JPS58119653A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

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】 本発明はエポキシ樹脂組成物の硬化物によって封止され
丸高信頼性の樹脂封止型半導体装置に関する０゛ エポキシ樹脂は電気特性、機械特性、耐薬品性などが優
れている丸め信頼性の高い電気絶縁材料として半導体装
置の封止に広く用いられている。

最近では従来のセラミックスを用いたハーメチック封止
にかわって、はとんどの半導体装置たとえば集積回路、
大規模集積回路、トランジスタ、ダイオードなどが低圧
成形用のエポキシ樹脂組成物を用いて封止されている＠ 半導体封止用エポキシ樹脂組成物としては、信Ｓ性、成
形性などの点を考慮してエポキシ樹脂。

ノボラック型フェノール樹脂硬化剤、イミダゾール硬化
促進剤から成るエポキシ封止樹脂細成物が広く用ｉられ
ている・ しかし従来のエポキシ封止樹脂を用い、トランスファ成
形して得られる樹脂封止型半導体装置は次のような欠点
があった〇 （１）樹脂封止型中導体装置ＫＷ求される信頼性のレベ
ルの簡さに較べ耐湿性が劣ること。

（２ｒｆＭ脂刺ＩＥ型半導体装置に要求される信頼性の
レベルの＾さに較べ高温時の電気特性が劣ること。

Ｆ１耐湿性について説明すると、樹脂封止型半導体装置
は嵩温高湿雰囲気下で使用ま九は保存することがあるの
で、そのような条件においても信頼性を保証しなければ
ならない。耐湿性の品質保証のだめの評価試験としては
、８５℃または１２０℃の飽和水蒸気中に暴露する加速
評価法が行なわれており、蟻近では電圧を印加して更に
加速性を高めたバイアス印加型の評価試験も実施されて
いる。

しかし期化したエポキシ樹脂組成物の硬化物は吸湿性、
透湿性があるため、このような高温高温状態下では外部
から水分が封止樹脂硬化物層を通って内部に浸透し、ま
たは封止樹脂とリードフレームとの界面を通って内部に
入り、半導体素子の表面にまで到達する。この水分と封
止樹脂中に存在している不純物イオンなどの作用の結果
として樹脂封止型半導体装置は絶縁性の低下、リーク電
流の増加、アルミニウム電極、配線などの腐食を主体と
した不良を発生する。唾たバイアス電圧を印加した場合
にはその電気化学的作用によってアルミニウム電極、配
線の腐食による不貞が°待に着しく多発する。

従来の１１脂封止型半導体装置は１記耐湿性に関し充分
に満足できるものではなく、耐湿性の向上が求められて
いた。

次に高温時の電気特性について説明すると、情脂封止＠
ｌ牛導体装置は？Ｉ６龜条件゛ドで使用することがある
ので、そのような条件においても信頼性を保証しなけれ
ばならない。そのための評価試験としては８０°０〜１
５０℃でバイアス電圧を印加してＩ！軸性を評価する加
速試験が一般的である。

このような試験において表面が鋭敏なＭＯ８構造をもつ
素子や逆バイアスが印加され九ＰＮ接合をｔつ素子に特
に着しく多発する不良として、チャンネリングにょろり
−ク電流の増加する現象があることはよく知られている
◇この現象は電圧が印加された素子の表［ｊｉＫ接して
いる樹脂増に電界が作用することによって発生すると考
えられている。

従来の樹脂封止型半導体装置は上記高温時の電気特性に
関し光分に満足できるものではなく改良が求められてい
た。

本発明の目的はこのような従来の樹脂封止型半導体装置
の欠点を改良し、優れた耐湿性と高温電気特性を有する
エポキシ樹脂組成物によって封止された信頼性の高い樹
脂封止型半導体装置を提供することにある。

上記目的を達成すべく１本発明者らが鋭意研究を重ねた
結果、硬化促進剤などが上記難点を形成する主装置であ
ることを解明し、更に次に示すエポキシ樹脂組成物が、
半導体封止用樹脂として従来のものに較べ、優れた耐湿
性と高温電気特性を有することを見出し、これを用いる
ことによって従来のものに較べ、耐湿性や高温電気特性
などの信頼性に優れた樹脂封止型半導体装置が得られる
ことを見出した。

すなわち本発明は。

（！１）エポキシ当量１７０〜３００のノボラック臘エ
ポキシ樹脂、 （−ノボラック型フェノール樹力旨および、（ｅ）シア
ノ基および／またはニトロ基を有する有機ホスフィン（
Ｉ化促進剤）、 を必須成分とするエポキシ樹脂組成物の硬化物によって
半導体装置が封止されて成ることを特愼とする樹脂封止
微半導体装置である０ 本発明において用いられるｙボキシ樹脂は、エポキシ尚
量１７０〜３００のノボラック型エポキシ倫脂であって
、九とえばフェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレ
ゾールノボラック型エポキシ樹脂、ハロゲン化フェノー
ルノボラック型エボキン樹脂などである。これらエポキ
シ樹脂は１櫨もしくは２種以上の混合系で用いてもよい
０上紀以外のエポキシ樹脂たとえばビスフェノール大観
エポキシ樹脂など一般のグリシジルエーテル型エボキキ
シ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、
ハロゲン化エポキシ樹脂などは、上起工ボキシ当−１７
０〜３００のノボラック鷹エポキシ樹脂に併用し九場合
に使用す−・ことかで−る◎配合臘はノボ−ラック型エ
ポキシ樹脂に対し父重量−以下が好ましい。またこれら
エポキシ樹脂は塩素イオンの含有量が１０　ｐ　ｐｍ以
下・・、加水分解性塩素の含有量が０．１１ｉｉ１％以
下のもの−望−ましい。

本発明において用いられるノボラック型°フ翼ノール樹
脂硬化剤としてはフェノールノボラック樹脂、クレゾー
ルノボラック樹脂、ｔｅｓｔ−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などが挙げ
られる。これらのフ凰ノーが好ましく、更に常温におけ
る水に可溶性のフェノール樹脂成分が３−以下であるこ
とが好ましい。

しかしてこれらの硬化剤は１種もしくは２種以上の混合
系で使用することがで自る。

エポキシ樹脂と硬化剤の配合比については、ノボラック
型フェノール樹脂のフェノール性水酸基の数とエポキシ
樹脂のエポキシ基の数の比が０．５〜１．５の範吐内に
あるように配合することが好ましい。その理由は０．５
未満あるいは１．５を超えると反応が充分におこりにく
くな）、硬化物の特注が劣化し中すいためである。

本発明において硬化促進剤として用いられるシアノ基お
よび／またはニトロ基を有する有機ホスフィンは１式　
　　　　ＲＩ ■ ｚ−ｐ ３ 金物である。

Ｊｌｌ的Ｋｔ；ｊモノ（２−シアノエチル）ホスフィン
、ビス（２−シアノエチル）ホスフィン、（２−シアノ
エチル）フェニルホスフィン、エチルシアノホスフィ／
、トリス（２−シアノエチル）ホスフィレ、トリス（３
−シアノフェニル）ホスフィン、トリス（４−シアノフ
ェニル）ホスフィン、シフチル（２−シアノエチル）ホ
スフィ／、ジフェニル（２−シアノエチル）ホスフィン
、ジベンジル（２−シアノエチル）ホスフィン、ビス（
２−シアノエチル）メチルホスフィン、ビス（２−シア
ノエチル）フェニルホスフィン、ジメチル（４−シア／
フェニル）ホスフィン、ジフェニル（３−シア／フェニ
ル）ホスツイン、ジフェニル（４−シフ／フェニル）ホ
スフィ／、ビス（３−シアノフェニル）ホスフィン、ビ
ス（４−シアノフェニル）フェニルホスフィ／、メチル
エチル（２７アノエチル）ホスフィン、メチルフェニル
（２−シアノエチル）ホスフィン、メチル（２−シアノ
エチル）（３−シアノプロピル）ホスフィン、フェニル
（２−シアノエチル）（３−シアノプロピル）ホスフィ
ン、フェニル（２−シアノエチル）（３−メトキ′ジフ
ェニル）ホスフィン、フェニル（２−シアノエチル）（
４−７アノフエニル）ホスフィン、ジフェニル（１μｍ
ジメジメチル−シアノメチル）ホスフィン、ビス（４−
ニトロフェニル）ホスフ４７、’）フェニル（４−ニト
ロフェニル）ホスフィ／、ビス（４−ニトロフェニル）
フェニルホスフィン、トリス（４−ニトロフェニル）ホ
スフィン、ビス（２−／アノエチル）（４−ニトロフェ
ニル）ホスフィン、ｌ、２−ビス〔ビス（２−シアノエ
チル）ホスフィデフエタン、１，３−ビス〔ビス（２−
シアノエチル１ホスフィ−〕プロノ（ンなどが挙ケラｔ
Ｌ、６゜これらの中でもＢ１〜Ｒｓがすべてシアノ基お
よび／またはニトロ基を有する有機基であるか、あるい
はシアノ基および／またはニトロ基を有する有橋基以外
の有機基がアリール基である場合が好ましい。またこの
シアノ基および／またはニトロ基を有する有機ホスフィ
ンとそれ以外の有機ホスフィンたとえばトリフェニルホ
スフィ／とを混合して用いることもできる０シアノ基お
よび／またはニトロ基を有する有機ホスフィンは樹脂成
分（エポキシ樹脂とフェノール樹脂）の０．００１−’
、−２０重緻慢の範囲内で使用することが望ましい。

本発明において必要に応じて用いられる無機質充てん剤
としては１石英ガラス粉末、結晶性シリカ粉末、ガラス
繊維、タルク、アルきす粉末、ケイ酸カルシウム粉末、
炭酸カルシウム粉末、硫酸バリウム粉末、マグネシア粉
末などであるが、これらの中で石英ガラス粉末や、結晶
性シリカ粉末ツが高純度と低熱膨張係数の点で蝋も好ま
しい。しかしてこれら無機質充てん剤の配合鎗はエポキ
シ樹脂、フェノール樹脂硬化剤および無機質充てん削の
種類によっても異るが、たとえばトランスファ成形に用
いる場合にはエポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤の総
量に対し重量比で１．５倍〜４倍穆度でよい。無機質充
てん剤の粒度分布については粗い粒子と細い粒子を組み
合せて分布を均一にすることによって成形性を改善する
ことができる。

本発明に係るエポキシ樹脂組成物は必要に応じて、例え
ば天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪酸の金属
塩、酸アきド類、エステルＳもしくはパラフィン類など
の離型剤、塩素化パラフィン、フロムトルエン、ヘキサ
ブロムベンゼン、三酸化アンチモンなどの離燃剤、カー
ボンブラックなどの着色剤、シランカップリング剤など
を適宜添加配合しても差しつかえない。

の組成比に選んだ材料層成分を例えばンキず−によって
充分混合後、さらに熱ロールによる溶融混合処理、また
はニーダ−などによゐ温合処理を加えることによシ容易
にエポキシ樹脂成形材料を得ることかできる。

本発明の樹脂封止朧半導体装置は上記エポキシ樹脂組成
物または成形材料を用いて半導体装置を封止することに
より容易に製造することができる。

封止の最も一般的な方法としては低圧トランスファ成形
法があるが、インジェクシ璽ン成形、圧−成形注型など
による封止も’ｏＪ能である。特殊な鮒止法としては溶
剤型あるいは非溶剤臘の組成物を用いて半導体表向を被
優する對止法や、いわゆるジャンクシ曹ンコーティング
としての局部的な封止の用途にも用いることができる。

エポキシ樹脂組成物または成形材料は封止の際に加熱し
て硬化させ、最終的にはこの組成物または成形材料の硬
化物によって封止され九樹脂封止型半導体装置を得るこ
とができる。硬化に際しては１５０℃以上に加熱するこ
とが望ましい。

本発明でいう半導体装置とは集積回路、大規模集積回路
、トランジスタ、サイリスク、ダイオードなどであって
特に限定されるものではない。

次に本発明の詳細な説明する。

実施例　ｌ〜４ エポキシ当量２２０のクレゾールノボラック臘エポキシ
樹脂（エポキシ樹脂Ａ）、エポキシ当量剤、）　＋）（
２−シアノエチル）ホスフィン、トリ（４−シアノフェ
ニル）ホスフィン、ジ（４−シアノフェニル）フェニル
ホスフィ７、’）フェニル（４−ニトロフェニル）ホス
フィン、トリフェニルホスフィン、２−メチルイミダゾ
ール、ジメチルアオノメチルフェノール、石英ガラス粉
末、三酸化アンチモン、カルナバワックス、カーボンブ
ラック、シランカップリング剤（ｒ−グリシドキシプロ
ビルトリメトキシシラン）を第１表に示す組成比（重量
部）に選び、各組成物をミキサーによる混合、加熱ロー
ルによる混線を行うことによって、比較例を含め７種の
トランスファ成形材料を調製した。

料 このようにして得九成形材−を用りてトランスファ成形
することＫより、ＭＯ８ｆｉ集積回路を樹脂封止した。

封止は高周波予熱器で９０℃に加熱した成形材料を１９
０℃で１０分間モールドし、更に１８０℃で１０時間ア
フタキエアすることにより行った。上記樹脂封止臘半導
体装置各１００　＠について次の試験を行った。

（１）　１２０℃、２気圧の水蒸気中で１０　Ｖ印加し
てアルミニウム配線の腐食による断線不良を調べる耐湿
試験（バイアスＰＣＴ）を行い、その結果を第２表に示
し九〇 （２）１００℃のオープン中でオフセットゲートＭ０８
ＦＥＴ回路にドレイン電圧５Ｖ、オフセットゲート電圧
５ｖを印加して電気特性の劣化によるリーク電流の不良
を調べる試験（ＭＯＳ−ＢＴ試験）を行いリーク電流が
初期値の１００倍以上に増加した場合を不良と判定して
その結果を第３表に示し九〇以下余白 第　　１　　表 第　　２　　表 上鮎の結果から明らかなように本発明によって＾信輌性
の樹脂麹止臘牛尋体装置が得られる。

２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ａ）　　エポキシ尚量１７０〜３０００ノボラッ
   ク臘エポキシ樹脂。 ｂ）ノボラック雇フェノール＄１１１３１１および。 Ｃ）シアノ基および／またはニトロ基を有する有機ホス
   フィン、 を必須成分とするエポキシ樹脂組成物ＯＳ化物によって
   半導体装置が封止されて成ることを特徴上する樹脂封止
   型半導体装置。 （２７シアノ基および／重九はニトロ基を有する有機ホ
   スフィンがシアノエチル基、シアノフェニル基またはニ
   トロフェニル基を有するホスフィンであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の樹脂封止型半導体装置
   。 （３）エポキシ樹脂組成物が無機質充てん剤を含有する
   ことを特徴とする特許請求の範Ｓ第１項記載の樹脂封止
   型半導体装置。