JPS5882545A - 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
た高信頼性の樹脂封止型半導体装置に関する。

エポキシ樹脂は電気特性６機械特性、耐薬品性などが優
れているため信頼性の高い電気絶縁材料として半導体装
置の封正に広く用いられている。

最近で、は従来のセラミックスな用いた一一メチック封
止にかわって、はとんどの半導体装置たとえば集積−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、信頼性、成
形性などの点を考慮してエポキシ樹脂。

ノボラック屋フェノール樹脂硬化剤、インダゾール硬化
促進剤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
ルの高さに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
ルの高さに較べ高温時の電気特性が劣るとと 上記耐湿性について説明すると、樹脂封止型半導体装置
は高温高温雰囲気下で使用または保存することがおるの
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た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シ、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、このような高温高湿状態下では外部
から水分が封止樹脂硬化物層を通って内部；二浸透し、
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、半導体素子の樹脂封止型半導体装置は絶縁性の
低下、リーク電波の増加、プルミニラム電極、配線など
の腐食を主体とした不良を発生する。またバイデス電圧
を印加した場合にはその電気化学的作用艦−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、耐湿性の向上が求められてい
た。

次ａ二高温時の電気特性について説明すると、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ζ：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℃〜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。

このよシ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たＰＮ接合をもつ素子に特
に著しく多発する不良として、チャ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面に接して°いる
樹脂層に電界が作用すｂことによって発生すゐと考えら
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％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。

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
の離層を改真し、優れた耐湿性と高温電気特性を有する
工歳、キシ樹脂組成愉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ζ二ある。

上記目的を達成すべく、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巳とを見出し、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
壜どＯ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 （ａｌ　　エポキシ当量１７０〜３０００ノボラツク形
工ボキＳ／ｗ脂 （ｂｌ　　ノボラック型フェノール樹與および（Ｃ）　
　リン酸アミド化合物（硬化ｉｎ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！ｆ＃徴とす−４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ゝ、エポキシ
当量１７０〜ａｏｏ　ｏノボラック型エポキシ樹脂であ
って、た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ボΦシ樹脂、ハロゲン化フェ
ノールノボラック型エポキシ樹脂などである。これらエ
ポキシ樹脂は１種もし′くは２種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Ａ型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
シシルア建ン型エポキＶ樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂
、脂環式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹盾、＾ロゲ
ン化エポキシ樹脂などは、上記エポキシ当量１７０〜３
００のノボラック製エポキシ樹脂に併用した場合に使用
することができる。配合量はノボラック臘エポキシ樹脂
に対し５０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１０ｐｐｍ以下、加水分解
性塩−の含有量が０．１重量−以下Ｏものが望ましい。

不発ＩｊＩにおいて用いられるノボラック厘フエノ−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＋　ｔｅｒｔ−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。これらのフェノール樹脂、の軟化点は６
０℃〜１２０℃の範囲内部；することが好ましく、更に
常温における水に可溶性の７工ノール樹脂成分が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きる。

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７エ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
なシ、硬化物の特性が劣化しやすいためである。

本発明において硬化促進剤として用いられる有機リン酸
アミド化合物とは、少くともひとつのリン酸−アミド結
合を有する有機リン酸銹導体で、かつリン原子に直結す
る水酸基のすべてが、水酸基以外の基に置換されている
化合物のことである。

具体的に例示すると、ヘキサメチルリン酸トリアぐド、
ヘキサブチルリン酸トリアミドＩ　Ｎ’−シクロヘキシ
ル−Ｎ、　Ｎ、　Ｎ’、　Ｎ’−テトラエチルリン酸ト
リアミド、ヘキサヤス（２−ヒドロキシエチル）リン酸
トリアミド＝　Ｎｔ　Ｎ’ｔ　Ｎ’ｓ　Ｎ”−テトライ
ソプロピルピロリン酸ア々ド、ヘキサエチル亜リン酸ト
リアミド、ヘキサメチル亜リン酸トリアミド。

フェニルホスホナス酸テトラメチルシア電ド、Ｎ。

Ｎ′−ジフェニルシアミドリン酸フェニルエステル。

Ｎ、Ｎ’−ジシクロへキシルシアミドリン酸エチルエス
テル、ブチルアミドリン酸ジブチルエステル。

ジメチルアミドリン酸ジエチルエステルなどである。

またリン原子に直結する酸素原子の全部または一部をイ
オウ、セレンに置龜かえた化合物、たとえば、ヘキサメ
チルチオリン酸トリアミド、・ヘキサメチルセレンリン
酸トリア電ドなとも含まれる。

これらの有機リン酸ア電ド化合物は樹脂成分（エポキシ
樹脂とフェノール樹脂）に対して０．０１〜１０重ｉｔ
チの範囲内で用いるととが好ましい。

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、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ｉ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
性シリカ粉末が高純度と低熱膨張係数の点で最も好まし
い。しかしてこれら無機質充てん剤の配合量はエポキシ
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７エノール樹脂硬化剤の総量
に対し重量比で１．５倍〜４倍程度でよい。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餌成物は必要喀二応じて、例
えば天然ワックス類９合成ワックス類、直鎖脂肪酸の金
属塩、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調製
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ｉキサ−によって充分混合後、さ
ら穣二熱ロールによる溶融混合処理、またはニーダ−な
どによる混合処理を加えることにより容易にエボキク樹
脂成形材料を得ることができる。

本発明の樹脂封止臘半導体装置は、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粛正すること
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
ジェクション成形。

圧縮成形法部など暑；よる封止も可能である。！殊な封
止法としては溶剤製あるいは非溶剤型の組成物を用いて
半導体表両を被覆する封止法や、いわゆるジャンクショ
ンコーティングとしての局部的な封止め用途にも用いる
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、サイリスタ、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１〜３ エポキシ当量２２０のクレゾールノボラック型エポキシ
樹脂（エポキシ樹脂Ａ）、エポキシ当量２９０の臭素化
エポキシノボラック樹脂（エポキシ樹脂Ｂン、分子ｊｉ
８００のフェノールノボラック樹脂硬化剤、ヘキサメチ
ルリン酸トリアミド、ブチルアミドリン酸ジプチルエス
テル、ヘキサメチル亜すン關トリアミド、２−ヘプタデ
シルイミダゾール、ジメチルアミノメチルフェノール、
ジシアンジアミド、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ン２
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６種のトランスファ成形材
料を調整した。

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（二より、ＭＯ８型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℃で加分間モールドし、更に１８０℃で１０時間アフ
タキエアすることにより行った。

上記樹脂封止型半導体装置各１００個について次の試験
を行った。

（１）　　１２０℃、２気圧の水蒸気中でＩＯＶ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、その結果を弗２表に示
した。

（２）　　ｔｏｏ℃のオープン中でオフセラトゲ−）Ｍ
Ｏ８ＰＥＴ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表に示した。

第　　２　　表

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　　（ａｌ　　エポキシ当量１７０〜３００のノボラ
   ック濠エポキシ樹脂 （ｂ）　　ノボラック型フェノール樹脂および（Ｃ）　
   　リン酸アオド化合物 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。 ２、特許請求の範囲第１項の記載において、エポキシ樹
   脂組成物が無機質充てん剤を含有する樹脂封止型半導体
   装置。