JPH0319707B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はエポキシ樹脂組成物の硬化物によつて
封止された高信頼性の樹脂封止型半導体装置に関
する。 エポキシ樹脂は電気特性、機械特性、耐薬品性
などが優れているため信頼性の高い電気絶縁材料
として半導体装置の封止に広く用いられている。
最近では従来のセラミツクスを用いたハーメチツ
ク封止にかわつて、ほとんどの半導体装置たとえ
ば集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、ダ
イオードなどが低圧成形用のエポキシ樹脂組成物
を用いて封止されている。 半導体封止用エポキシ樹脂組成物としては、信
頼性、成形性などの点を考慮してエポキシ樹脂、
ノボラツク型フエノール樹脂硬化剤、イミダゾー
ル硬化促進剤から成るエポキシ樹脂組成物が広く
用いられている。 しかし従来のエポキシ封止樹脂を用い、トラン
スフア成形して得られる樹脂封止型半導体装置は
次のような欠点があつた。 (1) 樹脂封止型半導体装置に要求される信頼性の
レベルの高さに較べ耐湿性が劣ること (2) 樹脂封止型半導体装置に要求される信頼性の
レベルの高さに較べ高温時の電気特性が劣るこ
と 上記耐湿性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
ており、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。 しかし封止したエポキシ樹脂組成物の硬化物は
吸湿性、透湿性があるため、このような高温高湿
状態下では外部から水分が封止樹脂硬化物層を通
つて内部に浸透し、または封止樹脂とリードフレ
ームとの界面を通つて内部に入り、半導体素子の
表面にまで到達する。この水分と封止樹脂中に存
在している不純物イオンなどの作用の結果とし
て、樹脂封止型半導体装置は絶縁性の低下、リー
ク電流の増加、アルミニウム電極、配線などの腐
食を主体とした不良を発生する。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つ
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。 従来の樹脂封止型半導体装置は上記耐湿性に関
し充分に満足できるものではなく、耐湿性の向上
が求められていた。 次に高温時の電気特性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。 このような試験において表面が鋭敏なMOS構
造をもつ素子や、逆バイアスが印加されたPN接
合をもつ素子に特に著しく多発する不良として、
チヤンネリングによるリーク電流の増加する現象
があることはよく知られている。この現象は電圧
が印加された素子の表面に接している樹脂層に電
界が作用することによつて発生すると考えられて
いる。 従来の樹脂封止型半導体装置は上記高温時の電
気特性に関し充分に満足できるものではなく改良
が求められていた。 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し、優れた耐湿性と高温電
気特性を有するエポキシ樹脂組成物によつて封止
された信頼性の高い樹脂封止型半導体装置を提供
することにある。 上記目的を達成すべく、本発明者らが鋭意研究
を重ねた結果、硬化促進剤などが上記欠点を形成
する主要因であることを解明し、更に次に示すエ
ポキシ樹脂組成物が、半導体封止用樹脂として従
来のものに較べ、優れた耐湿性と高温電気特性を
有することを見出し、これを用いることによつて
従来のものに較べ、耐湿性や高温電気特性などの
信頼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。 すなわち本発明は、 (a) エポキシ当量170〜300のノボラツク型エポキ
シ樹脂 (b) ノボラツク型フエノール樹脂 (c) 有機ホスフインのボリンまたは有機ボリン錯
体 を必須成分とするエポキシ樹脂組成物の硬化物に
よつて半導体装置が封止されて成ることを特徴と
する樹脂封止型半導体装置である。 本発明において用いられるエポキシ樹脂は、エ
ポキシ当量170〜300のノボラツク型エポキシ樹脂
であつて、たとえばフエノールノボラツク型エポ
キシ樹脂、クレゾールノボラツク型エポキシ樹
脂、ハロゲン化フエノールノボラツク型エポキシ
樹脂などである。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。上記以外
のエポキシ樹脂たとえばビスフエノールＡ型エポ
キシ樹脂などの一般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、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は、上記
エポキシ当量170〜300のノボラツク型エポキシ樹
脂に併用した場合に使用することができる。配合
量はノボラツク型エポキシ樹脂に対し50重量％以
下が好ましい。また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。 本発明において用いられるノボラツク型フエノ
ール樹脂硬化剤としてはフエノールノボラツク樹
脂、クレゾールノボラツク樹脂、tert−ブチルフ
エノールノボラツク樹脂、ノニルフエノールノボ
ラツク樹脂などが挙げられる。これらのフエノー
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
エノール樹脂成分が３％以下であることが好まし
い。しかしてこれらの硬化剤は１種もしくは２種
以上の混合系で使用することができる。 エポキシ樹脂と硬化剤の配合比については、ノ
ボラツク型フエノール樹脂のフエノール性水酸基
の数とエポキシ樹脂のエポキシ基の数の比が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0.5未満あるいは1.5を超えると
反応が充分におこりにくくなり、硬化物の特性が
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用いられる有
機ホスフインのボリンまたは有機ボリン錯体は有
機ホスフインとボリンまたは有機ボリンとの配位
化合物で式： においてR₁がアルキル、アルアルキル、アルケ
ニル、アルキニル、またはアリール基でありR₂
〜R₆が水素、アルキル、アルケニル、アルキニ
ル、アルアルキルまたはアリール基であるような
化合物である。 具体的に例示すると （C₆H₅）₃P：BH₃、（C₆H₅）₃P：Ｂ（CH₃）₃、
（C₆H₅）₃P：Ｂ（C₂H₅）₃、（C₆H₅）₃P：BH
（C₄H₉）₂、（C₆H₅）₃P：Ｂ（C₆H₅）₃、（ｐ−
CH₃C₆H₄）₃P：Ｂ（CH₃）₃、（C₄H₉）₃P：Ｂ
（CH₃）₃、（C₆H₅）₂HP：Ｂ（CH₃）₃、（CH₃）₂HP：
BH（CH₃）₂ などである。これらの中でもアリールホスフイン
の錯体が好ましい。これらの錯体は樹脂成分（エ
ポキシ樹脂とフエノール樹脂）に対し0.01〜10重
量％の範囲内で用いることが望ましい。 本発明において必要に応じ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、マグネシア粉末などであるが、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、フエノール樹脂硬化剤および無機質充て
ん剤の種類によつても異るが、たとえばトランス
フア成形に用いる場合にはエポキシ樹脂とフエノ
ール樹脂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
一にすることによつて成形性を改善することがで
きる。 本発明に係るエポキシ組成物は必要に応じて、
例えば天然ワツクス類、合成ワツクス類、直鎖脂
肪酸の金属塩、酸アミド類、エステル類もしくは
パラフイン類などの離型剤、塩素化パラフイン、
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、カーボンブラツクなど
の着色剤、シランカツプリング剤などを適宜添加
配合しても差しつかえない。 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
よつて充分混合後、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。 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
スフア成形法があるが、インジエクシヨン成形、
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封止法や、いわ
ゆるジヤンクシヨンコーテイ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。 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つ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。 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
ドなどであつて特に限定されるものではない。 次に本発明の実施例を説明する。 実施例 １〜３ エポキシ当量220のクレゾールノボラツク型エ
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ツク樹脂（エポキシ樹脂
Ｂ）、分子量800のフエノールノボラツク樹脂硬化
剤、（C₆H₅）₃P：BH₃、（C₆H₅）₃P：Ｂ（CH₃）₃、
（C₆H₅）₃P：Ｂ（C₆H₅）₃、２−ヘプタデシルイミ
ダゾール、ジメチルアミノメチルフエノール、三
フツ化ホウ素トリエチルアミン錯体、石英ガラス
粉末、三酸化アンチモン、カルナバワツクス、カ
ーボンブラツク、シランカツプリング剤（γ−グ
リシドキシプロピルトリメトキシシラン）を第１
表に示す組成比（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
ことによつて、比較例を含め６種のトランスフア
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
フア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５分間モールドし、更に180
℃で８時間アフタキユアすることにより行つた。
上記樹脂封止型半導体装置各100個について次の
試験を行つた。 (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
を第２表に示した。 (2) 100℃のオーブン中でオフセツトゲート
MOSFET回路にドレイン電圧5V、オフセツト
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（NOS−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
第３表に示した。 さらに比較例４及び５としてそれぞれ硬化促進
剤に（C₆H₅）₃P及び［（C₆H₅）₄P］⁺［Ｂ（C₆H₅）₄］^-
を用い、他は実施例１〜３と同様にして成形材料
を調製した。この時のこれら硬化促進剤の組成比
は他の実施例、比較例と同様共に５重量部とし
た。次いで、こうして得た成形材料を用いて先の
試験と同様にして耐湿試験（バイアスPCT）を
行なつた。この結果を第４表に示す。

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】 上記結果から明らかなように本発明によつて高
信頼性の樹脂封止型半導体装置が得られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) エポキシ当量170〜300のノボラツク型エ
   ポキシ樹脂 (b) ノボラツク型フエノール樹脂および (c) 有機ホスフインのボリンまたは有機ボリン錯
   体を必須成分とするエポキシ樹脂組成物の硬化
   物によつて半導体装置が封止されて成ることを
   特徴とする樹脂封止型半導体装置。 ２ エポキシ樹脂組成物が無機質充てん剤を含有
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の樹脂封止型半導体装置。