JPH0320065A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、耐熱性および耐湿信頼性に優れた半導体装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

トランジスタ，ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子は、通常セ
ラ逅ツ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、横戒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、構戒材
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。さらに、この種のブ
ラスヂツクパッケージ材料には、従来からエポキシ樹脂
組戒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。そして、このようなエポキシ樹脂組成物としては、
エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂の硬化剤であるノボラツ
ク型フェノール樹脂と、硬化促進剤および無機質充填剤
等のｍ或系で構威されるものが、封止作業性（特にトラ
ンスファー或形作業時の成形性）等に優れたものとして
賞用されている。

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． 〔発明が解決しようとする問題点〕 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の
レベルにおいて、耐熱性および耐湿性に劣っており、特
に耐湿性が劣化すると素子上のアルミニウム電極および
配線等の腐食を主体として不良を発生している。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、耐
熱信頼性および耐湿信頼性に優れた半導体装置の提供を
その目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達或するため、この発明の半導体装置は、
下記の（Ａ）．（Ｂ），（Ｃ）成分および場合により（
Ｄ）戒分を含有するエポキシ樹脂組戒物を用いて半導体
素子を封止するという構戒をとる． （．Ａ）エポキシ樹脂。

（Ｂ）フェノール樹脂。

（Ｃ）二価以上のカルボン酸の第四ホスホニウム塩。

ＣＤ）ホウ酸およびホウ酸エステル化合物の少なくとも
一方。

〔作用〕

すなわち、本発明者らは、上記エポキシ樹脂組成物から
なる封止樹脂の耐熱性および耐湿性を向上させることを
目的として一連の研究を重ねた。

その結果、上記耐熱性および耐湿性向上のためには上記
ｃ４分の特定の第四ホスホニウム塩を硬化促進剤として
用いることが有効であることを突き止めた。そして、さ
らに研究を続けた結果、上記Ｃ成分とともに上記Ｄ戒分
のホウ酸およびホウ酸エステル化合物の片方もしくは双
方を用いると、一層耐湿性が向上することを見出しこの
発明に到達した。

この発明に用いられるエポキシ樹脂！ｊ！戒物は、エポ
キシ樹脂（Ａｔｃ分）と、フェノール樹脂（Ｂ戒分）と
、特定の第四ホスホニウム塩（Ｃ成分）とを用い、場合
によって上記Ａ−Ｃ戒分とともにホウ酸およびホウ酸エ
ステル化合物の片方もしくは双方（Ｄ戒分）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。

上記Ａ成分のエポキシ樹脂としては、特に制限するもの
ではなく、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、各
種フェノール類から合威されるノボラツク型エポキシ樹
脂等の従来から半導体装置の封止樹脂として用いられて
いる各種のエポキシ樹脂が用いられる。これらの樹脂の
なかでも、融点が室温を超えており、室温下では固形状
を呈するものを用いることが好結果をもたらす。特に、
ノボラック型エポキシ樹脂が好ましく、なかでもエポキ
シ当Ｍ１６０〜２５０，軟化点５０〜１３０″Ｃのもの
が好適に用いられる。また、これらのエポキシ樹脂中の
イオン性不純物および加水分解してイオンになりやすい
成分が少ないものほど好ましく、具体的には遊離のナト
リウムイオン．塩素イオンの濃度が各５　ｐｐｍ以下お
よび加水分解性塩素イオンの濃度が６００ｐｐｎ＋以下
のものが好ましい。

上記Ａｔｃ分のエポキシ樹脂とともに用いるＢ戒分のフ
ェノール樹脂は、上記エポキシ樹脂の硬化剤として作用
するものであり、例えば、フェノールノボラツク樹脂．
タレゾールノボラック樹脂．ｔｅｒｔ−プチルフエノー
ルノボラック樹脂，ノニルフエノールノボラック樹脂等
のノボラツク型フェノール樹脂、レゾール型フェノール
樹脂、ポリバラオキシスチレン等のポリオキシスチレン
等があげられる。なかでも、特にノボラック型フェノー
ル樹脂が好適に用いられる．これらノボラック型フェノ
ール樹脂としては、軟化点が５０〜１１０’Ｃ，水酸基
当量が１００〜１５０のものを用いることが好ましい。

これらＢ成分のフェノール樹脂は単独でもしくは併せて
用いられる。

上記Ａ戒分のエポキシ樹脂とＢ成分のフェノール樹脂と
の配合比は、上記エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量当
たりフェノール樹脂中の水酸基が０．５〜２．０当量と
なるように配合することが好適である。すなわち、上記
範囲を外れると、充分な硬化反応が得られにくく、エポ
キシ樹脂組成物の硬化物特性が劣化し易くなるからであ
る。

そして、上記Ａ成分のエポキシ樹脂およびＢ［分のフェ
ノール樹脂とともに用いられるＣ成分の特定の第四ホス
ホニウム塩は、硬化促進剤として作用するものであり、
二価以上のカルボン酸の第四ホスホニウム塩を用いる。

例えば、マレイン酸．アジビン酸，フタル酸．テトラヒ
ドロフタル酸へキサヒドロフタル酸，トリメリット酸，
ピロメリット酸等のポリカルボン酸のテトラフエニルホ
スホニウム塩、テトラーｎ−プチルホスホニウム塩、エ
チルトリフエニルホスホニウム塩等があげられる．上記
ｃｔｃ分の特定の第四ホスホニウム塩の配合量は、Ａ威
分のエポキシ樹脂とＢ成分のフェノール樹脂の合計ｆｆ
ｉｌｏｏ重量部（以下「部」と略す）に対して０．ｌ〜
５部の割合に設定するのが好ましく、より好適なのは０
．　５〜３部である。すなわち、上記Ｃ成分の特定の第
四ホスホニウム塩の配合量が０．　１部未満では充分な
硬化促進効果がみられず、逆に５部を超えると成形性，
耐湿性の低下がみられるからである． さらに、上記Ｄ成分のホウ酸およびホウ酸エステル化合
物の片方もしくは双方を用いることにより、上記Ｃ威分
の第四ホスホニウム塩との相乗効果をもたらし耐湿性が
一層向上することになる。

上記ホウ酸としては、オルトホウ酸，メタホウ酸および
四ホウ酸等があげられる． また、上記ホウ酸エステル化合物としては、下記の一般
式（【）〜（ＩＩＩ）で表される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
化合物があげられる。

Ｂ　（ＯＲ）　３　　・・・（１） このようなホウ酸エステル化合物を例示すると、ホウ酸
トリメチル，ホウ酸トリエチル．ホウ酸トリイソプロビ
ル．ホウ酸トリプチル．ホウ酸トリシクロヘキシル，ホ
ウ酸トリフェニル，ホウ酸トリクレジル．ホウ酸トリノ
ニルフエニル，ホウ酸トリナフチル．ホウ酸トリベンジ
ル，ポリホウ酸ブチル，ポリホウ酸フエニル，ポリホウ
酸クレジル，ポリホウ酸ベンジル等があげられる。この
ようなＤ戒分のホウ酸およびホウ酸エステル化合物の少
なくとも一方の配合量としては、Ａ）３ｉ分のエポキシ
樹脂とＢ戒分のフェノール樹脂の合計ｆｉ１００部に対
してｏ．ｏｔ−ｔｏ部の割合に設定するのが好ましく、
特に好ましくは０．０５〜５部である。

また、この発明で用いられるエポキシ樹脂ｔｉＩＩＩＩ
ｉ．物には、必要に応じて上記Ａ−Ｄ戒分以外に無機質
充填剤、離型剤、ハロゲン化合物，二酸化アンチモン等
の難燃剤、カーボンブラック等の顔料や染料、シランカ
ップリング剤等の表面処理剤やその他低応力化剤等を適
宜用いることができる．上記無機賞充填剤は、半導体素
子の樹脂封正にトランスファー或形方法を用いる場合に
配合するのが好ましく、例えばシリカ粉末．アル逅ナ粉
末タルク．クレー．ガラス繊維等があげられる。

特に、これらのなかでも溶融性もしくは結晶性のシリカ
粉末が好ましく用いられる。上記無機質充填剤の配合量
は、Ａ成分のエポキシ樹脂とＢ成分のフェノール樹脂お
よび無機質充填剤の種類によっても異なるが、Ａ成分の
エポキシ樹脂とＢ成分のフェノール樹脂との合計量１０
０部に対して１５０〜６００部の割合に設定するのが好
ましい。

また、上記離型剤としては、天然ワックス類，合戒ワッ
クス類，長鎖脂肪酸の金属塩，酸アミド類，エステル類
もしくはバラフィン類等があげられる。

この発明に用いられるエポキシ樹脂組威物は、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、Ａ成分のエポキシ樹脂とＢＴＩｉ．分のフェ
ノール樹脂とＣ戒分の特定の第四ホスホニウム塩を、さ
らにＤ戊分のホウ酸およびホウ酸エステル化合物の片方
もしくは双方を配合し、必要に応じて無機質充填剤，Ｍ
型剤，その他の添加剤等を、例えばミキサーによって充
分混合したのち、熱ロール機による溶融混合処理または
二一ダー等による混合処理を行い、さらに必要に応じて
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
。

このようなエポキシ樹脂組戒物を用いての半導体装置の
封止は特に限定されるものではなく、通常の方法、例え
ば、トランスファー成形等の公知の方法により行うこと
ができる。

このようにして得られる半導体装置は、エポキシ樹脂組
戒物中に含まれる特定の第四ホスホニウム塩（Ｃ成分）
の作用により極めて優れた耐熱信頼性および耐湿信頼性
を備え、さらにホウ酸およびホウ酸エステル化合物の片
方もしくは双方（Ｄ成分）を用いることにより一層優れ
た耐湿信頼性を備えることとなる。

〔発明の効果〕 以上のように、この発明の半導体装置は、上記Ｃ戒分の
特定の第四ホスホニウム塩を含有しているエポキシ樹脂
組成物により封止されており、その封止樹脂が耐熱性お
よび耐湿性に富んでいるため、優れた耐熱信頼性．耐湿
信頼性を有している．そして、さらにＤ戒分のホウ酸お
よびホウ酸エステル化合物の片方もしくは双方を用いる
と、Ｃ成分の特定の第四ホスホニウム塩との相乗効果に
より一層耐湿信頼性に優れたものとなる。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

まず、実施例に先立って、下記の製法にしたがいオル１
・ホウ酸を含有する溶融混合物粉末およびホウ酸トリフ
エニルを含有する溶融混合物粉末を作製した。

《オルトホウ酸を含有する溶融混合物粉末の作製》 軟化点８０゜Ｃのフェノールノボラツク樹脂４００ｇと
オルトホウ酸６ｇとを混合し、これを１４０〜１６０゜
Ｃに加熱して溶融し均一な溶融混合物を作製した。さら
に、上記溶融混合物を冷却したのち粉砕してオルトホウ
酸を含有する溶融混合物粉末（以下「粉末Ａ」と称す）
を得た。

《ホウ酸トリフエニルを含有する溶融混合物粉末の作製
〉 オルトホウ酸６ｇに代えてホウ酸トリフエニル５０ｇを
用いた。それ以外は上記粉末Ａの作製方法と同様にして
ホウ酸トリフエニルを含有する溶融混合物粉末（以下’
′Ｆ５）末Ｂ」と称す）を得た。

〔実施例１〜９、比較例１〜３〕 後記の第１表に示す原料を同表に示す割合で配合し、こ
の配合物を加熱ロール機（温度１００゜Ｃ）で１０分間
混練したのち冷却粉砕し、粉末状のエポキシ樹脂組成物
を得た。

（以下余白） つぎに、以上の実施例および比較例によって得られた粉
末状のエポキシ樹脂組戒物を用い、アルミニウム金属電
極の腐食を検討するために設計した半導体素子をトラン
スファー或形（トランスファー或形条件：威形温度１７
５゜Ｃ，成形時間２分）でモールドし、さらに或形した
後１７５゜Ｃで５時間硬化させることにより半導体装置
を得た。このようにして得られた半導体装置について耐
湿特性を測定し、その結果を後記の第２表に示した。

また、得られたエポキシ樹脂組戒物を上記と同様の或形
条件で成形した硬化物の体積抵抗率，機械的強度および
ガラス転移温度を測定し、その結果を第２表に併せて示
した。なお、上記耐湿特性は、下記に示すようにして測
定した。

《耐湿特性｝ 温度１３０゜Ｃ，８５％ＲＨのプレッシャークツカー雰
囲気下において、２０Ｖの直流電流を加えアルごニウム
電極の腐食による断線の生じたものを不良とした（実施
例１〜４、比較例■〜３）。

また、上記プレッシャークツカー雰囲気下の信頼性テス
トの時間を変えた場合の累積不良率を調べた（実施例５
〜９）。

（以下余白） 第２表の結果から、比較例１．２品は比較的ガラス転移
温度は高いものの耐湿信頼性に劣り、比較例３品は耐湿
信頼性は良好であるが、ガラス転移温度が低い。これに
対して、実施例品はガラス転移温度が高く、しかも耐湿
信頼性に優れている。このことから、実施例品は、耐熱
信頼性および耐湿信頼性に優れていることがわかる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）成分および場合に
   より（Ｄ）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）フェノール樹脂。 （Ｃ）二価以上のカルボン酸の第四ホスホニウム塩。 （Ｄ）ホウ酸およびホウ酸エステル化合物の少なくとも
   一方。
2. （２）下記の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）成分および場合に
   より（Ｄ）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）フェノール樹脂。 （Ｃ）二価以上のカルボン酸の第四ホスホニウム塩。 （Ｄ）ホウ酸およびホウ酸エステル化合物の少なくとも
   一方。