JPH04343441A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明は、耐湿性、耐加水分解性
、接着性に優れ、半導体チップの大型化や表面実装に対
応できる半導体装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device that has excellent moisture resistance, hydrolysis resistance, and adhesive properties, and is compatible with larger semiconductor chips and surface mounting.
【０００２】0002
【従来の技術】リード基体、例えば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、素子の長期信頼性に影響を与える重要な工程の一
つである。従来からこの接続方法として、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。し
かし、近年の貴金属、特に金の高騰を契機として樹脂封
止型半導体装置ではＡｕ −Ｓｉ 共晶法から、半田を
使用する方法、半導体ペーストを使用する方法等に急速
に移行しつつある。2. Description of the Related Art The process of connecting a semiconductor chip such as an IC or LSI to a predetermined portion on a lead base, for example a lead frame, is one of the important processes that affects the long-term reliability of the device. Conventionally, the mainstream connection method has been the Au--Si eutectic method, in which the silicon surface of the semiconductor chip is pressure-bonded to the gold-plated surface of the lead frame. However, due to the recent rise in the price of precious metals, especially gold, resin-sealed semiconductor devices are rapidly shifting from the Au--Si eutectic method to methods using solder, semiconductor paste, and the like.
【０００３】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では、通常、銀粉末を
配合したエポキシ樹脂が用いられ、約１０年前から一部
実用化されてきたが、信頼性面でＡｕ −Ｓｉ 共晶法
に比較して満足すべきものが得られなかった。However, although some methods using solder have been put into practical use, it has been pointed out that the solder and solder balls scatter and adhere to electrodes and the like, causing corrosion and disconnection. On the other hand, the method using conductive paste usually uses epoxy resin mixed with silver powder, and has been partially put into practical use for about 10 years, but compared to the Au-Si eutectic method in terms of reliability. I couldn't get anything that I was satisfied with.
【０００４】すなわち、上記従来の導電性ペーストを使
用する方法は、半田法に比べて耐熱性に優れる等の長所
を有しているが、その反面、樹脂や硬化剤が半導体素子
接着用として作られたものでないため、ボイドの発生や
、耐湿性、耐加水分解性に劣り、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 共晶法に比較して劣っていた。
また、ＩＣ，ＬＳＩやＬＥＤ等の半導体チップの大型化
に伴い、チップクラックの発生や接着力の低下がおこす
ことでも、問題となっていた。That is, the conventional method using conductive paste has advantages such as superior heat resistance compared to the soldering method, but on the other hand, the resin and curing agent are not suitable for bonding semiconductor elements. Since the Au-Si eutectic method is not used, it tends to generate voids and has poor moisture resistance and hydrolysis resistance, which promotes corrosion of the aluminum electrode and often causes disconnection defects. was inferior compared to Furthermore, as semiconductor chips such as ICs, LSIs, and LEDs become larger, problems arise due to the occurrence of chip cracks and a decrease in adhesive strength.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
に鑑みてなされたもので、耐湿性、耐加水分解性、接着
性に優れ、ボイドの発生、アルミニウム電極の腐食によ
る断線不良や反りがなく、半導体チップの大型化に対応
した信頼性の高い半導体装置を提供しようとするもので
ある。[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances. The aim is to provide a highly reliable semiconductor device that is compatible with the increasing size of semiconductor chips.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、後述する組成の
導電性ペーストを使用することによって、上記の目的を
達成できることを見いだし、本発明を完成したものであ
る。[Means for Solving the Problems] As a result of extensive research aimed at achieving the above object, the present inventors have discovered that the above object can be achieved by using a conductive paste having the composition described below. This completes the present invention.
【０００７】即ち、本発明は、
（Ａ）ビスフェノールブロックウレタンポリマー（Ｂ）
多価アルコール化合物
（Ｃ）導電性粉末
を必須成分とする導電性ペーストを用いて、半導体チッ
プとリードフレームとを接着固定してなることを特徴と
する半導体装置である。That is, the present invention provides (A) a bisphenol block urethane polymer (B)
This semiconductor device is characterized in that a semiconductor chip and a lead frame are bonded and fixed using a conductive paste containing polyhydric alcohol compound (C) conductive powder as an essential component.
【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。The present invention will be explained in detail below.
【０００９】まず、本発明に使用する導電性ペーストは
、（Ａ）ビスフェノールブロックウレタンポリマー、（
Ｂ）多価アルコール化合物、（Ｃ）導電性粉末を必須成
分としてなるものである。First, the conductive paste used in the present invention consists of (A) a bisphenol block urethane polymer, (
B) a polyhydric alcohol compound and (C) a conductive powder as essential components.
【００１０】本発明に用いる（Ａ）ビスフェノールブロ
ックウレタンポリマーとしては、ウレタンを形成するプ
レポリマーおよびオリゴマーの末端活性イソシアネート
基を、ビスフェノール活性水素化合物でブロック化した
ブロックイソシアネートプレポリマーである。代表的な
ものとしては、末端活性イソシアネートを有するポリエ
ステル又はポリブタジエンを、ビスフェノールＡ又はビ
スフェノールＦ等のブロッキング剤でブロック化したも
の等が挙げられ、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。これらのブロック化されたウ
レタンポリマーおよびオリゴマーは室温では安定である
が、 １２０℃以上に加熱するとイソシアネート基を解
離する性質をもっている。The bisphenol-blocked urethane polymer (A) used in the present invention is a blocked isocyanate prepolymer obtained by blocking the terminal active isocyanate groups of the urethane-forming prepolymer and oligomer with a bisphenol-active hydrogen compound. Typical examples include polyester or polybutadiene having a terminally active isocyanate blocked with a blocking agent such as bisphenol A or bisphenol F, and these may be used alone or in combination of two or more. Can be done. These blocked urethane polymers and oligomers are stable at room temperature, but have the property of dissociating isocyanate groups when heated to 120°C or higher.
【００１１】本発明に用いる（Ｂ）多価アルコール化合
物としては、可撓性、柔軟性を考慮して長鎖のアルキル
基を有するものや、ポリエステル系、ポリブタジエン系
およびシリコーン系の多価アルコール類が使用可能であ
る。具体的なものとしては、出光石油化学社製Ｒ−４５
Ｈ、三洋化成社製ポリエチレングリコール，ポリプロピ
レングリコール、トーレシリコーン社製アルコール変性
シリコーンＢＹシリーズ等が挙げられ、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
の多価アルコール類の水酸基は前記のウレタンポリマー
およびオリゴマーから解離したイソシアネート基と反応
する。ウレタンポリマーやオリゴマーと多価アルコール
類の配合割合は、解離イソシアネート基（ＮＣＯ）と多
価アルコール類の水酸基（ＯＨ）の比（ＮＣＯ／ＯＨ）
が １．０〜 １．２当量の範囲であることが望ましい
。この配合割合が、 １．０当量未満または １．２当
量を超えると所定の特性が得られず好ましくない。また
この反応系を促進する触媒としては、一般的にはジアル
キルチンジラウレート等が使用される。The polyhydric alcohol compound (B) used in the present invention includes those having a long-chain alkyl group in consideration of flexibility and pliability, and polyester-based, polybutadiene-based, and silicone-based polyhydric alcohols. is available. Specifically, R-45 manufactured by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd.
Examples include polyethylene glycol, polypropylene glycol manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd., alcohol-modified silicone BY series manufactured by Toray Silicone Co., Ltd., and these can be used alone or in a mixture of two or more. The hydroxyl groups of these polyhydric alcohols react with the isocyanate groups dissociated from the urethane polymer and oligomer. The blending ratio of urethane polymer or oligomer and polyhydric alcohol is determined by the ratio of dissociated isocyanate groups (NCO) to hydroxyl groups (OH) of the polyhydric alcohol (NCO/OH).
is preferably in the range of 1.0 to 1.2 equivalents. If this blending ratio is less than 1.0 equivalent or more than 1.2 equivalent, the desired characteristics cannot be obtained, which is not preferable. Further, as a catalyst for promoting this reaction system, dialkyltin dilaurate or the like is generally used.
【００１２】本発明に用いる（Ｃ）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
る銀粉末が挙げられ、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、
いずれも平均粒径で１０μｍ以下であることが望ましい
。
平均粒径が１０μｍを超えると、組成物の性状がペース
ト状にならず塗布性能が低下し好ましくない。導電性粉
末と樹脂成分との配合割合は、重量比で３０／７０〜１
０／９０であることが望ましい。導電性粉末が、７０重
量部未満であると満足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好ましくない
。[0012] Examples of the conductive powder (C) used in the present invention include silver powder, copper powder, nickel powder, and silver powder having a metal layer on the surface, and these may be used alone or in combination of two or more. be able to. These conductive powders are
In both cases, it is desirable that the average particle size is 10 μm or less. If the average particle size exceeds 10 μm, the composition will not become pasty and the coating performance will deteriorate, which is not preferable. The mixing ratio of the conductive powder and the resin component is 30/70 to 1 by weight.
A value of 0/90 is desirable. If the amount of conductive powder is less than 70 parts by weight, satisfactory conductivity cannot be obtained;
If it exceeds 1 part by weight, workability and adhesion will deteriorate, which is undesirable.
【００１３】本発明に用いる導電性ペーストは、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、ジオキサン、ヘキサン、酢酸セ
ロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ブチ
ルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテー
ト、イソホロン等が挙げられ、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。[0013] In the conductive paste used in the present invention, an organic solvent may be used as necessary to adjust the viscosity. Examples of the solvent include dioxane, hexane, cellosolve acetate, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, butyl cellosolve acetate, butyl carbitol acetate, isophorone, etc., and these can be used alone or in a mixture of two or more.
【００１４】本発明に用いる導電性ペーストの製造方法
は、常法に従い各原料成分を十分混合した後、更に、例
えば三本ロールによる混練処理をし、その後、減圧脱泡
して製造することができる。こうして製造した導電性ペ
ーストは、シリンジに充填され、ディスペンサーを用い
てリード基体、すなわちリードフレームの上に吐出し、
半導体素子を接合した後、ワイヤボンディングを行い、
樹脂封止材で封止して樹脂封止型半導体装置を製造する
ことができる。The method for producing the conductive paste used in the present invention is to thoroughly mix each raw material component according to a conventional method, and then further knead it using, for example, three rolls, and then degas it under reduced pressure. can. The conductive paste produced in this way is filled into a syringe and discharged onto the lead base, that is, the lead frame, using a dispenser.
After bonding the semiconductor elements, wire bonding is performed,
A resin-sealed semiconductor device can be manufactured by sealing with a resin sealant.
【００１５】[0015]
【作用】本発明の半導体装置は、常用されるエポキシ樹
脂ベースの導電性ペーストを使用した従来の半導体装置
に比較して、 ２８０℃で加熱しても（素子のワイヤボ
ンディングに対応）大型チップの反り変形が極めて少な
く、接着力は半導体チップの接着に必要な強度を有して
おり、また吸湿も少ないものであることが認められた。
またビスフェノールをブロック剤としたウレタンポリマ
ーは、ほかのブロック剤によるものに対して耐湿性、特
に半導体装置の信頼性を示すバイアスＰＣＴ、ＰＣＴな
どにおいて有利な点があるとみられる。[Function] Compared to conventional semiconductor devices that use commonly used epoxy resin-based conductive pastes, the semiconductor device of the present invention is capable of forming large chips even when heated at 280°C (corresponding to wire bonding of elements). It was found that there was very little warpage and deformation, that the adhesive strength was strong enough to bond semiconductor chips, and that moisture absorption was low. Moreover, urethane polymers using bisphenol as a blocking agent appear to have advantages over those using other blocking agents in terms of moisture resistance, particularly in bias PCT, PCT, etc., which indicate the reliability of semiconductor devices.
【００１６】[0016]
【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
。実施例において「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 explained by examples, but the present invention is not limited by these examples. In the examples, "parts" means "parts by weight" unless otherwise specified.
【００１７】実施例１〜３
表１に示した各成分を三本ロールにより ３回混練して
一液性導電性ペースト（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）をそれぞ
れ製造した。そのペーストを使用して、 ２００μｍ厚
のリードフレーム（銅系）上に ４×１２ｍｍのシリコ
ンチップを表２の半導体素子接着条件で接着し、実施例
１〜３の樹脂封止型半導体装置をそれぞれ製造した。Examples 1 to 3 The components shown in Table 1 were kneaded three times using three rolls to produce one-component conductive pastes (A), (B), and (C), respectively. Using the paste, a 4 x 12 mm silicon chip was bonded onto a 200 μm thick lead frame (copper-based) under the semiconductor element bonding conditions shown in Table 2, and the resin-sealed semiconductor devices of Examples 1 to 3 were bonded to each other. Manufactured.
【００１８】比較例
市販のエポキシ樹脂ベースの溶剤型導電性ペースト（Ｄ
）を入手し、実施例と同様に比較例の樹脂封止型半導体
装置を製造した。Comparative Example A commercially available epoxy resin-based solvent-based conductive paste (D
) was obtained, and a resin-sealed semiconductor device of a comparative example was manufactured in the same manner as in the example.
【００１９】実施例１〜３および比較例で得た半導体装
置について、接着強度、チップの反り、加水分解性イオ
ン、耐湿性、バイアスＰＣＴおよびＰＣＴを試験した。
その結果を表２に示したが、本発明の効果を確認するこ
とができた。The semiconductor devices obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example were tested for adhesive strength, chip warpage, hydrolyzable ions, moisture resistance, bias PCT, and PCT. The results are shown in Table 2, and the effects of the present invention could be confirmed.
【００２０】接着強度は、 ２００μｍ厚のリードフレ
ーム（銅系）上に４×１２ｍｍのシリコンチップを接着
し、温度３５０ ℃でプッシュプルゲージを用いて剪断
力を測定した。チップの反りは、硬化後のチップ表面粗
さ計で測定し、チップ中央部と端部との距離で示した。
加水分解性イオンは、半導体素子接着条件で硬化させた
後、 １００メッシュに粉砕して、 １８０℃で ２時
間加熱抽出を行ったＣｌ イオンの量をイオンクロマト
グラフィで測定した。耐湿性は、温度 １２１℃，圧力
２気圧の水蒸気中における耐湿試験（ＰＣＴ）および
温度 １２０℃，圧力 ２気圧の水蒸気中、印加電圧直
流 １．５Ｖを通電して、耐湿試験（バイアス−ＰＣＴ
）を各半導体装置について行い評価した。
耐湿試験に供した半導体装置は、各々６０個で時間の経
過に伴う不良発生数を示した。不良判定の方法は、半導
体装置を構成するアルミニウム電極の、腐食によるオー
プン、又はリーク電流が許容値の ５００％以上への上
昇をもって不良とした。[0020] Adhesive strength was determined by bonding a 4 x 12 mm silicon chip onto a 200 μm thick lead frame (copper type) and measuring the shear force using a push-pull gauge at a temperature of 350°C. The warpage of the chip was measured using a chip surface roughness meter after curing, and was expressed as the distance between the center of the chip and the edge. Hydrolyzable ions were cured under semiconductor device adhesion conditions, then ground to 100 mesh, extracted by heating at 180° C. for 2 hours, and the amount of Cl ions was measured by ion chromatography. Moisture resistance was determined by a humidity test (PCT) in water vapor at a temperature of 121°C and a pressure of 2 atm, and a humidity test (bias-PCT) in water vapor at a temperature of 120°C and a pressure of 2 atm with an applied voltage of 1.5 V DC.
) was performed and evaluated for each semiconductor device. Sixty semiconductor devices were each subjected to the moisture resistance test, and the number of defects occurred over time. The method for determining failure was that the aluminum electrodes constituting the semiconductor device were open due to corrosion, or the leakage current increased to 500% or more of the allowable value.
【００２１】[0021]
【表１】[Table 1]
【００２２】[0022]
【表２】[Table 2]
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上の説明および表２から明らかなよう
に、本発明の半導体装置は、耐湿性、耐加水分解性、接
着性に優れ、ボイドの発生やアルミニウム電極の腐食に
よる断線および反りがなく、半導体チップの大型化に対
応した信頼性の高い半導体装置である。Effects of the Invention As is clear from the above description and Table 2, the semiconductor device of the present invention has excellent moisture resistance, hydrolysis resistance, and adhesion, and is free from wire breakage and warpage due to void generation and aluminum electrode corrosion. This is a highly reliable semiconductor device that can accommodate larger semiconductor chips.
Claims (1)
ンポリマー （Ｂ）多価アルコール化合物 （Ｃ）導電性粉末 を必須成分とする導電性ペーストを用いて、半導体チッ
プとリードフレームとを接着固定してなることを特徴と
する半導体装置。Claim 1: A semiconductor chip and a lead frame are bonded and fixed using a conductive paste containing (A) a bisphenol block urethane polymer (B) a polyhydric alcohol compound (C) a conductive powder as an essential component. A semiconductor device characterized by:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14534991A JPH04343441A (en) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14534991A JPH04343441A (en) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | Semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04343441A true JPH04343441A (en) | 1992-11-30 |
Family
ID=15383134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14534991A Pending JPH04343441A (en) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04343441A (en) |
-
1991
- 1991-05-21 JP JP14534991A patent/JPH04343441A/en active Pending
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