JP2741677B2 - 半導体素子 - 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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

［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。

以下本発明の詳細について説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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。