JPS62254452A - 樹脂封止半導体装置 - 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、信親性、特に耐湿信顛性に優れた樹脂封止
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、
耐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顛性
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、最近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。このような半導体封止用樹
脂としては、エポキシ樹脂。

ノボラック型フェノール樹脂、無機質充填剤を主成分と
し１、さらに硬化促進剤９着色剤、離型剤を含むエポキ
シ樹脂組成物が賞用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このようなエポキシ樹脂組成物によって
封止された半導体装置は、従来の金属やセラミック材料
によるハーメチック封止方式によって得られる半導体装
置に比べ封止操作が簡単で経済性２作業性に優れるとい
う利点がある反面、封止された半導体装置のアルミ配線
あるいはアルミ電極が吸湿によって腐蝕し、この腐蝕に
よってアルミ配線が断線したりして不良が発生するとい
う欠点を有していた。これは、封止樹脂とリードフレー
ムとの界面あるいは封止樹脂表面から半導体装置内に水
が侵入し、その侵入した水が封止樹脂中を透過する際に
封止樹脂中のイオン性不純物の運び役となって、このイ
オン性不純物がアルミ配線あるいはアルミ電極の腐蝕を
発生させるものと考えられている。

最近、このような不良原因の発生について研究が進めら
れ、上記のような不良の発生は、封止樹脂自体の吸湿後
の体積抵抗率（Ｐｒ＞と強い相関関係を有していること
が突き止められ、吸湿後の体積抵抗率が高い程、耐湿信
頼性が向上することが明らかになっている。このような
観点から、吸湿後の体積抵抗率を向上させるため、無機
質充填剤に表面処理を施したり、硬化促進剤を改良した
り、エポキシ樹脂組成物に使用する原料を高純度化した
り、イオントラップ剤を使用することが提案されている
が、未だ充分な効果が得られていない。また、シランカ
ップリング剤（メトキシ、エトキシ基を少なくとも１個
含み、官能基としてエポキシ基、メルカプト基、アミノ
基を有する）の使用も検討され、一部で実施されている
。このようなシランカップリング剤を使用することによ
り、封止樹脂自体の吸湿後における体積抵抗率のある程
度の向上効果が得られる。しかしながら、上記シランカ
ップリング剤は、官能基としてエポキシ基、メルカプト
基、アミノ基等を有しており、これら極性基によるエポ
キシ樹脂組成物の保存性の低下等を生じて樹脂封止半導
体の製造上の問題をつくるうえ、上記の効果もいまだ満
足しうる程度のものではない。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、信
頼性、特に耐湿信頼性が実用上充分な程度であり、しか
も、製造上問題を生じることのない樹脂封止半導体装置
の製造をその目的とする。

〔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、
エポキシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂および無機
質充填剤を主要成分とするエポキシ樹脂組成物を用いて
半導体素子を封止してなる樹脂封止半導体装置であって
、上記エポキシ樹脂組成物として上記主要成分とともに
下記（Ａ）成分が配合されてなるものが用いられている
という構成をとる。

（Ａ）：１個のケイ素原子を有する有機ケイ素化合物で
あって、上記１個のケイ素原 子に、少なくとも１つのアルキル基と 、少なくとも１つのメトキシ基もしく はエトキシ基が結合している有機ケイ 素化合物。　　　　　　　。

すなわち、本発明者らは、上記シランカップリング剤か
らヒントを得て、有機ケイ素化合物が封止樹脂の吸湿後
における体積抵抗率を高めうるのではないかと着想し、
有機ケイ素化合物を中心に一連の研究を重ねた結果、１
個のケイ素原子を有する有機ケイ素化合物であって、上
記１個のケイ素原子に、少なくとも１つのアルキル基と
、少なくとも１つのメトキシ基もしくはエトキシ基が結
合しているものが、特に優れた効果を奏することを見い
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、エポキシ樹脂
、ノボラック型フェノール樹脂および無機質充填剤を主
要成分とするものであり、これら主要成分とともに先に
述べた有機ケイ素化合物を配合して得られるものである
。

上記エポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキシ基
を有するものであれば特に制限するものではなく、タレ
ゾールノボラック型、フェノールノボラック型やビスフ
ェノールＡ型等、従来から半導体装置の封止樹脂として
用いられている各種のエポキシ樹脂があげられる。これ
らの樹脂の中でも、融点が室温を超えており、室温下で
は固形状もしくは高粘度の溶液状を呈するものを用いる
ことが好結果をもたらす、ノボラック型エポキシ樹脂と
しては、通常、エポキシ当量１６０〜２５０、軟化点５
０〜１３０℃のものが用いられ、クレゾールノボラック
型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量１８０〜２１０
．軟化点６０〜１１０℃のものが一般に用いられる。

上記エポキシ樹脂とともに用いられるノボラック型フェ
ノール樹脂としては、フェノールノボラック、０−クレ
ゾールノボラック、ｍ−クレゾールノボラック、ｐ−タ
レゾールノボラック、０−エチルフェノールノボラック
、ｍ−エチルフェノールノボラック、ｐ−エチルフェノ
ールノボラック等があげられる。

無機質充填剤としては、一般に用いられる石英ガラス粉
末、タルク、結晶性シリカ粉末、アルミナ粉末、クレー
、炭酸カルシウム、酸化ジルコニウム、珪酸ジルコニウ
ム、酸化ベリリウム、ガラス繊維等が適宜に用いられる
が、特に石英ガラス粉末や結晶性シリカ粉末を用いるこ
とが好適である。

上記のようなエポキシ樹脂組成物の主要成分とともに用
いられる有機ケイ素化合物（Ａ成分）は、先に述べたよ
うに１個のケイ素原子を有する有機ケイ素化合物であっ
て、上記１個のケイ素原子に少なくとも１つのアルキル
基と、少なくとも１つのメトキシ基もしくはエトキシ基
が結合している有機ケイ素化合物である。

この化合物の一般式は、下記の式（１）で表すことがで
きる。

上記有機ケイ素化合物の中でも、炭素数が１〜２０個の
アルキル基を有するものが好適であり、また、アルキル
基自体の個数は１〜３の範囲内であれば、所期の効果が
達成できる。

上記有機化合物の具体例を例示すれば、下記のとおりで
ある。

ＣＨｒ−３ｉ＋ＯＣＨり。

（ＣＨ辻ｚ　５ｔ−（−ＯＣＨｓ）ｚ （ＣＨ３＋ｒＳｔ　　０ＣＨ３ Ｃ＋ｏｌｌｒｒ−３ｉ−（−ＯＣＩＩｓ）＋（Ｃｏｏｎ
汀りづ１−ｆ−ＯＣＨ３）２ＣＩｚＨ２ＴＳｉ−＋−０
ＣＨ３）３ ＣＨ３Ｓｉ−＋−０ＣＪｓ）ｓ （ＣＩ３＋Ｔ−ｓｉ−（−ｏｃｚＨｓ）　ｚＣ＋　ｏＨ
ｒｒＳｉ　＋０ＣＪｓ）　！上記有機ケイ素化合物は、
封止樹脂の吸湿後における体積抵抗率を高めうるのであ
るが、下記に示したカップリング剤と併用すれば、無機
質充填剤と樹脂との接着力の向上効果および撥水性効果
が得られるようになり、上記体積抵抗率の向上効果と相
俟って、得られる樹脂封止半導体装置の信幀性を大幅に
向上させうるようになる。

υ ＨＳＣ３Ｈ□０ＣＨｚ）ｓ エポキシ樹脂組成物における上記有機ケイ素化合物の配
合の具体的方法は、特に制限するものではない。例えば
、シリカ粉末と予め有機ケイ素化合物とを反応させてこ
れを用いる、もしくは、予めエポキシ樹脂組成物中の有
機成分と反応させて用いるという方法があげられる。し
かし、これに限るものではな（、どのような配合方法で
あっても上記化合物が配合されている限り所期の効果を
実現しうるのである。

また、この発明では、上記主要成分およびＡ成分以外に
必要に応じて硬化促進剤、離型剤等を用いることができ
る。

硬化促進剤としては、フェノール硬化エポキシ樹脂の硬
化反応の触媒となるものはすべて用いることができ、例
えば、２，４．６−）リ　（ジメチルアミノメチル）フ
ェノール、２−メチルイミダゾール等をあげることがで
きる。

離型剤としては、従来公知のステアリン酸、パルミチン
酸等の長鎖カルボン酸、ステアリン酸亜鉛、ステアリン
酸カルシウム等の長鎖カルボン酸の金属塩、カルナバワ
ックス、モンタンワックス等の′ワックス類等を用いる
ことができる。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、例えばつぎの
ようにして製造することができる。すなわち、前記成分
と、場合により顔料、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
線機にかけて加熱状態で混練して溶融混合し、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
じて打錠するという一連の工程により目的とするエポキ
シ樹脂組成物を得ることができる。

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。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の樹脂封止半導体装置は、封止
に使用するエポキシ樹脂組成物として、特殊な有機ケイ
素化合物が配合されているものを用いるため、封止樹脂
の吸湿後における体積抵抗率が、これまでのものよりも
著しく高（なって、はぼ２倍程度となり、信鯨性、特に
耐湿信頼性の大幅な向上効果が得られるようになる。そ
のうえ、上記有機ケイ素化合物は、その分子構造中にエ
ポキシ基、メルカプト基、アミノ基等の官能基を有して
いないため、それが配合されたエポキシ樹脂組成物の保
存安定性が、シランカップリング剤を配合した従来のも
ののように低下することがなく、したがって、樹脂封止
半導体装置の実際の製造においても何ら支障を招かない
。

つぎに、実施例について詳しく説明する。

〔実施例１〜８〕　。

まず、エポキシ樹脂と、ノボラック型フェノール樹脂と
、無機質充填剤とを準備し、ざらにＡ成分としてこの発
明で用いる上記特殊な有機ケイ素化合物を準備した。つ
ぎに、これらの化合物を後記の第１表に示すような割合
で配合し、同表に示すような方法により混合したのち、
これを公知の手段によって加熱状態に混練して溶融混合
した。

そして、室温に冷却したのち公知の手段によって粉砕し
、エポキシ樹脂組成物を製造した。

つぎに、上記のようにして得られたエポキシ樹脂組成物
を用いて、半導体素子をトランスファー成形によって成
形し、半導体装置化した。得られた半導体装置における
吸湿後の体積抵抗率および耐腐蝕性試験の結果を、上記
Ａ成分に代えて通常のシランカップリング剤を用いた比
較例１および２の結果と対比して第１表に示した。

（余　　白　　） 上記の結果から明らかなように、実施例品は比較例品に
比べて封止樹脂の吸湿後の体積抵抗率が著しく大きく、
したがって、耐腐蝕性も大幅に優れていることがわかる
。

なお、第１表において、吸湿後の体積抵抗率および耐腐
蝕性試験は、つぎのようにして行った。

（体積抵抗率） サンプルとして、各エポキシ樹脂組成物を直径５０鶴、
厚み１ｍの円板状に成形したものを準備した。電極とし
てφ３０ｍのものを用い、印加電圧ＤＣ５００Ｖの条件
下でサンプルの体積抵抗率を測定した。充電時間、算出
式等はＪＩＳＫ６９１１に従った。

（耐腐蝕性） 各エポキシ樹脂組成物で封止した＾ｌパターンテストデ
バイスを用い、ＰＣＴを行い、＾ｌ断線不良により判定
を行った。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エポキシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂およ
   び無機質充填剤を主要成分とするエポキシ樹脂組成物を
   用いて半導体素子を封止してなる樹脂封止半導体装置で
   あつて、上記エポキシ樹脂組成物として上記主要成分と
   ともに下記（Ａ）成分が配合されてなるものが用いられ
   ていることを特徴とする樹脂封止半導体装置。 （Ａ）：１個のケイ素原子を有する有機ケイ素化合物で
   あつて、上記１個のケイ素原子に、少なくとも１つのア
   ルキル基と、少なくとも１つのメトキシ基もしくはエト
   キシ基が結合している有機ケイ素化合物。
2. （２）Ａ成分が、無機質充填剤１００重量部に対して０
   ．０５重量部以上の割合になるように配合されている特
   許請求の範囲第１項記載の樹脂封止半導体装置。