JPH078939B2

JPH078939B2 - 樹脂封止半導体装置

Info

Publication number: JPH078939B2
Application number: JP63263460A
Authority: JP
Inventors: 浩樹平山; 憲男戸▲塚▼
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1988-10-19
Filing date: 1988-10-19
Publication date: 1995-02-01
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: JPH02110126A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、樹脂封止用材料で封止した樹脂封止半導体
装置に関するものである。

（従来の技術）半導体装置は、近年の産業の発達を支えている主役と云
っても過言ではない。またそれが故、ユーザーは、より
高性能な、より低価格な、より高信頼性を有する半導体
装置を望んでいる。しかし、このような要求に応えるた
めには、種々の技術を確立する必要が有り、半導体装置
が使用される環境で半導体チップを保護できるようにす
る、半導体チップの封止技術もその一つである。

ここで、従来から用いられている封止技術としては、金属やセラミックスから成るパッケージ内に半導体チ
ップを入れ封止する技術エポキシ系樹脂を始めとする種々のベース樹脂、硬化
材、充填材（フィラー）、硬化促進剤、難燃材、カップ
リング剤、離型剤及び着色剤等を含有する封止用材料で
半導体チップをモールドする技術の２つが知られている。

このうち、セラミックス等のパッケージを用いた封止
は、機械的強度や耐湿性に優れることから、主に、高信
頼性が要求される半導体装置に採用されてきた。しか
し、パッケージ自体が高価であり、然も、半導体チップ
の封止工程も容易でなかった。一方の樹脂を主体とする
封止用材料は、低価格化が可能で量産性に富むという利
点を有しており汎用型の半導体装置の製造に広く用いら
れているが、まだまだ改良するべき点があった。

その改良を要する点の一つは、封止用材料の硬化物の耐
湿性の向上である。即ち、半導体チップをモールドする
ために用いられる封止用材料の硬化物の耐湿性が悪い
と、半導体装置の絶縁性を低下させたり、リーク電流を
増大させたり、さらには、半導体チップにまで水分が達
した場合は半導体チップのアルミニウム配線を腐食させ
たり断線させたりするからである。また、半導体装置の
機能拡大に伴い半導体チップの容積は増大する傾向にあ
るにもかかわらず半導体装置の外形形状は制限されてい
る状況では、樹脂の肉厚は薄くならざるを得ない訳であ
り、この状況を考えても封止用材料の硬化物の耐湿性は
非常に重要になる。さらに、近年の技術動向として表面
実装が望まれており、この場合には半導体装置がハンダ
フローの熱に長時間さらされることになる。このような
とき半導体装置が水分を取り込んでいるとクラック発生
等により半導体装置を破壊してしまう。この点において
も、封止用材料の硬化物の耐湿性は高いほうが好まし
い。

そこで、封止用材料の信頼性向上を図るため、種々の試
みが従来からなさていた。（例えば日経ニューマテリア
ル［25］（1987）「変わり続けるIC封止材」等）。

その一例としては、ベース樹脂の純度向上に重点を置い
た研究があった。その理由は、半導体装置内に入り込ん
だ水分がイオン性不純物の存在下でアルミニウム配線を
腐食させることが知られており、これを防止するためで
ある。現在では、加水分解性塩素の含有量が100ppm以下
の樹脂を提供出来るようになっている。

また、半導体装置内で発生する応力が封止用材料の硬化
物にクラックを発生させ、結果的に半導体装置の耐湿性
を低下させることになることから、封止用材料中に低応
力化剤を配合して封止用材料の硬化物の低応力化を図
り、半導体装置の耐湿性向上を二次的に図ることも行な
われていた。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、従来の封止用材料はいずれのものも吸水
性・透湿性を積極的に改善しものとは云い難くその硬化
物は基本的に吸水性、透湿性を有してしまうという問題
点があった。このため、従来の封止用材料を用いた半導
体装置を高温・高湿雰囲気にさらしておくと、外部から
半導体チップにまで湿気（水分）が浸透してしまい、絶
縁性低下、リーク電流の増加、さらには電極配線の腐食
や断線を起こしてしまうという問題点があった。

また、加水分解性塩素の含有量の少ない封止用材料はそ
れ自体が非常に高価であるため、これを用いた製品（半
導体装置等）のコストを高めることになり好ましいこと
ではない。

この発明はこのような点に鑑みなされたものであり、従
ってこの発明の目的は、吸水性・透湿性の少ない信頼性
の高い樹脂封止半導体装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）この目的の達成を図るため、この発明によれば、リード
部の一部と半導体チップとを樹脂封止用材料で封止した
樹脂封止半導体装置において、前記樹脂封止用材料は、
ベース樹脂と、硬化材と、下記の一般式（Ｉ）で示され
るアルコキシシラン化合物と、粒度が制御された結晶性
フィラーとを含み、前記半導体装置の表層部および、前
記リード部の樹脂で封止された部分と前記樹脂封止用材
料との界面、前記半導体チップと前記樹脂封止用材料と
の界面に、前記アルコシキシラン化合物がブリードアウ
トすることによる疎水化層を有することを特徴とする
（但し、一般式（Ｉ）中のR¹〜R⁴のうちのいずれか２つ
以上の基は、メトキシ基（CH₃O−）またはエトキシ基
（C₂H₅O−）を表わし、かつ、これらR¹〜R⁴のうちの１
つ以上の基は、メチル基（CH₃−）、エチル基（C₂H
₅−）またはフェニル基（C₆H₅−）を表わす。）。

ここでベース樹脂としては、エポキシ系で考えれば従来
から用いられている種々のものを用いることが出来、例
えば多官能型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エ
ポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、クレゾー
ルノボラック型エポキシ樹脂を、単独で或いは混合させ
て用いることが出来る。また硬化材は、ベース樹脂に合
った好適なものを用いれば良い。また、アルコキシシラ
ン化合物としては、種々のものが考えられるが、具体的
には、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルトリメト
キシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリ
エトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン等を挙げ
ることが出来る。

なおこの発明の実施に当たり、前述のアルコキシシラン
化合物の含有量を２重量％以下の所定の量とするのが好
適である。この理由は、もっぱら、半導体装置成形型の
汚染の程度を低減するためと、成形後の半導体装置の印
刷ののり易さを確保するためである。従って、耐湿性の
向上を図るためだけならば、アルコキシシラン化合物の
含有量を２重量％より多くしても良い。

また、前述の粒度が制御された結晶性フィラーを、粒度
（比表面積）が所定範囲内の結晶性シリカとするのが好
適である。

（作用）この発明の樹脂封止半導体装置の作用につき第１図を参
照して説明する。第１図は、この発明の樹脂封止半導体
装置の様子を模式的に示した図である。この発明の樹脂
封止半導体装置では、所定の樹脂封止用材料を用いて半
導体チップ11（例えばシリコン半導体チップ）を封止し
成形する際にこの封止用材料に含ませたアルコキシシラ
ン化合物13が、その他の配合材との相溶性が悪いこと、
及び粒度の制御された結晶性フィラーを含ませてあるた
め、樹脂封止半導体装置表層部や、半導体チップ11と封
止用材料との界面や、リード部15と封止用材料との界面
にブリードアウトし易くなり当該表層部やこれら界面付
近に存在し易くなる。然も、アルコキシシラン化合物の
アルコキシ基が、半導体チップ表面にパッシベーション
膜等に起因して存在する水酸基や、封止用材料中に残存
している水と反応して樹脂封止半導体装置表層部や封止
用材料と半導体チップ等との界面に疎水化層をそれぞれ
形成するようになると思われる。このため、樹脂封止半
導体装置外部から樹脂封止半導体装置内に水分が侵入し
ようとした場合この疎水化層がその侵入を阻止するよう
になると思われ、この発明の樹脂封止半導体装置の吸水
性・透湿性を極めて小さいものにする。なお、アルコキ
シシラン化合物がメトキシ基を含むものである場合の、
水酸基に対する反応は下記の式で説明されると考えら
れ、水に対する反応は下記式で説明されると考えられ
る。

但し、式及び式中、ｎ＝１〜３、ｍ＝１〜３であ
り、Ｒはメチル基（CH₃−）、エチル基、またはフェニ
ル基（C₆H₅−）を表わす。

（実施例）以下、この発明の樹脂封止半導体装置（以下、半導体装
置と略称することもある。）の実施例につき説明する。
しかしながら、以下の実施例中で述べる薬品名、それの
含有量等の数値的条件等は、単なる例示であり、この発
明がこれらの薬品や数値的条件等によってのみ達成され
るものでないことは理解されたい。

封止用材料の実施例１先ず、樹脂部とフィラー部とから成り、樹脂部をベース
樹脂、硬化材、アミン系硬化促進剤、シラン系カップリ
ング剤、離型剤、着色剤（この場合はカーボン）、さら
に添加剤としてのアルコキシシラン化合物で構成し、一
方のフィラー部を粒度（比表面積）の制御された結晶性
フィラー及び難燃助材で構成したが、然も、各構成材料
のうちの主なものの具体的な組成物名及び組成比が別表
１に示すようなものである、実施例１の封止用材料を調
整し、その物性を調べた。その調査結果を別表２に示
す。なお別表１に掲げたベース樹脂は住友化学工業
（株）製のものを用いた。また、フィラーは、この場
合、平均値が約18μｍで最大粒度が120μｍの粒度分布
を示す結晶性シリカ（粉砕されたタイプ）であって従来
公知の有機物及びシランカップリング剤によって常法に
よる処理をした結晶性シリカを用いた。また、アルコキ
シシラン化合物としてのジフェニルジメトキシシランは
信越化学工業（株）製のKBM202LS-5300を用いた。しか
し、このジフェニルジメトキシシランには、そのオリゴ
マ成分が混入していることも考えられる。また封止用材
料の調整は従来公知の方法により行なった。また、別表
２に掲げた物性の測定はも来公知の方法により行なっ
た。

封止用材料の実施例２次に、基本的な構成材料は実施例１の封止用材料と同じ
であるが、フィラー（結晶性シリカ）の充填量を70重量
％としその分ベース樹脂及び硬化材を増やした実施例２
の封止用材料を調整した。一方、実施例２の封止用材料
と比較して別表３に掲げるような点のみを異ならせた比
較例１〜比較例５の封止用材料をそれぞれ調整した。実
施例２及び比較例１〜比較例５の封止用材料のそれぞれ
の組成と、それぞれの物性とを別表３に示した。なお、
別表３におけるフィラーの種類の項の「溶融」とはフィ
ラーが溶融シリカであることを示し、「結晶」とはフィ
ラーが結晶性シリカであることを示す。また別表３にお
けるベース樹脂純度の項の「高」とはベース樹脂が加水
分解性塩素含有量100ppm以下のものであることを示し、
「汎」とはベース樹脂が加水分解性塩素含有量約170ppm
ものであることを示す。さらに、別表３における添加剤
の項の有機系添加剤とは成形性を高めるために添加した
ものである。

半導体装置の実施例次に、実施例２の封止用材料を用い実際に半導体チップ
（シリコン半導体チップ）をモールドし実施例の半導体
装置を作製した。また、比較例１〜比較例５の各封止用
材料を用い実施例と同種の半導体チップをそれぞれモー
ルドし比較例１〜比較例５の半導体装置を作製した。な
お、実施例及び各比較例の半導体装置共、パッケージ形
状は、８ピンSOP（スモール・アウトライン・パッケー
ジ）とした。さらにその成形はトランスファー成形法に
より行ない、成形条件は、型温度が175℃±５℃、成形
時間が120秒、アフタキュアー温度が170℃、アフターキ
ュアー時間が６時間という条件とした。

半導体装置の特性評価次に、この出願に係る半導体装置の特性を、実施例２の
封止用材料で成形した実施例の半導体装置及び比較例１
〜比較例５の封止用材料で成形した各比較例の半導体装
置それぞれに対し耐湿信頼性試験を施すことによって評
価した。

耐湿信頼性試験は、不飽和試験としての高温高湿試験
（HAST）と、飽和試験としてのプレッシャ・クッカ・テ
スト（PCT）とにより行なった。なお、不飽和試験の条
件は、温度が130℃でかつ相対湿度が85％の雰囲気にお
いて半導体装置に50Vの電圧を印加する条件とし、ま
た、飽和試験の条件は、温度が120℃でかつ相対湿度が1
00％の雰囲気でバイアス無しの条件とした。またこれら
試験の前処理として、不飽和試験では …半導体装置を125℃の温度で16時間加熱した後260℃
の温度で10秒間ハンダディップする処理、 …半導体装置を125℃の温度で16時間加熱した後、85
℃の温度でかつ相対湿度85％の雰囲気中に72時間放置し
吸湿処理（SOAK）後、260℃の温度で10秒間ハンダディ
ップする処理の２水準を設けた。また、飽和試験では上記の前処理
のみを行なった。

第Ａ表に不飽和試験結果を、第Ｂ表に飽和試験結果をそ
れぞれ示す。第Ａ表は実施例の半導体装置と、比較例１
の半導体装置の不飽和試験（HAST）の結果をワイブル分
布させメディアンライフの比較を行なった結果を示した
ものである。また、第Ｂ表は飽和試験（PCT）の処理時
間に対する累積不良数を示したものである。第Ａ表及び
第Ｂ表からも明らかなように、実施例の半導体装置は比
較例の半導体装置をはるかにしのぐ耐湿性を示すことが
確認出来た。

（発明の効果）上述した説明からも明らかなように、この発明の樹脂封
止半導体装置によれば、この半導体装置の表層部及び、
封止用材料と半導体チップやリードフレームとの界面
に、アルコキシシラン化合物がブリードアウトすること
による疎水化層を有するため、樹脂封止半導体装置の吸
水性及び透湿性を極めて小さいものにすることが出来
る。従って、上述の実験結果からも明らかなように、耐
湿性の非常に優れた半導体装置を提供することが出来
る。さらに、加水分解性塩素の含有量が170ppmレベルの
エポキシ樹脂をベース樹脂として用いても従来にない優
れた耐湿性を得ることが出来るから、信頼性に優れる安
価な半導体装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の封止用材料及びこれを用いた半導
体装置の作用を説明するための図であり、半導体装置の
断面を模式的に示した図である。 11…半導体チップ 13…アルコキシシラン化合物 15…リード部。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 23/29 23/31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リード部の一部と半導体チップとを樹脂封
止用材料で封止した樹脂封止半導体装置において、前記樹脂封止用材料は、ベース樹脂と、硬化材と、下記の一般式（Ｉ）で示されるアルコキシシラン化合物
と、粒度の制御された結晶性フィラーとを含み、前記半導体装置の表層部および、前記リード部の樹脂で
封止された部分と前記樹脂封止用材料との界面、前記半
導体チップと前記樹脂封止用材料との界面に、前記アル
コキシシラン化合物がブリードアウトすることによる疎
水化層を有することを特徴とする樹脂封止半導体装置。（ただし、一般式（Ｉ）中のR¹〜R⁴のうちのいずれか２
つ以上の基は、メトキシ基（CH₃Ｏ−）またはエトキシ
基（C₂H₅Ｏ−）を表し、かつ、これらR¹〜R⁴のうちの１
つ以上の基は、メチル基（CH₃−）、エチル基（C₂H
₅−）、またはフェニル基（C₆H₅−）を表す。