JPS58119657A - 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】 本発明はエポキシ樹脂組成物の硬化物によって封止され
た高信頼性の樹脂封止型半導体装置に関する。

エポキシ樹脂は電気特性、機械特性、耐薬品性などが優
れている丸め信頼性の高い電気絶縁材料として半導体装
置の封止に広く用いられている。

鍛近では従来のセラミックスを用い九ノ１−メチツク封
止にかわって、はとんどの半導体装置九と見ば集積回路
、大規模集積回路、トランジスタ、ダイオードなどが低
圧成形用のエポキシ樹脂組成物を用いて封止されている
。

半導体封止用エポキシ樹脂組成物としては、信頼性、成
形性などの点を考慮してエポキシ樹脂、ノボラック型フ
ェノール樹脂硬化剤、イミダソール硬化促進剤から成る
エポキシ樹脂組成物が広く用いられている。

しかし従来のエポキシ封止樹脂を用匹、トランスファ成
形して得られる樹脂封止型半導体装置は次のような欠点
があっ九、。

（１）樹脂封止型半導体装置に要求される信頼性のレベ
ルの高さに較べ耐湿性が劣ること （２）樹脂封止型半導体装置に要求される信頼性のレベ
ルの高さに較べ高温時の電気特性が劣ること上記耐湿性
について説明すると、樹脂封止型半導体装置は高温高温
雰囲気下で使用ｔたは保存することかあるので、そのよ
うな条件においても信頼性を保ｔＩＥ　Ｌなければなら
ない、耐湿性の品質保証の丸めの評価試験としては、８
５υすたは１２０℃の飽和水蒸気中に暴露する加速評価
法が行なわれており、＊近では電圧を印加して更に加速
性を高めたバイアス印加型の評価試験も実施されて匹も
。

しかし封止したエポキシ樹脂組成物の硬化物は吸湿性、
透湿性があるため、このような高温高温状態下で１寸外
部から水分が封止樹脂硬化物−を通って内部に浸透し、
！たけ封止樹脂とリードフレームとの界面を通って内部
に入抄、半導体素子の表面ＩＣまで到達する。この水分
と封止樹脂中に存在している不純物イオンなどの作用の
結果として、樹脂封止型半導体装置は絶縁性の低下、リ
ーク電流の増加、アルＺ＝ウム電極、配線などの廃食を
上体とした不良を発生する。を九バイアス電圧を印加し
た場合てけその電気化学的作用（よってアシミニラム電
極、配線の腐食による不良が特（着しく多発すも。

従来の樹脂封止型半導体装置は上記耐湿性に関し充−分
に満足できるものではなく、耐湿性の向上が求められて
いた。

次に高温時の電気特性について説明すると、樹脂刺止型
半導体装置は高温条件下で使用することがあるので、そ
のような条件〈おいても信頼性を保証しなければならな
い、そのための評価試験としては８０′Ｏ〜１５０℃で
バイアス電圧を印加して信頼性を評価する加速試験が一
般的である。

このような試験において表面が鋭敏な史Ｓ檎造をもつ素
子や逆バイヤスが印加され九ＰＮ接合をもつ素子に特に
著しく多発する不良として、チャンネリングによるリー
ク電流の増加する現象があることはよく知られている。

仁の現象は電圧が印印され九素子の表面に接している樹
脂層に電界が作用することによって発生すると考えられ
ている。

従来の樹脂刺止型半導体装置は上記高温時の電気特性に
関し充分に満足できるものではなく改良が求められてい
た。

本発明の目的はこのような従来の樹脂封止型半導体Ａｆ
ｔの欠点を改良し、優れた耐湿性と高温電気特性を廟す
るエポキシ樹脂組成物によって封止された信頼性の高い
樹脂封止型半導体装置を提供することにある。

上記目的を達成すべく、本発明者らが鋭意研究を重ねた
結果、硬化促進剤などが上記難点を形成する主要因であ
ることを解明し、更に次に示ナエボキシ樹脂組成物が、
半導体封止用樹脂として従来のものに較べ、優れた耐湿
性と高温電気特性を有することを見出し、これを用いる
ことによって従来のものに較べ、耐湿性や高温電気特性
などのｊａｔ＠性に優れ九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。

（ａ）工ぎキシ当ｔ　１７０〜３００のノボラック臘エ
ポキシ樹］１旨 （ｂ）ノ・ぎラック型フェノール樹脂 （Ｃ）有機小スフィンのボリンまたは有機ボリン錯体 を必須成分とするエポキシ樹脂組成物の硬化物によって
半導体装置が封止されて成ることを特徴とする′樹脂封
止型半導体装置である。

本発！において用いられるエポキシ樹脂は、エポキシ当
量１７０〜３０００ノボラツク型ヱポキシ樹脂であって
、九とえはフェノールノボラック瑠エポキシ樹脂、クレ
ゾールノボラック型エポキシ樹脂、ハロゲン化フェノー
ルノボラック型エポキシ樹脂などである。これらエポキ
シ樹脂は１種もしくけ２種以上の混合系で用いてもよい
。上記以外のエポキシ樹脂たと先はビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂など一般のグリシジルエーテル型エポキシ
樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジル
アミン型エポキシ樹脂、ｍ状脂肪族エポキシ樹脂、脂環
式エポキシ樹脂、複素１ＩｌＩＩＩｌエポキシ樹脂、ハ
ロゲン化エポキシ樹脂などは、上記エポキシ当量１７０
〜３００のノボラック型エポキシ樹脂に併用した場合に
使用することができる。配合１はノボラック型エポキシ
樹脂に対し５０重量−以下が好ましい、ｔたこれらエポ
キシ樹脂は塩素イオンの含有量が１０ｐｐｍ以下、加水
分解性壇嵩の含有１が０．１重ｌｌ慢以下のものが望ま
しい。

本発明において用いられるノボラック型フェノール樹脂
硬化剤としてはフェノールノボラック樹脂、クレゾーＶ
ノボラック樹脂、ｔｅｒｔ−ブチルフェノールノボラッ
ク樹脂、ノニルフヱノールノボラック樹脂などが挙げら
れる。これらのフェノ−／２０ ル［１１１の軟化点け６０　’Ｏ−？ｅ−ｅ　’Ｏの範
囲内−にあることが好ましく、更に常温における水（可
溶性のフェノール樹脂成分が３−以下であることが好ま
しい、し九してこれらの硬化剤は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。

エポキシ樹脂と硬化剤の配合比につ−ては、ノボラック
型フェノール樹脂のフェノール性水酸基の数とエポキシ
樹脂のエポキシ基の数の比が０．５〜１．５の範囲内に
あるように配合することが好ましい、その理由は０．５
未満あるいは１．５を超えると反応が充分におと抄にく
くな抄、硬化−〇＊性が劣化しやすいためである。

本発明において硬化促進剤として用いられゐ有機ホスフ
ィンのボリンを九は有機ボリン錯体は有機ホスフィンと
ボリンｔたは有機ボリンとの配位化合物で式： においてＲ１がアルアルキル１４でＷ葉ゴール、アルキ
ニル。

ｉ九はアリール基でありＲ２−Ｒ６が水素、アルキル。

アルケニル、アルキニル、アルアルキルまたはアリール
基であるような化合物である。

具体的に例示すると （Ｃ６Ｈ５）３Ｐ　：　ＢＨ３ｅ　（Ｃ６Ｈ１）３Ｐ　
：　Ｂ（ＣＨ３）３　。

（Ｃ６Ｈ５）３Ｐ　：　Ｂ（Ｃ２Ｈｓ）ｓ　＃　（Ｃｓ
Ｈｓ）ａＰ　：　ＢＨ（Ｃ４”９）　２　ｅ（Ｃ６［（
５）３Ｐ　：　Ｂ（Ｃ６Ｈｓ）ｓ　、　（Ｐ−ｃＨｓＣ
ｓＨ４）ｓｒ　：　Ｂ（Ｑ（ａ）ｓ＊（Ｃ４Ｈ，）　３
Ｐ　二Ｂ（１３）ｓ　　、　　（０６Ｆ（、）　２）（
Ｐ　：　Ｂ（ＣＨ３）　３（Ｇ（ｓ　）２ＨＰ　：　Ｂ
Ｈ（ＣＨｓ　）　２などである。これらの中でもアリー
ルホスフィンの錯体が好ましい、これらの錯体は樹脂成
分（エポキシ樹脂とフェノール樹脂）Ｋ対し０．０１〜
１０重量−の範囲内で用いることが望ましい。

本発ＦＩＡにおいて必要に応じて用いられる無磯質充そ
ん剤としては、石英ガラス粉末、結晶性シリカ粉末、ガ
ラス轍維、タルク、アルミナ粉末、ケイ酸カルンウム粉
末、炭酸カルシウム粉末、硫酸バリウム粉末、マグネシ
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、高純度と低熱膨張係数の点で最も
好ましい。

しかしてこれら無磯質充てん剤の配合量はエポキシ樹脂
、フェノール樹脂硬化剤および無横質充てん剤の種類だ
よっても異るが、九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とフェノール樹脂硬化剤の総量（対
し重量比で１．５倍〜４倍程度でよい、無機質充てん剤
の粒度分布につ匹ては、粗い粒子と細い粒子を組み合せ
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。

本発明に係るエポキシ組成物は必要に応じて、例えば天
然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪管の会嘱塩、
酸アミド類、エステル類もしくはパラフィン類などの噛
型剤、塩素化パラフィン、ブロムトルエン、ヘキサブロ
ムベンゼン、三酸化アンチモンなどの難燃剤、カーボン
ブラックなどの着″色剤、シランカップリング剤などを
適宜添υ口配合しても差しつかえない。

本発明（係る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としては、所定の組成比に選ん
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
Ｋよる混合処理を加えることによ抄容易にエポキシ樹脂
Ｆｌｔ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、上記エポキシ樹脂組
成物または成形材料を用いて半導体装瞳を封止すること
によ抄容易（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
ジェクション成形。

圧縮成形注型などによる封止も可能である。特殊な刺止
法としては溶剤型あるいは非溶剤型の組成物を用いて半
導体表面を被覆する刺止法や、匹わゆるジャンクシ冒ン
コーティングとしての局部的な封止の用途（も用いるこ
とができる。

エポキシ樹脂組成物またはＩｌｔｌ財形は封止の際に？
Ｊｕｌ熱して硬化させ、最終的にはこの組成物ま九は成
形材料の硬化物によって封止され九樹脂刺止型半導体装
置を得ることができる。硬化に際してけ１５０’Ｏ以上
に加熱することが望ましい。

本発明でＩｎう半導体装置とけ集積回路、大煩模集積回
栴、トランジスタ、サイリスタ、ダイオードなどであっ
て特に限定されるものではない。

次ＶＣ本発明の詳細な説明する。

実鴎例１〜３ エホキシ当量２２０のクレゾールノボラック型エポキシ
樹脂（エポキシ樹脂入）、エポキシ嶺量２９０の臭素化
ヱポキシノボラック樹脂（ヱポキシ樹脂Ｂ）、分子Ｗｋ
ＳＯＯのフヱノー・ルツボラック樹脂硬化剤、（ＣａＨ
ｓ）ａＰ　：　ＢＨ３＋　（ＣｓＨｓ）ａＰ　：　Ｂ（
ＣＷｍ）ｉ　＃（Ｃ６Ｈ５）３Ｐ　：　Ｂ（Ｃ６Ｈ５）
ｓ　ｓ　２−ヘプタデシルイ建ダゾール、ジメチルア之
ツメチルフェノール、三フフ化ホウ素トリエチルアミン
錯体、石英ガラス粉末、三酸化アンチモン、カルナバワ
ックス、カーボンブラック、シランカップリング剤（ｒ
−グリシドキシプロビルトリメトキシシラン）を第１表
に示す組成比（重量部）に選び、各組成物をミキサーに
よる混合、加熱ロールによる混線を行うことによって、
比較例を含め６種のトランスファ成形材料を調製し九。

このようにして得た成形材料を用いてトランスファ成形
することによＦ）、＜８ｇ集積回路を樹脂封止し丸、封
止は高周波予熱器で９０′Ｏに加熱した成形材料を１７
５℃で５分間モールドし、更に１８０℃で８時間アフタ
キ瓢了することによ抄行った。

上記樹脂封止型半導体装置各１００個について次の試験
を行った。

（１）　１２０℃、２気圧の水蒸気中でＩＯＶ印加して
アルミニウム配線の腐食（よる断線不良を調べる耐湿試
験（バイアスＰＣ’ｒ　）を行い、その結果を第２表に
示し九。

（２）１００℃のオーブン中でオフセットゲート…ＳＦ
ｒ回路にド°レイン電圧５Ｖ、オフセットゲート電圧５
ｖを印加して電気特性の劣化によるリーク電流不良を調
べる試験（ＭＯＳ−ＢＴ試験）を行い、リーク電流が初
期値の１００倍以上に増加し九場合を不良と判定して、
その績果を第３表に示し丸。

以下余白 第　　１　　表 第　　２　　表 第３表 上記＠蟻−心ら明らかなように本発明によって高信頼性
の樹脂相ＩＥ型半導体装蟹が得られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＜ｔ）（ａ）エポキシ当量１７０〜３０００ノボラツタ
   臘エポキシ樹脂 １ｂｌノボラツク型フエノール樹脂および（Ｃ）有機ホ
   スフィンのボリン−１！九は有機ボリン錯体を必須成分
   とするエポキシ樹脂組成物の硬化物によって半導体装置
   が封止されて成ることを特徴とする樹脂封止型半導体装
   置。 （２）エポキシ樹脂組成物が無機質充てん剤を含有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の樹脂封止
   型半導体装置。