JPH032173B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、アルミニウムなどの金属電極等を有
する半導体封止用に適した半導体封止用エポキシ
樹脂組成物に関するものである。 近年、トランジスタ素子や集積回路素子などの
半導体素子は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂
系組成物を用いて封止することが広く採用されて
いる。これは、従来の金属やセラミツクス材料を
用いるハーメチツク方式に比べ、封止操作が簡単
で、さらに、経済性があるなどの利点があるため
である。しかしその反面、樹脂封止方式は、ハー
メチツク方式に比べ、高温高湿時に信頼性が劣る
という欠点がある。 すなわち、高温高湿時に信頼性が劣る理由とし
ては次の様に考えられる。エポキシ樹脂成形体
は、それ自体に透水性があるため、成形体中に浸
入した水分は、樹脂封止した半導体素子の表面ま
で透過し、アルミニウムなどの金属電極等を腐
食、劣化させる。また、その際水分は、エポキシ
樹脂成形体中に含まれるNa⁺やCl^-などの腐食性
のイオン性不純物を溶解し、半導体素子の表面ま
で運び、金属の腐食を促進させる。このイオン性
不純物は、エポキシ樹脂などの製造中に生成また
は混入するものであるが、これらを完全に除くこ
とは工程上難しい。これらの腐食性のイオン性不
純物の他に、エポキシ樹脂には、加水分解性塩素
が、イオン性不純物の塩素の10〜1000倍程度存在
している。これらは水分の浸入だけでは容易に脱
離しないが、熱や触媒の作用でイヲン化して溶出
するので、アルミニウム電極等の腐食の一因とな
つている。 この様に、エポキシ樹脂封止方式には、耐湿
性、耐食性に問題があるので、現在までに樹脂封
止の信頼性を上げるために、様々な試みがなされ
てきた。例えば、不純物の少ない、樹脂組成物の
材料を選択するとか（特開昭56−26926号）、成形
体の耐湿、耐食性を向上させるように硬化促進剤
を検討するとか（特開昭56−158461号）、樹脂組
成物に腐食抑制剤を加える（特開昭56−72045号、
特開昭56−72046号、特開昭56−104926号）など
が挙げられるが、顕著な効果は認められていな
い。 本発明者らは様々な検討を加えた結果、２−メ
ルカプトチアゾール類、並びに２−メルカプトチ
アゾール類の金属塩、４級アンモニウム塩および
４級ホスホニウム塩のうちから選ばれた１種又は
２種以上をエポキシ樹脂系組成物に添加し、この
組成物を用いて、アルミニウム電極等を有する半
導体を封止することにより、従来の発明に比べ、
アルミニウム電極等の腐食に著しい抑制効果を示
すことがわかつた。すなわちエポキシ樹脂組成物
に２−メルカプトチアゾール類並びにその塩等を
添加すると、高温、高圧水蒸気中での耐湿試験に
おいても、アルミニウム電極の腐食による断線な
どの不良発生が従来の発明よりも大幅に低減およ
び抑制され、長時間に亘つて所要の性能を維持、
発揮させることができる。この効果は、これらの
２−メルカプトチアゾール類並びにその塩等が、
アルミニウム電極等の、封止されている半導体の
一部をなす金属に作用して、表面を不働態化し、
水分や腐食性のイオン性不純物による腐食作用を
防止又は低減するためと考えられる。 本発明は、上記知見に基づいて、(A)エポキシ樹
脂、(B)フエノール系硬化剤、(C)無機充填剤、(D)２
−メルカプトチアゾール類、２−メルカプトチア
ゾール類の金属塩、４級アンモニウム塩および４
級ホスホニウム塩から選ばれたものを含む樹脂組
成物を用いることによつて、高度な耐湿性と耐食
性を有することを特徴とする、アルミニウムなど
の金属電極等を有する半導体の封止用エポキシ樹
脂組成物を提供するものである。 本発明に用いるエポキシ樹脂は、その分子中に
エポキシ結合を少なくとも２個以上有するもので
あれば、分子構造、分子量などに特に制限はな
い。例えばビスフエノールＡ型エポキシ樹脂、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などが挙げられるが、
その際、不純物や加水分解性塩素の少ないものが
望ましい。 次に硬化剤としては、例えばフエノールノボラ
ツク樹脂やクレゾールノボラツク樹脂などのフエ
ノール系硬化剤が挙げられる。これらの使用量に
ついては特に制限はないが、エポキシ基と硬化剤
の化学量論量を加えることが必要である。 無機充てん剤としては、例えば結晶質シリカ、
溶融シリカ、ケイ酸カルシウム、アルミナ、炭酸
カルシウム、タルク、硫酸バリウムなどの粉体
か、あるいはガラス繊維などが挙げられるが、通
常は、結晶質シリカか溶融シリカが用いられる。
これらの無機充てん剤の全体に対する配合比は、
選択する上記の樹脂分によつても違うが、一般に
樹脂分100重量部に対して150〜450重量部程度で
よい。150重量部未満では熱膨張率、成形収縮率
が大となり、しかも熱伝導率も低く、450重量部
を超えると流動性低下、金型摩耗等が大きくなる
欠点がある。 次に本発明においてエポキシ樹脂組成物に添加
する２−メルカプトチアゾール類、並びに２−メ
ルカプトチアゾール類の金属塩、４級アンモニウ
ム塩および４級ホスホニウム塩の一般式は、次に
（）、（）、（）などで表わされる。 一般式（） 一般式（） 一般式（） ここで、R₁，R₂は、水素または炭素数１〜20
の有機基を示し、エチルやブチルなどのアルキル
基やフエニル、クレゾールなどのアリール基、さ
らにこれらの基の誘導体などが挙げられる。又、
ここでR₁とR₂は、同じものである必要はない。
R₃は、炭素数２〜20の２価の有機基を示し、プ
ロピレン、ヘキサメチレン、エチルテトラメチレ
ンなどのアあキレン基や、プロペニレン、２−ブ
テニレンなどのこれらの基の誘導体などが挙げら
れる。 Ｍ は、水素または、ナトリウム、カリウム、
カルシウム、マグネシウム、亜鉛、スズ、鉛、ベ
リリウム、ビスマス、マンガン、ニツケル、鉄、
銅、アルミニウム、モリブデンなどの金属カチオ
ン、またはブチルアンモニウム、シクロヘキシル
アンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ベン
ジルトリエチルアンモニウムおよびアニリニウム
などの４級アンモニウムおよびその誘導体さらに
テトラブチルホスホニウム、テトラフエニルホス
ホニウム、トリフエニルプロピルホスホニウム、
などの４級ホスホニウム塩およびその誘導体が挙
げられる。 例えば、２−メルカプトチアゾール、２−メル
カプト−４−エチル−５プロピルチアゾール、２
−メルカプト−４，５−ジブチルチアゾール、２
−メルカプト−４−フエニル−５−アリルチアゾ
ール、２−メルカプト−４−クメニル−５−メチ
ルチアゾール、２−メルカプト−４−シクロヘキ
シルチアゾール、２−メルカプト−４，５−ヘキ
サメチレンチアゾール、２−メルカプト−４，５
−（２ブチニレン）チアゾール、２−メルカプト
−４，５−（３−エチルテトラメチレン）チアゾ
ール、２−メルカプト−４，５−プロペニレンチ
アゾール、２−メルカプトベンゾチアゾール、２
−メルカプト−４−メチル−ベンゾチアゾール、
２−メルカプト−７−ペンチルベンゾチアゾー
ル、２−メルカプト−４−プロピル−７−ｔ−ブ
チルチアゾール、２−メルカプト−５，６−ジブ
チルチアゾールおよび、これらのナトリウム塩、
カリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩、亜
鉛塩、スズ塩、鉛塩、ベリリウム塩、ビスマス
塩、マンガン塩、ニツケル塩、鉄塩、銅塩、アル
ミニウム塩、モリブデン塩、プロピルアンモニウ
ム塩、シクロヘキシルアンモニウム塩、テトラブ
チルアンモニウム塩、ベンジルトリエチルアンモ
ニウム塩、アニリニウム塩、テトラブチルホスホ
ニウム塩、テトラフエニルホスホニウム塩、トリ
フエニルプロピルホスホニウム塩、などが挙げら
れ、好ましくは、２−メルカプトチアゾールおよ
びそのナトリウム塩又はマグネシウム塩、２−メ
ルカプト−４−エチル−５−プロピルチアゾール
およびそのナトリウム塩又はスズ塩、２−メルカ
プト−４，５ジブチルチアゾールおよびその亜鉛
塩又はプロピルアンモニウム塩、２−メルカプト
−４，５−テトラメチレンチアゾールおよびその
鉛塩又はマグネシウム塩、２−メルカプトベンゾ
チアゾールおよびそのナトリウム塩、マグネシウ
ム塩又はシクロヘキシルアンモニウム塩、２−メ
ルカプト−４−メチルベンゾチアゾールおよびナ
トリウム塩又はトリフエニルプロピルホスホニウ
ム塩などが挙げられる。 本発明の２−メルカプトチアゾール類、並びに
２−メルカプトチアゾール類の金属塩、４級アン
モニウム塩および４級ホスホニウム塩は、１種又
は２種以上を用いてもよい。その添加配合量は、
エポキシ樹脂100重量部に対して0.01〜20重量部、
好ましくは0.05〜10重量部、さらに好ましくは
0.1〜５重量部である。添加量が0.01重量部未満
では、耐湿耐食性の効果が認められず、また20重
量部を超えると成形性に悪影響を与え、さらに金
属表面の不働態化に余分なフリーのイオン濃度の
増加によるリーク電流の増加原因となる。 次に、その他必要に応じて加えられる任意成分
としては、例えば、イミダゾール類などの硬化促
進剤、臭素化エポキシ樹脂や三酸化アンチモンな
どの難燃化剤、カーボンブラツクなどの顔料、シ
ランカツプリング剤などの界面補強剤、モンタナ
ワツクスやカルナバワツクスなどの離型剤、シリ
コーン化合物などの可とう性付与剤が挙げられ
る。 本発明に係るエポキシ樹脂組成物の製造は、所
定の組成比の原料をミキサーなどによつて充分混
合後、さらに熱ロールやニーダーなどによる溶融
混合処理を加えることによつて容易に行なえる。 以下本発明を実施例により詳細に説明する。 実施例 １〜18 エポキシ当量230のクレゾールノボラツク樹脂
170重量部、臭素化エポキシ樹脂30重量部、フエ
ノールノボラツク樹脂100重量部、２−ウンデシ
ルイミダゾール10重量部、カルナバワツクス５重
量部、シランカツプリング剤（γ−グリシドキシ
プロピルトリメトキシシラン）６重量部、カーボ
ンブラツク２重量部、三酸化アンチモン20重量
部、結晶質シリカ700重量部からなる組成物に２
−メルカプトチアゾール類およびその塩のうちか
ら第１表に示す割合でそれぞれ加えた後、ミキサ
ーで混合し、そして粉砕後、冷却して18種類の成
形材料を製造した。 この様に用意した各樹脂組成物を用い、トラン
スフアー成形法で、対向するアルミニウム線の電
極を有する素子を封止した。そして、この封止サ
ンプルについて、温度125℃、2.5気圧の水蒸気加
圧下で、電極間に直流20Vのバイアス電圧をか
け、時間の経過によるアルミニウム線のオープン
不良率を各サンプルについて比較することによ
り、耐湿性と耐食性を評価した。この際、オープ
ン不良率は、被評価個数30個中の不良個数から求
めた。また、電極間に電圧をかけない状態で、
125℃、2.5気圧の水蒸気中でのオープン不良率の
経時変化も同様に調べた。 比較例 １〜６ 実施例と同様のエポキシ樹脂組成物に、腐食抑
制剤として、リン酸アンモニウム、リン酸ナトリ
ウム、オルトホウ酸、ホウ砂、およびアリザリン
を第２表に示す様な割合で、それぞれ加えたもの
について、実施例と同様な方法で、サンプルを製
造し、それらを評価した。

【表】

【表】

【表】

【表】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ (A)エポキシ樹脂、(B)フエノール系硬化剤、(C)
   無機充填剤、(D)２−メルカプトチアゾール類、２
   −メルカプトチアゾール類の金属塩、４級アンモ
   ニウム塩および４級ホスホニウム塩から選ばれた
   ものを含むことを特徴とする半導体封止用エポキ
   シ樹脂組成物。