JP2579350B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2579350B2 JP63238590A JP23859088A JP2579350B2 JP 2579350 B2 JP2579350 B2 JP 2579350B2 JP 63238590 A JP63238590 A JP 63238590A JP 23859088 A JP23859088 A JP 23859088A JP 2579350 B2 JP2579350 B2 JP 2579350B2
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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〔但し、(A)および
(B)成分の少なくとも一方は、下記の一般式(2)で
表されるオルガノポリシロキサンと反応している〕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)下記の一般式(1)で表されるハイドロタルサイ
ト類化合物。
MgxAly(OH)2x+3y-2x(CO3)z・mH2O …(1) 〔作用〕 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、前記一般式(1)で表されるハイ
ドロタルサイト類化合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物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有機酸量,
全ナトリウム量,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有機酸量および全塩素量等
を一定以下に抑制すると、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出しこの発明に
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、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(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。す
なわち、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ことから単独で使用
せず、上記のように併用するのである。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の
双方が含まれるが、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100p
pm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100p
pm,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は、下記の一般式(2)で
表されるオルガノポリシロキサンと反応しているので、
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。
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、後述の
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 --イオン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、単独でもしくは二
種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C成分の含有量は、エポキシ樹脂組成物の樹脂成分
(A+B)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〜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
素化合物等を単独で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
デ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、前記一般式(1)で表されるハイドロタルサイ
ト類化合物(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、かつ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1〜4、比較例1〜11〕 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、導電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℃
×2atm×100%RH)による1000時間の信頼テスト(以下
「PCT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3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 (56)参考文献 特開 昭57−212224(JP,A) 特開 昭62−59626(JP,A) 特開 昭60−147141(JP,A) 特開 昭61−278155(JP,A) 特開 昭62−136860(JP,A) 特開 昭62−254453(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記の(A)〜(C)成分〔但し、(A)
    および(B)成分の少なくとも一方は、下記の一般式
    (2)で表されるオルガノポリシロキサンと反応してい
    る〕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)下記の一般式(1)で表されるハイドロタルサイ
    ト類化合物。 MgxAly(OH)2x+3y-2x(CO3)z・mH2O …(1)
  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
    するものであり、かつ、この臭素化エポキシ樹脂の含有
    量がエポキシ樹脂全体の15〜25重量%の範囲に設定され
    ている請求項(1)記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】上記(C)成分のハイドロタルサイト類化
    合物の粒径が、平均粒径5μm以下であり、かつ、最大
    粒径30μm以下である請求項(1)または(2)記載の
    半導体装置。
  4. 【請求項4】上記(C)成分のハイドロタルサイト類化
    合物の含有量が、エポキシ樹脂組成物の樹脂成分
    〔(A)成分+(B)成分〕に対して0.1〜5重量%の
    範囲に設定されている請求項(1)〜(3)のいずれか
    一項に記載の半導体装置。
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