JPS5895846A - 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】 （１）　　発明の属する技術分野 本発明社工゛ポキク樹脂組成物の硬化物Ｃ二よって封止
された高信頼性の樹脂封止型半導体装置に関する。

（２））発明の技術的背景とその問題点エポキシ樹脂は
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。

鰍近では従来のセ２叱ツクスな用いｆｃＩ＼−メチツク
封止ｇ；かわって、はとんどの半導体に９１したと３え
は集積回路、大規検集積薗路、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刺止
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
形性などの点を考順してエポキシ樹脂、ノボラック製フ
ェノール街脂硬化剤、インダゾール硬゛化促進剤等から
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２７スフア成
形して得られる桐脂封止型″！ｐ−導体装置は次のよう
な欠点があった０ （１）樹脂封止ｍ半導体Ｈに要求されるｇ！軸性のレベ
ルの高さに較べ耐湿性が劣ること＜ｚ）ｍ脂封止製半導
体装置舊；請求される信頼性のレベルの高さｌ二較べ高
温時の電気特性が劣ること 上記耐湿性６一ついて説明すると、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１ユおいても信頼性を保にしなけ
ればならない。耐湿性の品゛質保鉦のための評価試験と
しては８５℃まえは１２０℃の飽和水蒸気中１＝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
て史≦；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−の硬化物祉ａ＃ｌ性
％透湿性があるため、このような高温嵩湿状態下では外
部から水分が封止樹脂硬化物層を過って内部＆−浸透し
、を九は封止樹脂とリードフレームとの界面を通って内
部に入り、半導体素子のｔ！Ｉ＆伽Ｉ：壕で到達する。

この水分と封止樹脂中−二存在している不純物イオンな
どの作用の結果として、樹１ｉＩ剤止蓋半導体装置は絶
縁性の低下、リーク電流の増加、アル１＝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作用（＝よって
ナル々ニウム電極、配線の腐食Ｉ：よる不良が特許著し
く多発する。

従来のＩＩＮ封止屋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０ 次に高温時の電気特性４二ついてｍ明すると、樹脂封止
蓋半導体装Ｉｉｃ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−二おいてもＩ！鯖性を保証しなけ
れはならない０そのための評価試験としては８０℃〜１
５０℃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６二おいて表面が鋭敏なＭＯＢ＠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Ｃ
′−特に著しく多発する不良として、チャンネリングに
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１：電界が作用すること（：よって発生す
ると考えられている０ 従来の樹脂層よ型半導体ｉｋ甑は上記鍋温時の電気特性
に関し、充分Ｃ；満足できるものではなく改良が求めら
れていた。

（３）発明の目的 本発明の目的はこのような従来の柄脂封止型半導体装置
の欠点を改良することＣ；あり、エポキシ樹脂組成物５
二よって封止された、優れた耐湿性と高ｉｉｌ電気特性
を有する高信頼性の樹脂封止型半導体装置を提供するこ
と１：ある。

（４）発明の概要 上記目的を達成するため直二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生簀因
であることをＳ明し、史１：ポリオキシスチレンと必要
に応じてノボラック型フェノール樹脂を組み合わせて硬
化剤とし、有機ホスフィンを硬化促進剤とした井−≠≠
す畳エポキシ樹脂組成物が、半導体用封止樹脂として従
来のフェノール樹脂とイミダゾールや第３アミンを用い
た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、これを用いること（二よって耐湿性や高温電気
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）エポキシ樹脂 ＜１ｙ）ポリオキシスチレン　および （０）有機ホスフィン化合愉 を必須Ｉｌｉ、吻とするエポキシ樹脂組成物の硬化物−
二よって半導体装置が封止されて成ることを特徴とする
樹脂封止製半導体装置である。本発明においては上記組
成物Ｉ：ノボラック戴スフエノール樹脂添加併用するこ
ともできる。また、エポキシ樹脂として、エポキシ当量
１７０〜３００のノボラック型エポキシ樹脂を用いるこ
ともできる。本発明において＃［ましいのは、 （Ｓ）エポキシ当量１７０〜３００のノボラック型エポ
キシ樹脂 （ｂ）ポリオキシスチレン （Ｃ）ノボラック型フェノール樹脂　および（司有機ホ
スフィン化合物 からなる組成物である。

本発明において用いられるエポキシ樹脂＃′ｉ通常知ら
れているものであり、特に魁定されない。例えばビスフ
ェノール虚エポキシ樹脂、フェノールノボラック製エポ
キシ樹脂、クレゾールノボ２ツｐｍｘボキシ樹脂などグ
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、グリシシルア建ン製エポキシ樹脂、線
状脂肪族エポキシ樹脂、脂環式ニー午シ樹脂、複素ｍｍ
エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂など一分子中に
エポキシ基な２個以上有するエポキシ樹脂が挙けられる
。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。

本発明Ｉ：おいて用いられる更Ｉ：好ましいエポキシ樹
脂は、エポキシ当量１７０〜３０００ノボラツク履エポ
キシ樹脂であって、たとえばフェノールノボラック蓋エ
ポキシ樹脂、クレゾールノボラック淑エボ午シ樹脂、ハ
ｐゲン化フェノールノボラック灘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
ビスフェノールム型エポキシ樹脂など一般のグリシジル
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、グリシシルア建ン型エポキシ樹脂、線状脂肪族
エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素埠型エポキシ
樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂なとは、上記エポキシ当
量１７０〜３００のノボラック型エポキシ樹脂１：併用
した場合に使用することができる。配合量はノボ２ツク
瀝エポキシ桐脂Ｃ二対し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１０ｐｐ
ｍ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ＦｉｌＯｐｐｍを超える塩素
イオンあるいは０．１重量−を超える加水分解性塩素が
含まれると１封止された半導体素子のアル１＝ウム電極
が腐食されやすくなるためである。

本発明において用いられるポリオキシスチレンは、０−
オキシスチレン、ｍ−オキシスチレン、ｐ−オキシスチ
レン、ハロゲン化オキシスチレンの１種あるいは２ｓ以
上組合せてイオン１合またはラジカル重合等を行うこと
により容易Ｃ−得ることができる。またアルコキシスチ
レンやアシルオキシスチレンの重合体を加水分解するこ
とＣ二よっても得ることができる。ポリオキシスチレン
の分子量は、広い範囲のものが使用可能であるが、実用
性の点からは３００〜ｇｏ、ｏｏｏ程度が好ましい。

本発明において所望１：応じて用いられるノボラック製
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、−一プ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
げられる。

エポキシ＠Ｍ’ｒｌとポリオキシスチレンの配合比区ユ
ついては、ポリオキシスチレンの７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６−配合することが好ましい。を
良、ノボラック型フェノール樹脂を併用する場合にはポ
リオキシスチレン及びノボラック１１フエノール樹脂の
７エノール性水酸基の数の和とエポキシ樹脂のエポキシ
基の数との比（総水酸基数／エポキシ基数）が０．５〜
１．５の範囲内１−あることが好ましい。それらの理由
は０．５未満あるいｔｊ　１．５を超えると反応が充分
に起りにくくなり、硬化物０＠性が劣化しやすくなるた
めである０ 本発明Ｉユおいて必須成分な″なすポリオキシスチレン
とノボラック製フェノール樹脂は、両者の配合比がポリ
オキシステレフ１重量部−二対し、ノボ２ツタ溢フエノ
ール樹脂が０．０１〜１０．０１に負部の範囲内にある
ことが好ましい。その理由は０．０１重量部未満あるい
Ｆｉ１００重量部を超えるとそれぞれノボラック１１フ
エノール樹脂、ポリオキシスチレｙの効果が充分に認め
られなくなるためである。

本発明組成物を混合する６二あたっては、各成分を粉体
のまま個別Ｉ：配合してもよいが、前もって、エポキシ
樹脂とポリオキシスチレン、あるイｌｄポリオキシスチ
レンとノーラック星フェノール樹脂の溶ｌｉＩ混合物を
作成しておきこれを配合Ｉ：用いてもよい０浩融混合物
を用いた場合の利点はエポキシ樹脂と硬化剤の相溶性が
より改善され、そのため最終的なエポキシ樹脂組成物の
硬化物の特性がより均一化されることにおる。

゛本発明において硬化促進剤として４ＩＣ二用いられる
有機ホスフィン化合物としてＦｉ１式：４＝おいてＲ１
−Ｒ＠がすべて有機基である第３ホスフィン化合物ｓ　
Ｒ１のみ水素である第２ホスフィン化合物ｂ　Ｒ１，Ｒ
１１がともに水素である第１ホスフィン化合物がある。

具体的に轄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μ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０たとえば１．２−ビス（ジフエニｐｙ
＊スｙイ／）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、％−一
二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ＩＩＩ
もしくは２種以上の混合系で用いでもよい。しかしてこ
の有機ホスフィン化合物のと 配合量は６般１：樹脂成分（エポキシ樹脂を硬化剤の総
量）の０．００ｆ〜２０重量−の範囲内でよいが特に好
ましい特性は０．０１〜５重ｉｔチの範囲内で得られる
０有機ホスフィン化合物の配合量を、、％にこの範囲と
することにより、耐湿性が優れかつ硬化特性が優れたエ
ポキシ樹脂組成物を得ることができる。配合量が０．０
０１重量−未満では添加の効果が麹めが良く、エポキシ
樹脂組成物の硬化Ｃ−長時間な賛する欠点７があり、２
０重量−を超えると耐湿性区；悪影替を及ばず。

本発明のエポキシ樹脂組成物Ｉ：祉必賛に応じて無機質
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水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１−は成形性を改善するため、また
他の理由として素子やポンディングワイヤやリードフレ
ーム等の刺止される部品と封止ｅｔＮＩの熱膨張係数の
差を小さくシ、たとえに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くす
るためである。

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Ｚす粉末、ケイ酸カルシウム粉末、巌酸カルシウ
ム粉末、硫酸バリウム粉末、！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、フェ
ノール樹脂硬化剤および無機質充てん剤の種類ｃ二よっ
ても異るが、たとえばトランスファ成形に用いる場合に
はエポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤の総量１；対し
重量比で１．６倍〜４倍程度でよい。

無機質充てん剤の粒度分布について祉、粗い粒子と細い
粒子を組み合せて分布を均−Ｉ：することによって成形
性を改善することができる。

本発明１；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、ブームトルエン、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って充分混合後、さ
らＣ：熱ロールによる溶融混合処理、またｔｉ＝−ダー
などＣ二よる混合処理を加えることにより容易１：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榎
する封止法や、いわゆるジャンクシ日ンコーティングと
しての局部的な封止の用途にも用いることができる。

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ｇ；はこの組成物または成形材料の
硬化物Ｃ二よって封止された樹脂封止■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、大規換集積−路
、トランジスタ、サイリスタ、ダイオードなどであって
％Ｉ：限定されるものではない。

（旬　発明の効果 上記本発明の目的輔、概要の記載および下記の実施例か
ら明らかなよう１；、本発明のエポキシ樹脂組成物を半
導体封止樹脂として用いることＩ：より、電圧印加時の
水分１；よるアル建ニウム配線の腐食断−が着しく減少
し、耐湿性が改善されるとともにＭＯ８Ｂ！試験虐二お
いてリーク電流Ｉ：よる不貞が着しく減少すること６二
示されるよう１：高温時の電気特性が改善される。

（６）発明の実施例 次Ｉ：本発明の実施例等を説明する。

参考例１〜！Ｓ エポキシ蟲景２２０のクレゾールノボラック腹エポキシ
樹脂（エポキシ樹脂ム）、１量平均分子量８０００のポ
リバラオキシスチレン（水酸基当量１２ｏＬ重量平均分
子量８００のフェノールノボラック樹脂硬化剤（水酸基
当量１０４　）％　ト’ｖ　：ｙエエルホスフィン、−
２−メチルイ建ダゾールを１！−１に示す組成比（重量
部）ｉ：選び、各組成物を乳鉢で粉砕混合し、粉末状の
混合物を調製した。

このよう６二して得た各組成物の硬化速度な―べるため
に、１６０℃の熱板上でゲル化時間を−」定した。その
結果を表−２１−示した。

１！−１ 表−２ 実施例１−４ エポキシ重量２２０のクレゾールノボラック型エポキシ
樹脂（エポキシ樹脂入）、エポキシ重量２９０の臭素化
エポキシ樹脂（エポｉシ機脂Ｂ）、重量平均分子量ｓ、
　ｏ　ｏ　ｏのポリパラオキシスチレン（水酸基当量１
２０）、重量平均分子量１０．０００のプｐふ化ポリパ
ラオキシスチレン（水酸基当量２４０）、重量平均分子
量８００のフェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０
４）、トリフェニルホスフィン、２−エチル−４−Ｉｆ
ルイミダゾール、ペンジルジメチルアミン、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２ｙカップリング剤（ｒ−グリシドキシプ
ロビルトリメトキシシラン）を表−３＋＝示す組成比（
重量部）Ｃ；選び、各組成物を建キサ−ぷユよる混合、
加熱ロールＩ：よる混線を行うことによって、比較例を
含め１０種のトランスファ成形材料を調製した０このよ
うＣＩ、て得た成形材料を用いてトランスファ成形する
こと：二より、ｕｏｓＷ集積回路な側腹封止した。封止
は高周波予熱器で９０℃覆二加熱した成形材料を１７５
℃で２分間モールドし、史：：件では成形できなかった
。上記樹脂封止型半導体装置去１００個Ｃついて次の試
験を行った。

（１）　　１２０℃、２気圧の水蒸気中でｌＯｖ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ＰＯＴ）を行い、その結果を表−４Ｃ示
した。

（２）　　１００℃のオーブン中でオフセットゲートＭ
０８１１テ回路にドレイン電圧５７．オフセットゲート
電圧５ｖを印加して電気特性の劣化ミニよるリーク電流
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−５Ｃ二示した。

以下余白 表−３ −−５ 表−６儂−示す組成６二従い、比較例を含めて１１１に
のトランスファ形成材料を調整し、実施例１〜４と同様
な方法で樹脂封止型半導体装置を製造してバイアスＰＣ
？試験、ＭＯＥＩ−ＢＴ試験を行なった。その結果をそ
れぞれ表−７および表−８６：示す０ 以下余白　　　　　　　　　　以下余白Ｉ−６ 表−７ 〕吠下介ン白

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　（ｇ）エポキシ樹脂 （１，）ポリオキシスチレン　および （０）有機ホスフィン化合物 を必須成分とするエポキシ樹脂の硬化物Ｃ；よって中部
   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、特許請求の範囲第１項の記載直；おいて、ポリオキ
   シスチレンの７エノール性水酸基とエポキシ樹脂のエポ
   キシ基の数の比が０．５〜１．５の範囲内にある樹脂封
   止型半導体装置 ３）　特許請求の範囲第１項の記載仁おいて有機ホスフ
   ィンがエポキシ樹脂とポリオキシスチレンの総＠ｉ二対
   し０．００１〜褥重量−の範囲内Ｃ二ある樹ｌｌＩ對止
   戴半導体装置 ４）　　（ａ）エポキシ樹脂 （→ポリオキシスチレン （Ｃ）ノボラック型フェノール樹脂　および（優有機ホ
   スフィン化合物を必須成分とするエポキシ樹脂組成物の
   硬化物Ｃ二よっ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 ５）　特許請求の範囲給４項の記載において、エポキシ
   樹脂がエポキシ当量１７０〜３０００ノボラツク屋エポ
   キシ樹脂である樹脂封止型半導体装置６）特許請求の範
   囲第４項の記載において、ポリオキシスチレンとノボラ
   ック型フェノール樹脂の割合が、ポリオキシメチレフ１
   重量部Ｉ：対しノボラック製フェノール樹脂が０．０１
   〜１００重量部の範囲内にある樹脂封止型半導体装置 ７）特許請求の範囲第４項の記載Ｉ：おいて、ポリオキ
   シスチレン及びノボラック型フェノール樹脂のフェノー
   ル性水酸基の総数とノボラック型エポキシ樹脂のエポキ
   シ基の数の比が０．５〜１．５の範囲内基ユある樹脂封
   止製半導体装置 ８）特許請求の範囲第４項の記載において、有機ホスフ
   ィンがノボラック型エポキシ樹脂、ボリオキシスチレン
   及びノボラック製フェノール樹脂の籾量Ｃ一対し、０．
   ００１〜蒋重１＊の範囲内１：ある樹脂封止型半導体装
   置 ９）特許請求の範囲第１項又は第４項の記載１；おいて
   エポキシ樹脂組成物が無機質充てん剤を含肩する樹脂封
   止型半導体装置 １０）　　４１軒請求の範囲第４項記載において、エポ
   キシ樹脂組成物の必須成分であるポリオキシスチレンと
   ノボラック製フェノール樹脂が溶融混合物である樹脂封
   止蓋半導体装置