JPS58166747A - 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】 〔発明の、Ｗ４する技術分計〕 本発明はエポキシ樹脂組成物の硬化物によって＠正され
た高信頼性の樹脂封止型半導体装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

エポキシ樹脂は電気特性、偵械特性、耐薬品性などが優
れているため信頼性の嶌い電気絶縁材料として半導体装
置の刺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九ハーメチック封正
にかわって、はとんどの半導体装置たとえば襖積回路、
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ｉる。

この半導体剰止用エポキシ樹脂、ノボラック屋フェノー
ル樹脂硬化剤、イミタゾール硬化促進剤等から成るエポ
キシ樹脂組成物が広く用いられている。

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。

（１）樹脂封止型半導体装置に要求される信頼性のレベ
ルの高さ・こ較べ耐湿性が劣ること（２）樹脂封止型半
導体装置に要求される信頼性のレベルの高さに較べ高１
時の電気特性が劣ること上記耐湿性について説明すると
、樹脂封止型半導体装置は高温高湿雰囲気Ｆで使用また
は保存することがあるが、そのような条件においても光
分な信頼性を有することが（ｉｌすれている。耐湿性の
品質保鉦のための評価試験としては、８５’Ｏまたは１
２０℃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、最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。

しかし封止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、このような高儀高湿状ａ丁では外部
から水分が封止樹脂硬化物１−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
に入ね、半４体遺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信
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、配線などの腐食を生
体とした不良を発生する。またバイアス４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良が特に著しく多発する。

従来の樹脂封止型半導体装置は上記耐湿性に関し充分に
満足できるものではなく、耐湿性の同上が求められてい
念。

次に高温時の電気特性について＃！明すると、樹脂封止
型半導体装置は高温条件下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改善し々ければなら
ない。その丸めの評価試験としては８０　’Ｃ〜１５０
℃でバイアス電圧を印加して信頼性を評価する加速試験
が一般的である。

このような試頓において表頁が鋭敏なＩｓ＃造をもつ素
子や逆バイアスが印加され九ＰＮ接合をもつ素子Ｖｃ％
に著しく多発する不良として、チャンネリングによるリ
ー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頁Ｋｌｌている
樹ｍ膚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
関し充分に満足できるものではなく改良が求められてい
た。

〔発明の目的〕

本発明の目的はこのような従来の＃４噌封正型半導体装
置の欠点を改良することにあり、エポキシ樹脂組成物に
よって封止された、優れた耐湿性と高温電気特性を有す
る高信頼性の樹脂封止型半導体装置を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために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欠屯を形成する主要因で
あることを解明し、更に次に示すエポキシ樹脂組成物が
半導体用対土樹脂として従来のエポキシ樹脂組成物に較
べ優れた特性を有することを艶出し、これを用いること
Ｋよって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 （ａ）エポキシ当ｔ１７０〜３００のノボラック型エポ
キシ樹脂 （ｂ）１分子中に少くと４２個以上のフェノール性水酸
基を有するエポキシ樹脂の硬化剤 （Ｃ）有機ホスフィン化合物および （ｄ）シリコーンオイル 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徴とする樹脂封止
型半導体装置である。

本発明において用いられるエポキシ樹脂は、エポキシ当
１１７０〜３００のノボラック型エポキシ樹脂でうって
、たとえばフェノールノボラック型エポキシ樹鑵、クレ
ゾールノボラック型エボ午シ樹脂、ハロゲン化フェノー
ルノボラック型エポ午シ樹脂などでちる。これらエボギ
７４１を脂は１種もしくは２４以上の混合系で用いても
よい、上記以外のエポキシ樹脂たとえばビスフェノール
Ａｄエポキシ樹脂など一般のグリシジルエーテル型エポ
キシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシ
ジルアミン型エポキシ樹脂、線状脂肪族エボキシ樹脂、
脂１式エポキシ樹脂、複素壌型エポキシ樹脂、ハロゲン
化エポキシ樹脂などは、上記エポキシ当１１７０〜３０
０のノボラック型エポキシ樹脂に併用し九ｊｌ＆に使用
することができる。配合量はノボラック型エポキシ樹脂
に対し５０遁ｔチ以下が好ましい。またこれらエポキシ
樹脂は塩素イオンの含有値が１０ｐｐｍ以下、加水分解
性塩素の含有緻が０．１電１チ以下のものが望ましい。

本発明において用いられる１分子中に２個以上の７エノ
ール性水酸基を有するエポキシ樹脂の硬化剤は、フェノ
ール樹脂、ポリオ中シスチレン、および多価フェノール
化合物であって、成体的に例示すると、フェノールノボ
ラック樹＋Ｊｉ　、　クレゾールノボラック樹脂、ｔｅ
ｒｔ−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＊ｎ′＃など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、ポリパラオキシスチ
Ｖ／などのポリオキシスチレン、ビスフェノールＡ、！
およびこれらの化合物のハロゲン化物等である。これら
の中でもノボラック観フェノール樹脂およびポリオキシ
スチレンが最も好ましい。またこれらの硬化剤は１情も
しくは２種以上の混合系で使用することができる。

エポキシ樹脂と硬化剤の配合比については、硬化剤のフ
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の範囲内にあるように配合するこ
とが望ましい。その塩山は０．５未満あるいは１．５を
超えると度広が充分におこりＫ〈〈なり、硬化物の特性
が劣化しゃすくなるためである。

本発明において硬化促進剤として用いられる有機ホスフ
ィン化合物としては、式： においでＩ（１４３がすべて有損基である第３ホスフィ
ン化合物％　　”３の、み水素である第２ホスフィン化
合物ｓ　Ｒ２’Ｒ３がともに水素である第１ホスフィン
化合物がある。具体的にはトリフヱニルホスフィン＝　
トＩＪブチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィ
ン、メチルジフヱニルホスフィン、ブチルフェニルホス
フィン、ジフェニルホスフィン、フヱニルホスフィン、
オクチルホスフィンなどである。またＲ１が有機ホスフ
ィンを含む有機基であってもよい。たとえば１ｊ２−ビ
ス（ジフェニルホスフィノ）エタン、ビス（ジフェニル
ホスフィノ）メタンなどである。

これらの中でもアリーリホスフイン化合物が好ｔＬ＜、
％Ｋ）ＩＪフェニルホスフィン、１１２−ビス（ジフェ
ニルホスフィノ）エタン、ビス（ジフェニルホスフィノ
）メタンなどがｊｔｌ［ｌ、い。

またこれらの有機ホスフィノ化合物は１槌もしくは２種
以上の混合系で用いてもよい。しかしてこの有機ホスフ
ィノ化廿物の配合量は一般に樹脂成分（エポキシ樹脂と
硬化剤の総ｔ）の０．０１〜２０重量慢の範囲内でよい
が特に好ましい特性は０．０１〜５１１−の範囲内で得
られる。

本発明において用いられるシリコーンオイルとはジメチ
ルポリシキサン、メチルフェニルボリアΔ ロキサン、トリフロロプロピルメチルポリシロキサンな
どであって、２５℃における粘度０，５〜ｔｏｏ、ｏｏ
ｏセンチストークのものが用いられる。

配合量は樹脂成分（エポキシ樹脂と硬化剤の総量）ＫＮ
Ｌ、０．１〜ｌ０ＩＩｔｓの範囲内が好ましい。

シリコーンオイルは、エポキシ樹脂等の他の成分と同時
に配合することができるが、他の好ましい１吏用法とし
ては、必要に応じて用いることかで唇る無機室光てん剤
をシリコーンオイルで表面逃場して使用する方法がある
０表面処理は無機室光てん剤とシリコーンオイルを混合
攪拌することにより容易に行うことができる。

本発明にシいて必’Ｊ！に応じて用いられる無機室光て
ん剤としては、石英ガラス粉末、債蟲性シリカ粉末、ガ
ラス１維、タルク、アルミナ粉末、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
ア粉末などがあるが、これらの中で石英ガラス粉末や、
種晶性シリカ粉末が、：４純度と低熱膨張係数の点で鏝
も好ましい。

しかしてこれら無機室光てん剤の配合量はエポキシ樹脂
、フェノール樹Ｎ＃化剤および無機室光てん剤の種類に
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酩駄に対
し重量比で１．５倍〜４倍程度でよい、無機室光てん剤
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、ｉＭ鎖脂肪酸の金
ｆｉ塩、酸アミド類、エステル類もしくはパラフィン類
などの離型剤、塩素化パラフィン、ブロムトルエン、ヘ
キサブロムベンゼン、三酸化アンチモンなどの難燃剤、
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。

本発明に係るエポキシ樹脂組成物を成形材料として稠製
する場合の一般的な・方法としては、所定の組成比に選
んだ原料組成分を例えばミキサーによって充分混合後、
さらに熱ロールによるｍ融混合処１、またはニーダ−な
どによる％廿処哩を加えることにより容易にエポキシ樹
脂成形材料を得ることかで縫る。

本発明のｗ脂封止型半導体装置は、上記エポキシ樹脂系
組成物乃至成形材料を用いて半導体装置を封止するとと
くより容易Ｋ１１！造することができる。刺止の最も一
般的な方法としては低圧トランスファ成形法があるが、
インジェクシ冒ン成形、圧縮成形、注型などくよる封止
も可能である。

エポキシ樹脂系組成物乃至成形材料は封止の際に加熱し
て便化させ、最終的にはこの組成物乃至１１ｇ杉材料の
ｆ−ｊｌ’（？、物によって封止された樹脂封止型半導
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特に！ｊＩｔ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、サイリスタ、ダイオードなどであって
特に限定される島のではない。

〔発明の実施例〕

次に本発明の詳細な説明する。

実施例１〜３ エポキシ当ｔ２２０のクレゾールノボラック型エポキシ
樹脂（工１ジキシ樹噌Ａ）、エポキ／当−２９０の臭素
化エポキシノボラック樹脂（工１ζキシ樹脂Ｂ）、分子
ｔ８００のフェノールノ・メラノク慟ＤＩ硬化剤、）リ
フェニルホスフィン、２−メチルイミダゾール、ジメチ
ルアミノメチルフェノール、粘度２００センチトークス
（２５℃）のジメチルポリシロキサン、粘１ｉ１００セ
ンチストーク（２５’（］）のメチルフェニルポリシロ
キサン、粘１ｆｌｏ、０００センチストークス（２５°
０）のトリフロロプロピルメチルポリシロキサン、石英
ガラス粉末、三酸化アンチモにカルナバワックス、カー
ボンブラック、シランカップリング剤（γ−グリシドキ
シプロビルトリメトキシシラン）を表−１に示す組成比
（電を部）に選び、各組成物をミキサーによる混合、８
口熱ロールによる混練を行うことによって、比較例を含
め６種のトランスファ成形材料を１１製した。

このようにして得た成形材料を用いてトランスファ成形
することによりＭＯＳ　＠１拠横目路を樹脂封止した。

封止は高周波予熱器で９０　’ＯＫ　ＩＪＤ熱した成形
材料を１７５℃で２分間モールドし、東に１８００で３
寺、■アフタヤ１アすることにより行った。上記樹脂封
止型半導体装置各１００個について次の試験を行った。

＋ｆ）１２００＃２気圧の水蒸気中で１０ｖ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ｐｃ’ｒ　）を行い、その結果を表−２に示
した。

＋２）　１２０°ＯＩ２気圧の水蒸気中に放置してアル
ミニウム配線の腐食による断線不良を調べる耐湿試験（
ｐｃ’ｒ　）を行いその結果を表−３に示した。

以ド栄白 表　−１ 表　−２ 表　−３ 〔発明の効果〕 以上詳述したように、本発明の半導体装置は、ＰＣＴ　
、バイアスＰｃＴのいずれのテストにおいても、優れた
耐湿性を有して分り、高温鑞気特性等においても高信頼
性を゛実現できるものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｉｌｌ　（ａ）エポキシ当１ｉ１７０〜３ＬｊＯのノボ
   ラック型エポキシ樹脂 （ｂ）１分子中に少くとも２イ一以上のフェノール性水
   酸基を有するエポキシ樹脂の硬化剤（Ｃ）有機ホスフィ
   ン化合物および （ｄ）シリコーンオイル を必須成分とする工・メキンＷ脂組成物の硬化物によっ
   て封止されていることを４１１徴どする樹脂封止型半導
   体装置。 ＋２、特許請求の範囲ｔｇ１＠の記載において、エポキ
   シ樹脂組成物が更に無機質光てん剤をき有する樹脂封止
   型半導体装置。 （３）特許請求の範囲第２項記載のエポキシ樹脂組成物
   において無機質光てん剤がシリコーンオイルで表間処理
   されている樹脂封止型半導体装置。