(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイパッドとリード部を備えるフレームと、前記フレームの前記ダイパッドに接合材で接合される半導体素子と、前記半導体素子と前記フレームの前記リード部を接続するワイヤとを具備する半導体装置であり、
前記ダイパッドと前記半導体素子とを直接接合する前記接合材は、はんだ材領域と、前記半導体素子の直下に一部存在し、かつ前記はんだ材領域から分離している熱硬化性樹脂領域とを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記熱硬化性樹脂領域の一部は、前記半導体素子の周縁を前記ダイパッドに接合しており、前記はんだ材領域は、前記熱硬化性樹脂領域で囲まれた空間内に形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記接合材中の前記熱硬化性樹脂領域の割合は、２５体積％以下であることを特徴とする請求項１ないし２いずれか１項記載の半導体装置。
【請求項４】
ダイパッドとリード部を備えるフレームの前記ダイパッドと半導体素子との間に、未硬化の熱硬化性樹脂を充填する工程と、
前記ダイパッドと前記半導体素子との間に、溶融したはんだ材を充填する工程と、
未硬化の前記熱硬化性樹脂を硬化させることにより前記ダイパッドと前記半導体素子とを接合する工程と、
溶融した前記はんだ材を固化させることにより前記ダイパッドと前記半導体素子とを接合する工程と、
前記ダイパッドに前記はんだ材と前記熱硬化性樹脂で接合された前記半導体素子と、前記リード部にワイヤボンディングを施す工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
ダイパッドとリード部を備えるフレームの前記ダイパッドと半導体素子とをはんだ材で接合する工程と、
前記はんだ材の周囲に、未硬化の熱硬化性樹脂を充填する工程と、
前記未硬化の熱硬化性樹脂を硬化させることにより前記ダイパッドと前記半導体素子とを接合する工程と、
前記ダイパッドに接合された前記半導体素子と前記リード部にワイヤボンディングを施す工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
ダイパッドとリード部を備えるフレームの前記ダイパッドと半導体素子との間に、未硬化の熱硬化性樹脂とはんだ材が一体化したものを含むマウント材を充填する工程と、
前記マウント材中の未硬化の前記熱硬化性樹脂と前記はんだ材を溶融させる工程と、
溶融した未硬化の前記熱硬化性樹脂を硬化させることにより前記ダイパッドと前記半導体素子とを接合する工程と、
溶融した前記はんだ材を固化させることにより前記ダイパッドと前記半導体素子とを接合する工程と、
前記ダイパッドに前記はんだ材と前記熱硬化性樹脂で接合された前記半導体素子と、前記リード部にワイヤボンディングを施す工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
電子部品間の接合に使用されるマウント材であり、
中空部を有するはんだ材と、前記はんだ材の中空部に充填された未硬化の熱硬化性樹脂とを含むことを特徴とするマウント材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マウント材と、このマウント材が用いられる半導体装置並びに半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置を製造するに際して、半導体のチップとダイパッドをマウント材により接合するマウント工程と、その後、ワイヤボンディング工程とがある。ワイヤボンディング工程では、金ワイヤを使用する際、金ワイヤの接続強度を高くするために２５０℃〜３００℃程度の温度条件が望ましい。このため、マウント材は、前述した温度以上の耐熱性が必要である。なぜならマウンド材はその温度において溶けたら、チップがダイパッドから外れ、ワイヤボンディングができなくなるからである。そのため、現状の半導体装置では、マウント材として銀ペースト又は融点が３００℃前後の高温はんだが使用されている。
【０００３】
前者の銀ペーストは、銀の粉を各種の樹脂に分散、ペースト状またはフィルム状として一般の半導体装置に使用されているものであるが、熱伝導性が不十分であるため、放熱性が厳しく要求されるパワーデバイスのような半導体装置では、銀ペーストの代わりに、鉛を９０％以上含有する高温はんだが使用される。
【０００４】
しかしながら、近年、地球環境問題に対する意識の高揚から、鉛フリーはんだに対する関心が高まっている。また、電子機器に関しては、鉛系はんだを使用した製品の製造および輸出入が法の規制の対象となり、早急の対策が必要である。
【０００５】
このような状況にあるため、半導体装置において、鉛フリーのはんだ材の実用化が必要であるが、３００℃近傍の融点を持つ鉛フリー高温はんだ材料として、特開平１１−１７２３５４号の公開公報や特開平１１−２０７４８７号の公開公報では、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系にＩｎやＳｎを添加した材料が提案され、また、特開平１１−１７２３５３号の公開公報では、Ｚｎ−Ａｌ−Ｇｅ系にＩｎやＳｎを添加した材料の検討がなされている。
【０００６】
しかしながら、いずれの組成系においても、２００℃近傍あるいは１４５℃近傍で液相が出現するため、ワイヤボンディングの工程において、２５０℃程度の高温にすると、はんだ材料が再溶融し、チップとダイパッドが外れるという不具合が生じる。また、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系では、脆性が高いため熱衝撃試験で剥離が生じるという問題点がある。
【０００７】
以上説明したように、従来知られる鉛フリー高温はんだ材料は、実用に適さないか、または、脆性に問題があるため、半導体装置の鉛フリー化がほとんど進展していない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ダイパッドと半導体素子とのワイヤボンディング工程時の接合強度を向上することが可能なマウント材、半導体装置並びに半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置は、ダイパッドとリード部を備えるフレームと、前記フレームの前記ダイパッドに接合材で接合される半導体素子と、前記半導体素子と前記フレームの前記リード部を接続するワイヤとを具備する半導体装置であり、
前記ダイパッドと前記半導体素子とを直接接合する前記接合材は、はんだ材領域と、前記半導体素子の直下に一部存在し、かつ前記はんだ材領域から分離している熱硬化性樹脂領域とを含むことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、ダイパッドとリード部を備えるフレームの前記ダイパッドと半導体素子との間に、未硬化の熱硬化性樹脂を充填する工程と、
前記ダイパッドと前記半導体素子との間に、溶融したはんだ材を充填する工程と、
未硬化の前記熱硬化性樹脂を硬化させることにより前記ダイパッドと前記半導体素子とを接合する工程と、
溶融した前記はんだ材を固化させることにより前記ダイパッドと前記半導体素子とを接合する工程と、
前記ダイパッドに前記はんだ材と前記熱硬化性樹脂で接合された前記半導体素子と、前記リード部にワイヤボンディングを施す工程と
を具備することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法では、未硬化の熱硬化性樹脂の硬化反応とはんだ材の固化を同時に行っても、前記硬化反応を行った後に前記固化を行っても、あるいは前記固化を行った後に前記硬化反応を行っても良いが、ワイヤボンディングは未硬化の熱硬化性樹脂の硬化反応後実施されるものでなければならない。
【００１２】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、ダイパッドとリード部を備えるフレームの前記ダイパッドと半導体素子とをはんだ材で接合する工程と、
前記はんだ材の周囲に、未硬化の熱硬化性樹脂を充填する工程と、
前記未硬化の熱硬化性樹脂を硬化させることにより前記ダイパッドと前記半導体素子とを接合する工程と、
前記ダイパッドに接合された前記半導体素子と前記リード部にワイヤボンディングを施す工程と
を具備することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明に係る第３の半導体装置の製造方法は、ダイパッドとリード部を備えるフレームの前記ダイパッドと半導体素子との間に、未硬化の熱硬化性樹脂とはんだ材が一体化したものを含むマウント材を充填する工程と、
前記マウント材中の未硬化の前記熱硬化性樹脂と前記はんだ材を溶融させる工程と、
溶融した未硬化の前記熱硬化性樹脂を硬化させることにより前記ダイパッドと前記半導体素子とを接合する工程と、
溶融した前記はんだ材を固化させることにより前記ダイパッドと前記半導体素子とを接合する工程と、
前記ダイパッドに前記はんだ材と前記熱硬化性樹脂で接合された前記半導体素子と、前記リード部にワイヤボンディングを施す工程と
を具備することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明に係る第３の半導体装置の製造方法では、未硬化の熱硬化性樹脂の硬化反応とはんだ材の固化を同時に行っても、前記硬化反応を行った後に前記固化を行っても、あるいは前記固化を行った後に前記硬化反応を行っても良いが、ワイヤボンディングは未硬化の熱硬化性樹脂の硬化反応後実施されるものでなければならない。
【００１５】
本発明に係るマウント材は、電子部品間の接合に使用されるマウント材であり、中空部を有するはんだ材と、前記はんだ材の中空部に充填された未硬化の熱硬化性樹脂とを含むことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、ワイヤボンディング工程（特に、金ワイヤを使用するワイヤボンディング工程）において、半導体素子（チップ）とダイパッドが外れないようにするには、チップの一部をダイパッドにはんだ材で直接接合すると共に、このはんだ材に熱硬化性樹脂を均一に分散させるのではなく、このはんだ材から分離している熱硬化性樹脂をチップの直下に配置し、このような熱硬化性樹脂でチップとダイパッドを接着すれば、熱硬化性樹脂が、ワイヤボンディングの時にチップとダイパッドを仮止めする接着材として機能し、融点の低いはんだ材を使用しても、金ワイヤを使用したワイヤボンディングは可能であることを発見、本発明を完成したのである。
【００１７】
すなわち、本発明に係る半導体装置は、ダイパッドとリード部を備えるフレームと、前記フレームの前記ダイパッドに接合材で接合される半導体素子と、前記半導体素子と前記フレームの前記リード部を接続するワイヤとを具備する半導体装置であり、
前記ダイパッドと前記半導体素子とを直接接合する前記接合材は、はんだ材領域と、前記半導体素子の直下に一部存在し、かつ前記はんだ材領域から分離している熱硬化性樹脂領域とを含むことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明において用いることが出来る半導体装置としては、例えばインテリジェントパワーデバイス（ＩＰＤ）やパワーＭＯＳトランジスタ等の、２００Ａ程度、６００Ｖ以下のトランジスタ等がある。
【００１９】
この接合材では、熱硬化性樹脂領域がはんだ材領域から分離されていれば、熱硬化性樹脂領域とはんだ材領域が物理的に離れていても、あるいは物理的に接していても良い。
【００２０】
熱硬化性樹脂には、加熱によって硬化し、ワイヤボンディングの工程において、チップとダイパッドが外れないような耐熱性があればどんな樹脂でも使用できる。具体例として、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドなどが挙げられる。これらの樹脂は単独でも、あるいは２種類以上を組み合わせて使用しても良い。また、必要に応じて、これらの樹脂に界面活性剤、レベリング剤、触媒、酸化防止剤、溶媒などを加えて使用しても良い。
【００２１】
はんだ材には、融点（液相線）が１５０℃〜３００℃の範囲内のものであれば、いかなる種類のはんだ材でも使用できるが、融点（液相線）が１８０℃〜２８０℃の範囲内にあればさらに望ましい。融点があまりにも低い場合、使用中の素子の発熱によってはんだが溶けてしまい、信頼性の低下が心配される。また、融点が３００℃より高くなると、はんだ付け温度が高くなるため、樹脂がその温度に耐えられない可能性がある。具体例として、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｎ系はんだ材のような鉛を含まないはんだ材が挙げられる。また、本発明は、鉛を含むはんだ材を用いた際にも、ダイパッドとチップのワイヤボンディング時の接合強度をより高くすることが可能である。
【００２２】
熱硬化性樹脂領域の割合は、接合材全体の体積（１００体積％）に対して２５体積％以下にすることが望ましい。熱硬化性樹脂の成分が２５体積％よりも多いと、熱伝導率が悪くなって製品である半導体装置の放熱性が低下する恐れがある。また、熱硬化性樹脂の成分が少ないと、チップとダイパッドの接着力が不足し、ワイヤボンディング時にダイパッドからチップが外れる可能性がある。よって、熱硬化性樹脂領域の割合は、０．１〜２０体積％の範囲内にすることがさらに望ましい。
【００２３】
本発明に係る半導体装置では、チップの周縁とダイパッドを熱硬化性樹脂領域で接合し、かつチップの内部とダイパッドをはんだ材領域で接合することが望ましい。かかる構成にすると、チップとリードに２５０℃以上の温度条件でワイヤボンディングを施す際、高温ではんだ材が溶融するものの、熱硬化性樹脂領域がチップとダイパッドを接着しているため、ダイパッドからチップが外れるのを防止することができる。また、熱硬化性樹脂領域がはんだ材領域を囲んでいるため、溶融したはんだ材がチップの外に流出するのを熱硬化性樹脂領域で堰き止めることができ、ワイヤボンディング後、再度固化したはんだ材によってチップとダイパッドを十分な強度で接合することが可能である。
【００２４】
本発明に係る半導体装置の一例を図１〜図３を参照して説明する。
【００２５】
図１は本発明に係る半導体装置の一例を示す模式図で、図２は図１の半導体装置をＡ−Ａ線に沿って切断した際に得られる模式的な断面図で、図３は図２の半導体装置の要部の拡大図である。
【００２６】
リードフレームのダイパッド１には、半導体素子（チップ）２が接合材３により接合されている。接合材３は、ダイパッド１と半導体素子２を直接接合しているはんだ材領域５と、半導体素子２の直下に存在し、かつはんだ材領域５から分離している熱硬化性樹脂領域４とを含む。熱硬化性樹脂領域４もダイパッド１と半導体素子２を直接接合している。リードフレーム中のリード部６は、チップ２中の電極（図示しない）と例えば金ワイヤ７により接続されている。この半導体素子２は、例えば樹脂により形成されたパッケージ８内に封止されている。
【００２７】
この図１〜図３に示すように、接合材３中に熱硬化性樹脂領域４は、ランダムに存在していても良いが、以下の図４〜図５に説明するような構成にすることも可能である。
【００２８】
図４は本発明に係る半導体装置の別な例を示す模式図で、図５は図４の半導体装置をＢ−Ｂ線に沿って切断した際に得られる模式的な断面図である。図４、図５では、前述した図１〜図３と同様な部材については同符号を付して説明を省略する。
【００２９】
図４及び図５では、半導体素子（チップ）２とダイパッド１の接合材３として、チップ２の周縁に沿って環状に形成された熱硬化性樹脂領域９と、チップ２の内部に形成されたはんだ材領域１０とを含むものを使用する。熱硬化性樹脂領域９は、はんだ材領域１０から分離している。
【００３０】
なお、図４，５では、熱硬化樹脂領域９は丁度チップ２の周縁に沿って形成されるように描かれているが、図１８のように、この熱硬化樹脂領域９の一部をチップ２の周縁からはみ出すようにすれば、チップ２の側面を囲った形になり、ワイヤボンディングする時のチップ２の滑り止めをより効果的に発揮でき、さらに望ましい。
【００３１】
このような構成によれば、チップ２とリードフレーム６に２５０℃以上の温度条件でワイヤボンディングを施した際、熱硬化性樹脂領域９がチップ２とダイパッド１を接着しているため、チップ２がダイパッド１から外れるのを防止することができる。また、熱硬化性樹脂領域９がはんだ材領域１０を囲んでいるため、溶融したはんだ材は、熱硬化性樹脂領域９で堰き止められ、チップ２の外に流出するのが回避される。よって、ワイヤボンディング後、再度固化したはんだ材により十分な強度でチップ２とダイパッド１を接合することが可能になる。
【００３２】
次いで、本発明に係る第１〜第３の半導体装置の製造方法について説明する。
【００３３】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、ダイパッドとリード部を備えるフレームの前記ダイパッドと半導体素子との間に、未硬化の熱硬化性樹脂を充填する工程と、
前記ダイパッドと前記半導体素子との間に、溶融したはんだ材を充填する工程と、
未硬化の前記熱硬化性樹脂を硬化させることにより前記ダイパッドと前記半導体素子とを接合する工程と、
溶融した前記はんだ材を固化させることにより前記ダイパッドと前記半導体素子とを接合する工程と、
前記ダイパッドに前記はんだ材と前記熱硬化性樹脂で接合された前記半導体素子と、前記リード部にワイヤボンディングを施す工程と
を具備する。
【００３４】
熱硬化性樹脂領域の形成とはんだ材領域の形成は、熱硬化性樹脂領域を形成した後にはんだ材領域を形成するか、もしくは同時に行うことが望ましい。これは、はんだ材領域を形成した後に熱硬化性樹脂領域を形成すると、硬化反応の際に再溶融したはんだ材がチップの外に流出する可能性があるからである。
【００３５】
未硬化の熱硬化性樹脂の融点は、はんだ付け温度以下にすることが望ましい。未硬化の熱硬化性樹脂の融点がはんだ付け温度を超えた場合、はんだ付け温度で樹脂が溶けないため、チップとダイパッドが接合されず、樹脂がチップとダイパッドの接着剤として機能しなくなる可能性があるからである。
【００３６】
また、未硬化の熱硬化性樹脂のゲルタイム（硬化までの時間）ははんだ付け温度において、３０分以内に設定することが望ましい。未硬化の熱硬化性樹脂のゲルタイムが３０分を超えた場合、半導体素子やフレームが酸化され、性能低下の恐れがあるからである。一般には、生産性を確保するため、未硬化の熱硬化性樹脂を速く硬化する必要があるため、はんだ付けの温度において、樹脂のゲルタイムを数秒から数分に設定するのが望ましい。樹脂のゲルタイムを短縮するには、樹脂に硬化促進剤あるいは触媒を添加するか、あるいははんだ付け温度をより高温に設定することなどがある。
【００３７】
チップとダイパッドの間に溶融したはんだ材と未硬化の熱硬化性樹脂を充填する方法としては、例えば、以下の（ａ）〜（ｃ）に説明する方法を挙げることができる。
【００３８】
（ａ）チップの裏面に未硬化の熱硬化性樹脂を付着させる。また、ダイパッドの表面にはんだ材を置き、はんだ付け温度に保持することによりはんだ材を溶融させる。チップとダイパッドを重ねることにより、チップとダイパッドの間に溶融したはんだ材と未硬化の熱硬化性樹脂を配置させる。
【００３９】
（ｂ）チップの裏面に未硬化の熱硬化性樹脂を付着させる。また、ダイパッドの表面に未硬化の熱硬化性樹脂とはんだ材を置き、はんだ付け温度に保持することにより樹脂およびはんだ材を溶融させる。チップとダイパッドを重ねることにより、チップとダイパッドの間に溶融したはんだ材と未硬化の熱硬化性樹脂を配置させる。
【００４０】
（ｃ）ダイパッドの表面に未硬化の熱硬化性樹脂とはんだ材を置き、はんだ付け温度に保持することにより樹脂およびはんだ材を溶融させる。このダイパッドにチップを重ねることにより、チップとダイパッドの間に溶融したはんだ材と未硬化の熱硬化性樹脂を配置させる。
【００４１】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法によれば、チップとダイパッドの間に溶融したはんだ材と未硬化の熱硬化性樹脂が最初から分離した状態で存在しているため、チップの直下に一部存在する熱硬化性樹脂領域とこの熱硬化性樹脂領域とは独立して存在するはんだ材領域とにより、チップとダイパッドを接合することができる。その結果、その後のワイヤボンディング工程において、ダイパッドからチップが外れるのを回避することができる。
【００４２】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、ダイパッドとリード部を備えるフレームの前記ダイパッドと半導体素子とをはんだ材で接合する工程と、
前記はんだ材の周囲に、未硬化の熱硬化性樹脂を充填する工程と、
前記未硬化の熱硬化性樹脂を硬化させることにより前記ダイパッドと前記半導体素子とを接合する工程と、
前記ダイパッドに接合された前記半導体素子と前記リード部にワイヤボンディングを施す工程と
を具備する。
【００４３】
このような構成によれば、ワイヤボンディング工程において、ダイパッドからチップが外れるのを回避することができるのに併せて、溶融したはんだ材が半導体素子の外に流出するのを防止することができる。また、この場合、未硬化の熱硬化性樹脂の融点は、はんだ材の融点よりも低いことが望ましい。未硬化の熱硬化性樹脂の融点がはんだ付け温度と同等かもしくはそれ以上であると、未硬化の熱硬化性樹脂を充填する際の加熱ではんだ材が溶融するため、はんだ材を含む接合領域の周囲を熱硬化性樹脂領域で囲むことが困難になるからである。
【００４４】
なお、はんだ材での部分接合をランダムに行った後、はんだ材領域の隙間に熱硬化性樹脂領域を形成したり、あるいは、はんだ材での部分接合をランダムに行った後、はんだ材領域の隙間に熱硬化性樹脂領域を形成し、この接合領域全体を熱硬化性樹脂で囲むことも可能である。
【００４５】
本発明に係る第３の半導体装置の製造方法は、ダイパッドとリード部を備えるフレームの前記ダイパッドと半導体素子との間に、未硬化の熱硬化性樹脂とはんだ材が一体化したものを含むマウント材を充填する工程と、
前記マウント材中の未硬化の前記熱硬化性樹脂と前記はんだ材を溶融させる工程と、
溶融した未硬化の前記熱硬化性樹脂を硬化させることにより前記ダイパッドと前記半導体素子とを接合する工程と、
溶融した前記はんだ材を固化させることにより前記ダイパッドと前記半導体素子とを接合する工程と、
前記ダイパッドに前記はんだ材と前記熱硬化性樹脂で接合された前記半導体素子と、前記リード部にワイヤボンディングを施す工程と
を具備する。
【００４６】
熱硬化性樹脂領域の形成とはんだ材領域の形成は、熱硬化性樹脂領域を形成した後にはんだ材領域を形成するか、もしくは同時に行うことが望ましい。これは、はんだ材領域を形成した後に熱硬化性樹脂領域を形成すると、硬化反応の際に再溶融したはんだ材がチップの外に流出する可能性があるからである。
【００４７】
マウント材としては、例えば、以下の（Ａ）〜（Ｃ）に説明するものを挙げることができる。
【００４８】
（Ａ）例えばエナメル線のように、ワイヤ状のはんだ材の周面を未硬化の熱硬化性樹脂で被覆したものをマウント材として使用する。被覆方法としては、例えば、コーティング、吹き付け、塗装、静電塗装、粉体塗装などの技術を採用することができる。
【００４９】
（Ｂ）はんだ材を中空化し、その中空部に未硬化の熱硬化性樹脂を充填したものをマウント材として使用する。具体的には、未硬化の熱硬化性樹脂をはんだ材のインゴットの中空部に充填した後、押出機を用いて糸はんだのように線引きすることによりマウント材を得ることができる。
【００５０】
（Ｃ）はんだ材の粉末と未硬化の熱硬化性樹脂粉末を混合し、この混合物を所望の形状に成型することによりマウント材を得る。
【００５１】
成形機としては、例えば、押出機、プレス、ロールなどを使用することができる。また、成型体の形状は、例えば、ワイヤ、棒、薄箔、フィルム、フレーク、ボールなどにすることができる。
【００５２】
未硬化の熱硬化性樹脂の融点は、はんだの付け温度以下にすることが望ましい。未硬化の熱硬化性樹脂の融点がはんだ付け温度を超えた場合、はんだ付け温度で樹脂が溶けないため、チップとダイパッドが接合されず、樹脂がチップとダイパッドの接着剤として機能しなくなる可能性があるからである。
【００５３】
また、未硬化の熱硬化性樹脂のゲルタイム（硬化までの時間）ははんだ付け温度において、３０分以内に設定することが望ましい。未硬化の熱硬化性樹脂のゲルタイムが３０分を超えた場合、半導体素子やフレームが酸化され、性能低下の恐れがあるからである。一般には、生産性を確保するため、未硬化の熱硬化性樹脂を速く硬化する必要があるため、はんだ付けの温度において、樹脂のゲルタイムを数秒から数分に設定するのが望ましい。樹脂のゲルタイムを短縮するには、樹脂に硬化促進剤あるいは触媒を添加するか、あるいははんだ付け温度をより高温に設定することなどがある。
【００５４】
本発明に係る第３の半導体装置の製造方法では、はんだ材と未硬化の熱硬化性樹脂を一体化したものを含むマウント材をチップとダイパッドの間に充填する。このマウント材では、一見樹脂とはんだが一体になっており、熱硬化性樹脂とはんだ材が分離した状態の接合材を得ることが困難であるように思われるが、未硬化の熱硬化性樹脂とはんだ材はもともと表面張力も、粘度も異なるので、双方が溶融した際、水と油のように相溶せず、それぞれ独立に存在する。未硬化の熱硬化性樹脂とはんだ材が溶融した際、未硬化の熱硬化性樹脂がはんだ材と独立して存在しなければ、接合材中において、樹脂ははんだ材の中に細かい粒子として存在することとなり、熱硬化性樹脂がチップとダイパッドの接着材として機能しなくなるからである。
【００５５】
はんだ材と未硬化の熱硬化性樹脂を一体化したものを含むマウント材は、加熱されると、未硬化の熱硬化性樹脂とはんだ材が溶け出して、その表面張力の違いによって、はんだ材と樹脂は混ざらず、しかも、樹脂は流動性が良いので、はんだ付け時の圧力で樹脂がはんだより遠く流れ、チップの周囲に集まるようになる。その状態でさらに加熱を続けると樹脂が硬化し、チップとダイパッドをすっかり固定して、融点が３００℃を超える高温はんだを使用しなくてもワイヤボンディング時にチップとダイパッドの外れが無く、ワイヤボンディングが可能になるのである。
【００５６】
本発明に係る第３の半導体装置の製造方法では、中空部を有するはんだ材と、前記はんだ材の中空部に充填された未硬化の熱硬化性樹脂とを含むマウント材（Ｂ）を使用することが望ましい。かかるマウント材（Ｂ）によれば、保管時に、未硬化の熱硬化性樹脂が吸湿されるのを回避することができるため、未硬化の熱硬化性樹脂が硬化して熱硬化性樹脂領域が形成される際に、泡の発生を防止することができる。その結果、チップとダイパッド間の熱伝導性が損なわれるのを回避することができる。また、樹脂フリーのはんだ材を用いる際に使用している現行の製造装置をそのまま転用することができるため、製造コストを上げずに半導体装置の性能を向上することが可能である。
【００５７】
本発明に係る第３の半導体装置の製造方法のうち、マウント材（Ｂ）を使用する製造方法を図６〜図９を参照して詳細に説明する。
【００５８】
図６は、本発明に係る第３の半導体装置の製造方法の一例におけるマウント工程を示す模式図で、図７は本発明に係る第３の半導体装置の製造方法の一例におけるワイヤボンディング工程を示す模式図で、図８は本発明に係る第３の半導体装置の製造方法の一例におけるモールド工程を示す模式図で、図９は、図８のモールド工程後の半導体装置を示す模式図である。なお、図６〜図９においては、図１〜図３と同様な部材について同符号を付している。
【００５９】
（マウント工程）
まず、図６の（ａ）に示すようなリードフレームを加熱しておく。次いで、図６の（ｂ）に示すように、ダイパッド１に、マウント材（Ｂ）として未硬化の熱硬化性樹脂が内部に充填された糸はんだ１１を載置する。ひきつづき、図６の（ｃ）に示すように、半導体素子（チップ）２をダイパッド１に重ね、未硬化熱硬化樹脂が硬化するまで、これらを加圧することにより熱硬化性樹脂領域を形成する。
【００６０】
（ワイヤボンディング工程）
図７の（ａ）に示すように、半導体素子２とリードフレームの温度を３００℃前後に設定する。次いで、図７の（ｂ）に示すように、金ワイヤ７でワイヤボンディングを行うことにより、半導体素子２の電極とリード６を電気的に接続する。図７の（ｃ）に示すように、ワイヤボンディングが完了したら、半導体素子２とリードフレームの温度を室温に下げる。
【００６１】
（モールド工程）
図８に示すような成形型１２を用いて、半導体素子２を樹脂モールドにより封止し、図９に示すような半導体装置を得る。
【００６２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【００６３】
（実施例１）
３官能エポキシ樹脂（日本化薬株式会社製の商品名がＦＡＥ−２５００）とフェノール硬化剤（三井東圧化学社製の商品名がミレックスＸＬ−２２５）およびイミダゾール触媒（四国化成社製の商品名が２Ｅ４ＭＺ−ＣＮ）を溶媒に溶かして樹脂のワニスを調整した。
【００６４】
つづいて、その樹脂のワニスをディスペンサーにより、チップの裏の４つの角の近傍に直径１ｍｍ以下液滴を滴下し、ホットプレートの上で樹脂内の溶媒を蒸発させた。つぎに、窒素雰囲気の中で２５０℃に加熱した銀メッキのダイパッドのフレームに、Ｓｎ−Ｚｎの共晶はんだ（融点１９９℃）を乗せ、はんだが溶けたことを確認してから、その上に上述のチップを乗せ、樹脂が硬化するまで約３０秒間保持した。その後、温度を３００℃に上げ、通常通りの金ワイヤによるワイヤボンディングを実施したところ、チップとダイパッドが外れず、ボンディングが正常に終わった。
【００６５】
なお、上記の実施例１に使用した熱硬化性樹脂とはんだ材の合計体積に対する熱硬化性樹脂の割合は約２体積％であった。
【００６６】
（実施例２）
窒素雰囲気の中で２５０℃に加熱した銀メッキのダイパッドのフレームに、Ｓｎ−Ｚｎ２５のはんだ（融点２０３℃）のワイヤを用いて、チップをダイパッドにはんだ付けした。その後、フレームの温度を２００℃に下げて、予め溶解していた液状のビスマレイミド樹脂（Ｎ，Ｎ’−（４，４’−Ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ｍｅｔｈａｎｅ）Ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ）をチップの周囲に滴下し、そのままの温度で約５分間放置して樹脂を硬化させた。使用したはんだと熱硬化性樹脂の量から計算して、熱硬化性樹脂とはんだ材の合計体積に対する熱硬化性樹脂の割合は約１７体積％であった。
【００６７】
以上の工程を得た製品を今度３００℃に加熱し、従来通りのワイヤボンディングを実施したところ、チップとダイパッドが外れず、ボンディングが正常に終わった。
【００６８】
実施例２の未封止の半導体装置の半導体素子（チップ）の主要部を覆った状態で実体顕微鏡写真を撮影したもの（２０倍）を図１０に示す。図１１は、図１０の実体顕微鏡写真を説明するための模式図である。
【００６９】
図１０及び図１１から、金ワイヤ７は、一端が半導体素子（チップ）２の電極１３に接続され、かつ他端がリードフレームのリード部６と接続されており、ワイヤボンディングが正常に終わったことがわかる。半導体素子２の周縁とダイパッドの間には、熱硬化性樹脂領域１４が形成されている。熱硬化性樹脂領域１４の外周部分は、半導体素子２の外にはみ出している。また、この写真からはわからないが、熱硬化性樹脂領域１４の内側に、はんだ材領域が存在している。
【００７０】
（実施例３）
エポキシ樹脂としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（油化シェル社製の商品名がエピコート１００４）とフェノール硬化剤（昭和高分子社製で商品名がショウノールＢＲＧ５５６）を溶媒（東京化成社製のアニソール）に溶解し、さらに、カップリング材（日本ユニカー社製の商品名がＡ−１８７）、レべリング材（３Ｍ社製の商品名がＦＣ４３０）およびイミダゾール触媒（四国化成社製の商品名が２Ｅ４ＭＺ−ＣＮ）を加えて、エポキシ樹脂のワニスを調合した。
【００７１】
Ｓｎ−Ｚｎ２５のはんだ（融点２０３℃）のワイヤ（０．８ｍｍφ）を上記のワニスの中に通し、さらに１００℃の乾燥機において、ワイヤがタックフリーになるまで乾燥し、マウント材として未硬化の熱硬化性樹脂とはんだ材の集合体を得た。得られた集合体を電子天秤に秤量し、その重さから算出して、熱硬化性樹脂とはんだ材の合計体積に対する熱硬化性樹脂の割合は５．４体積％であった。
【００７２】
窒素雰囲気の中で２５０℃に加熱した銀メッキのダイパッドのフレームに、上記集合体を乗せ、その状態で数秒放置した。はんだと未硬化の熱硬化性樹脂が溶けて分離したことを確認した後、チップを乗せ、軽く押し付けてから、そのまま３００℃に上げて次のワイヤボンディング工程に移動させて、従来通りのワイヤボンディングを実施したところ、チップがダイパッドから外れず、ワイヤボンディングが正常に終わった。
【００７３】
（実施例４）
ビスマレイミド樹脂（２，２’−Ｂｉｓ［４（４−Ｍａｌｅｉｍｉｄｅｐｈｅｎｏｘｙ）Ｐｈｅｎｙｌ］ｐｒｏｐａｎｅ）を容器に入れて１７０℃に加熱溶解した。次いで、実施例２で説明したのと同様な種類のはんだのワイヤ（Ｓｎ−Ｚｎ２５、０．８ｍｍφ、融点２０３℃）をビスマレイミド樹脂の中に通した。ビスマレイミド樹脂の中に溶媒がないため、室温で冷やせばワイヤがタックフリーになるので乾燥は不要であった。得られたマウント材を電子天秤に測定したところ、ビスマレイミド樹脂の付着量は、マウント材全体の体積に対して１０．２体積％であった。
【００７４】
窒素雰囲気の中で２５０℃に加熱した銀メッキのダイパッドのフレームに、上記集合体を乗せ、その状態で３秒間ぐらい放置した。はんだとビスマレイミド樹脂が溶けて分離したことを確認した後、チップを乗せ、軽く押し付けてから、そのまま３００℃に上げて次のワイヤボンディング工程に移動させて、従来通りのワイヤボンディングを実施したところ、チップがダイパッドから外れず、ワイヤボディングが正常に終わった。
【００７５】
（実施例５）
ビスマレイミド樹脂（Ｎ，Ｎ’−（４，４’−Ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ｍｅｔｈａｎｅ）Ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ）の粉末とＳｎ−Ｃｕ共晶（融点２２７℃）のはんだ粉末を５対９５の体積の割合で粉末の状態で混合し、この混合物からホットプレスを用いて直径０．８ｍｍの棒を圧縮成形により作製し、マウント材を得た。
【００７６】
窒素雰囲気の中で２５０℃に加熱した銀メッキのダイパッドのフレームに、上記マウント材を乗せ、その状態で数秒放置した。はんだ材とビスマレイミド樹脂が溶けて分離したことを確認した後、チップを乗せ、軽く押し付けてから、そのまま３００℃に上げて次のワイヤボンディング工程に移動させて、従来通りのワイヤボンディングを実施したところ、チップがダイパッドから外れず、ワイヤボディングが正常に終わった。
【００７７】
（実施例６）
Ｓｎ−２Ｃｕのインゴットに孔を空け、その孔にビスマレイミド樹脂（Ｎ，Ｎ’−（４，４’−Ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ｍｅｔｈａｎｅ）Ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ）を体積換算で１０％になるように充填した後、外径が１ｍｍになるように、ビスマレイミド樹脂入りの糸はんだを作製し、マウント材を得た。
【００７８】
窒素雰囲気の中で２５０℃に加熱した銀メッキのダイパッドのフレームに、上記マウント材を乗せ、その状態で数秒放置した。はんだ材とビスマレイミド樹脂が溶けて分離したことを確認した後、チップを乗せ、軽く押し付けてから、そのまま３００℃に上げて次のワイヤボンディング工程に移動させて、従来通りのワイヤボンディングを実施したところ、チップがダイパッドから外れず、ワイヤボディングが正常に終わった。
【００７９】
（実施例７）
Ｓｎ−Ａｇ系のはんだボール（直径１ｍｍ、融点２２１℃）に未硬化のポリイミド樹脂をスプレーにより吹き付けてタックフリーになるまで乾燥し、マウント材を得た。樹脂を吹き付ける前と後のはんだボールの重さを測定し、マウント材全体の体積に対する樹脂の付着量を算出したところ、０．５体積％であった。
【００８０】
窒素雰囲気の中で２５０℃に加熱した銀メッキのダイパッドのフレームに、上記マウント材を乗せ、その状態で数秒放置した。はんだと樹脂が溶けて分離したことを確認した後、チップを乗せ、軽く押し付けてから、そのまま３００℃に上げて次のワイヤボンディング工程に移動させて、従来通りのワイヤボンディングを実施したところ、チップがダイパッドから外れず、ワイヤボディングが正常に終わった。
【００８１】
（比較例１）
窒素雰囲気の中で２５０℃に加熱した銀メッキのダイパッドのフレームに、樹脂をまったく含まないＳｎ−Ｚｎ２５のはんだ（融点２０３℃、０．８ｍｍφ）のワイヤを用いて、チップをダイパッドにはんだ付けした。次に３００℃の温度に上げて、ワイヤボンディングを実施しようとしたが、チップがダイパッドから外れたワイヤボンディグが不可能であった。
【００８２】
（比較例２）
エポキシ樹脂としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（油化シェル社製の商品名がエピコート１００４）とフェノール硬化剤（昭和高分子社製で商品名がショウノールＢＲＧ５５６）を溶媒（東京化成社製のアニソール）に溶解し、さらに、カップリング材（日本ユニカー社製の商品名がＡ−１８７）、レべリング材（３Ｍ社製の商品名がＦＣ４３０）およびイミダゾール触媒（四国化成社製の商品名が２Ｅ４ＭＺ−ＣＮ）を加えて、エポキシ樹脂のワニスを調合した。
【００８３】
Ｓｎ−Ｚｎ２５のはんだ（融点２０３℃）のワイヤ（０．８ｍｍφ）を用いて上記のワニスの中に通し、さらに１００℃の乾燥器において、ワイヤがタックフリーになるまで乾燥した。さらに、乾燥機の温度を１８０℃に上げて、３時間、追加乾燥した。この状態の樹脂はすでに硬化し、それ以上加熱しても溶解しないものとなった。
【００８４】
窒素雰囲気の中で２５０℃に加熱した銀メッキのダイパッドのフレームに、上記熱硬化性樹脂で被覆されたはんだワイヤを乗せ、その状態で数秒放置した。樹脂が溶融しないため、はんだと樹脂が分離せず、そのままの状態であったが、チップを乗せ、軽く押し付けると、樹脂が壊れて、中のはんだがはみ出でた。
【００８５】
次に３００℃の温度に上げて、ワイヤボンディングを実施しようとしたが、チップがダイパッドから外れて、ワイヤボンディグが不可能であった。
【００８６】
実施例１〜７および比較例１〜２の実験結果から、実施例１〜７によると、融点の低いはんだ材を使用したにもかかわらず、ワイヤボンディグの時、チップとワイヤが外れず、通常の条件でのワイヤボンディングの実施が可能であることが判明し、その有効性が確認された。
【００８７】
また、Ｓｎ−Ｚｎ２５のはんだ（融点２０３℃）の表面を、前述した実施例４で説明したのと同様な種類のビスマレイミド樹脂（  ２，２’−Ｂｉｓ［４（４−Ｍａｌｅｉｍｉｄｅｐｈｅｎｏｘｙ）  Ｐｈｅｎｙｌ］ｐｒｏｐａｎｅ）で前述した実施例４で説明したのと同様な方法でコーティングした後、ガラス板に挟んで、加熱によりはんだと樹脂を溶融させ、その状態を撮影した実体顕微鏡写真（２０倍）を図１２に示す。図１３は、図１２の実体顕微鏡写真を説明するための模式図である。
【００８８】
図１２及び図１３から、溶融したはんだ材１５と樹脂１６が分離している様子が理解できる。
【００８９】
さらに、ビスマレイミド樹脂（Ｎ，Ｎ’−（４，４’−Ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ｍｅｔｈａｎｅ）Ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ）の粉末とＳｎ−Ｃｕ共晶（融点２２７℃）のはんだ粉末を５対９５のの体積割合で粉末の状態で混合し、この混合物を板状に成型した後、ガラス板に挟んで、加熱によりはんだとビスマレイミド樹脂を溶融させ、その状態を実体顕微鏡写真を用いて２０倍で撮影したものを図１４に、２０倍で撮影したものを図１６に示す。図１５は、図１４の実体顕微鏡写真を説明するための模式図であり、また、図１７は、図１６の実体顕微鏡写真を説明するための模式図である。
【００９０】
図１４〜図１７から、マウント材の表面に溶融した樹脂１７が浮き上がっていることが確認できる。
【００９１】
また、実施例３〜７で用いたマウント材の耐湿性を調査するため、得られたマウント材を、２５℃で、８０％の多湿な環境に２４時間貯蔵した。次いで、これらのマウント材を用いてダイパッドとチップの接合を行った後、接合部をＸ線写真で撮影し、ダイパッドとチップの間の接合部中の泡の発生率を測定し、その結果を下記表１に示す。
【００９２】
【表１】
0003607655.tif 000002
【００９３】
表１から明らかなように、実施例６のマウント材（樹脂入りの糸はんだ）によると、接合部の泡の発生が一番少ないことがわかる。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ダイパッドとチップのワイヤボンディング時の接合強度を向上することが可能なマウント材、半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置の一例を示す模式図。
【図２】図１の半導体装置をＡ−Ａ線に沿って切断した際に得られる模式的な断面図。
【図３】図２の半導体装置の要部の拡大図。
【図４】本発明に係る半導体装置の別な例を示す模式図。
【図５】図４の半導体装置をＢ−Ｂ線に沿って切断した際に得られる模式的な断面図。
【図６】本発明に係る第３の半導体装置の製造方法の一例におけるマウント工程を示す模式図。
【図７】本発明に係る第３の半導体装置の製造方法の一例におけるワイヤボンディング工程を示す模式図。
【図８】本発明に係る第３の半導体装置の製造方法の一例におけるモールド工程を示す模式図。
【図９】図８のモールド工程後の半導体装置を示す模式図。
【図１０】実施例２の未封止の半導体装置の半導体素子（チップ）の主要部を覆った状態で撮影した実体顕微鏡写真。
【図１１】図１０の実体顕微鏡写真を説明するための模式図。
【図１２】実施例３のマウント材を溶融させた状態を撮影した実体顕微鏡写真。
【図１３】図１２の実体顕微鏡写真を説明するための模式図。
【図１４】実施例５のマウント材を溶融させた状態を撮影した実体顕微鏡写真。
【図１５】図１４の実体顕微鏡写真を説明するための模式図。
【図１６】実施例５のマウント材を溶融させた状態を撮影した別の実体顕微鏡写真。
【図１７】図１６の実体顕微鏡写真を説明するための模式図。
【図１８】本発明に係る半導体装置のさらに別の例における要部を示す拡大図。
【符号の説明】
１…ダイパッド、
２…半導体素子（チップ）、
３…接合部、
４…熱硬化性樹脂領域、
５…はんだ材領域、
６…リード部、
７…金ワイヤ、
８…樹脂パッケージ、
９…熱硬化性樹脂領域、
１０…はんだ材領域。
【図１】
0003607655.tif 000003
【図２】
0003607655.tif 000004
【図３】
0003607655.tif 000005
【図４】
0003607655.tif 000006
【図５】
0003607655.tif 000007
【図６】
0003607655.tif 000008
【図７】
0003607655.tif 000009
【図８】
0003607655.tif 000010
【図９】
0003607655.tif 000011
【図１０】
0003607655.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
0003607655.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
0003607655.tif 000016
【図１５】
0003607655.tif 000017
【図１６】
0003607655.tif 000018
【図１７】
0003607655.tif 000019
【図１８】
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