(57)【要約】【課題】封止用樹脂を用いて高圧ダイオードを組み立てることなく、別途封止樹脂に対する所定の耐湿性試験により良好と判定した特性値を基準にするだけで、耐湿性に優れた樹脂封止型高圧ダイオード用樹脂を選別することができると共に、樹脂価格を安価にできることにより、その樹脂を用いて製造された高耐湿性の高圧ダイオードを安価に提供すること。【解決手段】所定の条件により抽出された樹脂抽出水の電気伝導度が２５０μＳ／ｃｍ以下の難燃性エポキシ樹脂を用いて封止されている高圧ダイオードとするとする。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の条件により抽出された樹脂抽出水の電気伝導度が２５０μＳ／ｃｍ以下のノンハロゲン難燃性樹脂を用いて封止されていることを特徴とする高圧ダイオード。
【請求項２】
樹脂抽出液が、樹脂粉末を１０倍量の純水に分散させ、２気圧、１２１℃で２４時間加熱して得られる溶液であることを特徴とする請求項１記載の高圧ダイオード。
【請求項３】
ノンハロゲン難燃性樹脂がエポキシ系樹脂であることを特徴とする請求項１または２記載の高圧ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、難燃性、耐湿性、耐熱性に優れた封止樹脂、特にはハロゲン非含有のエポキシ樹脂により樹脂封止された高圧ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
難燃性樹脂、特には難燃性エポキシ樹脂により樹脂封止された高耐圧半導体装置として高圧ダイオードはよく知られている。高圧ダイオードは複数のダイオードチップ、特にはシリコンダイオードチップを積層することにより、約５ｋＶ〜５０ｋＶの逆耐圧を有するようにしたダイオードであり、高い方では数十ｋＶの高電圧交流波形の整流に用いられる。また、そのような高電圧回路に使用されるので、樹脂封止する場合は安全性を考慮して使用条件、使用環境等に適した難燃性樹脂を用いる必要がある。このような樹脂封止型高圧ダイオードに用いられる樹脂としては、難燃性クレゾールノボラック系エポキシ樹脂などが前記高圧ダイオードの絶縁破壊時等における安全性の観点からも優れていることが知られている。しかし、最近、前記難燃性を向上させるために樹脂に含有され、または添加されるハロゲン基含有化合物や赤りんが、高温状態で半導体装置内部の金属電極などを腐食させたり、金属間化合物を生成して金属膜の接合強度を低下させ、金属膜の剥離や断線等の起こす場合のあることが分かり、問題視されるようになった。またさらに、前記に加えて、半導体装置の廃棄時における環境汚染の観点からも、前記ハロゲン基含有化合物や赤りんを含まない封止樹脂が望まれている。
【０００３】
そのようなハロゲン基含有化合物や赤りんを含まない封止樹脂として、前記ハロゲン基含有化合物や赤りんに代えてＳｎＯ３、ＣｕＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｏＯ３などの金属酸化物、Ａｌ（ＯＨ）３、Ｍｇ（ＯＨ）２、ＺｎＳｎ（ＯＨ）６等の金属水酸化物、ほう酸含有の金属またはほう酸含有の有機化合物、りん酸エステル化有機りん化合物、シリコーンポリマー等のいずれかを難燃化剤として添加したエポキシ樹脂が知られている（特許文献１）。後述する本発明にかかるノンハロゲン難燃性樹脂に使用される難燃化剤も前述の難燃化剤から選別されて良い。
【０００４】
このような難燃性樹脂を用いた樹脂封止型高圧ダイオードは以下のようにして製造される。所定（例えば１７００Ｖ）の逆耐圧を示すように設計されたメサ型のシリコンダイオードチップを所定の枚数（例えば３枚〜３０枚）直列接続となるようにハンダで接合させて積層する。この積層チップの上下両端面にそれぞれ金属アキシャルリードを固着した後、シリコンダイオードチップのメサ形接合表面を適宜、エッチング等の表面処理により清浄化し、さらに該清浄化メサ表面にパッシベーッション処理が施される。次に前記積層ダイオードチップを中心にして、その周囲を取り囲むように、前記難燃性エポキシ樹脂によりトランスファーモールド成形して完成する。このような高圧ダイオードは前記難燃性樹脂によりトランスファーモールド成形されることにより、電極間の電気的絶縁度、機械的強度を確保し、約５ｋＶ〜５０ｋＶの所定の高電圧がダイオードの逆方向に印加されるような場合でも安全に使用できる。
【０００５】
その他の樹脂封止型半導体装置については、下記特許文献２、３、４、５においてよく知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００３−１３３４８５号公報
【特許文献２】
特開２０００−４４８０１号公報
【特許文献３】
特開平７−１３０９１９号公報
【特許文献４】
特許第２８２５３３２号公報
【特許文献５】
特許第２８６０９６０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記樹脂封止型高圧ダイオードにおいては、ハロゲン基含有化合物や赤りん等の従来の難燃化剤による金属電極の腐食や金属の剥離、断線等の問題点あるいは環境汚染の問題点は前述のようにノンハロゲン難燃性樹脂とすることにより解決できたが、他の一般的な半導体装置に比べても、特別に大きな高電圧（５ｋＶ〜５０ｋＶ）が印加されることによる影響を特に受けやすい前記高圧ダイオード用の封止樹脂の耐湿性およびについては、まだ、以下に述べるような、改良すべき高圧ダイオード特有の問題点が残っている。さらに電気伝導度が低いほど難燃性樹脂は一般に高価な点が問題である。
【０００８】
通常、樹脂封止型半導体装置において、樹脂が半導体装置の信頼性に及ぼす影響は、乾燥時よりも樹脂に浸入してきた水分による場合が大きい。空気中に含まれる水分は樹脂自体への浸潤による浸入や樹脂と金属端子（高圧ダイオードではアキシャルリード）の界面から浸入すると考えられている。封止樹脂内部の半導体チップの近傍に水分等が侵入すると、その程度により、半導体装置の電気特性の信頼性に大きな影響を及ぼすので、浸入する水分を如何に少なくするかが半導体装置の耐湿性向上にとって重要な課題である。さらに、高圧ダイオードでは浸入した水分に樹脂からイオン等の電解質成分が、高温、高電界などにより、いっそう溶出しやすい。イオン等の溶出した樹脂中の水分は電気伝導度（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ、以下ＥＣ特性値））が大きくなるので、半導体装置の電気特性の信頼性にさらに大きな悪影響を及ぼす。従って、前記樹脂封止型半導体装置の耐湿性向上のためには、水分の浸入とその水分中への樹脂成分の溶出が共に少ない樹脂または樹脂組成を見つけて適用することが重要である。半導体装置の中でも特に高圧ダイオードは使用される回路の印加電圧が非常に高いので、封止樹脂の耐湿性の向上が特に大きい意味をもつのである。しかも、前述のように電気伝導度が低いほど難燃性樹脂は一般に高価なので、高圧ダイオードに適した電気伝導度を決めることは価格の面からも意義が大きい。
【０００９】
このような耐湿性に関する半導体装置（高圧ダイオード）の評価項目としては、耐湿性試験がある。耐湿性試験はＰＣＴ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｏｋｅｒ  Ｔｅｓｔ）試験とも言い、樹脂封止型高圧ダイオードを温度１２１℃、２気圧、相対湿度１００％ＲＨの環境下で２００時間放置後、高温逆漏れ電流を評価する方法である。高温逆漏れ電流（以下ＩＲ２）とは１００℃の絶縁性油中での定格逆耐電圧における逆漏れ電流値である。
【００１０】
ところが、前記ＰＣＴ試験は半導体装置の評価試験であるので、耐湿性の良好な樹脂やその樹脂成分を多種類について検討する際に、その都度、樹脂封止型半導体装置（高圧ダイオード）を評価サンプルとして組み立ててから評価する必要がある。そのため、評価結果が判明するまでのリードタイムが長い、コストもかかるという問題がある。
【００１１】
本発明は、以上述べた点に鑑みてなされたものであり、その目的は、封止用樹脂を用いて高圧ダイオードを組み立てることなく、別途封止樹脂に対する所定の耐湿性試験により良好と判定した特性値を基準にするだけで、耐湿性に優れた樹脂封止型高圧ダイオード用樹脂を選別することができると共に、樹脂価格を安価にできることにより、その樹脂を用いて製造された高耐湿性の高圧ダイオードを安価に提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明によれば、前記目的は、所定の条件により抽出された樹脂抽出水の電気伝導度が２５０μＳ／ｃｍ以下の難燃性エポキシ樹脂を用いて封止されている高圧ダイオードとすることにより、達成される。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、樹脂抽出液が、樹脂粉末を１０倍量の純水に分散させ、２気圧、１２１℃で２４時間加熱して得られる溶液である請求項１記載の高圧ダイオードとすることが好ましい。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、難燃性樹脂がエポキシ系樹脂である請求項１または２記載の高圧ダイオードとすることが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる高圧ダイオードに関し、図１および表１〜表４を用いて詳細に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例に限定されるものではない。
【００１６】
本発明にかかる高圧ダイオードの模式的断面を図１に示す。逆耐圧１７００Ｖを示すために必要とされる所要の比抵抗を有するｎ導電型シリコンウェハーを用い、電気炉中で所定の高温不純物拡散を行なうことにより、ｐｎ接合を形成する。ｐｎ接合の形成されたシリコンウェハーを所定枚数（例えば７枚）はんだ３を用いて接着する。積層ウェハーをワイヤーソーまたはブレードソーなどの切断治具を用いて格子状に所要の大きさに切断する。切断された積層ダイオードチップ１の上下両端面にアキシャルリード２を接合する。積層ダイオードチップ１の切断面における切断による歪や汚れ等を酸エッチングにより除去し、元の清浄な単結晶面に仕上げた後、パッシベーション膜５の塗布により表面を保護し、ノンハロゲン難燃性樹脂４を用いてトランスファーモールド成形により封止して高圧ダイオードとする。本発明は、前記難燃性樹脂の耐湿性が改良された高圧ダイオードに関するものである。次に前記耐湿性の改良された難燃性樹脂の選別の仕方について説明する。
【００１７】
本発明は概略すると、前述した本発明の目的である、樹脂に対する所定の耐湿性試験により、高圧ダイオード用封止樹脂として良好と判定する基準電気伝導度（ＥＣ特性値（μＳ／ｃｍ））を求めるために、評価対象とする複数のサンプル樹脂について、所定の抽出条件で抽出した樹脂抽出水の前記ＥＣ特性値を示す表１と、前記各サンプル樹脂を用いてそれぞれ封止した高圧ダイオードの耐湿試験後の高温逆漏れ電流ＩＲ２値を示す表２とから、前記ＥＣ特性値と高温逆漏れ電流ＩＲ２との相関性を求める（表３）。一方、高圧ダイオードの長期信頼性試験の一つである高温高湿印加試験における初期の高温逆漏れ電流の大きさと、その経時劣化との関係から、高圧ダイオードで良好な信頼性結果を示すために必要とされる初期の高温逆漏れ電流ＩＲ２値（表４）１０μＡを求める。この高温逆漏れ電流ＩＲ２値１０μＡに対応するＥＣ特性値（２５０μＳ／ｃｍ）（表３から求める）をもって、前記基準のＥＣ特性値（μＳ／ｃｍ）とする。その後は前記ＥＣ特性値（２５０μＳ／ｃｍ）を基準にして、対象とするサンプル樹脂のＥＣ特性値を測定するだけで、高圧ダイオード用の封止樹脂として使用できるか選別し、満足する樹脂を高圧ダイオード用封止樹脂とする発明である。さらに本発明にかかるＥＣ特性値について信頼性特性のレベルをより高くするには、前記樹脂抽出水のＥＣ特性値が２００μＳ／ｃｍ以下の樹脂を選別して高圧ダイオードとすることがより好ましい。
【００１８】
本発明にかかる高圧ダイオードについて、さらに詳細に説明する。前記高圧ダイオード用の封止樹脂として、難燃性クレゾールノボラック系エポキシ樹脂であって、難燃性向上のための添加剤の含有量をＡからＦの順に増加させて難燃性を順に高めたＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの６種類を用意し、それぞれに樹脂について、その樹脂抽出水の電気伝導度（ＥＣ特性値）を測定する。その結果を表１に示す。表１は横軸に樹脂の種類（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ）、縦軸にＥＣ特性値（μＳ／ｃｍ）を採って示したものである。ちなみに前記６種類の樹脂はＡからＦの順に樹脂価格も高価になる。ここで、前記、ＥＣ特性値の具体的な測定方法について説明する。前記各Ａ〜Ｆの樹脂の樹脂抽出水を作成し、この各樹脂抽出水の電気伝導度を測定するのである。前記樹脂抽出水の作成について説明する。各樹脂の未硬化タブレットを粉砕し、この粉砕により得られた樹脂粉末を１７５℃で一時間硬化処理を加える。硬化後の前記粉末を自動乳鉢によりさらに微細に粉砕する。前記粉砕後の粉末を１００メッシュ（１５０μｍ目）のふるいにかける。前記ふるいを通った粉末を５グラム採取し、５０ｍｌの純水中に分散させ、２気圧、１２１℃で２４時間加熱し、得られた樹脂抽出水の電気伝導度を測定するのである。この表１によれば、樹脂Ａと樹脂Ｂは樹脂Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆに比べて電気伝導度が極めて高いのは、樹脂からイオン成分が多く抽出された結果と考えられる。
【００１９】
【表１】
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次に前記樹脂Ａ〜Ｆを用いて、それぞれ樹脂封止した高圧ダイオードサンプルを作成し、加速耐湿試験である前記ＰＣＴ試験（試験条件、温度１２１℃、２気圧、相対湿度１００％ＲＨ、２００時間）を行った後、各高圧ダイオードの高温逆漏れ電流（以下ＩＲ２と略す。試験条件、定格逆耐圧（８ｋＶ）印加、１００℃、測定試料を絶縁油中に入れて、逆漏れ電流を測定）を測定する（表２に結果を示す）。
【００２０】
【表２】
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前記表１と表２から求めた前記ＥＣ特性値と高温逆漏れ電流ＩＲ２との相関性を表３に示す。
【００２１】
【表３】
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一方、前記ＩＲ２が大きいと、それと共に発熱量も大きくなるので、高圧ダイオードの熱破壊に至り、高圧ダイオードの機能を損なうおそれがある。すなわち、このＩＲ２の値は高圧ダイオードの信頼性特性に関係がある。そこで、高圧ダイオード信頼性特性の一つである高温高湿電圧印加試験（以下ＴＨＢ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｈｕｍｉｄｉｔｙ  Ｂｉａｓ  Ｔｅｓｔ）試験）を行い、前記ＩＲ２の大きさと高圧ダイオードの信頼性特性との相関を調べた（表４）。
【００２２】
【表４】
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試験条件として、温度８５℃、相対湿度８５％ＲＨ、定格逆電圧（８ｋＶ）の８０％の電圧印加、１０００時間を用いた。その結果、前記表４に示すように、ＩＲ２値が１０μＡ／８ｋＶを超える高圧ダイオードＡとＢのＩＲ２特性は時間と共に次第に増加し、特に、２５０時間を超えると急に増加傾向が強くなることが分かる。従って、前記難燃性樹脂サンプルＡ〜Ｆについては、所定の条件により測定された樹脂抽出水のＥＣ特性値を測定するだけで、ＥＣ特性値が２５０μＳ／ｃｍ以下であるＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆの樹脂を耐湿性に優れた高圧ダイオード用の封止樹脂として良好と判定し、より好ましくはＥＣ特性値が２００μＳ／ｃｍ以下であるＤ、Ｅ、Ｆの樹脂を採用することができる。また、前述のように、本発明にかかる封止樹脂はその樹脂抽出液の電気伝導度の上限が２５０μＳ／ｃｍ以下、好ましくは２００μＳ／ｃｍ以下とされているので、価格的にも、その範囲内でより安価な樹脂を選択することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、封止用樹脂を用いて高圧ダイオードを組み立てることなく、別途封止樹脂に対する所定の耐湿性試験により良好と判定した特性値を基準にするだけで、耐湿性に優れた樹脂封止型高圧ダイオード用樹脂を選別することができると共に、樹脂価格を安価にできることにより、その樹脂を用いて製造された高耐湿性の高圧ダイオードを安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる高圧ダイオードの模式的断面図
【符号の説明】
１    ダイオードチップ
２    アキシャルリード
３    はんだ
４    封止樹脂
５    パッシベーション膜。
【図１】
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