JP2741677B2 - Semiconductor element - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体チップの大型化や各種フレームの採
用に対応しうる、耐湿性、接着性に優れた半導体素子
（広くデバイスをも意味する）に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a semiconductor element having excellent moisture resistance and adhesion, which can cope with an increase in the size of a semiconductor chip and adoption of various frames (widely) Device).

（従来の技術） 半導体素子の製造において、金属薄板（リードフレー
ム）上の所定部分にIC,LSI等の半導体チップを接続する
工程は、半導体素子の長期信頼性に影響を与える重要な
工程の１つである。(Prior Art) In the manufacture of a semiconductor device, a process of connecting a semiconductor chip such as an IC or an LSI to a predetermined portion on a metal thin plate (lead frame) is one of important processes that affect the long-term reliability of the semiconductor device. One.

従来からこの接続方法としては、半導体チップのシリ
コン面をリードフレーム上の金メッキ面に加圧圧着する
というAu−Si共晶法が主流であった。近年、貴金属、特
に金の高騰を契機として、樹脂封止型の半導体装置で
は、Au−Si共晶法から、半田を使用する方法、導電性ペ
ースト（接着剤）を使用する方法に急速に移行しつつあ
る。Conventionally, as this connection method, the Au-Si eutectic method in which a silicon surface of a semiconductor chip is pressure-bonded to a gold plating surface on a lead frame has been mainly used. In recent years, the rise in precious metals, especially gold, has triggered a rapid shift in resin-encapsulated semiconductor devices from the Au-Si eutectic method to a method using solder and a method using conductive paste (adhesive). I am doing it.

（発明が解決しようとする課題） しかし、半田を使用する方法は、一部実用化されてい
るが、半田や半田ボールが飛散して電極等に付着し、腐
食断線の原因となることが指摘されている。一方、導電
性ペーストを使用する方法は、銀粉末等を配合したエポ
キシ樹脂が約10年前から実用化され、半田法に比べて耐
熱性に優れる等の長所を有している。(Problems to be Solved by the Invention) However, although some of the methods using solder have been put to practical use, it has been pointed out that solder and solder balls are scattered and adhere to electrodes and the like, which causes corrosion disconnection. Have been. On the other hand, the method using a conductive paste has an advantage that an epoxy resin containing silver powder or the like has been put into practical use about 10 years ago and has superior heat resistance as compared with the soldering method.

導電性ペーストを使用する方法は、その反面、使用さ
れる樹脂や硬化剤が半導体チップの接着・接続用として
作られたものでないため、ペースト中に含まれる不純物
等によってアルミニウム電極の腐食を促進し、断線不良
の原因となることが多く、素子の信頼性はAu−Si共晶法
に比較してなお劣っていた。また、近年、IC/LSIやLED
等の半導体チップの大型化やCu素材等各種のフレームの
出現に伴い、チップの接着力の低下が問題となってお
り、高接着力の導電性ペーストの開発が要望されてい
た。On the other hand, the method of using the conductive paste, on the other hand, promotes corrosion of the aluminum electrode due to impurities contained in the paste because the resin and the curing agent used are not made for bonding and connecting semiconductor chips. This often causes disconnection failure, and the reliability of the device was still inferior to that of the Au-Si eutectic method. In recent years, IC / LSI and LED
With the increase in the size of semiconductor chips such as those described above and the appearance of various frames such as Cu materials, a decrease in chip adhesive strength has become a problem, and there has been a demand for the development of conductive paste having high adhesive strength.

本発明は、上記の事情・欠点に鑑みてなされたもの
で、耐湿性、接着性に優れ、、アルミニウム電極の腐蝕
による断線不良を起こすことなく、大型チップの反りを
低減した、信頼性の高い半導体素子を提供することを目
的としている。The present invention has been made in view of the above circumstances and disadvantages, and has excellent moisture resistance, excellent adhesiveness, without causing disconnection failure due to corrosion of an aluminum electrode, reducing warpage of a large chip, and having high reliability. It is intended to provide a semiconductor device.

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意研究
を重ねた結果、後述する樹脂組成物を用いることによっ
て、上記目的が達成されることを見いだし、本発明を完
成したものである。すなわち、本発明は、 （Ａ）エポキシ化合物、 （Ｂ）硬化剤、 （Ｃ）ベンゾフェノン系イミド基を有するエポキシ樹脂
及び （Ｄ）導電性粉末 を含む樹脂組成物を用いて、半導体チップとリードフレ
ームとを接続固定し、樹脂封止をすることを特徴とする
半導体素子である。[Constitution of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, the above object was achieved by using a resin composition described later. The present invention has been completed. That is, the present invention provides a semiconductor chip and a lead frame using a resin composition containing (A) an epoxy compound, (B) a curing agent, (C) an epoxy resin having a benzophenone-based imide group, and (D) a conductive powder. And a semiconductor element characterized by being connected and fixed, and sealed with a resin.

以下本発明の詳細について説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明に効果的に使用し得る（Ａ）エポキシ化合物と
しては、工業的に生産されているもののなかで、次のよ
うなものがある。例えばエピコート827,828,834,1001,1
002,1007,1009（シエル化学社製、商品名）、DER330,33
1,332,334,335,336,337,660（ダウ・ケミカル社製、商
品名）、アラルダイトGY250,260,280,6071,6084,6097,6
099（チバガイギー社製、商品名）、EPI−REZ510,5101
（JONE DABNEY社製、商品名）、エピクロン810,1000,10
10,3010（大日本インキ化学社製、商品名）、旭電化社
製EPシリーズ等が挙げられる。さらに、エポキシ化合物
としては、平均エポキシ基数３以上であって分子量500
以上のものが望ましい。例えば、かかる条件を満たすノ
ボラックエポキシ樹脂を使用することにより、熱時（35
0℃）の接着強度を更に向上させることができる。ノボ
ラックエポキシ樹脂としては、例えばアラルダイトEPN
−1138,1139,ECN1273,1280,1299（チバガイギー社製、
商品名）、DEN431,438（ダウ・ケミカル社製、商品
名）、エピコート152,154（シエル化学社製、商品
名）、ERR−0100,ERRB−0447,ERLB−0488（ユニオン・
カーバイド社製、商品名）、日本火薬社製EOCNシリーズ
等が挙げられる。これらのエポキシ化合物は単独又は２
種以上混合して使用する。さらに上記のエポキシ化合物
を単官能の低粘度エポキシ化合物で希釈してもよい。As the epoxy compound (A) that can be used effectively in the present invention, the following are among the industrially produced ones. For example, Epikote 827,828,834,1001,1
002,1007,1009 (Ciel Chemical Co., trade name), DER330,33
1,332,334,335,336,337,660 (manufactured by Dow Chemical Company, trade name), Araldite GY250,260,280,6071,6084,6097,6
099 (Ciba-Geigy Co., trade name), EPI-REZ510,5101
(Manufactured by JONE DABNEY, trade name), Epicron 810,1000,10
10, 3010 (trade name, manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc.) and EP series manufactured by Asahi Denka Co., Ltd. Further, the epoxy compound has an average number of epoxy groups of 3 or more and a molecular weight of 500
The above is desirable. For example, by using a novolak epoxy resin that satisfies such conditions, it is possible to use a hot (35
0 ° C.) can be further improved. As novolak epoxy resin, for example, Araldite EPN
-1138,1139, ECN1273,1280,1299 (manufactured by Ciba Geigy,
DEN431,438 (manufactured by Dow Chemical Company, trade name), Epicoat 152,154 (manufactured by Ciel Chemical Co., Ltd.), ERR-0100, ERRB-0447, ERLB-0488 (Union
Carbide Co., trade name) and Nippon Kayaku Co., Ltd. EOCN series. These epoxy compounds can be used alone or
Mix and use more than one species. Further, the above epoxy compound may be diluted with a monofunctional low viscosity epoxy compound.

本発明に用いる（Ｂ）硬化剤としては、通常のエポキ
シ樹脂の硬化剤となるものはすべて使用することができ
る。これらの硬化剤として、例えばイミダゾール系化合
物、フェノール系化合物、ポリアミン系酸無水物等が挙
げられ、単独又は２種以上混合して使用される。As the curing agent (B) used in the present invention, any one that can be used as a usual curing agent for epoxy resins can be used. These curing agents include, for example, imidazole compounds, phenol compounds, polyamine acid anhydrides, etc., and are used alone or in combination of two or more.

本発明に用いる（Ｃ）ベンゾフェノン系イミド基を有
するエポキシ樹脂は、一化合物中にエポキシ基とベンゾ
フェノン系イミド基とを有するものであり、例えばベン
ゾフェノン系イミド基を樹脂骨格に有する次の構造式の
ものが使用できる。The epoxy resin (C) having a benzophenone-based imide group used in the present invention is a resin having an epoxy group and a benzophenone-based imide group in one compound. Things can be used.

これらのベンゾフェノン系イミド基を有するエポキシ
樹脂は、単独又は２種以上混合して使用することができ
る。ベンゾフェノン系イミド基を有するエポキシ樹脂の
配合割合は、導電性粉末を除く樹脂成分の合計量
［（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）］に対して５〜80重量％含有
することが望ましい。配合量が５重量％未満の場合は、
接着強度の向上に効果がなく、また、80重量％を超える
と反応性に劣る傾向があり好ましくない。 These epoxy resins having a benzophenone-based imide group can be used alone or in combination of two or more. The mixing ratio of the epoxy resin having a benzophenone-based imide group is desirably 5 to 80% by weight based on the total amount of the resin components excluding the conductive powder [(A) + (B) + (C)]. If the amount is less than 5% by weight,
It has no effect on improving the adhesive strength, and if it exceeds 80% by weight, the reactivity tends to be poor, which is not preferable.

本発明に用いる（Ｄ）導電性粉末としては、銀粉末、
銅粉末、ニッケル粉末、表面に金属層を有する無機物又
は有機物粉末等が挙げられ、これらは単独又は２種以上
混合して使用することができる。これらの導電性粉末
は、いずれも平均粒径が10μｍ以下であることが好まし
い。平均粒径が10μｍを超えると高密度の充填が不可能
となって、ペースト状にならず、また塗布性能が低下す
るからである。樹脂成分である結合剤と導電性粉末との
配合割合は重量比で30/70〜10/90であることが望まし
い。導電性粉末が70重量部未満であると十分な導電性が
得られず、また90重量部を超えると作業性や密着性が低
下して好ましくない。As the (D) conductive powder used in the present invention, silver powder,
Examples thereof include copper powder, nickel powder, and inorganic or organic powder having a metal layer on the surface. These can be used alone or in combination of two or more. Each of these conductive powders preferably has an average particle diameter of 10 μm or less. If the average particle size exceeds 10 μm, high-density filling becomes impossible, the paste does not form, and the coating performance deteriorates. The mixing ratio of the binder, which is a resin component, and the conductive powder is preferably 30/70 to 10/90 by weight. If the amount of the conductive powder is less than 70 parts by weight, sufficient conductivity cannot be obtained, and if the amount exceeds 90 parts by weight, workability and adhesion are undesirably reduced.

本発明に用いる樹脂組成物は、粘度調整のため、必要
に応じて有機溶剤を使用することができる。その溶剤類
としては、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチ
ルセロソルブおよびそれらのアセテート類、ジエチレン
グリコールジエチルエーテル等が挙げられ、これらは単
独又は２種以上選択して使用することができる。In the resin composition used in the present invention, an organic solvent can be used as needed for viscosity adjustment. Examples of the solvent include methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve and acetates thereof, diethylene glycol diethyl ether and the like, and these can be used alone or in combination of two or more.

本発明に用いる樹脂組成物は、エポキシ化合物、硬化
剤、ベンゾフェノン系イミド基を有するエポキシ樹脂、
及び導電性粉末を必須成分とするが、本発明の目的に反
しない限り、必要に応じて消泡剤、カップリング剤、硬
化触媒、その他の添加剤を添加配合することができる。
この樹脂組成物は、常法に従い上述した各成分を配合し
て十分混合した後、さらに例えば三本ロールにより混練
処理し、その後減圧脱泡して製造することができる。The resin composition used in the present invention is an epoxy compound, a curing agent, an epoxy resin having a benzophenone-based imide group,
And a conductive powder as an essential component, but an antifoaming agent, a coupling agent, a curing catalyst, and other additives can be added and blended as necessary unless the object of the present invention is violated.
This resin composition can be produced by blending the above-described components according to a conventional method, mixing them well, and further kneading them by, for example, a three-roll mill, and then defoaming under reduced pressure.

本発明の半導体素子は、シリンジに充填した上述の樹
脂組成物を、ディスペンサーを用いてリードフレーム上
に吐出し、半導体チップとリードフレームとを接着固定
した後、ワイヤボンディングを行い、封止樹脂で封止し
て半導体素子を製造することができる。The semiconductor element of the present invention discharges the above-mentioned resin composition filled in a syringe onto a lead frame using a dispenser, adheres and fixes the semiconductor chip and the lead frame, performs wire bonding, and uses a sealing resin. The semiconductor element can be manufactured by sealing.

（実施例） 次に本発明を実施例によって説明するが、本発明はこ
れらの実施例によって限定されるものではない。以下の
実施例及び比較例において「部」とは特に説明のない限
り「重量部」を意味する。(Examples) Next, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In the following Examples and Comparative Examples, “parts” means “parts by weight” unless otherwise specified.

実施例１ エポキシ化合物EP4400（旭電化社製、商品名）7.6
部、パラヒドロキシスチレンのマルカリンカーＭ（丸善
石油化学社製、商品名）5.6部、ベンゾフェノン系イミ
ド基を有するエポキシ樹脂0.2部、γ−グリシドキシプ
ロピルトリメトキシシラン10.4部、およびジエチレング
リコールジエチルエーテル4.0部を、100℃で１時間溶解
反応を行い、粘稠な褐色の樹脂を得た。この樹脂27.8部
に、触媒としてイミダゾール化合物2PHZ−CN（四国化成
工業社製、商品名）0.006部と、銀粉末70部とを混合し
て、樹脂組成物（Ａ）を製造した。Example 1 Epoxy compound EP4400 (trade name, manufactured by Asahi Denka Co., Ltd.) 7.6
Parts, Marcalinker M of parahydroxystyrene (trade name, manufactured by Maruzen Petrochemical Co., Ltd.) 5.6 parts, epoxy resin having a benzophenone-based imide group 0.2 parts, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane 10.4 parts, and diethylene glycol diethyl ether 4.0 The part was subjected to a dissolution reaction at 100 ° C. for 1 hour to obtain a viscous brown resin. To 27.8 parts of this resin, 0.006 part of an imidazole compound 2PHZ-CN (trade name, manufactured by Shikoku Chemicals) as a catalyst and 70 parts of silver powder were mixed to prepare a resin composition (A).

実施例２ エポキシ樹脂エピコート828（シエル化学社製、商品
名）20.0部、ベンゾフェノン系イミド基を有するエポキ
シ樹脂0.1部、およびジエチレングリコールジエチルエ
ーテル4.0部を、100℃で１時間溶解反応を行い、粘稠な
褐色の樹脂を得た。この樹脂27.8部に、触媒としてイミ
ダゾール化合物2PHZ−CN（前出）0.006部と、銀粉末70
部とを混合して、樹脂組成物（Ｂ）を製造した。Example 2 20.0 parts of Epoxy resin Epicoat 828 (trade name, manufactured by Ciel Chemical Co., Ltd.), 0.1 part of an epoxy resin having a benzophenone-based imide group, and 4.0 parts of diethylene glycol diethyl ether were subjected to a dissolution reaction at 100 ° C. for 1 hour to obtain a viscous solution. A light brown resin was obtained. To 27.8 parts of this resin, 0.006 part of the imidazole compound 2PHZ-CN (described above) as a catalyst and 70 parts of silver powder
And a resin composition (B).

実施例３ エポキシ樹脂エピコート828（前出）10.0部、FOCN103
S（日本火薬社製、商品名）10.0部、ベンゾフェノン系
イミド基を有するエポキシ樹脂0.1部、およびブチルセ
ロソルブ4.0部を、100℃で１時間溶解反応を行い、粘稠
な褐色の樹脂を得た。この樹脂27.8部に、触媒として2P
HZ−CN（前出）0.006部と、銀粉末70部とを混合して、
樹脂組成物（Ｃ）を製造した。Example 3 Epoxy resin Epicoat 828 (supra) 10.0 parts, FOCN103
10.0 parts of S (trade name, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), 0.1 part of an epoxy resin having a benzophenone-based imide group, and 4.0 parts of butyl cellosolve were subjected to a dissolution reaction at 100 ° C. for 1 hour to obtain a viscous brown resin. 27.8 parts of this resin, 2P as a catalyst
A mixture of 0.006 parts of HZ-CN (described above) and 70 parts of silver powder,
Resin composition (C) was produced.

比較例 市販のエポキシ樹脂ベースの溶剤型半導体用導電性ペ
ースト（Ｄ）を入手した。Comparative Example A commercially available epoxy resin-based conductive paste for solvent-type semiconductors (D) was obtained.

実施例１〜３の樹脂組成物（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）お
よび比較例導電性ペースト（Ｄ）を用いて、半導体チッ
プとリードフレームとを接続し、ワイヤボンディングを
行い、その後、封止剤で樹脂封止をして半導体素子をそ
れぞれ製造した。この半導体素子については接着性の試
験を行ったが、比較例の結果に勝るとも劣らない結果で
あった。また耐湿性について、温度121℃、圧力２気圧
の水蒸気中における耐湿試験（PCT）と、温度120℃、圧
力２気圧の水蒸気中、印加電圧直流15Vを通電して耐湿
試験（バイアス−PCT）を行い評価した。この試験に供
した半導体素子は各々60個で、時間の経過に伴う不良発
生数を測定した。評価の方法は半導体素子を構成するア
ルミニウム電極の腐蝕によるオープン又はリーク電流が
許容値の500％以上への上昇をもって不良と判定した。
耐湿性の結果を第１表に示したが、本発明の顕著な効果
が確認された。さらに接着した大型チップ（４×12mm）
の反りを確認したが極めて良好であった。Using the resin compositions (A), (B), and (C) of Examples 1 to 3 and the conductive paste (D) of the comparative example, a semiconductor chip and a lead frame were connected, and wire bonding was performed. Each of the semiconductor elements was manufactured by resin sealing with a sealing agent. An adhesion test was performed on this semiconductor element, and the result was not inferior to the result of the comparative example. Regarding the moisture resistance, a moisture resistance test (PCT) in steam at a temperature of 121 ° C. and a pressure of 2 atm, and a moisture resistance test (bias-PCT) in a steam at a temperature of 120 ° C. and a pressure of 2 atm with an applied voltage of 15 V DC. Performed and evaluated. Sixty semiconductor devices were subjected to this test, and the number of defective occurrences over time was measured. The method of evaluation was determined to be defective when the open or leak current due to corrosion of the aluminum electrode constituting the semiconductor element increased to 500% or more of the allowable value.
The results of the moisture resistance are shown in Table 1, and a remarkable effect of the present invention was confirmed. Large bonded chip (4 x 12mm)
Warpage was found to be extremely good.

［発明の効果］ 以上の説明および第１表から明らかなように、本発明
の半導体素子は、耐湿性、接着性に優れ、アルミニウム
電極の腐蝕による断線不良がなく、また半導体チップの
反りを低減した信頼性の高いものである。 [Effects of the Invention] As is clear from the above description and Table 1, the semiconductor element of the present invention is excellent in moisture resistance and adhesiveness, has no disconnection failure due to corrosion of the aluminum electrode, and reduces warpage of the semiconductor chip. Reliable.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−167684（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−95220（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−304020（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−274721（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−147621（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−188582（ＪＰ，Ａ)Continuation of the front page (56) References JP-A-61-167684 (JP, A) JP-A-63-95220 (JP, A) JP-A-63-304020 (JP, A) JP-A-2-274721 (JP) , A) JP-A-2-147621 (JP, A) JP-A-2-188582 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】（Ａ）エポキシ化合物、 （Ｂ）硬化剤、 （Ｃ）ベンゾフェノン系イミド基を有するエポキシ樹脂
及び （Ｄ）導電性粉末 を含む樹脂組成物を用いて、半導体チップとリードフレ
ームとを接続固定し、樹脂封止をすることを特徴とする
半導体素子。A semiconductor chip and a lead frame are formed by using a resin composition containing (A) an epoxy compound, (B) a curing agent, (C) an epoxy resin having a benzophenone-based imide group, and (D) a conductive powder. A semiconductor element characterized by being connected and fixed, and sealed with a resin.