JPH0337566B2

JPH0337566B2 -

Info

Publication number: JPH0337566B2
Application number: JP58213353A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Ichi; Masayuki Kobayashi; Shinichiro Asai
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1983-11-15
Filing date: 1983-11-15
Publication date: 1991-06-06
Also published as: JPS60106826A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、アルミニウムなどの金属電極等を有
する半導体封止用に適したエポキシ樹脂組成物に
関するものである。近年トランジスタ素子や集積回路素子などの半
導体素子は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂系
組成物を用いて封止することが広く採用されてい
る。これは、従来の金属やセラミツクス材料を用
いるハーメチツク方式に比べ、封止操作が簡単
で、さらに、経済性があるなどの利点があるため
である。しかしその反面、樹脂封止方式は、ハー
メチツク方式に比べ、高温高湿時に信頼性が劣る
という欠点がある。すなわち、高温高湿時に信頼性が劣る理由とし
ては、次の様に考えられる。エポキキシ樹脂成形
体は、それ自体に透水性があるため、成形体中に
浸入した水分は、樹脂封止した半導体素子の表面
まで透過し、アルミニウムなどの金属電極等を腐
食、劣化させる。また、その際水分は、エポキシ
樹脂成形体中に含まれるNa⁺やCl^-などの腐食性
のイオン性不純物を溶解し、半導体素子の表面ま
で運び、金属の腐食を促進させる。このイオン性
不純物は、エポキシ樹脂などの製造中に生成また
は混入するものであるが、これらを完全に除くこ
とは工程上難しい。これらの腐食性のイオン性不
純物の他に、エポキシ樹脂には、加水分解性塩素
が、イオン性不純物の塩素の10〜1000倍程度存在
している。これらは水分の浸入だけでは容易に脱
離しないが、熱や触媒の作用でイオン化して溶出
するので、アルミニウム電極等の腐食の一因とな
つている。この様に、エポキシ樹脂封止方式には、耐湿
性、耐食性に問題があるので、現在までに樹脂封
止の信頼性を上げるために、様々な試みがなされ
てきた。例えば、不純物の少ない、樹脂組成物の
材料を選択するとか（特開昭56−26926号）、成形
体の耐湿、耐食性を向上させるような硬化促進剤
を検討するとか（特開昭56−158461号）、樹脂組
成物に腐食抑制剤を加える（特開昭56−72045号、
特開昭56−72046号、特開昭56−104926号、特開
昭56−160056号、特開昭56−16005号）などが挙
げられるが、顕著な効果は認められていない。これに対して本発明者らは、樹脂封止の耐湿信
頼性を向上させるため、様々な検討を行なつてき
た結果、エポキシ樹脂、フエノール樹脂などの硬
化剤、触媒あるいはワツクスなどの有機材料中に
不純物として含まれたり、あるいは加熱時や混練
り時に分解して遊離してくるような、例えばフエ
ノール類やアミン類あるいはカルボン酸類のよう
な有機物質（以下遊離有機物質という）も耐湿信
頼性に大きな悪影響を与えており、そしてこのよ
うな遊離有機物を吸着して系から除去するアクリ
ル酸エステルの重合体を母体とする吸着樹脂又は
スチレンとジビニルベンゼンの重合体を母体とす
る吸着樹脂（以下有機物質吸着樹脂という）を含
有するエポキシ樹脂組成物を用いてアルミニウム
電極等を有する半導体を封止した場合、従来の製
品に比べ、飛躍的に耐湿信頼性が向上することを
見出した。つまり有機物質吸着樹脂を添加すると
高温、高圧水蒸気中での加速耐湿試験において
も、アルミニウム電極の腐食による断線率や、ア
ルミニウム電極間のリーク電流の不良率が従来の
製品よりも大幅に低減および抑制され、長時間に
亘つて所望の性能を維持、発揮できる。この効果
は、有機材料からの遊離有機物質が、浸透してく
る水分により半導体素子表面まで運ばれることに
よつて、金属の腐食を促進したり、電極間の電導
度を高め、リーク電流を増大させたりすること
が、有機物質吸着樹脂によつて除去されることに
より防止されるためと考えられる。本発明は、上記知見に基づいてエポキシ樹脂、
硬化剤および無機充填剤を主成分とする組成物
と、有機物質吸着樹脂（アクリル酸エステルの重
合体を母体とする吸着樹脂又はスチレンとジビニ
ルベンゼンの重合体を母体とする吸着樹脂）との
エポキシ樹脂組成物を用いることによつて、アル
ミニウムなどの金属電極等に対して高度な耐湿性
と耐食性を有する、半導体装置封止用エポキシ樹
脂組成物を提供しようとするものである。すなわち本発明は、エポキシ樹脂、硬化剤およ
び無機充填剤を主成分とする組成物100重量部と、
有機物質吸着樹脂（アルリル酸エステルの重合体
を母体とする吸着樹脂及び／又はスチレンとジビ
ニルベンゼンの重合体を母体とする吸着樹脂）
0.5〜30重量部とからなることを特徴とする半導
体装置封止用エポキシ樹脂組成物である。本発明に用いるエポキシ樹脂は、その分子中に
エポキシ結合を少なくとも２個以上有するもので
あれば、分子構造、分子量などに特に制限はな
い。例えば、ビスフエノールＡ型エポキシ樹脂、
フエノールノボラツク型エポキシ樹脂、クレゾー
ルノボラツク型エポキシ樹脂などが挙げられる
が、その際、不純物や加水分解性塩素の少ないも
のが望ましい。次にエポキシ樹脂硬化剤としては、例えば、フ
エノールノボラツク樹脂やクレゾールノボラツク
樹脂などのフエノール系硬化剤、アミン系硬化
剤、あるいは酸無水物硬化剤などが挙げられる。
これらの使用量については、特に制限はないが、
エポキシ基と硬化剤の化学量論量を加えること
が、必要である。さらに、無機充てん剤としては、例えば結晶質
シリカ、溶融シリカ、ケイ酸カルシウム、アルミ
ナ、炭酸カルシウム、タルク、硫酸バリウムなど
の粉体か、あるいはガラス繊維などが挙げられる
が、通常は、結晶質シリカか溶融シリカが用いら
れる。これらの無機充てん剤の全体に対する配合
比は、選択する上記の樹脂分によつても違うが、
一般に樹脂分100重量部に対して150〜450重量部
程度でよい。150重量部未満では熱膨張率、成形
収縮率が大となり、しかも熱伝導率も低く、450
重量部を超えると流動性低下、金型摩耗等が大き
くなる欠点がある。本発明のエポキシ樹脂組成物に含有する有機物
質吸着樹脂は、アクリル酸エステルの重合体を母
体とする吸着樹脂又はスチレンとジビニルベンゼ
ンの重合体を母体とする吸着樹脂で単独、同一種
類の混合物または異種の混合物のいずれかでもよ
い。そして有機物質吸着樹脂の構造例は、式１、
式２及び式３に示すものであり、R₁はアルキル
基、R₂はアルキレン基であれば特に制限はない。これらの有機物質吸着樹脂は、具体的にオルガ
ノ社製のアンバーライトXAD、シリーズおよび
XEシリーズ、住友化学工業社製のデユオライト
吸着樹脂シリーズ、三菱化成工業社製のダイヤイ
オンHPシリーズ等として市販されている。そしてこの有機物質吸着樹脂は、吸着面積が大
きいほど吸着能力が大きいので、できるだけ多孔
質の球状微粉が好ましく、極性及び非極性の遊離
有機物質の吸着全てに有効である。で球状のもの
であり、非極性の有機物を吸着するものから極性
の有機物を吸着するものまである。本発明では、
これらの有機物質吸着樹脂の全てが有効であり、
さらにこれらのうちから選ばれた１種又は２種以
上を混合して用いてもよい。たとえば、スチレンとジビニルベンゼンの重合
体やアクリル酸エステルの重合体が挙げられ、こ
の構造の例を式１、２及び３に示す。この式中で
R₁はアルキル基、R₂はアルキレン基であれば特
に制限はない。またこれらの有機物質吸着樹脂の全体の形態に
ついては、特に制限はないが、吸着面積が大きい
ほど吸着能力は大きいから、できるだけ多孔質で
微粉なものが好ましい。これらの有機物質吸着樹
脂として、具体的には、オルガノ社製のアンバー
ライトXADシリーズ及びXEシリーズ、住友化学
工業社製のデユライト吸着樹脂シリーズ、三菱化
成工業社製のダイヤイオンHPシリーズ等が挙げ
られる。

【式】

【式】本発明の有機物質吸着樹脂のエポキシ樹脂組成
物100重量部に対する添加量は、0.5から30重量部
までが好ましく、さらに好ましくは、１から20重
量部が好ましい。添加量が0.5重量部未満では、
遊離有機物質の吸着効果が現われず、30重量部を
越えると加熱溶融時における流動性の低下が起こ
るからである。また、これらの有機物質吸着樹脂をエポキシ樹
組成物に添加して成形材料を製造してから実際の
素子を封止するまでの放置時間が長いほど、有機
物質吸着樹脂が遊離有機物質を効果的に吸着する
ので、放置時間は長い方が好ましく、10日間以上
放置した方が有効である。この放置した際の温度
は、高温だと硬化反応が起こつてしまうので、で
きるだけ低温、好ましくは10℃以下がよい。さらに、その他必要に応じて加えられる任意成
分としては、フオスフイン類例えばトリフエニル
フオスフインあるいはイミダゾール類などの硬化
促進剤、臭素化エポキシ樹脂や三酸化アンチモン
などの難燃化剤、カーボンブラツクなどの顔料、
シランカツプリング剤などの界面補強剤、モンタ
ナワツクスやカルナバワツクスなどの離型剤、シ
リコーン化合物などの可とう性付与剤が挙げられ
る。本発明に係るエポキシ樹脂組成物の製造は、所
定の組成比の原料をミキサーなどによつて充分混
合後、さらに熱ロールやニーダーなどによる溶融
混合処理を加えることによつて容易に行なえる。以下本発明を実施例により詳細に説明する。実施例１〜７エポキシ当量230のクレゾールノボラツク樹脂
85重量部に対して、臭素化エポキシ樹脂15重量
部、フエノールノボラツク樹脂50重量部、２−ウ
ンデシルイミダゾール５重量部、カルナバワツク
ス2.5重量部、カーボンブラツク１重量部、シラ
ンカツプリング剤（γ−グリシドキシプロピルト
リメトキシシラン）３重量部、三酸化アンチモン
10重量部、結晶質シリカ350重量部からなる組成
物に、有機物質吸着樹脂を第１表に示すような割
合でそれぞれを加えた後、ミキサーで混合し、さ
らに加熱ロールで混練り後、冷却して粉砕し、７
種類の成形材料を製造した。この様に用意した各樹脂組成物を用い、トラン
スフアー成形法で対向するアルミニウム線の電極
を有する素子を封止した。そしてこの封止サンプ
ルについて温度125℃、2.5気圧の水蒸気加圧下
で、電極間に直流20Vのバイアス電流をかけ、時
間の経過によるアルミニウム線のオープン不良率
（断線率）とリーク不良率（アルミニウム線間の
漏れ電流値が10nA以上になつた率）を各サンプ
ルについて比較することにより、耐湿性と耐食性
を評価した。この際、オープン不良率は、被評価
個数50個中の不良個数から、リーク不良率は、25
個中の不良個数からそれぞれ求めた。また電極間
に電圧をかけない状態（ノンバイアス）で、125
℃、2.5気圧の水蒸気中でのオープン不良率とリ
ーク不良率の経時変化も同様に調べた。その結果
を第１表に示す。比較例１〜６次に比較例として、上記エポキシ樹脂組成物
に、これらの遊離有機物質の吸着体を加えないも
のについて、またこれらの代りに腐食抑制剤とし
て、リン酸アンモニウム、オルトホウ酸、アリザ
リン、オルトナフトキノン、アルミニウムトリス
アセチルアセトナトを第２表に示すような割合
で、それぞれを加えたものについて実施例と同様
な方法で、サンプルを製造し、それらを評価し
た。その結果を第２表に示す。

【表】

【表】なお吸着樹脂（有機物質吸着樹脂）は、次の通
りである。１吸着樹脂(1)：スチレンとジビニルベンゼンの
重合体系、三菱化成工業(株)製、商品名ダイヤイ
オンHP20 ２吸着樹脂(2)：アクリル酸エステルの重合体
系、三菱化成工業(株)製、商品名ダイヤイオン
HP2MG ３吸着樹脂(3)：アクリル酸エステルの重合体
系、オルガノ(株)製、商品名アンバーライト
XAD−７４吸着樹脂(4)：アクリル酸エステルの重合体
系、オルガノ(株)製、商品名アンバーライト
XAD−８５吸着樹脂(5)：スチレンとジビニルベンゼンの
重合体系、住友化学工業(株)製、商品名デユオラ
イトS862

Claims

【特許請求の範囲】

１エポキシ樹脂、硬化剤および無機充填剤を主
成分とする組成物100重量部と、アクリル酸エス
テルの重合体を母体とする吸着樹脂及び／又はス
チレンとジビニルベンゼンの重合体を母体とする
吸着樹脂0.5〜30重量部とからなることを特徴と
する半導体装置封止用エポキシ樹脂組成物。