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JPH0749465B2 - Resin-sealed semiconductor device - Google Patents
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JPH0749465B2 - Resin-sealed semiconductor device - Google Patents

Resin-sealed semiconductor device

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JPH0749465B2
JPH0749465B2 JP62010003A JP1000387A JPH0749465B2 JP H0749465 B2 JPH0749465 B2 JP H0749465B2 JP 62010003 A JP62010003 A JP 62010003A JP 1000387 A JP1000387 A JP 1000387A JP H0749465 B2 JPH0749465 B2 JP H0749465B2
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epoxy resin
resin
semiconductor device
silicon nitride
particle size
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裕俊 池谷
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明はエポキシ樹脂組成物を用いた樹脂封止型半導体
装置に関し、特に高熱伝導性かつ高信頼性のエポキシ樹
脂組成物を用いた樹脂封止型半導体装置に関する。
The present invention relates to a resin-encapsulated semiconductor device using an epoxy resin composition, and particularly to an epoxy resin composition having high thermal conductivity and high reliability. The present invention relates to a resin-sealed semiconductor device using.

(従来の技術) エポキシ樹脂組成物は集積回路(IC)、大規模集積回路
(LSI)、トラジスタなどの半導体デバイスや電子部品
その他の部品を封止するために広く用いられている。
(Prior Art) Epoxy resin compositions are widely used for encapsulating semiconductor devices such as integrated circuits (ICs), large-scale integrated circuits (LSIs), transistors, electronic parts and other parts.

エポキシ樹脂組成物で発熱性の半導体デバイスや、電子
部品等を封止した場合に、内部に発生した熱を効果的に
外部に発散させる必要があり、そのために高熱伝導性の
封止用エポキシ樹脂組成物が求められている。特に最近
では、半導体素子の大容量化、高集積化に伴って熱伝導
率が100×10-4cal/cmS℃を超える封止樹脂が要求されて
いるがシリカを充てん剤として用いた従来の封止樹脂で
は60×10-4cal/cmS℃が限界であった。
When a heat-generating semiconductor device, an electronic component, or the like is sealed with an epoxy resin composition, it is necessary to effectively dissipate the heat generated inside to the outside. Therefore, a highly heat-conductive epoxy resin for sealing. A composition is sought. In particular, recently, a sealing resin having a thermal conductivity of more than 100 × 10 −4 cal / cmS ° C. has been required with the increase in capacity and integration of semiconductor elements. The sealing resin had a limit of 60 × 10 -4 cal / cmS ° C.

シリカより熱伝導率の高い窒化ケイ素をエポキシ樹脂の
充てん剤として用いる技術は公知である(特開昭58−76
456、特開昭61−101522など)が、従来知られている技
術では樹脂組成物の熱伝導率を100×10-4cal/cmS℃以上
にすることは困難であった。
A technique of using silicon nitride, which has a higher thermal conductivity than silica, as a filler for epoxy resin is known (Japanese Patent Laid-Open No. 58-76).
456, JP-A-61-101522, etc.), it has been difficult to raise the thermal conductivity of the resin composition to 100 × 10 −4 cal / cmS ° C. or higher by the conventionally known technique.

また、信頼性の点でも、窒化ケイ素を用いた従来の樹脂
組成物は不充分であり、改良が求められていた。信頼性
に関する主な問題点としては、樹脂封止された半導体デ
バイスの素子とリードを接続する細いボンディングワイ
ヤが高温と低温に繰返し曝されると封止樹脂の応力を受
けて切断される問題(耐熱サイクル特性)と素子表面の
アルミニウム電極が高温高湿雰囲気下で封止樹脂を通っ
て浸入した水分により腐食される問題(耐湿性)があ
る。
Further, in terms of reliability, the conventional resin composition using silicon nitride is insufficient, and improvement is required. The main problem with reliability is that the thin bonding wires that connect the resin-sealed semiconductor device elements and leads are repeatedly exposed to high and low temperatures and are cut by the stress of the sealing resin ( (Heat-resistant cycle characteristics) and aluminum electrodes on the surface of the element are corroded by moisture that has penetrated through the sealing resin in a high temperature and high humidity atmosphere (moisture resistance).

(発明が解決しようとする問題点) 従来のエポキシ樹脂組成物は熱伝導性が充分に高くなら
ず、耐熱サイクル特性、耐湿性などの信頼性が劣るとい
う問題点があった。
(Problems to be Solved by the Invention) The conventional epoxy resin composition has a problem that thermal conductivity is not sufficiently high and reliability such as heat cycle characteristics and moisture resistance is poor.

本発明は以上のような問題点に鑑みなされたものであ
り、高熱伝導性かつ高信頼性のエポキシ樹脂組成物を用
いた樹脂封止型半導体装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a resin-encapsulated semiconductor device using an epoxy resin composition having high thermal conductivity and high reliability.

〔発明の構成〕[Structure of Invention]

(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するために種々検討した結果、充填剤と
して特定の粒度分布を持つβ型結晶構造の窒化ケイ素粉
体を使用し、更に有機ホスフィンおよび/または有機ホ
スフィンオキシドを用いた時に限って高熱伝導性かつ高
信頼性のエポキシ樹脂組成物を用いた樹脂封止型半導体
装置が得られることを見出した。
(Means for Solving the Problems) As a result of various studies to achieve the above object, as a filler, a silicon nitride powder having a β-type crystal structure having a specific particle size distribution was used, and further, organic phosphine and / or It was found that a resin-encapsulated semiconductor device using an epoxy resin composition having high thermal conductivity and high reliability can be obtained only when organic phosphine oxide is used.

すなわち、本発明は、半導体デバイスが (a)エポキシ樹脂、 (b)1分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有す
る硬化剤、 (c)粒径15μm以下の粒子が50重量%以下、 粒径200μm以上の粒子が20重量%以下で重量平均粒径
が15〜100μmのβ型窒化ケイ素粉体および (d)有機ホスフィンおよび/または有機ホスフィンオ
キシドを含むエポキシ樹脂組成物によって封止されてな
ることを特徴とする樹脂封止型半導体装置である。
That is, the present invention provides a semiconductor device having (a) an epoxy resin, (b) a curing agent having two or more phenolic hydroxyl groups in one molecule, (c) 50% by weight or less of particles having a particle size of 15 μm or less, and 20 wt% or less of particles having a diameter of 200 μm or more and a weight average particle diameter of 15 to 100 μm, which is sealed with an epoxy resin composition containing β-type silicon nitride powder and (d) an organic phosphine and / or an organic phosphine oxide This is a resin-sealed semiconductor device characterized by the above.

上記エポキシ樹脂は通常知られているものであり、特に
限定されない。例えばビスフェノールA型エポキシ樹
脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂などのグリシ
ジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エ
ポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、線状脂
肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環型エポ
キシ樹脂、ヘロゲン化エポキシ樹脂など1分子中にエポ
キシ基を2個以上有するエポキシ樹脂が挙げられる。し
かしてこれらエポキシ樹脂は1種もしくは2種以上の混
合系で用いてもよい。更に好ましいエポキシ樹脂は、エ
ポキシ当量170〜300のノボラック型エポキシ樹脂であっ
て、たとえば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樹脂、ハロゲン化フェノ
ールノボラック型エポキシ樹脂などである。これらエポ
キシ樹脂は、塩素イオンの含有量が10ppm以下、加水分
解性塩素の含有量が0.1重量%以下のものが望ましい。
その理由は10ppmを越える塩素イオンあるいは0.1重量%
を越える加水分解性塩素が含まれると、封止された半導
体素子のアルミニウム電極が腐食されやすくなるためで
ある。
The epoxy resin is generally known and is not particularly limited. For example, glycidyl ether type epoxy resin such as bisphenol A type epoxy resin and phenol novolac type epoxy resin, glycidyl ester type epoxy resin, glycidyl amine type epoxy resin, linear aliphatic epoxy resin, alicyclic epoxy resin, heterocyclic epoxy resin Examples thereof include epoxy resins having two or more epoxy groups in one molecule such as herogenated epoxy resin. However, these epoxy resins may be used alone or in a mixture of two or more. A more preferable epoxy resin is a novolac type epoxy resin having an epoxy equivalent of 170 to 300, and examples thereof include a phenol novolac type epoxy resin, a cresol novolac type epoxy resin, and a halogenated phenol novolac type epoxy resin. These epoxy resins preferably have a chlorine ion content of 10 ppm or less and a hydrolyzable chlorine content of 0.1% by weight or less.
The reason is that chlorine ion exceeding 10 ppm or 0.1% by weight
This is because if the amount of hydrolyzable chlorine exceeds the range, the aluminum electrode of the sealed semiconductor element is likely to be corroded.

本発明において用いられる1分子中に2個以上のフェノ
ール性水酸基を有する硬化剤とは、フェノール樹脂、ポ
リオキシスチレン、フェノールアラルキル樹脂および多
価フェノール化合物であって、具体的に例示すると、フ
ェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、
tert−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などのノボラック型フェノール樹
脂、レゾール型フェノール樹脂、ポリパラオキシスチレ
ンなどのポリオキシスチレン、ビスフェノールA等およ
びこれらの化合物のハロゲン化物等である。これらの中
でもノボラック型フェノール樹脂フェノールアラルキル
樹脂およびポリオキシスチレンが最も好ましい。またこ
れらの硬化剤は1種もしくは2種以上の混合系で使用す
ることができる。
The curing agent having two or more phenolic hydroxyl groups in one molecule used in the present invention is a phenol resin, polyoxystyrene, a phenol aralkyl resin and a polyhydric phenol compound, and specific examples thereof include phenol novolac. Resin, cresol novolac resin,
Examples thereof include tert-butylphenol novolac resin, nonylphenol novolac resin and other novolac type phenol resins, resol type phenol resin, polyparastyrene and other polyoxystyrenes, bisphenol A and the like, and halides of these compounds. Among these, novolac type phenol resin, phenol aralkyl resin and polyoxystyrene are most preferable. These curing agents can be used alone or in a mixture of two or more.

エポキシ樹脂と上記硬化剤の配合比については、硬化剤
のフェノール性水酸基数とエポキシ樹脂のエポキシ基数
の比(フェノール性水酸基数/エポキシ基数)が0.5〜
1.5の範囲内にあるように配合することが望ましい。そ
の理由は上記範囲外では反応が充分におこりにくくな
り、硬化物の特性が劣化しやすくなるためである。
Regarding the compounding ratio of the epoxy resin and the curing agent, the ratio of the number of phenolic hydroxyl groups of the curing agent to the number of epoxy groups of the epoxy resin (number of phenolic hydroxyl groups / number of epoxy groups) is 0.5 to
It is desirable to formulate it so that it is within the range of 1.5. The reason is that if it is out of the above range, the reaction does not sufficiently occur, and the characteristics of the cured product are likely to deteriorate.

本発明において用いられる窒化ケイ素は、粒径15μm以
下の粒子が50重量%以下、粒径200μm以上の粒子が20
重量%以下で重量平均粒径が15〜100μmのβ型窒化ケ
イ素粉体である。
The silicon nitride used in the present invention contains 50% by weight or less of particles having a particle size of 15 μm or less and 20% of particles having a particle size of 200 μm or more.
It is a β-type silicon nitride powder having a weight average particle diameter of 15 to 100 μm in an amount of not more than wt%.

粒径15μm以下の粒子が50重量%を越える場合、あるい
は重量平均粒径が15μm未満の場合には、エポキシ樹脂
組成物の熱伝導率、電気特性および信頼性が低下する、
流動性が悪い、充てん性が悪いなどの欠点があり、充分
な特性が得られない。また粒径200μm以上の粒子が20
重量%を超える場合、 あるいは重量平均粒径が100μmを超える場合は、エポ
キシ樹脂組成物の熱伝導率、電気特性および信頼性が低
下する、トランスファ成形でゲート詰りによる成形不良
が発生する、充てん性が悪いなどの欠点があり、充分な
特性が得られない。
If the content of particles having a particle size of 15 μm or less exceeds 50% by weight, or if the weight average particle size is less than 15 μm, the thermal conductivity, electrical characteristics and reliability of the epoxy resin composition decrease.
There are drawbacks such as poor fluidity and poor filling, and sufficient characteristics cannot be obtained. 20 particles with a particle size of 200 μm or more
When the content exceeds 100% by weight, or when the weight average particle size exceeds 100 μm, the thermal conductivity, electrical characteristics and reliability of the epoxy resin composition deteriorate, molding defects due to gate clogging occur in transfer molding, and fillability. There are drawbacks such as poor quality, and sufficient characteristics cannot be obtained.

窒化ケイ素の結晶構造としてα型とβ型が知られている
が、本発明で用いられるものはβ型に限られ、α型では
本発明の効果が充分に得られない。
The α-type and β-type are known as the crystal structure of silicon nitride, but those used in the present invention are limited to the β-type, and the α-type cannot sufficiently obtain the effect of the present invention.

工業的には純粋のα型、β型の結晶を得ることは困難
で、一般的にはα相とβ相が混在しているが、β型の割
合がα型に比べ充分に大きければβ型の効果が得られ、
実質的にβ型とみなすことができる。β型結晶の含有率
をβ型結晶として表わすと、β率が80%以上であれば本
発明のβ型窒化ケイ素とみなすことができる。更に好ま
しいのはβ率90%以上の窒化ケイ素である。
Industrially, it is difficult to obtain pure α-type and β-type crystals, and α-phase and β-phase are generally mixed, but if the ratio of β-type is sufficiently larger than that of α-type, The effect of the mold is obtained,
It can be substantially regarded as β type. If the β-type crystal content is expressed as β-type crystal, it can be regarded as the β-type silicon nitride of the present invention if the β rate is 80% or more. More preferred is silicon nitride having a β ratio of 90% or more.

窒化ケイ素粉体はシランカップリング剤その他の表面処
理剤で処理することによって、エポキシ樹脂への充てん
性が改善でき、また得られたエポキシ樹脂組成物の特性
も改善できる。
By treating the silicon nitride powder with a silane coupling agent or other surface treatment agent, the filling property of the epoxy resin can be improved and the properties of the obtained epoxy resin composition can be improved.

他の充てん剤、たとえば溶融シリカ、結晶性シリカ、ガ
ラス繊維、タルク、アルミナ、ケイ酸カルシウム、炭酸
カルシウム、硫酸バリウム、マグネシア等を添加配合し
てもよい。なかでも溶融シリカ、結晶性シリカは高純度
で熱膨脹率が小さいため、好ましい。
Other fillers such as fused silica, crystalline silica, glass fiber, talc, alumina, calcium silicate, calcium carbonate, barium sulfate and magnesia may be added and blended. Of these, fused silica and crystalline silica are preferred because they have high purity and a small coefficient of thermal expansion.

本発明において硬化促進剤として有機ホスフィンおよび
/または有機ホスフィンオキシドが用いられる。有機ホ
スフィンとしては、式[I] においてR1〜R3がすべて有機基である第3ホスフィン化
合物、R3のみ水素である第2ホスフィン化合物、R2,R3
がともに水素である第1ホスフィン化合物がある。具体
的にはトリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィ
ン、トリシクロヘキシルホスフィン、メチルジフェニル
ホスフィン、ブチルフェニルホスフィン、ジフェニルホ
スフィン、フェニルホスフィン、オクチルホスフィンな
どである。またR1が有機ホスフィンを含む有機基であっ
てもよい。たとえは1,2−ビス(ジフェニルホスフィ
ノ)エタン、ビス(ジフェニルホスフィノ)メタンなど
である。
In the present invention, an organic phosphine and / or an organic phosphine oxide is used as a curing accelerator. The organic phosphine has the formula [I] A third phosphine compound in which R 1 to R 3 are all organic groups, a second phosphine compound in which only R 3 is hydrogen, R 2 , R 3
There is a first phosphine compound in which both are hydrogen. Specific examples include triphenylphosphine, tributylphosphine, tricyclohexylphosphine, methyldiphenylphosphine, butylphenylphosphine, diphenylphosphine, phenylphosphine and octylphosphine. Further, R 1 may be an organic group containing an organic phosphine. Examples are 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane, bis (diphenylphosphino) methane and the like.

これらの中でもアリールホスフィン化合物が好ましく、
特にトリフェニルホスフィン、1,2−ビス(ジフェニル
ホスフィノ)エタン、ビス(ジフェニルホスフィノ)メ
タンなどが最も好ましい。またこれらの有機ホスフィン
1種もしくは2種以上の混合系で用いてもよい。しかし
て、この有機ホスフィン配合量は一般に樹脂分(エポキ
シ樹脂と硬化剤)の0.01〜20重量%の範囲内でよいが特
に好ましい特性は0.01〜5重量%の範囲内で得られる。
Of these, arylphosphine compounds are preferred,
In particular, triphenylphosphine, 1,2-bis (diphenylphosphino) ethane, bis (diphenylphosphino) methane and the like are most preferable. Further, these organic phosphines may be used alone or in a mixed system of two or more kinds. The content of the organic phosphine may be generally in the range of 0.01 to 20% by weight of the resin component (epoxy resin and curing agent), but particularly preferable properties are obtained in the range of 0.01 to 5% by weight.

有機ホスフィンオキシドとしては式[II] において、R1は有機基の中から選ばれ、R2,R3は有機基
または水素から選ばれる化合物が挙げられる。有機基と
はアルキル基、アリール基、シクロアルキル基、アルカ
リル基、アラルキル基などの炭化水素基およびそれらの
誘導体の総称である。
The organic phosphine oxide has the formula [II] In the above, R 1 is selected from organic groups, and R 2 and R 3 are compounds selected from organic groups or hydrogen. The organic group is a general term for a hydrocarbon group such as an alkyl group, an aryl group, a cycloalkyl group, an alkaryl group and an aralkyl group, and their derivatives.

具体的に例示するとトリフェニルホスフィンオキシド、
トリス(メチルフェニル)ホスフィンオキシド、トリベ
ンジルホスフィンオキシド、トリオクチルホスフィンオ
キシド、トリシクロヘキシルホスフィンオキシド、ジフ
ェニルエチルホスフィンオキシド、フェニルジメチルホ
スフィンオキシド、ジフェニルホスフィンオキシド、ジ
ヘキシルホスフィンオキシド、フェニルホスフィンオキ
シド、ヘプタデシルホスフィンオキシド、トリス(クロ
ロフェニル)ホスフィンオキシド、ブロモフェニルジフ
ェニルホスフィンオキシド、トリス(ヒドロキシフェニ
ル)ホスフィンオキシド、トリス(メトキシフェニル)
ホスフィンオキシドなどが挙げられる。有機ホスフィン
オキシドの配合量は樹脂分の0.01〜20重量%の範囲が好
ましい。有機ホスフィンと有機ホスフィンオキシドは単
独で使用しても併用してもよい。
A specific example is triphenylphosphine oxide,
Tris (methylphenyl) phosphine oxide, tribenzylphosphine oxide, trioctylphosphine oxide, tricyclohexylphosphine oxide, diphenylethylphosphine oxide, phenyldimethylphosphine oxide, diphenylphosphine oxide, dihexylphosphine oxide, phenylphosphine oxide, heptadecylphosphine oxide, Tris (chlorophenyl) phosphine oxide, bromophenyldiphenylphosphine oxide, tris (hydroxyphenyl) phosphine oxide, tris (methoxyphenyl)
Examples include phosphine oxide. The content of the organic phosphine oxide is preferably 0.01 to 20% by weight of the resin. The organic phosphine and the organic phosphine oxide may be used alone or in combination.

本発明に用いるエポキシ樹脂組成物には、更に必要に応
じて、他の添加剤、例えば天然ワックス類、合成ワック
ス類、直鎖脂肪酸の金属塩、酸アミド類、エステル類も
しくはパラフィン類などの離型剤、塩素化パラフィン、
プロムトルエン、ヘキサプロベンゼン、三酸化アンニモ
ンなどの難燃剤、カーボンブラック酸化チタンなどの顔
料または染料などを適宜添加配合しても差支えない。上
述した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、所定の組成比に選んだ原料成分を
例えばミキサーによって充分混合後、さらに熱ロールに
より溶融混合処理、またはニーダーなどによる混合処理
を加えることにより容易にエポキシ樹脂成形材料を得る
ことができる。
If necessary, the epoxy resin composition used in the present invention may further contain other additives such as natural waxes, synthetic waxes, metal salts of linear fatty acids, acid amides, esters or paraffins. Mold agent, chlorinated paraffin,
Flame retardants such as bromotoluene, hexaprobenzene, and animonium trioxide, pigments or dyes such as carbon black titanium oxide, and the like may be appropriately added and blended. A general method for preparing the above-mentioned epoxy resin composition as a molding material is to thoroughly mix the raw material components selected in a predetermined composition ratio with, for example, a mixer, and then perform a melt mixing process with a hot roll, or a mixing with a kneader or the like. An epoxy resin molding material can be easily obtained by adding a treatment.

本発明の樹脂封止型半導体装置は、上記エポキシ樹脂組
成物を用いて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。封止の最も一般的な方法としては
低圧トランスファ成形法があるが、インジェクション成
形、圧縮成形、注型などによる封止も可能である。エポ
キシ樹脂組成物は封止の際に加熱して硬化させ、最終的
にはこの組成物の硬化物によって封止された樹脂封止型
半導体装置を得ることができる。硬化に際しては150℃
以上に加熱することが望ましい。
The resin-encapsulated semiconductor device of the present invention can be easily manufactured by encapsulating the semiconductor device with the epoxy resin composition. The most common sealing method is a low-pressure transfer molding method, but sealing by injection molding, compression molding, casting or the like is also possible. The epoxy resin composition is heated and cured during encapsulation, and finally a resin-encapsulated semiconductor device encapsulated with the cured product of this composition can be obtained. 150 ° C for curing
It is desirable to heat above.

(作 用) 本発明において用いられる粒径15μm以下の粒子が50重
量%以下、粒径200μm以上の粒子が20重量%以下で重
量平均粒径15〜100μmのβ型窒化ケイ素粉体はエポキ
シ樹脂に対する充てん性が良く、流動性を損わずに高密
度充てん可能で、高い熱伝導率のエポキシ樹脂組成物が
得られる。たとえば、重量平均粒径7〜10μmの窒化ケ
イ素粉体を充てん剤に使用し、本発明と同一条件で調製
したエポキシ樹脂組成物に比較すると本発明の組成物の
熱伝導率が2倍近く高い。このように窒化ケイ素粉体を
エポキシ樹脂組成物の充てん剤として用いた時に、粉体
の粉度分布をわずかに変えることによって熱伝導率が著
しく改善できること、そして本発明の規定する範囲が特
に好ましい熱伝導率を与えることは従来全く知られてい
ず、また予想することもできなかった。
(Working) Beta-type silicon nitride powder used in the present invention is 50% by weight or less of particles having a particle size of 15 μm or less, 20% by weight or less of particles having a particle size of 200 μm or more, and β-type silicon nitride powder having a weight average particle size of 15 to 100 μm is an epoxy resin. It is possible to obtain an epoxy resin composition having a good filling property with respect to, a high density filling without impairing the fluidity, and a high thermal conductivity. For example, the thermal conductivity of the composition of the present invention is nearly twice as high as that of the epoxy resin composition prepared by using the silicon nitride powder having a weight average particle diameter of 7 to 10 μm as a filler and prepared under the same conditions as the present invention. . Thus, when the silicon nitride powder is used as the filler of the epoxy resin composition, the thermal conductivity can be remarkably improved by slightly changing the fineness distribution of the powder, and the range defined by the present invention is particularly preferable. Giving thermal conductivity has never been known or predicted before.

更に上記窒化ケイ素粉体と有機ホスフィンおよび/また
は有機ホスフィンオキシドを組み合せて用いると、耐熱
サイクル特性、耐湿性などの信頼性が著しく向上するこ
とがわかった。それに対し窒化ケイ素と他の触媒(第3
アミンやイミダゾールなど)を組み合せても、他の充て
ん剤(シリカやアルミナなど)と有機ホスフィンおよび
/または有機ホスフィンオキシドを組み合せても上記効
果は得られない。
Further, it has been found that when the above silicon nitride powder and organic phosphine and / or organic phosphine oxide are used in combination, reliability such as heat cycle characteristics and moisture resistance is remarkably improved. In contrast, silicon nitride and other catalysts (3rd
The above effect cannot be obtained even if a combination of amine, imidazole, etc.) or another filler (silica, alumina, etc.) and an organic phosphine and / or an organic phosphine oxide is combined.

上記窒化ケイ素粉体と有機ホスフィンおよび/または有
機ホスフィンオキシドを組み合せた時に耐熱サイクル特
性などの信頼性が著しく向上することに関しては、従来
全く知られていず、また従来技術から予想することもで
きなかった。
It has not been known at all in the past that the reliability such as heat cycle characteristics is remarkably improved when the above silicon nitride powder is combined with organic phosphine and / or organic phosphine oxide, and it cannot be predicted from the prior art. It was

(実施例) 実施例1〜5 エポキシ当量200のクルゾールノボラック型エポキシ樹
脂(エポキシ樹脂A)、エポキシ当量400の臭素化ビス
フェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ樹脂B)、水酸
基当量107のフェノールノボラック樹脂硬化剤、充填剤
としてβ率95%で粒径15μm以下の粒子が30重量%、粒
径200μm以上の粒子が0.1重量%、重量平均粒径40μm
の窒化ケイ素粉体(窒化ケイ素A)、粒径15μm以下の
粒子が40重量%、粒径200μm以上の粒子が5重量%、
重量平均粒径25μmの窒化ケイ素粉体(窒化ケイ素
B)、粒径15μm以下の粒子が15重量%、粒径200μm
以上の粒子が10重量%、重量平均粒径70μmの窒化ケイ
素粉体(窒化ケイ素C)、β率90%で粒径15μm以下の
粒子が30重量%、粒径200μm以上の粒子が0.5重量%、
重量平均粒径30μmの窒化ケイ素粉体(窒化ケイ素
D)、重量平均粒径20μmの結晶性シリカ粉体、硬化促
進剤としてトリフェニルホスフィン、トリフェニルホス
フィンオキシド、難燃剤として三酸化アンチモン、離型
剤としてカルナバワックス、着色剤としてカーボンブラ
ック、シランカップリング剤としてγ−グリシドキシプ
ロピルトリメトキシシランを第1表に示す組成(重量
部)に選んだ。これらの組成物をミキサーにより混合、
加熱ロールによる混練を行うことにより、5種のトラン
スファ成形材料を調製した。
(Examples) Examples 1 to 5 Cursol novolac type epoxy resin having an epoxy equivalent of 200 (epoxy resin A), brominated bisphenol A type epoxy resin having an epoxy equivalent of 400 (epoxy resin B), and phenol novolac resin curing with a hydroxyl equivalent of 107. 30% by weight of particles having a β ratio of 95% and a particle size of 15 μm or less, 0.1% by weight of particles having a particle size of 200 μm or more, and a weight average particle size of 40 μm
Silicon nitride powder (silicon nitride A), 40% by weight of particles having a particle size of 15 μm or less, 5% by weight of particles having a particle size of 200 μm or more,
Silicon nitride powder (silicon nitride B) with a weight average particle size of 25 μm, 15% by weight of particles with a particle size of 15 μm or less, particle size of 200 μm
10% by weight of the above particles, silicon nitride powder (silicon nitride C) having a weight average particle size of 70 μm, 30% by weight of particles having a β ratio of 90% and a particle size of 15 μm or less, and 0.5% by weight of particles having a particle size of 200 μm or more ,
Silicon nitride powder (silicon nitride D) having a weight average particle diameter of 30 μm, crystalline silica powder having a weight average particle diameter of 20 μm, triphenylphosphine, triphenylphosphine oxide as a curing accelerator, antimony trioxide as a flame retardant, mold release Carnauba wax as an agent, carbon black as a colorant, and γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane as a silane coupling agent were selected in the composition (parts by weight) shown in Table 1. Mixing these compositions with a mixer,
Five types of transfer molding materials were prepared by kneading with a heating roll.

比較例1〜12 実施例で用いた原材料の他に、充填剤としてβ率95%の
窒化ケイ素で、重量平均粒径7μmの粉体(窒化ケイ素
E)、重量平均粒径150μmの粉体(窒化ケイ素F)、
粒径15μm以下の粒子が70重量%と粉体(窒化ケイ素
G)、粒径200μm以上の粒子が40重量%の粉体(窒化
ケイ素H)、α率90%の窒化ケイ素で粒径15μm以下の
粒子が30重量%、粒径200μm以上の粒子が0.1重量%、
重量平均粒径40μmの粉体(窒化ケイ素I)、α率70%
の窒化ケイ素で重量平均粒径7μmの粉体(窒化ケイ素
J)重量平均粒径20μmのアルミナ粉体、硬化促進剤と
して1,8−ジアザ−ビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7
(DBU)、キュアゾールCN(四国化成工業(株)製イミ
ダゾールの商品名)を用いて、実施例と同様に第1表に
示す12種の比較例をつくり、トランスファ成形材料を調
製した。
Comparative Examples 1 to 12 In addition to the raw materials used in the examples, silicon nitride having a β ratio of 95% as a filler, a powder having a weight average particle diameter of 7 μm (silicon nitride E), and a powder having a weight average particle diameter of 150 μm ( Silicon nitride F),
70% by weight of particles with a particle size of 15 μm or less and powder (silicon nitride G), 40% by weight of particles with a particle size of 200 μm or more (silicon nitride H), and silicon nitride with an α ratio of 90% and particle size of 15 μm or less 30% by weight of particles, 0.1% by weight of particles having a particle size of 200 μm or more,
Weight average particle diameter 40μm powder (silicon nitride I), α ratio 70%
Powder of silicon nitride having a weight average particle size of 7 μm (silicon nitride J) Alumina powder having a weight average particle size of 20 μm, 1,8-diaza-bicyclo (5,4,0) undecene-7 as a curing accelerator
(DBU) and Curezol CN (trade name of imidazole manufactured by Shikoku Chemicals Co., Ltd.) were used to prepare 12 types of comparative examples shown in Table 1 in the same manner as in Examples to prepare transfer molding materials.

上記実施例と比較例のエポキシ樹脂組成物を用いて、厚
さ1mmの円板を成形し、円板の熱伝導率を測定した。熱
伝導率はレーザーフラッシュ法によって求めた。得られ
た結果を第2表に示した。
A disc having a thickness of 1 mm was molded using the epoxy resin compositions of the above Examples and Comparative Examples, and the thermal conductivity of the disc was measured. The thermal conductivity was determined by the laser flash method. The results obtained are shown in Table 2.

更に上記実施例と比較例の成形材料を用いて、トランス
ファ成形によりバイポーラ集積回路を樹脂封止した。封
止は予熱機で90℃に加熱した成形材料を180℃で2分間
モールドし、その後180℃で8時間アフタキュアするこ
とにより行った。
Further, the bipolar integrated circuits were resin-sealed by transfer molding using the molding materials of the above-mentioned examples and comparative examples. The sealing was performed by molding a molding material heated to 90 ° C. by a preheater at 180 ° C. for 2 minutes and then performing after-curing at 180 ° C. for 8 hours.

このようにして得た樹脂封止型半導体装置について以下
に記す信頼製試験を実施した。
The resin-encapsulated semiconductor device thus obtained was subjected to a reliability test as described below.

(1) 熱サイクル試験 +200℃と−65℃の2つの恒温槽を用意し、上記樹脂封
止型半導体装置各20個を−65℃の恒温槽に入れて30分間
放置した。その後取り出して常温中に5分間放置し、次
に+200℃の恒温槽に30分間入れた後再び常温中で5分
間放置した。以上の操作を1サイクルとし連続的に熱サ
イクル試験を実施した。熱サイクル試験の経過に従って
随時サイクルを中断し、樹脂封止型半導体装置の特性を
テスターを用いて測定し、故障の発生を調べた。その結
果を第2表に示した。
(1) Thermal Cycle Test Two constant temperature baths of + 200 ° C. and −65 ° C. were prepared, and each of the 20 resin-encapsulated semiconductor devices was placed in a constant temperature bath of −65 ° C. and left for 30 minutes. Then, it was taken out and left at room temperature for 5 minutes, then put in a + 200 ° C. thermostat for 30 minutes and then left at room temperature again for 5 minutes. The above operation was set as one cycle, and the heat cycle test was continuously performed. The cycle was interrupted as needed in accordance with the progress of the thermal cycle test, the characteristics of the resin-sealed semiconductor device were measured using a tester, and the occurrence of failure was investigated. The results are shown in Table 2.

(2) プレッシャクッカ試験(PCT) 121℃、2気圧の飽和水蒸気中に上記樹脂封止型半導体
装置各20個を放置し、素子のアルミニウム配線が水分に
より腐食し、断線する故障を調べる耐湿試験を行った。
その結果を第3表に示した。
(2) Pressure cooker test (PCT) 121 ° C, 20 humidity each of the above resin-encapsulated semiconductor devices are left in saturated water vapor, the aluminum wiring of the element is corroded by moisture, and a moisture resistance test is conducted to check for failures. I went.
The results are shown in Table 3.

(3) バイアス−プレッシャクッカ試験(B−PCT) 121℃、2気圧の飽和水蒸気中に上記樹脂封止型半導体
装置各20個を入れ、バイアス電圧15V印加して、素子の
アルミニウム配線が水分により腐食し、断線する故障を
調べる耐湿試験を行った。その結果を第3表に示した。
(3) Bias-Pressure Cooker Test (B-PCT) Each of the 20 resin-sealed semiconductor devices was placed in saturated steam at 121 ° C. and 2 atm, and a bias voltage of 15 V was applied to the aluminum wiring of the element due to moisture. A moisture resistance test was carried out to check for failures caused by corrosion and disconnection. The results are shown in Table 3.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上に詳述したように、本発明のエポキシ樹脂組成物お
よびそれを用いた樹脂封止型半導体装置は高い熱伝導性
を有し、かつ耐熱サイクル特性や耐湿性などの信頼性に
も優れており、その工業価値は大である。
As described above in detail, the epoxy resin composition of the present invention and the resin-encapsulated semiconductor device using the same have high thermal conductivity and excellent reliability such as heat cycle characteristics and moisture resistance. And its industrial value is great.

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 C08L 63/00 NLD H01L 23/29 23/31 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display area C08L 63/00 NLD H01L 23/29 23/31

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体デバイスが (a)エポキシ樹脂、 (b)1分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有す
る硬化剤、 (c)粒径15μm以下の粒子が50重量%以下、 粒径200μm以上の粒子が20重量%以下で重量平均粒径
が15〜100μmのβ型窒化ケイ素粉体および (d)有機ホスフィンおよび/または有機ホスフィンオ
キシドを含むエポキシ樹脂組成物によって封止されてな
ることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
1. A semiconductor device comprising (a) an epoxy resin, (b) a curing agent having two or more phenolic hydroxyl groups in one molecule, (c) 50% by weight or less of particles having a particle size of 15 μm or less, and a particle size of 20 wt% or less of particles of 200 μm or more and β-type silicon nitride powder having a weight average particle diameter of 15 to 100 μm and (d) an epoxy resin composition containing an organic phosphine and / or an organic phosphine oxide A resin-encapsulated semiconductor device comprising:
【請求項2】該エポキシ樹脂がノボラック型エポキシ樹
脂である特許請求の範囲第1項記載の樹脂封止型半導体
装置。
2. A resin-sealed semiconductor device according to claim 1, wherein the epoxy resin is a novolac type epoxy resin.
【請求項3】該硬化剤がノボラック型フェノール樹脂で
ある特許請求の範囲第1項記載の樹脂封止型半導体装
置。
3. The resin-sealed semiconductor device according to claim 1, wherein the curing agent is a novolac type phenol resin.
【請求項4】該β型窒化ケイ素のβ率が80%以上である
特許請求の範囲第1項記載の樹脂封止型半導体装置。
4. The resin-sealed semiconductor device according to claim 1, wherein the β-type silicon nitride has a β ratio of 80% or more.
【請求項5】該エポキシ樹脂組成物が更に溶融シリカお
よび/または結晶性シリカを含む特許請求の範囲第1項
記載の樹脂封止型半導体装置。
5. The resin-encapsulated semiconductor device according to claim 1, wherein the epoxy resin composition further contains fused silica and / or crystalline silica.
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