JPS5875857A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明社、樹脂封止蓋半導体装置に関し、更に詳しく社
、耐温性および高温電気特性に優れた樹脂封止型半導体
装置に関する。

樹脂封止蓋半導体装置社、例えば、集積回路（ＩＣ）、
大規模集積回路（Ｌ８Ｉ）、トテンジスタ、〆イオード
等の半導体素子を、外部宴囲気や橡械的衝撃から保請す
るために、熱硬化性樹脂を用いて封止し【成るものであ
るＯ 半導体素子の封止技術として、従来杜、金属や七う之ツ
クス等を用φるバーメチツタ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―るＯ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ー形法に使用可
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、工ｆキシ樹脂、ノ
がラック型フェノール樹脂硬化剤、イミダゾール硬化促
進剤等から成るエポキシ樹脂組成物を、トランスファ成
形して得られ本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、（υ　耐湿性が劣るために、ア
ルｌ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１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）　Ｋ　”）−て説明すると
、樹謝封止型半導体装置社高濃高温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−
る・最近では電圧を印加して更に加速性を高めたバイア
ス印加梨の評価試験も実施されて−る。

しかし、ニー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＠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−は封止樹脂とリ
ードフレームの界面を通って内部に浸入し、半導体素子
の表面にまで到達する。

この水分と封止樹脂中に存在する不純物等の作用の結果
として、樹脂封止製半導体装置はアルｌニウム電極、配
線等の腐食による不良を発生する〇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【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。

次に（２）にやいて説明すると、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にならない。そのた
めの評価試験としては８０℃・〜１５Ｇ℃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（お−て例えｄ１半導体表面が外部電荷
に鋭敏なＭＯＩＩ　ＩＩ造を有する素子や、逆／々イア
スが印加されたＰＮ接合を有する素子等ｋ特に着しく多
発する不良として、チャ車リンダによるリーク電流の増
加する現象がある。仁の現象社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１電界が作用することＫ
よ抄発生する亀のと考えられる。

従来の樹脂封止型半導体装置は上記した欠点を有するも
のであるために１その改良が求められ【いた。本発明は
、かかる欠点を解消せんと−してなされたものであり、
その目的は、優れた耐湿性および高温電気特性を有する
樹脂封止型半導体装置を提供するにある。

本発明者らは、上記目的を達成すぺ〈鋭意研宛を重ねた
結果、イミダゾール等の硬化促進剤が上記欠点を形成す
る主要因であることを解明した。

そして、半導体を封止する樹脂体の成形材料とし【、次
に示す工４キシ樹脂組成物を使用するととｋより、半導
体装置の耐湿性および高温電気特性が向上することを見
出し、本発明を完成するに鉤った◎ 即ち、本発明の樹脂封止型半導体装置は、半導体素子と
該半導体素子を被覆する樹脂封止体とを具備して成る樹
脂封止型半導体装置において、前記樹脂封止体が、 （−工ｆキシ当量１７０〜３００を有する〕ｌラックフ
ッＩキシ樹脂、 伽）　　ノーツツタ個フェノール樹脂、（→　有機ホス
フィン化合物、 および （由　ホウ酸エステル化合物 を會む工ｌキシ樹脂組成物の硬化物であることを特徴と
するものである・ 以下にお−て、本発明を更に詳しく説明する。

本発明に係る工Ｉキシ樹脂組成物は、次のものから成る
。

本発明にお≠て使用されるニーキシ樹脂は、ニーキシ当
量が１７０〜３００の値を有するノがラックフッＩキシ
樹脂であれば、いかなるものでも使用可能であり、例え
ば、フェノールノがラック型エポキシ樹脂、クレゾール
ノがラック濠エポキシ樹脂、ハシグン化フェノールノ？
ラック源ニーキシ樹脂略が挙けられゐ・かかるニーキシ
樹脂は、１種もしくは２種以上のものを混合して用いる
ことができ、更に、これらに他のエポキシ樹脂を混合し
て用いてもよ−・他のエポキシ樹脂としては、例えば、
ビスフェノールム型エポキシ樹脂略のグリシジルエーテ
ルを工ｆキシ１１ダリシジルエステル型エポキシ樹脂、
ダリシジルアセン型ニーキシ樹脂、線状脂肪族ニーキシ
樹脂、脂環式１？キシ樹脂、資素票式１Ｉキシ樹脂、ハ
リグン化工ｌキシ樹脂等が挙けられ、これらから選ばれ
た１１１１□： 種もしくＦ１２種以上のものを、ノーラック■工／′キ
シ樹脂に対し、５０重量憾以下の量で配合することがで
きる。また、本発明において使用されるニーキシ樹脂は
、樹脂中に残存する塩素がアル處ニウム電極噂の腐食劣
化の原因のひとつとなるために１含有畜れる塩素イオン
は１０　ｐｐｍ以下、加水分解性塩素ａ　Ｏ，１重量−
以下のものであることが望ましい。

本発明にお％／ｈ″Ｃ硬化剤とし【使用されるノがラッ
クＩ［フェノール樹脂としｃＦｉ、例えば、フェノール
ノがラック樹脂、クレゾールノがラック樹脂、ｉ＠ｒｔ
　−２チルフエノール７メラツク樹脂、ノニルフェノー
ルノがラック樹脂等が挙けられ、これらから選ばれた１
種もしくは２種以上のものが使用される。かかる）がフ
ッタ１１フエノール樹脂社、成珍時における流動性等の
作業性を考慮すると、その軟化点が６０〜１２０℃の範
囲内にあることが好會しく、また、低分子量のフェノー
ル成分は樹脂特性劣ｑａ＊因となることから、常温にお
ける水可溶性のフエ、ノール樹脂成分量が３重量襲以下
であることが好ましい。

ノｆラッタ麿フェノール樹脂の配合量は、エポキシ樹脂
中の工Ｉキシ基の量との関係から適宜選択することが望
ましく、フェノール樹脂のフェノール性水酸基の数と工
４キシ樹脂の工ｌキシ基の数の比が０．５〜１．５の範
ｌ！ＩＫあることが望ましい。

フェノール性水−基数／工ｆキシ基数の比が０．５未滴
、或いＦｉｌ、５を超えると１反応が充分に進行せず、
硬化物の特性が低下する。

本発明において使用される有機ホスフィン化合物は、硬
化促進剤としての機能を有するものであり、かかる化合
物を配合せしめることにより、半導体装置の耐湿性およ
び高温電気特性の向上がもたらされる。

このような有機ホスフィン化合物は、次記一般式 〔式中、ａｔ、ＲｅおよびＫｍ　ｈ　、同一でも異なっ
て−てｔよく、水素原子、アルキル基、フェニル基、）
リル基等のアリール基、シクロヘキシル基略のシフ−ア
ルキル基略で示される（式中、Ｒ’ａアルカンを表わし
、Ｒ“およびＲ′は、同一でも異なって―てもよく、水
素原子、アルキル基、フェニル基、トリル基等のアリー
ル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基を表わす
。ただし、Ｒ′およびＲ１１′が水素原子の場合を除く
。） で示される基のように有機ホスフィンを含む有機基であ
ってもよ−。ただし、Ｒ，、Ｒ，およびＲ，がす゛べて
水素原子であゐ場合を除く。〕で示されるものであり、
例えば、トリフェニルホスフィン、）リッチル傘スフィ
ン、トリシクロヘキシルホスフィン、メチルジフェニル
ホスフィン等の第３ホスフィン化合物、ブチルフェニル
ホスフィン、ジフェニルホスフィン等の第２ネスフイン
化舎物、７エエルホスフイン、オクチルホスフィン等の
第１ホスフイン化舎物、およびビス（）７エエルホスフ
イノ）メタン、１．２−ビス（）フェニルホスフィノ）
エタン等の第３ビスホスフィン化合物が挙けられ、これ
らから成る群より選ばれる１ｍ！ｉ［Ｌ＜は２種以上の
ものが使用される。

これらの中でも、アリールホスフィン化合物を使用する
ことが好ましく、とりわけ、トリフェニルホスフィンな
どのシリアリールホスフィンが最も好ましい。

かかる有機ホスフィン化合物は、工？キシ樹脂およびフ
ェノール樹脂の総量に対して０．００１〜２０重量憾の
量で配合することが好ましく、特に好ましくけ、０．０
１〜５重量幅である・ 本発明において使用されるホウ酸エステル化合物Ｌ１有
機ホスフィン化合物との相互作用によって、有機ホスフ
ィン化合物単独使用の場合よシ、半導体装電の耐温性お
よび高温電気特性をより一層改善することを目的として
添加されるものである。

このようなホウ酸エステル化合物として社、次記一般式
ＣＩ）〜〔■〕 （ＲＯ）ａＢ　　　　　　　　　ｃｔ〕（式中、それ、
それのＲは、同一でも異なっていてもよく、ｔた、ユニ
ット毎に同一でも異なっていてもよく、アルキル基；前
記アルキル基の水素原子が少なくとも１つ以上水ｍ基で
置換されたとド胃キシアルキル基；シタｐヘキシル基等
のシタ田アルキル基；フェニル基、Ｆリル基、ナフチル
基等のアリール基；ヒドロキシフェニル基１＆ニド田キ
シトリル基略のヒト−キシアリール基；ベンジル基等の
ｐり卆動Ｉ基等を表わし、ｈ社正の整数である。）で示
される１分子中に１個のホウ素原子を有するモノホウ酸
エステル化合物および１分子中に２個以上のホウ素原子
を有するポリホウ酸エステル化合物が挙けられる。

上記ホウ酸エステル化合物としては、例えば、ホウ酸ト
リメチル、ホウ酸シリエチル、ホウ酸トリイソプロピル
、ホウ酸シリブチル、ホウ酸Ｙリシクロヘキシル、ホウ
酸シリア二二ル、ホウ酸トリタレシル、ホウｌ！シリノ
ニルフェニル、ホウ酸トリナフチル、ホウ酸トリベンジ
ル、ｆリホウ蒙メチル、ｌリホウ酸イソプ田ピル、ｌリ
ホウ酸ブチル、ポリホウｌＩ７エエル、ぼりホウ酸タレ
シル、４リホウ酸ヘンシル、ジヘキシレンダ９コールパ
イがレーＹ％　Ｆリヘキシレンダリコールパイがレート
、ジ（２，６−シーｔｅｒｔ−ブチルフェニル）ｎ−ブ
チルダレ−）％　　）リメトキシＨａキソール等が挙け
られ、これらから成る群より選ばれる１種もしくＦｉＺ
種以上のものが使用されゐ。

かかるホウ酸エステル化合物社、ニーキシ樹脂およびフ
ェノール樹脂の総量に対しく０．０１〜１０重量外の量
で配合することが好まし一層本発明のニーキシ樹脂組成
物は、上記した成分の他に、無機質充填剤および各種添
加剤を含むものであってよ一層 上記無機質充填剤としては、例えば、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、マグネシア粉末等が挙けられ、これらから
成る群より選ばれる１種もしくは２種以上のものが使用
される。これらのうちで−石英ガラス粉末、結晶性シリ
カ粉末を用−ることが、高純度および低熱膨張係数を有
することから好まし−０ かかる無機質充填剤の配合ｍは、使用するエポキシ樹脂
、フェノール樹脂および無機質充てん剤の種１ＩｉＫよ
って適宜選択する必要があるが、例えば−トランスファ
成形に使用する場合には、エポキシ樹脂およびフェノー
ル樹脂の総量に対し、重量比で１．５〜４倍程度が好ま
しい。また、無機質充填剤の粒径祉、適宜選択して使用
すればよく、粒子の粗いものと細かいものを組み合わ豐
て混合することにより、成形性を改善する仁とができる
〇また、各種添加剤としては、例えば、天然ワックス類
、合成ワックス鎖、直鎖脂肪酸の金属塩、酸アミド類、
エステル類、／ダラフイン類等の離蓋剤、塩素化ノ臂ラ
フイン、ブロムトルエン、へ＋ｔブリムベンゼン、ヨ酸
化アンチそン等のｍｍ剤、カー？ンツラツタ等の着色剤
、およびシランカップリング剤等を、目的に応じ、適宜
添加配合したものであってよい。

以上の組成から成る工ｌキシ樹脂組成物を、半導体封止
用成形材料として調製するｋは、通常の方法を用いれば
よく、例えば、所定め配合量の原料混合物を、ミキサー
等によって充分混合後、更に熱ロール等によるＷｌ、融
混合処理を施すか、またｈニーダ−等による混合処理を
施すことｋより、請□ 容易に工ｆキシ樹脂組成物から成る成形材料を得ること
がで龜る。

本発明に係わるニーキシ樹脂組成物を混合するＷｃＦｉ
、それぞれ秤量した各成分を同時に混合してｔよいが、
一部の成分を予め混合しておき、かかる混合物と他の成
分を混合したものであってもよい・後者の場合において
、特に好ましい態様として、有機ホスフィン化合物とホ
ウ酸エステル化合物の反応混合物を用いる方法がある。

かかる反応混合倫社、有機ホスフィン化合物とホウ酸エ
ステル化合物を、単に混合することにより容易に得られ
るが、必要ならｄ加熱により相溶させ混合するか、職−
は溶剤を添加して溶解・混合してもよψ。

上記反応混合物において、有機ホスフィン化合物とホウ
酸エステル化合物は、配位化合物を形成していることが
考えられ、例えけ、トリフェニルホスフィンとホウ酸）
す７エエルとを等モルで混合した場合に＆ｉ、該化合物
がｌ＝１の配位化合物を形成していると思われる。しか
しながら、本発明に軸−て紘１．必ずしも上記化合物を
等モルで混合する必要はなく、ｉた、配位化合物が形成
されている仁とを蒙寓する必要％ない。かかる化合物の
好★Ｌい配合比は、有機本スフィン化合物１モルに対し
、ホウ酸エステル化合物け０，０１〜１０モル程度の鰍
である。

また、別の好ましい態様として、ツメラック型フェノー
ル樹脂と、有機ホスフィン化合物及びホウ酸エステル化
合物を溶融した混合物、もしくは有機ホスフィン化合物
とホウ酸エステル化合物の反応混合物とノがップタｌＩ
フェノール樹脂を溶融した混合物を用−る方法がある。

かかる溶融混合物は、有機ホスフィン化合物及びホウ酸
エステル化合物本しく社それらの反応混合物を、ノがラ
ック型フェノール樹脂中に溶解することにより容易に得
られるものであり、必要に応じて加熱溶融したものであ
ってもよ−。

上記反応混合物★たは＊ｍ混合物を用いて成るエポキシ
樹脂封止型半導体装置の方が、より安定した特性が得ら
れるため好ましい。

本発明の樹脂封止源半導体装置は、上記エポキシ樹脂組
成物から成る成形材料を用−て、例えば、ＩＣ，ＬＳＩ
、）ランジスタ、ナイリスタ、ダイオード等の半導体装
董を封止することにより製造することができる。かかる
封止方法は、一般に採用され′Ｃ−る方法でよく、例え
ば、低圧トランス７°ｆ成形法、インジエクシ曹ン成形
沫、圧縮成形法、注掴法等が挙けられ、なかで１、低圧
トランスファ成形法を用いることが好ましい。更に、特
殊な封止法である、溶剤ｉｗｔ＊は非溶剤個組成物を用
いて半導体表面を被覆する封止法や、所關ジャンタシ胃
ンツーテインダとしての局部的な封止法による仁とも可
能である。崗、封止樹脂の硬化に際しては、１１１）０
℃以上の温度において硬化せしめることが好まし−０ 以下にお−て、実施例および合成例を掲け、本発明を更
に詳しく説明する〇 合成例 ＦリフエＪ−ルネスフイン２６２１１　（１モル）およ
び＊つ酸シリ７エエル：１９（１（１モル）をフラスコ
中に入れ、加熱溶融して均一な液体とした。

次−で、かかる液体を冷却して、トリ７エエルホスフイ
ンおよびホウ酸トリフェニルの等モル反応混合物を得た
。

実施例１〜３ エポキシｌ１ｌｌＷＩ！としてエポキシ当量２２０を有
するクレゾールノがラック型エポキシ樹脂（エポキシｍ
１ｌｌ！Ａ）およびエポキシ当量２９０を有する臭ふ化
エポキシノボラック樹脂（エポキシ樹脂Ｂ）衣用い、硬
化剤として分子量８００を有する７エ／−ルツボランク
樹脂を用い、有機ホスフィン化合物としてトリ７エエル
ホスフイン、ホウ酸エステル化合物としてホウ酸トリフ
ェニルおよび合成例で得たトリフェニルホスフィンとホ
ウ酸トリフェニルの等モル反応混合物を用い、他に１石
英ガラス粉末（無機質充填剤）、三酸化アンチモン（Ｉ
ｉｔ剤）、カルナバワックス（離型剤）、カーボンブラ
ック（着色剤）およびγ−グリシドキシグロビルトリメ
トキシシラン（シランカップリング剤）を用−て、表−
１に示すような配合（重量部）でエポキシ樹脂組成物（
実施＠１〜３）を調製した。同時に、比較例として、硬
化促進剤に、有機ホスフィン化合物又はホウ酸エステル
化合物を単独で使用したもの、或−は２−メチルイミダ
ゾール又は三７ツ化ホウ素モノエチルアミン錯体を使用
した亀のを５種数調製した。

表−１ かかるエポキシ樹脂組成物を、それぞれミキサーにより
混合し、次−で加熱レールにより混錬して成形材料を得
た。

このようにして得た成形材料を用−て、トランスファ成
形を行ない、ＭＯＢ型集型図積回路脂封止した。封止は
、高胸波予熱器で９０℃に加熱した成形材料を、１７５
℃で２分間モールドし、更に、１８０℃で３時間アフタ
キュアすることにより行なった。

上記方法により、それぞれのエポキシ樹脂組゛成物を用
いて、１００個宛樹脂封止型半導体装置を作製し、次の
試験を行なった。

（１）耐瀉試験（バイアスＰＣＴ）：１２０℃、２気圧
の水蒸気中にお−てＩＯＶ印加し、腐食によりアルミニ
ウム配線の断線が発生した不良品の累積不良率（％）を
経時的に調べた。

（２＋　　ＭＯＳ−Ｂ　Ｔ試験＝１００℃のオープン中
において、オフ七ットグートＭ０８ＦＥＴ回路にドレイ
ン電圧５■、オフセットダート電圧５■を印加して、リ
ーク電流値が初期値の１００倍以上に増加した時点を不
良と見做し、発生した不良品の謝柚不真率（％）を経時
的に軸べた。

耐湿試験の結果を表−２に、高温電気特性を調べるため
のＭＯＳ−ＢＴ試験の結果を表−３にそれぞれ示す。

崗、比較例２は上記トランスファ成形条件では硬化せず
、封止できなかった。

表−２ 表−３ 表から明らかなように、本発明に係わる工４キシ樹脂組
成物を用いて封止した樹脂封止型半導体装置は、アルミ
ニウム配線等の腐食が大きく低減され、リーク電流の増
加による半導体素子の機能低下もなく、耐湿性および高
温電気特性が極めて優れたものであることが確認された
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　半導体素子と該半導体素子を被覆する樹脂封止体
   とを具備して成る樹脂封止型半導体装置において、前記
   樹脂封止体が、 （＆）　　エポキシ当量１１０〜３００を有するノボラ
   ック蓋工Ｉキシ樹脂、 （ｂ）　　ノがフック［１フエノール樹脂、（ｃ）　　
   有機ホスフィン化合物、 および （ｄ）　　ホウ酸エステル化合物 を含む工４キシ樹脂組成物の硬化物であることを特徴と
   する樹脂封止型半導体装置。 ２、　エポキシ樹脂組成物として、有機ホスフィン化合
   物とホウ酸エステル化合物との反応混谷物を用いる特許
   請求の範囲第１項記載の樹脂封止蓋半導体装置。 ３、　エポキシ樹脂組成物として、有機ホスフィン化合
   物とホウ酸エステル化合物との反応混合物およびノがラ
   ック溜フェノールＷｔｔから成るＷＩ融融合合物用−ゐ
   特許請求の範囲第２項記載の樹脂封止型半導体装置０ ４、　エポキシ樹脂組成物として、ノｌラック型フェノ
   ール樹脂、有機ホスフィン化合物およびホウ−エステル
   化合物から成る溶融混合物を用−る特許請求の範囲第１
   項記載の樹脂封止型半導体装置。 ６、　エポキシ樹脂組成物が、更に、無機質充填剤を含
   んで成る特許請求の範胚第１項記載の樹脂封止蓋半導体
   装置。