JPH08111426A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化
剤、（Ｃ）エポキシ樹脂との相溶性のよい熱可塑性樹脂
および（Ｄ）導電性粉末を必須成分とする導電性接着剤
を、支持フィルムに剥離可能に定着した導電性接着シー
トを用いて、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装置である。 【効果】 本発明の半導体装置は、導電性接着シートを
用いたことによって、接着性に優れ、チップの反りが少
なくボイドの発生がなく、半導体チップの大型化と表面
実装に対応した信頼性の高いものである。また、製造工
程の短縮化、合理化に寄与する有益なものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップの反りが
少なく、ボイド等の発生のない、半導体チップの大型化
に対応した半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】リードフレーム上の所定部分にＩＣ、Ｌ
ＳＩ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一つである。従来から
この接続方法として、半導体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、加圧圧着するという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型半導体装置ではＡ
u −Ｓi 共晶法から、半田を使用する方法や、ペースト
状の導電性接着剤を使用する方法等に急速に移行してき
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、半田を使用す
る方法は、半田や半田ボールが飛散して電極等に付着
し、腐蝕断線の原因になることが指摘されている。ペー
スト状の導電性接着剤を使用する方法では、近年のＩ
Ｃ、ＬＳＩ等の半導体チップの大型化に伴う反り問題に
対応するため、低応力化の目的で樹脂中にゴム成分やそ
の他の熱可塑性樹脂を導入する方法が取られているが、
ゴム成分がペースト中に存在するとディスペンス等のペ
ースト塗布において、作業性が著しく悪化する欠点があ
った。また、その他の熱可塑性樹脂を導入する方法は、
エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂との相溶性が悪く、熱可
塑性樹脂を含む導電性接着剤の多くは使用時においてペ
ースト状を保持させるために、溶剤や反応性液状物に希
釈されている。特に、熱可塑性樹脂は希釈効率が一般的
に悪く、大量の希釈溶剤等を必要とする。そのために、
硬化時に接着剤層にボイドが発生し、さらにチップクラ
ックの発生や接着力の低下を引き起こし、素子の信頼性
を低下させる欠点があった。このためチップの反り及び
ボイドの発生がなく、チップの大型化に対応した半導体
装置の開発が強く要望されていた。

【０００４】本発明は、上記の欠点を解消するためにな
されたもので、導電性接着シートを使用して接着強度に
優れ、半導体チップの反りが少なく、また、ボイドやチ
ップクラックの発生がなく、半導体チップの大型化と表
面実装に対応した、信頼性の高い半導体装置を提供しよ
うとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、後述する組成の
接着剤シートを用いることによって、上記の目的を達成
でき、アッセンブリー工程において支持フィルムから被
着体への転写が良好であることを見いだし、本発明を完
成したものである。

【０００６】即ち、本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）エポキシ樹脂との相溶性のよい熱
可塑性樹脂および（Ｄ）導電性粉末を必須成分とする導
電性接着剤の層を、支持フィルム上に剥離可能に定着し
た導電性接着シートを用いて、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装
置である。

【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００８】本発明に用いる導電性接着シートの導電性
接着剤は、エポキシ樹脂、硬化剤、エポキシ樹脂との相
溶性のよい熱可塑性樹脂および導電性粉末を必須成分と
するものであり、これらの各成分について説明する。

【０００９】（Ａ）エポキシ樹脂としては、 1分子中に
エポキシ基を 2個以上有するエポキシ化合物であれば、
特に制限するものではなく種々のものを使用することが
できる。このようなエポキシ樹脂としては、例えばビス
フェノールＡのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ビ
スフェノールＦのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、
フェノールノボラック型のグリシジルエーテル型エポキ
シ樹脂、グリセリンのグリシジルエーテル型エポキシ樹
脂、ポリアルキレンオキサイドのグリシジルエーテル型
エポキシ樹脂、ダイマー酸のグリシジルエステル型エポ
キシ樹脂、ブロム化ビスフェノールＡのグリシジルエー
テル型エポキシ樹脂、ビニルシクロヘキセンジオキサイ
ド等の脂環式エポキシ樹脂、ポリブタジエンを過酢酸で
エポキシ化したエポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単
独または 2種以上混合して使用することができる。この
他にエポキシ樹脂の粘度を低下させるため、低粘度のエ
ポキシ樹脂を混合併用することができる。

【００１０】（Ｂ）硬化剤としては、アッセンブリー後
の半導体チップの性能を損なわないものであれば、特に
制限されるものではなく、種々のエポキシ樹脂の硬化剤
を使用することができる。これらの硬化剤として例え
ば、アミン系硬化剤［脂肪族アミン（トリエチレンテト
ラミン、テトラエチレンペンタミン等）、ポリアミドア
ミン（ダイマー酸とポリアミンの縮合物）、芳香族アミ
ン（ 4,4′−ジアミノジフェニルスルホン、 4,4′−ジ
アミノジフェニルメタン、Ｎ，Ｎ′−ジメチル-4,4′−
ジアミノジフェニルメタン、Ｎ，Ｎ′−ジエチル-4,4′
−ジアミノジフェニルメタン、Ｎ，Ｎ′−ジメチル-3,
3′−ジアミノジフェニルメタン等）］、フェノール系
硬化剤［ビスフェノール類（ビスフェノールＡ、ビスフ
ェノールＦ、ビスフェノールＳ等）、フェノール樹脂類
（ノボラックフェノール樹脂、ノボラッククレゾール樹
脂等）、ビニルフェノールの重合物（ポリ−p-ビニルフ
ェノール等）］等が挙げられ、これらは単独または 2種
以上混合して使用することができる。

【００１１】（Ｃ）エポキシ樹脂との相溶性のよい熱可
塑性樹脂としては、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコ
ール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、アクリル樹脂、
ポリアクリロニトリル樹脂、ビニルウレタン樹脂、ポリ
エステル樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられ、樹脂の分
子量等に制限されるものではなく、広く使用することが
できる。これらの熱可塑性樹脂は単独又は 2種以上混合
して使用することができる。この熱可塑性樹脂の配合割
合は、エポキシ樹脂に対して10〜200 重量％配合するこ
とが望ましい。配合量が10重量％未満では、接着剤をシ
ート化した後のハンドリング性が十分でなく、また、ウ
エハー裏面への熱転写時に十分なタック性が発生せず、
一方200 重量％を超えると硬化後の耐熱性が低下し好ま
しくない。

【００１２】（Ｄ）導電性粉末としては、例えば銀粉
末、銅粉末、ニッケル粉末等の金属粉末が挙げられ、こ
れらは単独又は 2種以上混合して使用することができ
る。また導電性粉末であれば制限はなく、表面に金属鍍
金層を有する粉末等でもよい。さらに導電性粉末の形状
について特に制限はない。これらの導電性粉末の中でも
球状のものが好んで用いられ、粒径が50μm 以下のもの
が好ましい。粒径が50μmを超えると導電性が不安定に
なり好ましくない。また、バインダーとなる樹脂と導電
性粉末との配合割合は、重量比で30：70〜10：90の範囲
であることが望ましい。導電性粉末が70重量部未満では
十分な導電性が得られず、90重量部を超えると作業性や
密着性が低下し好ましくない。

【００１３】本発明に用いる導電性接着剤は上述したエ
ポキシ樹脂、硬化剤、特定の熱可塑性樹脂および導電性
粉末を必須成分とするものであるが、本発明の目的に反
しない限り、また、必要に応じて他の成分、例えば、硬
化促進剤、カップリング剤、分散剤等を添加配合するこ
とができる。この導電性接着剤の製造方法は、各成分を
配合して三本ロール等により均一に混練してペースト状
物を得る。この時にエポキシ樹脂、硬化剤、熱可塑性樹
脂のいずれかが固体である場合、あるいは作業上粘度が
高い場合は、必要に応じて有機溶剤で希釈した後、各成
分を配合し均一に混練して製造することができる。得ら
れたペースト状物を支持フィルム上に均一に塗布し、加
熱して溶剤を除去して予備硬化を行い、 5〜100 μm 厚
程度のフィルム状接着剤を形成して導電性接着シートを
製造することができる。この予備硬化によるシート化に
おいては、導電性接着シートに含まれる溶剤残量が 1重
量％以下であることが望ましい。溶剤残量が 1重量％を
超えると残留溶剤の影響により、マウント工程において
ボイドが発生し好ましくない。ここで使用する支持フィ
ルムとしては、溶剤を除去する予備硬化工程によって悪
影響を与えないものであれば特に限定されるものではな
く、例えば、ポリエチレンフィルム、ポリオレフィン重
合体フィルム等が挙げられ、広く使用することができ
る。

【００１４】得られた導電性接着シートは、加熱すると
支持フィルムと導電性接着剤との間の剥離特性を向上
し、接着剤を支持フィルム上に残すことなく被着体に転
写できる。こうして得られた導電性接着シートは、半導
体素子製造においてダイシング工程前のウェーハの裏面
に対して前記導電性接着シートを合わせ、熱風オーブ
ン、ヒートブロック、熱風ドライヤー等により、50〜10
0 ℃の温度にしてより好ましくは熱可塑性樹脂の軟化点
以上の温度で 5〜60秒間加熱すれば、導電性接着剤のみ
をウェーハ裏面に転写することができる。得られた導電
性接着剤付ウェーハは通常の方法によってダイシング
し、通常のアッセンブリー工程同様リードフレーム上に
各ダイシング済半導体チップを、導電性接着剤ごとマウ
ントし、120 〜300 ℃の温度で数十秒から数分間ヒート
ブロック上で加熱硬化させて使用する。また、オーブン
で 150〜200 ℃の温度で数分間から数時間硬化させて使
用することができる。その後ワイヤボンディングを行い
樹脂封止材で封止して半導体装置を製造することができ
る。

【００１５】

【作用】本発明の半導体装置は、導電性接着シートを用
いることによって目的を達成することができたものであ
る。この導電性接着シートの導電性接着剤は、エポキシ
樹脂、硬化剤、特定の熱可塑性樹脂および導電性粉末を
必須成分とし、溶剤残量が 1重量％以下であり、これを
用いることによって、大型チップの反り変形がなく、ま
た、ボイドの発生やチップクラックがないとともに支持
フィルムからの被着体への良好な転写ができるものであ
る。導電性接着シートを用いることによって、製造工程
のハンドリング性がよく、半導体組立てラインの合理化
が可能となり、信頼性の高い半導体装置を製造すること
ができる。

【００１６】

【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。以下の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。

【００１７】実施例１ エポキシ樹脂エピコート８２８（油化シェルエポキシ社
製、商品名）16部、フェノールノボラック樹脂ＢＲＧ−
５５８（昭和高分子社製、商品名） 6部、熱可塑性樹脂
ＵＥ−３２００（ユニチカ社製、ポリエステル樹脂商品
名）20部、イミダゾール２Ｅ４ＭＺ−ＣＮ（四国化成社
製、商品名） 0.5部をメチルエチルケトンおよびブチル
セロソルブアセテートの 1：1 （重量比）混合溶剤30部
に溶解した。この溶液に銀粉末 124部を混合し、さらに
三本ロールにより混練して導電性接着剤を得た。

【００１８】実施例２ エポキシ樹脂エピコート８２８（油化シェルエポキシ社
製、商品名）10部、エピコート１００１（油化シェルエ
ポキシ社製、商品名） 5部、フェノールノボラック樹脂
ＢＲＧ−５５８（昭和高分子社製、商品名）5 部、熱可
塑性樹脂ＵＥ−３２２０（ユニチカ社製、ポリエステル
樹脂商品名）15部、イミダゾール２Ｅ４ＭＺ−ＣＮ（四
国化成社製、商品名） 0.3部をメチルエチルケトンおよ
びブチルセロソルブアセテートの 1：1 （重量比）混合
溶剤30部に溶解した。この溶液に銀粉末 105部を混合
し、さらに三本ロールにより混練して導電性接着剤を得
た。

【００１９】実施例１〜２で得た導電性接着剤を用い
て、厚さ40μm のポリプロピレンフィルム上にキャスト
して、100 ℃で60分間、乾燥半硬化させ、溶剤残量 0.5
5 ％（加熱重量減測定による）、厚さ34μm の接着剤層
を有する導電性接着シートを製造した。

【００２０】比較例１ エポキシ樹脂ＹＬ−９８０（油化シェルエポキシ社製、
商品名）16部、フェノールノボラック樹脂ＢＲＧ−５５
８（昭和高分子社製、商品名）6 部、イミダゾール２Ｅ
４ＭＺ（四国化成社製、商品名） 0.3部をメチルエチル
ケトンおよびブチルセロソルブアセテートの 1：1 （重
量比）の混合溶剤10部に溶解した。この溶液に銀粉末66
部を混合し、さらに三本ロールにより混練しての導電性
接着剤を得た。この導電性接着剤を用いて、厚さ40μm
のポリプロピレンフィルム上にキャストして、100 ℃で
60分間乾燥半硬化させ、溶剤残量 0.55 ％（加熱重量減
測定による）、厚さ34μm の接着剤層を有する導電性接
着シートを製造した。

【００２１】比較例２ エポキシ樹脂ＹＬ−９８０（油化シェルエポキシ社製、
商品名）16部、フェノールノボラック樹脂ＢＲＧ−５５
８（昭和高分子社製、商品名）6 部、熱可塑性樹脂ＵＥ
−３２００（ユニチカ社製、ポリエステル樹脂商品名）
20部、イミダゾール２Ｅ４ＭＺ（四国化成社製、商品
名） 0.3部をメチルエチルケトンおよびブチルセロソル
ブアセテートの 1：1 （重量比）混合溶剤30部に溶解し
た。この溶液に銀粉末 126部を混合し、さらに三本ロー
ルにより混練して導電性接着剤を得た。この導電性接着
剤を用いて、厚さ40μm のポリプロピレンフィルム上に
キャストして、80℃で60分間乾燥半硬化させ、溶剤残量
2.7％（加熱重量減測定による）、厚さ35μm の接着剤
層を有する導電性接着シートを製造した。

【００２２】比較例３ 市販のエポキシ樹脂ベースの溶剤型半導体用導電性ペー
ストを入手し、比較例２と同時にして導電性接着シート
を製造した。

【００２３】実施例１〜２および比較例１〜２で製造し
た導電性接着シートを用いて80℃のヒートブロック上で
シリコンウェーハ裏面に導電性接着剤を転写させた。さ
らに導電性接着剤付シリコンウェーハをチップサイズ4
× 12mm フルダイシングし、ヒートブロック上でリード
フレーム（厚さ 200μm 銅系）に導電性接着剤付半導体
チップを、200 ℃で 2分間接着硬化させて半導体装置を
製造した。また、比較例３の導電性ペーストを用いて前
記と同様のチップサイズのシリコンチップを、リードフ
レーム上にマウントしオープンで180 ℃で 1時間の接着
条件で接着し半導体装置を製造した。これらの半導体装
置について、接着強度、接着剤層のボイドの有無、半導
体チップの反り、導電性及び耐湿性（バイアスＰＣＴ、
ＰＣＴ）の試験を行った。その結果を表１に示したが、
いずれも本発明が優れており、本発明の顕著な効果が認
められた。

【００２４】

【表１】 ＊1 ：銀メッキしたリードフレーム（銅系、200 μm 厚）上に 2×2mm および 4 × 12mm の半導体チップを接合し、25℃および 350℃の温度でプッシュプルゲー ジを用いて剪断力を測定した。 ＊2 ：半導体チップの裏面のボイドの有無を評価した。○印…ボイドの発生なし 、×印…ボイドの発生有り。 ＊3 ：ワイヤボンディング後の半導体チップの表面を表面粗さ計で測定し、半導 体チップ中央部と端部との距離を測定した。 ＊4 ：体積抵抗率で測定した。 ＊5 ：温度 121℃，圧力 2気圧の水蒸気中における耐湿試験（ＰＣＴ）及び 121 ℃，圧力 2気圧の水蒸気中、印加電圧 1.5Ｖを通電して、耐湿試験（バイアスＰ ＣＴ）を各半導体装置について評価した。耐湿試験に供した半導体装置は、各々 60個で時間の経過に伴う不良発生数を示した。不良判定の方法は、半導体装置を 構成するアルミニウム電極の腐食によるオープン、またはリーク電流が許容値の 500％以上への上昇をもって不良とした。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明および表１から明らかなよう
に、本発明の半導体装置は、特定の樹脂組成物をベース
とした導電性接着シートを用いたことによって、接着性
に優れ、チップの反りが少なくボイドの発生がなく、半
導体チップの大型化と表面実装に対応した信頼性の高い
ものである。また、製造工程の短縮化、合理化に寄与す
る有益なものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、
   （Ｃ）エポキシ樹脂との相溶性のよい熱可塑性樹脂およ
   び（Ｄ）導電性粉末を必須成分とする導電性接着剤の層
   を、支持フィルム上に剥離可能に定着した導電性接着シ
   ートを用いて、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装置。