JPS6137789B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はエポキシ樹脂系組成物の硬化物によつ
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、機械特性、耐湿性な
どが優れているので信頼性の高い電気絶縁材料と
して半導体装置、電子部品、電気部品の封止や含
浸などに広く用いられている。特に半導体装置、
たとえば集積回路、大規模集積回路、トランジス
タ、ダイオードなどは極く一部を除きほとんどが
低圧成形用のエポキシ樹脂系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系組成物
としては耐湿性や信頼性、成形性などの点におい
て最も優れている。エポキシ樹脂、ノボラツク型
フエノール樹脂硬化剤、イミダゾール硬化促進剤
から成るエポキシ樹脂系組成物が用いられてい
る。 このエポキシ樹脂系組成物による封止は、金属
やセラミツクスを用いたハーメチツクシール方式
に較べ (1) 低価格であること (2) 大量生産が可能であること などの利点がある反面、信頼性等に関し次のよう
な欠点があつた。 (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こ
と、 (3) 潜在硬化性が充分でないため、常温貯蔵性が
不充分であること、及び (4) 成形性、作業性が充分でないこと。 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（プレツシ
ヤークツカーテスト、PCT）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
り、バイアス印加型の評価試験（バイアス
PCT）も実施されている。 しかし封止したエポキシ樹脂系組成物の硬化物
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
通つて内部に浸透し、または封止樹脂とリードフ
レームとの界面を通つて内部に入り、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
存在している不純物イオンなどの作用の結果とし
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
食を主体とした不良を発生する。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つ
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。 次に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、そのような条件においても信頼性を
保証しなければならない。そのため評価試験とし
ては120℃〜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表面が鋭敏なMOS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、
チヤ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面に接している樹脂層に電
界が作用することによつ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。 次に潜在硬化性については、従来の封止樹脂は
室温で保管すると硬化反応が進行し、最終的には
半導体装置をモールドすることができなくなつて
しまうばかりでなく、モールドが可能な期間内に
おいても封止後の電気特性が急速に劣化するた
め、信頼性上問題なく使用できる期間は非常に短
いという欠点があつた。従つてこのような樹脂を
用いて封止された半導体装置は、信頼性の観点か
ら安定性に乏しく、改良が求められていた。 また従来の樹脂封止型半導体装置の他の難点と
しては、封止樹脂をトランスフア成形法によつて
モールドする際に、バリの出やすいこと、また成
形品を金型から取り出すときの離型性が悪いこ
と、成形品の表面に離型剤などが浮き出しやすく
外観を損いやすいこと、金型の表面に汚れを残し
やすく、しばしば掃除しなければならないこと、
マーキングインクとのなじみが悪くてマークがは
がれやすいことなど成形性、作業性に関する問題
があり改良が望まれていた。 本発明の目的はこのような従来の樹脂封止型半
導体装置の難点を改良し、優れた耐湿性、高温電
気特性、潜在硬化性、成形性、作業性を有するエ
ポキシ樹脂系組成物によつ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にあ
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
ポキシ樹脂系組成物が、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
と潜在硬化性および成形性、作業性を有すること
を見出し、これを用いることによつて信頼性に優
れた樹脂封止型半導体装置が得られることを見出
した。 即ち、本発明は、 (a) エポキシ当量170〜300のノボラツク型エポキ
シ樹脂、 (b) ノボラツク型フエノール樹脂硬化剤 (c) 有機ホスフイン化合物（硬化促進剤） (d) 金属キレート化合物および (e) シラノール性水酸基を有するシリコーン化合
物 を必須成分とし、更に必要に応じて無機質充てん
剤を含んでよく、 前記(c)の有機ホスフイン化合物の配合量が樹脂
分100重量部当り0.01〜20重量部であり、 前記(d)の金属キレート化合物の配合量が前記(c)
の有機ホスフイン100重量部当り１〜100重量部で
あり、 前記(e)のシリコーン化合物の配合量が樹脂分
100重量部当ち0.05〜10重量部であるエポキシ樹
脂系組成物の硬化物により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、電
気的、機械的に良特性をもたらすエポキシ当量
170〜300のノボラツク型エポキシ樹脂であつて、
たとえばフエノールノボラツク型エポキシ樹脂、
クレゾールノボラツク型エポキシ樹脂、ハロゲン
化フエノールノボラツ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
脂たとえばビスフエノール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、ハロ
ゲン化エポキシ樹脂などを、上記エポキシ当量
170〜300のノボラツク型エポキシ樹脂に併用して
使用することができるが、配合量はノボラツク型
エポキシ樹脂に対し50重量％以下が好ましい。ま
たこれらいずれのエポキシ樹脂も塩素イオンの含
有量が10ppm以下、加水分解性塩素の含有量が
0.1重量％以下のものが望ましい。 本発明において用いられるノボラツク型フエノ
ール樹脂硬化剤としてはフエノールノボラツク樹
脂、クレゾールノボラツク樹脂、tert−ブチルフ
エノールノボラツク樹脂、ノニルフエノールノボ
ラツク樹脂などが挙げられる。これらのフエノー
ル樹脂の軟化点は60℃〜100℃の範囲内にあるこ
とが好ましく、更に常温における水に可溶性のフ
エノール樹脂成分が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
ボラツク型フエノール樹脂のフエノール性水酸基
の数／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難く、硬化物の特性が劣化し
易いためである。 本発明において硬化促進剤として特に用いられ
る有機ホスフイン化合物としては、化学式
〔〕： におけるR₁〜R₃がすべて有機基である第３ホス
フイン化合物；R₃のみ水素でR₁，R₂が有機基で
ある第２ホスフイン化合物；R₂，R₃がともに水
素でR₁が有機基である第１ホスフイン化合物が
ある。有機基としては、アルキル基、シクロアル
キル基、アリール基、アラルキル基、アルキルア
リール基などがあげられる。かかる式〔〕の化
合物の具体例としては、トリフエニルホスフイ
ン、トリブチルホスフイン、トリシクロヘキシル
ホスフイン、メチルジフエニルホスフイン、ブチ
ルフエニルホスフイン、ジフエニルホスフイン、
フエニルホスフイン、オクチルホスフインなどで
ある。またR₁が有機ホスフイノ基を有する有機
基であつてもよい。たとえば１，２−ビス（ジフ
エニルホスフイノ）エタン、ビス（ジフエニルホ
スフイノ）メタンなどのビス有機ホスフイン化合
物である。以上の中でも有機第３ホスフイン化合
物が好ましく、特にトリフエニルホスフイン、
１，２−ビス（ジフエニルホスフイノ）エタン、
ビス（ジフエニルホスフイノ）メタンなどが最も
好ましい。またこれらの有機ホスフイン化合物は
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イン化合物の配合量は一
般に樹脂分（エポキシ樹脂と硬化剤）の0.01〜20
重量％の範囲内でよいが、特に好ましい特性は
0.01〜５重量％の範囲内で得られる。配合量が
0.01重量％未満では添加効果が得られず、20重量
％を超えると特性が低下する。 本発明において用いられる金属キレート化合物
を具体的に例示する。キレート化合物を形成する
中心金属としては、例えばアルミニウム、バリウ
ム、カルシウム、カドミウム、コバルト、クロ
ム、銅、鉄、カリウム、マグネシウム、マンガ
ン、ナトリウム、ニツケル、鉛、パラジウム、ロ
ジウム、チタン、バナジウム、亜鉛、ジルコニウ
ムなどが挙げられる。配位子としてはアセチルア
セトン、エチルアセトアセテート、グリシン、サ
リチルアルデヒド、８−オキシキノリン、エチレ
ンジアミン、トリエチレンテトラミン、エチレン
ジアミン四酢酸、サリチル酸、シユウ酸、ジメチ
ルグリオキシム、ジピリジル、フエナントロリン
などが挙げられる。 この金属キレート化合物は有機ホスフイン化合
物100重量部に対し１〜100重量部の範囲内にある
ように組成しなければならず、好ましくは３〜50
重量部の範囲である。その理由は１重量部未満で
は金属キレート化合物の効果が認められず、100
重量部を超えると逆に特性が劣化するためであ
る。 本発明において用いられるシラノール性水酸基
を有するシリコーン化合物とは、少くとも１個の
シラノール性水酸基（〓Si−OHの水酸基）を有
するオルガノシラン、オルガノポリシロキサン化
合物であつて、有機基はアルキル基、アリール
基、ビニル基、アラルキル基、アリル基、アルコ
キシ基などの中から選ばれる少くとも１種であ
る。しかして上記シリコーン化合物は２種以上混
合して使用することもできる。これらの中でも特
に好ましいのは１分子中にシラノール基を２個以
上有するメチルフエニルポリシロキサン化合物、
メチルポリシロキサン化合物などのオルガノポリ
シロキサン化合物である。具体例をあげると、例
えば（CH₃）₃SiOH，C₆H₅（C₂H₅）Si（OH）₂，
（C₆H₅）₂Si（OH）₂、などのシラン化合物並びに線
状、環状もしくは多環状のオルガノポリシロキサ
ン化合物（トーレシリコーン(株)の商品名SH6018
など）があげられる。シラノール性水酸基を有す
るシリコーン化合物は樹脂成分（エポキシ樹脂と
硬化剤）100重量部に対して0.05〜10重量部、よ
り好ましくは0.1〜３重量部の範囲内で添加配合
しなければならない。0.05重量部以下では添加の
効果が認められず、10重量部以上では逆に特性劣
化の原因となる。 以上、本発明に用いられる樹脂組成物の必須成
分について説明したが、更に無機質充填剤を配合
してもよい。無機質充填剤を含まない場合には、
注型またはコーテイングなどの方法により、集積
回路、大規模集積回路、トランジスタ、ダイオー
ドなどの半導体装置の封止に用いられる。また、
無機質充てん剤を添加配合することにより作業性
の改善されたエポキシ樹脂系組成物を得ることが
できる。特に成形材料として用いる場合には熱機
械特性の改善に効果がある。 無機質充てん剤の具体例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、ケイ酸カルシウム粉、炭酸カルシウム
粉、硫酸バリウム粉、マグネシア粉などである
が、これらの中で石英ガラス粉や結晶性シリカ粉
が最も好ましい。しかしてこれらの無機質充てん
剤の組成比は、用途や樹脂分（エポキシ樹脂およ
びエポキシ樹脂の硬化剤）や無機質充てん剤の種
類によつても異なるが、たとえばトランスフア成
形に用いる場合には樹脂分100重量部当り150〜
400重量部程度でよい。またトランスフア成形に
用いる場合などは無機質充てん剤の粒度分布を適
当に選択することにより、特性の良い成形材料を
つくることができる。 無機質充填剤を配合した場合には、集積回路、
大規模集積回路、トランジスタ、ダイオードなど
の半導体装置のトランスフア成形法による封止に
適する。 更に本発明に係るエポキシ樹脂系組成物には必
要に応じて、例えば天然ワツクス類、合成ワツク
ス類、直鎖脂肪酸に金属塩、酸アミド類、エステ
ル類もしくはパラフイン類などの離型剤、塩素化
パラフイン、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離燃剤、カーボン
ブラツクなどの着色剤、シランカツプリング剤な
どを適宜添加配合してもよい。 本発明に係るエポキシ樹脂系組成物を成形材料
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サー
によつて充分混合後、さらに熱ロールによる溶融
混合処理、またはニーダーなどによる混合処理を
加えることにより容易にエポキシ樹脂系成形材料
を得ることができる。 本発明の樹脂封止型半導体装置は上記エポキシ
樹脂系組成物を用いて半導体装置を封止すること
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ア成形法が
あるが、インジエクシヨン成形、圧縮成形、注型
などによる封止も可能である。特殊な封止法とし
ては、溶剤型あるいは非溶剤型の組成物を用いて
半導体表面を被覆する封止法や、いわゆるジヤン
クシヨンコーテイングとしての局部的な封止の用
途にも用いることができる。エポキシ樹脂系組成
物は封止の際に加熱して硬化させ、最終的にはこ
の組成物の硬化物によつ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、例えば集積回
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つて特に限定されるもの
ではない。 本発明によつて優れた特性、信頼性を有する樹
脂封止型半導体装置を提供することができる。以
下その点について述べると、 第１に本発明の樹脂封止型半導体装置は耐湿性
に優れており、高温高湿下で使用した場合に従来
のものに較べ半導体装置のアルミニウム配線、電
極の腐食による断線や、水分によるリーク電流の
不良などを著しく低減することができ、しかも長
期間にわたつて信頼性を保証することができる。 第２に本発明の樹脂封止型半導体装置は高温電
気特性に優れており、高温時に使用した場合、ま
たは発熱時により局部的に高温状態になつた場合
に、リーク電流の発生しやすいMOS構造または
PN接合を有する半導体装置においても、従来の
ものに較べリーク電流不良や電気絶縁不良を著し
く低減することができ、長期間にわたつて高い信
頼性を維持することができる。 第３に本発明の装置に用いた封止用樹脂組成物
は潜在硬化性、常温保存性に優れており、長期の
保存によつても封止後の特性が良好であり、従つ
て封止された本発明の樹脂封止型半導体装置の信
頼性は高い。 第４に本発明の樹脂封止型半導体装置は、従来
のものに較べ、バリの少いこと、離型性に優れて
いること、表面に離型剤などのシミ出しがなく美
しいこと、金型の表面に汚れを残さないこと、マ
ーキングインクとのなじみがよく、美しくしかも
強固に接着することなど成形性および作業性にお
いて著しい利点を有している。 次に本発明の実施例を説明する。 実施例 １〜３ エポキシ当量200のフエノールノボラツク型エ
ポキシ樹脂（エポキシ樹脂Ａ）、分子量700のフエ
ノールノボラツク樹脂硬化剤、無水メチルナジツ
ク酸、トリフエニルホスフイン、トリス（アセチ
ルアセトナト）アルミニウム、ビス（ジメチルグ
リオキシマト）ニツケル、エチレンジアミンテト
ラ（アセタト）コバルト、シラノール性水酸基を
有するメチルフエニルポリシロキサン、ベンジル
ジメチルアミンを表−１に示す組成比（重量部）
に選び、比較例を含め８種のエポキシ樹脂系組成
物を調製した。 上記エポキシ樹脂系組成物を用いてMOS型集
積回路装置を注型し、170℃で８時間の硬化を行
い、樹脂封止型半導体装置を得た。この樹脂封止
型半導体装置各50個について (1) 120℃、２気圧水蒸気中で10V印加してアル
ミニウム配線の腐食による断線（不良発生）を
調べる耐湿試験（バイアスPCT）を行つた結
果を表−２に示した。 (2) 150℃のオーブン中でフイールド領域のソー
スとドレイン間に電圧10Vを印加し、電気特性
の劣化による不良発生を調べた結果を表−３に
示した。

【表】

【表】

【表】 実施例 ４〜６ エポキシ当量220のクレゾールノボラツク型エ
ポキシ樹脂（エポキシ樹脂Ａ）、エポキシ当量370
の脂環式エポキシ樹脂（エポキシ樹脂Ｂ）、エポ
キシ当量290の臭素化エポキシノボラツク樹脂
（エポキシ樹脂Ｃ）、分子量800のフエノールノボ
ラツク樹脂硬化剤、無水テトラヒドロフタル酸、
トリフエニルホスフイン、トリス（アセチルアセ
トナト）アルミニウム、ジグリシナトパラジウ
ム、ジサリチルアルデヒド銅、シラノール性水酸
基を有するメチルフエニルポリシロキサン、２−
フエニルイミダゾール、石英ガラス粉末、カルナ
バワツクス、三酸化アンチモン、カーボンブラツ
ク、シランカツプリング剤を表−４に示す組成比
（重量部）に選び配合し、比較例を含め７種のエ
ポキシ樹脂系組成物を調製した。上記組成物の調
製はそれぞれ選ばれた成分を加熱ロールで混練
し、冷却後粉砕することによつて行い、エポキシ
樹脂系の成形材料とした。 このようにして得た成形材料を用いてトランス
フア成形を行い、MOS型集積回路装置を封止し
た。成形は高周波予熱器で80℃に加熱した成形材
料を175℃で３分間モールドし、その後180℃で７
時間の後硬化することによつて行つた。樹脂封止
したMOS型集積回路装置各100個について実施例
１〜３と同様の条件で、バイアスPCT、および
高温電気特性試験を行い、その結果をそれぞれ表
−５，６に示した。

【表】

【表】

【表】

【表】 上記トランスフア成形した樹脂封止型半導体装
置の実施例４と比較例６にいて成形性を調べた結
果を表−７に示した。

【表】 ○：良好 △：やや不良 ×：不良
更に潜在硬化性を調べるために室温下に放置し
て保存性を調べたところ実施例４は５週間、比較
例６は１週間の可使時間であつた。 上記実施例から明らかなように本発明に係る樹
脂封止型半導体装置は高信頼性を有しており、広
範な用途に提供することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) エポキシ当量170〜300のノボラツク型エ
   ポキシ樹脂、 (b) ノボラツク型フエノール樹脂硬化剤、 (c) 有機ホスフイン化合物（硬化促進剤） (d) 金属キレート化合物および (e) シラノール性水酸基を有するシリコーン化合
   物 を必須成分とし、 前記(c)の有機ホスフイン化合物の配合量が樹脂
   分100重量部当り0.01〜20重量部であり、 前記(d)の金属キレート化合物の配合量が前記(c)
   の有機ホスフイン100重量部当り１〜100重量部で
   あり、 前記(e)のシリコーン化合物の配合量が樹脂分
   100重量部当り0.05〜10重量部であるエポキシ樹
   脂系組成物の硬化物により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
   キシ樹脂系組成物が無機質充填剤を含有する樹脂
   封止型半導体装置。 ３ 特許請求の範囲第２項において無機質充てん
   剤の主成分が石英ガラス、結晶性シリカから選ば
   れる少くとも１種である樹脂封止型半導体装置。 ４ 特許請求の範囲第１項または第２項において
   フエノール樹脂硬化剤のフエノール性水酸基の
   数／エポキシ樹脂のエポキシ基の数の比が0.5〜
   1.5の範囲内にある樹脂封止型半導体装置。 ５ 特許請求の範囲第１項または第２項において
   有機ホスフイン化合物が有機第３ホスフインであ
   る樹脂封止型半導体装置。 ６ 特許請求の範囲第５項において有機ホスフイ
   ン化合物がトリフエニルホスフインである樹脂封
   止型半導体装置。 ７ 特許請求の範囲第１項または第２項において
   金属キレート化合物がAl，Co，Cr，Cu，Fe，
   Mn，Ni，Pd，Rh，Ti，Ｖ，Zn，及びZrから選
   ばれる少くとも１種の金属のキレート化合物であ
   る樹脂封止型半導体装置。 ８ 特許請求の範囲第１項または第２項において
   シラノール性水酸基を有するシリコーン化合物が
   １分子中にシラノール性水酸基を２個以上有する
   オルガノポリシロキサン化合物である樹脂封止型
   半導体装置。