JP2001284792A - 半田材料及びそれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents
半田材料及びそれを用いた半導体装置の製造方法Info
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- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
- Die Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 無鉛半田において、耐熱疲労性能を向上させ
ると共に、半導体装置をプリント基板に半田実装する際
の高温度にさらしてもダイボンド部の抵抗変化を小さく
すること。 【解決手段】 Ｓｂを１１．０〜２０．０質量％、Ｐを
０．０１〜０．２質量％、好ましくはさらにＣｕ，Ｎｉ
のうち少なくとも１種を０．００５〜５．０質量％含
み、残部Ｓｎ及び不可避的不純物からなるダイボンディ
ング用半田材料。ＩＣチップとリードフレームアイラン
ド部の接合面がＣｕ，Ｎｉ又はＡｕであり、かつ樹脂成
形後１５０〜２５０℃で熱処理することが好ましい。
ると共に、半導体装置をプリント基板に半田実装する際
の高温度にさらしてもダイボンド部の抵抗変化を小さく
すること。 【解決手段】 Ｓｂを１１．０〜２０．０質量％、Ｐを
０．０１〜０．２質量％、好ましくはさらにＣｕ，Ｎｉ
のうち少なくとも１種を０．００５〜５．０質量％含
み、残部Ｓｎ及び不可避的不純物からなるダイボンディ
ング用半田材料。ＩＣチップとリードフレームアイラン
ド部の接合面がＣｕ，Ｎｉ又はＡｕであり、かつ樹脂成
形後１５０〜２５０℃で熱処理することが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣチップをリー
ドフレームアイランド部にダイボンディングするに用い
る半田材料及びダイボンディングした後、樹脂封止して
用いる半導体装置の製造方法に関し、詳しくはダイボン
ディングして製造した半導体装置を回路基板等に２番目
の半田付けを行って使用するに好適な無鉛半田材料及び
半導体装置の製造方法に関する。
ドフレームアイランド部にダイボンディングするに用い
る半田材料及びダイボンディングした後、樹脂封止して
用いる半導体装置の製造方法に関し、詳しくはダイボン
ディングして製造した半導体装置を回路基板等に２番目
の半田付けを行って使用するに好適な無鉛半田材料及び
半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にＩＣ等の半導体のパッケージング
にはＩＣチップをリードフレームアイランド部に接着す
る、いわゆるダイボンディングして用いられている。こ
の中で熱発生の大きい半導体製品の場合、ダイボンディ
ングにはろう材として半田が用いられている。
にはＩＣチップをリードフレームアイランド部に接着す
る、いわゆるダイボンディングして用いられている。こ
の中で熱発生の大きい半導体製品の場合、ダイボンディ
ングにはろう材として半田が用いられている。
【０００３】ここでダイボンディング用ろう材として半
田を用いてパッケージングされた半導体装置断面の一例
を図１に示す。ＩＣチップ１は半田材料２をろう材とし
てリードフレームアイランド部３にダイボンディングさ
れる。次いでＩＣチップの電極４とインナーリード５を
ダイボンディングワイヤ６で配線する。次いで樹脂７で
成形してアウターリード８が樹脂の外側になるようにし
てアウターリードを外部端子として使用するものであ
る。
田を用いてパッケージングされた半導体装置断面の一例
を図１に示す。ＩＣチップ１は半田材料２をろう材とし
てリードフレームアイランド部３にダイボンディングさ
れる。次いでＩＣチップの電極４とインナーリード５を
ダイボンディングワイヤ６で配線する。次いで樹脂７で
成形してアウターリード８が樹脂の外側になるようにし
てアウターリードを外部端子として使用するものであ
る。
【０００４】ここで前記半田材料として従来からＳｎ−
Ｐｂを基本とした半田材料が用いられている。この中で
もＰｂ−５質量％Ｓｎ近傍で融点が３００℃前後と比較
的高温である半田が使用されている。この理由は図１の
ようにして製造された半導体装置をプリント基板に半田
実装する際の加熱条件が２４０〜２６０℃で数〜１０秒
間であるため、ダイボンディングに用いた半田材料が溶
け出さないようにするため前記３００℃前後の融点を持
つ半田材料が使用されている。
Ｐｂを基本とした半田材料が用いられている。この中で
もＰｂ−５質量％Ｓｎ近傍で融点が３００℃前後と比較
的高温である半田が使用されている。この理由は図１の
ようにして製造された半導体装置をプリント基板に半田
実装する際の加熱条件が２４０〜２６０℃で数〜１０秒
間であるため、ダイボンディングに用いた半田材料が溶
け出さないようにするため前記３００℃前後の融点を持
つ半田材料が使用されている。
【０００５】一方半田接合部は半導体装置の動作状態に
おける温度上昇と非動作状態における常温との繰り返し
温度変化を受け、特にＩＣチップとリードフレームの熱
膨張係数の違いに起因する繰り返し歪みによる疲労から
半田接合部に亀裂が発生進展して接合部の電気的接続の
信頼性を低下させている。この為前記Ｐｂ−５質量％Ｓ
ｎ近傍の組成にＡｇ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｃｕ等を微量含有さ
せた半田材料が最近提案されている。しかしながら、こ
れらの半田合金を用いた場合でも、ＩＣチップとリード
フレームの接合のように熱膨張係数が大きく異なる部材
を接続した場合、半田接合部にかかる歪みが過大とな
り、熱サイクル性能に顕著な改善効果が見られないとい
う問題がある。
おける温度上昇と非動作状態における常温との繰り返し
温度変化を受け、特にＩＣチップとリードフレームの熱
膨張係数の違いに起因する繰り返し歪みによる疲労から
半田接合部に亀裂が発生進展して接合部の電気的接続の
信頼性を低下させている。この為前記Ｐｂ−５質量％Ｓ
ｎ近傍の組成にＡｇ，Ｉｎ，Ｂｉ，Ｃｕ等を微量含有さ
せた半田材料が最近提案されている。しかしながら、こ
れらの半田合金を用いた場合でも、ＩＣチップとリード
フレームの接合のように熱膨張係数が大きく異なる部材
を接続した場合、半田接合部にかかる歪みが過大とな
り、熱サイクル性能に顕著な改善効果が見られないとい
う問題がある。
【０００６】更に、最近ではＰｂ−Ｓｎ系半田材料に含
まれているＰｂの人体への影響に関心が集まり、Ｐｂを
含む製品を廃棄することによる地球環境の汚染、生物へ
の影響を低減することが課題になっている。このよう
に、環境汚染を低減するために、無鉛半田材料が求めら
れている。
まれているＰｂの人体への影響に関心が集まり、Ｐｂを
含む製品を廃棄することによる地球環境の汚染、生物へ
の影響を低減することが課題になっている。このよう
に、環境汚染を低減するために、無鉛半田材料が求めら
れている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、半導体
装置のダイボンディングに於いて、ダイボンディング用
半田材料として無鉛半田材料を用いながら熱サイクル性
能を向上させた半導体装置が求められている。更に、ダ
イボンディング用無鉛半田材料としてＳｎ基合金を用い
て、前述したプリント基板に半田実装する際の加熱条件
である２４０〜２６０で数秒〜１０秒間加熱した場合、
Ｓｎ基合金の固相線温度が２６０℃より低い為に、通常
は半田材料の一部が溶融したりして半田材料中のボイド
生成量が増加するようになる。該ボイドの生成量が大き
いと発熱したＩＣチップからの熱伝導率が低下するため
好ましくない。
装置のダイボンディングに於いて、ダイボンディング用
半田材料として無鉛半田材料を用いながら熱サイクル性
能を向上させた半導体装置が求められている。更に、ダ
イボンディング用無鉛半田材料としてＳｎ基合金を用い
て、前述したプリント基板に半田実装する際の加熱条件
である２４０〜２６０で数秒〜１０秒間加熱した場合、
Ｓｎ基合金の固相線温度が２６０℃より低い為に、通常
は半田材料の一部が溶融したりして半田材料中のボイド
生成量が増加するようになる。該ボイドの生成量が大き
いと発熱したＩＣチップからの熱伝導率が低下するため
好ましくない。
【０００８】そこで、本発明は半導体装置の製造に於い
て環境汚染を低減するために無鉛半田材料を用いなが
ら、熱サイクル寿命を向上させると共に、半導体装置を
プリント基板に半田実装する際の温度に晒してもダイボ
ンドした半田材料中のボイド生成量を抑制出来る半田材
料及びそれを用いた半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
て環境汚染を低減するために無鉛半田材料を用いなが
ら、熱サイクル寿命を向上させると共に、半導体装置を
プリント基板に半田実装する際の温度に晒してもダイボ
ンドした半田材料中のボイド生成量を抑制出来る半田材
料及びそれを用いた半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は下記にある。 （１）Ｓｂを１１．０〜２０．０質量％、Ｐを０．０１
〜０．２質量％及び残部がＳｎ及び不可避不純物からな
るダイボンディング用半田材料。 （２）Ｓｂを１１．０〜２０．０質量％、Ｐを０．０１
〜０．２質量％、Ｃｕ及びＮｉの少なくとも１種を０．
００５〜５．０質量％及び残部がＳｎ及び不可避不純物
からなるダイボンディング用半田材料。
明は下記にある。 （１）Ｓｂを１１．０〜２０．０質量％、Ｐを０．０１
〜０．２質量％及び残部がＳｎ及び不可避不純物からな
るダイボンディング用半田材料。 （２）Ｓｂを１１．０〜２０．０質量％、Ｐを０．０１
〜０．２質量％、Ｃｕ及びＮｉの少なくとも１種を０．
００５〜５．０質量％及び残部がＳｎ及び不可避不純物
からなるダイボンディング用半田材料。
【００１０】（３）ＩＣチップをリードフレームアイラ
ンド部に半田材料を用いてダイボンディングした後、電
極部接合、樹脂成形する半導体装置の製造方法におい
て、半田材料がＳｂを１１．０〜２０．０質量％、Ｐを
０．０１〜０．２質量％及び残部がＳｎ及び不可避不純
物からなり、前記ＩＣチップとリードフレームアイラン
ド部の接合面がＣｕ，Ｎｉ又はＡｕ面であり、前記樹脂
成形後１５０〜２５０℃で熱処理することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
ンド部に半田材料を用いてダイボンディングした後、電
極部接合、樹脂成形する半導体装置の製造方法におい
て、半田材料がＳｂを１１．０〜２０．０質量％、Ｐを
０．０１〜０．２質量％及び残部がＳｎ及び不可避不純
物からなり、前記ＩＣチップとリードフレームアイラン
ド部の接合面がＣｕ，Ｎｉ又はＡｕ面であり、前記樹脂
成形後１５０〜２５０℃で熱処理することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
【００１１】（４）半田材料がＳｂを１１．０〜２０．
０質量％、Ｐを０．０１〜０．２質量％、Ｃｕ及びＮｉ
の少なくとも１種を０．００５〜５．０質量％及び残部
がＳｎ及び不可避不純物からなることを特徴とする
（３）記載の半導体装置の製造方法。
０質量％、Ｐを０．０１〜０．２質量％、Ｃｕ及びＮｉ
の少なくとも１種を０．００５〜５．０質量％及び残部
がＳｎ及び不可避不純物からなることを特徴とする
（３）記載の半導体装置の製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】（１）半導体装置の製造方法を図
１を用いて再度説明する。 ＩＣチップ１は半田材料２をろう剤としてリードフレー
ムアイランド部３にダイボンディングされる。次いでＩ
Ｃチップの電極４とインナーリードをボンディングワイ
ヤ６で配線する。次いで樹脂７で成形してアウターリー
ド８が樹脂の外側になるようにして、アウターリードを
外部端子として使用する。
１を用いて再度説明する。 ＩＣチップ１は半田材料２をろう剤としてリードフレー
ムアイランド部３にダイボンディングされる。次いでＩ
Ｃチップの電極４とインナーリードをボンディングワイ
ヤ６で配線する。次いで樹脂７で成形してアウターリー
ド８が樹脂の外側になるようにして、アウターリードを
外部端子として使用する。
【００１３】（２）半田材料 組成 本発明に用いる半田材料はＳｎをベース金属とする。半
田材料としてはＳｎ−Ｐｂ系が知られているが、Ｐｂは
環境問題に対して好ましくない為、環境に許容される範
囲に抑制された量においては含有しても良いが、Ｐｂは
含まないことが好ましい。そこで本発明はＳｎをベース
とし、添加元素には次のものを用いる。
田材料としてはＳｎ−Ｐｂ系が知られているが、Ｐｂは
環境問題に対して好ましくない為、環境に許容される範
囲に抑制された量においては含有しても良いが、Ｐｂは
含まないことが好ましい。そこで本発明はＳｎをベース
とし、添加元素には次のものを用いる。
【００１４】（ａ）Ｓｂ 本発明では、Ｓｎ合金中で、所定量のＰとの共存におい
て、Ｓｂを１１．０〜２０．０質量％含有する。Ｓｂ含
有量を該範囲にすることにより、本発明の課題である半
導体装置の熱サイクル寿命が向上すると共に半田実装す
る際の温度に晒してもダイボンドした半田材料中のボイ
ド生成量を抑制出来るようになってくる。
て、Ｓｂを１１．０〜２０．０質量％含有する。Ｓｂ含
有量を該範囲にすることにより、本発明の課題である半
導体装置の熱サイクル寿命が向上すると共に半田実装す
る際の温度に晒してもダイボンドした半田材料中のボイ
ド生成量を抑制出来るようになってくる。
【００１５】この中でも、Ｓｂ含有量が１１．０〜１
５．０質量％になると半田材料のぬれ性が向上する為好
ましく用いられる。 （ｂ）Ｐ 本発明では、Ｓｎ合金中で、所定量のＳｂとの共存にお
いて、Ｐを０．０１〜０．２質量％含有する。Ｐ含有量
を該範囲にすることにより、本発明の課題である半導体
装置の熱サイクル寿命が向上するようになる。更には半
田材料をワイヤやリボンで製造する場合、伸線加工や圧
延加工時の断線回数を大幅に低減して生産性の向上に効
果を有してくる。
５．０質量％になると半田材料のぬれ性が向上する為好
ましく用いられる。 （ｂ）Ｐ 本発明では、Ｓｎ合金中で、所定量のＳｂとの共存にお
いて、Ｐを０．０１〜０．２質量％含有する。Ｐ含有量
を該範囲にすることにより、本発明の課題である半導体
装置の熱サイクル寿命が向上するようになる。更には半
田材料をワイヤやリボンで製造する場合、伸線加工や圧
延加工時の断線回数を大幅に低減して生産性の向上に効
果を有してくる。
【００１６】この中でも、Ｐ含有量が０．０１〜０．１
質量％では半田のぬれ性が向上する為好ましく用いられ
る。Ｐがこのような効果を有する理由は明確ではないが
Ｓｎ−Ｓｂ半田においてＳｂ含有量が１０質量％を超え
ると初晶が大きな結晶として残留する。ここで０．０１
〜０．２質量％Ｐを共存させることにより、初晶を微細
化させることが加工性の向上及びぬれ性の向上にきよし
ているものと考えられる。
質量％では半田のぬれ性が向上する為好ましく用いられ
る。Ｐがこのような効果を有する理由は明確ではないが
Ｓｎ−Ｓｂ半田においてＳｂ含有量が１０質量％を超え
ると初晶が大きな結晶として残留する。ここで０．０１
〜０．２質量％Ｐを共存させることにより、初晶を微細
化させることが加工性の向上及びぬれ性の向上にきよし
ているものと考えられる。
【００１７】（ｃ）Ｃｕ，Ｎｉ 本発明では、Ｓｎ合金中で所定量のＳｂ及びＰとの共存
においてＣｕ及びＮｉの少なくとも１種を０．００５〜
５．０質量％含有することが好ましい。Ｃｕ及びＮｉの
少なくとも１種の含有量を該範囲にすることにより、本
発明の課題である半導体装置の熱サイクル寿命が更に向
上すると共に半田実装する際の温度に晒してもダイボン
ドした半田材料中のボイド生成量を抑制する効果を維持
できる。好ましくは０．１〜３．０質量％である。
においてＣｕ及びＮｉの少なくとも１種を０．００５〜
５．０質量％含有することが好ましい。Ｃｕ及びＮｉの
少なくとも１種の含有量を該範囲にすることにより、本
発明の課題である半導体装置の熱サイクル寿命が更に向
上すると共に半田実装する際の温度に晒してもダイボン
ドした半田材料中のボイド生成量を抑制する効果を維持
できる。好ましくは０．１〜３．０質量％である。
【００１８】 半田形状 本発明に係る半田材料はワイヤ、テープ、ペレット等に
加工して用いることが好ましい。その加工方法としては
次の方法が例示出来る。ワイヤの場合は、インゴットの
押出し又は溶湯を水中へ噴出する急冷方法により素線を
得た後、伸線加工により所定寸法のワイヤ状に仕上げ
る。ワイヤ寸法としては直径０．０５〜５．０mmの範囲
が好ましい。
加工して用いることが好ましい。その加工方法としては
次の方法が例示出来る。ワイヤの場合は、インゴットの
押出し又は溶湯を水中へ噴出する急冷方法により素線を
得た後、伸線加工により所定寸法のワイヤ状に仕上げ
る。ワイヤ寸法としては直径０．０５〜５．０mmの範囲
が好ましい。
【００１９】テープの場合は、インゴットに鋳造した後
圧延、スリッタ加工を施して所定寸法のテープ形状に仕
上げる。テープ寸法としては、厚さ０．０５〜０．５m
m、幅０．５〜５．０mmの範囲が選ばれる。ペレットは
前記リボン状素材に打ち抜き、切断等の加工を施して用
いる。ペレット寸法はＩＣチップの寸法に対応させて用
いる。
圧延、スリッタ加工を施して所定寸法のテープ形状に仕
上げる。テープ寸法としては、厚さ０．０５〜０．５m
m、幅０．５〜５．０mmの範囲が選ばれる。ペレットは
前記リボン状素材に打ち抜き、切断等の加工を施して用
いる。ペレット寸法はＩＣチップの寸法に対応させて用
いる。
【００２０】 粒入り ＩＣチップをリードフレームのダイ部に接合するダイボ
ンディング用として半田材料を用いる際、ＩＣチップの
水平度を保つ為に、上記組成の半田材料に高融点粒子を
混入させた複合材料として用いる事が出来る。高融点粒
子の融点は４００℃以上、その含有量は０．００１〜
０．６重量％、粒子の径辺寸法は５〜１００μｍである
ことが好ましい。高融点粒子の材質としてはＣｕ，Ｎｉ
等の金属粒子、ＳｉＯ2 等の酸化物、ＳｉＣ等の炭化物
が例示できる。
ンディング用として半田材料を用いる際、ＩＣチップの
水平度を保つ為に、上記組成の半田材料に高融点粒子を
混入させた複合材料として用いる事が出来る。高融点粒
子の融点は４００℃以上、その含有量は０．００１〜
０．６重量％、粒子の径辺寸法は５〜１００μｍである
ことが好ましい。高融点粒子の材質としてはＣｕ，Ｎｉ
等の金属粒子、ＳｉＯ2 等の酸化物、ＳｉＣ等の炭化物
が例示できる。
【００２１】（３）接合面 図１において、ダイボンディング用半田材料２と接触す
るＩＣチップ１の面とリードフレームアイランド部３の
表面、即ち接合面は、Ｎｉ，Ａｕ又はＣｕから選ばれる
金属面である事が好ましい。接合面としてＡｇからなる
金属面を用いるよりも本発明の課題である半導体装置の
熱サイクル寿命が向上すると共に半田実装する際の温度
に晒してもダイボンドした半田材料中のボイド生成量を
更に抑制出来るようになってくる。
るＩＣチップ１の面とリードフレームアイランド部３の
表面、即ち接合面は、Ｎｉ，Ａｕ又はＣｕから選ばれる
金属面である事が好ましい。接合面としてＡｇからなる
金属面を用いるよりも本発明の課題である半導体装置の
熱サイクル寿命が向上すると共に半田実装する際の温度
に晒してもダイボンドした半田材料中のボイド生成量を
更に抑制出来るようになってくる。
【００２２】この理由として接合面がＡｇであると、半
田材料の主成分であるＳｎと反応してＳｎ−Ａｇ共晶が
接合部近傍に形成され、Ｓｎ−Ａｇ共晶は固相線温度が
２２１℃と低いことから、半田接合部の耐熱性を劣化さ
せるものと考えられる。ここでＮｉ，Ａｕ又はＣｕから
選ばれる金属面とはＩＣチップ接合面はＮｉめっき、Ｎ
ｉ下地Ａｕめっき、リードフレームアイランド部接合面
は銅製リードフレームの地肌又はＮｉめっき、Ｎｉ下地
Ａｕめっきして用いることが例示出来る。
田材料の主成分であるＳｎと反応してＳｎ−Ａｇ共晶が
接合部近傍に形成され、Ｓｎ−Ａｇ共晶は固相線温度が
２２１℃と低いことから、半田接合部の耐熱性を劣化さ
せるものと考えられる。ここでＮｉ，Ａｕ又はＣｕから
選ばれる金属面とはＩＣチップ接合面はＮｉめっき、Ｎ
ｉ下地Ａｕめっき、リードフレームアイランド部接合面
は銅製リードフレームの地肌又はＮｉめっき、Ｎｉ下地
Ａｕめっきして用いることが例示出来る。
【００２３】（４）樹脂成形 樹脂成形 本発明で樹脂成形とは、図１に示す様に、ＩＣチップ
１、リードフレームアイランド部２、インナーリード
５、ボンディングワイヤ６等を封止する為の成形であ
る。
１、リードフレームアイランド部２、インナーリード
５、ボンディングワイヤ６等を封止する為の成形であ
る。
【００２４】ここで封止材料の主成分はエポキシ樹脂な
どの主樹脂と、必要に応じて硬化剤、硬化促進剤、及び
可撓剤等の有機成分とフィラーである。エポキシ樹脂と
してはオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック
型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂、臭素化ノボラック型エポキシ樹脂が好ましく用いら
れ、この中でもオルソクレゾールノボラック型エポキシ
樹脂が最も好ましい。硬化剤としては酸無水物、フェノ
ールノボラック樹脂、アミンが好ましく用いられ、この
中でも酸無水物、フェノールノボラック樹脂が最も好ま
しい。
どの主樹脂と、必要に応じて硬化剤、硬化促進剤、及び
可撓剤等の有機成分とフィラーである。エポキシ樹脂と
してはオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック
型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂、臭素化ノボラック型エポキシ樹脂が好ましく用いら
れ、この中でもオルソクレゾールノボラック型エポキシ
樹脂が最も好ましい。硬化剤としては酸無水物、フェノ
ールノボラック樹脂、アミンが好ましく用いられ、この
中でも酸無水物、フェノールノボラック樹脂が最も好ま
しい。
【００２５】又封止材料の配合比率はエポキシ樹脂が１
５〜４０重量％、フィラーが６０〜８５質量％と主要部
を占めるようにすることが好ましい。 硬化処理 本発明に於いては前記硬化剤の熱硬化処理条件を制御す
ることを特徴とするものである。即ち従来の熱硬化処理
条件は１００〜１４５℃で２〜３時間、好ましくは１１
０℃付近で硬化処理されていた。これは硬化促進剤の存
在下で前記加熱処理すると、三次元網目構造を形成して
硬化し、熱、電気、機械特性等を向上させることを目的
としたものであった。
５〜４０重量％、フィラーが６０〜８５質量％と主要部
を占めるようにすることが好ましい。 硬化処理 本発明に於いては前記硬化剤の熱硬化処理条件を制御す
ることを特徴とするものである。即ち従来の熱硬化処理
条件は１００〜１４５℃で２〜３時間、好ましくは１１
０℃付近で硬化処理されていた。これは硬化促進剤の存
在下で前記加熱処理すると、三次元網目構造を形成して
硬化し、熱、電気、機械特性等を向上させることを目的
としたものであった。
【００２６】本発明では熱硬化処理を１５０〜２５０℃
で行う事が好ましい。この様に従来より高温である１５
０℃以上で熱硬化処理を行うことにより、ガラス転移温
度を上昇させて好ましくはガラス転移温度１５０℃以上
とする。このように処理することにより本発明の課題で
ある半導体装置の熱サイクル寿命が向上すると共に半田
実装する際の温度に晒してもダイボンドした半田材料中
のボイド生成量を更に抑制出来るようになってくる。
で行う事が好ましい。この様に従来より高温である１５
０℃以上で熱硬化処理を行うことにより、ガラス転移温
度を上昇させて好ましくはガラス転移温度１５０℃以上
とする。このように処理することにより本発明の課題で
ある半導体装置の熱サイクル寿命が向上すると共に半田
実装する際の温度に晒してもダイボンドした半田材料中
のボイド生成量を更に抑制出来るようになってくる。
【００２７】一方熱硬化処理温度が高温になりすぎると
樹脂の硬化が進みすぎヤング率が高くなる為、加熱処理
の上限は２５０℃が好ましい。更に好ましい処理温度は
１６０〜２５０℃であり、最も好ましくは１６０〜２５
０℃であってダイボンディングに用いる半田材料の固相
線温度以下である。又本硬化処理は１００〜１４５℃で
三次元網目構造を形成させる従来の硬化処理を行った
後、１５０〜２５０℃で加熱処理を行っても良い。
樹脂の硬化が進みすぎヤング率が高くなる為、加熱処理
の上限は２５０℃が好ましい。更に好ましい処理温度は
１６０〜２５０℃であり、最も好ましくは１６０〜２５
０℃であってダイボンディングに用いる半田材料の固相
線温度以下である。又本硬化処理は１００〜１４５℃で
三次元網目構造を形成させる従来の硬化処理を行った
後、１５０〜２５０℃で加熱処理を行っても良い。
【００２８】（５）界面活性剤の塗布 本発明に用いる半田材料は該材料の加工工程の終了時、
その表面に非イオン界面活性剤を塗布して用いることが
好ましい。この様にすると半田材料の輸送、保管中に生
じる表面の酸化被膜形成を抑制することが出来る。半田
材料表面に酸化被膜が形成されるとダイボンディングし
た接合強度が低下したり、ダイボンディング作業中に用
いるツールであるキャピラリ内部で詰まりを生じて作業
性が低下したりするため酸化被膜の形成は抑制すること
が好ましいものである。更には該界面活性剤が被覆され
ると本発明の課題である半導体装置をプリント基板に半
田実装する際の温度に晒しても抵抗変化を小さく押さえ
る事が出来るという効果を更に効果的にすることが出来
る。
その表面に非イオン界面活性剤を塗布して用いることが
好ましい。この様にすると半田材料の輸送、保管中に生
じる表面の酸化被膜形成を抑制することが出来る。半田
材料表面に酸化被膜が形成されるとダイボンディングし
た接合強度が低下したり、ダイボンディング作業中に用
いるツールであるキャピラリ内部で詰まりを生じて作業
性が低下したりするため酸化被膜の形成は抑制すること
が好ましいものである。更には該界面活性剤が被覆され
ると本発明の課題である半導体装置をプリント基板に半
田実装する際の温度に晒しても抵抗変化を小さく押さえ
る事が出来るという効果を更に効果的にすることが出来
る。
【００２９】ここで界面活性剤の中でも、陽イオン系、
陰イオン系の界面活性剤はアルカリ金属、ハロゲン元素
の含有率が高くイオンの解離により半田材料に腐食が生
じる為、非イオン界面活性剤を用いることが好ましい。
この中でもポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステ
ルが好ましく用いられる。又非イオン界面活性剤はアル
コール等の溶剤に溶かして用いることが好ましい。該界
面活性剤濃度は０．０１〜１．０ｇ／Ｌとすることが好
ましい。
陰イオン系の界面活性剤はアルカリ金属、ハロゲン元素
の含有率が高くイオンの解離により半田材料に腐食が生
じる為、非イオン界面活性剤を用いることが好ましい。
この中でもポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステ
ルが好ましく用いられる。又非イオン界面活性剤はアル
コール等の溶剤に溶かして用いることが好ましい。該界
面活性剤濃度は０．０１〜１．０ｇ／Ｌとすることが好
ましい。
【００３０】
【実施例】（実施例１）１１．０質量％Ｓｂ−０．０５
質量％Ｐ−Ｓｎ合金組成となる様に純度９９．９９質量
％ＳｎにＳｂ，Ｐを配合し窒素ガス雰囲気で加熱鋳造
後、直径２０mmの丸棒インゴットを得て、その後押出、
伸線加工を施して直径０．７６mmの半田ワイヤを作成し
た。
質量％Ｐ−Ｓｎ合金組成となる様に純度９９．９９質量
％ＳｎにＳｂ，Ｐを配合し窒素ガス雰囲気で加熱鋳造
後、直径２０mmの丸棒インゴットを得て、その後押出、
伸線加工を施して直径０．７６mmの半田ワイヤを作成し
た。
【００３１】次いで酸洗、水洗した後ポリオキシエチレ
ンソルビタン脂肪酸エステルであるソルビタンモノラウ
レードポリオキシエチレンエーテル（商品名ツイン２
０）をエチルアルコールに希釈（０．１ｇ／Ｌ）して作
成した被覆液を被覆し、被膜を形成し、スプールに５０
ｍ単層整列巻きして半田材料試料を作成した。次いで図
１に示す方法で前述の半田材料２をその液相線温度以上
に加熱したリードフレーム３に所定長さ接触させること
により、半田材料２を銅製リードフレーム３の銅素地を
接合面とした３の上に溶融する。次いで３mm角の接合面
にＮｉめっきを施したＩＣチップ１を半田材料２の上に
載置して半田材料を冷却してダイボンディングを終了す
る。
ンソルビタン脂肪酸エステルであるソルビタンモノラウ
レードポリオキシエチレンエーテル（商品名ツイン２
０）をエチルアルコールに希釈（０．１ｇ／Ｌ）して作
成した被覆液を被覆し、被膜を形成し、スプールに５０
ｍ単層整列巻きして半田材料試料を作成した。次いで図
１に示す方法で前述の半田材料２をその液相線温度以上
に加熱したリードフレーム３に所定長さ接触させること
により、半田材料２を銅製リードフレーム３の銅素地を
接合面とした３の上に溶融する。次いで３mm角の接合面
にＮｉめっきを施したＩＣチップ１を半田材料２の上に
載置して半田材料を冷却してダイボンディングを終了す
る。
【００３２】次いでＩＣチップの電極とインナーリード
をボンディングワイヤで配線する。次いでエポキシ樹脂
としてオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を用
いてアウターリードが樹脂の外側になるようにして樹脂
封止した後２００℃で硬化処理を行い半導体装置を製造
した。 〔測定〕 熱サイクル寿命 前記のようにして得られた半導体装置を試料として、−
６５℃〜＋１５０℃を繰り返す雰囲気下で所定のサイク
ル数経過後試料を取り出し上部から軟Ｘ線を照射して透
過像を作成し、透過像の濃淡を画像解析して平面でみた
淡色部分の比率を測定し、クラック発生率（％）とし
た。クラック発生率が４０％になるまでのサイクル数を
熱サイクル寿命とした。測定結果を表１に示す。
をボンディングワイヤで配線する。次いでエポキシ樹脂
としてオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を用
いてアウターリードが樹脂の外側になるようにして樹脂
封止した後２００℃で硬化処理を行い半導体装置を製造
した。 〔測定〕 熱サイクル寿命 前記のようにして得られた半導体装置を試料として、−
６５℃〜＋１５０℃を繰り返す雰囲気下で所定のサイク
ル数経過後試料を取り出し上部から軟Ｘ線を照射して透
過像を作成し、透過像の濃淡を画像解析して平面でみた
淡色部分の比率を測定し、クラック発生率（％）とし
た。クラック発生率が４０％になるまでのサイクル数を
熱サイクル寿命とした。測定結果を表１に示す。
【００３３】 ボイド発生率（％） ダイボンディング部の抵抗変化は半田材料のボイド発生
率と密接な相関性があることが従来から知られている。
この為本発明ではダイボンディング部の抵抗変化に変え
て半田材料のボイド発生率（％）を測定した。前記のよ
うにして得られた半導体装置を試料として、２６０℃の
半田浴に１０秒間浸漬（以下「高温処理」という）した
後測定に供した。上部から軟Ｘ線を照射して透過像を作
成し、透過像の濃淡を画像解析して平面でみた淡色部分
の比率を測定し、ボイド発生率（％）とした。測定結果
を表１に示す。
率と密接な相関性があることが従来から知られている。
この為本発明ではダイボンディング部の抵抗変化に変え
て半田材料のボイド発生率（％）を測定した。前記のよ
うにして得られた半導体装置を試料として、２６０℃の
半田浴に１０秒間浸漬（以下「高温処理」という）した
後測定に供した。上部から軟Ｘ線を照射して透過像を作
成し、透過像の濃淡を画像解析して平面でみた淡色部分
の比率を測定し、ボイド発生率（％）とした。測定結果
を表１に示す。
【００３４】 断線回数 直径２mm長さ１００ｍの素材から直径０．７６mmまで伸
線加工した後の破断回数を測定し、その結果を表１に示
す。 （実施例２〜１９）（比較例１〜１１） 半田材料の組成、ＩＣチップ接合面、リードフレームア
イランド部接合面及び樹脂封止後の熱処理温度を表１の
様にしたこと以外は実施例１と同様にして半導体装置を
作成し測定に供した。測定結果を表１及び表２に示す。
線加工した後の破断回数を測定し、その結果を表１に示
す。 （実施例２〜１９）（比較例１〜１１） 半田材料の組成、ＩＣチップ接合面、リードフレームア
イランド部接合面及び樹脂封止後の熱処理温度を表１の
様にしたこと以外は実施例１と同様にして半導体装置を
作成し測定に供した。測定結果を表１及び表２に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】（試験結果） （１）ＳｎにＳｂを１１．０〜２０．０質量％、Ｐを
０．０１〜０．２質量％含有した実施例１〜実施例１９
のものは、高温処理後のボイド発生率が６〜１３％、熱
サイクル数が８００〜１３００サイクル及び伸線におけ
る断線回数が３回以下と優れた硬化を示した。
０．０１〜０．２質量％含有した実施例１〜実施例１９
のものは、高温処理後のボイド発生率が６〜１３％、熱
サイクル数が８００〜１３００サイクル及び伸線におけ
る断線回数が３回以下と優れた硬化を示した。
【００３８】（２）ＩＣチップとリードフレームの接合
面がＮｉ，Ａｕ又はＣｕであり、樹脂封止後の熱処理温
度が１５５〜２５０℃である実施例１〜１６のものは、
高温処理後のボイド発生率が６〜８％、熱サイクル数が
１０００〜１３００サイクルと優れた効果を示した。 （３）Ｓｎに所定量のＳｂと所定量のＰに加えてＣｕ及
びＮｉの少なくとも１種を０．００５〜５．０質量％含
有した実施例７〜１３のものは熱サイクル寿命が１３０
０と更に優れた効果を示した。
面がＮｉ，Ａｕ又はＣｕであり、樹脂封止後の熱処理温
度が１５５〜２５０℃である実施例１〜１６のものは、
高温処理後のボイド発生率が６〜８％、熱サイクル数が
１０００〜１３００サイクルと優れた効果を示した。 （３）Ｓｎに所定量のＳｂと所定量のＰに加えてＣｕ及
びＮｉの少なくとも１種を０．００５〜５．０質量％含
有した実施例７〜１３のものは熱サイクル寿命が１３０
０と更に優れた効果を示した。
【００３９】（４）Ｓｎに所定量のＰを含有しながらＳ
ｂの含有量が１０．０質量％以下である比較例１，２の
ものは、高温処理後のボイド発生率が２０〜６０％、熱
サイクル数が２５０〜５００サイクルと不充分なもので
あった。 （５）Ｓｎに所定量のＰを含有しながらＳｂの含有量が
２０．０質量％を超える比較例３のものは、高温処理後
のボイド発生率が３０％、熱サイクル数が５００サイク
ル伸線時の断線回数が１０回と不充分なものであった。
ｂの含有量が１０．０質量％以下である比較例１，２の
ものは、高温処理後のボイド発生率が２０〜６０％、熱
サイクル数が２５０〜５００サイクルと不充分なもので
あった。 （５）Ｓｎに所定量のＰを含有しながらＳｂの含有量が
２０．０質量％を超える比較例３のものは、高温処理後
のボイド発生率が３０％、熱サイクル数が５００サイク
ル伸線時の断線回数が１０回と不充分なものであった。
【００４０】（６）Ｓｎに所定量のＳｂを含有しながら
Ｐの含有量が０．０１質量％未満である比較例４，６，
７のものは、熱サイクル数が５００〜７００サイクル、
伸線時の断線回数が１０回と不充分なものであった。 （７）Ｓｎに所定量のＳｂを含有しながらＰの含有量が
０．２質量％を超える比較例５，８のものは、ボイド発
生率が２０％、熱サイクル数が２５０〜５００サイクル
と不充分なものであった。
Ｐの含有量が０．０１質量％未満である比較例４，６，
７のものは、熱サイクル数が５００〜７００サイクル、
伸線時の断線回数が１０回と不充分なものであった。 （７）Ｓｎに所定量のＳｂを含有しながらＰの含有量が
０．２質量％を超える比較例５，８のものは、ボイド発
生率が２０％、熱サイクル数が２５０〜５００サイクル
と不充分なものであった。
【００４１】（８）Ｓｎに所定量のＳｂを含有しながら
Ｐの含有量が０．０１質量％未満であり、且つＩＣチッ
プ又はリードフレームの接合面がＡｇめっきであった
り、樹脂封止後の熱処理温度が１４０℃である比較例９
〜１１のものは、高温処理後のボイド発生率が２０％、
熱サイクル数が２５０サイクル、伸線時の断線回数が１
０回と最も悪いものであった。
Ｐの含有量が０．０１質量％未満であり、且つＩＣチッ
プ又はリードフレームの接合面がＡｇめっきであった
り、樹脂封止後の熱処理温度が１４０℃である比較例９
〜１１のものは、高温処理後のボイド発生率が２０％、
熱サイクル数が２５０サイクル、伸線時の断線回数が１
０回と最も悪いものであった。
【図１】パッケージされた半導体装置の一例の断面図。
１…ＩＣチップ ２…半田材料 ３…リードフレームアイランド部 ４…電極 ５…インナーリード ６…ボンディングワイヤ ７…封止樹脂 ８…アウターリード
フロントページの続き (72)発明者 岸本 浩一 東京都三鷹市下連雀八丁目５番１号 田中 電子工業株式会社三鷹工場内 (72)発明者 手島 聡 東京都三鷹市下連雀八丁目５番１号 田中 電子工業株式会社三鷹工場内 Ｆターム(参考） 5E319 AA03 AA07 AB01 BB05 5F047 AA11 BA06 BA19 BB02 BB03
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｓｂを１１．０〜２０．０質量％、Ｐを
０．０１〜０．２質量％及び残部がＳｎ及び不可避不純
物からなるダイボンディング用半田材料。 - 【請求項２】 Ｓｂを１１．０〜２０．０質量％、Ｐを
０．０１〜０．２質量％、Ｃｕ及びＮｉの少なくとも１
種を０．００５〜５．０質量％及び残部がＳｎ及び不可
避不純物からなるダイボンディング用半田材料。 - 【請求項３】 ＩＣチップをリードフレームアイランド
部に半田材料を用いてダイボンディングした後、電極部
接合、樹脂成形する半導体装置の製造方法において、半
田材料がＳｂを１１．０〜２０．０質量％、Ｐを０．０
１〜０．２質量％及び残部がＳｎ及び不可避不純物から
なり、前記ＩＣチップとリードフレームアイランド部の
接合面がＣｕ，Ｎｉ又はＡｕ面であり、前記樹脂成形後
１５０〜２５０℃で熱処理することを特徴とする半導体
装置の製造方法。 - 【請求項４】 半田材料がＳｂを１１．０〜２０．０質
量％、Ｐを０．０１〜０．２質量％、Ｃｕ及びＮｉの少
なくとも１種を０．００５〜５．０質量％及び残部がＳ
ｎ及び不可避不純物からなることを特徴とする請求項３
記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000097914A JP2001284792A (ja) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | 半田材料及びそれを用いた半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000097914A JP2001284792A (ja) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | 半田材料及びそれを用いた半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001284792A true JP2001284792A (ja) | 2001-10-12 |
Family
ID=18612474
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000097914A Pending JP2001284792A (ja) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | 半田材料及びそれを用いた半導体装置の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
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-
2000
- 2000-03-30 JP JP2000097914A patent/JP2001284792A/ja active Pending
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