JPH07278415A - 半導体封止用樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents
半導体封止用樹脂組成物及び半導体装置Info
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Abstract
キシ樹脂を50重量%以上含有するエポキシ樹脂成分 (式中、Rは水素原子、臭素原子、アルキル基又はアル
ケニル基を示す。) (B)水酸基当量が120g/mol以上のフェノール
樹脂、及び (C)球状アルミナ を必須成分とする半導体封止用樹脂組成物において、上
記球状アルミナが、0.4〜0.7μm、12〜18μ
m及び30〜38μmの3つの間に極大ピークを有する
ことを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。 【効果】 従来の高熱伝導性封止樹脂組成物よりも充填
材を高充填でき、半導体封止用として優れた流動性、成
形性を有し、かつ高熱伝導性、低応力性、耐半田クラッ
ク性に優れた硬化物を与える。
Description
れ、かつ熱伝導性、低応力性に優れ、さらには耐半田ク
ラック性に優れた硬化物を与える半導体封止用樹脂組成
物及び該組成物の硬化物で封止された半導体装置に関す
る。
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ためMCM(マルチ
チップモジュール)やASICの汎用化が進んでいる。
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される必要があり、
従来は線膨張係数が小さくて熱伝導性が高いセラミック
で封止するか、或いは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で封止する方法が主流であっ
た。
トが高すぎて汎用化に向かず、一方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、薄型化が不可能
になると共に、耐湿信頼性が低下するという欠点があっ
た。
ミナ、結晶シリカ等の高熱伝導性無機質充填材を含有す
る半導体封止樹脂組成物で封止する方法(窒化ケイ素:
特開昭62−43415号、アルミナ:特開昭61−2
18622号)が行われている。しかし、窒化ケイ素や
窒化アルミを無機質充填材として用いると耐湿信頼性等
の信頼性が大きく低下するという欠点があり、また結晶
シリカを用いると線膨張係数が大きくなり、低応力性を
必要とする封止材の充填材には不適当なものであった。
そこで、現在では窒化ケイ素や窒化アルミより比較的信
頼性を低下させず、線膨張係数も小さいアルミナがこの
ような高熱伝導性無機質充填材として好適に用いられて
いる。
らなる熱伝導率の向上が必要とされているため、高熱伝
導充填材を高充填する技術が必要となっている。例え
ば、アルミナの充填率を上げる方法としては、平均粒径
が8〜35μmの粗粒アルミナに平均粒径が0.1〜4
μmの微粒の球状アルミナ及び/又はシリカを充填材全
体の2〜35重量%混合して流動性を向上させる方法
(特開平4−18445号)等が挙げられるが、この方
法は流動性が粒度分布に大きく左右されることに注目し
ておらず、結果として流動性の向上が不十分なものとな
っている。このように粒度分布の調整による高流動化が
検討されていないためにアルミナを高充填できず、熱伝
導率が90×10-4cal/cm・s・℃程度の硬化物
しか得られていないのが現状であり、さらなる低線膨張
化や高熱伝導率化は未だ実現されていない。
は、パッケージ実装方式が表面実装型へ移行するに伴
い、耐半田クラック性が重大な問題となっている。そこ
で、アルミナ含有系では、アルミナ繊維を含有させて強
度を高めたりする方法(特開昭61−218622号)
等が考えられるが、繊維状の充填材を含有させると流動
性が低下して充填材を高充填できず、熱伝導性が乏しい
ものしか得られないという問題がある。
で、流動性、成形性に優れ、しかも高熱伝導性で低応力
性、耐半田クラック性に優れた硬化物を与える半導体封
止用樹脂組成物及び該樹脂組成物の硬化物により封止さ
れた半導体装置を提供することを目的とする。
記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、エポキシ
樹脂として下記一般式(1)で示されるビフェニル型エ
ポキシ樹脂を50重量%以上含有してなるエポキシ樹脂
成分を使用し、これと、水酸基当量が120g/mol
以上のフェノール樹脂と、球状アルミナとを組み合せる
こと、しかもこの場合この球状アルミナとして、0.4
〜0.7μm、12〜18μm及び30〜38μmの3
つの間に極大ピークを有し、他の範囲にはこれらの極大
ピークよりも高いピークを有さず、かつ1〜2μmの範
囲の粒子径のものが5重量%以下、60μm以上の粒子
径のものが5重量%以下である粒度分布を有するものを
使用し、この球状アルミナを組成物全体の70〜95重
量%配合することにより、得られた半導体封止用組成物
が流動性、成形性に優れている上、高熱伝導性で低応力
であり、耐半田クラック性に優れた硬化物を与えると共
に、この封止用樹脂組成物の硬化物で封止した半導体装
置は、高熱伝導性、低応力性、耐半田クラック性に優
れ、しかも特性のバランスが良好であり、信頼性の高い
ものであることを知見し、本発明をなすに至ったもので
ある。
ケニル基を示す。)
きい充填材と粒径の小さい充填材とを組合せることによ
り、各種特性を改良した半導体封止用組成物は知られて
いるが、本発明者が種々検討を重ねた結果によれば、最
近の半導体集積回路の発展にあっては、単に粒径の大き
い充填材と粒径の小さい充填材を組み合せただけでは、
半導体集積回路を封止する封止材に対する要求、即ち流
動性、成形性に優れ、かつ高熱伝導性で低応力性、耐半
田クラック性に優れた硬化物を与えるという諸特性を同
時に十分満足し得ないものである。ところが、エポキシ
樹脂の主成分として上記式(1)のビフェニル型エポキ
シ樹脂を用いると共に、0.4〜0.7μmの間に極大
ピークを有し、しかも12〜18μmと30〜38μm
の間にもそれぞれ極大ピークを有し、かつ1〜2μm及
び60μm以上の粒子を実質的に含まない球状アルミナ
を使用した場合、意外にも上記封止材に対する諸要求を
同時に満足した半導体封止用樹脂組成物が得られること
を、初めて見い出したものである。
シ樹脂を50重量%以上含有するエポキシ樹脂成分 (B)水酸基当量が120g/mol以上のフェノール
樹脂、及び (C)球状アルミナ を必須成分とする半導体封止用樹脂組成物において、上
記球状アルミナが、0.4〜0.7μm、12〜18μ
m及び30〜38μmの3つの間に極大ピークを有し、
他の範囲にはこれらの極大ピークよりも高いピークを有
さず、かつ1〜2μmの範囲の粒子径のものが5重量%
以下、60μm以上の粒子径のものが5重量%以下であ
る粒度分布を有し、上記球状アルミナを組成物全体の7
0〜95重量%含有することを特徴とする半導体封止用
樹脂組成物、及び、この組成物の硬化物で封止した半導
体装置を提供する。
ケニル基を示す。)
半導体封止用樹脂組成物を構成する(A)成分は下記一
般式(1)で示されるビフェニル型エポキシ樹脂を50
重量%以上含有するエポキシ樹脂成分である。
臭素原子、アルキル基又はアルケニル基であるが、アル
キル基としては、メチル基、エチル基等の炭素数1〜
5、好ましくは1〜2のもの、アルケニル基としては、
ビニル基、アリル基等の炭素数2〜12、好ましくは2
〜6のものが挙げられる。なお、上記式(1)のRは、
互に同一でも異っていてもよい。
ル型エポキシ樹脂は、上述したようにエポキシ樹脂成分
全体の50重量%以上、好ましくは70重量%以上、更
に好ましくは90重量%以上含有するものであり、含有
率が50重量%未満の場合には、無機質充填材の充填量
を増加させることが不可能となり、上述したような特性
の向上が達成できなくなる。
ル型エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂を含有することが
でき、この場合の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れば、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、多官能型、ナフタレン骨格含
有エポキシ樹脂等を混合して用いることができるが、充
填材を高充填した封止用樹脂組成物を得るためには、溶
融粘度の低いエポキシ樹脂を使用することが特に好まし
い。
物は、著しく流動性に優れているため、無機質充填材の
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、更には充填材
の高充填化により低応力性、低吸水性に優れる硬化物と
なるために耐半田クラック性を向上させることができる
ものである。
ェノール樹脂は、水酸基当量が120g/mol以上有
するもので、エポキシ樹脂の硬化剤として使用され、こ
れを含有させることにより、低応力性、低吸水性に優れ
た樹脂組成物を形成することができ、それにより耐半田
クラック性を向上させることができるものである。上記
フェノール樹脂としては、例えば、ナフタレン骨格含有
フェノール樹脂、ビシクロペンタジエン骨格含有フェノ
ール樹脂、アラルキル骨格含有フェノール樹脂等が挙げ
られ、これらの硬化剤は単独で又は2種以上を混合して
用いることができる。なお、充填材を高充填した封止用
樹脂組成物を得るためには、溶融粘度の低いフェノール
樹脂を使用することが特に好ましい。
基当量が120g/mol以上有するものであるが、耐
半田クラック性の向上を考慮すると水酸基当量は135
g/mol以上が好ましい。
は、特に制限されないが、(A)成分に含まれるエポキ
シ基1モルに対して、(B)成分中に含まれるフェノー
ル性OH基のモル比が0.5〜1.5であることが好ま
しい。
であり、この球状アルミナは、0.4〜0.7μm、1
2〜18μm及び30〜38μmの3つの間に極大ピー
クを有し、他の範囲にはこれらの極大ピークよりも高い
ピークを有さず、かつ1〜2μmの範囲の粒子径のもの
が5重量%以下、好ましくは2重量%以下、より好まし
くは1重量%以下、60μm以上の粒子径のものが5重
量%以下、好ましくは2重量%以下、より好ましくは1
重量%以下である粒度分布を有するものとする必要があ
る。
のものの割合は10〜40重量%、好ましくは15〜3
0重量%、より好ましくは20〜28重量%、12〜1
8μmの範囲のものが40〜70重量%、好ましくは4
5〜60重量%、より好ましくは50〜60重量%、3
0〜38μmの範囲のものが5〜30重量%、好ましく
は10〜25重量%、より好ましくは12〜18重量%
であることが望ましく、これにより本発明の目的を効果
的に達成し得る。
度分布測定装置(シーラス,HR850)による測定値
である。
すように、例えば0.4〜0.7μmの間と12〜18
μmの間にピークを有する球状アルミナと、40〜60
μm間にピークを有する球状アルミナと、25〜35μ
mとの間にピークを有する球状アルミナとを適宜割合で
混合することにより得ることができる。
晶構造がα、β、γ、δ等のアルミナ又はこれらの混合
物としてのアルミナが挙げられるが、熱伝導率を向上さ
せるためにはα化率が高いアルミナを用いることが好ま
しく、更に組成物の耐湿信頼性を低下させないためには
Na2O,Naイオン,Clイオンの含有量が少ないア
ルミナを用いることが望ましい。
記球状アルミナを単独で用いてもよいが、必要により他
の充填材を添加してもよい。他の充填材としては、平均
粒子径7μm以下のシリカが好ましい。この場合、シリ
カは流動性を向上させるために球状シリカが好適であ
る。
の70〜95重量%、好ましくは80〜95重量%、更
に好ましくは90〜93重量%とすることが好ましい。
また、他の充填材を併用する場合、球状アルミナは充填
材全体の75〜100重量%、特に80〜100重量%
とすることが好ましい。
ナを上記配合量で用いることにより、著しく成形性、流
動性に優れる樹脂組成物となるため無機質充填材の充填
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、さらには充填材の
高充填化により低応力性、低吸水性に優れる硬化物とな
るために耐半田クラック性が向上できる。
球状アルミナを含有する樹脂組成物を使用すると成形
性、流動性が不十分なものとなり、充填材の充填量を増
加させられなくなる。更に、形状が球状でないアルミナ
粒子を用いると流動性が不十分なものとなり、充填材の
充填量を増加することができない。また、上述した球状
アルミナの配合量を組成物全体の70重量%より少なく
すると十分な熱伝導性が得られなくなる。
ナ、その他の充填材は、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などのシラ
ンカップリング剤を用いることが好ましい。この場合、
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。
成分と(B)成分との硬化反応を促進させるため硬化触
媒を用いることが好ましい。この硬化触媒としては、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。
(A)、(B)、(C)成分を必須成分とするものであ
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、ワックス類、難燃剤、着色剤等を添加配合す
ることができる。
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、上記無機質充填材、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。このようにして得られ
た成形材料は、半導体装置をはじめとする電子部品或い
は電気部品の封止、被覆に用いることができ、優れた特
性と信頼性とを付与することができる。
組成物を用いて、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、特に制限されるものではな
い。封止の最も一般的な方法としては、トランスファー
成形法が挙げられる。上記封止樹脂組成物の硬化条件は
165〜175℃、1〜3分とすることができ、また成
形後にさらに加熱して後硬化させることが好ましく、そ
の時の後硬化は150℃以上の加熱条件で行うことが望
ましい。
粘度エポキシ樹脂と特定の粒度分布を有する球状アルミ
ナとを用いたことにより、従来の高熱伝導性封止樹脂組
成物よりも充填材を高充填でき、半導体封止用として優
れた流動性、成形性を有し、かつ高熱伝導性、低応力
性、耐半田クラック性に優れた硬化物を与える。従っ
て、本発明の樹脂組成物の硬化物で封止した半導体装置
は、高熱伝導性、低応力性、耐半田クラック性に優れる
と共に特性のバランスが良好であり、信頼性の高いもの
となる。
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。なお、以下の例において部はいずれも重量
部を示す。
球状アルミナB、図3に示す粒度分布を有する球状アル
ミナC、図4に示す粒度分布を有する球状アルミナDを
重量比で40:22:6の割合で混合し、図1に示す粒
度分布を有する球状アルミナAを得た。
均粒径1.3μmの球状シリカ2重量%とからなる充填
材を表1に示す成分と熱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樹脂組成物を得た。な
お、充填材の配合量は、表1中の樹脂成分100部に対
し900部とした。
ナAの代りに用いる以外は上記実施例1と同様にして樹
脂組成物を得た。
ナCとを重量比40:28で混合した球状アルミナを用
いる以外は実施例1と同様にして樹脂組成物を得た。
において最も良好な流動性を示している粒度分布を有す
る高熱伝導性充填剤(平均粒径が24μmのアルミナを
4.7重量%、平均粒径が10μm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1
4.1重量%含有する充填剤)を用いる以外は実施例1
と同様にして樹脂組成物を得た。
ル型エポキシ樹脂を用いず、表1に示すものを用いた以
外は実施例1と同様にして樹脂組成物を得た。
た。結果を表2に示す。 (イ)スパイラルフロー値 EMMI規格に準じた金型を使用して、175℃、70
kg・cm-2、成形時間120秒の条件で測定した。 (ロ)熱伝導率 50mmφ×6mmの試験片を上部ヒーターと熱量計及
び下部ヒーターと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。 (ハ)耐半田クラック性 100ピンQFPの金型を用い、トランスファー成形機
により175℃、70kg・cm-2、2分の条件で成形
し、180℃で4時間ポストキュアーした後、85℃/
85%RH雰囲気中に24時間放置してからIRリフロ
ー装置(240℃)で処理し、外部クラックを目視で確
認することにより耐半田クラック性を評価した。 (ニ)成形性 100ピンQFDの金型を用い、トランスファー成形機
により175℃、70kg・cm-2、2分の条件で成形
し、この時の成形性を目視により評価した。
ポキシ当量190g/mol *2:日本化薬社製、EOCN−3300,エポキシ当
量187g/mol *3:三井東圧化学社製、ミレックスXL−225,水
酸基当量168g/mol *4:旭チバ社製、AER755,エポキシ当量459
g/mol
評価するためのパッケージを成形することはできなかっ
た。
すグラフである。
グラフである。
グラフである。
グラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 (A)下記一般式(1)で示されるビフ
ェニル型エポキシ樹脂を50重量%以上含有するエポキ
シ樹脂成分 【化1】 (式中、Rは水素原子、臭素原子、アルキル基又はアル
ケニル基を示す。) (B)水酸基当量が120g/mol以上のフェノール
樹脂、及び (C)球状アルミナ を必須成分とする半導体封止用樹脂組成物において、上
記球状アルミナが、0.4〜0.7μm、12〜18μ
m及び30〜38μmの3つの間に極大ピークを有し、
他の範囲にはこれらの極大ピークよりも高いピークを有
さず、かつ1〜2μmの範囲の粒子径のものが5重量%
以下、60μm以上の粒子径のものが5重量%以下であ
る粒度分布を有し、上記球状アルミナを組成物全体の7
0〜95重量%含有することを特徴とする半導体封止用
樹脂組成物。 - 【請求項2】 請求項1記載の半導体封止用樹脂組成物
の硬化物で封止した半導体装置。
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