JP2654376B2 - 封止用エポキシ樹脂組成物及びこれを用いた樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、封止用エポキシ樹脂組
成物及びこれを用いた樹脂封止型半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】樹脂封止型半導体装置は、例えば、集積
回路（ＩＣ），大規模集積回路（ＬＳＩ），トランジス
タ，ダイオード等の半導体素子を、外部雰囲気や機械的
衝撃から保護するために、熱硬化性樹脂を用いて封止し
て成るものである。

【０００３】半導体素子の封止技術として、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、樹脂封止が主流を占めている。

【０００４】かかる半導体封止用樹脂としては、大量生
産に適する低圧トランスファ成形法に使用可能な、低圧
成形用エポキシ樹脂組成物が一般に広く使用されてい
る。しかしながら、例えば、エポキシ樹脂，ノボラック
型フェノール樹脂硬化剤，イミダゾール酸化促進剤等か
ら成るエポキシ樹脂組成物を、トランスファ成形して得
られる従来の樹脂封止型半導体装置には次のような欠点
がある。即ち、（１）耐湿性が劣るために、アルミニウ
ム電極などが腐食劣化すること、（２）高温時における
電気特性が劣り、特にリーク電流が増加するために、半
導体素子の機能が低下すること、である。これらのうち
（１）について説明すると、樹脂封止型半導体装置は高
温高湿雰囲気下で使用または保存することがあるので、
そのような条件下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信頼性評価試験とし
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いる。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。

【０００５】しかしエポキシ樹脂組成物を用いた樹脂封
止型半導体装置では、封止樹脂が吸湿性を有するため
に、水分が外部雰囲気から封止樹脂層を介して、或いは
封止樹脂とリードフレームの界面を通って内部に侵入
し、半導体素子の表面にまで到達する。この水分と封止
樹脂内に存在する不純物等の作用の結果として樹脂封止
型半導体装置はアルミニウム電極，配線等の腐食による
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。

【０００６】次に（２）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、
そのような条件においても信頼性を保証しなければなら
ない。そのための評価試験としては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。

【０００７】このような試験において例えば、半導体表
面が外部電荷に鋭敏なＭＯＳ構造を有する素子や、逆バ
イアスが印加されたＰＮ接合を有する素子等に特に著し
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。この現象は、電圧が印加された
素子の表面に接している封止樹脂層に電界が作用するこ
とにより発生するものと考えられる。

【０００８】従来の樹脂封止型半導体装置は上記欠点を
有するものであるために、その改良が求められていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】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するこ
とにあり、優れた耐湿性と高温電気特性を有する高信頼
性の封止用エポキシ樹脂組成物及びこれを用いた樹脂封
止型半導体装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、次に
示すエポキシ樹脂組成物が半導体装置の封止用樹脂とし
て、従来のエポキシ樹脂組成物に較べ優れた特性を有す
ることを見出し、さらにこれを用いることによって耐湿
性および高温電気特性に優れた樹脂封止型半導体装置が
得られることを見出した。

【００１１】すなわち本発明は、 （ａ）エポキシ樹脂 （ｂ）フェノールアラルキル樹脂 （ｃ）ノボラック型フェノール樹脂および （ｄ）有機ホスフィン化合物 を含むことを特徴とする封止用樹脂組成物である。

【００１２】また本発明は半導体装置をエポキシ樹脂組
成物の硬化物で封止してな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、 （ａ）エポキシ樹脂 （ｂ）フェノールアラルキル樹脂 （ｃ）ノボラック型フェノール樹脂および （ｄ）有機ホスフィン化合物 を含むことを特徴とする樹脂封止型半導体装置である。

【００１３】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り、特に限定されない。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，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，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
くは２種以上の混合系で用いてもよい。

【００１４】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、エポキシ当量１７０〜３００のノボラッ
ク型エポキシ樹脂であって、例えばフェノールノボラッ
ク型エポキシ樹脂，クレゾールノボラップ型エポキシ樹
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１０ｐｐｍ以下、加水分解性塩素の含有量が０．１重
量％以下のものが望ましい。その理由は１０ｐｐｍを超
える塩素イオンあるいは０．１重量％を超える加水分解
塩素が含まれると、封止された半導体素子のアルミニウ
ム電極が腐食されやすくなるためである。

【００１５】本発明においてエポキシ樹脂の硬化剤とし
て用いられるフェノールアラルキル樹脂は一般式［Ｉ］
で示すことができる。

【００１６】

【化１】 ただしｎは１以上の整数である。上記フェノールアラル
キル樹脂は、一般的にフェノールとα，α′−ジメトキ
シパラキシレンとをフリーデルクラフツ反応により縮合
させることによって得ることができる。またザイロック
という商品名で市販されているので容易に入手すること
ができる。上記［Ｉ］式において、好ましいｎの値、ま
たは好ましい平均のｎの値はｎ＝２〜２０である。

【００１７】エポキシ樹脂とフェノールアラルキル樹脂
の配合比については、エポキシ樹脂のエポキシ基１に対
し、フェノールアラルキル樹脂のフェノール性水酸基の
数が０．５〜１．５であるように配合することが望まし
い。上記範囲外では特性劣化をまねきやすくなるためで
ある。

【００１８】本発明において、エポキシ樹脂の硬化剤と
してフェノールアラルキル樹脂とともに用いられるノボ
ラック型フェノール樹脂としては、フェノールノボラッ
ク樹脂，ク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、これらは例えば、フェノール，
クレゾール，キシレノール，ヒドロキノン，レゾルシ
ン，カテコール，ビスフェノールＡ，ビスフェノールＦ
などのフェノール類とアルデヒド類を縮合させて得るこ
とができる。このようなノボラック型フェノール樹脂の
軟化点は６０〜１２０℃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％以下であることが好ましい。

【００１９】ノボラック型フェノール樹脂の配合比につ
いては、エポキシ樹脂のエポキシ基の数１に対し、フェ
ノールアラルキル樹脂およびノボラック型フェノール樹
脂のフェノール性水酸基の総和が０．５〜１．５となる
ように配合することが好ましい。上記範囲外では特性劣
化をまねきやすくなるためである。またフェノールアラ
ルキル樹脂とノボラック型フェノール樹脂の配合比は、
フェノールアラルキル樹脂１重量部に対し、ノボラック
型フェノール樹脂が０．０１〜１００重量部の範囲内に
あるように配合することが望ましい。０．０１重量部未
満ではノボラック型フェノール樹脂の添加の効果が認め
難く、１００重量部以上でフェノールアラルキル樹脂の
効果が減殺されるためである。フェノールアラルキル樹
脂とノボラック型フェノール樹脂を効果的に混合するた
めに、前もって両者の溶融混合物をつくり、これを用い
てもよい。

【００２０】なおこれらのフェノールアラルキル樹脂お
よびノボラック型フェノール樹脂は、さらに他の硬化剤
と併用することもできる。こうした他の硬化剤として
は、１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有する
フェノール化合物、酸無水物およびアミン系化合物等、
エポキシ樹脂の硬化剤として知られているものを使用で
きる。これらの中でも１分子中に２個以上のフェノール
性水酸基を有するフェノール化合物が好ましい。

【００２１】１分子中に２個以上のフェノール性水酸基
を有するフェノール化合物としては、レゾール型フェノ
ール樹脂、ポリヒドロキシスチレン、トリス（ヒドロキ
シフェニル）メタン、テトラキス（ヒドロキシフェニ
ル）エタン、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦなど
が挙げられる。

【００２２】一方本発明においては、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。

【００２３】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［II］：

【００２４】

【化２】 においてＲ₁ 〜Ｒ₃ がすべて有機基である第３ホスフィ
ン化合物、Ｒ₃ のみ水素である第２ホスフィン化合物、
Ｒ₂ ，Ｒ₃ 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ィン，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Ｒ₁ 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フィ
ン化合物は１種もしくは２種以上の混合系で用いてもよ
い。

【００２５】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０．０
０１〜２０重量％の範囲内でよいが特に好ましい特性は
０．０１〜５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り、優
れた特性の封止用エポキシ樹脂組成物を得ることができ
る。配合量が０．００１重量％未満では添加の効果が認
めがたく、エポキシ樹脂組成物の硬化に長時間を要する
欠点があり、２０重量％を超えると品質に悪影響を及ぼ
す。

【００２６】本発明に係るエポキシ樹脂組成物には、必
要に応じて無機質充てん剤を配合することができるが、
特に集積回路やトランジスタなどの半導体素子をトラン
スファ成形する用途の場合には、無機質充てん剤を配合
することが好ましい。その理由は、ひとつには成形性を
改善するため、また他の理由として素子やボンディング
ワイヤやリードフレーム等の封止される部品と封止樹脂
の熱膨張係数の差を小さくし、たとえばボンディングワ
イヤ切れのような熱膨張係数の差が大きいために発生す
る不良を少なくするためである。

【００２７】本発明において用いられる無機質充てん剤
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，マグネシウム
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，硬化剤および無機質充てん剤の種類によって
も異なるが、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改善することができる。

【００２８】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０．０１〜１０重量％程度添加配合
しても差しつかえない。

【００２９】本発明に係るエポキシ樹脂組成物を成形材
料として調製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
ニーダー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。

【００３０】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、インジェクション成形，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
方法や、いわゆるジャンクションコーティングとしての
局部的な封止の用途にも用いることができる。またダイ
ボンディング用の樹脂組成物として用いることもでき
る。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】

【実施例】次に本発明の合成例を記載する。 合成例１ 水酸基当量１７４のフェノールアラルキル樹脂，水酸基
当量１０４のフェノールノボラック樹脂を各１００重量
部混合し、１６０℃に加熱して相溶させ、溶融混合物を
得た。これを冷却して粉砕してエポキシ樹脂組成物の原
料とした。

【００３４】次に本発明の実施例を説明する。 実施例１〜４ 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の臭素化
エポキシノボラック樹脂（エポキシ樹脂Ｂ）、水酸基当
量１７４のフェノールアラルキル樹脂、フェノール化合
物Ａとして水酸基当量１０４のフェノールノボラック樹
脂、合成例１の溶融混合物、トリフェニルホスフィン、
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、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボ
レート、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
（γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）を表
１に示す組成（重量部）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９種のトランスファ成形材料を調製した。

【００３５】

【表１】 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、ＭＯＳ型集積回路を樹脂封止した。封
止は高周波予熱器で９０℃に加熱した成形材料を１７５
℃で２分間モールドし、更に２００℃で８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
各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１０Ｖ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ＰＣＴ）を行い、その結果を表２に示した。 （２）１００℃のオーブン中のオフセットゲートＭＯＳ
ＦＥＴ回路にドレイン電圧５Ｖ、オフセットゲート電圧
５Ｖを印加して電気特性の劣化によるリーク電流不良を
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
その結果を表３に示した。

【００３６】

【表２】

【００３７】

【表３】 実施例５ エポキシ樹脂として次式で表される化合物（エポキシ樹
脂Ｃ）、

【００３８】

【化３】 （ただしｎ＝２、エポキシ当量１６０）フェノール化合
物としてビスフェノールＡとアルデヒドの縮合反応によ
るノボラック型フェノール樹脂（フェノール化合物Ｂ，
水酸基当量１２０）を用いた他は実施例１〜４と同様の
原料を用いて表４に示す組成（重量部）の組成物を調製
した。

【００３９】

【表４】 これらの組成物を用いて、実施例１〜４と同様な方法で
樹脂封止型半導体装置の評価試験を行った。その結果を
表５および表６に示した。

【００４０】

【表５】

【００４１】

【表６】

【００４２】

【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、本発明のエポキシ樹脂組
成物を用いて、半導体を封止してなる樹脂封止型半導体
装置は、バイアスＰＣＴにおいて水分によるアルミニウ
ム配線の腐食断線が著しく低いことに示されるように耐
湿性に優れ、またＭＯＳ−ＢＴ試験において、リーク電
流が著しく低いことに示されるように高温電気特性に優
れている。従って本発明によって高信頼性の樹脂封止型
半導体装置を得ることができる。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）エポキシ樹脂 （ｂ）フェノールアラルキル樹脂 （ｃ）ノボラック型フェノール樹脂および （ｄ）有機ホスフィン化合物を含むことを特徴とする封
   止用エポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】半導体装置をエポキシ樹脂組成物の硬化物
   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、 （ａ）エポキシ樹脂 （ｂ）フェノールアラルキル樹脂 （ｃ）ノボラック型フェノール樹脂および （ｄ）有機ホスフィン化合物を含むことを特徴とする樹
   脂封止型半導体装置。