JP2574434B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高温高湿雰囲気中においても優れた信頼
性を保持する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、一般にエポ
キシ樹脂組成物を用い、トランスフアー成形等によつて
樹脂封止され半導体装置化されている。しかしながら、
半導体分野の技術革新によつて集積度の向上とともに、
例えば表面実装型パツケージも小形化，薄形化する傾向
にあり、これに伴つて封止樹脂であるエポキシ樹脂組成
物により以上の信頼性、特に耐湿信頼性および高温での
保存信頼性が要求されるようになつてきた。

すなわち、半導体装置は高温高湿雰囲気下で使用また
は保存される場合があり、そのような条件下においても
高品質が保証されなければならない。そのため、例えば
耐湿性の信頼性評価試験として、121℃または135℃とい
つた高温下ならびに100％または85％といつた高湿下に
樹脂封止された半導体装置を放置して、その特性劣化を
評価する加速試験（プレツシヤークツカーテスト）が行
われたり、さらに上記条件に電圧を印加して加速性を高
めた試験（プレツシヤークツカーバイアステスト）が行
われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような高温高湿雰囲気下に半導体装置を放置した
場合、水分が外部雰囲気から封止樹脂層を通つて、ある
いは封止樹脂とリードフレームとの界面を通つて内部に
侵入し、半導体素子表面にまで到達することがある。そ
して、上記侵入した水分と封止樹脂中に存在する各種不
純物の作用により、半導体素子表面のアルミニウム電極
や配線が腐食し不良品を生じたり、上記のように電圧を
印加した場合、さらにその電気化学的作用により腐食が
促進され不良品が発生するという問題を有している。こ
のような上記腐食を誘発する不純物としては、特に塩素
イオン，臭素イオン等のハロゲンイオンがあげられる。
上記ハロゲンイオンは、エポキシ樹脂の製造工程上特に
含有され易いものであることから、これを低減させる方
法が検討されており、最近では不純物の含有割合の低い
ものが得られるようになつてきている。しかしながら、
不純物が全く含有されていないものを作製することは不
可能である。一方、先に述べたように半導体の集積度が
向上し、パツケージの小形化，薄形化が増加する傾向に
あることから、それに伴つて半導体装置の電極や配線が
増加することになり、水分の内部侵入の経路が短くなる
ため、不良品の発生する可能性が高くなる。このため、
高温高湿雰囲気中においても、高い信頼性を奏する半導
体装置の開発が望まれている。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、
耐湿信頼性および高温雰囲気中に長時間放置しても優れ
た耐湿信頼性を有する半導体装置の提供を目的とする。

〔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、下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含み、Ｃ成分とＤ成分
の重量基準の混合割合C/Dが95/5〜40/60になるように設
定され、かつＣ成分とＤ成分の配合量（Ｃ＋Ｄ）がＢ成
分100重量部に対して0.5〜10重量部の配合割合になるよ
うに設定されてい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）ノボラツク型フエノール樹脂。

（Ｃ）有機ホスフイン化合物。

（Ｄ）硼酸。

〔作用〕

すなわち、本発明者らは、高温高湿雰囲気中に長時間
放置しても優れた耐湿信頼性を有する封止樹脂を得るた
めに一連の研究を重ねた結果、有機ホスフイン化合物で
ある有機リン化合物と硼酸とを組み合わせ、これを硬化
促進剤として用いると、高温高湿雰囲気中に長時間放置
しても、水分が封止樹脂層等を通つて半導体装置の内部
に侵入しなくなり、高温高湿下での放置においても優れ
た信頼性が得られるようになることを見出しこの発明に
到達した。

この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物は、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、有機ホスフイン化合物（Ｃ成分）と、硼酸
（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。

上記Ａ成分となるエポキシ樹脂は、１分子中に２個以
上のエポキシ基を有する化合物であれば特に制限するも
のではなく、例えばビスフエノールＡ型エポキシ樹脂，
各種フエノール類からなるノボラツク型エポキシ樹脂等
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，グリシジルアミン型エポキシ樹
脂，線状脂肪族エポキシ樹脂，環状脂肪族エポキシ樹
脂，あるいは上記エポキシ樹脂に塩素，臭素等のハロゲ
ンを導入したハロゲン化エポキシ樹脂等があげられ、単
独でもしくは併せて用いられる。なかでも、ノボラツク
型エポキシ樹脂を用いることが好ましく、特にエポキシ
当量が170〜300,軟化点が60〜110℃のものが好適に用い
られる。

また、上記Ａ成分のエポキシ樹脂としては、イオン性
不純物や分解等によりイオン性不純物を発生し易い成分
の含有割合の低いものを用いるのが好ましく、例えばこ
れらのエポキシ樹脂における遊離のNaイオンやClイオン
の含有割合は10ppm以下、加水分解性ハロゲンイオンの
含有割合は0.1重量％以下に設定することが好ましい。
すなわち、ハロゲンイオンの含有量が上記の範囲を外れ
ると、腐食による素子の不良が発生し易くなる傾向がみ
られるからである。

上記Ｂ成分のノボラツク型フエノール樹脂は、 上記Ａ成分の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，クレゾール，ビスフエノールA,
レゾルシノール等のフエノール系化合物とホルムアルデ
ヒド等とを酸性触媒下で縮合させて得られる樹脂であ
り、水酸基当量が100〜150,軟化点が60〜110℃程度のも
のを用いることが好ましい。また、上記のようにして得
られるノボラツク型フエノール樹脂としては、樹脂中の
未縮合のフエノール系化合物の含有割合がノボラツク型
フエノール樹脂中１重量％（以下「％」と略す）以下の
ものを用いることが好ましい。さらに、Naイオン,Clイ
オン，その他のイオン性不純物の含有割合の少ないもの
を用いることが信頼性向上効果の点で好ましい。

上記Ａ成分のエポキシ樹脂に対するＢ成分のノボラツ
ク型フエノール樹脂の配合割合は、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
0.5〜2.0当量、好ましくは0.8〜1.2当量となるように配
合することが好適である。

上記Ｃ成分の有機ホスフイン化合物としては、第一，
第二および第三ホスフイン化合物があげられ、なかでも
第三ホスフイン化合物を用いるのが好ましい。上記第三
ホスフイン化合物としては、トリフエニルホスフインに
代表されるトリアリルホスフイン化合物がその安定性が
良好であることから好適に用いられる。

上記Ｄ成分の硼酸としては、通常、オルトホウ酸，メ
タホウ酸および四ホウ酸等があげられる。

上記Ｃ成分の有機ホスフイン化合物とＤ成分の硼酸
は、硬化促進剤として作用するものであり、上記二成分
を予め混合して用いるのが好ましい。この場合のＣ成分
の有機ホスフイン化合物（Ｘ）とＤ成分の硼酸（Ｙ）の
混合比（重量基準）は、X/Y＝95/5〜40/60になるように
設定する必要がある。すなわち、上記範囲外であると、
耐湿性の向上効果がみられなかつたり、封止樹脂の硬化
性が低下したりするからである。

そして、上記硬化促進剤として用いられるＣ成分の有
機ホスフイン化合物とＤ成分の硼酸の混合物の配合量
は、硬化剤であるＢ成分のノボラツク型フエノール樹脂
100重量部（以下「部」と略す）に対して0.5〜10部の配
合割合に設定する必要があり、好適には1.0〜4.0部であ
る。すなわち、上記Ｃ成分およびＤ成分の混合物の配合
量が、0.5部を下回ると封止樹脂の硬化速度が遅くな
り、その結果成形作業性や硬化物特性が低下してしま
い、逆に10部を超えると封止樹脂の硬化速度が速くなり
過ぎて樹脂封止の際に未充填部分が発生し、それが原因
で成形不良が生じたり、樹脂封止時に封止樹脂の一部が
ゲル化する等の問題を生じるからである。

また、この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物に
は、上記（Ａ）〜（Ｄ）成分以外にも、必要に応じて従
来より用いられているその他の添加剤を適宜配合するこ
とができる。

上記その他の添加剤としては、例えば無機質充填剤，
難燃剤，シランカツプリング剤のような無機質充填剤の
表面処理剤，離型剤，顔料等があげられる。

上記無機質充填剤としては、シリカ，アルミナ，タル
ク，クレー，ガラス繊維等があげられる。なかでも、溶
融性もしくは結晶性のシリカを用いることが好ましく、
なかでも、特に粒径が150μｍ以下,50〜150μｍのもの
を無機質充填剤中10％以下の割合で含有されたものが好
適に用いられ、エポキシ樹脂組成物全体に対する無機質
充填剤の配合割合は、30〜80％の範囲内に設定するのが
好ましい。

上記難燃剤としては、酸化アンチモン，ハロゲン化
物，リン化合物等があげられる。

この発明に用いられ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、上
記Ａ〜Ｄ成分原料ならびに上記その他の添加剤を適宜配
合し、これをミキサー等により充分混合し、この混合物
を熱ロール機等によつて溶融混練したり、また連続的に
押出機に掛けて加熱混合押し出し方法を行い、これを室
温に冷却した後公知の手段により粉砕し、必要に応じて
打錠するという一連の工程により、目的とするエポキシ
樹脂組成物を製造することができる。なお、上記配合に
先立つて、予めＤ成分の硼酸をメタノール等の溶剤に溶
解させ加熱溶融したノボラツク型フエノール樹脂に混合
した後溶剤を除去したり、あるいはノボラツク型フエノ
ール樹脂を加熱しながら充分に時間をかけて硼酸を溶解
させるのが好ましい。すなわち、エポキシ樹脂組成物を
均一に硬化させるためには、硬化促進剤が均一に混合さ
れている必要があるが、Ｄ成分の硼酸は樹脂に対する溶
解性が低く、上記成分原料の溶融混練時には、充分に溶
解混合するのが困難であり、さらに長時間混合を行つた
場合、ゲル化が生じるからである。また、Ｃ成分の有機
ホスフイン化合物は、樹脂に対する溶解性が高いため、
上記硼酸の場合のように予め有機ホスフイン化合物をＢ
成分のノボラツク型フエノール樹脂に溶解させても、さ
せなくてもどちらでもよい。

このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子
の封止は、特に制限するものではなく、通常のトランス
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、高温高湿放置
時における耐湿信頼性に優れている。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の半導体装置は、硬化促進剤
として有機ホスフイン化合物（Ｃ成分）と、硼酸（Ｄ成
分）とを含む特殊なエポキシ樹脂組成物を用いて封止さ
れており、その封止樹脂が上記Ｃ成分およびＤ成分の作
用によつて、高温高湿雰囲気中に長時間放置しても水分
の侵入が防止されるため、高温高湿放置時における優れ
た耐湿信頼性を有している。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜４、比較例１〜４〕 後記の第１表に示すような原料を準備し、まず、硬化
促進剤として用いられるトリフエニルホスフインおよび
硼酸を予め150〜160℃に加熱溶融されたノボラツク型フ
エノール樹脂に同表に示す割合で配合し充分溶解して冷
却した後粉砕した。この粉砕物と残りの原料を同表に示
す割合で配合し、加熱ロール機で混練して冷却した後粉
砕し目的とする粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。な
お、第１表中のシランカツプリング剤としては、γ−グ
リシドキシプロピルトリメトキシシランを用いた。

つぎに、上記のようにして得られた粉末状エポキシ樹
脂組成物を用いて、170℃×２分間の条件により、表面
にアルミニウム配線を蒸着したシリコンチツプからなる
半導体素子をトランスフアー成形により封止し、16ピン
DIP型の半導体装置を得た。さらに、得られた半導体装
置を170℃×５時間の条件でアフターキユアーした。こ
の半導体装置を、130℃,85％RH槽中で20Vの電圧を印加
して、アルミニウムの腐食による断線不良を調べる耐湿
信頼性試験＜プレツシヤークツカーバイアステスト（PC
BTテスト）＞を行いその結果を下記の第２表に示した。

上記第２表の結果から、実施例品は比較例品に比べ
て、長時間におけるPCBTテストの結果が優れていること
から高温高湿雰囲気下における耐湿信頼性が著しく向上
していることがわかる。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含み、Ｃ成分
   とＤ成分の重量基準の混合割合C/Dが95/5〜40/60になる
   ように設定され、かつＣ成分とＤ成分の配合量（Ｃ＋
   Ｄ）がＢ成分100重量部に対して0.5〜10重量部の配合割
   合になるように設定されてい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）有機ホスフイン化合物。 （Ｄ）硼酸。
2. 【請求項２】Ｃ成分の有機ホスヒイン化合物およびＤ成
   分の硼酸とが、予め上記Ｂ成分のノボラツク型フエノー
   ル樹脂に溶解している請求項（１）記載の半導体装置。
3. 【請求項３】下記の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含み、Ｃ成分
   とＤ成分の重量基準の混合割合C/Dが95/5〜40/60になる
   ように設定され、かつＣ成分とＤ成分の配合量（Ｃ＋
   Ｄ）がＢ成分100重量部に対して0.5〜10重量部の配合割
   合になるように設定されている半導体封止用エポキシ樹
   脂組成物。 （Ａ）エポキシ樹脂。 （Ｂ）ノボラツク型フエノール樹脂。 （Ｃ）有機ホスフイン化合物。 （Ｄ）硼酸。