JPS6140371A - 接合用ワニス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体装置における支持部材に半導体素子を接
合するのに適した接合用ワニスに関する。

（従来技術） 半導体装置の製造工程の中で、ＩＣ，ＬＳＴなどの半導
体素子と支持部材の接合（以後ダイボンディングと言う
）には、接合部材として金を用いた金−シリコンの共晶
法あるいはノ・ンダを用いたハンダ法、樹脂接着剤を用
いた接着剤法が用いらｎているのは周知である。

接合部材として金が用いられている理由は、耐腐食性に
優れていること及びシリコンと共晶合金を作るため接着
強度に優れていることが挙げられるが、高価格な金を用
いることはコストアップにつながる。一方、接合部材に
ノ・ンダを用いるノ・ンダ法は、コストは安いので一部
実用化されているが、蒸発したノ・ンダやノ・ンダボー
ルが飛散して電極などに付着し、腐食断線の原因となる
可能性がある。これに比べて、有機材料からなる接合部
材が近年急速に実用化されてきていて、コスト面。

作業性の面からダイボンディングの主流となυつつある
（％公５０−１９４３６号公報、特開昭５７−１０４，
２３４号公報、特開昭５７−１２８，９３３号公報等参
照）。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の有機接合部材では接合時の樹脂の
収縮が大きいために、半導体素子にストレスを与えて素
子自体を反らせてしまい、これに伴って半導体素子上の
回路に亀裂が生じるなど素子の信頼性を著しく低下させ
てしまう。また、見かけ上、欠点がなくても、封止後の
熱シ歴によって同様の問題がおこる。これは大型の素子
になるほど顕著になシ、また。熱膨張係数の大きな銅系
の支持部材を使うと顕著になる。本発明は、このような
問題点を解決するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、上記問題点を解決するために、新規な接合用
材料を提弔するものである。

すなわち９本発明は。

（ａｌ　　有機溶剤 （ｂｌ　　（ａｌの有機溶剤に可溶性の樹脂及び （Ｃ）　　（ａｌの有機溶剤に不溶性でかつ（ｂｌの樹
脂と非相溶性の樹脂粒子 を含有してなる接合用ワニスに関する。

上記（ａｌの有機溶剤としては、プチルセロンルプ。

Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド。

ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド。

シクロヘキサノン等があシ、上記の（ｂ）の樹脂を溶解
し、（Ｃ）の樹脂粒子を溶解しないものであれば。

特に制限はない。

上記（ｂ）の樹脂・とじては、熱分解温度が３５０℃以
上の耐熱性のものが好ましく、熱可塑性樹脂でも熱硬化
性樹脂でもよい。また、加熱によって可塑化及び硬化反
応しないものでもよい。

上記熱可塑性樹脂としては、ガラス転移点が１６０℃以
上であるものが好ましい。

以上の条件を満足する場合、封止工程で樹脂の劣化に伴
う半導体素子のはがれや腐食が起こりにくい。

上記Ｔｂ）の樹脂としては、エポキシ樹脂、ワニスール
樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド、
ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテル
エーテルケトン。シリコーン樹脂、ポリスルホン、ポリ
フェニルサルファイド。

ポリエーテルスルホ／、ポリアミド、ポリエーテルアミ
ド、ポリカーボネート等がアシ、一種で又は二種以上併
用して使用される。

これらのうち、好ましい熱可塑性樹脂についてさらに詳
述すると次のとおシである。

総括的には、下記一般式＋１１又は一般式（ＩＩ）で表
わされる繰シ返し単位を有する樹脂である。

一般式ｆＩＩ） ここに、上記一般式（１１中、Ｘは結合＋　　Ｏ＋ル または−Ｃ−であシ、１１４およびルはＨ，Ｃ山。

■ ＣｚＨｓ　、　Ｃ５Ｈｙ　、　ＣＦ３またはＣＣ１！３
で６Ｄ、Ｒｓおよびルは同一でも相異っていてもよい。

また、Ｒ１゜＆、＆およびＲ４は、　Ｈ、ＣＨａ　、　
　Ｃ２Ｈ５。

−Ｃ３Ｈ？　、　　０ＣＨｓ　、　−０ＣｘＨｓ　＋　
　０Ｃ３Ｈ７、ＢｒまたけＣＩ！であシ＋　Ｒｔ　＋　
Ｒ２＋　Ｒ３およびＲ４は同一でも相異ってもよい。更
に上記繰シ返し単位は適宜の組み合わせで結合してもよ
い。

上記樹脂の具体例としては次の如きものが挙げられる。

以下余白 上記に於て、商品例として他に、アストレル３６０（カ
ーボランダム社製、ポリアリーレンスルホン）、エコノ
ール（カーボランダム社製、ポリアリーレンエ・ステル
）も包含される。

上記（ａ）の有機溶剤と（ｂｌの樹脂は、該有機溶剤に
波樹脂が溶解するように、それぞれ適宜選択して夏用さ
れる。

（Ｃ）の樹脂粒子としては１本発明の効果を奏するため
に弾性を有するものが好ましく、このために。

熱可塑性樹脂粒子が好ましい。

このような樹脂粒子としては、不飽和重合性単量体の重
合体、ポリアミド、ポリエステル、シリコーンゴム、ポ
リウレタン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ホ
リフエニレンサルファイド等の粒子がらシ、これらは一
種で又は二種以上併用して使用される。

上記不飽和重合性単量体としては、エチレン。

プロピレン等のオレフィン、ブタジェン、イソプレン等
のジオレフィン、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピ
ル、アクリル酸ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル
等のアクリル酸エステル、メタクリル酸メチル、メタク
リル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブ
チル、メタクリル酸２−エチルヘキシル等のメタクリル
酸エステル、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルト
ルエン９．ｔ−ブチルスチレン等のスチレン系単量体。

アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のシアン化ビ
ニルなどがあシ、これらの重合体としては。

単独重合体でも共重合体でもよく、また、架橋されてい
てもよい。また、スチレン系単量体、シアン化ビニル等
の単独重合体が比較的小さい弾性を有するものは、他の
不飽和単量体（例えば、オレフィン、ジオレフィン、ア
クリル酸エステル等）と共重合させたものを使用するの
が好ましい。

（Ｃ）の樹脂粒子が、（ａ）の有機溶剤に不溶性でかつ
（ｂ）の樹脂と非相溶性のものであるように、これらを
適宜選択して使用する。

本発明に係る接合用フェスは、（ａ）の有機溶剤に（ｂ
）の樹脂が溶解しておシ、この溶液に（Ｃ）の樹脂粒子
が分散している。貯蔵中、（Ｃ）の樹脂粒子は沈降する
が、この場合は、使用にあたってよく攪拌し。

（Ｃ）め樹脂粒子を溶液中に均一に分散させて使用する
のが好ましい。

なお、（ｂ）の樹脂として熱硬化性樹脂を使用する場合
は、適宜硬化剤が添加される。硬化剤としては、エポキ
シ樹脂に対して酸無水物、アミン等があシ、硬化性ポリ
クレタ／としては、主剤のアクリルポリオール、ポリエ
ステルポリオールに対して硬化剤のポリインシアネ・−
トがある。硬化剤を添加する時は、（ａ）の有機溶剤に
可溶性のものが好ましい。

（ａｌの有機溶剤と（ｂ）及び（Ｃ１の樹脂総量は前者
／後者が重量比で９０／１０〜４０／６０になるように
配合されるのが好ましい。この比が大きすぎると樹脂分
が小さくなシ接合しにくくなる傾向があシ、小さすぎる
と粘度が高くな多９作業性に劣る傾向がある。

本発明に係る接合用フェスには、充填剤及び、′又は密
着性改善剤が含まれていてもよい。

充填剤としては導電性または絶縁性の粉末状充横割が例
示されるが、半導体素子から発生する熱を特に支持部材
に放散させる必要がある場合には。

充填剤として銀粉、グラファイトやカーボンブラック等
の炭素粉末、又は炭素粉末と銀粉末との混合物を使用す
ることによシ接合部材の熱伝導率を向上させることがで
きる。更には接着力の向上。

揺変性の付与等を目的として、必要に応じてシリカ、金
属酸化物１石英ガラス粉末を使用することも可能である
。これらの使用量は適宜決定されるが、（ｂ）の樹脂及
び（Ｃ）の樹脂粒子の総量に対して０〜１０重量％が好
ましく、場合により３０重量％まで含有することができ
る。

密着性改善剤としては、シラン系、アルミ系。

チタン系等の各種カップリング剤がちシ、これらは１分
散相樹脂に予め１分散又は付着させておくのが好ましい
。これらの使用量は（ｂ）の樹脂及び（Ｃ）の樹脂粒子
の総量に対して０〜０．３重量％が好ましい。

本発明に係る接合用ワニスを用いて、半導体装置におけ
る支持部材に半導体素子を接合するには。

次のような方法がある。

（１）上記接合用ワニスを支持部材に塗布又は滴下して
、その上に半導体素子を載置して加熱処理をする。

（２）支持部材に、上記接合用ワニスを塗布又は滴下し
て溶剤を除去して、支持部材上に接合部材を形成し、こ
れに半導体素子を載置して、熱処理する。

（３）半導体素子の接合面に、上記接合用ワニスを塗布
又は滴下して溶剤を除去して、半導体素子の接合面上に
接合部材を形成し、これを支持部材に載置して熱処理す
る。

このような処理の後、適宜に封止工程が施される。封止
方法としては、樹脂封止、ガラス封止。

セラミック封上等がある。

このようにして得られた半導体装置の一例を第１図に示
す。第１図は、樹脂封止型中導体装置の一例を示す断面
図でアシ、支持部材（リードフレーム）１に、接合部材
２を介して半導体素子３が接合されておシ、半導体素子
３と外部引出し線４はワイヤ５によってワイヤボンディ
ングされている。全体がエポキシ樹脂６で封止されてい
る。

上記支持部材としては、金属支持体（リードフレーム）
、ガラスエポキシ基板、セラミック基板等、半導体装置
の基板として知られているものが使用できるが、特に、
金属支持体、なかでも銅リードフレームを用いた時に９
本発明に係る接合用ワニスを使用することによる効果が
顕著である。

（作用） 本発明に係る接合用ワニスは、溶剤を除去することによ
り　、　（ｂｌの樹脂からなる樹脂連続相内に該樹脂と
相溶性のない（Ｃ１の樹脂粒子が分散された樹脂の二相
構造、いわゆる海（連続相）−島（分散相）構造を形成
する。分散している（Ｃ１の樹脂粒子は１球状、フレー
ク状等の任意の形状で樹脂マトリックス（樹脂連続相）
内に分散している。

本発明に係る接合用ワニスを支持部材と半導体素子の接
合に使用したとき、上記のような構造を形成して接合部
材となるため、接合時における接合部材の硬化収縮が小
さく、従って、支持部材に接合された半導体素子にそシ
がなく、半導体素子の信頼性を低下させることがない。

この効果を得るために、樹脂連続相を形成する（ｂ）の
樹脂に対して樹脂分散相を形成する（Ｃ１の樹脂粒子が
２〜５０重量−の割合で使用されるのが好ましく、特に
１０〜３０重量係使用されるのが好ましい。

（実施例） 次に本発明の実施例及び比較例を示す。

比較例１ 下記（ａｌ〜（ｆ）成分のうち、エポキシ樹脂、硬化剤
及び溶媒である下記（ａｌ、　（ｂ）及び（Ｃ１成分を
３００艷の還流器を付けたフラスコ中で１００℃で加熱
下に１時間攪拌し、均一な溶液を得た。次いでこの溶液
を１．７の乳鉢に仕込み、この後、硬化促進剤。

充填剤及びシランカップリング剤である下記（ｄ）。

＋ｅ）及び（ｆ）の各成分を所定量仕込み、らいかい機
で２時間攪拌して銀粉末を含む接合用ワニスを調整した
。・ （ａ）シェル社製エピコート１００１　　　１００重量
部（Ｃ１プチルセロンルブ　　　　　　　　７５重量部
（ｅ）銀粉末（平均粒子径１．２μｍｌ　　　ｉｏｏ重
量部（ｆｌ　　信越化学社製ＫＢＭ４０３　　　　０．
１重量部実施例＾ 比較例１で調整した銀粉末を含む樹脂組成物１００重量
部と平均粒径が５μのポリエチレンの球状粒子を１４重
量部ホモジナイザーで１時間攪拌してポリエチレンの粒
子が分散した銀粉末を含む接合用ワニスを調整した。

実施例２ 比較例１で調整した銀粉末を含む樹脂組成物１００重量
部と平均粒径が１０μの６−ナイロンのフレーク状粒子
を１４重量部ホモジナイザーで１時間攪拌して６−ナイ
ロンの粒子が分散した銀粉末を含む接合用ワニスを調整
した。

応用例１〜３ 比較例１及び実施例１〜２で得られた接合用ワニス約０
．２　ｃｃをディスペンサーを用いて銅系の支持部材（
リードフレーム）上に塗布した後、半導体素子（シリコ
ンペレット５ｍ角）を載置して。

荷重１００　ｇＷ／ａｍ”を負荷しつつ、１８０℃で５
秒間加熱処理して接合した。得られた半導体素子が接合
された支持部材を用いて、ペレットの支持部材への接着
強度及びそシを調べた。この結果を表１に示す。

なお、応用例２〜３で別に得られた半導体素子が接合さ
れた支持部材をエポキシ樹脂で封止して第１図に示すよ
うな半導体装置としたが、半導体素子に異常はなく、ヒ
ートサイクル試験しても異常はなかった。

表１　試験結果 ＊１）　　接着強度試験 半導体素子が接合された支持部材を水平に２００℃又は
２５０℃に保り扛だヒートブロック上に固定し、ダッシ
ュグルゲージのロッドが支持部材上を水平に移動するよ
うにして、半導体素子の側面を抑圧、シ、ペレットがは
がれた時のプッシュプルゲージの目盛シを読んだ。

＊２）　　顕微鏡に多重干渉装置を対物レンズ側に取９
付けて、ベレット表面にできた干渉しまの最初の間隔を
測定し。

（ただし、λは波長、Ｘは干渉しまの間隔である）で求
めたものである。

（発明の効果） 本発明に係る接合用ワニスを使用して支持部材に接合さ
れた半導体素子は、そシがなく、半導体素子表面の回路
に亀裂を生じるようなことがなく。

半導体装置として信頼性が高いものｆ：得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、樹脂封止型半導体装置の一例を示す断面図で
ある。 符号の説明

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）有機溶剤、 （ｂ）（ａ）の有機溶剤に可溶性の樹脂 及び （ｃ）（ａ）の有機溶剤に不溶性でかつ（ｂ）の樹脂と
   非相溶性の樹脂粒子 を含有してなる接合用ワニス。 ２、（ａ）の有機溶剤に可溶性の樹脂が、熱分解開始温
   度が３５０℃以上の樹脂である特許請求の範囲第１項記
   載の接合用ワニス。 ３、（ａ）の有機溶剤に可溶性の樹脂が、エポキシ樹脂
   、フエノール樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、
   ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、
   ポリエーテルエーテルケトン、シリコーン樹脂、ポリス
   ルホン、ポリフエニルサルフアイド、ポリエーテルスル
   ホン、ポリアミド、ポリエーテルアミド及びポリカーボ
   ネートからなる群から選ばれた少なくとも一種の樹脂で
   ある特許請求の範囲第１項又は第２項記載の接合用ワニ
   ス。 ４、（ａ）の有機溶剤に可溶性の樹脂がガラス転移点１
   ６０℃以上の熱可塑性樹脂である特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の接合用ワニス。 ５、（ａ）の有機溶剤に可溶性の樹脂が芳香族ポリエー
   テルアミド、ポリカーボネート、芳香族ポリエステル、
   ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフエニレン
   サルフアイド、ポリエーテルイミド及びポリエーテルエ
   ーテルケトンからなる群から選ばれた少なくとも一種の
   樹脂である特許請求の範囲第４項記載の接合用ワニス。 ６、（ａ）の有機溶剤に不溶性でかつ（ｂ）の樹脂と非
   相溶性である樹脂が、熱可塑性樹脂である特許請求の範
   囲第１項記載の接合用ワニス。 ７、（ａ）の有機溶剤に不溶性でかつ（ｂ）の樹脂と非
   相溶性である樹脂が、不飽和重合性単量体の重合体、ポ
   リアミド、ポリエステル、ポリウレタン、シリコーンゴ
   ム、ポリスルホン、ポリフエニレンサルフアイド及びポ
   リエーテルスルホンからなる群から選ばれた少なくとも
   一種の樹脂である特許請求の範囲第６項記載の接合用ワ
   ニス。 ８、不飽和重合性単量体の重合体が、オレフイン、ジオ
   レフイン、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステ
   ルからなる群から選ばれた少なくとも一種の単量体の重
   合体及び共重合体並びに該単量体とスチレン系単量体又
   はシアン化ビニルの共重合体からなる群から選ばれた少
   なくとも一種の重合体である特許請求の範囲第７項記載
   の接合用ワニス。