JP3145687B2 - エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成形性に優れたエ
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】半導体集積回路においては、その動作時
に集積回路を構成するトランジスタの電力消費により、
素子周辺部に熱が発生する。この素子周辺部の温度を許
容温度以下に保つために半導体装置の設計およびシステ
ム設計を行うことが、半導体素子の性能、信頼性上極め
て重要になっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】素子周辺部に発生する
熱を半導体装置の外部に効率的に放出するために、封止
樹脂の熱発生部周辺の樹脂厚さを薄肉化、特に裏面部分
にあたる樹脂の厚さを薄くするなどの設計がなされてい
る。これにより半導体装置内部の樹脂の厚さに極端な偏
りが発生してしまう。一方、封止樹脂材料においては、
熱伝導性を向上させるために無機充填材を高充填させた
り、熱伝導性の高い結晶性のシリカ充填材を用いてい
る。しかしこれに伴い、封止樹脂の溶融状態における流
動性が著しく低下してしまっている。

【０００４】これらのことから樹脂注形時に外部巣およ
び未充填発生などの成形性の低下、それに伴なって歩留
まりが低下するなどの問題が発生している。

【０００５】本発明は、上記欠点を解消するために、半
導体封止装置の樹脂の厚さが薄肉でしかも厚さに極端な
偏りがある場合にも、その熱伝導性を維持したまま封止
用樹脂組成物の成形性を向上させることを目的としたも
のである。

【０００６】

【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、封止用樹脂組成
物の特定のエポキシ樹脂と硬化促進剤として特定のウレ
ア樹脂を用いることにより、熱伝導性を維持したまま著
しく成形性・寸法安定性の優れた樹脂組成物が得られる
ことを見出し、本発明を完成したものである。

【０００７】即ち、本発明は、（Ａ）次の一般式で示さ
れる多官能型エポキシ樹脂、

【化５】 （但し、式中、Ｒ1 〜Ｒ4 は水素原子またはアルキル
基、ｎは１以上の整数をそれぞれ表す）（Ｂ）フェノー
ル樹脂、（Ｃ）次の構造式で示されるウレア系硬化促進
剤

【化６】 （Ｄ）最大粒径１００μｍ以下の結晶シリカ粉末もしく
は溶融シリカ粉末を必須成分とし、前記（Ｄ）のシリカ
粉末を全体の樹脂組成物に対して３０〜９０重量％の割
合で含有す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、
半導体素子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。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００９】本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂として
は、前記化５で示されたものが使用されるが、このエポ
キシ樹脂には、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹
脂、ビフェニル系エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン
系樹脂、その他の一般に公知とされているエポキシ樹脂
はそれらを併用することができる。

【００１０】本発明に用いる（Ｂ）フェノール樹脂とし
ては、前記（Ａ）エポキシ樹脂のエポキシ基と反応し得
るフェノール水酸基を分子中に２個以上有するものであ
れば特に制限されない。具体的な化合物として、例え
ば、

【化７】 （但し、式中、ｎは１以上の整数を表す）

【化８】 （但し、式中、ｎは１以上の整数を表す）

【化９】 （但し、式中、ｎは１以上の整数を表す）

【化１０】 （但し、式中、ｎは０または１以上の整数を表す）等が
挙げられ、これらは単独または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（Ｃ）ウレア系硬化促進剤
としては、化６があるが、これらは単独または混合して
使用することができる。また、公知のリン系硬化促進
剤、イミダゾール系硬化促進剤、ＤＢＵ系硬化促進剤を
（Ｃ）ウレア系硬化促進剤と併用して使用することがで
きる。

【００１２】本発明に（Ｄ）最大粒径１００μｍ以下の
結晶シリカ粉末もしくは溶融シリカ粉末としては、不純
物濃度が低く、メジアン径が３０μｍ以下のものが使用
される。メジアン径が３０μｍを超えると成形性が著し
く劣り、好ましくない。また結晶シリカ粉末および溶融
シリカ粉末は単独または混合して使用することができ、
その配合割合は、シリカ粉末の重量が全体の樹脂組成物
に対し２５〜９０重量％含有するように配合することが
好ましい。その割合が２５重量％未満では樹脂組成物の
熱伝導率が低く、また、吸湿性が高くなり、半導体装置
の放熱性や耐湿信頼性が劣ってしまう。また９０重量％
を超えると極端に成形性が劣り好ましくない。

【００１３】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、特定のウレア系
硬化促進剤、最大粒径が１００μｍ以下の結晶シリカ粉
末もしくは溶融シリカ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、た
とえば天然ワックス類、合成ワックス類等の離型剤、三
酸化アンチモン、ブロモ化エポキシ樹脂等の難燃剤、カ
ーボンブラック等の着色剤、ゴム系やシリコーン系ポリ
マーの低応力付与剤、アミン変性およびエポキシ変性シ
リコーンオイル等のカップリング剤等を適宜添加配合す
ることができる。

【００１４】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な方法は、前述したエポキシ
樹脂、フェノール樹脂、特定のウレア系硬化促進剤およ
び最大径が１００μｍ以下の結晶シリカ粉末もしくは溶
融シリカ粉末、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、さらに熱ロールまたはニーダ等
により加熱溶融混合処理を行い、つ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、優れた成形性と信頼性などの特性を付与するこ
とができる。

【００１５】また、本発明の半導体封止装置は、上記の
成形材料を用いて半導体素子を封止することにより、容
易に製造することができる。封止を行う半導体素子とし
は、たとえば集積回路、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、トランスフ
ァー成形法があるが、射出成形、圧縮成形等による封止
も可能である。封止および、封止後加熱して樹脂を硬化
させる際、１５０℃以上にすることが望ましい。

【００１６】

【作用】本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体装置
は、前述したエポキシ樹脂組成物に、特定の他官能エポ
キシ樹脂と、特定の活性の弱いウレア系硬化促進剤を用
いることによって、硬化反応の反応速度を制御し、成形
温度での反応性を維持したまま、その温度以下で、エポ
キシ樹脂組成物全体の溶融粘度の低い状態を維持するこ
とができる。これにより半導体装置の放熱性を維持した
まま成形性を向上させることができるものである。

【００１７】

【実施例】次に本発明を実施例によって説明する。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。
また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。

【００１８】実施例１ 最大粒径１００μｍ以下の溶融シリカ粉末および結晶シ
リカ粉末をあわせて８２．０％、化５に示したエポキシ
樹脂（ＥＯＣＮ−１０２、日本化薬社製、商品名、ｎ＝
２のものとｎ＝３のものの混合物）８．７５％、前記の
化７のフェノールノボラック樹脂（Ｈ−４、明和化成社
製、商品名、ｎ＝２．３〜２．７）２．９０％、前記の
化６のウレア系硬化促進剤（Ｕ−ＣＡＴ３５０３Ｎ、サ
ンアプロ社製、商品名）０．１２４％、テトラブロモビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂１．３０％、カルナバワ
ックス類０．２３％、カーボンブラック０．１５０％、
および三酸化アンチモン１．００％、その他カップリン
グ剤、低応力添加剤等のシリコーンオイル３．５５％を
常温で混合し、さらに９０〜１１０℃で溶融混練した
後、冷却および粉砕して成形材料を製造した。

【００１９】実施例２ 最大粒径１００μｍ以下の溶融シリカ粉末および結晶シ
リカ粉末をあわせて８２．０％、化５に示したエポキシ
樹脂（ＥＯＣＮ−１０２、日本化薬社製、商品名、ｎ＝
２のものとｎ＝３のものの混合物）８．７０％、前記化
７のフェノールノボラック樹脂（Ｈ−４、明和化成社
製、商品名、ｎ＝２．３〜２．７）２．８８％、前記の
化６のウレア系硬化促進剤（Ｕ−ＣＡＴ３５０３Ｎ、サ
ンアプロ社製、商品名）０．７４５％、テトラブロモビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂１．２９％、カルナバワ
ックス類０．２２９％、カーボンブラック０．１４９
％、および三酸化アンチモン０．９９４％、その他カッ
プリング剤、低応力添加剤等のシリコーンオイル３．５
３％を常温で混合し、さらに９０〜１１０℃で溶融混練
した後、冷却および粉砕して成形材料を製造した。

【００２０】比較例１ 最大粒径１００μｍ以下の溶融シリカ粉末および結晶シ
リカ粉末をあわせて８１．５％、化５に示したエポキシ
樹脂８．８５％、前記の化７のフェノールノボラック樹
脂２．９７％、リン系硬化促進剤０．１２０％、テトラ
ブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１．８０％、カ
ルナバワックス類０．１２０％、カーボンブラック０．
２１０％、および三酸化アンチモン１．１０％、その他
カップリング剤、低応力添加剤等のシリコーンオイル
３．３３％を常温で混合し、さらに９０〜１１０℃で溶
融混練した後、冷却および粉砕して成形材料を製造し
た。

【００２１】比較例２ 最大粒径１００μｍ以下の溶融シリカ粉末および結晶シ
リカ粉末をあわせて８２．０％、化５に示したエポキシ
樹脂８．３５％、前記の化７のフェノールノボラック樹
脂２．９５％、イミダゾール系硬化促進剤０．２０５
％、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１．
３０％、カルナバワックス類０．１５０％、カーボンブ
ラック０．１５０％、および三酸化アンチモン１．００
％、その他カップリング剤、低応力添加剤等のシリコー
ンオイル３．９０％を常温で混合し、さらに９０〜１１
０℃で溶融混練した後、冷却および粉砕して成形材料を
製造した。

【００２２】こうして製造した成形材料を用い、その１
７５℃における流動性および硬化性、放熱性について諸
試験を行ったので、結果を表１に示す。また成形温度で
ある１７５℃以下で、粘度の低い溶融状態を維持する時
間を比較するために実施例１と比較例１について１６５
℃における粘度の時間依存性を図１に示す。また合わせ
て、成形性を比較するため、放熱性向上を目的とし、素
子上部と下部との樹脂厚の比を極端に変えたトランジス
タ半導体装置ＴＯ−３ＰＨを対象としてトランスファー
成形し、その外部巣の数を比較したものを表１に掲載す
る。

【００２３】

【表１】 ＊１：ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準じて１７５℃におけるス
パイラルフローを測定した。

【００２４】＊２：１７５℃に保たれた熱板上で一定量
の成形材料を直径４〜５ｃｍの円状に広げ、一定速度で
練り合わせたとき、試料が増粘し、最終的に粘りのなく
なった時間を計測した。

【００２５】＊３：高化式フロー粘度を１７５℃におい
て測定した。

【００２６】＊４：１７５℃においてトランスファー成
形したφ１００、２５ｍｍ厚の成形品を作成し、迅速熱
伝導率測定装置を用いて測定を行った。

【００２７】＊５：トランジスタ半導体装置８０個を、
成形材料を用いてトランスファー成形し、そのうち表面
に巣が発生した半導体装置数を計測した。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明および表１、図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装
置は、成形温度での硬化性を維持したまま、その温度以
下で、溶融粘度の低い状態を維持することができ、これ
により放熱性を維持したまま成形性を向上させる半導体
成形材料およびそれを用いた半導体装置を得ることがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１と比較例１の１６５℃にお
ける低粘度溶融状態維持時間の比較を示したグラフであ
る。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08G 59/32 C08G 59/62 C08G 59/40 C08L 63/04 C08K 3/36 H01L 23/29

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）次の一般式で示される多官能型エ
   ポキシ樹脂、 【化１】 （但し、式中、Ｒ1 〜Ｒ4 は水素原子またはアルキル
   基、ｎは１以上の整数をそれぞれ表す）（Ｂ）フェノー
   ル樹脂、（Ｃ）次の構造式で示されるウレア系硬化促進
   剤および 【化２】 （Ｄ）最大粒径１００μｍ以下の結晶シリカ粉末もしく
   は溶融シリカ粉末を必須成分とし、前記（Ｄ）のシリカ
   粉末を全体の樹脂組成物に対して３０〜９０重量％の割
   合で含有することを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】 （Ａ）次の一般式で示される多官能型エ
   ポキシ樹脂、 【化３】 （但し、式中、Ｒ1 〜Ｒ4 は水素原子またはアルキル
   基、ｎは１以上の整数をそれぞれ表す）（Ｂ）フェノー
   ル樹脂、（Ｃ）次の構造式示されるウレア系硬化促進剤 【化４】 （Ｄ）最大粒径１００μｍ以下の結晶シリカ粉末もしく
   は溶融シリカ粉末を必須成分とし、前記（Ｄ）のシリカ
   粉末を全体の樹脂組成物に対して３０〜９０重量％の割
   合で含有するエポキシ樹脂組成物の硬化物によって、半
   導体素子が封止されていることを特徴とする半導体封止
   装置。