JP7502598B2 - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本開示は、半導体装置と半導体装置の製造方法に関する。 This disclosure relates to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device.
近年、特定の用途用に開発された集積回路（エーシック：ＡＳＩＣ）等の複数の回路を一括して構成した半導体電子部品が広く用いられている。このような半導体電子部品は、高集積化と駆動周波数の高周波化に伴い発熱量が飛躍的に増加しており、半導体電子部品を備えた半導体装置には、効率よく熱を放熱する構造を有するとともに、信頼性の向上が求められている。 In recent years, semiconductor electronic components that integrate multiple circuits, such as integrated circuits (ASICs) developed for specific applications, have come into widespread use. The amount of heat generated by such semiconductor electronic components has increased dramatically as their integration has become more sophisticated and their operating frequencies have become higher. Semiconductor devices equipped with semiconductor electronic components are therefore required to have a structure that efficiently dissipates heat, as well as to have improved reliability.
かかる要求にこたえるために、特許文献１には、放熱構造を備えた基板上に、半導体電子部品などの発熱部品を設けた構造が開示されている。特許文献１では、例えば、銅からなり、基板を貫通する熱伝導コアの上に発熱部品を設けることにより放熱性を向上させている。
To meet such demands,
しかしながら、近年、より多くの回路を高集積化に伴い半導体電子部品の寸法が大きくなり、高い信頼性を維持することが難しくなる傾向がある。 However, in recent years, as more circuits are integrated, the dimensions of semiconductor electronic components have become larger, making it more difficult to maintain high reliability.
そこで、本開示は、一定以上の寸法の半導体電子部品を含む場合であっても、効率よく熱を放熱することができ、高い信頼性を有する半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present disclosure therefore aims to provide a semiconductor device and a manufacturing method thereof that are highly reliable and capable of efficiently dissipating heat, even when the device includes semiconductor electronic components that are larger than a certain size.
本開示に係る半導体装置は、上面と下面を有し、前記上面から下面に熱を伝達する放熱用金属を含む基体と前記放熱用金属上に位置する基体の上面に設けられた矩形形状の半導体電子部品と、金属焼結体を含み、前記半導体電子部品の底面を前記基体の上面に接合する接合部と、を備え、前記半導体電子部品の接続面、及び前記基体の接続面の面積は、５０ｍｍ２以上であり、前記接合部は、前記金属焼結体の空隙に充填された樹脂を含む。 The semiconductor device according to the present disclosure comprises a base having an upper surface and a lower surface and including a heat dissipation metal that transfers heat from the upper surface to the lower surface, a rectangular semiconductor electronic component provided on the upper surface of the base located on the heat dissipation metal, and a joint including a metal sintered body and joining a bottom surface of the semiconductor electronic component to an upper surface of the base, wherein the areas of the connection surfaces of the semiconductor electronic component and the connection surface of the base are 50 mm2 or more, and the joint includes a resin filled in voids in the metal sintered body.
また、本開示に係る半導体装置の製造方法は、上面と下面を有し前記上面から下面に熱を伝達する放熱用金属を含む基体と前記放熱用金属上の上面に接合された半導体電子部品とを含む半導体装置の製造方法であって、該製造方法は、有機溶剤と金属粉とを混合してなる金属接続ペーストを準備する準備工程と、基体と半導体電子部品との間に前記金属接続ペーストを配置する配置工程と、前記金属接続ペーストを焼成することにより、前記有機溶剤を除去し、前記金属粉を融着させることにより金属焼結体を生成し、前記半導体電子部品と前記基体とを前記金属焼結体により接合する接合工程と、前記金属焼結体の表面に樹脂を塗布し、前記金属焼結体の空隙に前記樹脂の一部を含浸させる含浸工程と、
を含む。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present disclosure is a method for manufacturing a semiconductor device including a base having an upper surface and a lower surface, including a heat dissipating metal that transfers heat from the upper surface to the lower surface, and a semiconductor electronic component bonded to the upper surface of the heat dissipating metal, the method including a preparation step of preparing a metal connection paste obtained by mixing an organic solvent with a metal powder, a placement step of placing the metal connection paste between the base and the semiconductor electronic component, a bonding step of firing the metal connection paste to remove the organic solvent and fuse the metal powder to produce a metal sintered body, and bonding the semiconductor electronic component and the base with the metal sintered body, and an impregnation step of applying a resin to a surface of the metal sintered body and impregnating a portion of the resin into voids in the metal sintered body.
including.
以上のように構成された本開示に係る半導体装置及びその製造方法によれば、一定以上の寸法の半導体電子部品を含む場合であっても、効率よく熱を放熱することができ、高い信頼性を有する半導体装置を提供することができる。 The semiconductor device and manufacturing method thereof according to the present disclosure, configured as described above, can provide a semiconductor device that is highly reliable and can dissipate heat efficiently, even when the semiconductor device includes semiconductor electronic components that are larger than a certain size.
以下、図面を参照しながら、本開示を実施するための実施形態や実施例を説明する。なお、以下に説明する接続構造体は、本開示の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本開示を以下のものに限定しない。 Below, embodiments and examples for implementing the present disclosure will be described with reference to the drawings. Note that the connection structures described below are intended to embody the technical ideas of the present disclosure, and unless otherwise specified, the present disclosure is not limited to the following.
各図面中、同一の機能を有する部材には、同一符号を付している場合がある。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態や実施例に分けて示す場合があるが、異なる実施形態や実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。後述の実施形態や実施例では、前述と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態や実施例ごとには逐次言及しないものとする。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張して示している場合もある。 In each drawing, components having the same function may be given the same reference numerals. For convenience, the embodiments and examples may be shown separately, taking into consideration ease of explanation or understanding of the main points, but partial substitution or combination of the configurations shown in different embodiments and examples is possible. In the embodiments and examples described below, descriptions of matters common to the above will be omitted, and only the differences will be described. In particular, similar effects due to similar configurations will not be mentioned successively in each embodiment or example. The size and positional relationship of components shown in each drawing may be exaggerated to clarify the explanation.
上述したように、例えば、特定の用途用に開発された集積回路等の複数の回路を一括して構成した半導体電子部品は、高集積化または駆動周波数の高周波化に伴い発熱量が飛躍的に増加しており、効率よく熱を放熱する構造を有するとともに、信頼性の向上が求められる。 As mentioned above, for example, semiconductor electronic components that are made up of multiple circuits such as integrated circuits developed for specific applications have seen a dramatic increase in heat generation due to higher integration or higher drive frequencies, and they are required to have a structure that efficiently dissipates heat as well as improved reliability.
本開示に係る半導体装置は、上面と下面を有し、前記上面から下面に熱を伝達する放熱用金属を含む基体と、放熱用金属上に位置する基体の上面に設けられた矩形形状の半導体電子部品と、金属焼結体を含み、前記半導体電子部品の底面を前記基体の上面に接合する接合部と、を含む半導体装置であって、前記半導体電子部品の接続面、及び前記基体の接続面の面積は、５０ｍｍ２以上であり、接合部は、金属焼結体の空隙に充填された樹脂を含む。
以下、本開示に係る半導体装置の具体的な形態について説明する。
The semiconductor device according to the present disclosure includes a base having an upper surface and a lower surface, the base including a heat dissipation metal that transfers heat from the upper surface to the lower surface, a rectangular semiconductor electronic component provided on the upper surface of the base located on the heat dissipation metal, and a joint including a metal sintered body and joining a bottom surface of the semiconductor electronic component to an upper surface of the base, the area of the connection surface of the semiconductor electronic component and the connection surface of the base being 50 mm2 or more, and the joint including a resin filled in voids in the metal sintered body.
Specific embodiments of the semiconductor device according to the present disclosure will be described below.
実施形態１.
実施形態１の半導体装置１００は、図１に示すように、放熱用金属部１１１を含む基板１１０と基板１１０の上面に設けられた半導体電子部品１とを含み、基板１１０と半導体電子部品１とが接合部２０により接合されている。
実施形態１において、基板１１０は、放熱用金属部１１１を含み、その放熱用金属部１１１上に半導体電子部品１が実装されている。これにより、半導体電子部品１による発熱を効率よく放熱することが可能になる。半導体電子部品１は、例えば、矩形形状であり、接続面の面積は、５０ｍｍ２以上である。４９ｍｍ２以下の比較的小さな面積の半導体電子部品であれば、半導体電子部品に反りが生じたとしても金属焼結体のみの接合でもクラックが入ることなく接合できる。しかし、５０ｍｍ２以上の大きな面積の半導体電子部品では、半導体電子部品に反りが生じた場合、金属焼結体のみの接合ではクラックが入りやすくなり、半導体電子部品として機能しなくなるおそれがある。そのため、５０ｍｍ２以上の大きな面積の半導体電子部品では、空隙を持つ金属焼結体に樹脂を充填することにより、半導体電子部品と基体とを金属焼結体と樹脂とで強固に固着し、信頼性を高めることができる。特に後述するシリコン基板では反りに対する耐性が乏しいため、５０ｍｍ２以上の大きな面積ではクラックが生じやすくなっている。
As shown in FIG. 1 , the
In the first embodiment, the
そして、接合部２０は、図２に示すように、空隙２１ｂを含む金属焼結体２１と樹脂部２２とを含む。ここで、金属焼結体２１は、隣接する金属粉間の少なくとも一部融着することにより複数の金属粉が連続して繋がった網目構造の金属部２１ａと、融着した部分を除いた隣接する金属粉間の隙間により形成された空隙２１ｂとを含む。本明細書における空隙２１ｂとは、閉じた空間ではなく、金属焼結体２１の表面で開口し、複数の金属粉に沿って金属焼結体２１の内部に入り込んだものをいう。この網目構造の金属部２１ａは、後述するように例えば１５０℃以上３００℃以下の比較的低温で焼成することにより作製することができる。そして、金属焼結体２１の空隙２１ｂには、樹脂部２２を構成する樹脂が充填されている。樹脂部２２は、空隙２１ｂに充填された充填樹脂部２２ｂと金属焼結体２１の表面を覆う被覆樹脂部２２ｃとを含む。金属粒子が接触しているものと比べ、金属焼結体２１は金属粉が融着しているため、電気伝導率、熱伝導率が格段に高い。また金属焼結体２１は微細な空隙２１ｂが点在しており、かつ、その空隙２１ｂに樹脂部２２が充填され、基板と半導体電子部品とを強固に接合することができる。これにより半導体装置１００は半導体電子部品１からの熱を基板側に効率よく熱を伝え放熱することができ、高い信頼性を有する。
以下、実施形態１の半導体装置１００について詳細に説明する。
As shown in FIG. 2, the
The
（半導体電子部品１）
半導体電子部品１は、上述したように、底面（接続面）の面積は、５０ｍｍ２以上である。半導体電子部品は、正方形や矩形、菱形、平行四辺形、台形、多角形などの形態を採ることができる。例えば、矩形形状の半導体電子部品である場合には、例えば、底面（接続面）の縦方向の長さＸまたは横方向の長さＹの少なくとも一方は５ｍｍ以上であってもよい。また、半導体電子部品１は、シリコン等の半導体をベース基材として含み、例えば、シリコン基板等の半導体基板を用いて複数の回路を一括して形成したＬＳＩ（例えば、ＡＳＩＣ）、例えば、窒化物半導体、ガリヒ素系の半導体を含む発光面積の大きい発光ダイオード等の半導体発光素子である。半導体電子部品１は、シリコンインターポーザを含む電子部品であってもよい。
(Semiconductor electronic components 1)
As described above, the semiconductor
（基板１１０）
基板１１０は、配線電極を備えたプリント配線基板等の配線基板１１２と放熱用金属部１１１を含む。基板１１０において、放熱用金属１１１は、図３Ａから図３Ｃに示すように、配線基板１１２の半導体電子部品１をダイボンディングする部分に設けた貫通孔に挿入されて固定されている。放熱用金属１１１は、半導体電子部品１と略同一形状の矩形形状に形成され、放熱用金属１１１上に半導体電子部品１がダイボンディングされる。放熱用金属は、熱伝導が良好な銅又はアルミニウムであることが好ましく、より好ましくは銅である。例えば、半導体電子部品１が接合される基板１１０の接続面の面積は、５０ｍｍ２以上である。また、配線基板１１２は上面に、放熱用金属１１１に沿って設けられたワイヤボンディング用のパット電極１１３を含む。パット電極１１３は、配線電極に接続されており、半導体電子部品１の上面に設けられた電極とそれぞれワイヤボンディングにより接続される。配線電極は、例えば、半導体電子部品１の周囲に設けられる。
(Substrate 110)
The
放熱用金属部１１１は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ａｇ等の金属により構成され、半導体電子部品１が発生する熱を基板１１１の下面に伝達し、例えば、該下面に設けられた、例えば、ヒートシンクのような放熱手段によって放熱される。
配線基板１１２としては、ＢＴレジン基板等の樹脂基板、ガラスエポキシ基板、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、酸化チタン、窒化チタンまたはこれらの混合物を含むセラミック基板を用いることができる。
The heat
The
（接合部２０）
接合部２０は、上述したように、網目構造の金属部２１ａと空隙２１ｂを含む金属焼結体２１と、空隙２１ｂに充填された充填樹脂部２２ｂと金属焼結体２１の表面を覆う被覆樹脂部２２ｃとを含む樹脂部２２とを含む。樹脂部２２は、後述するように、例えば、界面活性剤を含む熱硬化性エポキシ樹脂を空隙２１ｂに充填させた後に硬化させることにより形成する。金属焼結体２１は、半導体電子部品１の側面の少なくとも一部を覆って配置されたフィレットを含むことが好ましく、フィレットの表面は、樹脂部２２に覆われていることが好ましい。さらに、フィレットの表面を覆う被覆樹脂部２２ｃの厚さは、１μｍ以上であることが好ましい。金属焼結体２１は、銀又は銅を含むことが好ましく、樹脂部２２を構成する樹脂は、フッ素系界面活性剤を含むことが好ましい。
(Joint portion 20)
As described above, the joint 20 includes the metal sintered
以上のように構成された実施形態１の半導体装置は、半導体電子部品１が発生する熱を効率よく基板１１０の下面に伝達することができ、該下面に設けた放熱手段により効果的に放熱することができる。しかしながら、シリコン等の半導体をベース基材として含む半導体電子部品１と放熱用金属部１１１との熱膨張係数は大きく異なるため、半導体電子部品１の発熱による温度変化により半導体電子部品１と放熱用金属部１１１とを接続する接合部２０には熱応力がかかり、接合部における信頼性の劣化が懸念される。
しかしながら、実施形態１の半導体装置によれば、金属焼結体２１と空隙２１ｂに充填された樹脂からなる充填樹脂部２２ｂを含む樹脂部２２とを含む接合部２０により、半導体電子部品１と放熱用金属部１１１とを接合しているので、接合部２０には熱応力がかかった場合であっても、後述の実施例に示すように高いダイシェア強度を維持することができ、接合部における高い信頼性を維持できる。
The semiconductor device of the first embodiment configured as described above can efficiently transfer heat generated by the semiconductor
However, according to the semiconductor device of
この高い信頼性を維持できる理由は、必ずしも明らかではないが、本発明者は金属焼結体２１の空隙２１ｂに樹脂を充填することにより、金属焼結体２１のみの場合に比較して金属元素及び空孔のストレスマイグレーションが抑えられたことによると考えている。
The reason why this high reliability can be maintained is not entirely clear, but the inventor believes that by filling the
以下、実施形態１の半導体装置の製造方法について説明する。
実施形態１の半導体装置の製造方法は、
（１）有機溶剤と金属粉とを混合してなる金属接続ペーストを準備する準備工程と、
（２）基板（基体）と半導体電子部品との間に金属接続ペーストを配置する配置工程と、
（３）金属接続ペーストを焼成することにより、有機溶剤を除去し、金属粉を融着させることにより金属焼結体を生成し、半導体電子部品と前記基体とを金属焼結体により接合する接合工程と、
（４）金属焼結体の表面に樹脂を塗布し、金属焼結体の空隙に樹脂の一部を含浸させる含浸工程と、
を含む。
A method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment will be described below.
The method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment includes the steps of:
(1) a preparation step of preparing a metal connection paste by mixing an organic solvent and a metal powder;
(2) a placement step of placing a metal connection paste between a substrate (base) and a semiconductor electronic component;
(3) a bonding step of firing the metal connection paste to remove the organic solvent, fusing the metal powder to produce a metal sintered body, and bonding the semiconductor electronic component and the base body with the metal sintered body;
(4) an impregnation step of applying a resin to a surface of the metal sintered body and impregnating a part of the resin into voids in the metal sintered body;
including.
（１）準備工程
ここでは、有機溶剤と金属粉とを混合してなる金属接続ペーストを準備する。
以下の説明では、金属粉として銀粒子を使用する場合について説明し、金属接続ペーストを銀ペーストと称する。
１-１．銀粒子の準備
準備する銀粒子の形状は特に限定されるものではなく、例えば、略球状であってよく、フレーク状であってもよい。なお、本明細書において、銀粒子が「略球状である」とは、銀粒子の長径ａと短径ｂとの比で定義されるアスペクト比（ａ／ｂ）が２以下であることを意味し、銀粒子が「フレーク状である」とは、アスペクト比が２より大きいことを意味する。銀粒子の長径ａおよび短径ｂは、ＳＥＭによる画像解析により測定することができる。
(1) Preparation Step In this step, a metal connection paste is prepared by mixing an organic solvent and metal powder.
In the following description, a case will be described in which silver particles are used as the metal powder, and the metal connection paste will be referred to as silver paste.
1-1. Preparation of Silver Particles The shape of the silver particles to be prepared is not particularly limited, and may be, for example, substantially spherical or flaky. In this specification, the term "substantially spherical" means that the aspect ratio (a/b) defined as the ratio of the major axis a to the minor axis b of the silver particles is 2 or less, and the term "flaky" means that the aspect ratio is greater than 2. The major axis a and minor axis b of the silver particles can be measured by image analysis using a SEM.
準備する銀粒子は、平均粒径が好ましくは０．５μｍ以上であり、より好ましくは１μｍ以上であり、さらに好ましくは２μｍ以上ある。銀粒子は、平均粒径が好ましくは１０μｍ以下であり、より好ましくは５μｍ以下である。平均粒径が０．５μｍ以上、より好ましくは１μｍ以上であると、キャッピング剤のような保護膜を銀粒子表面に形成しなくても銀粒子が凝集しないため、保護膜を熱分解する必要がなくなり、低温で焼結することができる。銀粒子の粒径が大きいことにより、銀ペーストの流動性が向上する。このため、同じ流動性（作業性）を有する場合に銀ペーストがより多くの銀粒子を含むことが可能になる。平均粒径が１０μｍ以下であり、より好ましくは５μｍ以下であると、銀粒子の比表面積が大きくなることによって融点降下現象が発生し、その結果、焼結温度を低くすることができる。銀粒子の粒径は、レーザー回折法により測定することができる。本明細書において、「平均粒径」は、レーザー回折法により測定した体積基準のメジアン径（粒度分布から求めた積算体積頻度が５０％の値）を意味する。 The silver particles to be prepared preferably have an average particle size of 0.5 μm or more, more preferably 1 μm or more, and even more preferably 2 μm or more. The silver particles preferably have an average particle size of 10 μm or less, more preferably 5 μm or less. When the average particle size is 0.5 μm or more, more preferably 1 μm or more, the silver particles do not aggregate even if a protective film such as a capping agent is not formed on the silver particle surface, so there is no need to thermally decompose the protective film, and sintering can be performed at a low temperature. The large particle size of the silver particles improves the fluidity of the silver paste. Therefore, it is possible for the silver paste to contain more silver particles when the same fluidity (workability) is maintained. When the average particle size is 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, the specific surface area of the silver particles increases, causing a melting point depression phenomenon, and as a result, the sintering temperature can be lowered. The particle size of the silver particles can be measured by a laser diffraction method. In this specification, the "average particle size" means the volume-based median diameter (the value at which the cumulative volume frequency calculated from the particle size distribution is 50%) measured by the laser diffraction method.
準備する銀粒子は、好ましくは、粒径が０．３μｍ未満の銀粒子の含有量が５質量％以下であり、より好ましくは、粒径が０．５μｍ以下の銀粒子の含有量が１５質量％以下である。銀粒子は、粒径が小さくなるにしたがってより低い温度で焼結する傾向にある。特に、ナノサイズの銀粒子は、マイクロサイズの銀粒子よりも低温で焼結する。このため、銀ペースト中のナノサイズの銀粒子の含有量が多いと、低温で焼結が開始してしまい、銀粒子同士が十分に接触していない状態で融着が生じるおそれがある。 The silver particles to be prepared preferably contain 5% by mass or less of silver particles with a particle size of less than 0.3 μm, and more preferably contain 15% by mass or less of silver particles with a particle size of 0.5 μm or less. Silver particles tend to sinter at lower temperatures as their particle size decreases. In particular, nano-sized silver particles sinter at lower temperatures than micro-sized silver particles. For this reason, if the silver paste contains a large amount of nano-sized silver particles, sintering may begin at a low temperature, and fusion may occur without sufficient contact between the silver particles.
準備する銀粒子は、その表面に銀の酸化被膜や硫化被膜等が微量に存在していてもよい。銀は貴金属であるため、銀粒子自体は酸化されにくく、非常に安定であるが、ナノ領域で見ると空気中等の硫黄や酸素等を吸着しやすく、銀粒子の表面に薄い被膜が形成される傾向にある。銀粒子における酸化被膜や硫化被膜等の厚みは好ましくは５０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以下である。 The silver particles to be prepared may have a small amount of a silver oxide film, sulfide film, etc., on their surface. Because silver is a precious metal, the silver particles themselves are not easily oxidized and are very stable, but in the nanoscale, they tend to adsorb sulfur and oxygen in the air, etc., and a thin film tends to form on the surface of the silver particles. The thickness of the oxide film, sulfide film, etc. on the silver particles is preferably 50 nm or less, more preferably 10 nm or less.
１-２．銀粒子と有機溶剤との混合
ここでは、準備した銀粒子と分散媒である有機溶剤とを混合する。
さらに銀ペーストは、樹脂等を含んでいてもよい。
混合する際の銀粒子の含有量は、好ましくは７０質量％以上、より好ましくは８５質量％以上である。混合可能な樹脂は、後述する焼成時の加熱によって分解し、形成される接合体中に残存しないものである。樹脂は、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）やポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）であってよい。銀粒子を分散媒である有機溶剤と混合することにより、銀ペーストを基体の表面に所望の厚さで塗布することが容易になる。ここで使用する有機溶剤は、例えば、１種類の有機溶剤であっても、２種類以上の有機溶剤の混合物であってもよく、例えば、ジオールとエーテルとの混合物を用いることができる。有機溶剤の沸点は、１５０℃以上２５０℃以下の範囲であることが好ましい。沸点が１５０℃以上であると、加熱工程までの間に乾燥してしまうことによる、銀粒子の大気による汚染やチップの脱落を防ぐことができる。沸点が２５０℃以下であると、加熱工程での揮発速度が速くなり、焼結を促進することができる。
1-2. Mixing silver particles with an organic solvent In this step, the prepared silver particles are mixed with an organic solvent, which is a dispersion medium.
The silver paste may further contain a resin or the like.
The content of silver particles when mixed is preferably 70% by mass or more, more preferably 85% by mass or more. The mixable resin is one that is decomposed by heating during firing as described below and does not remain in the bonded body formed. The resin may be, for example, polystyrene (PS) or polymethyl methacrylate (PMMA). By mixing the silver particles with an organic solvent as a dispersion medium, it becomes easy to apply the silver paste to the surface of the base body with a desired thickness. The organic solvent used here may be, for example, one type of organic solvent or a mixture of two or more types of organic solvents, for example, a mixture of diol and ether can be used. The boiling point of the organic solvent is preferably in the range of 150°C to 250°C. If the boiling point is 150°C or more, it is possible to prevent the silver particles from being contaminated by the air and the chips from falling off due to drying before the heating process. If the boiling point is 250°C or less, the volatilization rate in the heating process is increased, and sintering can be promoted.
銀粒子および分散媒に加えて、分散剤、界面活性剤、粘度調整剤、希釈溶剤等の添加剤や、スペーサー粒子等を混合してもよい。銀ペーストにおける添加剤の含有量は、添加剤の総量が銀ペーストに対して５質量％以下、例えば０．５質量％以上３質量％以下であってよい。
尚、以上の説明では、銀粒子を用いて構成した銀ペーストを例に説明したが、本実施形態は、銀ペーストに限定されるものではなく、銀粒子以外の、例えば、銅粒子等の他の金属粒子を用いて構成した金属接続ペーストであってもよい。
In addition to the silver particles and the dispersion medium, additives such as a dispersant, a surfactant, a viscosity modifier, a dilution solvent, spacer particles, etc. may be mixed in. The content of the additives in the silver paste may be 5% by mass or less, for example, 0.5% by mass or more and 3% by mass or less, in total, based on the silver paste.
In the above explanation, a silver paste made using silver particles has been used as an example, but this embodiment is not limited to silver paste, and may be a metal connection paste made using other metal particles other than silver particles, such as copper particles.
（２）基板（基体）と半導体電子部品との間に金属接続ペーストを配置する配置工程
配置工程は、２-１．金属接続ペースト塗布工程と２-２．半導体電子部品配置工程とを含む。
(2) A placement step of placing a metal connection paste between a substrate (base) and a semiconductor electronic component The placement step includes 2-1. A metal connection paste application step and 2-2. A semiconductor electronic component placement step.
２-１．金属接続ペースト塗布工程
ここでは、図４Ａに示す基板１１０上に金属接続ペースト２３を塗布する。
具体的には、図４Ｂに示すように、放熱用金属部１１１上に金属接続ペースト２３を塗布する。
金属接続ペースト２３の塗布方法は、例えば、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、フレキソ印刷法、ディスペンサー印刷法、グラビア印刷法、スタンピング、ディスペンス、スキ－ジ印刷、シルクスクリ－ン印刷、噴霧、刷毛塗り、コーティング法等の公知の方法を適宜採用することができる。金属接続ペーストの塗布厚みは用途等に応じて適宜設定することができ、例えば１μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは５μｍ以上２００μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。
2-1. Metal Connection Paste Application Step In this step, the
Specifically, as shown in FIG. 4B,
The method of applying the
２-２．半導体電子部品配置工程
ここでは、半導体電子部品１を基板１１０上に塗布した金属接続ペースト２３の上に載置する。例えば、図４Ｃに示すように、金属接続ペーストの上方から載置し、半導体電子部品と基板１１０の間の金属接続ペーストが所定の厚さになり、好ましくは、図４Ｄに示すように、半導体電子部品の側面の一部に金属接続ペーストが這い上がるように、例えば、半導体電子部品を押圧する。
2-2. Semiconductor electronic component placement process Here, the semiconductor
（３）接合工程
ここでは、金属接続ペーストを焼成することにより、有機溶剤を除去し、金属粉を融着させることにより金属焼結体を生成し、該金属焼結体により半導体電子部品と基体とを接合する。
この焼成は、必要に応じて還元雰囲気中で加熱した後、酸化雰囲気中で焼成することもできる。
(3) Bonding step In this step, the metal connecting paste is fired to remove the organic solvent, and the metal powder is fused to produce a metal sintered body, which bonds the semiconductor electronic component to the base.
This firing can be carried out, if necessary, by heating in a reducing atmosphere and then firing in an oxidizing atmosphere.
３-１．還元雰囲気中での加熱
還元雰囲気中での加熱は、上述したように必要に応じて実施されるものであり、任意である。還元雰囲気中での加熱は、金属粉の表面に微量に存在する酸化被膜等が還元により除去するものであり、これにより、金属粉の表面に金属原子を露出させて金属粉表面における金属原子の表面拡散が促進される。そのため、後続の酸化雰囲気中での加熱において、低温で金属粒子の焼結を促進することができる。
3-1. Heating in a reducing atmosphere Heating in a reducing atmosphere is optional and is performed as necessary as described above. Heating in a reducing atmosphere removes minute amounts of oxide films and the like present on the surface of the metal powder by reduction, thereby exposing metal atoms on the surface of the metal powder and promoting surface diffusion of metal atoms on the surface of the metal powder. Therefore, in the subsequent heating in an oxidizing atmosphere, sintering of the metal particles can be promoted at low temperatures.
還元雰囲気中での加熱および後述する酸化雰囲気中での加熱は、別々の装置において行ってよいが、同じ装置で行うことが好ましく、これにより、還元雰囲気中での加熱と酸化雰囲気中での加熱とを同一の装置において連続して実施することができる。還元雰囲気は、ギ酸含有雰囲気または水素含有雰囲気であることが好ましく、例えば、窒素等の不活性ガスにギ酸または水素を混合したものであることが好ましい。還元雰囲気は、より好ましくはギ酸を含み、例えば、窒素等の不活性ガスにギ酸を混合したものであることが好ましい。 The heating in the reducing atmosphere and the heating in the oxidizing atmosphere described below may be performed in separate devices, but it is preferable to perform them in the same device, so that heating in the reducing atmosphere and heating in the oxidizing atmosphere can be performed continuously in the same device. The reducing atmosphere is preferably a formic acid-containing atmosphere or a hydrogen-containing atmosphere, for example, a mixture of formic acid or hydrogen with an inert gas such as nitrogen. The reducing atmosphere more preferably contains formic acid, for example, a mixture of formic acid with an inert gas such as nitrogen.
還元雰囲気中での加熱は、例えば、３００℃未満で行い、好ましくは２８０℃以下であり、より好ましくは２６０℃以下、更に好ましくは２００℃以下である。還元雰囲気中での加熱は、好ましくは１５０℃以上、より好ましくは１６０℃以上、さらに好ましくは１８０℃である。加熱温度が１５０℃以上、より好ましくは１６０℃以上、さらに好ましくは１８０℃以上であると、銀粒子表面に存在する酸化被膜の還元反応の反応速度を速くすることができる。還元雰囲気中での加熱を行うときの圧力は特に限定されるものではなく、例えば大気圧であってよい。 Heating in a reducing atmosphere is performed, for example, at less than 300°C, preferably 280°C or less, more preferably 260°C or less, and even more preferably 200°C or less. Heating in a reducing atmosphere is preferably 150°C or more, more preferably 160°C or more, and even more preferably 180°C. When the heating temperature is 150°C or more, more preferably 160°C or more, and even more preferably 180°C or more, the reaction rate of the reduction reaction of the oxide film present on the silver particle surface can be increased. The pressure when heating in a reducing atmosphere is not particularly limited, and may be, for example, atmospheric pressure.
３-２．酸化雰囲気中での焼成
ここでは、酸化雰囲気中での加熱焼成することにより、金属粒子同士を融着させて、金属焼結体を形成する。酸化雰囲気は、好ましくは酸素含有雰囲気であり、より好ましくは大気雰囲気である。酸化雰囲気が酸素含有雰囲気である場合、雰囲気中の酸素濃度は２以上２１体積％以下であることが好ましい。雰囲気中の酸素濃度が高いほど、金属粒子表面において金属原子の表面拡散が促進されて、金属粒子同士を融着させやすくなる。酸素濃度が２体積％以上であると、低い加熱温度で融着させることができ、酸素濃度が２１体積％以下であると、加熱装置に加圧機構が不要となり、工程コストが低減できる。
3-2. Sintering in an oxidizing atmosphere Here, the metal particles are fused together by heating and sintering in an oxidizing atmosphere to form a metal sintered body. The oxidizing atmosphere is preferably an oxygen-containing atmosphere, more preferably an air atmosphere. When the oxidizing atmosphere is an oxygen-containing atmosphere, the oxygen concentration in the atmosphere is preferably 2 to 21% by volume. The higher the oxygen concentration in the atmosphere, the more the surface diffusion of metal atoms on the metal particle surface is promoted, making it easier to fuse the metal particles together. When the oxygen concentration is 2% by volume or more, the fusion can be achieved at a low heating temperature, and when the oxygen concentration is 21% by volume or less, the heating device does not require a pressurizing mechanism, thereby reducing process costs.
（焼成温度）
酸化雰囲気中での焼成温度は、例えば、３００℃以下で行い、半導体電子部品の耐熱特性を考慮して適宜設定される。酸化雰囲気中での焼成温度は、金属粒子間の融着が可能な限り低い方が好ましく、好ましくは２８０℃以下であり、より好ましくは２６０℃以下、更に好ましくは２００℃以下である。酸化雰囲気中での焼成の前に、還元雰囲気中での加熱を実施すると、より低温での焼成が可能になる。
酸化雰囲気中での焼成は、好ましくは１５０℃以上、より好ましくは１６０℃以上である。焼成温度を１５０℃以上、より好ましくは１６０℃以上とすることにより、電気抵抗率が低くかつ熱伝導特性が良好な金属焼結体２１を形成することができる。
酸化雰囲気中での焼成は、加圧してもよいし、例えば大気圧であってよい。
(Firing temperature)
The firing temperature in the oxidizing atmosphere is, for example, 300° C. or less, and is appropriately set in consideration of the heat resistance characteristics of the semiconductor electronic components. The firing temperature in the oxidizing atmosphere is preferably as low as possible at which fusion between metal particles occurs, and is preferably 280° C. or less, more preferably 260° C. or less, and even more preferably 200° C. or less. If heating is performed in a reducing atmosphere before firing in an oxidizing atmosphere, firing at a lower temperature becomes possible.
The firing temperature in the oxidizing atmosphere is preferably 150° C. or higher, more preferably 160° C. or higher. By setting the firing temperature to 150° C. or higher, more preferably 160° C. or higher, it is possible to form a
The firing in an oxidizing atmosphere may be carried out under pressure or at atmospheric pressure, for example.
（４）含浸工程
こでは、金属焼結体の表面に樹脂を塗布し、金属焼結体２１の空隙２１ｂに樹脂の一部を含浸させる。
具体的には、まず、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂に、例えば、フッ素系界面活性剤を混合することにより濡れ性を向上させた樹脂ペースト２５を準備する。
次に、図４Ｅに示すように、準備した樹脂ペースト２５を金属焼結体２１のフィレットを覆うように塗布する。
次に、例えば、減圧することにより樹脂ペースト２５を金属焼結体２１の空隙に含浸させて、樹脂ペースト２５を空隙２１ｂに含浸させた後、樹脂ペースト２５を硬化させる。
この含浸硬化により、図４Ｆに示すように、被覆樹脂部２２ｃの厚さは、塗布した際の樹脂ペースト２５の厚さより薄くなる。
(4) Impregnation Step In this step, a resin is applied to the surface of the metal sintered
Specifically, first, a
Next, as shown in FIG. 4E, the
Next, for example, the pressure is reduced to cause the
As a result of this impregnation and hardening, as shown in FIG. 4F, the thickness of the
以上のようにして実施形態１の半導体装置は製造される。
In this manner, the semiconductor device of
実施形態２．
次に、本開示に係る実施形態２の半導体装置について説明する。図５は、実施形態２に係る半導体装置２００の断面図である。
実施形態２の半導体装置２００は、基板１１０に代えて基板２１０を備えている点で実施形態１の半導体装置１００とは異なっている。
実施形態２の半導体装置２００において、基板２１０は板状の放熱用金属部２１１を含み、放熱用金属部２１１の上面において、半導体電子部品１を載置する部分の外側に絶縁層２１２を介して配線電極及びパッド電極２１３を有している。
尚、配線電極は絶縁層２１２に埋設されるように形成されていてもよい。
実施形態２の半導体装置２００において、基板２１０以外の部分は実施形態１の半導体装置と同様に構成される。
Embodiment 2.
Next, a semiconductor device according to a second embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG 5. FIG 5 is a cross-sectional view of a
The
In the
The wiring electrodes may be formed so as to be embedded in the insulating
In the
以上のように構成された実施形態２の半導体装置２００は、放熱用金属部２１１を実施形態１の放熱用金属部１１１より大きくできることから、半導体電子部品１が発生する熱をより効率よく基板２１０の下面に伝達することができ、該下面に設けた放熱手段によってより効果的に放熱することができる。
また、実施形態２の半導体装置２００は、実施形態１の半導体装置１００と同様に構成された接合部２０により、半導体電子部品１と放熱用金属部２１１とを接合しているので、接合部２０には熱応力がかかった場合であっても、後述の実施例に示すように高いダイシェア強度を維持することができ、接合部における高い信頼性を維持できる。
In the
Furthermore, in the
尚、実施形態２の半導体装置２００に使用する基板２１０は、例えば、放熱用金属部２１１の上面の半導体電子部品１の実装領域を囲む位置に配線電極を含む絶縁層２１２を形成し、その絶縁層２１２の上に配線電極に接続されたパッド電極１１３を形成することにより準備することができる。絶縁層２１２は複数の絶縁層を含む多層構造であってもよく、配線電極は、例えば、絶縁層間に形成することができる。
The
実施形態３．
次に、本開示に係る実施形態３の半導体装置について説明する。図６は、実施形態３に係る半導体装置３００の断面図である。
実施形態３の半導体装置３００は、実施形態２の基板２１０においてさらに、基板２１０の上面に半導体電子部品１を囲む位置に環状の凸部を有している点で、実施形態２の半導体装置２００と異なっている他は実施形態２の半導体装置２００と同様に構成されている。
Next, a semiconductor device according to a third embodiment of the present disclosure will be described. Fig. 6 is a cross-sectional view of a
The
以上のように構成された実施形態３の半導体装置３００は、実施形態２の半導体装置２００と同様の作用効果を有するとともに、製造過程において以下のような利点を有する。
The
実施形態３の半導体装置３００の製造方法
実施形態３の半導体装置３００の製造方法では、まず、実施形態１と同様にして金属接続ペーストを準備し、実施形態２と同様にして基板２１０を準備する。
Manufacturing Method of the
そして、図７Ａに示すように、基板２１０の上面の半導体電子部品１を実装する位置を囲むように環状の凸部３３０を形成する。環状の凸部３３０は、例えば、シリコーン樹脂にカーボンやナノシリカ等のフィラーを添加してチクソ性を上げた樹脂をディスペンサー等により塗布して硬化させることにより形成することができる。
Then, as shown in FIG. 7A, a ring-shaped
次に、図７Ｂに示すように、基板２１０の上面の凸部３３０の内側に、実施形態１と同様にして金属接続ペーストを塗布する。
次に、図７Ｃに示すようにして、半導体電子部品１を基板２１０上に塗布した金属接続ペースト２３の上に載置する。
ここで、半導体電子部品１と基板２１０の間の金属接続ペースト２３が所定の厚さになり、好ましくは、半導体電子部品１の側面の一部に金属接続ペーストが這い上がるように、例えば、半導体電子部品を押圧する。
Next, as shown in FIG. 7B, a metal connection paste is applied to the inside of the
Next, as shown in FIG. 7C, the semiconductor
Here, the semiconductor
次に、実施形態１と同様にして、金属接続ペーストを焼成することにより、有機溶剤を除去し、金属粉を融着させることにより金属焼結体を生成し、該金属焼結体により半導体電子部品と基体とを接合する。
Next, in the same manner as in
実施形態３の半導体装置の製造方法では、含浸工程において、実施形態１と同様にして準備した樹脂ペースト２５０を金属焼結体と環状の凸部３３０の間に金属焼結体２１のフィレットを覆うように塗布する。
ここで、実施形態３の製造方法では、環状の凸部３３０が設けられているので、図７Ｄに示すように、半導体電子部品１の側面と凸部３３０の間に樹脂ペースト２５０を塗布することができる。これにより、より粘度が低く濡れ性をより向上させた樹脂ペースト２５０を使用することができ、樹脂ペースト２５０を空隙２１ｂに容易に含浸させることができる。
そして、樹脂ペースト２５０を空隙２１ｂに含浸させた後、図７Ｅに示すように、樹脂ペースト２５０を硬化させる。
In the manufacturing method of the semiconductor device of
Here, in the manufacturing method of the third embodiment, since the annular
After the
以上のようにして実施形態３の半導体装置は製造される。
In this manner, the semiconductor device of
有機溶剤である２－エチル－１，３－ヘキサンジオール（０．５８ｇ）とジエチレングリコールモノブチルエーテル（０．１４ｇ）および、アニオン性液状界面活性剤（三洋化成工業株式会社製、製品名「ビューライトＬＣＡ－Ｈ」、ラウレス－５－カルボン酸、２５℃で液状、０．０９ｇ）を、自転・公転ミキサー（商品名「あわとり錬太郎ＡＲ－２５０」、株式会社シンキー製）にて１分間攪拌、次いで１５秒間脱泡のサイクルを１サイクル用いて攪拌し、溶剤混合物を得た。 The organic solvents 2-ethyl-1,3-hexanediol (0.58 g), diethylene glycol monobutyl ether (0.14 g), and an anionic liquid surfactant (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., product name "Viewlight LCA-H", laureth-5-carboxylic acid, liquid at 25°C, 0.09 g) were stirred for 1 minute in a centrifugal mixer (product name "Awatori Rentaro AR-250", manufactured by Thinky Corporation), followed by one cycle of degassing for 15 seconds to obtain a solvent mixture.
フレーク状銀粒子（福田金属箔粉工業株式会社製、製品名「ＡｇＣ－２３９」、フレーク状、平均粒径（メジアン径）が２．７μｍ、比表面積が０．７ｍ２／ｇ、粒径０．３μｍ未満の粒子の含有量は１質量％、粒径０．５μｍ以下の粒子の含有量は３質量％、９．１９ｇ）を計量して前記溶剤混合物に加えた。得られた混合物を、自転・公転ミキサー（商品名「あわとり錬太郎ＡＲ－２５０」、株式会社シンキー製）にて１分間攪拌および１５秒間脱泡のサイクルを、１サイクル用いて攪拌し、金属接続ペーストを得た（銀の粒子の含有量は、９１．９質量％）。 Flake-shaped silver particles (manufactured by Fukuda Metal Foil & Powder Co., Ltd., product name "AgC-239", flake-shaped, average particle size (median size) 2.7 μm, specific surface area 0.7 m 2 /g, content of particles with a particle size of less than 0.3 μm is 1 mass%, content of particles with a particle size of 0.5 μm or less is 3 mass%, 9.19 g) were weighed and added to the solvent mixture. The resulting mixture was stirred using a rotation/revolution mixer (product name "Awatori Rentaro AR-250", manufactured by Thinky Corporation) using one cycle of stirring for 1 minute and degassing for 15 seconds to obtain a metal connection paste (silver particle content 91.9 mass%).
次に、基体として放熱用金属として銅を用いており、表面が金めっきされた、銅と樹脂の複合基板（形状は図３Ａに近い）上の、半導体電子部品を実装する部分に前記金属接続ペーストを、エアーディスペンサーを用いて塗布した。さらに半導体電子部品であるシリコン基板上に所定の回路を構成し、下面側を銀でメタライズした１４．３５ｍｍ×５．５ｍｍのＡＳＩＣチップを、前記金属接続ペースト上に載置する。
次に、大気雰囲気のオーブン中において、無加圧、２００℃の条件で一時間熱処理して焼結させた銀焼結体により、基板上にＡＳＩＣチップを接合する。
Next, the metal connection paste was applied to the portion of the copper and resin composite substrate (shape is similar to that of Fig. 3A) where the semiconductor electronic components were to be mounted, the substrate being made of copper as the heat dissipation metal and the surface being gold plated, using an air dispenser. Furthermore, a predetermined circuit was formed on the silicon substrate, which was the semiconductor electronic component, and a 14.35 mm x 5.5 mm ASIC chip with the underside metallized with silver was placed on the metal connection paste.
Next, the silver sintered body is heat-treated in an oven in an air atmosphere at 200° C. for one hour without applying pressure, and sintered to bond the ASIC chip onto the substrate.
株式会社ダイセル製２液タイプ熱硬化型エポキシ樹脂「セルビーナスＷ２２１」を混合して含浸樹脂ペーストを調整した。
次に、樹脂ペーストを銀焼結体の端部(フィレット)に接触するように、エアーディスペンサーで全周に塗布した。
次に、大気オーブン中において、無加圧で熱処理することにより銀焼結体の空隙に含浸させた後硬化した。
熱処理は、主として銀焼結体の空隙に樹脂ペーストを含浸させるために１１０℃、２時間加熱した後、主として樹脂を硬化させるために１５０℃で５時間加熱した。
以上のように２段階で加熱することにより、銀焼結体の空隙に樹脂を含浸させて硬化することができた。以上の方法により実施例１の半導体装置を作製した。
An impregnating resin paste was prepared by mixing with "Cell Venus W221," a two-liquid type thermosetting epoxy resin manufactured by Daicel Corporation.
Next, the resin paste was applied to the entire circumference of the silver sintered body using an air dispenser so as to come into contact with the end (fillet) of the silver sintered body.
Next, the silver sintered body was heat-treated without pressure in an atmospheric oven to impregnate the voids therein and then harden.
The heat treatment consisted of heating at 110° C. for 2 hours mainly for impregnating the resin paste into the voids in the silver sintered body, and then heating at 150° C. for 5 hours mainly for curing the resin.
By heating in two stages as described above, it was possible to impregnate the resin into the voids of the silver sintered body and harden it. By the above method, the semiconductor device of Example 1 was manufactured.
含浸樹脂ペーストを株式会社ダイセル製２液タイプ熱硬化型エポキシ樹脂「セルビーナスＷ３２４」を用いた以外は、実施例１と同様に行い、実施例２の半導体装置を作成した。 The semiconductor device of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1, except that the impregnating resin paste used was a two-liquid type thermosetting epoxy resin "Cell Venus W324" manufactured by Daicel Corporation.
含浸樹脂ペーストを株式会社ダイセル製２液タイプ熱硬化型エポキシ樹脂「セルビーナスＷ２２１」にフッ素系界面活性剤を０．２ｐｈｒで混合したものを用いて、ＡＳＩＣチップの短辺側に２点塗布した以外は、実施例１と同様に行い、実施例３の半導体装置を作成した。 The semiconductor device of Example 3 was produced in the same manner as in Example 1, except that the impregnating resin paste was a mixture of Daicel Corporation's two-part thermosetting epoxy resin "Celvenus W221" and 0.2 phr of a fluorochemical surfactant, and was applied in two spots to the short side of the ASIC chip.
含浸樹脂ペーストを株式会社ダイセル製２液タイプ熱硬化型エポキシ樹脂「セルビーナスＷ３２４」にフッ素系界面活性剤を０．２ｐｈｒで混合したものを用いた以外は、実施例３と同様に行い、実施例４の半導体装置を作成した。 The semiconductor device of Example 4 was produced in the same manner as in Example 3, except that the impregnating resin paste used was a mixture of Daicel Corporation's two-liquid thermosetting epoxy resin "Celvenus W324" and 0.2 phr of a fluorine-based surfactant.
含浸樹脂ペーストを株式会社ダイセル製２液タイプ熱硬化型エポキシ樹脂「セルビーナスＷ３２４」を用いた以外は、実施例４と同様に行い、参考例１の半導体装置を作成した。 The semiconductor device of Reference Example 1 was produced in the same manner as in Example 4, except that the impregnating resin paste used was a two-liquid type thermosetting epoxy resin "Cell Venus W324" manufactured by Daicel Corporation.
含浸樹脂ペーストを用いずに、金属接続ペーストを焼結させて接続したのみで作成した以外は、実施例１と同様に行い、比較例１の半導体装置を作成した。 The semiconductor device of Comparative Example 1 was created in the same manner as in Example 1, except that no impregnated resin paste was used and only the metal connection paste was sintered to make the connection.
窒化アルミ基板上に所定の回路を構成し、下面側を金でメタライズした７ｍｍ×７ｍｍの窒化アルミチップを用いた以外は、比較例１と同様に行い、比較例２の半導体装置を作成した。 A semiconductor device for Comparative Example 2 was created in the same manner as Comparative Example 1, except that a specified circuit was constructed on an aluminum nitride substrate and a 7 mm x 7 mm aluminum nitride chip with the underside metallized with gold was used.
以上のように作製した実施例１乃至４、参考例１、比較例１及び２の熱サイクル試験後のダイシェア強度を測定した。またダイシェア後の破断面から含浸状態を確認した。測定結果を表１及び図８に示す。 The die shear strength of the thus-prepared Examples 1 to 4, Reference Example 1, and Comparative Examples 1 and 2 after the thermal cycle test was measured. The impregnation state was also confirmed from the fracture surface after the die shear. The measurement results are shown in Table 1 and Figure 8.
表１及び図８に示すように、実施例１及び２は１０４０サイクル熱サイクル試験後であっても比較的高いダイシェア強度を維持していたが、比較例１では５６０サイクル後でダイシェア強度はほぼゼロになった。比較例２では、２０００サイクル後でもダイシェア強度を維持していたが実施例１乃至４に比べて初期のダイシェア強度が低い。なお、比較例２の窒化アルミの熱膨張係数（５．０ｐｐｍ／℃）は実施例１乃至４、参考例１、比較例１のシリコン（４．２ｐｐｍ／℃）と大差なく、銅（１６．５ｐｐｍ／℃）と差が大きい。このことから接続面の面積が熱サイクル試験に大きく影響を与えており、含浸樹脂によって改善している事がわかる。 As shown in Table 1 and Figure 8, Examples 1 and 2 maintained a relatively high die shear strength even after 1040 cycles of the thermal cycle test, but in Comparative Example 1, the die shear strength was almost zero after 560 cycles. In Comparative Example 2, the die shear strength was maintained even after 2000 cycles, but the initial die shear strength was lower than in Examples 1 to 4. The thermal expansion coefficient of aluminum nitride in Comparative Example 2 (5.0 ppm/°C) is not significantly different from that of silicon (4.2 ppm/°C) in Examples 1 to 4, Reference Example 1, and Comparative Example 1, but is significantly different from that of copper (16.5 ppm/°C). This shows that the area of the connection surface has a significant effect on the thermal cycle test, and that this is improved by the impregnated resin.
また図３Ａのような形状の基板では、含浸樹脂がワイヤーパッドにはみ出す可能性があるため、ワイヤーボンド後に含浸樹脂を塗布する事が望ましいが、ワイヤーがあるために全周塗布が実質的にできない事がある。この場合短辺側のみに塗布する事になるが、表１に示すように、参考例１においては含浸樹脂が十分含浸しなかった。これに対して実施例３及び４では全域での含浸ができており、フッ素系界面活性剤によって含浸性が改善できる事がわかる。 In addition, with a board shaped like that shown in Figure 3A, it is desirable to apply the impregnating resin after wire bonding, since there is a possibility that the impregnating resin may overflow onto the wire pad, but the presence of the wire may make it virtually impossible to apply the resin all around. In this case, the resin is applied only to the short side, but as shown in Table 1, the impregnating resin did not fully permeate in Reference Example 1. In contrast, in Examples 3 and 4, the entire area was impregnated, indicating that the impregnation can be improved by using a fluorosurfactant.
１ 半導体電子部品
３ ワイヤー
１００、２００、３００ 半導体装置
２０ 接合部
２１ 金属焼結体
２１ａ 金属部
２１ｂ 空隙
２２ 樹脂部
２２ｂ 充填樹脂部
２２ｃ 被覆樹脂部
２３ 金属接続ペースト
２５ 樹脂ペースト
１１０、２１０ 基板
１１１、２１１ 放熱用金属部
１１２ 配線基板
１１３、２１３ パット電極
２１２ 絶縁層
２５０ 樹脂ペースト
３３０ 環状の凸部
REFERENCE SIGNS
Claims (8)
前記放熱用金属上に位置する前記基体の前記上面に設けられた矩形形状の半導体電子部品と、
金属焼結体を含み、前記半導体電子部品の底面を前記基体の前記上面に接合する接合部と、
を備え、
前記金属焼結体は、前記半導体電子部品の側面の少なくとも一部を覆って配置されたフィレットを含み、
前記フィレットの表面は、樹脂に覆われており、前記フィレットの表面を覆う前記樹脂の厚さは、１μｍ以上であり、
前記金属焼結体は、銀又は銅を含み、
前記半導体電子部品の接続面、及び前記基体の接続面の面積は、５０ｍｍ２以上であり、
前記半導体電子部品の縦方向の長さＸまたは横方向の長さＹの少なくとも一方は５ｍｍ以上であり、
前記接合部は、前記金属焼結体の全域の空隙に充填された前記樹脂を含む半導体装置。 a base having an upper surface and a lower surface, the base including a heat dissipation metal that transfers heat from the upper surface to the lower surface; and a rectangular semiconductor electronic component provided on the upper surface of the base and positioned on the heat dissipation metal.
a joining portion including a metal sintered body and joining a bottom surface of the semiconductor electronic component to the top surface of the base;
Equipped with
the metal sintered body includes a fillet disposed so as to cover at least a portion of a side surface of the semiconductor electronic component,
The surface of the fillet is covered with a resin , and the thickness of the resin covering the surface of the fillet is 1 μm or more;
The metal sintered body contains silver or copper,
The area of the connection surface of the semiconductor electronic component and the connection surface of the base is 50 mm2 or more;
At least one of the length X in the vertical direction and the length Y in the horizontal direction of the semiconductor electronic component is 5 mm or more,
The bonding portion includes the resin filled in voids throughout the entire area of the metal sintered body.
該製造方法は、
有機溶剤と銀粒子又は銅粒子である金属粉とを混合してなる金属接続ペーストを準備する準備工程と、
基体と半導体電子部品との間に前記金属接続ペーストを配置する配置工程と、
前記金属接続ペーストを焼成することにより、前記有機溶剤を全て除去し、前記金属粉を融着させることにより、前記半導体電子部品の側面の少なくとも一部を覆って配置されたフィレットを含む金属焼結体を生成し、前記半導体電子部品と前記基体とを前記金属焼結体により接合する接合工程と、
前記金属焼結体の表面に樹脂を塗布し、前記金属焼結体の全域の空隙に前記樹脂の一部を毛細管現象によって含浸させ、前記フィレットの表面を覆う前記樹脂の厚さを１μｍ以上とする含浸工程と、を含む半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device including a base having an upper surface and a lower surface, the base including a heat dissipation metal that transfers heat from the upper surface to the lower surface, and a semiconductor electronic component bonded to the upper surface of the heat dissipation metal, the method comprising the steps of:
The production method comprises:
A preparation step of preparing a metal connection paste by mixing an organic solvent with a metal powder of silver particles or copper particles;
placing the metal interconnect paste between a substrate and a semiconductor electronic component;
a bonding process in which the metal connection paste is fired to remove all of the organic solvent and the metal powder is fused to generate a metal sintered body including a fillet disposed so as to cover at least a portion of a side surface of the semiconductor electronic component, and the semiconductor electronic component and the base are bonded to each other by the metal sintered body;
and an impregnation step of applying resin to the surface of the metal sintered body, impregnating a portion of the resin into voids throughout the metal sintered body by capillary action, so that the thickness of the resin covering the surface of the fillet is 1 μm or more.
前記含浸工程において、前記金属焼結体と前記環状の凸部の間に塗布する、請求項７に記載の半導体装置の製造方法。 the base has an annular protrusion at a position surrounding the semiconductor electronic component,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7 , wherein in the impregnation step, the metal is applied between the metal sintered body and the annular protrusion.
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