JPH0286148A

JPH0286148A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH0286148A
Application number: JP23859088A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Ishizaka; 整石坂; Tsutomu Nishioka; 務西岡; Kazuo Iko; 伊香　和夫
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1988-09-21
Filing date: 1988-09-21
Publication date: 1990-03-27
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: JP2579350B2

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、高温雰囲気中においても優れた信鯨性を保
持する半導体装置に関するものである。

〔従来の技術〕

ダイオード、トランジスタ、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素
子は、−ａにエポキシ樹脂組成物を用いて封止され半導
体装置化されている。上記エポキシ樹脂は、その電気特
性、耐湿性、接着性等が良好であり、経済性に優れてい
ることから、半導体装置の封止に用いられており良好な
成績を収めている。しかしながら、近年、自動車等の、
多くの屋外使用機器においても半導体装置が大量に使用
され始め、また、半導体素子の大形化、高集積化に伴う
高出力化等、今まで以上の耐熱性、特に従来では問題に
ならなかった高温での保存信顛性が、多くの半導体装置
に要求されるようになってきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような耐熱性の向上は、従来から、封止に用いるエ
ポキシ樹脂の難燃性を高めることによって行っている。

すなわち、臭素化エポキシ樹脂と酸化アンチモンとを組
み合わせてエポキシ樹脂組成物中に配合することにより
、エポキシ樹脂組成物硬化体の難燃性を高め、それによ
って封止樹脂の耐熱性の向上を図っている。上記臭素化
エポキシ樹脂と酸化アンチモンとの組み合わせは、難燃
性の点では良好な結果を示す。ところが、高温における
保存安定性の点では問題が生じる。すなわち、高温状態
においては、臭素化エポキシ樹脂の熱分解により臭化水
素が発生し、この臭化水素が半導体素子の金線とアルミ
パッドの接合部に反応して合金の生成を促し、これによ
って電気抵抗値の増加を招き、導通不良をもたらす。ま
た、最近の研究の結果、エポキシ樹脂およびフェノール
樹脂中に含まれている不純物、特にハロゲン成分等がハ
ロゲン化水素を発生させ、導通不良をもたらすというこ
とがわかってきた。このように、従来の半導体装置では
、難燃性の点においては問題はないが、高温状態におけ
る放置、特に長期間の放置では信頼性の点に問題がある
。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、高
温雰囲気中に長期間放置しても優れた信頼性を保持する
半導体装置の提供をその目的とする。

（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、
下記の（Ａ）〜（Ｃ）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）有機酸の含有量が１１００ｐｐ以下、全塩素量が
１１００ｐｐ以下で全ナトリウム量が２０ｐｐｍ以下の
エポキシ樹脂。

（Ｂ）有機酸の含有量が１１００ｐｐ以下で全塩素量が
１０ｐｐｍ以下のフェノール樹脂。

（Ｃ）下記の式（１）で表されるハイドロタルサイト類
化合物。

ＭｇＪ　ｊ！　ｙ　（ＯＨ）　ｚｘや、ｙ−□（Ｃ（ｈ
）ｚ・ｍＨ，ｏ　　・・・（１）［作用］すなわち、本発明者らは、高温雰囲気中における保存信
顛性向上のために研究を重ねた結果、難燃剤として配合
されている臭素化エポキシ樹脂の熱分解により発生する
臭素化合物ガスを、前記−般式（１）で表されるハイド
ロタルサイト類化合物が捕捉しうることを突き止めた。

そして、さらに、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂中
に残存する不純分に起因する高温雰囲気下の信頼性の低
下を解消するために、上記樹脂中の不純物濃度を中心に
研究を重ねた結果、エポキシ樹脂中の全有機酸量、全ナ
トリウム量、全塩素量等を一定以下に抑制すると同時に
、フェノール樹脂中の全有機酸量および全塩素量等を一
定以下に抑制すると、高温放置時における一層優れた信
頼性が得られるようになることを見出しこの発明に到達
した。

この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、特定のエポキ
シ樹脂（Ａ成分）と、特定のフェノール樹脂（Ｂ成分）
と、前記の一般式（１）で表されるハイドロタルサイト
類化合物（Ｃ成分）を用いて得られるものであり、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。

上記Ａ成分となるエポキシ樹脂としては、フェノールノ
ボラックエポキシ樹脂、タレゾールノボラックエポキシ
樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂が好適に用いられる
。これらのエポキシ樹脂は、エポキシ当量が１７０〜３
００．軟化点が６０〜１２０°Ｃであることが好ましい
。また、ビスフェノール型エポキシ樹脂や難燃剤として
の臭素化エポキシ樹脂等がエポキシ樹脂全体の１５〜２
５重量％（以下「％」と略す）程度含有されたものであ
ってもよい。すなわち、上記ビスフェノール型エポキシ
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って成形性の面
で問題を生じ耐湿性に優れた樹脂封止が困難となること
から単独で使用せず、上記のように併用するのである。

上記臭素化エポキシ樹脂としては、ノボラック型とビス
フェノール型の双方が含まれるが、好適には臭素化フェ
ノールノボラックエポキシ樹脂、臭素化タレゾールノボ
ラックエポキシ樹脂等のノボラック型が用いられる。こ
のようなエポキシ樹脂の全塩素量は１００ρρｍ以下、
有機酸の含有量は１１００ｐｐ以下、全ナトリウム量は
２０ｐｐｍ以下でなければならない。すなわち、全塩素
量が１００　ｐｐｒａを超えると高温放置特性および耐
湿性が著しく低下し、有機酸の含有量が１１００ｐｐ、
全ナトリウム量が２０ｐｐｍを超えると耐湿性が低下す
るからである。なお、ここで全塩素量は、エポキシ樹脂
をジオキサン等のような有機溶剤に溶解させたのち、水
酸化カリウム−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測定される。すなわ
ち、上記方法では、臭素化エポキシ樹脂を使用する場合
においては、臭素化エポキシ樹脂の分子内に結合する臭
素原子は検出されず、通常、塩化水素、塩化ナトリウム
、塩化カリウム等の遊離の塩素原子（臭素化エポキシ樹
脂を使用する場合、上記と同様の遊離臭素原子）や、エ
ピクロルヒドリンのような未反応物等の加水分解性ハロ
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。

上記Ｂ成分のフェノール樹脂は、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
樹脂、タレゾールノボラック樹脂等が好適に用いられる
。これらのフェノール樹脂は、軟化点が５０〜１１０°
Ｃ３水酸基当量が７０〜１５０であることが好ましい。

このようなフェノール樹脂の全塩素量は１０ｐｐｎ＋以
下、有機酸の含有量は１１００ｐｐ以下でなければなら
ない。すなわち、全塩素量が１０ｐｐｍ、有機酸の含有
量が１１００ｐｐを超えると高温放置特性および耐湿性
が著しく低下するからである。

上記フェノール樹脂とエポキシ樹脂との相互の使用割合
は、エポキシ樹脂のエポキシ当量との関係から適宜に選
択されるが、エポキシ基に対するフェノール性水酸基の
当量比が０．５〜１．５の範囲内になるように設定する
ことが好ましい。当量比が上記の範囲を外れると、得ら
れるエポキシ樹脂組成物硬化体の耐熱性が低下する傾向
がみられるからである。

また、上記Ａ成分のエポキシ樹脂およびＢ成分のフェノ
ール樹脂の少なくとも一方を下記の一般式（２）で表さ
れるオルガノポリシロキサンと反応させると、低応力性
、耐温度サイクルテストにおいて良好な結果が得られる
ようになる。

しかしながら、上記樹脂をオルガノポリシロキサンと反
応させると樹脂硬化体の耐熱性が低下するが、後述のＣ
成分を添加することによりその耐熱性の低下が抑制され
る。

上記Ｃ成分は、前記一般式（１）で表される特殊なハイ
ドロタルサイト類化合物である。この化合物は、エポキ
シ樹脂組成物中のハロゲンイオンおよび有機酸イオンを
自己のＣＯ，−イオンと置換するか配位結合することに
よって上記不純イオンを捕捉し、臭素化エポキシ樹脂の
熱分解に起因する臭化水素の発生を防止する作用を奏す
るものと考えられる。上記ハイドロタルサイト類化合物
の種類は、前記一般式（１）におけるｘ、ｙ、ｚの数の
比による区別等によって、多（の種類に分けられる。こ
のようなハイドロタルサイト類化合物は、単独でもしく
は二種以上を混合して使用される。

このような化合物は、エポキシ樹脂組成物中における分
散性の観点から平均粒径が５μｍ以下で、最大粒径が３
０μｍ以下であることが好適である。そして、このよう
なＣ成分の含有量は、エポキシ樹脂組成物の樹脂成分（
Ａ＋Ｂ）に対して０゜１〜５％になるように設定するこ
とが好ましい。

すなわち、配合量が０．１％を下回ると高温放置特性の
改善効果が充分現れず、逆に５％を上回ると耐湿性の低
下現象が見られるようになるからである。

この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物には、上記Ａ
−Ｃ成分以外にも、必要に応じて従来より用いられてい
るその他の添加剤が含有される。

上記その他の添加剤としては、例えば、硬化促進剤、離
型剤１着色剤、充填剤およびシランカップリング剤等が
あげられる。

上記硬化促進剤としては、三級アミン、四級アンモニウ
ム塩、イミダゾール類、有機リン系化合物およびホウ素
化合物等を単独でもしくは併せて用いることができる。

上記離型剤としては、従来公知のステアリン酸、パルミ
チン酸等の長鎖のカルボン酸、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を用い
ることができる。

この発明に用いられ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、上記（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）成分を、ま
た場合により上記その他の添加剤を適宜配合し、この混
合物をミキシングロール機等の混練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
。このエポキシ樹脂組成物は、高温放置時においてハロ
ゲン化水素ガスの発生量が極めて少なく、半導体素子に
与える影響が少ない。

このようにして得られる半導体装置は、高温放置時にお
ける信鯨性が高（、かつ耐湿信鎖性の低下も生じない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、特殊なエポキ
シ樹脂（Ａ成分）と、特殊なフェノール樹脂（Ｂ成分）
と、前記一般式（１）で表されるハイドロタルサイトａ
化合物（Ｃ成分）とを含む特殊なエポキシ樹脂組成物を
用いて封止されている。

そして、上記組成物は、上記Ａ成分、Ｂ成分から生じる
ハロゲン系ガス量の低減がなされていると同時に発生ハ
ロゲン系ガスがＣ成分で捕捉されるようになっている。

したがって、このような組成物で封止された半導体装置
は、高温放置時における優れた信鯨性を有しており、か
つ耐湿信頌性の低下もみられない。また、臭素化エポキ
シ樹脂を使用する場合に、その樹脂から生成するハロゲ
ン系ガスも上記Ｃ成分で捕捉されるため、臭素化エポキ
シ樹脂に由来する高温放置時における信幀性低下も生じ
ない。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜１１、比較例１〜４〕後記の第１表に示すような原料を準備し、これらの原料
を第１表に示す割合で配合し、ミキシングロール機で混
練して冷却後粉砕し、目的とする粉末状のエポキシ樹脂
組成物を得た。なお、エポキシ樹脂の有機酸量、全塩素
量、全ナトリウム量、フェノール樹脂の有機酸量、全塩
素量およびシリコーンの構造式を第２表に示した。

（余　　白　　）上記のようにして得られた粉末状エポキシ樹脂組成物の
硬化物特性を調べ第３表に示した。

以下余白なお、上記第３表において、スパイラルフローはＥＭＭ
Ｉ−６６、ゲルタイムはＪＩＳ−に−５９６６に準拠し
て測定した。熱膨張係数、ガラス転移温度はＴＭＡ　（
理学電機社製）にて測定した。曲げ弾性率２曲げ強度は
テンシロン万能試験機（東洋ボールドウィン社製）で測
定した。体積抵抗値はＪ　Ｉｓ−に−６９１１に準拠し
て測定した。また、高温状態における素子不良の測定は
、半導体素子を樹脂封止して半導体装置を組み立て、全
量２０個を高温にさらし、導電不良になる個数を求めて
評価した。さらに、半導体装置の信顛性テストとしてプ
レッシャー釜（１２１°ＣＸ２ａｔｍ×１００％ＲＨ）
による１０００時間の信頬テスト（以下ｒＰＣＴテスト
」と略す）および−５０°Ｃ１５分〜１５０°Ｃ１５分
の２０００回の温度サイクルテスト（以下ｒＴＣＴテス
ト」と略す）の測定を行った。

第２表の結果から、実施測高は比較別品に比べて高温状
態における素子不良、ＰＣＴテストおよびＴＣＴテスト
とも優れた結果が得られており、高温放置時の信頬性。

わかる。

耐湿性に富んでいることが特許出願人　　日東電工株式会社代理人　弁理士　西　藤　征　彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）下記の（Ａ）〜（Ｃ）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）有機酸の含有量が１００ｐｐｍ以下、全塩素量が
１００ｐｐｍ以下で全ナトリウム量が２０ｐｐｍ以下のエポキシ樹脂。（Ｂ）有機酸の含有量が１００ｐｐｍ以下で全塩素量が
１０ｐｐｍ以下のフェノール樹脂。（Ｃ）下記の式（１）で表されるハイドロタルサイト類
化合物。Ｍｇ＿ｘＡｌ＿ｙ（ＯＨ）＿２＿ｘ＿＋＿３＿ｙ＿−＿
２＿ｚ（ＣＯ＿３）＿ｘ・ｍＨ＿２Ｏ・・・（１）式（
１）中ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ０＜ｙ／ｘ≦１、０≦ｚ／ｙ＜１．５なる関係を有し、ｍは整数を示す。
（２）上記Ａ成分のエポキシ樹脂および上記Ｂ成分のフ
ェノール樹脂の少なくとも一方が下記の一般式（２）で
表されるオルガノポリシロキサンと反応しているもので
ある請求項（１）記載の半導体装置。 ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（２）式（２）中、Ｒは一価の有機基であり、相互に同じであ
っても異なっていてもよい。ただし、１分子中において
、上記Ｒのうち少なくとも２個はアミノ基置換有機基、
エポキシ基置換有機基、水酸基置換有機基、ビニル基置
換有機基、メルカプト基置換有機基およびカルボキシル
基置換有機基なる群から選択された基である。ｍは０〜
５００の整数である。