JPS6219067B2

JPS6219067B2 -

Info

Publication number: JPS6219067B2
Application number: JP56172921A
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: JPS5875854A

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、ノボラツクス型フエノール樹脂硬化剤、イミ
ダゾール硬化促進剤、トリス（ジメチルアミノメ
チル）フエノール等の第３アミン硬化促進剤等か
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。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。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。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
外部電荷に鋭敏な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、第３アミン等の硬
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、および (d) カルボン酸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
フエニルホスフイン）メタン、１・２−ビス（ジ
フエニルホスフイン）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カルボン酸は、分子
内にカルボキシル基を１つ以上有する脂肪族、脂
環族または芳香族化合物であればいかなるもので
も使用可能である。これらのカルボン酸は、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
とを目的として添加されるものである。かかるカ
ルボン酸のうち、脂肪族カルボン酸としては、例
えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、カプロ
ン酸、カプリン酸、ラウリン酸、パルミチン酸、
ステアリン酸、ベヘン酸、モンタン酸、メリシン
酸、セロプラスチン酸等の飽和モノカルボン酸：
アクリル酸、クロトン酸、メタクリル酸、ペンテ
ン酸、オクテン酸、テトラデセン酸、オクタデセ
ン酸、オレイン酸、エルカ酸等のオレフインモノ
カルボン酸；プロピオール酸、テトロール酸、ウ
ンデシン酸、ステアロール酸、ベヘノール酸等の
アセチレンモノカルボン酸；ペンタジエン酸、ヘ
キサジエン酸、ゲラニウム酸、リノール酸等のジ
オレフインモノカルボン酸；エレオステアリン
酸、リノレン酸、デカテトラエン酸、エリトロゲ
ン酸等の多価オレフインモノカルボン酸のような
不飽和モノカルボン酸：クロル酢酸、トリクロル
酢酸、ブロム酢酸、ヨード酢酸、トリフルオル酢
酸、クロルカプリル酸、クロルステアリン酸、ク
ロルアクリル酸、ブロムメタクリル酸、クロルプ
ロピオール酸等のハロゲン置換モノカルボン酸：
シユウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、ア
ジピン酸、アゼライン酸、オクタデカン二酸等の
飽和ジカルボン酸：マレイン酸、フマル酸、イタ
コン酸、ジヒドロムコン酸等のオレフインジカル
ボン酸；ムコン酸等のジオレフインジカルボン
酸；アセチレンジカルボン酸等のアセチレンジカ
ルボン酸；多価オレフインジカルボン酸；多価ア
セチレンジカルボン酸等のような不飽和ジカルボ
ン酸：クロルマロン酸、クロルコハク酸等のハロ
ゲン置換ジカルボン酸：メチルコハク酸、メチレ
ンマロン酸等のアルキル置換カルボン酸：主鎖内
に脂環族または芳香族の置換基を有するカルボン
酸：プロパン−１・２・３−トリカルボン酸、ア
コニツト酸等の多価カルボン酸：グリコール酸、
乳酸、２−ヒドロキシヘキサン酸、３−ヒドロキ
シプロピオン酸、３−ヒドロキシペンタン酸、ヒ
ドロキシヘキサデカン酸、ヒドロキシステアリン
酸等のモノヒドロキシ飽和モノカルボン酸；α−
ヒドロキシアクリル酸、ビニルグリコール酸、リ
シノール酸、ヒドロキシオクタデセン酸等のモノ
ヒドロキシ不飽和モノカルボン酸；タルトロン
酸、リンゴ酸、ヒドロキシアジピン酸、クエン酸
等のモノヒドロキシ多価カルボン酸；グリセリン
酸、ジヒドロキシ酪酸、ジヒドロキシオクタデカ
ジエン酸等のジヒドロキシモノカルボン酸；酒石
酸、ジヒドロキシフマル酸等のジヒドロキシポリ
カルボン酸；トリヒドロキシ酪酸、トリヒドロキ
シグルタル酸、テトラヒドロキシオクタデカン酸
等の多価ヒドロキシモノカルボン酸等のようなヒ
ドロキシカルボン酸：グリシド酸、エポキシコハ
ク酸、エポキシステアリン酸、エポキシオクタデ
セン酸等のエポキシカルボン酸：アセト酢酸、ア
セチルマロン酸等のケトカルボン酸等が挙げられ
る。また、脂環族カルボン酸としては、例えば、
シクロプロパンカルボン酸、シクロブタンカルボ
ン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロオクタ
ンカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、シ
クロヘキセンジカルボン酸等が挙げられ、複素環
を有するパラコン酸等であつてもよい。更に、芳
香族カルボン酸としては、例えば、安息香酸、ア
ルキル置換安息香酸、ヒドロキシ安息香酸、ジヒ
ドロキシ安息香酸、ｏ−フタル酸、イソフタル
酸、テレフタル酸、ヒドロキシフタル酸、トリメ
リツト酸、ケイ皮酸、ナフタリンカルボン酸、ア
ントラセンカルボン酸等が挙げられる。本発明においては、かかるカルボン酸から成る
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、その配合量は、エポキシ樹脂のエポキシ
基に対し、当量比でカルボキシル基が、0.0001以
上で0.2未満となるような量が好ましい。本発明のエポキシ樹脂組成物は、上記した成分
の他に更に、無機質充填剤および各種添加剤を含
むものであつてよい。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、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、天然ワツ
クス類、合成ワツクス類、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難燃剤、
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、目的に応じ、適宜添加配合した
ものであつてよい。以上の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。本発明に係るエポキシ樹脂組成物を混合するに
は、それぞれ秤量した各成分を同時に混合しても
よいが、一部の成分を予め混合しておき、かかる
混合物に残りの成分を加えたものでもよい。後者
の場合には、２種もしくはそれ以上の成分を、粉
末状態で混合するか、或いは加熱溶融して混合し
てもよい。本発明においては、有機ホスフイン化
合物とカルボン酸を予め溶融混合したものを使用
することができる。カルボン酸がエポキシ樹脂お
よび硬化剤に相溶しにくい場合、分散しにくい場
合またはカルボン酸の配合量が少ない場合には、
有機ホスフイン化合物とカルボン酸を予め混合し
ておくことが好ましい。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。更に、特
殊な封止法である、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
ヤンクシヨンコーテイ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１〜４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、カルボン酸
としてトリメリツト酸、テレフタル酸、モンタン
酸およびヒドロキシステアリン酸を用い、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）、カルナバワツクス（離型剤）、カ
ーボンブラツク（着色剤）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１〜４）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、フエノール樹脂、有機ホスフイン化合物また
はカルボン酸を用いなかつたもの（比較例１〜
５）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（バイアスPCT）：120℃、２気圧
の水蒸気中において10V印加し、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。尚、比較例４は硬化せず、封止できなかつた。

【表】

【表】表から明らかなように、本発明に係わるエポキ
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半導体素子の機能
低下もなく、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、および (d) カルボン酸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カルボン酸が、エポキシ樹脂のエポキシ基に
対し、該カルボン酸のカルボキシル基が当量比で
0.0001以上0.2未満となるように配合されて成る
特許請求の範囲第１項記載の樹脂封止型半導体装
置。４エポキシ樹脂組成物として、有機ホスフイン
化合物とカルボン酸とを予め粉体混合または溶融
混合して成る混合物を用いる特許請求の範囲第１
項記載の樹脂封止型半導体装置。５エポキシ樹脂組成物が、更に無機質充填剤を
含んで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。