JPS60202118A - 封止用エポキシ樹脂組成物およびこれを用いた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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は。封止用エポキシ樹脂組成物およびそ７１Ｌれ
を用いた樹脂封止型半導体装置に関し、特に高信頼性か
つ難燃性の封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用い
た樹脂封止型半導体装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

エポキシ樹脂組成物を難燃化するだめにハロゲン化合物
から成る難燃剤を用いることはよく知られている。また
難燃の効果を高めるために、離愁助剤として三酸化アン
チモンを併用する技術もよく知られている。二酸化アン
チモンを併用するとハロゲン化合物の量を少くしても難
燃の効果が得られるため、現在市販されている半導体装
置や電子部品等の封止用難燃性エポキシ樹脂組成物はほ
とんどがハロゲン化合物と三酸化アンチモンを併用する
タイプである。

特開昭５０−１０８４００に封止用の耐熱エポキシ樹脂
成形材料について記載されているが、その実施例におい
てもノ・ロゲン化合物と三酸化アンチモンが併用されて
いる。これらの公知技術においては、硬化促進剤や硬化
触媒はアミン化合物等であって有機ホスフィン化合物で
はない。

一方、高信頼性の封止用エポキシ樹脂組成物およびそれ
を用いた樹脂封止型半導体装置に有機ホスフィン化合物
を用いる技術は公知で必って、特開昭５６−１３０９５
３　、特公昭５７−６０７７９　、に開示されている。

特公昭５７−６０７７９には封止用エポキシ樹脂組成物
を難燃化する技術についての言及はあるが、ハロゲン化
合物単独で難燃化する技術に関する記載はなく、実施例
に記載されているのはハロゲン化合物と三酸化アンチモ
ンを組合せて難燃した例である。封止用エポキシ樹脂組
成物およびそれを用いた樹脂封止型半導体装置を難燃化
する技術に関し、有機ホスフィン化合物を用いる場合に
おいて、三酸化アンチモンを除いてハロゲン化合物を単
独使用する技術は知られていない。

ところで、確かに有機ホスフィン化合物を用いることに
よって高信頼性の封止用エボ・ｅシ樹脂組成物およびそ
れを用いた樹脂封止型半導体装置が得られるのであるが
、特に難燃化された場合、従来技術は冷熱サイクル特性
が不充分であった。

次に、ここでいう冷熱サイクル特性について、半導体装
置を封止した場合を例にして詳述する。

半導体装置の封止技術として、従来は金属やセラミック
ス等を用いるハーメチック封止が採用されていたが、最
近では経済的に有利であるという理由からエポキシ樹脂
による樹脂封止が主流を占めている。

しかし従来の樹脂封止型半導体装置には次に述べるよう
な欠点があった。

第１図はセラミックスを用いて封止した半導体装置の断
面図を示したものである。半導体素子１はリードピン２
と細いボンディングワイヤ３によって電気的に接続され
ているが、ボンディングワイヤ３は空間４内に存在し、
機械的なストレスを受けることはない。これに対し、樹
脂封止型半導体装置においては、第２図にその断面図を
示したように、半導体素子８とリードピン９を接続する
ボンディングワイヤ１０は封止樹脂１１に埋め込まれて
おシ、ボンディングワイヤ１０は封止樹脂による機械的
ストレスを受ける。封止樹脂と埋め込まれている部品の
熱膨張係数が異なることから、樹脂封止型半導体装置を
高温と低温に繰シ返して曝すと、熱膨張係数の差による
ストレスに耐えられなくなり、ボンディングワイヤ１０
が切断または接触不良を起こしやすい欠点があった。

このような欠点は、特公昭５７−６０７７９に開示され
ている高信頼性化技術を用いても、封止樹脂が難燃化さ
れた場合に関しては、末だ充分に解決されていなかった
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、このような従来の封止用エポキシ樹脂
組成物およびそれを用いた樹脂封止型半導体装置の欠点
を改良することにあり、高信埠性かつ難燃性の封止用エ
ポキシ樹脂組成物およびそれを用いた樹脂封止型半導体
装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明者らが鋭意研死を重ね
た結果、有機ホスフィン化合物を用いるエポキシ樹脂に
おいてハロゲン化合物単独で難燃化することにより、冷
熱サイクル特性が著しく改善され、高信頼性化技術の樹
脂対土用エポキシ樹脂が得られること、更に硬化剤に１
分子中に少くとも２個のツーノール注水酸基を有する化
合物を用いた場合に上ｉ己効果が顕著であり、特にグラ
フト化されたノボラック型フーノール樹脂を用いた場合
に最も侵れた特性が得られることを見出し本発明を完成
するに至ったものである。

すなわち本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、（ａｌ
エポキシ樹脂 （ｂ）１分子中に少くとも２個のフェノール性水酸基を
有する硬化剤 または／および酸無水物硬化剤 （Ｃ１有機ホスフィン化合物および （ｄｉハロゲン化合物を含み、 （ｅＪ三酸化アンチモンを含まないことを特徴とする。

難燃された封止用エポキシ樹脂組成物である。

また本発明の樹脂封止型半導体装置は、半導体装置をエ
ポキシ樹脂組成物で封止して成る樹脂封止型半導体装置
において、該エポキシ樹脂組成物が、 （ａｌエポキシ樹脂 （ｂ）１分子中に少くとも２個のツーノール注水酸基を
有する硬化剤 または／および酸無水物硬化剤 （ｃｌ有機ホスフィン化合物および ｆｄｌハロゲン化合物を含み （ｅｌ三酸化アンチモンを含まないことを特徴とする。

難燃化された樹脂封止型半導体装置である。

本発明において三酸化アンチモンを用いることなく、有
機ホスフィン化合物とハロゲン化合物を組み合わせた場
合のみ優れた特性が得られる現象の理由はまだ解明され
ていないが、この現象は従・末技術から全く予想できな
いことである。何となればこの現象は有機ホスフィン化
合物を硬化促進剤（硬化触媒）に用いた場合にのみ見い
出される特有の現象であって、有機ホスフィン化合物以
外のたとえばアミン化合物等を用いた場合には全くこの
ような現象は見られず、三酸化アンチモンを併用しても
、ハロゲン化合物を単独使用しても冷熱サイクル特性に
有意差はないからである。

本発明において用いられるエポキシ樹脂は通常知られて
いるものであシ、特に限定されない。例えばとスフーノ
ールＡ型エポキシ樹脂、ツーノールノボラック型エポキ
シ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などグリ
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、組状
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一分子中にエ
ポキシ基を２個以上有するエポキシ樹脂が挙げられる。

しかしてこれらエポキシ樹脂は、１種もしくば２種以上
の混合系で用いて覗よい。

本発明において用いられる更に好ましいエポキシ樹脂は
、エポキシ当Ｈｘ７ｏ〜３０００ノボ２ツク型エポキシ
樹脂であって、たとえばフーノールノポラック型エポキ
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塩素イオンの含有量が１１０ＰＰ
以下、加水分解性環系の含有量がｏ、ＩＢｇ＞％以下の
ものが望ましい。その理由は１１０ＰＰ′ｆ：超える塩
素イオンあるいは０，１重量％を超える加水分解性環系
が含まれると、封止された半導体装のアルミニウム電極
が腐食されやすくなるためである。

本発明において用いられる１分子中に少くとも２個のフ
ェノール性水酸基を有する硬化剤とは、フェノール系樹
脂、ポリオキシスチレン、多価フェノール化合物等およ
びこれらの変性物であって具体的に例示するとフェノー
ルノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ｔｅｒ
ｔ−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のノボラック型フェノール樹脂、
レゾール型フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂
、ポリパラオキシスチレン、及ヒビスフエノールＡ等で
あり、更にこれらの化合物の変性物である。これらの中
でもノボラック型フェノール樹脂およびその変性物が好
ましく、特にニジストマー成分をグラフト化したノボラ
ック型フェノール樹脂が好ましい。

またこれら硬化剤は１種もしくは２種以上を適宜組み合
わせた混合系で使用することができる。

本発明において用いられる酸無水物は、脂肪族脂環族ま
たは芳香族の無水カルボン酸もしくはこれらの置換無水
カルボン酸であればいかなるものでも使用可能である。

かかる酸無水物としては。

例えば、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸
、無水テトラヒドロフタル酸、無水へキサヒドロフタル
酸、無水トリメット酸、無水ピロメリット酸、無水ナジ
ック酸（３，６−ニンドメチｔ／・ンー１，２．３，６
−テトラヒドロ無水フタル＃）、無水メチルナジック酸
、３．３：　４．４’−ベンゾフェノンテトラカルポン
酸無水物、無水テトシプロム７タル酸、無水クロレンデ
ィック酸等があげられ、これからなる群よ！ｌ１選ばれ
る１棟もしくは２種以上のものが用いられる。

これらの硬化剤は、それぞれ単独で用いてもよいし、両
者を適宜に配分して用いてもよい。

硬化剤の配合量は、フェノール性水酸基および／または
無水カルボキシ基の総数とエポキシ樹脂のエポキシ基数
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。

その理由は上記範囲外では得られたエポキシ樹脂組成物
の耐湿性が劣化しやすいためである。

本発明において、硬化促進剤として有機ホスフィン化合
物を用いることによって、従来のイミダゾールやアミン
等の硬化促進剤を用いた場合に比較して、樹脂封止型半
導体装置の耐湿性や高温電気特性を著しく改善すること
ができる。

本発明において用いられる有機ホスフィン化合物として
は、 式ＣＩ） １ Ｒ２−Ｐ’ＣＩ） ３ ニオいてＲ１−Ｒ３がすべて有機基である第３ホスフイ
ン化合物、Ｒ２Ｒ３がともに水素であ゛る第１ホスフィ
ン化合物がある。具体的にはトリフェニルホスフイン、
トリブチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン
、メチルジフェニルホスフィン、ブチルフェニルホスフ
ィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィン、オ
クチルホスフィンなどである。またＲ】が有機ホスフィ
ンを含む有機基であってもよい。たとえば１．２−ビス
（ジフェニルホスフィノ）エタン、ビス（ジフェニルホ
スフィノ）メタンなどである。

これらの中でもアリールホスフィンが好ましく、特にト
リフェニルホスフィン等のトリアリールホスフィンが好
ましい。またこれらの有機ホスンイン化合物は１程もし
くは２種以上の混合系で用いてもよい。しかしてこの）
有機ホスフィン化合物の配合量は一般に樹脂成分（エポ
キシ樹脂と硬化剤）のｏ、ｏｏｉ〜２０重量％の、範囲
内でよいが特に好ましい特性は０１０１〜５重量％の範
囲内で得られる。

有機ホスフィン化合物の配合量を特にこの範囲とするこ
とによシ、優れた特性の樹脂封止型半導体装置を得る°
ことができる。

配合量が０．００１重量％未満では添加の効果が認めか
たく、エポキシ樹脂組成物の硬化に長時間を要する欠点
があシ、２０重量％を超えると品質に悪影響を及ぼす。

本発明において用いられるハロゲン化合物は。

フッ素、臭素、ヨウ素等Ωハロゲンを含有する化合物で
あって、その使用目的は離燃性の付与である。

臭素化ノボラック型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノー
ルＡ型エポキシ樹脂等のハロゲン化エポキシ樹脂、臭素
化ノボラック型フェノール樹脂、臭素化ビスフェノール
Ａ、−Ｍ素化ポリパラオキシスチレン、無水テトラブロ
ムフタル酸、無水クロレンデイック醒等のハロゲン化硬
化剤のような反応型のハロゲン化合物が好ましいが、塩
素化パラフィン、プームトルエン、ヘキサブロムベンゼ
ン、ヘキサブロムビフェニル、デカクロルビフェニル、
１、２．３．４−テトラブロムブタン等の非反応型のハ
ロゲン化合物も用いることができる。

ハロゲンの種類としては臭素化合物が最も好ましい。

ハロゲン化合物の配合量としては、組成物中のハロゲン
含有菫が０．１〜４０重量％の範囲内にあることが好ま
しい。０．１重量％未満では難燃化の効果が充分でなく
、４０重量％を超えると電気特性が劣化しやすくなるた
めである。

本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、必要に応じて無
機質光てん剤その他の添加剤を配合することができる。

無機質光てん剤としては、溶融シリカ、結晶性シリカ、
ガラス繊維、タルク、アルミナ、ケイ酸カルシウム、炭
酸カルシウム、硫酸バリウム、マグネシア等、一般に知
られているものを用いることができる。この中でも高純
度である点と低熱膨張性である点で溶融シリカや結晶性
シリカが最も好ましい。これらの充てん剤は２種以上組
合せて用いることもできる。

無機質光てん剤の配合量は、エポキシ樹脂および硬化剤
の総重量の１．５〜４倍程度が良い。

その他の添加剤としては、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、カーボンブラッ
ク等の着色剤、シランカップリング剤ガどを隣室添加配
合してもさしつかえない。

本発明の封止用妥ボよン樹脂組成物を成形材料よ、□よ
オ、。。−１、カニ２１□１．。

定の組成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−による混合処理を加えることにより容易に
封止用エポキシ樹脂成形材料エポキシ樹脂組成物を用い
て半導体装置を封止することによシ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、インジエクシ目ン成形、圧縮成
形、注型などによる封止も可能である。

封止用エポキシ樹脂、組成物は封止の際に加熱して硬化
させ、最終的にはこの組成物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’Ｃ以上に加熱することが特に望ましい。

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。

〔発明の実施例〕

実施例１−６ エポキシ当量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Ａ）、エポキシ当量２９０のＡＸ化
ノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ樹脂Ｂ、：１４素
含有率３５重量％）、エポキシ当量４００の臭素化ビス
フェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ樹脂Ｃ１臭素含
有率５０重量％）水酸基当量１０７０ノボラツク型フエ
ノール樹脂（フェノール樹脂Ａ）、水酸基当量１２０の
グラフト化ノボラック型フェノール樹脂（フェノール樹
脂Ｂ）、水酸基尚１２４０の臭素化ポリパラオキシスチ
レン（臭素含有率５０％）、無水テトラヒドロフタル酸
、トリフェニルホスフィン硬化促進剤、三酸化アンチモ
ン、溶融シリカ粉末、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（（ｊ＝グリシドキシグロ
ビルトリメトキンシラン）を第１表に示す組成（重量部
）Ｋ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１０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
してＭＯ８型集積回路を樹脂封止した。

封止は高尚波予熱器で９０’Ｃに加熱した成形材料を１
７０℃　で２分曲モールドし、更に１８０℃で４時間ア
フターキュアすることにより行った。

以下体白 第１表 籾″ｌ−ケ白 樹脂封止したＭＯ８型集積回路の信頼性評価を実施する
前にこれらの成形材料の難燃性を評価した。離燃性の評
価はＵＬ規格９４に準拠して行いｖ−０を満足するもの
を難燃性とした。その結果を第２表に示した。

この結果、比較例２は難燃性を満足せず、献下の評価か
ら除外した。以Ｔ−弁口 評価試験１ ＋２００℃と一６５℃の２つの恒温槽を用意し、上記樹
脂封止型半導体装置各１００個を＋２００℃の恒温槽に
入れて３０分間放置した。

その後取シ出して常温中に５分間放置し、次に一６５°
Ｃの恒温槽に３０分間放置した。その後取シ出して再び
常温中に５分間放置した。

以上の操作を１サイクルとし、連続的に熱サイクル試験
を実施した。熱サイクル試験の経過に従って随時サイク
ルを中断し、樹脂封止型半導体装置の特性をテスターを
用いて測定し、不良の発生を―べた。その結果を第３表
に示した。゛不良内容はボンディングワイヤの断線また
は接触不良でおった・　収Ｔ−タ臼 メ下４１白 評価試験２ １２０°Ｃ，２気圧の水蒸気中でＩＯＶ印加しχ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ＰＣＴ）を行い、その結果を第４表に示した。

以″′Ｆ−久ｎ 〔発明の効果〕 上記本発明の目的、概要の記載および実施例において明
らかなように、本発明によって、高信頼性の樹脂封止型
半導体装置を得ぬことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はセミラック・パッケージの半導体装置の断面図
、第２図は樹脂封止された半導体装置の断面図である。 １．８・・・半導体素子　２．９・・・リードピン３．
１０・・・ボンディングワイヤ ４・・・・・・空間　５・・・・・・セミラククス６・
・・・・・金属板　７・・・・・・シール材１１・・・
・・・封止樹脂 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 （ほか１名） 第１頁の続き ■Ｉｎｔ、Ｃ１，’　識別記号　庁内整理番号０発　明
　者　木　原　尚　子　川崎市幸区ｄ所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　（ａｌエポキシ樹脂 （ｂ）１分子中に少くとも２個のツーノール性水酸基を
   有する硬化剤。また１は／および酸無水物硬化剤 （Ｃ１有機ホスフィン化合物および （ｄｉハロゲン化合物 を含むことを特徴とする難燃化された封止用エポキシ樹
   脂組成物 ２、エポキシ樹脂が、エポキシ当量１７０〜３００のノ
   ボラック型エポキシ樹脂である特許請求の範囲第１項記
   載の封止用エポキシ樹脂組成物３、硬化剤がノボラック
   型フーノール樹脂または／およびその変性物である特許
   請求の範囲第１項記載の封止用エポキシ樹脂組成物４、
   硬化剤がグラフト化されたノボラック型フーノール樹脂
   である特許請求の範囲第３項記載の封止用エポキシ樹脂
   組成物 ５、ハロゲン化合物が臭素化合物である特許請求の範囲
   第１項記載の封止用エポキシ樹脂組成物６、ハロゲン化
   合物がハロゲン化エポキシ樹脂である特許請求の範囲第
   １項記載の封止用エポキシ樹脂組成物 ７、ハロゲン化合物が臭素化ノボラック型エポキシ樹脂
   である特許請求の範囲第６項記載の封止用エポキシ樹脂
   組成物 ８、ハロゲン化合物が、ツーノール往水酸基を有する硬
   化剤のハロゲン化物または／および酸素水物硬化剤のハ
   ロゲン化物である特許請求の範囲第１項記載の封止用エ
   ポキシ樹脂組成物９、組成物中のハロゲン含有量が０．
   １〜４０重晰％の範囲内にある特許請求の範囲第１項記
   載の封止用エポキシ樹脂組成物 ＩＯ，エポキシ樹脂組成物が溶融シリカまたは／および
   結晶性シリカを含む特許請求の範囲 載の封止用エボキシ樹脂組成物 １１、半導体装置をエポキシ樹脂組成物で封止して成る
   樹脂封止型半導体装置において、該エポキシ樹脂組成物
   が （ａｌエポキシ樹脂 （ｂ）１分子中に少くとも２個のツーノール往水酸基を
   崩する硬化剤または／および酸無水物硬化剤 （Ｃ１有機ホスフ　ン化合物および （ｄｌハロゲン化合物 を含み、 （ｅｌ三酸化アンチモン を含せないことを特徴とする難燃化された樹脂封止型半
   導体装置 １２、エポキシ樹脂が、エポキシ当量１７０〜３００の
   ノボラック型エポキシ樹脂である特許請求の範囲第１１
   項記載の樹脂封止型半導体装置 １３、硬化剤がノボラック型フーノール樹脂または／お
   よびその変性物である特許請求の範囲第１１項記載の樹
   脂封止型半導体装置 １４、硬化剤がグラフト化されたノボラック型フーノー
   ル樹脂である特許請求の範囲第１３項記載の樹脂封止型
   半導体装置 １５、ハロゲン化合物が、臭素化合物である特許請求の
   範囲第１１項記載の樹脂封止型半導体装置１６、ハロゲ
   ン化合物が、ハロゲン化エポキシ樹脂である特許請求の
   範囲第１１項記載の樹脂封止型半導体装置 １７、ハロゲン化合物が、臭素化ノボラック型エポキシ
   樹脂である特許請求の範囲第１６項記載の樹脂封止部半
   導体装置 １８、ハロゲン化合物が、ツーノール注水酸基を有する
   硬化剤のハロゲン化物または／および酸無水物硬化剤の
   ハロゲン化物である特許請求の範囲第１１項記載の樹脂
   封止型半導体装置 １９、エポキシ樹脂組成物中のハロゲン化合物が０．１
   〜４０重量％の範囲内にある特許請求の範囲第１１項記
   載の樹脂封止型半導体装置 ２０、エポキシ樹脂組成物が、溶融シリカまたは／およ
   び結晶性シリカを含む特許請求の範囲第１１項記載の樹
   脂封止型半導体装置