JPS5999748A - 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】 〔発明の輌する技術分野〕 本発明は、エポキシ樹脂組成物によって封止された＃脂
封止型牛導体装置に関し、更に＝’イ；　Ｌ　＜は、耐
湿性および高温電気特性に優れたエポキシ樹脂組成物に
よって封止された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〕

樹脂封止型半導体装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）、
大規模集積回路（ＬＳＩ）、）う／ジスタ、ダイオード
等の半導体素子を、外部雰囲気や機械的衝撃から保護す
るために、熱硬化性樹脂を用いて封止して成るものであ
る。

半導体素子の封止技術として、従来は、金属やセラミッ
クス等を用いるハーメチック封止が採用されていたが、
最近では、経済的に有利であるという理由から、樹脂封
止が主流を占めている。

かかる午導体側止用欄脂としては、大量生埋に適する低
圧トランスファ成形法に使用可能な、低圧成形用エポキ
シ樹脂組成物が一般に広く使用されている。しかしなが
ら、例えば、エポキシ胡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等から成るエポキシ樹
脂組成物を、トランスファ成形して得られる従来の樹脂
封止型半導体装置には次のような欠点がある。即ち、（
１１耐湿性が劣るために、アルミニウム電極などが腐食
劣化すること、 （２）尚温時における電気特性が劣り、特に、リーク電
流が謂加するために、半導体素子の機能が低下すること
、 （３）半導体素子と封止樹ｌ１画の熱膨張係数が異るこ
とから、熱変化に対する信頼性が低く、半導体素子のク
ラックやボンディングワイヤのオープン不良等を起すこ
と、 である。これらのうち（１）について説明すると、樹脂
封止型半導体装置は室温高湿雰囲気下で使用または保存
することがあるので、そのような条件下においでも品質
を保証しなければならない。耐湿性の品質保証のための
信頼性評価試験としては。

８５℃または１２０°Ｃの飽和水蒸気中に暴露する加速
評価法が行なわれている。最近では電圧を印加して更（
加速性を測めたバイアス印加型の評価試験も実施されて
いる。

しかしエポキシ樹脂組成物を用いた樹脂封止型半導体装
置では、封止樹脂が吸湿性を有するために、水分が外部
雰囲気から封止樹脂層を介して、或いは封止樹脂とリー
ドフレームの界面を肘って１’Ｅ部に浸入し、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する不純物等の作用の結果
として樹脂封止型半導体装置はアルミニウム電極、配線
等の腐食による不良を発生する。またバイアス電圧：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′畦極、配線の腐食による不良が特に著しく多
発する。

次に（２）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
件においても品質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゛０〜１５０　’Ｏ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。

このような試験において例えば、半導体表面が外部心術
に鋭敏な１ｖＤＳ構造金有する素子や、逆バイアスが印
加されたＰＮ接合を有する素子等に特に著しく多発する
不良として、チャイ・リングによるリーク電流の増加す
る現象かある。この現象は１Ｌ圧が印加された素子の表
面に接している封止棚脂層に電界が作用することにより
発生するものと考えられる。

次に（３）について説明すると、＠脂封止型半導体装置
は様々な温度条件下で使用されることがあるので、急激
な温度変化においても品質を保証しなければならない。

そのだめの評価試験としては、たとえば−６０゛Ｃと＋
２００℃の雰囲気下に、！Ｊｌ南封止型半導体装置を交
互に曝す加速試験が実施される。

このような試験において、従来の樹脂封止型半導体装置
は約百回程度の繰り返し試験によって、ボンディング、
ワイヤのオープン不良やチップクシツク等を発生すると
いう欠点があった。

従来の樹脂封止型半導体装置は、上記欠点を有するもの
であるために、その改良が求められていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、このような従来の樹１ｍ制止型半導体
装置の欠点を改良することにあり、優れた耐湿性、嶋温
屯気特性および耐熱変化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〕

上記目的を達するだめに、不発間者らが鋭意研究を重ね
た告果、次に示すエポキシ樹；１￥１ＡｉｌＡ成物か、
半導体用封止樹脂として、従来のエポキシｍ４１１重組
成物に較べ優れた特性を有することを見出し、これを用
いることによって、耐湿性、高温電気特性および耐熱変
化特性に優れたｔＡ脂封止型半導体装置が得られること
を見出しだ。

すなわち本発明は、 ±導体製置をエポキシ樹脂組成物で封止して成る樹脂封
止型半導体装置において、該エポキシ樹脂組成物が、　
、。

（ａ）エポキシ樹Ｊ旨 （ｂ）１分子中に２個以上のフェノール性水νＭを七す
る工２ｒクチシ樹脂９：憾化剤 （Ｃ）ポリサルファイドポリマーおよび（ｄ、）有機ホ
スフィン化合物 を含むことを特徴とする樹１１ｋｆ　’ｊ：Ｊ止型牛尋
体装置である。

本発明において用いられるエポキシ４ｆ１１脂は通常知
られているものであり、特に限定されない。例えｔｆ、
ビスフェノールＡｆｆｌエポキシａｊ　＋Ｉ旨、フェノ
ールレノボラック型エポキシ樹す旨、クレゾ−ルノボラ
ック型エポキシ樹脂などグリシジルエーテル型エポキシ
し寸ｌ旨、グリシジノ娑エステル型エポキシ樹８亀クリ
シジルアミン型エポキシ樹脂、紛状脂肪族エポキシＱｊ
８旨、月旨環式エポキシも）４１ｊ旨、複素環型エポキ
シ樹脂、ハロゲン化エポキシ４１／Ｊ　Ｉｌ’ｂなど一
分子中にエポキシ基を２個以上有するエポキシｍＪＱＷ
が挙げられる。しかしてこれらエポキシｆｉｔ　ｉ１旨
は１１重もしくは２種以上の混合系で用いてもよい。

本発明において用いられる更に好ましいエポキシ樹脂は
、エホ′キシ当量１７０〜３０００ノボラック型エポキ
シ樹ｎ旨で４〉って、たとえばフェノールノボラック型
エボキ７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ポキシ樹脂などで
ある。これらエポキシ（耐脂は塩素イオンの含有量が１
０ｐｐｍ以下、加水分解性塩素の含有量が０．１以下の
ものが望ましい。

その理由は１０　ｐｐｍを超える塩素イオンあるいは０
、Ｉ　Ｄｉ　３４　％を超える加水分解性塩素が含まれ
ると、封止された半導体素子のアルミニウム電極が腐食
されやすくなるためである。

本発明において用匠られる１分子中に２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とは、フェ
ノール樹脂、ポリオキシスチレン、および多価フェノー
ル化合物であって、具体的に例示すると、フェノールノ
ボラック樹脂、・フレジー・ルツボラック樹脂、　　ｔ
ｅｒｔ−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のノボラック型フェノール樹
；（旨、レン”−ル型フェノールｆｉ？！ｌ脂、ポリバ
ラオキシスチレンなどのポリオキシスチレン、ビスフェ
ノールＡ等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型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棟もしくは２種以上の混合系で使用することがで
きる。

エポキシ樹脂と上記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数とエポキシ樹脂のエポキシ基数
の比（フェノール性水酸基数／エポキシ基数）が０．５
〜１．５の範囲内にあるように配合すること示望まし腟
。その理由は上記範囲外では反応が充分におこりにくく
なり、硬化物の特性が□劣化しやすくなるためである。

本発明において用いられるポリサルファイドポリマーは ・一般式・ＣＩ　’） Ｈ＋５−Ｒ＝Ｓ？Ｈ’　　　ＣＩ） （ただし、Ｒはアルキル、アルキルエーテル、アルキル
ホルマールの少くともひとつを示す。ｎは２以上の整数
。）で示される化合物である。具体的には Ｈ＋Ｓ　−０（ｚｃｉ（２−８−片）１Ｈ−（−Ｓ　−
ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−８−）ＨＨＨ＋　Ｓ
　−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２Ｃｆ−Ｉｚ６〒１
１Ｈ整Ｓ　−ＣＨ２ＣＨ２−０−ＣＨ２ＣＨ２−ＳτＨ
ｔ（−４−８−ＣＩ−１２ｃＨ２−０−Ｃｆ号・−〇　
−ＣＨ２ＣＨ２−３−玲−Ｈなどが姑げられる。

ｎは２〜１００程度のものが用いられるが、より好壕し
くは５〜５０の範囲が用いられる。

ポリサルファイドポリマーはエポキシ樹脂１脂に対し０
．１〜３０　、％　’ｉｌ’、％の範囲内で使用するこ
とが望捷しい。その理由は０，１重量俸未満では添加の
効果が認め難く、また３０１ｇｔ４を超えるとエポキシ
樹脂組成物の特性が劣化するだめである。

本発明において、硬化促進剤として有機ホスフィン化合
物を用いることによって、従来のイミダゾールやアミン
等の硬化促進剤を用いた場合に比較して、樹脂封止型十
縛体装置６１の而」湿性や高温電気特性等のイ吾頼性を
著しく改善することかできる。

不発明において用いられる有機ホスンイン化合物として
は、 式ＣＩＩ　）　：　　Ｒ１ ■ Ｒ２−Ｐ　　　　　　Ｃ＋１） ３ ケこおいてＲｔ〜Ｒ３が丁べて有機基である第３ホスフ
ィン化合物Ｉ　　Ｒ３のみ水素である第２ホスフイン化
合物、　Ｒ２，Ｒ３がともに水素である第１ホスフイン
化ば物がある。具体的にはトリフェニルホスフィン、ト
＋）ｙチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン
、メチルジフェニルホスフィン、ブナルフェニルホスフ
イン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィン、オ
フナルホスフィン、ナトである。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１．２−ビ
ス（ジフェニルボスフィン）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ルホスフィンが好ましく、特にト
リフェニルホスフィン等のトリアリールホニ・フィンが
好せしい。まだこれらの有機ホスフィン化合物は１種も
しくは２種以上の混合系で用いてもよい。しかしてこの
有機ホスフィン化合物の配合片は一般に樹脂成分（エポ
キシ樹脂と硬化剤の総Ｉ−）の０．００１〜２０　、Ｍ
ｔ　ｎｉ％の範囲内でよいが特に好ましい特性は００１
〜５重量係の範囲内で得られる。有機ホスフィン化合物
の配合ｆｆｉ　ｋ特にとの恥凹とすることにより、耐湿
性が優れかつ硬化特性が優れたエポキシ樹脂組成物を得
ることができる。配合毎が０００１東量チ未満では添加
の効果が認めがたく、エポキシ樹脂組成物の硬化に１く
時間を渋する欠点があり、２０重ｆｉｔ　％を超えると
品質に悪影響を及はす。

不発明において、ポリサルファイドポリマーを４１機ホ
スフィン化合物と共に用いることにより、両者の相互作
用によって、それぞれを単独で用いた場合に較べ、＠脂
封止型半心体装簡の耐湿性、高温口を気付性、ｌ耐熱変
化特性などの佃゛頼性をより一層改善ずろことができる
。

不発明のエポキシ樹脂組成物には心安にしシシて無機質
光てん剤を配合することができるが、特に集積回路やト
ランジスタなどの半壱体素子をトランスファ成形する用
途の場合には無機質光てん剤を配合することか好ましい
。その理由はひとつには特性を改善する／Ｃめ、まだ他
の理由として素子やホンティングワイヤやり一トフレー
ム等の封止される部品と封止上７・１脂の熱膨張係数の
差を小さくし、たとえはボンティングワイヤ切れのよう
な熱膨張係数の差が大きいために光生する不良を少くす
るだめである。

本発明において用いられる無機質光てん剤としては、石
英ガラス粉末、結晶性シリカ粉末、ガラス繊維、タルク
、アルミナ粉末、ケイ酸カルシウム粉末、炭蔽カルシウ
ム粉末、硫酸バリウム粉末、マグネシア粉末などである
が、これらの中で石英カラス粉末や、結晶性シリカ粉末
が、晶純度と低熱膨張係数の点で最も好丑しい。しかし
てこれら無機質光てん剤の起合茄−はエポキシ樹脂、硬
化剤および焦機佃充てん剤の種類によっても異るが、た
とえはトランスファ成形に用いる場合にはエポキシ樹脂
と硬化剤のａ楡に対し元、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ｊ１ｄ組成物は必要に応じて、
例えは天然ワックス類、合成ワックス類、直脂肪酸の金
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、ゾロムトルエン、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・ツクなどの漸色剤、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１掘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ミキツーーによって冗分混合綬
、さらに熱ロールによる溶融混合処理、ｉたはニーグー
などによる混合処理を加え勺ととｔεより容部にエヂキ
シ柾ｊ脂成形材料を得ることができる。

本元明９樹脂封止型半導体装１ｆｔ、は上ｈｔエボキ７
樹脂組成物または成形材料を用いて半導体装置〆を封止
することにより容易に製造する仁とができる。

封止の最も一般的な方法としては低圧トランスファＪｊ
ｙ、形法かあるが、インジェクション成形、圧縮成形、
注型などによる封止も可能である。特殊な一坩止法とし
て（は浴剤型、あるいは非溶剤型の組成物を用いて半り
ｔ体表面を被俊害る刺止法や、いわゆ０ジヤンク、シ、
ヨンコーティングとしての局部的な刺止の用途にも用い
ることができる。

工：ホキン伺脂組成物または、成形材料は封止の除。

に加デフして硬化させ、最終的ぐこはこの７Ｍｔｔ成物
または成形材料の硬化物によって、ＩＮ止され声もｆ１
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°Ｃ以上に加熱する９とが望ましい。

不発ゆ」でいう半導体装置とは集積回路、大規模果秋回
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。

〔発明の効果〕

上記本発明の目的、概斐のｄ己載および下言己芙流側に
おいて明らかなように、本発明のエポキシ樹脂組成物を
用いて半導体を封止して成る樹１ｌｂｉ　Ｉ！止型半纏
体装臘は、ノ＜イ、アス））ＣＴ　ｖｃ　ｈいて水分に
よるアルミニウム配線の腐食断線が著しく低いことに示
されるように耐湿性に優れ、また幇（サイクル試験にお
いて不良の発生が著しくイ氏いことに示されるように耐
熱変化特性に優れている。ｉｓｔって本発明によって間
信頼性の樹脂封止型半導体装１龜を得ることができる。

〔発明の実施例〕

次に本発明の合成例および実施例をｂ己ｉ１Ｊづ−る。

合成例１ エポキシ当量２２０のクレゾールノホ″ラック＆７Ｊ　
ＩＩ旨９００重量部にｎ　＝　７のポリ（ジエチ・ルホ
ルマール）ジザルファイド１００重駿部を一混合し、１
６０′Ｃに加熱して溶解させ、１０分間攪拌して溶融混
合物を伯だ。これを冷却して粉砕し、工号ζキシ樹す旨
組成物の原料とした。

合成例２゜ 分子量８００のフェノールノボラック樹脂９００止量部
にｎ−２４のポリ（ジエチル７４＜）レマール）ジサル
ファ□イド１００重七ト部を混合し、合成例１と１酋１
様ｅ２して＃融混合物を得た。

合成例３゜ 分子％ｊ　８００のフェノールノボラックｍｌ　ｌｌ＝
　９００生殖部にｎ−２０のポリ（ヘキサメチレン）ジ
サルファイド：１００ｉ量部を混合し、合成例１と同４
子にして溶１評混合物を得た。

合成例４゜ 分子量８００のフェノールノボラック樹１］１Ｆｉ９０
０軍量部にｎ二１０やポリ（ジエチルエーテル）ジサル
ファイド１００ｍＦ−１を部を混合し合成例１と同様に
して溶融混合物を得た。　　□ ・　　　実施例１〜５ ・　千ボキシ当−ｉ　２２０のクレゾールレノボラック
屋エポキシ・樹脂′（エポキシ樹脂Ａ）、エポキシ当量
、２９０のＡ　Ｘ　化エポキシノボ２ツク何脂（エポキ
シ樹脂Ｂ”　）　、亦子量８００のフェノールノボラッ
ク樹脂硬化剤、ｎニアのポリ（ジエチルホルマール）ジ
サルファイド、合成例１〜４の溶融混合物、トリフェニ
ルホスフィン、２−メチルイミダゾール石英ガラス粉末
、三酸化アンテモン、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（γ−グリシドキシグロビ
ルトリメトキシ７ラン）を第１表に示す組成比（車量部
）に選び、各組成物をミキサーによる混合、加熱ロール
による混練を行うことによって、比較例を含め１０ａ！
のトランスファ成形材料を調Ｒしたつ 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、ＩｖＩＯ８型集積回結集積回路止した
。側止は高周波予熱器で９０゛Ｃに加熱した成形材料を
１７５°Ｃで２分間モールドし、更に１８０°Ｃで３時
間アフタキュアすることにより行った。

上記初脂封止型半導体装置各１００個について次の試験
を行った。

（ＩＪ　１２０°０，２気圧の水蒸気中で１．ＯＶ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以
下余白 第　　２　　表 （３）　＋　２００　’Ｏと一６５°Ｃの恒温槽を用意
し、上記槓脂封止型半導体装置を＋２００°Ｃの恒温槽
知人れて３０分間放置した。その後取、り出して常温中
１＋υ分間放置し、次に一６５°Ｃの恒温槽に３０分間
放挿した。その後取り出して再び常温中に５分間放置し
た。以上の操作を１ザイクルとし、連続的に熱サイクル
試験を実施した。熱サイクル試験の経過に従って随時サ
イクルを中断し、栃脂封止型半導体装置の特性をテスタ
ーを用いて測定し、不良の発生を調べた。その結果を第
３表に示した。

第　３　懺

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）半導体装置をエポキシ樹脂組成物で封止して成る
   樹脂封止型半導体装置において、該エポキシ樹脂組成物
   が、 （ａ）エポキシ樹脂 （ｂ）１分子中に２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）ポリサルファイドポリマーおよび（ｄ）有機ホス
   フィン化合物 を含むことを特徴とする＃脂封止型半導体装置。 （２）　、：Ｉ：、　、ｔ’キシ樹１指が、エポキシ当
   １１７０〜３００のノボラック型エポキシ樹脂である特
   許請求の範囲第１項記載の樹脂封止型半導体装置。　□
   （３）１分寸中に２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がノボラック型フェノール樹脂
   である特許請求の範囲第１項記載の樹脂封止型半導体装
   置。 （４）ポリザル不アイ、ドボリマーが、一般式〔■〕：
   １、（ｃ、、ｓ、、＝、Ｒ，−、、、Ｓ、　）ｎ）ｉ　
   　　　、　、Ｃｉ、）（たぞし、Ｒはアルキル、アルキ
   ルエーテル、アルキルホルマールの、少くともひとつを
   示す。ｎは２以実の版数。）で示す化合物である。特許
   請求の範囲第１項記載の樹脂封止型半導体装（ロ）。。 （５）ポリ、サルファイドポリ、マーが、ポリ（ジエチ
   ル、ホルマニル）ジ、サノヒフ、アイドである特許請求
   の範囲第１項記載の樹脂封止型半導体装置。 （６）ポリザルファイトポ四ツーの半均のｎが５〜５０
   である特許請求の範囲第４項記弊のｇ４指封止型、半導
   体装置。。 （７）エポキシ樹脂組成物において、ポリサルファイド
   ポリマーが、エポキシ樹脂に対し０．１〜３０重量％の
   範匹内にある。特許請求の範囲第１項記載の樹脂封圧、
   型、半導体装置。 （８）ポリサルファイドポリマ下とエポキシ樹脂および
   ／またはフェノール性水酸基を有する工、ボ、キシ樹脂
   の硬化剤の溶解混合物を用いる竺許、請、求の範・間第
   １項記載の樹脂封止型半導体装置。 置。