JP2514973B2

JP2514973B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP2514973B2
Application number: JP62134315A
Authority: JP
Inventors: 輝夫国司; 吉伸中村; 伸二郎上西; 秀人鈴木
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1987-05-28
Filing date: 1987-05-28
Publication date: 1996-07-10
Anticipated expiration: 2011-07-10
Also published as: JPS63299148A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、信頼性の優れた半導体装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕トランジスタ,IC,LSI等の半導体素子は、通常セラミ
ツクパツケージもしくはプラスチツクパツケージ等によ
り封止され半導体装置化されている。上記セラミツクパ
ツケージは、構成材料そのものが耐熱性を有し、しか
も、透湿性が小さいうえに中空パツケージであるため、
耐熱性、耐湿性に優れた封止が可能である。しかし、構
成材料が比較的高価であることと、量産性に劣る欠点が
ある。したがつて、最近では、コスト，量産性の観点か
らプラスチツクパツケージを用いた樹脂封止が主流にな
つている。この種の樹脂封止には、従来からエポキシ樹
脂が使用されており、良好な成績を収めている。しかし
ながら、半導体分野の技術革新によつて集積度の向上と
ともに素子サイズの大形化，配線の微細化が進み、パツ
ケージも小形化，薄形化する傾向にあり、これに伴つて
封止材料に対してより以上の信頼性の向上が要望されて
いる。特に、エポキシ樹脂組成物の、硬化温度から室温
に到るまでの冷却収縮に起因する内部応力がこれら信頼
性を減じているため、内部応力の低減が重要となつてい
る。このような要求に対して、ゴム系の有機柔軟性化合
物をエポキシ樹脂組成物に添加することにより半導体装
置の内部応力の低減が図られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、従来は、ゴム系の有機柔軟性化合物をエ
ポキシ樹脂組成物に添加することにより、半導体装置の
内部応力の低減が図られているが、上記有機柔軟性化合
物のイオン性不純物に起因して半導体装置の耐湿性が低
下するという難点が生じている。このような問題を解決
する一つの方法として、イオントラツプ剤を使用する方
法がある。上記イオントラツプ剤としては、カチオンを
捕捉するものとアニオンを捕捉するものとがある。カチ
オントラツプ剤は、半導体装置のアルミニウム配線の陰
極側の腐食を生起するカチオンを捕捉して腐食抑制効果
を奏し、アニオントラツプ剤は陽極側の腐食を抑制する
効果を有している。しかしながら、上記イオントラツプ
剤を使用して耐湿信頼性の向上を図る場合には、アニオ
ンおよびカチオンの双方のトラツプ剤を使用する必要が
ある。片方だけを単独で使用する場合には、アニオンお
よびカチオンのうちのいずれか一方のイオンが捕捉され
ずに残ることとなり、その残存イオンによつて、アルミ
ニウム配線の陰極側もしくは陽極側の腐食が起こり、結
局、耐湿信頼性の向上効果が得られなくなる。しかし、
従来では、このようなアニオンおよびカチオンの双方の
イオンを捕捉し、かつその使用によつて何ら弊害を生じ
ないというようなものが見いだされていないのが実情で
ある。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、
他の諸特性を損なうことなく、半導体装置の耐湿信頼性
を大幅に向上させることをその目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、この発明の半導体装置
は、下記（Ａ）〜（Ｅ）成分を含有するエポキシ樹脂組
成物を用いて半導体素子を封止するという構成をとる。

（Ａ）エポキシ樹脂。

（Ｂ）ノボラツク型フエノール樹脂。

（Ｃ）分子鎖の両末端にカルボキシル基またはアミノ基
を有するブタジエン−アクリロニトリル共重合体。

（Ｄ）ハイドロタルサイト類化合物。

（Ｅ）五酸化アンチモン。

すなわち、本発明者らは、使用により何ら弊害を生じ
ず、しかも、それぞれアニオン，カチオンに対する良好
な捕捉性能を発揮しうるトラツプ剤を求めて一連の研究
を重ねた。その結果、アニオントラツプ剤としてハイド
ロタルサイト類化合物を用い、かつカチオントラツプ剤
として五酸化アンチモン（無水物，含水物）を用い、こ
の両者を、ゴム系有機柔軟性化合物である、両末端にカ
ルボキシル基またはアミノ基を有するブタジエン−アク
リロニトリル共重合体と組み合わせて使用すると、半導
体装置の内部応力の低減を、耐湿信頼性を損なうことな
く実現できるようになることを見いだしこの発明に到達
した。

この発明は、エポキシ樹脂（Ａ成分）とノボラツク型
フエノール樹脂（Ｂ成分）と分子鎖の両末端にカルボキ
シル基またはアミノ基を有するブタジエン−アクリロニ
トリル共重合体（Ｃ成分）とハイドロタルサイト類化合
物（Ｄ成分）と五酸化アンチモン（Ｅ成分）とを用いて
得られるものであつて、通常、粉末状もしくはそれを打
錠したタブレツト状になつている。

このようなエポキシ樹脂組成物は、特に上記D,E成分
の使用により、耐湿信頼性の極めて優れたプラスチツク
パツケージになりうるものであり、その使用によつて信
頼度の高い半導体装置が得られるものである。

上記エポキシ樹脂組成物のＡ成分となるエポキシ樹脂
は、１分子中に平均２個以上のエポキシ基を有するエポ
キシ化合物であれば特に制限するものではない。すなわ
ち、従来の半導体装置の封止樹脂の主流であるノボラツ
ク型エポキシ樹脂、あるいはその他ビスフエノールＡの
ジグリシルエーテルやその多量体であるエピビス型エポ
キシ樹脂、ビスフエノールＦ型エポキシ樹脂、脂環式エ
ポキシ樹脂も使用可能である。この中で特に好適なフエ
ノールノボラツク型エポキシ樹脂としては、通常、エポ
キシ当量160〜250,軟化点50〜130℃のものが用いられ、
クレゾールノボラツク型エポキシ樹脂としては、上記エ
ポキシ当量170〜230,軟化点60〜110℃のものが一般に用
いられる。

上記Ａ成分のエポキシ樹脂とともに用いられるＢ成分
のノボラツク型フエノール樹脂は、上記エポキシ樹脂の
硬化剤として作用するものであり、水酸基当量が80〜18
0,軟化点が50〜130℃のものを用いることが好ましい。

上記Ａ成分のエポキシ樹脂とＢ成分のノボラツク型フ
エノール樹脂との配合比は、上記エポキシ樹脂中のエポ
キシ基１当量当たりフエノール樹脂中の水酸基が0.8〜
1.2当量となるように配合することが好適である。この
当量比が１に近いほど好結果が得られる。

上記Ａ成分とＢ成分とともに用いられるＣ成分のゴム
系有機柔軟性化合物である、分子鎖の両末端にカルボキ
シル基またはアミノ基を有するブタジエン−アクリロニ
トリル共重合体は、封止樹脂の内部応力の低減に作用す
るものであり、通常、下記の一般式（Ｉ）で表されるも
のが用いられる。

特に、上記一般式（Ｉ）で表されるブタジエン−アク
リロニトリル共重合体においては、分子量1000〜10000,
アクリロニトリル含有率が５〜50重量％（以下「％」と
略す）のものを使用することが好ましい。より好ましい
のは分子量が2000〜5000,アクリロニトリル含有率が８
〜40％のものである。なお、上記分子鎖の両末端にカル
ボキシル基またはアミノ基を有するとは、１分子当たり
平均1.8〜2.2個のカルボキシル基を有するもののことを
意味する。このようなＣ成分の使用量は、Ａ成分のエポ
キシ樹脂とＢ成分のノボラツク型フエノール樹脂の合計
量の１〜50％に設定することが好適である。

また、上記Ａ成分,B成分およびＣ成分とともに用いら
れるＤ成分のハイドロタルサイト類化合物は、エポキシ
樹脂組成物中に不純物イオンとして存在するクロルイオ
ンあるいはブロムイオン等のアニオンを有効にトラツプ
する成分である。上記ハイドロタルサイト類化合物とし
ては、例えば、下記の式で表されるものが用いられる。

Mg_xAl_y（OH）_2x+3y-2z（CO₃）_ｚ・mH₂O その一例として、協和化学工業社製,KW−2000（Mg_0.7
Al_0.3０_1.15）があげられる。

さらに、上記Ａ成分のエポキシ樹脂、Ｂ成分のフエノ
ール樹脂、Ｃ成分のシリコーン化合物、Ｄ成分のハイド
ロタルサイト類化合物とともに用いられるＥ成分の五酸
化アンチモンは、Sb₂O₅で表されるものであり、無水物
でも、結晶水を含む含水物でもよい。このものは、エポ
キシ樹脂組成物中に存在するナトリウムイオン等のカチ
オンを有効にトラツプする成分である。この一例として
東亜合成社製,AK−300（Sb₂O₅・4H₂O）があげられる。

上記Ｄ成分のハイドロタルサイト類化合物の含有量
は、Ａ成分のエポキシ樹脂とＢ成分のノボラツク型フエ
ノール樹脂の合計量の１〜10％に設定することが好適で
ある。また、上記Ｅ成分の五酸化アンチモンの含有量
は、１〜10％に設定するのが好ましい。さらに、Ｄ成分
のハイドロタルサイト類化合物とＥ成分の五酸化アンチ
モンの合計量が、Ａ成分のエポキシ樹脂とＢ成分のノボ
ラツク型フエノール樹脂の合計量の15％以下になるよう
に設定することが好適であり、特に10％以下になるよう
にすることが好結果をもたらす。すなわち、合計量が15
％を上回ると、封止樹脂の耐湿信頼性以外の諸特性に悪
影響が現れる傾向がみられるからである。

また、この発明では、上記Ａ成分,B成分,C成分,D成分
およびＥ成分以外に必要に応じて硬化促進剤，充填剤，
離型剤等を用いることができる。硬化促進剤としてはフ
エノール硬化エポキシ樹脂の硬化反応の触媒となるもの
は全て用いることができ、例えば、２−メチルイミダゾ
ール、2,4,6−トリ（ジメチルアミノメチル）フエノー
ル、1,8−ジアゾビシクロ〔5,4,0〕ウンデセン、トリフ
エニルホスフイン等をあげることができる。充填剤とし
ては、石英ガラス粉，タルク粉等をあげることができ
る。また、離型剤としては従来公知のステアリン酸，パ
ルミチン酸等の長鎖カルボン酸、ステアリン酸亜鉛，ス
テアリン酸カルシウム等の長鎖カルボン酸の金属塩、カ
ルナバワツクス，モンタンワツクス等のワツクス類等を
用いることができる。上記硬化促進剤および離型剤とし
て例示した化合物は、単独でもしくは併せて用いること
ができる。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、上記成分原
料を用い、例えばつぎのようにして製造することができ
る。すなわち、エポキシ樹脂（Ａ成分）と、ノボラツク
型フエノール樹脂（Ｂ成分）と、分子鎖の両末端にカル
ボキシル基またはアミノ基を有するブタジエン−アクリ
ロニトリル共重合体（Ｃ成分）と、ハイドロタルサイト
類化合物（Ｄ成分）と、五酸化アンチモン（Ｅ成分）お
よび必要に応じて硬化促進剤，充填剤，離型剤を配合
し、常法に準じてドライブレンド法または、溶融ブレン
ド法を適宜採用して混合，混練することにより製造する
ことができる。

このようにして得られる半導体装置は、内部応力が小
さく、しかも耐湿信頼性も良好であり、高信頼性を有し
ている。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、分子鎖の両
末端にカルボキシル基またはアミノ基を有するブタジエ
ン−アクリロニトリル共重合体を含み、かつアニオント
ラツプ剤としてハイドロタルサイト類化合物を、カチオ
ントラツプ剤として五酸化アンチモンを含む特殊なエポ
キシ樹脂組成物によつて封止されているため、内部応力
が小さく、しかもその封止プラスチツクパツケージにお
いてアニオン，カチオンの双方が上記トラツプ剤に捕捉
されることから耐湿信頼性にも富んでいる。特に上記特
殊なエポキシ樹脂組成物による封止により、超LSIの封
止に充分対応でき、素子上のAl配線が２μｍ以下の特殊
な半導体装置を、高温高湿下の厳しい条件下に曝して
も、高い信頼性が得られるようになるのであり、これが
大きな特徴である。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜13、比較例１〜６〕後記の第１表に従つて、各原料を配合し、ミキシング
ロール機（ロール温度）100℃）で10分間溶融混練を行
い、冷却固化後粉砕を行つて目的とする微粉末状のエポ
キシ樹脂組成物を得た。

なお、上記実施例および比較例で用いたブタジエン−
アクリロニトリル共重合体ａ〜ｄは第２表の通りであ
る。

以上の実施例および比較例によつて得られた微粉末状
のエポキシ樹脂組成物を用い、半導体素子をトランスフ
アーモールドすることにより半導体装置を得た。このよ
うにして得られた半導体装置について、室温での曲げ試
験、ガラス転移温度Tg、−50℃/5分〜150℃/5分の1000
回の温度サイクルテスト（以下「TCTテスト」と略
す）、ピエゾ抵抗による内部応力、121℃,2気圧の条件
下で10ボルトのバイアスを印加してプレツシヤークツカ
ーバイアステスト（以下「PCBTテスト」と略す）を行つ
た。その結果は第３表のとおりである。

第３表の結果から、実施例品は、各テストの成績がよ
く、特にPCBTテストにおいて陽極および陰極腐食の寿命
が両方そろつて著しく長くなつており、耐湿信頼性が比
較例品に比べて著しく向上していることがわかる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下記（Ａ）〜（Ｅ）成分を含有するエポキ
シ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してなる半導体
装置。（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）ノボラツク型フエノール樹脂。（Ｃ）分子鎖の両末端にカルボキシル基またはアミノ基
を有するブタジエン−アクリロニトリル共重合体。（Ｄ）ハイドロタルサイト類化合物。（Ｅ）五酸化アンチモン。