JP2004335944A

JP2004335944A - 半導体素子の接続方法および半導体装置

Info

Publication number: JP2004335944A
Application number: JP2003133101A
Authority: JP
Inventors: Junya Koyashiki; 純也古屋敷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】粗面加工を施した半導体素子を導電性接着剤を用いて基板またはリードフレームに固着した半導体装置において、充分な導通性を維持しつつ、熱ストレスによる導電性接着剤の剥離を防止する半導体装置の接続方法および半導体装置を提供することを目的とする。
【解決手段】発光素子２の表面を粗面加工し、表面の凹部分の開口部８の寸法を１〜５μｍとし、発光素子２を基板またはリードフレーム（被接続板３）に、フィラー７の平均粒径が０．７〜１μｍとした導電性接着剤４を用いて固着させることを特徴とする半導体素子の接続方法。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に粗面加工した発光素子を基板またはリードフレームに搭載し、フィラーを含有する導電性接着剤で接合するダイスボンド工程を有する半導体素子の接続方法および半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の一例である発光素子は、光出力を増大させるために、発光素子の側面が凹凸になるよう粗面加工を施すことが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この発光素子は、基板またはリードフレーム（以下、被接続板と称す。）に導電性接着剤を用いて導通接続して、半導体装置を構成し、様々な電子機器の照明装置として使用される。
【０００４】
このような発光素子を被接続板に、従来の導電性接着剤を用いて接続した半導体装置を図２に示す。
【０００５】
（ａ）は、発光素子と被接続板の断面図、（ｂ）は、Ｂ部の拡大図である。
【０００６】
発光素子１０は、被接続板１１へ導電性接着剤１２を塗布した上に搭載する（同図（ａ））。
【０００７】
発光素子１０の表面は、粗面加工を施すことで凹凸を形成し、開口部１５の寸法が１〜５μｍとなるよう形成することで、発光素子１０の内部から発光する光を、発光素子１０の表面にて内部反射させ、光の外部取り出し効率を大きくし、輝度を向上させている。
【０００８】
導電性接着剤１２は、樹脂製の接着剤１３と導電性粒子であるフィラー１４から構成される。フィラー１４は、例えば銀から形成され、鱗片状（フレーク状）をしており、大きさは、長手方向に７〜８μｍ程度であり、発光素子１０と被接続板１１とを導通接続する。
【０００９】
このような構成の半導体装置において、導電性接着剤１２は発光素子１０の表面に塗布して硬化させると、発光素子１０の表面に形成された開口部１５の寸法である５μｍより小さいフィラー１４は凹凸内部へ侵入し、大きいフィラー１４は、発光素子１０の表面を重畳した状態で固着する。このような状態で、導電性接着剤１２により、発光素子１０と被接着板１１は接続している。
【００１０】
また、特許文献２の導電性接着剤では、発泡性樹脂紛を含有させ、導電性粒子の平均粒径を０．５〜２０μｍとしたことが記載されている。
【００１１】
これによると、接着剤が被着体のミクロの凹凸に入ることができ、良好な接着性を達成するとしている。
【００１２】
また、目的が異なるが、特許文献３に記載の導電性接着剤では、球状銀紛の平均粒径を５μｍ以下としたことが記載されている。
【００１３】
これによると、半導体装置に流れる電流が２〜３Ａと大きい場合に使用可能な高い導電性を有する導電性接着剤とすることができるとしている。
【００１４】
【特許文献１】
特開平６−１５１９５９号公報（段落番号００１４−００１９、第１図）
【特許文献２】
特開２０００−２１５７２９号公報（段落番号００１５、０１１４）
【特許文献３】
特開平１０−１８２９４８号公報（段落番号０００６、０００８）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
発光素子の表面に粗面を形成した場合、開口部の寸法を１〜５μｍとしているので、従来のフレーク状のフィラーを使用すると、フィラーの大きさが発光素子の粗面に入らないため、凹凸の開口部内部に接着剤の樹脂のみが充填され、フィラーは発光素子の表面に重畳した状態で固着する。従って、発光素子とフィラーは発光素子の表面の凸部分と点接触で接着するのみである。その状態で、導電性接着剤を硬化させて、半導体装置としてリフロー槽に通過させた場合、リフロー槽内では、２４０〜２６０℃程度となり、導電性接着剤に含まれる樹脂は１２０℃から変形し、導電性接着剤が吸湿した水分が急激に気化しはじめる。従って、発光素子と発光素子表面に重畳したフィラーの界面は、点接触で接着力が弱く、フィラーの少ない樹脂層は高温で軟化しやすいため、そこから導電性接着剤が剥離し、製造不良となることがある。
【００１６】
また、特許文献２の導電性接着剤を使用した場合、導電性粒子の平均粒径が０．５〜２０μｍであるため、５μｍ以上の導電性粒子は、凹部分に入らない。従って、同様の問題が、発生すると想定される。
【００１７】
特許文献３の導電性接着剤を使用した場合、球状銀粉の平均粒径が５μｍ以下としているが、半導体素子の凹凸の開口部の寸法は１〜５μｍであるため、やはり、凹部分へ入らない球状銀粉が凹凸の開口部に重畳するように固着する可能性があり、頻度は少なくなるが、やはり同様の問題が発生すると想定される。
【００１８】
本発明は、粗面加工を施した半導体素子を導電性接着剤を用いて基板またはリードフレームに固着した半導体装置において、充分な導通性を維持しつつ、熱ストレスによる導電性接着剤の剥離を防止する半導体装置の接続方法および半導体装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、半導体素子の表面に開口部の寸法を１〜５μｍとなる凹凸を粗面加工により形成し、半導体素子を基板またはリードフレームに、含有されるフィラーの平均粒径が０．７〜１μｍとなる導電性接着剤を用いて固着させる半導体素子の接続方法としたものである。
【００２０】
これにより、導電性接着剤に含有されるフィラーを粗面加工した半導体素子の表面の凹部分に充填させ、充分な導通性を維持しつつ、熱ストレスによる導電性接着剤の剥離を防止する半導体装置の接続方法とすることができる。
【００２１】
フィラーの平均粒径が１μｍより大きいと、凹凸を形成した半導体素子の開口部内に入らないため、凹部分には、樹脂のみが充填され、フィラーは半導体素子の表面に重畳した状態で固着するので、導電性接着剤を硬化させた後の熱ストレスで、剥離が発生してしまう。また、０．７μｍより小さいと半導体素子と基板またはフレーム間に充分な導電性が得られず本来の機能が低下する。従って、フィラーの平均粒径は、０．７〜１μｍとすることにより、充分な導電性を確保し、導電性接着剤を硬化させた後の耐熱ストレス性も充分確保できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、半導体素子の表面に、開口部を有する凹凸を粗面加工により形成し、前記半導体素子を導電性接着剤を用いて基板またはリードフレームに固着する半導体装置の接続方法において、含有されるフィラーの平均粒径は、前記開口部の寸法より小さくした前記導電性接着剤を用いることを特徴とする半導体素子の接続方法としたものであり、導電性接着剤に含有されるフィラーを粗面加工した半導体素子の表面の凹部分に充填させることで、特別な工程を追加することなく、充分な導通性を維持しつつ、熱ストレスによる導電性接着剤の剥離を防止する半導体素子の接続方法とすることができる。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、前記開口部の寸法を１〜５μｍとし、前記フィラーの平均粒径を０．７〜１μｍとしたことを特徴とする半導体素子の接続方法としたものであり、導電性接着剤のフィラーを粗面加工した半導体素子の表面の凹部分に確実に充填させることができる。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、表面に開口部を有する凹凸を粗面加工により形成した半導体素子を、基板またはリードフレームに導電性接着剤にて固着させた半導体装置において、前記導電性接着剤に含有されるフィラーの平均粒径は、前記開口部の寸法より小さいことを特徴とする半導体装置としたものであり、導電性接着剤に含有されるフィラーを粗面加工した半導体素子の表面の凹部分に充填させ、充分な導通性を維持しつつ、熱ストレスによる導電性接着剤の剥離を防止する半導体装置とすることができる。
【００２５】
請求項４に記載の発明は、前記開口部の寸法を１〜５μｍとし、前記フィラーの平均粒径を０．７〜１μｍとしたことを特徴とする半導体装置としたものであり、導電性接着剤のフィラーを粗面加工した半導体素子の表面の凹部分に確実に充填させることができる。
【００２６】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について、図１に基づいて説明する。
【００２７】
図１は本発明の実施の形態に係る半導体装置であり、（ａ）は発光素子と被接続部の断面図、（ｂ）はＡ部の拡大図である。
【００２８】
図１（ａ）において、半導体装置１は、半導体素子の一例である発光素子２と、電極（図示せず）が形成された被接続板３に載置され、導電性接着剤４により固着されている。
【００２９】
発光素子２は、表面である側面５を凹凸となるよう粗面加工を施すことにより、光出力を増大させている。
【００３０】
被接続板３は、例えばエポキシ性樹脂の基板で構成される。導電性接着剤４は、熱硬化性のエポキシ性の樹脂６にフィラー７を含有している。
【００３１】
図１（ｂ）において、発光素子２の側面５は、凹凸を有するよう粗面加工されており、その開口部８の寸法は１〜５μｍである。
【００３２】
フィラー７は、例えば銀で形成され、平均粒径は０．７〜１μｍである。
【００３３】
以上のように構成された実施の形態の半導体素子の接続方法について説明をする。
【００３４】
まず、前処理として、発光素子２の側面５にフッ化水素酸等の溶剤で粗面加工を施す。その際に、側面５が凹部の開口部８の寸法が、１〜５μｍとなるように形成する。
【００３５】
被接続板３の電極に、導電性接着剤４をディスペンサにより塗布する。そして、発光素子２を導電性接着剤４が塗布された被接続板３の電極上面に載置する。
【００３６】
最後に、半導体素子２を載置した被接続板３を熱硬化炉へ入れ、導電性接着剤４を硬化させ、固着させる。
【００３７】
本発明に係る実施の形態の半導体装置１を使用して信頼性試験を行った。
【００３８】
試験条件について、発明品は、発光素子の側面に、開口部が１〜５μｍになるよう粗面加工を施し、導電性接着剤に含有されるフィラーを銀で構成し、平均粒径が０．７〜１μｍのものを使用した。
【００３９】
比較品は、発明品と同様に、発光素子の側面に、開口部の寸法が１〜５μｍになるよう粗面加工を施し、導電性接着剤に含有されるフィラーをフレーク状の銀を用い、平均７μｍのものを使用した。
【００４０】
試験方法について、以下の２つの試験を実施し、導電性接着剤の剥離の状態を外観検査と電気的導通検査にて行った。
【００４１】
１．リフロー槽へ通過させるリフロー試験
温度２７０℃に設定したリフロー槽を通過させる。
【００４２】
２．ヒートサイクル試験
恒温槽にて、８５℃を５分間、−４０℃を各５分間を、１サイクルとして２０、５０、１００サイクルを繰り返す。
【００４３】
表１に結果を示す。
【００４４】
【表１】

【００４５】
表１中の数値において、分母は、試験を行った半導体装置の個数、分子は不良数である。
【００４６】
表１からもわかるように、比較品は、導電性接着剤が、発光素子の側面から剥離していることが認められたが、発明品は、不良数は０であった。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、粗面加工により表面に開口部の寸法を１〜５μｍとした凹凸を施した半導体素子にフィラーの平均粒径を０．７〜１μｍとした導電性接着剤を用いて固着させることで、半導体素子と基板またはフレームの導電性を維持しつつ、導電性接着剤の硬化した後の熱ストレスにも強い半導体装置とすることができる。
【００４８】
また、特別な工程を追加する必要がないため、コストアップせずに、信頼性の高い半導体素子の接続方法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置を示す図
【図２】従来の半導体装置を示す図
【符号の説明】
１半導体装置
２発光素子
３被接続板
４導電性接着剤
５側面
６樹脂
７フィラー
８開口部

Claims

半導体素子の表面に、開口部を有する凹凸を粗面加工により形成し、前記半導体素子を導電性接着剤を用いて基板またはリードフレームに固着する半導体装置の接続方法において、含有されるフィラーの平均粒径を、前記開口部の寸法より小さくした前記導電性接着剤を用いることを特徴とする半導体素子の接続方法。
前記開口部の寸法を１〜５μｍとし、前記フィラーの平均粒径を０．７〜１μｍとしたことを特徴とする半導体素子の接続方法。
表面に開口部を有する凹凸を粗面加工により形成した半導体素子を、基板またはリードフレームに導電性接着剤にて固着させた半導体装置において、前記導電性接着剤に含有されるフィラーの平均粒径は、前記開口部の寸法より小さいことを特徴とする半導体装置。
前記開口部の寸法を１〜５μｍとし、前記フィラーの平均粒径を０．７〜１μｍとしたことを特徴とする半導体装置。