【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銀ペーストダイボンド材および半導体装置に関するものであり、さらに詳しくは、内部にボイドが起こりにくく耐湿性の高い、すなわち封止樹脂にクラックやはくりが起こりにくい銀ペーストダイボンド材、および電子機器への実装に際して、手間のかかる前処理を要せず、かつはんだ表面実装の加熱に耐え、はんだ表面実装後の耐湿信頼性に富んだ半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トランジスタ、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子は、外部環境からの保護や素子のハンドリングなどの点より、樹脂等で封止されてパッケージングされ、半導体装置とされている。
このようなパッケージングに用いられるパッケージとして、その代表的なものとしては、デュアルインラインパッケージ（ＤＩＰ）がある。
このＤＩＰはピン挿入型のものであり、実装基板に対してそのピンが挿入されることによって取り付けるようになっている。
したがって、このＤＩＰでパッケージングされた半導体装置は、実装基板への取り付けが非常に容易なものとなっている。
【０００３】
ところが近年では、ＬＳＩチップ等を搭載した半導体装置の高集積化、高速化が進み、加えて、電子装置の小型化、高機能化への要求から、実装の高密度化も進んでいる。
このような観点から近年では、前記ＤＩＰのようなピン挿入型のパッケージに代え、表面実装用パッケージが主流になってきている。
この種のパッケージを用いた半導体装置は、平面的にピンが取り出せるようになっていることから薄い、軽い、小さいという特徴を備えており、したがって実装基板に対する占有面積が小さくてすむという利点を備えている他、基板に対する両面実装も可能であるという長所をも有している。
【０００４】
図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は、表面実装用パッケージを用いた半導体装置の概略構成図である。
図１において、半導体素子１は、ダイパッド２上に固定され、その周囲は封止樹脂５により封止されている。
半導体素子１とダイパッド２との固定は、ダイボンド材硬化体６により行われる。ダイボンド材としては、例えば有機成分を含む銀ペーストダイボンド材などが通常使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、表面実装用パッケージを用いた半導体装置では、水分が封止樹脂５を通ってパッケージ内に浸入し、半導体素子１の表面や、ダイボンド材硬化体６や、ダイパッド２の裏面に滞留することがある。
とくにダイボンド材硬化体６の内部にボイドが存在すると、パッケージ内に浸入した水分は、このボイド内に浸透して滞留し、赤外線リフロー等を用いるはんだ表面実装における加熱時、この滞留水分が気化し、その蒸気圧により図２に示すように半導体素子１とダイパッド２をそれぞれ上下に押しやり、パッケージの封止樹脂５に横方向のクラックやはくりを生じさせてしまうという欠点がある。なお、図２中符号３はインナーリード、４はアウターリードである。
【０００６】
このような問題に対する解決策として、半導体素子１をパッケージで封止した後、得られる半導体装置全体を防湿梱包し、表面実装の直前に開封して使用する方法や、表面実装の直前に前記半導体装置を１００℃で２４時間乾燥させ、その後はんだ実装を行うといった方法が提案され、既に実施されている。
しかしながら、このような前処理方法を採用した場合には、製造工程が長くなり、手間もかかるといった新たな不都合がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、内部にボイドが起こりにくく耐湿性の高い、すなわち封止樹脂にクラックやはくりが起こりにくい銀ペーストダイボンド材を提供することにある。
また、本発明の目的は、電子機器への実装に際して、上記のような手間のかかる前処理を要せず、かつはんだ表面実装の加熱に耐え、はんだ表面実装後の耐湿信頼性に富んだ半導体装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は鋭意研究を重ねた結果、上述の課題を解決するに至った。
すなわち本発明は、下記一般式（１）で表される２，２’−ジグリシドキシジフェニルメタンを全エポキシ成分の５０〜１００モル％含むエポキシ樹脂、および下記一般式（２）で表されるフェノール化合物を有機成分として含んでなることを特徴とする銀ペーストダイボンド材を提供するものである。
【０００８】
【化７】
【０００９】
【化８】
【００１０】
（式中、ｎは繰り返し数を示す）
【００１１】
また本発明は、粘度調整用の有機溶剤および下記一般式（３）で表される単官能エポキシ化合物を実質上含まないことを特徴とする前記の銀ペーストダイボンド材を提供するものである。
【００１２】
【化９】
【００１３】
（式中、Ｒ1 はＨ、ＣＨ3 、Ｃ2 Ｈ5 、Ｃ3 Ｈ7 またはＣ4 Ｈ9 を示す）
【００１４】
さらに本発明は、半導体素子と、前記半導体素子を固定するためのダイパッドと、前記半導体素子および前記ダイパッド間に設けられるダイボンド材硬化体とを備えてなる半導体装置において、前記ダイボンド材硬化体が、上記一般式（１）で表される２，２’−ジグリシドキシジフェニルメタンを全エポキシ成分の５０〜１００モル％含むエポキシ樹脂、および上記一般式（２）で表されるフェノール化合物を有機成分として含んでなる銀ペーストダイボンド材の硬化体であることを特徴とする半導体装置を提供するものである。
【００１５】
このような構成からなる銀ペーストダイボンド材は、例えば図１に示した半導体装置において、半導体素子１をダイパッド２上に固定するためのダイボンド材として好適に用いることができ、また、これ以外にも各種の電子部品を電子装置に組み込む際の接着材として広く用いることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の銀ペーストダイボンド材は、前記一般式（１）で表される２，２’−ジグリシドキシジフェニルメタンを全エポキシ成分の５０〜１００モル％含むエポキシ樹脂を含むものである。２，２’−ジグリシドキシジフェニルメタンの使用量が５０モル％未満では、本発明の所望する効果の発現が乏しくなる。
また、前記一般式（２）で示されるフェノール化合物としては、とくに制限されないが、工業的に市販されているレゾール樹脂またはフェノールノボラック樹脂を好適に用いることができる。
なお、銀ペーストダイボンド材の硬化体の優れた特性を維持するために、本発明のおいては重合度ｎは１〜５０が好ましい。
またフェノール化合物の使用量は、エポキシ樹脂のエポキシ基総量Ｃ（モル数）に対して、該フェノール化合物の水酸基総量Ｄ（モル数）を下記条件内で調整することが望ましい。
【００１７】
０．３×Ｃ ≦ Ｄ ≦ Ｃ
【００１８】
さらに本発明においては、粘度調整用の有機溶剤および上記一般式（３）で表される単官能エポキシ化合物を含まないことが望ましい。
通常ダイボンドペーストは、その作業性を改善するため粘度を低く設定する必要があり、従来は、粘度調整のため、有機溶剤または一般式（３）で示されるような単官能エポキシ化合物を使用するのが一般的であった。
ところが、有機溶剤または単官能エポキシ化合物は、ダイボンドペーストの熱硬化工程で揮発しやすく、硬化体内にボイドを発生し、前述のパッケージのクラック発生原因となる水分の貯蔵庫を作ってしまうことを本発明者は見いだした。
さらに単官能エポキシ化合物を使用した場合はとくに、架橋密度の低下を招きダイボンド材としての耐熱性を低下させて好ましくないことも分かった。
【００１９】
ジグリシドキシジフェニルメタンには、その構造異性体に、２，２' −ジグリシドキシジフェニルメタン、３，３' −ジグリシドキシジフェニルメタン、４，４' −ジグリシドキシジフェニルメタンがあり、いずれもダイボンドペースト用途に使用可能である。
これら化合物中で２，２' −ジグリシドキシジフェニルメタンの粘度が極めて低く、粘度調整用の有機溶剤または単官能エポキシ化合物を含むことなくダイボンドペーストの調整が可能となる。
【００２０】
通常銀ペーストダイボンド材は、工業的に市販されているフレーク状の銀粉を混合させ、ペースト化されて使用されるが、本発明において、銀粉の配合量は６０〜８５重量％とするのが好ましい。６０重量％未満であると導電性が不十分となり、８５重量％を超えると接着性が低下して好ましくない。
また、本発明の銀ペーストダイボンド材は、従来から通常用いられているその他の成分を、必要に応じて適宜選択・適用することができる。
銀ペーストダイボンド材は、温度制御が可能なオーブンで加熱硬化して通常使用される。
本発明の銀ペーストダイボンド材は、粘度調整のための有機溶剤または単官能エポキシ化合物を使用しないため、ボイドの発生が少なく、オーブンによる加熱硬化だけでなく、ヒートブロックを使用した速硬化インラインキュアも可能になる。
本発明の銀ペーストダイボンド材によれば、その硬化体内部にボイドの発生がなく高い耐熱性を有するものとなり、したがって耐湿性は高いものとなる。
【００２１】
また本発明の半導体装置は、図１に示すように半導体素子１と、この半導体素子１を固定するためのダイパッド２と、半導体素子１およびダイパッド２間に設けられるダイボンド材硬化体６とを備え、ダイボンド材硬化体６が、前記一般式（１）で表される２，２’−ジグリシドキシジフェニルメタンを全エポキシ成分の５０〜１００モル％含むエポキシ樹脂、および前記一般式（２）で表されるフェノール化合物を含んでなり、望ましくは粘度調整用の有機溶剤および前記一般式（３）で表される単官能エポキシ化合物を含まないことを特徴とする銀ペーストダイボンド材の硬化体である。
そのため、この銀ペーストダイボンド材の硬化体の内部にボイドの発生がないことによって、硬化体の吸湿の度合が低く抑えられ、したがって、はんだ表面実装時の吸湿水分が極めて少なくなり、パッケージのクラック発生が抑えられる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明を実施例および比較例によりさらに具体的に説明する。
まず、本発明の銀ペーストダイボンド材の実施例として表１に示す銀ペーストと比較例として表１に示す銀ペーストをそれぞれ調製した。表１中、２Ｐ４ＭＨＺは２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールであり、ＤＢＵはジアザビシクロウンデセンである。なお表１において数値は配合量であり、単位は重量部である。
【００２３】
【表１】
【００２４】
得られた銀ペーストの粘度は、東機産業（株）製Ｅ型粘度計で測定したが、２５℃でいずれも１５０ポイズであった。
【００２５】
これら実施例および比較例で作成した銀ペーストを、リードフレームのダイパッド（銅材）上に適量塗布し、厚さ０．５mmの７mm×７mmのガラス板を半導体素子の代わりとしてダイボンドマウント後、１６０℃の熱板（ホットプレート）上で熱硬化して表２の結果を得た。
【００２６】
【表２】
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の銀ペーストダイボンド材は、その硬化体内部にボイドの発生がなく高い耐熱性を有するものとなることから、例えばこれを半導体素子固定用に用いた場合、パッケージにクラックが発生することを防止することができ、各種電子装置の耐湿信頼性を向上させることができる。
本発明の半導体装置は、ダイパッド上の半導体素子を固定するための銀ペーストダイボンド材として前記のものを用いたものであるから、この銀ペーストダイボンド材の硬化体の内部にボイドの発生がないことによって、硬化体の吸湿の度合が低く抑えられ、したがって、はんだ表面実装時に、吸湿された水分の蒸気圧の抑制に起因するパッケージのクラック発生が防止ができる。
したがって、本発明の半導体装置は、耐パッケージクラック性、すなわち耐湿信頼性が従来に比べて大幅に向上し、これにより電子機器への実装に際して前処理を必要としない、高い信頼性を有するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体装置の概略構成図である。
【図２】従来の半導体装置の課題を説明するための図である。
【符号の説明】
１……半導体素子、２……ダイパッド、５……封止樹脂、６……ダイボンド材硬化体。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a silver paste die bond material and a semiconductor device. More specifically, the present invention relates to a silver paste die bond material that is less likely to cause voids inside and has high moisture resistance, that is, less likely to cause cracking or peeling in a sealing resin, and an electronic device. The present invention relates to a semiconductor device that does not require time-consuming pretreatment for mounting on a device, can withstand the heating of solder surface mounting, and has high moisture resistance reliability after solder surface mounting.
[0002]
[Prior art]
Semiconductor elements such as transistors, ICs, and LSIs are sealed and packaged with a resin or the like from the viewpoints of protection from the external environment, element handling, and the like to form a semiconductor device.
As a typical package used for such packaging, there is a dual in-line package (DIP).
This DIP is of a pin insertion type, and is attached by inserting the pin into the mounting substrate.
Therefore, the semiconductor device packaged by the DIP is very easy to attach to the mounting substrate.
[0003]
However, in recent years, higher integration and higher speed of semiconductor devices mounted with LSI chips and the like have progressed, and in addition, due to demands for downsizing and higher functionality of electronic devices, mounting density has also been increasing.
From this point of view, in recent years, surface mount packages have become mainstream in place of the pin insertion type packages such as the DIP.
A semiconductor device using this type of package has features that it is thin, light, and small because pins can be taken out in a plane, and therefore has the advantage that the area occupied by the mounting substrate can be small. In addition, it has the advantage that it can be mounted on both sides of the board.
[0004]
This will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a semiconductor device using a surface mounting package.
In FIG. 1, a semiconductor element 1 is fixed on a die pad 2 and its periphery is sealed with a sealing resin 5.
The semiconductor element 1 and the die pad 2 are fixed by the die bond material cured body 6. As the die bond material, for example, a silver paste die bond material containing an organic component is usually used.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a semiconductor device using a surface mounting package, moisture enters the package through the sealing resin 5 and stays on the front surface of the semiconductor element 1, the die bond material cured body 6, or the back surface of the die pad 2. There is.
In particular, when voids exist inside the die bond material cured body 6, the moisture that has entered the package penetrates and stays in the voids, and the retained moisture vaporizes during heating in solder surface mounting using infrared reflow or the like. The vapor pressure causes the semiconductor element 1 and the die pad 2 to be pushed up and down as shown in FIG. 2 to cause lateral cracks and peeling in the sealing resin 5 of the package. In FIG. 2, reference numeral 3 is an inner lead, and 4 is an outer lead.
[0006]
As a solution to such a problem, after the semiconductor element 1 is sealed with a package, the resulting semiconductor device is packaged in a moisture-proof manner and opened and used immediately before surface mounting. A method of drying the apparatus at 100 ° C. for 24 hours and then performing solder mounting has been proposed and already implemented.
However, when such a pretreatment method is adopted, there is a new inconvenience that a manufacturing process becomes long and takes time and effort.
The present invention has been made in view of such circumstances, and the object of the present invention is to provide a silver paste die-bonding material that is less likely to cause voids inside and has high moisture resistance, i.e., less likely to cause cracking or peeling in the sealing resin. It is to provide.
Another object of the present invention is to provide a semiconductor having high moisture resistance and reliability after solder surface mounting without requiring the above-described time-consuming pretreatment when mounting on an electronic device. To provide an apparatus.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies, the present inventor has solved the above-mentioned problems.
That is, the present invention relates to an epoxy resin containing 50 to 100 mol% of 2,2′-diglycidoxydiphenylmethane represented by the following general formula (1) and a phenol represented by the following general formula (2). A silver paste die-bonding material comprising a compound as an organic component is provided.
[0008]
[Chemical 7]
[0009]
[Chemical 8]
[0010]
(Where n represents the number of repetitions)
[0011]
Moreover, this invention provides the said silver paste die-bonding material characterized by not containing substantially the organic solvent for viscosity adjustment, and the monofunctional epoxy compound represented by following General formula (3).
[0012]
[Chemical 9]
[0013]
(In the formula, R 1 represents H, CH 3 , C 2 H 5 , C 3 H 7 or C 4 H 9 )
[0014]
Furthermore, the present invention provides a semiconductor device comprising a semiconductor element, a die pad for fixing the semiconductor element, and a die bond material cured body provided between the semiconductor element and the die pad. An epoxy resin containing 50 to 100 mol% of 2,2′-diglycidoxydiphenylmethane represented by the general formula (1) and a phenol compound represented by the general formula (2) as an organic component. The present invention provides a semiconductor device characterized by being a hardened body of a silver paste die bond material.
[0015]
The silver paste die-bonding material having such a configuration can be suitably used as a die-bonding material for fixing the semiconductor element 1 on the die pad 2 in the semiconductor device shown in FIG. 1, for example. It can be widely used as an adhesive when various electronic components are incorporated into an electronic device.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The silver paste die-bonding material of the present invention contains an epoxy resin containing 50 to 100 mol% of 2,2′-diglycidoxydiphenylmethane represented by the general formula (1). When the amount of 2,2′-diglycidoxydiphenylmethane used is less than 50 mol%, the desired effect of the present invention is poorly expressed.
In addition, the phenol compound represented by the general formula (2) is not particularly limited, but an industrially commercially available resol resin or phenol novolac resin can be suitably used.
In addition, in order to maintain the outstanding characteristic of the hardening body of a silver paste die-bonding material, 1-50 are preferable for the polymerization degree n in this invention.
The amount of the phenol compound used is preferably adjusted within the following conditions with respect to the total hydroxyl group amount D (number of moles) of the phenol compound with respect to the total epoxy group amount C (number of moles) of the epoxy resin.
[0017]
0.3 × C ≦ D ≦ C
[0018]
Furthermore, in this invention, it is desirable not to contain the organic solvent for viscosity adjustment, and the monofunctional epoxy compound represented by the said General formula (3).
Usually, the die bond paste needs to have a low viscosity in order to improve its workability. Conventionally, an organic solvent or a monofunctional epoxy compound represented by the general formula (3) is used for viscosity adjustment. Was common.
However, the present invention shows that the organic solvent or the monofunctional epoxy compound easily volatilizes in the thermosetting process of the die bond paste, generates voids in the cured body, and creates a moisture storage that causes cracks in the package. Found.
Furthermore, it was also found that the use of a monofunctional epoxy compound is particularly undesirable because it leads to a reduction in the crosslinking density and the heat resistance as a die bond material.
[0019]
Diglycidoxydiphenylmethane includes 2,2'-diglycidoxydiphenylmethane, 3,3'-diglycidoxydiphenylmethane, and 4,4'-diglycidoxydiphenylmethane as structural isomers. Can be used.
Among these compounds, the viscosity of 2,2′-diglycidoxydiphenylmethane is extremely low, and it is possible to adjust the die bond paste without including an organic solvent for viscosity adjustment or a monofunctional epoxy compound.
[0020]
Usually, the silver paste die-bonding material is used after being mixed with a commercially available flaky silver powder and made into a paste. In the present invention, the amount of silver powder is preferably 60 to 85% by weight. . If it is less than 60% by weight, the conductivity becomes insufficient, and if it exceeds 85% by weight, the adhesiveness is lowered, which is not preferable.
Moreover, the silver paste die-bonding material of this invention can select and apply suitably other components normally used conventionally as needed.
The silver paste die-bonding material is usually used after being heated and cured in an oven capable of controlling the temperature.
Since the silver paste die-bonding material of the present invention does not use an organic solvent or a monofunctional epoxy compound for viscosity adjustment, the generation of voids is small, and not only heat curing by an oven but also rapid curing in-line curing using a heat block It becomes possible.
According to the silver paste die-bonding material of the present invention, voids are not generated inside the cured body and the heat resistance is high, and therefore the moisture resistance is high.
[0021]
Further, as shown in FIG. 1, the semiconductor device of the present invention includes a semiconductor element 1, a die pad 2 for fixing the semiconductor element 1, and a die bond material cured body 6 provided between the semiconductor element 1 and the die pad 2. The die bond material cured body 6 is represented by the epoxy resin containing 50 to 100 mol% of 2,2′-diglycidoxydiphenylmethane represented by the general formula (1), and the general formula (2). A cured product of a silver paste die-bonding material, characterized in that it does not contain an organic solvent for viscosity adjustment and a monofunctional epoxy compound represented by the general formula (3).
Therefore, the absence of voids inside the hardened body of this silver paste die bond material suppresses the degree of moisture absorption of the hardened body, and therefore, moisture absorption during solder surface mounting is extremely low, resulting in package cracking. Is suppressed.
[0022]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples.
First, the silver paste shown in Table 1 as an example of the silver paste die-bonding material of the present invention and the silver paste shown in Table 1 as a comparative example were prepared, respectively. In Table 1, 2P4MHZ is 2-phenyl-4-methyl-5-hydroxymethylimidazole, and DBU is diazabicycloundecene. In Table 1, the numerical values are blending amounts, and the unit is parts by weight.
[0023]
[Table 1]
[0024]
The viscosity of the obtained silver paste was measured with an E-type viscometer manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd., and it was 150 poise at 25 ° C.
[0025]
An appropriate amount of the silver paste prepared in these examples and comparative examples was applied on the die pad (copper material) of the lead frame, and after die bonding mounting using a 7 mm × 7 mm glass plate having a thickness of 0.5 mm instead of the semiconductor element, 160 The results shown in Table 2 were obtained by thermosetting on a hot plate at 0 ° C.
[0026]
[Table 2]
[0027]
【The invention's effect】
As described above, since the silver paste die-bonding material of the present invention has high heat resistance without generation of voids in the cured body, for example, when this is used for fixing semiconductor elements, it is used as a package. The occurrence of cracks can be prevented, and the moisture resistance reliability of various electronic devices can be improved.
Since the semiconductor device of the present invention uses the above-described silver paste die-bonding material for fixing the semiconductor element on the die pad, no voids are generated inside the cured body of the silver paste die-bonding material. As a result, the degree of moisture absorption of the cured body can be kept low, and therefore the occurrence of cracks in the package due to the suppression of the vapor pressure of the moisture absorbed can be prevented when the solder surface is mounted.
Therefore, the semiconductor device of the present invention has a package crack resistance, that is, a moisture resistance reliability significantly improved as compared with the conventional one, and thereby has high reliability that does not require pretreatment when mounted on an electronic device. Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a semiconductor device.
FIG. 2 is a diagram for explaining a problem of a conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor element, 2 ... Die pad, 5 ... Sealing resin, 6 ... Die-bonding material hardening body.
