JP2921800B2 - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents
樹脂封止型半導体装置Info
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Epoxy Resins (AREA)
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、樹脂封止型半導体装
置に関するものである。
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、パワー素子を樹脂にて封止した半
導体装置においては、パワー素子の熱は成形樹脂を伝わ
って放熱され、又、成形樹脂は直接素子を保護してい
る。このため、成形樹脂の熱伝導率と耐湿性は装置全体
の信頼性に影響する。この成形樹脂は、エポキシ樹脂と
充填材からなる混合系であり、一般に充填材としては、
溶解シリカ、結晶シリカが用いられるが、素子からの放
熱性を上げるために、さらに高熱伝導な充填材を用いる
ことが必要である。このような充填材としては、アルミ
ナ、窒化珪素、マグネシア等があるが、窒化物（窒化珪
素等）やマグネシアは水蒸気により分解して樹脂の劣化
を早めるため半導体封止には不適当である。又、アルミ
ナは水蒸気に対し十分安定であり半導体封止用材料とし
ては適したものである（例えば、特開昭６３−１６０２
５４号公報、特開昭６２−２４０３１３号公報）。
導体装置においては、パワー素子の熱は成形樹脂を伝わ
って放熱され、又、成形樹脂は直接素子を保護してい
る。このため、成形樹脂の熱伝導率と耐湿性は装置全体
の信頼性に影響する。この成形樹脂は、エポキシ樹脂と
充填材からなる混合系であり、一般に充填材としては、
溶解シリカ、結晶シリカが用いられるが、素子からの放
熱性を上げるために、さらに高熱伝導な充填材を用いる
ことが必要である。このような充填材としては、アルミ
ナ、窒化珪素、マグネシア等があるが、窒化物（窒化珪
素等）やマグネシアは水蒸気により分解して樹脂の劣化
を早めるため半導体封止には不適当である。又、アルミ
ナは水蒸気に対し十分安定であり半導体封止用材料とし
ては適したものである（例えば、特開昭６３−１６０２
５４号公報、特開昭６２−２４０３１３号公報）。
【０００３】一方、耐湿性を向上させるためには、樹脂
中の不純物イオン、特に、アルミ腐食を促進させる塩素
イオンを低減することが必要である。塩素は、エポキシ
樹脂の合成段階において、樹脂にエポキシ基を付加する
際の副反応として樹脂中に結合され、これが樹脂の成形
時において樹脂の硬化速度を速めるため添加される触媒
と反応して塩素イオンとして遊離するものである。従っ
て、塩素イオンを低減させるためには、硬化触媒の種類
を選択しなければならない。特に、有機リン系触媒（ト
リフェニルホスフィン（ＴＰＰ）等）は、イミダゾール
系触媒と較べ、低塩素化できる（例えば、特開昭６２−
２２３２１８号公報）。
中の不純物イオン、特に、アルミ腐食を促進させる塩素
イオンを低減することが必要である。塩素は、エポキシ
樹脂の合成段階において、樹脂にエポキシ基を付加する
際の副反応として樹脂中に結合され、これが樹脂の成形
時において樹脂の硬化速度を速めるため添加される触媒
と反応して塩素イオンとして遊離するものである。従っ
て、塩素イオンを低減させるためには、硬化触媒の種類
を選択しなければならない。特に、有機リン系触媒（ト
リフェニルホスフィン（ＴＰＰ）等）は、イミダゾール
系触媒と較べ、低塩素化できる（例えば、特開昭６２−
２２３２１８号公報）。
【０００４】従って、パワー素子を樹脂にて封止した半
導体装置においては、放熱性と耐湿性を同時に満足させ
るために、充填材としてアルミナを、触媒として有機リ
ン系を用いる必要がある。
導体装置においては、放熱性と耐湿性を同時に満足させ
るために、充填材としてアルミナを、触媒として有機リ
ン系を用いる必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、本発明者ら
による実験により次のことが判明した。即ち、表１での
比較例１は、アルミナ充填材と有機リン系触媒（ＴＰ
Ｐ）を組み合わせたものであり、図４に示したように、
樹脂製造後（樹脂と充填材を混合した後）に樹脂を保管
しておきパワー素子を封止した場合には、その保管時間
と共に樹脂の硬化度が低下してしまうことがわかった。
による実験により次のことが判明した。即ち、表１での
比較例１は、アルミナ充填材と有機リン系触媒（ＴＰ
Ｐ）を組み合わせたものであり、図４に示したように、
樹脂製造後（樹脂と充填材を混合した後）に樹脂を保管
しておきパワー素子を封止した場合には、その保管時間
と共に樹脂の硬化度が低下してしまうことがわかった。
【０００６】
【表１】 この発明の目的は、樹脂と充填材の混合後の樹脂の硬化
度低下を回避することができるとともに、放熱性と耐湿
性を同時に満足させる樹脂封止型半導体装置を提供する
ことにある。
度低下を回避することができるとともに、放熱性と耐湿
性を同時に満足させる樹脂封止型半導体装置を提供する
ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このように樹脂の硬度が
低下するのは、樹脂の硬化が不十分であるためであり、
これは本来樹脂の硬化を促進させる触媒が十分働いてい
ないためと考えられる。又、表１での比較例２，３のよ
うに、アルミナとイミダゾール触媒、結晶シリカと有機
リン系触媒（ＴＰＰ）の場合には、この現象が現れな
い。これらのことから、この現象は、アルミナと有機リ
ン系触媒が失活しているためと考えられ、アルミナ表面
には多くの活性点がありこの活性点が触媒を変質させて
いるものと思われる。
低下するのは、樹脂の硬化が不十分であるためであり、
これは本来樹脂の硬化を促進させる触媒が十分働いてい
ないためと考えられる。又、表１での比較例２，３のよ
うに、アルミナとイミダゾール触媒、結晶シリカと有機
リン系触媒（ＴＰＰ）の場合には、この現象が現れな
い。これらのことから、この現象は、アルミナと有機リ
ン系触媒が失活しているためと考えられ、アルミナ表面
には多くの活性点がありこの活性点が触媒を変質させて
いるものと思われる。
【０００８】そこで、この発明は、エポキシ樹脂を主要
成分とする樹脂にアルミナ及び有機リン系硬化触媒を混
合して半導体チップを封止した樹脂封止型半導体装置に
おいて、前記アルミナは、シランカップリング剤の溶液
に分散されて加熱乾燥されることにより表面活性点がコ
ーティングされたアルミナ粉末であり、前記硬化触媒
は、錯塩化したテトラフェニルホスホニウム化合物を用
いたことを特徴とする樹脂封止型半導体装置をその要旨
としている。
成分とする樹脂にアルミナ及び有機リン系硬化触媒を混
合して半導体チップを封止した樹脂封止型半導体装置に
おいて、前記アルミナは、シランカップリング剤の溶液
に分散されて加熱乾燥されることにより表面活性点がコ
ーティングされたアルミナ粉末であり、前記硬化触媒
は、錯塩化したテトラフェニルホスホニウム化合物を用
いたことを特徴とする樹脂封止型半導体装置をその要旨
としている。
【０００９】
【作用】前記構成によれば、コーティング剤がアルミナ
の反応活性点を覆い、触媒との反応が抑制され、樹脂が
硬化される。そして、錯塩化したテトラフェニルホスホ
ニウム化合物により、錯塩の配位子により触媒とアルミ
ナとの反応が抑制され、硬化阻害が防止される。
の反応活性点を覆い、触媒との反応が抑制され、樹脂が
硬化される。そして、錯塩化したテトラフェニルホスホ
ニウム化合物により、錯塩の配位子により触媒とアルミ
ナとの反応が抑制され、硬化阻害が防止される。
【００１０】
【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に従って説明する。図１に示すように、フレーム１上に
パワートランジスタを形成したシリコンチップ（パワー
素子）２と、制御回路を形成したシリコンチップ（制御
素子）３が配置されている。又、アルミ細線によるワイ
ヤ４にてシリコンチップ２，３の素子間が電気的に接続
されるとともに、ワイヤ５にてシリコンチップ２，３の
素子とフレーム１とが電気的に接続されている。そし
て、シリコンチップ２，３は封止樹脂６で一体形成され
ている。表２に示すように、この封止樹脂６は、エポキ
シ樹脂とフェノール樹脂とからなる母材に対し、有機リ
ン系触媒であるテトラフェニルホスホニウム化合物とし
て、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレー
ト（ＴＰＰＴＰＢ）とアルミナが混合されている。
に従って説明する。図１に示すように、フレーム１上に
パワートランジスタを形成したシリコンチップ（パワー
素子）２と、制御回路を形成したシリコンチップ（制御
素子）３が配置されている。又、アルミ細線によるワイ
ヤ４にてシリコンチップ２，３の素子間が電気的に接続
されるとともに、ワイヤ５にてシリコンチップ２，３の
素子とフレーム１とが電気的に接続されている。そし
て、シリコンチップ２，３は封止樹脂６で一体形成され
ている。表２に示すように、この封止樹脂６は、エポキ
シ樹脂とフェノール樹脂とからなる母材に対し、有機リ
ン系触媒であるテトラフェニルホスホニウム化合物とし
て、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレー
ト（ＴＰＰＴＰＢ）とアルミナが混合されている。
【００１１】
【表２】 又、アルミナには硬化阻害のためにエポキシ変性シラン
カップリング剤がコーティングされているこのコーティ
ングは、アルミナ粉末をエポキシ変性シランカップリン
グ剤の溶液に分散させ、この後加熱処理して乾燥させた
ものである。
カップリング剤がコーティングされているこのコーティ
ングは、アルミナ粉末をエポキシ変性シランカップリン
グ剤の溶液に分散させ、この後加熱処理して乾燥させた
ものである。
【００１２】図２には、樹脂製造後（樹脂と充填材を混
合した後）に樹脂を保管しておきシリコンチップ２，３
を封止したときの保管期間と熱時硬度との関係を示す。
同図から、本実施例の半導体装置は、硬化阻害に対し、
効果が認められた。これは、コーティング剤がアルミナ
の反応活性点と結合し、触媒との反応が抑制されるため
と考えられる。
合した後）に樹脂を保管しておきシリコンチップ２，３
を封止したときの保管期間と熱時硬度との関係を示す。
同図から、本実施例の半導体装置は、硬化阻害に対し、
効果が認められた。これは、コーティング剤がアルミナ
の反応活性点と結合し、触媒との反応が抑制されるため
と考えられる。
【００１３】尚、表１，表２、図２，図４においては、
１７５℃で３分間硬化させ、成形金型を開けた直後にＡ
ＳＴＭショアＤ硬度計にて、樹脂の硬度（硬さ）を測定
したものである。
１７５℃で３分間硬化させ、成形金型を開けた直後にＡ
ＳＴＭショアＤ硬度計にて、樹脂の硬度（硬さ）を測定
したものである。
【００１４】このように本実施例では、アルミナに、ア
ルミナの表面活性を覆うコーティング剤を施した。その
結果、硬化触媒との反応を抑制する膜をもったアルミナ
を用い、アルミナという熱伝導性の高いフィラーを用
い、しかも、有機リン系硬化触媒は、錯塩化したテトラ
フェニルホスホニウム化合物を用いたため、耐湿性に優
れる触媒を同時に用いることができる。これによりシリ
コンチップ２，３は、素子からの放熱がよく、しかも耐
湿性に優れる。又、樹脂と充填材を混合した後に樹脂の
硬化度が低下するのを回避することができる。特に、図
１のように、パワー素子とそれを制御する素子間をアル
ミ細線（ワイヤ４）で接続する場合にはアルミ細線が腐
食し易いため、このような樹脂が有効である。尚、図３
のようにパワー素子を形成したシリコンチップ７のみを
搭載した構造においても、素子表面の腐食防止のため、
このような樹脂を用いることが望ましい。
ルミナの表面活性を覆うコーティング剤を施した。その
結果、硬化触媒との反応を抑制する膜をもったアルミナ
を用い、アルミナという熱伝導性の高いフィラーを用
い、しかも、有機リン系硬化触媒は、錯塩化したテトラ
フェニルホスホニウム化合物を用いたため、耐湿性に優
れる触媒を同時に用いることができる。これによりシリ
コンチップ２，３は、素子からの放熱がよく、しかも耐
湿性に優れる。又、樹脂と充填材を混合した後に樹脂の
硬化度が低下するのを回避することができる。特に、図
１のように、パワー素子とそれを制御する素子間をアル
ミ細線（ワイヤ４）で接続する場合にはアルミ細線が腐
食し易いため、このような樹脂が有効である。尚、図３
のようにパワー素子を形成したシリコンチップ７のみを
搭載した構造においても、素子表面の腐食防止のため、
このような樹脂を用いることが望ましい。
【００１５】比較例４として、有機リン系硬化触媒とし
て、錯塩化したテトラフェニルホスホニウム化合物の代
わりに、トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）をアルミナ
と混合したものである。他の条件は実施例と同様にし
た。
て、錯塩化したテトラフェニルホスホニウム化合物の代
わりに、トリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）をアルミナ
と混合したものである。他の条件は実施例と同様にし
た。
【００１６】この比較例４では、図２に示すように樹脂
が吸水すると硬化が低下する。つまり、図２示すよう
に、製造後１０日間の樹脂に０．１ｗｔ％の吸水をさせ
ると、熱時硬度が「８６」から「７６」に低下した。
が吸水すると硬化が低下する。つまり、図２示すよう
に、製造後１０日間の樹脂に０．１ｗｔ％の吸水をさせ
ると、熱時硬度が「８６」から「７６」に低下した。
【００１７】それに対して、実施例では図２に示すよう
に、硬化阻害がなく、吸水時の硬化低下も発生しなくな
っている。これは、触媒を錯塩化すると、配位子によ
り、触媒とアルミナとの反応が抑制されるため、効果阻
害が起きないと考えられる。
に、硬化阻害がなく、吸水時の硬化低下も発生しなくな
っている。これは、触媒を錯塩化すると、配位子によ
り、触媒とアルミナとの反応が抑制されるため、効果阻
害が起きないと考えられる。
【００１８】尚、硬化触媒は、テトラフェニルホスホニ
ウム系化合物の錯塩であればよいが、成形時の硬化特性
が低下しないものを選択する必要がある。このように本
実施例では、エポキシ樹脂の硬化触媒として、錯塩化し
たテトラフェニルホスホニウム系化合物の触媒を用い
た。その結果、錯塩化したテトラフェニルホスホニウム
系化合物を用いることで、アルミナによる触媒毒作用を
なくし加熱性と耐湿性を同時に満足させ、かつ、樹脂と
充填材を混合した後に樹脂の硬化度が低下するのを回避
することができる。
ウム系化合物の錯塩であればよいが、成形時の硬化特性
が低下しないものを選択する必要がある。このように本
実施例では、エポキシ樹脂の硬化触媒として、錯塩化し
たテトラフェニルホスホニウム系化合物の触媒を用い
た。その結果、錯塩化したテトラフェニルホスホニウム
系化合物を用いることで、アルミナによる触媒毒作用を
なくし加熱性と耐湿性を同時に満足させ、かつ、樹脂と
充填材を混合した後に樹脂の硬化度が低下するのを回避
することができる。
【００１９】従来及び本発明よる樹脂を用い、図１の構
造の製品を評価した結果を、表１，表２に示す。パワー
素子からの放熱性を、熱抵抗より測定した。又、耐湿性
は、パワー素子と制御素子間を結合するアルミ細線（φ
５０μｍ）がプレッシャクッカ通電試験（１２１℃，１
００％，２０Ｖ）において腐食して断線するまでの試験
時間により測定した。表１の比較例に対し、表２の実施
例では、低熱抵抗（放熱性）と、耐熱性を同時に大幅に
向上させることができ、このような構造の製品の信頼性
を確保することができる。
造の製品を評価した結果を、表１，表２に示す。パワー
素子からの放熱性を、熱抵抗より測定した。又、耐湿性
は、パワー素子と制御素子間を結合するアルミ細線（φ
５０μｍ）がプレッシャクッカ通電試験（１２１℃，１
００％，２０Ｖ）において腐食して断線するまでの試験
時間により測定した。表１の比較例に対し、表２の実施
例では、低熱抵抗（放熱性）と、耐熱性を同時に大幅に
向上させることができ、このような構造の製品の信頼性
を確保することができる。
【００２０】尚、この発明の実施例は、上記各実施例に
限定されるものではなく、例えば、フィラーとして、ア
ルミナに加えそれ以外の素材、例えば、溶解シリカ、結
晶シリカ等を混合してもよく、特に低応力化のために溶
解シリカを混合することが望ましい。
限定されるものではなく、例えば、フィラーとして、ア
ルミナに加えそれ以外の素材、例えば、溶解シリカ、結
晶シリカ等を混合してもよく、特に低応力化のために溶
解シリカを混合することが望ましい。
【００２１】又、エポキシ樹脂としては、ｏ−クレゾー
ルノボラックエポキシ樹脂、ビスフェノールエポキシ樹
脂等、エポキシ樹脂のどれを用いてもよい。さらに、低
応力化のためにエポキシ樹脂中にシリコーン樹脂などを
分散させておくことが望ましい。
ルノボラックエポキシ樹脂、ビスフェノールエポキシ樹
脂等、エポキシ樹脂のどれを用いてもよい。さらに、低
応力化のためにエポキシ樹脂中にシリコーン樹脂などを
分散させておくことが望ましい。
【００２２】
【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、樹脂と充填材の混合後の樹脂の硬化度低下を防止す
ることができるとともに、放熱性と耐湿性とを同時に満
足させることができる優れた効果を奏する。
ば、樹脂と充填材の混合後の樹脂の硬化度低下を防止す
ることができるとともに、放熱性と耐湿性とを同時に満
足させることができる優れた効果を奏する。
【００２３】又、樹脂が吸水した場合においても、硬化
阻害がなく、吸水時の硬化低下が発生することがない優
れた効果を奏する。
阻害がなく、吸水時の硬化低下が発生することがない優
れた効果を奏する。
【図１】実施例の樹脂封止型半導体装置の断面図であ
る。
る。
【図２】製造後の保管日数と熱時硬度との関係を表す図
である。
である。
【図３】樹脂封止型半導体装置の断面図である。
【図４】製造後の保管日数と熱時硬度との関係を示す図
である。
である。
２ シリコンチップ（パワー素子）、３ シリコンチッ
プ（制御素子）、６封止樹脂。
プ（制御素子）、６封止樹脂。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 浩司 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装 株式会社 内 (72)発明者 塩原 利夫 群馬県安中市磯部二丁目13番１号 信越 化学工業株式会社シリコーン電子材料技 術研究所 内 (72)発明者 二ッ森 浩二 群馬県安中市磯部二丁目13番１号 信越 化学工業株式会社シリコーン電子材料技 術研究所 内 (72)発明者 片山 誠司 群馬県安中市磯部二丁目13番１号 信越 化学工業株式会社シリコーン電子材料技 術研究所 内 (56)参考文献 特開 平３−296526（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−135415（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−124927（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−60874（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−248823（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−206667（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 23/30 R
Claims (1)
- 【請求項１】 エポキシ樹脂を主要成分とする樹脂にア
ルミナ及び有機リン系硬化触媒を混合して半導体チップ
を封止した樹脂封止型半導体装置において、前記アルミナは、シランカップリング剤の溶液に分散さ
れて加熱乾燥されることにより表面活性点がコーティン
グされたアルミナ粉末であり、 前記有機リン系硬化触媒は、錯塩化したテトラフェニル
ホスホニウム化合物を用いたこと を特徴とする樹脂封止
型半導体装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6335191A JP2921800B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 樹脂封止型半導体装置 |
| US07/856,767 US5362775A (en) | 1991-03-27 | 1992-03-24 | Epoxy resin composition and cured product thereof |
| DE19924210127 DE4210127C2 (de) | 1991-03-27 | 1992-03-27 | Epoxyharzzusammensetzung und gehärtetes Produkt hiervon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6335191A JP2921800B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 樹脂封止型半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04298067A JPH04298067A (ja) | 1992-10-21 |
| JP2921800B2 true JP2921800B2 (ja) | 1999-07-19 |
Family
ID=13226744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6335191A Expired - Lifetime JP2921800B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 樹脂封止型半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2921800B2 (ja) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4860874A (ja) * | 1971-11-30 | 1973-08-25 | ||
| JPS63135415A (ja) * | 1986-11-27 | 1988-06-07 | Toshiba Corp | 半導体装置封止用エポキシ樹脂組成物 |
| JPS63248823A (ja) * | 1987-04-02 | 1988-10-17 | Toshiba Corp | エポキシ樹脂組成物及び樹脂封止型半導体装置 |
| JPH02124927A (ja) * | 1988-11-02 | 1990-05-14 | Matsushita Electric Works Ltd | エポキシ樹脂成形材料 |
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| JPH082943B2 (ja) * | 1990-04-17 | 1996-01-17 | 信越化学工業株式会社 | エポキシ樹脂組成物 |
-
1991
- 1991-03-27 JP JP6335191A patent/JP2921800B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04298067A (ja) | 1992-10-21 |
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