JPS61278154A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、信頼性の優れた半導体装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

トランジスタ、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子は、通常セ
ラミックパッケージもしくはプラスチックパッケージ等
により封止され、半導体装置化されている。上記セラミ
ックパッケージは、構成材料そのものが耐熱性を有し、
透湿性にも優れているため、温度、湿度に対して強く、
しかも中空パッケージのため機械的強度も高く信頼性の
高い封止が可能である。しかしながら、構成材料が比較
的高価なものであることと、量産性に劣る欠点があるた
め、近年では上記プラスチックパッケージを用いた樹脂
封止が主流になっている。この種の樹脂封止には、従来
からエポキシ樹脂組成物が使用されているが、近頃のパ
ッケージの小形化、薄肉化の進行により水の侵入が容易
となってきており、この侵入水が樹脂中のナトリウム、
クロルイオンを活性化し上記素子の配線等を腐食させる
ことから、上記エポキシ樹脂組成物を用いた樹脂封止で
は耐湿性の点でいまひとつ満足しえなくなっている。特
に、最近、半導体分野の技術革新によって集積度の向上
とともに素子サイズの大形化、配線の微細化が進み、パ
ッケージもより小形化、薄形化する傾向にあり、これに
伴って封止材料に対してより以上の耐湿信頼性（得られ
る半導体装置の耐湿信頼性）の向上が要望されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記耐湿性向上の目的で、エポキシ樹脂組成物に改良を
加え、リードフレームや半導体素子に対する接着性を向
上させることが考えられるが、このようにすると、半導
体素子とエポキシ樹脂組成物を金型中でトランスファー
成形し半導体装置化したのら、金型から半導体装置を取
り出す際の離型性が著しく悪くなるため、実用化は困難
である。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、優
れた耐湿信頼性を有しており、しかも製造に際して金型
からの離型性の点で問題を生じることのない半導体装置
の提供を目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕 上記の目的を達成するため、この発明の半導体装置は、
下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有するエポキシ樹脂組成
物を用いて半導体素子を被覆モールドしてなる半導体装
置であって、下記（Ｃ）成分として、ナトリウムイオン
含有量が２０ｐｐｎ＋以下、クロルイオン含有量が１０
ｐｐｍ以下で電気伝導度が１００μｓ　／　ｃｍ以下の
離型剤が用いられているという構成をとる。

（Ａ）軟化点５０〜１３０℃のエポキシ樹脂。

（Ｂ）軟化点５０〜１３０℃のノボラック型フェノール
樹脂。

（Ｃ）離型剤。

すなわち、この発明者らは、上記半導体装置の耐湿信頼
性向上の要望に応えるため、エポキシ樹脂組成物の各成
分を中心に研究を重ねた結果、上記組成物の離型剤が特
に半導体装置の耐湿信頼性に大きく影響することをつき
とめ、この離型剤として上記のようなものを用い、これ
と、上記特定の軟化点をもつエポキシ樹脂およびノボラ
ック型フェノール樹脂を組み合わせると、所期の目的を
達成しうろことを見いだしこの発明に到達した。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、軟化点５０〜
１３０℃のエポキシ樹脂（Ａ成分）と、軟化点５０〜１
３０℃のノボラック型フェノール樹脂（Ｂ成分）と、ナ
トリウムイオン含有量が２０　ｐｐｍ以下、クロルイオ
ン含有量が１０ｐｐｍ以下、電気伝導度が１００μｓ　
／　ａｍ以下の離型剤を用いて得られたものであって、
通常、粉末状もしくはそれを打錠したタブレット状にな
っている。

上記Ａ成分となるエポキシ樹脂は、軟化点５０〜１３０
℃のものであれば特に制限するものではなく、ノボラッ
ク系、ビスフェノール糸導各種のものがあげられる。し
かし、好ましいのはノボラック（タレゾールノボラック
、フェノールノボラック等）系のものであり、特に好ま
しいのはクレゾールノボラック系のものである。これら
のものはエポキシ当量が１８０〜２５０の範囲内のもの
が好適である。

ここで、エポキシ当量とは、下記の式により求められる
ものであ′る。

Ｗ＋（Ｂ　−Ｓ）　　Ｎ　十Ｗｘ　Ａ　ｘ　ＮＢ＝盲試
験に使用したカセイソーダのミリリットル。

Ｓ＝逆滴定に使用したカセイソーダのミリリットル。

Ｎ−カセイソーダの規定。

Ｗ＝試料の取量。

Ａ＝未反応試料に使用したカセイソーダのミリリットル
。

Ｗｌ　−試料の酸度を定量するために取量した試料の量
グラム。

上記エポキシ樹脂と共に用いられるＢ成分のノボラック
型フェノール樹脂は、上記エポキシ樹脂の硬化剤として
作用するものであり、フェノールノボラック２クレゾー
ルノボラツク等が用いられる。

これらノボラック樹脂は、軟化点が５０〜１３０℃のも
のである。

Ｃ成分としての離型剤は、ナトリウムイオン含有量が２
０ｐｐｍ以下、クロルイオン含有量が１０ｐｐｍ以下で
電気伝導度が１００ＩＩａ／ｃｍ以下のものであり、こ
のようなものであればその種類は問わない。高級脂肪族
パラフィン、高級脂肪族アルコール、高級脂肪族エステ
ル、高級脂肪族アミド。

高級脂肪族金属塩等の離型剤を単独でもしくは２種以上
を適宜に組み合わせて用いることができる。これら離型
剤の使用量は、エポキシ樹脂全体の０、１〜１．５重量
％（以下「％」と略す）に設定することが好適である。

すなわち、使用量が０．１％未満になると、金型との離
型性が悪くなり、逆に１．５％をこえると成形体表面に
離型剤の滲み出し現象がみられるようになるからである
。

なお、この発明のエポキシ樹脂組成物には、通常、上記
成分以外に、従来から用いられている各種の硬化促進剤
が単独でもしくは併せて用いられる。この種の硬化促進
剤として、下記の３級アミン、４級アンモニウム塩、イ
ミダゾール類、およびホウ素化合物を好適な例としてあ
げることができる。

３級アミン トリエタノールアミン、テトラメチルヘキサンジアミン
、トリエチレンジアミン、ジメチルアニリン、ジメチル
アミノエタノール、ジエチルアミノエタノール、２，４
．６−　（ジメチルアミノメチル）フェノール、Ｎ、Ｎ
’−ジメチルピペラジン、ピリジン、ピコリン、１，８
−ジアザ−ビシクロ（５，４，Ｏ）ウンデセン−７、ベ
ンジルジメチルアミン、２−（ジメチルアミノ）メチル
フェノール４級アンモニウム塩 ドデシルトリメチルアンモニウムアイオダイド、セチル
トリメチルアンモニウムクロライド、ベンジルジメチル
テトラブチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリ
メチルアンモニウムクロライド イミダゾール類 ２−メチルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール
、２−エチルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチル
イミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミ
ダゾールホウ素化合物 テトラフェニルボロン、トリフェニルホスフィン、テト
ラフェニルボレート、Ｎ−メチルモルホリンテトラフェ
ニルボレート また、必要に応じて、上記の成分原料以外に、無機質充
填材、三酸化アンチモン、リン系化合物等の難燃剤や顔
料、シランカップリング剤等のカップリング剤を用いる
ことができる。上記無機質充填材としては特に限定する
もので−はなく、一般に用いられる石英ガラス粉末、タ
ルク、シリカ粉末、アルミナ粉末等が適宜に用いられる
。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、上記の成分原
料を用い、従来公知の方法で製造され、そして半導体装
置のプラスチックパッケージとなるものであり、耐湿特
性の著しく優れた半導体装置をつくりうる。すなわち、
離型剤として、前記のような、ナトリウムイオンおよび
クロルイオンの含有量が著しく低く、かつ電気伝導度も
極めて低いものを用い、これと特定の軟化点のエポキシ
樹脂およびノボラック型フェノール樹脂とを組み合わせ
ることにより、耐湿信頼性の著しく優れた半導体装置を
つくりうるものであり、上記以外の離型剤を用いても上
記のような優れた半導体装置の製造は不可能である。こ
れは、離型剤が上記プラスチックパッケージ中において
経時的に、上記エポキシ樹脂を主成分とする樹脂層と半
導体素子との界面に移行するために、特に離型剤中のナ
トリウムイオン、クロルイオンが耐湿特性に大きく影響
するためと思われる。しかし、離型剤として上記ような
イオン含有量の少ないものを用いても、組成物中に占め
る割合の多いエポキシ樹脂等のイオン含有量が多いと、
やはり所期の効果が得られにくくなる。したがって、上
記組成物に用いるエポキシ樹脂としては、ナトリウムイ
オン含有量が１　ｐｐｍ以下、クロルイオン含有量が１
０ｐｐｍ以下のもの、またノボラック型フェノール樹脂
としてはナトリウムイオンおよびクロルイオンともに１
　ｐｐｍ以下のものを用いることが好結果をもたらす。

また、前記硬化促進剤も、ナトリウムイオンおよびクロ
ルイオンともに１　ｐｐｍ以下のものを用いることが好
適であり、離型剤を除いたエポキシ樹脂組成物中にナト
リウムイオンが２　ｐｐｍ以下で、クロルイオンが２０
ｐｐｍ以下の含有量となっていることが望ましいのであ
る。

上記ナトリウムイオン（Ｎａイオン）、クロルイオン（
Ｃ１イオン）の含有量測定は、測定対象物（対象が樹脂
硬化物のときはそれを粉砕し１００メツシユパスの粒度
にしたもの）を５ｇ採取し、これを純水２０ｇに添加し
１２１℃の高温下で１００時間保ち、水に抽出されたイ
オンを炎光分析法および硝酸銀滴定法で測定することに
より行うことができる。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、先に述べたよ
うに従来公知の方法で製造しうるものであり、これにつ
いてより詳しく述べると、エポキシ樹脂と、ノボラック
型フェノール樹脂と、離型剤、と、場合により無機質充
填剤、顔料、カップリング剤等その他の添加剤を適宜配
合し、この配合物をミキシングロール機等の混練機にか
けて加熱状態で混練して半硬化状の樹脂組成物とし、こ
れを室温に冷却したのち公知の手段によって粉砕し、必
要に応じて打錠することにより得ることができる。

このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子の
封止は特に限定するものではなく、通常の方法、例えば
トランスファー成形等の公知のモールド方法により行う
ことができる。

このようにして得られる半導体装置は、優れた耐湿信頼
性を備えている。

〔発明の効果〕

この発明の半導体装置は、ナトリウムイオンおよびクロ
ルイオン含有量が著しく低く、かつ電気伝導度が極めて
低い離型剤と、特定の軟化点を有するエポキシ樹脂およ
びノボラック型フェノール樹脂とを組み合わせたエポキ
シ樹脂組成物を用いて封止されているため、耐湿信頼性
が極めて高くなっている。特に、上記のようなエポキシ
樹脂組成物による封正により、８ビン以上特に１６ピン
以上、もしくはチップの長辺が４　＋＋ｎ以上の大形の
半導体装置において、上記のような高信頼度が得られる
ようになるのであり、これが大きな特徴である。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜４、比較例１〜８〕 まず、各原料を下記の第１表に示す組成で配合し、この
配合物を１２０℃の熱ロールで５分間混練したのち冷却
後粉砕し、粉末状組成物とした。

ついで、得られた粉末状組成物を用い、表面にアルミニ
ウム配線が蒸着されているシリコンチップからなる半導
体素子を、圧カフ０ｋｇ／ａｎｔ、温度１８０℃１時間
２分の条件でトランスファー成形し、半導体装置を得た
。

（以下余白） 〔試験〕 このようにして得られた実施例１〜４および比較例１〜
８の半導体装置を各５０個用意し、つぎのような方法で
耐湿性試験を行った。すなわち、まず上記半導体装置の
チップ上のアルミ配線の抵抗値を測定し、つぎにこの半
導体装置を１２１℃。

２気圧の加圧水蒸気密閉容器内に一定時間放置したのち
取り出し、再度、上記アルミ配線の抵抗を測定した。放
置後の抵抗値が、放置前の抵抗値の１５０％以上になっ
ているものを不良品とし、試料５０個に対する不良品個
数を、耐湿性の目安とした。この結果を第２表に示す。

（以下余白） 第一」Ｌ−友 第２表の結果から、実施例の半導体装置は、いずれも優
れた耐湿性を備えていることがわがる。

これに対して、比較例１は使用エポキシ樹脂の軟化点が
低く、比較例２は逆に高くいずれも成績が悪い。また、
比較例３は使用ノボラック型フェノール樹脂の軟化点が
低く、比較例４は逆に高く双方とも成績が悪い。また、
比較例５，６，７．８は、離型剤のナトリウムイオン、
クロルイオン。

電気伝導度がこの発明の範囲を外れており、成績が悪く
なっていることがわかる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有するエポキシ樹
   脂組成物を用いて半導体素子を被覆モールドしてなる半
   導体装置であつて、下記（Ｃ）成分として、ナトリウム
   イオン含有量が２０ｐｐｍ以下、クロルイオン含有量が
   １０ｐｐｍ以下で電気伝導度が１００μｓ／ｃｍ以下の
   離型剤が用いられていることを特徴とする半導体装置。 （Ａ）軟化点５０〜１３０℃のエポキシ樹脂。 （Ｂ）軟化点５０〜１３０℃のノボラック型フェノール
   樹脂。 （Ｃ）離型剤。