JP2728204B2 - 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）〜（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）フエノール樹脂。 （Ｃ）臭素化ビスフエノール型エポキシ樹脂。 （Ｄ）有機リン化合物。 （Ｅ）下記の一般式で示される原子価３〜５の金属の含
水酸化物。 MxOy・nH₂O （Ｍは原子価３〜５の金属、x,z,nは正の整数） 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が、通常エポキシ樹脂組成物に硬化
促進剤として含有されているアミン化合物によつて促進
されることを突き止めた。この知見にもとづき、本発明
者らは、各種の硬化促進剤等について検討を重ねた結
果、有機リン化合物からなる硬化促進剤に、原子価３〜
５の金属、好ましくは遷移金属の含水酸化物を組み合わ
せ、さらに臭素化エポキシ樹脂をビスフエノール型にす
ると、樹脂に難撚性を付与させうると同時に、ハロゲン
化水素ガスの発生を抑制して高温放置における優れた信
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。 この発明の半導体装置は、エポキシ樹脂（Ａ成分）
と、フエノール樹脂（Ｂ成分）と、臭素化ビスフエノー
ル型エポキシ樹脂（Ｃ成分）と、有機リン化合物（Ｄ成
分）と、原子価３〜５の金属の含水酸化物（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。 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，ビスフエノール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
であり、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。
これらのエポキシ樹脂における塩素イオンの含有量は10
ppm以下、加水分解性塩素の含有量は0.1重量％（以下
「％」と略す）以下に設定することが好ましい。塩素等
の含有量が上記の範囲を外れると、腐食による素子の不
良が発生しやすくなる傾向がみられるからである。 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Ｃ成分の臭素化ビスフエノール型エポキシ樹脂と
しては、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。エポキシ当量が4
20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。このような臭素化ビスフエノール型エポキシ
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％の範囲内に設定することが好
ましい。すなわち、臭素化ビスフエノール型エポキシ樹
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Ｄ成分の有機リン化合物も特に制限するものでは
なく、市販されている有機ホスフイン類，有機ホスフイ
ンオキサイド類または第四ホスホニウム塩を単独でもし
くは併せて使用することができる。例えば、トリフエニ
ルホスフイン，トリブチルホスフイン，メチルジフエニ
ルホスフイン，トリフエニルホスフインオキサイド，テ
トラフエニルホスホニウムテトラフエニルボレート等が
あげられる。これらは、先に述べたように、単独で使用
してもよいし併用しても差し支えはない。このような有
機リン化合物の配合量は、エポキシ樹脂組成物の樹脂成
分に対して0.5〜５％の割合になるように設定すること
が好ましい。配合量が５％を超えると樹脂組成物硬化体
の耐湿性が劣るようになり、0.5％未満になると樹脂組
成物硬化体の難撚性が劣るという傾向がみられる。 また、上記Ａ〜Ｄ成分とともに用いられるＥ成分は、
原子価３〜５の金属（Ｍ）の含水酸化物であつて、下記
の一般式 MxOy・nH₂O で表されるものであり、好ましくは遷移金属の含水酸化
物である。原子価３〜５の金属としては、Sb,Bi,Zr等が
あげられる。そして、このような遷移金属の含水酸化物
の代表例としては、含水五酸化アンチモン（Sb₂O₅・4H₂
O等），含水酸化ジルコン（ZrO₂・nH₂O），含水酸化ビ
スマス（Bi₂O₃・nH₂O），含水酸化チタン（TiO₂・nH
₂O）があげられる。これらの酸化物は、単独で用いても
よいし併用しても差し支えはない。このようなＤ成分の
配合量は、エポキシ樹脂組成物の樹脂成分に対して、Ｄ
成分が１〜10％の割合になるように設定することが好ま
しい。すなわち、配合量が１％を下回る場合には、エポ
キシ樹脂組成物の難燃性が低下する傾向がみられ、逆に
10％を上回ると、耐湿性の低下現象がみられるからであ
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〜Ｅ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、例えば離型剤，着色
剤，充填剤，シランカツプリング剤等があげられる。 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。なお、アミド系ワツクス類は、アミ
ドの脱臭素促進性のため好ましくない。 上記充填剤としては、特に制限するものではなく、一
般に用いられている石英ガラス粉末，タルク，シリカ粉
末，アルミナ粉末等が適宜に使用される。充填剤の配合
量は樹脂成分の総量に対し重量比で1.5〜４倍程度が好
ましい。４倍以上のときは樹脂の流動性が、悪く1.5倍
以下のときは樹脂の成形性が悪くなるからである。 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
〜Ｅ成分ならびに上記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、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、難燃性に富
み、しかも上記エポキシ樹脂組成物の熱分解により発生
するハロゲン化水素ガスが従来品に比べて極めて少ない
ため、高温放置時における耐熱信頼性が高い。 〔発明の効果〕 以上のように、この発明の半導体装置は、臭素化ビス
フエノール型エポキシ樹脂（Ｃ成分）と、有機リン化合
物（Ｄ成分）と、原子価３〜５の金属の含水酸化物（Ｅ
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、その封止樹脂が上記Ｃ〜Ｅ成分の作用によ
つて難撚性に富んでいるだけでなく、高温雰囲気中に長
期間放置してもハロゲン化水素ガスを殆ど発生しないた
め、高温放置時における優れた信頼性を有している。 つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。 〔実施例１〜11、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。 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２表に示した。 なお、上記２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、樹脂組成
物より発生するハロゲン化水素の量の測定は、サンプル
1gを高温状態にて保存し発生した気体をガスクロマトグ
ラフイーにて測定することにより行つた。難燃性は、UL
−94に準拠して測定し、1/8インチ（1/20cm）および1/1
6インチ（1/40cm）の試料について評価した。 第２表の結果から、実施例品はハロゲン化水素の発生
が殆どなく、このため高温状態に放置したときの素子の
信頼性が高い。そのうえ、難燃性においても問題がな
く、耐湿性，成形性にも問題はない。したがつて、これ
を封止樹脂に用いた半導体装置は、極めて信頼性の高い
ものとなる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 秀人 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60−202118（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−59626（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−138619（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．下記の（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）フエノール樹脂。 （Ｃ）臭素化ビスフエノール型エポキシ樹脂。 （Ｄ）有機リン化合物。 （Ｅ）下記の一般式で示される原子価３〜５の金属の含
   水酸化物。 MxOy・nH₂O （Ｍは原子価３〜５の金属、x,z,nは正の整数） ２．上記（Ａ）成分であるエポキシ樹脂における塩素イ
   オンの含有量が10ppm以下であり、加水分解性塩素の含
   有量が0.1重量％以下である特許請求の範囲第１項記載
   の半導体装置。 ３．上記（Ｂ）成分であるフエノール樹脂として、軟化
   点が50〜110℃、水酸基当量が70〜150のフエノール樹脂
   を用い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。 ４．原子価３〜５の金属が、Sb,Bi,ZrまたはAlである特
   許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか一項に記載の半
   導体装置。 ５．上記（Ｅ）成分が、含水五酸化アンチモンおよび含
   水酸化ジルコンの少なくとも一方である特許請求の範囲
   第１項〜第４項のいずれか一項に記載の半導体装置。 ６．上記（Ｃ）成分である臭素化ビスフエノール型エポ
   キシ樹脂として、エポキシ当量が420以上のものを用い
   る特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれか一項に記載
   の半導体装置。 ７．上記（Ｃ）成分である臭素化ビスフエノール型エポ
   キシ樹脂の使用量が、上記エポキシ樹脂（Ａ），フエノ
   ール樹脂（Ｂ），臭素化ビスフエノール型エポキシ樹脂
   （Ｃ）の合計量（Ａ＋Ｂ＋Ｃ成分）中、１〜10重量％で
   ある特許請求の範囲第１項〜第６項のいずれか一項に記
   載の半導体装置。 ８．有機リン化合物が、有機ホスフイン類，有機ホスフ
   インオキサイド類および第四ホスホニウム塩からなる群
   から選ばれた少なくとも一つの有機リン化合物である特
   許請求の範囲第１項〜第７項記載のいずれか一項に記載
   の半導体装置。