JPS5882546A - 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、耐薬品性などが漬
れているため信頼性の高い電気絶縁材料として半導体装
置の封正に広く用いられている。

最近では従来のセラミックスを用いた／’％−メチツク
封止にかわって、はとんどの半導体装置たとえば集積回
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、イミダゾ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い、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
があった。

（１）樹ｌｌ−１１１止屋牛導体偏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ａｔｐ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ｌこついて説明すると、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ことかある
ので、そのような条件においても信頼性を保証しなけれ
ばならない。耐湿性の品質保証のための評価試験として
は、８５℃または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、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、このような高温高湿状態下では外部
から水分が封止樹脂硬化物層を通って内部に浸透し、ま
たは封止樹脂とリードフレームとの界面を通って内部に
入り、半導体素子の表面にまで到達する。この水分と封
止樹脂中に存在している不純物イオンなどのイ１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、アルミニウム電極、配線などの腐食を主体と
した不良を発生する。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。

従来の樹脂封止５ｔｔｈＰ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ξζ部いても信頼性を保証しなければなら
ない。そのための１価試験としては８０℃〜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ｙｚ　ＭＯＳ　＃Ｉ
造をもつ素子や逆バイアスが印加されたＰＮ接合をもつ
素子に特に着しく多発する不良として、チャネリングに
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。この現象は電圧が印加された素子の表面に接し
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。

従来の樹脂封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装置
の欠点を改良し、優れた耐湿性と高温電気特性を有する
エポキシ樹脂２組放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欠点を形成する主要因であ
ることを、解明し、更に次に示すエポキシ樹脂組成物が
、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
性などの信頼性に優れた１１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）　　エポキシ当量１７０〜３００のノボラック型
エポキシ樹脂 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。

本発明において用いられるエポキシ樹脂は、エポキシ当
量１７０〜３００のノボラック型エポキシ樹脂であって
、たとえばフェノールノボラック型エポキシ樹ｉ１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債脂などである。これらエポキ
シ樹脂は１種もしくは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えばビスフェノール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
アミン臘エポキシ樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂、脂環
式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、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。

配合量はノボラック型エポキシ樹脂に対し５０重ｔｎ以
下が好ましい。またこれらエポキシ樹脂は塩素イオンの
含有量がｉ　ｏ　ｐｐｍ以下、加水分解性塩素の含有量
が０．１重量ｔｓ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、タレゾール
ノボラック樹脂、　ｔｅｒｔ−ブチルフェノールノボラ
ック樹脂、ノニルフェノールノボラック樹脂などが挙げ
られる。これらのフェノール樹脂の軟化点は６０℃〜１
２０℃の範囲内にあることが好ましく、更に常温におけ
る水に可溶性のフェノール樹脂成分が３チ以下であるこ
とが好ましい。しか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いては、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こりに＜
＜、硬化物の特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る有機リン酸
化合物とは、有機基を有し、かつリン原子に直結した少
くともひとつの水酸基を有する有機リン酸および有機リ
ン酸の誘導体、たとえば酸性リン酸エステル類、酸性リ
ン酸アミド類などである。またこれら有機リン酸化合物
には、モノリン酸化合物だけでなく、１分子中に２個以
上のリン原子を有するポリリン酸化合物も含まれる。

有機リン酸としてはエチルホスホン酸、フェニルホスホ
ン酸、（４−エチルフェニル）ホスホン酸、シクロへキ
シルホスホン酸、メチレンビスホスホン酸、エチリデン
ビスホスホン酸、エチルホスフィン酸、フェニルホスフ
ィン酸、ジブチルホスフィン酸、ジフェニルホスフィン
酸 などが代表的な例としてあげられる。

有機リン酸誘導体のうち、酸性リン酸エステルとしては
、リン酸ジメチル、リン酸ジブチル、リン酸ジオクチル
、リン酸ジフェニル、リン酸ジクレシル、リン酸オクチ
ルフェニル、リン酸ジ、アクリロキシエチルなどのリン
酸ジエステル；リン酸エチル、リン酸ブチル、リン酸オ
クチル、リン酸ドデシル、リン酸オクタデシル、リン酸
オレイル、リン酸フェニル、・リン酸メタクリロキシプ
ロピルなどのリン酸モノエステル；亜リン酸ジイソプロ
ピル、亜リン酸ジドデシル、亜リン酸ジオレイル、亜リ
ン酸ジフェニル、亜リン酸ブチルフェニルなどの亜すン
酸ジエステル；亜リン酸ブチル、亜リン酸オレイル、亜
リン酸ステアリル、亜リン酸フェニルなどの亜リン酸モ
ノエステル；フェニルホスホン酸メチル、フェニルホス
ホン酸フェニル、ブチルホスホン酸フェニルなどのホス
ホン酸モノエステル；次亜リン酸オクチル、次亜リン酸
フェニルなどの次亜リン酸モノエステル；フェニルホス
ホナス酸ブチルなどのホスホナス酸モノエステルなどが
あげられる。

酸性リン酸アミドとしては、Ｎ、Ｎ’−ジシクロへキシ
ルジアミドリン酸、Ｎ、Ｎ’−ジフェニルジアミドリン
酸、Ｎ−ジブチルアミドリン酸、Ｎ−ジエチルアミドリ
ン酸モノブチルエステルなどがあげられる。

またこれら有機リン酸化合物およびその誘導体のリン原
子に直結する酸素原子の全部または一部をイオウ、セレ
ン、テルルに置きかえた化合物、たとえばフェニルチオ
ホスホン酸、フェニルジチオホスホン酸、フェニルセレ
ノホスホン酸、プチルテルノホスホン酸、ジフェニルチ
オホスフィン酸、チオリン酸ジブチル、チオリン酸ジフ
ェニル、チオリン酸オクタデシル、チオリン酸フェニル
、チオ亜リン酸ジドデシル、チオ亜リン酸ジフェニル、
チオ亜リン酸オレイル、チオ亜リン酸フェニル、フェニ
ルチオホスホン酸ブチル、フェニルチオホスホン酸フェ
ニル、チオ次亜リン酸フェニル、フェニルチオホスホナ
ス酸ブチルなどを用いることができる。

これら有機リン酸化合物は樹脂成分（エポキシ樹脂とフ
ェノール樹Ｎ）に対し０．０１〜１０ｊ１量係の範囲内
で用いることが好ましい。

本発明において必要に応じて用いられる無機質光てん剤
としては、石英ガラス粉末、結晶性シリカ粉末、ガラス
繊維、タルク、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。

しかしてこれら無機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機質充てん剤の種類に
よっても異るが、た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に対
し重量比で１．５倍〜４倍程度でよい。無機質充てん剤
の粒度分布については、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抜書すること
ができる。

本発明に係るエポキシ樹脂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、直鎖脂肪酸の金属
塩、酸アミド類、エステル類もしくはパラフィン類など
の離型剤、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
を適宜添加配合しても差しつかえない。

本発明に係るエポキシ樹脂組成物を成形材料としてＡＨ
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
による混合処理を加えることにより容易にエポキシ樹脂
成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置を封止すること
により容易に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
ジヱクション成形、圧縮成形注型などによる封止も可能
である。特殊な封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封止法や、いわ
ゆるジャンクシ遍ンコーテイングとしての局部的な封止
の用途にも用いることができる。

エポキシ樹脂組成物または成形材料は封止の際に加熱し
て硬化させ、最終的にはこの組成物または成形材料の硬
化物によって封止された樹脂封止型半導体装置を得るこ
とができる。硬化に際しては１５０℃以上に加熱するこ
とが望ましい。

本発明でいう半導体装置とは集積回路、大規模集積回路
、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。

次に本発明の詳細な説明する。

実施例１〜３ エポキシ当［２２０のクレゾールノボラック型エポキシ
樹脂、分子量８００のフェノールノボラック樹脂硬化剤
、フタル酸無水物、フェニルホスホン酸、リン酸オクタ
デシル、亜リン酸ジフェニル、２−メチルイミダゾール
、ジメチルアミノメチルフェノール、五酸化リン、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
キシプロピルトリメトキシシラン）を第１表に示す組成
比（重蓋部）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練を行うことによって、比較例を含
め７種のトランスファ成形材料を調製した。

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
することにより、ＭＯ８型集積回路を樹脂封止した。封
止は高周波予熱器で９０″０＃こ加熱した成形材料を１
９０℃で３０分間モールドし、更に１８０℃で１０時間
アフタキュアすることにより行った。上記樹脂封止型半
導体装置去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による断線不良を調べる耐湿試験
（バイアスＰＯＴ　）を行い、その結果を第２表に示し
た。

＋２１１００℃のオーブン中でオフセットゲート１ＪＯ
８ＦＲＴ　　回路にドレイン電圧５Ｖ、オフセットゲー
ト電圧Ｓｖを印加して電気特性の劣化によるリーク電流
不要を調べる試験（ＭＯＳ−ＢＴ試験）を行い、リーク
電流が初期値の１００倍以上に増加した場合を不良と判
定して、その結果を第３表に示した。

以下余色 第　　　１　　　表 第　　　３　　　表 ａＩｓ表

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　（ａ）　　エポキシ当量１７０〜３００のノボラ
   ック型エポキシ樹脂 （ｂ）　　ノボラック型フェノール樹脂および（Ｃ）　
   　有機リン酸化合物 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、特許請求の範囲第１項記載において、エポキシ樹脂
   組成物が無機質光てん剤を含有する樹脂封止型半導体装
   置。