JPS63252451A

JPS63252451A - 半導体装置

Info

Publication number: JPS63252451A
Application number: JP8775987A
Authority: JP
Inventors: Junichi Adachi; 準一安達; Shinjiro Uenishi; 上西　伸二郎; Tatsushi Ito; 達志伊藤; Hideto Suzuki; 秀人鈴木
Original assignee: Nitto Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1987-04-08
Filing date: 1987-04-08
Publication date: 1988-10-19
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JP2501820B2

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、信頼性の優れた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１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存し、し
かも、透湿性が小さいうえに中空パッケージであるため
、耐熱性、耐湿性に優れた封止が可能である。しかし、
構成材料が比較的高価であることと、量産性に劣る欠点
がある。

したがって、これま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として行われている。この種の樹
脂封止には、エポキシ樹脂組成物が使用されている。上
記エポキシ樹脂組成物は安価であり量産性にも優れてい
るが、封止樹脂自体が吸水性を有しており、また、イオ
ン性不純物を含むこと、さらに、封止樹脂と半導体素子
とが直接接触するため、得られる半導体装置の耐湿性に
問題を生じている。エポキシ樹脂組成物は上記のような
難点を有しているが、これらの点に関しては、上記エポ
キシ樹脂組成物に使用される原料の不純物イオンを低減
させたり、また、吸水率を低減させたりすることが行わ
れ、従来のＩＣ，ＬＳＩでは、充分信頼性を備えるよう
になっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、半導体分野の技術革新はめざましく、最
近では集積度の向上に伴い配線の微細化が進む一方、半
導体を用いた製品の使用環境が厳しくなる傾向があり、
今まで以上の耐湿信頼性が要求されるようになっている
。このような要求に応える一つの方法として、イオント
ラップ剤を使用する方法がある。上記イオントラップ剤
としては、カチオンを捕捉するものとアニオンを捕捉す
るものとがある。そしてカチオントラップ剤は半導体装
置におけるアルミニウム配線の陰極側の腐食の抑制効果
を有し、アニオントラップ剤は陽極側の腐食を抑制する
効果を有している。しかしながら、上記イオントラップ
剤を使用して耐湿信頼性の向上を図る場合には、アニオ
ンおよびカチオンの双方のトラップ剤を使用する必要が
ある。片方だけを単独で使用する場合には、アニオンお
よびカチオンのうちのいずれか一方のイオンが捕捉され
ずに残ることとなり、その残存イオンによって、アルミ
ニウム配線の陰極側もしくは陽極側の腐食が起こり、結
局、耐湿信頼性の向上効果が得られなくなる。しかしな
がら、従来では、このようなアニオンおよびカチオンの
双方のイオンを捕捉し、かつその使用によって何ら弊害
を生じないというようなものが見いだされていないのが
実情である。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、他
の緒特性を損なう事なく、半導体装置の耐湿信頼性を大
幅に向上させることをその目的とする。

〔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、
下記（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有するエポキシ樹脂組成物
を用いて、半導体素子を封止するという構成をとる。

（Ａ）エポキシ樹脂。

（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂。

（Ｃ）ハイドロタルサイト類化合物。

（Ｄ）ＳｂｚＯｓ　　・４Ｈ２Ｏ゜すなわち、本発明者らは、使用により何ら弊害を生じず
、しかも、それぞれアニオン、カチオンに対する良好な
捕捉性能を発揮しうるトラップ剤を求めて一連の研究を
重ねた。その結果、アニオントラップ剤としてハイドロ
タルサイト類化合物を用い、かつカチオントラップ剤と
して５ｂｚｏｓ　　・４Ｈ２Ｏを用い、この両者を組み
合わせて使用すると、所期の目的を達成しうることを見
いだしこの発明に到達した。

この発明は、エポキシ樹脂（Ａ成分）とノボラック型フ
ェノール樹脂（Ｂ成分）とハイドロタルサイト類化合物
（Ｃ成分）と５ｂｚｏｓ　　・４Ｈ，０（Ｄ成分）とを
用いて得られるものであって、通常、粉末状もしくはそ
れを打錠したタブレット状になっている。

このようなエポキシ樹脂組成物は、特に上記Ｃ９Ｄ成分
の使用により、耐湿信頼性の極めて優れたブラチツクパ
ッケージになりうるちのであり、その使用によって信頼
度の高い半導体装置が得られるものである。

上記エポキシ樹脂組成物のＡ成分となるエポキシ樹脂は
、１分子中に平均２個以上のエポキシ基を有するエポキ
シ化合物であれば特に制限するものではない。すなわち
、従来の半導体装置の封止樹脂の主流であるノボラック
型エポキシ樹脂、あるいはその他ビスフェノールＡのジ
グリシジルエーテルやその多量体であるエピビス型エポ
キシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、脂環式エ
ポキシ樹脂も使用可能である。この中で好適なノボラッ
ク型エポキシ樹脂としては、通常エポキシ当量１６０〜
２１０．軟化点５０〜１３０°Ｃのものが用いられ、特
にタレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては、上記
エポキシ当量１８０〜２１０、軟化点６０〜１１０°Ｃ
のものが一般に用いられる。

上記Ａ成分のエポキシ樹脂とともに用いられるＢ成分の
ノボラック型フェノール樹脂は、上記エポキシ樹脂の硬
化剤として作用するものであり、フェノールノボラック
、クレゾールノボラックやその他アルキル基をフェノー
ル部に付加したアルキル化フェノールノボラック等が好
適に用いられる。これらのなかでも水酸基当量が１００
〜１３０゜軟化点が５０〜１３５°Ｃ１好ましくは７０
〜９０℃のものを用いることが好ましい。

上記Ａ成分のエポキシ樹脂とＢ成分のノボラック型フェ
ノール樹脂との配合比は、上記エポキシ樹脂中のエポキ
シ基１当量当たりフェノール樹脂中の水酸基が０．８〜
１．２当量となるように配合することが好適である。こ
の当量比が１に近いほど好結果が得られる。

また、上記Ａ成分のエポキシ樹脂とＢ成分のノボラック
型フェノール樹脂とともに用いられるＣ成分のハイドロ
タルサイト類化合物は、エポキシ樹脂組成物中に不純物
イオンとして存在するクロルイオンあるいはブロムイオ
ン等のアニオンを有効にトラップする成分である。ハイ
ドロタルサイト類化合物は、下記の式で表される。

Ｍｇ　ｘ　Ａ　ｊ！ｙ　（ＯＨ）　！Ｘ＊３ｙ−２ｆｉ
　（ｃｏｉ）　ｓ　　−ｍｌｌｚ。

その−例として、協和化学工業社製、ＫＷ−２Ｏ００が
あげられる。

さらに、上記Ａ成分のエポキシ樹脂、Ｂ成分のフェノー
ル樹脂およびＣ成分のハイドロタルサイト類化合物とと
もに用いられる５ｂＺＯ５・４　Ｈ，０はエポキシ樹脂
組成物中に存在するナトリウムイオン等のカチオンを有
効にトラップする成分である。この５ｂｚｏｓ　　・４
ＨｔＯとしては、例えば、東亜合成社製、ＡＫ−３００
があげられる。

上記Ｃ成分のハイドロタルサイト類化合物の含有量は、
Ａ成分のエポキシ樹脂とＢ成分のノボラック型フェノー
ル樹脂の合計量の１重量％（以下「％」と略す）以上１
０％以下に設定することが好適である。より好適なのは
１％以上７％以下である。すなわち、上記Ｃ成分の添加
量が１％を下まわると、イオントラップ効果が殆どみら
れなくなり、逆に１０％を上まわると、耐湿信鯨性およ
び電気的特性に悪影響を与える傾向がみられるからであ
る。そして、上記り成分であるＳｂ、０．・４１（，０
の添加量は、Ａ成分のエポキシ樹脂とＢ成分のノボラッ
ク型フェノール樹脂の合計量の１％以上１０％以下に設
定することが好適であり、より好適なのは１％以上７％
以下である。すなわち、Ｂ成分の添加量力（１％を下ま
わると、やはりイオントラップ効果が殆どみられなくな
り、逆に１０％を上まわると、耐湿信鯨性および電気的
特性に悪影響を与える傾向がみられるからである。また
、Ｃ成分のハイドロタルサイト類化合物とＤ成分の５ｂ
ｔＯｓ　　・４Ｈ２Ｏの合計量が、Ａ成分のエポキシ樹
脂とＢ成分のノボラック型フェノール樹脂の合計量の１
５％以下になるように設定することが好適であり、特に
１０％以下になるようにすることが好結果をもたらす、
すなわち、合計量が１５％を上まわると、封止梼脂の耐
湿信頼性以外の緒特性に悪影響が現れる傾向がみられる
からである。

また、この発明では、上記Ａ成分、Ｂ成分、Ｃ成分およ
びＤ成分以外に必要に応じて硬化促進剤、充填剤、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全
て用いることができ、例えば、２−メチルイミダゾール
、２，４．６−トリ（ジメチルアミノメチル）フェノー
ル、ｌ、８−ジアゾビシクロ（５，４，Ｏ）ウンデセン
、トリフェニルホスフィン等をあげることができる。充
填剤としては、石英ガラス粉、タルク粉等をあげること
ができる。また、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、エポキ
シ樹脂（Ａ成分）とノボラック型フェノール樹脂（Ｂ成
分）とハイドロタルサイト類化合物（Ｃ成分）と５ｂｚ
Ｏｓ　　・４Ｂ、Ｏ（Ｄ成分）および必要に応じて硬化
促進剤、充填剤、離型剤を配合し、常法に準じてトライ
ブレンド法または、溶融ブレンド法を適宜採用して混合
、混練することにより製造することができる。

なお、上記製造過程において、予めエポキシ樹脂（Ａ成
分）もしくはノボラック型フェノール樹脂（Ｂ成分）に
ハイドロタルサイト類化合物（Ｃ成分）を溶融混合した
後、粉砕し、これを用い、上記と同様、他の原料を配合
し、トライブレンドまたは溶融ブレンドすることにより
製造することも可能である。

このようにして得られたエポキシ樹脂組成物には、イオ
ントラップ剤として上記Ｃ成分およびＢ成分が含有され
ており、したがって、その硬化物中には、アニオンおよ
びカチオンが極めて少な（なっている。これは、例えば
、上記エポキシ樹脂組成物硬化物５ｇをイオン交換水５
０ｍｊ！中に添加し、これをプレッシャークツカー容器
に入れ、１６０°Ｃ，１００時間、２気圧の条件で抽出
を行った場合に、水中のクロルイオンが５０ｐｐｍ以下
、ナトリウムイオンが１０ｐｐｍ以下であり、その電気
伝導度が９０μｓ／ｃ＋ａ以下、ｐＦｌが３．５〜５．
０であることによって立証される。

このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体封止は
特に限定されるものではなく、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。

このようにして得られる半導体装置は、極めて優れた耐
湿信頬性を有している。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、アニオントラ
ップ剤としてハイドロタルサイトを、カチオントラップ
剤として５ｂｔＯ３・４Ｈ２Ｏを含む特殊なエポキシ樹
脂組成物によって封止されており、その封止プラスチッ
クパッケージにおいてアニオン、カチオンの双方が上記
トラップ剤に捕捉されるため、耐湿信頬性が極めて高い
。特に上記特殊なエポキシ樹脂組成物による封止により
、超ＬＳＩの封止に充分対応でき、素子上のＡｌ配線が
２μｍ以下の特殊な半導体装置を、高温高湿下の厳しい
条件下に曝しても、高い信頼性が得られるようになるの
でありこれが大きな特徴である。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜７〕後記の第１表にしたがって、各原料を配合し、ミキシン
グロール機（ロール温度１００°Ｃ）で１０分間溶融混
練を行い、冷却固化後粉砕を行って目的とする微粉末状
のエポキシ樹脂組成物を得た。

（以下余白）１−−１−−１　　　　　　　（重量部）：ム：、　ｉ
　■ｊｉ：２　：第１表において、イオントラップ剤を添加したエポキシ
樹脂ないしはフェノール樹脂は後記の第２表に示すよう
に、溶融したエポキシ樹脂ないしはフェノール樹脂にイ
オントラップ剤を添加し、所定時間混合することによっ
て製造したものである。

？１２−１　（ｍ□５）〔比較例１〜６〕後記の第３表に従って各原料を配合し、ミキシングロー
ルｍ（ロール温度１００度）で１０分間溶融混練を行い
、冷却固化後粉砕を行って微粉末状のエポキシ樹脂組成
物を得た。ここで比較例１（以下ベース１と示す）と比
較例２　（以下ベース２と示す）の抽出水の不純物クロ
ルイオン、ナトリウムイオン量および電気伝導度、ｐＨ
は第３表に示したとおりであり、以下比較例３〜６およ
び上記実施例１〜７はこのベース１およびベース２の樹
脂にイオントラップ剤を添加した組成となっている。

（以下余白）以上の実施例および比較例によって得られた微粉末状の
エポキシ樹脂組成物を用い、温度１７５℃、圧力５０ｋ
ｇ／ａ（、成形時間１２Ｏｓｅｃの条件下で半導体素子
をトランスファーモールドすることにより半導体装置を
得た。このようにして得られた半導体装置について、１
２１℃、２気圧の条件下で１０ボルトのバイアスを印加
してプレッシャークツカーバイアステスト（以下ｒＰｃ
ＢＴＪと略す）を行った。その結果は第４表のとおりで
ある。

（以下余白）第４表の結果から、実施測高はＰＣＢＴにおいて陽極お
よび陰極腐食の寿命が両方そろって著しく長くなってい
る。すなわち、耐湿信頼性が比較測高に比べて著しく向
上していることがわかる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）下記（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有するエポキシ樹脂
組成物を用いて半導体素子を封止してなる半導体装置。（Ａ）エポキシ樹脂。（Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂。（Ｃ）ハイドロタルサイト類化合物。（Ｄ）Ｓｂ＿２Ｏ＿５・４Ｈ＿２Ｏ。