JPH0793330B2 - 半導体素子 - Google Patents

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、LSI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
金メッキ面に加熱圧着するという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、樹脂封止形半導体装置では、Au−Si共晶法から、
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、数10年程前から一部実用化されて
きたが、信頼性の面でAu−Si共晶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、断線不良の原因となることが多く、素子の信頼性は
Au−Si共晶法に比べて劣っていた。また近年、IC/LSIや
LED等の半導体チップの大形化に伴い、チップクラック
の発生や接着力の低下が起こり、問題となってきた。

（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］ （問題点を解決するための手段と作用） 本発明者らは、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素子
が得られることを見いだし、本発明を完成したものであ
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エポキ
シドがある。シェル化学社製エピコート1001,1002,100
4,1007,1009、ダウケミカル社製DER660,661,662,667,66
8,669、チバガイギー社製アラルダイトGY6071,6084,609
7,6099、大日本インキ化学工業社製エピクロン1010,301
0や旭電化社製EPシリーズ・EP−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３以上のノボラッ
ク・エポキシ樹脂を使用することにより、熱時（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、
シェル化学社製エピコート152,154、ユニオンカーバイ
ト社製ERR−0100,ERRB−0447,ERLB−0488、日本化薬社
製EOCNシリーズ、山陽国策パルプ社製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エポキシシクロヘキシル）エチル
トリメトキシシラン，γ−グリシドキシプロピルトリメ
トキシシラン，γ−グリシドキシプロピルメチルジエト
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
形低粘度液状エポキシ樹脂，脂環式低粘度液状エポキシ
樹脂，グリシジルエーテル形エポキシ樹脂，グリシジル
エステル形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）固形エポキシ樹脂と（Ｂ）低粘度液状エポキシ樹
脂とは重量比で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C₅〜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）、
タッキロール1000（住友化学工業社製、商品名）、クイ
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％末端の場合
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
ブタジエン系液状樹脂としては、例えばCTBN1300,2000
（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。このポリブタジエン系液状樹脂
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重量％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エン系液
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エ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，ブチルカルビトー
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エン樹脂，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（長瀬化成社製、商品名）
9.6部、ノルボネン環を有する樹脂セロキサイド4000
（ダイセル社製、商品名）3.0部、ポリブタジエン系樹
脂CTBN1300（宇部興産社製、商品名）3.0部およびジエ
チレングリコールジエチルエーテル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2PZ−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 EOCN103S（前出）5.0部、EP1001（シェル化学社製、商
品名）4.6部、EX201（前出）9.6部、クイントン1700
（日本ゼオン社製、商品名）3.0部、およびジエチレン
グリコールジエチルエーテル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2PZ−O
K（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 DEC400（山陽国策パルプ社製、商品名）9.6部、EX201
（前出）9.6部、クイントン1700（前出）3.0部、CTBN13
00（前出）3.0部、およびジエチレングリコールジエチ
ルエーテル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部に触媒として2PZ−OK（前出）1.2部と
銀粉末70部とを加えて十分混合して樹脂組成物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Ｄ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Ｄを用いて半導体チップとリードフレー
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
プの反りの試験を行った。その結果を第１表に示したが
いずれも本発明の顕著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
４×12mm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Clイ
オンは、半導体素子接着条件で硬化させた後、100メッ
シュに粉砕して、180℃で２時間加熱抽出を行ったCl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湿試験（PCT）および温度1
20℃，圧力２気圧の水蒸気中印加電圧直流15Vを通電し
て耐湿試験（バイアス−PCT）を各半導体素子について
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プン又はリーク電流が許容値の50
0％以上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た。

［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、特に熱時の接着性に優れた、高信頼性の製品を
得ることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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。