JP2803054B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ペレット保護層として、接着性、耐湿性に
優れたポリイミド樹脂層を有する半導体装置に関する。

（従来の技術） 半導体素子に形成されたpn接合露出表面は、雰囲気の
影響を敏感に受け易いため、二酸化ケイ素膜や窒化ケイ
素膜によって安定化され、さらに安定化膜の上にはベー
ス電極、エミッタ電極がアルミニウム蒸着膜により形成
されている。従来の半導体装置は、この基板ペレットを
タブリードの先端に固着し、素子の電極とリード線間を
金細線あるいはアルミニウム細線によりワイヤボンディ
ングを行い、さらにそのペレット表面をアンダーコート
樹脂被膜により保護した後、機械的強度を持たせるため
と外気からの遮断をするために、基板ペレットを封止樹
脂で封止している。

しかし、半導体装置が急激な温度変化を受け、また高
温高湿の雰囲気にさらされた場合、封止樹脂とボンディ
ングワイヤ、もしくは封止樹脂と半導体基板の熱膨脹率
の差、あるいはアンダーコート樹脂の膨潤に起因して、
ボンディングワイヤの界面および半導体基板の界面に空
隙が生じる。外気に含まれる水分はこの空隙を通して浸
入し、半導体基板又は二酸化ケイ素膜などとアンダーコ
ート樹脂との接着性を劣化せしめる。この結果、水分の
影響により、例えばベース、コレクタ間の逆耐圧不良が
起こり、半導体装置としての機能を果し得なくなる欠点
があった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記の欠点を解消するためになされたもの
で、ボンディングワイヤや半導体基板あるいは二酸化ケ
イ素膜などの安定化膜と極めて良好な接着性を有し、か
つ耐湿性に優れた樹脂保護層を有する、高信頼性の半導
体装置を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明者は、上記の目的を達成しようと鋭意研究を重
ねた結果、後述のポリイミド樹脂組成物を用いることに
よって、目的が達成されることを見いだし、本発明を完
成したものである。すなわち、本発明は、半導体ペレッ
トの周囲を樹脂封止した半導体装置において、半導体ペ
レット表面に直接又は他の絶縁層を介して、 （Ａ）3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸
（その無水物及び低級アルキルエステルを含む）と、 （Ｂ）少なくとも90モル％の一般式（１）又は（２） （但し、式中、Ｘは、CH₂、Ｏ、SO₂、Ｃ（CH₃）_２、Ｃ
（CF₃）_２又はＳを、R¹,R²はCH₃、C₂H₅又は炭素数１〜
２のアルコキシ基を、R³,R⁴は、C₂H₅を、R⁵はベンゼン
核又はシクロヘキサン核を、それぞれ表し、そしてR¹〜
R⁴はいずれもR⁵に関してアミノ基のオルソ位に置換され
ている）で示される芳香族ジアミンを含む芳香族または
脂肪族ジアミンを 反応させた（Ｉ）ポリイミド樹脂を100重量部と、（I
I）アクリル酸エステル若しくはメタクリル酸エステル
を含むモノマー又はオリゴマーを20〜70重量部配合して
なるポリイミド樹脂組成物の樹脂層を形成してなること
を特徴とする半導体装置である。

以下本発明について詳細に説明する。

本発明に用いる（Ｉ）ポリイミド樹脂は、芳香族テト
ラカルボン酸とジアミンとを反応させて得られるもので
あるが、ポリイミド樹脂の第１成分芳香族テトラカルボ
ン酸としては、（Ａ）3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテ
トラカルボン酸及びその無水物並びに低級アルキルエス
テルを用いる。そして、それは100モル％であることが
良い。3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸
が100モル％未満であると光硬化性が劣り好ましくな
い。

第２の成分である（Ｂ）ジアミンに含まれる一般式
（１）又は（２） （但し、式中、Ｘは、CH₂、Ｏ、SO₂、Ｃ（CH₃）_２、Ｃ
（CF₃）_２又はＳを、R¹,R²はCH₃、C₂H₅又はOCH₃若しく
はOC₂H₅の低級アルコキシル基を、R³,R⁴は、C₂H₅を、R⁵
はベンゼン核又はシクロヘキサン核を、それぞれ表し、
そしてR¹〜R⁴はいずれもR⁵に関してアミノ基のオルソ位
に置換されている）で示される芳香族ジアミンとして
は、3,3′−ジメチル−5,5′−ジエチル−4,4′−ジア
ミノジフェニルメタン、3,3′,5,5′−テトラエチル−
4,4′−ジアミノジフェニルメタン、3,3′−ジメチル−
4,4′−ジアミノジシクロヘキシルメタン、3,3′−ジメ
トキシ−4,4′−ジアミノジフェニルメタン、3,3′−ジ
エトキシ−4,4′−ジアミノジフェニルメタン、3,3′−
ジエチル−4,4′−ジアミノジフェニルエーテル、3,3′
−ジエトキシ−4,4′−ジアミノジフェニルエーテル、
3,3′−ジメチル−4,4′−ジアミノジフェニルスルホ
ン、3,3′−ジエチル−4,4′−ジアミノジフェニルスル
ホン、3,3′−ジメトキシ−4,4′−ジアミノジフェニル
スルホン、3,3′−ジエトキシ−4,4′−ジアミノジフェ
ニルスルホン、3,3′−ジメチル−4,4′−ジアミノジフ
ェニルプロパン、3,3′−ジエチル−4,4′−ジアミノジ
フェニルプロパン、3,3′−ジメトキシ−4,4′−ジアミ
ノジフェニルプロパン、3,3′−ジエトキシ−4,4′−ジ
アミノジフェニルプロパン、3,3′−ジメチル−4,4′−
ジアミノジフェニルスルファイド、3,3′−ジエチル−
4,4′−ジアミノジフェニルスルファイド、3,3′−ジメ
トキシ−4,4′−ジアミノジフェニルスルファイド、3,
3′−ジエトキシ−4,4′−ジアミノジフェニルスルファ
イド、4,4′−ジメチル−5,5′−ジアミノジフェニルヘ
キサフルオロプロパン等が挙げられ、これらは単独又は
２種以上混合して用いることができる。このジアミン
は、少なくとも90モル％の上記一般式（１）又は（２）
の芳香族ジアミンを含むことが望ましい。芳香族ジアミ
ンが90モル％未満であると極性溶媒に対する溶解性が劣
る傾向になり好ましくない。また上記一般式（１）又は
（２）の芳香族ジアミンの他に10モル％の一般式（１）
又は（２）の芳香族ジアミン以外の芳香族ジアミン又は
脂肪族ジアミンを配合してもよい。

（Ａ）の3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボ
ン酸と（Ｂ）のジアミンの反応は、ほぼ等モルを有機溶
媒中で30℃以下、好ましくは０℃以下の反応温度下に３
〜12時間付加反応させた後、脱水剤を加えて100℃で脱
水環化して次の一般式（３）又は（４）のポリイミド樹
脂が得られる。

（但し、式中、Ｘは、CH₂、Ｏ、SO₂、Ｃ（CH₃）_２、Ｃ
（CF₃）_２又はＳを、R¹,R²はCH₃、C₂H₅又はOCH₃若しく
はOC₂H₅の低級アルコキシル基を、R³,R⁴は、C₂H₅を、R⁵
はベンゼン核又はシクロヘキサン核を、それぞれ表し、
そしてR¹〜R⁴はいずれもR⁵に関してアミノ基のオルソ位
に置換されている） この付加重合反応において用いる極性溶媒とては、例
えばN,N−ジメチルスルホオキシド、N,N−ジメチルホル
ムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジメチル
アセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、Ｎ−メチ
ル−２−ピロリドン、ヘキサメチレンホスホアミド等が
用いられる。

こうして得られた（Ｉ）ポリイミド樹脂は、ポリイミ
ド樹脂0.5g/N−メチル−５−ピロリドン10mlの濃度の溶
液を30℃において測定した対数粘度が、0.2〜4.0、特に
0.3〜2.0の範囲内にあることが好ましい。

本発明に用いる（II）アクリル系モノマー又はオリゴ
マーとしては、アクリル酸又はメタアクリル酸のエステ
ルやエポキシアクリレート、オリゴアクリルエステル等
が挙げられる。これらは単独又は２種以上混合して使用
することができる。そしてこれらのアクリル系モノマー
及びオリゴマーには増感剤又は光開始剤が含まれてい
る。この増感剤や光開始剤としてベンゾイン、ベンゾイ
ンエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、
ベンゾインフェニルエーテルなどのベンゾインアルキル
エーテル類、ベンゾインチオエーテル類、ベンゾフェノ
ン、アセトフェノン、２−エチル−アントラキノン、塩
化デシル、チオキサントン等が挙げられ、これらは単独
又は２種以上混合して使用することができる。

増感剤又は光開始剤は、上述した（Ｉ）ポリイミド樹
脂100重量部に対して0.05〜2.0重量部配合することが好
ましい。この範囲外では好ましい光反応が得られず好ま
しくない。

上述した（Ｉ）ポリイミド樹脂と（II）アクリル系モ
ノマー又はオリゴマーとを配合してポリイミド樹脂組成
物を得ることができる。配合割合は、（Ｉ）ポリイミド
樹脂100重量部に対して（II）アクリル系モノマー又は
オリゴマーを20〜70重量部、好ましくは30〜60重量部配
合することが望ましい。（II）アクリル系モノマー又は
オリゴマーの配合量が20重量部未満では光反応性が悪
く、また70重量部を超えると耐熱性が劣り好ましくな
い。

ポリイミド樹脂組成物を用いて、半導体ペレット表面
にポリイミド樹脂組成物の樹脂層を形成する場合は、有
機溶媒に５〜40重量％、好ましくは15〜30重量％の割合
に溶解した溶液を使用する（感光性樹脂液）。その場合
の有機溶媒としては、N,N−ジメチルスルホキシド、N,N
−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミ
ド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセト
アミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ヘキサメチレン
ホスホアミド、γ−ブチルラクトン、シクロヘキサノン
等を挙げることができる。

上記感光性樹脂液には、必要に応じて熱重合防止剤を
前記（II）アクリル系モノマー又はオリゴマー100重量
部に対して0.05〜2.0重量部添加することができる。こ
のような熱重合防止剤としてはｐ−メトキシフェノー
ル、ハイドロキノン、2,6−ジｔ−ブチル−４−メチル
フェノール、メチルエーテルハイドロキノン、ベゾエー
ト、ベンゾキノン、４−ヒドロキシメチル−2,6−ジｔ
−ブチルフェノールなどが挙げられ、これらは単独又は
２種以上混合して使用することができる。また必要に応
じてシリカ、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、硫酸
ナトリウム、タルク、ベントナイト等の無機質充填剤や
フタシアニングリーン等の着色剤を添加させることもで
きる。

こうして調製した感光性樹脂液を用いて、半導体チッ
プ表面にポリイミド樹脂組成物の樹脂層を次のようにし
て形成することができる。

まず、感光性樹脂液を基板に塗布し、これを乾燥して
有機溶剤を除去する。基板への塗布は、例えばスプレ
ー、浸漬、スピンコート、ロールコート、カーテンコー
ト等の公知方法により行うことができるし、また塗布膜
の乾燥は、熱風乾燥、遠赤外線乾燥等の方法により120
℃以下、好ましくは100℃以下の温度で行うことが望ま
しい。乾燥後、塗布膜にネガ型のホトマスクを置き、例
えば低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀
灯、キセノンランプ等を用いて紫外線を照射する。次い
で、これを現像溶液をスプレーするか現像溶媒中に浸漬
するか等の方法により現像し、未露光の部分を洗い流
す。この現像溶媒としては、上述した感光性樹脂液の調
製に用いた有機溶媒及び酢酸イソアシル、これとシクロ
ヘキサノンとの混合溶媒系を用いることができる。また
上記の現像は、15〜35℃の温度下に超音波を作用させな
がら行うことが好ましい。その後、120℃〜180℃下に10
〜60分間熱処理し、絶縁保護膜が形成される。

半導体ペレット表面に樹脂層を形成後、エポキシ樹
脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂等の成形材料で注
形、トランスファー成形、射出成形等により0.5〜5mm程
度の厚さに成形封止して半導体装置を製造することがで
きる。

（作用） 本発明に係る特定のポリイミド樹脂組成物を使用した
ことによって半導体ペレット表面とポリイミド樹脂組成
物との接着性が良くなり、素子周辺から湿気を吸収する
ことがなく、耐湿性が向上し、製造工程も簡略化され、
製品の信頼性も向上する。

（実施例） 次に本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図および第２図において、１はシリコン等の半導
体ペレットを示し、その表面層には例えばPNP型トラン
ジスタが形成されている。この半導体ペレット１の表面
にはエミッタ−ベース間、ベース−コレクタ間の接合保
護の二酸化ケイ素膜２が形成され、さらにベース電極
３、エミッタ電極４（更に第２図ではアルミニウム金属
配線９）がアルミニウム蒸着膜により形成されている。
このプレーナー型トランジスタをパッケージングする場
合、半導体ペレット１をタブリード７の先端に固定し、
素子の電極とリード線（図示されない）間を金あるいは
アルミニウムのワイヤ５によりボンディングを行い、ポ
リイミド樹脂からなるアンダーコート樹脂で被覆保護し
てポリイミド樹脂６を形成した後、機械的強度を持たせ
るためと、外気から保護するためにタブリード７の先端
部を含む半導体ペレット１を封止樹脂８で封止して半導
体装置が得られる。この半導体装置について信頼性試験
を行ったところ耐湿性について125℃の飽和水蒸気中で8
00時間以上の高信頼性が得られ、製造工程における不良
もほとんどないことが確認された。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の半導体装置は、従来の
ものと異なる特定のポリイミド樹脂組成物を用いたこと
によって、半導体基板や二酸化ケイ素膜などと接着性が
改善され極めて優れた耐湿性を得ることができた。この
ため浸入水分による劣化がなく、樹脂の界面分極等によ
るリーク電流が生ぜす、またワイヤと電極との接続が確
実な高信頼性の半導体装置を製造することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体装置の構造を示す断面図、
第２図は本発明を適用した他の半導体ペレットの構造を
示す断面図である。 １……半導体ペレット、２……二酸化ケイ素、 ３……ベース電極、４……エミッタ電極、５……ボンデ
ィングワイヤ、６……ポリイミド樹脂、７……ダブリー
ド、８……封止樹脂、９……金属配線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 23/28 - 23/30 C08L 79/08 C08K 5/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ペレットの周囲を樹脂封止した半導
   体装置において、半導体ペレット表面に直接又は他の絶
   縁層を介して、 （Ａ）3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸
   （その無水物及び低級アルキルエステルを含む）と、 （Ｂ）少なくとも90モル％の一般式（１）又は（２） （但し、式中、Ｘは、CH₂、Ｏ、SO₂、Ｃ（CH₃）_２、Ｃ
   （CF₃）_２又はＳを、R¹,R²はCH₃、C₂H₅又は炭素数１〜
   ２のアルコキシ基を、R³,R⁴は、C₂H₅を、R⁵はベンゼン
   核又はシクロヘキサン核を、それぞれ表し、そしてR¹〜
   R⁴はいずれもR⁵に関してアミノ基のオルソ位に置換され
   ている）で示される芳香族ジアミンを含む芳香族または
   脂肪族ジアミンを 反応させた（Ｉ）ポリイミド樹脂を100重量部と、（I
   I）アクリル酸エステル若しくはメタクリル酸エステル
   を含むモノマー又はオリゴマーを20〜70重量部配合して
   なるポリイミド樹脂組成物の樹脂層を形成してなること
   を特徴とする半導体装置。