JP2568581B2 - 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〕

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ツ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。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、特に長時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、
高温雰囲気中に長時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）〜（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）エポキシ樹脂。

（Ｂ）フエノール樹脂。

（Ｃ）臭素化エポキシ樹脂。

（Ｄ）Biの水酸化物,Biの酸化物,Alの水酸化物およびAl
の酸化物からなる群から選択された少なくとも一つの化
合物であつて塩素イオン，ブロムイオン，硝酸イオン含
有量がそれぞれ5ppm以下の化合物。

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
が、Bi,Alの水酸化物，酸化物が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つきとめ
た。しかしながらこのようにすると、耐湿性の低下現象
が見られた。そこで、本発明者らはさらに研究を重ねた
結果、その原因が上記Bi,Alの水酸化物，酸化物中に残
存する、原料由来のハロゲンイオンや硝酸イオンの若干
の残存分であることをつきとめた。そこで、このような
残存イオン量についてさらに研究を重ねた結果、塩素イ
オン，ブロムイオン，硝酸イオンが耐湿性の低下に大き
く影響するのであり、これらをそれぞれ5ppm以下に抑制
すると、上記耐湿性の低下が解消されることを見いだし
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、エポキシ樹脂（Ａ成分）と、フエノール樹脂（Ｂ成
分）と、臭素化エポキシ樹脂（Ｃ成分）とBi,Alの水酸
化物，酸化物からなる化合物であつて塩素イオン，ブロ
ムイオン，硝酸イオン含有量がそれぞれ5ppm以下の化合
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ツト状になつてい
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、特に制限するものではなく、フエノールノボラツク
型エポキシ樹脂，クレゾールノボラツク型エポキシ樹
脂，ビエフエノールＡ型エポキシ樹脂等、従来より用い
られている各種のエポキシ樹脂があげられる。これらの
エポキシ樹脂は単独で用いてもよいし、併用してもよ
い。

上記エポキシ樹脂の中でも好適なエポキシ樹脂として
は、エポキシ当量170〜300のノボラツク型エポキシ樹脂
あり、例えばフエノールノボラツク型エポキシ樹脂，ク
レゾールノボラツク型エポキシ樹脂等があげられる。

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。

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。しかし、耐熱性の点では不利になる。ところが、
本発明で用いるＤ成分のBi,Alの水酸化物，酸化物から
なる化合物を使用することにより、耐熱性の低下現象が
解消され、良好な耐熱性が得られるようになる。

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くすなるた
めである。このよう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％未満では難燃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Ｄ成分はBiの水酸化物,Biの酸化物,Alの水酸化
物,Alの酸化物であつて、それぞれ塩素イオン，ブロム
イオン，硝酸イオン含有量が、各5ppm以下のものが、単
独でもしくは併せて使用される。このような化合物の代
表例としては、水酸化ビママス，水酸化アルミニウム，
三酸化二ビスマス，三酸化二アルミニウムがあげられ
る。上記酸化物の中には、結晶水を持つたものも含まれ
る。そして、このような化合物は、上記各イオンの含有
量が5ppm以下であることが必要である。すなわち、イオ
ン含有量が5ppmを上回ると、半導体装置の耐湿性の低下
を招くからである。上記のような化合物は、単独で使用
してもよいし併用しても差し支えはない。しかしなが
ら、このようなＤ成分の含有量はエポキシ樹脂組成物の
樹脂成分に対してＤ成分が１ないし10％の割合になるよ
うに設定することが好ましい。すなわち、含有量が１％
を下回ると高温放置特性の向上効果が充分あられわず、
逆に10％を上回ると耐湿性の低下現象が見られるからで
ある。そして、このようなＤ成分の化合物は、平均粒径
が0.5〜30μｍで、最大粒径が74μｍ以下の微粒子であ
ることが好ましい。これよりも大きな粒径のものは、分
散性が著しく低下し高温放置特性の改善効果が充分得ら
れにくい傾向が見られるからである。

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
ユウム塩，イミダゾール類，有機リン系化合物およびホ
ウ素化合物が上げられ、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ともに、高温下での機械
的物性の低下も見られないものである。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、臭素化エポ
キシ樹脂（Ｃ成分）と、Bi,Alの水酸化物，酸化物から
なるものであつて、塩素イオン，ブロムイオン，硝酸イ
オン含有量がそれぞれ5ppm以下の化合物（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、その封止樹脂中のＤ成分が、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を捕捉する
ため、高温放置に優れた信頼性を保ことができると同時
に、耐湿性の低下をも招くことがない。つぎに実施例に
ついて、比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜11、比較例１〜４〕 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
の硬化物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、スパイラルフローはEMMI
-66、ゲルタイムはJIS-K-5966に準拠して測定した。熱
膨脹係数，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に準拠して促成した。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、信頼性試験は、
モデル半導体素子を樹脂封止して半導体装置を組立て、
−50〜150℃/5分の温度サイクルテスト（TCTテスト）を
行うとともに、上記装置をプレツシヤークツカー状態
（121℃×2atm×100％RH）に放置し、アルミ腐蝕をみる
PCT試験により行つた。

第２表の結果から、実施例品は比較例品に比べPCT,TC
Tテストの結果ならびに高温放置時の不良素子数の点に
おいて優れており、高温放置時の素子の信頼性が高いこ
とがわかる。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０１Ｌ 23/31 (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56−130953（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−79063（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−202118（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−221223（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−138619（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−212224（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−59626（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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）エポキシ樹脂。 （Ｂ）フエノール樹脂。 （Ｃ）臭素化エポキシ樹脂。 （Ｄ）Biの水酸化物,Biの酸化物,Alの水酸化物およびAl
   の酸化物からなる群から選択された少なくとも一つの化
   合物であつて塩素イオン，ブロムイオン，硝酸イオン含
   有量がそれぞれ5ppm以下の化合物。
2. 【請求項２】エポキシ樹脂および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項記載の半導体装置。