JPS627212B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は樹脂封止型LSI、IC、トランジスタ
などの半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関す
る。 最近、LSI、IC、トランジスタなどの半導体の
封止には、エポキシ樹脂組成物によるトランスフ
アーモールドが一般に広く採用されている。これ
らプラスチツク封止された半導体素子では、ガラ
ス、金属、セラミツクなどを用いて封止した、い
わゆるハーメチツク封止に比較して湿気に対する
半導体の信頼性の面で問題がある。とくにプレツ
シヤークツカー状態（121℃、２気圧、100％R.
H）に放置することによつて半導体素子の信頼性
が著るしく低下する。 この発明は、上記の観点から、従来に較べて改
善された耐湿性を有するエポキシ樹脂組成物を提
供せんとするものであり、その要旨とするところ
は、常温常圧下水またはこれと有機溶剤とを用い
て検出されるアルカリ金属イオン含量および加水
分解性ハロゲンイオン含量が共にそれぞれ
10ppm以下である下記の三成分； (a) ノボラツク型エポキシ樹脂を主成分とする全
塩素含量が0.1重量％以下のエポキシ樹脂、 (b) 上記ａ成分のエポキシ基に対して水酸基当量
で0.7〜1.2当量を占めるノボラツク樹脂、 (c) 全組成物中60〜80重量％を占める溶融シリカ
粉末および／または結晶性シリカ粉末、 を必須成分とし、かつプレツシヤークツカー状態
（121℃、２気圧、100％R.H）下で抽出される硬
化物のアルカリ金属イオン含量が10ppm以下、
ハロゲンイオン含量が100ppm以下、抽出水
（100メツシユパス硬化粉に対して10重量倍の水を
使用）の電気伝導度が10μν／cm以下となるよう
な配合組成とされた半導体封止用エポキシ樹脂組
成物にある。 すなわち、この発明者らは、前記特定のエポキ
シ樹脂（ａ成分）、硬化剤（ｂ成分）および充て
ん剤（ｃ成分）を使用するとともに、これら三成
分のアルカリ金属イオン含量および加水分解性ハ
ロゲンイオン含量を特定し、さらにプレツシヤー
クツカー状態下で抽出される硬化物のアルカリ金
属イオン含量およびハロゲンイオン含量ならびに
抽出水の電気伝導度を特定したときに、はじめて
半導体素子の耐湿性を高度に改善でき、たとえば
LSI、IC、トランジスタなどのように電極にアル
ミニウムの如き金属蒸着膜が用いられている場合
に、この蒸着膜を腐食劣化させて蒸着膜の断線を
生じるといつた支障をなんらきたすことがなく、
半導体素子の信頼性を大きく向上できるものであ
ることを見い出した。 ところで、エポキシ樹脂組成物に含まれるアル
カリ金属や塩素、臭素の如きハロゲンなどが吸湿
によつてイオン化し、イオン性不純物となつて
LSI、IC、トランジスタなどの耐湿性を低下させ
るものであることは、すでに知られていたことで
あり、これらの不純物を微量にすることによつて
耐湿性が向上してくるとの報告例はすでになされ
ている。 しかるに、この発明の如き高度の耐湿性を得る
ために、前記のａ、ｂ、ｃ三成分を必須としかつ
これら三成分のアルカリ金属イオン含量および加
水分解性ハロゲンイオン含量を前述の如く設定す
る一方、さらにプレツシヤークツカー状態下で抽
出されるアルカリ金属イオン含量およびハロゲン
イオン含量ならびに抽出水の電気伝導度を特定す
ることが極めて重要であることに関しては全く知
られていなかつたことであり、この発明者らの鋭
意研究の結果はじめて見い出されたことである。
すなわち、この発明では上記要件をいずれも満足
させることによつてのみ後記の実施例に示される
ようなすぐれた耐湿性が得られたものであり、前
記の要件のうちひとつを欠いてもこのような高度
の耐湿性を得ることは困難である。 この発明において用いられるａ成分としてのエ
ポキシ樹脂は、フエノールノボラツクエポキシ樹
脂、クレゾールノボラツクエポキシ樹脂の如きノ
ボラツク型エポキシ樹脂を主成分としたものであ
るが、ビスフエノール型エポキシ樹脂や難燃化の
ためのブロム化エポキシ樹脂などがエポキシ樹脂
全体の通常15〜25重量％程度含まれたものであつ
てもよい。ビスフエノール型エポキシ樹脂単独で
は架橋密度が向上せず、これを向上させるために
分子量を低くすると室温で液状となつて成形性の
面で不適となり、結局耐湿性にすぐれる樹脂封止
が困難となる。ブロム化エポキシ樹脂には、ノボ
ラツク型とビスフエノール型とが含まれるが、よ
り好ましくはブロム化フエノールノボラツクエポ
キシ樹脂、ブロム化クレゾールノボラツクエポキ
シ樹脂の如きノボラツク型が用いられる。 このようなエポキシ樹脂の全塩素含量は0.1重
量％以下であることが必要であり、これより多く
なると、耐湿性が著るしく悪くなる。なお、ここ
で、全塩素含量は、エポキシ樹脂を有機溶剤たと
えばジオキサンに溶解させたのち、苛性カリ―エ
タノール溶液を加えて処理し、硝酸銀水溶液で電
位差滴定することにより実測される。すなわち、
この方法では、ブロム化エポキシ樹脂を一部使用
する場合でも、ブロム化エポキシ樹脂の分子内に
結合する臭素原子は検出されないから、通常、塩
化水素、塩化ナトリウム、塩化カリウムの如き遊
離の塩素原子（ブロム化エポキシ樹脂を使用する
場合他に上記同様の遊離の臭素原子）やエピクロ
ルヒドリンの如き未反応物などの加水分解性ハロ
ゲンイオンと、エポキシ樹脂の分子内に結合する
比較的加水分解しにくい塩素原子とが検出され
る。しかし、前者の加水分解性ハロゲンイオンは
すでに述べたようにppm単位の微量とされるた
め、全塩素含量は、ほぼ後者のエポキシ樹脂の分
子内に結合する塩素原子量に支配されるものであ
る。 この発明において用いられるｂ成分としての硬
化剤は、分子内に２個以上の水酸基を有するフエ
ノールノボラツク樹脂、クレゾールノボラツク樹
脂などのノボラツク樹脂であり、ａ成分のエポキ
シ基に対して水酸基当量で0.7〜1.2当量の割合で
用いられる。アミン系硬化剤や酸無水物系硬化剤
では、ポツトライフが短かくて成形作業に問題が
生じたり、硬化物が加水分解を受けやすいなどの
理由で、高度の耐湿性を得ることができず、不適
当である。また、ノボラツク樹脂の使用量が、エ
ポキシ基に対し水酸基当量で0.7当量に満たない
ときあるいは1.2当量を越えてしまうと、いずれ
も硬化不完全となり耐湿性の向上に好結果が得ら
れない。 この発明において用いられるｃ成分としての充
てん剤は、全組成物中60〜80重量％を占める溶融
シリカ粉末および／または結晶性シリカ粉末であ
るが、この種の充てん剤は封止樹脂の熱膨張係数
を低くし、また熱伝導性をよくし、さらにトラン
スフアー成形時に金型摩耗を抑えるに適した適度
な硬さを有しているという特徴に加えて、プレツ
シヤークツカーの如き高温高圧高湿下で分解、吸
湿しにくいために耐湿性にとくに好結果を与える
ものとして選択されたものである。 ｃ成分の使用割合を全組成物中60〜80重量％に
設定している理由は、60重量％より少なくなる
と、所期する熱膨張係数および熱伝導性が得られ
ないため、冷熱サイクル時に半導体素子の破壊、
ボンデイングワイヤの断線などを引きおこすおそ
れがあるからであり、また80重量％を越えると、
熱膨張係数や熱伝導性の面では好結果が得られる
ものの、成形時の流動性が低下する結果未充てん
部分を生じたり、溶融粘度が著るしく高くなる結
果ボンデイングワイヤを切断する危険性が大とな
るためである。 この発明において、以上のａ、ｂ、ｃ三成分に
含まれるアルカリ金属イオンおよび加水分解性ハ
ロゲンイオンは、常温常圧下水またはこれと有機
溶剤とを用いて検出される値がそれぞれ10ppm
以下とされていることが必要で、三成分のうちひ
とつでもそのアルカリ金属イオンおよび／または
加水分解性ハロゲンイオンが10ppmを越えるよ
うでは、耐湿性の向上を望みえない。なお、加水
分解性ハロゲンイオンの意味するところはすでに
述べたとおりである。 アルカリ金属イオンの検出は、ａ、ｂ成分で
は、各成分をまず有機溶剤たとえばクロロホルム
に溶解し、これに精製水を加えて常温常圧下で混
合撹拌したのち、抽出水を取り出し原子吸光法に
より定量する。またｃ成分では、精製水を直接加
えて常温常圧下で混合撹拌したのち、抽出水を取
り出し原子吸光法により定量する。 加水分解性ハロゲンイオンの検出は、ａ、ｂ成
分では、各成分をまず有機溶剤たとえばアセトン
に溶解し、これに硝酸銀水溶液を滴定していく電
位差分析法で定量する。またｃ成分では、精製水
を加えて常温常圧下で混合撹拌したのち、抽出水
を取り出し上記同様に硝酸銀水溶液で電位差滴定
する。 この発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、上に述べたａ、ｂ、ｃ三成分を必須成分と
し、これに通常各種アミン、弗化ホウ素の各種ア
ミン錯体、各種のイミダゾール化合物などの硬化
促進剤が全組成物中0.1〜1.0重量％の割合で配合
される。また、三酸化アンチモンのような無機系
難燃剤、顔料、カツプリング剤、離型剤、劣化防
止剤、変性剤などの公知の添加剤を全組成物中10
重量％以下の割合で配合することができる。 このようにして得られるエポキシ樹脂組成物
は、これを完全に硬化させたのちプレツシヤーク
ツカー状態（121℃、２気圧、100％R.H）に放置
したときに抽出されるアルカリ金属イオン含量が
10ppm以下で、かつハロゲンイオン含量が
100ppm以下であることが必要であり、上記範囲
を逸脱するときは、前述の如きａ、ｂ、ｃ三成分
の使用にもかかわらず、高度の耐湿性を得ること
ができない。 なお、ここで検出されるアルカリ金属イオン
は、原料ａ、ｂ、ｃ三成分についての前記検出法
で測定されるアルカリ金属イオンのほか、前記検
出法では測定できなかつたａ、ｂ、ｃ三成分中に
なお内在されるアルカリ金属イオンおよび他の添
加剤からもたらされることがあるアルカリ金属イ
オンを包含するものである。また、ハロゲンイオ
ンは、上記同様に、原料ａ、ｂ、ｃ三成分につい
ての前記検出法で測定される加水分解性ハロゲン
イオンのほか、原料ａ成分に含まれるエポキシ樹
脂の分子内に結合する塩素原子の一部、ａ成分の
一部として用いられることがあるブロム化エポキ
シ樹脂に含まれる分子内結合している臭素原子の
一部、他の添加剤からもたらされることがあるハ
ロゲンイオンなどが包含される。そして、これら
のアルカリ金属イオンおよびハロゲンイオンは、
ａ、ｂ、ｃ三成分の種類、使用量および組み合せ
あるいは硬化促進剤その他の添加剤の種類および
組み合せにより、決定されるものである。 したがつて、たとえばａ、ｂ、ｃ三成分のアル
カリ金属イオン含量および加水分解性ハロゲンイ
オン含量がそれぞれ10ppm以下でかつａ成分の
全塩素含量が0.1重量％以下であつたとしても、
硬化物の前記アルカリ金属イオンが必らず
10ppm以下、またハロゲンイオンが100ppm以下
の要件を満足するとはいえないのであり、その逆
もまたしかりである。要するに、この発明では、
原料ａ、ｂ、ｃ三成分の要件とその組み合せまた
は添加剤との組み合せにより決定される硬化物の
要件を共に満足させうるような配合組成とするこ
とが要求されるのである。 硬化物の上記アルカリ金属イオンおよびハロゲ
ンイオンの検出につきより詳しく説明すると、ま
ず組成物を完全に硬化（たとえば170℃で５時間
加熱）したのちミルで100メツシユパスに粉砕
し、その硬化粉に対して10重量倍の精製水を加
え、プレツシヤークツカー状態に放置したのち、
アルカリ金属イオンは原子吸光法により、ハロゲ
ンイオンは硝酸銀水溶液を用いた電位差滴定によ
り定量する。 このように、この発明のエポキシ樹脂組成物
は、その硬化物のアルカリ金属イオン含量および
ハロゲンイオン含量が上述の如く設定されること
を不可欠とするが、さらにプレツシヤークツカー
状態に放置したとき、つまり前記100メツシユパ
ス硬化粉に対して10重程倍の精製水を用いてプレ
ツシヤークツカー状態に放置したときの抽出水の
電気伝導度が100μν／cm以下となるような配合
組成とされていなければならない。 上記の電気伝導度は、プレツシヤークツカー状
態で放出されるアルカリ金属イオン、ハロゲンイ
オンのほか、ａ、ｂ、ｃ三成分ないしその他の添
加剤に含まれることがあるたとえばしゆう酸、ス
ルホン基含有物の如き微量成分によつて影響され
る。そして、これらの微量成分がプレツシヤーク
ツカー状態下で水抽出されるかどうかは原料三成
分、添加剤などの種類、組み合せによつて異なつ
てくる。 この発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、以上の構成からなり、これを用いて半導体を
樹脂封止するにはトランスフアーモールドなどの
従来公知の成形法により硬化成形すればよい。こ
れによつて耐湿性良好な樹脂封止半導体が得られ
るが、このことは以下の実施例および比較例によ
つて明らかである。 なお、以下の実施例および比較例において、部
および％とあるは重量部および重量％を意味する
ものとする。また、原料ａ、ｂ成分のアルカリ金
属イオン含量の検出に用いた有機溶剤はクロロホ
ルム、原料ａ、ｂ成分の加水分解性ハロゲンイオ
ン含量の検出に用いた有機溶剤はアセトン、原料
ａ成分の全塩素含量の検出に用いた有機溶剤はジ
オキサンである。さらに、硬化物についてのアル
カリ金属イオン含量、ハロゲンイオン含量および
水電気伝導度の測定において、完全硬化条件は
170℃、５時間とし、100メツシユパス硬化粉５ｇ
に対して精製水50ｇを使用し、またプレツシヤー
クツカー状態の放置時間を20時間とした。 また、各実施例および比較例で用いたエポキシ
樹脂、硬化剤および充てん剤は、つぎの第１表に
示されるとおりである。なお、表中、クレゾール
ノボラツクエポキシ樹脂Ａ〜Ｃのエポキシ当量は
225、フエノールノボラツクエポキシ樹脂Ｄのエ
ポキシ当量は218、ブロム化ノボラツクエポキシ
樹脂Ｅのエポキシ当量は285、ビスフエノールＡ
型エポキシ樹脂のエポキシ当量は190であり、ま
た、フエノールノボラツク樹脂Ｇ、Ｈの平均分子
量は650、クレゾールノボラツク樹脂Ｉの平均分
子量は700である。

【表】

【表】 実施例 １〜３ 第１表に示されるエポキシ樹脂、硬化剤および
充てん剤のなかからこの発明の要件を満足するも
のをそれぞれ選定し、これにイミダゾール系硬化
促進剤(i)、カルナバワツクス、カーボンブラツ
ク、シランカツプリング剤、三酸化アンチモンの
如き添加剤を、後記の第２表に示される配合割合
で配合し、二本ロールで加熱混練したのち、冷却
し所定の粒度に粉砕してこの発明の３種の半導体
封止用エポキシ樹脂組成物を得た。この組成物の
硬化ごのアルカリ金属イオン含量、ハロゲンイオ
ン含量および抽出水の電気伝導度を前述の測定法
にて調べた結果は、同表に併記されるとおりであ
つた。 比較例 １〜11 第１表に示されるエポキシ樹脂、硬化剤および
充てん剤のなかから適宜選定し、これにイミダゾ
ール系硬化促進剤(i)、(ii)、カルナバワツクス、カ
ーボンブラツク、シランカツプリング剤、三酸化
アンチモンの如き添加剤を、つぎの第２表に示さ
れる配合割合で配合し、以下実施例１〜３と同様
の操作でこの発明とは異なる11種の半導体封止用
エポキシ樹脂組成物を得た。この組成物の硬化ご
のアルカリ金属イオン含量、ハロゲンイオン含量
および抽出水の電気伝導度を前述の測定法にて調
べた結果は、同表に併記されるとおりであつた。

【表】 つぎに、これらのエポキシ樹脂組成物を用い
て、トランスフアーモールド法により、アルミニ
ウム金属電極の腐食を検討するために設計した半
導体素子をモールド被覆した。得られた成形品を
プレツシヤークツカー状態（121℃×2atm×100
％R.H）に放置し、時間の経過に従つて発生する
アルミニウム腐食を検討して第３表に示した。不
良はアルミパターンのオープンの発生もしくは一
定限度以上へのリーク電流の増加によつて判定し
た。

【表】

【表】 上記具体例から明らかなように、この発明に係
る半導体封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子
を封止すれば、高温高湿雰囲気下における金属電
極の腐食が防止でき、高信頼性の半導体を得る事
ができた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 常温常圧下水またはこれと有機溶剤とを用い
   て検出されるアルカリ金属イオン含量および加水
   分解性ハロゲンイオン含量が共にそれぞれ
   10ppm以下である下記の三成分； (a) ノボラツク型エポキシ樹脂を主成分とする全
   塩素含量が0.1重量％以下のエポキシ樹脂、 (b) 上記ａ成分のエポキシ基に対して水酸基当量
   で0.7〜1.2当量を占めるノボラツク樹脂、 (c) 全組成物中60〜80重量％を占める溶融シリカ
   粉末および／または結晶性シリカ粉末、 を必須成分とし、かつプレツシヤークツカー状態
   （121℃、２気圧、100％R.H）下で抽出される硬
   化物のアルカリ金属イオン含量が10ppm以下、
   ハロゲンイオン含量が100ppm以下、抽出水
   （100メツシユパス硬化粉に対して10重量倍の水を
   使用）の電気伝導度が100μν／cm以下となるよ
   うな配合組成とされた半導体封止用エポキシ樹脂
   組成物。 ２ ａ成分のエポキシ樹脂の一部としてブロム化
   エポキシ樹脂を含む特許請求の範囲第１項記載の
   半導体封止用エポキシ樹脂組成物。