JPS6322616B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕 本発明は半導体装置に関する。 〔発明の背景〕 樹脂或いはセラミツク等により封止された半導
体装置においては、耐湿特性（高温高湿状態での
アルミニウム配線の断線故障）、封止材料中に含
まれるウラン、トリウムから出るα線によるソフ
トエラーの問題が、信頼性向上に対する障害とな
つている。 特に、樹脂封止半導体装置は、耐湿特性（65〜
85℃、相対湿度95％中に放置、或いは121℃、２
気圧水蒸気中の放置試験）が充分でない。樹脂封
止半導体装置では、樹脂とリード線の間、或いは
樹脂と半導体素子との界面に間隙が生じ、そこを
通じて外部から水分が侵入し素子の電極、ボンデ
イング部などが腐食、断線し易い。 そこで、半導体装置と樹脂との接着性を高めて
封止品の耐湿性を改善する為に、(a)素子をシラン
系カツプリング剤で処理したのち樹脂封止する方
法、或いは(b)シラン系カツプリング剤を配合した
樹脂組成物で封止する方法等が提案された。 しかし、これらの方法によつても耐湿特性の充
分な向上を達成するに至らず、より効果的な方法
を開発する必要が生じ、本発明者等は種々検討を
行つた。 〔発明の目的〕 本発明はその成果であり、耐湿特性に優れた封
止型半導体装置を提供することを目的にしてい
る。 〔発明の概要〕 本発明の特徴は、半導体素子を熱硬化性樹脂で
封止した半導体装置において、前記半導体素子の
上面がアルミニウムアルコシドの焼付け膜で被覆
され、その上がエポキシ系熱硬化性樹脂で封止さ
れていることを特徴とする半導体装置にある。 アルミニウムアルコシド（金属アルコシド）
は、半導体素子、リード線及び使用される封止材
料、例えば樹脂（熱硬化性並びに熱可塑性樹脂）
との親和性や反応性を考慮して選ばれる。 本発明で使用される金属アルコキシドとして
は、例えばアルミニウムメトキシド、アルミニウ
ムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、
アルミニウムｎ−ブトキシド、ジイソプロポキシ
アルミニウムsec−ブトキシド、アルミニウムsec
−ブトキシド、リチウムメトキシド、リチウムエ
トキシド、リチウムブトキシド、マグネシウムメ
トキシド、マグネシウムエトキシド、マグネシウ
ムブトキシド、カルシウムエトキシド、ボロンメ
トキシド、ボロンエトキシド、アンチモンエトキ
シド、アンチモンｎ−ブトキシド、亜鉛エトキシ
ド、スズメトキシド、スズエトキシド、スズｎ−
ブトキシド、スズｉ−プロポキシド、タンタルエ
トキシド、チタンｉ−プロポキシド、ジルコニウ
ムメエトキシド、ジルコニウムｉ−プロポキシ
ド、バナジルメトキシド、バナジルエトキシド、
バナジルｎ−ブトキシドなどが挙げられる。これ
らは１種若しくは２種以上併せて用いられる。 特に、１種のみの焼付け膜の場合には、レジン
と半導体素子或いはリード部との接着強度が高
く、耐湿性の極めて優れた半導体装置を得ること
ができる。とりわけ、この場合には5μｍ以下の
膜厚を形成できるので、上記の効果を得る上で有
利である。 一方、２種以上用いた場合には、耐クラツク性
のすぐれた、厚い膜が得られる。従つて、α線遮
蔽膜として、有用な30μｍ以上の膜の形成も可能
である。上記アルコキシド類の中で、アルミニウ
ムアルコキシドが効果に優れている。 前記金属アルコキシドは、塗布に供される際
に、例えばアルコール類、トルエン、キシレン等
の溶剤に溶解される。該溶液がフレームに組込ま
れた素子及びリード線に塗布される。塗布方法と
しては、金属アルコキシド溶液中への素子及びリ
ード部の浸漬、素子及びリード部上への金属アル
コキシド溶液の滴下、或いは不活性ガスを用いた
スプレー法、スピンナー塗布による方法等があ
る。 上述のような方法により、金属アルコキシド溶
液が塗布された素子及びリード部は風乾によつて
予備乾燥される。特に好ましくは、不活性ガス
（例えば、N₂、Ar、Heなど）中で予備乾燥され
る。 その後、この金属アルコキシドは少なくとも
100℃以上、特に好ましくは150℃〜300℃で焼付
けられることによつて、素子及びリード部上に被
覆層を形成する。 被覆層の厚さについては、好ましくは150μｍ
以下が有効であり、厚さ150μｍ以上では被覆層
にクラツクを生じて本発明の効果を損なう場合が
ある。 金属アルコキシドを焼付けられた半導体装置
は、次に樹脂組成物をもつて封止される。該組成
物には、金属アルコキシドが含有されていても、
含まれていなくてもよい。 金属アルコキシドが封止用樹脂組成物に配合さ
れる場合には、溶剤で希釈することなく使用され
ることが好ましい。 該金属アルコキシド含有樹脂組成物は、金属ア
ルコキシド被覆の設けられてない半導体装置の封
止に適用することは出来るが、好ましくは装置に
予め金属アルコキシド被覆が形成されることで、
それによつて本発明の意図する効果が一層確実に
発揮される。 本発明のエポキシ樹脂としては、例えばビスフ
エノールＡのジグリシジルエーテル、ブタジエン
ジエポキサイド、３，４−エポキシシクロヘキシ
ルメチル−（３，４−エポキシ）シクロヘキサン
カルボキシレート、ビニルシクロヘキサンジオキ
サイド、４，4′−ジ（１，２−エポキシエチル）
ジフエニルエーテル、４，4′−（１，２−エポキ
シエチル）ジフエニルエーテル、２，２−ビス
（３，４−エポキシシクロヘキシル）プロパン、
レゾルシンのジグリシジルエーテル、フロログル
シンのジグリシジルエーテル、メチルフロログル
シンのジグリシジルエーテル、ビス−（２，３−
エポキシシクロペンチル）エーテル、２−（３，
４−エポキシ）−シクロヘキサン−５，５−スピ
ロ（３，４−エポキシ）−シクロヘキサン−ｍ−
ジオキサン、ビス−（３，４−エポキシ−６−メ
チルシクロヘキシル）アジペート、Ｎ，N′−ｍ
−フエニレンビス（４，５−エポキシ−１，２−
シクロヘキサン）ジカルボキシイミドなどの２官
能のエポキシ化合物、パラアミノフエノールのト
リグリシジルエーテル、ポリアリルグリシジルエ
ーテル、１，３，５−トリ（１，２−エポキシエ
チル）ベンゼン、２，2′，４，4′−テトラグリシ
ドキシベンゾフエノン、フエノールホルムアルデ
ヒドノボラツクのポリグリシジルエーテル、グリ
セリンのトリグリシジルエーテル、トリメチロー
ルプロパンのトリグリシジルエーテル等３官能以
上のエポキシ化合物が用いられる。上記化合物
は、用途、目的に応じて、１種以上併用して使用
することも可能である。 また、エポキシ樹脂組成物には、エポキシ樹脂
の公知の硬化剤、例えば、脂肪族ポリアミン、変
性脂肪族ポリアミン、Ｎ−アミノアルキルピペラ
ジン、キシリレンジアミン、ポリアミド、芳香族
ポリアミン、変性芳香族ポリアミン、イミダゾー
ル、ポリカルボン酸及びその無水物、BF₃−アミ
ン錯塩、ジシアンジアミド、トリアルカノールア
ミンボレートを添加して使用することも何ら制限
するものではない。 また、Ｎ，N′−置換ビスアレイミド及びその
付加物、イソシアネート化合物、シアン酸エステ
ル系化合物、ポリテトラフルオロエチレン、シリ
コン、ブチルゴム、ポリプロピレン、ポリエチレ
ン、水素添加ポリブタジエン、天然ゴム、ポリブ
タジエン−スチレン、ポリイソブチレン、ポリブ
タジエン、ポリエチルヘキシルメタクリレート、
ポリエトキシエチルメタクリレート、ポリ−ｎ−
ブチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリサル
フアイド（チオコームゴム）、ポリスチレン−ジ
ビニルベンゼン、ポリメチルメタクリレート、ク
ロロプレン、ブタジエン−アクリロニトリル共重
合物、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリウ
レタン、ポリグリコールテレフタレート、ポリメ
チレンオキサイド、ポリイミド（ポリアミド酸状
態のものを含む）、フエノキシ樹脂、ポリビニル
アセタール系樹脂等を添加して、改質、変性を行
うことも出来る。 該エポキシ樹脂組成物には、エポキシ化合物の
硬化反応を促進する効果の知られている公知の触
媒を使用することが出来る。 かかる触媒としては、例えば、トリエタノール
アミン、テトラメチルブタンジアミン、テトラメ
チルペンタンジアミン、テトラメチルヘキサンジ
アミン、トリエチレンジアミン、ジメチルアニリ
ンなどの三級アミン、ジメチルアミノエタノー
ル、ジメチルアミノペンタノールなどのオキシア
ルキルアミンやトリス（ジメチルアミノメチル）
フエノール、Ｎ−メチルモルホリン、Ｎ−エチル
モルホリン等のアミン類がある。 また、セチルトリメチルアンモニウムブロマイ
ド、セチルトリメチルアンモニウムクロライド、
ドデシルトリメチルアンモニウムアイオダイト、
トリメチルドデシルアンモニウムクロライド、ベ
ンジルジメチルテトラデシルアンモニウムクロラ
イド、ベンジルメチルパルミチルアンモニウムク
ロライド、アリルドデシルトリメチルアンモニウ
ムブロマイド、ベンジルジメチルステアリルアン
モニウムブロマイド、ステアリルトリメチルアン
モニウムクロライド、ベンジルジメチルテトラデ
シルアンモニウムアセテート等の第４級アンモニ
ウム塩がある。 また、２−エチルイミダゾール、２−ウンデシ
ルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾー
ル、２−メチル−４−エチルイミダゾール、１−
ブチルイミダゾール、１−プロピル−２−メチル
イミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダ
ゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾ
ール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダ
ゾール、１−シアノエチル−２−フエニルイミダ
ゾール、１−アジン−２−メチルイミダゾール、
１−アジン−２−ウンデシルイミダゾールなどの
イミダゾール類、トリフエニルホスフインテトラ
フエニルボレート、テトラフエニルホスホニウム
テトラフエニルボレート、トリエチルアミンテト
ラフエニルボレート、Ｎ−メチルモルホリンテト
ラフエニルボレート、２−エチル−４−メチルイ
ミダゾールテトラフエニルボレート、２−エチル
−１，４−ジメチルイミダゾールテトラフエニル
ボレートなどのテトラフエニルボロン塩等があ
る。 本発明においては、封止用樹脂組成物に、目的
と用途に応じて、各種の無機質添加剤を配合して
用いることが出来る。 例えばジルコン、シリカ、溶融石英ガラス、ア
ルミナ、水酸化アルミニウム、ガラス、石英ガラ
ス、ケイ酸カルシウム、石コウ、炭酸カルシウ
ム、マグネサイト、クレー、カオリン、タルク、
鉄粉、銅粉、マイカ、アスベスト、炭化珪素、窒
化ホウ素、二硫化モリブデン、鉛化合物、鉛酸化
物、亜鉛華、チタン白、カーボンブラツクなどの
充填剤、あるいは、高級脂肪酸、ワツクス類など
の離型剤、エポキシシラン、ビニルシラン、アミ
ノシラン、ボラン系化合物、アルコキシチタネー
ト系化合物、アルミニウムキレート系化合物等の
カツプリング剤を使用可能である。更に、アルチ
モン、燐化合物、臭素や塩素を含む公知の難燃化
剤を用いることも可能である。 また、封止樹脂中に前記金属アルコキシドを添
加しておくこともでき、接着性向上効果に寄与す
る。 本発明においては、半導体装置を封止する為の
装置、方法は特に限定されず、樹脂封止の場合に
は例えば前記したような成分からなる組成物をも
つて、注型、トランスフア成形など公知の方法が
適用できる。 〔発明の実施例〕 本発明の半導体装置の実施例を図面によつて示
すと次の通りである。第１図及び第２図は樹脂封
止型の半導体装置への適用例を示すもので、１は
半導体素子、２はリード部、３は封止用樹脂、４
はボンデイング線、５は金属アルコキシドを塗
布、焼付けして得られる被覆層である。第１図の
場合は、被覆層を半導体素子表面に設けた例であ
る。この場合には、上記被覆層を防湿膜としても
よいし、α線遮蔽層としてもよい。第２図の場合
は半導体素子表面とその近傍のリード線表面に被
覆層を施したものである。 次に実施例を記して説明する。 実施例 １ メモリ用MOS型半導体素子を、リード部14本
を有するフレームに組込んだ。該素子及びリード
部に、表に示すようなアルミニウムアルコレート
のイソプロパノール溶液を塗布し、風乾した後
160℃に１時間加熱して焼付けた。 次に、該装置を下記組成の樹脂組成物を用いて
トランスフア成形（180℃、２分成形）すること
により第２図に示すような封止型半導体装置を得
た。これらの封止装置に耐湿試験（85℃、相対湿
度95％雰囲気中2000時間放置（試片100ケ）、及び
プレツシヤクツカテスト（PCT、2500時間、試
片100ケ）を課したときのリード部の腐食断線、
素子の誤動作等による不良発生率は、表に記載の
ように従来法による参考例に比し、大幅に向上し
ていた。

【表】

〔封止用樹脂組成物の調製〕

クレゾールノボラツク型エポキシ樹脂（エポキ
シ当量；225）100重量部に、フエノール〜ホルム
アルデヒドノボラツク樹脂55重量部、γ−グリシ
ドキシプロピルトリメトキシシラン２重量部、テ
トラフエニルホスホニウムテトラフエニルボレー
ト２重量部、石英ガラス粉360重量部、ヘキスト
ワツクスＥ（ヘキスト社）２重量部、およびカー
ボンブラツク0.5重量部を配合し、70〜75℃に加
熱したロール機で約10分間混練することによつて
調製した。 実施例 ２ 前記実施例１のNo.１の金属アルコキシドを使用
し、封止樹脂として下記組成の組成物を用いた点
を除いて、該実施例１と同様にして、樹脂封止半
導体装置を製作した。それの耐湿性試験、PCT
の結果は、何れも不良発生率０％であつた。 〔封止用樹脂組成物の調製〕 前記と同じクレゾールノボラツク型エポキシ樹
脂100重量部に、フエノール〜ホルムアルデヒド
ノボラツク樹脂60重量部、sec−ブトキシアルミ
ニウムジイソプロピレート0.5重量部、トリエチ
ルアミンテトラフエニルボレート２重量部、石英
ガラス粉310重量部、結晶性シリカ310重量部、ヘ
キストワツクスE2重量部、及びカーボンブラツ
ク0.5重量部を配合して、実施例１記載と同様に
行つた。 実施例 ３ 半導体装置のフレーム材（42アロイ）に、実施
例１記載と同様の条件で、アルミニウムアルコレ
ート（素のNo.１およびNo.２と同等品）を塗布し焼
付けた後、実施例１の封止用エポキシ樹脂組成物
を接着硬化させた（接着面積１cm²）。それらの試
料にPCTを課した後、せん断接着強さ（22℃）
を測定した。その強さとPCT時間との関係は第
３図の如くで、同時に行つた参考例（KBM403
処理、及び無処理）に比し、実施例が耐湿性に優
れていることが認められる。なお、測定値はそれ
ぞれ試料５個の平均である。 〔発明の効果〕 以上説明した通り、本発明によれば耐湿特性に
優れた半導体装置が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の実施例に係る樹脂
封止型半導体装置の横式断面図であり、第３図は
半導体装置のフレーム材と樹脂とのせん断接着強
さのプレツシヤクツク試験時間への依存性を示す
特性図である。 １……半導体素子、２……リード部、３……封
止用樹脂、４……ボンデイング線、５……金属ア
ルコキシド焼付膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体素子を熱硬化性樹脂で封止した半導体
   装置において、前記半導体素子の上面がアルミニ
   ウムアルコシドの焼付け膜で被覆され、その上が
   エポキシ系熱硬化性樹脂で封止されていることを
   特徴とする半導体装置。 ２ 前記半導体素子を封止する熱硬化性樹脂が、
   エポキシ樹脂及びフエノールノボラツク樹脂を含
   むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   半導体装置。 ３ 半導体素子を熱硬化性樹脂で封止した半導体
   装置において、前記半導体素子の上面がアルミニ
   ウムアルコシドの焼付け膜で被覆され、その上が
   アルミニウムアルコシドを含むエポキシ系熱硬化
   性樹脂で封止されていることを特徴とする半導体
   装置。