JPS6381117A - エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた樹脂封止型半導体装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はエポキシ樹脂組成物およびそれを用いた樹脂封
止型半導体装置に関し、さらに詳しくは、その硬化物が
優れた耐熱サイクル特性、耐湿性およびレーザーマーキ
ング特性を有するエポキシ樹脂組成物およびそれを用い
た樹脂封止型半導体装置に関する。

（従来の技術） 近年、エポキシ樹脂組成物は、その機械的特性や、室温
付近での電気的特性が優れているために、接着剤や塗料
用樹脂としてのみならず、電気絶縁材料としても広く用
いられている。しかしながら、一方では、このよう表エ
ポキシ樹脂組成物から成る電気絶縁材料等に要求される
性能が、年毎に高度なものになっているために、従来の
ものでは要求を満足することが困難になってきている。

特に、電気絶縁材料等の温度が上昇した際に、その電気
特性が著しく低下するという問題点があり、改良が求め
られている。

集積回路（ＩＣ）、大規模集積回路（ＬＳＩ）、）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
械的衝撃から保誦するだめの封止技術として、従来は、
金属やセラミックス等を用いるハーメチック封止技術が
採用されていたが、＃近では。

経済的に有利であるという理由から、ｍｌｌＬ％に熱硬
化性樹脂による封止が主流を占めている。

かかる半導体封止用Ｍｄ脂としては、大量生産に適する
低圧トランスファ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１例えば、エポキシ樹８旨ノボラック型フェノール
樹脂硬化剤、イミダゾール硬化促進剤、カーボンブラッ
ク等から成るエポキシ樹脂組成物を、トランスファ成形
して得られる従来の樹脂封止型半導体装置には種々の欠
点がある。

（発明が解決しようとする問題点） 例えば、高温高湿下において使用した場合。

空気中の水分が半導体装置を封止している樹脂中を浸透
し、内部の半導体装置にまで達し、それによりて装置中
のアルミニウム配線の腐食が生じ、装置の不良が発生し
やすいという問題点があった。

さらに、従来のマーキングインクによる印字法に代わっ
て、最近は半導体装置を封止した樹脂表面に、レーザー
光線を短時間照射することによって印字するレーザーマ
ーキング方式が行われている。しかしながら、従来の封
止用エポキシ樹脂組成物を使用した場合、マーキングし
た部分としない部分のコントラストが不明瞭となるため
に、不鮮明なマーキングしか、行うことができなかった
。

本発明の目的は、このような従来の封止用エポキシ樹脂
組成物およびそれを用いた樹脂封止型半導体装置の欠点
を改良することにあシ、優れた特性番有する封止用エポ
キシ樹脂組成物およびそれを用いた樹脂封止型半導体装
置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、上記目的を達成するために、鋭意研究を
重ねた結果チタンブラックを用いることにより耐湿性お
よびレーザーマーキング特性が優れたエポキシ樹脂組成
物およびそれを用いた樹脂封止型半導体装置が得られる
ことを見出した。

すなわち本発明は、硬化剤を含むエポキシ樹脂チタンブ
ラックからなることを特徴とするエポキシ樹脂組成物、
ならびに前記組成物で封止されてなることを特徴とする
樹脂封止型半導体装置に関する。

本発明組成物のエポキシ樹脂は通常知られているもので
おり、特に限定されない。例えばビスフェノールＡ型エ
ポキシ−脂、フェノールノボラック型エポキ７樹脂など
グリシジルエーテル型エボギシ樹脂、グリシジルエステ
ル型エボΦシ樹脂。

グリシジルアミン型エボキン樹脂、線状脂肪族エポキシ
樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、ハ
ロゲン化エポ中シ樹脂など一分子中にエポキシ基を２個
以上有するエポキシ樹脂を挙げることができ、これらエ
ポキシ樹脂は１種もしくは２種以上の混合系で用いるこ
とができる。更に好ましいエポキシ樹脂は、エポキシ当
量１７０〜３０００ノボラツク型エポキシ樹脂であって
、たとえばフェノールノボラック型エポキシｍｌ脂、ク
レゾールノボラック型エポキシ樹８旨、ハロゲン化フェ
ノールノボラック凰エポキシｍｌ指などである。

これらエポキシ樹脂は、塩素イオンの含有量が１０　ｐ
ｐｍ以下、加水分解性塩素の含有量が０．１！量チ以下
のものが好ましい。その理由は１０ｐｐｍ　を越える塩
素イオンあるいはＯ，１重量％を越える加水分解性塩素
が含まれると、封止された半導体素子のアルミニウム電
極が腐触されやすくなるためである。

本発明において用いられるエポキシ樹脂の硬化剤として
は例えばフェノール向脂やバラオキシスチレン、多価フ
ェノール化合物、酸無水物類或いは、アミン類やポリス
ルフィド樹脂などが挙げられる。さらに具体的な例を挙
げるとフェノール樹脂、ポリオキシスチレンおよび多価
フェノール化合物としては、 フェノールノボラック＠指、クレゾールノボラック樹脂
、　　ｔｅｒｔ−ブチルフェノールノボラック樹脂、ノ
ニルフェノールノボラック樹脂などのノボラック型フェ
ノール４８旨、レゾール壓フェノール掴脂、ポリバラオ
キシスチレンなどのポリオキシスチレン、ビスフェノー
ルＡ等およびこれらの化合物のハロゲン化物等である。

また酸無水物類の例としては、無水フタル酸、無水へキ
サヒドロフタル酸、テトラヒドロ無水７タル酸、無水ピ
ロメリット酸、ドデシル無水コハク酸、などが挙げられ
、次にアミン類としてはジエチレントリアミン、トリエ
チレンテトラミン。

ジエチルアミノプロピルアミン、Ｎ−アミノエチルピペ
ラジンメタキシレンジアミン及び３．９−ビス（３−ア
ミノプロピル）−２，４，８，１０−テトラオキサスピ
ロ（５，５）ウンデカンなどのが挙げられる。

上記した硬化剤のうちノボラック凰フェノール樹脂及び
ポリオキシスチレンが最も好ましい、ｔたこれらの硬化
剤は、１種もしくは２種以上の混合系で使用することが
できる。

この硬化剤の配合割合は、硬化剤のフェノール性水酸基
数とエポキシ樹脂のエポキシ基数の比（フェノール性水
酸基数／エポキシ基数）が、通常。

０．５〜１．５で、好ましくは、０．７〜１．３の範囲
内におるように配合することが望ましい。この割合が上
記した範囲を外れる場合には、反応が十分におこりにく
くなり、硬化物の特性が劣化しやすくなるためである。

本発明においては必要に応じて、さらに硬化促進剤を添
加・配合することができる。この硬化促進剤としては従
来知られている種々の触媒を使用することができる１例
えば、イミダゾール、２−メチルイミダゾール、２−エ
チルイミダゾール。

１．２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチル
イミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、
２−ウンデシルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾ
ール、２−７エニルイミダゾール＃１２−フェニル−４
，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−ヘプタデ
シルイミダゾール。

ｌ−ビニル−２−メチルイミダゾール、２−フェニル−
４−メチルイミダゾールなどのイミダゾール類、トリエ
チルアミンジエチレントリアミン。

トリエチレンテトラミン、ジエチルアミノプロピルアミ
ン、Ｎ−７ミノエチルビベラジン、ビス（４−アミノ−
３−メチルシクロへ中シル）メタン。

メタキシリレンアミン、メタンジアミン、３．９−ビス
（３−７ミノプロビル”）−２，４，８，１０−テトラ
オキサスピロ（５，５）ウンデカンなどのアミン系化合
物、　１．　、８−ジアザビシクロ（５゜４．０）ウン
デセン−７などのジアザビシクロアルケン類もしくは、
そのフェノール塩、２−エチルヘキサン酸塩ギ酸塩、炭
酸塩、亜リン酸塩などの各種塩の誘導体、有機ホスフィ
ン化合物等がある。このうち有機ホスフィン化合物は、
硬化促進剤として特に有用である。有機ホスフィン化合
物としてはとしては化学式（１） ％式％（１） （式中、Ｒ１−Ｒ３は同一であっても異なっていてもよ
く、それぞれ、水素原子、脂肪族基、置換脂肪族基、芳
香族基、置換芳香族基を表わす。ただし、Ｒ，−Ｒ３が
同時にすべて水素原子である場合を除く、） で示されるものである。この有機ホスフィン化合物トシ
ては、例えば、トリフェニルホスフィン、トリブチルホ
スフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、メチルジフ
ェニルホスフィン、ブチルフェニルホスフィン、ジフェ
ニルホスフィン、フェニルホスフィン、オクチルホスフ
ィン、トリス（ｐ−メチルフェニル）ホスフィン、トリ
ス（ｍ−メチルフェニル）ホスフィン、ｐ−ブロムフェ
ニルジフェニルホスフィン、トリス（シアノエチル）ホ
スフィンが挙げられる。また、上記したＲ１−Ｒ３のい
ずれか１つが有機ホスフィンを含む有機基であってもよ
く１例えば、１．２−ビス（ジフェニルホスフィノ）エ
タン、ビス（ジフェニルホスフィノ）メタンが挙げられ
る。これらの中でもアリールホスフィン化合物が好まし
く、特に、トリフェニルホスフィン、１．２−ビス（ジ
フェニルホスフィ７）エタン、ビス（ジフェニルホスフ
ィノ）メタンなどが最も好ましい。さらに、又、これら
の有機ホスフィン化合物は１種もしくは２種以上の混合
系で用いてもよい。

この有機ホスフィン化合物の割合配合は、通常、０、Ｏ
１〜２０１量部で、好ましくは０．０１〜５重量部であ
る。この配合割合が０．０１重量部未満では硬化速度が
遅く、２０重量部を超える場合は硬化物の特性が劣化す
るため好ましくない。

本発明において用いられるチタンブラックとしては、チ
タンと酸素の原子比が１：１から成る一酸化チタンであ
り例えば三菱金属社製の２０Ｍ。

１２８などが挙げられる。

このチタンブラックの配合割合は、本発明のエポキシ樹
脂組成物に対して好ましくは０．０１〜２０．０重量部
で更に好ましくは、Ｏ，ＯＳ〜１０重量部である。０．
０１重量部未満では、着色が不十分で、マーキング時の
コントラストが不明瞭になシ、２０重量部を超えると組
成物の硬化後の特性の改良効果が認められない、ｔた必
要に応じて染料、顔料を添加することもできる。

本発明組成物には、必要に応じて半導体素子、ボンディ
ングワイヤおよびリードフレーム等の封止される部品と
封止樹脂の熱膨張係数の差を小さくシ、たとえばボンデ
ィングワイヤ切れのような熱膨張係数の差が大きいため
に発生する不良を少なくする目的で、無機質充填剤を添
加、配合することもできる。

この場合の無機質充填剤としては、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、
ケイ散カルシウム粉末、炭酸カルシウム粉末、硫酸バリ
ウム粉末、マグネクア粉末などであるが、これらの中で
石英ガラス粉末や、結晶性シリカ粉末が、高純ｔと、低
熱膨張係数の点で最も好ましい。これら無機質充填剤の
配合量パ二 はエポキシ樹脂、硬化剤および無機質充填剤の種類によ
りても異なるが、たとえばトランスファ成形に用いる場
合にはエポキシ樹脂硬化剤の総量に対し重量比で１．５
倍〜４倍程度でよい。無機質充填剤の粒度分布について
は、粗い粒子と細かい粒子を向き合せて分布を均一にす
ることによって成形性を改善することができる。

本発明組成物には、更に必要に応じて、他の添加剤、例
えば天然ワックス類１合成ワックス類、直鎖脂肪酸の金
属塩、酸アミド類、エステル類もしくはパラフィン類な
どの離型剤、塩素化パラフィン、フロムトルエン、ヘキ
サブロムベンゼン、三酸化アンチモンなどの難燃剤、シ
ランカップリング剤などを適宜添加配合しても差支えな
い。上述した封止用エポキシ樹脂組成物を成形材料とし
て調製する場合の一般的な方法は、所定の組成比に、・
Ａんだ原料組成分を例えばミキサーによって充分混合後
、さらに熱ロールによる溶融混合処理またはニーダ−な
どのよる混合処理を加えることにより容易にエボ牛シ樹
脂成形材料を得ることができる。

本発明の樹脂封止型半導体装置は、上記封止用エポキシ
樹脂組成物を用いて半導体装置を封止することにより容
易に製造することができる。封止の最も一般的な方法と
しては低圧トランスファ成形法があるが、インジェクシ
冒ン成形、圧縮成形、注塁などによる封止も可能である
。エポキシ樹脂組成物は封止の際に加熱して硬化させ、
最終的にはこの組成物の硬化物によって封止されＡｍ脂
封止型半導体装置を得ることができる。硬化に際しては
１５０℃以上に加熱することが特に望ましい。

〔発明の実施例〕

以下、実施例および比較例を掲げ本発明をさらに詳述す
る。

実施例１〜６および比較例１〜２ 第１表に示す組成の各成分を配合し、実施例および比較
例の各組成物を製造した。

エポキシ樹脂としては、クレゾールノボラック凰エポキ
シ樹脂（エポキシ当量２２０　：　ｒエポキシ樹脂入」
という）、および臭素化エポキシノボラックｍｉ１ｗ（
臭素含有率３０％、エポキシ当量２９０：「エポキシ樹
脂Ｂ」という）を使用した。

硬化剤として、フェノールノボラック樹脂（水酸基当量
１０７：単に「硬化剤」という）を使用した。硬化促進
剤としては、トリフェニルホスフィンと、ｌ、８−ジア
ザビシクロウンデセン−７ｒＤＢＵＪを使用し、チタン
ブラックとして、三菱金属（株）のチタンブラック２０
Ｍ（−次粒子径０．２μｍ）およびチタンブラック１２
Ｓ（−次粒子径０．０５７７ｍ）を用いた。表中の染料
とは黒色の０．０′−ジオキシアゾ染料のクロム酸塩で
ちる。

第１表に示す各成分をミキサーにより混合し、さらにロ
ールにより混練し、実施例および比較例の組成物を得た
。得られた組成物を用い、１７０℃で２分間トランスフ
ァ成形によりｙｊＯ８型Ｏ８回路を封止した。封止した
半導体装置に１８０℃で４時間のアフターキエアを施し
た。このようにして得られた樹脂封止型半導体装置につ
いて、下記の各評価試験を行った。

この半導体装置は、第１図に一部切欠した部分図として
示すように、この組成物からなるｍ１ｌｌの封止部〔１
１〕によってＭＯ８型集積回路の半導体素子ａｚとリー
ド線０の一部およびそれらと接続するボンディングワイ
ヤ０毛とを封止して半導体装置α１を構成している。な
お、符号ａ９は素子α２に形成されているアルミニウム
電極あるいはアルミニウム配線などを示し、符号αｅは
マーヤングされた模様を示す。

以下余白 （１）耐湿性試験（ＰＣＴ試験） １２７℃で２．５気圧の水蒸気中にて、各々１００個の
樹脂封止型半導体装置に１０ｖのバイアス電圧を印加し
、前記装置中にアルミニウム配線の腐食による断線不良
を測定した。結果を第２表に示す。

第２表 （２）レーザーマーキング特性試験 各樹脂封止型半導体装置に対して、炭酸ガスレーザーを
用いてレーザーマーキングを行いマーキング特性を評価
した。マーキング特性の評価は。

マーキングした部分としない部分（すなわち地の部分）
の色のコントラスト（地の部分は黒色であるが、レーザ
ー光線を照射した部分は白色化する）により２段階に分
類して評価し、記号で示した。

なお、加熱処理後のコントラストとは、マーキングした
サンプルを２００°Ｃで１０分間加熱処理を行った後、
そのコントラストを評価した。結果を第３表に示す。

以下余白 第　　３　　表 Ｏ・・・・・・良好 ×・・・・・・悪い このレーザーマーキングは、第２図に示すよう　□に、
炭酸ガスレーザー発生装置（イ）が発生するレーザービ
ーム（ｌａｓ＠ｒ　ｂｅａｍ）　１２υをマーキングす
べき模様（２）がスリット（ｓｌｉｔ）になっているマ
スク（ｍａｓｋ）（至）に当て、透過したレーザービー
ムを結像レンズ（Ｉｍａｇｅ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　１
ｅｎｓ）　１２４）で半導体装置ｄ呻のマーキングする
位置に結像する。このレーザービームが半導体装置（１
Ｇの表面（ハ）に照射されると、その表面の照射部分の
み変色してマスク（ハ）と同じ模様がマークされる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明組成物は、チタンブラックを
用いることにより硬化後の硬化物が優れた耐湿性を有す
ることから高い信頼性を有するｍｌ脂封止型半導体装置
を得ることができる。さらに本発明組成物の必須成分で
あるチタンブラックにより、半導体装置を封止した本発
明組成物の硬化物に、レーザーマーヤングを施した場合
に、よシ鮮明な印字を得ることができるものであシその
工業的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す半導体装置の一部をさら
に切欠して示す斜視図、第２、図は本発明の実施例で特
性試験をした時に用いたレーザーマーキング方式を示す
説明図である。 ｌＯ・・・樹脂封止型半導体装置、１１・・・＃脂、１
２・・・半導体素子。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　竹　花　喜久男

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）硬化剤を含むエポキシ樹脂を主成分とし、チタン
   ブラックを含むことを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
2. （２）チタンブラックの添加量が、樹脂組成物の０．０
   １重量％以上２０重量％以下である特許請求の範囲第１
   項記載のエポキシ樹脂組成物。
3. （３）半導体素子〔１２〕を樹脂〔１１〕で封止した樹
   脂封止型半導体装置〔１０〕に於いて、前記樹脂の組成
   物を硬化剤を含むとし、チタンブラックを含むエポキシ
   樹脂組成物としたことを特徴とする樹脂封止型半導体装
   置。
4. （４）チタンブラックの添加量が樹脂組成物の０．０１
   重量％以上２０重量％以下である特許請求の範囲第３項
   記載の樹脂封止型半導体装置。