JPH04359525A - 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の上
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。
ところが、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て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, which usually uses epoxy resin mixed with silver powder, has been put into practical use to some extent, but it is less satisfactory than the Au-Si eutectic method in terms of reliability. was not obtained.
【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】本発明者らは、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した半導体装置によって、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 intensive research aimed at achieving the above object, the present inventors have found that the above object can be achieved by a semiconductor device using a conductive paste having the composition described below. This discovery has led to the completion of the present invention.
【０００７】即ち、本発明は、（Ａ）ウレタンプレポリ
マー、（Ｂ）多価アルコール化合物、（Ｃ）ビスフェノ
ールおよび（Ｄ）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 uses a conductive paste containing (A) a urethane prepolymer, (B) a polyhydric alcohol compound, (C) bisphenol, and (D) a conductive powder to form a semiconductor chip and a conductive paste. This is a semiconductor device characterized by being formed by adhesively fixing a lead frame.
【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、本発明の半導体装置に使用する導電
性ペーストは、（Ａ）ウレタンプレポリマー、（Ｂ）多
価アルコール化合物、（Ｃ）ビスフェノールおよび（Ｄ
）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 semiconductor device of the present invention contains (A) urethane prepolymer, (B) polyhydric alcohol compound, (C) bisphenol, and (D
) It consists of conductive powder as an essential component.
【００１０】本発明に用いる（Ａ）ウレタンプレポリマ
ーは、ウレタンを形成するプレポリマーおよびオリゴマ
ーの全てのものが使用可能であるが、望ましくは末端活
性イソシアネート基を、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、アセト酢酸エステルオ
キシム、フェノール等のブロッキング剤でブロック化し
たものである。具体的なものとしてデスモジュールＡＰ
ステーブル（バイエル社製、商品名）、ユーロックＱ−
９０６２（出光石油化学社製、商品名）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プレポリマー
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。[0010] As the urethane prepolymer (A) used in the present invention, all prepolymers and oligomers that form urethane can be used, but preferably a block in which the terminal active isocyanate group is blocked with an active hydrogen compound. It is an isocyanate prepolymer. A typical example is one in which polyester or polybutadiene having a terminally active isocyanate is blocked with a blocking agent such as acetoacetate oxime or phenol. Death module AP as a concrete example
Stable (manufactured by Bayer, product name), Yulock Q-
9062 (manufactured by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd., trade name), etc.
These can be used alone or in combination of two or more. These blocked urethane prepolymers and oligomers are stable at room temperature, but at 120 °C
It has the property of dissociating isocyanate groups when heated to a higher temperature.
【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化合物が使用可能
である。具体的なものとしては、出光石油化学社製のＲ
−４５Ｈ、三洋化成社製の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のアル
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化合物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。このウレタンポリマーやオリゴマ
ーと多価アルコール化合物の配合割合は、解離イソシア
ネート基（ＮＣＯ）と多価アルコール化合物の水酸基（
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 alcohol compounds. is available. Specifically, R manufactured by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd.
-45H, polyethylene glycol and polypropylene glycol manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd., alcohol-modified silicone BY series manufactured by Toray Silicone Co., Ltd., etc., and these can be used alone or in a mixture of two or more types. The hydroxyl groups of these polyhydric alcohol compounds react with the isocyanate groups dissociated from the urethane polymers and oligomers. The blending ratio of this urethane polymer or oligomer and the polyhydric alcohol compound is determined by the dissociated isocyanate group (NCO) and the hydroxyl group of the polyhydric alcohol compound (
It is desirable that the ratio (NCO/OH) of NCO/OH is in the range of 1.0 to 1.2 equivalents. This blending ratio is 1.
If the amount is less than 0 equivalents or more than 1.2 equivalents, 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）ビスフェノールとし
ては、例えばビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ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。Examples of the bisphenol (C) used in the present invention include bisphenol A and bisphenol F, and these can be used alone or in combination of two or more.
【００１３】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、
いずれも平均粒径が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〜
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満足な導電性が得られず、また、９
０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。[0013] Examples of the conductive powder (D) 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 diameter is 10 μm or less. If the average particle size exceeds 10 μm, the composition will not become paste-like 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 30/70 by weight.
Preferably it is 10/90. The conductive powder is 70
If it is less than 9 parts by weight, satisfactory conductivity cannot be obtained;
If it exceeds 0 parts by weight, workability and adhesion will deteriorate, which is not preferable.
【００１４】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。[0014] 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 combination of two or more.
【００１５】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
リードフレーム上に吐出し、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。[0015] The conductive paste used in the present invention can be produced by thoroughly mixing each raw material component according to a conventional method, and then kneading the paste using, for example, three rolls, and then defoaming under reduced pressure. . The conductive paste produced in this way is filled into a syringe and discharged onto the lead frame using a dispenser to bond the semiconductor element.
A resin-sealed semiconductor device can be manufactured by performing wire bonding and sealing with a resin sealant.
【００１６】[0016]
【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
ンディング温度に対応）大型チップの反り変形が極めて
少なく、３５０ ℃という高温における接着力は優れた
強度を有しており、また吸湿もまた少ないものであるこ
とが認められた。それは、特にビスフェノールの添加に
よるところが大きい。[Function] Compared to conventional semiconductor devices using commonly used epoxy resin-based conductive paste, the semiconductor device of the present invention maintains a large chip even when heated at 280°C (corresponding to the wire bonding temperature of the device). It was found that there was very little warping and deformation, that the adhesive strength at a high temperature of 350°C was excellent, and that moisture absorption was also low. This is mainly due to the addition of bisphenol.
【００１７】[0017]
【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.
【００１８】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.
【００１９】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.
【００２０】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.
【００２１】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、導電性ペーストを半導体素子接着
条件で硬化させた後、 １００メッシュに粉砕して、
１８０℃で ２時間加熱抽出を行い抽出された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気圧の水蒸気中に半導体
装置を２ 時間放置したときの吸湿量を測定した。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を通電する耐湿試験（バ
イアス−ＰＣＴ）は、各々６０個の半導体装置が時間の
経過に伴う不良発生数によって評価した。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。[0021] 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 are produced by curing the conductive paste under semiconductor device bonding conditions and then crushing it to 100 mesh.
Extraction was performed by heating at 180° C. for 2 hours, and the amount of extracted Cl ions was measured by ion chromatography. Moisture resistance was determined by measuring the amount of moisture absorbed when the semiconductor device was left in water vapor at a temperature of 121° C. and a pressure of 2 atmospheres for 2 hours. A humidity test (PCT) in water vapor at a temperature of 121°C and a pressure of 2 atm, and a humidity resistance test (bias-PCT) in which an applied voltage of 1.5 V DC is applied in water vapor at a temperature of 120°C and a pressure of 2 atm. The semiconductor device was evaluated based on the number of defects that occurred over time. The method for determining failure is if the aluminum electrodes constituting the semiconductor device are open due to corrosion or if the leakage current is 500% of the allowable value.
A rise above this level was considered defective.
【００２２】[0022]
【表１】
＊１ ：出光石油化学社製商品名、フェノールブロック
・ポリブタジエン系イソシアネートプレポリマーの５０
％ブチルカルビトール溶液、
＊２ ：出光石油化学社製、末端水酸基化合物。[Table 1] *1: Product name manufactured by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd., phenol block polybutadiene-based isocyanate prepolymer 50
% butyl carbitol solution, *2: Manufactured by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd., terminal hydroxyl group compound.
【００２３】[0023]
【表２】[Table 2]
【００２４】[0024]
【発明の効果】以上の説明及び表２から明らかなように
、本発明の導電性ペーストは、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蝕
による断線不良及び反りがなく、半導体チップの大型化
に対応した信頼性の高い導電性ペーストである。Effects of the Invention As is clear from the above explanation and Table 2, the conductive paste of the present invention has moisture resistance, hydrolysis resistance,
It is a highly reliable conductive paste that has excellent adhesive properties and is free from voids and breakage and warping due to corrosion of aluminum electrodes, making it compatible with larger semiconductor chips.
Claims (1)
多価アルコール化合物、（Ｃ）ビスフェノールおよび（
Ｄ）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) urethane prepolymer, (B)
Polyhydric alcohol compound, (C) bisphenol and (
D) A semiconductor device characterized in that a semiconductor chip and a lead frame are bonded and fixed using a conductive paste containing conductive powder as an essential component.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3162160A JPH04359525A (en) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3162160A JPH04359525A (en) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | Semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04359525A true JPH04359525A (en) | 1992-12-11 |
Family
ID=15749173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3162160A Pending JPH04359525A (en) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04359525A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008088491A3 (en) * | 2006-12-20 | 2009-07-09 | Dow Corning | Silicone resin coating compositions containing blocked isocyanates |
-
1991
- 1991-06-06 JP JP3162160A patent/JPH04359525A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008088491A3 (en) * | 2006-12-20 | 2009-07-09 | Dow Corning | Silicone resin coating compositions containing blocked isocyanates |
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