(57)【要約】【課題】熱伝導率が非常に高く、白色度も高く、熱による変色の無い、成形性に優れた封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた樹脂封止型半導体装置を提供する。【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）特定のノボラック型フェノール樹脂と、（Ｃ）窒化珪素粉末及びチタンホワイトからなる無機充填剤と、（Ｄ）硬化促進剤とを含有し、その硬化物の熱伝導率が高く、かつ白色度が高い上に熱による変色が無く、成形性に優れた封止用エポキシ樹脂組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）エポキシ樹脂と、
（Ｂ）次の一般式（Ｉ）で表されるノボラック型フェノール樹脂
【化１】
2006028234.tif 000008
（式中、ｍは０〜１０の整数である。）と、
（Ｃ）窒化珪素粉末及びチタンホワイトを含んでなる無機充填剤と、
（Ｄ）硬化促進剤と
を含有することを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
前記（Ｃ）無機充填剤として、結晶性シリカ粉末を含有することを特徴とする請求項１記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
樹脂組成物中に、前記窒化珪素粉末を２０〜８０質量％、前記チタンホワイトを５〜３５質量％、前記結晶性シリカ粉末を０〜５０質量％の範囲で含有し、かつ（Ｃ）無機充填剤の含有割合が５５〜９５質量％であることを特徴とする請求項１又は２記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項記載の封止用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なることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、その硬化物の熱伝導率が非常に高く、かつ白色度が高い上に熱による変色が無く、また成形性に優れた封止用エポキシ樹脂組成物及び高熱伝導性と白色度の要求に耐え得る樹脂封止型半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイオード、トランジスタ、コンデンサ、集積回路等の半導体装置は、熱硬化性樹脂組成物により封止されて製造されているが、この樹脂封止方法は、ガラス、金属、セラミック等を用いたハーメチックシール方式に比較して生産性、経済性に有利なため、現在、広く実用化されている。
【０００３】
ここで用いられる封止用の熱硬化性樹脂組成物としては、熱硬化性樹脂の中でも機械的特性、電気的特性、耐熱性、接着性等に優れていて、かつ価格の点からも有利であるエポキシ樹脂が最も一般的である。このとき、硬化剤としては、通常フェノール樹脂が用いられ、中でもノボラック型フェノール樹脂を使用した封止用エポキシ樹脂組成物は、他の硬化剤を使用した樹脂組成物に比べて、成形性、耐湿性に優れ、毒性がなく、かつ安価であるため、広く使用されている。
【０００４】
さらに、近年、半導体部品等の高輝度化、高密度化、大電力化に伴い、より熱放散性の良い半導体装置が要望され、電子部品の封止に用いる樹脂の熱伝導率を向上させようと様々な検討がなされるようになり、熱伝導率の高い充填材として溶融シリカに替えて結晶性シリカやアルミナ等を使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−３８５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これらの無機充填剤を単独又は組合わせて使用した場合には、樹脂硬化物の熱伝導率がそれまでより向上はするものの、未だ十分な熱伝導率が得られているとは言えなかった。
【０００６】
また、白色度が求められる半導体装置の場合、特にその樹脂封止型半導体装置の基板への半田付け実装時に高温に晒されるため、熱によって樹脂硬化物が変色する点も問題になっていた。
【０００７】
本発明は、上記の欠点を解消するためになされたもので、その硬化物の熱伝導率が非常に高く、かつ白色度が高い上に熱による変色が無く、成形性に優れた封止用エポキシ樹脂組成物及び高輝度ＬＥＤ等に適した高熱伝導性と白色度が要求される樹脂封止型半導体装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、硬化剤として特定のノボラック型フェノール樹脂を使用し、かつ無機充填剤として窒化珪素粉末とチタンホワイトとを併用することによって、樹脂硬化物の熱伝導率が高く、かつ熱による変色を抑えて白色を維持することができ、樹脂組成物においては成形性に優れた封止用エポキシ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。
【０００９】
すなわち、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）次の一般式（Ｉ）で表されるノボラック型フェノール樹脂
【化１】
2006028234.tif 000002
（式中、ｍは０〜１０の整数である。）と、（Ｃ）窒化珪素粉末及びチタンホワイトを含んでなる無機充填剤と、（Ｄ）硬化促進剤とを含有することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の樹脂封止型半導体装置は、本発明の封止用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なることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は成形性に優れ、その硬化物は熱伝導率が非常に高く、白色度が高い上に熱による変色が無く、半導体装置の封止用樹脂として適したものである。
【００１２】
また、本発明の樹脂封止型半導体装置は、熱伝導率が非常に高く、白色度が高い上に熱による変色が無いため、長期間にわたって信頼性を保証することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
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限り、分子構造、分子量等に特に制限はなく、一般に封止用材料として使用されるエポキシ樹脂が挙げられる。
【００１５】
このエポキシ樹脂としては、例えば、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂 、スチルベン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂等の芳香族系、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、シクロヘキサン誘導体型エポキシ樹脂等の脂肪族系のエポキシ樹脂が挙げられ、次の一般式（II）で表されるノボラック型エポキシ樹脂
【化２】
2006028234.tif 000003
（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表し、ｎは０以上の整数である。）であることが好ましい。これらのエポキシ樹脂は、単独又は２種以上を混合して使用することができる。
【００１６】
また、このエポキシ樹脂の配合割合は、樹脂組成物に対して５〜１５質量％の範囲であることが好ましい。
【００１７】
本発明に用いる（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂は、次の一般式（Ｉ）で表されるノボラック型フェノール樹脂
【化３】
2006028234.tif 000004
（但し、式中、ｍは０〜１０の整数である。）である。
【００１８】
この（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂は、１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有している一般式（Ｉ）で表される特定の構造を有するフェノール樹脂である。ここで用いるフェノール樹脂は、エポキシ樹脂の硬化剤として機能するものであり、これらは単独でも２種類以上混合しても使用することができる。
【００１９】
全エポキシ樹脂のエポキシ基と全フェノール樹脂のフェノール性水酸基との数の比、すなわち当量数の比は、０．５〜２．０であることが好ましく、０．５〜２．０の範囲を外れると、樹脂組成物の硬化性、耐湿信頼性等が低下するおそれがある。
【００２０】
このフェノール樹脂の配合割合は、樹脂組成物に対して３〜１０質量％の範囲であることが好ましい。
【００２１】
本発明に用いる（Ｃ）無機充填剤は、窒化珪素粉末及びチタンホワイトの２種類の無機充填剤を含んでなるものであり、この２つの成分を必須成分とするものである。
【００２２】
ここで窒化珪素粉末は、その平均粒径が１０〜５０μｍであることが好ましく、１０μｍ未満又は５０μｍを超えてしまうと樹脂組成物の流動性、作業性が悪くなってしまう。
【００２３】
また、チタンホワイトは、その結晶形がアナタース形又はルチル形のいずれでもよいが、白色度を高めるために着色力の大きいルチル形であることが好ましい。また、その平均粒径は０．１〜１．０μｍであることが好ましく、０．１μｍ未満であると樹脂組成物の流動性が低下してしまい、１．０μｍを超えてしまうと樹脂組成物の作業性が悪化してしまう。
【００２４】
さらに、窒化珪素粉末、チタンホワイトの他に結晶性シリカ粉末を加えて３種類の無機充填剤を必須成分とすることもでき、この場合、樹脂硬化物の熱伝導率、白色度、変色の防止等の特性をバランス良く効果的に発揮させることができる点で好ましいものである。
【００２５】
これらの無機充填剤は、いずれも不純物濃度が低いものが用いられ、その配合割合は、樹脂組成物の５５〜９５質量％であることが好ましい。無機充填剤の配合割合が５５質量％未満になると熱膨張係数が大きくなると共に、熱伝導率が小さくなってしまい、９５質量％を超えるとかさばりが大きくなり、樹脂組成物の成形性が悪く実用に適さない。
【００２６】
また、無機充填剤として用いるそれぞれの成分の含有割合は、樹脂組成物中に窒化珪素粉末が２０〜８０質量％、チタンホワイトが５〜３５質量％、結晶性シリカ粉末が０〜５０質量％の範囲であることが好ましく、窒化珪素粉末が３０〜６５質量％、チタンホワイトが１５〜３０質量％、結晶性シリカ粉末が０〜３０質量％であることがより好ましい。
【００２７】
窒化珪素粉末の配合割合が２０質量％未満では樹脂組成物の熱伝導率が低下してしまい、８０質量％を超えるとかさばり、樹脂組成物の成形性が低下してしまう。また、チタンホワイトの配合割合が５質量％未満では十分な白色度が得られず、３５質量％を超えると成形性が低下してしまう。さらに、結晶性シリカ粉末の配合割合が５０質量％を超えると樹脂組成物の成形性が低下してしまう。
【００２８】
本発明に用いる（Ｄ）硬化促進剤としては、リン系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７（ＤＢＵ）系硬化促進剤、その他エポキシ樹脂に用いる硬化促進剤等を広く使用することができ、これらは単独又は２種以上組合わせて使用することができる。
【００２９】
この硬化促進剤の配合割合は、樹脂組成物中に０．０１〜５質量％であることが好ましく、配合割合が０．０１質量％未満では、樹脂組成物のゲルタイムが長くなってしまい、５質量％を超えると、極端に流動性が悪くなって成形性及び電気特性が悪くなり、耐湿性も劣ってしまう。
【００３０】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂、（Ｃ）窒化珪素粉末及びチタンホワイトからなる無機充填剤並びに（Ｄ）硬化促進剤を必須成分とするもので、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、例えば、天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪族の金属塩、酸アミド、エステル類、パラフィン等の離型剤、三酸化アンチモン等の難燃剤、カーボンブラック等の着色剤、無機充填剤の処理に用いるエポキシシラン、アミノシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン、アルキルシラン、有機チタネート、アルミニウムアルコレート等のカップリング剤、ゴム系やシリコーン系の低応力付与剤等の添加剤を適宜配合することができる。
【００３１】
本発明のエポキシ樹脂組成物を成形材料として調整する場合の一般的方法は、前述したエポキシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、窒化珪素粉末、チタンホワイト、硬化促進剤、その他必要な成分を配合し、ミキサー等によって十分に混合した後、さらに熱ロールによる溶融混合処理又はニーダ等による混練処理を行い、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、被覆、絶縁等に適用すれば優れた特性と信頼性を付与した半導体装置を得ることができる。
【００３２】
また、本発明の樹脂封止型半導体装置は、上述の成形材料を用いて、公知の方法により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。封止を行う電子部品としては、例えば、高輝度ＬＥＤ、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、コンデンサ等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３３】
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があるが、射出成形、圧縮成形、注形等による封止も可能である。このような方法を用いて電子部品を成形材料で封止した後、成形材料を加熱して硬化させ、最終的にはこの硬化物によって封止された樹脂封止型半導体装置が得られる。このときの加熱による硬化温度は、１７５℃程度であることが好ましい。
【実施例】
【００３４】
次に、本発明を実施例によって説明するが、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。
【００３５】
（実施例１）
まず、表１に示した割合（質量％）で各成分が配合されてなるエポキシ樹脂組成物を、以下のようにして調整した。
【００３６】
初めにヘンシェルミキサー中において、無機充填剤である窒化珪素粉末及びチタンホワイトをシランカップリング剤で処理し、次いで、他の成分としてエポキシ樹脂、フェノール樹脂、三酸化アンチモン、イミダゾール系触媒、カルナバワックスをそれぞれ添加、混合し、６０〜１３０℃の加熱ロールで混練し、冷却してエポキシ樹脂組成物を得た。次に、得られたエポキシ樹脂組成物を粉砕することにより、封止用エポキシ樹脂の成形材料とした。
【００３７】
【表１】
2006028234.tif 000005
【００３８】
なお、表１に示した各成分としては、それぞれ以下に示すものを用いた。
エポキシ樹脂Ａ：ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（住友化学株式会社製、商品名：ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ；エポキシ当量  １９５）
エポキシ樹脂Ｂ：テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業株式会社製、商品名：エピクロン１５３；エポキシ当量４００）
【００３９】
フェノール樹脂Ａ：次の一般式（Ｉ）
【化４】
2006028234.tif 000006
（式中、ｍは１〜１０の整数である。）で表されるノボラック型フェノール樹脂（大日本インキ化学工業株式会社、商品名：フェノライトＶＨ−４１７０；フェノール当量  １２０）
フェノール樹脂Ｂ：ノボラック型フェノール樹脂（昭和高分子株式会社製、商品名：ＢＲＧ；フェノール当量  １０４）
【００４０】
窒化珪素粉末：電気化学工業株式会社製、商品名：ＳＮ−Ｆ（平均粒径  ２０μｍ）
結晶性シリカ粉末：龍森株式会社製、商品名：３Ｋ（平均粒径  ２５μｍ）
チタンホワイト：石原産業株式会社製、商品名：ＣＲ（平均粒径  ０．３μｍ、ルチル形チタンホワイト）
難燃助剤：三酸化アンチモン（三国精錬株式会社製、商品名：ＭＳＥ）
硬化促進剤：イミダゾール触媒（四国化成株式会社製、商品名：キュアゾール２ＭＺ）
カップリング剤：γ−グリシドキシプロピリトリメトキシシラン（日本ユニカー社製、商品名：Ａ−１８７）
離型剤：カルナバワックス
【００４１】
（実施例２〜３、比較例１〜３）
実施例１と同様の操作により、それぞれ表１に示した配合に従って封止用エポキシ樹脂組成物を製造し、封止用エポキシ樹脂の成形材料を得た。
【００４２】
（試験例）
実施例及び比較例で製造した封止用エポキシ樹脂成形材料を用いて、それぞれ１７５℃に加熱した金型内にトランスファー注入し硬化させて樹脂封止型半導体装置を製造した。これらの成形材料及び樹脂封止型半導体装置について、試験を行い、その結果を表２に示した。
【００４３】
【表２】
2006028234.tif 000007
【００４４】
１：直径  １００ｍｍ、厚さ  ２５ｍｍの円板状の成形品をつくり熱伝導率計を用いて測定し、次の基準で評価した。
◎…４．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上、○…３．０〜４．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）未満、△…２．０〜３．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）未満、×…２．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）未満
２：成形材料をＤＩＰ−１６ｐｉｎ成形金型により１７５℃、２分間トランスファー成形し、成形性を評価した。評価は充填性を外観により確認し、６００個の成形品中に、不良となった成形品が０〜３個を優秀、４〜１０個を良好、１１個以上を不良とした。○…優秀、△…良好、×…不良
３：１７５℃、８０ｋｇ／ｃｍ２で２分間トランスファー成形することにより得られた試験片を分光光度計によって測定し、標準球（硫酸バリウム）の反射率を１００としたときの、サンプルの反射率を算出した（測定波長は８４０ｎｍ付近）。
○…６０％以上、△…５０〜６０％未満、×…５０％未満
４：１７５℃、８０ｋｇ／ｃｍ２で２分間トランスファー成形することにより得られた試験片を、さらに１７５℃、１００時間エイジングさせた。この試験片を分光光度計によって測定し、標準球（硫酸バリウム）の反射率を１００としたときの、サンプルの反射率を算出した（測定波長は４００〜４５０ｎｍ）。
○…７０％以上、×…７０％未満
５：成形材料を用いて２本のアルミニウム配線を有する半導体チップを、１７５℃、３分間トランスファー成形した後、さらに８時間エイジングさせた。この半導体封止装置  １００個について、１２０度の高圧水蒸気中で耐湿性試験を行い、アルミニウム腐食による５０％断線（不良発生）の起こる時間を評価した。
○…２００時間以上、×…２００時間未満
【００４５】
この結果から、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置は、いずれも優れた特性を示すことが確認できた。