JPH1192624A - エポキシ樹脂組成物および樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な流動性と高熱伝導性を有し、耐湿信頼
性および耐はんだリフロー性に優れたエポキシ樹脂組成
物及び当該樹脂組成物を用いた封止型半導体装置を提供
すること。 【解決手段】 （ａ）エポキシ樹脂、（ｂ）硬化剤、
（ｃ）平均直径が１〜２０μｍ、平均長さが２〜１５０
μｍで、常温での熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である
無機繊維、（ｄ）アルミナ粉末をアンモニアガスを含む
非酸化性雰囲気中で加熱することにより合成されてな
る、酸素含有量が０．５〜２０重量％であり、平均粒径
が１０〜１００μｍで、その外周面が実質的に連続面の
みで形成されている窒化アルミニウム粉末、および
（ｅ）平均粒径が０．０１〜２μｍである微粒の球状ア
ルミナを必須成分として含有し、前記成分（ｃ）の配合
割合が（ｃ）〜（ｅ）からなる無機質充填剤の合計量に
対して５〜４０体積％、また、前記成分（ｄ）の配合割
合が（ｃ）〜（ｅ）の合計量に対して５０〜９０体積％
であることを特徴とする、エポキシ樹脂組成物及び当該
樹脂を用いた封止型半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エポキシ樹脂組成
物及び樹脂封止型半導体装置に係り、特に、半導体素子
あるいはパワー半導体装置の封止材料として好適に用い
られるエポキシ樹脂組成物および樹脂封止型半導体装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＡＳＩＣ（Application Specific
IC)に代表されるように、半導体デバイスの高密度化、
高集積度化、動作の高速化、多ピン化、高電圧化等が進
み、これらデバイスにおける消費電力は増加の傾向にあ
る。これに伴って，半導体装置のパッケージには優れた
熱放散性が要求されている。

【０００３】パッケージとして樹脂材料を用いた樹脂封
止型の半導体装置では、上述した要求を満たすために、
封止樹脂の熱伝導率を高めることが望まれている。従来
より、この封止樹脂材料として、エポキシ樹脂に硬化剤
やシリカ粉末等の無機質充填剤等を組合わせた熱硬化性
の樹脂組成物が用いられている。この場合、エポキシ樹
脂の熱伝導率は、約０．１〜０．３Ｗ／ｍ・Ｋと低いた
め、樹脂組成物の熱伝導性は無機質充填剤の量によって
調節されている。しかしながら、無機質充填剤としてシ
リカ粉末を配合したエポキシ樹脂組成物の硬化物は、充
分な熱伝導性を示すものとはいい難い。

【０００４】これに対し、エポキシ樹脂組成物の熱伝導
性を高めるため、窒化ケイ素、窒化ホウ素、アルミナ等
からなる高い熱伝導率を有する無機繊維もしくはウイス
カー（繊維状の結晶）を充填剤として添加する技術が、
特開昭６１−２２１２２０号、特開昭６２−１４１０２
１号、特開平１−１０８２５３号、特開平３−２０５４
４３号、特開平３−２１２４５４号、特開平６−２２０
１６８号の各明細書に開示されている。しかし、一般
に、無機繊維もしくはウイスカ−の添加量が多いと樹脂
組成物の流動性が著しく悪くなって、成形が極めて困難
になってしまう。一方、添加量が少ないとエポキシ樹脂
組成物の熱伝導性を高める効果が小さく、得られる樹脂
封止型半導体装置における熱放散性の向上を十分に図る
ことは困難である。

【０００５】そこで、高い熱伝導率を有する無機繊維も
しくはウイスカーを添加してなるエポキシ樹脂組成物に
おいて、熱伝導性と流動性とを向上させる方法が、特開
平５−２３５２１１号明細書に開示されている。すなわ
ち、熱伝導率が、０．０３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃
（約１２．６Ｗ／ｍ・Ｋ）以上のウイスカ−と外周面が
連続面のみで形成されている平均粒径が５０μｍ以下の
無機粉末とを配合し、前記ウイスカーと無機粉末との配
合比を体積比で９：１〜５：５となるようにする、とい
うものである。ここでは、ウイスカーの配合量は、充填
剤全体の５０〜９０体積％になる。しかしながら、発明
者らの知るところでは、いかに球状の無機粉末を併用し
たとしても、無機繊維もしくはウイスカーが、充填剤中
の５０体積％以上では樹脂組成物の流動性が著しく低下
することが明らかになった。また、上記の公知例では、
ウイスカーとして窒化ケイ素を、無機粉末として球状シ
リカ、球状アルミナを実施例で使用しているが、このよ
うな組合せでは十分に樹脂組成物の熱伝導率を高めるこ
とは困難である。

【０００６】一方、半導体デバイスの高集積化に伴う半
導体チップの大型化によって、樹脂封止型半導体装置の
パッケージの大型化が進む一方、実装スペ−スの微細化
に伴い、薄型化、軽量化の傾向が強くなっている。さら
に、半導体装置の実装方式は、従来の挿入方式に代わっ
て表面実装方式が主流になってきている。表面実装方式
では、パッケージを回路基板に実装する際には、赤外線
リフロー、べーパーフェイズリフロー、はんだ浸漬等の
工程が採用されている。

【０００７】これらの工程では、パッケージ全体が高温
（２００〜２６０℃）に晒されるが、この時、樹脂封止
型半導体装置では、樹脂中に存在する吸湿水分が急激に
膨張することにより、クラックや界面剥離の発生が生じ
るなど、樹脂封止型半導体装置の信頼性を著しく低下さ
せるような問題があった。

【０００８】このような観点から、消費電力の大きい大
型ＡＳＩＣなどに用いる封止樹脂組成物には、高熱伝導
性だけでなく、優れた耐はんだリフロー性が要求されて
いる。このためには、樹脂組成物の耐湿性を向上させる
ことが有効である。しかしながら、無機繊維あるいはウ
イスカーを多量に配合した封止樹脂組成物は、耐湿性が
好ましくなく要求されるような耐はんだリフロー性を有
することができなかった。

【０００９】また、最近、電力制御用のパワー半導体モ
ジュール等のパワー半導体装置の分野、特にインバータ
モジュルー等の小容量のパワー半導体装置の分野におい
て、従来の金属圧接型やセラミックパッケージに代わり
小型軽量化が可能で安価な樹脂封止型パッケージへの要
求が高くなっている。このようなパワー半導体装置を封
止するには、上述した半導体素子の封止と同様に、優れ
た熱放散性、流動性、耐湿信頼性を有する封止樹脂が要
求される。しかしながら、従来の技術ではこれらの要求
を満足することは困難であった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、成形時の作
業性が良好であり、高い熱放散性を有し、かつ耐はんだ
リフロー性、および耐湿信頼性に優れたエポキシ樹脂組
成物及び樹脂封止型半導体装置を提供することを目的と
するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、平
均直径が１〜２０μｍ、平均長さが２〜１５０μｍで常
温での熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である無機繊維
に、アルミナ粉末をアンモニアガスを含む非酸化性雰囲
気中で加熱することにより合成されてなる、酸素量が
０．５〜２０重量％であり、平均粒径が１０〜１００μ
ｍで、その外周面が実質的に連続面のみで形成されてい
る窒化アルミニウム粉末、および平均粒径が０．０１〜
２μｍの微粒の球状アルミナを配合することにより、樹
脂組成物の流動性が向上し、高熱伝導性で、かつ優れた
耐湿性を有するエポキシ樹脂組成物が得られることを見
出した。

【００１２】また、このような樹脂組成物の硬化物で封
止された樹脂封止型半導体装置は、熱放散性が高く、優
れた耐はんだリフロー性、耐湿信頼性を有するものであ
ることを見出し、本発明をなすに至った。特に、ビフェ
ニル型エポキシ樹脂またはジフェニルメタン骨格を有す
るエポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂を用いることによ
り、流動性、耐湿性がさらに向上し、最大限の効果が発
揮できることが明らかになった。

【００１３】すなわち、本発明は、（ａ）エポキシ樹
脂、（ｂ）硬化剤、（ｃ）平均直径が１〜２０μｍ、平
均長さが２〜１５０μｍて、常温での熱伝導率が１０Ｗ
／ｍ・Ｋ以上である無機繊維、（ｄ）アルミナ粉末をア
ンモニアガスを含む非酸化性雰囲気中で加熱することに
より合成されてなる、酸素量が０．５〜２０重量％であ
り、平均粒径が１０〜１００μｍで、その外周面が実質
的に連続面のみで形成されている窒化アルミニウム粉
末、および、（ｅ）平均粒径が０．０１〜２μｍである
微粒の球状アルミナを必須成分として含有し、前記成分
（ｃ）の配合割合が（ｃ）〜（ｅ）からなる無機質充填
剤の合計量に対して５〜４０体積％、また、前記成分
（ｄ）の配合割合が（ｃ）〜（ｅ）の合計量に対して５
０〜９０体積％であることを特徴とするエポキシ樹脂組
成物を提供するものである。

【００１４】また、本発明は、半導体素子が上記エポキ
シ樹脂組成物の硬化物により封止されてなることを特徴
とする、樹脂封止型半導体装置を提供するものである。
更に、パワー素子およびその制御回路を構成する電子部
品を搭載してなるパワー半導体装置が、上記エポキシ樹
脂組成物の硬化物により封止されることを特徴とする、
樹脂封止型半導体装置を提供するものである。

【００１５】＜エポキシ樹脂組成物−成分（ａ）＞本発
明のエポキシ樹脂組成物において、成分（ａ）であるエ
ポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有す
る樹脂であれば特に限定されない。従って、グリシジル
エーテル型、グリシジルエステル型、グリシジルアミン
型、脂環型等のいずれの類型に属するエポキシ樹脂であ
ってもよく、また単独または２種類以上を混合して使用
することもできる。具体的には、ビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂、ビスフェノ−ルＦ型エポキシ樹脂、フェノ
ールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック
型エポキシ街脂、ナフトール系のノボラック型エポキシ
樹脂、ビスフェノールＡのノボラック型エポキシ樹脂、
ナフタレンジオ−ル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹
脂、トリまたはテトラ（ヒドロキシフェニル）アルカン
から誘導されるエポキシ化合物、ビスヒドロキシビフェ
ニル系エポキシ樹脂、フェノールアラルキル樹脂のエポ
キシ化物等、が拳げられる。特に好ましい、成分（ａ）
のエポキシ樹脂は、下記一般式（１）で表されるビフェ
ニル型エポキシ樹脂、または一般式（２）で表されるジ
フェニルメタン骨格を有するエポキシ樹脂である。

【００１６】

【化３】 （式中、Ｒは、水素原子またはメチル基である。Ｒ１〜
Ｒ８は、それぞれ水素原子、アルキル基、アリール基、
クロル原子、およびブロム原子からなる群より選ばれる
ものであり、同一でも異なっていてもよい。但し、Ｒ１
〜Ｒ８のうち少なくとも１つは、水素原子以外のもので
ある。ここで、アルキル基は、好ましくは炭素数１〜５
のアルキル基であり、より好ましくはメチル基、エチル
基、イソプロピル基である。ここで、アリール基は、好
ましくは炭素数６〜１１のアリール基であり、より好ま
しくはフェニル基、または低級アルキル（Ｃ₁〜Ｃ₄程
度）置換フェニル基、特にトリル基、キシリル基、であ
る。ｎは、０〜５の整数である。）

【００１７】

【化４】 （式中、Ｒは、水素原子またはメチル基である。Ｒ１〜
Ｒ８は、それぞれ水素原子、アルキル基、アリール基か
らなる群より選ばれるものであり、同一でも異なってい
てもよい。但し、Ｒ１〜Ｒ８のうち少なくとも１つは、
水素原子以外のものである。ここで、アルキル基は、好
ましくは炭素数１〜５のアルキル基であり、より好まし
くはメチル基、エチル基、イソプロピル基である。ここ
で、アリール基は、好ましくは炭素数６〜１１のアリー
ル基であり、より好ましくはフェニル基、または低級ア
ルキル（Ｃ₁〜Ｃ₄程度）置換フェニル基、特に、トリル
基、キシリル基、である。ｎは、０〜５の整数であ
る。） 一般式（１）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂は、
剛直なビフェニル骨格を有するため、樹脂組成物の溶融
粘度を低下させるとともに、硬化物の耐湿性を向上させ
る作用を有する。また、一般式（２）で表されるジフェ
ニルメタン骨格を有するエポキシ樹脂は、ビフェニル型
エポキシ樹脂と同等以上の流動性、耐湿性を有する。従
って、これらのエポキシ樹脂を用いることは、樹脂組成
物の流動性、耐湿性がさらに一段と向上するため、本発
明の効果を発揮する上で最も好ましいものである。

【００１８】＜エポキシ樹脂組成物−成分（ｂ）＞本発
明において、（ｂ）成分である硬化剤は、一般にエポキ
シ樹脂の硬化剤として用いられるものであれば特に限定
されない。従って、ポリフェノール、酸無水物、ポリア
ミン等、の重付加型、フェノール樹脂、メラミン樹脂
等、の縮合型等のいずれの類型に属する硬化剤であって
も使用することができ、またこれらの硬化剤は、単独ま
たは２種類以上を混合して使用することがでる。具体的
には、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラッ
ク樹脂、ｔ−ブチルフェノールノボラック樹脂、ノニル
フェノールノボラック樹脂、ビスフェノールＡのノボラ
ック樹脂、ナフトール系ノボラック樹脂等のノボラック
型フェノール樹脂、ポリパラオキシスチレン、２，２’
−ジメトキシ−ｐ−キシレンとフェノールモノマーとの
縮合重合化合物等のフェノールアラルキル樹脂、ジシク
ロペンタジエンーフェノール重合体、トリス（ヒドロキ
シフェニル）アルカン等の多官能フェノール樹脂、テル
ペン骨格を有するフェノール樹脂、無水フタル酸、無水
ヘキサヒドロフタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無
水トリメリット酸等、が拳げられる。特に好ましいの
は、フェノールノボラック樹脂やフェノールアラルキル
樹脂である。なお、硬化剤の配合量は特に制限されない
が、上記エポキシ樹脂のエポキシ基と上記硬化剤のフェ
ノール性水酸基または酸無水物基との当量比を０．５〜
１．５の範囲にすることが望ましい。より好ましい範囲
は０．８〜１．２である。この値が０．５未満では十分
な硬化反応が起こりにくくなり、一方、１．５を越える
と硬化物の特性、特に耐湿性が劣化しやすくなるからで
ある。

【００１９】本発明には、硬化剤に加えてさらに硬化促
進剤や触媒を配合することができる。硬化促進剤や触媒
は、一般に使用され得るものであれば特に限定されな
い。従って、イミダゾール類、有機ホスフィン、尿素誘
導体等、のルイス塩基、ルイス塩基塩、有機金属、ルイ
ス酸等のいずれの類型に属する硬化促進剤や触媒をも使
用することができる。具体的には、トリメチルホスフィ
ン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、ト
リフェニルホスフィン、トリ（ｐ−メチルフェニル）ホ
スフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリス（２，
６−ジメトキシフェニル）ホスフィン等、の有機ホスフ
ィン化合物、２−エチルイミダゾール、２，４−ジメチ
ルイミダゾ−ル、２−エチル−４−メチルイミダゾー
ル、２−フェニルイミダゾール、２−へプタデシルイミ
ダゾール等、のイミダゾール化合物およびその誘導体、
ＤＢＵ（１，８−ジアザビシクロウンデセン−７）また
はそのフェノール塩、６−ジブチルアミノ−１，８−ジ
アザビシクロウンデセン−７等、が拳げられる。

【００２０】なお、硬化促進剤や触媒の配合量は、特に
制限されないが、（ａ）成分のエポキシ樹脂および
（ｂ）成分の硬化剤の合計量に対して、０．０１〜１０
重量％であるのが好ましい。この配合量が０．０１重量
％未満では樹脂組成物の硬化特性が低下する傾向がある
一方、１０重量％を越えると硬化物の耐湿性が低下する
おそれがあるからである。

【００２１】＜エポキシ樹脂組成物−成分（ｃ）＞本発
明のエポキシ樹脂組成物においては、上述したエポキシ
樹脂、硬化剤、硬化促進剤や触媒に加え、無機質充填剤
として、（ｃ）平均直径が１〜２０μｍ、平均長さが２
〜１５０μｍで、常温での熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以
上である無機繊維、（ｄ）アルミナ粉末をアンモニアガ
スを含む非酸化性雰囲気中で加熱することにより合成さ
れてなる、酸素量が０．２〜２０重量％であり、１０〜
１００μｍの平均粒径を有し、その外周面が実質的に連
続面のみで形成されている窒化アルミニウム粉末、およ
び（ｅ）０．０１〜２μｍの平均粒径を有する微粒の球
状アルミナを、配合する。このような粒径等を限定した
充填剤を組み合わせることによって、最密充填の構造を
とり易くなり、樹脂組成物は良好な流動性と熱伝導性を
得ることができる。

【００２２】ここで、（ｃ）成分の無機繊維としては、
常温での熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上を示す高熱伝導
性の無機化合物の繊維であって、平均直径が１〜２０μ
ｍ、好ましくは２〜１０μｍであり、平均長さが２〜１
５０μｍ、好ましくは１０〜１００μｍ、のものであれ
ば、特に限定されない。なお、無機繊維の熱伝導率は焼
結体を用いて測定した値である。具体的には、レーザー
フラッシュ法によって測定する。

【００２３】（ｃ）成分である無機繊維の平均直径が上
記範囲外にあると、樹脂組成物の流動性が低下し、成形
が困難となる。また、無機繊維の平均長さが２μｍ未満
では、樹脂組成物の熱伝導性の向上が図れない一方、１
５０μｍを越えると樹脂組成物の流動性が低下するため
好ましくない。無機繊維の平均直径および平均長さは、
画像処理法によって測定する。

【００２４】本発明において、（ｃ）成分である無機繊
維は、具体的には、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミ
ニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タ
ングステン等、の繊維あるいはウイスカー、チタン酸カ
リウムの単結晶等、を使用することができ、特に好まし
くは、窒化アルミニウム繊維が用いられる。尚、これら
の無機繊維は、単独または２種以上を混合して使用する
ことができる。

【００２５】本発明において、（ｃ）成分の無機繊維の
配合割合は、（ｃ）〜（ｅ）成分の合計量に対して５〜
４０体積％の範囲内であり、好ましくは、１０〜３０体
積％内である。この配合割合が５体積％未満では、樹脂
組成物の熱伝導性の向上効果が不十分となる一方、４０
体積％を超えると樹脂組成物の流動性および耐湿性の低
下を招くからである。

【００２６】＜エポキシ樹脂組成物−成分（ｄ）＞本発
明において、（ｄ）成分である窒化アルミニウム粉末
は、平均粒径が１０〜１００μｍ、好ましくは２０〜８
０μｍであり、その外周面が実質的に連続面のみで形成
されている形状を有するものである。平均粒径が１０μ
ｍ未満では、樹脂組成物の流動性、熱伝導性、および耐
湿性が低下する一方、１００μｍを超えると樹脂組成物
の流動性が過度に大きくなり成形時のゲート詰まり等が
生じてしまい好ましくないからである。

【００２７】また、（ｄ）成分の窒化アルミニウム粉末
において、「外周面が実質的に連続面のみで形成されて
いる形状」とは、その粒子の表面において、エッジ、突
起等の角張った部分のない形状を意味する。このような
形状のものとしては、球状に近い形状のもの、多面体形
状でエッジのないもの等、が挙げられる。このような角
張った部分のない形状のものを用いることにより、樹脂
組成物が溶融した時の粘度を低下させることができ成形
性が良好となる。また、窒化アルミニウム粉末の比表面
積が小さいために耐湿性が向上する。これに対し、無定
形や破砕状等の形状を有する窒化アルミニウム粉末、焼
結体を粉砕して得られた窒化アルミニウム粉末等を用い
ると、樹脂組成物の流動性が悪くなって成形が困難にな
るとともに、耐湿性が低下するため好ましくない。

【００２８】さらに、（ｄ）成分の窒化アルミニウム粉
末は、酸素量が０．５〜２０重量％であることが好まし
く、特に好ましくは０．５〜１０重量％、である。酸素
量が０．５重量％未満では耐湿性が低下する一方、２０
重量％を超えると熱伝導率が低下するからである。ここ
でいう「酸素量」は、窒化アルミニウム粉末中に含まれ
る不純物成分としての酸素含有量を意味する。また、酸
素量は、ガスフュージョンアナライザ（ＧＦＡ）によっ
て測定したものである。

【００２９】本発明における（ｄ）成分の窒化アルミニ
ウム粉末は、アルミナ粉末をアンモニアガスを含む非酸
化性雰囲気中（例えば、アンモニアガスと炭化水素ガス
との混合ガス中）で加熱することにより合成されたもの
が使用される。窒化アルミニウムの製法としては、一般
的には、金属アルミニウム粉末を窒素と直接反応させる
直接窒化法、アルミナと炭素の混合粉末を窒素雰囲気中
で加熱して、還元と窒化を同時に行わせる炭素還元窒化
法等がよく知られているが、直接窒化法で合成されたも
のは耐湿性が劣り、炭素還元窒化法で合成されたものは
粒径の大きい粒子が得られにくいため、ともに好ましく
ない。

【００３０】本発明において、（ｄ）成分の窒化アルミ
ニウム粉末の配合割合は、（ｃ）〜（ｅ）成分の合計量
に対して５０〜９０体積％の範囲、好ましくは、５５〜
７５体積％の範囲内である。この配合割合が上記範囲外
にあると、樹脂組成物は、良好な流動性が得られにくい
一方、この配合割合が５０体積％未満では樹脂組成物の
流動性が低下し、硬化物の熱伝導性、および耐湿性が低
下する。

【００３１】＜エポキシ樹脂組成物−成分（ｅ）＞本発
明において、充填剤として上記（ｃ）、（ｄ）成分と併
用される（ｅ）成分の微粒の球状アルミナは、平均粒径
が０．０１〜２μｍ、好ましくは０．１〜２μｍ、のも
のである。平均粒径が０．０１μｍ未満では微粒子間の
凝集傾向が増し、流動性が低下する一方、２μｍを越え
ると最密充填構造を形成しにくくなるため、やはり流動
性が低下する。

【００３２】本発明に使用される（ｅ）成分の球状アル
ミナとしては、アルミナの球状品であれば特に制限はな
く、ボーキサイトから水酸化アルミニウムを経て作られ
るバイヤ−アルミナのほか、アルミニウムアルコラート
のゾル−ゲル法による加水分解を利用した方法、金属ア
ルミニウムの水中火花放電法、酸素存在下に高純度の金
属アルミニウム粉を人為的に粉塵爆発させて得る方法
等、のいずれの方法によって得られたものでも好適に用
いられる。

【００３３】なお、本発明で使用される球状アルミナと
は、球形度が０．９５以上のものである。球形度とは充
填剤の形状を数値化した形状指数の一種であり、２次元
画像の画像解析により測定される円相当径と絶対最大長
の平均値の比を表わすものである。球形度ｌは真球を示
す。その測定には偏光顕微鏡の直接画像解析処理装置が
用いられる。

【００３４】＜エポキシ樹脂組成物−成分（ｃ）〜
（ｅ）＞本発明のエポキシ樹脂組成物において、（ｃ）
〜（ｅ）成分からなる無機質充填剤全体の配合量は、好
ましくは樹脂組成物全体の５０〜９０体積％、特に好ま
しくは７０〜８５体積％、である。この配合量が５０体
積％未満では、樹脂組成物の熱伝導性が不十分である
上、樹脂強度等が損なわれるおそれがある。さらに硬化
物の熱膨張係数が大きくなるため、この組成物を用いた
樹脂封止型半導体装置は、冷熱サイクル条件下において
損傷を受け易くなる。一方、９０体積％を超えると樹脂
組成物の溶融粘度が高くなりすぎて成形が困難となる。

【００３５】＜エポキシ樹脂組成物−補助成分＞本発明
によるエポキシ樹脂組成物は、上記の成分（ａ）〜
（ｅ）を必須成分として合成されるものである。ここで
「必須成分として含有する」ということは、挙示の成分
のみからなるということではなく、本発明の趣旨を損な
わない限り任意の補助成分を含んでもよいことを意味す
るものである。

【００３６】従って、本発明のエポキシ樹脂組成物に
は、上述したような成分に加え、さらに必要に応じて、
シランカップリング剤等、のフィラ−表面処理剤、天然
ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪酸やその金属
塩、酸アミド類、パラフィン類等、の離型剤、カーボン
ブラック、二酸化チタン等、の顔料、ハロゲン化合物、
リン化合物等、の難燃化剤、三酸化アンチモン等、の難
燃助剤、シリコーン化合物、有機ゴム等、の低応力付与
剤、ハイドロタルサイト類等、のイオン捕捉剤、石油樹
脂、ロジン、テルペン、インデン樹脂等、の粘着性付与
剤等、の各種の添加剤を適宜配合してもよい。

【００３７】＜エポキシ樹脂組成物−形成および利用＞
本発明のエポキシ樹脂組成物は、前述した各成分を加熱
ロール、ニーダーまたは押出機によって溶融混練するこ
とによって、または微粉砕可能な特殊混合機によって混
合することによって、更にこれらの方法の適切な組み合
わせによって、容易に調製することができる。

【００３８】本発明によるエポキシ樹脂組成物は、各種
の用途に使用することができる。その用途の一つとして
は、素子ないしは電子機器、そのなかでも半導体装置の
封止材として用いられる。

【００３９】本発明の樹脂封止型半導体装置は、上述し
たエポキシ樹脂組成物を用いて、常法に従い、半導体素
子あるいはパワー半導体装置を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
は、低圧トランスファー成形であるが、インジェクショ
ン成形、圧縮成形、注型等、の方法においても用いるこ
とができる。

【００４０】なお、本発明のエポキシ樹脂組成物によっ
て封止される半導体素子は、例えば、ダイオード、トラ
ンジスタ、整流器、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩ、ＣＣＤ、
ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＲＯＭ等、の素子が挙げられるが、
特にこれらに限定されるものではない。さらに、本発明
により製造された樹脂封止型半導体装置は、パソコン、
電子演算機、制御機械、液晶ディスプレイ、カード、電
卓、時計、電子体温計等、の電子機器（械）関連製造に
用いられるが、特に、これら用途に限定されるものでは
ない。

【００４１】また、パワー半導体装置としては、ＩＧＢ
Ｔ、サイリスタ、ＧＴＯサイリスタ、ＳＩサイリスタ、
ＥＳＴ、ＭＣＴ、ＩＥＧＴ、パワーＭＯＳ ＦＥＴ、Ｍ
ＯＳサイリスタ等のパワー素子と、ｂｉ−ＣＭＯＳ等の
その制御回路部品を搭載したものであれば如何なるもの
であってもよい。例えば、パワーモジュール、インバー
タモジュール等が挙げられるが、特にこれらに限定され
るものではない。さらに、本発明によって製造された樹
脂封止型パワー半導体装置は、空調機器、電子演算機、
制御機械等の電気機器（械）関連製造に用いられるが、
特に、これらの用途に限定されるものではない。

【００４２】

【実施例】本発明を下記実施例によってさらに詳細に説
明する。なお、本発明は、下記実施例に何ら制限される
ものではない。

【００４３】実施例１〜９および比較例１〜１３は、以
下に示す各成分を原料として用いたものである。 （１）エポキシ樹脂 エポキシ樹脂Ａは、ビスヒドロキシビフェニル型エポキ
シ樹脂（エポキシ当量１９３、油化シェルエポキシ社
製、ＹＸ一４０００Ｈ） エポキシ樹脂Ｂは、ジヒドロキシジフェニルメタン型エ
ポキシ樹脂（エポキシ当量１９６、新日鉄化学社製、Ｅ
ＳＬＶ一８０ＸＹ） エポキシ樹脂Ｃは、オルソクレゾールノボラック型エポ
キシ樹脂（エポキシ当量１９７、住友化学社製、ＥＳＣ
Ｎ−１９５ＸＬ） （２）硬化剤 硬化剤Ａは、フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１
０４、昭和高分子社製、ＢＲＧ−５５６） 硬化剤Ｂは、フェノールアラルキル樹脂（水酸基当量１
７５、明和化成社製、ＭＥＨ−７８００ＬＬ） （３）硬化促進剤 トリフェニルホスフィン （４）離型剤 エステル系ワックス （５）顔料 カーボンブラック （６）シランカップリング剤 γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン （７）無機質充填剤 （ｃ）無機繊維 窒化アルミニウム繊維（平均直径４μｍ、平均長さ５０
μｍ、比重３．２２） 窒化ケイ素繊維（平均直径３μｍ、平均長さ３０μｍ、
比重３．１７） 窒化ホウ素繊維（平均直径３μｍ、平均長さ２０μｍ、
比重２．２７） （ｄ）窒化物 窒化アルミニウムＡ（平均粒径２０μｍ、エッジなし、
酸素量１．０重量％、比重３．２４、アンモニア雰囲気
中加熱により合成したもの） 窒化アルミニウムＢ（平均粒径５０μｍ、エッジなし、
酸素量５重量％、比重３．３２、アンモニア雰囲気中加
熱により合成したもの） 窒化アルミニウムＣ（平均粒径２０μｍ、無定形、酸素
量０．１重量％、比重３．２２、直接窒化法） 窒化アルミニウムＤ（平均粒径３０μｍ、焼結体の粉砕
品、破砕状、酸素量０．１重量％、比重３．２２、炭素
還元窒化法） 窒化アルミニウムＥ（平均粒径９μｍ、エッジなし、酸
素量０．５重量％、比重３．２２、アンモニア雰囲気中
加熱により合成したもの） 窒化アルミニウムＦ（平均粒径３μｍ、無定形、酸素量
０．５重量％、比重３．２２、炭素還元窒化法） 窒化ケイ素Ａ（平均粒径３５μｍ、破砕状、比重３．１
７） （ｅ）アルミナ アルミナＡ（平均粒径２０μｍ、球状、比重３．９８） アルミナＢ（平均粒径０．５μｍ、球状、比重３．９
８） アルミナＣ（平均粒径ｌ．０μｍ、球状、比重３．９
８） アルミナＤ（平均粒径３．０μｍ、球状、比重３．９
８） 上記各成分は、実施例、比較例において、窒化アルミニ
ウム繊維、窒化ケイ素繊維、および窒化ホウ素繊維は成
分（ｃ）として、窒化アルミニウムＡ〜Ｆ、窒化ケイ
素、およびアルミナＡは成分（ｄ）として、アルミナＢ
〜Ｄは成分（ｅ）として、使用した。

【００４４】上記各成分は、下記表１（実施例１〜９）
および表２（比較例１〜１３）に示す割合（表中の配合
量は、重量部で示してある）で配合し、以下のように調
製して所望のエポキシ樹脂組成物を得た。先ず、ヘンシ
ェルミキサー中でシランカップリング剤によって無機質
充填剤を処理した後、これに他の成分を混合して６０〜
１３０℃の加熱ロールによって溶融混練した。次に、こ
の混合物を冷却した後、粉砕することによって所望のエ
ポキシ樹脂組成物を得た。

【００４５】

【表１】

【００４６】

【表２】 これら実施例１〜９および比較例１〜１３に係る２２種
のエポキシ樹脂組成物について流動性を調べ、さらに、
各エポキシ樹脂組成物を硬化させてなる硬化物について
熱膨張係数、曲げ強度、熱伝導率、および吸水率を調べ
た。

【００４７】また、実施例１〜６および比較例１〜１０
に係るエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止し
て、得られた樹脂封止型半導体装置の耐はんだリフロ一
性および耐熱衝撃性を評価した。

【００４８】さらに、実施例７〜９および比較例１１〜
１３に係るエポキシ樹脂組成物を用いてパワー半導体モ
ジュールを封止して、得られたパワー半導体モジュール
の成形性を調べるとともに、得られた樹脂封止型パワー
半導体装置の耐湿信頼性を評価した。

【００４９】なお、上記の特性評価は、以下の手法によ
って行った。 （１）流動性評価 高化式フローテスターを用いて、１８０℃における各エ
ポキシ樹脂組成物の溶融粘度を測定した。 （２）硬化時の特性評価 各エポキシ樹脂組成物を用いて、低圧トランスファー成
形機により成形温度１８０℃、３分間の条件で成形を行
い、１８０℃で８時間アフターキュアして試験片を得
た。各試験片について、熱膨張係数、曲げ強度、熱伝導
率、および吸水率（８５℃／８５％ＲＨ×１６８時間）
を測定した。 （３）耐はんだリフロ一性評価 各エポキシ樹脂組成物を用いて試験用半導体素子（１０
ｍｍ×ｌ０ｍｍ）を封止して、樹脂封止型半導体装置を
作製した。作製した樹脂封止型半導体装置について、耐
はんだリフロ一性評価を行った。即ち、作製した樹脂封
止型半導体装置を、８５℃／８５％ＲＨの雰囲気中に７
２時間放置して吸湿処理を行った後、２１５℃のフロロ
カーボン蒸気中に１分間さらして、この時点でのパッケ
ージのクラック発生率を調べた。 （４）耐熱衝撃性評価 各エポキシ樹脂組成物を用いて上記と同様の試験用半導
体素子を封止して樹脂封止型半導体装置を作製した。作
製した樹脂封止半導体装置について、冷熱サイクル試験
（ＴＣＴ試験）により耐熱衝撃性評価を行った。即ち、
作製した樹脂封止半導体装置を、−６５℃で３０分間冷
却した後、室温で５分間放置し、さらに１５０℃で３０
分間加熱するという、冷熱サイクルを繰り返して行った
後、デバイスの動作チェックを行って不良発生率を調べ
た。 （５）パワー半導体装置の成形性評価 パワー素子ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transis
tor）およびその制御回路部品を搭載したパワー半導体
モジュールの樹脂封止における成形性の評価として、パ
ッケージ内部の狭部への樹脂の充填性、金属ダイパッド
位置の変位を観察した。 （６）耐湿信頼性評価 上記のパワー半導体素子モジュールを封止して樹脂封止
型パワー半導体装置を作製した。作製したこの半導体装
置を、プレッシャークッカー試験（ＰＣＴ試験）により
耐湿信頼性の評価を行った。即ち、作製したこの半導体
装置を、１２１℃、２気圧の飽和水蒸気雰囲気中に放置
して不良発生率を調べた。

【００５０】以上の評価結果を、下記表３から表５に示
した。

【００５１】

【表３】

【００５２】

【表４】

【００５３】

【表５】 上記表３から表５に示されるように、本発明の範囲内の
樹脂組成物（実施例ｌ〜９）は、溶融時の流動性が良好
で、硬化物の熱膨張係数、曲げ強度、熱伝導性等の特性
バランスが良く、耐湿性に優れており、また、これら樹
脂組成物により封止された半導体装置は、はんだリフロ
ー時のクラックの発生、ＴＣＴ試験における不良発生が
ほとんど無く、優れた耐はんだリフロー性、耐熱衝撃性
を有することがわかる。

【００５４】これに対して表４、５に示されるように、
成分（ｃ）を含まない樹脂組成物（比較例１）は、硬化
物の熱膨張係数、曲げ強度、および熱伝導率が劣ってい
る。成分（ｃ）の配合割合が本発明の範囲より多い樹脂
組成物（比較例２）は、溶融時の粘度が高く、成形性が
劣っており、吸水率が高い。本発明の成分（ｄ）とは異
なる角張った部分のある形状を有する窒化アルミニウム
粉末を用いた樹脂組成物（比較例３，４）は、いずれも
溶融時の粘度が著しく高いため、成形性が非常に悪く、
半導体装置を作製することができなかった。また、吸水
率が高い。成分（ｄ）の平均粒径が本発明の範囲より小
さい樹脂組成物（比較例５）、および成分（ｄ）の配合
割合が本発明の範囲より少ない樹脂組成物（比較例６）
は、いずれも溶融時の粘度が高く、しかも吸水率が高
い。成分（ｅ）を含まない樹脂組成物（比較例７）、成
分（ｅ）の平均粒径が本発明の範囲より大きい樹脂組成
物（比較例８）は、いずれも溶融時の粘度が高く、成形
性が劣っている。これらのうち、比較例２および５、６
に係る樹脂組成物を用いて作製した半導体装置は、樹脂
組成物の吸水率が高いため特に耐はんだリフロー性に劣
っていることがわかる。さらに、成分（ｄ）として窒化
アルミニウム粉末の代りに窒化ケイ素粉末（破砕状）を
用いた樹脂組成物（比較例９）は、溶融時の粘度が著し
く高いため、成形性が非常に悪く、半導体装置を作製す
ることができなかった。また、成分（ｄ）として窒化ア
ルミニウム粉末の代りに球状アルミナ粉末を用いた樹脂
組成物（比較例１０）は、硬化物の熱膨張係数、曲げ強
度、および熱伝導率が劣り、この樹脂組成物を用いて作
製した半導体装置は、熱放散性、耐熱衝撃性が劣ってい
ることがわかる。

【００５５】比較例１１から１３に係る樹脂組成物を用
いて作製したパワー半導体装置は、これら樹脂組成物の
溶融時の粘度が高いため、成形性が悪く、未充填部の発
生や金属ダイパッド位置の大きなずれが観察された。ま
た、耐湿信頼性が劣っていることがわかった。なお、比
較例１３に係る樹脂組成物は、融解粘度が著しく高いた
め、パワー半導体装置を作製することができなかった。

【００５６】

【発明の効果】以上に詳述したように、本発明によれ
ば、溶融時において流動性が良好で、硬化物の熱膨張係
数、曲げ強度、熱伝導性等の特性バランスが良く、耐湿
性に優れたエポキシ樹脂組成物を得ることができる。ま
た、このような樹脂組成物の硬化物で半導体素子あるい
はパワー半導体装置が封止された本発明の樹脂封止型半
導体装置は、熱放散性が高く、優れた耐はんだリフロ−
性、耐熱衝撃性、および耐湿信頼性を有するものであ
る。特に、本発明による樹脂封止型半導体装置は、電子
機器の高密度化、動作の高速化、チップの大型化、およ
びパワー半導体装置の小型軽量化、高機能化に対応する
ことができ、その工業的価値は極めて大きいものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物を用いて
封止した樹脂封止型半導体装置を示すものである。

【図２】本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物を用いて
封止したパワー半導体装置を示すものである。

【図３】本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物を用いて
封止した樹脂封止型半導体装置の断面図を示すものであ
る。

【図４】本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物を用いて
封止したパワー半導体装置（同一型）の断面図を示すも
のである。

【図５】本発明のエポキシ樹脂組成物の硬化物を用いて
封止したパワー半導体装置（分離型）の断面図を示すも
のである。

【符号の説明】

１１ 本発明のエポキシ樹脂の硬化物 １２ ボンデングワイヤ １３ チップ １４ 端子 １５ ダイパット ２１ 本発明のエポキシ樹脂の硬化物 ２２ 放熱板 ２３ パワー素子 ２４ 制御回路用部品 ３１ 本発明のエポキシ樹脂の硬化物 ３２ ボンデングワイヤ ３３ チップ ３４ リードフレーム ３５ ダイパット ４１ 本発明のエポキシ樹脂の硬化物 ４２ ボンデングワイヤ ４３ パワー素子 ４４ 制御回路用電子部品 ４５ リードフレーム ４６ プリント基板 ４７ ダイパッド ５１ 本発明のエポキシ樹脂の硬化物 ５２ ボンデングワイヤ ５３ パワー素子 ５４ 制御回路用電子部品 ５５ リードフレーム ５６ プリント基板 ５７ ダイパッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下記（ａ）〜（ｅ）を必須成分として含有
   し、下記成分（ｃ）の配合割合が（ｃ）〜（ｅ）からな
   る無機質充填剤の合計量に対して５〜４０体積％、ま
   た、下記成分（ｄ）の配合割合が（ｃ）〜（ｅ）の合計
   量に対して５０〜９０体積％であることを特徴とする、
   エポキシ樹脂組成物。 （ａ）エポキシ樹脂、（ｂ）硬化剤、（ｃ）平均直径が
   １〜２０μｍ、平均長さが２〜１５０μｍで、常温での
   熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である無機繊維、（ｄ）
   アルミナ粉末をアンモニアガスを含む非酸化性雰囲気中
   で加熱することにより合成されてなる、酸素量が０．５
   〜２０重量％であり、平均粒径が１０〜１００μｍで、
   その外周面が実質的に連続面のみで形成されている、窒
   化アルミニウム粉末、および（ｅ）平均粒径が０．０１
   〜２μｍである微粒の球状アルミナ。
2. 【請求項２】前記成分（ｃ）の配合割合が、（ｃ）〜
   （ｅ）からなる無機質充填剤の合計量に対して１０〜３
   ０体積％、また、前記成分（ｄ）の配合割合が、（ｃ）
   〜（ｅ）の合計量に対して５５〜７５体積％であること
   を特徴とする、請求項１に記載されたエポキシ樹脂組成
   物。
3. 【請求項３】前記成分（ａ）のエポキシ樹脂が、下記一
   般式（１）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂、また
   は一般式（２）で表されるジフェニルメタン骨格を有す
   るエポキシ樹脂であることを特徴とする、請求項ｌおよ
   び２に記載されたエポキシ樹脂組成物。 【化１】 （式中、Ｒは、水素原子またはメチル基である。Ｒ１〜
   Ｒ８は、それぞれ水素原子、アルキル基、アリール基、
   クロル原子、およびブロム原子からなる群より選ばれる
   ものであり、同一でも異なっていてもよい。但し、Ｒ１
   〜Ｒ８のうち少なくとも１つは、水素原子以外のもので
   ある。ｎは、０〜５の整数である。） 【化２】 （式中、Ｒは、水素原子またはメチル基である。Ｒ１〜
   Ｒ８は、それぞれ水素原子、アルキル基、アリール基か
   らなる群より選ばれるものであり、同一でも異なってい
   てもよい。但し、Ｒ１〜Ｒ８のうち少なくとも１つは、
   水素原子以外のものである。ｎは、０〜５の整数であ
   る。）
4. 【請求項４】前記成分（ｃ）の無機繊維が窒化アルミニ
   ウム繊維であることを特徴とする、請求項１〜３に記載
   されたエポキシ樹脂組成物。
5. 【請求項５】半導体素子が、請求項１〜４のいずれか１
   項に記載されたエポキシ樹脂組成物の硬化物により封止
   されてなることを特徴とする、樹脂封止型半導体装置。
6. 【請求項６】パワー素子およびその制御回路を構成する
   電子部品を搭載してなるパワー半導体装置が、請求項１
   〜４のいずれか１項に記載されたエポキシ樹脂組成物の
   硬化物により封止されてなることを特徴とする、樹脂封
   止型半導体装置。