JPH05315473A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 下記の（Ａ）〜（Ｃ）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。 （Ａ）エポキシ樹脂。 （Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂と、下記の一般式
（１）で表されるシラン化合物と、炭素数１０以上の高
級脂肪酸とを予備反応させることにより得られる反応生
成物。 【化１】 （Ｃ）無機質充填剤。 【効果】 リードフレームとの接着性に優れており、リ
ードフレームと封止樹脂との界面への水分の浸入が抑制
され、優れた耐湿信頼性を備えており、高温高湿雰囲気
下で使用しても高い信頼性を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、リードフレームとの
接着性に優れ、しかも耐湿信頼性にも優れた半導体装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】トランジスタ，ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
素子は、通常、セラミックパッケージもしくはプラスチ
ックパッケージ等により封止され半導体装置化されてい
る。上記セラミックパッケージは、構成材料そのものが
耐熱性を有し、耐透湿性にも優れているため、温度，湿
度に対して強く、信頼性の高い封止が可能である。しか
しながら、構成材料が比較的高価なものであることと、
量産性に劣る欠点があるため、最近では上記プラスチッ
クパッケージを用いた樹脂封止が主流になっている。こ
の種のプラスチックパッケージ材料には、従来からエポ
キシ樹脂組成物が用いられている。上記エポキシ樹脂組
成物は、電気的特性，機械特性，耐薬品性等に優れてい
るため、信頼性が高く半導体装置の樹脂封止に広く用い
られている。このようなエポキシ樹脂組成物としては、
特に、ｏ−クレゾールノボラックエポキシ樹脂と、硬化
剤としてのフェノールノボラック樹脂、その他の添加剤
として三級アミン，有機リン化合物等の硬化促進剤等で
構成されるものが封止作業性（特にトランスファー成形
時の作業性）に優れているとして賞用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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
とともに、素子サイズの大形化，配線の微細化が進む反
面、パッケージ形状の小形化，薄形化が進むようになっ
ており、これに伴って封止材料に対してより以上の信頼
性の向上が要望されている。すなわち、従来からのエポ
キシ樹脂組成物を用いて樹脂封止された半導体装置は、
現在要求されている信頼性レベルのなかでも、特に耐湿
信頼性に劣っており、素子上のアルミ配線および電極等
の腐蝕を主体として不良を発生している。したがって、
現在では耐湿信頼性に優れるとともに、接着性の良い封
止用エポキシ樹脂組成物の開発が望まれている。

【０００４】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、リードフレームとの接着性に優れ、かつ耐湿
信頼性にも優れた半導体装置の提供をその目的とする。

【０００５】

【課題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）〜（Ｃ）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）ノボラック型フェノール樹脂と、下記の一般式
（１）で表されるシラン化合物と、炭素数１０以上の高
級脂肪酸とを予備反応させることにより得られる反応生
成物。

【化３】 （Ｃ）無機質充填剤。

【０００６】

【作用】すなわち、本発明者らは、リードフレームとの
接着性および耐湿性に優れた封止樹脂を得るために一連
の研究を重ねた。その結果、エポキシ樹脂の硬化剤とし
て、ノボラック型フェノール樹脂と、特定のシラン化合
物と、高級脂肪酸とを予備反応させて得られる特殊な反
応生成物を用いると、リードフレームとの接着性に優
れ、その結果、リードフレームと封止樹脂との界面への
水分の浸入が抑制され、高温高湿雰囲気下での使用に際
しても信頼性の高いものが得られることを見出しこの発
明に到達した。

【０００７】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、特定の成分を予備反応
させることにより得られる反応生成物（Ｂ成分）と、無
機質充填剤（Ｃ成分）とを用いて得られるものであり、
通常、粉末状もしくはそれを打錠したタブレット状にな
っている。

【０００８】上記エポキシ樹脂（Ａ成分）としては、１
分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂で
あって、具体的には、クレゾールノボラック型エポキシ
樹脂，フェノールノボラック型エポキシ樹脂，ビスフェ
ノールＡ型エポキシ樹脂，ビフェニル型エポキシ樹脂等
があげられる。これらは単独でもしくは併せて用いられ
る。このようなエポキシ樹脂のなかでもエポキシ当量１
００〜３００、軟化点５０〜１３０℃のものが好適に用
いられる。さらに、これらエポキシ樹脂としては、イオ
ン性不純物および加水分解性イオンの含有量が少ないほ
ど好ましく、具体的には遊離のナトリウムイオン濃度，
塩素イオン濃度が各５ｐｐｍ以下および加水分解性イオ
ン濃度が６００ｐｐｍ以下のものを用いることが好まし
い。

【０００９】上記反応生成物（Ｂ成分）は、上記エポキ
シ樹脂（Ａ成分）の硬化剤として作用するものであっ
て、ノボラック型フェノール樹脂と、下記の一般式
（１）で表されるシラン化合物と、炭素数１０以上の高
級脂肪酸とを予備反応させることにより得られる。

【００１０】

【化４】

【００１１】すなわち、上記反応生成物（Ｂ成分）は、
上記一般式（１）で表される特定のシラン化合物の有機
基（Ｘ部分），水酸基またはアルコキシ基（Ｙ部分）
と、上記ノボラック型フェノール樹脂中の水酸基、高級
脂肪酸中のカルボキシル基とが反応することにより得ら
れる。このようにして得られる反応生成物（Ｃ成分）
は、軟化点６０〜１００℃，溶融粘度３〜３０ポイズ
（１５０℃コーンプレート法による）の特性を有してい
る。

【００１２】上記ノボラック型フェノール樹脂は、通
常、エポキシ樹脂（Ａ成分）の硬化剤として作用し、例
えばフェノールノボラック樹脂，クレゾールノボラック
樹脂等があげられる。このようなノボラック型フェノー
ル樹脂としては、軟化点が５０〜１１０℃、水酸基当量
が７０〜１５０のものを用いることが好ましい。そし
て、反応生成物（Ｂ成分）の生成以外に、上記ノボラッ
ク型フェノール樹脂を単独で用いてもよい。このような
ノボラック型フェノール樹脂の配合割合（反応生成物中
のノボラック型フェノール樹脂を含む）は、上記エポキ
シ樹脂（Ａ成分）中のエポキシ基１当量当たり上記ノボ
ラック型フェノール樹脂中の水酸基が０．５〜２．０当
量となるように設定することが好ましい。より好ましく
は０．８〜１．２当量である。

【００１３】上記一般式（１）で表されるシラン化合物
としては、シランカップリング剤を用いることができ、
具体的には、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプ
ロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチ
ル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−ア
ミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ，Ｎ−ビス〔（メ
チルジメトキシシリル）プロピル〕アミン、Ｎ，Ｎ−ビ
ス〔３−（メチルジメトキシシリル）プロピル〕エチレ
ンジアミン、Ｎ，Ｎ−ビス〔３−（トリメトキシシリ
ル）プロピル〕アミン、Ｎ，Ｎ−ビス〔３−（トリメト
キシシリル）プロピル〕エチレンジアミン、３−（Ｎ，
Ｎ−ジグリシジル）アミノプロピルトリメトキシシラ
ン、Ｎ−グリシジル−Ｎ，Ｎ−ビス〔３−（メチルジメ
トキシシリル）プロピル〕アミン、Ｎ−グリシジル−
Ｎ，Ｎ−ビス〔３−（トリメトキシシリル）プロピル〕
アミン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシ
ラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、
３−メルカプトトリメトキシシラン、３−メルカプトプ
ロピルトリメトキシシラン、Ｎ−〔（３−トリメトキシ
シリル）プロピル〕ジエチレントリアミン、Ｎ−〔（３
−トリメトキシシリル）プロピル〕トリエチレンテトラ
アミン、Ｎ−３−トリメトキシシリルプロピル−ｍ−フ
ェニレンジアミン等があげられる。これらは単独でもし
くは併せて用いられる。

【００１４】また、上記炭素数１０以上の高級脂肪酸と
しては、パルミチン酸，ステアリン酸，オレイン酸，ア
ラキン酸，ベヘン酸等があげられ、これらは単独でもし
くは併せて用いられる。

【００１５】上記反応生成物（Ｂ成分）は、例えばつぎ
のようにして得られる。すなわち、上記ノボラック型フ
ェノール樹脂，一般式（１）で表されるシラン化合物お
よび特定の高級脂肪酸を撹拌装置付きの反応容器に適宜
配合し、１３０〜１８０℃、特に好ましくは１３０〜１
５０℃で２〜５時間反応させる。ついで、この反応によ
り得られた低沸点成分を１３０〜１５０℃の条件下で脱
気等により系外に除去することにより得られる。この反
応生成物（Ｂ成分）の作製において、上記各配合物は適
宜の配合割合で配合されるが、ノボラック型フェノール
樹脂は大過剰で用いられる。

【００１６】上記反応生成物（Ｂ成分）の配合量は、反
応生成物（Ｂ成分）中のシラン化合物成分と高級脂肪酸
成分との合計量が、エポキシ樹脂組成物全体の０．０５
〜１．０重量％（以下「％」と略す）の範囲に設定する
ことが好ましい。すなわち、０．０５％未満ではリード
フレームとの接着性が劣化し、逆に１．０％を超えると
エポキシ樹脂組成物の硬化性が悪くなる傾向がみられる
からである。

【００１７】上記無機質充填剤（Ｃ成分）としては、特
に限定するものではなく従来公知のものが用いられる
が、例えば結晶性および溶融性シリカはもちろんのこ
と、酸化アルミニウム，酸化ベリリウム，炭化ケイ素，
窒化ケイ素等があげられる。上記無機質充填剤（Ｃ成
分）の配合量は、エポキシ樹脂組成物全体の６０〜９０
％の範囲に設定することが好ましい。

【００１８】この発明に用いられるエポキシ樹脂組成物
には、上記Ａ〜Ｃ成分以外に、必要に応じて硬化促進
剤，難燃剤，離型剤，顔料等が適宜に配合される。

【００１９】上記硬化促進剤としては、イミダゾール
類，三級アミン類，有機リン化合物，アルミニウム化合
物，チタン化合物等があげられる。

【００２０】上記難燃剤としては、ノボラック型ブロム
化エポキシ樹脂，ビスＡ型ブロム化エポキシ樹脂，三酸
化アンチモンおよび五酸化アンチモン等の化合物を適宜
に単独でもしくは併せて使用することができる。

【００２１】上記離型剤としては、高級脂肪酸，高級脂
肪酸エステル，高級脂肪酸カルシウム等の化合物があげ
られ、単独でもしくは併せて用いられる。

【００２２】なお、この発明に用いられるエポキシ樹脂
組成物には、上記他の添加剤以外に低応力化を図るため
にシリコーンオイルおよびシリコーンゴム，合成ゴム等
のゴム成分を配合したり、耐湿信頼性テストにおける信
頼性向上を目的としてハイドロタルサイト等で示される
イオントラップ剤等を配合してもよい。

【００２３】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、まず上記ノボラック型フェノール樹脂と、一般
式（１）で表されるシラン化合物と、炭素数１０以上の
高級脂肪酸とを上記条件に従って予備反応させることに
より反応生成物（Ｂ成分）を作製する。つぎに、この反
応生成物（Ｂ成分），エポキシ樹脂（Ａ成分），無機質
充填剤（Ｃ成分）および必要に応じて他の添加剤と、ま
た場合により単独で硬化剤としてのノボラック型フェノ
ール樹脂をそれぞれ適宜の配合割合で配合し予備混合す
る。そして、ミキシングロール機等の混練機にかけ加熱
状態で混練して溶融混合する。ついで、これを室温に冷
却した後、公知の手段によって粉砕し、必要に応じて打
錠するという一連の工程により製造することができる。

【００２４】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、特に限定するものではなく、通常
のトランスファ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。

【００２５】このようにて得られる半導体装置は、予備
反応により得られた特殊な反応生成物（Ｂ成分）の作用
により、リードフレームとの接着性に優れ、リードフレ
ームと封止樹脂との界面への水分の浸入が抑制される。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導体装置
は、前記特殊な反応生成物（Ｂ成分）を含むエポキシ樹
脂組成物によって樹脂封止されている。このため、リー
ドフレームとの接着性に優れており、リードフレームと
封止樹脂との界面への水分の浸入が抑制され、優れた耐
湿信頼性を備えており、高温高湿雰囲気下で使用しても
高い信頼性を有している。したがって、この発明の半導
体装置は、過酷な条件下での使用に際しても従来のもの
と比較して問題の発生率が著しく減少して高い信頼性を
備えている。

【００２７】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００２８】まず、実施例に先立って、反応生成物（Ｂ
成分）を下記の製法に従い作製した。

【００２９】〔反応生成物の製法〕下記の表１に示す各
成分を同表に示す割合で配合し、撹拌装置付きの反応容
器に投入して同表に示す反応条件で予備反応させた。そ
して、脱気（１５０℃）することにより４種類の反応生
成物を作製した。

【００３０】

【表１】 ＊１：水酸基当量１０５，軟化点８３℃。 ＊２：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン。 ＊３：３−アミノプロピルトリメトキシシラン。

【００３１】

【実施例１〜６、比較例】上記反応生成物ａ〜ｄ，下記
の表２に示すエポキシ樹脂，無機質充填剤および他の添
加剤を同表に示す割合で配合し、ミキシングロール機に
かけて１００℃で５分間混練し、シート状組成物を得
た。ついで、得られたシート状組成物を粉砕し、目的と
する粉末状エポキシ樹脂組成物を得た。

【００３２】

【表２】

【００３３】このようにして得られた実施例および比較
例の粉末状エポキシ樹脂組成を用いて、耐湿信頼性を評
価するために耐湿試験用デバイスを封止して半導体装置
を得た。得られた半導体装置を用いて、プレッシャーク
ッカーテスト（１２１℃×２ａｔｍ×１００％ＲＨ）を
行い、３００時間後に導通不良となった個数（１００個
中）を求めた。その結果を下記の表３に示した。

【００３４】また、リードフレームとの接着力を測定す
るために、図１（Ａ）および（Ｂ）に示すように、リー
ドフレームと同じ材質（アロイ−４２または銅系）の金
属板１上に、上面の直径ａ＝９ｍｍ，下面の直径ｂ＝１
１ｍｍで高さｈ＝１０ｍｍの円錐台状硬化物２を作製
し、この円錐台状硬化物２と金属板１との剪断接着力を
測定した。その結果を下記の表３に併せて示した。

【００３５】

【表３】

【００３６】上記表３の結果から、実施例品は、いずれ
も接着力が高く、しかも不良発生数が比較例品に比べて
非常に少ない。このことから、実施例品はリードフレー
ムに対して高い接着性を有し、かつ耐湿信頼性に優れて
いることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）および（Ｂ）は金属板とエポキシ樹脂組
成物系硬化物との剪断接着力の測定方法を示す説明図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｈ０１Ｌ 23/50 Ｈ 9272−4Ｍ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の（Ａ）〜（Ｃ）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）ノボラック型フェノール樹脂と、下記の一般式
   （１）で表されるシラン化合物と、炭素数１０以上の高
   級脂肪酸とを予備反応させることにより得られる反応生
   成物。 【化１】 （Ｃ）無機質充填剤。
2. 【請求項２】 下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する半
   導体封止用エポキシ樹脂組成物。 （Ａ）エポキシ樹脂。 （Ｂ）ノボラック型フェノール樹脂と、下記の一般式
   （１）で表されるシラン化合物と、炭素数１０以上の高
   級脂肪酸とを予備反応させることにより得られる反応生
   成物。 【化２】 （Ｃ）無機質充填剤。