JPH0536867A

JPH0536867A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH0536867A
Application number: JP29964591A
Authority: JP
Inventors: Fujio Kitamura; 富士夫北村; Toku Nagasawa; 徳長沢; Kazumasa Igarashi; 一雅五十嵐
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1991-05-20
Filing date: 1991-10-18
Publication date: 1993-02-12
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JP2862718B2

Abstract

(57)【要約】【目的】優れた耐湿信頼性を備えた半導体装置の提供
を目的とする。【構成】下記の（Ａ）〜（Ｃ）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。（Ａ）下記の一般式（１）で表され、重量平均分子量が
３００〜８００で、かつ上記重量平均分子量（Ｍｗ）と
数平均分子量（Ｍｎ）との比（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．０〜
１．５であるエポキシ樹脂。【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、信頼性、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。

【０００２】

【従来の技術】トランジスタ，ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
素子は、通常、セラミツクパツケージもしくはプラスチ
ツクパツケージ等により封止され半導体装置化されてい
る。上記セラミツクパツケージは、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ツ
クパツケージを用いた樹脂封止が主流になつている。こ
の種のプラスチツクパツケージ材料には、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，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。このようなエポキシ樹脂組成物としては、
特に、ｏ−クレゾールノボラツクエポキシ樹脂と、硬化
剤としてのフエノールノボラツク樹脂、その他の添加剤
として三級アミン等の硬化促進剤、溶融シリカ等の無機
質充填剤等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）に優れているとして賞用され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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、パツケージ形状の小形化，薄形化が進むようになつ
ており、これに伴つ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。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レベルのなかでも、特に耐湿
信頼性に劣つており、素子上のアルミ配線および電極等
の腐食を主体とした不良を発生している。そして、上記
耐湿信頼性を向上させるため、封止材料の低吸湿化を図
ることが考えられ、例えば従来の封止材料の主成分であ
るエポキシ樹脂の分子骨格に、アルキル基等の置換基を
導入することが試みられている。しかし、このようなエ
ポキシ樹脂を用いても満足のいく耐湿信頼性を得るのは
困難であり、耐湿信頼性の向上が望まれている。

【０００４】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。

【０００５】

【課題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）〜（Ｃ）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。

【０００６】（Ａ）下記の一般式（１）で表され、重量
平均分子量が３００〜８００で、かつ上記重量平均分子
量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）との比（Ｍｗ／Ｍ
ｎ）が１．０〜１．５であるエポキシ樹脂。

【０００７】

【化３】

【０００８】（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）無機質充填剤。

【０００９】

【作用】すなわち、本発明者らは、耐湿性に優れた封止
樹脂を得るために一連の研究を重ねた。その結果、特定
の重量平均分子量（Ｍｗ）と、その重量平均分子量（Ｍ
ｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）との比（Ｍｗ／Ｍｎ）が特
定の範囲のビフエニル骨格を有する上記一般式（１）で
表されるエポキシ樹脂を用いると、封止樹脂の低吸湿化
がなされ、高い耐湿信頼性が得られることを見出しこの
発明に到達した。

【００１０】つぎに、この発明を詳細に説明する。

【００１１】この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物
は、特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）と、硬化剤（Ｂ成
分）と、無機質充填剤（Ｃ成分）とを用いて得られるも
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。

【００１２】上記特殊なエポキシ樹脂（Ａ成分）として
は、下記の一般式（１）で表されるものがあげられる。

【００１３】

【化４】

【００１４】上記一般式（１）で表される特殊なエポキ
シ樹脂としては、４，４′−ジヒドロキシビフエニルま
たは４，４′−ジヒドロキシ−３，３′，５，５′−テ
トラメチルビフエニルと、エピハロヒドリンとを反応さ
せることにより得られる。

【００１５】具体的には、下記の２通りの製法、ジヒ
ドロキシビフエニルと過剰のエピハロヒドリンとをアル
カリ金属水酸化物の共存下で反応させ、ジヒドロキシビ
フエニルへのエピハロヒドリンの付加反応と、エポキシ
環を形成する閉環反応とを同時に行うことにより製造す
る一段法、ジヒドロキシビフエニルと過剰のエピハロ
ヒドリンとを塩基性触媒の存在下で付加反応させ、つい
でアルカリ金属水酸化物を添加し閉環反応を行うことに
より製造する２段法により得られる。

【００１６】このようにして得られる特殊なエポキシ樹
脂（Ａ成分）は、ビフエニル骨格を有するものであり、
これを用いると、樹脂骨格の疎水化効果により、エポキ
シ樹脂組成物の低吸湿化が図られる。さらに、この特殊
なエポキシ樹脂は、エポキシ樹脂組成物の適度な流動性
および硬化性を確保するために、重量平均分子量（Ｍ
ｗ）が３００〜８００で、しかも重量平均分子量（Ｍ
ｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）との比（Ｍｗ／Ｍｎ）が
１．０〜１．５の範囲にあることが必要である。上記重
量平均分子量（Ｍｗ）および数平均分子量（Ｍｎ）の値
は、ポリスチレン換算ゲルパーミエーシヨンクロマトグ
ラフイー（ＧＰＣ）のデータにより算出される。さら
に、エポキシ当量１７０〜４５０、軟化点６０〜１３０
℃のものが好適に用いられる。

【００１７】そして、上記特殊なエポキシ樹脂のみでエ
ポキシ樹脂成分を構成してもよいし、それ以外の、通常
用いられるエポキシ樹脂と併用するようにしてもよい。
前者の場合には、Ａ成分の全部が上記一般式（１）の特
殊なエポキシ樹脂で構成され、後者の場合にはＡ成分の
一部が上記一般式（１）の特殊なエポキシ樹脂で構成さ
れることとなる。上記通常用いられるエポキシ樹脂とし
ては、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
型エポキシ樹脂等があげられる。このようなエポキシ樹
脂のなかでも、エポキシ当量１００〜３００、軟化点５
０〜１３０℃のものが好適に用いられる。このように両
者を併用する場合には、上記一般式（１）で表される特
殊なエポキシ樹脂をエポキシ樹脂成分全体の５０重量％
（以下「％」と略す）以上に設定するのが好ましい。

【００１８】さらに、これらエポキシ樹脂〔一般式
（１）で表される特殊なエポキシ樹脂および通常用いら
れるエポキシ樹脂〕としては、イオン性不純物および加
水分解性イオンが少ないほど好ましく、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５ppm 以下
および加水分解性塩素イオンの濃度が６００ppm 以下の
ものを用いるのが好ましい。

【００１９】上記硬化剤（Ｂ成分）は、エポキシ樹脂成
分の硬化剤として作用するものであり、特に限定するも
のではなく、従来公知のもの、例えばフエノールノボラ
ツク樹脂，下記の一般式（２）で表されるフエノール樹
脂，アミン類，酸無水物類等エポキシ樹脂と架橋する全
てのものがあげられる。

【００２０】

【化５】

【００２１】なかでも、フエノール類が好適に用いられ
る。

【００２２】上記エポキシ樹脂成分と硬化剤との配合割
合は、機械的強度，耐湿性の観点から、エポキシ樹脂に
対する硬化剤の化学的当量比が０．５〜２．０となるよ
うに配合することが好適である。より好適なのは０．８
〜１．２である。

【００２３】上記エポキシ樹脂成分および硬化剤成分と
ともに用いられる無機質充填剤（Ｃ成分）としては、結
晶性シリカや溶融性シリカ，アルミナ，クレー，アスベ
スト，炭酸カルシウム，ガラス等があげられる。このよ
うな無機質充填剤（Ｃ成分）の含有量は、エポキシ樹脂
組成物全体の４０〜９０％の範囲に設定するのが好適で
ある。

【００２４】なお、この発明に用いられるエポキシ樹脂
組成物には、必要に応じて上記エポキシ樹脂成分，硬化
剤成分および無機質充填剤以外に、硬化促進剤，表面処
理剤，顔料，難燃剤等のその他の添加剤が用いられる。

【００２５】上記硬化促進剤としては、イミダゾール
類，三級アミン類，有機リン化合物，アルミニウム化合
物，チタン化合物等があげられる。

【００２６】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、上記エポキシ樹脂成分，硬化剤成分，無機質充
填剤および必要に応じて上記その他の添加剤等を配合
し、例えばミキサーによつて充分混合する。この後、熱
ロール機による溶融混合処理またはニーダー等による混
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。

【００２７】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方法により
行うことができる。

【００２８】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前記一般式（１）の特殊
なエポキシ樹脂の作用により、優れた耐湿信頼性を有し
ている。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、前記一般式（１）で表される特殊なエポキシ樹脂を
含有するエポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を樹脂
封止して構成されているため、優れた耐湿信頼性を備え
ている。

【００３０】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００３１】まず、実施例に先立つて、下記の製法に従
つて一般式（１）で表されるビフエニル骨格のエポキシ
樹脂を製造した。

【００３２】〔エポキシ樹脂Ａの製造〕攪拌装置，温度
計，冷却器を備えた１リツトルのフラスコ内に、４，
４′−ジヒドロキシ−３，３′，５，５′−テトラメチ
ルビフエニル１２１．１ｇ（０．５モル）、エピクロル
ヒドリン３７０ｇ（４モル）、テトラメチルアンモニウ
ムクロライド２．４２ｇを仕込み、浴温を１３０℃に
し、還流下２時間反応を行つた。ついで、反応物を６０
℃まで冷却し、水酸化ナトリウム４２ｇ（１．０５モ
ル）を加え、反応温度５０〜６５℃，減圧度１００〜２
００mmHgの条件下、生成水を連続的に共沸除去して閉環
反応を１．５時間行つた。その後、過剰のエピクロルヒ
ドリンを減圧下で回収した後、トルエン５００ミリリツ
トル加え、１リツトルの水で３回洗浄した。トルエンを
減圧除去し、淡褐色固体の生成物であるエポキシ樹脂を
１４０ｇ得た。このエポキシ樹脂の特性を下記に示す。

【００３３】軟化温度：９５〜１１０℃ エポキシ当量：１９３重量平均分子量（Ｍｗ）：４４３Ｍｗ／Ｍｎ：１．３３

【００３４】〔エポキシ樹脂Ｂの製造〕攪拌装置，温度
計，冷却器を備えた１リツトルのフラスコ内に、４，
４′−ジヒドロキシ−３，３′，５，５′−テトラメチ
ルビフエニル１２１．２ｇ（０．５モル）、エピクロル
ヒドリン２７８ｇ（３モル）、テトラメチルアンモニウ
ムクロライド２．４２ｇを仕込み上記エポキシ樹脂Ａの
製法と同様にして淡褐色固体の生成物であるエポキシ樹
脂を１４０ｇ得た。このエポキシ樹脂の特性を下記に示
す。

【００３５】軟化温度：１１０〜１２０℃ エポキシ当量：３００重量平均分子量（Ｍｗ）：６５０Ｍｗ／Ｍｎ：１．５４

【００３６】〔エポキシ樹脂Ｄの製造〕攪拌装置，温度
計，冷却器を備えた１リツトルのフラスコ内に、４，
４′−ジヒドロキシ−３，３′，５，５′−テトラメチ
ルビフエニル１２１．１ｇ（０．５モル）、エピクロル
ヒドリン３２４ｇ（３．５モル）、テトラメチルアンモ
ニウムクロライド２．４２ｇを仕込み上記エポキシ樹脂
Ａの製法と同様にして淡褐色固体の生成物であるエポキ
シ樹脂を１４０ｇ得た。このエポキシ樹脂の特性を下記
に示す。

【００３７】軟化温度：９５〜１１０℃ エポキシ当量：２７０重量平均分子量（Ｍｗ）：６３０Ｍｗ／Ｍｎ：１．５０

【００３８】

【実施例１〜５、比較例１，２】下記の表１に示す各配
合物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℃）で１０分間混練した。その後、冷
却粉砕し粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。

【００３９】

【表１】

【００４０】このようにして得られた実施例品および比
較例品の粉末状のエポキシ樹脂組成物を用い、その硬化
物特性として吸水率およびガラス転移温度を調べ評価
し、その結果を下記の表２に示した。また、半導体装置
の耐湿信頼性を評価するために耐湿試験用デバイスを組
み立て上記エポキシ樹脂組成物を用いて樹脂封止したの
ち、得られた半導体装置についてプレツシヤークツカー
テスト（ＰＣＴテスト）を行つた。その結果を表２に示
す。なお、上記吸水率，ガラス転移温度およびＰＣＴテ
ストは下記に示す条件等で行い測定した。

【００４１】〔吸水率〕直径５０mm×厚み１mmの円板を
トランスフアーモールドにより成形し、これを８５℃×
８５％ＲＨの恒温恒湿槽の中で３００時間放置したとき
の重量変化より求めた。

【００４２】〔ガラス転移温度〕サーマルメカニカルア
ナリシス（ＴＭＡ）装置を用いて測定した。

【００４３】〔ＰＣＴテスト〕プレツシヤー釜（１２１
℃×２atm ×１００％ＲＨ）による１０００時間の信頼
性テストを行い、導通不良となつた個数を示した。

【００４４】

【表２】

【００４５】上記表２の結果から、比較例品は吸水率が
高く、しかもＰＣＴテストにおいて導通不良品が多く発
生している。これに対して、実施例品は比較例品に比べ
ていずれも吸水率が低く、導通不良品は発生しないかま
たは発生しても極僅かである。このことから、実施例品
は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】

【請求項１】下記の（Ａ）〜（Ｃ）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）下記の一般式（１）で表され、重量平均分子量が
３００〜８００で、かつ上記重量平均分子量（Ｍｗ）と
数平均分子量（Ｍｎ）との比（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．０〜
１．５であるエポキシ樹脂。【化１】（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）無機質充填剤。
【請求項２】下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する半
導体封止用エポキシ樹脂組成物。（Ａ）下記の一般式（１）で表され、重量平均分子量が
３００〜８００で、かつ上記重量平均分子量（Ｍｗ）と
数平均分子量（Ｍｎ）との比（Ｍｗ／Ｍｎ）が１．０〜
１．５であるエポキシ樹脂。【化２】（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）無機質充填剤。