JPH04284652A

JPH04284652A - 半導体装置およびそれに用いる半導体封止用エポキシ樹脂組成物ならびにその製法

Info

Publication number: JPH04284652A
Application number: JP7474791A
Authority: JP
Inventors: Koji Takashi; 高士　孝司; Hidenobu Akamatsu; 赤松　秀信; Masahito Shimizu; 雅人清水
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1991-03-13
Publication date: 1992-10-09

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、保存安定性に優れたエ
ポキシ樹脂組成物により樹脂封止され、高い耐湿信頼性
および耐半田信頼性を有する半導体装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】トランジスタ，ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
素子の封止には、通常、セラミツクもしくはプラスチツ
クパツケージが用いられている。上記セラミツクパツケ
ージは、構成材料そのものが耐熱性を有し、耐湿性にも
優れているため、温度，湿度に対して強く、しかも中空
パツケージのため機械的強度も高く信頼性の高い封止が
可能である。しかし、上記セラミツクパツケージは、比
較的高価であり、量産性に劣る欠点を有するため、最近
ではプラスチツクを用いた封止が主流となつている。こ
の種の樹脂封止には、従来からエポキシ樹脂組成物が使
用されており、良好な成績を収めている。

【０００３】上記エポキシ樹脂組成物としては、特に、
エポキシ樹脂と、硬化剤としてのフエノール樹脂と、無
機質充填剤と、硬化促進剤としてのイミダゾール類、場
合により弾性低下剤としての各種ゴム，シリコーンオイ
ル等の組成系で構成されるものが、封止作業性（特にト
ランスフアー成形時の作業性）等に優れたものとして賞
用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近で
は、作業性重視の観点から上記エポキシ樹脂組成物とし
て速硬化タイプのものが要求されており、各種硬化促進
剤が配合されている。その一例として、トリフエニルホ
スフイン等の第三ホスフインがあげられる。しかし、こ
のような硬化促進剤を配合した速硬化タイプの封止用エ
ポキシ樹脂組成物は、保管中に硬化反応が進行してしま
い、半導体装置の製造時には、封止作業性が困難になり
、成形したとしても封止樹脂とリードフレームとの密着
性が悪いなる等の原因により、得られる半導体装置の信
頼性が低くなるという問題が生じる。このため、上記封
止用エポキシ樹脂組成物は、長期に保管するときは、通
常、冷凍保管されるが、これが手間でかなり煩雑であり
、その改善が求められている。したがつて、上記のよう
に長期保管中に冷凍しなくても信頼性に富む半導体装置
を提供できる技術の開発が望まれている。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、保存安定性に優れたエポキシ樹脂組成物により
樹脂封止されていて優れた信頼性を有する半導体装置お
よびそれに用いる半導体封止用樹脂組成物ならびにその
製法の提供をその目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、下記の（Ａ）〜（Ｅ）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
導体装置を第１の要旨とし、（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）無機質充填剤。（Ｄ）下記の一般式（１）で表されるトリ有機ホスフイ
ン。〔上記式（１）において、Ａは１価の有機基である。〕
（Ｅ）ホウ酸。下記の（Ａ）〜（Ｅ）成分を含有する半導体封止用エポ
キシ樹脂組成物を第２の要旨とし、（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）無機質充填剤。（Ｄ）下記の一般式（１）で表されるトリ有機ホスフイ
ン。〔上記式（１）において、Ａは１価の有機基である。〕
（Ｅ）ホウ酸。下記の（Ａ）〜（Ｅ）成分を有する配合成分を加熱状態
で混練して半硬化状にするエポキシ樹脂組成物の製法を
第３の要旨とする。（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）無機質充填剤。（Ｄ）下記の一般式（１）で表されるトリ有機ホスフイ
ン。〔上記式（１）において、Ａは１価の有機基である。〕
（Ｅ）ホウ酸。

【０００７】

【作用】すなわち、本発明者らは、諸特性を損なうこと
なく、保存安定性に優れた半導体封止用エポキシ樹脂組
成物を得るために一連の研究を重ねた。その結果、従来
から硬化促進剤として用いられているトリフエニルホス
フイン等のトリ有機ホスフインをそのまま使用するので
はなく、これとホウ酸とを併用すると、諸特性を損なう
ことなく、保存安定性に優れたエポキシ樹脂組成物が得
られ、それによつて信頼性に富んだ半導体装置が得られ
ることを見出し本発明に到達した。

【０００８】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
としては、エポキシ樹脂（Ａ成分）と、硬化剤（Ｂ成分
）と、無機質充填剤（Ｃ成分）と、トリ有機ホスフイン
（Ｄ成分）と、ホウ酸（Ｅ成分）と、各種添加剤を含有
成分として用いて得られるものであつて、通常、粉末状
もしくはそれを打錠したタブレツト状になつている。

【０００９】上記エポキシ樹脂（Ａ成分）としては、特
に限定するものではなく、通常用いられるエポキシ樹脂
が用いられる。なかでも、ノボラツク型エポキシ樹脂、
特にクレゾールノボラツク型エポキシ樹脂を用いるのが
好ましい。上記ノボラツク型エポキシ樹脂としては、エ
ポキシ当量１６０〜２５０、軟化点５０〜１３０℃のも
のが一般に用いられる。そして、クレゾールノボラツク
型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量１８０〜２１０
、軟化点６０〜１１０℃のものが一般に用いられる。このようなノボラツク型エポキシ樹脂と通常用いられる
エポキシ樹脂とを併用する場合、ノボラツク型エポキシ
樹脂の配合量は、エポキシ樹脂組成物全体に対して７〜
４５重量％（以下「％」と略す）の範囲内に設定するこ
とが好ましい。

【００１０】上記硬化剤（Ｂ成分）は、上記エポキシ樹
脂（Ａ成分）の硬化剤として作用するものであり、通常
、フエノール樹脂が用いられる。上記フエノール樹脂と
しては、例えば、フエノールノボラツク，ｏ−クレゾー
ルノボラツク，ｍ−クレゾールノボラツク，ｐ−クレゾ
ールノボラツク，ｏ−エチルフエノールノボラツク，ｍ
−エチルフエノールノボラツク，ｐ−エチルフエノール
ノボラツク等が好適に用いられる。そして、これらノボ
ラツク樹脂は、軟化点が５０〜１１０℃、水酸基当量が
１００〜１５０のものを用いるのが好ましい。また、上
記ノボラツク樹脂以外に、通常用いられる硬化剤を併用
してもよい。

【００１１】上記硬化剤（Ｂ成分）の配合量は、エポキ
シ樹脂組成物全体に対して５〜２５％の範囲内に設定す
ることが好ましい。また、当量比では、硬化剤としてフ
エノール樹脂を用いる場合、エポキシ樹脂１エポキシ当
量当たり、フエノール樹脂を０．６〜１．５水酸基当量
の割合で配合するのが好適である。

【００１２】上記エポキシ樹脂（Ａ成分）および硬化剤
（Ｂ成分）とともに用いられる無機質充填剤（Ｃ成分）
としては、シリカ，アルミナ，炭酸カルシウム，石英ガ
ラス，珪石，タルク，クレー，酸化ジルコニウム，ケイ
酸ジルコニウム，酸化ベリリウム等の粉末状のものを用
いることができる。そして、このような無機質充填剤の
配合量は、エポキシ樹脂組成物全体に対して３０〜９０
％の範囲に設定することが好ましい。

【００１３】上記エポキシ樹脂（Ａ成分），硬化剤（Ｂ
成分）および無機質充填剤（Ｃ成分）とともに用いられ
るトリ有機ホスフイン（Ｄ成分）は、下記の一般式（１
）で表されるものであり、硬化促進剤として作用するも
のである。

【００１４】〔上記式（１）において、Ａは１価の有機基である。〕

【００１５】上記一般式（１）において、Ａで示す１価
の有機基のなかでも、炭素数６の芳香族基，炭素数１〜
１０のアルキル基，炭素数５または６の脂環族基，アラ
ルキル基等が好適にあげられる。例えば、トリフエニル
ホスフイン，トリ−ｎ−ブチルホスフイン，トリ−ｎ−
オクチルホスフイン，トリシクロヘキシルホスフイン，
トリベンジルホスフイン，トリ−ｐ−トリルホスフイン
，ビスジフエニルホスフイノエタン，ビスジフエニルホ
スフイノブタン等があげられる。

【００１６】上記トリ有機ホスフイン（Ｄ成分）の配合
量は、使用目的に応じ適宜選択して配合されるが、前記
エポキシ樹脂（Ａ成分）と硬化剤（Ｂ成分）の合計量の
１．５％以内、好ましくは０．５〜１．５％程度に設定
するのが望ましい。

【００１７】上記エポキシ樹脂（Ａ成分），硬化剤（Ｂ
成分），無機質充填剤（Ｃ成分）およびトリ有機ホスフ
イン（Ｄ成分）とともに用いられるホウ酸（Ｅ成分）と
しては、オルトホウ酸，ピロホウ酸，メタホウ酸および
その他各種のポリホウ酸等があげられる。これらホウ酸
（Ｅ成分）の配合量は、モル比で、上記トリ有機ホスフ
イン（Ｄ成分）１モルに対してホウ酸（Ｅ成分）を０．
５〜５．０モルの範囲、好ましくは１〜３モル程度に設
定するのが望ましい。

【００１８】なお、本発明の半導体封止用エポキシ樹脂
組成物には、上記Ａ〜Ｅ成分以外に必要に応じて離型剤
を適宜配合することができる。

【００１９】上記離型剤としては、従来公知のステアリ
ン酸，パルミチン酸等の長鎖カルボン酸、ステアリン酸
亜鉛，ステアリン酸カルシウム等の長鎖カルボン酸の金
属塩、カルナバワツクス，モンタンワツクス等のワツク
ス類等を用いることができる。

【００２０】本発明の半導体封止用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、上記各成分をミキシングロール機等の混練機に
かけて加熱状態で混練して半硬化状の樹脂組成物を作製
する。そして、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
より目的とするエポキシ樹脂組成物を製造することがで
きる。

【００２１】このような半導体封止用エポキシ樹脂組成
物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、例えばトランスフアー成形等の公
知のモールド方法により行うことができる。

【００２２】このようにして得られる半導体装置は、高
い信頼性（耐湿信頼性，耐半田信頼性）を有している。これは、半導体素子のリードフレーム等と封止樹脂との
密着性が改善され、密着不良にもとづくリードフレーム
等の腐食が防止されることにもとづくものと考えられる
。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、本発明の半導体装置は、
トリ有機ホスフイン（Ｄ成分）とホウ酸（Ｅ成分）とを
含有する特殊なエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子
を封止して構成されており、その特殊なエポキシ樹脂組
成物が保存安定性に優れているため、優れた諸信頼性、
特に耐湿信頼性，耐半田信頼性を備えている。

【００２４】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００２５】

【実施例１〜１２】下記の表１および表２に示す原料を
同表に示す割合で配合し、ミキシングロール機（温度１
１０℃）で１．５分間混練して半硬化状の樹脂組成物を
作製した。つぎに、これを室温に冷却したのち粉砕する
ことにより粉末状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を
得た。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】

【比較例１〜３】下記の表３に示す原料を同表に示す割
合で配合した。それ以外は実施例１と同様にして粉末状
の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。

【００２９】

【表３】このようにして得られた実施例および比較例の粉末状エ
ポキシ樹脂組成物について、スパイラルフロー（ＳＦ）
を測定し、エポキシ樹脂組成物の保持率を特性評価した
。その結果を後記の表４に示す。

【００３０】なお、上記保持率（％）は下記の式により
算出した。

【００３１】保持率（％）＝（所定時間保存後のＳＦ値
）／（初期のＳＦ値）×１００

【００３２】そして、上記ＳＦ値は、つぎのようにして
得られる。まず、粉末状エポキシ樹脂組成物をタブレツ
ト状（直径２４．５ｍｍ×厚み２０ｍｍ）に予備成形す
る。このタブレツトを予め規定温度（１５５±５℃）に加熱
してある渦巻き状のＳＦ用金型のポツトの奥部まで挿入
し、型締めして型締め圧力を２１０±１０ｋｇ／ｍｍ２
　まで上げる。つぎに、型締め圧力が２１０±１０ｋｇ
／ｍｍ２　になつた時点で、注入圧力７６０±５ｋｇ／
ｍｍ２　（総圧）になると同時に１分５０秒間注入圧力
をかける。ついで、トランスフアー成形機のプランジヤ
ーの圧力を抜き、さらに上記型締め圧力を抜き、金型を
開く。そして、成形物の渦巻きの長さを２．５ｍｍ（１
ｉｎ）まで測定することによりＳＦ値が得られる。

【００３３】

【表４】

【００３４】また、上記実施例および比較例により得ら
れた粉末状エポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子を
トランスフアー成形でモールドすることにより半導体装
置を作製した。このようにして得られた半導体装置につ
いて、電圧印加状態におけるプレツシヤー釜による２０
００時間の信頼性テスト（以下「ＰＣＢＴテスト」と略
す）、また２１５℃×９０秒のベーパーフエイズソルダ
リング（ＶＰＳ）を行いかつこれの１５０℃×３００時
間のプレツシヤークツカーテスト（以下「ＰＣＴテスト
」と略す）をそれぞれ行いその不良個数をカウントする
ことにより信頼性を評価した。その結果を下記の表５に
示す。

【００３５】

【表４】上記表４および表５の結果から、実施例により
得られたエポキシ樹脂組成物は比較例のものより保存安
定性に優れていることがわかる。しかも、実施例のエポ
キシ樹脂組成物を用いて樹脂封止された実施例品の半導
体装置は、比較例品に比べて不良発生個数が非常に少な
い。これらのことから、実施例により得られたエポキシ
樹脂組成物は保存安定性に優れ、しかもそれらエポキシ
樹脂組成物により樹脂封止された実施例品は耐湿信頼性
および耐半田信頼性に優れていることがわかる。

【表５】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　下記の（Ａ）〜（Ｅ）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）硬化剤。（Ｃ）無機質充填剤。（Ｄ）下記の一般式（１）で表されるトリ有機ホスフイ
ン。〔上記式（１）において、Ａは１価の有機基である。〕
（Ｅ）ホウ酸。
【請求項２】　　下記の（Ａ）〜（Ｅ）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）硬化剤。（Ｃ）無機質充填剤。（Ｄ）下記の一般式（１）で表されるトリ有機ホスフイ
ン。〔上記式（１）において、Ａは１価の有機基である。〕
（Ｅ）ホウ酸。
【請求項３】　　下記の（Ａ）〜（Ｅ）成分を有する配
合成分を加熱状態で混練して半硬化状にすることを特徴
とするエポキシ樹脂組成物の製法。（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）無機質充填剤。（Ｄ）下記の一般式（１）で表されるトリ有機ホスフイ
ン。〔上記式（１）において、Ａは１価の有機基である。〕
（Ｅ）ホウ酸。