JPS6069130A - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた樹脂封
止型半導体装置に関し、更に詳しくは、耐湿性及び高温
電気特性が優れたエポキシ樹脂組成物、並びに、該エポ
キシ樹脂組成物を用い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〕

近年、エポキシ樹脂組成物は、その機緘的特性や、室温
付近での電気的特性が優れているために、接着剤や塗料
用樹脂としてのみならず、電気絶縁材料としても広く用
いられている。しかしながら、一方では、このようなエ
ポキシ樹脂組成物から成る電気絶縁材料等に要求される
性能が、年毎に高度なものになっているために、従来の
ものでは要求を満足することが困難になってきている。

特に、電気絶縁材料等の温度が上昇した際に、その電気
特性が著しく低下するという問題点があシ、改良がめら
れている。

従来、エポキシ樹脂に、第三級アミン、イミダゾール、
三フッ化ホウ素モノエチルアミン錯体、三フッ化ホウ素
トリエチルアミン錯体、又は三フッ化ホウ素ピペリジン
錯体等を硬化触媒として添加し、硬化させる方法はよく
知られている。しかし、このよう外方法で硬化させたエ
ポキシ樹脂組成物は、電気特性、特に高温における電気
特性が不充分であるとβう欠点があった。＆た、このよ
うなエポキシ樹脂組成物は吸湿性が大きいため、！気録
縁材料等として使用した場合には腐食による不良を発生
する欠点を有していた。

集積回路（ＩＣ）、大規模集積回路（ＬＳＩ　）、トラ
ンジスタ、ダイオード等の半導体素子を、外部雰囲気や
根板的衝撃から保護するための封止技術として、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技術
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、特に熱硬化性樹脂による封止が主
流を占めて−る。

かかる半導体封止用樹脂としては、大量生産に適する低
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−る。しかしなが
ら、例゛えば、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
、（１）耐湿性が低いために、アルミニウム電極などが
腐食劣化すること、 （２）高温時における電気特性が劣）、特に、リーク電
流が増加するため罠、半導体素子の機能が低下すること
、 である。これらのうち（１）につｉて説明すると、樹脂
封止型半導体装置は高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りても品質
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℃の飽和
水蒸気中に暴露する加速評価法が行なわれて−るが、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畜れてｉる。

しかしエポキシ樹脂組成物を用−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−は封止樹脂とリー
ドフレームの界面を通って内部に浸入し、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、配線等の腐食圧よる不良を発生する。ま
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良が
特に著しくなる。

次に（２）につ−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―。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。

このような試験において例えば、半導体表面が外部電荷
に鋭敏なＭＯ８構造を有する素子や、逆バイアスが印加
されたＰＮ接合を有する素子等Ｋ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。この現象は、電圧が印加された素子の表面に
接している封止樹脂層に電界が作用することによ多発生
するものと考えられる。

したがって、当業界においては、耐湿性及び高温電気特
性が優れたエポキシ樹脂組成物、並びに、かかる特性を
有する高信頼性の樹脂封止型半導体装置の開発が切望さ
れていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上記した欠点の解消にｓｂ、すなわち、
まず、耐湿性及び高温電気特性に優れたエポキシ樹脂組
成物並びに、該樹脂組成物を用いて成る高信頼性の樹脂
封止型半導体装置を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明のエポキシ樹脂組成物は、 （、）エポキシ樹脂 （ｂ）硬化剤として１分子中に少なくとも２個のフェノ
ール性水酸基を有するエポキシ樹脂及び酸無水物からな
る群よシ選ばｎる少なくとも１種の化合物 （、）硬化促進剤として有機ホスフィン化合物及び （ｄ）カルボキシル基を有する有機ケイ素化合物から成
ることを特徴とするものである。

また、本発明の樹脂封止型半導体装置は、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、エポキシ樹脂組成物が、 （、）エポキシ樹脂 （ｂ）硬化剤として１分子中に少なくとも２個のフェノ
ール性水酸基を有するエポキシ樹脂及び酸無水物からな
る群よシ選ばれる少なくとも１種の化合物 （ｃ）硬化促進剤として有機ホスフィン化合物及び （ｄ）カルボキシル基を有する有機ケイ素化合物を含む
ことを特徴とするものである。

本発明に使用されるエポキシ樹脂は通常知られて―るも
のであシ、特に限定されない。例えばビスフェノール１
Ｍエポキシ樹脂、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等グリシジルエ
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
ポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹
脂、／＼ロゲン化エポキシ樹脂等−分手中にエポキシ基
を２個以上有するエポキシ樹脂が挙げられる。また、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
−てもより。

本発明に使用される更に好ましいエポキシ樹脂は、エポ
キシ当量１７０〜３００の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等が挙げられる。こ
れらのエポキシ樹脂における塩素イオンの含有量はｌ　
Ｏｐｐｍ以下、加水分解性塩素の含有量は０．１重量％
以下が好まし−０との含有量が上記した範囲を外れる場
合は、腐食による不良を発生しやすくなるためである。

本発明におｉて硬化剤として使用されるエポキシ樹脂硬
化剤及び／又は酸無水物とは、次のものから成る。

本発明に使用され石硬化剤は、まず、−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硬化剤で
あれば―かなるものでもよ−が、フェノール樹脂、ポリ
オキシスチレン又は多価フエノール化合物を使用するこ
とが好ましい。この具体例としては、 フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂
、ｔ＠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樹脂、ノボラック型フェノール樹
脂、クレゾール型フェノール樹脂等のフェノール樹脂；
ポリパラオキシスチレン１等のポリオキシスチレン；及
びビスフェノールＡ等の多価フェノール化合物等、並び
に、これらの置換ハロゲン化合物が挙げられ、これらか
ら成る群よシ選ばれた１種もしくは２種以上のものが使
用される。これらの中でも、ノボラック型フェノール樹
脂、ポリオキシスチレンが更に好まし９゜つぎに、硬化
剤として使用＠詐る酸無水物は、脂肪族、脂環族もしく
は芳香族の無水カルボン酸−＆たけこれらの置換無水カ
ルボン酸であｎば９かなるものでもよい。かかる酸無水
物としては、例えば、無水マレイン酸、無水コＩ・り酸
、無水フぞル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水へキ
サヒドロフタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリ
ット酸、無水ナジック酸（３，６−エンドメチレン−１
，２，３，６−テトラヒドロ無水フタル酸）、無水メチ
ルナジック酸　ａ　、　ａ／　、　４　、４／−ベンツ
フェノンテトラカルボン酸無水物、無水テトラブロムフ
タル酸及び無水クロレンディック酸尋が挙げられ、これ
らから成る群よシ選ばれるｌＷｉもしくは２種以上のも
のが用いられる。

硬化剤の配合量は、エポキシ樹脂のエポキシ基量との関
係から適宜に選択することが望ましく、エポキシ基に対
するフェノール性水酸基及び／又は酸無水物基の当量比
が０．５〜１゜５の範囲内にあることが好ましい。当量
比が上記し几範囲を外れる場合には、得られるエポキシ
樹脂組成物の耐湿性が低化しやすい。

本発明に使用される硬化促進剤は、有機ホスフィン化合
物であシ、かかる化合物を配合せしめることによシ、樹
脂封止型半導体装置の耐湿性および高温電気特性の向上
がもたらされる。

このような有機ホスフィン化合物は、次記一般式（１） ％式％） 〔式中、Ｒ，、Ｒ２およびＲ３は、同一でも異なってい
てもよく、水素原子、アルキル基、フェニル基、トリル
基等のアリール基、シクロヘキシル基等のシクロアルキ
ル基等で示される基を表わす。また式 （式中、Ｒはアルカンを表わし、Ｒ′およびｎｌ　Ｆｌ
、同一でも異なっていてもよく、水素原子、アルキル基
、フェニル基、トリル基等のアリール基、シクロヘキシ
ル基等のシクロアルキル基を表わす。

ただし、Ｒ′およびＲ′が水素原子の場合を除く。）で
示される基のように有機ホスフィンを含む有機基であっ
てもよい。ただし、Ｒ１＃　ｎ、およびＲ，がすべて水
素原子である場合を除く。〕 で示ざｎるもので１Ｌ例えば、トリフェニルホスフィン
、トリブチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィ
ン、メチルジ・フェニルホスフィン等の第３ホヌフイン
化合物、ブチルフェニルホスフィン、ジフェニルホスフ
ィン等の第２ホヌフイン化合物、フェニルホスフィン、
オクチルホスフィン等の第１ホスフィン化合物、および
ビス（ジフェニルホスフィン）メタン、ｌ、２−ビス（
ジフェニルホスフィン）エタン等の第３ビスホスフィン
化合物が挙げらｎ、これらから成る群よ〕選ばれるｌ″
ｍもしくは２種以上のものが使用さｎる。

これらの中でも、了り−ルホスフイン化合物を使用する
ことが好ましく、と９わけ、トリフェニルホスフィンな
どのトリアリールホヌフインが最も好まじり。

有機ホヌフイン化合物の配合量は、エポキシ樹脂及び硬
化剤の総量に対して、通常、０．００１〜２０重量％、
好ましくは０．０１−１０重通チである。配合量が、０
．００１重量％未満の場合は、添加の効果が認めらｎず
、２０重量ＳＳ超超る場合はエポキシ樹脂組成物の電気
特性が低下するためでおる。

本発明に使用される有機ケイ素化合物は一分子中に少く
とも１個のカルボキシル基を有する有機ケイ素化合物で
あればいかなるものであってもよく、シラン化合物又は
シロキサン化合物を使用することが好ましい。このシラ
ン化合物の具体例としては、２−トリ、メチルシリル酢
酸、２−トリフェニルシリル酢酸、３−トリメチルシリ
ルプロピオン酸及び３−トリフェニルシリルプルピオン
酸等が挙げられ、これらから成る群よシ選ばｎる１種も
しくは２種以上のものが使用さ牡る。また、シロキサン
化合物としては、有機基、有機ケイ素基、水素、シラン
等から選は詐る基を両末端基としくただし同一でも、異
っていてもよい）、主鎖（式中、Ｒ１〜Ｒ４は同一であ
っても異っていてもよく、それぞれ炭素数１〜３５のア
ルキル基又は（１５） 炭素数１〜３５のアリール基を表わし、ｍは０または１
以上の整数、ノ、ｎはそｎぞれ１以上の整数を表わす） で示される有機ケイ素化合物が挙げられ、これらから成
る群よシ選ばれる１種もしくは２１１以上のものが使用
される。

有機ケイ素化合物の配合量は、エポキシ樹脂及び硬化剤
の総量に対して、通常、０．００１〜２０重量優、好ま
しくは０．０１−１０重量％である。その理由は配合量
が、ｏ、ｏｏｉ重量％未満の場合は添加の効果が認めら
れず、２０重量−を超える場合はエポキシ樹脂組成物の
耐湿性が低下するためである。

本発明のエポキシ樹脂組成物においては、予め、カルボ
キシル基を有する有機ケイ素化合物とエポキシ樹脂とを
加熱して溶融混合することによシ得られる反応混合物を
使用してもよい。この際、硬化促進剤として有機ホスフ
ィン化合物を添加配合してもよい。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、上記した成分（１６） の他に、無機質充填剤および各種添加剤を含むものであ
ってよい。

上記無機質充填剤としては、例えば、石英ガラス粉末、
結晶性シリカ粉末、ガラス繊維、メルク、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、マグネシア粉末等が挙げられ、これらから
成る群より選ばれる１種もしくは２種以上のものが使用
される。これらのうちで、石英ガラス粉末、結晶性シリ
カ粉°末を用−ることが、高純度および低熱膨張係数を
有することから好ましい。

かかる無機質充填剤の配合量は、使用するエポキシ樹脂
、硬化剤および無機質充填剤の種類によって適宜選択す
る必賛があるが、例えば、トランスファ成形に使用する
場合には、エポキシ樹脂および硬化剤の総量に対し、重
量比で１．５〜４倍程度が好ましい。また、無機質充填
剤の粒径は、適宜選択して使用すればよく、粒子の粗い
ものと細かいものを組み合わせて混合することにより、
成形性を改善することができる。

また、各種添加剤としては、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、酸アミド類、エ
ステル類、パラフィン類等の離型剤、塩素化パラフィン
、ブロムトルエン、ヘキサブｐムベンゼン、三酸化アン
チモン等の離燃剤、カーボンブラック等の着色剤、およ
びシランカップリング剤等が挙げられ、これらを、目的
に応じ、適宜添加配合したものであってよい。

以上の組成から成るエポキシ樹脂組成物を、成形材料と
して調製するには、通常の方法を用いればよく、例えば
、所定の配合量の原料成分を、ミキサー等によって充分
混合後、更に熱ロール等によシ溶融混合処理を施すか、
またはニーダ−等によシ混合処理を施すことによシ、容
易にエポキシ樹脂組成物から成る成形材料を得ることが
出来る。

本発明の樹脂封止型半導体装置は、上記エポキシ樹脂組
成物から成る成形材料を用いて、例えば、ＩＣ，ＬＳＩ
、）ランジヌタ、サイリスク、ダイオード等の半導体装
置を封止することによシ製造すること赤できる。かかる
封止方法は、一般に採用されている方法でよく、例えば
、低圧トランスファ成形法、インジェクション成形法、
圧縮成形法、注型法等が挙げら牡、なかでも、低圧トラ
ンスファ成形法を用いることが好まし一０更に、特殊な
封止法でおる、溶剤型または非溶剤型組成物を用いて半
導体表面を被覆する封止法や、所謂ジャンクションコー
ティングとしての局部的な封止法によることも可能であ
る。尚、封止樹脂Ｏ硬化に際しては、１５０℃以上の温
度において硬化せしめることが好まし−０ 以下におりて、実施例を掲げ、本発明を更に詳しく説明
する。

〔発明の実施例〕

製造例 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　）　１０’ＯＯ部とカルボキシ
ル当量３５００のメチルポリシロキサン３０部を混合し
、窒素雰囲気下で１５０℃に加熱して溶融混合した。２
時間後に取シ出し、冷却して反応混合物を得た。

（１９） 実施例１〜３ エポキシ樹脂としてエポキシ当量２２０’ｉ有するクレ
ゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ樹脂Ａ）及
びエポキシ当量２９０の臭素化エポキシノボラック樹脂
（エポキシ樹脂Ｂ）を用い、硬化剤として分子量８００
を有するフェノールノボラック樹脂を用い、有機ホスフ
ィン化合物としてトリフェニルホスフィンを用−１有機
ケイ素化合物として２−トリフェニルシリル酢酸及びカ
ルボキシル当量３５００のメチルポリシロキサンを用い
、並びに製造例で得た反応混合物を用い、他に、石英ガ
ラス粉末（無機質充填剤）、三酸化アンチモン（難燃剤
）、カルナバワックス（離型剤）、カーボンブラック（
着色剤）およびｒ−グリシドキシプロビルトリメトキシ
シラン（シランカップリング剤）を用いて、表−１に示
すような配合（重量部）でエポキシ樹脂組成物（実施例
１〜３）を調製した。同時に、比較例として、有機ホス
フィン化合物ｔｆｃは有機ケイ素化合物を用い表かった
もの、或いは硬化促進剤としてイミダゾール化合物（２
０） （２−メチルイミダゾール）を用いたもの（比較例１〜
３）をそれぞれ調製した。

このようなエポキシ樹脂組成物を微細な粒子に粉砕して
混合し、加熱ロールにより混線して均一な成形用組成物
とした。この組成物の耐湿性及び高温電気特性を調べる
ために、次の試験を行った。

この組成物ｔ−１７０℃で２分間トランスファ成形し、
浮石２ｔｒｔｍの円板を得た。この円板を更に１８０℃
で３時間アフタキュアして測定用試料とした。

上記試料の１５０℃における体積抵抗率を測定したとこ
ろ、実施例１〜３は約３８１Ｏ“Ω・清であシ、比較例
１はその１／３．比較例２，３はそれぞれその１１５０
．１／１００であった。

次に上記試料ｔ−１２０℃、２気圧の水蒸気中に５０時
間放置し几直後の体積抵抗率を室温で測定したところ、
実施例１〜３は約ｌＸｌ０’＃−５１でＩＪ）比較例１
，２，３はそれぞｎそ（２）　ｌ／３　、１／１００　
、　ｌ／２００であった。

表−１ 上記成形用組成物を用−て、トランスファ成形を行ない
、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１７５℃で２分間セ
ールドし、更に、１８０℃で３時間アフタキヱアするこ
とにより行カつた。

上記方法によシ、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用ｉ
て、ｉｏｏ個宛樹脂封止型半導体装置を作製し、次の試
験を行なった。

（１）耐湿試験（バイアスＰＣＴ　）　：　１２０℃、
２気圧の水蒸気中においてｌＯｖ印加し、腐食によシア
ルミニウム配線の断線が発生した不良品の累積不良率（
チ）會経時的に調べた。

（２）　ＭＯＢ　−ＢＴ試験：１００℃のオープン中に
おりて、オフセットゲートＭＯ８ＦＥＴ回路にドレイン
電圧５Ｖ、オフセットゲート電圧５Ｖｔ印加して、リー
ク電流値が初期値の１００倍以上に増加した時点を不良
と見做し、発生した不良品の累積不良率（％）を経時的
に調べ友。

耐湿試験の結果を表−２に、高温電気特性ｔ−調べる几
めのＭＯＳ　−ＢＴ試験の結果を表−３にそれぞ（２３
） れ示す。

表−２ 表−３ （２４） 〔発明の効果〕 以上詳述したように、本発明のエポキシ樹脂組成物は耐
湿性及び高温電気特性に優れ、また、この優れ比特性を
有する樹脂組成物を用いて得ら詐る本発明の樹脂封止型
半導体装置は従来のものに比べ格段に高信頼性であシ、
その工業的価値は大である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　（荀エポキシ樹脂 （ｔｌ）硬化剤として１分子中に少なくとも２個のフェ
   ノール性水酸基を有するエポキシ樹脂及び酸無水物から
   々る群よシ選ばれる少なくとも１種の化合物 （、）硬化促進剤として有機ホスフィン化合物及び （ｄ）カルボキシル基を有する有機ケイ素化合物 から成ることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。 ２、　エポキシ樹脂が、エポキシ当量１７０〜３０００
   ノボラツク型エポキシ樹脂である特許請求の範囲第１項
   記載のエポキシ樹脂組成物。 ３、エポキシ樹脂硬化剤が、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項記載のエポキシ樹脂組成
   物。 ４、有機ケイ素化合物が、カルボキシル基を有するポリ
   シ四キサン化合物及び／又はカルボキシル基を有するシ
   ラン化合物である特許請求の範囲第１項記載のエポキシ
   樹脂組成物。 ５、エポキシ樹脂と有機ケイ素化合物との反応混合物を
   使用する特許請求の範囲第１項記載のエポキシ樹脂組成
   物。 ６、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ｉて、エポキシ樹脂組成物が、 （ａ）エポキシ樹脂 （ｂ）硬化剤として１分子中に少なくとも２個のフェノ
   ール性水酸基を有すゐエポキシ樹脂硬化剤及び酸無水物
   からなる群よ）選ば詐る少まくとも１種の化合物 （ｃ）硬化促進剤として有機ホスフィン化合物及び （ｄ）カルボキシル基を有する有機ケイ素化合物を含む
   ことを特徴とする樹脂封止型半導体装置。 ７、　エポキシ樹脂が、エポキシ当量１７０〜３００の
   ノボラック型エポキシ樹脂である特許請求の範囲第６項
   記載の樹脂封止型半導体装置。 ８、エポキシ樹脂硬化剤が、ノボラック型フェノール樹
   脂である特許請求の範囲第６項記載の樹脂封止型半導体
   装置。 ９、有機ケイ素化合物が、カルボキシル基を有するポリ
   シロキサン化合物及び／又祉カルボキシル基を有するシ
   ラン化合物である特許請求の範囲第６項記載の樹脂封止
   型半導体装置。 ｌＯ，エポキシ樹脂と有機ケイ素化合物との反応混合物
   を使用する特許請求の範囲第６項記載の樹脂封止型半導
   体装置。