JPS63299148A - 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、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、最近では、コスト、　ｉｔ量産性
観点から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。この種の樹脂封止には、従来からエポ
キシ樹脂が使用されており、良好な成績を収めている。

しかしながら、半導体分野の技術革新によって集積度の
向上とともに素子サイズの大形化、配線の微細化が進み
、パッケージも小形化、薄形化する傾向にあり、これに
伴って封止材料に対してより以上の信頼性の向上が要望
されている。特に、エポキシ樹脂組成物の、硬化温度か
ら室温に到るまでの冷却収縮に起因する内部応力がこれ
ら信頼性を滅じているため、内部応力の低減が重要とな
っている。このような要求に対して、ゴム系の有機柔軟
性化合物をエポキシ樹脂組成物に添加することにより半
導体装置の内部応力の低減が図られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、従来は、ゴム系の有機柔軟性化合物をエポ
キシ樹脂組成物に添加することにより、半導体装置の内
部応力の低減が図られているが、上記有機柔軟性化合物
のイオン性不純物に起因して半導体装置の耐湿性が低下
するという難点が生じている。このような問題を解決す
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。

カチオントラップ剤は、半導体装置のアルミニウム配線
の陰極側の腐食を生起するカチオンを捕捉して腐食抑制
効果を奏し、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、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
の緒特性を損なうことなく、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）〜（Ｅ）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）分子鎖の両末端にカルボキシル基またはアミノ基
を有するプタジエン−アクリロニトリル共重合体。

ＣＤ）ハイドロタルサイト類化合物。

（Ｅ）五酸化アンチモン。

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、カチオンに対する喪好
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
ロクルサ、イト類化合物を用い、かつカチオントラップ
剤として五酸化アンチモン（無水物、含水物）を用い、
この両者を、ゴム系有機柔軟性化合物である、両末端に
カルボキシル基またはアミノ基を有するプタジエン−ア
クリロニトリル共重合体と組み合わせて使用すると、半
導体装置の内部応力の低減を、耐湿信頼性を損なうこと
なく実現できるようにな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）と分子鎖の両末端にカルボキシ
ル基またはアミノ基を有するプタジエン−アクリロニト
リル共重合体（Ｃ成分）とハイドロタルサイ）Ｉ［化合
物（Ｄ成分）と五酸化アンチモン（Ｅ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、特に上記り、Ｅ成分
の使用により、耐湿信頼性の極めて優れたプラチツクパ
ッケージになりうるちのであり、その使用によって信幀
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Ｉ４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
工ボキシ樹脂も使用可能である。この中で特に好適なフ
ェノール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５０〜１３０°Ｃ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、上記エポキシ当１１７０〜２３０．軟化点６
０〜１１０°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、水酸基当量が８０〜１
８０．軟化点が５０〜１３０″Ｃ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当景とな名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。

上記Ａ成分とＢ成分とともに用いられるＣ成分のゴム系
有機柔軟性化合物である、分子鎖の両末端にカルボキシ
ル基またはアミノ基を有するプタジエン−アクリロニト
リル共重合体は、封止樹脂の内部応力の低減に作用する
ものであり、通常、下記の一般式（１）で表されるもの
が用いられる。

Ｒ−ｆ−ｆＨｚｃ　　ＣＨ＝ＣＨＣｌ１ｚ）”ｒｔｃＨ
，ＣＩＩ−ｈｒ今一−Ｒ−（Ｉ　）Ｎ 特に、上記一般式（１）で表されるプタジエン−アクリ
ロニトリル共重合体においては、分子量１０００〜１０
０００．アクリロニトリル含有率が５〜５０重量％（以
下「％」と略す）のものを使用することが好ましい。よ
り好ましいのは分子量が２０００〜５０００．アクリロ
ニトリル含有率が８〜４０％のものである。なお、上記
分子鎖の両末端にカルボキシル基またはアミノ基を有す
るとは、１分子当たり平均１６８〜２．２個のカルボキ
シル基を有するもののことを意味する。このようなＣ成
分の使用量は、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１〜５０％に設定する
ことが好適である。

また、上記Ａ成分、Ｂ成分およびＣ成分とともに用いら
れるＤ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。上記ハイドロタルサイト類化合物とし
ては、例えば、下記の式で表されるものが用いられる。

ＭｇＸＡｊ！ｙ　（ＯＨ）□、１ｙ−ｚｓ　（ＣＯ３）
−・剛Ｈ！０その一例として、協和化学工業社製、ＫＷ
−２０００（Ｍｇｏ、ｖＡｊ！。、　ｓｏ＋、　＋ｓ）
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、Ｃ成分のシリコーン化合物、Ｄ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Ｅ成分の五酸化
アンチモンは、Ｓ　ｂ　ｚ　Ｏｓで表されるものであり
、無水物でも、結晶水を含む含水物でもよい、このもの
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
−例として東亜合成社製、　ＡＫ−３００（ＳｂｇＯｓ
　　・４Ｈ１Ｏ）があげられる。

上記り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１〜１０％に設定することが好適であ
る。また、上記Ｅ成分の五酸化アンチモンの含有量は、
１〜１０％に設定するのが好ましい、さらに、Ｄ成分の
ハイドロタルサイト類化合物とＥ成分の五酸化アンチモ
ンの合計量が、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１５％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％を上回ると、封止樹脂の耐湿
信転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、Ｄ
成分およびＥ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−）す（ジメチルアミノメチル）
フェノール、１．８−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８モンタンワツクス等の
ワックス類等を用いることができる。上記硬化促進剤お
よび離型剤として例示した化合物は、単独でもしくは併
せて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、上記成分原料
を用い、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、分子鎖の両末端にカルボ
キシル基またはアミノ基を有するプタジエン−アクリロ
ニトリル共重合体（Ｃ成分）と、ハイドロタルサイト類
化合物（Ｄ成分）と、五酸化アンチモン（Ｅ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。

このようにして得られる半導体装置は、内部応力が小さ
く、しかも耐湿信顛性も良好であり、高信頼性を有して
いる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、分子鎖の両末
端にカルボキシル基またはアミノ基を有するプタジエン
−アクリロニトリル共重合体を含み、かつアニオントラ
ップ剤としてハイドロタルサイト類化合物を、カチオン
トラップ剤として五酸化アンチモンを含む特殊なエポキ
シ樹脂組成物によって封止されているため、内部応力が
小さく、しかも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
れることから耐湿信幀性にも富んでいる。

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２
μ−以下の特殊な半導体装置を、高温高温下の厳しい条
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１〜１３、比較例１〜６〕 後記の第１表に従って、各原料を配合し、ミキシングロ
ール機（ロール温度１００℃）で１０分間溶融混線を行
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。

なお、上記実施例および比較例で用いたプタジエン−ア
クリロニトリル共重合体ａ〜ｄは第２表の通りである。

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、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、室温での曲げ試
験、ガラス転移温度Ｔｇ、−５０″Ｃ７５分〜１５０℃
１５分の１０００回の温度サイクルテスト（以下ｒＴＣ
Ｔテスト」と略す）、ピエゾ抵抗による内部応力、１２
１°Ｃ２２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
ＢＴテスト」と略す）を行った。その結果は第３表のと
おりである。

（以下余白） 第−一」し−一衆 第３表の結果から、実施例品は、各テストの成績がよく
、特にＰＣＢＴテスト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おり、耐湿信幀性が
比較例品に比べて著しく向上していることがわかる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記（Ａ）〜（Ｅ）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）ノボラック型フエノール樹脂。 （Ｃ）分子鎖の両末端にカルボキシル基またはアミノ基
   を有するプタジエン−アクリロ ニトリル共重合体。 （Ｄ）ハイドロタルサイト類化合物。 （Ｅ）五酸化アンチモン。