JP2558293B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、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〕

ダイオード，トランジスタ,IC,LSI等の半導体素子
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り、経済性に優れてい
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
され始め、また、半導体素子の大形化，高集積化に伴う
高出力化等、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
ルミパツドの接合部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、最近の研究の結果、エポキシ樹脂およびフエ
ノール樹脂中に含まれている不純物、特にハロゲン成分
等がハロゲン化水素を発生させ、導通不良をもたらすと
いうことがわかつてきた。このように、従来の半導体装
置では、難燃性の点においては問題はないが、高温状態
における放置、特に長期間の放置では信頼性の点に問題
がある。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、
高温雰囲気中に長期間放置しても優れた信頼性を保持す
る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）〜（Ｃ）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）有機酸の含有量が100ppm以下，全塩素量が100ppm
以下で全ナトリウム量が20ppm以下のエポキシ樹脂。

（Ｂ）有機酸の含有量が100ppm以下で全塩素量が10ppm
以下のフエノール樹脂。

（Ｃ）Biの水酸化物。

すなわち、本発明者らは、高温雰囲気中における保存
信頼性向上のために研究を重ねた結果、難燃剤として配
合されている臭素化エポキシ樹脂の熱分解により発生す
る臭素化合物ガスを、Biの水酸化物が捕捉しうることを
突き止めた。そして、さらに、エポキシ樹脂およびフエ
ノール樹脂中に残存する不純分に起因する高温雰囲気下
の信頼性の低下を解消するために、上記樹脂中の不純物
濃度を中心に研究を重ねた結果、エポキシ樹脂中の全塩
素量等を一定以下に抑制すると同時に、フエノール樹脂
中の全塩素量等を一定以下に抑制し、上記金属の化合物
を共存させると、高温放置時における一層優れた信頼性
が得られるようになることを見いだしこの発明に到達し
た。

この発明に用い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、Biの水酸化物（Ｃ成分）を用いて得られるもの
であり、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。

上記Ａ成分となるエポキシ樹脂としては、フエノール
ノボラツクエポキシ樹脂，クレゾールノボラツクエポキ
シ樹脂等のノボラツク型エポキシ樹脂が好適に用いられ
る。これらのエポキシ樹脂は、エポキシ当量が170〜30
0,軟化点が60〜120℃であることが好ましい。また、ビ
スフエノール型エポキシ樹脂や難燃剤としての臭素化エ
ポキシ樹脂等がエポキシ樹脂全体の15〜25重量％（以下
「％」と略す）程度含有されたものであつてもよい。上
記ビスフエノール型エポキシ樹脂単独では架橋密度が向
上せず、これを向上させるために分子量を低くすると室
温で液状となつて成形性の面で問題を生じ耐湿性に優れ
た樹脂封止が困難となるからである。上記臭素化エポキ
シ樹脂としては、ノボラツク型とビスフエノール型とが
含まれるが、好適には臭素化フエノールノボラツクエポ
キシ樹脂，臭素化クレゾールノボラツクエポキシ樹脂等
のノボラツク型が用いられる。このようなエポキシ樹脂
の全塩素量は100ppm以下、有機酸の含有量は100ppm以
下、全ナトリウム量は20ppm以下でなければならない。
すなわち、全塩素量が100ppmを超えると高温放置特性お
よび耐湿性が著しく低下し、有機酸の含有量が100ppm,
全ナトリウム量が20ppmを超えると耐湿性が低下するか
らである。なお、ここで全塩素量は、エポキシ樹脂をジ
オキサン等のような有機溶剤に溶解させたのち、水酸化
カリウム−エタノール溶液を加えて処理し、硝酸銀水溶
液で電位差滴定することにより測定される。すなわち、
上記方法では、臭素化エポキシ樹脂を使用する場合にお
いては、臭素化エポキシ樹脂の分子内に結合する臭素原
子は検出されず、通常、塩化水素，塩化ナトリウム，塩
化カリウム等の遊離の塩素原子（臭素化エポキシ樹脂を
使用する場合、上記と同様の遊離の臭素原子）やエピク
ロルヒドリンのような未反応物等の加水分解性ハロゲン
イオンと、エポキシ樹脂の分子内に結合する比較的加水
分解しにくい塩素原子とが検出される。

上記Ｂ成分のフエノール樹脂は、上記エポキシ樹脂の
硬化剤として作用するものであり、フエノールノボラツ
ク樹脂，クレゾールノボラツク樹脂等が好適に用いられ
る。これらのフエノール樹脂は、軟化点が50〜110℃，
水酸基当量が70〜150であることが好ましい。このよう
なフエノール樹脂の全塩素量は10ppm以下、有機酸の含
有量は100ppm以下でなければならない。すなわち、全塩
素量が10ppm,有機酸の含有量が100ppmを超えると高温放
置特性および耐湿性が著しく低下するからである。

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に設定すること
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。

また、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を下記の一般式（１）で表
されるオルガノポリシロキサンと反応させると、低応力
性，耐温度サイクルテストにおいて良好な結果が得られ
るようになる。

しかしながら、上記樹脂をオルガノポリシロキサンと
反応させると樹脂硬化体の耐熱性が低下するが、上記Ｃ
成分を添加することによりその耐熱性の低下が抑制され
る。

上記Ｃ成分としては、通常、水酸化ビスマス等があげ
られる。なお、上記金属酸化物には結晶水を有するもの
も含む。これらＣ成分は、単独で用いてもよいし併用し
ても差し支えない。このようなＣ成分の配合量は、通
常、上記樹脂成分（エポキシ樹脂とフエノール樹脂）の
１〜10％、好ましくは３〜６％の範囲内に設定される。
すなわち、上記配合量が１％を下回る場合には高温放置
時の特性が改善されず、10％を上回る場合には耐湿性が
低下するからである。また、このようなＣ成分は、平均
粒径が0.5〜30μｍであり、最大粒径が74μｍ以下であ
ることが好ましい。上記範囲から外れるとＣ成分の分散
性が著しく低下する。

この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には、上記
Ａ〜Ｃ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。

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，充填剤および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
素化合物等を単独もしくは併せて用いることができる。

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。

この発明に用いられ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），（Ｂ）および（Ｃ）成分を、また場合により
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かけて加熱状態で混練して溶
融混合し、これを室温に冷却したのち公知の手段によつ
て粉砕し、必要に応じて打錠するという一連の工程によ
り目的とするエポキシ樹脂組成物を得ることができる。

このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子
の封止は特に限定するものではなく、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。このエポキシ樹脂組成物は、高温放置時においてハ
ロゲン化水素ガスの発生量が極めて少なく、半導体素子
に与える影響が少ない。

このようにして得られる半導体装置は、高温放置時に
おける信頼性が高く、かつ耐湿信頼性の低下も生じな
い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、特殊なエポ
キシ樹脂（Ａ成分）と、特殊なフエノール樹脂（Ｂ成
分）と、Biの水酸化物（Ｃ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いる。そして、上記組
成物は、上記（Ａ）成分，（Ｂ）成分から生じるハロゲ
ン系ガス量の低減がなされていると同時に発生ハロゲン
系ガスが（Ｃ）成分で捕捉されるようになつている。し
たがつて、このような組成物で封止された半導体装置
は、高温放置時における優れた信頼性を有しており、ま
た、耐湿信頼性の低下もみられない。また、臭素化エポ
キシ樹脂を使用する場合に、その樹脂から生成するハロ
ゲン系ガスも上記（Ｃ）成分で捕捉されるため、臭素化
エポキシ樹脂に由来する高温放置時における信頼性低下
も生じない。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜６、比較例１〜４〕 後記の第１表に示すような原料を準備し、これらの原
料を第１表に示す割合で配合し、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。なお、エポキシ樹脂の有機酸量，全塩
素量，全ナトリウム量、フエノール樹脂の有機酸量，全
塩素量およびシリコーンの構造式を第２表に示した。

上記のようにして得られた粉末状エポキシ樹脂組成物
の硬化物特性を調べ第３表に示した。

なお、上記第３表において、スパイラルフローはEMM1
−66、ゲルタイムはJIS−Ｋ−5966に準拠して測定し
た。熱膨張係数，ガラス転移温度はTMA（理学電機社
製）にて測定した。曲げ弾性率，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。体
積抵抗値はJIS−Ｋ−6911に準拠して測定した。また、
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。さらに半導
体装置の信頼性テストとしてプレツシヤー釜（121℃×2
atm×100％RH）による1000時間の信頼テスト（以下「PC
Tテスト」と略す）および−50℃/5分〜150℃/5分の2000
回の温度サイクルテスト（以下「TCTテスト」と略す）
の測定を行つた。

第２表の結果から、実施例品は比較例品に比べて高温
状態における素子不良、PCTテストおよびTCTテストとも
優れた結果が得られており、高温放置時の信頼性，耐湿
性に富んでいることがわかる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北村 富士夫 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日 東電気工業株式会社内 (72)発明者 伊香 和夫 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日 東電気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−2329（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−212224（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−59626（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−138619（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−221223（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−136860（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下記の（Ａ）〜（Ｃ）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）有機酸の含有量が100ppm以下，全塩素量が100ppm
   以下で全ナトリウム量が20ppm以下のエポキシ樹脂。 （Ｂ）有機酸の含有量が100ppm以下で全塩素量が10ppm
   以下のフエノール樹脂。 （Ｃ）Biの水酸化物。
2. 【請求項２】上記エポキシ樹脂組成物が、上記（Ａ）〜
   （Ｃ）成分に加えて、さらに臭素化エポキシ樹脂を含有
   するものである特許請求の範囲第１項記載の半導体装
   置。
3. 【請求項３】上記Ａ成分のエポキシ樹脂および上記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
   るものである特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   半導体装置。