JPH0340459A

JPH0340459A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH0340459A
Application number: JP17601389A
Authority: JP
Inventors: Fujio Kitamura; 北村　富士夫; Shunichi Hayashi; 俊一林; Tsukasa Yoshida; 司吉田; Hisashi Nakajima; 恒中島
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1989-07-07
Filing date: 1989-07-07
Publication date: 1991-02-21

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、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〕

トランジスタ、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子は、通常セ
ラミックパッケージもしくはプラスチックパッケージ等
により封止され、半導体装置化されている。上記セラミ
ックパッケージは、構成材料そのものが耐熱性を有し、
耐透湿性にも優れているため、温度、湿度に対して強く
信頼性の高い封止が可能である。しかしながら、構成材
料が比較的高価なものであることと、量産性に劣る欠点
があるため、最近では上記プラスチックパッケージを用
いた樹脂封止が主流になっている。さらに、この種のプ
ラスチックパッケージ材料には、従来からエポキシ樹脂
組成物が用いられている。上記エポキシ樹脂組成物は、
電気的特性８機械特性、耐薬品性等に優れているため、
信頼性が高く半導体装置の樹脂封止に広く用いられてい
る。そして、このようなエポキシ樹脂組成物としては、
エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂の硬化剤であるノボラッ
ク型フェノール樹脂と、硬化促進剤および無機質充填剤
等の組成系で構成されるものが、封止作業性（特にトラ
ンスファー成形作業時の成形性）等に優れたものとして
賞用されている。

しかしながら、半導体分野の技術革新はめざましく、最
近では、集積度の向上とともに、素子サイズの大形化、
配線の微細化が進む反面、パッケージ形状の小形化およ
び薄形化が進み、これに伴って、封止材料に対して、よ
り以上の信頼性の向上が要望されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

すなわち、従来からのエポキシ樹脂組成物を用いて樹脂
封止された半導体装置は、現在要求されている信頼性の
レベルにおいて、耐湿性に劣っており、素子上のアルミ
ニウム電極および配線等の腐食を主体とした不良を発生
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
湿信頼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、
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）フェノール樹脂。

（Ｃ）下記の（ａ）および（ｂ）の少なくとも一方。

（ａ）一般式（Ｉ）で表される第四ホスホニウム塩。

（ある。

〕（ｂ）１．４−ベンゾキノンとトリオルガノホスフィン
とを反応させることにより得られるホスホベタイン誘導体。

（Ｄ）ホウ酸およびホウ酸エステル化合物の少なくとも
一方。

〔作用〕

すなわち、本発明者らは、エポキシ樹脂組成物からなる
封止樹脂の耐湿性を向上させることを目的として一連の
研究を重ねた。その結果、上記耐湿性向上のためには上
記（Ｃ）成分の特殊な第四ホスホニウム塩およびホスホ
ベタイン誘導体の少なくとも一方を用い、さらに（Ｄ）
　Ｊｆｆ成分のホウ酸およびホウ酸エステル化合物の少
なくとも一方を用いると耐湿性に優れたエポキシ樹脂組
成物が得られるようになることを見出しこの発明に到達
した。

この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物は、エポキシ
樹脂（Ａｔｃ分）と、フェノール樹脂（Ｂ成分）と、１
．４−ベンゾキノンとトリオルガノホスフィンとを反応
させることにより得られるホスホベタイン誘導体および
特殊な第四ホスホニウム塩の片方もしくは双方（Ｃ成分
）と、ホウ酸およびホウ酸エステル化合物の片方もしく
は双方（Ｄ成分）とを用いて得られるものであり、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、特に制限するもの
ではなく、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、各
種フェノール類から台底されるノボラック型エポキシ樹
脂等の従来から半導体装置の封止樹脂として用いられて
いる各種のエポキシ樹脂が用いられる。これらの樹脂の
なかでも、融点が室温を超えており、室温下では固形状
を呈するものを用いることが好結果をもたらす。特に、
ノボラック型エポキシ樹脂が好ましく、なかでもエポキ
シ当量１６０〜２５０．軟化点５０〜１３０°Ｃのもの
が好適に用いられる。また、これらのエポキシ樹脂中の
イオン性不純物および加水分解してイオンになりやすい
成分が少ないものほど好ましく、具体的には遊離のナト
リウムイオン、塩素イオンの濃度が各５　ｐｐｍ以下お
よび加水分解性塩素イオンの濃度が６００ｐｐｍ以下の
ものが好ましい。

上記Ａ成分のエポキシ樹脂とともに用いるＢ成分のフェ
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、例えば、フェノールノボラック樹脂、タ
レゾールノボラック樹脂。

ｔｅｒｔ−ブチルフェノールノボラック樹脂、ノニルフ
ェノールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹
脂、レゾール型フェノール樹脂、ポリバラオキシスチレ
ン等のポリオキシスチレン等があげられる。なかでも、
特にノボラック型フェノール樹脂が好適に用いられる。

これらノボラック型フェノール樹脂としては、軟化点が
５０〜１１０℃、水酸基当量が１００〜１５０のものを
用いることが好ましい。これらＢ成分のフェノール樹脂
は単独でもしくは併せて用いられる。

上記Ａｔｃ分のエポキシ樹脂とＢｆｉ分のフェノール樹
脂との配合比は、上記エポキシ樹脂中のエポキシ基１当
量当たりフェノール樹脂中の水酸基が０．５〜２．０と
なるように配合することが好適である。すなわち、上記
範囲を外れると、充分な硬化反応が得られにくく、エポ
キシ樹脂組成物の硬化物特性が劣化し易くなるからであ
る。

そして、上記Ａ成分のエポキシ樹脂およびＢ成分のフェ
ノール樹脂とともにＣ成分の特定のホスホベタイン誘導
体および特殊な第四ホスホニウム塩の片方もしくは双方
を用いることで、耐湿性の向上が図られる。上記特定の
ホスホベタイン誘導体および特殊な第四ホスホニウム塩
は、いずれも硬化促進剤として作用するものである。

上記特定のホスホベタイン誘導体は、１．４−ベンゾキ
ノンとトリオルガノホスフィンとを反応させて得られる
反応付加物であり、下記の一般式％式％（基、シクロアルキル基またはアリール基である。ヲ具
体的な反応付加物としては、下記に示すもの等があげら
れる。

１．４−ベンゾキノン／トリフェニルホスフィン、１．
４−ベンゾキノン／シクロヘキシルジフェニルホスフィ
ン、１．４−ベンゾキノン／ジシクロへキシルフェニル
ホスフィン、１．４−ベンゾキノン／トリシクロヘキシ
ルホスフィン、１．４−ベンゾキノン／トリブチルホス
フィン、１．４＝ベンゾキノン／ジブチルフエニルホス
フイン、１４−ベンゾキノン／トリーｎ−オクチルホス
フィンまた、上記特殊な第四ホスホニウム塩は、下記の一般式
（１）で表されるものである。

具体的には、テトラブチルホスホニウムフェノキシド、
テトラフェニルホスホニウムフェノキシド、テトラエチ
ルホスホニウムナフトキシド、テトラフェニルホスホニ
ウム−ｔｅｒｔ−ブチルフェノキシト、テトラブチルホ
スホニウムクロロフェノキシド等があげられる。上記＋
４分のホスホベタイン誘導体および特殊な第四ホスホニ
ウム塩の少なくとも一方の配合量は、Ａｒ１１．分のエ
ポキシ樹脂とＢｔｃ分のフェノール樹脂の合計量１００
！量部（以下「部」と略す）に対して０．１〜５部の割
合に設定することが好ましく、より好適なのは０゜３〜
３部である。すなわち、上記ｃＴｆｃ分の配合量が０．
１部未満では充分な硬化促進の効果がみられず、逆に５
部を超えると成形性、耐湿性の低下がみられるからであ
る。

さらに、上記り成分のホウ酸およびホウ酸エステル化合
物の片方もしくは双方を用いることにより、上記Ｃ成分
単独の場合よりＣ成分との相乗効果によって耐湿性が一
層向上することになる。上記ホウ酸としては、オルトホ
ウ酸、メタホウ酸および四ホウ酸等があげられる。また
、上記ホウ酸エステル化合物としては、ホウ酸トリメチ
ル　ホウ酸トリエチル、ホウ酸トリイソプロピル、ホウ
酸トリブチル、ホウ酸トリシクロヘキシル、ホウ酸トリ
フェニル、ホウ酸トリクレジル、ホウａトリノニルフェ
ニル、ホウ酸トリナフチル、ホウ酸トリベンジル、ポリ
ホウ酸メチル、ポリホウ酸イソプロピル、ポリホウ酸ブ
チル、ポリホウ酸フェニル、ポリホウ酸クレジル、ポリ
ホウ酸ベンジル等があげられる。このようなり成分の配
合量としては、Ａ成分のエポキシ樹脂とＢ成分のフェノ
ール樹脂の合計量１００部に対して０．０１〜１０部の
配合割合に設定するのが好ましい。

また、この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には、
必要に応じて上記Ａ−Ｄ＄、分以外に無機質充填剤、離
型剤、ハロゲン化合物、三酸化アンチモン等の難燃剤、
カーボンブラック等の顔料やシランカップリング剤等の
表面処理剤等を適宜用いることができる。

上記無機質充填剤は、半導体素子の樹脂封止にトランス
ファー成形方法を用いる場合に配合するのが好ましく、
例えばシリカ粉末、アルξす粉末、タルク、クレー、ガ
ラス繊維等があげられる。

特に、これらのなかでも溶融性もしくは結晶性のシリカ
粉末が好ましく用いられる。上記無機質充填剤の配合量
は、Ａ成分のエポキシ樹脂とＢ成分のフェノール樹脂お
よび無機質充填剤の種類によっても異なるが、Ａ成分の
エポキシ樹脂とＢ成分のフェノール樹脂との合計１１０
０部に対して１５０〜６００部の割合に設定するのが好
ましい。

また、上記離型剤としては、天然ワックス類。

合成ワックス類、長鎖脂肪酸の金属塩、酸アミド頻、エ
ステル類もしくはパラフィン類等があげられる。

この発明に用いられ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、Ａ成分のエポキシ樹脂とＢ成分のフェノール
樹脂とＣ成分のホスホベタイン誘導体および特殊な第四
ホスホニウム塩の少なくとも一方とＤ成分のホウ酸およ
びホウ酸エステル化合物の少なくとも一方とを混合し、
必要に応じて無機質充填剤、離型剤、その他の添加剤等
を、例えばミキサーによって充分混合したのち、熱ロー
ル機による溶融混合処理またはニーダ−等による混合処
理を行い、さらに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。また、上記のように秤
量した各成分を同時に混合してもよいが、Ｂ成分のフェ
ノール樹脂とＤ成分のホウ酸およびホウ酸エステル化合
物の少なくとも一方とを予め混合して加熱溶融し、この
混合物と残りの他の成分とを用い、上記と同様の製法に
従って、エポキシ樹脂組成物を製造することもできる。

このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体装置の
封止は特に限定されるものではなく、通常の方法、例え
ば、トランスファー底形等の公知の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、エポキシ樹脂組
成物中に含まれる特定のホスホベタイン誘導体および特
殊な第四ホスホニウム塩の片方もしくは双方（Ｃ成分）
とホウ酸およびホウ酸エスチル化合物の片方もしくは双
方（Ｄ成分）の作用により、極めて優れた耐湿信頼性を
備えている。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、上記Ｃ取分の
ホスホベタイン誘導体および特殊な第四ホスホニウム塩
の少なくとも一方とＤ成分のホウ酸およびホウ酸エステ
ル化合物の少なくとも一方とを含有する特殊なエポキシ
樹脂組成物によって樹脂封止されており、その封止樹脂
が上記二成分の相乗効果により耐湿性に冨んでいるため
、優れた耐湿信頼性を有している。

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、下記の方法にしたがいオルト
ホウ酸を含有する溶融混合物粉末およびホウ酸トリフェ
ニルを含有する溶融混合物粉末を作製した。

くオルトホウ酸を含有する溶融混合物粉末の作製〉軟化点８０°Ｃのフェノールノボラック樹脂４００ｇと
オルトホウ酸６ｇとを混合し、これを１４０〜１６０°
Ｃに加熱して溶融し均一な溶融混合物を作製した。さら
に、上記溶融混合物を冷却したのち粉砕してオルトホウ
酸を含有する溶融混合物粉末（以下「粉末Ａ」と称す）
を得た。

くホウ酸トリフェニルを含有する溶融混合物粉末の作製
〉オルトホウ酸６ｇに代えてホウ酸トリフェニル５０ｇを
用いた。それ以外は上記粉末Ａの作製方法と同様にして
ホウ酸トリフェニルを含有する溶融混合物粉末（以下「
粉末Ｂ」と称す）を得た。

〔実施例１〜１０、比較例１〜５〕後記の第１表に示す原料を同表に示す割合で配合し、こ
、の配合物を加熱ロール機（温度１００°Ｃ）で１０分
間混練したのち冷却粉砕し、粉末状のエポキシ樹脂組成
物を得た。

（以下余白）つぎに、以上の実施例および比較例によって得られた粉
末状のエポキシ樹脂組成物を用いこのエポキシ樹脂組成
物の硬化物の体積抵抗率およびガラス転移温度を測定し
た。さらに、上記エポキシ樹脂組成物を用い、アルミニ
ウム金属電極の腐食を検討するために設計した半導体素
子をトランスファー底形でモールドすることにより半導
体装置を得た。このようにして得られた半導体装置の耐
湿特性を評価し、その結果を後記の第２表に示した。な
お、上記耐湿特性は、下記に示すようにして測定方法に
より評価した。

（耐湿特性〉温度１３０°Ｃ１８５％ＲＨのプレッシャークツカー雰
囲気下において、２０Ｖの直流電流を加える試験（ＰＣ
ＢＴテスト）を時間を変えて行い、アルミニウム電極の
腐食による断線の生じたものを不良とし、その累積不良
率（％）を示した。

（以下余白）第２表の結果から、実施測高は比較例面に比べて累積不
良率が長時間のテスト結果においても小さく耐湿信頼性
に優れていることがわかる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）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）フェノール樹脂。（Ｃ）下記の（ａ）および（ｂ）の少なくとも一方。（ａ）一般式（ I ）で表される第四ホスホニウム塩。 ▲数式、化学式、表等があります▼…（ I ）〔上記式（ I ）において、Ｒ＿１〜Ｒ＿４はアルキル
基またはアリール基であり、Ｒ＿５はアリール基である
。〕（ｂ）１、４−ベンゾキノンとトリオルガノホスフィンとを反応させることにより得られるホスホベタイン誘導体。（Ｄ）ホウ酸およびホウ酸エステル化合物の少なくとも
一方。
（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）フェノール樹脂。（Ｃ）下記の（ａ）および（ｂ）の少なくとも一方。（ａ）一般式（ I ）で表される第四ホスホニウム塩。 ▲数式、化学式、表等があります▼…（ I ）上記式（ I ）において、Ｒ＿１〜Ｒ＿４はアルキル基
またはアリール基であり、Ｒ＿５はアリール基である。（ｂ）１、４−ベンゾキノンとトリオルガノホスフィンとを反応させることにより得られるホスホベタイン誘導体。（Ｄ）ホウ酸およびホウ酸エステル化合物の少なくとも
一方。