JPH02123758A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ この発明は、信軌性、特に耐湿信頼性に優れた半導体装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来から、樹脂封止される半導体装置において、リード
フレームと封止樹脂との間に隙間が生じ、その隙間から
水分が侵入して半導体装置内の配線が損傷するという事
故がしばしば発生し問題になっている。また、上記のよ
うな封止樹脂とリードフレームとの間に隙間が生ずると
、半導体装置の製造中またはパッケージ実装中の温度変
化の際に発生する熱応力によって封止樹脂硬化体に亀裂
が生じ易（なることも熱応力解析の結果から明らかにさ
れている。これらのことから、封止樹脂とリードフレー
ムとの密着性を高めることは、半導体装置の信顧性を向
上させるうえで欠かせない要因の一つである。特に、最
近ではチップサイズが小形化し、封止樹脂とリードフレ
ームとの接合面積が相対的に小さくなる傾向にあり、密
着性がますます重要になっている。

このようなことから、リードフレームと封止樹脂との密
着性を高める方法として、■リードフレーム表面を粗面
化する方法、■リードフレーム表面に酸化被膜を形成す
る方法、■リードフレームにめっきを施す方法等が提案
されている。

〔発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記のような方法では、リードフレーム
と封止樹脂との密着性の向上の点においてその効果は未
だ不充分であり、なおかつめつき性や半田加工性が低下
し、製造コストが高くなるという欠点を有している。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、耐
湿信鯨性に優れた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、
表面から１０人の厚み範囲を除去して得られた新表面で
測定したＸ線光電子分光分析法による炭素量が２０原子
％以下である半導体リードフレームを用い、かつ下記の
（Ａ）〜（Ｄ）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）１分子中にエポキシ基またはアミノ基含有有機基
を少なくとも１個有するシリコーン樹脂。

（Ｃ）硬化剤。

（Ｄ）無機質充填剤。

（作用〕 すなわち、本発明者らは、リードフレームと封止樹脂と
の密着性を向上させるため一連の研究を重ねる過程で、
リードフレームの表面状態の汚れ等が密着性に影響を与
えるのではないかと着想し、リードフレーム素材の表面
をＸ線光電子分光分析法（以下ｒＥＳＣＡＪと略称す）
によって分析してみた。その結果、リードフレーム素材
の表面が炭素原子と酸素原子によって汚染されているこ
とがわかった。上記炭素原子は、リードフレームの製造
工程中または梱包の際に付着した油類に由来するものと
考えられ、一方上記酸素原子は大気中からの酸化または
吸着に起因するものと考えられる。そして、本発明者ら
は、さらに研究を重ねた結果、上記炭素原子および酸素
原子の汚染原子のうち、特に炭素原子がリードフレーム
と封止樹脂との密着性を劣化させる最大の要因であるこ
とを突き止め、これの除去と、封止樹脂組成物中に特殊
なシリコーン樹脂を配合することとを組み合わせると、
耐湿信転性の大幅な向上効果が得られることを見出しこ
の発明に到達した。

この発明の半導体装置は、表面から１０人の厚み範囲を
除去して炭素量がある特定値以下になっているリードフ
レームと、特殊なエポキシ樹脂組成物とを用いて得られ
るものである。

上記リードフレームとしては、その表面から１０人の厚
み範囲を除去して得られた新表面の炭素量がＥＳＣＡに
よる測定で２０原子％（以下「％」と略す）以下のもの
が用いられる。これはつぎのような理由による。すなわ
ち、リードフレーム表面の炭素原子による汚染状況は、
ＥＳＣＡによる最表面の分析では、正確には評価できな
いため、これを基準とすることはできない。しかし、表
面を１分間のスパッタリングによって約１０人除去した
面でＥＳＣＡによる分析を行うと、樹脂との密着性の良
いリードフレームとそうでないものとの間で炭素原子量
に歴然と差がみられる。樹脂との密着性の良いリードフ
レームは、１分間のスパッタリングにより最表面から約
１０人除去した面での炭素原子含有量が全て２０％以下
であるのに対し、密着性の悪いリードフレームは、この
値が２０％を超えている。このことから、上記新表面の
炭素原子量は上記のように規定される。なお、密着性の
良いものと悪いもので、酸素含有量には一定の傾向は認
められない。

なお、上記スパッタリングによるリードフレームの表面
除去をさらに進めて、最表面から約３０入除去された面
のＥＳＣＡによる測定においては、炭素原子および酸素
原子による汚染は殆ど除去されている。このことから、
上記原子による汚染の深さは、せいぜい約３０人程度と
考えられるのであるが、このように表面を深く除去する
のは容易ではない。したがって、この発明では、実用上
から、先に述べたように１０人の厚み範囲を除去し、こ
の時の炭素原子量を規定することがなされている。

上記リードフレーム表面から１０人の厚み範囲を除去し
て得られた新表面の炭素量がＥＳＣＡによる測定で２０
％以下とする方法としては、表面から１０人の厚み範囲
を除去するのに先立って、リードフレームを、（ａ）ド
ライ水素中で焼鈍する方法、（ｂ）表面活性化剤と有機
溶剤とで入念に洗浄する方法等が有効である。なかでも
、（ｂ）の方法の一例として、下記に示す洗浄工程を備
えた方法があげられる。

■中性洗剤（表面活性化剤）浸漬　　１０分■水洗（イ
オン交換水）　　　　　　　　１分■トリクロロエチレ
ン蒸気洗浄　　　　１分■トリクロロエチレン浸漬　　
　　　　５分■アセトン洗浄 ■乾燥 なお、ＥＳＣＡにおける光電子脱出深さは数十人といわ
れ、またこの深さは、Ｘ線発生のための電子加速電圧等
の分析条件に殆ど影響されないといわれている。

また、上記リードフレームとともに用いられる特殊なエ
ポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ成分）と特殊な
シリコーン樹脂（Ｂ成分）と硬化剤（Ｃ成分）と無機質
充填剤（Ｄ成分）とを用いて得られるものであって、通
常、粉末状もしくはそれを打錠したタブレット状になっ
ている。

上記Ａ成分のエポキシ樹脂としては、１分子中にエポキ
シ基を少な（とも１個有するものであれば、分子構造、
性状１分子量等には特に制限はなく、例えば、スチレン
オキシド、シクロヘキセンオキシド、プロピレンオキシ
ド、メチルグリシジルエーテル、エチルグリシジルエー
テル、フェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジル
エーテル、オクチレンオキシド、ドデセンオキシド、２
２′−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパンのジグ
リシジルエーテル、ブタジエンジエボキシド、ビニルシ
クロヘキセンジオキシド、レゾルシンのジグリシジルエ
ーテル、１．４−ビス（２３−エポキシプロポキシ）ベ
ンゼン、４．４′−ビス（２，３−エポキシプロポキシ
）ジフェニルエーテル、１４−ビス（２，３−エポキシ
プロポキシ）シクロヘキセン、ビス（３，４−エポキシ
−６−メチルシクロヘキシルメチル）アジペート、多価
フェノールまたは多価アルコールとエピクロルヒドリン
とを縮合させて得られるエポキシグリシジルエーテル、
ポリグリシジルエステル、ノボラック型フェノール樹脂
（あるい′はハロゲン化ノボラック型フェノール樹脂）
とエピクロルヒドリンとを縮合させて得られるエポキシ
ノボラック、過酸化法によりエポキシ化したエポキシ化
ポリオレフィン、エポキシ化ポリブタジェン等があげら
れる。

上記Ｂ成分である特殊なシリコーン樹脂としては、１分
子中にエポキシ基またはアミノ基含有有機基を少なくと
も１個有するものが用いられる。

上記条件を満たすものであれば、特にその樹脂構造を制
限するものではなく、例えば、上記シリコーン樹脂を構
成する主シロキサン単位および任意のシロキサン単位さ
らに分子中のいずれかに結合している水酸基または加水
分解が可能な基を考慮すれば、下記の式で表されるもの
があげられる。

（Ｒ＋　ＲｔＳｉＯ）　ｎ　（Ｒ＋ＲｚＲ３ＳｉＯｏ、
　ｓ）ｍ　（Ｒ４ＳｉＯ１，ｓ）　Ｉ）　（Ｒ＋Ｒ＜５
ｔＯ）　Ｑ（ＲｓＳｉＯ＋、　ｓ）ｒ このようなエポキシ基またはアミノ基含有有機基として
は、例えば、 ００ＣＨｚＣ１ｈ　、　ＮＨＩＣＨ！　’、　ＮＨｚＣ
ＨｚＣＨｚ−ＮＨｚＣＨｇＣＨｚＣＨｚ　　、　　ＣＨ
ＪＨ（Ｊｌｚ　　、　　Ｃ１（＋ＣＨｘＮ）Ｉｃ）ｂ−
ＮＨ３１ｊｌｚＣＦＩｇ　　　、　　ＮＨｓＣＨｚＣｌ
（ｚｃＨｇ−等があげられる。

なお、上記エポキシ基またはアミノ基含有有機基は、通
常、珪素原子に直結しており、このようなシリコーン樹
脂は、それぞれ対応するシラン化合物を加水分解、縮合
することにより容易に合成することができる。具体的に
は、下記に示すようなものがあげられる。

上記に例示したシリコーン樹脂は、いずれも加水分解、
縮合により生成される主シロキサン単位の平均組成式を
表したもので、少なくとも１個のエポキシ基またはアミ
ノ基含有有機基が珪素原子に直結しているものである。

この発明において、上記シリコーン樹脂の珪素含有量は
、通常、１０〜８０重量％（以下「％」と略す）、好ま
しくは３０〜６０％に設定することが好適である。

上記Ｂ成分のシリコーン樹脂の使用量は、エポキシ樹脂
組成物全体の０．０１〜５％、好ましくは０．１〜３％
の範囲に設定することが好適である。

すなわち、上記シリコーン樹脂の使用量が少なすぎると
、この発明の目的の達成が困難になり、逆に使用量が多
すぎると成形時の著しいばり等の発生により成形材料と
しての特性を低下させるようになるからである。

上記Ｃ成分の硬化剤としては、従来公知のものを用いる
ことができ、例えば、無水フタル酸、無水へキサヒドロ
フタル酸、無水トリメリット酸、テトラヒドロ無水フタ
ル酸、無水ピロメリット酸、無水ドデシルコハク酸、無
水メチルナジック酸、無水クロレンデイック酸、無水ベ
ンゾフェノンテトラカルボン酸、無水ブタンテトラカル
ボン酸等の酸無水物、エチレンジアミン、ジエチレント
リアミン、トリエチレンテトラミン、ジエチルアミンプ
ロピルアミン、Ｎ−アミノエチルピペラジン、ビス（４
−アミノ−３−メチルシクロヘキシル）メタン、メタキ
シリレンアミン、メンタンジアミン、３．９−ビス（３
−アミノプロピル）−２，４，８，１０−テトラオキサ
スピロ（５，５）ウンデカン等のアミン化合物、エポキ
シ樹脂−ジエチレントリアミンアダクト、アミン−エチ
レンオキサイドアダクト、シアノエチル化ポリアミン等
の変性脂肪族ポリアミン、フェノール、ビスフェノール
Ａ１ビスフエノールＦ１テトラブロモビスフエノールＡ
１クレゾール等のフェノール化合物、キシレン樹脂、キ
シロツク樹脂等をあげることができる。特に、上記に例
示した硬化剤の中でもフェノール化合物を用いることが
好ましく、また前述のＡ成分であるエポキシ樹脂および
上記Ｃ成分である硬化剤として、それぞれハロゲン化さ
れたものを用いると得られる成形品に難燃性を付与する
ことができる。

上記Ｃ成分である硬化剤の配合量は、一般にＡ成分であ
るエポキシ樹脂中のエポキシ基の数（功とＣ成分である
硬化剤中の官能基の数（ト）との比率により決定され、
通常、（Ｘ）　／　（ｙ）が０．５〜２．０の範囲にな
るように配合することが好ましい、しかし、必ずしも上
記範囲に限定されるものではなく、極端な場合、Ａ成分
であるエポキシ樹脂に後述の硬化促進剤を少量添加する
ことにより、Ｂ成分である硬化剤を殆ど使用せずに硬化
を確実に行うこともできる。

さらに、上記り成分の無機質充填剤としては、シリカ、
タルク、アルミナ、水酸化アルミニウム、亜鉛華、炭酸
カルシウム、ガラス繊維、アスベスト等があげられるが
、半導体封止用樹脂組成物に用いられる場合には高純度
物が得られ易いシリカを使用することが好ましい。上記
り成分の無機質充填剤の配合量は、特に限定されるもの
ではなく、適宜選択される。

また、この発明では、上記Ａ成分、Ｂ成分、Ｃ成分およ
びＤ成分以外に必要に応じて離型剤、顔料、難燃剤、硬
化促進剤、酸化防止剤、電蝕防止剤、流動調節剤等を用
いることができる。

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成分原料ならびに必要に応じて上記その他の添加剤を
適宜配合する。そして、この混合物を混線機にかけ加熱
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
程により製造することができる。

このようなエポキシ樹脂組成物および上記表面処理され
た特殊なリードフレーム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、通常の方法、例えばトラン
スファ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、耐湿信鯨性に優
れている。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、表面が所定の
厚み除去され炭素量が少なくなっているリードフレーム
を用い、さらに特殊なシリコーン樹脂（Ｂ成分）を含む
エポキシ樹脂組成物を用いて封止されているため、封止
樹脂とリードフレームとの密着性が著しく向上しており
、耐湿信鯨性が大幅に向上している。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

まず、実施例に先立って下記の２種類のシリコーン樹脂
Ａ、Ｂをつくり、これを用いて３種類のエポキシ樹脂組
成物をつくった。

〈シリコーン樹脂の製造Ａ〉 撹拌機付ガラスフラスコに、（ＣＨｓ）　ｚｓｉ（ＯＣ
Ｈｚ）　２２モルとＮＨｚＣＨｘＣＨｇＣＨｚＳｉ（Ｏ
ＣＲ＋）ｚ　　１モルとを仕込み６０℃まで昇温して加
熱撹拌した後、水２モルを加え４時間撹拌を行った。つ
ぎに、６０°Ｃ，１０ａｕａｌ（ｇで生成したメタノー
ルおよびエタノールを溜去したところ、粘度が１０ｃＳ
（２５℃）で、分子中にメトキシ基２個とエトキシ基１
個を有した下記の式で表されるシリコーン樹脂（無色透
明）が得られた（シリコーン樹層Ａ）。

（（ＣＩ！、）２ＳｉＯ）　！　（ＦＩＪＣＨ２ＣＨ２
ＣＨ２Ｓｉ０１．５）くシリコーン樹脂の製造Ｂ〉 （ＣＨ：ｌ）　ｚｓｉ（ＯＣＨ＋）　ｚ　２モルと、以
外は上記シリコーン樹脂の製造Ａと同様にしてシリコー
ン樹脂を製造した。その結果、粘度が５ｃＳ（２５°Ｃ
）で、分子中にメトキシ基３個を有した下記の式で表さ
れるシリコーン樹脂が得られた（シリコーン樹脂Ｂ）。

上記シリコーン樹脂ＡおよびＢを用い、さらに下記の第
１表に示すような原料を準備し、上記原料を同表に示す
割合で配合し、混練機で混練して冷却した後粉砕し目的
とするエポキシ樹脂組成物１〜■を得た。

来：日本化薬社製、ＥＯＣＮ１０２Ｓを用いた。

つぎに、上記のようにして得られたエポキシ樹脂組成物
を下記のように各実施例および比較例に用いた。

〔実施例１〜３、比較例１〕 市販のＦｅ−４２％Ｎｉ合金のリードフレーム素材（厚
み０．２５ｍ）Ａを用いて、市販品のまま（比較例１）
および７２５℃、７６０″ｃ、ｓｏ。

℃で各２分間ドライ水素中で焼鈍した状態の合計４種類
の試料について、表面を１分間スパッタリング（約１０
人除去）した後の新面の炭素含有量をＥＳＣＡにより分
析した。その結果は下記の第２表のとおりであった。こ
れらの各試料上にエポキシ樹脂組成物Ｉを底面が直径１
１．３ｍｍの円錐台状にモールドし、リードフレーム素
材試料と樹脂の剪断接着力をプッシュプルゲージを用い
て測定した。その結果を第２表に併せて示した。

第２表の結果から、ドライ水素中で焼鈍し、リードフレ
ーム表面下１０人を除去した表面の炭素含有量を２０％
以下に低下させた実施例１〜３品の接着力は比較例１品
に比べて１０倍以上も改善されていることがわかる。つ
ぎに、上記リードフレーム素材試料とエポキシ樹脂組成
物■を用い、従来公知の方法に従いトランスファー成形
により半導体装置を製造した。得られた半導体装置をプ
レッシャークツカー試験（ＰＣＴテスト）にかけた結果
、実施例品の耐湿性は比較例品に比べて大幅に向上して
いた。

（実施例４〜６〕 市販の３種類のＦｅ−４２％Ｎｉ合金のリードフレーム
素材（厚み０．２５ｍｍ）Ｂ−Ｄを用いて、前述の洗浄
工程により入念に洗浄した試料を作製した。これら試料
を実施例１と同様にして新表面の炭素含有量をＥＳＣＡ
により分析し、結果を下記の第３表に示した。また、前
記第１表のエポキシ樹脂組成物■を用い、上記実施例１
と同様にして剪断接着力を測定した。その結果を下記の
第３表に併せて示した。

〔比較例２〜４〕 前述の洗浄工程による処理を行わず、単にトリクレン中
に浸漬する処理だけ行った。それ以外は実施例４〜６と
同様にして表面汚染炭素量を分析測定し、剪断接着力を
測定した。その結果を下記の第３表に併せて示した。

第３表の結果から、前述の洗浄工程で処理を行いリード
フレーム表面から厚み１０人を除去した新表面の表面汚
染炭素量を２０％以下に低下させた実施例４〜６品の接
着力は比較例２〜４品に比べて１０倍以上も改善されて
いることがわかる。

〔比較例５］ 市販のＦｅ−４２％Ｎｉ合金のリードフレーム素材（厚
み０．２５ｍｍ）Ａを用い２分間ドライ水素中で焼鈍し
、またエポキシ樹脂組成物Ｉの代わりにエポキシ樹脂組
成物■を用いた。それ以外は比較例１と同様にして表面
汚染炭素量を分析測定し、剪断接着力を測定した。その
結果を下記の第４表に示した。

Ｃ比較例６〜８〕 エポキシ樹脂組成物■の代わりにエポキシ樹脂組成物■
をｍｍいた。それ以外は実施例４〜６と同様にして表面
汚染炭素量を分析測定し、剪断接着力を測定した。その
結果を下記の第４表に示した。

〔比較例９，１０１ エポキシ樹脂組成物Ｈの代わりにエポキシ樹脂組成物■
を用いた。それ以外は比較例２，３と同様にして表面汚
染炭素量を分析測定し、剪断接着力を測定した。その結
果を下記の第４表に示した。

第−一一り−−１゜ 第４表の結果から、比較例５〜８品はリードフレーム表
面から１０人を除去した新面の炭素含有量を２０％以下
に低下させたものであるが、エポキシ樹脂組成物中にシ
リコーン樹脂が含有されていないため、剪断接着力は低
い、また、比較例９１０品は、単にトリクレン中１０分
間浸漬処理したのみであるため、表面汚染炭素量が高く
、さらにエポキシ樹脂組成物中にシリコーン樹脂が含有
されていないため剪断接着力はかなり低くなっている。

なお、上記実施例４〜６および比較例２〜１０で用いた
リードフレーム素材試料とエポキシ樹脂組成物■〜■を
用い、従来公知の方法に従いトランスファー成形により
半導体装置を製造した。得られた半導体装置をプレッシ
ャークツカー試験（ＰＣＴテスト）にかけた結果、実施
例品の耐湿性は比較例品に比べて大幅に向上していた。

特許出願人　　日東電工株式会社 代理人　弁理士　西　藤　征　彦

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面から１０Åの厚み範囲を除去して得られた新
   表面で測定したＸ線光電子分光分析法による炭素量が２
   ０原子％以下である半導体リードフレームを用い、かつ
   下記の（Ａ）〜（Ｄ）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）１分子中にエポキシ基またはアミノ基含有有機基
   を少なくとも１個有するシリコ ーン樹脂。 （Ｃ）硬化剤。 （Ｄ）無機質充填剤。
2. （２）下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有する半導体封止
   用エポキシ樹脂組成物。 （Ａ）エポキシ樹脂。 （Ｂ）１分子中にエポキシ基またはアミノ基含有有機基
   を少なくとも１個有するシリコ ーン樹脂。 （Ｃ）硬化剤。 （Ｄ）無機質充填剤。