JPH0841294A - 絶縁性樹脂ペースト及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐ハンダクラック性に優れ、信頼性、熱放散
性に優れた半導体装置を得る。 【構成】 エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を含
有し、硬化物の５０℃から１００℃までの線膨張係数が
２×１０^-5／℃以下、熱伝導率が３５×１０^-4ｃａｌ／
ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上である絶縁性樹脂ペーストを用い
てリードフレーム上にマウントした半導体素子を、エポ
キシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を含有し、無機質充
填剤として（１）平均粒径が５μｍ以上のアルミナ粒子
を充填剤全体の６０〜１００重量％、及び（２）平均粒
径が１０μｍ以下のシリカ粒子もしくは平均粒径が７０
μｍ以上の球状結晶シリカ粒子又はこれらの混合シリカ
粒子を充填剤全体の０〜４０重量％含有し、かつ上記
（１）、（２）から構成される無機質充填剤の粒径１μ
ｍから最大粒径までのロジン−ラムラー式のｎ値が０．
６〜０．９３、回帰直線の相関係数が０．９９以下の粒
度分布を有するものを使用した半導体封止用エポキシ樹
脂組成物で封止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低吸水性、低膨張性に
優れ、ハンダ工程での不良率を低減させることのできる
ダイボンド材としての絶縁性樹脂ペースト、及び、耐ハ
ンダクラック性に優れ、信頼性、熱放散性に優れ、各種
用途に幅広く利用することができる半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現在、
集積回路を組み込んだ携帯型コンピューターや通信機器
の小型化、高速化が活発化している。このような高速回
路は、発熱が起こるために高熱伝導性、低応力性に優れ
た封止材で封止する必要があり、このため、線膨張係数
が小さく熱伝導性が高いセラミックで封止するか、銅板
等の高熱伝導金属を放熱板として低応力型樹脂封止材に
より封止する方法が主流であった。

【０００３】しかしながら、セラミック封止は、コスト
が高すぎて汎用化に向かず、また、放熱板を用いるとパ
ッケージが厚くなってしまい、小型化が不可能になると
いう欠点があり、いずれも満足な封止材とは言い難かっ
た。

【０００４】一方、リードフレームのダイパッドの上に
半導体素子をマウントする工程は、半導体装置の信頼性
に影響を与える重要な工程である。

【０００５】従来、このマウント方法としては、素子裏
のシリコンをリードフレーム上の銅メッキ面に加熱圧着
する共晶法、ハンダを使用する方法、導電性銀ペースト
を使用する方法などがあり、最近では、銅の高騰を契機
としてハンダを使用する方法、導電性銀ペーストを使用
する方法が主流となっている。

【０００６】しかしながら、ハンダを使用する方法は、
ハンダが飛散して電極等の腐食の原因となる可能性が指
摘されている。また、導電性銀ペーストを使用する方法
は、ハンダ法に比べて高温時、特にハンダ工程において
発生する応力により素子クラックが発生したり、封止材
を通して銀ペーストに進入した水分が水蒸気爆発により
膨張し、封止材のクラック発生の原因となるという問題
があった。従って、半導体装置については、上記問題点
の解決が望まれる。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、低吸水性、低膨張性に優れ、ハンダ工程での不良率
を低減させることのできる半導体素子のリードフレーム
へのマウント用絶縁性樹脂ペースト、及び、これを使用
した、耐ハンダクラック性に優れ、信頼性、高熱放散性
に優れた半導体装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は上記
目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、エポキシ樹
脂、硬化剤及び無機質充填剤を含有し、硬化物の５０℃
から１００℃までの線膨張係数が２×１０^-5／℃以下、
熱伝導率が３５×１０^-4ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上
である絶縁性樹脂ペーストを用いてリードフレーム上に
半導体素子をマウントすること、この場合、このマウン
トした半導体素子をエポキシ樹脂組成物、特に、エポキ
シ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を含有し、無機質充填
剤として（１）平均粒径が５μｍ以上のアルミナ粒子を
充填剤全体の６０〜１００重量％、及び（２）平均粒径
が１０μｍ以下のシリカ粒子もしくは平均粒径が７０μ
ｍ以上の球状結晶シリカ粒子又はこれらの混合シリカ粒
子を充填剤全体の０〜４０重量％含有し、かつ上記
（１）、（２）から構成される無機質充填剤の粒径１μ
ｍから最大粒径までのロジン−ラムラー式のｎ値が０．
６〜０．９３、回帰直線の相関係数が０．９９以下の粒
度分布を有するものを使用した半導体封止用エポキシ樹
脂組成物で封止することにより、上記問題が解決されて
高品質な半導体装置を得ることができること、更に、上
記絶縁性樹脂ペーストの無機質充填剤として、（１）平
均粒径が５μｍ以上の球状アルミナ粒子を充填剤全体の
６０重量％以上、及び（２）平均粒径が１０μｍ以下の
球状シリカ粒子もしくは平均粒径が７０μｍ以上の球状
結晶シリカ粒子又はこれらの混合シリカ粒子を充填剤全
体の４０重量％以下含有し、かつ上記（１）、（２）か
ら構成される無機質充填剤の粒径１μｍから最大粒径ま
でのロジン−ラムラー式のｎ値が０．６〜０．９３、回
帰直線の相関係数が０．９９以下の粒度分布を有する無
機質充填剤を使用することにより、より品質が安定する
ことを見出した。

【０００９】即ち、上記した新規の絶縁性樹脂ペースト
は、流動性に優れ、かつ高熱伝導性、低応力性、低吸水
性に優れた硬化物を与え、また、上記半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物は、流動性に優れている上、高熱伝導
性、低応力性、成形性に優れているもので、この樹脂ペ
ーストをマウント材として使用してリードフレーム上に
半導体素子をマウントすることにより、ハンダ工程での
不良率を低減させることができる上、この半導体素子を
上記半導体封止用エポキシ樹脂組成物により封止するこ
とより、得られた半導体装置が優れた耐ハンダクラック
性、高熱放散性を有することを知見し、本発明をなすに
至ったものである。

【００１０】従って、本発明は、エポキシ樹脂、硬化剤
及び無機質充填剤を含有し、硬化物の５０℃から１００
℃までの線膨張係数が２×１０^-5／℃以下、熱伝導率が
３５×１０^-4ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上であること
を特徴とする半導体素子のリードフレームへのマウント
用絶縁性樹脂ペースト；上記無機質充填剤として、
（１）平均粒径が５μｍ以上の球状アルミナ粒子を充填
剤全体の６０重量％以上、及び（２）平均粒径が１０μ
ｍ以下の球状シリカ粒子もしくは平均粒径が７０μｍ以
上の球状結晶シリカ粒子又はこれらの混合シリカ粒子を
充填剤全体の４０重量％以下含有し、かつ上記（１）、
（２）から構成される無機質充填剤の粒径１μｍから最
大粒径までのロジン−ラムラー式のｎ値が０．６〜０．
９３、回帰直線の相関係数が０．９９以下の粒度分布を
有するものを使用した絶縁性樹脂ペースト；上記樹脂ペ
ーストを用いて半導体素子をリードフレームにマウント
してなる半導体装置；この半導体装置をエポキシ樹脂組
成物の硬化物で封止してなる半導体装置；このエポキシ
樹脂組成物として、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充
填剤を含有し、該無機質充填剤として（１）平均粒径が
５μｍ以上のアルミナ粒子を充填剤全体の６０〜１００
重量％、及び（２）平均粒径が１０μｍ以下のシリカ粒
子もしくは平均粒径が７０μｍ以上の球状結晶シリカ粒
子又はこれらの混合シリカ粒子を充填剤全体の０〜４０
重量％含有し、かつ上記（１）、（２）から構成される
無機質充填剤の粒径１μｍから最大粒径までのロジン−
ラムラー式のｎ値が０．６〜０．９３、回帰直線の相関
係数が０．９９以下の粒度分布を有するものを使用した
半導体封止用エポキシ樹脂組成物で封止してなることを
特徴とする半導体装置を提供する。

【００１１】以下、本発明につき更に詳細に説明する
と、本発明の半導体装置は、半導体素子を絶縁性樹脂ペ
ーストを用いてリードフレーム上にマウントし、これを
半導体封止用エポキシ樹脂組成物で封止してなるもので
ある。

【００１２】この場合、絶縁性樹脂ペーストとしては、
エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を含有し、硬化
物の５０℃から１００℃までの線膨張係数が２×１０^-5
／℃以下、熱伝導率が３５×１０^-4ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅ
ｃ・℃以上であるものを使用する。

【００１３】ここで、第１成分の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が使
用でき、後述するような各種硬化剤によって硬化し得さ
せ得ることが可能である限り分子構造、分子量に特に制
限はなく、従来から知られている種々のものを使用する
ことができる。具体的には、例えばエピクロルヒドリン
とビスフェノールをはじめとする各種ノボラック樹脂か
ら合成されるエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、塩素
や臭素原子等のハロゲン原子を導入したエポキシ樹脂等
を挙げることができるが、樹脂ペーストを得るには、こ
れらの中でもビスフェノールＡ又はビスフェノールＦの
グリシジルエーテル誘導体が好適に用いられる。なお、
上記エポキシ樹脂は、その使用に当たっては必ずしも１
種類の使用に限定されるものではなく、２種類又はそれ
以上を混合して使用してもよい。

【００１４】更に、エポキシ樹脂としては、特に後述す
る硬化剤との混合物の軟化点が３０℃以下で、かつ２５
℃における粘度が５００ポイズ以下となるようなものを
使用することがより好ましい。

【００１５】また、上記エポキシ樹脂の使用に際して、
モノエポキシ化合物を適宜併用することは差し支えな
い。このモノエポキシ化合物として具体的には、スチレ
ンオキシド、シクロヘキセンオキシド、プロピレンオキ
シド、メチルグリシジルエーテル、エチルグリシジルエ
ーテル、フェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジ
ルエーテル、オクチレンオキシド、ドデセンオキシド等
が例示される。

【００１６】第２成分の硬化剤としては、具体的にジア
ミノジフェニルメタン、ジアミノフェニルスルホン、メ
タフェニレンジアミン等に代表されるアミン系硬化剤、
無水フタル酸、無水ピロメリット酸、無水ベンゾフェノ
ンテトラカルボン酸等の酸無水物系硬化剤、フェノール
ノボラック、クレゾールノボラック等の１分子中に２個
以上の水酸基を有するフェノールノボラック硬化剤など
が例示される。低粘度で低応力のエポキシ樹脂組成物を
得るためには、これらの中でも酸無水物系硬化剤が好ま
しく用いられる。

【００１７】これら硬化剤の使用量は通常量とすること
ができるが、エポキシ樹脂のエポキシ基の当量に対して
５０〜１５０当量％、特に８０〜１１０当量％の範囲と
することが好ましい。

【００１８】更に、本発明に係わる絶縁性樹脂ペースト
においては、上記エポキシ樹脂と硬化剤との反応を促進
させる目的で各種硬化促進剤、例えばイミダゾール又は
その誘導体、三級アミノ系誘導体、ホスフィン系誘導
体、シクロアミジン誘導体等を併用することは何ら差し
支えない。なお、これらの硬化促進剤の配合量も通常の
範囲とすることができる。

【００１９】次に、第３成分の無機質充填剤は、本発明
に係わる絶縁性樹脂ペーストの硬化物が上述した線膨張
係数及び熱伝導率となるようにその種類、配合量を選択
することが望ましい。

【００２０】無機質充填剤として具体的には、球状アル
ミナ、結晶シリカ、溶融シリカ等が好適に使用される
が、特に球状アルミナが好ましく用いられる。この場
合、球状アルミナを単独で配合しても、また球状アルミ
ナと共に目的とする熱伝導性等の特性を損なわない範囲
で結晶シリカ、溶融シリカ等の無機質充填剤を必要に応
じて併用してもよく、特に溶融シリカを併用すると組成
物の耐湿特性を２〜３倍向上させることができる。

【００２１】本発明では、無機質充填剤として、充填剤
全体の６０重量％以上、特に７０〜１００重量％が平均
粒径５μｍ以上の球状アルミナ粒子、充填剤全体の４０
重量％以下、特に０〜３０重量％が平均粒径１０μｍ以
下の球状シリカ粒子もしくは平均粒径７０μｍ以上の球
状結晶シリカ粒子又はこれらの混合物からなり、かつ粒
径１μｍから最大粒径までのロジン−ラムラー式のｎ値
が０．６〜０．９３、特に０．６５〜０．８５、回帰直
線の相関係数が０．９９以下、特に０．９６〜０．９９
の粒度分布を有するものを使用することがとりわけ好適
である。

【００２２】なお、充填剤の粒度分布測定方法は、以下
の通りである。 （１）平均粒径の測定方法 レーザー回折式粒度分布測定装置（シーラス、ＨＲ８５
０）で測定する。 （２）ロジン−ラムラー式のｎ値及び相関係数の測定方
法 上記（１）で得られたデータを以下のロジン−ラムラー
の式によりロジン−ラムラー線図に変換し、最大粒子径
から粒子径１μｍまでの回帰直線を引き、直線の傾き
（ｎ値）と回帰直線の相関係数とを算出する。 Ｒ（Ｄｐ）＝１００・ｅｘｐ（−ｂ・Ｄｐｎ） Ｄｐ ：粒径 Ｒ（Ｄｐ）：最大粒径からＤｐまでの積算重量％ ｎ，ｂ ：定数

【００２３】上記の無機質充填剤を含有した樹脂ペース
トは、著しく流動性に優れた樹脂ペーストとなるため、
無機質充填剤の充填量を増加させることが可能であり、
その結果、高熱伝導性、低応力性に優れ、更には低応力
性、低吸水性に優れた硬化物となるために耐半田クラッ
ク性が向上する。この条件を満たさない無機質充填剤、
即ち平均粒径が５μｍより小さい球状アルミナ粒子を無
機質充填剤全体の６０重量％以上含有する樹脂ペースト
や、形状が球状でないアルミナ粒子を用いた場合は、流
動性が不十分なものとなり、充填剤の充填量を増加する
ことができない場合がある。また、球状アルミナ粒子の
配合量が無機質充填剤全体の６０重量％より少ないと、
十分な熱伝導性が得られなくなる。なおまた、無機質充
填剤の粒径１μｍから最大粒径までのロジン−ラムラー
式のｎ値が０．６〜０．９３の範囲外又はロジン−ラム
ラー式の回帰直線の相関係数が０．９９より大きい場合
には、成形性、流動性が著しく不十分なものとなり、そ
の結果、高熱伝導性、低応力性に乏しい硬化物を与える
ことになる場合がある。

【００２４】なお、上記無機質充填剤のようなアルミナ
含有系は、溶融シリカ系とは異なり、無機質充填剤をロ
ジン−ラムラー式のｎ値が０．６〜０．９３の範囲の粒
度分布になるように調整した場合に著しく流動性を向上
できるものである。

【００２５】このような無機質充填剤は、具体的にまず
異なる任意の粒度分布を有する各種の球状アルミナ粒子
を単独又は任意の割合で混合して平均粒径５μｍ以上の
球状アルミナ粒子とし、得られた球状アルミナ粒子を単
独又は前記球状アルミナ粒子と同様にして得られた平均
粒径１０μｍ以下の球状シリカ粒子、平均粒径７０μｍ
以上の球状結晶シリカ粒子と上記の割合で混合して所望
の最適粒度分布を有する無機質充填剤を調整することに
より得ることができる。なお、この際、無機質充填剤の
累積粒度分布曲線の傾きが任意の点で急激に変化しない
ようにすることが好ましく、急激な変化を示す充填剤
は、急激な変化を示さない充填剤に比べて樹脂ペースト
の流動性を低下させる場合がある。

【００２６】本発明において、前記無機質充填剤はシラ
ンカップリング剤、チタネートカップリング剤などのカ
ップリング剤で予め表面処理することが低吸水性、耐熱
衝撃性及び耐クラック性を向上させる点で好ましい。カ
ップリング剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエ
トキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシ
ル）エチルトリメトキシシラン等のエポキシシラン、Ｎ
−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメト
キシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、
Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン
等のアミノシラン、γ−メルカプトトリメトキシシラン
等のメルカプトシラン等のシランカップリング剤を用い
ることが好ましい。ここで、表面処理に用いるカップリ
ング剤量及び表面処理方法については、特に制限されな
い。

【００２７】上記無機質充填剤の配合量は、エポキシ樹
脂、硬化剤の合計量１００部（重量部、以下同様）に対
して２００部以上、特に４００〜８００部が好ましく、
配合量を多くする程、低膨張性、低吸水性の組成物を得
ることができる。

【００２８】本発明では、必要に応じ、接着向上用炭素
官能性シラン、ワックス類、ステアリン酸等の脂肪酸及
びその金属塩等の離型剤、カーボンブラック等の顔料、
染料、酸化防止剤、表面処理剤（γ−グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシランなど）、各種導電性充填剤、チ
クソ性付与剤、その他の添加剤を樹脂ペーストに配合す
ることができる。

【００２９】本発明の絶縁性樹脂ペーストは、上述した
成分の所定量を均一に攪拌、混合することにより得るこ
とができる（なお、成分の配合順序に特に制限はな
い）。この場合、上記成分を必要に応じてアセトン、ト
ルエン、キシレン等の有機溶剤で希釈して使用してもよ
いが、その粘度（ＢＨ型粘度計を用いて４ｒｐｍの回転
数で測定した場合の２５℃における粘度）が１００〜１
００００ポイズ、特に１００〜５０００ポイズ、より好
ましくは１００〜３０００ポイズであることが好まし
く、この範囲の粘度となるように上述の必須成分及び任
意成分を配合することが好ましい。

【００３０】更に、上記樹脂ペーストは、Ｎａ及びＣｌ
イオン濃度がそれぞれ７ｐｐｍ以下、特に４ｐｐｍ以下
であることが好ましく、７ｐｐｍより多いと十分な耐湿
性を得ることが難しくなる場合がある。なお、Ｎａ及び
Ｃｌイオン濃度は樹脂ペースト１０ｇをイオン交換水５
０ｍｌに入れて１００℃で２０時間抽出することにより
測定することができる。

【００３１】本発明の絶縁性樹脂ペーストの硬化条件
は、例えば硬化温度８０〜１８０℃で３０〜４８０分と
することができる。なお、硬化させる際、表面や内部の
気泡発生を抑制するため、１段階の加熱だけでなく、２
段階以上に加熱温度を変えて硬化を行ういわゆるステッ
プキュアーを採用することもできる。

【００３２】本発明に係わる絶縁性樹脂ペーストは、そ
の硬化物の５０℃から１００℃までの線膨張係数が２×
１０^-5／℃以下、好ましくは１．８×１０^-5／℃以下で
あり、熱伝導率が３５×１０^-4ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・
℃以上、好ましくは５０×１０^-4ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ
・℃以上であることが必要である。硬化物の線膨張係数
が２×１０^-5／℃より大きい場合や熱伝導率が３５×１
０^-4ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃未満の場合には、良好な
耐ハンダクラック性が得られず、本発明の目的を達成し
得ない。

【００３３】本発明において、上記絶縁性樹脂ペースト
で半導体素子をリードフレーム上にマウントする場合、
マウント方法としては通常の方法を採用し得る。

【００３４】次に、本発明においては、上述した絶縁性
樹脂ペーストを用いてリードフレーム上にマウントした
半導体素子を封止する封止用樹脂組成物としてエポキシ
樹脂、硬化剤、無機質充填剤を必須成分として含有して
なるエポキシ樹脂組成物を使用する。

【００３５】ここで、エポキシ樹脂としては、１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、分子量等は特に限定されず、例えばノボ
ラック型、ビスフェノール型、ビフェニル型のエポキシ
樹脂、ナフタレン骨格含有エポキシ樹脂等のエポキシ樹
脂が挙げられる。なお、エポキシ樹脂としては、これら
を単独又は２種以上混合して用いることができるが、充
填剤を高充填した封止用エポキシ樹脂組成物を得るため
には、溶融粘度の低いビフェニル型エポキシ樹脂を単独
で使用することが特に好ましい。

【００３６】また、硬化剤としては、エポキシ樹脂と反
応可能な官能基を２個以上有する化合物である限り、分
子構造、分子量等は特に限定されず、例えばノボラック
型、ビスフェノール型、ビフェニル型のフェノール樹
脂、ナフタレン骨格含有フェノール樹脂、更にはアミン
系硬化剤等の硬化剤が挙げられる。なお、硬化剤として
は、これらを単独で又は２種以上混合して用いることが
できる。

【００３７】上記エポキシ樹脂、硬化剤の配合量は特に
限定されないが、例えばフェノール樹脂を用いる場合、
エポキシ樹脂成分中に含まれるエポキシ基１モルに対し
て硬化剤中に含まれるフェノール性ＯＨ基のモル比が
０．５〜１．５となる範囲であることが好ましい。

【００３８】本発明に用いる無機質充填剤は、（１）平
均粒径が５μｍ以上のアルミナ粒子を充填剤全体の６０
〜１００重量％、好ましくは７０〜１００重量％、及び
（２）平均粒径が１０μｍ以下のシリカ粒子もしくは平
均粒径が７０μｍ以上の球状結晶シリカ粒子又はこれら
の混合シリカ粒子を充填剤全体の０〜４０重量％、好ま
しくは０〜３０重量％含有し、かつ上記（１）、（２）
から構成される無機質充填剤の粒径１μｍから最大粒径
までのロジン−ラムラー式のｎ値が０．６〜０．９３、
好ましくは０．６５〜０．８５、回帰直線の相関係数が
０．９９以下、好ましくは０．９６〜０．９９の粒度分
布を有するものが好ましい。

【００３９】なお、上記粒度分布は、上記絶縁性樹脂ペ
ースト中の無機質充填剤の粒度分布測定方法と同様にし
て測定することができる。

【００４０】上記の無機質充填剤を含有したエポキシ樹
脂組成物は、著しく成形性、流動性に優れた樹脂組成物
となるため、無機質充填剤の充填量を増加させることが
可能となり、その結果、高熱伝導性、低応力性に優れた
硬化物を与える。この条件を満たさない無機質充填剤、
即ち平均粒径が５μｍより小さいアルミナ粒子を無機質
充填剤全体の６０重量％以上含有する樹脂組成物は成形
性、流動性が不十分なものとなり、充填剤の充填量を増
加できない。また、アルミナ粒子の配合量が無機質充填
剤全体の６０重量％より少ない場合や、シリカを無機質
充填剤全体の４０重量％より多く配合すると、十分な熱
伝導性が得られなくなる。更に、無機質充填剤の粒径１
μｍから最大粒径までのロジン−ラムラー式のｎ値が
０．６〜０．９３の範囲外又はロジン−ラムラー式の回
帰直線の相関係数が０．９９より大きい場合には、著し
く成形性、流動性が不十分なものとなり、その結果、高
熱伝導性、低応力性に乏しい硬化物を与えることとな
る。

【００４１】上記無機質充填剤のようなアルミナ含有系
では、溶融シリカ系とは異なり、上述したように無機質
充填剤をロジン−ラムラー式のｎ値が０．６〜０．９３
の範囲の粒度分布になるように調整した場合にのみ著し
く流動性を向上できるが、更に充填剤を高充填した封止
用樹脂組成物を得るためには、球状アルミナ及び球状シ
リカを使用することが特に好ましい。

【００４２】上記無機質充填剤として具体的には、まず
異なる任意の粒度分布を有する各種のアルミナ粒子を単
独又は任意の割合で混合して平均粒径５μｍ以上のアル
ミナ粒子とする。こうして得られたアルミナ粒子を単独
又は上記アルミナ粒子と同様にして得られた平均粒径１
０μｍ以下のシリカ粒子及び／又は上記アルミナ粒子と
同様にして得られた平均粒径７０μｍ以上の球状結晶シ
リカ粒子と上記の割合で混合して上述したような最適粒
度分布を有する無機質充填剤を調整する。この時、この
ようにして得られる無機質充填剤の累積粒度分布曲線の
傾きが任意の点で急激な変化をしないようにすることが
好ましい。累積粒度分布の傾きが任意の点で急激な変化
を示すような粒度分布を有する充填剤は、急激な変化を
示さない充填剤に比べて流動性を低下させる場合があ
る。

【００４３】なお、本発明において、前記無機質充填剤
はシランカップリング剤、チタネートカップリング剤な
どのカップリング剤で予め表面処理することが低吸水
性、耐熱衝撃性及び耐クラック性を向上させる点で好ま
しい。カップリング剤としては、γ−グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメ
チルジエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロ
ヘキシル）エチルトリメトキシシラン等のエポキシシラ
ン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルト
リメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシ
ラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシ
シラン等のアミノシラン、γ−メルカプトトリメトキシ
シラン等のメルカプトシラン等のシランカップリング剤
を用いることが好ましい。ここで、表面処理に用いるカ
ップリング剤量及び表面処理方法については特に制限さ
れず、通常通りとすることができる。

【００４４】本発明の上記無機質充填剤を充填した場合
には、成形性、流動性に優れる樹脂組成物となるため無
機質充填剤の充填量を増加させることが可能であり、そ
の結果、高熱伝導性、低応力性に優れた硬化物を得るこ
とができる。従って、このよな点から、十分な高熱伝導
性、低応力性に優れた硬化物を得るため樹脂組成物中に
上記無機質充填剤を８５重量％以上含有させることが望
ましい。封止樹脂組成物の熱伝導率は５０×１０^-4ｃａ
ｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上、望ましくは６０×１０^-4ｃ
ａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上であることが好ましい。５
０×１０^-4ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以下ではパッケー
ジの熱抵抗が大きくなり、発熱量の大きなデバイスを収
容できなくなる場合が生じる。

【００４５】また、本発明において、エポキシ樹脂と硬
化剤との硬化反応を促進するため硬化触媒を用いること
が好ましい。硬化触媒は硬化反応を促進させるものなら
ば特に限定されず、例えばトリフェニルホスフィン、ト
リブチルホスフィン、トリ（ｐ−メチルフェニル）ホス
フィン、トリ（ノニルフェニル）ホスフィン、トリフェ
ニルホスフィン・トリフェニルボレート、テトラフェニ
ルホスフィン・テトラフェニルボレートなどのリン系化
合物、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、α
−メチルベンジルジメチルアミン、１，８−ジアザビシ
クロ（５．４．０）ウンデセン−７などの第３級アミン
化合物、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダ
ゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾールなどの
イミダゾール化合物等を使用することができる。

【００４６】本発明の封止用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としては、エポ
キシ樹脂、硬化剤、前記無機質充填剤、その他の添加物
を所定の組成比で配合し、これをミキサー等によって十
分均一に混合した後、熱ロール又はニーダー等による溶
融混合処理を行い、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又
は電気部品の封止、被覆に用いれば優れた特性と信頼性
とを付与させることができる。

【００４７】本発明の半導体装置は、上記絶縁性樹脂ペ
ーストでリードフレーム上にマウントされた半導体素子
を上記封止用エポキシ樹脂組成物を用いて封止すること
により容易に製造することができる。封止を行う半導体
素子としては、例えば集積回路、トランジスタ、サイリ
スタ、ダイオード等が挙げられるが、特に限定されるも
のではない。封止は一般的な方法で行うことができ、ト
ランスファー成形法などを採用することができる。ま
た、上記封止用エポキシ樹脂組成物は、成形の後に更に
加熱して後硬化させることが好ましく、後硬化は１５０
℃以上の加熱条件で行うことが好ましい。

【００４８】

【発明の効果】本発明の絶縁性樹脂ペーストで半導体素
子をリードフレーム上にマウントし、更にこれを本発明
の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物で封止した
半導体装置は、ハンダ工程での不良率が低く、信頼性、
熱放散性に優れているもので、各種用途に幅広く利用す
ることができる。

【００４９】

【実施例】以下、合成例、実施例及び比較例を示して本
発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限
されるものではない。なお、各例中の部はいずれも重量
部である。樹脂ペーストの調製： エポキシ樹脂（エポキシ当量１８
４のエポキシ化ビスフェノールＡ）４３．０部、酸無水
物（４−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸）４８．０部
及び表１に示す無機質充填剤Ａ〜Ｄを表１に示す量で配
合し、更にイミダゾール系硬化促進剤ＨＸ３７４１（旭
化成社製）３部、γ−グリシドキシプロピルトリメトキ
シシラン１部を添加し、均一に混合して５種類の樹脂ペ
ーストを調製した。

【００５０】次に、得られた樹脂ペーストを１２０℃で
１時間、更に１５０℃で２時間加熱して硬化させ、それ
ぞれの硬化物の物性を下記方法で評価した。結果を表１
に示す。 （イ）粘度：ＢＨ型回転粘度計を用いて４ｒｐｍの回転
数で２５℃における粘度を測定した。 （ロ）線膨張係数：５×５×１５ｍｍの試験片を用いて
ディラトメーターにより毎分５℃の速さで昇温した時の
値を測定した（５０℃〜１００℃までの値を測定）。 （ハ）熱伝導度：昭和電工社製のＳｈｏｔｈｅｒｍ Ｑ
ＴＭ−ＤＩＩ迅速熱伝導計を使用し、直径５０ｍｍ×７
ｍｍの大きさの円盤状の硬化物を非定熱線法により測定
した。 （ニ）吸水量：直径５０ｍｍ×３ｍｍの大きさの円盤状
の硬化物を８５℃／８５％ＲＨの恒温恒湿槽に入れ、１
００時間後の吸水率を測定した。 （ホ）抽出純度：樹脂組成物１０ｇをイオン交換水５０
ｍｌに入れて１００℃で２０時間抽出したＮａ及びＣｌ
イオンの濃度（ｐｐｍ）を測定した。

【００５１】表１の結果より、本発明に係わる樹脂ペー
ストは、低吸水性、低膨張性で高熱伝導性であることが
わかった。

【００５２】

【表１】

【００５３】封止用エポキシ樹脂組成物の調製：下記成
分を熱２本ロールにて均一に溶融混合し、冷却、粉砕し
て半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。なお、表１
Ｎｏ．４の充填剤は、特開平４−１８４４５号公報にお
いて最も良好な流動性を示している粒度分布（平均粒径
が２４μｍのアルミナを４．７重量％、平均粒径が１０
μｍのアルミナを８１．３重量％、平均粒径が１μｍの
微粒の球状シリカを１４．１重量％含有する充填剤）を
有する高熱伝導性充填剤を用いたものである。 組成： エポキシ樹脂 ５４．５部 （油化シェルエポキシ社製，ＹＸ−４０００Ｈ，エポキシ当量１９０ｇ／モル） フェノール樹脂 ２４．３部 （三井東圧化学社製，ミレックスＸＬ−２２５，水酸基当量１６８ｇ／モル） フェノール樹脂 １５．０部 （昭和化成社製，ＭＥＨ７７１０，水酸基当量１３７ｇ／モル） ブロム化エポキシ樹脂 ６．２部 （旭チバ社製，ＡＥＲ７５５，エポキシ当量４５９ｇ／モル） 表２に示す無機質充填剤 表２に示す量 硬化触媒（トリフェニルホスフィン） １．５部 三酸化アンチモン ８．０部 着色剤（三菱カーボンブラック） １．５部 シランカップリング剤（信越化学工業社製，ＫＢＭ−４０３） ２．０部 離型剤（カルナバワックス） １．０部

【００５４】

【表２】

【００５５】次に、得られた組成物につき下記（ヘ）〜
（チ）の試験を行った。結果を表３に示す。 （ヘ）スパイラルフロー値 ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して１７５℃、７０ｋ
ｇ／ｃｍ²、成形時間１２０秒の条件で測定した。 （ト）熱伝導率 １７５℃、７０ｋｇ／ｃｍ²、成形時間１２０秒の条件
で成形し、１８０℃、４時間後加熱して得られた直径５
０ｍｍ×６ｍｍの試験片を上部ヒーターと熱量計及び下
部ヒーターの間にサンドイッチ状に挿入し、空気圧にて
一定に密着させ、５０℃で定常状態に達した後の試験片
両面間の温度差、熱量計出力から自動的に熱コンダクタ
ンスを算出し、この熱コンダクタンスの値と試験片の厚
さとの積から熱伝導率を求めた。 （チ）パッケージの評価 表１に示した絶縁性樹脂ペーストを用いてチップサイズ
１０×８×０．３ｍｍでチップ発生量が２．５ｗの半導
体素子を１５２ピンＱＦＰ（銅系リードフレーム）に１
５０℃で２時間の条件でマウントし、ワイヤボンドした
後、合成例２で得られた封止用エポキシ樹脂組成物で１
７５℃／２分の条件で封止した。成形したパッケージを
１８０℃で５時間ポストキュアした後、下記の評価を行
った。 （チ−１）パッケージ熱抵抗：実施例で得られたデバイ
スを用い、風速１．０ｍ／ｓのもとで実働させ、熱抵抗
を測定した。 熱抵抗は、（Ｔｊ−Ｔａ）／チップ発熱量より求めた。 Ｔｊ：チップ温度 Ｔａ：雰囲気温度 （チ−２）成形性：得られたパッケージの外観検査を行
い、ボイドの発生状況を観察した。 （チ−３）耐リフロークラック性：パッケージを８５℃
／８５％ＲＨの雰囲気下に７２時間放置し、吸湿処理を
行った後、次のテストを行った。 （Ａ）２１５℃のペーパーフェイズリフロー炉に９０秒
入れた時の封止材の外部クラック数を調べた（ｎ＝２
０）。 （Ｂ）２１５℃のペーパーフェイズリフロー炉に９０秒
入れた後、−５５℃，３０分〜１５０℃，３０分の温度
サイクルを２００回繰り返した後の封止材の外部クラッ
ク数を調べた（ｎ＝２０）。

【００５６】以上の結果より、本発明に係わる新規の樹
脂ペーストをマウント材として使用し、また、封止材と
して高熱伝導性で、かつ低応力性、成形性、流動性に優
れた本発明に係わる半導体封止用エポキシ樹脂組成物を
使用することにより、ハンダ工程での不良率が低減し、
信頼性、熱放散性に優れた半導体装置を得ることができ
ることが確認された。

【００５７】

【表３】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/31 (72)発明者 土橋 和夫 群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料 技術研究所内 (72)発明者 塩原 利夫 群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料 技術研究所内

Claims (5)

．０ 【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤
   を含有し、硬化物の５０℃から１００℃までの線膨張係
   数が２×１０^-5／℃以下、熱伝導率が３５×１０^-4ｃａ
   ｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上であることを特徴とする半導
   体素子のリードフレームへのマウント用絶縁性樹脂ペー
   スト。
2. 【請求項２】 無機質充填剤として、（１）平均粒径が
   ５μｍ以上の球状アルミナ粒子を充填剤全体の６０重量
   ％以上、及び（２）平均粒径が１０μｍ以下の球状シリ
   カ粒子もしくは平均粒径が７０μｍ以上の球状結晶シリ
   カ粒子又はこれらの混合シリカ粒子を充填剤全体の４０
   重量％以下含有し、かつ上記（１）、（２）から構成さ
   れる無機質充填剤の粒径１μｍから最大粒径までのロジ
   ン−ラムラー式のｎ値が０．６〜０．９３、回帰直線の
   相関係数が０．９９以下の粒度分布を有する無機質充填
   剤を使用した請求項１記載の絶縁性樹脂ペースト。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の絶縁性樹脂ペース
   トを用いて半導体素子をリードフレーム上にマウントし
   てなる半導体装置。
4. 【請求項４】 エポキシ樹脂組成物の硬化物で半導体素
   子を封止した請求項３記載の半導体装置。
5. 【請求項５】 エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂、
   硬化剤及び無機質充填剤を含有し、該無機質充填剤とし
   て（１）平均粒径が５μｍ以上のアルミナ粒子を充填剤
   全体の６０〜１００重量％、及び（２）平均粒径が１０
   μｍ以下のシリカ粒子もしくは平均粒径が７０μｍ以上
   の球状結晶シリカ粒子又はこれらの混合シリカ粒子を充
   填剤全体の０〜４０重量％含有し、かつ上記（１）、
   （２）から構成される無機質充填剤の粒径１μｍから最
   大粒径までのロジン−ラムラー式のｎ値が０．６〜０．
   ９３、回帰直線の相関係数が０．９９以下の粒度分布を
   有するものである請求項４記載の半導体装置。