JPS607153A - エポキシ樹脂組成物封止型半導体装置 - 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、耐湿性及び耐蝕性にすぐれたエポキシ樹脂組
成物封止型半導体装置に関するものである０ 近年、トランジスタ素子やＩＣなどの半導体素子は、エ
ポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いて封止することが
広く採用されている。これは、従来の金属やセラミック
ス材料を用いるハーメチックシール方式に比べ、封止操
作が簡単で、さらに、経済性があるなどの利点があるた
めである。しかし、その反面、樹脂封止は、ハーメチッ
クシール方式に比べ、高温高湿時に信頼性が劣るという
欠点がある。

すなわち、高温高湿時に信頼性が劣る理由としては、次
の様に考えられる。封止した樹脂とリードフレーム等と
の界面に浸透した水分は、ワイヤー等との界面を伝わっ
て、さらに半導体素子表面と樹脂との界面に透過して、
アルミニウムなどの金属電極等を腐食、劣化させる。ま
た、エポキシ樹脂成形体は、それ自体に透水性があり、
さらに、充てん剤と樹脂との界面からも水分は、浸透し
、これらは、成形体のバルク側からの水分として半導体
表面にまで浸透して腐食を起こす。また、その際、水分
は、エポキシ樹脂成形体中に含まれるＮａ＋やＣＪ−な
どの腐食性のイオン性不純物を溶解し、半導体素子表面
まで運び金属の腐食を促進させる。このイオン性不純物
は、エポキシ樹脂などの製造中に生成または混入するも
のであるが、これらを完全に除くことは工程上難しい。

これらの腐食性のイオン性不純物の他に、エポキシ樹脂
には、加水分解性の塩素が、イオン性不純物の塩素の１
０〜１０００倍程度存在している。これらは、水分の浸
透だけでは容易ｌこ脱離しないが、熱の作用でイオン化
して溶出するので、これも金属電極等の腐食の一因とな
っている。

この様に、エポキシ樹脂封止方式には、耐湿性、耐食性
に問題があるので、現在までに樹脂封止の信頼性を上げ
るため、様々な試みがなされてきた。

例えば、不純物の少ない、樹脂組成物の材料を選択する
とか（！侍開昭５６−２６９２６号）、成形体の耐湿耐
食性を向上させるような硬化促進剤を検討する吉か（特
開昭５６−１５８４６１号）、樹脂組成物に腐食抑制剤
を加える（特開昭５６−７２０４５号、特開昭５６−７
２０４６号、特開昭５６−１０４９２６号）などが挙げ
られる。

これに対して、本発明者らは、エポキシ樹脂組成物によ
って封止した半導体装置の電子部品の耐湿信頼性を向上
させるため様々な検討をしてきた。

その中で、特に、耐湿信頼性の大きな因子である、リー
ドフレームや半導体素子表面などの被着体と樹脂との界
面の密着性、および耐水性の向上について検討した。

また、金属や無械物と樹脂の界面の補強にカップリング
剤を用いることは知られており、エポキシ樹脂組成物に
も通常添加されている。本発明者らは、カップリング剤
の中でも、特に無機物や金属との接着性が良好なシラン
カップリング剤ζこついて種々検討した。そして、その
結果、ウレイド基を持つシランカップリング剤（以下ウ
レイドシランカップリング剤と呼ぶ）を円ポキシ樹脂組
成物に添加１〜、これによって、リードフレームやチッ
プ表面の金属電極等の被着体表面にアルミニウム及びア
ルミニウムを主成分とする合金を用いた半導体装置など
の電子部品を封止すると、他のシランカッシリング剤に
比べ、著しく耐湿信頼性が向上することを発見した。つ
まり前記のウレイドシランカップリング剤を添加すると
、高温、高圧水蒸気中の耐湿試験においても、アルミニ
ウム電極の腐食による断線などの不良発生が従来の発明
（６） よりも大幅に低減および抑制され、長時間に亘って所要
の性能を維持、発揮させることができる。

この効果は、ウレイドシランカップリング剤をエポキシ
樹脂組成物に添加すると、被着体の表面がアルミニウム
またはアルミニウムを主成分とする合金に対しては、界
面の接着性と耐水性が、他のシランカップリング剤より
、大幅に向上したためであることが、本発明者らの実験
によって確認された。つまり、このことから、封止材と
被封止材にこれらの組合せを持つ半導体装置などの電子
部品は、その界面への水分の浸透が大幅に低減され、高
度な耐湿信頼性を有することがわかる。

本発明は、封止材として、エポキシ樹脂、硬化剤および
無機光てん剤を主成分とする組成物にウレイドシランカ
ップリング剤を添加したエポキシ樹脂組成物を用い、半
導体装置の、たとえは、リードフレーム、ワイヤーある
いは素子表面の金属電極など樹脂と接触する金属部分に
アルミニウムオたはアルミニウムを主成分とする合金を
用いて封止することにより、高度な耐湿信頼性を有する
（４） エポキシ樹脂組成物封止型半導体装置を提供するもので
ある。すなわち、本発明は、樹脂組成物と接触する金属
部品をアルミニウム及び／又はアルミニウム合金とした
半導体装置を封止したエポキシ樹脂組成物封止型半導体
装置において、ウレイド基を有するシランカップリング
剤をエポキシ樹脂、硬化剤及び無機光てん剤を主成分と
する組成物に添加したことを特徴とする。

本発明に用いるエポキシ樹脂は、その分子中にエポキシ
結合を少なくとも２個以上有するものであれば、分子構
造、分子量などに特に制限はない。

例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノ
ボラック型エポキシ樹脂、タレゾールノボラック型エポ
キシ樹脂などが挙げられるが、その際、不純物や加水分
解性塩素の少ないものが望ましい。

次に、硬化剤としては、例えば、フェノールノボラック
樹脂やタレゾールノボラック樹脂などのフェノール系硬
化剤、アミン系硬化剤、あるいは酸無水物硬化剤などが
挙げられる。これらの使用量については、特に、制限は
ないが、エポキシ基と硬化剤の化学量論量を加えること
が必要である。

また、無機充てん剤としては、例えば、結晶質シリカ、
溶融シリカ、ケイ酸カルシウム、アルミナ、炭酸カルシ
ウム、タルク、硫酸バリウムなどの粉体か、あるいはガ
ラス繊組などが挙げられるが、通常は、結晶質シリカか
溶融シリカが用いられる。これらの無機充てん剤の全体
に対する配合比は、選択する上記の樹脂分によっても違
うが、一般に樹脂分１００重量部に対して１５０〜４５
０重量部程度でよい。１５０重量部未満だと熱膨張率、
成形収縮率が犬となり、また熱伝導率も低く、４５０重
量部越えると流動性低下、金型摩耗が大きくなる欠点が
ある。

次に、本発明のウレイドシランカップリング剤は、ウレ
イド基を持つシランカッシリング剤の全てをさし、特に
制限はない。例えば、ウレイドプロピルトリエトキシシ
ラン、ウレイドゾロピルトリメトキシシラン、ウレイド
プロビルジエトキシシラン、ウレイドブロールジメトキ
シシランなどが挙げられる。これらのウレイドシランカ
ップリング剤は、１種または２種以上の混合系を用いて
もよい。その添加配合量は、エポキシ樹脂１００重量部
に対して０゜０５〜１５重量部、好ましくは０．１〜１
０重量部である。添加量が０．０５重量部未満では、耐
湿性向上の効果が認められず、また、１５重量部を越え
ると成形性や高温特性、耐湿性に悪影響を与える。

本発明においては前記ウレイドシランカップリング剤と
ともに、他のシランカッシリング剤を併せて用いるこさ
もできる。他のシランカップリング剤としては、例えば
アミノ基、メタアクリロキシ基、メルカプト基、エポキ
シ基あるいはビニル基を有するものを挙げることができ
る。２種以上のシランカップリング剤を併用する場合、
その全使用量は、エポキシ樹脂１００重量部に対して、
０．０５〜１５重量部とするのが好ましく、また、併用
シランカッシリング剤中のウレイドシランカップリング
剤の使用量は、少なくとも０．０５重量部と、するのが
好ましい。

（７） その他必要に応じて加えられる任意成分としては、例え
ば、イミダゾール類、トリフェニルフオスフイキおよび
その誘導体あるいはシアずビシク臭素化エポキシ樹脂や
三酸化アンチモンなどの難゛燃化剤、カーボンブラック
などの顔料、モンタナワックスやカルナバワックスなど
の離型剤、シリコーン化合物などの可とう性付与剤が挙
げられる。

本発明に係るエポキシ樹脂組成物の製造は、所定の組成
比の原料をミキサーなどによって充分混合後、さらに熱
ロールやニーダ−などによる溶融混合処理を加え、冷却
後粉砕することによって容易に行なえる。

次に、本発明の樹脂組成物と接触する金属部品は、アル
ミニウム及び／又はアルミニウム合金である。アルミニ
ウム合金としては、軽金属協会編の「アルミニウムハン
Ｙブック」第１２２５〜１２２６頁各表に示される例え
ば、２８　、３８　。

１４８．１７ｓ、２４ｓ、５２ｓ及び５６Ｓ等があげら
れる。

（８） 以下本発明を実施例により詳Ｉｖａ？こ説明する。

４、実施例１〜５ エポキシ当量２６０のクレゾールノボラック樹脂８５重
量部に対し、臭素化エポキシ樹脂１５重量部、フェノー
ルノボラック樹脂５０重量部、２−ウンデシルイミダゾ
ール５重量部、カルナバワックス２゜５重量部、カーボ
ンブラック１重量部、三酸化アンチモン１０重量部、結
晶質シリカ３５０重量部からなる組成物に、ウレイドシ
ランカップリング剤のうちから、第１表に示す割合で、
それぞれ加えた後、ミキサーで混合し、熱ロールで混練
り後、冷却して粉砕し１５種類の成形材料を製造した。

次の実際の被着体部分にアルミニウム及びアルミニウム
を主成分とした合金を用いた半導体装置などの電子部品
を封止した場合に近い状態での耐水性の加速テストを行
なうため次のようなテストをした。つまり、これらの樹
脂組成物を用いて、トランスファー成形法で対向するア
ルミニウム線の電極を有する素子を封止し、そしてこの
封止すンゾルについて、温度１２５°０．２．５気圧の
水蒸気加圧下で、時間の経過によるアルミニウム線のオ
ープン不良を各サンプルについて測定することによって
、被評価個数３０個中から１５個の不良が生じる５０％
オープン不良時間をめ、耐湿性を評価した。またその際
、他の被着体の材質をアルミニウムと他の通常用いられ
ている金属とにした時の、耐湿性の違いを調べるため、
チップをのセルリードフレームの材質として、ニッケル
合金ロイにアルミニウムメッキしたもの、あるいはアル
ミニウムなどを用い、さらに、リードフレームと評価チ
ップのパッドを結ぶ線としては、金とアルミニウムなど
を用いて、それぞれについて、耐湿性を評価した。この
結果を第１表に示す。

さらに各樹脂組成物によって、被着体の金属としてアル
ミニウム及びアルミニウムを主成分とした合金を用いた
半導体装置の電子部品を封止した際、アルミニウム表面
と樹脂との界面がとれくらいの耐水性と接着性を有して
いるのかを調べるため、次のような、界面の耐水性テス
トと接着性テストを行なった。

１、　インク浸透時間：各樹脂組成物を用いて、アルミ
ニウム片（０，１ｘ　Ｏ，５Ｘ　１０ＣＩｒＬ）をトラ
ンスファー成形法によって封止し、そしてこの封止サン
プルを赤インク中で、１５０°Ｃで煮沸し、時間の経過
によるアルミニウム片と樹脂上の界面へのインクの浸透
性を測定することによって、界面に０．５　Ｃ７ｒＬ赤
インクが入る時間をめ、これから、界面の耐水性を比較
した。評価結果を第１表に示す。

２、剥離強度：各樹脂組成物をアルミニウム箔（厚み０
．０１ＣｆＩＬ、幅２．５園、長さ１０鑵）の上に成形
し、このサンプルからアルミニウム箔をＴ字剥離して剥
離強度を測定するこ吉によって、樹脂とアルミニウム箔
の界面の接着性を比較した。評価結果を第１表に示す。

、ｒ　Ｉ　’Ｓ　−Ｃ６４８１に準拠 なおインク浸透時間及び剥離強度の測定中、（−）は、
同上と数値が同一である。

５、比較例１〜７ 比較例として、上記エポキシ樹脂組成物に、これらのウ
レイドシランカップリング剤を加えないもの、またウレ
イド基の代りに、エポキシ基、メルカプト基、メタアク
リロキシ基、アミノ基、あるいはビニル基を有するシラ
ンカップリング剤を第２表に示す様な割合でそれぞれ加
えたものについて、実施例と同様な方法で、サンプルを
製造し、それらを評価した。結果を第２表に示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 樹脂組成物と接触する金属部品をアルミニウム及び／又
   はアルミニウム合金とした半導体装置を封止したエポキ
   シ樹脂組成物封止型半導体装置において、ウレイド基を
   有するシランカップリング剤をエポキシ樹脂、硬化剤及
   び無機光てん剤を主成分とする組成物に添加したことを
   特徴さするエポキシ樹脂組成物封止型半導体装置。