(57)【要約】【課題】  銅リードフレーム（支持部材）に特に好適に使用される接着剤と、これを用いて製造される半田リフロー時のリフロークラックの発生が低減され信頼性が高い半導体装置とを提供する。【解決手段】  支持部材に半導体素子を接着させる接着剤であって、（ａ）重合可能なエチレン性炭素−炭素二重結合を有する化合物、（ｂ）エポキシ基を末端に有する反応性エラストマ、及び（ｃ）エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂、シアナート樹脂から選ばれる少なくとも１種以上の樹脂、を含有し、揮発分が１０重量％以下である接着剤。また、支持部材に前記接着剤を塗布し、これに半導体素子を載置し、加熱硬化により半導体素子と支持部材とを接着させた後、ワイヤボンディング工程、封止工程を経て得られる半導体装置。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部材に半導体素子を接着させる接着剤であって、
（ａ）重合可能なエチレン性炭素−炭素二重結合を有する化合物、
（ｂ）エポキシ基を末端に有する反応性エラストマ、及び
（ｃ）エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂、シアナート樹脂から選ばれる少なくとも１種以上の樹脂、
を含有し、揮発分が１０重量％以下である接着剤。
【請求項２】
（ａ）重合可能なエチレン性炭素−炭素二重結合を有する化合物が３０〜８０重量部、（ｂ）エポキシ基を末端に有する反応性エラストマが６０重量部以下、（ｃ）エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂、シアナート樹脂から選ばれる少なくとも１種以上の樹脂が５〜３０重量部である請求項１に記載の接着剤（ただし、上記（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の合計量は１００重量部である）。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の接着剤を用いて半導体素子を支持部材に接着してなる半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接着剤及び半導体装置に関し、更に詳しくは、半導体素子を支持部材（特に、銅リードフレーム）に接着してなる半導体装置がリフロー炉を通して基板上に実装されるとき、パッケージクラックが起こらないような接着剤及びその接着剤を用いて製造される信頼性の高い半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する際、半導体素子とリードフレーム（支持部材）の接着方法としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の有機材料に銀粉等を分散させてペースト状態とし、これを接着剤とする方法が主に用いられている。この方法では、一般に、銀ペーストをディスペンサーやスタンピングマシンを用いてリードフレームに塗布した後、半導体素子を圧着し、加熱硬化して、半導体素子とリードフレームとを接着する。また、リードフレームの材質は、従来、鉄−ニッケルの合金である４２アロイが用いられてきた。しかし、リードフレームの熱・電気伝導性、配線基板との密着性等の点から、最近は材質が銅合金である銅リードフレームの使用の割合が大きくなってきている。
【０００３】
更に、高密度、高効率実装のため、半導体装置の実装方法は、半導体装置のリードを基板に直接半田付けする表面実装が主流となっている。この表面実装には、基板全体を赤外線などで加熱するリフローソルダリングが用いられ、パッケージは２００℃以上の高温に加熱される。この時、パッケージの内部、特に接着剤層中に水分が存在すると、この水分が気化してダイパッドと封止材の間に回り込み、パッケージにクラック（リフロークラック）が発生する。特に銅リードフレームでは、４２アロイフレームに比べリフロークラックの発生率が高く、このリフロークラックは半導体装置の信頼性を著しく低下させるため、深刻な問題・技術課題となっている。
【０００４】
このような問題に対する解決策の一つとして、半導体装置全体を防湿梱包し、表面実装の直前に開封して使用する方法や、表面実装の直前に前記半導体装置を１００℃で２４時間乾燥させ、その後実装を行う方法が提案されている。また、接着剤を改良する観点から、例えば、水分吸着剤を含有する接着剤（特開平６−１８１２２７号公報）や、エポキシ基を２個以上含有するエポキシ樹脂とシリコーン変性フェノールアラルキル樹脂を含有する接着剤（特開平６−３２６１３９号公報）等が提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、半導体装置の防湿梱包や乾燥を行う方法は、製造工程が長くなり、手間もかかる。また、特開平６−１８１２２７号公報や特開平６−３２６１３９号公報に提案されている接着剤を用いる方法では、リフロークラックの発生は支持部材として４２アロイリードフレームを用いた場合には低減されるものの、支持部材として銅リードフレームを用いた場合には必ずしも満足できるほど低減されない。本発明の目的は、前記の従来技術の問題を解決し、リフロークラックを発生させない接着剤、特に支持部材に銅リードフレームを用いた場合に好適な接着剤を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、支持部材として銅リードフレームを用いた場合にも、リフロークラックを発生させない接着剤とその接着剤の有効な特性を種々検討する過程で、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、支持部材に半導体素子を接着させる接着剤であって、（Ａ）揮発分が１０重量％以下、（Ｂ）ピール接着力が０．３ｋｇｆ以上、及び（Ｃ）チップ反り変化量が１５μｍ以下、である接着剤接着剤である。
【０００７】
ここで、接着剤の揮発分、ピール接着力及びチップ反り変化量は、次の方法によって測定する。
【０００８】
接着剤の揮発分の測定：接着剤約１ｇをアルミカップに移し、秤量して接着剤の重量（Ｍ１）を求める。ついで、これを２００℃の乾燥機中で２時間加熱し、秤量して接着剤の重量（Ｍ２）を求める。
【０００９】
接着剤の揮発分（ｗｔ％）＝［（Ｍ２−Ｍ１）／Ｍ１］×１００
ピール接着力の測定：銅リードフレームと８ｍｍ×８ｍｍのシリコンチップを、被検接着剤を用いて１５０℃、１時間、次いで１７５℃、５時間加熱して接着させ、温度８５℃、湿度８５％に設定された恒温恒湿機中で２４時間吸湿させた後、２５０℃、２０秒加熱時の引き剥がし強さを、プッシュプルゲージを用いて測定する（図１）。
【００１０】
チップ反り変化量の測定：銅リードフレームと５ｍｍ×１３ｍｍのシリコンチップを、被検接着剤を用いて１５０℃、１時間加熱して接着させ、表面粗さ計を用い直線状に１１ｍｍスキャンし、チップのベースラインからの最大高さ（ｔ１）を求める。ついで、これを１７５℃の乾燥機中で５時間加熱し、表面粗さ計を用い直線状に１１ｍｍスキャンし、チップのベースラインからの最大高さ（ｔ２）を求める。ｔ２−ｔ１をチップ反り変化量とする。
【００１１】
また、本発明は、半導体素子を上記接着剤を用いて支持部材に接着してなる半導体装置にも関する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の接着剤は、半導体素子と支持部材との接着剤として使用でき、半田リフロー時のリフロークラックの発生は低減される。支持部材としては、銅リードフレームが特に好適である。請求項２の半導体装置は、半田リフロー時のリフロークラックの発生が低減され、信頼性が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の接着剤の揮発分は１０重量％以下であり、好ましくは５重量％以下である。揮発分が１０重量％を越えると、支持部材と半導体装置を接着させた後に接着剤層中にボイドが発生し、リフロークラックの原因となるので好ましくない。本発明の接着剤のピール接着力は０．３ｋｇｆ以上であり、好ましくは０．５ｋｇｆ以上である。ピール接着力が０．３ｋｇｆ未満では、接着剤と半導体素子、又は接着剤と支持部材に剥離が発生し、リフロークラックの原因となるので好ましくない。本発明の接着剤を用いた場合のチップ反り変化量は１５μｍ以下であり、好ましくは１２μｍ以下である。チップ反り変化量が１５μｍを越えると、接着剤層の熱応力が大きくなり、耐リフロークラック性を低下させるので好ましくない。
【００１４】
前記（Ａ）〜（Ｃ）の特性を満たす接着剤としては、例えば、次のような組成の樹脂がある。
【００１５】
（ａ）重合可能なエチレン性炭素−炭素二重結合を有する化合物（例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチルなどのアクリル酸系モノマー、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチルなどのメタクリル酸系モノマー、スチレン、ビニルトルエンなどのビニル系モノマー等）：３０〜８０重量部、（ｂ）反応性エラストマ（例えば、カルボキシル基両末端ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、エポキシ基両末端ブタジエン−アクリロニトリル共重合体等）：０〜６０重量部、及び（ｃ）熱で硬化して網目状高分子を生成しうる反応性化合物（例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂、シアナート樹脂等）：５〜３０重量部。なお、上記（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を含む有機材料の合計量は１００（重量部）とする。
【００１６】
上記組成の接着剤には、前記（Ａ）〜（Ｃ）の特性を越えない範囲で、銀粉、シリカ粉、アルミナ粉等の充填材を加えることができる。銀粉はフレーク状、樹枝状、球形、不定形等の銀粉が使用でき、シルベストＴＣＧ−１（徳力化学研究所製）、シルフレークＡｇｃ−Ａ（福田金属箔粉工業社製）等の市販品が使用できる。銀粉を加える場合の使用量は、上記接着剤１００重量部に対して９００重量部以下（接着剤全量の９０重量％以下）、更に好ましくは５６７重量部以下（接着剤全量の８５重量％以下）である。
【００１７】
本発明の接着剤が特に好適に使用できる支持部材は銅リードフレームであるが、４２アロイリードフレーム、絶縁基板、配線付き基板等にも使用できる。銅リードフレームとしては、例えば、ＭＦ２０２（三菱電機製）、ＥＦＴＥＣ６４Ｔ（古河電気工業製）等がある。
【００１８】
本発明の接着剤を用いた半導体装置は、ディスペンス法、スタンピング法、スクリーン印刷等により銅リードフレーム等の支持部材に本発明の接着剤を塗布し、これに半導体素子を載置し、熱風循環式乾燥機、ヒートブロック等の加熱装置を用いて加熱硬化させて半導体素子と支持部材とを接着させ、リードフレームと半導体素子とを金線等のワイヤで接続し、その後、エポキシ樹脂等の封止材で封止して、製造される。このようにして製造される半導体装置の一例を図２に示す。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明を実施例により説明する。
【００２０】
（実施例１）
アクリル酸ノニルフェノキシポリプロピレングリコール  ３０ｇ
スチレン                                            ２５ｇ
エポキシ末端ポリブタジエン−アクリロニトリル共重合体（宇部興産製  ＥＴＢ
Ｎ１３００×４０）                                  ２５ｇ
クレゾールノボラック型エポキシ（東都化成製  ＹＤＣＮ−７０２Ｓ）
５ｇ
フェノールノボラック（明和化成製  Ｈ−１）          ５ｇ
２−フェニル−４−メチルイミダゾール                ０．２ｇ
ターシャリブチルパーオキシベンゾエート              １．６ｇ
銀粉                                            ２１０ｇ
を、らいかい機により混合し、接着剤を得た。この接着剤についての揮発分、ピール接着力及びチップ反り変化量の各特性を表１に示す。測定方法は前述した通り。
【００２１】
（実施例２）
アクリル酸ラウリル                            ２０ｇ
スチレン                                      １５ｇ
エポキシ末端ポリブタジエン−アクリロニトリル共重合体（宇部興産製  ＥＴＢ
Ｎ１３００×４０）                            １５ｇ
ビスフェノールＡ型エポキシ（油化シェルエポキシ製  エピコート１００１）
５ｇ
フェノールノボラック（明和化成製  Ｈ−１）      ５ｇ
２−フェニル−４−メチルイミダゾール            ０．２ｇ
ターシャリブチルパーオキシベンゾエート          １．６ｇ
銀粉                                        ２１０ｇ
を、らいかい機により混合し、接着剤を得た。この接着剤についての揮発分、ピール接着力及びチップ反り変化量の各特性を表１に示す。
【００２２】
（実施例３）
アクリル酸イソボニル                          ２０ｇ
スチレン                                      １５ｇ
エポキシ末端ポリブタジエン−アクリロニトリル共重合体  （宇部興産製  ＥＴＢ
Ｎ１３００×４０）                            １５ｇ
ビス（４−シアノフェニル−１−（１−メチルエチリデン））ベンゼン
１０ｇ
ターシャリブチルパーオキシベンゾエート          １．６ｇ
ナフテン酸コバルト                              ０．２ｇ
ノニルフェノール                                １．８ｇ
銀粉                                        ２１０ｇ
を、らいかい機により混合し、接着剤を得た。この接着剤についての揮発分、ピール接着力及びチップ反り変化量の各特性を表１に示す。
【００２３】
（実施例４）
メタクリル酸ラウリル                          ２０ｇ
スチレン                                      １５ｇ
エポキシ末端ポリブタジエン−アクリロニトリル共重合体  （宇部興産製  ＥＴＢ
Ｎ１３００×４０）                            １５ｇ
ビスマレイミドジフェニルメタン                １０ｇ
ターシャリブチルパーオキシベンゾエート          １．６ｇ
銀粉                                        ２１０ｇ
を、らいかい機により混合し、接着剤を得た。この接着剤についての揮発分、ピール接着力及びチップ反り変化量の各特性を表１に示す。
【００２４】
（比較例１）
クレゾールノボラック型エポキシ（東都化成製  ＹＤＣＮ−７０２Ｓ）  ３０ｇ
フェノールノボラック（明和化成製  Ｈ−１）                        １０ｇ
２−フェニル−４−メチルイミダゾール                                ０．２ｇ
銀粉                                                            １００ｇ
フェニルグリシジルエーテル                                        １０ｇ
を、らいかい機により混合し、接着剤を得た。この接着剤についての揮発分、ピール接着力及びチップ反り変化量の各特性を表１に示す。
【００２５】
（比較例２）
クレゾールノボラック型エポキシ（東都化成製  ＹＤＣＮ−７０２Ｓ）  ３０ｇ
カルボキシル末端ポリブタジエンーアクリロニトリル共重合体（宇部興産製  ＣＴＢ
Ｎ１３００×９）                                                  ３０ｇ
フェノールノボラック（明和化成製  Ｈ−１）                          ５ｇ
２−フェニル−４−メチルイミダゾール                                ０．２ｇ
銀粉                                                          １００ｇ
酢酸ブチルセロソルブ                                            １０ｇ
を、らいかい機により混合し、接着剤を得た。この接着剤についての揮発分、ピール接着力及びチップ反り変化量の各特性を表１に示す。
【００２６】
（比較例３）
クレゾールノボラック型エポキシ（東都化成製  ＹＤＣＮ−７０２Ｓ）  ３０ｇ
カルボキシル末端ポリブタジエン−アクリロニトリル共重合体（宇部興産製  ＣＴＢ
Ｎ１３００×９）                                                  ３０ｇ
フェノールノボラック（明和化成製  Ｈ−１）                          ５ｇ
２−フェニル−４メチルイミダゾール                                  ０．２ｇ
銀粉                                                            １００ｇ
フェニルグリシジルエーテル                                        １０ｇ
を、らいかい機により混合し、接着剤を得た。この接着剤についての揮発分、ピール接着力及びチップ反り変化量の各特性を表１に示す。
【００２７】
[表１]
表１  接着剤の特性                                                          
実施例の接着剤                比較例の接着剤       
特性        Ｎｏ.１  Ｎｏ.２  Ｎｏ.３  Ｎｏ.４ Ｎｏ.１  Ｎｏ.２  Ｎｏ.３ 
揮発分           ４       ５       ４       ３       ５     １３       ２ 
（ｗｔ％）
ピール接着力  ０.８    ０.６    ０.９    ０.５    ０.６    ０.７  ０.０５
（kgf/chip）
チップ反り       ８     １１     １０     １２     ２０     １０       １ 
（μｍ）                                                                    
半田リフロークラック評価試験
実施例１〜４および比較例１〜３で各々得られた接着剤を用いて、以下に示すような半田リフロークラック試験を行った。
【００２８】
半田リフロークラック試験方法：銅リードフレームと８ｍｍ×１０ｍｍ×０．３ｍｍのシリコンチップを上記接着剤を用いて１５０℃、１時間加熱して接着させた後、封止材（日立化成製  ＣＥＬ−４６２０）により封止し、半田リフロー試験用パッケージ（ＱＦＰ、１４ｍｍ×２０ｍｍ×１．４ｍｍ）を組み立てた。そのパッケージを、温度８５℃、湿度８５％に設定された恒温恒湿機中で４８時間吸湿させた。その後、２４０℃、１０秒のＩＲリフローを行い、パッケージクラックの発生数を顕微鏡（倍率：１５倍）で観察した。試験の結果、実施例１〜４の接着剤を使用したパッケージはクラックの発生が見られなかったが、比較例１〜３の接着剤を使用したパッケージは全数にクラックが発生していた。
【００２９】
[表２]
表２  半田リフロークラック評価試験                                          
実施例の接着剤使用             比較例の接着剤使用    
特性        Ｎｏ.１  Ｎｏ.２  Ｎｏ.３  Ｎｏ.４ Ｎｏ.１  Ｎｏ.２  Ｎｏ.３ 
クラック     ０／５   ０／５   ０／５   ０／５   ５／５   ５／５   ５／５ 
（発生数）                                                                   
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】プッシュプルゲージを用いてピール強度を測定する方法を説明する正面図である。
【図２】本発明の接着剤を用いた半導体装置の一例の断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１．半導体素子          ２．接着剤
３．銅リードフレーム    ４．プッシュプルゲージ
５．熱盤
１１．半導体素子      １２．接着剤
１３．リードフレーム  １４．ワイヤ
１５．封止材
【図１】
2008166841.tif 000002
【図２】
2008166841.tif 000003