JP4839041B2 - 絶縁性液状ダイボンディング剤および半導体装置 - Google Patents

絶縁性液状ダイボンディング剤および半導体装置 Download PDF

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Description

本発明は、半導体チップのアクティブ面と該半導体チップ取り付け部材を接合するための絶縁性液状ダイボンディング剤、およびこのダイボンディング剤を用いてなる半導体装置に関する。
半導体チップと該半導体チップ取り付け部材を接合するための絶縁性液状ダイボンディング剤において、前記半導体チップと該半導体チップ取り付け部材との絶縁性を確保したり、ダイボンディング後の半導体チップへのワイヤボンダビリティを損なわないようにするため、粒子径５０〜１００μｍの金属酸化物、金属窒化物、ガラス等の無機絶縁物の１種または２種以上を少なくとも５質量％絶縁粒子として含有する絶縁性液状ダイボンディング剤（特許文献１参照）、あるいは一分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン、一分子中に少なくとも２個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサン、ケイ素原子結合アルコキシ基を有する有機ケイ素化合物、粒子径が１０〜１００μｍであり、その長短径比が１.０〜１.５である有機質または無機質球状充填剤、および白金または白金系化合物からなる絶縁性液状ダイボンディング剤（特許文献２参照）が提案されている。
このような絶縁性液状ダイボンディング剤においては、半導体チップと該半導体チップ取り付け部材との絶縁性を確保したり、ダイボンディング後の半導体チップへのワイヤボンダビリティを損なわないようにするため、比較的硬質の充填剤を含有するが、このような絶縁性液状ダイボンディング剤を、半導体チップのアクティブ面を該半導体チップ取り付け部材に接合するフェースダウンタイプの半導体装置に適用すると、該半導体装置がヒートサイクルを受けた際に、前記半導体チップのアクティブ面に損傷を生じ、前記半導体装置の信頼性が著しく低下するという恐れがある。
一方、球状シリコーンゴム粒子を含有するシリコーンゴム組成物は公知であるが（特許文献３、４参照）、これらはいずれも導電性金属粒子を含有するものであり、このような導電性シリコーンゴム組成物を半導体チップのアクティブ面を該半導体チップ取り付け部材に接合するフェースダウンタイプのワイヤーボンド型半導体装置に適用することはできない。
本発明者らは、このような球状シリコーンゴム粒子を含有する導電性シリコーンゴム組成物において、導電性金属粒子を除くことにより絶縁性のダイボンディング剤とすることを試みたが、半導体チップ取り付け部材にスクリーン印刷しようとする際、シリコーンゴム組成物が塗布部分の周辺部に流れ出してボンディングパッドを汚染し、その結果、ワイヤーボンド不良が発生したり、半導体チップとダイボンディング剤の界面に気泡がトラップされてしまい、ボイド不良が発生しやすいという問題があることに気づいた。
特開平７−１４８５９号公報 特開平７−２９２３４３号公報 特開２０００−３８５１０号公報 特開２００３−２９２７８１号公報
本発明の目的は、半導体チップのアクティブ面と該半導体チップ取り付け部材を接合する絶縁性液状ダイボンディング剤であって、半導体チップのアクティブ面を損傷する恐れがなく、スクリーン印刷作業性に優れ、半導体チップとダイボンディング剤の界面にボイドが生じ難く、さらにワイヤーボンド性を損なわない絶縁性液状ダイボンディング剤、および信頼性に優れる半導体装置を提供することにある。
本発明の絶縁性液状ダイボンディング剤は、半導体チップのアクティブ面と該半導体チップ取り付け部材を接合するダイボンディング剤であって、
（Ａ）（ａ−１）式：Ｒ1 3ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：Ｒ1 2Ｒ2ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：ＳiＯ4/2で示されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサンレジン（式中、Ｒ1はアルケニル基以外の一価炭化水素基であり、Ｒ2はアルケニル基である。）と（ａ−２）一分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有する直鎖状オルガノポリシロキサンの混合物｛但し、（ａ−１）成分と（ａ−２）成分の質量比は３０：７０〜６０：４０である。｝ １００質量部、
（Ｂ）一分子中に少なくとも２個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサン｛（Ｂ）成分の含有量は、（Ａ）成分中のアルケニル基１モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が０.１〜１０モルとなる量である。｝、
（Ｃ）ケイ素原子結合アルコキシ基を有する有機ケイ素化合物 ０.１〜１０質量部、
（Ｄ）平均粒子径が０.１〜５０μｍであり、ＪＩＳ Ｋ ６２５３に規定のタイプＡデュロメータ硬さが８０以下である絶縁性球状シリコーンゴム粒子 ５〜５０質量部、
および
（Ｅ）ヒドロシリル化反応用触媒 触媒量
から少なくともなることを特徴とする。
また、本発明の半導体装置は、半導体チップのアクティブ面と該半導体チップ取り付け部材が上記の絶縁性液状ダイボンディング剤により接合されてなることを特徴とする。
本発明の絶縁性液状ダイボンディング剤は、半導体チップのアクティブ面を損傷する恐れがなく、スクリーン印刷作業性に優れ、半導体チップとダイボンディング剤の界面にボイドが生じ難く、さらにワイヤーボンド性を損なわないという特徴がある。
また、本発明の半導体装置は、このような絶縁性液状ダイボンディング剤を用いているので、信頼性が優れるという特徴がある。
はじめに、本発明の絶縁性液状ダイボンディング剤について詳細に説明する。
（Ａ）成分は本ダイボンディング剤の主剤であり、（ａ−１）アルケニル基を有するオルガノポリシロキサンレジンと（ａ−２）一分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有する直鎖状オルガノポリシロキサンの混合物である。（ａ−１）成分はレジン状の分子構造を有し、式：Ｒ1 3ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：Ｒ1 2Ｒ2ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：ＳiＯ4/2で示されるシロキサン単位からなる。上式中、Ｒ1はアルケニル基以外の一価炭化水素基であり、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基等のアルキル基；フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基；ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基；クロロメチル基、３−クロロプロピル基、３,３,３−トリフロロプロピル基等のハロ置換アルキル基が例示される。また、上式中、Ｒ2はアルケニル基であり、具体的には、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基が例示される。
このような（ａ−１）成分のオルガノポリシロキサンレジンとしては、(ＣＨ3)3ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：(ＣＨ3)2(ＣＨ2＝ＣＨ)ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：ＳiＯ4/2で示されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサン共重合体、(Ｃ6Ｈ5)(ＣＨ3)2ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：(ＣＨ3)2(ＣＨ2＝ＣＨ)ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：ＳiＯ4/2で示されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサン共重合体が例示される。
また、（ａ−２）成分は直鎖状の分子構造を有するオルガノポリシロキサンである。（а−２）成分中のアルケニル基としては、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基が例示され、好ましくはビニル基である。このアルケニル基の結合位置は特に限定されず、例えば、分子鎖末端および／または分子鎖側鎖が挙げられる。（а−２）成分中のアルケニル基以外のケイ素原子結合有機基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基等のアルキル基；フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基；ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基；クロロメチル基、３−クロロプロピル基、３,３,３−トリフロロプロピル基等のハロ置換アルキル基が例示され、好ましくはメチル基、フェニル基である。
このような（ａ−２）成分のオルガノポリシロキサンとしては、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖メチルビニルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体が例示される。
（ａ−２）成分の粘度は特に限定されないが、２５℃における粘度が１０〜１,０００,０００ｍＰａ・ｓの範囲内であることが好ましく、さらには、１００〜１００,０００ｍＰａ・ｓの範囲内であることが好ましい。これは、（ａ−２）成分の２５℃における粘度が上記範囲の下限未満であると、得られるダイボンディング剤が印刷後に塗布部分周辺に流れ出し、ワイヤーボンドパッドを汚染してワイヤーボンド不良を引き起こす恐れがあるからであり、一方、上記範囲の上限を超えると、得られるダイボンディング剤の取扱作業性が低下する傾向があるためである。
（Ａ）成分は、（ａ−１）成分と（ａ−２）成分とからなり、その質量比は３０：７０〜６０：４０の範囲内である。これは、（ａ−１）成分の質量比率が上記範囲の下限未満であると、得られるダイボンディング剤の硬化物の物理強度が低下する傾向があるからであり、一方、上記範囲の上限を超えると、得られるダイボンディング剤の硬化物の伸びが小さくなりすぎる傾向があるからである。
（Ｂ）成分は本ダイボンディング剤の硬化剤であり、一分子中に少なくとも２個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサンである。（Ｂ）成分中のケイ素原子結合水素原子の結合位置は特に限定されず、例えば、分子鎖末端および／または分子鎖側鎖が挙げられる。（Ｂ）成分中のケイ素原子結合有機基として具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基等のアルキル基；フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基；ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基；クロロメチル基、３−クロロプロピル基、３,３,３−トリフロロプロピル基等のハロ置換アルキル基が例示され、好ましくはメチル基、フェニル基である。このような（Ｂ）成分の分子構造は特に限定されず、例えば、直鎖状、分岐鎖状、環状、網状、一部分岐を有する直鎖状が挙げられ、好ましくは直鎖状である。
このような（Ｂ）成分のオルガノポリシロキサンとしては、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体、分子鎖両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖メチルフェニルポリシロキサン、式：Ｒ1 3ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：Ｒ1 2ＨＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：ＳiＯ4/2で示されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサン共重合体、Ｒ1 2ＨＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位とＳiＯ4/2で示されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサン共重合体、式：Ｒ1ＨＳiＯ2/2で示されるシロキサン単位と式：Ｒ1ＳiＯ3/2で示されるシロキサン単位またはＨＳiＯ3/2で示されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサン共重合体、およびこれらのオルガノポリシロキサンの二種以上の混合物が例示される。式中、Ｒ1はアルケニル基以外の一価炭化水素基であり、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基等のアルキル基；フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基；ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基；クロロメチル基、３−クロロプロピル基、３,３,３−トリフロロプロピル基等のハロ置換アルキル基が例示される。
（Ｂ）成分の粘度は特に限定されないが、２５℃における粘度が１〜５００,０００ｍＰａ・ｓの範囲内であることが好ましく、さらに５〜１００,０００ｍＰａ・ｓの範囲内であることが好ましい。これは、（Ｂ）成分の２５℃における粘度が上記範囲の下限未満であると、得られるダイボンディング剤の硬化物の機械的強度が低下する傾向があり、一方、上記範囲の上限を超えると、得られるダイボンディング剤の取扱作業性が低下する傾向があるからである。
（Ｂ）成分の含有量は、（Ａ）成分中のアルケニル基１モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が０.１〜１０モルの範囲内となる量であり、好ましくは、０.１〜５モルの範囲内となる量であり、特に好ましくは、０.１〜３モルの範囲内となる量である。これは、（Ａ）成分中のアルケニル基１モルに対して（Ｂ）成分中のケイ素原子結合水素原子が上記範囲の下限未満であると、得られるダイボンディング剤が十分に硬化しなくなる傾向があるからであり、一方、上記範囲の上限を超えると、得られるダイボンディング剤の硬化物の物理的特性が経時的に変化する傾向があるからである。
（Ｃ）成分は本ダイボンディグ剤を硬化して得られる硬化物の接着性を向上するための成分であり、ケイ素原子結合アルコキシ基を有する有機ケイ素化合物である。このような（Ｃ）成分の有機ケイ素化合物としては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、メチルフェニルジエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物および式：
Figure 0004839041
 、式：
Figure 0004839041
 、式：
Figure 0004839041
 、式：
Figure 0004839041
 、式：
Figure 0004839041
 、式：
Figure 0004839041
 、式：
Figure 0004839041
 （式中、ａは１以上の整数であり、ｂは１以上の整数である。）
で表されるシロキサン化合物が挙げられる。このような（Ｃ）成分の有機ケイ素化合物の内、得られる硬化物の接着性が特に優れていることから、（Ｃ）成分の有機ケイ素化合物としては、一分子中に、ケイ素原子結合アルコキシ基とケイ素原子結合アルケニル基もしくはケイ素原子結合水素原子を有する有機ケイ素化合物であることが好ましい。
（Ｃ）成分の含有量は、（Ａ）成分１００質量部に対して０.１〜１０質量部の範囲内であることが必要であり、さらに０.５〜３.０質量部の範囲内であることが好ましい。これは、(Ｃ)成分の含有量が上記範囲の下限未満であると、得られるダイボンディグ剤の硬化物が十分な接着性を示さなくなるからであり、一方上記範囲の上限を超えると、得られるダイボンディング剤の貯蔵安定性が悪化するためである。
（Ｄ）成分は、本ダイボンディング剤の粘度、チクソ性をスクリーン印刷に適当な値に調整するための成分であるとともに、本ダイボンディング剤に含有されることにより、半導体チップのアクティブ面を損傷する恐れのない程度に軟質な充填剤として作用する絶縁性球状シリコーンゴム粒子である。（Ｄ）成分の平均粒子径が０.１〜５０μｍの範囲内であり、好ましくは１〜３０μｍの範囲内である。これは、平均粒子径が上記範囲の下限未満であると、得られるダイボンディング剤により半導体チップを該半導体チップ取り付け部材に接合した際に、その界面のボイド不良を発生する傾向があり、一方、上記範囲の上限を超えると、本ダイボンディング剤を製造後の異物除去工程におけるろ過性が低下する傾向があるからである。また、（Ｄ）成分は凝集した状態で本ダイボンディング剤に配合することにより、しばしば良い結果を生じるようである。これは、凝集した絶縁性球状シリコーンゴム粒子が、本ダイボンディング剤中でも凝集状態を持続し、これが、半導体チップのアクティブ面の損傷をより低下させるようである。この平均凝集粒子径は、好ましくは、１〜１００μｍの範囲内であり、より好ましくは、１〜５０μｍの範囲内である。この平均凝集粒子径は、シリコーンゴム粒子をエタノール中に投入し、超音波分散させた後にレーザー粒度分布計を用いて測定することができる。また、（Ｄ）成分は、半導体チップのアクティブ面を損傷させないために、ＪＩＳ Ｋ ６２５３-1997「加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの硬さ試験方法」に規定のタイプＡデュロメータ硬さが８０以下であることが必要であり、特に、５０以下であることが好ましい。
このような（Ｄ）成分を調製する方法としては、例えば、液状シリコーゴム組成物を界面活性剤により温度０℃〜２５℃の範囲で水中に乳化して水性エマルジョンを形成し、しかる後、前記エマルジョンを温度２５℃以上の水中に分散させて液状シリコーンゴム組成物を粒状に硬化させたり（特開昭６２−２４３６２１号公報；米国特許第４,７４２,１４２号明細書参照）、一分子中にケイ素原子結合ヒドロキシル基を少なくとも２個有するオルガノポリシロキサン、一分子中にケイ素原子結合水素原子を少なくとも２個有するオルガノポリシロキサン、硬化触媒、および一分子中に少なくとも１個の不飽和炭化水素基を有するエポキシ化合物からなるシリコーンゴム組成物を界面活性剤水溶液中に乳化し、次いで高温の液体または気体と接触させてシリコーンゴム組成物を粒状に硬化させたり（特開昭６４−５６７３５号公報；米国特許第４,８４９,５６４号明細書）、一分子中にアルケニル基を少なくとも２個有するオルガノポリシロキサン、一分子中にケイ素原子結合水素原子を少なくとも２個有するオルガノポリシロキサンからなるシリコーンゴム組成物を界面活性剤水溶液中に乳化した後、これに白金系触媒を添加して、シリコーンゴム組成物を粒状に硬化させたり（特開平１０−２９８３０２号公報；米国特許第５,９６９,０３９号明細書参照）、あるいは一分子中に少なくとも２個のシラノール基を有するオルガノポリシロキサン、および架橋剤からなる縮合反応架橋性シリコーンゴム組成物を界面活性剤水溶液中に乳化した後、これに界面活性剤水溶液中に乳化した縮合反応用触媒を添加して、シリコーンゴム組成物を粒状に硬化する方法（特開２００１−２４０６７９号公報参照）等により得られた球状シリコーンゴム粒子の水系サスペンジョンを、スプレードライヤー等で乾燥して球状シリコーンゴム粒子を調製し、次いで、この球状シリコーンゴム粒子を水中あるいはアルカリ水中で攪拌した後、水を除去し、再度、水中で攪拌し、遠心分離機等で脱水し、必要に応じて、低級アルコール溶液中で攪拌した後、遠心分離機等でアルコールを除去し、ドライヤーで乾燥する方法、上記の球状シリコーンゴム粒子の水系サスペンジョンを濾過して、球状シリコーンゴム粒子を回収し、次いで、この球状シリコーンゴム粒子を水中あるいはアルカリ水中で攪拌した後、水を除去し、再度、水中で攪拌し、遠心分離機等で脱水し、必要に応じて、低級アルコール溶液中で攪拌した後、遠心分離機等でアルコールを除去し、ドライヤーで乾燥する方法が挙げられる。
（Ｄ）成分の含有量は（Ａ）成分１００質量部に対して５〜５０質量部の範囲内であることが必要であり、さらに１５〜４０質量部の範囲内であることが好ましい。これは、（Ｄ）成分の含有量が上記範囲の下限未満であると、塗布後の流れ出しによりワイヤーボンドパッドを汚染する恐れがあるからであり、一方、上記範囲の上限を超えると、チクソ性が高くなりすぎて半導体チップとダイボンディング剤の界面にボイドが生じやすくなるためである。
（Ｅ）成分は本ダイボンディング剤の硬化を促進するためのヒドロシリル化反応用触媒である。（Ｅ）成分としては、白金系触媒、ロジウム系触媒、パラジウム系触媒が例示され、好ましくは白金系触媒である。この白金系触媒としては、白金微粉末、白金黒、白金坦持シリカ微粉末、白金坦持活性炭、塩化白金酸、四塩化白金、塩化白金酸のアルコール溶液、白金とオレフィンとの錯体、白金とジビニルテトラメチルジシロキサン等のアルケニルシロキサンとの錯体、これらの白金または白金系化合物を含有してなるポリスチレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂等の粒子径が１０μｍ未満の熱可塑性樹脂粉末が例示される。
（Ｅ）成分の含有量は触媒量であり、例えば、本ダイボンディング剤において（Ｅ）成分中の触媒金属が質量単位で０.１〜５００ｐｐｍの範囲内となる量であることが好ましく、さらに１〜５０ｐｐｍの範囲内となる量であることが好ましい。これは、（Ｅ）成分の含有量が上記範囲の下限未満であると、得られるダイボンディング剤の硬化速度が著しく低下する傾向があるからであり、一方、上記範囲の上限を超えても、硬化速度の著しい向上は見られず、不経済であるからである。
本ダイボンディング剤は、上記（Ａ）成分〜（Ｅ）成分を均一に混合することにより調製することができる。本ダイボンディング剤の２５℃における粘度は１００〜５００Ｐａ・ｓの範囲内であり、好ましくは、１５０〜３００Ｐａ・ｓの範囲内である。これは、本ダイボンディグ剤の粘度が上記範囲の下限未満であると、塗布後の流れ出しによりワイヤーボンドパッドを汚染する恐れがあるからであり、一方、上記範囲の上限を超えると、ボイドを生じやすくなくためである。
また、本ダイボンディング剤には、本発明の目的を損なわない限り、その他任意の成分として、貯蔵安定性および取扱作業性を向上させるために硬化抑制剤を含有してもよい。この硬化抑制剤としては、２−メチル−３−ブチン−２−オール、３,５−ジメチル−１−ヘキシン−３−オール、フェニルブチノール等のアルキンアルコール；３−メチル−３−ペンテン−１−イン、３，５−ジメチル−３−ヘキセン−１−イン等のエンイン化合物；１,３,５,７−テトラメチル−１,３,５,７−テトラビニルシクロテトラシロキサン、１,３,５,７−テトラメチル−１,３,５,７−テトラヘキセニルシクロテトラシロキサン、ベンゾトリアゾールが例示される。この硬化抑制剤の含有量は、本ダイボンディング剤において質量単位で１０〜５０,０００ｐｐｍの範囲内であることが好ましい。また、本ダイボンディング剤には、本発明の目的を損なわない限り、公知の顔料、耐熱剤、難燃剤などの添加剤を任意に含有していてもよい。
次に、本発明の半導体装置について、図面を用いて詳細に説明する。
本発明の半導体装置は、図１に示されるように、半導体チップ１のアクティブ面と該半導体チップ取り付け部材２とが上記ダイボンディング剤の硬化物３により接合されてなることを特徴とする。本発明の半導体装置において、半導体チップ１はシリコン、ガリウム−ひ素等の表面に電子回路が形成されてなるものであり、また半導体チップ取り付け部材２は銅、鉄系合金等の金属からなり、通称、タブと呼ばれるものである。また、図１では、この半導体チップ取り付け部材として回路基板を用いている。この回路基板はセラミック、ガラス等の基材からなり、その表面には金、銀、銅等の金属製の回路配線が形成されている。また、回路基板の表面には、コンデンサ、抵抗、コイル等の電気素子が実装されていてもよい。
本発明の半導体装置は、半導体チップ１のアクティブ面と該半導体チップ取り付け部材２とを上記ダイボンディング剤により密着させた後、これを加熱して、該接着剤の硬化物３を形成させた後、半導体チップ１のアクティブ面の中央部に設けられたボンディングパッド４と、ボンディングパッド５を介した回路配線２とを金、銅、アルミニウム等の金属製のボンディングワイヤ６によりワイヤボンディングしてなる。なお、ボンディングワイヤ６によるワイヤボンディングする方法としては、一般に、超音波圧着法、熱圧着法、超音波熱圧着法等が用いられる。半導体チップ１のアクティブ面と該半導体チップ取り付け部材２とを上記ダイボンディング剤の硬化物３により接合する方法としては、例えば、該半導体チップ取り付け部材２に上記ダイボンディグ剤を塗布した後、該半導体チップ１を該ダイボンディング剤に密着させて加熱する方法、該半導体チップ１に該ダイボンディング剤を塗布した後、該半導体チップ取り付け部材２に該半導体チップ１を該ダイボンディング剤を介して密着させて加熱する方法が挙げられる。また、上記ダイボンディング剤を硬化する温度は特に限定されず、例えば、１００〜２５０℃の温度、さらに好ましくは１５０℃〜２５０℃に加熱することが好ましい。さらに、本発明の半導体装置は、半導体チップ１をへワイヤボンディングした後、必要に応じて、該半導体チップ１の表面にゲル状またはゴム状のシリコーン系コーティング剤を施すことが好ましい。さらに、このような半導体チップ１をエポキシ系封止樹脂により樹脂封止することが好ましい。
本発明の絶縁性液状ダイボンディング剤および半導体装置を実施例により詳細に説明する。なお、実施例中の粘度は２５℃において測定した値である。また、実施例において、ダイボンディング剤および半導体装置の特性は下記の方法により行った。
［ダイボンディング剤の粘度、チクソ性の測定］
ダイボンディング剤の粘度は、Ｅ型回転粘度計（株式会社トキメック製のＤＶＵ−ＥＩＩ型）を用いて、回転数０.５ｒｐｍで測定した。また、ダイボンディング剤のチクソ性は、上記の回転粘度計を用いて、回転数２.５ｒｐｍで測定した粘度に対する、回転数０.５ｒｐｍで測定した粘度の比を求め、これをチクソ性（チクソ指数）とした。
［ボイドの評価］
ポリイミドフィルム上に、ダイボンディング剤を塗布面積８ｍｍ×８ｍｍ、厚み５０μｍでスクリーン印刷した。次いで、半導体チップに見立てた１８ｍｍ×１８ｍｍ、厚み１５０μｍの透明なガラス板を載せて、ダイボンディング剤を厚み２５μｍまで押し伸ばした。これを２００℃で１分間加熱してダイボンディング剤を硬化させた後、ガラス板上からガラス板と硬化したダイボンディング剤の界面のボイド（気泡）の有無を確認した。
［半導体装置の作製およびワイヤボンダビリティの評価］
半導体チップのアクティブ面と該半導体チップ取り付け部材であるポリイミドフィルム製回路基板の裏面とを絶縁性液状ダイボンディング剤により密着させた後、これを２００℃で１分間加熱して、前記ダイボンディング剤を硬化させた。その後、半導体チップのアクティブ面中央に設けられたボンディングパッドとポリイミドフィルム回路基板の端部に設けられたボンディングパッドとをボンディングワイヤによりワイヤボンディングした。なお、ボンディングワイヤのワイヤボンディングは超音波熱圧着法（接合温度１６０〜２５０℃、荷重３０〜１００ｍｇ／本）により行った。次いで、このボンディングワイヤとボンディングパッドまたはボンディングワイヤとボンディングパッドとのネック形状を顕微鏡により観察した。この際、ボンディングワイヤを引っ張ることにより、このボンディングワイヤの接合状態を観察し、ボンディングワイヤの全数に対するボンディングワイヤの接合不良の割合をワイヤボンダビリティとして評価した。
［半導体装置の動作不良の割合］
試作した半導体装置について、−２５℃で１５分間、１２０℃で１５分間を１サイクルとするサーマルサイクル試験を１００サイクル実施し、サーマルサイクルチャンバー取り出し後の半導体動作不良率を求めた。
［実施例１］
式：(ＣＨ3)3ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：(ＣＨ3)2(ＣＨ2＝ＣＨ)ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：ＳiＯ4/2で示されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサンレジン（ビニル基の含有量＝２.０１質量％）４０質量部と粘度２,０００ｍＰａ・ｓの分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン（ビニル基の含有量＝０.２３質量％）６０質量部からなるオルガノポリシロキサン混合物に、平均粒子径が２μｍ、平均凝集粒子径が１５μｍであり、タイプＡデュロメータ硬さが３０である球状シリコーンゴム粒子２０質量部を添加し、室温で３０分間混合して、均一なペースト状コンパウンドを調製した。このコンパウンドに、粘度２０ｍＰａ・ｓの分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン（ケイ素原子結合水素原子の含有量＝１.５質量％）３.５質量部（前記オルガノポリシロキサン混合物中のビニル基１モルに対して、本メチルハイドロジェンポリシロキサン中のケイ素原子結合水素原子が１.５モルとなる量）、式：
Figure 0004839041
 で表される有機ケイ素化合物１質量部、フェニルブチノール０.１３質量部を添加し、室温で１０分間混合した後、白金の１,３−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体（本ダイボンディング剤中、白金金属が質量単位で５ｐｐｍとなる量）０.４５質量部を加えて室温で３０分間混合して絶縁性液状ダイボンディング剤を調製した。このダイボンディング剤の特性、およびこれを用いて作製した半導体装置の特性を上記の通り評価し、それらの結果を表１に示した。
［実施例２］
式：(ＣＨ3)3ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：(ＣＨ3)2(ＣＨ2＝ＣＨ)ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：ＳiＯ4/2で示されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサンレジン（ビニル基の含有量＝２.０１質量％）４５質量部と粘度２,０００ｍＰａ・ｓの分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン（ビニル基の含有量＝０.２３質量％）５５質量部からなるオルガノポリシロキサン混合物に、平均粒子径が２μｍ、平均凝集粒子径が１５μｍであり、タイプＡデュロメータ硬さが３０である球状シリコーンゴム粒子１０質量部を添加し、室温で３０分間混合して、均一なペースト状コンパウンドを調製した。このコンパウンドに、粘度２０ｍＰａ・ｓの分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン（ケイ素原子結合水素原子の含有量＝１.５質量％）３.５質量部（前記オルガノポリシロキサン混合物中のビニル基１モルに対して、本メチルハイドロジェンポリシロキサン中のケイ素原子結合水素原子が１.４モルとなる量）、式：
Figure 0004839041
 で表される有機ケイ素化合物１質量部、フェニルブチノール０.１３質量部を添加し、室温で１０分間混合した後、白金の１,３−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体（本ダイボンディング剤中、白金金属が質量単位で５ｐｐｍとなる量）０.４５質量部を加えて室温で３０分間混合して絶縁性液状ダイボンディング剤を調製した。このダイボンディング剤の特性、およびこれを用いて作製した半導体装置の特性を上記の通り評価し、それらの結果を表１に示した。
［実施例３］
式：(ＣＨ3)3ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：(ＣＨ3)2(ＣＨ2＝ＣＨ)ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：ＳiＯ4/2で示されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサンレジン（ビニル基の含有量＝２.０１質量％）３５質量部と粘度４０,０００ｍＰａ・ｓの分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン（ビニル基の含有量＝０.０８質量％）６５質量部からなるオルガノポリシロキサン混合物に、平均粒子径が２μｍ、平均凝集粒子径が１５μｍであり、タイプＡデュロメータ硬さが３０である球状シリコーンゴム粒子２０質量部を添加し、室温で３０分間混合して、均一なペースト状コンパウンドを調製した。このコンパウンドに、粘度２０ｍＰａ・ｓの分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン（ケイ素原子結合水素原子の含有量＝１.５質量％）３.５質量部（前記オルガノポリシロキサン混合物中のビニル基１モルに対して、本メチルハイドロジェンポリシロキサン中のケイ素原子結合水素原子が１.９モルとなる量）、式：
Figure 0004839041
 で表される有機ケイ素化合物１質量部、フェニルブチノール０.１３質量部を添加し、室温で１０分間混合した後、白金の１,３−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体（本ダイボンディング剤中、白金金属が質量単位で５ｐｐｍとなる量）０.４５質量部を加えて室温で３０分間混合して絶縁性液状ダイボンディング剤を調製した。このダイボンディング剤の特性、およびこれを用いて作製した半導体装置の特性を上記の通り評価し、それらの結果を表１に示した。
［比較例１］
実施例１において、式：(ＣＨ3)3ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：(ＣＨ3)2(ＣＨ2＝ＣＨ)ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：ＳiＯ4/2で示されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサンレジン（ビニル基の含有量＝２.０１質量％）４０質量部と粘度２,０００ｍＰａ・ｓの分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン（ビニル基の含有量＝０.２３質量％）６０質量部からなるオルガノポリシロキサン混合物１００質量部の代わりに、粘度２,０００ｍＰａ・ｓの分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン（ビニル基の含有量＝０.２３質量％）１００質量部を用い、粘度２０ｍＰａ・ｓの分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン（ケイ素原子結合水素原子の含有量＝１.５質量％）０.９質量部（前記ジメチルポリシロキサン中のビニル基１モルに対して、本メチルハイドロジェンポリシロキサン中のケイ素原子結合水素原子が１.６モルとなる量）とした以外は実施例１と同様にして絶縁性液状ダイボンディング剤を調製した。このダイボンディング剤の特性、およびこれを用いて作製した半導体装置の特性を上記の通り評価し、それらの結果を表１に示した。
［比較例２］
比較例１において、球状シリコーンゴム粒子の配合量を６０質量部とした以外は比較例１と同様にして絶縁性液状ダイボンディング剤を調製した。このダイボンディング剤の特性、およびこれを用いて作製した半導体装置の特性を上記の通り評価し、それらの結果を表１に示した。
［比較例３］
実施例１において、式：(ＣＨ3)3ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：(ＣＨ3)2(ＣＨ2＝ＣＨ)ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：ＳiＯ4/2で示されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサンレジン（ビニル基の含有量＝２.０１質量％）を７０質量部とし、粘度２,０００ｍＰａ・ｓの分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン（ビニル基の含有量＝０.２３質量％）３０質量部としたオルガノポリシロキサン混合物を調製しようとしたが、均一な混合物を調製することができず、均一なダイボンディング剤を調製するには至らなかった。
Figure 0004839041
本発明の絶縁性液状ダイボンディング剤は、半導体チップのアクティブ面を損傷する恐れがなく、スクリーン印刷作業性に優れ、半導体チップとダイボンディング剤の界面にボイドが生じ難く、さらにワイヤーボンド性を損なわないので、半導体装置の信頼性を著しく向上させることができる。
実施例で作製した本発明の半導体装置の一例の断面図である。
符号の説明
１ 半導体チップ
２ ポリイミドフィルム製の回路基板
３ 絶縁性液状ダイボンディング剤の硬化物
４ ボンディングパッド
５ ボンディングパッド
６ 金製のボンディングワイヤ

Claims (3)

  1. 半導体チップのアクティブ面と該半導体チップ取り付け部材を接合するための、
    （Ａ）（ａ−１）式：Ｒ1 3ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：Ｒ1 2Ｒ2ＳiＯ1/2で示されるシロキサン単位と式：ＳiＯ4/2で示されるシロキサン単位からなるオルガノポリシロキサンレジン（式中、Ｒ1はアルケニル基以外の一価炭化水素基であり、Ｒ2はアルケニル基である。）と（ａ−２）一分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有する直鎖状オルガノポリシロキサンの混合物｛但し、（ａ−１）成分と（ａ−２）成分の質量比は３０：７０〜６０：４０である。｝ １００質量部、
    （Ｂ）一分子中に少なくとも２個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサン｛（Ｂ）成分の含有量は、（Ａ）成分中のアルケニル基１モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が０.１〜１０モルとなる量である。｝、
    （Ｃ）ケイ素原子結合アルコキシ基を有する有機ケイ素化合物 ０.１〜１０質量部、
    （Ｄ）平均粒子径が０.１〜５０μｍであり、ＪＩＳ Ｋ ６２５３に規定のタイプＡデュロメータ硬さが８０以下である絶縁性球状シリコーンゴム粒子 ５〜５０質量部、
    および
    （Ｅ）ヒドロシリル化反応用触媒 触媒量
    から少なくともなる絶縁性液状ダイボンディング剤。
  2. ２５℃における粘度が１００〜５００Ｐａ・ｓである、請求項１記載の絶縁性液状ダイボンディング剤。
  3. 半導体チップのアクティブ面と該半導体チップ取り付け部材が請求項１または２に記載の絶縁性液状ダイボンディング剤により接合されてなる半導体装置。

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