JPS6054458A - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体素子をエポキシ樹脂組成物で封止して成
る樹脂封止型半導体装置に関し、更に詳しくは耐湿性お
よび＾温時の嘔気特性に優れた樹脂封止型半導体装１Ｍ
ｍ’、　ｌ二関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

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（ｒ、ｓｒ）、トランジスタ、ダイオー
ド等の半導体才子を、外部オ囲気や機械的衝撃から保護
するため）二、熱硬化性樹脂を用いて封止して成るもの
である。

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４二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。

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（＝使用可能な、低圧成形用エポ
キシ樹脂組成物が一般（−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ｉ極
などが腐食劣化すること、 （２）　高温時（二おけるへ１：気持性が劣り、特（二
、リーク電流が増加するため（二、半導体素子の機能が
低下すること、 でおる。これらのうち（１）（二ついて説明すると、半
導体装置は大気中の湿気を有する雰囲気下で欧州または
保存されることが多い。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、封止樹脂が吸湿性分有
するために、水分が外部雰囲気から封止樹脂ｊ−を介し
て、或いは封止側Ｊ１行とリードフレームの界面を通っ
て内部（二浸入し、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していた。またバイアス層圧
を印加した場合には、その電気化学的作用）−よってア
ルミニウム電極、配線の腐食が促進され不良が特に著し
く多発していた。尚、耐湿性の信頼性評価試験としては
８５°〜１２０°゛Ｃでの飽和水蒸気中ζ″ｌ−ｌ−暴
露速評価法が行われている。

次（二（２）（二ついて説明すると、樹脂封止型半導体
装置はこれを組込んだ機器自体が高温となり高温条件下
で使用されることも多い。そのような条件（二おいても
品質を保証しなければならない。そのためのｔＦ１１′
Ｉｆｉ試験としては８０”０〜１５０℃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（二おいて例えば、半導体赤面が外部重
荷（二鋭敏なＭＯ８構造を信４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（二、チャネリング
（二よりリーク電流が増加してしまうという現象が生じ
易く不良が多発していた。

このす（、象は′電圧が印加された素子の表面（−接し
ている側止樹脂層（二＃−１ｉ界が作用すること（二よ
り発生するものと考えられる。

以上のような、湿気を有する雰囲気での欠点および高温
時における欠点を解消するため（二有礪ホスホニウム化
合物等を配合した側止樹脂層が提案されたが上記欠点を
）％消するのは不十分であった。

〔発明の目的〕

本発明は従来の上記欠点を解消するためになされたもの
で、耐湿性と高温時の電気特性（二優れた樹脂封止型半
２Ｎ４体装置ｄを提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は」二重目的を達成するため鋭意研究を重ねた結
果なされたもので６’）、半導体素子をエポキシ樹脂組
成物で封止して成る樹脂封止型半導体装置（二おいて、
上記エポキシ樹脂組成物（ニエポキシ樹脂と、フェノー
ル性水酸基を２個以上有するエポキシ樹脂硬化剤と、有
機ホスフィン化合物と、有様ホスホニウム化合物とを含
有させて構成したものである。

以上の構成（二よると有機ホスフィン化合物あるいは有
機ホスホニウム化合物をそれぞれ（１１，独に自′有し
たエポキシ樹＋＋＋１組成物で月市して成る従来の樹脂
封止型半導体装ｉ＆に比べ耐湿性および高融時の電気特
性が優れた樹脂刊１に型半導体装置が得られる。

本発明（二おいて用いられるエポキシ樹脂は通常翔られ
ているものであり、特電ユ限定されない。例えばビスフ
ェノールＡｍ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、−ロゲン化エボギシ樹脂など一分子中
（−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１４＊もしくは２
種以上の混α系で用いてもよい。またこれらエポキシ樹
脂は塩素イオンの含有量が１０　ｐｐｍ以下、加水分解
性堪素の含有量０．１重量多以下のものが望−ましい。

土６己エポキシ期脂の中でもグリンジルエーテル型エポ
キシ樹脂が最も好ましく、特（ニエボキ７当量１７０〜
３０００ノボラック型エポキシ樹脂を用いることが、硬
化性の優れたものを得るため（−望ましい。

不発１男にしいて用いられる１分子中（二２個以上のフ
ェノール性水酸基を有するエポキシ樹脂硬化剤とは、フ
ェノール樹脂、ポリオキシスチレン、および多ｆ＋Ｉｌ
ｉフェノール化合物であって、具体的（二例示すると、
ノエノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック弦１
月’＆、ｔｅｒｔ−ブチルフェノールノボラック などのノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノ
ール（耐月旨、ポリパラオキシスチレンなどのポリオキ
シスチレン、ビスフェノールＡ等およびこれらの化合物
のー・ロゲン化物等である。これらの中でもノボラック
型フェノール樹脂およびポリオキシスチレンが最も好ま
しい。またこれらの硬化剤は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。これらのエポキシ樹脂１
１す！化剤はエポキシ樹脂（一対して、１１ψ化剤のフ
ェノール性水酸基数とエポキシ基数の比、すなわち〔）
；ｒノール性水酸基数〕／〔エポキシ基数Ｊが０．５〜
１．５の範囲内となるよう（−配ばすることが望ましい
。・その理由は上記範囲外では反応が十分（二起き（二
くく、また硬化物が劣化１−やすくなるためである。

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イイするものであシ、かかる化
合物を配合せしめること（二より、樹脂封止型半導体装
置の耐湿性および高温磁気特性の向上がもたらされる。

このような有機ボスフィン化合物は、次記一般式ＣＩ） Ｒ。

１尤２　Ｉ）（１） Ｉｌ 〔式中、”Ｉ　＋　１（、２およびＩｇは、同一でも異
なっていてもよく、水ＪＡ原子、アルギル基、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
クロアルキル基等で示される基を表わす、、また式 （式中、Ｒはアルカンを表わし、＝’　＞よびビは、同
一でも異なっていてもよく、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
等のシクロアルギル基（ｉ−辰わす。

ただし、Ｒ′およびＲ’が水素原子の場合を除く。）で
示される基のよう（二有（森ホスフィンを包む有機基で
あってもよい。ただし、Ｒ．、Ｒ．およびＲ３がすべて
水素原子である場合を除く。〕 で示されるものであり、例えば、トリフェニルホスフィ
ン、トリフチルホスフィン、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ホスフィン化合物、フェニルホスフィン、
オクチルホスフィン等の第１　ｙｌ＝ｌニスフィン物、
およびビス（ジフェニルホスフィン）メタン、１．２−
ビス（ジフェニルホスフィン）エタン等の第３ビスホス
フイ キン化合物が挙げられ、これらから成る群よシ選ばれる
１種もしくは２種以上のものが飲用される。

これらの中でも、アリールホスフィン化合・吻を１史用
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１リアリールホスフインが最も好ましい。

かかる有機ホスフィン化合物は、エポキシ樹脂および硬
化ハ１」の総１：に苅して（１．００１〜２０丁お鼠係
の割合で配合することが好ましい。この化合物が０、０
０１重門悌以下めるいはｄ）重１ｔ％以上で＃ま耐湿性
および高温時の艮好な＋ｉ４，気特性の効果が得られ（
二くい。

本発明（＝おいて使用される有機ホスホニウム化合物は
、硬化促進剤としての機能を有するもので式 Ｃ二おいてＩＲ，〜Ｌはアルキル基、シクロアルキル基
、アリール基、水素でＲ１−Ｒ４のうち少なくとも１つ
がアルギル基、シクロアルキル基、アリール基等の有機
基であり、寸たＸは有機あるいは無機の陰イオンでめる
。〔１１〕式で示される有機ホスホニウム化合物は具体
的には、酢酸テトラフェニルホスホニウム、ｍｒＲテト
ラブチルホスホニウム、プロピオン酸メチルトリフェニ
ルホスホニウム、安息香ｊ狭テトラフェニルホスホニウ
ム、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレ
ート、テトラプチルホスボニウム・テトラフェニルボレ
ート、２−ヒドロキシエチルトリフェニルホスホニウム
・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウ
ム・テトラブチルボレート、トリフェニルホスホニウム
・テトラフェニルボレート、塩化トリフェニルエチルホ
スホニウム、臭化テトラフェニルホスホニウム、（＃、
ｅ水素テトラベンジルホスホニウム、（ｉＵ役トリフェ
ニルエチルホスホニウム、チオシアン酸テトラフェニル
ホスホニウム、メチル硫１汝テトラブチル小スホニウム
、ジメチルリン酸メチルトリブチルホスホニウム等が例
示される。

これらの有機ホスホニウム化合物は１種のみで１史用す
ることも２（宙以上の混合糸（−てｆｉＩ！用ｒること
も可能である。

かかる有機ホスホニウム化行物は、エボギシ収（脂およ
び硬化剤の総１１：（二対してｌ）、０ｒ１１〜２０　
ｊｌｉ　、ｉｌｉチの割合で配合することが好ましい７
．この化合物が０．００１重量重量下あるいは２０　、
ｉｌｉはチ以」二では１…１湿性および高扁時の良好な
１ｕ気特性の肋木は得られ４二くい。

本発明は従来のエポキシ樹＋＋ｉｒ肌成物に対して有機
ホスフィン化合物と有機ホスホニウム化合物を共シニ含
有させたものであり、この両者の１−６合効果≦二よシ
各々の化合′１１２＋を単独で１史用した嚇ばに比較し
て格段に優れた樹脂封止型半導体装置を得ることができ
る。この際（二有機ホスフィン化８−物と有機ホスホニ
ウム化合物の重量（−よる含有量の比率すなわち〔有機
ホスフィン化合物の含有量〕／〔有識ホスホニウム化合
物の含有量〕は０．１〜１，０００の範囲内であること
が好ましい。上記範囲外では両者の充分な偲合効釆が発
揮でき（二くい。

また、本発明のエポキシ樹脂組成物には無機室光てん剤
を配合することが好ましく、特にトランスファ成形によ
り成形する場合（二は好ましい。その理由の１つは成形
性を改善するためであり、また他の理由は、半導体素子
やボンディングワイヤやリードフレーム等の」寸止され
る部品と封止するエポキシ樹脂組成物との熱膨張係数の
差を小さくし、例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（二発生する不良を少なく
するためである。本発明（１使用する無機室光てん剤と
しては、石英ガラス粉末、結晶性シリカ粉東ガラス繊維
、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ｐＡ膨張係数の点で最も好ま
しい。これら無機室光てん剤の配合叶はエポキシ樹脂、
エポキシ樹脂硬化剤および無機室光てん剤の種類（＝よ
っても異るが、たとえばトランスファ成形（二剤いる場
合にはエポキシ樹脂とエポキシ樹脂硬化剤の総量（二対
し重量比で１．５倍〜４陪程度Ｃよい。燕哉室光てん剤
の粒間分布（二ついては、徂い粒子と細い粒子を組み合
せて分布を均一（二することにＪ゛つて成形性を改善す
ることができる。

尚、本発明（１係るエポキシ樹脂組成物（二は必要′に
応じて公知の添加剤レリえば天然ワックス類、合成ワッ
クス類、直鎖脂肪酸の蛍）ＩＡ塩、１４！２アミド類、
エステル類、パラフィン類等の離型剤、１４Ｋ　Ｊｉ化
パラフィン、フロムトルエン、ヘキザプロムベンゼン、
三酸化アンチモン等の難燃剤、カーボンブラック等の着
色剤、シランカップリング剤等の添加剤を適宜添加配合
しても構わない。

本発明（１係るエポキシ樹脂組成物を調整する一般的な
方法としてｆ′ＡＱｔの組成Ｃ二速んだ原料成分を例え
ばミキサーＣ二より充分混合した後、更に熱ロールによ
る＃解混合処理またはニーグーによる混合処理を行なう
方法があり、この方法（二より容易にエポキシ樹脂組成
物を混合することができる。

本発明の樹脂封止型半導体装置は上記エボキシ樹脂組成
物を用いて半導体装置を封止すること（二より容易Ｃ二
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。％
殊な封止法としては、溶剤型あるいは非溶剤型の組成物
ヶ用いて半導体表面を被覆する封止法や、いわゆるジャ
ンクションコーティング法がらり、これらは局部的な封
止の用途（二も用いることができる。エポキシ樹脂組成
物は封止の際（二加熱して硬化させ、最終的にはこの組
成物の硬化物（二よって刺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°゛Ｃ以
上（二加熱することが望ましい。

尚、本発明の樹脂封止型半導体装置とは集積回路、大規
模集積回路、トランジスタ、サイリスク、ダイオード等
であり特（二これら（二限定されるものＣはない。

〔発明の実施例〕

本発明の詳細な説明する。

エポキシ当量２２０のクレゾールノボラック型エポキシ
・ＩＮ脂（り下エポキシ樹脂Ａとする）、エポキシ当量
２９０　（／１　％素１１ニエボキシノボラック刊）１
旨（以下エポキシ樹１１１ｔ　Ｂとする）、分子、［８
００のフェノールノボラック樹Ｊ財硬化剤、トリフェニ
ルホスフィン、ｎｔ’ＪＲテトラフェニルホスホニウム
、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレ−
ト、トリフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレー
ト、ジメチルリン酸テトラフェニルホスホニウム、２−
メチルイミダゾール、石英力２ス扮末、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（ｒ−グリシドキシプロビルトリメトキシシ
ラン）ヲ表１１−示す重量部配合し、これら成分をミキ
サーにより混合し、更（−加熱口・−ルにより混練する
ことにＪ、シ実施例１〜５の成形材１１および比較例１
〜４０合計９種の成形材料を調製１７だ。

これらの成形材料をトランスファ成形すること（二より
、ＭＯ８型東績回路を樹脂耐重して実施Ｉ（ｌ１１〜５
および比較例１−４の向脂封止型半／４体装置を製造し
た。この封止は高周波予熱器で９０’Ｃに加表　１ 熱した成形材料を１７５’Ｃで２分間モールドし、リ−
（１１８０℃で３時間アフタキュアすること（二より・
行なった。以上のようにして製造した合計９棟の樹脂封
止型子４本装置各１（）０個（二ついて次の（１）およ
び（２）の試験にて向１湿性および尚温時のｔ■気時特
性訓べた。

（１）　上記の収］脂捌止型半４９川本装置ｌ１Ｊ（ｒ
　１２０’Ｃ，２４，ＩＪＥの水蒸気中でＪＯＶ印加し
てアルきニウム配線の腐食による断線不良を調べる耐湿
試験であるバイアスＰＣＴ試験を行い、その累積不良率
を表２Ｃ二示した。

（２）上記の樹脂封止型半導体装置を１００’ｃのオー
ブン中でオフセットゲットＭＯＳ　Ｆ　ＥＴ回路にドレ
イン電圧５Ｖ、オフセットゲートｒ４Ｌ圧５■印加して
畠温時の電気特性の劣化によるリーク電流増加を調べる
Ｍ’Ｏ８−Ｊ３Ｔ試験をイｊない、リーク電流の初期Ｉ
ＢＭ　Ｉｎ　Ａ以下のものに対して、所定時間経過によ
り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累積不良率を表３に示した。

衣　２ 表　３ 表２（二より、比較例１〜４のバ・【′アスＩ）ＣＴ累
積不良率は２５０時間経過後にはいずれもガ）％以上で
あるの（二Ａニジ、本発明の実施例１〜５のものは３０
０時間経過後でもいｒれも５係以１・−で６９有機ホス
フィン化合′吻と４１礪ボスホニウム化縫物との両方を
配合すること（−より格段に耐湿性が同上することが判
った。

また表３より比較例１〜４のバイアスＭＯ５−ＢＴ累積
不良率は１０００分経過後にはいずれも４５襲以上であ
るの（二対し、本発明の冥施例１〜５のもＣ／）は１５
００分経過後Ｃもいずれも１０多以下でのり、有機ホス
フィン化合物と（ｓ機ホスホニウム化合物との両方を配
合すること（−より＋１−２ｉ幅時Ｑ）　ｉ→Ｂ（特性
も格段に向上することが判った。

〔発明の効果〕

本発明の樹脂封止型半導体装置（−よ桟げ、アルミニウ
ム電極、配線等の腐＊（二よる不良τ〔少なくして耐湿
１生を、格段に向」：させると共仁、高Ｙ席時のリーク
電流のＪｌ謙加を抑ｆｕｌｌ　Ｌ　′’Ｃ高温時の’Ｆ
ｌ：Ｃ気’Ｐ：ｊ性も格段ζ１向上さ猪ることができる
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体素子をエポキシ樹脂組成物で封止して成る
   樹脂封止型半導体装置Ｃ二おいて、上記エポキシ樹脂組
   成物がエポキシ樹脂と、フェノール性・水酸基を２個以
   上有するエポキシ樹脂硬化剤と、：パ 有機ホスフィン化１′吻と、有１幾ホスホニウム化合物
   とを含有することを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
2. （２）エポキシ４＃脂がノボラック型エポキシ樹脂であ
   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。
3. （３）有機ホスフィン化合物と有機ホスホニウム化合物
   との重量口よる含有量の比率「なわら、〔有機ホスフィ
   ン化合物の含有ｋ〕／〔有機ホスホニウム化合物の含有
   量〕が０．１〜ｉ、ｏｏｏの範囲であることを特徴とす
   る特許請求の軛囲第１項ｄ己載の樹脂封止型半導体装置
   。 （４ン　エポキシ樹ＩＪ￥￥組成物が石英ガラス粉末、
   結晶性シリカ粉末のうち少なくとも一方の無＋ａ　Ｉｔ
   ｑ充てん７剤を含イｆすることをＩ＋’￥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ｉｄ。