JPH0618860B2 - 半導体封止用樹脂組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体素子上のアルミ蒸着電極と外部リード
線との間を銅ボンディング線で接合した半導体を封止す
る樹脂組成物に関する。より詳しくはベンゾトリアゾー
ルに種々のアミン塩を付加した防錆剤を半導体封止用樹
脂中に添加した組成物に関する。

（従来技術） 従来、トランジスター、ＩＣ、ＬＳＩなど大部分の半導
体素子は、半導体素子上のアルミ蒸着電極と外部接続リ
ードとを金又は金合金細線でボンディングした後、温
度、湿度、汚染物質などの外部環境変化から保護し、外
部接続リードを個々に絶縁保持すると共に、機械的振動
および衝撃などによる破損、デバイス特性変化を防止す
るために封止用樹脂でパッケージされている。

これらの封止用樹脂に要求される特性は、パッケージ形
態やサイズの違いによって要求特性が異なるものの、高
耐湿性で作業性がよく、且つ低応力性、高熱伝導性、耐
熱衝撃性が必要に応じて要求されている。これらに適合
する樹脂として一般的にエポキシ樹脂、シリコン樹脂、
アルキッド樹脂などが使用されている。

（発明が解決しようとする問題点） 一方、ケイ素半導体も大量生産化に入り、価格の低減が
余儀なくされ、半導体素子上の電極と外部リードとの接
合に使用する純金又は金合金細線は、すぐれたボンディ
ング特性を有するものの、高価であるためその省貴金属
化が進められており、代替金属材料として銅基材のボン
ディング線に置換させる問題がある。

又、半導体生産技術の急速な革新は、年を追う毎に目ざ
ましく進展し、その機能および形態も多様化し、同一機
能ならより薄形化、軽量化、小形化に、同一容積ならシ
ステムの複合化、多機能化する傾向にあり、そのパッケ
ージ形態、サイズ、実装方法なども多様化している。

例えば、ボンディング線の接合は、25〜30μｍφの細線
の先端に形成されたボールを半導体素子上の100〜130μ
ｍ角のアルミ蒸着電極に圧着する接合であるため、接合
部の信頼性と同様に環境変化に対する耐食性への配慮が
必要である。金細線は化学的に安定であるが、銅細線は
酸化されやすく、環境変化に対する耐食性に欠け、その
接合部は前者では金−アルミ、後者では銅−アルミの異
種接合であり、水分の存在によっては局部電池を構成
し、アルミが腐食されて半導体素子の機能を阻害する問
題を生ずる。

一方、半導体素子の封止用樹脂は、次の要求特性、即
ち、成形収縮率が小さく、且つ硬化物の線膨脹計数が
金属フレームに近似し、外部リードとの密着性がよいこ
と、イオン性不純物の含有量が少ないこと、熱伝導
性がよいこと、成形時の流動性がよく、成形時間が短
かく、離型性がよいこと、金型汚れなく、バリが少な
いことを備えたエポキシ樹脂やシリコン樹脂が使用され
ている。

しかし、一般にエポキシ樹脂は、過剰のエピクロルヒド
リンと低分子量の副生成物の除去および脱ハロゲン反応
により生じた塩化ナトリウムが除去されて精製される
が、エポキシ樹脂中には第１図(A),(B)に示すような副
生成物が残存している。

このような副生成物が残存すると、高温高湿下ではこれ
らの塩素が遊離し、アルミ電極が腐食され、半導体製品
の耐湿信頼性を著しく低下させるという問題がある。

又、挿入型デバイスのＤＩＰでは面積率が大きいため、
薄形化、小形化の多ピン用として表面実装用デバイスの
ＳＯＰ、ＦＰ、ＰＬＣＣなどが急速に普及しつつある
が、これらの表面実装用デバイスは実装後において、そ
の耐湿信頼性が著しく低下するという問題がある。その
原因は、封止用樹脂によるパッケージの成形、ポストキ
ュアから実装までの間にパッケージの吸湿が起り、半田
付時に半田溶融温度にさらされると吸湿水分が爆発的に
膨脹し、この蒸気圧により半導体素子と樹脂界面に剥離
が起り、この剥離部分に水分が浸入して半導体素子上の
アルミ電極を腐食させるためである。

本発明は、かかる問題を解決することを目的とするもの
で、封止用樹脂中に微量のイオン性不純物が含有されて
いても、パッケージが吸湿し、半田付時に吸湿水分が爆
発的に膨脹し、その蒸気圧により半導体素子と樹脂界面
に剥離が起り、その剥離部分に水分が浸入しても、パッ
ケージ内の半導体素子上のアルミ電極と銅細線の腐食を
速やかに防止できる半導体封止用樹脂組成物を提供する
ことにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、上述の目的を解決するために鋭意検討を
重ねた結果、半導体封止用エポキシ樹脂中にベンゾトリ
アゾールの水溶性アミン塩を含有させることにより、前
記樹脂中に微量のイオン性不純物が存在し、又パッケー
ジ内に水分が浸入しても叙上の問題点を排除し、半導体
素子上のアルミ電極と銅細線の腐食を完全に防止できる
ことを見出して本発明を完成させたものである。

本発明は、エポキシ樹脂中にベンゾトリアゾールの水溶
性アミン塩を含有させたことを特徴とするものである。

本発明の構成について以下に説明する。

本発明で使用するエポキシ樹脂とは、その主樹脂がクレ
ゾール又はフェノールノボラック型エポキシ樹脂又はビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂であって、樹脂硬化剤と
して芳香族アミン変成物、酸無水物、フェノール樹脂の
いずれかを選択使用するが、低圧トランスファー封止用
樹脂にはノボラック型エポキシ樹脂とフェノール樹脂と
の配合にイミダゾール系化合物の硬化促進剤を併用し、
更に、他の配合剤として、シリカ、アルミナなどの充填
剤、三酸化アンチモンの難燃助剤、その他適量の顔料、
離型剤を含有させた公知配合の半導体封止用エポキシ樹
脂である。

本発明で使用するベンゾトリアゾールの水溶性アミン塩
とは、ベンゾトリアゾール・モノエタノールアミン塩、
ベンゾトリアゾール・ジエチルアミン塩、ベンゾトリア
ゾール・シクロヘキシルアミン塩、ベンゾトリアゾール
・モルホリン塩、ベンゾトリアゾール・ジイソプロピル
アミン塩、ベンゾトリアゾール・イソプロピルアミン
塩、メチルベンゾトリアゾール・シクロヘキシルアミン
塩などであって、ベンゾトリアゾールに種々のアミンを
付加させて水溶性に変化させたものである。

ベンゾトリアゾールの水溶性アミン塩の使用量は、主樹
脂のエポキシ樹脂１００重量部に対して、0.01〜５重量
部、好ましくは0.1〜２重量部の範囲である。その使用
量が0.01重量部未満であるときは、エポキシ樹脂中への
均一分散に欠け、使用量が不足するためアルミ電極や銅
細線に強固な防食皮膜を形成できず、防食効果が期待で
きなくなる。

逆に、５重量部を越えるときは、使用量に対応する防食
効果の向上が認められず、飽和に達するので経済的に不
利となり、且つエポキシ樹脂からブリードし、低圧トラ
ンスファー法によるモールドの作業性を阻害するので好
ましくない。

（作用） 本発明では、エポキシ樹脂中に予めベンゾトリアゾール
の水溶性アミン塩を含有させてあるので、半導体素子上
のアルミ電極や銅細線を腐食する水分がパッケージ内に
浸入しても、この水分を逆に利用して、エポキシ樹脂中
にベンゾトリアゾールの水溶性アミン塩が、ベンゾトリ
アゾールに比べれば遥に早い速度で溶出して、アルミ電
極や銅細線の表面に強固な防食皮膜を形成するので、エ
ポキシ樹脂の精製過程で残留する微量のイオン性不純物
および浸入する水分の影響を受けても、アルミ電極や銅
細線が腐食されることが全くない。

（実施例） ベンゾトリアゾール・エタノールアミン塩を各種配合し
た半導体封止用ノボラックエポキシ樹脂を低圧トランス
ファーモールドにより成型し、１２ピンのＤＩＰ−ＩＣ
を作成（注１）した。各パッケージについて成型作業性
（注３）の観察およびＰＣＴ試験（注２）を行い、ＩＣ
の不良個数を調べ、その結果を第１表に併記した。

（注１）試験に供する１２ピンＤＩＰ−ＩＣは、半導体
素子上のアルミ電極と外部リードとの接合を25μｍφの
銅ボンディング線を用いて行なった。

（注２）ＰＣＴ試験とは、高温高湿下における腐食促進
試験であって、圧力２気圧、温度ＲＨ１００％、湿度１
２１℃の条件下に各パッケージを放置し、経過時間にお
ける半導体の不良個数を調べるものである。

（注３）成型作業性とは、成形サイクルと金型汚水の問
題を評価する。

結果からわかるように、実施例１〜４は、ＰＣＴ試験の
きびしい条件にもかかわらず、極めて良好なものとなる
が、比較例１は、ベンゾトリアゾール・エタノールアミ
ン塩の量が不足するため、５００時間経過後に不良数が
多くなる傾向を示すので好ましくない。比較例２は、ベ
ンゾトリアゾール・エタノールアミン塩の量が多過ぎる
ため、成型作業性に欠けるので好ましくない。従ってＰ
ＣＴ試験は行わなかった。

結果には示していないが、現在、多用されている金又は
金合金ボンディング線でもって、半導体素子上のアルミ
電極と外部リードとの接合を行った後、本発明にかかる
封止樹脂でパッケージすれば、実施例と同様な結果を得
ることができる。又、シリコン樹脂、アルキッド樹脂な
どにベンゾトリアゾールの水溶性アミン塩を含有させた
封止用樹脂とすることにより、本発明と同様に半導体の
接合部、すなわち金細線−アルミ電極、銅細線−アルミ
電極の浸入する水分による腐食防止を期待し得るものと
なる。

（発明の効果） 以上説明した如く、本発明は、エポキシ樹脂中に予めベ
ンゾトリアゾールの水溶性アミン塩を含有させた半導体
封止樹脂としてあるので、半導体を封止後、半導体素子
上のアルミ電極や銅細線を腐食する水分がパッケージ内
に浸入しても、この水分を逆に利用してベンゾトリアゾ
ールの水溶性アミン塩が、ベンゾトリアゾールに比べれ
ば遥に早い速度で溶出して、アルミ電極や銅細線の表面
に強固な防食皮膜を迅速に形成するので、浸入する水分
の影響を受けたり、エポキシ樹脂の精製工程で残留する
微量のイオン不純物による影響を受けても、アルミ電極
や銅細線が腐食されないので、半導体パッケージの実装
後の信頼性を一段と向上させ得るものとなる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤本 栄一 大阪府東大阪市岩田町２丁目３番１号 タ ツタ電線株式会社内 (72)発明者 大滝 俊武 大阪府東大阪市岩田町２丁目３番１号 タ ツタ電線株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−19825（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−235829（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−236817（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エポキシ樹脂１００重量部中にベンゾトリ
   アゾールの水溶性アミン塩０．０１〜５重量部を含有さ
   せたことを特徴とする半導体封止用樹脂組成物。