JP2534331B2

JP2534331B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP2534331B2
Application number: JP63247750A
Authority: JP
Inventors: 務西岡; 達志伊藤; 和夫伊香
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1996-09-11
Anticipated expiration: 2011-09-11
Also published as: JPH0294654A

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、特に高温雰囲気中においても優
れた信頼性を保持する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等の半導体装置は、一般にエポ
キシ樹脂組成物を用いて封止され半導体装置化されてい
る。上記エポキシ樹脂は、その電気特性，耐湿性，接着
性等が良好であることから、半導体装置の封止に用いら
れており良好な成績を収めている。しかしながら、近
年、自動車等の、多くの屋外使用機器においても半導体
装置が大量に使用されるにしたがつて、今まで以上の耐
熱性、特に従来では問題にならなかつた高温での保存信
頼性が、多くの半導体装置に要求されるようになつてき
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような耐熱性の向上のためには、従来から、封止
に用いるエポキシ樹脂の難燃性を高めることによつて行
つている。すなわち、臭素化エポキシ樹脂と酸化アンチ
モンとを組み合わせてエポキシ樹脂組成物中に配合する
ことにより、エポキシ樹脂組成物硬化体の難燃性を高
め、それによつて封止樹脂の耐熱性の向上を図つてい
る。上記臭素化エポキシ樹脂と酸化アンチモンとの組み
合わせは、難燃性の点では良好な結果を示す。ところ
が、高温における保存安定性の点では問題が生じる。す
なわち、高温状態においては、臭素化エポキシ樹脂の熱
分解により臭化水素が発生し、この臭化水素が半導体素
子の金線とアルミパッドの接合部とに反応して合金の生
成を促し、これによつて電気抵抗値の増加を招き、導通
不良をもたらす。

また、高温下で半導体装置が使用される機会がふえ、
実装時にも215〜260℃の半田温度にパッケージ全体がさ
らされることもあり、高温条件下での優れた機械的特性
も同時に要求されるようになつている。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、
高温雰囲気中に長時間放置しても優れた信頼性を示すと
同時に、高温雰囲気下での機械的特性の低下の少ない半
導体装置の提供をその目的とする。

〔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、下記の（Ａ）〜（Ｄ）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）ノボラツク型エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂で
あつて１分子中にエポキシ基を少なくとも３個有するエ
ポキシ樹脂。

（Ｂ）ノボラツク型フエノール樹脂以外のフエノール樹
脂であつて１分子中にフエニル基を少なくとも３個有す
るフエノール樹脂。

（Ｃ）臭素化エポキシ樹脂。

（Ｄ）下記の式（１）で表されるハイドロタルサイト類
化合物。

Mg_XAl_y（OH）_2x+3y-2z（CO₃）_Ｚ・mH₂O ……（１）〔作用〕すなわち、本発明者らは、上記の目的を達成するた
め、一連の研究を重ねた結果、難燃剤としての臭素化エ
ポキシ樹脂の熱分解の際に発生するハロゲン化合物ガス
を、上記一般式（１）で表される特殊なハイドロタルサ
イト類化合物が効果的に捕捉トラツプし高温雰囲気下の
信頼性を効果的に保持させることを突き止めた。また、
高温雰囲気下における機械的物性に関しては、上記特定
のエポキシ樹脂とフエノール樹脂とを使用することによ
り、高温雰囲気下において機械的特性の優れたエポキシ
樹脂組成物硬化体が得られるようになることを突き止め
この発明に到達した。

この発明の半導体装置で使用するエポキシ樹脂組成物
は、特定のエポキシ樹脂（Ａ成分）と特定のフエノール
樹脂（Ｂ成分）と臭素化エポキシ樹脂（Ｃ成分）と前記
の一般式（１）で表されるハイドロタルサイト類化合物
（Ｄ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ット状になつている。

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、ノボラツク型エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂であ
つて１分子中にエポキシ基を少なくとも３個有するエポ
キシ樹脂である。すなわち、本発明者らは高温雰囲気下
における封止樹脂の機械的特性の向上について一連の研
究を重ねた結果、エポキシ樹脂，フエノール樹脂中に含
まれる二核体以下の成分が、封止樹脂の高温下における
機械的特性を低下させることをつきとめた。そして、そ
のような二核体以下の成分を含むエポキシ樹脂，フエノ
ール樹脂はノボラツク型のものであり、エポキシ樹脂に
ついては、ノボラツク型エポキシ樹脂以外のエポキシ樹
脂であつて１分子中にエポキシ基を３個以上有するエポ
キシ樹脂であれば、二核体以下の成分を殆ど含まないこ
とをみいだした。

このようなエポキシ樹脂としては、つぎの〜に示
すようなものを例示することができる。このようなエポ
キシ樹脂は、単独で用いてもよいし併用してもよい。

〔，において、ｎ＝０〜10〕また上記Ｂ成分のフエノール樹脂は、上記エポキシ樹
脂と同様、ノボラツク型フエノール樹脂以外のフエノー
ル樹脂であつて、１分子中にフエニル基を少なくとも３
個有するフエノール樹脂である。このフエノール樹脂も
上記エポキシ樹脂と同様、二核体以下の成分を殆ど含ま
ないフエノール樹脂である。このフエノール樹脂は、上
記Ａ成分のエポキシ樹脂の硬化剤として作用する。

このようなフエノール樹脂の代表例としては、下記の
〜に例示したものが挙げられる。このようなフエノ
ール樹脂も単独で用いてもよいし、併用してもよい。

〔，において、ｎ＝０〜10〕上記Ｃ成分の臭素化エポキシ樹脂は、エポキシ当量が
420以上のもの、好適には420〜550のものを使用するこ
とが望ましい。特に臭素化ビスフエノール型エポキシ樹
脂を用いることが好結果をもたらす。エポキシ当量が42
0未満の場合は、樹脂の耐熱性に劣る傾向がみられるば
かりでなく、ハロゲン化水素ガスも発生しやすくなるた
めである。

このようにな臭素化エポキシ樹脂の使用量は、エポキ
シ樹脂組成物の樹脂成分（Ａ＋Ｂ＋Ｃ成分）中、１〜10
重量％（以下「％」と略す）の範囲内に設定することが
好ましい。すなわち、臭素化エポキシ樹脂の使用量が１
％未満では難熱性の向上効果が不充分となり、逆に10％
を超えるとハロゲン化水素ガスの発生が多くなり半導体
素子に悪影響を及ぼす傾向がみられるからである。

上記フエノール樹脂とエポキシ樹脂との相互の使用割
合は、エポキシ樹脂のエポキシ当量との関係から適宜に
選択されるが、エポキシ基に対するフエノール性水酸基
の当量比が0.5〜1.5の範囲内になるよう設定することが
好ましい。当量比が上記の範囲を外れると、得られるエ
ポキシ樹脂組成物硬化体の耐熱性が低下する傾向がみら
れるからである。

上記のようなエポキシ樹脂およびフエノール樹脂は、
片方または双方が、下記の一般式（１）で表されるオルガノシロキサンと反応しているものを用
いることが好ましい。このようなエポキシ樹脂を用いる
ことによつて、耐クラツク性，耐温度サイクル性が向上
する。

上記Ｄ成分は、前記一般式（１）で表される特殊なハ
イドロタルサイト類化合物である。この化合物は、エポ
キシ樹脂組成物中のハロゲンイオンおよび有機酸イオン
を自己のCO₃ ^--と置換するか配位結合することによつて
上記不純イオンを捕捉し、臭素化エポキシ樹脂の熱分解
に起因する臭化水素の発生を防止する作用を奏するもの
と考えられる。上記ハイドロタルサイト類化合物の種類
は、前記一般式（１）におけるx,y,zの数の比による区
別等によつて、多くの種類に分けられる。このようなハ
イドロタルサイト類化合物は、単独でもしくは２種類以
上を混合して使用される。

このような化合物は、エポキシ樹脂組成物中における
分散性の観点から平均粒径が５μｍ以下で、最大粒径が
30μｍ以下であることが好適である。そして、このよう
なＤ成分の含有量は、エポキシ樹脂組成物の樹脂成分
（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）に対して0.1〜５％になるように設定す
ることが好ましい。すなわち、配合量が0.1％を下回る
と高温放置特性の改善効果が充分現れず、逆に５％を上
回ると耐湿性の低下現象が見られるようになるからであ
る。

この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には、上記
Ａ〜Ｄ成分以外にも、必要に応じて従来より用いられて
いるその他の添加剤が含有される。特に、高温放置時の
信頼性に加え、難燃性も向上させる時は、酸化アンチモ
ン粉末を含有させることが行われる。

なお、上記その他の添加剤としては、例えば硬化促進
剤，離型剤，着色剤，シランカツプリング剤等があげら
れる。

上記硬化促進剤としては、三級アミン，四級アンモニ
ウム塩，イミダゾール類，有機リン系化合物およびホウ
素化合物等があげられ、単独でもしくは併せて使用する
ことができる。

上記離型剤としては、従来公知のステアリン酸，パル
ミチン酸等の長鎖のカルボン酸，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を用
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、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、上記Ａ
〜Ｄ成分ならびに上記その他の添加剤を適宜配合し、こ
の混合物をミキシングロール機等の混練機に掛け加熱状
態で溶融混合し、これを室温に冷却したのち公知の手段
により粉砕し、必要に応じて打錠するという一連の工程
により得ることができる。

このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子
の封止は、特に制限するものではなく、通常のトランス
フアー成形等の公知のモールド方法により行うことがで
きる。

このようにして得られる半導体装置は、高温放置時の
信頼性が充分保持されていると共に、高温下での機械的
物性の低下も見られない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、上記特定の
エポキシ樹脂（Ａ成分）と、特定のフエノール樹脂（Ｂ
成分）と、臭素化エポキシ樹脂（Ｃ成分）と、ハイドロ
タルサイト類化合物（Ｄ成分）とを含む特殊なエポキシ
樹脂組成物を用いて封止されており、高温雰囲気中にお
ける長時間放置において発生するハロゲン化合物が上記
Ｄ成分によって、捕捉されるため高温放置時に優れた信
頼性を保つことができる。しかも、上記特定のエポキシ
樹脂（Ａ成分）とフエノール樹脂（Ｂ成分）とによっ
て、封止樹脂の機械的強度の低下が少なく、高温下での
半導体素子の保護が充分に発揮され、上記ハロゲン化合
物の捕捉効果と相俟つて、高温時における信頼性に優れ
ている。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜９、比較例１〜５〕後記の第１表に示すような原料を準備した。

つぎに、これらの原料を後記の第２表で示す割合で配
合し、ミキシングロール機で混練して冷却後粉砕し、目
的とする粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。

上記のようにして得られた粉末状エポキシ樹脂組成物
を用いて半導体素子を封止し、得られた半導体装置の特
性を調べ後記の第３表に示した。

なお、上記第３表において、曲げ強度はテンシロン万
能試験機（東洋ボールドウイン社製）で測定した。高温
状態における素子不良の測定は、半導体素子を樹脂封止
して半導体装置を組み立て、全量20個を高温にさらし、
導通不良になる個数を求めて評価した。

第３表の結果から、実施例品は比較例品に比べて不良
素子数，高温強度の点において優れており高温下におけ
る信頼性に富んでいることがわかる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−227146（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−202118（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−147141（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−136860（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の（Ａ）〜（Ｄ）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）ノボラツク型エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂で
あって１分子中にエポキシ基を少なくとも３個有するエ
ポキシ樹脂。（Ｂ）ノボラツク型フエノール樹脂以外のフエノール樹
脂であって１分子中にフエニル基を少なくとも３個有す
るフエノール樹脂。（Ｃ）臭素化エポキシ樹脂。（Ｄ）下記の式（１）で表されるハイドロタルサイト類
化合物。 Mg_XAl_y（OH）_2x+3y-2z（CO₃）_Ｚ・mH₂O ……（１）
【請求項２】上記（Ａ）成分のエポキシ樹脂およびＢ成
分のフエノール樹脂の少なくとも一方が、下記の一般式
（１）で表されるオルガノポリシロキサンと反応しているもの
である請求項（１）記載の半導体装置。
【請求項３】下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する半導
体封止用エポキシ樹脂組成物。（Ａ）ノボラツク型エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂で
あって１分子中にエポキシ基を少なくとも３個有するエ
ポキシ樹脂。（Ｂ）ノボラツク型フエノール樹脂以外のフエノール樹
脂であって１分子中にフエニル基を少なくとも３個有す
るフエノール樹脂。（Ｃ）臭素化エポキシ樹脂。（Ｄ）下記の式（１）で表されるハイドロタルサイト類
化合物。 Mg_XAl_y（OH）_2x+3y-2z（CO₃）_Ｚ・mH₂O ……（１）