JP2019106489A - 半導体デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】モールド樹脂とダイパッドとの接着の剥離を低減させた、パワーデバイスを提供する。【解決手段】ダイとダイパッドが金属粉ペーストの焼結体によって接着されたダイボンディング体が、樹脂モールドされてなる半導体デバイスであって、金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペーストの焼結体であり、金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを、被覆する焼結体である、半導体デバイス。【選択図】 なし
Description
本発明は、半導体デバイスに関する。
次世代パワーデバイスは使用温度範囲が従来のＭａｘ１７５℃からＭａｘ２５０℃になることが予想されている。パワーデバイスは、半導体チップがリードフレームに収められて使用される。リードフレームは、典型的には、半導体チップを支持固定するための支持体（ダイパッド）、半導体チップとの配線がつながるインナーリード、外部配線との橋渡しをするアウターリード、及びこれらを一体として支持するためのフレーム構造部分からなる。リードフレームは、半導体チップ（ダイ）をダイパッド上に支持固定して、半導体チップの各電極とインナーリードとをボンディングワイヤで接続し、モールド樹脂によって包埋されて、半導体デバイスとなる。この半導体デバイス内において、半導体チップはダイアタッチ材によってダイパッドに接着されて支持固定されており、これらがあわせてモールド樹脂中に包埋されている。そのため、半導体チップに覆われない領域では、ダイパッドは、モールド樹脂と直接に接触して接着している。
モールド樹脂材とリードフレームの密着性を向上させるために、支持体にディンプルを形成し、当該ディンプルによる凹凸構造によりアンカー効果を利用する方法が提案されている。
ディンプル形成には、特許文献１では、支持体表面にメッキにより粗化処理をすることにより形成する方法、特許文献２では、プレス加工により大きなディンプルの中にさらに小さなディンプルを形成することにより表面に凹凸を形成する方法、特許文献３にはレーザーでディンプルを形成する方法が記載されている。いずれの方法も、モールド形成の際に凹凸部分にモールド樹脂が侵入することでアンカー効果が得られ、密着強度が得られる原理に基づき密着性の向上が図られている。
本発明者の知見によると、半導体デバイスの使用温度がこれまでより高温となると、これらの上に凸型のディンプル構造がある場合であっても、モールド樹脂とダイパッドとが直接に接触して接着した領域において、剥離が生じる場合があることがわかった。これはパワーデバイスの高温での動作の信頼性に、悪い影響を与える。
したがって、本発明の目的は、モールド樹脂とダイパッドとの接着の剥離を低減させた、パワーデバイスを提供することにある。
本発明者は、これまでの鋭意研究の結果、半導体チップとダイパッドの接着に使用される焼結型ダイアタッチ材を、半導体チップに覆われる領域を超えて、意図的に広い領域に塗布することによって、モールド樹脂とダイパッドとの接着の剥離を低減できることを見いだして、本発明に到達した。
したがって、本発明は、次の（１）以下を含む。
（１）
ダイとダイパッドが金属粉ペーストの焼結体によって接着されたダイボンディング体が、樹脂モールドされてなる半導体デバイスであって、
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペーストの焼結体であり、
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを、被覆する焼結体である、半導体デバイス。
（２）
ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆する領域において、ダイの載置された領域の面積に対する、ダイの載置されない領域の面積の比率が、１．０５〜１０．０の範囲にある、（１）に記載の半導体デバイス。
（３）
次の式：
［ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆領域の面積 − 載置されるダイの面積］／［ダイパッドの表面の面積 − 載置されるダイの面積］
で表される比率が、０．１〜１．０の範囲にある、（１）〜（２）のいずれかに記載の半導体デバイス。
（４）
金属粉ペーストの焼結体が、網目構造を有する構造体である、（１）〜（３）のいずれかに記載の半導体デバイス。
（５）
網目構造を有する構造体が、０．１５〜０．５０の空隙率を有する、（４）に記載の半導体デバイス。
（６）
金属粉ペーストが、Ａｇ、Ｃｕ、及びこれらの合金からなる群から選択された金属の金属粉ペーストである、（１）〜（５）のいずれかに記載の半導体デバイス。
（７）
ダイとダイパッドが金属粉ペーストの焼結体によって接着されたダイボンディング体であって、
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペーストの焼結体であり、
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを、被覆する焼結体である、ダイボンディング体。
（８）
ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペースト上にダイを載置した後に焼結する工程、
焼結によって接着されたダイとダイパッドを樹脂モールドする工程、
を含む、半導体デバイスを製造する方法であって、
金属粉ペーストが、ダイパッドの表面上において、ダイの載置される領域と、ダイの載置されない領域とに、塗布されている、製造方法。
（９）
ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペースト上にダイを載置した後に焼結する工程を含む、ダイとダイパッドが接着されたダイボンディング体を製造する方法であって、
金属粉ペーストが、ダイパッドの表面上において、ダイの載置される領域と、ダイの載置されない領域とに、塗布されている、製造方法。
（１）
ダイとダイパッドが金属粉ペーストの焼結体によって接着されたダイボンディング体が、樹脂モールドされてなる半導体デバイスであって、
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペーストの焼結体であり、
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを、被覆する焼結体である、半導体デバイス。
（２）
ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆する領域において、ダイの載置された領域の面積に対する、ダイの載置されない領域の面積の比率が、１．０５〜１０．０の範囲にある、（１）に記載の半導体デバイス。
（３）
次の式：
［ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆領域の面積 − 載置されるダイの面積］／［ダイパッドの表面の面積 − 載置されるダイの面積］
で表される比率が、０．１〜１．０の範囲にある、（１）〜（２）のいずれかに記載の半導体デバイス。
（４）
金属粉ペーストの焼結体が、網目構造を有する構造体である、（１）〜（３）のいずれかに記載の半導体デバイス。
（５）
網目構造を有する構造体が、０．１５〜０．５０の空隙率を有する、（４）に記載の半導体デバイス。
（６）
金属粉ペーストが、Ａｇ、Ｃｕ、及びこれらの合金からなる群から選択された金属の金属粉ペーストである、（１）〜（５）のいずれかに記載の半導体デバイス。
（７）
ダイとダイパッドが金属粉ペーストの焼結体によって接着されたダイボンディング体であって、
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペーストの焼結体であり、
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを、被覆する焼結体である、ダイボンディング体。
（８）
ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペースト上にダイを載置した後に焼結する工程、
焼結によって接着されたダイとダイパッドを樹脂モールドする工程、
を含む、半導体デバイスを製造する方法であって、
金属粉ペーストが、ダイパッドの表面上において、ダイの載置される領域と、ダイの載置されない領域とに、塗布されている、製造方法。
（９）
ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペースト上にダイを載置した後に焼結する工程を含む、ダイとダイパッドが接着されたダイボンディング体を製造する方法であって、
金属粉ペーストが、ダイパッドの表面上において、ダイの載置される領域と、ダイの載置されない領域とに、塗布されている、製造方法。
本発明によれば、半導体デバイスにおいて、モールド樹脂とダイパッドとの接着の剥離を低減することができる。特に半導体デバイスの使用温度をこれまでより高温とした場合においても、モールド樹脂とダイパッドとの接着の剥離をより低減することができ、これによってパワー半導体デバイスに求められる高温での動作の信頼性を向上させることができる。
以下に本発明を実施の態様をあげて詳細に説明する。本発明は以下にあげる具体的な実施の態様に限定されるものではない。
［半導体デバイスの製造］
本発明による半導体デバイスは、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペースト上にダイを載置した後に焼結する工程、焼結によって接着されたダイとダイパッドを樹脂モールドする工程を含む製造方法であって、金属粉ペーストをダイパッドの表面上において、ダイの載置される領域とダイの載置されない領域とに塗布されたものとする方法によって、製造することができる。
本発明による半導体デバイスは、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペースト上にダイを載置した後に焼結する工程、焼結によって接着されたダイとダイパッドを樹脂モールドする工程を含む製造方法であって、金属粉ペーストをダイパッドの表面上において、ダイの載置される領域とダイの載置されない領域とに塗布されたものとする方法によって、製造することができる。
このようにして得られた半導体デバイスは、ダイとダイパッドが金属粉ペーストの焼結体によって接着されたダイボンディング体が樹脂モールドされてなる半導体デバイスであって、金属粉ペーストの焼結体はダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペーストの焼結体であり、金属粉ペーストの焼結体はダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域とダイの載置されない領域とを被覆する焼結体となっている。
［ダイ］
ダイ（半導体チップ）には、半導体集積回路が形成されており、これがダイパッド（支持体）へ接着されて固定される。さらに固定されたダイ（半導体チップ）の各電極とインナーリードとをボンディングワイヤで接続し、モールド樹脂によって包埋して、半導体デバイスとする。ダイとしては、公知の材質を用いて製造されたダイ（半導体チップ）を使用することができ、材質として、例えば、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＮ（ガリウムナイトライド）、Ｇａ2Ｏ3（ガリウムオキサイド）を使用することができる。
ダイ（半導体チップ）には、半導体集積回路が形成されており、これがダイパッド（支持体）へ接着されて固定される。さらに固定されたダイ（半導体チップ）の各電極とインナーリードとをボンディングワイヤで接続し、モールド樹脂によって包埋して、半導体デバイスとする。ダイとしては、公知の材質を用いて製造されたダイ（半導体チップ）を使用することができ、材質として、例えば、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＮ（ガリウムナイトライド）、Ｇａ2Ｏ3（ガリウムオキサイド）を使用することができる。
［ダイパッド］
ダイパッドは、ダイを固定するための支持体であり、公知の材質のダイパッドを使用することができ、例えば、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、ＣｕＷ（銅タングステン）、ＣｕＭｏ（銅モリブデン）を使用することができる。典型的には、ダイパッドは、インナーリード、アウターリードとともに、リードフレームの一部として同じ材質で一体に形成されて、その後にそれぞれの部分が工程に応じて分離される。
ダイパッドは、ダイを固定するための支持体であり、公知の材質のダイパッドを使用することができ、例えば、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、ＣｕＷ（銅タングステン）、ＣｕＭｏ（銅モリブデン）を使用することができる。典型的には、ダイパッドは、インナーリード、アウターリードとともに、リードフレームの一部として同じ材質で一体に形成されて、その後にそれぞれの部分が工程に応じて分離される。
［ダイボンディング体］
ダイとダイパッドは接着されてダイボンディング体を形成する。このダイボンディン体のダイ部分が電気的に接続され、モールド樹脂によって包埋されて、耐熱性に優れた半導体デバイスとなる。このダイボンディング体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域とダイの載置されない領域とを被覆する焼結体を備えており、樹脂モールドによって優れた特性を実現できるものであり、本発明はダイボンディング体及びその製造方法にもある。
ダイとダイパッドは接着されてダイボンディング体を形成する。このダイボンディン体のダイ部分が電気的に接続され、モールド樹脂によって包埋されて、耐熱性に優れた半導体デバイスとなる。このダイボンディング体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域とダイの載置されない領域とを被覆する焼結体を備えており、樹脂モールドによって優れた特性を実現できるものであり、本発明はダイボンディング体及びその製造方法にもある。
［ダイとダイパッドの接着］
ダイとダイパッドは、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペースト上にダイを載置した後に焼結することによって接着される。この接着部分は、金属粉ペーストの焼結体となっており、この焼結体の形成によって、接着が行われる。この接着は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域とダイの載置されない領域とを被覆する焼結体を備えるように行われて、樹脂モールドによって優れた特性を実現できるものであり、本発明はダイとダイパッドとの接着方法にもある。
ダイとダイパッドは、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペースト上にダイを載置した後に焼結することによって接着される。この接着部分は、金属粉ペーストの焼結体となっており、この焼結体の形成によって、接着が行われる。この接着は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域とダイの載置されない領域とを被覆する焼結体を備えるように行われて、樹脂モールドによって優れた特性を実現できるものであり、本発明はダイとダイパッドとの接着方法にもある。
［金属粉ペースト］
金属粉ペーストとしては、半導体デバイスの特性を毀損しない程度の低温で焼結可能であるものであれば、特に制約はなく、公知の金属粉ペーストを使用することができる。例えば、金属粉、溶媒、バインダー樹脂、および所望により添加剤を含む、金属粉ペーストを使用することができる。好適な実施の態様において、溶媒、バインダー樹脂、添加剤は、焼結によって除去可能な化合物が使用される。好適な実施の態様において、金属粉としては、例えば平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲のサイズ、ナノサイズ、サブミクロンサイズ、これらのサイズの粉と扁平な金属粉を組み合わせた金属粉を使用することができる。金属粉の形状には、特に制約はなく、例えば、球状、回転楕円体状、あるいはこれらが扁平となった形状の金属粉を使用することができ、これらの形状の金属粉が混合された金属粉であってもよい。金属粉の金属としては、例えばＡｇ、Ｃｕ、Ａｇ−Ｃｕの合金から選択された金属を使用することができる。あるいは金属粉を、Ａｇで被覆されたＣｕ粉の形態とすることができる。溶媒としては、ペースト作製に公知の溶媒を使用することができ、このような溶媒として例えばα―テルピネオール、プチルカルピトールをあげることができる。バインダー樹脂としては、ペースト作製に公知のバインダー樹脂を使用することができ、焼結温度で分解するものであればよく、例えばセルロース系、アクリル系、エポキシ系、フェノール系等のバインダー樹脂を挙げることができる。さらに、このようなバインダー樹脂として例えばポリビニールプチラール樹脂、エチルセルロースをあげることができる。
金属粉ペーストとしては、半導体デバイスの特性を毀損しない程度の低温で焼結可能であるものであれば、特に制約はなく、公知の金属粉ペーストを使用することができる。例えば、金属粉、溶媒、バインダー樹脂、および所望により添加剤を含む、金属粉ペーストを使用することができる。好適な実施の態様において、溶媒、バインダー樹脂、添加剤は、焼結によって除去可能な化合物が使用される。好適な実施の態様において、金属粉としては、例えば平均粒径が１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲のサイズ、ナノサイズ、サブミクロンサイズ、これらのサイズの粉と扁平な金属粉を組み合わせた金属粉を使用することができる。金属粉の形状には、特に制約はなく、例えば、球状、回転楕円体状、あるいはこれらが扁平となった形状の金属粉を使用することができ、これらの形状の金属粉が混合された金属粉であってもよい。金属粉の金属としては、例えばＡｇ、Ｃｕ、Ａｇ−Ｃｕの合金から選択された金属を使用することができる。あるいは金属粉を、Ａｇで被覆されたＣｕ粉の形態とすることができる。溶媒としては、ペースト作製に公知の溶媒を使用することができ、このような溶媒として例えばα―テルピネオール、プチルカルピトールをあげることができる。バインダー樹脂としては、ペースト作製に公知のバインダー樹脂を使用することができ、焼結温度で分解するものであればよく、例えばセルロース系、アクリル系、エポキシ系、フェノール系等のバインダー樹脂を挙げることができる。さらに、このようなバインダー樹脂として例えばポリビニールプチラール樹脂、エチルセルロースをあげることができる。
［焼結］
金属粉ペーストの焼結は、例えば２００〜４００℃、好ましくは２００〜３００℃の範囲の温度によって、例えば、表面酸化物が不安定であるＡｇ等の金属においては、大気雰囲気下で、表面酸化物が安定であるＣｕ等の金属においては不活性ガス雰囲気下又は還元ガス雰囲気下、好ましくは還元ガス雰囲気下で、行うことができる。
金属粉ペーストの焼結は、例えば２００〜４００℃、好ましくは２００〜３００℃の範囲の温度によって、例えば、表面酸化物が不安定であるＡｇ等の金属においては、大気雰囲気下で、表面酸化物が安定であるＣｕ等の金属においては不活性ガス雰囲気下又は還元ガス雰囲気下、好ましくは還元ガス雰囲気下で、行うことができる。
［被覆領域比率］
ダイの載置に先立って、ダイパッドの表面上に金属粉ペーストを塗布する。塗布された金属粉ペーストは焼結によって焼結体となるので、ダイパッドの表面上の金属粉ペーストが塗布された領域は、焼結によって、金属粉ペーストの焼結体によって被覆された領域となる。本発明において、金属粉ペーストの焼結体によって被覆された領域は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを含む。
ダイの載置に先立って、ダイパッドの表面上に金属粉ペーストを塗布する。塗布された金属粉ペーストは焼結によって焼結体となるので、ダイパッドの表面上の金属粉ペーストが塗布された領域は、焼結によって、金属粉ペーストの焼結体によって被覆された領域となる。本発明において、金属粉ペーストの焼結体によって被覆された領域は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを含む。
ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆する領域において、ダイの載置された領域の面積に対する、ダイの載置されない領域の面積の比率は、例えば１．０５以上、１．１以上、１．２以上、１．３以上、１．４以上、１．５以上、１．８以上、１．９以上、２．０以上とすることができ、例えば１．０５〜１０．０の範囲、１．５〜１０．０の範囲、２．０〜１０．０の範囲とすることができる。
ダイパッドの接合される側の片面の表面の面積から載置されるダイの面積を引いた面積に対する、ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆する領域の面積から載置されるダイの面積を引いた面積の比率は、すなわち、次の式：
［ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆領域の面積 − 載置されるダイの面積］／［ダイパッドの表面の面積 − 載置されるダイの面積］
で表される比率は、例えば０．１〜１．０の範囲、好ましくは０．２〜１．０の範囲、あるいは０．３〜１．０の範囲、０．４〜１．０の範囲とすることができる。
［ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆領域の面積 − 載置されるダイの面積］／［ダイパッドの表面の面積 − 載置されるダイの面積］
で表される比率は、例えば０．１〜１．０の範囲、好ましくは０．２〜１．０の範囲、あるいは０．３〜１．０の範囲、０．４〜１．０の範囲とすることができる。
このように、金属粉ペーストの焼結体によって被覆された領域を、ダイパッドの表面上において、ダイの載置されない領域にも設けることによって、その後の樹脂モールドにおいて、焼結体によって被覆された領域にモールド樹脂が接触して樹脂モールドがなされ、焼結体被覆領域を介してモールド樹脂とダイパッドが強固に接着されたものとなっていると、本発明者は考えている。
［空隙率］
好適な実施の態様において、焼結体は、網目構造を呈するものとなっている。本発明において網目構造とは、金属粉が焼結した構造体が、焼結した金属粉の間に隙間のないち密な構造になることなく、溶融した金属粉が連結した構造となって、焼結した金属粉の間に空間部を有した構造をいう。この網目構造には、例えば０．１μｍ〜数μｍ程度の多数の空隙が含まれており、この程度が空隙率として表現される。本発明において空隙率とは、焼結体を、ダイパットに垂直な平面で切断した断面に対してＳＥＭ観察することによって、空隙と認められる黒色領域の面積と焼結された材料が充填されている灰色領域の面積の総和に占める、空隙と認められる黒色領域の面積の割合を表現した値である。好適な実施の態様において、空隙率は、例えば０．１５〜０．５０の範囲、好ましくは０．２〜０．４０の範囲、さらに好ましくは０．２５〜０．３５の範囲とすることができる。このような空隙率とした場合には、焼結体によって被覆された領域にモールド樹脂が接触して樹脂モールドがなされる際に、焼結体の空隙中へモールド樹脂が侵入することによって、焼結体被覆領域を介してモールド樹脂とダイパッドが特に強固に接着されたものとなると、本発明者は考えている。
好適な実施の態様において、焼結体は、網目構造を呈するものとなっている。本発明において網目構造とは、金属粉が焼結した構造体が、焼結した金属粉の間に隙間のないち密な構造になることなく、溶融した金属粉が連結した構造となって、焼結した金属粉の間に空間部を有した構造をいう。この網目構造には、例えば０．１μｍ〜数μｍ程度の多数の空隙が含まれており、この程度が空隙率として表現される。本発明において空隙率とは、焼結体を、ダイパットに垂直な平面で切断した断面に対してＳＥＭ観察することによって、空隙と認められる黒色領域の面積と焼結された材料が充填されている灰色領域の面積の総和に占める、空隙と認められる黒色領域の面積の割合を表現した値である。好適な実施の態様において、空隙率は、例えば０．１５〜０．５０の範囲、好ましくは０．２〜０．４０の範囲、さらに好ましくは０．２５〜０．３５の範囲とすることができる。このような空隙率とした場合には、焼結体によって被覆された領域にモールド樹脂が接触して樹脂モールドがなされる際に、焼結体の空隙中へモールド樹脂が侵入することによって、焼結体被覆領域を介してモールド樹脂とダイパッドが特に強固に接着されたものとなると、本発明者は考えている。
［樹脂モールド］
樹脂モールドに使用されるモールド樹脂としては、半導体デバイスの動作温度に耐えられる樹脂材料であれば特に制約は無く、公知のモールド樹脂を使用することができる。モールド樹脂としては、例えばイミド系樹脂、エポキシ系樹脂を使用できる。
樹脂モールドに使用されるモールド樹脂としては、半導体デバイスの動作温度に耐えられる樹脂材料であれば特に制約は無く、公知のモールド樹脂を使用することができる。モールド樹脂としては、例えばイミド系樹脂、エポキシ系樹脂を使用できる。
［耐熱性］
本発明者の知見によると、従来の半導体デバイスは使用温度がさらに高温となると、モールド樹脂とダイパッドとが直接に接触して接着した領域において、剥離が生じる場合があることがわかっている。これに対して、本発明によれば、ダイとダイパッドとの接着に使用される金属粉ペーストを、ダイの接着に必要である範囲を超えて、ダイパッドに塗布することによって、モールド樹脂とダイパッドとの接着をより強固にして、高温での剥離を防いで、優れた耐熱性、熱耐久性を実現している。
本発明者の知見によると、従来の半導体デバイスは使用温度がさらに高温となると、モールド樹脂とダイパッドとが直接に接触して接着した領域において、剥離が生じる場合があることがわかっている。これに対して、本発明によれば、ダイとダイパッドとの接着に使用される金属粉ペーストを、ダイの接着に必要である範囲を超えて、ダイパッドに塗布することによって、モールド樹脂とダイパッドとの接着をより強固にして、高温での剥離を防いで、優れた耐熱性、熱耐久性を実現している。
この耐熱性とは、例えば、明細書の実施例における熱サイクル試験の条件、すなわち−４０℃の３０分保持と２５０℃の３０分保持を１サイクルとした熱サイクル試験において、所定サイクル数の経過後も、超音波探傷検査で剥離が観察されないことをいう。所定サイクル数とは、例えば１００サイクル以上、好ましくは１５０サイクル以上、さらに好ましくは２００サイクル以上、３００サイクル以上、４００サイクル以上、５００サイクル以上、６００サイクル以上、９００サイクル以上である。所定サイクルの上限としては、例えば２０００サイクル以下、１５００サイクル以下、１０００サイクル以下をあげることができる。超音波探傷検査で剥離が観察されるとは、超音波探傷装置を用いた透過像に濃淡により剥離があると観察されることをいう。
［半導体デバイス］
本発明による半導体デバイスは、高温で使用される半導体デバイスとして好適であり、例えばパワー半導体デバイスとして、好適に使用することができる。したがって、本発明は、半導体デバイス、耐熱性半導体デバイス、パワー半導体デバイス、及びそれらの製造方法にもある。また、本発明による耐熱性の向上は、従来から行われているディンプル形成による剥離防止又は接着性向上とあわせて、実施することができるものであるから、本発明は、これらの従来技術との組み合わせによる半導体デバイス、及びその製造方法にもある。
本発明による半導体デバイスは、高温で使用される半導体デバイスとして好適であり、例えばパワー半導体デバイスとして、好適に使用することができる。したがって、本発明は、半導体デバイス、耐熱性半導体デバイス、パワー半導体デバイス、及びそれらの製造方法にもある。また、本発明による耐熱性の向上は、従来から行われているディンプル形成による剥離防止又は接着性向上とあわせて、実施することができるものであるから、本発明は、これらの従来技術との組み合わせによる半導体デバイス、及びその製造方法にもある。
以下に実施例をあげて、本発明をさらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
［Ａｇペーストによる実験］
ダイアタッチ材として、Ａｇペーストを使用した。
Ａｇペーストとして、ハリマ化成製の商品名ＨＰＳ−ＨＢ（銀ナノ粒子、約１μｍ径Ａｇフィラー）を用いた。
試作のダイサイズに適合したサイズの一般的なパッケージ材料であるＴＯ−２４７パッケージと同等の大きさのパッケージを使用した。
半導体チップ（ダイ）として、ＳｉＣ（材質）ＳＢＤチップ（５ｍｍ×４．２ｍｍ、厚さ０．２３５ｍｍ）を用いた。
ダイパッドとして、ＴＯ−２４７に用いられる一般的なリードフレーム（１２ｍｍ×８ｍｍ×厚さ２ｍｍ）表面にＮｉとＡｇをメッキしたものを用いた。
［Ａｇペーストによる実験］
ダイアタッチ材として、Ａｇペーストを使用した。
Ａｇペーストとして、ハリマ化成製の商品名ＨＰＳ−ＨＢ（銀ナノ粒子、約１μｍ径Ａｇフィラー）を用いた。
試作のダイサイズに適合したサイズの一般的なパッケージ材料であるＴＯ−２４７パッケージと同等の大きさのパッケージを使用した。
半導体チップ（ダイ）として、ＳｉＣ（材質）ＳＢＤチップ（５ｍｍ×４．２ｍｍ、厚さ０．２３５ｍｍ）を用いた。
ダイパッドとして、ＴＯ−２４７に用いられる一般的なリードフレーム（１２ｍｍ×８ｍｍ×厚さ２ｍｍ）表面にＮｉとＡｇをメッキしたものを用いた。
［ペーストの塗布とボンディング］
ステンレスマスクを使用してＡｇペーストをＣｕプレートの片面に、厚み７０μｍで塗布した。
塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域を含めて、パッド部全面範囲の領域を覆うように、Ａｇペーストを塗布して行った。
Ａｇペーストが塗布されたＣｕプレート上のほぼ中央位置に、ダイを配置した後に、大気中２５０℃で３０分間焼成して、ダイとダイパッドをボンディングした。このようにしてボンディング体を得た。
得られたＡｇ焼結体は、ダイとダイパッドとの接合部分と、ダイパッド上であってダイとの接合部分ではない部分（非接合部分）とにまたがるものとなった。この非接合部の厚みは６０μｍであった。
ステンレスマスクを使用してＡｇペーストをＣｕプレートの片面に、厚み７０μｍで塗布した。
塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域を含めて、パッド部全面範囲の領域を覆うように、Ａｇペーストを塗布して行った。
Ａｇペーストが塗布されたＣｕプレート上のほぼ中央位置に、ダイを配置した後に、大気中２５０℃で３０分間焼成して、ダイとダイパッドをボンディングした。このようにしてボンディング体を得た。
得られたＡｇ焼結体は、ダイとダイパッドとの接合部分と、ダイパッド上であってダイとの接合部分ではない部分（非接合部分）とにまたがるものとなった。この非接合部の厚みは６０μｍであった。
［ＳＥＭ観察と空隙率］
得られたＡｇ焼結体の非接合部分のＣｕプレートに垂直な断面をＳＥＭによって観察すると、網目構造を示していた。得られた接合部の一部のＳＥＭ写真を図１に示す。この図１は下地であるＣｕダイパッド部を含む領域のＳＥＭ写真である。この網目構造のＳＥＭ写真に対して、空隙である黒色領域の面積と、焼結によって連結されたＡｇ粉が充填された領域である灰色領域の面積から、網目構造の空隙率を算出した。得られた空隙率の値は、０．２０から０．４０の間にあった。
得られたＡｇ焼結体の非接合部分のＣｕプレートに垂直な断面をＳＥＭによって観察すると、網目構造を示していた。得られた接合部の一部のＳＥＭ写真を図１に示す。この図１は下地であるＣｕダイパッド部を含む領域のＳＥＭ写真である。この網目構造のＳＥＭ写真に対して、空隙である黒色領域の面積と、焼結によって連結されたＡｇ粉が充填された領域である灰色領域の面積から、網目構造の空隙率を算出した。得られた空隙率の値は、０．２０から０．４０の間にあった。
［ボンディング体のモールド］
モールド樹脂として、２５０℃以上の高温のデバイス動作に耐えられる、軟化点が高く、高温においても高抵抗が保たれるイミド系樹脂（日本触媒製、製品名ＩＸ−ＮＣ−ＣＥ）を使用した。
上記の操作によって得られたＡｇペーストによるボンディング体に対して、ダイの電極とインナーリードをＡｌワイヤーを用いてワイヤボンディングし、上記チップとワイヤでボンディングした基板を１８０℃に予備加熱した金型内に固定した後に、モールド樹脂を、ポットと呼ばれる空間に投入した。その後、１８０℃×３００ｓでの予備加熱し、続けて２７０℃×５ｈで加熱することによって、モールドキュアして、ボンディング体をモールド樹脂に包埋させて、樹脂モールドパッケージ品を得た。このようにして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
モールド樹脂として、２５０℃以上の高温のデバイス動作に耐えられる、軟化点が高く、高温においても高抵抗が保たれるイミド系樹脂（日本触媒製、製品名ＩＸ−ＮＣ−ＣＥ）を使用した。
上記の操作によって得られたＡｇペーストによるボンディング体に対して、ダイの電極とインナーリードをＡｌワイヤーを用いてワイヤボンディングし、上記チップとワイヤでボンディングした基板を１８０℃に予備加熱した金型内に固定した後に、モールド樹脂を、ポットと呼ばれる空間に投入した。その後、１８０℃×３００ｓでの予備加熱し、続けて２７０℃×５ｈで加熱することによって、モールドキュアして、ボンディング体をモールド樹脂に包埋させて、樹脂モールドパッケージ品を得た。このようにして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
［実施例２〜４］
［Ａｇペーストによる実験］
実施例１と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域と、ダイによって覆われる四角形の領域の４辺の長辺からそれぞれ１ｍｍ（実施例２）、１．７ｍｍ（実施例３）、２．５ｍｍ（実施例４）の広い範囲で正方形となる領域（すなわち６．２ｍｍ角（実施例２）、７．６ｍｍ角（実施例３）、９．２ｍｍ×８ｍｍ（一つの辺はパッド部端までとなる）（実施例４））とを覆うように、Ａｇペーストを塗布して行った。
空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［Ａｇペーストによる実験］
実施例１と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域と、ダイによって覆われる四角形の領域の４辺の長辺からそれぞれ１ｍｍ（実施例２）、１．７ｍｍ（実施例３）、２．５ｍｍ（実施例４）の広い範囲で正方形となる領域（すなわち６．２ｍｍ角（実施例２）、７．６ｍｍ角（実施例３）、９．２ｍｍ×８ｍｍ（一つの辺はパッド部端までとなる）（実施例４））とを覆うように、Ａｇペーストを塗布して行った。
空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［実施例５］
［Ａｇペーストによる実験］
実施例１と同じ材料を用いて、同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出した。空隙率は０．３５から０．４５の間にあった。
［Ａｇペーストによる実験］
実施例１と同じ材料を用いて、同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出した。空隙率は０．３５から０．４５の間にあった。
［ボンディング体のモールド］
モールド樹脂として、ガラス転移点２８０℃のエポキシ系封止材を用いた。
上記得られたボンディング体に対して、ダイの電極とインナーリードをＡｌワイヤによってワイヤボンディングし、当該基板を２００℃に予備加熱した金型内に設置したした後に、モールド樹脂を、ポットと呼ばれる空間に投入した。その後、２００℃×２ｈでの加熱によって、モールドキュアして、ボンディング体をモールド樹脂に包埋させて、樹脂モールドパッケージ品を得た。このようにして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
モールド樹脂として、ガラス転移点２８０℃のエポキシ系封止材を用いた。
上記得られたボンディング体に対して、ダイの電極とインナーリードをＡｌワイヤによってワイヤボンディングし、当該基板を２００℃に予備加熱した金型内に設置したした後に、モールド樹脂を、ポットと呼ばれる空間に投入した。その後、２００℃×２ｈでの加熱によって、モールドキュアして、ボンディング体をモールド樹脂に包埋させて、樹脂モールドパッケージ品を得た。このようにして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
［実施例６〜８］
［Ａｇペーストによる実験］
実施例５と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域と、ダイによって覆われる四角形の領域の４辺の長辺からそれぞれ１ｍｍ（実施例６）、１．７ｍｍ（実施例７）、２．５ｍｍ（実施例８）の広い範囲で正方形となる領域（すなわち６．２ｍｍ角（実施例６）、７．６ｍｍ角（実施例７）、９．２ｍｍ×８ｍｍ（一つの辺はパッド部端までとなる）（実施例８））とを覆うように、Ａｇペーストを塗布して行った。
空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［Ａｇペーストによる実験］
実施例５と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域と、ダイによって覆われる四角形の領域の４辺の長辺からそれぞれ１ｍｍ（実施例６）、１．７ｍｍ（実施例７）、２．５ｍｍ（実施例８）の広い範囲で正方形となる領域（すなわち６．２ｍｍ角（実施例６）、７．６ｍｍ角（実施例７）、９．２ｍｍ×８ｍｍ（一つの辺はパッド部端までとなる）（実施例８））とを覆うように、Ａｇペーストを塗布して行った。
空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［比較例１］
［Ａｇペーストによる実験］
実施例１と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域だけを覆うように、Ａｇペーストを塗布して行った。
空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［Ａｇペーストによる実験］
実施例１と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域だけを覆うように、Ａｇペーストを塗布して行った。
空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［比較例２］
［Ａｇペーストによる実験］
実施例５と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域だけを覆うように、Ａｇペーストを塗布して行った。
空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［Ａｇペーストによる実験］
実施例５と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域だけを覆うように、Ａｇペーストを塗布して行った。
空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［実施例１１］
［Ｃｕペーストによる実験］
ダイアタッチ材として、Ｃｕペーストを使用した。
Ｃｕペーストとして、サブミクロンＣｕ粉（ＪＸ金属製）を、バインダ樹脂を含むアルコール系溶剤（アルコール類）中に、Ｃｕ粉の割合がペースト全体に対して８５ｗｔ％となるように分散させて、Ｃｕペーストを調整した。
試作のダイサイズに適合したサイズの一般的なパッケージ材料であるＴＯ−２４７パッケージと同等のサイズのパッケージを使用した。
半導体チップ（ダイ）として、ＳｉＣ ＳＢＤ（材質）チップ（５ｍｍ×４．２ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ）を用いた。
ダイパッドとして、ＣｕプレートはＴＯ−２４７パッケージの規格に合うリードフレーム（ＴＯ−２４７パッケージの規格（プレート部〜１２ｍｍ×〜１０ｍｍ、厚さ２ｍｍｍｍ）を用いた。
［Ｃｕペーストによる実験］
ダイアタッチ材として、Ｃｕペーストを使用した。
Ｃｕペーストとして、サブミクロンＣｕ粉（ＪＸ金属製）を、バインダ樹脂を含むアルコール系溶剤（アルコール類）中に、Ｃｕ粉の割合がペースト全体に対して８５ｗｔ％となるように分散させて、Ｃｕペーストを調整した。
試作のダイサイズに適合したサイズの一般的なパッケージ材料であるＴＯ−２４７パッケージと同等のサイズのパッケージを使用した。
半導体チップ（ダイ）として、ＳｉＣ ＳＢＤ（材質）チップ（５ｍｍ×４．２ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ）を用いた。
ダイパッドとして、ＣｕプレートはＴＯ−２４７パッケージの規格に合うリードフレーム（ＴＯ−２４７パッケージの規格（プレート部〜１２ｍｍ×〜１０ｍｍ、厚さ２ｍｍｍｍ）を用いた。
［ペーストの塗布とボンディング］
ステンレスマスクを使用してＣｕペーストをＣｕプレートの片面の全面に、厚み７０μｍで塗布した。
実施例１と同様に、塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域と、ダイによって覆われる四角形の領域を含めてＣｕプレート部全面の領域を覆うように、Ｃｕペーストを塗布して行った。
Ｃｕペーストが塗布されたＣｕプレート上のほぼ中心に、ダイを配置した後に、ギ酸雰囲気中３００℃、１ＭＰａの加圧下で３０分間焼成して、ダイとダイパッドをボンディングした。加圧は、ダイに対してほぼ垂直な方向の加圧となるようにクリップで挟むことによって行った。このようにしてボンディング体を得た。
得られた焼結体のダイ直下以外の部分（焼結体の非接合部分）の厚みは６０μｍであった。
ステンレスマスクを使用してＣｕペーストをＣｕプレートの片面の全面に、厚み７０μｍで塗布した。
実施例１と同様に、塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域と、ダイによって覆われる四角形の領域を含めてＣｕプレート部全面の領域を覆うように、Ｃｕペーストを塗布して行った。
Ｃｕペーストが塗布されたＣｕプレート上のほぼ中心に、ダイを配置した後に、ギ酸雰囲気中３００℃、１ＭＰａの加圧下で３０分間焼成して、ダイとダイパッドをボンディングした。加圧は、ダイに対してほぼ垂直な方向の加圧となるようにクリップで挟むことによって行った。このようにしてボンディング体を得た。
得られた焼結体のダイ直下以外の部分（焼結体の非接合部分）の厚みは６０μｍであった。
［焼結体のＳＥＭ観察と空隙率］
得られた焼結体の非接合部分のＣｕプレートに垂直な断面を、実施例１と同様に、ＳＥＭ観察すると、網目構造を示しており、実施例１と同様に空隙率を算出した。ＳＥＭによって観察すると、網目構造を示していた。空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
得られた焼結体の非接合部分のＣｕプレートに垂直な断面を、実施例１と同様に、ＳＥＭ観察すると、網目構造を示しており、実施例１と同様に空隙率を算出した。ＳＥＭによって観察すると、網目構造を示していた。空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［ボンディング体のモールド］
実施例１と同じモールド樹脂を用いて、同様の操作を行って、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
実施例１と同じモールド樹脂を用いて、同様の操作を行って、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
［実施例１２〜１４］
［Ｃｕペーストによる実験］
実施例１１と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域と、ダイによって覆われる四角形の領域の４辺の長辺からそれぞれ１ｍｍ（実施例１２）、１．７ｍｍ（実施例１３）、２．５ｍｍ（実施例１４）の広い範囲で正方形となる領域（すなわち６．２ｍｍ角（実施例１２）、７．６ｍｍ角（実施例１３）、９．２ｍｍ×８ｍｍ（一つの辺はパッド部端までとなる）（実施例１４））とを覆うように、Ａｇペーストを塗布して行った。
空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［Ｃｕペーストによる実験］
実施例１１と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域と、ダイによって覆われる四角形の領域の４辺の長辺からそれぞれ１ｍｍ（実施例１２）、１．７ｍｍ（実施例１３）、２．５ｍｍ（実施例１４）の広い範囲で正方形となる領域（すなわち６．２ｍｍ角（実施例１２）、７．６ｍｍ角（実施例１３）、９．２ｍｍ×８ｍｍ（一つの辺はパッド部端までとなる）（実施例１４））とを覆うように、Ａｇペーストを塗布して行った。
空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［実施例１５］
［Ｃｕペーストによる実験］
実施例１１と同じ材料を用いて、同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出した。
［Ｃｕペーストによる実験］
実施例１１と同じ材料を用いて、同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出した。
［ボンディング体のモールド］
実施例５と同じモールド樹脂を用いて、同様の操作を行って、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
実施例５と同じモールド樹脂を用いて、同様の操作を行って、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［実施例１６〜１８］
［Ｃｕペーストによる実験］
実施例１５と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域と、ダイによって覆われる四角形の領域の４辺の長辺からからそれぞれ１ｍｍ（実施例１６）、１．７ｍｍ（実施例１７）、２．５ｍｍ（実施例１８）の広い範囲で正方形となる領域（すなわち６．２ｍｍ角（実施例１６）、７．６ｍｍ角（実施例１７）、９．２ｍｍ×８ｍｍ（一つの辺はパッド部端までとなる）（実施例１８））とを覆うように、Ｃｕペーストを塗布して行った。
空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［Ｃｕペーストによる実験］
実施例１５と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域と、ダイによって覆われる四角形の領域の４辺の長辺からからそれぞれ１ｍｍ（実施例１６）、１．７ｍｍ（実施例１７）、２．５ｍｍ（実施例１８）の広い範囲で正方形となる領域（すなわち６．２ｍｍ角（実施例１６）、７．６ｍｍ角（実施例１７）、９．２ｍｍ×８ｍｍ（一つの辺はパッド部端までとなる）（実施例１８））とを覆うように、Ｃｕペーストを塗布して行った。
空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［比較例３］
［Ｃｕペーストによる実験］
実施例１１と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域だけを覆うように、Ｃｕペーストを塗布して行った。
空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［Ｃｕペーストによる実験］
実施例１１と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域だけを覆うように、Ｃｕペーストを塗布して行った。
空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［比較例４］
［Ｃｕペーストによる実験］
実施例１５と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域だけを覆うように、Ｃｕペーストを塗布して行った。
空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
［Ｃｕペーストによる実験］
実施例１５と同じ材料を用意して、ペーストの塗布の面積以外については同様の操作を行って、ペーストを塗布し、ボンディング体を得て、ＳＥＭ観察して空隙率を算出し、ボンディング体をモールドして、樹脂モールドパッケージ品を、ＴＯ−２４７パッケージの規格に沿って作成した半導体デバイスとして得た。
上記ペーストの塗布の面積に関して、ペーストの塗布は、Ｃｕプレート上において、ダイによって覆われる四角形の領域だけを覆うように、Ｃｕペーストを塗布して行った。
空隙率は０．２０から０．４０の間にあった。
上記表１において、塗布面積率は次の式によって算出した。
塗布面積率＝（ペースト塗布面積−チップ面積）／（Ｃｕプレート面積−チップ面積）
塗布面積率＝（ペースト塗布面積−チップ面積）／（Ｃｕプレート面積−チップ面積）
［熱サイクル試験］
上記の実施例１〜１８及び比較例１〜４によって得られた半導体デバイスに対して、熱サイクル試験を行った。
熱サイクル試験は、−４０℃の３０分保持と２５０℃の３０分保持を１サイクルとして、行って、それぞれのサイクル数の後のモールド樹脂とダイパッドとの剥離を評価した。評価は、超音波探傷検査で実施した。評価はそれぞれ５個のサンプルで実施し、半数以上で剥離が観察された場合に剥離発生とした。剥離が観察されたが、サンプルの半数以上に至らない場合には、剥離観察と記載した。この結果を次の表２に示す。
上記の実施例１〜１８及び比較例１〜４によって得られた半導体デバイスに対して、熱サイクル試験を行った。
熱サイクル試験は、−４０℃の３０分保持と２５０℃の３０分保持を１サイクルとして、行って、それぞれのサイクル数の後のモールド樹脂とダイパッドとの剥離を評価した。評価は、超音波探傷検査で実施した。評価はそれぞれ５個のサンプルで実施し、半数以上で剥離が観察された場合に剥離発生とした。剥離が観察されたが、サンプルの半数以上に至らない場合には、剥離観察と記載した。この結果を次の表２に示す。
本発明によれば、モールド樹脂とダイパッドとの接着の剥離を低減して、高温での動作の信頼性を向上させた半導体デバイスを得ることができる。本発明は産業上有用な発明である。
Claims (9)
- ダイとダイパッドが金属粉ペーストの焼結体によって接着されたダイボンディング体が、樹脂モールドされてなる半導体デバイスであって、
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペーストの焼結体であり、
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを、被覆する焼結体である、半導体デバイス。 - ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆する領域において、ダイの載置された領域の面積に対する、ダイの載置されない領域の面積の比率が、１．０５〜１０．０の範囲にある、請求項１に記載の半導体デバイス。
- 次の式：
［ダイパッドの表面上の金属粉ペーストの焼結体の被覆領域の面積 − 載置されるダイの面積］／［ダイパッドの表面の面積 − 載置されるダイの面積］
で表される比率が、０．１〜１．０の範囲にある、請求項１〜２のいずれかに記載の半導体デバイス。 - 金属粉ペーストの焼結体が、網目構造を有する構造体である、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体デバイス。
- 網目構造を有する構造体が、０．１５〜０．５０の空隙率を有する、請求項４に記載の半導体デバイス。
- 金属粉ペーストが、Ａｇ、Ｃｕ、及びこれらの合金からなる群から選択された金属の金属粉ペーストである、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体デバイス。
- ダイとダイパッドが金属粉ペーストの焼結体によって接着されたダイボンディング体であって、
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペーストの焼結体であり、
金属粉ペーストの焼結体は、ダイパッドの表面上において、ダイの載置された領域と、ダイの載置されない領域とを、被覆する焼結体である、ダイボンディング体。 - ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペースト上にダイを載置した後に焼結する工程、
焼結によって接着されたダイとダイパッドを樹脂モールドする工程、
を含む、半導体デバイスを製造する方法であって、
金属粉ペーストが、ダイパッドの表面上において、ダイの載置される領域と、ダイの載置されない領域とに、塗布されている、製造方法。 - ダイパッドの表面上に塗布された金属粉ペースト上にダイを載置した後に焼結する工程を含む、ダイとダイパッドが接着されたダイボンディング体を製造する方法であって、
金属粉ペーストが、ダイパッドの表面上において、ダイの載置される領域と、ダイの載置されない領域とに、塗布されている、製造方法。
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|---|---|---|---|---|
| JP2009094341A (ja) * | 2007-10-10 | 2009-04-30 | Renesas Technology Corp | 半導体装置、半導体装置の製造方法および接続材料 |
| JP2009206482A (ja) * | 2008-01-28 | 2009-09-10 | Renesas Technology Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| WO2017043545A1 (ja) * | 2015-09-07 | 2017-03-16 | 日立化成株式会社 | 接合用銅ペースト、接合体の製造方法及び半導体装置の製造方法 |
-
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