JPS5875856A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置

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JPS5875856A
JPS5875856A JP56172924A JP17292481A JPS5875856A JP S5875856 A JPS5875856 A JP S5875856A JP 56172924 A JP56172924 A JP 56172924A JP 17292481 A JP17292481 A JP 17292481A JP S5875856 A JPS5875856 A JP S5875856A
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resin
semiconductor device
epoxy resin
acid ester
mixing
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Hirotoshi Iketani
池谷 裕俊
Akiko Hatanaka
畑中 章子
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Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W74/00Encapsulations, e.g. protective coatings
    • H10W74/40Encapsulations, e.g. protective coatings characterised by their materials
    • H10W74/47Encapsulations, e.g. protective coatings characterised by their materials comprising organic materials, e.g. plastics or resins
    • H10W74/473Encapsulations, e.g. protective coatings characterised by their materials comprising organic materials, e.g. plastics or resins containing a filler

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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

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、樹脂封止型半導体装置に関し、更に詳しくは
、耐湿性および高温電気特性に優れた樹脂封止型半導体
装置に関する。
樹脂封止型半導体装置は、例えば、集積回路(IC)、
大規模集積回路(L8I)、トランジスタ、ダイオ−r
等の半導体素子を、外部雰囲気や機械的衝撃から保饅す
るため°に、熱硬化性1樹′脂を用いて封止して成るも
のである。
半導体素子の封止技術として、従来は、金属やセラミッ
クス醇を用いるハーメチック封止が採用されていたが、
最近で社、経済的に有利であるという理由から、樹脂封
止が主流を占めている。
かかる半導体封止用樹脂として杜、大量生産に適する低
圧トランスファ成形法に使用可能な、低圧成形用エポキ
シ樹脂組成物が一般に広く使用されている。しかしなが
ら、例えば、工lキシ樹脂、ノーラックWlyエノール
樹脂硬化剤、イtダゾール硬化促進剤等から成るエポキ
シ樹脂組成物を、トランスファ成形して得られる従来の
樹脂封止型半導体装置には次のような欠点がある。即ち
、(1)  耐湿性が劣るために、アルミニウム電極な
どが腐食劣化すること、 (2)高温時にシける電気特性が劣シ、特に、リーク電
流が増加するために、半導体素子の機能が低下すること
、 である。これらのうち(1)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または保存
すると々があるので、そのような条件下においても信頼
性を保証しなければ表らない。耐湿性の品質保証のため
の信頼性評価試験としては、85℃または120℃の飽
和水蒸気中に暴篇する加速評価法が行なわれている。最
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いる。
しかしエポキシ樹脂組成物を用いた樹脂封止型半導体装
置では、封止樹脂が吸湿性を有するために、水分が外部
雰囲気から封止樹脂層を介して、或いは封止樹脂とり+
 fフレームの界面を通って内部に浸入し、半導体素子
の表面にまで到達する。
この水分と封止樹脂中に存在する不純物等の作用の結果
として樹脂封止型半導体装置はアル1ニウム゛電極、配
線等の腐食による不良を発生ずる。またバイアス電圧を
印加した場合には、その電気化学的作用によってアルミ
ニウム電極、配線の腐食による不良が特に著しく多発す
る。
次に(2)について説明すると、樹脂封止型半導体装置
は高温条件下で使用することがあるので、そのような条
件においても信頼性を保証しなゆればならない、そのた
めの評価試験としては80℃〜150cで/ぐイアスミ
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例えば、半導体表面が外部電荷
に鋭敏なMO8構造を有する素子や、逆・々イアスが印
加されたPN接合を有する素子等に特に著しく多発する
不良として、チャネリングによるリーク1流の増加する
現象がある。
仁の現象は電圧が印加された素子の表面に接している封
止樹脂層に、電界が作用することにより発生するものと
考えられる。
従来の樹脂封止型半導体装置は上記した欠点を有するも
のであるために、その改良が求められていた6本発明は
、かかる欠点を解消せんとしてなされたものであシ、そ
の目的は、優れた耐湿性および高温電気特性を有する樹
脂封止型半導体装置を提供するにある。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた
結果、イミダゾール等の硬化促進剤が上記欠点を形成す
る主要因であることを解明した。
そして、半導体を封止する樹脂体の成形材料として、次
に示すニーΦシ樹脂組成物を使用することによシ、半導
体装置の耐湿性および高温電気%性が向上することを見
出し、本発明を完成するに到った。
即ち、本発明の樹脂封止型半導体装置は、半導体素子と
骸半導体素子を被覆する樹脂封止体とを具備して成る樹
脂封止型半導体装置にお、いて、前記樹脂封止体が、 (at  エポキシ当量170〜300を有する)?ラ
ック型エポキシ樹脂、 (bl  )がランク型フェノール樹脂、(cl  ホ
ウ酸エステル化合物、 および ldl  無機質充填剤 を官むエポキシ樹脂組成物の硬化物であることを特徴と
するものである。
以下において、本発明を更に詳しく説明する。
本発明に係るエポキシ樹脂組成物は、次のものから成る
本発明において使用される工4キシ樹脂は、エポキシ当
量が170〜300の値を有する)がラック型エポキシ
樹脂であれば、いかなるものでも使用可能であり、例え
ば、フェノールノーラック型エポキシ樹脂、クレゾール
ノがラック型エポキシ樹脂、へロrン化フェノールノが
ラック型エポキシ樹脂等が挙けられる。かかる工lキシ
樹脂は、11111もしくは2麺以上のものを混合して
用いることができ、更に、これらに他のエポキシ樹脂を
混合して用いてもよい、他のエポキシ樹脂としては、例
えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂轡のグリシジル
エーテルフッ4キシ樹脂、グリシジルエステル型ニーキ
シ樹脂、グリジノルアミン型エポキシ樹脂、線状脂肪族
エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式ニー中シ
樹脂、ハロゲン化ニーキシ樹脂等が挙げられ、これらか
ら選ばれた1種もしくは2種以上のものを、ツメラック
型エポキシ樹脂に対し、50重量鴨以下の量で配合する
ことができる。tた、本発明において使用される工lキ
シ樹脂は、樹脂中に残存する塩素がアルミニウム電極等
の腐食劣化の原因のひとつとなるために、含有される塩
素イオンは10 ppm以下、加水分解性塩素は0.1
重量%以下のものであることが望ましい。
本発明において硬化剤とし、て使用されるノがラック型
フェノール樹脂としては、例えば、フェノール性がラッ
ク樹脂、クレゾールノがラック樹脂、t@rt−プチル
フェノールノがラック樹脂、ノニルフェノールノがラッ
ク樹脂等が挙げられ、これらから選ばれたisもしく紘
2種以上のものが使用される。かかるノーラック型フェ
ノール樹脂は、成形時における流動性等の作業炸を考慮
すると、その軟化点が60〜120℃の範囲内にあるこ
とが好ましく、また、低分子量のフェノール成分は樹脂
特性劣化の原因となることから、常温における水可溶性
の7工ノール樹脂成分量が3重量%以下であることが好
ましい。
ノボランク型フェノール樹脂の配合量は、工lキシ樹脂
中の工Iキシ基の量との関係から適宜選択することが望
ましく、フェノール樹脂のフェノール性水酸基の数とエ
ポキシ樹脂の工Iキシ基の数の比が0.5〜1.5の範
囲にあることが望ましい。
フェノール往水酸基数/ヱ4キシ基数の比が0.5未満
、或いは1.5を超えると、反応が充分に進行せず、硬
化物の特性が低下する。
本発明において使用されるホウ酸エステル化合物は、硬
化促進剤としての機能を有するものであシ、かかる化合
物を配合せしめることによ)、半導体装置の耐湿性およ
び高温電気特性の向上かも九もされる。
このようなホウ酸エステル化合物としては、次記一般式
CI)〜C1) (RO)sB          (I)(式中、それ
ぞれORは、同一でも異なっていてもよく、また、エエ
ット毎に同一でも異なっていてもよく、アルキル基;前
記アルキル基の水嵩原子が少なくとも1つ以上水酸基で
置換されれたヒト10キシアルキル基;シクロヘキシル
基等のシクロアルキル基;フェニル基、トリル基、ナフ
チル基等のアリール基;ヒVロキシフェニル基、とyc
2キシトリル1fi等(Dヒyロキシアリール基;ベン
ジル基等のアルアルキル基等を表わし、nは正の整数で
ある。)で示される1分子中に1個のホウ素原子を有す
るモノホク酸エステル化合物および1分子中に2個以上
のホウ素原子を有するポリホウ酸エステル化合物が挙げ
られる。
上記ホウ酸エステル化合物としては、例えば、ホウ酸ト
リメチル、ホウ酸トリエチル、ホラ#トリイノグロビル
、ホウ酸トリlチル、ホウ酸トリシクロヘキシル、ホウ
酸トリフェニル、ホウ酸トリクレジル、ホウ酸トリノニ
ルフェニル、ホウ酸トリナフチル、ホウ酸トリベンジル
、lリホク酸メチル、4リホウ酸イノプロピル、ポリホ
ウ酸ブチル、ポリホウ酸フェニル、ポリホウ酸クレシル
、4リホウ酸ベンシル、ジヘキシレングリコール/4イ
lレート、トリヘキシレンダリコールパイ?し−酬、ジ
(2,6−シーtert−ブチルフェニル)n−ブチル
がレート、トリメトキシゼロキノール等が挙げられ、こ
れらから成る群より選ばれる1種もしくは2種以上のも
のが使用される。
かかるホウ酸エステル化合物は、エポキシ樹脂およびフ
ェノール樹脂の総量に対して0.01−10重量%の量
で配合することが好ましい。
本発明において使用される無機質充填剤は、通常、無機
質充填剤として使用されているものであれば何でもよ・
く、これらとしては、例えば、石英ガラス粉末、結晶性
シリカ粉末、ガラス繊維、メルク、アルミナ粉末、ケイ
酸カルシウム粉末、炭酸カルシウム粉末、硫酸バリウム
粉末、マグネシア粉末等が挙げられ、これらから選ばれ
九1種もしくは2種以上のものが使用される。これらの
うちで、石英ガラス粉末、結晶性シリカ粉末を用い11
1 ゐことが、高純度および低熱鵬張係数を有することから
、最も好ましい。
かかる無機質充填剤の配合量は、使用するエポ*シ1m
1m、フェノールm脂および無機質充填剤1の種fiK
よって適宜選択する必要があるが、例えば、トランスフ
ァ成形に使用する場合には、エポキシ樹脂およびフェノ
ール樹脂の総量に対し、重量比で1.5〜4倍程度が好
ましめ、また、無機質充填剤の粒径は、適宜選択して使
用することが好ましく、粒子omいものと細かl+/T
hものを組み合わせることによ)、成形性を改善するこ
とが可能となる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、必要に応じて、更に、
飼えは、天然ワックス類、合成ワックス類、[鎖脂肪酸
の金属塩、酸アイド類、エステル類、/譬うフインー等
の離型剤、塩素化ツヤラフイン、!ロムトルエン、ヘキ
サノ鐸ムベンゼン、三酸化アンチモノ等の拳燃剤、力−
−ンブラック等の着色剤、およびシランカッ!りンダ剤
等を、適宜添加配合したものであってもよい。  ゛ 上記組成から成る工4キシ樹脂組成物を、半導体封止用
成形材料”として調製するには、通常の方法を用いれば
よく、例えば、所定の配合量の原料混合物を、ミキサー
等によって充分混合後、更に熱ロール等による溶融混合
処理を施すか、ま九はニーダ−等による混合処理を施す
ことにより、容易にエポキシ樹脂組成物から成る成形材
料を祷ることがで自る。
本発明に係わるエポキシ樹脂組成物を混合するには、そ
れぞれ秤量し九谷成分を同時に混合してモヨいが、フェ
ノール樹脂とホウ酸エステル化合物を、予め混合して加
熱溶融したものに他成分を混合したものであってもよい
、ホウ酸エステA−4ヒ金物は、空気中で、特に高湿度
雰囲気中でイく安尾であるために、上記溶融混合−を用
いること25Xりf壕しく、かかるSS混合物を用いて
成る工)?キシ樹脂封止型半導体装置の方が、安楚した
特性力;得られる。
本発明の樹脂封止製半導体装置は、上記エポキシ樹脂組
成−から成る成形材料を用いて1例えば、I C,LS
I、)ランゾスタ、サイリスタ、メイオーV轡の半導体
装置を封止することにより製造することができる。かか
る封止方法は、一般に採用されている方法でよく、例え
ば、低圧トランスファ成形法、インジエタシ曹ン成形法
、圧縮成形法、注型法等が挙げられ、なかでも、低圧ト
ランスファ成形法を用いることが好ましい、尚、封止樹
脂の硬化に際しては、150’C以上の温度において硬
化せしめることが好ましい。
以下において、実施例および合成例を掲げ、本発明を更
に詳しく説明する。
合成例1 分子量700を有するフェノールノがラック樹脂850
Fとホウ酸トリノエニル150Fを混合し、120〜1
50℃に加熱して溶融し、それぞれを相溶せしめて均一
な溶融混合物とした。次いで、かかる溶融混合物を冷却
した後、破砕して、ホウ酸トリフェニルを15重量%含
有する溶融混合物粉末を得た。
合成例2 分子量700を有するフェノールノがランク樹脂900
Fとホウ酸トリフェニル100Fを混合し1合成例1と
同様の操作にて、ホウ酸トリフェニルをlθ重蓋%含有
する溶融混合物を得た。
実施例1〜3 エポキシ樹脂としてエポキシ当量220を有するクレゾ
ールノーラック屋エポキシ樹脂(エポキシ樹脂A)およ
びエポキシ当量290を有する臭素化エポキシノがラッ
ク樹脂(ニーキシI#脂B)を用い、硬化剤として分子
11800を有するフェノールノ材ラック樹脂を用い、
硬化促進剤としてホウ酸トリフェニル、ホウ酸トリエチ
ルを用い、硬化剤および硬化促進剤として合成例1で得
た溶融混合物を用い、無機質充填剤として石英ガラス粉
末を用い、他に、三酸化アンチモン(′#i燃剤)。
カルナパワツ(ス(離型剤)、力−ゴングラック(着色
剤)およびr−グリシPキシプロピルトリメトキシシラ
ン(シランカフブリング剤)を用いて、表−1に示すよ
うな配合(重置部)でエポキシ樹脂組成物(実施例1〜
3)を調製した。同時に、比較例として、硬化促進剤に
2−へデタデシルイミ〆ゾール、ジメチルア□ミノメチ
ルフェノールおよび三7ツ化ホウ素ピペリジン錯体を使
用したものをそれぞれ調製した。
表−1 かかる工/dFシ樹脂組成物を、それぞれンキサーによ
ル混合し、次いで加熱ロールにより混錬【7て成形材料
を得た。
このようにして得た成形材料を用いて、トランスファ成
形を行ない、MOBM集積回路を樹脂封止した。封止は
、高周波予熱器で900に加熱した成形材料を、190
℃で5分間モールFし、−に、180℃で10時間アフ
タキュアすることによ〕行なつ九。
上記方法により、それぞれのエポキシ樹脂組成物を用い
て、lOO個宛樹脂封止型牛導体装置を作製し、次の試
験を行なつ九。
(11耐湿試験(−童イアスPCT) : 120℃、
2気圧の水蒸気中において、IOV印加 し腐食によシアルミニウム配線の断線 が発生した不良品の累積不良率e%lを経時的に調べ九
(21MOS−BT試験:xoocのオーブン中におい
て、オフセットf −) MOS FET回路にyレイ
ン電圧5V、オフセットゲ ート電圧5vを印加して、リーク電流 値が初期値の100倍以上に増加した 時点を不良と見做し、発生し九不良品 の累積不良率−を経時的に調べた。
耐湿試験の結果を表−2に、高温電気特性を調べるため
のMOS−BT試験の結果を表−3にそれぞれ示す。
表−2 表−3 表から明らかなように、本発明に係わるエポキシ樹脂組
成物を用いて封止した樹脂封止型半導体装置は、アル建
ニウム配線等の腐食が大きく低減され、リーク電流の増
加による半導体素子の機能低下もなく、耐湿性および高
温電気特性が極めて優れたものであることが確認された
1山 実施例4.5 エポキシ樹脂として工fキシ当量220を有するノボラ
ック製エデキシ樹脂を用い、硬化剤として分子量700
を有するノがランク型フェノール樹脂を用い、硬化促進
剤としてホウ酸トリフェニルを粗い、硬化剤および硬化
促進剤として合成例2で得た解融混合物を用いて、表−
4に示すような配合(重量部)でエポキシ樹脂組成物(
実施例4.5)を調製した。同時に、比較例として、フ
ェノール樹脂硬化剤を用いないもの(比較例4)を調製
した。上記、三11類のエポキシ樹脂組成物を微細な粒
子に粉砕して混合し、均一な組成物とした。かかる組成
物の硬化特性並びに空気中における安定性を−ベるため
に、次の試験を行なった。
即ち、先ず、各エポキシ樹脂組成物をそれぞれシャーレ
に入れて粉体O薄い層を形成し、次いで、20℃、70
%RH(相対湿度)の雰囲気中で空気に曝して1週間放
置した。その後、各エポキシ樹脂組成物の硬化特性を、
熱板ダル化法(160℃)によ〕測定し、空気中におけ
る安定性を比較した。
その結果を表−5に示す。
表−4 表−5 表から明らかなように、本発明に係わるエポキシ樹脂組
成物は、比較例4に較ベグル化時間が速く、硬化特性に
優れているが、特にホウ酸エステルとフェノールノ?ラ
ック樹脂の溶融混合物を用いた場合には、長期間放置し
九後も硬化特性に変化がなく、安定で使いやすいことが
確認された。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (13半導体素子と誼半導体“素子を被覆する樹脂封止
    体とを具備して成る樹脂封止型半導体装置にお゛いて、
    前記樹脂封止体が、 (at  ニーキシ尚量17G〜300を有する〕Vラ
    ック履工Iキシ樹脂、 伽) ノーラックtllyエノール樹脂、(c)  ホ
    ウ酸エステル化合物、 および (dl  無機質充填剤 を含む工lキシ樹脂組成物の硬化物であることを特徴と
    する樹脂封止型半導体装置。 (2) 工Iキシ樹脂組成物として、ノがラック型フェ
    ノール樹脂とホウ酸エステル化合物とを予め溶融して成
    る混合物を用いる特許請求の範囲第1項記載の樹脂封止
    型半導体装置。 (3)  ホウ酸エステル化合物−μ、エポキシ樹脂お
    よびフェノール樹脂の総量に対し0.01−10重量%
    配合されて成る特許請求の範囲第1項記載の樹脂封止型
    半導体装置。
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