JPS6219066B2

JPS6219066B2 -

Info

Publication number: JPS6219066B2
Application number: JP56172920A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Iketani; Akiko Hatanaka
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-10-30
Filing date: 1981-10-30
Publication date: 1987-04-25
Also published as: JPS5875853A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、樹脂封止型半導体装置に関し、更に
詳しくは、耐湿性および高温電気特性に優れた樹
脂封止型半導体装置に関する。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）、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
セラミツクス等を用いるハーメチツク封止が採用
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ア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
ゾール硬化促進剤等から成るエポキシ樹脂組成物
を、トランスフア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) 高温時における電気特性が劣り、特に、リー
ク電流が増加するために、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、そのような条件下
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通つて
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、配線等の腐食による不良を発生す
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。このような試験において例えば、半導体表面が
外部負荷に鋭敏なMOS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に
特に著しく多発する不良として、チヤネリングに
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り発生するも
のと考えられる。従来の樹脂封止型半導体装置は上記した欠点を
有するものであるために、その改良が求められて
いた。本発明は、かかる欠点を解消せんとしてな
されたものであり、その目的は、優れた耐湿性お
よび高温電気特性を有する樹脂封止型半導体装置
を提供するにある。本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究
を重ねた結果、イミダゾール等の硬化促進剤が上
記欠点を形成する主要因であることを解明した。
そして、半導体を封止する樹脂体の成形材料とし
て、次に示すエポキシ樹脂組成物を使用すること
により、半導体装置の耐湿性および高温電気特性
が向上することを見出し、本発明を完成するに到
つた。即ち、本発明の樹脂封止型半導体装置は、半導
体素子と該半導体素子を被覆する樹脂封止体とを
具備して成る樹脂封止型半導体装置において、前
記樹脂封止体が、 (a) エポキシ当量170〜300を有するノボラツク型
エポキシ樹脂、 (b) ノボラツク型フエノール樹脂、 (c) 有機ホスフイン化合物、 (d) 不飽和脂肪酸アミド化合物、および (e) 無機質充填剤を含むエポキシ樹脂組成物の硬化物であることを
特徴とするものである。以下において、本発明を更に詳しく説明する。本発明に係るエポキシ樹脂組成物は、次のもの
から成る。本発明において使用されるエポキシ樹脂は、エ
ポキシ当量が170〜300の値を有するノボラツク型
エポキシ樹脂であれば、いかなるものでも使用可
能であり、例えば、フエノールノボラツク型エポ
キシ樹脂、クロ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
樹脂等が挙げられる。かかるエポキシ樹脂は、１
種もしくは２種以上のものを混合して用いること
ができ、更に、これらに他のエポキシ樹脂を混合
して用いてもよい。他のエポキシ樹脂としては、
例えば、ビスフエノールＡ型エポキシ樹脂等のグ
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、複素環式エポキシ樹脂、ハロゲン化エ
ポキシ樹脂等が挙げられ、これらから選ばれた１
種もしくは２種以上のものを、ノボラツク型エポ
キシ樹脂に対し、50重量％以下の量で配合するこ
とができる。また、本発明において使用されるエ
ポキシ樹脂は、樹脂中に残存する塩素がアルミニ
ウム電極等の腐食劣化の原因のひとつとなるため
に、含有される塩素イオンは10ppm以下、加水
分解性塩素は0.1重量％以下のものであることが
望ましい。本発明において硬化剤として使用されるノボラ
ツク型フエノール樹脂としては、例えば、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等が挙げられ、こ
れらから選ばれた１種もしくは２種以上のものが
使用される。かかるノボラツク型フエノール樹脂
は、成形時における流動性等の作業性を考慮する
と、その軟化点が60〜120℃の範囲内にあること
が好ましく、また、低分子量のフエノール成分は
樹脂特性劣化の原因となることから、常温におけ
る水可溶性のフエノール樹脂成分量が３重量％以
下であることが好ましい。ノボラツク型フエノール樹脂の配合量は、エポ
キシ樹脂中のエポキシ基の量との関係から適宜選
択することが望ましく、フエノール樹脂のフエノ
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の範囲にあることが望ましい。
フエノール性水酸基数／エポキシ基数の比が0.5
未満、或いは1.5を超えると、反応が充分に進行
せず、硬化物の特性が低下する。本発明において使用される有機ホスフイン化合
物は、硬化促進剤としての機能を有するものであ
り、かかる化合物を配合せしめることにより、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イン化合物は、次記一般
式〔式中、R₁、R₂およびR₃は、同一でも異なつてい
てもよく、水素原子、アルキル基、フエニル基、
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R″は、
同一でも異なつていてもよく、水素原子、アルキ
ル基、フエニル基、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インを含む有機
基であつてもよい。ただし、R₁、R₂およびR₃が
すべて水素原子である場合を除く。〕で示されるものであり、例えば、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
等の第３ホスフイン化合物、ブチルフエニルホス
フイン、ジフエニルホスフイン等の第２ホスフイ
ン化合物、フエニルホスフイン、オクチルホスフ
イン等の第１ホスフイン化合物、およびビス（ジ
フエニルホスフイノ）メタン、１・２−ビス（ジ
フエニルホスフイノ）エタン等の第３ビスホスフ
イン化合物が挙げられ、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。これらの中でもアリールホスフイン化合物を
使用することが好ましく、とりわけ、トリフエニ
ルホスフイン等のトリアリールホスフインが最も
好ましい。かかる有機ホスフイン化合物は、エポキシ樹脂
およびフエノール樹脂の総量に対して0.001〜20
重量％の量で配合することが好ましく、特に好ま
しくは、0.01〜５重量％である。本発明において使用される不飽和脂肪酸アミド
化合物は、有機ホスフイン化合物との相互作用に
よつて、有機ホスフイン化合物単独使用の場合よ
り半導体装置の耐湿性および高温電気特性をより
一層改善することを目的として使用されるもので
ある。かかる不飽和脂肪酸アミド化合物として
は、例えば、アクリル酸アミド、メタクリル酸ア
ミド、ビニル酢酸アミド、パルミトレイン酸アミ
ド、オレイン酸アミド、エイコセン酸アミド、エ
ルカ酸アミド、エライジン酸アミド、トランス−
11−エイコセン酸アミド、トランス−13−ドコセ
ン酸アミド、２・４−ヘキサジエン酸アミド、ジ
アリル酢酸アミド、リノール酸アミド、リノレン
酸アミド、リシノール酸アミド、プロピオール酸
アミド、ステアロール酸アミド、ベヘノール酸ア
ミド、マレイン酸アミド、フマル酸アミド、イタ
コン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、
エチレンビスエイコセン酸アミド、エチレンビス
エルカ酸アミド等が挙げられ、これらから選ばれ
た１種もしくは２種以上のものが使用される。上記不飽和脂肪酸アミド化合物は、エポキシ樹
脂およびフエノール樹脂の総量に対して0.01〜20
重量％の量で配合することが好ましい。本発明において使用される無機質充填剤は、通
常、無機質充填剤として使用されているものであ
ればいかなるものでもよく、これらとしては、例
えば、石英ガラス粉末、結晶性シリカ粉末、ガラ
ス繊維、タルク、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。これらのうちで、石英ガラス粉末、結晶性シ
リカ粉末を用いることが、高純度および低熱膨張
係数を有することから、最も好ましい。かかる無機質充填剤の配合量は、使用するエポ
キシ樹脂、フエノール樹脂および無機質充填剤の
種類によつて適宜選択する必要があるが、例えば
トランスフア成形に使用する場合には、エポキシ
樹脂およびフエノール樹脂の総量に対し、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ることが好まし
く、粒子の粗いものと細かいものを組み合わせる
ことにより、成形性を改善することが可能とな
る。本発明のエポキシ樹脂組成物は、必要に応じ
て、更に、例えば、天然ワツクス類、合成ワツク
ス類、直鎖脂肪酸の金属塩、エステル類、パラフ
イン類等の離型剤、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
ン等の離燃剤、カーボンブラツク等の着色剤、お
よびシランカツプリング剤等を、適宜添加配合し
たものであつてもよい。上記組成から成るエポキシ樹脂組成物を、半導
体封止用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
混合物を、ミキサー等によつて充分混合後、更に
熱ロール等による溶融混合処理を施すか、または
ニーダー等による混合処理を施すことにより、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
シ樹脂組成物から成る成形材料を用いて、例えば
IC、LSI、トランジスタ、サイリスタ、ダイオー
ド等の半導体装置を封止することにより製造する
ことができる。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、低圧トランスフア
成形法、インジエクシヨン成形法、圧縮成形法、
注型法等が挙げられ、なかでも、低圧トランスフ
ア成形法を用いることが好ましい。尚、封止樹脂
の硬化に際しては、150℃以上の温度において硬
化せしめることが好ましい。以下において、実施例を掲げ、本発明を更に詳
しく説明する。実施例１〜３エポキシ樹脂としてエポキシ当量220を有する
クレゾールノボラツク型エポキシ樹脂（エポキシ
樹脂Ａ）およびエポキシ当量290を有する臭素化
エポキシノボラツク樹脂（エポキシ樹脂Ｂ）を用
い、硬化剤として分子量800を有するフエノール
ノボラツク樹脂を用い、有機ホスフイン化合物と
してトリフエニルホスフインを用い、不飽和脂肪
酸アミド化合物としてオレイン酸アミド、エルカ
酸アミドおよびフマル酸アミドを用い、無機質充
填剤として石英ガラス粉末を用い、他に三酸化ア
ンチモン（難燃剤）、カーボンブラツク（着色
剤）、カルナバワツクス（離型剤）およびγ−グ
リシドキシプロピルトリメトキシシラン（シラン
カツプリング剤）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
ホスフイン化合物の代わりにイミダゾール化合物
（２−ヘプタデシルイミダゾール）を用いたも
の、或いは不飽和脂肪酸アミド化合物の代わりに
飽和脂肪酸アミド化合物（ステアリン酸アミド）
を用いたもの（比較例１〜４）を調製した。

【表】

【表】かかるエポキシ樹脂組成物を、それぞれミキサ
ーにより混合し、次いで加熱ロールにより混錬し
て成形材料を得た。このようにして得た成形材料を用いて、トラン
スフア成形を行ない、MOS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分間モールドし、更に、
180℃で３時間アフタキユアすることにより行な
つた。上記方法により、それぞれのエポキシ樹脂組成
物を用いて、100個宛樹脂封止型半導体装置を作
製し、次の試験を行なつた。 (1) 耐湿試験（PCT）：120℃、２気圧の水蒸気
中において、腐食により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（％）を
経時的に調べた。 (2) MOS−BT試験：100℃のオーブン中におい
て、オフセツトゲートMOS FET回路にドレ
イン電圧5V、オフセツトゲート電圧5Vを印
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（％）を経時的に調べた。耐湿試験の結果を表−２に、高温電気特性を調
べるためのMOS−BT試験の結果を表−３にそれ
ぞれ示す。

【表】

【表】表から明らかなように、本発明のエポキシ樹脂
組成物を用いて封止した樹脂封止型半導体装置
は、アルミニウム配線等の腐食が大きく低減さ
れ、リーク電流の増加による不良の発生もなく、
耐湿性および高温電気特性が極めて優れたもので
あることが確認された。

Claims

【特許請求の範囲】１半導体素子と該半導体素子を被覆する樹脂封
止体とを具備して成る樹脂封止型半導体装置にお
いて、前記樹脂封止体が、 (a) エポキシ当量170〜300を有するノボラツク型
エポキシ樹脂、 (b) ノボラツク型フエノール樹脂、 (c) 有機ホスフイン化合物、 (d) 不飽和脂肪酸アミド化合物、および (e) 無機質充填剤を含むエポキシ樹脂組成物の硬化物であることを
特徴とする樹脂封止型半導体装置。２有機ホスフイン化合物が、エポキシ樹脂およ
びフエノール樹脂の総量に対し、0.001〜20重量
％配合されて成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不飽和脂肪酸アミド化合物が、エポキシ樹脂
およびフエノール樹脂の総量に対し、0.01〜20重
量％配合されて成る特許請求の範囲第１項記載の
樹脂封止型半導体装置。