ブタジ
エン・スチレン共重合樹脂、及びシラザン化合物で表面
処理した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、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。

本発明の封止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、エポキシ樹脂、ノボラッ
ク型フェノール樹脂、メチルメタクリレート・ブタジエ
ン・スチレン共重合樹脂、シラザン化合物で表面処理し
た窒化ケイ素粉末、その他の所定の組成比に選択した原
料ミキサー等によって十分均一に混合した後、更に熱ロ
ールによる溶融混合処理、又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子部
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。

本発明の半導体封止装置は、上記の封止用樹脂組成物
を用いて、半導体ペレットを封止することにより容易に
製造することができる。封止を行う半導体ペレットとし
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、注型等
による封止も可能である。封止用樹脂組成物は成形の後
にさらに加熱して熱硬化させ、最終的には組成物の硬化
物によって封止された半導体封止装置が得られる。加熱
による後硬化は150℃以上加熱し硬化させることが望ま
しい。

（実施例） 本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明
は以下の実施例に限定されるものではない。実施例およ
び比較例において、「％」とあるのは「重量％」を意味
する。

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）16％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール
当量107）８％、ヘキサメチルシラザンに処理した窒化
ケイ素粉末（150メッシュカットの平均粒径30μｍ）71.
5％、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2.5％を、常温で混合し、
更に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。

実施例 ２ 実施例１において、ヘキサメチルシラザンに処理した
窒化ケイ素粉末71.5％の代わりに、ヘキサメチルシラザ
ンに処理した窒化ケイ素粉末（150メッシュカットの平
均粒径30μｍ）31.5％と結晶性シリカ粉末（平均粒径38
μｍ）40％の混合系を用いた以外はすべて実施例１と同
一にして成形材料を製造した。

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）16％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール
当量107）８％、メチルメタクリレート・ブタジエン・
スチレン共重合樹脂2.0％、ヘキサメチルシラザンで表
面処理した溶融シリカ粉末71.5％、その他離型剤等2.5
％を実施例１と同様にして成形材料を製造した。

比較例 ２ 比較例１において、ヘキサメチルシラザンで表面処理
した溶融シリカ粉末の代わりに結晶性シリカ粉末（平均
粒径28μｍ）を用いた以外はすべて比較例１と同一にし
て成形材料を製造した。

比較例 ３ クレゾールノボラックエポキシ樹脂（エポキシ当量21
5）18％に、ノボラック型フェノール樹脂（フェノール
当量107）９％、窒化ケイ素粉末（60メッシュパスの平
均粒径60μｍ）70％、その他３％を加えて比較例１と同
様にして成形材料を製造した。

実施例１〜２及び比較例１〜３で製造した成形材料を
用いて半導体ペレットを封止し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、その結果を第１表に示
した。本発明は熱的特性がよく、耐湿性、成形性に優れ
ており、本発明の効果が確認された。

［発明の効果］ 以上の説明および第１表から明らかなように、本発明
の封止用樹脂組成物及び半導体封止装置は、熱的特性、
耐湿性、成形性に優れるとともに弾性率が低く、しかも
それら特性のバランスがよく、信頼性の高いものであ
る。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/31 //(Ｃ０８Ｋ 9/06 3:34 5:54） (56)参考文献 特開 平３−43444（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−225617（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−205444（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−240556（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−74924（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−90253（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C08L 63/00 - 63/10 C08L 55/00 C08G 59/62 C08K 9/06 C08K 3/34 C08K 5/54 H01L 23/29

Claims (2)

(57)【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）メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共
   重合樹脂、及び （Ｄ）次の一般式を有するシラザン化合物 R₃Si−NH−SiR₃ （但し、式中Ｒはアルキル基又はフェニル基を表す） で表面処理した平均粒径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％含有してなることを特徴とす
   る封止用樹脂組成物。
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）メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン共
   重合樹脂、及び （Ｄ）次の一般式を有するシラザン化合物 R₃Si−NH−SiR₃ （但し、式中Ｒはアルキル基又はフェニル基を表す） で表面処理した平均粒径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％含有してなる封止用樹脂組成
   物の硬化物によって、半導体ペレットが封止されている
   ことを特徴とする半導体封止装置。