JP3563387B2 - 半導体装置用導電性硬化樹脂及び半導体装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂モールドされてなる半導体装置、すなわち、プラスチックパッケージに関し、特に、半導体チップの電極とリード端子との間を、銅などからなる金属板によって電気的に接続したプラスチックパッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の樹脂モールドされてなる半導体装置、すなわち、プラスチックパッケージは、リードフレームのアイランド部に半導体チップをマウントし、その後リードフレームのインナーリード（各端子部）と半導体チップ表面の電極とを金等のボンディングワイヤで両者を接続し、その後樹脂封止を行って個々の半導体装置としていた。ここで、半導体チップをアイランド部にマウントするに際し、この両者の間にエポキシ樹脂に銀を充填した導電性樹脂からなるダイボンド材を着けたものをベークして導電性樹脂を硬化していた。また、ボンディングワイヤは超音波併用熱圧着ボンディングで接続を行っていた。
また、大電流用途のパワートランジスタ等のパワー素子を上述した手法により封止する場合は、ボンディングワイヤの金線を太くして配線抵抗を低くして接続していた。
そして、上述のように製造した半導体装置は、温度サイクル試験やプレッシャークッカー試験（以降ＰＣＴ）でも十分な信頼性を得ていた。
しかし、パワー素子が大型化すればするほど金コストが大幅にアップするばかりか、線径を太くするにも限度ある、と言う問題がでてきたため、これに対処する方法として特開平２０００−１１４４４５号公報に示されるようにボンデングワイヤによる接続ではなく金属板を使用して半導体チップの電極とリードフレームのソース端子の接続を行うパッケージが提案されてきた。
【０００３】
そこで、我々は上述した特開平２０００−１１４４４５号公報に記載された技術を実験してみた。以降にその詳細を記す。図５は、金属板接続による半導体装置の実験を行った構造を示す図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図である。
図５は、この半導体装置１は、ＭＯＳＦＥＴを構成する半導体チップ３０を上述した導電性硬化樹脂１００を用いてアイランド部４４に搭載接合し、その後電流制御電極であり大電流は流れないゲート電極３１は、ボンディングワイヤ４１でゲート端子４５と接続し、一方、大電流が流れる電流電極としてのソース電極３２は、上述の導電性樹脂１００を用いて金属板５０を介してソース端子４６に接合して接続した。その後、全体をモールド樹脂８によって封止した８ピンＳＯＰを製造した。
半導体チップ３０は上面にゲート電極３１及び単一の大面積のソース電極３２を有し、底面はドレイン電極になっている。
リードフレーム４０は、パッケージの相対する２つの側部に突設されるアウターリード
（リードフレーム４０のモールド樹脂８から外部に出ている部分）を備えており、図上左側部には、４本のドレインリード４１、図上右側部には１本のゲートリード４２及び３本のソースリード４３を備える。
ドレインリード４１はパッケージ内部において一体形成されており、それによりアイランド部４４が構成される。
ゲートリード４２はパッケージ内部においてゲート端子４５を有する。
３つのソースリード４３はパッケージ内部において一体形成され単一の幅広のソース端子４６を有する。
ここで、リードフレームは銅または銅の合金でありアイランド部表面およびチップ裏面には銀メッキが施されている。また、半導体表面上の電極には半田濡れ性金属のＴｉＮｉＡｇを設けた。
また、金属板５０は銅板で構成し、パッケージの外形寸法の半分程度の幅に形成した。
このように金属板を使用した半導体装置を製造し、早速電気特性や放熱特性を調べたところ、確かにボンデングワイヤよりも配線抵抗の低減による電気特性の向上、更には放熱性の向上等の利点が認められた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、我々はこれを量産し出荷すべく前述した温度サイクル試験およびプレッシャークッカー試験を行った。当初は、全く問題なくこれら試験にパスするものと考えていた。その理由は、使用した銀充填導電性エポキシ樹脂には長い使用実績が有り、製造プロセスも従来とはさして変わるところもなく、単にソース電極とリードフレームのソース端子の接続をボンデングワイヤから金属板に変えたに過ぎなかったからである。すなわち、半導体チップとダイマウントの間に銀充填導電性エポキシ樹脂を付けてこれをベーク硬化して両者を接続する技術は従来から信頼性の面でも十分に実績があったのでソース配線もこれと同様に過ぎず、また、ゲート電極とリードフレームを金線を用いてボンディングして接続する技術も十分に実績が保証されていた。そこで、本構造はこれら従来技術の組み合わせに過ぎないと考えていた。
ところが、上述の試験を施すと良品が殆どとれなかった。すなわち、試験を行う前までは電気特性は良好であったものが、試験を行うと外見からは端子リード等の配線抵抗がまるで上がったかのような電気特性になってしまった。そこで、この原因は何にあるかを解明すべく超音波顕微鏡やパッケージ開封等の解析手段を用いて調べたところ、ソース電極と金属板とがルーズコンタクトになっていたり、最悪の場合には、金属板がチップ電極から剥離さえしていることが判った。一方、半導体チップ裏面ではアイランド部からのチップの剥がれは観察されなかった。更には、接続配線がボンディングワイヤから金属板に変わったのに伴って接続配線の面積が増加したことにより、封止樹脂と金属板の界面沿って水分侵入量が増大したためと推定される腐食も見られた。
そこで温度サイクル後に、何故表面側の接続だけが剥がれるのかを検討した結果、半導体表面上のアルミはＡｇやＣｕよりも柔らかい金属であり、この結果、温度サイクルの過程で、金属板やシリコンの熱膨張率の違いから起こる応力によりアルミ電極が横方向に塑性変形することが分かった。そして、一旦塑性変形すると元には戻らないので、何回も温度サイクルを経ると最後にはアルミ電極とチップおよび半田濡れ性金属との接続面が破壊されて剥がれが起きることが分かった。
【０００５】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、半導体装置の信頼性試験である温度サイクル試験及びＰＣＴにおいても半導体チップの電極及び配線材（リードフレーム）と金属板との剥離を生じさせることなく、導電性をも低下させない半導体装置用導電性硬化樹脂及び半導体装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の検討の結果、この問題を解決するには、上述した応力を何らかの方法で吸収するか、或いは応力を生じさせない接合を検討すれば良いことが分かった。しかし、如何様にしても応力の発生をなくすことは非常に困難であるとの結論に達した。そこで、生じた応力を吸収させることを検討した。
そこで、本願発明は、半導体表面の電極と金属板とを接合する導電性樹脂の弾性率を下げることに帰着した。
従来のダイボンド材として使用していた銀充填エポキシ導電性硬化樹脂は、チップをマウントした後に、チップ表面の電極とリードフレームの各端子とをワイヤーボンディングをする
際に、超音波振動がチップ上の電極に十分伝わる程度に高弾性（例えば８．９×１０９
Ｐａ）であることが要求されていたために、ベーク硬化後の性質はリジッドになりすぎていたことに着目した。そこで、従来使用されていない範囲まで色々実験した結果前記弾性率が２．０×１０９Ｐａ以下であれば良いことが分かった。このように弾性率を低くすると、温度サイクル時に応力が発生しても導電性樹脂が柔らかいゴムのような役割をはたして、応力を吸収し剥がれが防止できることが分かった。
前記課題を解決するために提供する本願第一の発明に係る半導体装置用導電性硬化樹脂は、半導体チップの表面に設けられた電極及びリード端子を有する配線材とを金属板によって電気的に導通させるための金属粉末が混入された半導体装置用導電性硬化樹脂において、硬化後の弾性率が２．０×１０９Ｐａ以下であることを特徴とする。
【０００７】
係る構成とすることにより、金属板の剥離、すなわち半導体チップ及び配線材と金属板との接合部たる半導体装置用導電性硬化樹脂が外部の応力による半導体チップの電極及び配線材と金属板との剥離を防ぎ、結果として半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【０００８】
前記課題を解決するために提供する本願第二の発明に係る半導体装置用導電性硬化樹脂は、請求項１に記載の半導体装置用導電性硬化樹脂において、前記金属粉末がＡｇであることを特徴とする。
【０００９】
前記課題を解決するために提供する本願第三の発明に係る半導体装置は、請求項１又は請求項２に記載の半導体装置装置用導電性硬化樹脂において、前記金属板がＣｕ又はＣｕ合金であることを特徴とする。
【００１０】
前記課題を解決するために提供する本願第四の発明に係る半導体装置用導電性硬化樹脂は、請求項１又は請求項３に記載の半導体装置用導電性硬化樹脂において、前記半導体装置用導電性硬化樹脂が、エポキシ系又はアクリル系樹脂であることを特徴とする。
【００１１】
前記課題を解決するために提供する本願第五の発明に係る半導体装置用導電性硬化樹脂は、請求項１乃至請求項４の何れか一に記載の半導体装置用導電性硬化樹脂において、硬化後サンプルに対する純水２０倍希釈溶液測定法でｐＨが５．０〜８．０であることを特徴とする。
【００１２】
係る構成とすることにより、金属板と半導体チップとを接続する半導体用導電性硬化樹脂が半導体チップの電極の腐食による導電不良を防ぐことができ、結果として半導体装置の信頼性を向上させることができる。
前記純水２０倍希釈溶液測定法による半導体装置用導電性硬化樹脂のｐＨは、具体例としては１２５℃の純水に半導体装置用導電性硬化樹脂を２０倍希釈で２０時間抽出して得られた溶液のｐＨである。
ここで、前記半導体装置用導電性硬化樹脂の２０倍希釈の純水溶液のｐＨが５．０未満又は８．０を越える場合、半導体チップの電極が腐食される。
係る前記半導体装置用導電性硬化樹脂の２０倍希釈の純水溶液のｐＨの範囲は、さらに望ましくは、５．５〜６．５に設定される。
【００１３】
前記課題を解決するために提供する本願第六の発明に係る半導体装置用導電性硬化樹脂は、請求項１乃至請求項５の何れか一に記載の半導体装置用導電性硬化樹脂において、Ｎａイオン濃度が２ｐｐｍ未満、Ｃｌイオン濃度が３ｐｐｍ未満、Ｐイオン濃度が０．１ｐｐｍ未満であることを特徴とする。
【００１４】
係る構成とすることにより、半導体チップ及び配線材と金属板との導電状況を良好にすることができる。
ここで、前記導電性硬化樹脂のＮａイオン濃度が２ｐｐｍ以上、Ｃｌイオン濃度が３ｐｐｍ以上、Ｐイオン濃度が０．１ｐｐｍ以上であった場合には、導電性硬化樹脂と接合される半導体チップの電極及び金属板若しくは銀（金）メッキを腐食する恐れがある。
【００１５】
前記課題を解決するために提供する本願第七の発明に係る半導体装置は、表面及び裏面に電極が形成された半導体チップと、リード端子を有する配線材と、係る配線材の一端と前記電極とを金属粉末が混入された導電性硬化樹脂を介して電気的に導通せしめる金属板とからなり、前記半導体チップ及び前記金属板及び前記配線材の一部が樹脂封止されてなる半導体装置において、前記導電性硬化樹脂の硬化後の弾性率が２．０×１０９Ｐａ以下であることを特徴とする。
【００１６】
係る構成とすることにより、金属板の剥離、すなわち半導体チップ及び配線材と金属板との接合部たる半導体装置用導電性硬化樹脂が外部の応力による半導体チップの電極及び配線材と金属板との剥離を防ぎ、結果として半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００１７】
前記課題を解決するために提供する本願第八の発明に係る半導体装置は、請求項７に記載の半導体装置において、前記金属粉末がＡｇであることを特徴とする。
【００１８】
前記課題を解決するために提供する本願第九の発明に係る半導体装置は、請求項７又は請求項８に記載の半導体装置において、前記半導体装置用導電性硬化樹脂が、エポキシ系又はアクリル系樹脂であることを特徴とする。
【００１９】
前記課題を解決するために提供する本願第十の発明に係る半導体装置は、請求項７又は請求項９に記載の半導体装置において、前記金属板がＣｕ又はＣｕ合金であることを特徴とする。
【００２０】
前記課題を解決するために提供する本願第十一の発明に係る半導体装置は、請求項７乃至請求項１０の何れか一に記載の半導体装置において、前記導電性硬化樹脂は、硬化後
のサンプルに対する純水２０倍希釈溶液測定法によるｐＨが５．０〜８．０であることを
特徴とする。
【００２１】
係る構成とすることにより、モールド樹脂と金属板との界面から侵入する水分が原因で、金属板と半導体チップとを接続する半導体用導電性硬化樹脂が、半導体チップの電極を腐食させる導電不良を防ぐことができ、結果として半導体装置の信頼性を向上させることができる。
ここで、前記半導体装置用導電性硬化樹脂の２０倍希釈の純水溶液のｐＨが５．０未満又は８．０を越える場合、半導体チップの電極が腐食される。
また、この前記半導体装置用導電性硬化樹脂の２０倍希釈の純水溶液のｐＨの範囲は５．５〜６．５に設定されることが望ましい。
【００２２】
前記課題を解決するために提供する本願第十二の発明に係る半導体装置は、請求項７乃至請求項１１の何れか一に記載の半導体装置において、前記導電性硬化樹脂のＮａイオン濃度が２ｐｐｍ未満、Ｃｌイオン濃度が３ｐｐｍ未満、Ｐイオン濃度が０．１ｐｐｍ未満であることを特徴とする。
【００２３】
係る構成とすることにより、半導体チップ及び配線材と金属板との導電状況を良好にすることができる。
ここで、前記導電性硬化樹脂のＮａイオン濃度が２ｐｐｍ以上、Ｃｌイオン濃度が３ｐｐｍ以上、Ｐイオン濃度が０．１ｐｐｍ以上であった場合には、導電性硬化樹脂と接合される半導体チップの電極及び金属板若しくは銀（金）メッキを腐食する恐れがある。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る半導体装置用導電性硬化樹脂及び半導体装置の一実施の形態について、図面を参照して説明する。
まず、本発明に係る半導体装置用導電性硬化樹脂及び半導体装置の実施の形態１について図１を参照して説明する。
図１は本発明に係る半導体装置用導電性硬化樹脂及び半導体装置の一実施の形態における構造を示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
図１に示すように、半導体装置１は、ＭＯＳＦＥＴを構成する半導体チップ３０をリードフレーム６０に搭載、接合し、金線等のボンディングワイヤ７及び金属板としての銅板５１によって電気的接続をとり、エポキシ樹脂等からなるモールド樹脂８によって封止した８ピンＳＯＰである。
半導体チップ３０は上面にゲート電極３１及び単一の大面積のソース電極３２を有し、底面にドレイン電極（図示せず）を有する。
これらの電極は例えば、アルミニウム若しくはアルミニウム合金電極、金電極又はＴｉ／Ｎｉ等の下地メッキ膜を含む金メッキ、銀メッキ等のメッキ電極あるいは前記金属の複合メタライズできた電極である。
リードフレーム６０は、パッケージの相対する２つの側部に突設されるリードを備えており、図上左側部には、４本のドレインリード６１、図上右側部には１本のゲートリード６２及び３本のソースリード６３を備える。
ドレインリード６１はパッケージ内部において一体形成されており、それによりアイランド部６４が構成される。
ゲートリード６２はパッケージ内部においてゲート端子６５を有する。
３つのソースリード６３はパッケージ内部において一体形成され単一の幅広のソース端子６６を有する。
半導体チップ３０はアイランド部６４にダイボンド材９を介して接着され、そのドレイン電極（図示せず）がアイランド部６４に電気的に接続される。
なお、半導体チップ３０のアイランド部６４の搭載領域に銀メッキが施されていてもよい。
半導体チップ３０の上面上のゲート電極３１とリードフレーム６０のゲート端子６５とはボンディングワイヤ７により接続される。
ソース電極３２とリードフレーム６０のソース端子６６とは銅板５１により接続される。
銅板５１の一端は導電性硬化樹脂１００を介してソース電極３２に、他端は導電性硬化樹脂１００を介してソース端子６６に接合され、銅板５１によってソース電極３２とソース端子６６とを電気的に接続する。
半導体チップ３０、アイランド部６４、ゲート端子６５、ソース端子６６、ボンディングワイヤ７及び銅板５１は、モールド樹脂８によって封止され、パッケージングされる。
モールド樹脂８から露出したリード部分は外部端子を構成する。
【００２５】
前記導電性硬化樹脂１００は、アクリル樹脂等の樹脂を主剤とし、硬化剤及び銀粉等の導電性材料を充填した接着剤である。
特にこの導電性硬化樹脂１００は、熱膨張係数差に起因した熱応力を緩和するために低弾性の導電性硬化樹脂が用いられる。
また、導電性硬化樹脂１００は半導体チップ３０の電極及びリードフレーム６０と、銅板５１とを導通させるものであるため、多くはＡｌを主とする半導体チップ３０の電極を腐食させるような成分をなるべく含有するものであってはならない。
従って、導電性硬化樹脂１００自体のｐＨは、半導体チップ３０の電極を可能な限り腐食させない程度のｐＨに設定される必要がある。
ここで、前記ｐＨは、５〜８の範囲で設定されることが好ましく、さらに好ましくは５．０〜６．５の範囲で設定することが望ましい。
【００２６】
また、銅板５１は、Ｃｕ又はＣｕ合金からなるものである。
銅板に代えてＦｅ−Ｎｉ４２合金等の材料からなる金属板を用いてもよいが、導電性及び放熱性を求める場合にはＣｕ合金からなる金属板を選択することが望ましい。
銅板５１は、図１（ａ）に示すようにパッケージ外寸の半分程度の幅を有する帯状の薄板であって、図１（ｂ）に示すように、ソース電極３２との接合面及びソース端子６６との接合面が平坦に形成され、それらの接合面を繋ぐ中間部分が折り曲げ形成されている。
この銅板５１はプレス加工によって形成することができる。
銅板５１の上面（ソース電極やソース端子と接合する面の反対面）は、封止されるべき樹脂との密着面積を高めるために粗面化されていることが望ましく、底面には導電性向上のために部分銀メッキ５２が施されている。
【００２７】
さらに、本発明に係る半導体装置用導電性硬化樹脂及び半導体装置の一実施の形態において、その効果を上げるためには、少なくとも半導体チップ及び金属板及び配線材の何れか二つと封止される樹脂とが接合されるなどして密着固定されていることが望ましい。
すなわち、銅板５１の上面には、ディンプル（図示せず）等の形成による粗面化処理がなされ、半導体チップ３０及び銅板５１及び配線材の表面にの前記封止樹脂と嵌合する溝部等が形成されることが望ましい。
【００２８】
ここで、前記粗面化処理の一例として挙げたディンプルは、銅板５１に設けられた窪みであって、エッチングや、プレス加工によって形成することができる。
エッチングにより前記ディンプルを形成する場合には、エッチングを完全に行わないハーフエッチングにより形成する。
エッチングを完全に行う場合には、除去される銅が多くなり、銅板５１の抵抗値が上がる。
銅板５１の抵抗値が問題とならない場合には、エッチングを完全に行い、ディンプルに代えてスルーホールを形成しても良い。
スルーホールによってもモールド樹脂８との密着性が向上するからである。
【００２９】
また、銅板５１の底面には、銀メッキ５２が施される。
銀メッキ５２は銅板５１の酸化を防ぎ導電性を維持し、ソース電極３２及びソース端子６６との接触抵抗を下げるためのものである。
銀メッキ５２は、銅板５１の底面の全面には施されず、銅板５１とソース電極３２及びソース端子６６との接合面において、銅板５１及びリードフレームに施される。
一方、銅板５１の上面には銀メッキは施されない。
【００３０】
以上の構造を有する銅板５１が図１に示すような態様で樹脂封止されることにより、モールド樹脂８の一部がディンプルに充填されて硬化するため、銅板５１とモールド樹脂８との密着性が向上し、半導体装置１の信頼性が向上する。
【００３１】
また、銅板５１の粗面化された構造としては、銅板５１の上面をサンドブラスト法や化学研磨等により粗し加工してもよい。
すなわち、銅板５１はその上面に粗し加工面５４を有している。
かかる構造を有する銅板５１が図１に示すような態様で樹脂封止されることにより、モールド樹脂８が銅板５１の素材に接合し、その一部が粗し加工面５３の微少な凹部に充填されて硬化するため、銅板５１とモールド樹脂８との密着性が向上し、半導体装置１の信頼性が向上する。
【００３２】
さらに、前記銅板５１の粗面化の一態様として銅板５１の上面に針状メッキ５５を付着、定着させてもよい。
かかる構造を有する銅板５１が図１に示すような態様で樹脂封止されることにより、モールド樹脂８が銅板５１の素材に接合し、微少な針状メッキ５５の周囲にも充填されて硬化するため、銅板５１とモールド樹脂８との密着性が向上し、半導体装置１の信頼性が向上する。
【００３３】
一方、図１に示すようにリードフレーム６０には段部６７及び溝部６８が設けられている。
これを図２を参照して説明する。図２は本発明の実施の形態１の半導体装置１に用いられるリードフレーム６０のソースリード６３部分を示す部分図である。
図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側面図である。
【００３４】
図２に示すように、ソース端子６６に段部６７が設けられている。ソース端子６６は３本のソースリードが一体化されて幅広に形成されている。
すなわち、パッケージ外形８１と同一方向に長尺に形成されている。
図２に示すように、段部６７は周囲のリード上端より下がった段部である。ソース端子６６を基点としてリードの延設方向に辿ってソースリードを観察した場合に立ち上がった壁面６７ａが形成される。
壁面６７ａはパッケージ外形８１とは平行に、ソースリード６３の延設方向とは垂直に形成されている。
また、３本のソースリード６３の各々に溝部６８が設けられている。
図２（ａ）に示すように、溝部６８はパッケージ外形８１とは平行に、ソースリード６３の延設方向とは垂直に形成されたＶ字状の溝である。
【００３５】
従来のリードフレームは、以上のような段部や溝部がなかっため、ソース端子上に半田ペースト又は導電性硬化樹脂を印刷又は塗布し、その上に金属板を搭載し、リフロー又はキュアするという一連の工程の中で、導電性硬化樹脂がソースリード上をパッケージ外方に向けて流れ、パッケージ外形８１付近まで、又はパッケージ外形８１を超えて広がってしまうことがあった。
そのため、ソースリードとモールド樹脂との密着性を損ね、半導体装置の信頼性を低下させていた。
しかし、本実施形態の半導体装置１によれば、リードフレーム６０に段部６７及び溝部６８が設けられているので、段部６７の底面に印刷又は塗布された半田ペースト又は導電性硬化樹脂がソースリード上を流れ出し広がることを段部６７の壁面６７ａによって阻止することができる。
また、万が一、壁面６７ａを超えて導電性硬化樹脂が流出しても、その流れは溝部６８によって堰き止められる。
その結果、ソースリード６３とモールド樹脂８との密着性は損なわれることなく、半導体装置の信頼性が向上する。
【００３６】
これらの段部６７及び溝部６８はリードフレームのプレス加工時に形成することができる。段部６７はプレス加工時にソース端子６６の一部が潰されて形成された段部であるが、潰さずに折り曲げて段部を形成しても良い。
また、段部６７に代えて段部６７と同位置に断面略Ｕ字状の溝部を形成しても良い。
しかし、溝部とする場合、溝部からの導電性硬化樹脂が溢れだした場合に、ソースリード６３上をパッケージ外方に向けて流れ出すおそれがあるので、上述のような段部とした方が有利である。
段部とする場合は、パッケージ内方側には導電性硬化樹脂の流動を阻止する壁面はないので、余分な導電性硬化樹脂はパッケージ内方側に流動するからである。
【００３７】
また、溝部６８内にモールド樹脂８の一部が充填されて硬化するので、リードに設けられた溝部６８によりリードフレーム６０とモールド樹脂８との密着性が向上する。
そのため、図１に示すようにドレインリード６１及びゲートリード６２にもパッケージ端面付近内部に溝部６８を形成する。
【００３８】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２の半導体装置１につき図３及び図４を参照して説明する。
図３は本発明の実施の形態２の半導体装置１を示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
図４は本発明の実施の形態２の半導体装置１に用いられる銅板５６を示す図である。
図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図、図４（ｃ）は底面図である。
【００３９】
実施の形態２の半導体装置１は、実施の形態１の半導体装置１と同様の構成を有する。しかし、銅板５６に爪部５８が設けられている点で異なる。
銅板５６は実施の形態１における銅板５１と同様に、銀メッキ５７ａ、５７ｂが施される。図４に示すように銀メッキ５７ａ、５７ｂは、銅板５６の底面の全面には施されず、銀メッキ５７ａはソース電極３２との接合面に、銀メッキ５７ｂソース端子６６との接合面に施される。一方、銅板５６の上面には銀メッキは施されない。
銅板５６は実施の形態１における銅板５１と同様の形状を有するが、銅板５６のソースリード６３側の端部には３つの爪部５８が延設されている。この３つの爪部５８は図４（ｂ）に示すように、銅板５６の底面方向に折り曲げ形成されて、銀メッキ５７ｂが施された面より下方に突出している。図３（ａ）及び図４（ａ）において上から２番目と３番目の爪部５８は、３本のソースリード６３の間隔にそれぞれ嵌合する。図３（ａ）及び図４（ａ）において上から１番目の爪部５８は、ゲートリード６２とソースリード６３との間隔に挿入されるが、ゲートリード６２には接触せず、ゲートリード６２とは隔絶し、他の爪部５８とともにソースリード６３に嵌合する。
これらの爪部５８は銅板５６のプレス加工時に形成することができる。
【００４０】
以上の爪部５８を設けたことにより、銅板５６の搭載時に爪部５８をリード間に挿入しソースリード６３に嵌合させることにより、銅板５６を半導体チップ３０のソース電極３２及びソース端子６６上に精度良く配置することができる。
【００４１】
【実施例】
以下に、半導体装置用導電性硬化樹脂及びそれを用いた半導体装置の実施例を説明する。
図１に示すように、半導体装置１は、ＭＯＳＦＥＴを構成する半導体チップ３０をリードフレーム６０に搭載、接合し、金線等のボンディングワイヤ７及び金属板としての銅板５１によって電気的接続をとり、エポキシ樹脂等からなるモールド樹脂８によって封止した８ピンＳＯＰである。 半導体チップ３０は上面にゲート電極３１及び単一の大面積のソース電極３２を有し、底面にドレイン電極（図示せず）を有する。
これらの電極は、アルミニウムで形成した。
リードフレーム６０は、パッケージの相対する２つの側部に突設されるリードを備えており、図上左側部には、４本のドレインリード６１、図上右側部には１本のゲートリード６２及び３本のソースリード６３を備える。
ドレインリード６１はパッケージ内部において一体形成されており、それによりアイランド部６４が構成される。
ゲートリード６２はパッケージ内部においてゲート端子６５を有する。
３つのソースリード６３はパッケージ内部において一体形成され単一の幅広のソース端子６６を有する。
半導体チップ３０はアイランド部６４にダイボンド材９を介して接着され、そのドレイン電極（図示せず）がアイランド部６４に電気的に接続される。
半導体チップ３０のアイランド部６４の搭載領域に銀メッキが施されている。
半導体チップ３０の上面上のゲート電極３１とリードフレーム４０のゲート端子６５とはボンディングワイヤ７により接続される。
ソース電極３２とリードフレーム６０のソース端子６６とは銅板５１により接続される。
銅板５１の一端は導電性硬化樹脂１００を介してソース電極３２に、他端は導電性硬化樹脂１００を介してソース端子６６に接合され、銅板５１によってソース電極３２とソース端子６６とを電気的に接続する。
前記導電性硬化樹脂１００は、アクリル樹脂を主剤とし、硬化剤及び銀粉を充填した接着剤である。
半導体チップ３０、インナーリード（アイランド部６４、ゲート端子６５、ソース端子６６を含む。）、ボンディングワイヤ７及び銅板５１は、モールド樹脂８によって封止され、パッケージングされる。
モールド樹脂８から露出したリード部分（アウターリード）は外部端子を構成する。
【００４２】
表１は、前記半導体装置の信頼性試験を、以下の条件で行った結果を判定した表であり、表１（ａ）は、導電性硬化樹脂の弾性率と金属板の剥離結果との関係を示す表、表１（ｂ）は、導電性硬化樹脂のｐＨと半導体チップの電極の腐食結果を判定した表である。
・温度サイクル試験
条件：＋１５０℃〜−６０℃で３００サイクル
・ＰＣＴ
条件：温度８５℃、湿度８５％、０．２３×１０６Ｐａ、
３８４時間
【表１】
Figure 0003563387
金属板の剥離結果は、目視及び電気特性による剥離判定試験を行い、剥離無しを「〇」、剥離有りを「×」と判定した。
さらに、半導体チップの電極の腐食結果も、電気特性による腐食判定試験を行い、腐食無しを「〇」とし、腐食有りを「×」として判定した。
【００４３】
まず、表１（ａ）に示す半導体装置用導電性硬化樹脂の弾性率とは、硬化後の半導体装置用導電性硬化樹脂を２５℃環境下におけるＤＭＡ法に基づいて計測した弾性率測定結果である。
表１（ａ）に示すように、半導体装置用導電性硬化樹脂の弾性率が２．０×１０９Ｐａ以下の場合は金属板の剥離が確認されなかった。
すなわち、半導体装置用導電性硬化樹脂の弾性率を２．０×１０９Ｐａ以下と設定することによって、外部からの応力に対して金属板の剥離を生じさせることなく、半導体装置としての不具合を発生させることがないと確認された。
ここで、この実施例の結果は、半導体装置用導電性硬化樹脂の弾性率が２．０×１０９Ｐａ以下に設定されることが望ましいことを意味するものであって、表１（ａ）に示すように、その弾性率の有効範囲が２．０×１０９Ｐａ〜３．９×１０９Ｐａにも存在する余地は生じる。
また、表１（ｂ）に示す判定結果において、半導体装置用導電性硬化樹脂のｐＨは、具体的には１２５℃の純水に半導体装置用導電性硬化樹脂を硬化したサンプルを用いて２０倍希釈で２０時間抽出して得られた溶液のｐＨを測定したものである。
この表１（ｂ）によれば、かかる溶液のｐＨが５．０〜６．５のときにＡｌに対する金属腐食が確認されなかった。
さらに、前記溶液のＮａイオン濃度が２ｐｐｍ未満、Ｃｌイオン濃度が３ｐｐｍ未満、Ｐイオン濃度が０．１ｐｐｍ未満であることによってもＡｌに対する金属腐食が確認されなかった。
これは、望ましくは前記溶液中にＮａイオン及びＣｌイオン及びＰイオンが検出されない程度に存在しないことを意味する。
従って、半導体チップの電極にＡｌが採用されていた場合、上記のように作成した溶液のｐＨが５．０〜６．５の範囲内で、かつ前記溶液のＮａイオン濃度が２ｐｐｍ未満、Ｃｌイオン濃度が３ｐｐｍ未満、Ｐイオン濃度が０．１ｐｐｍ未満であることによって半導体チップの電極への腐食による不具合を解消することができるといえる。
尚本願は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、バイポーラ素子でも使用できることも、勿論できる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る半導体装置用導電性硬化樹脂及び半導体装置によれば製品の信頼性試験として許容する範囲の温度サイクル試験及びＰＣＴにおいて、金属板及びリード端子及び半導体チップの接触抵抗が増大することなく、金属板の剥離及び半導体チップの電極の腐食を防ぐことができる。
従って、封止樹脂の密着性、封止樹脂による密閉性（封止性）が向上し水分やガス等の侵入を防ぎ、半導体装置の信頼性並びに歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置用導電性硬化樹脂及び半導体装置の一実施の形態における半導体装置の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１の半導体装置に用いられるリードフレームのソースリード部分を示す部分図である。
【図３】本発明の実施の形態２の半導体装置を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２の半導体装置に用いられる銅板５６を示す図である。
【図５】半導体装置の従来の構成を示す図である。
１ 半導体装置
８ モールド樹脂
１０ 半導体チップ
３０ 半導体チップ
３２ ソース電極
４０ リードフレーム
５０ 金属板
５１ 銅板
５６ 銅板
６０ リードフレーム
６３ ソースリード
６７ 段部
６８ 溝部
１００ 半導体装置用導電性硬化樹脂

Claims (12)

  1. 半導体チップの表面に設けられた電極及びリード端子を有する配線材とを金属板によって電気的に導通させるための金属粉末が混入された半導体装置用導電性硬化樹脂において、硬化後の弾性率が２．０×１０９Ｐａ以下であることを
    特徴とする半導体装置用導電性硬化樹脂。
  2. 前記金属粉末がＡｇであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置用導電性硬化樹脂。
  3. 前記半導体装置用導電性硬化樹脂が、エポキシ系又はアクリル系樹脂であることを
    特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置用導電性硬化樹脂。
  4. 前記金属板がＣｕ又はＣｕ合金であることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の半導体装置用導電性硬化樹脂。
  5. 前記半導体装置用導電性硬化樹脂は、硬化したサンプルに対する純水２０倍希釈溶液測定法でｐＨが５．０〜８．０であることを
    特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一に記載の半導体装置用導電性硬化
    樹脂。
  6. 前記半導体装置用導電性硬化樹脂は、Ｎａイオン濃度が２ｐｐｍ未満、Ｃｌイオン濃度が３ｐｐｍ未満、Ｐイオン濃度が０．１ｐｐｍ未満であることを
    特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一に記載の半導体装置用導電性硬化樹脂。
  7. 表面及び裏面に電極が形成された半導体チップと、リード端子を有する配線材と、係る配線材の一端と前記電極とを金属粉末が混入された導電性硬化樹脂を介して電気的に導通せしめる金属板とからなり、前記半導体チップ及び前記金属板及び前記配線材の一部が樹脂封止されてなる半導体装置において、前記導電性硬化樹脂の硬化後の弾性率が２．０×１０９Ｐａ以下である導電性硬化樹脂であることを
    特徴とする半導体装置。
  8. 前記金属粉末がＡｇであることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
  9. 前記半導体装置用導電性硬化樹脂が、エポキシ系又はアクリル系樹脂であることを
    特徴とする請求項７又は請求項８に記載の半導体装置。
  10. 前記金属板がＣｕ又はＣｕ合金であることを特徴とする請求項
    ７又は請求項９に記載の半導体装置。
  11. 前記導電性硬化樹脂は、硬化したサンプルに対する純水２０倍
    希釈溶液測定法によるｐＨが５．０〜８．０であることを特徴とする請求項７乃至
    請求項１０の何れか一に記載の半導体装置。
  12. 前記導電性硬化樹脂のＮａイオン濃度が２ｐｐｍ未満、Ｃｌイオン濃度が３ｐｐｍ未満、Ｐイオン濃度が０．１ｐｐｍ未満であることを特徴とする請求項７乃至請求項１１の何れか一に記載の半導体装置。
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