JPS6110247A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体装置に関する。更に詳しくは。

支持部材に有機接合部材によシ接合された半導体素子を
有する半導体装置に関する。

（従来技術） 半導体装置の製造工程の中で、ＩＣ，ＬＳＴなどの半導
体素子と支持部材の接合（以後グイボンディングと言う
）には、接合部材として金を用いた金−シリコンの共晶
法ろるいはノ・ンダを用いたハンダ法、樹脂接着剤を用
いた接着剤法が用いられているのは周知である。

接合部材として金が用いられている理由は、耐腐食性に
優れていること及びシリコンと共晶合金を作るため接着
強度に優れていることが挙げられるが、高価格な金を用
いることはコストアンプにつながる。一方、接合部材に
ノ・ンダを用いるノ・ンダ法は、コストは安いので一部
実用化されているカ、蒸発したノ・ンダやノ＼ンダボー
、ルが飛散して電極などに付着し、腐食断線の原因とな
る可能性かりる。これに比べて、有機材料からなる接合
部材が近年急速に実用化されてきていて、コスト面。

作業性の面からダイボンディングの主流となりつつある
（特公５０−１９４３６号公報、特開昭５７−１０４，
２３４号公報、特開昭５７−１２８，９３３号公報等参
照）。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の有機接合部材では接合時の樹脂の
収縮が大きいために、半導体素子にスト＋ レスを与えて素小自体を反らせてしまい、これに伴って
半導体素子上の回路に亀裂が生じるなど素子の信頼性を
著しく低下させてしまう。また、見かけ上、欠点がなく
ても、封止後の熱シ歴によって同様の問題がおこる。こ
れは大型の素子になるほど顕＠になシ、また。熱膨張係
数の大きな銅系の支持部材を使うと顕著になる。本発明
は、このような問題点を解決するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、半導体素子が接合部材を介して支持部材に接
合されてなる半導体装置において、該接合部材が樹脂連
続相と樹脂分散相から構成されるものである半導体装置
に関する。

本発明の接合部材は、樹脂連続相内に該樹脂と相溶性の
ない樹脂が分散された樹脂の二相構造。

いわゆる海（連続相）−島（分散相）構造を有する。分
散されている樹脂は１球状、フレーク状等の任意の形状
で樹脂マトリックス（樹脂連続相）内圧分散している。

樹脂連続相を形成する樹脂と樹脂分散相を形成する樹脂
は、互に非相溶性であればよいが、各４次に示すものが
好ましい。

樹脂連続相を形成する樹脂としては、熱分解温度が３５
０℃以上の耐熱性のものが好ましく、熱可塑性樹脂でも
熱硬化性樹脂でもよい。また、加熱によって可塑化及び
硬化反応しないものでもよい。

上記熱可塑性樹脂としては、ガラス転移点が１６０℃以
上でろるものが好ましい。

以上の条件を満足する場合、封止工程で樹脂の劣化に伴
う半導体素子のはがれや腐食が起こりにくい。

樹脂連続相を形成する樹脂としては、エポキシ樹脂、フ
ェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ
イミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド１．ポ
リエーテルエーテルケトン。

シリコーン樹脂、ポリスルホン、ポリフェニルサルファ
イド、ポリエーテルスルホン、ポリアミド。

ポリエーテルアミド、ポリカーボネート等があり。

一種で又は二種以上併用して使用される。

これらのうち、好ましい熱可塑性樹脂についてさらに詳
述すると次のとおシである。

総括的には、下記一般式（１）又は一般式（■）で表わ
される繰シ返えし単位を有する樹脂でめる。

一般式（１１ 一般式（［１ ここに、上記一般式ｆｌｌ中、Ｘは結合１−０１ＣｍＨ
ｓ　、　Ｃ５Ｈｔ　、　ＣＦｓまたはＣＣｌ５でろり、
　Ｒ％および亀は同一でも相異っていてもよい。また。

Ｒ＋　、　ｎｘ　、　ＴＬｓおよびＲ４は、　Ｈ、ＣＨ
＊　、　　Ｃ！Ｈｓ　。

−Ｃ３Ｈ７、−０ＣＨ３、０ＣｘＨ５，０ＣｓＨｔ　、
　ＢｒまたはＣ１！であり、　Ｒ＋　、　Ｒｚ　、　Ｒ
ａおよび几４は同一でも相異ってもよい。更に上記繰シ
返えし単位は適宜の組み合わせで結合してもよい。

上記樹脂の具体例としては次の如きものが挙げられる。

以下余白 ψ　Ｈ０ 上記に於て、商品例として他に、アストレル３６０（カ
ーボランダム社製、ポリアリーレンスルホン）、エコノ
ール（カーボランダム社製、ポリアリーレンエステル）
も包含される。

樹脂分散相を形成する樹脂としては９本発明の効果を奏
するために弾性を有するものが好ましく。

このために、熱可塑性樹脂が好ましい。

このような樹脂としては、不飽和重合性単量体の重合体
、ポリアミド、ポリエステル、ンリコーンゴム、ポリウ
レタン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフ
ェニレンサルファイド等があり、これらは一種で又は二
稽以上併用して使用される。

上記不飽和重合性単量体としては、エチレン。

プロピレン等のオレフィン、ブタジェン、イソプレン等
のジオレフィン、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピ
ル、アクリル酸ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル
等のアクリル酸エステル、メタクリル酸メチル、メタク
リル酸エチル、メタクリル酸、プロピル、メタクリル酸
ブチル、メタクリル酸２−エチルヘキシル等のメタクリ
ル酸エステル、スチレン、α−メチルスチレン、ビニル
トルエン、？−ブチルスチレン等のスチレン系単量体。

アジリロニトリル、メタクリロニトリル等のシアン化ビ
ニルなどがアシ、これらの重合体としては。

単独重合体でも共重合体でもよく、また、架橋されてい
てもよい。また、スチレン系単量体、シアン化ビニル等
の単独重合体が比較的小さい弾性を有するものは、他の
不飽和単量体（例えば、オレフィン、ジオレフィン、ア
クリル酸エステル等）と共重合させたものを使用するの
が好ましい。

上記接合部材には、充填剤及び／又は密着性改善剤が含
まれていてもよい。

充填剤としては導電性または絶縁性の粉末状充填剤が例
示されるが、半導体素子から発生する熱を特に支持部材
に放散させる必要がある場合には。

充填剤として銀粉、グラファイトやカーボンブランク等
の炭素粉末、又は炭素粉末と銀粉末との混合物を使用す
ることＫよシ接合部材の熱伝導率を向上させることがで
きる。更には接着力の向上。

揺変性の付与等を目的として、必要に応じてシリカ、金
属酸化物１石英ガラス粉末を使用することも可能である
。これらの使用量は適宜決定されるが、樹脂に対して０
〜１０重量％が好ましく、場合により３０重量％まで含
有することができる。

密着性改善剤としては、シラン系、アルミ系。

チタン系等の各種カンブリング剤があり、これらは９分
散相樹脂に予め１分散又は付着させておくのが好゛まし
い。これらの使用量は樹脂の総量に対して０〜０．３重
量％が好ましい。

本発明の支持部材としては、金属支持体（リードフレー
ム）、ガラスエポキシ基板、セラミック基板等半導体装
置の基板として知られているものが使用できるが、特に
、金属支持体、なかでも銅リードフレームを用いた時に
発明の効果が著しい。

本発明に係る半導体装置は次のようにして製造される。

先ず、接合用材料を準備する。

（ａ）　　連続相を形成する樹脂を溶剤に溶解し、これ
に分散相を形成する樹脂を添加し、接合用フェスを得る
。ここで９分散相を形成する樹脂は、連続相を形成する
樹脂と非相溶性のものであり、また上記溶剤に溶解しな
いものが使用される。分散相を形成する樹脂は９球状、
フレーク状等の固体小片で、平均粒径が乾燥状態で０．
１〜５０μｍのものが好ましく、平均粒径は１〜３０μ
ｍであるのが特に好ましい。

上記溶剤としては、ブチルセロソルブ、Ｎ−メチルピロ
リドン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド
、ジメチルアセトアミド、シクロヘキサノン等がある。

また、上記した充填剤を上記接合用ワニスに添加しても
よい。

なお、ここで、熱硬化性樹脂を連続相とする場合には、
適宜硬化剤が添加される。硬化剤としては、エポキシ樹
脂に対して酸無水物、アミン等があり、硬化性ポリウレ
タンとしては、主剤のアクリルポリオール、ポリエステ
ルポリオールに対して硬化剤のポリイソシアネートが共
存させられる。

（ｂ）　　上記ｆａ）で得られた接合用ワニスを、ガラ
ス板等適当な基板に成膜し、溶剤を乾燥して、フィルム
とし、これを適当な大きさに切断して、接合用フィルム
片を得る。この時、熱硬化性樹脂を使用した時は、該樹
脂は、完全に硬化させず、最大限生硬化状態とされる。

フィルムの厚さは、１〜１００μｍが好ましい。

上記（ａｌ及びｔｂｌで得られた接合用材料を用いて。

次のようＫして支持部材に半導体素子が接合される。

（１）上記接合用ワニスを支持部材に塗布又は滴下して
、その上に半導体素子を載置して加熱処理をする。

（２）上記接合用フィルム片を支持部材に載せ、この上
に半導体素子を載置して加熱処理をする。

（３）支持部材に、上記接合用ワニスを塗布又は滴下し
て溶剤を除去するか上記接合用フィルム片を熱圧着する
かして、支持部材上に接合部材を形成し、これに半導体
素子を載置して、熱処理する。

（４）半導体素子の接合面に、上記接合用ワニスを塗布
又は滴下して溶剤を除去するか上記接合用フィルム片を
熱圧着して、半導体素子の接合面上に接合部材を形成し
、これを支持部材に載置して熱処理する。

なお、フィルム状の接合用材料は、リボン状のものを適
宜の大きさに切断しながら接合工程に供給するようＫし
てもよい。

このような処理の後、適宜に封止工程が施こされる。封
止方法としては、樹脂封止、ガラス封止。

セラミック封止等がある。

このようにして得られた半導体装置の一例を第１図に示
す。第１図は、樹脂封止型半導体装置の一例を示す断面
図でメジ、支持部材（リードフレーム）ＩＫ、接合部材
２を介して半導体素子３が接合されており、半導体素子
３と外部引出し線４はワイヤ５によってワイヤボンディ
ングされている。全体がエポキシ樹脂６で封止されてい
る。

（作用） 本発明において、接合部材は、樹脂連続相と樹脂分散相
から構成されているため、接合時における該部材の硬化
収縮が小さく、従って、支持部材に接合された半導体素
子にそりがなく、半導体素子の信頼性を低下させること
がない。この効果を得るために、樹脂連続相に対して樹
脂分散相が２〜５０重量％の割合で存在するのが好まし
く、特に１０〜３０重量％存在するのが好ましい。

（実施例） 先ず、接合用材料の作製例を示す。

作製例１ 下記（ａ）〜ｆｆ）成分のうち、エポキシ樹脂、硬化剤
及ヒ溶媒ｆ６る下記（ａ）、　（ｂｌ及び（Ｃ１成分を
３００ｍ１！の還流器を付けたフラスコ中で１００℃で
加熱下に１時間攪拌し、均一な溶液を得た。次いでこの
溶液を１１！の乳鉢に仕込み、この後、硬化促進剤。

充填剤及びシランカップリング剤である下記（ｄ）。

（ｅ）及びｆｆ）の各成分を所定量仕込み、らいかい機
で２時間攪拌して銀粉末を含む接合用ワニスを調整した
。

（ａｌ　　シェル社製エピコー）１００１　　１００重
量部（Ｃ）　　ブチルセロソルブ　　　　　　　　　７
５１１１部（ｅ）　銀粉末（平均粒子径１．２μｍ）　
　　１００重量部（ｆ）　　信越化学社製ＫＢＭ４０３
　　　　　０．１重量部作製例２ 作製例１で調整した銀粉末を含む樹脂組成物１００重量
部と平均粒径が５μのポリエチレンの球状粒子を１４重
量部ホモジナイザーで１時間攪拌してポリエチレンの粒
子が分散した銀粉末を含む接合用ワニスを調整した。

作製例３ 作製例１で調整した銀粉末を含む樹脂組成物１００重量
部と平均粒径が１０μの６−ナイロンのフレーク状粒子
ｔ−１４重量部ホモジナイザーで１時間攪拌して６−ナ
イロンの粒子が分散した銀粉末を含む接合用ワニスを調
整した。

作製例４ ポリエーテルスルホン（ＶＩＣＴＲＥＸ　１．Ｃ，Ｉ社
製）１０重量部、銀粉末（平均粒子径１．２μｍ）１０
重量部及びＮ−メチルピロリド７１００重量部を均一に
混合した。この組成物をガラス板の上に塗布し、８０℃
、１時間、２００℃３時間で溶媒を加熱除去して、厚さ
３０μｍのフィルムを得た。

作製例５ ポリエーテルスルホン（ＶＩＣＴＲＥＸ　　１．Ｃ，Ｉ
社製）１０重量部、銀粉末（平均粒子径１，２μｍ）１
０重量部、ポリエチレンの球状粒子（平均粒子径５μ）
１重量部及びＮニメチルビロリド／１００重量部を均一
に混合した。この組成物をガラス板の上に塗布し、８０
℃、１時間、２００℃、３時間で溶媒を加熱除去して、
厚さ３０μｍの接合用フィルムを得た。

作製例６ ポリエーテルスルホン（ＶＩＣＴＲＥＸ　　Ｔ、Ｃ，Ｉ
社製）１０重量部、銀粉末（平均粒子径１．２μｍ）１
０重量部、６−ナイロンのフレーク状粒子（平均粒子径
１０μ）１重量部及びＮ−メチルピロリドン１００重量
部を均一に混合した。この組成物をガラス板の上に塗布
し、８０℃、１時間、２００℃、３時間で溶媒を加熱除
去して、厚さ３０μｍの接合用フィルムを得た。

実施例１〜２及び比較例１ 作製例１〜３で得られた接合用ワニス約０．２　ｃｃを
ディスペンサーを用いて銅系の支持部材（リードフレー
ム）上に塗布した後、半導体素子（シリコンペレット５
鵬角）を載置して、荷重１００ｇＷ／ｃｍ”を負荷しつ
つ、１８０℃で５秒間加熱処理して接合した。得られた
半導体素子が接合された支持部材音用いて、ペレットの
支持部材への接着強度及びそシを調べた。この結果を表
１に示す。

実施例３〜４及び比較例２ 作製例４〜５で得られた接合用フィルム’に５ｍｍ角に
切断し、これを支持部材上に載せ、３５０℃で１０秒間
熱溶着させた後、半導体素子（シリコンチップ５薗角）
を載置して、荷重１００　ｇｗ／ｃＩＩｌｚをかけて４
００℃で５秒間加熱処理して接合した。得られた半導体
素子が接合された支持部材を用いて、ペレットの支持部
材へ接着強度及びそりを調べた。この結果を表ＩＫ示す
。

なお、実施例１〜４で別に得られた半導体素子が接合さ
れた支持部材をエポキシ樹脂で封止して第１図に示すよ
うな半導体装置としたが、半導体素子に異常はなく、ヒ
ートサイクル試験しても異常はなかった。

以下余白 ＊１）接着強度試験 半導体素子が接合された支持部材を水平ＶＣ２００℃又
は２５０℃に保たれたヒートブロック上に固定し、プッ
シュプルゲージのロンドが支持部材上を水平に移動する
ようＫして、半導体素子の側面を押圧し、ベレットがは
がれた時のプッシュプルゲージの目盛りを読んだ。

＊２）顕微鏡に多重干渉装置を対物レンズ側圧数シ付け
て、ペレット表面にできた干渉しまの最初の間隔を測定
し。

（ただし、λは波長、Ｘは干渉しまの間隔でめる）で求
めたものでろる。

（発明の効果） 本発明に係る半導体素子は、ペレットのそりがなく、半
導体素子表面の回路が亀裂を生じるようなことがなく、
信頼性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、樹脂封止型半導体装置の一例を示す断面図で
ろる。 符号の説明 １・・・支持部材　　　　　２・・・接合部材３・・・
半導体素子　　　　４・・・外部引出し線５・・・ワイ
ヤ　　　　　　６・・・エポキシ樹脂第１図　　　　１
・支＃ｉ１．絃 ２．２Ｊ４伯睡 ３；卆−素子 ４−クトもψ弓ＩＪ５し蚤ｊし ５：つイヤ ６ｚ工自看脂

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体素子が接合部材を介して支持部材に接合され
   てなる半導体装置において、該接合部材が樹脂連続相と
   樹脂分散相から構成されるものである半導体装置。 ２、樹脂連続相の樹脂が、熱分解開始温度が３５０℃以
   上の樹脂である特許請求の範囲第１項記載の半導体装置
   。 ３、樹脂連続相の樹脂が、エポキシ樹脂、フェノール樹
   脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド、ポ
   リエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエ
   ーテルケトン、シリコーン樹脂、ポリスルホン、ポリフ
   ェニルサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリアミ
   ド、ポリエーテルアミド及びポリカーボネートからなる
   群から選ばれた少なくとも一種の樹脂である特許請求の
   範囲第１項又は第２項記載の半導体装置。 ４、樹脂連続相の樹脂がガラス転移点１６０℃以上の熱
   可塑性樹脂である特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   の半導体装置。 ５、樹脂連続相の樹脂が芳香族ポリエーテルアミド、ポ
   リカーボネート、芳香族ポリエステル、ポリスルホン、
   ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルファイド、
   ポリエーテルイミド及びポリエーテルエーテルケトンか
   らなる群から選ばれた少なくとも一種の樹脂である特許
   請求の範囲第４項記載の半導体装置。 ６、樹脂分散相の樹脂が、樹脂連続相の樹脂と非相溶性
   であり、かつ弾性に富む樹脂である特許請求の範囲第１
   項記載の半導体装置。 ７、樹脂分散相の樹脂が、熱可塑性樹脂である特許請求
   の範囲第６項記載の半導体装置。 ８、樹脂分散相の樹脂が、不飽和重合性単量体の重合体
   、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、シリコー
   ンゴム、ポリスルホン、ポリフェニレンサルファイド及
   びポリエーテルスルホンからなる群から選ばれた少なく
   とも一種の樹脂である特許請求の範囲第７項記載の半導
   体装置。 ９、不飽和重合性単量体の重合体が、オレフィン、ジオ
   レフィン、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステ
   ルからなる群から選ばれた少なくとも一種の単量体の重
   合体及び共重合体並びに該単量体とスチレン系単量体又
   はシアン化ビニルの共重合体からなる群から選ばれた少
   なくとも一種の重合体である特許請求の範囲第８項記載
   の半導体装置。