JP2002299393A - 半導体装置用導電性硬化樹脂及び半導体装置 - Google Patents
半導体装置用導電性硬化樹脂及び半導体装置Info
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- H01L2224/40245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
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- H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/45001—Core members of the connector
- H01L2224/45099—Material
- H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
- H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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- H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
- H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
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- H01L2224/48617—Principal constituent of the connecting portion of the wire connector being Gold (Au) with a principal constituent of the bonding area being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950 °C
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Abstract
験及びPCTにおいても半導体チップの電極及び配線材
と金属板との剥離を生じさせることなく、導電性をも低
下させない半導体装置用導電性硬化樹脂及び半導体装置
を提供する 【解決手段】半導体チップの表面に設けられた電極及び
リード端子を有する配線材が金属板によって電気的に導
通せしめられると共に、前記電極及び前記配線材と前記
金属板とに挟持され、金属粉末が混入された導電性の半
導体装置用導電性硬化樹脂において、弾性率が2.0×
109Pa以下であることを特徴とする。
Description
てなる半導体装置、すなわち、プラスチックパッケージ
に関し、特に、半導体チップの電極とリード端子との間
を、銅などからなる金属板によって電気的に接続したプ
ラスチックパッケージに関するものである。
置、すなわち、プラスチックパッケージは、リードフレ
ームのアイランド部に半導体チップをマウントし、その
後リードフレームのインナーリード(各端子部)と半導
体チップ表面の電極とを金等のボンディングワイヤで両
者を接続し、その後樹脂封止を行って個々の半導体装置
としていた。ここで、半導体チップをアイランド部にマ
ウントするに際し、この両者の間にエポキシ樹脂に銀を
充填した導電性樹脂からなるダイボンド材を着けたもの
をベークして導電性樹脂を硬化していた。また、ボンデ
ィングワイヤは超音波併用熱圧着ボンディングで接続を
行っていた。また、大電流用途のパワートランジスタ等
のパワー素子を上述した手法により封止する場合は、ボ
ンディングワイヤの金線を太くして配線抵抗を低くして
接続していた。そして、上述のように製造した半導体装
置は、温度サイクル試験やプレッシャークッカー試験
(以降PCT)でも十分な信頼性を得ていた。しかし、
パワー素子が大型化すればするほど金コストが大幅にア
ップするばかりか、線径を太くするにも限度ある、と言
う問題がでてきたため、これに対処する方法として特開
平2000−114445号公報に示されるようにボン
デングワイヤによる接続ではなく金属板を使用して半導
体チップの電極とリードフレームのソース端子の接続を
行うパッケージが提案されてきた。
114445号公報に記載された技術を実験してみた。
以降にその詳細を記す。図5は、金属板接続による半導
体装置の実験を行った構造を示す図であり、図5(a)
は平面図、図5(b)は図5(a)のD−D線における
断面図である。図5は、この半導体装置1は、MOSF
ETを構成する半導体チップ30を上述した導電性硬化
樹脂100を用いてアイランド部44に搭載接合し、そ
の後電流制御電極であり大電流は流れないゲート電極3
1は、ボンディングワイヤ41でゲート端子45と接続
し、一方、大電流が流れる電流電極としてのソース電極
32は、上述の導電性樹脂100を用いて金属板50を
介してソース端子46に接合して接続した。その後、全
体をモールド樹脂8によって封止した8ピンSOPを製
造した。半導体チップ30は上面にゲート電極31及び
単一の大面積のソース電極32を有し、底面はドレイン
電極になっている。リードフレーム40は、パッケージ
の相対する2つの側部に突設されるアウターリード(リ
ードフレーム40のモールド樹脂8から外部に出ている
部分)を備えており、図上左側部には、4本のドレイン
リード41、図上右側部には1本のゲートリード42及
び3本のソースリード43を備える。ドレインリード4
1はパッケージ内部において一体形成されており、それ
によりアイランド部44が構成される。ゲートリード4
2はパッケージ内部においてゲート端子45を有する。
3つのソースリード43はパッケージ内部において一体
形成され単一の幅広のソース端子46を有する。ここ
で、リードフレームは銅または銅の合金でありアイラン
ド部表面およびチップ裏面には銀メッキが施されてい
る。また、半導体表面上の電極には半田濡れ性金属のT
iNiAgを設けた。また、金属板50は銅板で構成
し、パッケージの外形寸法の半分程度の幅に形成した。
このように金属板を使用した半導体装置を製造し、早速
電気特性や放熱特性を調べたところ、確かにボンデング
ワイヤよりも配線抵抗の低減による電気特性の向上、更
には放熱性の向上等の利点が認められた。
量産し出荷すべく前述した温度サイクル試験およびプレ
ッシャークッカー試験を行った。当初は、全く問題なく
これら試験にパスするものと考えていた。その理由は、
使用した銀充填導電性エポキシ樹脂には長い使用実績が
有り、製造プロセスも従来とはさして変わるところもな
く、単にソース電極とリードフレームのソース端子の接
続をボンデングワイヤから金属板に変えたに過ぎなかっ
たからである。すなわち、半導体チップとダイマウント
の間に銀充填導電性エポキシ樹脂を付けてこれをベーク
硬化して両者を接続する技術は従来から信頼性の面でも
十分に実績があったのでソース配線もこれと同様に過ぎ
ず、また、ゲート電極とリードフレームを金線を用いて
ボンディングして接続する技術も十分に実績が保証され
ていた。そこで、本構造はこれら従来技術の組み合わせ
に過ぎないと考えていた。ところが、上述の試験を施す
と良品が殆どとれなかった。すなわち、試験を行う前ま
では電気特性は良好であったものが、試験を行うと外見
からは端子リード等の配線抵抗がまるで上がったかのよ
うな電気特性になってしまった。そこで、この原因は何
にあるかを解明すべく超音波顕微鏡やパッケージ開封等
の解析手段を用いて調べたところ、ソース電極と金属板
とがルーズコンタクトになっていたり、最悪の場合に
は、金属板がチップ電極から剥離さえしていることが判
った。一方、半導体チップ裏面ではアイランド部からの
チップの剥がれは観察されなかった。更には、接続配線
がボンディングワイヤから金属板に変わったのに伴って
接続配線の面積が増加したことにより、封止樹脂と金属
板の界面沿って水分侵入量が増大したためと推定される
腐食も見られた。そこで温度サイクル後に、何故表面側
の接続だけが剥がれるのかを検討した結果、半導体表面
上のアルミはAgやCuよりも柔らかい金属であり、こ
の結果、温度サイクルの過程で、金属板やシリコンの熱
膨張率の違いから起こる応力によりアルミ電極が横方向
に塑性変形することが分かった。そして、一旦塑性変形
すると元には戻らないので、何回も温度サイクルを経る
と最後にはアルミ電極とチップおよび半田濡れ性金属と
の接続面が破壊されて剥がれが起きることが分かった。
みてなされたものであって、半導体装置の信頼性試験で
ある温度サイクル試験及びPCTにおいても半導体チッ
プの電極及び配線材(リードフレーム)と金属板との剥
離を生じさせることなく、導電性をも低下させない半導
体装置用導電性硬化樹脂及び半導体装置を提供すること
を目的とする。
問題を解決するには、上述した応力を何らかの方法で吸
収するか、或いは応力を生じさせない接合を検討すれば
良いことが分かった。しかし、如何様にしても応力の発
生をなくすことは非常に困難であるとの結論に達した。
そこで、生じた応力を吸収させることを検討した。そこ
で、本願発明は、半導体表面の電極と金属板とを接合す
る導電性樹脂の弾性率を下げることに帰着した。従来の
ダイボンド材として使用していた銀充填エポキシ導電性
硬化樹脂は、チップをマウントした後に、チップ表面の
電極とリードフレームの各端子とをワイヤーボンディン
グをする際に、超音波振動がチップ上の電極に十分伝わ
る程度に高弾性(例えば8.9×109 Pa)であるこ
とが要求されていたために、ベーク硬化後の性質はリジ
ッドになりすぎていたことに着目した。そこで、従来使
用されていない範囲まで色々実験した結果前記弾性率が
2.0×109Pa以下であれば良いことが分かった。
このように弾性率を低くすると、温度サイクル時に応力
が発生しても導電性樹脂が柔らかいゴムのような役割を
はたして、応力を吸収し剥がれが防止できることが分か
った。前記課題を解決するために提供する本願第一の発
明に係る半導体装置用導電性硬化樹脂は、半導体チップ
の表面に設けられた電極及びリード端子を有する配線材
とを金属板によって電気的に導通させるための金属粉末
が混入された半導体装置用導電性硬化樹脂において、硬
化後の弾性率が2.0×109Pa以下であることを特
徴とする。
離、すなわち半導体チップ及び配線材と金属板との接合
部たる半導体装置用導電性硬化樹脂が外部の応力による
半導体チップの電極及び配線材と金属板との剥離を防
ぎ、結果として半導体装置の信頼性を向上させることが
できる。
二の発明に係る半導体装置用導電性硬化樹脂は、請求項
1に記載の半導体装置用導電性硬化樹脂において、前記
金属粉末がAgであることを特徴とする。
三の発明に係る半導体装置は、請求項1又は請求項2に
記載の半導体装置装置用導電性硬化樹脂において、前記
金属板がCu又はCu合金であることを特徴とする。
四の発明に係る半導体装置用導電性硬化樹脂は、請求項
1又は請求項3に記載の半導体装置用導電性硬化樹脂に
おいて、前記半導体装置用導電性硬化樹脂が、エポキシ
系又はアクリル系樹脂であることを特徴とする。
五の発明に係る半導体装置用導電性硬化樹脂は、請求項
1乃至請求項4の何れか一に記載の半導体装置用導電性
硬化樹脂において、硬化後サンプルに対する純水20倍
希釈溶液測定法でpHが5.0〜8.0であることを特
徴とする。
体チップとを接続する半導体用導電性硬化樹脂が半導体
チップの電極の腐食による導電不良を防ぐことができ、
結果として半導体装置の信頼性を向上させることができ
る。前記純水20倍希釈溶液測定法による半導体装置用
導電性硬化樹脂のpHは、具体例としては125℃の純
水に半導体装置用導電性硬化樹脂を20倍希釈で20時
間抽出して得られた溶液のpHである。ここで、前記半
導体装置用導電性硬化樹脂の20倍希釈の純水溶液のp
Hが5.0未満又は8.0を越える場合、半導体チップ
の電極が腐食される。係る前記半導体装置用導電性硬化
樹脂の20倍希釈の純水溶液のpHの範囲は、さらに望
ましくは、5.5〜6.5に設定される。
六の発明に係る半導体装置用導電性硬化樹脂は、請求項
1乃至請求項5の何れか一に記載の半導体装置用導電性
硬化樹脂において、Naイオン濃度が2ppm未満、C
lイオン濃度が3ppm未満、Pイオン濃度が0.1p
pm未満であることを特徴とする。
及び配線材と金属板との導電状況を良好にすることがで
きる。ここで、前記導電性硬化樹脂のNaイオン濃度が
2ppm以上、Clイオン濃度が3ppm以上、Pイオ
ン濃度が0.1ppm以上であった場合には、導電性硬
化樹脂と接合される半導体チップの電極及び金属板若し
くは銀(金)メッキを腐食する恐れがある。
七の発明に係る半導体装置は、表面及び裏面に電極が形
成された半導体チップと、リード端子を有する配線材
と、係る配線材の一端と前記電極とを金属粉末が混入さ
れた導電性硬化樹脂を介して電気的に導通せしめる金属
板とからなり、前記半導体チップ及び前記金属板及び前
記配線材の一部が樹脂封止されてなる半導体装置におい
て、前記導電性硬化樹脂の硬化後の弾性率が2.0×1
09Pa以下であることを特徴とする。
離、すなわち半導体チップ及び配線材と金属板との接合
部たる半導体装置用導電性硬化樹脂が外部の応力による
半導体チップの電極及び配線材と金属板との剥離を防
ぎ、結果として半導体装置の信頼性を向上させることが
できる。
八の発明に係る半導体装置は、請求項7に記載の半導体
装置において、前記金属粉末がAgであることを特徴と
する。
九の発明に係る半導体装置は、請求項7又は請求項8に
記載の半導体装置において、前記半導体装置用導電性硬
化樹脂が、エポキシ系又はアクリル系樹脂であることを
特徴とする。
十の発明に係る半導体装置は、請求項7又は請求項9に
記載の半導体装置において、前記金属板がCu又はCu
合金であることを特徴とする。
十一の発明に係る半導体装置は、請求項7乃至請求項1
0の何れか一に記載の半導体装置において、前記導電性
硬化樹脂は、硬化後のサンプルに対する純水20倍希釈
溶液測定法によるpHが5.0〜8.0であることを特
徴とする。
と金属板との界面から侵入する水分が原因で、金属板と
半導体チップとを接続する半導体用導電性硬化樹脂が、
半導体チップの電極を腐食させる導電不良を防ぐことが
でき、結果として半導体装置の信頼性を向上させること
ができる。ここで、前記半導体装置用導電性硬化樹脂の
20倍希釈の純水溶液のpHが5.0未満又は8.0を
越える場合、半導体チップの電極が腐食される。また、
この前記半導体装置用導電性硬化樹脂の20倍希釈の純
水溶液のpHの範囲は5.5〜6.5に設定されること
が望ましい。
十二の発明に係る半導体装置は、請求項7乃至請求項1
1の何れか一に記載の半導体装置において、前記導電性
硬化樹脂のNaイオン濃度が2ppm未満、Clイオン
濃度が3ppm未満、Pイオン濃度が0.1ppm未満
であることを特徴とする。
及び配線材と金属板との導電状況を良好にすることがで
きる。ここで、前記導電性硬化樹脂のNaイオン濃度が
2ppm以上、Clイオン濃度が3ppm以上、Pイオ
ン濃度が0.1ppm以上であった場合には、導電性硬
化樹脂と接合される半導体チップの電極及び金属板若し
くは銀(金)メッキを腐食する恐れがある。
導電性硬化樹脂及び半導体装置の一実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。まず、本発明に係る半導
体装置用導電性硬化樹脂及び半導体装置の実施の形態1
について図1を参照して説明する。図1は本発明に係る
半導体装置用導電性硬化樹脂及び半導体装置の一実施の
形態における構造を示す図であり、図1(a)は平面
図、図1(b)は図1(a)におけるA−A線断面図で
ある。図1に示すように、半導体装置1は、MOSFE
Tを構成する半導体チップ30をリードフレーム60に
搭載、接合し、金線等のボンディングワイヤ7及び金属
板としての銅板51によって電気的接続をとり、エポキ
シ樹脂等からなるモールド樹脂8によって封止した8ピ
ンSOPである。半導体チップ30は上面にゲート電極
31及び単一の大面積のソース電極32を有し、底面に
ドレイン電極(図示せず)を有する。これらの電極は例
えば、アルミニウム若しくはアルミニウム合金電極、金
電極又はTi/Ni等の下地メッキ膜を含む金メッキ、
銀メッキ等のメッキ電極あるいは前記金属の複合メタラ
イズできた電極である。リードフレーム60は、パッケ
ージの相対する2つの側部に突設されるリードを備えて
おり、図上左側部には、4本のドレインリード61、図
上右側部には1本のゲートリード62及び3本のソース
リード63を備える。ドレインリード61はパッケージ
内部において一体形成されており、それによりアイラン
ド部64が構成される。ゲートリード62はパッケージ
内部においてゲート端子65を有する。3つのソースリ
ード63はパッケージ内部において一体形成され単一の
幅広のソース端子66を有する。半導体チップ30はア
イランド部64にダイボンド材9を介して接着され、そ
のドレイン電極(図示せず)がアイランド部64に電気
的に接続される。なお、半導体チップ30のアイランド
部64の搭載領域に銀メッキが施されていてもよい。半
導体チップ30の上面上のゲート電極31とリードフレ
ーム60のゲート端子65とはボンディングワイヤ7に
より接続される。ソース電極32とリードフレーム60
のソース端子66とは銅板51により接続される。銅板
51の一端は導電性硬化樹脂100を介してソース電極
32に、他端は導電性硬化樹脂100を介してソース端
子66に接合され、銅板51によってソース電極32と
ソース端子66とを電気的に接続する。半導体チップ3
0、アイランド部64、ゲート端子65、ソース端子6
6、ボンディングワイヤ7及び銅板51は、モールド樹
脂8によって封止され、パッケージングされる。モール
ド樹脂8から露出したリード部分は外部端子を構成す
る。
脂等の樹脂を主剤とし、硬化剤及び銀粉等の導電性材料
を充填した接着剤である。特にこの導電性硬化樹脂10
0は、熱膨張係数差に起因した熱応力を緩和するために
低弾性の導電性硬化樹脂が用いられる。また、導電性硬
化樹脂100は半導体チップ30の電極及びリードフレ
ーム60と、銅板51とを導通させるものであるため、
多くはAlを主とする半導体チップ30の電極を腐食さ
せるような成分をなるべく含有するものであってはなら
ない。従って、導電性硬化樹脂100自体のpHは、半
導体チップ30の電極を可能な限り腐食させない程度の
pHに設定される必要がある。ここで、前記pHは、5
〜8の範囲で設定されることが好ましく、さらに好まし
くは5.0〜6.5の範囲で設定することが望ましい。
なるものである。銅板に代えてFe−Ni42合金等の
材料からなる金属板を用いてもよいが、導電性及び放熱
性を求める場合にはCu合金からなる金属板を選択する
ことが望ましい。銅板51は、図1(a)に示すように
パッケージ外寸の半分程度の幅を有する帯状の薄板であ
って、図1(b)に示すように、ソース電極32との接
合面及びソース端子66との接合面が平坦に形成され、
それらの接合面を繋ぐ中間部分が折り曲げ形成されてい
る。この銅板51はプレス加工によって形成することが
できる。銅板51の上面(ソース電極やソース端子と接
合する面の反対面)は、封止されるべき樹脂との密着面
積を高めるために粗面化されていることが望ましく、底
面には導電性向上のために部分銀メッキ52が施されて
いる。
硬化樹脂及び半導体装置の一実施の形態において、その
効果を上げるためには、少なくとも半導体チップ及び金
属板及び配線材の何れか二つと封止される樹脂とが接合
されるなどして密着固定されていることが望ましい。す
なわち、銅板51の上面には、ディンプル(図示せず)
等の形成による粗面化処理がなされ、半導体チップ30
及び銅板51及び配線材の表面にの前記封止樹脂と嵌合
する溝部等が形成されることが望ましい。
たディンプルは、銅板51に設けられた窪みであって、
エッチングや、プレス加工によって形成することができ
る。エッチングにより前記ディンプルを形成する場合に
は、エッチングを完全に行わないハーフエッチングによ
り形成する。エッチングを完全に行う場合には、除去さ
れる銅が多くなり、銅板51の抵抗値が上がる。銅板5
1の抵抗値が問題とならない場合には、エッチングを完
全に行い、ディンプルに代えてスルーホールを形成して
も良い。スルーホールによってもモールド樹脂8との密
着性が向上するからである。
が施される。銀メッキ52は銅板51の酸化を防ぎ導電
性を維持し、ソース電極32及びソース端子66との接
触抵抗を下げるためのものである。銀メッキ52は、銅
板51の底面の全面には施されず、銅板51とソース電
極32及びソース端子66との接合面において、銅板5
1及びリードフレームに施される。一方、銅板51の上
面には銀メッキは施されない。
ような態様で樹脂封止されることにより、モールド樹脂
8の一部がディンプルに充填されて硬化するため、銅板
51とモールド樹脂8との密着性が向上し、半導体装置
1の信頼性が向上する。
は、銅板51の上面をサンドブラスト法や化学研磨等に
より粗し加工してもよい。すなわち、銅板51はその上
面に粗し加工面54を有している。かかる構造を有する
銅板51が図1に示すような態様で樹脂封止されること
により、モールド樹脂8が銅板51の素材に接合し、そ
の一部が粗し加工面53の微少な凹部に充填されて硬化
するため、銅板51とモールド樹脂8との密着性が向上
し、半導体装置1の信頼性が向上する。
して銅板51の上面に針状メッキ55を付着、定着させ
てもよい。かかる構造を有する銅板51が図1に示すよ
うな態様で樹脂封止されることにより、モールド樹脂8
が銅板51の素材に接合し、微少な針状メッキ55の周
囲にも充填されて硬化するため、銅板51とモールド樹
脂8との密着性が向上し、半導体装置1の信頼性が向上
する。
0には段部67及び溝部68が設けられている。これを
図2を参照して説明する。図2は本発明の実施の形態1
の半導体装置1に用いられるリードフレーム60のソー
スリード63部分を示す部分図である。図2(a)は平
面図、図2(b)は側面図である。
67が設けられている。ソース端子66は3本のソース
リードが一体化されて幅広に形成されている。すなわ
ち、パッケージ外形81と同一方向に長尺に形成されて
いる。図2に示すように、段部67は周囲のリード上端
より下がった段部である。ソース端子66を基点として
リードの延設方向に辿ってソースリードを観察した場合
に立ち上がった壁面67aが形成される。壁面67aは
パッケージ外形81とは平行に、ソースリード63の延
設方向とは垂直に形成されている。また、3本のソース
リード63の各々に溝部68が設けられている。図2
(a)に示すように、溝部68はパッケージ外形81と
は平行に、ソースリード63の延設方向とは垂直に形成
されたV字状の溝である。
部や溝部がなかっため、ソース端子上に半田ペースト又
は導電性硬化樹脂を印刷又は塗布し、その上に金属板を
搭載し、リフロー又はキュアするという一連の工程の中
で、導電性硬化樹脂がソースリード上をパッケージ外方
に向けて流れ、パッケージ外形81付近まで、又はパッ
ケージ外形81を超えて広がってしまうことがあった。
そのため、ソースリードとモールド樹脂との密着性を損
ね、半導体装置の信頼性を低下させていた。しかし、本
実施形態の半導体装置1によれば、リードフレーム60
に段部67及び溝部68が設けられているので、段部6
7の底面に印刷又は塗布された半田ペースト又は導電性
硬化樹脂がソースリード上を流れ出し広がることを段部
67の壁面67aによって阻止することができる。ま
た、万が一、壁面67aを超えて導電性硬化樹脂が流出
しても、その流れは溝部68によって堰き止められる。
その結果、ソースリード63とモールド樹脂8との密着
性は損なわれることなく、半導体装置の信頼性が向上す
る。
レームのプレス加工時に形成することができる。段部6
7はプレス加工時にソース端子66の一部が潰されて形
成された段部であるが、潰さずに折り曲げて段部を形成
しても良い。また、段部67に代えて段部67と同位置
に断面略U字状の溝部を形成しても良い。しかし、溝部
とする場合、溝部からの導電性硬化樹脂が溢れだした場
合に、ソースリード63上をパッケージ外方に向けて流
れ出すおそれがあるので、上述のような段部とした方が
有利である。段部とする場合は、パッケージ内方側には
導電性硬化樹脂の流動を阻止する壁面はないので、余分
な導電性硬化樹脂はパッケージ内方側に流動するからで
ある。
が充填されて硬化するので、リードに設けられた溝部6
8によりリードフレーム60とモールド樹脂8との密着
性が向上する。そのため、図1に示すようにドレインリ
ード61及びゲートリード62にもパッケージ端面付近
内部に溝部68を形成する。
態2の半導体装置1につき図3及び図4を参照して説明
する。図3は本発明の実施の形態2の半導体装置1を示
す図であり、図3(a)は平面図、図3(b)は図3
(a)におけるB−B線断面図である。図4は本発明の
実施の形態2の半導体装置1に用いられる銅板56を示
す図である。図4(a)は上面図、図4(b)は図4
(a)におけるC−C線断面図、図4(c)は底面図で
ある。
態1の半導体装置1と同様の構成を有する。しかし、銅
板56に爪部58が設けられている点で異なる。銅板5
6は実施の形態1における銅板51と同様に、銀メッキ
57a、57bが施される。図4に示すように銀メッキ
57a、57bは、銅板56の底面の全面には施され
ず、銀メッキ57aはソース電極32との接合面に、銀
メッキ57bソース端子66との接合面に施される。一
方、銅板56の上面には銀メッキは施されない。銅板5
6は実施の形態1における銅板51と同様の形状を有す
るが、銅板56のソースリード63側の端部には3つの
爪部58が延設されている。この3つの爪部58は図4
(b)に示すように、銅板56の底面方向に折り曲げ形
成されて、銀メッキ57bが施された面より下方に突出
している。図3(a)及び図4(a)において上から2
番目と3番目の爪部58は、3本のソースリード63の
間隔にそれぞれ嵌合する。図3(a)及び図4(a)に
おいて上から1番目の爪部58は、ゲートリード62と
ソースリード63との間隔に挿入されるが、ゲートリー
ド62には接触せず、ゲートリード62とは隔絶し、他
の爪部58とともにソースリード63に嵌合する。これ
らの爪部58は銅板56のプレス加工時に形成すること
ができる。
56の搭載時に爪部58をリード間に挿入しソースリー
ド63に嵌合させることにより、銅板56を半導体チッ
プ30のソース電極32及びソース端子66上に精度良
く配置することができる。
れを用いた半導体装置の実施例を説明する。図1に示す
ように、半導体装置1は、MOSFETを構成する半導
体チップ30をリードフレーム60に搭載、接合し、金
線等のボンディングワイヤ7及び金属板としての銅板5
1によって電気的接続をとり、エポキシ樹脂等からなる
モールド樹脂8によって封止した8ピンSOPである。
半導体チップ30は上面にゲート電極31及び単一の
大面積のソース電極32を有し、底面にドレイン電極
(図示せず)を有する。これらの電極は、アルミニウム
で形成した。リードフレーム60は、パッケージの相対
する2つの側部に突設されるリードを備えており、図上
左側部には、4本のドレインリード61、図上右側部に
は1本のゲートリード62及び3本のソースリード63
を備える。ドレインリード61はパッケージ内部におい
て一体形成されており、それによりアイランド部64が
構成される。ゲートリード62はパッケージ内部におい
てゲート端子65を有する。3つのソースリード63は
パッケージ内部において一体形成され単一の幅広のソー
ス端子66を有する。半導体チップ30はアイランド部
64にダイボンド材9を介して接着され、そのドレイン
電極(図示せず)がアイランド部64に電気的に接続さ
れる。半導体チップ30のアイランド部64の搭載領域
に銀メッキが施されている。半導体チップ30の上面上
のゲート電極31とリードフレーム40のゲート端子6
5とはボンディングワイヤ7により接続される。ソース
電極32とリードフレーム60のソース端子66とは銅
板51により接続される。銅板51の一端は導電性硬化
樹脂100を介してソース電極32に、他端は導電性硬
化樹脂100を介してソース端子66に接合され、銅板
51によってソース電極32とソース端子66とを電気
的に接続する。前記導電性硬化樹脂100は、アクリル
樹脂を主剤とし、硬化剤及び銀粉を充填した接着剤であ
る。半導体チップ30、インナーリード(アイランド部
64、ゲート端子65、ソース端子66を含む。)、ボ
ンディングワイヤ7及び銅板51は、モールド樹脂8に
よって封止され、パッケージングされる。モールド樹脂
8から露出したリード部分(アウターリード)は外部端
子を構成する。
以下の条件で行った結果を判定した表であり、表1
(a)は、導電性硬化樹脂の弾性率と金属板の剥離結果
との関係を示す表、表1(b)は、導電性硬化樹脂のp
Hと半導体チップの電極の腐食結果を判定した表であ
る。 ・温度サイクル試験 条件:+150℃〜−60℃で300サイクル ・PCT 条件:温度85℃、湿度85%、0.23×106P
a、384時間
試験を行い、剥離無しを「〇」、剥離有りを「×」と判
定した。さらに、半導体チップの電極の腐食結果も、電
気特性による腐食判定試験を行い、腐食無しを「〇」と
し、腐食有りを「×」として判定した。
性硬化樹脂の弾性率とは、硬化後の半導体装置用導電性
硬化樹脂を25℃環境下におけるDMA法に基づいて計
測した弾性率測定結果である。表1(a)に示すよう
に、半導体装置用導電性硬化樹脂の弾性率が2.0×1
09Pa以下の場合は金属板の剥離が確認されなかっ
た。すなわち、半導体装置用導電性硬化樹脂の弾性率を
2.0×109Pa以下と設定することによって、外部
からの応力に対して金属板の剥離を生じさせることな
く、半導体装置としての不具合を発生させることがない
と確認された。ここで、この実施例の結果は、半導体装
置用導電性硬化樹脂の弾性率が2.0×109Pa以下
に設定されることが望ましいことを意味するものであっ
て、表1(a)に示すように、その弾性率の有効範囲が
2.0×109Pa〜3.9×109Paにも存在する
余地は生じる。また、表1(b)に示す判定結果におい
て、半導体装置用導電性硬化樹脂のpHは、具体的には
125℃の純水に半導体装置用導電性硬化樹脂を硬化し
たサンプルを用いて20倍希釈で20時間抽出して得ら
れた溶液のpHを測定したものである。この表1(b)
によれば、かかる溶液のpHが5.0〜6.5のときに
Alに対する金属腐食が確認されなかった。さらに、前
記溶液のNaイオン濃度が2ppm未満、Clイオン濃
度が3ppm未満、Pイオン濃度が0.1ppm未満で
あることによってもAlに対する金属腐食が確認されな
かった。これは、望ましくは前記溶液中にNaイオン及
びClイオン及びPイオンが検出されない程度に存在し
ないことを意味する。従って、半導体チップの電極にA
lが採用されていた場合、上記のように作成した溶液の
pHが5.0〜6.5の範囲内で、かつ前記溶液のNa
イオン濃度が2ppm未満、Clイオン濃度が3ppm
未満、Pイオン濃度が0.1ppm未満であることによ
って半導体チップの電極への腐食による不具合を解消す
ることができるといえる。尚本願は、MOSFETに限
らず、バイポーラ素子でも使用できることも、勿論でき
る。
体装置用導電性硬化樹脂及び半導体装置によれば製品の
信頼性試験として許容する範囲の温度サイクル試験及び
PCTにおいて、金属板及びリード端子及び半導体チッ
プの接触抵抗が増大することなく、金属板の剥離及び半
導体チップの電極の腐食を防ぐことができる。従って、
封止樹脂の密着性、封止樹脂による密閉性(封止性)が
向上し水分やガス等の侵入を防ぎ、半導体装置の信頼性
並びに歩留まりを向上させることができる。
半導体装置の一実施の形態における半導体装置の構造を
示す図である。
るリードフレームのソースリード部分を示す部分図であ
る。
ある。
る銅板56を示す図である。
Claims (12)
- 【請求項1】半導体チップの表面に設けられた電極及び
リード端子を有する配線材とを金属板によって電気的に
導通させるための金属粉末が混入された半導体装置用導
電性硬化樹脂において、硬化後の弾性率が2.0×10
9Pa以下であることを特徴とする半導体装置用導電性
硬化樹脂。 - 【請求項2】前記金属粉末がAgであることを特徴とす
る請求項1に記載の半導体装置用導電性硬化樹脂。 - 【請求項3】前記半導体装置用導電性硬化樹脂が、エポ
キシ系又はアクリル系樹脂であることを特徴とする請求
項1又は請求項2に記載の半導体装置用導電性硬化樹
脂。 - 【請求項4】前記金属板がCu又はCu合金であること
を特徴とする請求項1又は請求項3に記載の半導体装置
用導電性硬化樹脂。 - 【請求項5】前記半導体装置用導電性硬化樹脂は、硬化
したサンプルに対する純水20倍希釈溶液測定法でpH
が5.0〜8.0であることを特徴とする請求項1乃至
請求項4の何れか一に記載の半導体装置用導電性硬化樹
脂。 - 【請求項6】前記半導体装置用導電性硬化樹脂は、Na
イオン濃度が2ppm未満、Clイオン濃度が3ppm
未満、Pイオン濃度が0.1ppm未満であることを特
徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一に記載の半導
体装置用導電性硬化樹脂。 - 【請求項7】表面及び裏面に電極が形成された半導体チ
ップと、リード端子を有する配線材と、係る配線材の一
端と前記電極とを金属粉末が混入された導電性硬化樹脂
を介して電気的に導通せしめる金属板とからなり、前記
半導体チップ及び前記金属板及び前記配線材の一部が樹
脂封止されてなる半導体装置において、前記導電性硬化
樹脂の硬化後の弾性率が2.0×109Pa以下である
導電性硬化樹脂であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項8】前記金属粉末がAgであることを特徴とす
る請求項7に記載の半導体装置。 - 【請求項9】前記半導体装置用導電性硬化樹脂が、エポ
キシ系又はアクリル系樹脂であることを特徴とする請求
項7又は請求項8に記載の半導体装置。 - 【請求項10】前記金属板がCu又はCu合金であるこ
とを特徴とする請求項7又は請求項9に記載の半導体装
置。 - 【請求項11】前記導電性硬化樹脂は、硬化したサンプ
ルに対する純水20倍希釈溶液測定法によるpHが5.
0〜8.0であることを特徴とする請求項7乃至請求項
10の何れか一に記載の半導体装置。 - 【請求項12】前記導電性硬化樹脂のNaイオン濃度が
2ppm未満、Clイオン濃度が3ppm未満、Pイオ
ン濃度が0.1ppm未満であることを特徴とする請求
項7乃至請求項11の何れか一に記載の半導体装置。
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