JPH08204067A

JPH08204067A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH08204067A
Application number: JP910195A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Shimada; 克実嶋田; Tadaaki Harada; 忠昭原田; Shinjiro Uenishi; 伸二郎上西; Takahiko Maruhashi; 隆彦丸橋; Hirokatsu Kamiyama; 博克神山
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1995-01-24
Filing date: 1995-01-24
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】封止樹脂とリードフレームとの接着力を向上さ
せることにより、耐湿信頼性に優れた半導体装置を提供
する。【構成】エポキシ樹脂（Ａ成分），硬化剤（Ｂ成分），
硬化促進剤（Ｃ成分）およびメルカプト基含有シリコン
化合物（Ｄ成分）を含有するエポキシ樹脂組成物を用い
て、銀めっき処理済みのリードフレーム上に搭載された
半導体素子を封止することにより得られた半導体装置で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高い耐湿信頼性を有
する半導体装置、特に光半導体装置に有用なものに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、エポキシ樹脂と、硬化剤と、
硬化促進剤を必須成分としたエポキシ樹脂組成物を用い
て、リードフレーム上に搭載された光半導体素子を封止
することにより光半導体装置が製造されている。

【０００３】しかし、上記樹脂封止された光半導体装置
においては、高い透明性を有することが必須要件となっ
ている。したがって、この透明性を保持するために、封
止材料であるエポキシ樹脂組成物中に、シリカ粉末等の
充填剤を多量に配合することができない。これに伴い、
上記エポキシ樹脂組成物の熱膨脹係数は、約７×１０ ^-5
／℃程度となり、これは封止されるリードフレームや光
半導体素子の熱膨脹係数に比べて約一桁大きいものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このため、従来のエポ
キシ樹脂組成物を用いて封止された光半導体装置は、そ
の耐湿性試験において、上記両者の熱膨脹係数の違いに
よって発生する応力から、リードフレームと封止樹脂と
が剥離し、その剥離界面から水分が浸入する。そして、
この水分の浸入が原因となって、リーク不良やアルミニ
ウム配線の腐食による不良が発生し易いという問題を有
している。

【０００５】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。

【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、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、銀めっき処理
済みのリードフレーム上に搭載された半導体素子を封止
するという構成をとる。（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）硬化剤。（Ｃ）硬化促進剤。（Ｄ）メルカプト基を含有するシリコン化合物。

【０００７】

【作用】すなわち、本発明者らは、封止樹脂の熱膨脹係
数と、リードフレームおよび光半導体素子の熱膨脹係数
との違いから生じる剥離界面からの水分浸入による様々
な不良発生を解決するために一連の研究を重ねた。そし
て、上記熱膨脹係数の違いにより生じる剥離界面の発生
を防止するためには、リードフレームと封止樹脂との接
着性を向上させることが有効であるという点に着目し、
この接着性を高めることを中心にさらに研究を重ねた。
その結果、リードフレームのなかでも、その表面が銀め
っき処理されたものを用い、さらに、封止用樹脂組成物
として、上記（Ａ）〜（Ｃ）成分に加えて、メルカプト
基を含有するシリコン化合物〔（Ｄ）成分〕を配合した
エポキシ樹脂組成物を用いると、上記メルカプト基がめ
っき処理された銀に作用して、リードフレームに対する
接着性が向上することを突き止めた。このため、水分の
浸入によるリーク不良やアルミニウム配線の腐食による
不良の発生が抑制されることを見出しこの発明に到達し
た。

【０００８】つぎに、この発明を詳しく説明する。

【０００９】この発明の半導体装置は、その表面が銀め
っき処理されたリードフレームと、特定のエポキシ樹脂
組成物とを用いて得られる。

【００１０】上記特定のエポキシ樹脂組成物は、エポキ
シ樹脂（Ａ成分）と、硬化剤（Ｂ成分）と、硬化促進剤
（Ｃ成分）と、特殊な添加剤（Ｄ成分）とを用いて得ら
れるものであって、通常、液状、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。

【００１１】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、一分子中に２個以上のエポキ
シ基を含有するエポキシ樹脂であればいかなるエポキシ
樹脂を用いてもよい。例えば、ビスフェノールＡ系エポ
キシ樹脂，ビスフェノールＦ系エポキシ樹脂，ノボラッ
ク系エポキシ樹脂，脂環式エポキシ樹脂，ビフェニル系
エポキシ樹脂，ジシクロペンタジエン系エポキシ樹脂，
イソシアヌル系エポキシ樹脂等の種々のエポキシ樹脂が
あげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用
いられる。また、この発明における接着性の向上効果を
阻害しない範囲内であればモノエポキシ系樹脂を使用す
ることもできる。

【００１２】なかでも、光半導体素子を封止する場合
は、透明性を考慮すると、ビスフェノールＡ系エポキシ
樹脂，イソシアヌル系エポキシ樹脂，脂環式エポキシ樹
脂を用いることが好ましい。さらに、上記エポキシ樹脂
に加えて他のエポキシ樹脂を併用してもよい。他のエポ
キシ樹脂を併用する場合は、他のエポキシ樹脂自体着色
していることが多く、透明性を妨げない割合で併用す
る。

【００１３】上記ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂とし
ては、エポキシ当量１８０〜９５０で、軟化点１２０℃
以下のものを用いることが好ましい。特に好ましくは、
エポキシ当量１８０〜６５０である。

【００１４】上記イソシアヌル系エポキシ樹脂として
は、一般に、トリス（２，３−エポキシプロピル）イソ
シアヌレートまたはその変性物があげられる。そして、
エポキシ当量９５〜１１０で、軟化点８０〜１７０℃の
範囲のものがあげられる。

【００１５】上記エポキシ樹脂（Ａ成分）とともに用い
られる硬化剤（Ｂ成分）としては、酸無水物系硬化剤，
カルボン酸類，アミン類，フェノール樹脂等が用いられ
る。

【００１６】上記酸無水物系硬化剤としては、無水フタ
ル酸，ヘキサヒドロ無水フタル酸，テトラヒドロ無水フ
タル酸，メチルヘキサヒドロ無水フタル酸，メチルテト
ラヒドロ無水フタル酸，無水マレイン酸，無水トリメリ
ット酸，無水ピロメリット酸，無水メチルナジック酸，
無水ナジック酸，無水グルタル酸等の無色あるいは淡黄
色の酸無水物があげられ、特に充分に精製され着色の少
ないものが好ましい。これらは単独でもしくは２種以上
併せて用いられる。

【００１７】上記カルボン酸類としては、テトラヒドロ
フタル酸，フタル酸，ヘキサヒドロフタル酸等があげら
れる。また、上記アミン類としては、一級，二級アミン
等の化合物があげられる。さらに、上記フェノール樹脂
としては、特に限定するものではなく従来公知のものが
あげられる。

【００１８】上記硬化剤のなかでも、封止対象が、光半
導体素子の場合は、封止樹脂の透明性を考慮すると、ヘ
キサヒドロ無水フタル酸またはテトラヒドロ無水フタル
酸を主として用いることが好ましい。

【００１９】そして、前記エポキシ樹脂（Ａ成分）と硬
化剤（Ｂ成分）の配合割合は、Ａ成分のエポキシ基１当
量に対してＢ成分の当量を０．６〜１．５の範囲に設定
することが好ましく、特に好ましくは０．８〜１．２で
ある。上記Ｂ成分の当量は、酸無水物系硬化剤の場合
は、その酸無水物当量であり、フェノール樹脂の場合
は、水酸基当量である。

【００２０】上記Ａ成分およびＢ成分とともに用いられ
る硬化促進剤（Ｃ成分）としては、イミダゾール類や三
級アミン類、また、りん系触媒、第四級アンモニウム
塩、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセ
ン−７およびその誘導体、有機金属塩類等があげられ
る。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられ
る。そして、上記硬化促進剤の配合量は、Ａ成分１００
重量部（以下「部」と略す）に対して０．０５〜５部の
範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは０．２
〜２部である。すなわち、硬化促進剤の配合量が、０．
０５部未満では、ゲル化時間が遅くなり、硬化作業性を
著しく低下させる傾向がみられ、逆に５部を超えると、
硬化が急速に進み、その結果、発熱が大きくなってクラ
ックや発泡を生じる恐れがあるからである。

【００２１】上記Ａ〜Ｃ成分とともに用いられる特殊な
添加剤（Ｄ成分）は、メルカプト基を含有するシリコン
化合物であり、具体的には、メルカプトプロピルメチル
ポリシロキサン，メルカプトプロピルトリメトキシシラ
ン，メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン等があ
げられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用い
られる。

【００２２】上記Ｄ成分の配合量は、Ａ成分１００部に
対して０．００１〜５部の範囲に設定することが好まし
く、特に好ましくは０．０１〜５部である。すなわち、
Ｄ成分の配合量が、０．００１部未満では、銀めっき処
理されたリードフレームとの充分な接着力を得ることが
難しく、５部を超えると、封止樹脂の強度やガラス転移
温度等の樹脂物性の低下を招く恐れがあるからである。

【００２３】この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物
には、上記Ａ〜Ｄ成分以外に、必要に応じて、各種染
料，顔料等の着色剤、公知の光分散剤、可塑剤、酸化防
止剤、紫外線吸収剤、離型剤等の従来公知の他の添加剤
を適宜に配合することができる。

【００２４】上記離型剤としては、モンタン酸，ステア
リン酸およびその金属塩、ポリエチレン系カルナバワッ
クス等の従来公知のものがあげられる。

【００２５】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（Ａ成分），硬化剤（Ｂ成
分），硬化促進剤（Ｃ成分），特殊な添加剤（Ｄ成分）
および必要に応じて従来公知の他の添加剤を、常温もし
くは加温下で均一に混合することにより製造することが
できる。また、場合により、冷却した後、粉砕し、さら
に必要に応じて打錠することによりエポキシ樹脂組成物
を製造することができる。

【００２６】また、この発明において用いられる表面が
銀めっき処理されたリードフレームは、４２アロイやＳ
ＰＣＣ（ＪＩＳ）等の鉄系、りん青銅等の銅系等のリー
ドフレーム基材表面に、銀めっき処理を施したものであ
る。上記銀めっきの下地処理および銀めっき処理法とし
ては、特に限定するものではなく従来公知の方法によっ
て銀めっき処理する方法があげられる。また、銀めっき
処理によって形成された銀めっき層の厚みも特に限定す
るものではなく従来のめっき処理によって形成される厚
みであればよく、通常、１〜６μｍである。

【００２７】このような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、例え
ば、注型法あるいはトランスファー成形等の公知のモー
ルド方法により半導体素子をモールドすることにより行
うことができる。

【００２８】こうして得られる半導体装置は、銀めっき
処理されたリードフレームの銀に、エポキシ樹脂組成物
中のＤ成分のメルカプト基が作用して、リードフレーム
と封止樹脂との接着性が向上し、その結果、剥離界面か
らの水分の浸入による不良発生が抑制される。したがっ
て、銀めっき処理されたリードフレーム、あるいはＤ成
分を用いることのいずれか一方のみを採用しても、目的
とする充分な接着力が得られず、この発明の目的とする
耐湿信頼性向上の実現は成し得ない。

【００２９】なお、この発明において、封止対象となる
半導体素子が、受光素子および発光素子等の光半導体素
子の場合は、封止樹脂である硬化物としては、厚み１ｍ
ｍの硬化物において、分光光度計の測定により、波長６
００ｎｍの光透過率が９０％以上のものが好ましい。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、銀めっき処理済みのリードフレーム上に搭載された
半導体素子を、前記Ａ〜Ｄ成分含有の特殊なエポキシ樹
脂組成物により樹脂封止したものである。このため、リ
ードフレーム表面にめっき処理された銀に、上記Ｄ成分
中のメルカプト基が作用してリードフレームと封止樹脂
の接着性が向上する。その結果、両者の熱膨脹係数の違
いによる界面剥離の発生が抑制され、その界面からの水
分浸入に起因するリーク不良やアルミニウム配線の腐食
による不良の発生が抑制される。したがって、半導体装
置の耐湿信頼性が向上する。このように、この発明の半
導体装置は、上記構成により、信頼性に優れた高品質の
ものが得られるようになる。

【００３１】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００３２】

【実施例１〜１４】下記の表１および表２に示す材質の
リードフレーム基材を準備し、このリードフレーム基材
表面に銀めっき処理を施した。一方、下記の表１および
表２に示す各成分を同表に示す割合で配合し、ミキシン
グロール機（１０５℃）で溶融混練を行い、熟成するこ
とによりエポキシ樹脂組成物を調製した。そして、上記
銀めっき処理したリードフレームと、エポキシ樹脂組成
物を用い、リードフレームのダイパット上に搭載した受
光素子（フォトダイオード）をトランスファー成形（条
件：１５０℃×４分）により樹脂封止して目的とする光
半導体装置を得た。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【比較例１〜５】下記の表３に示す材質のリードフレー
ム基材を準備し、このリードフレーム基材表面に、同表
に示す材質を用いて公知の方法により金属めっき処理を
施した。一方、下記の表３に示す各成分を同表に示す割
合で配合し、ミキシングロール機（１０５℃）で溶融混
練を行い、熟成することによりエポキシ樹脂組成物を調
製した。そして、上記金属めっき処理したリードフレー
ムと、エポキシ樹脂組成物を用い、リードフレームのダ
イパット上に搭載した受光素子（フォトダイオード）を
トランスファー成形（条件：１５０℃×４分成形、アフ
ターキュア条件：１５０℃×３時間）により樹脂封止し
て目的とする光半導体装置を得た。

【００３６】

【表３】

【００３７】このようにして得られた光半導体装置を用
い、１００℃×１気圧のプレッシャークッカーテスト
（ＰＣＴ）槽中に入れ、リーク電流の変化を測定した。
そして、上記ＰＣＴ槽中での１２０時間後のリーク電流
の値が初期値に対して１桁以上増加したものを不良とし
て耐湿試験を行った。その結果を下記の表４〜表６に示
す。また、各エポキシ樹脂組成物を用い、厚み１ｍｍの
硬化体を成形した（条件：１５０℃×４分成形、アフタ
ーキュア条件：１５０℃×３時間）。これについて、波
長６００ｎｍにおける光透過率を分光光度計（島津製作
所社製、ＵＶ−３１０１ＰＣ）を用いて測定した。この
結果を下記の表４〜表６に併せて示す。

【００３８】

【表４】

【００３９】

【表５】

【００４０】

【表６】

【００４１】上記表４〜表６の結果から、比較例１品は
銀めっき処理済みのリードフレームを用いたものの、メ
ルカプト基含有シラン化合物を配合しないエポキシ樹脂
組成物により樹脂封止されたものであるため、耐湿信頼
性に劣るものであった。また、比較例２〜５品はメルカ
プト基含有シラン化合物を配合したエポキシ樹脂組成物
を用いたものの、めっき処理無しもしくは銀以外の金属
めっき処理済みのリードフレームを用いたため、やはり
耐湿信頼性に劣るものであった。これに対して全ての実
施例品は、銀めっき処理済みのリードフレームを用い、
しかも、メルカプト基含有シラン化合物を配合したエポ
キシ樹脂組成物により樹脂封止されたものであるため、
耐湿信頼性に優れたものであった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者丸橋隆彦大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号日東電工株式会社内 (72)発明者神山博克大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号日東電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、銀めっき処理済みのリードフ
レーム上に搭載された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）硬化促進剤。（Ｄ）メルカプト基を含有するシリコン化合物。