JP2757938B2 - 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工場のためには、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を酸化アンチ
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。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）〜（Ｄ）成分を含有する三酸化アンチ
モン不含の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） 有機リン化合物。 （Ｄ） Sbの含水酸化物,Biの含水酸化物,Zrの含水酸化
物およびAlの含水酸化物からなる群から選ばれた少なく
とも一つの金属含水酸化物。 すなわち、本発明者らは、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を得るために
研究を重ねた結果、従来より使用されている難燃剤の臭
素化エポキシ樹脂が、硬化促進剤として用いられている
アミン系化合物と反応し臭化水素を発生することを突き
止めた。そこで、さらに、研究を重ねた結果、有機リン
化合物と、特定の原子価を有する遷移金属の含水酸化物
とを組み合わせて用いると、樹脂に難燃性を付与させう
ると同時に、高温雰囲気中に長期間放置しても、従来の
難燃剤のような臭化水素の発生による合金生成を生じ
ず、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。 この発明に用い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、有機リ
ン化合物（Ｃ成分）と、Sbの含水酸化物,Biの含水酸化
物,Zrの含水酸化物およびAlの含水酸化物からなる群か
ら選ばれた少なくとも一つの金属含水酸化物（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，ビスフエノールＡ型エポキシ樹脂，難燃剤の一部と
して用いられているブロム化フエノールノボラツク型エ
ポキシ樹脂等のハロゲン化エポキシ樹脂等、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が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。なお、
ハロゲン化ノボラツク型エポキシ樹脂は、前述のように
熱分解によりハロゲン化水素を発生するために好ましく
ない。 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。 上記Ｃ成分の有機リン化合物、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化合物，有機ホス
フインオキサイド化合物、４級ホスホニウム塩等が使用
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。 これらの有機リン化合物は単独で用いてもよいし併用
してもよい。また、これら有機リン化合物は、難燃剤と
しても作用し、かつ上記Ａ成分およびＢ成分の硬化促進
剤としても作用する。このようなＣ成分の配合量は、エ
ポキシ樹脂組成物の樹脂成分中において、Ｃ成分が0.5
〜10％の範囲内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0.5％を下回ると、得られるエポキ
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、耐湿性が低下する傾向がみられるから
である。 また、上記Ａ〜Ｃ成分とともに用いられるＤ成分は、
Sbの含水酸化物,Biの含水酸化物,Zrの含水酸化物および
Alの含水酸化物からなる群から選ばれた少なくとも一つ
の金属含水酸化物である。このような金属（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，含水酸化ジルコン，含水酸化ビスマス，含水酸化ア
ルミニウムがあげられる。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中にお
いて、Ｄ成分が１〜10％の範囲内に入るように設定する
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〜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。 上記その他の添加剤としては、例えば、離型剤，充填
剤，着色剤、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
チミ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。 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，タルク，シリカ，アルミ
ナ等の粉末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。また、着色剤，シランカ
ツプリング剤としては、従来公知品を使用することがで
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て、
この混合物をミキシングロール機等の混練機にかけ加熱
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を殆ど発生せず、半導体素子に対
する影響が極めて少ない。 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、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
が極めて少ないために、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、有機リン化
合物（Ｃ成分）と、原子価３〜５の金属の含水酸化物
（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、その封止樹脂が上記Ｃ成分およびＤ成
分の作用によつて難燃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従来の難燃剤のようにハロ
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。したがつて、自動車等
の多くの屋外使用機器のように、高温雰囲気に長時間さ
らされるような用途にも好適に使用することができるよ
うになる。 つぎに、実施例について従来例と併せて説明する。 〔実施例１〜８〕 エポキシ樹脂として後記の第１表に示すクレゾールノ
ボラツク型エポキシ樹脂（実施例１〜５）およびフエノ
ールノボラツク型エポキシ樹脂（実施例６〜８）を準備
すると同時に、フエノール樹脂として後記の第１表に示
すフエノールノボラツク樹脂（実施例１〜５）およびク
レゾールノボラツク樹脂（実施例６〜８）を準備した。
さらに、従来からエポキシ樹脂の難燃剤として用いられ
ている臭素化エポキシ樹脂（エポキシ当量285の臭素化
フエノールノボラツク型エポキシ樹脂）を準備した。ま
た、有機リン化合物としてトリフエニルホスフインオキ
サイド，メチルジフエニルホスフインおよびテトラフエ
ニルホスホニウムテトラフエニルボレートを準備し、さ
らに含水金属酸化物として含水五酸化アンチモンおよび
含水酸化ジルコンを準備した。また、充填剤としてはシ
リカ粉末を、その他の添加剤としてはステアリン酸（離
型剤），カーボンブラツク（着色剤），シランカツプリ
ング剤を準備した。 つぎに、上記の原料を後記の第１表に示すような割合
で配合し、ミキシングロール機に掛けて混練したのち冷
却粉砕し、目的とする粉末状のエポキシ樹脂組成物を得
た。 〔比較例〕 上記実施例で用いた原料のうち有機リン化合物を使用
せず、従来からエポキシ樹脂組成物の効果促進剤として
用いられる２−メチルイミダゾールを用いた。それ以外
は実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を製造し
た。 〔従来例〕 上記実施例で用いた原料のうち、有機リン化合物およ
び金属酸化物を使用せず、かつ２−メチルイミダゾール
を用いた。それ以外は実施例１と同様にしてエポキシ樹
脂組成物を製造した。 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２表に示した。 なお、上記第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1/16
インチ（1/40cm）の試料について評価した。 第２表の結果から、実施例品は難燃剤にハロゲン化樹
脂を用いていないため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、難燃性においても従来例と同等の評価
が得られており耐湿性，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 (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/31 (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60−226147（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−207319（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−130953（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−2329（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−79063（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−202118（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）〜（Ｄ）成分を含有する三酸化アンチ
   モン不含の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） 有機リン化合物。 （Ｄ） Sbの含水酸化物,Biの含水酸化物,Zrの含水酸化
   物およびAlの含水酸化物からなる群から選ばれた少なく
   とも一つの金属含水酸化物。 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項ないし第２項のいずれか
   一項に記載の半導体装置。 ４．上記（Ｃ）成分である有機リン化合物の配合量が、
   エポキシ樹脂組成物の樹脂成分中、0.5〜10重量％であ
   る特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか一項に
   記載の半導体装置。 ５．上記（Ｄ）成分である原子価３〜５の金属の含水酸
   化物の配合量が、エポキシ樹脂組成物の樹脂成分中、１
   〜10重量％である特許請求の範囲第１項ないし第４項の
   いずれか一項に記載の半導体装置。