JPH08250522A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化
剤、（Ｃ）エポキシ樹脂との相溶性のよい熱可塑性樹脂
および（Ｄ）絶縁性粉末を必須成分とする接着剤を、支
持フィルムに剥離可能に定着した接着シートを用いて、
半導体チップとリードフレームとを接着固定してなるこ
とを特徴とする半導体装置である。 【効果】 本発明の半導体装置は、接着シートを用いた
ことによって、接着性に優れ、チップの反りが少なくボ
イドの発生がなく、半導体チップの大型化と表面実装に
対応した信頼性の高いものである。また、製造工程の短
縮化、合理化に寄与する有益なものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップの反りが
少なく、ボイド等の発生のない、半導体チップの大型化
に対応した半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】リードフレーム上の所定部分にＩＣ、Ｌ
ＳＩ等の半導体チップを接続する工程は、素子の長期信
頼性に影響を与える重要な工程の一つである。従来から
この接続方法として、半導体チップのシリコン面をリー
ドフレーム上の金メッキ面に、加圧圧着するというＡu
−Ｓi 共晶法が主流であった。しかし、近年の貴金属、
特に金の高騰を契機として樹脂封止型半導体装置ではＡ
u −Ｓi 共晶法から、半田を使用する方法や、ペースト
状の接着剤を使用する方法等に急速に移行してきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、半田を使用す
る方法は、半田や半田ボールが飛散して電極等に付着
し、腐蝕断線の原因になることが指摘されている。接着
剤を使用する方法では、近年のＩＣ、ＬＳＩ等の半導体
チップの大型化に伴う反り問題に対応するため、低応力
化の目的で樹脂中にゴム成分やその他の熱可塑性樹脂を
導入する方法が取られているが、ゴム成分がペースト中
に存在するとディスペンス等のペースト塗布において、
作業性が著しく悪化する欠点があった。また、その他の
熱可塑性樹脂を導入する方法は、エポキシ樹脂等の熱硬
化性樹脂との相溶性が悪く、熱可塑性樹脂を含む接着剤
の多くは使用時においてペースト状を保持させるため
に、溶剤や反応性液状物に希釈されている。特に、熱可
塑性樹脂は希釈効率が一般的に悪く、大量の希釈溶剤等
を必要とする。そのために、硬化時に接着剤層にボイド
が発生し、さらにチップクラックの発生や接着力の低下
を引き起こし、素子の信頼性を低下させる欠点があっ
た。このためチップの反り及びボイドの発生がなく、チ
ップの大型化に対応した半導体装置の開発が強く要望さ
れていた。

【０００４】本発明は、上記の欠点を解消するためにな
されたもので、接着シートを使用して接着強度に優れ、
半導体チップの反りが少なく、また、ボイドやチップク
ラックの発生がなく、半導体チップの大型化と表面実装
に対応した、信頼性の高い半導体装置を提供しようとす
るものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、後述する組成の
接着剤シートを用いることによって、上記の目的を達成
でき、アッセンブリー工程において支持フィルムから被
着体への転写が良好であることを見いだし、本発明を完
成したものである。

【０００６】即ち、本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）エポキシ樹脂との相溶性のよい熱
可塑性樹脂および（Ｄ）絶縁性粉末を必須成分とする接
着剤の層を、支持フィルム上に剥離可能に定着した接着
シートを用いて、半導体チップとリードフレームとを接
着固定してなることを特徴とする半導体装置である。

【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００８】本発明に用いる接着シートの接着剤は、エ
ポキシ樹脂、硬化剤、エポキシ樹脂との相溶性のよい熱
可塑性樹脂および絶縁性粉末を必須成分とするものであ
り、これらの各成分について説明する。

【０００９】（Ａ）エポキシ樹脂としては、 1分子中に
エポキシ基を 2個以上有するエポキシ化合物であれば、
特に制限するものではなく種々のものを使用することが
できる。このようなエポキシ樹脂としては、例えばビス
フェノールＡのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ビ
スフェノールＦのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、
フェノールノボラック型のグリシジルエーテル型エポキ
シ樹脂、グリセリンのグリシジルエーテル型エポキシ樹
脂、ポリアルキレンオキサイドのグリシジルエーテル型
エポキシ樹脂、ダイマー酸のグリシジルエステル型エポ
キシ樹脂、ブロム化ビスフェノールＡのグリシジルエー
テル型エポキシ樹脂、ビニルシクロヘキセンジオキサイ
ド等の脂環式エポキシ樹脂、ポリブタジエンを過酢酸で
エポキシ化したエポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単
独または 2種以上混合して使用することができる。この
他にエポキシ樹脂の粘度を低下させるため、低粘度のエ
ポキシ樹脂を混合併用することができる。

【００１０】（Ｂ）硬化剤としては、アッセンブリー後
の半導体チップの性能を損なわないものであれば、特に
制限されるものではなく、種々のエポキシ樹脂の硬化剤
を使用することができる。これらの硬化剤として例え
ば、アミン系硬化剤［脂肪族アミン（トリエチレンテト
ラミン、テトラエチレンペンタミン等）、ポリアミドア
ミン（ダイマー酸とポリアミンの縮合物）、芳香族アミ
ン（ 4,4′−ジアミノジフェニルスルホン、 4,4′−ジ
アミノジフェニルメタン、Ｎ，Ｎ′−ジメチル-4,4′−
ジアミノジフェニルメタン、Ｎ，Ｎ′−ジエチル-4,4′
−ジアミノジフェニルメタン、Ｎ，Ｎ′−ジメチル-3,
3′−ジアミノジフェニルメタン等）］、フェノール系
硬化剤［ビスフェノール類（ビスフェノールＡ、ビスフ
ェノールＦ、ビスフェノールＳ等）、フェノール樹脂類
（ノボラックフェノール樹脂、ノボラッククレゾール樹
脂等）、ビニルフェノールの重合物（ポリ−p-ビニルフ
ェノール等）］等が挙げられ、これらは単独または 2種
以上混合して使用することができる。

【００１１】（Ｃ）エポキシ樹脂との相溶性のよい熱可
塑性樹脂としては、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコ
ール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、アクリル樹脂、
ポリアクリロニトリル樹脂、ビニルウレタン樹脂、ポリ
エステル樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられ、樹脂の分
子量等に制限されるものではなく、広く使用することが
できる。これらの熱可塑性樹脂は単独又は 2種以上混合
して使用することができる。この熱可塑性樹脂の配合割
合は、エポキシ樹脂に対して10〜200 重量％配合するこ
とが望ましい。配合量が10重量％未満では、接着剤をシ
ート化した後のハンドリング性が十分でなく、また、ウ
エハー裏面への熱転写時に十分なタック性が発生せず、
一方200 重量％を超えると硬化後の耐熱性が低下し好ま
しくない。

【００１２】（Ｄ）絶縁性粉末としては、アルカリ金属
イオン、ハロゲンイオン等の不純物の含有がごく少量で
あることが望ましく、そのため、必要であればイオン交
換水或いはイオン交換樹脂、で洗浄し、不純物を取り除
いたものであることが好ましい。具体的な絶縁性粉末と
しては、カーボンランダム、炭化硼素、窒化硼素、窒化
アルミニウム、窒化チタン等の非酸化物セラミック粉
末、ベリウム、マグネシウム、チタン、シリコン等の酸
化物粉末が挙げられ、これらは、単独又は 2種以上混合
して使用することができる。また、バインダーとなる樹
脂と絶縁性粉末との配合割合は、重量比で80：20〜20：
80の範囲であることが望ましい。絶縁性粉末が20重量部
未満では十分な接着強度が得られず、80重量部を超える
と作業性や密着性が低下し好ましくない。

【００１３】本発明に用いる接着剤は上述したエポキシ
樹脂、硬化剤、特定の熱可塑性樹脂および絶縁性粉末を
必須成分とするものであるが、本発明の目的に反しない
限り、また、必要に応じて他の成分、例えば、硬化促進
剤、カップリング剤、分散剤等を添加配合することがで
きる。この接着剤の製造方法は、各成分を配合して三本
ロール等により均一に混練してペースト状物を得る。こ
の時にエポキシ樹脂、硬化剤、熱可塑性樹脂のいずれか
が固体である場合、あるいは作業上粘度が高い場合は、
必要に応じて有機溶剤で希釈した後、各成分を配合し均
一に混練して製造することができる。得られたペースト
状物を支持フィルム上に均一に塗布し、加熱して溶剤を
除去して予備硬化を行い、 5〜100 μm 厚程度のフィル
ム状接着剤を形成して接着シートを製造することができ
る。この予備硬化によるシート化においては、接着シー
トに含まれる溶剤残量が 1重量％以下であることが望ま
しい。溶剤残量が 1重量％を超えると残留溶剤の影響に
より、マウント工程においてボイドが発生し好ましくな
い。ここで使用する支持フィルムとしては、溶剤を除去
する予備硬化工程によって悪影響を与えないものであれ
ば特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレン
フィルム、ポリオレフィン重合体フィルム等が挙げら
れ、広く使用することができる。

【００１４】得られた接着シートは、加熱すると支持フ
ィルムと接着剤との間の剥離特性を向上し、接着剤を支
持フィルム上に残すことなく被着体に転写できる。こう
して得られた接着シートは、半導体素子製造においてダ
イシング工程前のウェーハの裏面に対して前記接着シー
トを合わせ、熱風オーブン、ヒートブロック、熱風ドラ
イヤー等により、50〜100 ℃の温度にしてより好ましく
は熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度で 5〜60秒間加熱す
れば、接着剤のみをウェーハ裏面に転写することができ
る。得られた接着剤付ウェーハは通常の方法によってダ
イシングし、通常のアッセンブリー工程同様リードフレ
ーム上に各ダイシング済半導体チップを、導電性接着剤
ごとマウントし、120 〜300 ℃の温度で数十秒から数分
間ヒートブロック上で加熱硬化させて使用する。また、
オーブンで 150〜200 ℃の温度で数分間から数時間硬化
させて使用することができる。その後ワイヤボンディン
グを行い樹脂封止材で封止して半導体装置を製造するこ
とができる。

【００１５】

【作用】本発明の半導体装置は、接着シートを用いるこ
とによって目的を達成することができたものである。こ
の接着シートの接着剤は、エポキシ樹脂、硬化剤、特定
の熱可塑性樹脂および絶縁性粉末を必須成分とし、溶剤
残量が 1重量％以下であり、これを用いることによっ
て、大型チップの反り変形がなく、また、ボイドの発生
やチップクラックがないとともに支持フィルムからの被
着体への良好な転写ができるものである。性接着シート
を用いることによって、製造工程のハンドリング性がよ
く、半導体組立てラインの合理化が可能となり、信頼性
の高い半導体装置を製造することができる。

【００１６】

【実施例】次に本発明を実施例によって説明するが、本
発明はこれらの実施例によって限定されるものではな
い。以下の実施例および比較例において「部」とは特に
説明のない限り「重量部」を意味する。

【００１７】実施例１ エポキシ樹脂エピコート８２８（油化シェルエポキシ社
製、商品名）16部、フェノールノボラック樹脂ＢＲＧ−
５５８（昭和高分子社製、商品名） 6部、熱可塑性樹脂
ＵＥ−３２００（ユニチカ社製、ポリエステル樹脂商品
名）20部、およびイミダゾール２Ｅ４ＭＺ−ＣＮ（四国
化成社製、商品名） 0.5部をメチルエチルケトンおよび
ブチルセロソルブアセテートの 1：1 （重量比）混合溶
剤30部に溶解した。この溶液にシリカ粉末50部を混合
し、さらにディスパースにより混練して接着剤を得た。

【００１８】実施例２ エポキシ樹脂エピコート８２８（油化シェルエポキシ社
製、商品名）10部、エピコート１００１（油化シェルエ
ポキシ社製、商品名） 5部、フェノールノボラック樹脂
ＢＲＧ−５５８（昭和高分子社製、商品名）5 部、熱可
塑性樹脂ＵＥ−３２２０（ユニチカ社製、ポリエステル
樹脂商品名）15部、およびイミダゾール２Ｅ４ＭＺ−Ｃ
Ｎ（四国化成社製、商品名） 0.3部をメチルエチルケト
ンおよびブチルセロソルブアセテートの 1：1 （重量
比）混合溶剤30部に溶解した。この溶液にシリカ粉末 1
05部を混合し、さらにディスパースにより混練して接着
剤を得た。

【００１９】実施例１〜２で得た接着剤を用いて、厚さ
40μm のポリプロピレンフィルム上にキャストして、10
0 ℃で60分間、乾燥半硬化させ、溶剤残量 0.55 ％（加
熱重量減測定による）、厚さ34μm の接着剤層を有する
接着シートを製造した。

【００２０】比較例１ エポキシ樹脂ＹＬ−９８０（油化シェルエポキシ社製、
商品名）16部、フェノールノボラック樹脂ＢＲＧ−５５
８（昭和高分子社製、商品名）6 部、およびイミダゾー
ル２Ｅ４ＭＺ（四国化成社製、商品名） 0.3部をメチル
エチルケトンおよびブチルセロソルブアセテートの 1：
1 （重量比）の混合溶剤10部に溶解した。この溶液にシ
リカ粉末25部を混合し、さらにディスパースにより混練
しての接着剤を得た。この接着剤を用いて、厚さ40μm
のポリプロピレンフィルム上にキャストして、100 ℃で
60分間乾燥半硬化させ、溶剤残量 0.55 ％（加熱重量減
測定による）、厚さ34μm の接着剤層を有する接着シー
トを製造した。

【００２１】比較例２ 市販のエポキシ樹脂ベースの溶剤型半導体用絶縁性ペー
ストを入手し、比較例１と同様にして接着シートを製造
した。

【００２２】実施例１〜２および比較例１で製造した接
着シートを用いて80℃のヒートブロック上でシリコンウ
ェーハ裏面に接着剤を転写させた。さらに接着剤付シリ
コンウェーハをチップサイズ4 × 12mm にフルダイシン
グし、ヒートブロック上でリードフレーム（厚さ 200μ
m 銅系）に接着剤付半導体チップを、200 ℃で 2分間接
着硬化させて半導体装置を製造した。また、比較例２の
絶縁性ペーストを用いて前記と同様のチップサイズのシ
リコンチップを、リードフレーム上にマウントしオープ
ンで180 ℃で 1時間の接着条件で接着し半導体装置を製
造した。これらの半導体装置について、接着強度、接着
剤層のボイドの有無、半導体チップの反り、耐湿性（バ
イアスＰＣＴ、ＰＣＴ）の試験を行った。その結果を表
１に示したが、いずれも本発明が優れており、本発明の
顕著な効果が認められた。

【００２３】

【表１】 ＊1 ：銀メッキしたリードフレーム（銅系、200 μm 厚）上に 2×2mm および 4 × 12mm の半導体チップを接合し、25℃および 350℃の温度でプッシュプルゲー ジを用いて剪断力を測定した。 ＊2 ：半導体チップの裏面のボイドの有無を評価した。○印…ボイドの発生なし 、×印…ボイドの発生有り。 ＊3 ：ワイヤボンディング後の半導体チップの表面を表面粗さ計で測定し、半導 体チップ中央部と端部との距離を測定した。 ＊4 ：温度 121℃，圧力 2気圧の水蒸気中における耐湿試験（ＰＣＴ）及び 121 ℃，圧力 2気圧の水蒸気中、印加電圧 1.5Ｖを通電して、耐湿試験（バイアスＰ ＣＴ）を各半導体装置について評価した。耐湿試験に供した半導体装置は、各々 60個で時間の経過に伴う不良発生数を示した。不良判定の方法は、半導体装置を 構成するアルミニウム電極の腐食によるオープン、またはリーク電流が許容値の 500％以上への上昇をもって不良とした。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明および表１から明らかなよう
に、本発明の半導体装置は、特定の樹脂組成物をベース
とした接着シートを用いたことによって、接着性に優
れ、チップの反りが少なくボイドの発生がなく、半導体
チップの大型化と表面実装に対応した信頼性の高いもの
である。また、製造工程の短縮化、合理化に寄与する有
益なものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、
   （Ｃ）エポキシ樹脂との相溶性のよい熱可塑性樹脂およ
   び（Ｄ）絶縁性粉末を必須成分とする接着剤の層を、支
   持フィルム上に剥離可能に定着した接着シートを用い
   て、半導体チップとリードフレームとを接着固定してな
   ることを特徴とする半導体装置。