JPH03105932A - シート状接着剤並びに当該接着剤を用いた半導体装置 - 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，半導体素子をリードフレーム、あるいは、パ
ッケージに接着固定するための接着剤に係り、特に、半
導体素子をリードフレームあるいはパッケージに接着固
定する際の作業性改善と各種信頼性に優れた半導体装置
の提供に関する。

〔従来の技術〕

トランジスタ，ＩＣ，ＬＳＩ，ＶＬＳＩ等の半導体素子
は、一般にプリント配線基板との電気的接続を容易にす
るためリードフレームあるいはパッケージに接着固定し
た後、素子表面の電極とリードフレーム間をワイヤボン
デイング又は熱圧着し，更に、素子を外部環境から保護
するため，その外周をエポキシ樹脂を主流とする熱硬化
性注形樹脂あるいは成形材料で封止している。

このような半導体素子をリードフレームあるいはパッケ
ージと接着固定する方式には共晶やはんだ等の金属あり
はガラスを用いる方式とエポキシ樹脂，シリコンゴム，
ポリイミド樹脂等の有機系の接着剤を用いる方式がある
。最近は、素子が大型化し、素子とリードフレームある
いはパッケージとの熱膨張係数の違いによって発生する
熱応力により接着固定した素子が変形、損傷したり、素
子特性が変動する問題が生じるようになり、両者の接着
固定には応力緩和作用のある有機系、特にゴム系の接着
剤が用いられることが多くなっている。このような有機
系接着剤には素子とリードフレームあるいはバンケージ
間の電気的導通をとったり、熱伝導性を良くするため、
通常接着剤に銀粉のような金属粉を配合した銀ペースト
が広く用いられているが、このような電気導性や熱伝導
性は必ずしも必要ではなく、素子によっては絶縁性の接
着剤が用いられることもある。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような有機系接着剤を用いた素子とリードフレーム
あるいはパッケージとの接着において，従来、接着剤を
加熱硬化させるのに時間がかかるという問題があった。

また、接着剤塗在量が不足した場合、素子とリードフレ
ームの間に空隙ができ，その周囲を樹脂封止した際封止
品内部に空隙がそのまま残り，特に、封止品の耐湿信頼
性や耐クラック性等に悪影響を及ぼすという問題もあっ
た。また、溶剤型接着剤を用いた場合にも同様な問題が
あった。すなわち，溶剤型接着剤を塗布後乾燥しようと
すると溶剤の蒸発によって接着剤層にボイドが生じ、こ
れが封止品の耐湿信頼性や耐クラツク性等に悪影響を及
ぼすことがあった。

方、接着剤の塗布量が多すぎる場合には、素子とリード
フレームの間から余分の接着剤がはみ出し，これを樹脂
封止した場合封止材料と接着剤の接着性が劣り、封止品
の耐湿信頼性や耐クラック性等に悪影響を及ぼすという
問題もあった。また、接着剤を加熱硬化あるいは乾燥す
る際発生する揮発性成分によって素子あるいはリードフ
レームの表面が汚染され、封止樹脂との接着性が低下し
、封止品の耐湿信頼性や耐クラック性等に悪影響を及ぼ
すという問題もあった。さらに、従来の接着剤において
は、接着剤の塗布厚みに不均一が生じた場合、素子とリ
ードフレームの平行度かでづ素子特性が変動するという
問題もあった。

このような問題を解決するため、最近は熱可塑性樹脂を
ペレット状にした接着剤あるいは熱硬化性樹脂をペレッ
ト状にした接着剤などが開発されているが、熱可塑性樹
脂をフイルム状にした接着剤は接着時に高温に加熱し樹
脂を溶融させる必要があり、その際樹脂が熱分解して素
子表面を汚染するといった問題があった。また、熱硬化
性樹脂をペレット状にした接着剤は溶融粘度が低いため
に、加熱硬化時に素子の位置ずれが起き易いあるいは硬
化させるために長時間の加熱が必要であるなどの問題点
があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を鑑みなされたものであり，その特
徴とするところは次の通りである。

（１）熱硬化性樹脂２０〜８０重量部とフェノキシ樹脂
２０〜８０重量部の混合物を接着剤の必須成分とするこ
とを特徴とするシート状接着剤。

（２）予めシート状に威形された熱硬化性又は熱可塑性
樹脂からなる基材の片面又は、両面に、熱硬化性樹脂２
０〜８０重量部とフェノキシ樹脂２０〜８０重量部の混
合物を必須威分とする樹脂組戊物を塗布することを特徴
とするシート状接着剤。

（３）予めシート状に形成された基材がガラス布にエポ
キシ樹脂を含浸した積層板であることを特徴とする（２
）記載のシート状接着剤。

（４）予めシート状に形成された基材が表面に微細な凹
凸を形成したガラス布にエポキシ樹脂を含浸した積層板
であることを特徴とする（２）または（３）記載のシー
ト状接着剤。

（５）予めシート状に形成された基材がガラス／エポキ
シ系の銅張り積層板の銅箔をエッチング除去した表面に
微細な凹凸を有するガラス布にエポキシ樹脂を含浸した
積層板であることを特徴とする（２）ないし（４）記載
のシート状接着剤。

（６）予めシート状に形成された基材がポリイミド樹脂
である（２）記載のシート状接着剤。

（７）予めシート状に形成された基材が表面に微細な凹
凸を形成したポリイミド樹脂である（２）または（３）
記載のシート状接着剤。

（８）予めシート状に形成された基材の表面が接着力を
高めるために物理的又は化学的に処理されていることを
特徴とする（２）記載のシート状接着剤。

（９）接着剤組成物が熱硬化性樹脂２０〜８０重量部と
フェノキシ樹脂２０〜８０重量部からなる混合物に無機
又は有機の粒子が配合されていることを特徴とする（１
）記載の接着財用組成物または（２）ないし（８）記載
のシート状接着剤。

（１０）接着剤組成物に配合される粒子が実質的に球形
または円柱状で、かつ、粒径または直径が一定の無機又
は有機の粒子が配合されていることを特徴とする（１）
記載の接着財用或物並びに第または（２）ないし（９）
記載のシート状接着剤。

（１ｌ）接着剤組成物に配合される粒子が電気導電性を
有する粒子であることを特徴とする（１）記載の接着財
用組成物または（２）ないし（ｌＯ）記載のシート状接
着剤。

（１２）接着剤組成物の熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂、
レゾール型フェノール樹脂又はポリイミド樹脂のいずれ
かから選ばれるものであることを特徴とする（１）記載
の接着財用組成物または（２）ないし（１１）記載のシ
ート状接着剤． （１３）半導体素子とリードフレームが（１）ないし（
１１）に記載されたいずれかのシート接着剤で固定され
ていることを特徴とする半導体装置。

本発明において熱硬化樹脂とはフェノール樹脂，不飽和
ポリエステル＃！脂，エポキシ樹脂，ビスマレイミド樹
脂，ビスマレイミドートリアジン系樹脂，ポリアミノビ
スマレイミド樹脂等加熱硬化により三次元網目構造を形
成する熱硬化性樹脂全般を指す。本発明の接着剤には優
れた接着性と適度な粘性を付与するために上記熱硬化性
樹脂にフェノキシ樹脂は軟化温度が１００℃近辺の比較
的耐熱性が低い線状高分子であり、これを熱硬化樹脂に
混合すると硬化物の耐熱性を低下させる傾向がある。そ
のため、熱硬化性樹脂としてはなるべく耐熱性が高いも
のを使用する必要があり、本発明の目的には特に多官能
型エポキシ樹脂，レゾール型フェノール樹脂．ビスマレ
イミド樹脂，ビスマレイミドートリアジン系樹脂，ポリ
アミノビスビスマレノミド樹脂等が望ましい。

次に、本発明に用いるフェノキシ樹脂は式で示され、一
般的にはビスフェノールＡとエピクロルヒドリンをアル
カリ性触媒存在下で反応させることによって得られる線
状高分子で反応させることによって得られる線状高分子
である。

現在工業的に生産されているフェノキシ樹脂は分子量が
数万（ｎ与１００）．溶融粘度は２００℃付近で１０４
〜１０”ボアズと高く，これを熱硬化性樹脂と混合する
ことによって接着剤の溶融粘度が高められ、かつ，この
フェノキシ樹脂は分子鎖中に多数の水酸基を有するため
金属やシリコンウエハ等に対する接着性が優れており、
素子をリードフレームに接着固定する際の素子の位置ず
れを防ぐことができる。また、一方の成分である熱硬化
性樹脂を完全に硬化させなくても高い接着カが得られえ
るため、加熱硬化時間の大幅な短縮も可能である。この
場合熱硬化性樹脂成分の硬化は封上樹脂を二次キュアす
る際完全に行われるため実用上何ら問題は無い。さらに
、このフェノキシ樹脂は吸湿率が小さいために、これを
熱硬化性樹脂と混合することによって接着剤の耐湿性が
大幅に改善できる。本説明において、熱硬化性樹脂とフ
ェノキシ樹脂の配合比を熱硬化性樹脂２０〜８０重量部
に対しフェノキシ樹脂が２０〜８０重量部とするのは、
熱硬化性樹脂が２０重量部以下（フェノキシ樹脂８０重
量部以上）では接着剤の耐熱性が低下するためであり、
また、熱硬化性樹脂が８０重量部以上（フェノキシ樹脂
２０重量部以下）では充分な接着性が得られず、また、
硬化した接着剤の耐湿性が劣るためである。

次に，本発明の接着剤は予めシート状に威形された熱硬
化性又は熱可塑性樹脂からなる基材の片面又は両面に塗
布して用いることができる。ここでいう予めシート状に
或形された熱硬化性又は熱可塑性樹脂からなる基材とは
、例えばガラス布にエポキシ樹脂を含浸して積層接着し
た積層板，ポリイミドやマイラ等のシート（フィルム）
をさす。

これらの基材は接着剤との接着性を高めるために表面を
物理的あるいは化学的に粗化したものが望ましい。本説
明の接着剤はこのように基材塗布して用いる主な目的は
、接着剤の取扱や接着剤層の厚みの制御が容易になるこ
と、接着剤の熱膨張係数や誘電率などの特性が調整しや
すくなる等の利点があるためである。

また、本説明の接着剤には各種の無機または有機の粒子
あるいは繊維状物質を配合し、接着剤に電気導電性，熱
伝導性，低熱膨張性，高弾性率を付与したり，接着剤層
の厚みを制御するためのスペーサーとしての役割を持た
せることもできる。

本説明の接着剤は、熱硬化性樹脂とフェノキシ樹脂およ
び必要に応じ各種添加物をアセトン，テトラヒド口フラ
ン，メチルエチルケトン，メチルイソブチルケトン等の
各種溶媒に溶解あるいは分散させた後，離型用のフィル
ム上に塗布乾燥すればシート状の接着剤が得られ、使用
時離型用のフィルムを剥がせば基材無しの接着材として
使用できる。また、予めシート状に成形された熱硬化性
又は熱可塑性樹脂からなる基材の片面又は両面に塗布乾
燥すれば基材付きのシート状の接着剤が得られる。

なお、上記接着剤には本発明の目的を損なわない範囲に
おいて，硬化促進剤，可撓化剤，カップリング剤，着色
剤，遥変性付与剤，離燃性付与剤等を配合することがで
きる。

本発明のような有機材料を半導体装置に適用しようとす
る場合，周知のように材料中に含まれる各種のイオン性
不純物が電気特性や耐湿信頼性に著しい影響を及ぼす。

特に、クロル，ブロム等のハロゲンイオン，ナトリウム
やカリウム等のアルカリ金属イオンが著しい影響を及ぼ
すといわれているが、このようなイオン性不純物は各種
素材に含まれており、この濃度を一律に規定することは
難しい。本発明においては，接着剤を１０倍量の純水を
用い１００℃で２０時間以上の抽出を行った場合に、抽
出液の電気電導度が１００μＳ　／　ａａ以下、ｐＨが
３〜７、ハロゲインおよびアルカリ金属イオンがそれぞ
れ１０ｐｐｍ以下とすることが望ましい。

次に、本発明のフイルム状接着剤の半導体装置への使用
形態について説明する。

第２図は従来のリードフレームのタブ部分に本発明のフ
イルム状接着剤を用いてチップを接着した後樹脂封止し
たものであり、１は接着剤，２はチップ，３はリードフ
レーム，３′はリードフレームのタブ部分、４は金ワイ
ヤ，５は封止樹脂である。第１図はタブレスリードフレ
ーム上に本発明のフイルム状接着剤を用いてチップを接
着した後樹脂封止したものである。本方法によればチッ
プをリードフレーム上に接着固定するため、（ａ）〜（
ｃ）に示すように同一形状のリードフレームにサイズが
異なるチップを搭載することが可能になり、フレーム品
種を減らしたり，樹脂封止の際に用いる金型交換などの
作業が少なくできる。第３図はＬ　Ｏ　Ｇ　（Ｌｅａｄ
　Ｏｎ　ＣＭｐ）型構造パッケージへの応用例であり、
チップ上に本発明の接着剤を用いてリードフレームを接
着固定した後樹脂封止したものである。第４図は本発明
の接着剤を用いて作製した二層構造リードフレームのタ
ブ部分に本発明のフイルム状接着剤を用いてチップを接
着した後樹脂封止したものである。このようなパッケー
ジは現在需要が増えつつある多ピン化に対応するもので
ある。第５図はＰ　Ｇ　Ａ　（Ｐｉｎ　ＧｒｉｄＡｒｒ
ｅｙ）　　への応用例であり，プリント回路板に本発明
の接着剤を用いてチップを接着固定した後樹脂封止した
ものである。第５図において工′の枠板（ダム）はガラ
スエポキシ基板の片面に接着剤塗布した本発明のフイル
ム状接着剤を用いたものである。

次に，本発明を実施例により更に詳しく説明する。

〔実施例１〜４〕 第工表に示す割合でジメチレンエーテル基含有レゾール
型フェノール樹脂（分子量：９５Ｑ，メチロール基濃度
：０．３５　モル／フエニル基エモル，ジメチレンエー
テル基：０．３５　モル／フエニル基１モル）とフェノ
キシ樹脂（分子量：５００００，軟化点：　１００℃）
をテトラヒド口フランに溶解し、不揮発分２０％のワニ
スを調整した。このワニスを離型処理した金型に注入し
、一昼夜風乾した後５０℃、Ｓ　ｍ　ｍ　Ｈ　ｇ下で１
時間乾燥し、半硬化状態の厚さ２５μｍのシート状接着
剤を得た。この接着剤を用いてシリコンチップと４２Ａ
１１ｏｙを２００℃で１秒加圧（　１　ｋｇ／ａｄ）接
着した後２００℃でさらに１０分間加熱した試料につい
て、室温および２００℃でシリコンチップと４　２Ａｌ
ｌｏｙとの剪断接力を測定した。結果を第１表に示す。

〔比較例１〜２〕 市販のエポキシおよびボリアミド樹脂系接着剤（いずれ
も銀粉入り）を用いて上記同様の試料を作製した。接着
剤の硬化条件はエポキシ樹脂系接着剤が１５０℃／１０
分＋２７５℃／１０分、ボリアミド樹脂系接着剤が２２
０℃７２時間である。

このものについても同様に剪断接着力を測定した。

結果を第１表に示す。

第１表より本発明の接着剤は短時間で接着が可能な上に
特に高温の接着性が優れていることが分かる。

〔実施例５〜８〕 第２表に示す各種熱硬化性樹脂とフェノキシ樹脂（配合
比はいずれも６／４）を用いて前記同様に半硬化状態の
接着剤を作製し、シリコンチップと４　２Ａ１１ｏｙと
の剪断接力を測定した。結果を第２表に示す。

第２表から本発明の接着剤は短時間で接着が可能な上に
特に高温の接着性が優れていることが分かる。

〔実施例９〜１３および比較例３〜４〕実施例２〜８お
よび比較例ｉ〜２の接着剤を用いて表面にアルミニウム
のジグザグ配線を形成したシリコンチップ（６×１５１
Ｉｎ）を上記同様の条件で４　２Ａｌ１ｏｙ　Ｗ！リー
ドフレームに接着，エポキシ欄脂系封上材料で３００ｍ
ｉ　１幅のＤＩＰ（Ｄｕａｌ　Ｉｎｌｉｎｅ　Ｐａｋａ
ｇｅ）を封止した。このものについて１２’１’Ｃ，２
気圧下に放置した際のアルミニウム配線の腐食不良発生
時間（耐湿性）、−５０’Ｃａｌ５０℃のヒートサイク
ル試験を行った際のパッケージの耐クラック性を評価し
た。結果を第３表に示す。

％）を塗布，前記同様の条件で乾燥し、両面に半硬化状
態の接着剤層を有するシート状接着剤を作製した。

次いで、この接着剤を用いて表面にアルミニウムのジグ
ザグ配線を形成したシリコンチップ（６Ｘｌ５閣）と４
　２Ａｌｌｏｙ製リードフレームを第３図に示すように
接着、エポキシ樹脂系封止材料でＬ　Ｏ　Ｇ　（Ｌｅａ
ｄ　Ｏｎ　Ｃｈｉｐ）構造の３００ｍｉｆｌ幅のＳ　Ｏ
　Ｊ　　（Ｓｍａｌｌ　Ｏｕｔｌｉｎｅ　Ｊ−ｂｅｎｄ
ｅｄＰａｃｋａｇｅ）　　を封止した。これらの封止品
を８５℃／８５％ＲＨ下に放置した後２１５℃のペーパ
ーリフロ（２１５’Ｃ／９０秒）を行った際パッケージ
にクラックが発生するようになる吸湿時間（耐リフロー
性）、１２１℃、２気圧下に放置した際のアルミニウム
配線の腐食不良時間（耐湿性）　、−５００１５０℃の
ヒートサイクル試験を行った際のパッケージの耐クラツ
ク性を評価した。結果を第４表に示す．第３表より本発
明の接着剤を用いた封止品は市販の接着剤を用いた封止
品と各 種信頼性が遜色無いことが分かる。

〔実施例１４〜１７〕 フイルム基材として表面をサンドブラスト処理により粗
化した厚さ１２５μｍの汎用のポリイミドフイルムおよ
び低吸湿性のポリイミドフイルムを準備した。また、エ
ポキシ系並びにフッ素樹脂系の両面鋼張り積層板の銅箔
をエッチング系並びにフッ素樹脂系の両面銅張り積層板
の銅箔をエッチング除去して表面に細かい凸凹を有する
厚さ１２５μｍのガラス／エポキシおよびガラス／フッ
素樹脂基材を準備した。

これらの基材に、ジメチレンエーテル基含有レゾール型
フェノール樹脂（分子量：９５０，メチロール基濃度：
Ｏ．．３５　モル／フェニル基上モル，ジメチレンエー
テル基：０．３５／フエニル基エモル）６０重量部とフ
ェノキシ樹脂（分子量：５００００，軟化点＝１００℃
）４０重量部をテトラヒドフランに溶解したワニス（不
揮発分２ｏ第４表より本発明の接着剤を面実装型パッケ
ージに適用し場合にも封止品の各種信頼性には問題が無
いことが分かる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、チップのリードフレームやパッケージ
に対する接着が比較的低い温度で、かつ、短時間で行え
、しかも高温で高い接着力が得られ，封止品の各種信頼
性が良好なため、工業的な利用価値が極めて高い。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は、本発明の一実施例の断面図，第２図は従来技
術の断面図、第３図ないし第５図は本発明の他の実施例
の断面図である。 第 ２ 図 第 ４ 図 第 ３ 図 弟 ５ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱硬化性樹脂２０〜８０重量部とフェノキシ樹脂２
   ０〜８０重量部の混合物を接着剤の必須成分とすること
   を特徴とするシート状接着剤。 ２、予めシート状に成形された熱硬化性又は熱可塑性樹
   脂からなる基材の片面又は両面に、熱硬化性樹脂２０〜
   ８０重量部とフェノキシ樹脂２０〜８０重量部の混合物
   を必須成分とする樹脂組成物を塗布することを特徴とす
   るシート状性着剤。 ３、予めシート状に形成された基材がガラス布にエポキ
   シ樹脂を含浸した積層板であることを特徴とする第２項
   記載のシート状接着剤。 ４、予めシート状に形成された基材が表面に微細な凹凸
   を形成したガラス布にエポキシ樹脂を含浸した積層板で
   あることを特徴とする第２または第３項記載のシート状
   接着剤。 ５、予めシート状に形成された基材がガラス／エポキシ
   系の銅張り積層板の銅箔をエッチング除去した表面に微
   細な凹凸を有するガラス布にエポキシ樹脂を含浸した積
   層板であることを特徴とする第２ないし第４項記載のシ
   ート状接着剤。 ６、予めシート状に形成された基材がポリイミド樹脂で
   ある第２項記載のシート状接着剤。 ７、予めシート状に形成された基材が表面に微細な凹凸
   を形成したポリイミド樹脂である第２または第３図記載
   のシート状接着剤。 ８、予めシート状に形成された基材の表面が接着力を高
   めるために物理的又は化学的に処理されていることを特
   徴とする第２項記載のシート状接着剤。 ９、接着剤組成物が熱硬化性樹脂２０〜８０重量部とフ
   ェノキシ樹脂２０〜８０重量部からなる混合物に無機又
   は有機の粒子が配合されていることを特徴とする第１項
   記載の接着財用組成物またはに第２ないし第８項記載の
   シート状接着剤。 １０、接着剤組成物に配合される粒子が実質的に球形ま
   たは円柱状で、かつ、粒径または直径が一定の無機又は
   有機の粒子が配合されていることを特徴とする第１項記
   載の接着剤用組成物または第２ないし９項記載のシート
   状接着剤。 １１、接着剤組成物に配合される粒子が電気導電性を有
   する粒子であることを特徴とする第１項記載の接着財用
   組成物または第２〜１０項記載のシート状接着剤。 １２、接着剤組成物の熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂、レ
   ゾール型フェノール樹脂又はポリイミド樹脂のいずれか
   から選ばれるものであることを特徴とする第１項記載の
   接着財用組成物または第２ないし第１１項記載のシート
   状接着剤。 １３、半導体素子とリードフレームが上記第１ないし第
   １２項に記載されたいずれかのシート接着剤で固定され
   ていることを特徴とする半導体装置。