JP2501820B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2501820B2
JP2501820B2 JP62087759A JP8775987A JP2501820B2 JP 2501820 B2 JP2501820 B2 JP 2501820B2 JP 62087759 A JP62087759 A JP 62087759A JP 8775987 A JP8775987 A JP 8775987A JP 2501820 B2 JP2501820 B2 JP 2501820B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、信頼性の優れた半導体装置に関するもの
である。
〔従来の技術〕
トランジスタ,IC,LSI等の半導体素子は、通常セラミ
ツクパツケージもしくはプラスチツクパツケージ等によ
り封止され半導体装置化されている。上記セラミツクパ
ツケージは、構成材料そのものが耐熱性を有し、しか
も、透湿性が小さいうえに中空パツケージであるため、
耐熱性、耐湿性に優れた封止が可能である。しかし、構
成材料が比較的高価であることと、量産性に劣る欠点が
ある。
したがつて、これまでは上記プラスチツクパツケージ
を用いた樹脂封止が主流として行われている。この種の
樹脂封止には、エポキシ樹脂組成物が使用されている。
上記エポキシ樹脂組成物は安価であり量産性にも優れて
いるが、封止樹脂自体が吸水性を有しており、また、イ
オン性不純物を含むこと、さらに、封止樹脂と半導体素
子とが直接接触するため、得られる半導体装置の耐湿性
に問題を生じている。エポキシ樹脂組成物は上記のよう
な難点を有しているが、これらの点に関しては、上記エ
ポキシ樹脂組成物に使用される原料の不純物イオンを低
減させたり、また、吸水率を低減させたりすることが行
われ、従来のIC,LSIでは、充分信頼性を備えるようにな
つている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、半導体分野の技術革新はめざましく、
最近では集積度の向上に伴い配線の微細化が進む一方、
半導体を用いた製品の使用環境が厳しくなる傾向があ
り、今まで以上の耐湿信頼性が要求されるようになつて
いる。このような要求に応える一つの方法として、イオ
ントラツプ剤を使用する方法がある。上記イオントラツ
プ剤としては、カチオンを捕捉するものとアニオンを捕
捉するものとがある。そしてカチオントラツプ剤は半導
体装置におけるアルミニウム配線の陰極側の腐食の抑制
効果を有し、アニオントラツプ剤は陽極側の腐食を抑制
する効果を有している。しかしながら、上記イオントラ
ツプ剤を使用して耐湿信頼性の向上を図る場合には、ア
ニオンおよびカチオンの双方のトラツプ剤を使用する必
要がある。片方だけを単独で使用する場合には、アニオ
ンおよびカチオンのうちのいずれか一方のイオンが捕捉
されずに残ることとなり、その残存イオンによつて、ア
ルミニウム配線の陰極側もしくは陽極側の腐食が起こ
り、結局、耐湿信頼性の向上効果が得られなくなる。し
かしながら、従来では、このようなアニオンおよびカチ
オンの双方のイオンを捕捉し、かつその使用によつて何
ら弊害を生じないというようなものが見いだされていな
いのが実情である。
この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、
他の諸特性を損なう事なく、半導体装置の耐湿信頼性を
大幅に向上させることをその目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、この発明の半導体装置
は、下記(A)〜(D)成分を含有するエポキシ樹脂組
成物を用いて、半導体素子を封止するという構成をと
る。
(A)エポキシ樹脂。
(B)ノボラック型フエノール樹脂。
(C)ハイドロタルサイト類化合物。
(D)Sb2O5・4H2O。
すなわち、本発明者らは、使用により何ら弊害を生じ
ず、しかも、それぞれアニオン,カチオンに対する良好
な捕捉性能を発揮しうるトラツプ剤を求めて一連の研究
を重ねた。その結果、アニオントラツプ剤としてハイド
ロタルサイト類化合物を用い、かつカチオントラツプ剤
としてSb2O5・4H2Oを用い、この両者を組み合わせて使用
すると、所期の目的を達成しうることを見いだしこの発
明に到達した。
この発明は、エポキシ樹脂(A成分)とノボラツク型
フエノール樹脂(B成分)とハイドロタルサイト類化合
物(C成分)とSb2O5・4H2O(D成分)とを用いて得られ
るものであつて、通常、粉末状もしくはそれを打錠した
タブレツト状になつている。
このようなエポキシ樹脂組成物は、特に上記C,D成分
の使用により、耐湿信頼性の極めて優れたプラチツクパ
ツケージになりうるものであり、その使用によつて信頼
度の高い半導体装置が得られるものである。
上記エポキシ樹脂組成物のA成分となるエポキシ樹脂
は、1分子中に平均2個以上のエポキシ基を有するエポ
キシ化合物であれば特に制限するものではない。すなわ
ち、従来の半導体装置の封止樹脂の主流であるノボラツ
ク型エポキシ樹脂、あるいはその他ビスフエノールAの
ジグリシジルエーテルやその多量体であるエピビス型エ
ポキシ樹脂、ビスフエノールF型エポキシ樹脂、脂環式
エポキシ樹脂も使用可能である。この中で好適なノボラ
ツク型エポキシ樹脂としては、通常エポキシ当量160〜2
10,軟化点50〜130℃のものが用いられ、特にクレゾール
ノボラツク型エポキシ樹脂としては、上記エポキシ当量
180〜210,軟化点60〜110℃のものが一般に用いられる。
上記A成分のエポキシ樹脂とともに用いられるB成分
のノボラツク型フエノール樹脂は、上記エポキシ樹脂の
硬化剤として作用するものであり、フエノールノボラツ
ク,クレゾールノボラツクやその他アルキル基をフエノ
ール部に付加したアルキル化フエノールノボラツク等が
好適に用いられる。これらのなかでも水酸基当量が100
〜130,軟化点が50〜135℃、好ましくは70〜90℃のもの
を用いることが好ましい。
上記A成分のエポキシ樹脂とB成分のノボラツク型フ
エノール樹脂との配合比は、上記エポキシ樹脂中のエポ
キシ基1当量当たりフエノール樹脂中の水酸基が0.8〜
1.2当量となるように配合することが好適である。この
当量比が1に近いほど好結果が得られる。
また、上記A成分のエポキシ樹脂とB成分のノボラツ
ク型フエノール樹脂とともに用いられるC成分のハイド
ロタルサイト類化合物は、エポキシ樹脂組成物中に不純
物イオンとして存在するクロルイオンあるいはブロムイ
オン等のアニオンを有効にトラツプする成分である。ハ
イドロタルサイト類化合物は、下記の式で表される。
MgxAly(OH)2x+3y-2z(CO3)z・mH2O その一例として、協和化学工業社製,KW−2000があげ
られる。
さらに、上記A成分のエポキシ樹脂、B成分のフエノ
ール樹脂およびC成分のハイドロタルサイト類化合物と
ともに用いられるSb2O5・4H2Oはエポキシ樹脂組成物中に
存在するナトリウムイオン等のカチオンを有効にトラツ
プする成分である。このSb2O5・4H2Oとしては、例えば、
東亜合成社製,AK−300があげられる。
上記C成分のハイドロタルサイト類化合物の含有量
は、A成分のエポキシ樹脂とB成分のノボラツク型フエ
ノール樹脂の合計量の1重量%(以下「%」と略す)以
上10%以下に設定することが好適である。より好適なの
は1%以上7%以下である。すなわち、上記C成分の添
加量が1%を下まわると、イオントラツプ効果が殆どみ
られなくなり、逆に10%を上まわると、耐湿信頼性およ
び電気的特性に悪影響を与える傾向がみられるからであ
る。そして、上記D成分であるSb2O5・4H2Oの添加量は、
A成分のエポキシ樹脂とB成分のノボラツク型フエノー
ル樹脂の合計量の1%以上10%以下に設定することが好
適であり、より好適なのは1%以上7%以下である。す
なわち、B成分の添加量が1%を下まわると、やはりイ
オントラツプ効果が殆どみられなくなり、逆に10%を上
まわると、耐湿信頼性および電気的特性に悪影響を与え
る傾向がみられるからである。また、C成分のハイドロ
タルサイト類化合物とD成分のSb2O5・4H2Oの合計量が、
A成分のエポキシ樹脂とB成分のノボラツク型フエノー
ル樹脂の合計量の15%以下になるように設定することが
好適であり、特に10%以下になるようにすることが好結
果をもたらす。すなわち、合計量が15%を上まわると、
封止樹脂の耐湿信頼性以外の諸特性に悪影響が現れる傾
向がみられるからである。
また、この発明では、上記A成分、B成分、C成分お
よびD成分以外に必要に応じて硬化促進剤、充填剤、離
型剤等を用いることができる。硬化促進剤としてはフエ
ノール硬化エポキシ樹脂の硬化反応の触媒となるものは
全て用いることができ、例えば、2−メチルイミダゾー
ル、2,4,6−トリ(ジメチルアミノメチル)フエノー
ル、1,8−ジアゾビシクロ〔5,4,0〕ウンデセン、トリフ
エニルホスフイン等をあげることができる。充填剤とし
ては、石英ガラス粉、タルク粉等をあげることができ
る。また、離型剤としては従来公知のステアリン酸、パ
ルミチン酸等の長鎖カルボン酸、ステアリン酸亜鉛、ス
テアリン酸カルシウム等の長鎖カルボン酸の金属塩、カ
ルナバワツクス、モンタンワツクス等のワツクス類等を
用いることができる。
この発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、例えば、つ
ぎのようにして製造することができる。すなわち、エポ
キシ樹脂(A成分)とノボラツク型フエノール樹脂(B
成分)とハイドロタルサイト類化合物(C成分)とSb2O
5・4H2O(D成分)および必要に応じて硬化促進剤,充填
剤,離型剤を配合し、常法に準じてドライブレンド法ま
たは、溶融ブレンド法を適宜採用して混合,混練するこ
とにより製造することができる。
なお、上記製造過程において、予めエポキシ樹脂(A
成分)もしくはノボラツク型フエノール樹脂(B成分)
にハイドロタルサイト類化合物(C成分)を溶融混合し
た後、粉砕し、これを用い、上記と同様、他の原料を配
合し、ドライブレンドまたは溶融ブレンドすることによ
り製造することも可能である。
このようにして得られたエポキシ樹脂組成物には、イ
オントラツプ剤として上記C成分およびB成分が含有さ
れており、したがつて、その硬化物中には、アニオンお
よびカチオンが極めて少なくなつている。これは、例え
ば、上記エポキシ樹脂組成物硬化物5gをイオン交換水50
ml中に添加し、これをプレツシヤークツカー容器に入
れ、160℃,100時間,2気圧の条件で抽出を行つた場合
に、水中のクロルイオンが50ppm以下、ナトリウムイオ
ンが10ppm以下であり、その電気伝導度が90μs/cm以
下、pHが3.5〜5.0であることによつて立証される。
このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体封止
は特に限定されるものではなく、例えば、トランスフア
ー成形等の公知のモールド方法により行うことができ
る。
このようにして得られる半導体装置は、極めて優れた
耐湿信頼性を有している。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明の半導体装置は、アニオント
ラツプ剤としてハイドロタルサイトを、カチオントラツ
プ剤としてSb2O5・4H2Oを含む特殊なエポキシ樹脂組成物
によつて封止されており、その封止プラスチツクパツケ
ージにおいてアニオン,カチオンの双方が上記トラツプ
剤に捕捉されるため、耐湿信頼性が極めて高い。特に上
記特殊なエポキシ樹脂組成物による封止により、超LSI
の封止に充分対応でき、素子上のAl配線が2μm以下の
特殊な半導体装置を、高温高湿下の厳しい条件下に曝し
ても、高い信頼性が得られるようになるのでありこれが
大きな特徴である。
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
〔実施例1〜7〕 後記の第1表にしたがつて、各原料を配合し、ミキシ
ングロール機(ロール温度100℃)で10分間溶融混練を
行い、冷却固化後粉砕を行つて目的とする微粉末状のエ
ポキシ樹脂組成物を得た。
第1表において、イオントラツプ剤を添加したエポキ
シ樹脂ないしはフエノール樹脂は後記の第2表に示すよ
うに、溶融したエポキシ樹脂ないしはフエノール樹脂に
イオントラツプ剤を添加し、所定時間混合することによ
つて製造したものである。
〔比較例1〜6〕 後記の第3表に従つて各原料を配合し、ミキシングロ
ール機(ロール温度100度)で10分間溶融混練を行い、
冷却固化後粉砕を行つて微粉末状のエポキシ樹脂組成物
を得た。ここで比較例1(以下ベース1と示す)と比較
例2(以下ベース2と示す)の抽出水の不純物クロルイ
オン,ナトリウムイオン量および電気伝導度、pHは第3
表に示したとおりであり、以下比較例3〜6および上記
実施例1〜7はこのベース1およびベース2の樹脂にイ
オントラツプ剤を添加した組成となつている。
以上の実施例および比較例によつて得られた微粉末状
のエポキシ樹脂組成物を用い、温度175℃,圧力50kg/cm
2,成形時間120secの条件下で半導体素子をトランスフ
アーモールドすることにより半導体装置を得た。このよ
うにして得られた半導体装置について、121℃、2気圧
の条件下で10ボルトのバイアスを印加してプレツシヤー
クツカーバイアステスト(以下「PCBT」と略す)を行つ
た。その結果は第4表のとおりである。
第4表の結果から、実施例品はPCBTにおいて陽極およ
ひ陰極腐食の寿命が両方そろつて著しく長くなつてい
る。すなわち、耐湿信頼性が比較例品に比べて著しく向
上していることがわかる。
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 秀人 茨木市下穂積1丁目1番2号 日東電気 工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−19625(JP,A) 特開 昭61−278155(JP,A) 特開 昭62−519(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記(A)〜(D)成分を含有するエポキ
    シ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止してなる半導体
    装置。 (A)エポキシ樹脂。 (B)ノボラツク型フエノール樹脂。 (C)ハイドロタルサイト類化合物。 (D)Sb2O5・4H2O。
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