(57)【要約】【課題】  ダイマウント部の低熱抵抗化と高接続信頼性を改善し、さらに高い放熱特性と信頼性を両立した半導体装置を実現することを目的としている。【解決手段】  リードフレームのダイパッド表面の半導体チップを搭載する領域の所要箇所に、平均粒径２０ｎｍ以下の金属微粒子を含む導電性ペーストを塗布して第一の導電性ペーストパターンを形成し、この第一の導電性ペーストパターンに半導体チップをマウントし、第一の導電性ペーストパターンを加熱硬化する。次いで、前記第一の導電性ペーストパターンに隣接する領域に導電性ペーストを塗布して第二の導電性ペーストパターンを形成し、前記第一及び第二の導電性ペーストパターンを加熱硬化させる。以下定法に従い、ワイヤボンディングし、次いで樹脂封止する。前記方法において、第二の導電性ペーストパターンを形成する工程を、半導体チップの搭載前に行っても良い。【選択図】  図２
2006059905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームのダイパッド表面の半導体チップを搭載する領域の所要箇所に、平均粒径２０ｎｍ以下の金属微粒子を含む第一の導電性ペーストを塗布して第一の導電性ペーストパターンを形成する工程と、
前記第一の導電性ペーストパターンに半導体チップをマウントする工程と、
前記第一の導電性ペーストパターンを加熱硬化する工程と、
前記リードフレームのダイパッド表面の硬化した前記第一の導電性ペーストパターンに隣接する領域に第二の導電性ペーストを塗布して第二の導電性ペーストパターンを形成する工程と、
前記第一および前記第二の導電性ペーストパターンを加熱硬化させる工程と、
前記半導体チップと前記リードフレームの端子部を金属ワイヤで接続する工程と、
前記リードフレーム、前記硬化した第一および第二の導電性ペーストパターン、前記半導体チップ、及び前記金属ワイヤを樹脂封止する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２】
リードフレームのダイパッド表面の半導体チップを搭載する領域の所要箇所に、平均粒径２０ｎｍ以下の金属微粒子を含む第一の導電性ペーストを塗布して第一の導電性ペーストパターンを形成する工程と、
前記第一の導電性ペーストパターンを加熱して仮硬化させる工程と、
前記リードフレームのダイパッド表面の前記第一の導電性ペーストパターンに隣接する領域に第二の導電性ペーストを塗布して第二の導電性ペーストパターンを形成する工程と、
前記第一及び第二の導電性ペーストパターンを加熱硬化する工程と、
前記第一及び第二の導電性ペーストパターンに半導体チップをマウントする工程と、
前記半導体チップと前記リードフレームの端子部を金属ワイヤで接続する工程と、
前記リードフレーム、前記硬化した第一および第二の導電性ペーストパターン、前記半導体チップ、及び前記金属ワイヤを樹脂封止する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３】
前記第一の導電性ペーストが、平均粒径２０ｎｍ以下の金属微粒子と、平均粒径１〜１５μｍの金属粒子とが合計で８０〜９９ｗｔ％と、５ｗｔ％以下の樹脂と、１０ｗｔ％以下の有機溶剤と、残部はその他の有機物で構成され、前記第二の導電性ペーストが、平均粒径２０ｎｍ以下の金属微粒子と、平均粒径１〜１５μｍの金属粒子とが合計で７０〜９２ｗｔ％と、５〜１５ｗｔ％以下の樹脂と、１０ｗｔ％以下の有機溶剤と、残部はその他の有機物で構成されるか、もしくは、平均粒径１〜１５μｍの金属粒子が７０〜９２ｗｔ％と、５〜１５ｗｔ％以下の樹脂と、１０ｗｔ％以下の有機溶剤と、残部はその他の有機物で構成されていることを特徴とする請求項１或いは請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第一の導電性ペーストと前記第二の導電性ペーストの少なくとも一方の金属微粒子と金属粒子が、金、銀、銅、白金、パラジウム、鉄、ニッケル、コバルト、錫、インジウムの中の１種類、もしくは２種類以上の合金であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
リードフレームのダイパッド表面の半導体チップを搭載する領域の所要箇所に、平均粒径２０ｎｍ以下の金属微粒子を含む第一の導電性ペーストを塗布して第一の導電性ペーストパターンを形成する工程と、
前記リードフレームのダイパッド表面の前記第一の導電性ペーストパターンを含む領域に第二の導電性ペーストを塗布して第二の導電性ペーストパターンを形成する工程と、
前記第一及び第二の導電性ペーストパターンを加熱硬化する工程と、
前記第一及び第二の導電性ペーストパターンに半導体チップをマウントする工程と、
前記半導体チップと前記リードフレームの端子部を金属ワイヤで接続する工程と、
前記リードフレーム、前記硬化した第一および第二の導電性ペーストパターン、前記半導体チップ、及び前記金属ワイヤを樹脂封止する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】
前記第一の導電性ペーストパターンを形成する工程と、前記第二の導電性ペーストパターンを形成する工程との間に、前記第一の導電性ペーストパターンを加熱して仮硬化させる工程を施すことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関するものであり、半導体装置のダイマウント部の低熱抵抗化および接合信頼性を向上することのできる半導体装置の組み立て技術（ダイボンディング技術）を採用した半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、その表面に半導体回路が形成されたシリコンウェハは、半導体チップと呼ばれている回路単位毎に切断され、リードフレームと呼ばれている半導体チップ保持および端子取り出しのための部材上に搭載され、半導体チップから発生する熱の拡散経路を確保するように接合され封止されて、半導体パッケージとして組み立てられている。この際に用いられる接合材料としては、はんだ材料および樹脂材料が知られている。
前記接合材料としては、機械的強度が十分であること、熱の放散性が優れていること、半導体チップとリードフレームとのオーミックコンタクトに優れていること、および半導体チップに与える応力が小さいことが要求されており、これらの要件を満たす材料として、従来はんだ材料が広く用いられている。しかしながら、従来のはんだ材料には、合金成分として鉛が使用されている。最近、鉛の有害性に着目して、鉛を含有しない材料の使用が求められており、鉛不含有のはんだ材料の開発が進められているが、十分な特性を有する鉛不含有のはんだ材料は未だに見出されていない。そこで、はんだ材料に代わる接合材料として、銀ペーストのような導電性ペーストの使用が検討されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この銀粒子を含有する導電性ペーストを用いた半導体装置の製造方法を、その工程の概略図である図４を用いて説明する。
銅、もしくは４２Ａｌｌｏｙをベース材とし、表面を銀や金メッキを施したリードフレーム４１の一面に、ダイマウント材と呼ばれている導電性接着剤である導電性ペーストを塗布する。この導電性ペーストは、例えば、大きさが３〜１０μｍ程度の球形もしくはフレーク状（鱗片状）の銀粒子を８０ｗｔ％と、粒径１〜２０ｎｍの球状の銀微粒子を１０ｗｔ％と、フェノール樹脂を１ｗｔ％と、テルピネオールやブチルカルビトール、エチレングリコール、ブチルエーテル等の溶剤と他の有機物の合計が９ｗｔ％で構成されており、この導電性ペーストは、ディスペンス法等のような公知の塗布技術で、前記リードフレーム１１の表面の半導体チップを搭載するダイパッド４１ａと呼ばれる領域に塗布され、導電性ペーストパターン４８を形成する。
【０００４】
次いで、前記導電性ペーストと接合する面に銀もしくは金が蒸着されている半導体チップ４２を前記導電性ペーストパターン４３上にマウントし、さらに、前記導電性ペーストを加熱硬化させる。加熱硬化は、半導体チップ４２がマウントされたリードフレーム４１全体をオーブンに入れ、２００℃程度の大気雰囲気中で行う。
【０００５】
その後、半導体チップ４２とリードフレーム４１を金属ワイヤ４５で結線する。この金属ワイヤ４５で結線するワイヤボンディング工程では、例えばφ２０μｍ程度の金線を用いて、リードフレームを２６０〜３００℃に加熱しながら、半導体チップ４２の電極と前記リードフレーム４１の電極端子部４１ｂを接続する。
【０００６】
次いで、前記リードフレーム４１、導電性ペースト硬化部、半導体チップ４２、金属ワイヤ４５を樹脂封止４６する。樹脂封止を行うモールド工程では、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂でトランスファモールド法により封止する。
以上の製造工程を経て、従来の半導体装置が得られる。
【０００７】
ところで、このような従来の半導体装置の組み立て方法によれば、チップサイズが例えば５×５ｍｍ以上の大面積の半導体チップを使用した場合、導電性ペーストがリードフレームと半導体チップに挟持されているため、その硬化時に揮発成分が抜けにくいことから、ボイドが発生しやすく、さらに、半導体チップ周囲からペーストが硬化することから、チップ中央部のペースト硬化が不十分になり、半導体装置のダイマウント部が十分に低熱抵抗化されない問題があった。また、チップサイズが５×５ｍｍ以上の半導体チップを使用した半導体装置を温度サイクル試験した場合、ペースト硬化部に発生するクラックが大きく、半導体装置の信頼性が十分でないという課題があった。このクラック低減には、導電性ペースト中の樹脂量を増加することが有効であるが、樹脂量の増加はペースト硬化物の熱伝導を低下するため、半導体装置のダイマウント部の低熱抵抗化が十分でない問題がある。以上のことから、ダイマウント部の低熱抵抗化と高接続信頼性を両立した半導体装置を得られないという課題があった。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−２８３２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上に説明したように、鉛不含有の材料である従来の銀粒子を含有する導電性ペーストを用いてダイボンディングした半導体装置においては、ダイマウント部の低熱抵抗化と高接続信頼性を実現するには不十分であり、さらに高い放熱特性と信頼性を両立した半導体装置の実現が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第一の本発明は、リードフレームのダイパッド表面の半導体チップを搭載する領域の所要箇所に、平均粒径２０ｎｍ以下の金属微粒子を含む第一の導電性ペーストを塗布して第一の導電性ペーストパターンを形成する工程と、
前記第一の導電性ペーストパターンに半導体チップをマウントする工程と、
前記第一の導電性ペーストパターンを加熱硬化する工程と、
前記リードフレームのダイパッド表面の硬化した前記第一の導電性ペーストパターンに隣接する領域に第二の導電性ペーストを塗布して第二の導電性ペーストパターンを形成する工程と、
前記第一及び前記第二の導電性ペーストパターンを加熱硬化させる工程と、
前記半導体チップと前記リードフレームの端子部を金属ワイヤで接続する工程と、
前記リードフレーム、前記硬化した第一および第二の導電性ペーストパターン、前記半導体チップ、及び前記金属ワイヤを樹脂封止する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である。
【００１１】
第二の本発明は、リードフレームのダイパッド表面の半導体チップを搭載する領域の所要箇所に、平均粒径２０ｎｍ以下の金属微粒子を含む第一の導電性ペーストを塗布して第一の導電性ペーストパターンを形成する工程と、
前記第一の導電性ペーストパターンを加熱して仮硬化させる工程と、
前記リードフレームのダイパッド表面の前記第一の導電性ペーストパターンに隣接する領域に第二の導電性ペーストを塗布して第二の導電性ペーストパターンを形成する工程と、
前記第一及び第二の導電性ペーストパターンを加熱硬化する工程と、
前記第一及び第二の導電性ペーストパターンに半導体チップをマウントする工程と、
前記半導体チップと前記リードフレームの端子部を金属ワイヤで接続する工程と、
前記リードフレーム、前記硬化した第一および第二の導電性ペーストパターン、前記半導体チップ、及び前記金属ワイヤを樹脂封止する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である。
【００１２】
前記第一及び第二の本発明において、前記第一の導電性ペーストが、平均粒径２０ｎｍ以下の金属微粒子と、平均粒径１〜１５μｍの金属粒子とが合計で８０〜９９ｗｔ％と、５ｗｔ％以下の樹脂と、１０ｗｔ％以下の有機溶剤と、残部はその他の有機物で構成されていることが好ましい。
【００１３】
前記第一及び第二の本発明において、前記第二の導電性ペーストが、平均粒径２０ｎｍ以下の金属微粒子と、平均粒径１〜１５μｍの金属粒子とが合計で７０〜９２ｗｔ％と、５〜１５ｗｔ％以下の樹脂と、１０ｗｔ％以下の有機溶剤と、残部はその他の有機物で構成されるか、もしくは、平均粒径１〜１５μｍの金属粒子が７０〜９２ｗｔ％と、５〜１５ｗｔ％以下の樹脂と、１０ｗｔ％以下の有機溶剤と、残部はその他の有機物で構成されていることが好ましい。
【００１４】
更に、前記第一及び第二の本発明において、前記第一の導電性ペーストと前記第二の導電性ペーストの少なくとも一方の金属微粒子及び金属粒子が、金、銀、銅、白金、パラジウム、鉄、ニッケル、コバルト、錫、インジウムの中の１種類、もしくは２種類以上の合金から選ばれたものであることが好ましい。
【００１５】
第三の本発明は、リードフレームのダイパッド表面の半導体チップを搭載する領域の所要箇所に、平均粒径２０ｎｍ以下の金属微粒子を含む第一の導電性ペーストを塗布して第一の導電性ペーストパターンを形成する工程と、
前記リードフレームのダイパッド表面の前記第一の導電性ペーストパターンを含む領域に第二の導電性ペーストを塗布して第二の導電性ペーストパターンを形成する工程と、
前記第一及び第二の導電性ペーストパターンを加熱硬化する工程と、
前記第一及び第二の導電性ペーストパターンに半導体チップをマウントする工程と、
前記半導体チップと前記リードフレームの端子部を金属ワイヤで接続する工程と、
前記リードフレーム、前記硬化した第一および第二の導電性ペーストパターン、前記半導体チップ、及び前記金属ワイヤを樹脂封止する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。
【００１６】
前記第三の本発明において、前記第一の導電性ペーストパターンを形成する工程と、前記第二の導電性ペーストパターンを形成する工程との間に、前記第一の導電性ペーストパターンを加熱して仮硬化させる工程を施すことが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、ダイマウント部の低熱抵抗化と高接続信頼性を得ることができるため、高い放熱特性と信頼性を両立した半導体装置を実現できる。さらに、銀ペーストのような鉛を含有しないダイボンディング材料を採用することができることから、本発明により半導体装置のダイマウント部の鉛フリー化を容易に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明によって製造される半導体装置について、その断面図である図１を用いて説明する。
本発明の半導体製造方法によって製造される半導体装置は、リードフレーム１１のダイパッド１１ａと半導体チップ１２との接合部が、粒径２０ｎｍ以下の金属微粒子を含有する第一の導電性ペーストにより形成された第一の導電性ペーストパターン１３と、金属粒子を含有する第二の導電性ペーストにより形成された第二の導電性ペーストパターン１４とからなっている。そして、接合された半導体チップ１２とリードフレーム１１の端子部１１ｂが、金属ワイヤ１５により結線されている。さらに、リードフレーム１１、半導体チップ１２、第一の導電性ペースト１３、第二の導電性ペースト１４、及び金属ワイヤ１５が樹脂１６によりモールドされている。
【００１９】
［第一の実施の形態］
以下、本発明による半導体装置の製造方法を具体的に説明する。図２に、本発明の第一の実施形態を示す工程図を示す。
【００２０】
まず、図２（ａ）に示すようなリードフレームのダイパッド２１ａと端子部２１ｂを備えたリードフレーム２１を準備する。
リードフレーム２１としては、例えば厚さが０．１〜１ｍｍ程度の銅、もしくは４２Ａｌｌｏｙのコア材に、銀や金等の電気メッキ処理等により、２〜２０μｍ程度のメッキ膜を形成したものを用いることができる。これは、半導体装置の各工程の熱処理温度で、銅が酸化されてしまうことを防止するためであるが、このようなメッキ層を備えていない銅無垢で使用することも可能である。
【００２１】
次いで、図２（ｂ）に示すようにリードフレーム２１のダイパッド２１ａの表面に第一の導電性ペーストを塗布して第一の導電性ペーストパターン２３を形成する。
【００２２】
前記第一の導電性ペーストとしては、粒径が２０ｎｍ以下の金属微粒子を含有する導電性接着剤を使用する。このような導電性接着剤としては、金属粒子及び金属微粒子を、樹脂、溶剤及びその他の添加剤中に分散させたペースト状材料を用いることができる。具体的には、第一の導電性ペーストは、平均粒径２０ｎｍ以下の金属微粒子と、平均粒径１〜１５μｍの金属粒子とが合計で８０〜９９ｗｔ％と、５ｗｔ％以下の樹脂と、１０ｗｔ％以下の有機溶剤と、残部はその他の有機物で構成されていることが好ましい。
前記導電性ペーストの組成において、金属粒子および金属微粒子の含有量が前記比率を下回った場合、および、樹脂の含有量が上記範囲を上回った場合、導電性ペーストの熱伝導性および電気伝導性が低下して、好ましくない。また、有機溶剤の含有量が、上記範囲を上回った場合、ボイドの原因になるため好ましくない。
このペースト状材料の粘度は、５〜５０Ｐａ・Ｓの範囲が好ましい。
【００２３】
本発明で用いる、粒子および微粒子の金属材料としては、銀が好ましいが、これ以外に、金、銅、白金、パラジウム、鉄、ニッケル、コバルト、錫、インジウムなどを用いることができる。
本発明で用いる金属微粒子としては、粒径が２０ｎｍ以下の微粒子であり、このような金属微粒子は常温で相互に融着する性質を有しているため、その表面に有機分散剤層を形成し、相互に融着しないように保護していることが好ましい。このような金属微粒子は市場で入手可能である。
本発明で用いる金属粒子は、３〜１０μｍ程度のフレーク状のもの、もしくは球形のもの、あるいは、これらが混合されたものを用いることができる。
また、金属粒子に対する金属微粒子の配合比は１〜３０ｗｔ％が望ましい。金属微粒子の配合量が、この範囲を下回った場合、所望の熱伝導性能が得られない。一方、金属微粒子の含有量がこの範囲を上回った場合、所定膜厚の導電性ペーストを形成するのに、多量の金属微粒子を必要とし、経済的ではない。
これらの金属粒子及び金属微粒子は、第一の導電性ペースト中においては、前記金属粒子の表面を金属微粒子の層が被覆しているものと考えられる。
【００２４】
本発明で用いる導電性ペーストの樹脂としては、例えばフェノール樹脂が好ましいが、他にエポキシ樹脂、エポキシ樹脂の変性樹脂、および、アクリル樹脂や、耐熱性向上を目的にしたイミド樹脂、アミド樹脂等を用いても良い。さらに、本発明の導電性ペーストとしては、粘度調整用の溶剤としてブチルカルビトールやテルピネオール系の高沸点型溶剤、もしくはチクソ性の調整用の溶剤（表面活性剤やシリカ粉末等の微粒子添加物）を混練することで、ペースト粘度とチクソトロピック性のレオロジー特性を調整することができる。
【００２５】
前記導電性ペーストをリードフレームの所要箇所に塗布するには、スクリーン印刷法、ディスペンス法、もしくはインクジェット法等公知の方法を採用することができる。
【００２６】
前記第一の導電性ペーストの塗布領域は、マウント厚さ３０〜４０μｍで、２．４×２．４ｍｍ以下の範囲とすることができる。
【００２７】
次いで、図２（ｃ）に示すように、第一の導電性ペーストパターンの上に半導体チップ２２をマウントし、第一の導電性ペーストパターン２３を加熱硬化する。半導体チップ２２として、５ｍｍ×５ｍｍ×０．３ｍｍのものを使用した場合、第一の導電性ペーストは、高温オーブンにより、大気雰囲気中で１５０〜２５０℃、１０〜６０分間程度加熱して硬化することができる。
【００２８】
次いで、図２（ｄ）に示すように第二の導電性ペーストを、半導体チップ２２とリードフレームのダイパッド２１ａの間に、第一の導電性ペーストパターン２３を囲むように供給して第二の導電性ペーストパターンを形成し、これを加熱硬化する。
【００２９】
前記第二の導電性ペーストとしては、平均粒径２０ｎｍ以下の金属微粒子と、平均粒径１〜１５μｍの金属粒子とが合計で７０〜９２ｗｔ％と、５〜１５ｗｔ％以下の樹脂と、１０ｗｔ％以下の有機溶剤と、残部はその他の有機物で構成されるか、もしくは、平均粒径１〜１５μｍの金属粒子が７０〜９２ｗｔ％と、５〜１５ｗｔ％以下の樹脂と、１０ｗｔ％以下の有機溶剤と、残部はその他の有機物で構成されていることが好ましい。この第二の導電性ペーストの組成において、金属微粒子および金属粒子の含有量が、この範囲を下回った場合、および樹脂の含有量がこの範囲を上回った場合、導電性ペーストの熱伝導性および電気伝導性が低下して好ましくない。また、樹脂の含有量が上記範囲を下回った場合、導電性ペーストの硬化物の機械的強度が低下し、接合部分の機械的安定性が低下して好ましくない。
第二の導電性ペーストで用いる樹脂としては、エポキシ樹脂や、フェノール樹脂とエポキシ樹脂の変性樹脂、および、アクリル樹脂や、耐熱性向上を目的にイミド樹脂、アミド樹脂を使用できる。
【００３０】
次いで、図２（ｅ）に示すように、半導体チップ２２とリードフレーム２１の端子部２１ｂ間を金属ワイヤ２５で結線する。金属ワイヤとして、φ２０μｍの金ワイヤを用いることができる。このワイヤボンディング工程においては、リードフレーム２１を２８０℃に還元雰囲気中に配置し、ワイヤボンディングを行うことが好ましい。
【００３１】
次いで、図２（ｆ）に示すように、前記リードフレーム２１、第一および第二の導電性ペースト硬化物２３、２４、半導体チップ２２、および金ワイヤ２５を覆うように、封止樹脂材料をトランスファモールドする。
本実施の形態においては、封止樹脂材料として、エポキシ樹脂を用いることが好ましいが、これ以外に、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等を用いることができる。
このような樹脂材料を用いたモールド条件は、トランスファモールド装置を用いて、１０〜２０ＭＰａで、１７０〜２２０℃、４０〜６０ｓｅｃでモールドすることができる。
以上の工程により、本実施例のパワートランジスタを得ることができる。
【００３２】
［第二の実施の形態］
以下、本発明の第二の実施の形態を、その概略工程図である図３を用いて説明する。
【００３３】
図３（ａ）に示すようなリードフレーム３１を準備する。このリードフレーム３１は前記第一の実施の形態において用いたものと同等のものを用いることができる。
【００３４】
次いで、図３（ｂ）に示すように、前記リードフレームのダイパッド３１ａに第一の導電性ペーストを塗布し、第一の導電性ペーストパターン３３を形成する。本実施の形態において用いる第一の導電性ペーストとしては、前記第一の実施の形態において用いる導電性ペーストと同等のものを用いることができる。
また、本実施の形態においては、この第一の導電性ペーストパターン上に半導体チップを搭載する前に、第二の導電性ペーストを塗布するため、第一の導電性ペーストを仮硬化する。この仮硬化条件は、大気雰囲気中の１００〜２００℃で、０．５〜３０分加熱する条件とすることができる。
【００３５】
次いで、図３（ｃ）に示すように第二の導電性ペーストを、第一の導電性ペーストを囲むように塗布し、第二の導電性ペーストパターン３４を形成する。この第二の導電性ペーストとして、前記第一の導電性ペーストと同等のものを用いることができる。
前記第一の導電性ペーストパターンの面積は、２．５ｍｍ□程度で、その周囲が第二の導電性ペーストパターンで構成されていることが好ましい。
【００３６】
次いで、図３（ｄ）に示すように、半導体チップ３２を第一および第二の導電性ペースト上にマウントする。次いで、第一の導電性ペーストと第二の導電性ペーストを同時に加熱硬化する。加熱硬化条件としては、オーブンを用いて、１５０〜２５０℃で、３０〜６０分間大気中（または、不活性雰囲気中）とすることが好ましい。
【００３７】
次いで、図３（ｅ）に示すように、半導体チップ３２とリードフレーム３１の端子部３１ｂ間を金属ワイヤ３５で結線する。本実施の形態では、φ２０μｍの金ワイヤを用いることが好ましい。このワイヤボンディング工程は、還元雰囲気中でリードフレームを２６０〜３００℃に加熱して行うことが好ましい。
【００３８】
次いで、図３（ｆ）に示すように、前記リードフレーム３１、第一および第二の導電性ペースト硬化物３３，３４、半導体チップ３２、および金ワイヤ３５を覆うように、前記第一の実施の形態と同様にして樹脂封止する。
以上の工程により、第二の実施の形態の半導体装置を得ることができる。
【００３９】
以上に説明した第一及び第二の実施の形態においては、ダイマウント材として、複数の材料を用い、少なくともその一方のダイマウント材を構成する導電性ペースト中に粒径が２０ｎｍ以下の金属微粒子を含有させることが必要不可欠であり、その他の構成については、本発明の特徴を損なわない限り種々の変更が可能である。
【実施例】
【００４０】
［実施例１］
以下、本発明による半導体装置の製造方法を具体的に説明する。図２に、本発明の第一の実施例を示す工程図を示す。
図２（ａ）に示すようなリードフレーム１１を準備する。リードフレーム１１は、本実施例においては、０．５ｍｍ厚のＣｕのコア材に銀を１０μｍ電気めっきしたリードフレームを使用した。
【００４１】
次いで、図２（ｂ）に示すように第一の導電性ペースト１３をリードフレーム表面に塗布した。本実施例では、第一の導電性ペーストとして、銀粒子および銀微粒子が合計で９０ｗｔ％、フェノール樹脂が１ｗｔ％、有機溶剤が４ｗｔ％、その他有機物が５ｗｔ％で構成されたペーストを使用し、ディスペンス法でリードフレーム上に供給した。銀粒子は、３〜１０μｍ程度のフレーク状のものを使用し、銀微粒子は、粒子径が２０ｎｍ以下のものを用いた。また、銀粒子に対する銀微粒子の配合比は１〜３０ｗｔ％、好ましくは３〜１０ｗｔ％が望ましい。
【００４２】
第一の導電性ペーストの塗布範囲は、マウント厚さ３０〜４０μｍで、２．４×２．４ｍｍ以下の範囲とした。本実施例では、マウント厚さ３０μｍで２．４×２．４ｍｍの範囲に第一のペーストを供給した。表１にマウント厚さを３０〜４０μｍとした場合のペースト供給範囲とペースト硬化物中のクラック発生率の関係を示す。クラック発生率は、ペースト供給後、半導体チップをマウントし、ペーストを加熱硬化する。次いで、サンプルの断面を観察し、チップ全長に占めるクラック長さの割合とした。表から、マウント厚さを３０〜４０μｍとした場合、ペースト供給範囲は２．４×２．４ｍｍ以下の範囲が望ましいといえる。
【００４３】
【表１】
2006059905.tif 000003
【００４４】
図２（ｃ）に示すように、半導体チップ２２をマウントし、第一の導電性ペーストを加熱硬化する。本実施例において、半導体チップは、５ｍｍ×５ｍｍ×０．３ｍｍのものを使用した。第一の導電性ペーストは、高温オーブンにより、大気雰囲気中の２００℃で１時間硬化した。
【００４５】
次いで、図２（ｄ）に示すように第二の導電性ペーストを半導体チップ２２とリードフレーム２１ａの間に、第一の導電性ペーストのパターン２３を囲むように供給し、加熱硬化する。第二の導電性ペーストとして、銀粒子および銀微粒子が合計で８０ｗｔ％であり、樹脂が１０ｗｔ％、有機溶媒および有機物が１０ｗｔ％で構成されたペーストを使用した。銀粒子は、３〜１０μｍ程度の球状のものを使用し、銀微粒子は、粒子径が２０ｎｍ以下のものを用いた。また本実施例では、導電性ペーストの樹脂としてエポキシ樹脂を用いた。
【００４６】
次いで、図２（ｅ）に示すように、半導体チップ２３とリードフレーム２１ｂ間を金属ワイヤ２５で結線する。本実施例では、φ２０μｍの金ワイヤを用いて、リードフレームを２８０℃に還元雰囲気中でワイヤボンディングを実施した。
【００４７】
図２（ｆ）に示すように、前記リードフレーム、第一および第二の導電性ペースト硬化物、半導体チップ、金ワイヤを覆うように、トランスファモールドする。本実施例では、エポキシ樹脂を用いて、モールド条件は、１０〜２０ＭＰａで、１７０〜２２０℃、４０〜６０ｓｅｃでモールドした。
以上の工程により、パワートランジスタを組み立てた。
【００４８】
表２に、本実施例の製造方法で得られた半導体チップとリードフレームが第一の導電性ペーストと第二の導電性ペーストで接合された構造について、レーザフラッシュ法で熱伝導率を測定した結果と、比較例として、半導体チップとリードフレームを第一に導電性ペーストのみで接合した構造で熱伝導率を測定した結果について示す。
【００４９】
【表２】
2006059905.tif 000004
【００５０】
表２から、本実施例の方法で作製した構造では、従来の方法で作製した構造と比較して、高い放熱特性を有するダイマウント部を得ることができる。
【００５１】
次に、表３に、従来の半導体装置と本実施例で得られた半導体装置について、初期熱抵抗に対する温度サイクル試験後の熱抵抗の変動率を示す。温度サイクル試験は、−６５℃で３０分間保持後、１５０℃で３０分間保持するサイクルを１サイクルとし、３００サイクルまで実施した。
【００５２】
【表３】
2006059905.tif 000005
【００５３】
表３から、本実施例のパッケージでは、温度サイクル試験後の熱抵抗の変動率が小さく、高い接合信頼性を有していることがわかる。
【００５４】
以上のことから、本実施例の製造方法により、ダイマウント部の低熱抵抗化と高接続信頼性を実現でき、高い放熱特性と信頼性を両立した半導体装置を得ることができる。さらに、半導体チップとリードフレームの接合に導電性ペーストを使用するため、半導体装置のダイマウント部を鉛フリー化も、同時に実現することができる。
【００５５】
［実施例２］
図３に、本発明の第二の実施例を示す工程図を示す。
図３（ａ）に示すようなリードフレーム３１を準備する。リードフレームは、本実施例においては、０．４ｍｍ厚のＣｕのコア材に銀を５μｍ電気めっきしたリードフレームを使用した。
【００５６】
次いで、図３（ｂ）に示すように第一の導電性ペースト３３をリードフレーム３１のダイパッド３１ａ表面に塗布し、仮硬化した。本実施例では、第一の導電性ペーストとして、銀粒子および銀微粒子が合計で９０ｗｔ％、フェノール樹脂が１ｗｔ％、有機溶剤が４ｗｔ％、その他有機物が５ｗｔ％で構成されたペーストを使用し、ディスペンス法でリードフレーム３１ａ上に供給した。銀粒子は、３〜１０μｍ程度のフレーク状のものを使用し、銀微粒子は、粒子径が２０ｎｍ以下のものを用いた。なお、銀粒子の形状は、本発明の効果が得られれば、フレーク状でも球状でも両者の混合でも、特に限定するものではない。銀粒子に対する銀微粒子の配合比は１〜３０ｗｔ％が望ましい。また、第一の導電性ペーストの供給範囲は、本実施例では、マウント厚さ３５μｍで２．０×２．０ｍｍの範囲に第一のペーストをディスペンスで供給した。仮硬化条件は、大気雰囲気中の１５０℃で１０分とした。
【００５７】
次いで、図３（ｃ）に示すように第二の導電性ペーストを、第一の導電性ペーストを囲むように塗布した。第二の導電性ペーストとして、銀粒子が８０ｗｔ％であり、樹脂が１２ｗｔ％、有機溶媒および有機物が８ｗｔ％で構成されたペーストを使用した。銀粒子は、３〜１０μｍ程度の球状のものを使用した。本実施例では、エポキシ樹脂を用いた。
【００５８】
次いで、図３（ｄ）に示すように、半導体チップ３２を第一および第二の導電性ペースト上にマウントした。本実施例において、半導体チップは、４ｍｍ×４ｍｍ×０．３ｍｍのものを使用した。次いで、第一の導電性ペーストと第二の導電性ペーストを同時に加熱硬化した。
【００５９】
次いで、図３（ｅ）に示すように、半導体チップ３２とリードフレーム３１ａ間を金属ワイヤ３５で結線する。本実施例では、φ２０μｍの金ワイヤを用いて、リードフレームを２８０℃に還元雰囲気中でワイヤボンディングを実施した。
【００６０】
図３（ｆ）に示すように、前記リードフレーム、第一および第二の導電性ペースト硬化物、半導体チップ、金ワイヤを覆うように、トランスファモールド（６）する。本実施例では、エポキシ樹脂を用いて、モールド条件は、１０〜２０ＭＰａで、１７０〜２２０℃、４０〜６０ｓｅｃでモールドした。
以上の工程により、実施例２の半導体装置を得ることができた。この半導体装置も前記実施例１と同等の熱的および機械的特性を有しており実用的に優れたものであった。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に関わる半導体装置の断面構造を示す断面図。
【図２】本発明に関わる第一の実施例である半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図３】本発明に関わる第二の実施例である半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図４】従来の半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【符号の説明】
【００６２】
１１、２１、３１、４１…リードフレーム  
１２、２２、３２、４２…半導体チップ
１３、２３、３３…第一の導電性ペーストパターン
１４、２４、３４…第二の導電性ペーストパターン
１５、２５、３５、４５…金属ワイヤ
１６、２６、３６、４６…モールド樹脂
４８…導電性ペーストパターン
【図１】
2006059905.tif 000006
【図２】
2006059905.tif 000007
【図３】
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【図４】
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