JPS634701B2 - - Google Patents

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JPS634701B2
JPS634701B2 JP55173287A JP17328780A JPS634701B2 JP S634701 B2 JPS634701 B2 JP S634701B2 JP 55173287 A JP55173287 A JP 55173287A JP 17328780 A JP17328780 A JP 17328780A JP S634701 B2 JPS634701 B2 JP S634701B2
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JP
Japan
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semiconductor element
semiconductor device
support member
resin
semiconductor
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Application number
JP55173287A
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English (en)
Other versions
JPS57111034A (en
Inventor
Hideo Inayoshi
Akira Suzuki
Kunihiro Tsubosaki
Toyoichi Ueda
Daisuke Makino
Nobuo Ichimura
Kazunari Suzuki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
Resonac Corp
Original Assignee
Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Chemical Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to US06/327,554 priority patent/US4803543A/en
Priority to GB8136841A priority patent/GB2089126B/en
Priority to KR1019810004865A priority patent/KR850001975B1/ko
Priority to IT68603/81A priority patent/IT1172862B/it
Priority to DE19813148786 priority patent/DE3148786A1/de
Priority to FR8123055A priority patent/FR2496984B1/fr
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Priority to SG941/85A priority patent/SG94185G/en
Priority to MY414/86A priority patent/MY8600414A/xx
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、支持部材に有機接着剤によつて固着
された半導体素子を有する半導体装置およびその
製造方法に関する。 金属材料から成る支持部材に、有機材料から成
るペーストによつて、半導体ペレツトから作られ
た半導体素子を固着せしめた半導体装置は周知で
ある。このペーストとしては、例えば、エーブル
ステイツク社の商品名エーブルボンド826のよう
なエポキシ樹脂系のものが知られている。そし
て、これらの半導体装置の多くは、最終的に樹脂
によつてモールドされ、樹脂封止体の形として、
一般に供されている。 しかしながら、本発明者等は、かかる樹脂封止
体の半導体装置にあつては、耐湿性の点で問題の
あることを見い出した。すなわち、従来のペース
トを使用して半導体装置を形成する場合は、以下
の原因により、半導体素子のアルミニウム（Al）
配線又は電極部、あるいはボンデイング部が腐食
劣化され、あるいは電極線間のリーク電流が増加
するという問題点のあることを見い出した。 (1) ペーストの加熱硬化時（キユア時）に、ペー
スト材料中から発生するＣ、Ｈ、Ｏなどの元素
を含む低分子成分の有機化合物のガスが半導体
素子表面に付着し、これが樹脂封止体と半導体
素子表面との接着性を阻害する。このような状
態で外部より水分が侵入すると、半導体素子表
面と樹脂封止体の樹脂との界面が容易に剥離し
て空隙を形成し、Al配線またはボンデイング
部の腐食が加速される。 (2) ペースト材料中に、加水分解性のClイオン、
Brイオンなどの腐食性が大きいハロゲンイオ
ンの不純物が含まれているために、これが溶出
して素子表面の配線又は電極を腐食させる。 (3) ペースト材料中の硬化した樹脂が加水分解し
易く、これが、上述(2)の場合と同様に、素子表
面に水分の空隙を形成する原因となり、配線を
腐食させる。 従つて、本発明の目的は、耐湿性あるいは耐腐
食性の優れた半導体装置およびその製造方法を提
供することにある。 本発明の他の目的は、耐湿性あるいは耐腐食性
に優れた樹脂封止型の半導体装置を提供すること
にある。 本発明に従えば、支持部材と半導体素子とを接
合するにあたり、特に、耐湿性の問題を考慮し
て、接合剤として、下記の物質(1)〜(6)の中の少な
くとも(1)、(2)、(3)、(5)の物質の組成物（混合物）
から成るペースト、あるいは(1)〜(5)の物質の組成
物から成るペーストを使用するか、望ましくは下
記(1)〜(6)の全物質の組成物から成るペーストを使
用する。 (1) 主材料として作用する、一分子内に２個以上
のエポキシ基を有するエポキシ樹脂。このエポ
キシ樹脂の具体例としては、ビスフエノールＡ
のジグリシジルエーテル、ビスフエノールＦの
ジグリシジルエーテル、ビニルシクロヘキサン
ジエポキサイド等の２官能のエポキシ化合物、
あるいは、パラアミノフエノールのトリグリシ
ジルエーテル、フエノールホルムアルデヒドノ
ボラツクのポリグリシジルエーテル等の３官能
以上のエポキシ化合物が用いられる。 (2) 硬化剤として作用する、ノボラツクフエノー
ル樹脂。フエノールノボラツク樹脂としては、
フエノールを原料としたフエノールノボラツク
樹脂、クレゾールを原料としたクレゾールノボ
ラツク樹脂、あるいはキシレノールを原料とし
たキシレノールノボラツク樹脂等、フエノール
あるいはフエノール誘導体とホルムアルデヒド
あるいはパラホルムアルデヒドとの反応によつ
て得られるものが用いられる。 (3) 上記エポキシ樹脂とノボラツクフエノール樹
脂の両者を溶解し得る溶媒。この溶媒として
は、トルエン、キシレン等の芳香施系溶媒、ア
セトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶
媒、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等の
エーテルグリコール系溶媒がある。この溶媒の
沸点は、低くすぎると、支持部材上に塗布した
ペーストが半導体素子を接合する以前に溶媒が
乾燥した状態（タツクフリーの状態）となり、
充分に接着できない。また沸点が高すぎると硬
化した後も溶媒が残留する等の問題が発生す
る。この観点から溶媒としては沸点が120乃至
180℃のものが望ましく、被着体との濡れ性の
観点からもブチルセロソルブ等のセロソルブ系
溶媒が特に有用である。またタツク時間の延長
等を目的としていくつかの溶媒を併用すること
もできる。 (4) 硬化促進剤。この硬化促進剤としては既知の
材料が使用できるが、イミダゾール系化合物、
テトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート
等のボレート類が特に有用である。 (5) 導電性又は絶縁性の粉末状充填剤（フイラ
ー）。これは溶媒の乾燥を遅らせ、ペーストの
支持部材上への塗布を容易ならしめる。所謂、
これを追加する第１の目的は、作業性を得るこ
とを目的とする。さらに、この充填剤の添加に
よつて、ボンデイング時の接着力の向上、およ
びペーストの耐湿性の向上を図ることができ
る。また、特に充填剤として銀（Ag）粉末を
使用する場合は、ペースト自体に導電性を与え
ることができるとともに、半導体素子から発生
する熱を支持部材に放散させる場合に、ペース
トにおける熱伝導率を向上させることができ
る。この充填剤としては、上述した銀粉末以外
に、グラフアイトやカーボンブラツク等の炭素
粉末を使用することができ、また、炭素粉末と
銀粉末との混合物も使用することができる。さ
らには、接着力の向上、揺変性（ペーストの練
りに対する粘度の変化）の付与を目的として、
必要に応じてシリカ、金属酸化物、石英ガラス
粉末を併用することも可能である。 導電性粉末としてAg粉末を用いる場合その
粒度は5μm以下であることが望ましい。これは
半導体素子と支持電極間の接着剤層の厚さは通
常５乃至40μmであるが、5μm以上のAg粉末が
凝集したような場合ギヤツプが５乃至40μm以
上となり半導体素子と支持電極とが均一に接合
されず十分な接着力が得られないためである。
更に上記Ag粉末の含量がエポキシ樹脂とノボ
ラツクフエノール樹脂とAg粉末の総量の15乃
至50容量％であることが好ましい。15容量％以
下では接着剤の体積抵抗率が10-2Ω・cm以上と
なり、かつバラツキも多くなつて工業的に有利
なものではない。また50容量％以上では接着剤
のタツク時間が５秒以下と短く、わずかな作業
工程上の狂いが生じた場合でも被着体を十分に
接着することができず、工業的に問題があるか
らである。 (6) ペーストの接着力を向上させるためのシラン
系、アルミ系またはチタン系のカツプリング
剤。このカツプリング剤は、例えば、半導体素
子のシリコンとペーストとの接着力を向上せし
めるためには、シラン系のカツプリング剤が使
用できる。このカツプリング剤は、必ずしも必
要条件とされないけれども、強度な接着力を得
る場合には、このカツプリング剤の添加が望ま
しい。 さらに、本発明に従えば、上記ペーストは予
め、支持部材（タブ）の半導体素子が固着される
べき部分に塗布され、この上に半導体素子を載置
した後に、加熱処理することによつて支持部材と
半導体素子とがペーストによつて接着或いは接合
される。この場合、支持部材に塗布されるペース
トは、接着後、半導体素子の側面を包囲するよう
に、多量に塗布することができる。これによつ
て、完成された半導体装置の耐湿性を向上させる
ことができる。 さらにまた、本発明に従えば、上述したような
ペーストによる半導体素子と支持部材との接着に
加えて、接着に使用したペーストは、半導体素子
の表面に設けられた電極等を覆う表面の保護膜と
しても利用することができる。これによつて樹脂
封止型の完成半導体装置の耐湿性を向上させるこ
とができる。 以下、本発明を実施例について説明する。 第２図は、本発明に従つて完成された半導体装
置を示す。１は、半導体素子のアルミニウム電極
に対応して設けられた複数の外部引出しリード
線。２は、半導体素子を載置、固着するための支
持部材（タブ）で、例えば、上記リード線１と同
様に、Fe―Ni―Coの合金から成る。３は、半導
体素子で、例えば、プレーナ技術によつてシリコ
ン半導体基板（ペレツト）に回路が集積化された
集積回路（IC）素子から成る。この素子の表主
面には、アルミニウム等の配線（図示されていな
い）が施され、その出力電極（図示されていな
い）が設けられている。４は、半導体素子３の裏
主面を、支持部材２に接着又は固着させるペース
トで、上述したように、このペーストは、本発明
に従つて、特殊な組成から成る。このペーストの
組成の具体例については後述する。５は、半導体
素子の表主面に設けられた出力電極を、対応する
外部引出しリード線１に電気的に接続するための
リード細線で、例えば金（Au）線から成り、周
知のワイヤボンデイング技術によつて、半導体素
子３の主面上の電極と、リード線１とにそれぞれ
ボンデイングされている。６は、樹脂封止体で、
周知のトランスフア成形技術に従つて、形成され
たものである。 次に、この装置の製造方法を述べる。まず、接
合剤のペーストは次のように製造される。所定量
のエポキシ樹脂とフエノールノボラツク樹脂と溶
媒とを加温できる撹拌釜に仕込み、80℃以上好ま
しくは90乃至110℃に加熱して均一に溶解する。
この場合用いるフエノールノボラツク樹脂中に未
反応のフエノールあるいは２核体が一定量以上残
存していると硬化樹脂の耐熱性の低下をきたす原
因となる。このため、GPC等により上記不純物
の存在が確認された場合には減圧蒸留等により予
め除去しておくことが必要である。またフエノー
ルノボラツク樹脂はエポキシ基１に対してフエノ
ール性水酸基0.5乃至1.5となる範囲で使用される
ことが望ましく、これにより良好なガラス転移点
及び硬化性が得られる。次いで上記溶液に硬化促
進剤と充填剤を添加し、らいかい機を用いて均一
に混練し、本目的ペーストを得る。 かかるペーストは、第１図に示されたリードフ
レーム７の支持部材（タブ）２の上に塗布され
る。このとき、リードフレームは予め良く洗浄し
ておき、ペーストの塗布は、デイスペンサーある
いは印刷法によつて、第１図の８に示す形状の如
く行なわれる。 この後、半導体素子３を支持部材２の上に載
せ、軽く圧力を加えて半導体素子と支持部材とを
よく密着させた後に、120℃以上、好ましくは150
乃至220℃の温度で、１乃至10時間加熱処理する
ことによつてペーストを硬化させる。 しかる後、周知の技術により、第２図に示すよ
うなリード細線５をボンデイングし、さらに、周
知のトランスフア成形技術により、樹脂封止体６
を形成する。樹脂封止体６を形成後、第１図に示
したリードフレーム７のフレーム部は切断され、
複数の外部引出しリード線１を持つ半導体装置が
完成される。 この製造において、タブ２上に塗布されるペー
ストの量は、半導体素子３をタブ２に接着したと
きに、硬化されたペースト４が第２図に示すよう
に、半導体素子の裏主面に、丁度対応するように
制限するか、あるいは、第３図に示すように、半
導体素子３の側面部９を包囲するように制限する
ことができる。第３図に示すように、ペースト４
が、半導体素子の側面部９に、はみ出るように塗
布される場合は、半導体素子とタブ間の接着強度
を向上させることができると同時に、タブ２ある
いは半導体素子３と樹脂封止体６との間の剥離を
防止することができるから、半導体素子３の側面
を通して支持部材２から、半導体素子３の表主面
への水分の侵入を阻止することができ、従つて、
アルミニウム電極の腐食不良の発生を低減するこ
とができる。 次に、この実施例において使用されたペースト
の組成およびその製造方法について具体例を参照
して説明する。 ペーストの作成例 １ 下記成分のうち、それぞれエポキシ樹脂、フエ
ノールノボラツク樹脂および溶媒である下記ａ，
ｂおよびｃを300mlの還流器を付けたフラスコ中
で100℃で加熱下に１時間撹拌し、均一な溶液を
得た。次いでこの溶液を１の乳針に仕込み、こ
の後、それぞれ硬化促進剤、充填剤およびシラン
カツプリング剤である下記ｄ，ｅおよびｆの各成
分を所定量仕込みらいかい機で２時間撹拌して
Ag粉末を含む樹脂組成物を調整した。 ａ シエル社製エピコート1001 100重量部 ｂ フエノールノボラツク樹脂 （平均分子量800） 29重量部 ｃ ブチルセロソルブ 106重量部 ｄ 四国化成社製C11Z （２―ウンデシルイミダゾール） １重量部 ｅ Ag粉末（平均粒子径1.2μm） 41重量部 ｆ 信越化学社製KBM―403（γ―グリシドキシ
プロピルトリメトキシシラン） 0.1重量部 上記混合量は、主材料であるエポキシ樹脂（上
記ａ）の重量を100としたときの各成分の割合を
示している。ここで、上記シランカツプリング剤
ｆは、シリコン半導体素子の裏主面の接着強度を
増強させるために添加されたものである。 ペースト作成例 ２ 下記成分を作成例１と同様な方法で混合し、樹
脂組成物を調整した。 ａ チバ社製ECN1273（クレゾールノボラツク樹
脂） 100重量部 ｂ フエノールノボラツク樹脂 （平均分子量800） 60重量部 ｃ エチルセロソルブ 150重量部 ｄ トリエチルアンモニウム・テトラフエニルボ
レート ２重量部 ｅ Ag粉末（平均粒子径1.2μm） 80重量部 ｆ 信越化学社製KBM403 0.5重量部 上記成分において、ａはエポキシ樹脂、ｂはフ
エノールノボラツク樹脂、ｃは溶媒、ｄは硬化促
進剤、ｅは充填剤、およびｆはシランカツプリン
グ剤である。 上記２つの作成例のペーストは、それ自体が耐
湿性に優れている。本発明者等は、次に述べる硬
化剤ｂとして酸無水物を用いて、上記作成例と同
様な方法によつて作成したペーストを、上記２つ
の作成例のペーストとその特性を比較検討した。 比較例 ａ エピコート1001 100重量部 ｂ 日立化成社製HN―2200 （テトラヒドロ無水フタル酸） 52重量部 ｃ ブチルセロソルブ 75重量部 ｄ 四国化成社製2E4MZ（２―エチル―４―メチ
ルイミダゾール） ２重量部 ｅ Ag粉末（平均粒子径1.2μm） 60重量部 ｆ 信越化学社製KBM403 0.1重量部 上記作成例１、２及び比較例の組成物のペース
トを金属シヤーレ中に約２mmの厚みで注形し、
120℃で24時間、次いで180℃で５時間熱処理を行
ない、得られた試験片のPCT吸水率、熱抽出水
のPH、電気伝導度、cl-濃度を調べた結果を表に
示す。
【表】 この表における各特性は、次のような試験方法
で得られたものである。 PCT（Pressure Cooker Test）吸水率：10mm
×10mm×１mmt試料を121℃−2.0気圧水蒸気ふん
囲気中に20時間放置後の重量増加率。抽出液の調
整：試料を粉砕後、100メツシユをパスしたもの
10ｇを純水50ｇに入れ、100℃で20時間放置し、
No.5Cろ紙でろ過して得た。PH：試料のPHをPHメ
ーターにより測定した。電気伝導度：試料の電気
伝導度を電気伝導度計で測定した。 clイオン濃度：試料のclイオン濃度を、clイオ
ン濃度測定用の電極を備えたイオンメーターで測
定した。 この結果より、上記２つの作成例は、加水分解
し難く、また、不純物イオンの含有量が少ないこ
とから、耐湿性に優れていることが明らかにされ
た。 このように、本発明に従えば、半導体素子の接
合剤のペーストに、硬化剤としてフエノールノボ
ラツク樹脂を用いているため、ペースト樹脂自体
の耐湿性が向上され、また、その樹脂は加水分解
性のclイオンの濃度が低いので、半導体装置の耐
湿特性を向上できる。さらに、ブチルセロソルブ
の如き、半導体素子表面に悪影響を与えない溶媒
を用いているので、アルミニウム配線に対し、腐
食の加速をさらに防止できる。 この結果、第２図に示す本発明の半導体装置
は、従来のペーストを用いて形成した樹脂封止型
の半導体装置に対し、上述したPCT試験と同様
な方法で試験した結果、半導体素子表面のアルミ
ニウム電極又は配線の腐食断線等による不良発生
によつて電気的特性が得られなくなるまでの寿命
（サンプルの50％不良が発生するまでの時間）を、
約５倍に改善することができた。 第４図は、本発明に従う半導体装置の他の実施
例を示す。第４図にて、第２図と同一参照符号を
以つて示された部分は、第２図に関する上記説明
と同様に理解される。この実施例においては、半
導体素子３と、支持部材２との接着は、絶縁性の
ペースト１０を用いて達成されている。このペー
スト１０は充填物として、上述したような導電性
の銀粉末の代りに、石英ガラスなどの絶縁性の粉
末を使用している。半導体素子３と支持部材２と
の接着に用いたペーストと同質のペーストが、ト
ランスフア成形する前に、半導体素子３の表主面
を覆うように保護膜１１として塗布され、加熱処
理されて硬化される。しかる後、樹脂封止体６が
形成される。 この半導体装置に従えば、ペースト１０および
１１によつて、半導体素子３は完全に包囲される
ので、半導体素子３の表主面に形成されたアルミ
ニウム電極などの腐蝕をより完全に防止すること
ができる。また、α粒子などの好しくない放射線
に対するソフトエラーの発生を防止することがで
き、特に、半導体メモリ装置に適用して有効であ
る。 上述せる説明から明らかなように、本発明は、
特に樹脂封止型の半導体装置において、耐湿性を
向上せしめる点で、顕著なる効果を奏するが、樹
脂封止型の半導体装置以外に、セラミツクパツケ
ージ型のような他のシーリング方式においても適
用することができる。本発明は、その要旨を変更
しない範囲内において種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の半導体装置に用いられるリ
ードフレームの斜視図、第２図乃至第４図は、本
発明に従つた半導体装置の実施例の断面図をそれ
ぞれ示す。 １…外部引出しリード線、２…支持部材（タ
ブ）、３…半導体素子、４，１０，１１…ペース
ト（接合剤）、５…リード細線、６…樹脂封止体、
７…リードフレーム。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体素子を支持部材に接合するための工程
    を含む半導体装置の製造方法において、前記半導
    体素子と前記支持部材との間の接合材料として、
    少なくともエポキシ樹脂と、フエノールノボラツ
    ク樹脂と、前記両樹脂を溶解するための溶媒と、
    導電性又は絶縁性の粉末状充填物とから成る組成
    物を使用したことを特徴とする半導体装置の製造
    方法。 ２ 前記溶媒は、ブチルセロソルブであることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装
    置の製造方法。 ３ 前記粉末状充填物は、銀粉末であることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置
    の製造方法。 ４ 前記銀粉末は、5μm以下の粒径であり、前記
    接合材料の銀粉末の含有量が、エポキシ樹脂、フ
    エノールノボラツク樹脂および銀粉末の総重量の
    15乃至50％である特許請求の範囲第３項記載の半
    導体装置の製造方法。 ５ 前記接合材料は、硬化促進剤を含んで成るこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導
    体装置の製造方法。 ６ 半導体素子を支持部材に接合するための前記
    工程は、前記接合材料を前記半導体素子と前記支
    持部材との間に介在させる段階と、介在せられた
    前記接合材料を熱処理する段階とを含んで成るこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項
    のいずれか一つに記載された半導体装置の製造方
    法。 ７ 半導体素子の裏主面が支持部材に固着され、
    その表主面に設けられた電極がリード細線によつ
    て導電部材に電気的接続されて成る半導体装置に
    おいて、前記半導体素子の裏主面は、エポキシ樹
    脂と、フエノールノボラツク樹脂と、前記両樹脂
    を溶解せしめるための溶媒と、導電性又は絶縁性
    の粉末状充填物とから成る組成物を熱硬化せしめ
    た接着層によつて、前記支持部材に接着され、さ
    らに、前記半導体素子、前記支持部材および前記
    リード線は樹脂封止体によつて、覆われて成るこ
    とを特徴とする半導体装置。 ８ 前記粉末は銀の粉末であることを特徴とする
    特許請求の範囲第７項記載の半導体装置。 ９ 半導体素子の裏主面が支持部材に固着され、
    その表主面に設けられた電極がリード細線によつ
    て導電部材に電気的接続されて成る半導体装置に
    おいて、前記半導体素子の裏主面は、エポキシ樹
    脂と、フエノールノボラツク樹脂と、前記両樹脂
    を溶解せしめるための溶媒と、導電性又は絶縁性
    の粉末とから組成物を熱硬化せしめた接着層によ
    つて、前記支持部材に接着され、かつ前記半導体
    素子の側面は前記接着層と同一材料で被覆されて
    成り、さらに、前記半導体素子、前記支持部材お
    よび前記リード細線は、樹脂封止体によつて覆わ
    れて成ることを特徴とする半導体装置。 １０ 前記混合物中の前記粉末は銀の粉末である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の半
    導体装置。 １１ 半導体素子の裏主面が支持部材に固着さ
    れ、その表主面に設けられた電極がリード細線に
    よつて導電部材に電気的接続されて成る半導体装
    置において、前記半導体素子の裏主面は、エポキ
    シ樹脂と、フエノールノボラツク樹脂と、前記両
    樹脂を溶解するための溶媒と、絶縁性の粉末とか
    ら成る組成物を熱硬化せしめた接着層によつて、
    前記支持部材に接続され、かつ、前記半導体素子
    の側面および表主面は、前記接着層と同一材料で
    被覆されて成り、さらに、前記半導体素子、前記
    支持部材および前記リード細線は、樹脂封止体に
    よつて覆われて成ることを特徴とする半導体装
    置。
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