JPS63120432A - 半導体素子 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、大形ＩＣなどチップを樹脂で封止した半導体
素子に関し、特に耐湿性、耐加水分解性、接着性に優れ
た半導体素子に係るものである。

（従来の技術） 金属薄板（リードフレーム）上の所定部分にＩＣ，ＬＳ
Ｉ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１つである。　従来から
この接続方法としてチップのシリコン面をリードフレー
ム上の金メツキ面に加熱圧着するというＡＵ−３ｉ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１．Ａ、
ｕ−８ｉ共品法から、半田を使用する方法、導電性接着
剤を使用する方法等に急速に移行しつつある。

しかし、半田を使用する方法は、一部実用化されている
が半田や半田ボールが飛散して電極等に付着し、腐食断
線の原因となることが指摘されている。　一方、導電性
接着剤を使用する方法では、通常、銀粉末を配合したエ
ポキシ樹脂が用いられ、約１０年程前から一部実用化さ
れてきたが、信頼性の面でＡｕ−８ｉ共品法に比較して
満足すべきものが得られなかった。　導電性接着剤を使
用する場合は、半田法に比べて耐熱性に優れる等の長所
を有しているが、その反面、樹脂や硬化剤が半導体素子
接着用として作られたものでないため、ボイドの発生や
、耐湿性、耐加水分解性に劣り、アルミニウム電極の腐
食を促進し、断線不良の原因どなることが多く、素子の
信頼性はＡｕ−３ｉ共晶法に比べて劣っていた。　また
近年、ＩＣ／′ＬＳＩやｌ−Ｅ　Ｄ　Ｗの半導体チップ
の大形化に伴い、デツプクラックの発生や接着力の低下
が起こり、問題となってぎた。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記の事情・欠点に鑑みてなされたもので、
半導体チップの大形化に対応した耐湿性、耐加水分解性
、接着性に優れ、特に接着チップの反りを低減した信頼
性の高い半導体素子を提供しようとするものである。

［発明の構成１ （問題点を解決するための手段と作用）本発明名らは、
上記の目的を達成しようと鋭意研究を重ねた結束、後述
する樹脂組成物を用いることによって、耐湿性、耐加水
分解性、接着性に優れ、ボイドの発生がなく、またチッ
プの反りが少ない高信頼性の半導体系ｆが４４１　ｌう
れることを見いだし、本発明を完成したものτ・ある。

　すなわち、本発明は、 （Ａ＞固形エポキシ樹脂 （Ｂ）低粘度液状エポキシ樹脂 （Ｃ）ノルボネン環を有する樹脂 （Ｄ）アクリロニトリル基を右づるポリブタジェン系液
状樹脂 （Ｅ）イミダゾール系触媒および （Ｆ）導電性粉末 を含む樹脂組成物を用い、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素子で
ある。

本発明に用いる（Ａ）固形エポキシ樹脂としては、工業
生産されており、かつ本発明に効果的に使用し得るもの
として、例えば次のようなビスフェノール類のジＪポキ
シドがある。　シ１ル化学社製エビ］−ト１００１．１
００２．１００４．１００７．１００９、ダウケミカル
社製Ｄ　ＩＥ　Ｒ６６０、６６１，６６２，６６７、６
６８゜６６９、ヂバガイギー社製アラルダイトＧＹ６０
７１．６０８４．６０９７，６０９９、大日本インキ化
学Ｔ業社製エビクロン１０１０゜３０１０や旭電化社製
［Ｐシリーズ・ＦＰ−５１００，５４００，５７００，
５９００（以上いずれも商品名）等がある。　さらに固
形エポキシ樹脂として、例えば平均エポキシ基数３１Ｊ
、）のノボラック・エポキシ樹脂を使用することにより
、熱的（３５０℃）の接着強度を更に向上させることが
でき、このノボラック・エポキシ樹脂としては、分子量
５００以上のものが適している。　このようなノボラッ
ク・エポキシ樹脂で工業生産されているものとしては、
例えば次のようなものがある。

チバガイギー社製アラルダイトＥＰＮ１１３８゜１１３
９、ＥＣＮ１２７３，１２８０．１２９９、ダウケミカ
ル社製ＤＥＮ４３１，４３８、シェル化学社製１ビコー
ト１５２，１５４、ユニオンカーバイト社製Ｅ１マＲ−
０１００，ＥＲＲＢ−０４４７、ＥＲＩ　Ｂ−０４８８
、日本化薬社製ＥＯＣＮシリーズ、出隅国策パルプ社製
ＤＥＲ４００（以上いずれも商品名）等が挙げられ、こ
れらは単独又は２種以上の混合系として用いる。

本発明に用いる（Ｂ）低粘度液状エポキシ樹脂としては
、例えばβ−（３，４王ポキシシクロヘヤシル）■デル
トリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロビルトリメ
トキシシラン、γ−グリシドキシプロビルメチルジェト
キシシラン等のシラン系モノマーおよびビスフェノール
型低粘度液状王ボキシ樹脂、脂環式低粘度液状エポキシ
樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジル
エステル型エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単独も
しくは２種以上混合して用いる。

（Ａ）固形エポキシ樹脂ど（Ｂ）低粘度液状エポキシ樹
脂とは重量化で５：９５〜４０：６０の範囲で配合され
る。　固形エポキシ樹脂が５重量％未満では必要とする
接着強度が得られず、また４０重量％を超えると導電性
ペーストにした場合の作業性が極めて悪くなり好ましく
ない。

本発明に用いる（Ｃ）ノルボネン環を有する樹脂として
は、石油樹脂などがあり、石油のＣ６〜Ｃ９留分から得
られる汎用の樹脂である。　例えば市販されているもの
として、セロキサイド４０００　（ダイセル化学社製、
商品名）、タツキロール１ｏｏｏ＜住友化学工業社製、
商品名）、フィントン１５００．１０００．１３００゜
１７００　（日本ゼオン社製、商品名）等が挙げられる
。　そして、これらは単独又は２種以上混合して用いる
。　ノルボネン環を有する樹脂の配合割合は、前述した
（Ａ）固形エポキシ樹脂と（Ｂ）低粘磨液状エポキシ樹
脂との合計量に対して０．５〜３０重量％配合すること
が望ましい。　配合量が０．５重量％未満の場合は、接
着強度の向上に効果なく、また３０重量％を超えると反
応性が劣る傾向にあり好ましくない。

本発明に用いる（Ｄ）アクリロニトリル基を有するポリ
ブタジェン系液状樹脂としては、例えばＣＴＢＮ１３０
０．２０００　（宇部興産社製、商品名）等が挙げられ
、１種又は２種以上混合して使用する。　このポリブタ
ジェン系液状樹脂の配合割合は、（Ａ）固形エポキシ樹
脂と（Ｂ）低粘度液状エポキシ樹脂との合計量に対して
０．５〜３０重量％配合することが望ましい。　配合量
が０．５重量％未満の場合は、低応力に効果がなく、ま
た３０重歯％を超えると接着力が低下する傾向にあり好
ましくない。

本発明に用いる（Ｅ）イミダゾール系触媒としては、例
えば四国化成工業社製の２ＰＺ＝ＯＫ。

２ＰＺ−ＣＮ、２ＭＺ−ＯＫ　（以上いずれも商品名）
等がある。　イミダゾール系触媒は、通常、（Ａ）固形
エポキシ樹脂と（Ｂ）低粘度液状エポキシ樹脂との合計
量に対して０．０１〜８重量％配合する。

本発明に用いる（Ａ）固形エポキシ樹脂、（Ｂ）低粘度
液状エポキシ樹脂、（Ｃ）ノルボネン環を有する樹脂、
（Ｄ）アクリロニトリル基を有するポリブタジェン系液
状樹脂および（Ｅ）イミダゾール系触媒を配合する場合
は、全成分に溶剤を加えて混合溶解させてもよいが、最
初にノルボネン環を有する樹脂およびアクリロニトリル
基を有するポリブタジェン系液状樹脂を溶剤に溶解させ
た後、これに固形エポキシ樹脂と低粘度液状エポキシ樹
脂とを溶解混合したものを、添加混合することが望まし
い。　ここで用いる粘度調整用の溶剤類としては、ジオ
キサン、ヘキサノン、ベンゼン。

トルエン、ソルベントナフサ、工業用ガソリン。

酢酸セロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ
アセテート、ブチルカルピトールアセテート、ジメチル
ホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロ
リドン等が挙げられ、これらは単独もしくは２種以上混
合して使用することができる。

本発明に用いる（Ｆ）導電性粉末としては、例えば銀粉
末等が使用される。

本発明に用いる樹脂組成物は、固形エポキシ樹脂、低粘
度液状エポキシ樹脂、ノルボネン環を有する樹脂、アク
リロニトリル基を有する液状ポリブタジェン樹脂、イミ
ダゾール系触媒、導電性粉末を含むが、必要に応じて消
泡剤、カップリング剤その他の添加剤を加えることがで
きる。　そして、この樹脂組成物は、常法に従い各原料
成分を充分混合した後、更に例えば三本ロールによる混
練処理をし、その後、減圧脱泡して製造することができ
る。　こうして製造した樹脂組成物を用いて半導体チッ
プとリードフレームを接着固定した後、ワイヤボンディ
ングを行い、次いで樹脂で封止して半導体素子を製造す
る。　この半導体素子は、２００℃で樹脂組成物を加熱
硬化させても、大型チップの反り変形が少なく、接着力
は半導体チップの接着に必要な強度を有し、ワイヤボン
ディング強度も同じく　４〜５ｇの値以上の強度を得る
ことができる。

（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。　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。

実施例　１ 固形エポキシ樹脂ＥＯＣＮ１０３Ｓ　（日本化薬社製、
商品名）９．６部、液状エポキシ樹脂ＥＸ２０１　（ｆ
Ｑ瀬化成社製、商品名）９．６部、ノルボネン環を右す
る樹脂セロキサイド４０００　（ダイセル室１製、商品
名）３．０部、ポリブタジェン系樹脂Ｃ１ＢＮ１３００
（宇部興産社製、商品名）３．０部およびジエチレング
リ」−ルジエチルＸ−チル１．８部を混合溶解し、粘稠
な褐色の樹脂を得た。　この樹脂２９部に触媒どして２
ＰＺ−ＯＫ（四国化成工業社製、商品名）１．２部と銀
粉末７０部とを混合して樹脂組成物Ａを製造した。

実施例　２ ＦＯＣＮ１０３Ｓ　（前出）５．０部、Ｅ　１３１００
１（シＴル化学社製、商品名）４．６部、ＥＸ２０１（
前出）９．６部、フィン１−ン１７００　（日本ゼオン
社製、商品名）３．０部、およびジエチレングリニ」−
ルジ］デルエーテル１．８部を混合溶解し、粘稠な褐色
の樹脂を得た。　この樹脂２９部に触媒として２Ｐ、”
−０Ｋ（前出）１．２部と銀粉末７０部を混合して樹脂
組成物Ｂを製造した。

実施例　３ ［）Ｆｅ２Ｏ２（山間国策パルプ社製、商品名）９．６
部、ＦＸ２０１　（前出）９．６部、フィントン１７０
０　（前出）３．０部、ＣＴＢＮ１３００（前出）３．
０部、およびジエチレングリ１−ルジ■チルニーデル１
．８部を混合溶解し、粘稠な黄色の樹脂を得た。　この
樹脂２９部に触媒と（）で２　Ｉ）　Ｚ　−０Ｋ（前出
）１．２部と銀粉末７０部とを加えて十分涙金しＣ樹脂
組成物Ｃを製造した。

比較例 市販のエポキシ樹脂ベースの溶剤型半導体用導電性接着
剤りを入手した。

実施例１〜３および比較例で得た樹脂組成物Ａ。

Ｂ、Ｃおよび導電性接着剤りを用いて半導体チップどリ
ードフレームとを接着硬化して半導体素子を製造した。

　これらの半導体素子について接着強度、加水分解性、
耐湿性、チップの廃りの試験を行った。　その結果を第
１表に示したがいずれも本発明の顕茗な効果が認められ
た。

接着強度は、２００μｍ厚のリードフレーム（銅系）上
に４Ｘ　１２１１１ｍのシリコンチップを接着し、それ
ぞれの温度でプッシュプルゲージを用いて測定した。　
加水分解性ＣＩイオンは、半導体素子接着条件Ｃ硬化さ
せた後、１００メツシユに粉砕して、１８０℃で・２時
間加熱抽出を行ったＣ１イオンの量を測定した。　耐湿
性試験は、温度１２１℃、圧力２気圧の水蒸気中におけ
る耐漏試験（ＰＣＴ）および温度１２０℃、　Ｉｆ力２
気圧の水魚気中印加電圧直流１５Ｖを通電して耐湿試験
（バイアス−ＰＣＩ＞を各半導体素子についで行い評価
した。　この試験に供した半導体素子数は各々６０個で
、時間の経過に伴う不良発生数を第１表に示した。　な
お、評価の方法は半導体素子を構成するアルミニウム電
極の腐食によるオーブン又はリーク電流が許容値の５０
０％以−］二への上昇をもって不良と判定した。

チップの反りは、硬化後のチップ表面を表面あらさ計で
測定し、チップ中央部と末端との距離で示し　Ｉこ　。

第１表 ［発明の効果］ 以上の説明および第１表からも明らかなように本発明の
半導体素子は、樹脂組成物を接着剤として用いたことに
よって、優れた耐湿性、耐加水分解性を示し、その結果
アルミニウム電極の腐食による断線不良等が起こらず、
ボイドの発生もなく、接着チップの反りが少なく、また
接着性、特に熱的の接着性に優れた、高信頼性の製品を
得ることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（Ａ）固形エポキシ樹脂 （Ｂ）低粘度液状エポキシ樹脂 （Ｃ）ノルボネン環を有する樹脂 （Ｄ）アクリロニトリル基を有するポリブタジエン系液
   状樹脂 （Ｅ）イミダゾール系触媒および （Ｆ）導電性粉末 を含む樹脂組成物を用い、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素子。