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DE3148786A1 - Halbleitereinrichtung und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Halbleitereinrichtung und verfahren zu deren herstellung

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Publication number
DE3148786A1
DE3148786A1 DE19813148786 DE3148786A DE3148786A1 DE 3148786 A1 DE3148786 A1 DE 3148786A1 DE 19813148786 DE19813148786 DE 19813148786 DE 3148786 A DE3148786 A DE 3148786A DE 3148786 A1 DE3148786 A1 DE 3148786A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor element
carrier part
resin
solvent
paste
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19813148786
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuo Hitachi Ichimura
Hideo Kokubunji Inayoshi
Daisuke Makino
Akira Ome Suzuki
Kazunari Tokyo Suzuki
Kunihiro Hino Tsubosaki
Toyoichi Katsuta Ueda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Microcomputer Engineering Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Hitachi Microcomputer Engineering Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Publication of DE3148786A1 publication Critical patent/DE3148786A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Description

Hcilbleitereinrichtung und Verfall fen zu deren
Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Halbleitereinrichtung, die ein mit einem organischen Klebstoff an einem Trägerteil befestigtes Halbleiterelement aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Es ist eine Halbleitereinrichtung bekannt, in der ein Halbleiterelement, das aus einer Halbleitertablette hergestellt ist, mit einer ein organisches Material ent-
TO haltenden Paste an einem Trägerteil aus einem metallischen Material befestigt ist. Betreffs der Paste ist ein System bekannt, 'wie z. B. Able Bond 826-1 (ein Warenzeichen eines Produkts, das durch die Firma Able Stick Laboratories geliefert wird). In der Endstufe der Herstellung werden die meisten Halblcitereinricht.ungen Ln ein • Harz eingebettet" und in der Form von luirzvarpiickl en bzw. -vergossenen Halbleitereinrichtungen bereitgestellt.
.3143786
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde jedoch gefunden, daß die harzverpackten bzw. -vergossenen Halbleitereinrichtungen, die unter Verwendung einer konventionellen Paste zusammengebaut werden, solche mit der Feuchtigkeitsbeständigkeit zusammenhängenden Schwierigkeiten haben, daß die Aluminiumleitungsführung, die' Elektroden, oder die gebundene b.zw. verbundene Fläche eines Halbleiterelements aufgrund von Korrosion verschlechtert" werden oder der Ableit- bzw. Verluststrom zwischen Elektroden erfüllt wird, und zwar aus den folgenden Gründen:
(a) Während des Härtens (Aushärtens) der Paste durch Erhitzen werden diejenigen Dämpfe von organischen Verbindungen niedrigen Molekulargewichts, die solche Elemente wie C, H und O enthalten, aus den Pastenmaterialien freigesetzt und auf der Oberfläche des Halbleiterelements absorbierb, und diese Dämpfe stören die Haftung zwischen dem Verpackungs- bzw. Vergußharz und dem Halbleiterelement. Unter diesen Bedingungen werden das Halbleiterelement und das Verpackungs- bzw. Vergußharz, wenn die Feuchtigkeit der äußeren Umgebung in die Verpackung bzw. Vergußmasse eingedrungen ist, an der Grenzfläche leicht getrennt, so daß sich Hohlräume ergeben, .und es komint zu einer beschleunigten Korrosion der Aluminiumleitungsführung und des gebundenen bzw. verbundenen. Bereichs.
(b) Das Pas tonmaterial. enthält als- Verunreinigungen solche korrosiven Halogenionen wie beispielsweise hydrolytische Chlorionen, Bromidionen, etc., die, wenn sie siui.ert werden, die Leitungsführung oder die Elektrode auf der Oberfläche des Elements korrodieren. ■
(c) Das gehärtete Harz in dem Pastenmaterial wird leicht einer Hydrolyse unterworfen und hat die Tendenz, die Aus-
bildung von Hohlräumen zu verursachen, welche Feuchtigkeit enthalten, die im Falle von (b) was zu einer Korrosion der Leitungen führt.
In vorliegender Erfindung soll daher eine Halbleitereinrichtung zur Verfügung gestellt werden, die eine ausge- ' zeichnete Feuchtigkeitsbeständigkeit oder Korriosionsbeständigkeit hat, und es soll außerdem oin Verfahren zu deren Herstellung zur Verfügung gestellt werden.
Weiterhin soll mit der Erf induinj eine ΓΙειΙ bl < i Loro inr i chLunq 1Q des harzverpackten bzw. -vergossenen Typs zur Verfügung gestellt werden, die eine ausgezeichnete Feuchtigkeitsbeständigkeit oder Korrosionsbeständigkeit hat.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß bei dem miteinander Verbinden bzw. aneinander Binden eines Trägerteils und eines Halbleiterteils unter angemessener Berücksichtigung des Feuchtigkeitsproblems eine Klebstoffzusammensetzung (Mischung)aus Materialien in Pastenform verwendet wird, welche die Substanzen (1), (2), (-3) und (5) enthält, die aus den nachfolgenden Substanzen (1) bis (6) ausgewählt sind, oder es wird eine Klebstoffzusammensetzung in Pastenform verwendet, welche die Substanzen (1) bis (5) enthält, oder vorzugsweise eine Klebstoffzusammensetzung in Pastenform, welche alle Substanzen von (1) bis (6) enthält:
(1) Ein Epoxyharz (das vorzugsweise zwei oder mehr Epoxyreste in f ίηοκι Molekül ti hat) .
(2) Ein Phenolharz vom Novolaktyp.
(3) Ein Lösungsmittel, das in der Lage· LsL, .sowohl das vorstehend angegebene Epoxyharz als auch das Phenol-
Cf _
harz vom Novolaktyp aufzulösen..
(4) Einen Beschleuniger. "
(5) Einen leitfähigen oder isolierenden pulverisierten Füllstoff. . - "■■■"■
(6) Einen Haftvermittler bzw. ein Vereinigungsmittel·.
In den Figuren der beigefügten Zeichnung ist die Fig. 1 eine Schrägansicht eines Leiterrahmens, der in der Halbleitereinrichtung nach der Erfindung verwendet wird; die Fig. 2 bis 4 sind Schnittansichten von jeweiligen Beispielen von Halbleitereinrichtungen gemäß der vorlie7 genden Erfindung.
Die Bestandteile, aus denen sich die Klebstoffzusammensetzung bzw. -masse zusammensetzt, seien nachstehend in näheren Einzelheiten beschrieben. -
(1) Das Epoxyharz, das in dem gleichen Molekül zwei oder mehr Epoxygruppen aufweist und die Funktion eines Hauptbestandteils hat. "
Beispiele solcher Epoxyharze umfassen bifunktioneile Epoxyverbindungen, wie beispielsweise Diglycidyläther vom Bisphenol Α-Typ, Diglycidyläther .von Bisphenol F, Vinylcyclohexandiepoxid, und dergleichen, sowie tri- " funktioneile oder höherfunktionelle Epoxyharze, wie beispielsweise Triglycidyläther von p-Aminophenol, ' Polyglycidyläther von Phenolharzen des Növalaktyps 1 ,' und dergleichen.
(2) Das Phenolharz vom Novolaktyp, das als Härter wirkt:
λ ι ο Π /ι /—
U ο y ö D
Phenolharze vom Novolaktyp, die verwendet werden können, umfassen solche, welche durch die Reaktion eines Phenols • oder eines Phenolderivats mit Formaldehyd oder p-Formaldehyd gebildet werden, beispielsweise ein Phenolharz vom Novolaktyp, bei dem Phenol als Ausgangsmaterial verwendet wird, ein Kresolharz vom Novolaktyp, bei dem Kresol als Äusgangsmaterial verwendet wird, ein Xylolharz vom Novolaktyp, bei dem Xylenol als Äusgangsmaterial verwendet wird, etc.
(3) Das Lösungsmittel, welches in der Lage ist, sowohl
das Epoxyharz als auch das Phenolharz vom Novolaktyp aufzulösen:
Solche Lösungsmittel umfassen aroma tische LösumjiimLttol, wie beispielsweise Toluol, Xylol, etc., ketonische Lösungsmittel, wie beispielsweise Azeton, Methyläthylketon, etc.; und Lösungsmittel vom Ätherglykoltyp, wie beispielsweise Äthyl-Zellosolve, Butyl-Zellosolve, etc. ; Wenn der Siedepunkt des Lösungsmittels zu niedrig ist,
geht die durch Beschichtung auf ein Trägerteil aufgebrachte Paste in einen trockenen Zustand (einen klebefreien Zustand bzw. einen nichtklebrigen Zustand) über, bevor eine zufriedenstellende Verbindung bzw. Bindung mit dem Halbleiterelement ausgebildet worden ist, was zu einem ungenügenden Anhaften führt, wogegen ein Lösungsmittel, das einen zu hohen Siedepunkt hat, die Schwierigkeit mit sich bringt, daß restliches Lösungsmittel nach dem Härten vorhanden ist. Im Hinblick hierauf wird ein Lösungsmittel siedepunkt zwischen 120° und 180°C bevorzugt. Die Lösungsmittel vom Zellosolvetyp, wie beispielsweise Butyl-Zellosolve, werden im Hinblick auf den Siedepunkt wie auch auf die Benetzbarkeit des zu verklebenden Materials.besonders bevorzugt. Weiter ist es möglich, mehrere Lösungsmittel in Kombination zu dem Zweck zu verwenden, die klcbkraft-
3143786
freie Zeit oder die für das Haften bzw. die Anwendung . der Klebkraft verfügbare Zeit auszudehnen, oder für andere Zwecke..
(4) Der Hosen! can i"yor:
; Als Härtungsbeschleuniger können bekannte Produkte verwendet werden. Besonders bevorzugt sind Imidazolverbindungen, quaternäres tetrasubstituiertes Phosphoniumion und Borate wie tetrasubstituierte Borate.
(5) Leitender oder isolierender, pulverisierter Füllstoff:
Der Fül li.:Loi:f verzögert die Verdampfung der Lösungsmittel und erleichtert den Vorgang des Auftragens der Paste auf ein Trägerteil. Ein primäres Ziel des Hinzufügens eines Füllstoffes besteht darin, Bearbeitungsfähigkeit bzw. Anwendbarkeit der Paste zu verbessern. Weitere Ziele des Hinzufügens eines Füllstoffes bestehen darin, die Binde- ■■ bzw. Verbindungsfestigkeit zu verbessern sowie die Feuchtigkeitsbeständigkeit der Paste bzw. die Widerstandsfähigkeit der Paste gegen Feuchtigkeit zu verbessern. Insbesondere dann, wenn pulverisiertes Silber als Füllstoff verwendet wird, ist es möglich, der Paste eine elektrische Leitfähigkeit zu verleihen-und die Wäremeleitfähig— keit der Paste zu verbessern, wenn vorgesehen ist, die von dem Halbleiterelement erzeugte Wärme zum Trägerteil, abzuleiten. Die zur Verwendung geeigneten Füllstoffe umfassen zusätzlich zu dem erwähnten gepulverten Silber außerdem Kohlenstoffpulver, wie z.B. Graphit und Ruß, wie auch eine Mischung aus Kohlenstoffpulver und Silberpulver. Weiter ist es zu Zwecken der Verbesserung der Binde- bzw. Verbindungsfestigkeit sowie dazu, der Paste Thixotropie (Viskositätsänderung der Paste beim Mischen) zu verleihen, auch möglich, Pulver aus Siliziumdioxid,
, γ η η ■- -!■ 'J ί O U
ι '-ί
Metalloxiden und Hartglas, Quartz, Kieselglas und Quartzglas erforderlichenfalls in Kombinationen zu verwenden.
Das Silberpulver sollte zu seiner Verwendung als elektrisch leitfähiges Pulver vorzugsweise eine Teilchengröße von 5 μια oder weniger haben. Der Grund hierfür besteht darin, daß der Spalt zwischen dem Halbleiterelement und der Trägerelektrode dann, wenn Agglomerate aus Silberpulver mit einer Teilchengröße von mehr als 5 μπι in der Paste ge- ■" bildet werden, größer als die normale Dicke der Klebstoffschicht (5 bis 40 μκι) wird, so daß die Haftung zwischen dem Halbleiterelement und der Trägerelektrode ungleichförmig wird, was zu einer ungenügenden Binde- bzw. Verbindungsfestigkeit führt. Der Gehalt an Silberpulver in der Paste beträgt-vorzugsweise 15 bis 50 Vol.-ο basierend auf dem Gesamtvolumen des Epoxyharzes, des Phenolharzes vom Novolaktyp und des Silberpulvers. Wenn er weniger als 15 Vo-l.-% beträgt, wird der spezifische Volumenwiderstand 10 fi-cm oder mehr sowie schwankend, was zu einem technischen Nachteil führt, während der Klebrigkeitsbereich dann, wenn der Gehalt größer als 50 Vol.-% ist, nur so gering wie 5 Minuten wird, zu dem technischen Nachteil führt, daß eine leichte Störung bei den Her;;tcllungsschritten eine ungenügende Bindung bzw. Verbindung der anhaftenden bzw. zu verklebenden Materialien zur Folge hat.
(6) Der Haftvermittler bzw. das Vereinigungsmittel vom Silantyp, Aluminiumtyp oder Titantyp zur Verbesserung der Binde- bzw. Verbindungskraft der Paste:
Zum Beispiel wird ein Silanhaftvermittler bzw. -Vereinigungsmittel dazu verwendet, die Haftfestigkeit zwischen einem Siliziumhalbleiterelement und der Pasta zu vorbes- !jiirn. Obwohl <li<v II i ir.-:ii nWjuii'j niin·:;. II.i I I vci in ί I I Ic:;; hvuv. Vereinigungsmittcls kdLne notwendige- Bedingung ist, i:>t
3U8786
diese Hinzufügung für die Erzielung einer hohen Haftfestigkeit günstig.
Gemäß der Erfindung wird die oben erwähnte Paste auf dem Bereich der Oberfläche eines Trägerteils (Streifen) aufgetragen, auf dem das Halbleiterelement befestigt werden soll, und dann folgt eine Wärmebehandlung, wodurch das Trägerteil und das Halbleiterelement miteinander verbunden, oder aneinander.gebunden werden. Die Paste kann im Überschuß auf die·Oberfläche des Trägerteils aufgetragen werden, so daß sie die Seitenflächen des Halbleiterelements bedecken kann, damit die E'euchtigkeitsbeständigkeit der fertiggestellten Halbleitereinrichtung verbessert wird.
Weiter kann die vorerwähnte Paste gemäß der Erfindung nicht nur für das Verbinden des Halbleiterelements und eines Trägerteils verwendet werden, sondern sie kann auch als ein Oberflächenschutzschirm zum Bedecken der Elektoden und anderer Teile bzw. Bereiche auf der Oberfläche vorgesehen werden. Durch eine solche Maßnahme kann die Feuch-■tigkeitsbeständigkeit der fertiggestellten harzverpackten bzw. -vergossenen Halbleitereinrichtung verbessert werden.
Die Erfindung sei nachstehend unter Bezugnahme auf die . Figuren der Zeichnung und auf Beispiele weiter erläutert.'
Fig. 2 zeigt eine fertiggestellte Halbleitereinrichtung, die gemäß der Erfindung zusammengebaut ist. Mit 1 ist eine Mehrzahl von rausgeführten Leitungsdrähten bezeichnet, die entsprechend den Aluminiumelektroden des Halbleiterelements vorgesehen sind.' Mit'2 ist ein Trägerteil' (Streifen) bezeichnet, mit dem das Halbleiterelement angebracht und befestigt wird und.das entsprechend dem Leitungsdraht 1 aus Fe-Ni-Co-Legierung hergestellt ist. Mit 3 ist ein Halbleiterelement bezeichnet, das z.B. ein integriertes Schaltungselement (IC-Element) umfaßt oder ist, welches
314 3786
auf einem Siliziumhalbleitersubstrat (Tablette) mittels der Planartechnik vorgesehen ist. Auf der vorderen Hauptfläche sind eine Aluminiumhaltungsführung bzw.-schaltung oder dgl. (in der Zeichnung nicht gezeigt) und Äusgangselektroden (in der Zeichnung nicht gezeigt) vorgesehen. Mit 4 ist eine Paste zum Verbinden bzw. Binden oder Befestigen der Rückseite des Halbleiterelements 3 an dem Trägerteil 2 bezeichnet. Diese Paste hat eine spezielle Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei-
1Ö spiele der Zusammensetzungen der Paste sind weiter unten beschrieben. Mit 5 sind feine Leitungsdrähte bezeichnet, welche die Ausgangselektroden, die eiuf der vorderen Hauptflache des Halbleiterelements vorgesehen sind, elektrisch mit den entsprechenden ausgeführten Leitungsdrähten 1 verbinden. Diese feinen Leitungsdrähte sind beispielsweise aus Gold (Au) hergestellt und mittels einer bekannten Drahtverbindungstechnik mit den Elektroden auf der Hauptfläche des Halbleiterelements 3 und mit dem jeweiligen Leitungsdraht 1 verbunden. Mit 6 ist ein Harzvcrpaokuiigs- bzw. -vergußmaterial bezeichnet, das mittels einer bekannten Preßspritzverfahrenstechnik geformt worden ist.
Das Verfahren zur Herstellung der Einrichtung sei nun nachstehend beschrieben.
Die Bindemittelpaste wird in der folgenden Weise hergestellt: Vorgeschriebene Mengen von einem Epoxyharz, einem Phenol-Novolak-Harz und einem Lösungsmittel werden in ein Reaktionsgefäß, das mit einer Heizeinrichtung versehen ist, unter Rühren bzw. mit einer Rühreinrichtung eingege-. ben, und auf eine Temperatur von 80 C oder mehr erwärmt, vorzugsweise auf 90 bis 1 |0'C, ao daß eine g! ο j chförmiqo Lösung entsteht. Wenn das Phenolnovolakharz nichtreagiertes Phenol oder einen Dimer in Mengen enthält, die eine ge-■ wisse Grenze übersteigen, dann hat., das gehärtete1 Harz die Tendenz, das seine Wärmobeständigkelt gering wird. Daher
ist. or;, wenn da:; Vorhandensein, dor erwähnten Verunreinigungen miLLgIh- GeldurcUdringungs- bzw. -permeationschromatographie (GPC) oder durch eine andere Maßnahme festgestellt wird, dann erforderlich, diese Verunreinigungen durch Vakuumdestillation oder dgl. zu entfernen. Die Menge des Phenolharzes vom Novolaktyp liegt vorzugsweise in einem solchen Bereich, daß das Verhältnis der Anzahl von Phenolhydroxylgruppen zur Anzahl von Epoxygruppen von 0.5 bis 1.5/1 beträgt, damit eine gewünschte Glasumwandlungstemperatur und eine gewünschte Härtbarkeit erzielt werden. Dieser Lösung werden ein oder mehrere Beschleuniger und Füllstoffe dazugemischt und in einer Rühr- und Mischeinrichtung gleichförmig gemahlen und gemischt, damit man die gewünschte Paste erhält.
Die Paste wird dann auf einem Trägerteil· (Streifen) 2 für den Leiterrahmen 7 aufgetragen. Der Leiterrahmen sollte vorher sorgfältig gewaschen werden. Die Paste wird dann in einer Form, wie sie bei 8 in Fig. 1 dargestellt ist, mittels einer -Teilungseinrichtung oder mittels Drucken aufgetragen.
Nachfolgend wird das Halbleiterelement 3 auf dem Trägerteil· 2 angeordnet und l·eicht angedrückt, so daß eine gute Bindung zwischen dem Halbleiter— und dem Trägerteil erfolgt, ϋειηη wird die Paste durch Erhitzen auf eine Tem-
peratur von 1200C oder höher, vorzugsweise 1.50° bis 2200C, während einer bis zehn Stunden gehärtet. Nachdem die feinen Leitungsdrähte 5, die in Fig. 2 gezeigt sind, gemäß einer konventione^en Technik verbunden worden sind, wird ein Harzverpackungs- bzw. -vergußmaterial- 6 mitteis einer konventionellen Preßspritzverfahrenstechnik um das Halbleiterelement, das Trägerteil·, die feinen Leitungsdrähte und einen Teil des Leiterrahmens herum geformt. Nach dem Formen bzw. Preßspritzen des Harzverpackungs- bzw. -vergaußmaterials 6 wird der Teil des Leiterrahmens 7, der in Fig. \ gezeigt ist, weggeschnitten, so daß man
--> -ι / ■-. η η Ol ΊΟ / G
eine Halbleitereinrichtung erhält, die eine Mehrzahl von rausgeführten Leitungsdrähten 1 hat.
In dem vorstehend erwähnten Verfahren kann die Menge der auf den Streifen 2 aufgebrachton Paste so gesteuert worden, daß die gehärtete Paste dann, wenn das Halbleiterelement 3 mit den Streifen 2 verbunden wird, gerade die Fläche der rückwärtigen Hauptfläche des Halbleiterelements bedeckt, wie in Fig. 2 gezeigt, oder daß die gehärtete Paste auch die Seitenflächen 9 bedeckt, wie in Fig.
3 gezeigt. Wenn die Paste im Überschuß aufgebracht wird, so daß die überschüssige Paste wieder herausgequetscht wird und dadurch die Seitenflächen 9 bedeckt, win in Fig. 3 gezeigt ist, kann eine Verschlechterung der Haftung zwischen dem Halbleiterelement und dem Streifen vermindert bzw. die Haftung zwischen dem Halbleiterelement und dem Streifen verbessert werden, und gleichzeitig kann auch die Äbblätterung bzw. -lösung zwischen dem Streifen 2 oder dem Halbleiterelement 3 und dem Harzverpackungsmäterial 6 verhindert werden. Auf diese, Weise kann das Eindringen von Feuchtigkeit von dem Trägerteil 2 der zur vorderen Hauptfläche des Halbleiterelements 3 über die Seitenflächen verhindert werden, wodurch die Anzahl der Möglichkeiten der Korrosion der Aluminiumelektrode? verhindert wird.
Seien nunmehr die Zusammensetzung der im obigen Beispiel verwendeten Paste und deren Herstellungsverfahren nachstehend unter Bezugnahme auf konkrete Beispiele beschrie ben.
Die nachstehend angegebenen Bestandteile a), b), und c), die jeweils ein Epoxyharz, ein Phenolharz vom Novolaktyp und ein Lösungsmittel sind, wurden im nachfolgenden
311,8736
-A -
Mischungsansatz während einer Stunde unter Erhitzung auf 100 C in einem 300 ml Kolben, der mit einem Rückfluß versehen war, gerührt, eine gleichförmige Lösung herzustellen. Die erhaltene Lösung wurde in einen Mörser gegeben." In den Mörser, wurden vorgeschriebene Mengen der Bestandteile d), e) und f) hinzugefügt, und zwar handelt es sich dabei jeweils um einen Härtungsbeschleuniger, einen Füllstoff und einen Silanhaftvermittler. Die Mischung wurde während zwei Stunden gerieben, um eine pulverisiertes Silber enthaltende Harzzusammensetzung bzw. -masse herzustellen.
a) Epoxyharz (Epikote 1001,
hergestellt von der Firma 100
Shell Chemical Co.)
b) Phenolharz vom Novolaktyp
(mit einem mittleren Moleku- 29
largewicht von 800)
c) Butyl-Zellosolve 106-
d) 2-Undecylimidazol (C112,
hergestellt von der Firma 1
Shikoku Kasei Co.)
e) Pulverisiertes Silber
(mit LIorc '.!.'o.i.lchoncjröße 1,2 |im) 41
f) .^-Glycidoxypropyltriraethoxysilan
(KBM-40 3, hergestellt von der Firma Shinetsu Chemical Industry Co.)
Q 1 / ο 7 Q r' O ί 't ο /ου
In der obigen Rezeptur basiert die Menge dieses Bestandteils auf 100 Gew.-Teilen von in der RfzopLur enthaltenem Epoxyharz a) . Der Silanhaf tvermiltlar Γ) wurde hinzugefügt, um die Festigkeit der Bindung zur rückwärt i.yen Hauptfläche des.Siliziumhalbleiterelements zu verbessern.
Pastenherstellung^JBeispiel_2
In einer Weise, die der im obigen Beispiel 1 beschriebenen entspricht, würde ein Harzzusammensetzung bzw. -ma'sse der folgenden Formulierung hergestellt.
Gewichtsteile
a) Kresolharz vom Novolaktyp (ECNMl3) , hergestellt von der Firma CIBA Co., 100 Ltd.)
b) Phenolharz vom Novolaktyp (mit einem mittleren Molekulargewicht von 800) 60
c) Äthyl-Cellosolve 150
d) Triäthylammoniumtetraphenylborat 2
e) Pulverisiertes Silber (mittlere Teilchengröße 1,2 μΐη) 80
f) KBM 403 von der Firma Shin-etsu
Chemical Industry Co. 0,5
In der obigen Formulierung sind a) ein·Epoxyharz, b) ein Phenolharz vom Novolaktyp, c) ein Lösungsmittel, d) ein Härtungsbeschleuniger, e) ein Füllmittel und f) ein SilanhaftVermittler.
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Die» obigen, in den Beispielen 1 und 2 erhaltenen Pasten hatten eine ausgezeichnete Feuchtigkeitsbeständigkeit bzw. -Widerstandsfähigkeit.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurden die Eigenschäften der obigen beiden Pasten mit denj enigen einer Paste verglichen, die in entsprechender Weise, jedoch unter Verwendung eines Säureanhydrids als Härtungsbe- £;chlG.unic]t:r b) , gemäß der nachfolgenden Formulierung, hergestellt worden waren.
a) Epikote 1001 ' 100
b) Methyltetrahydrophthalanhydrid
(HN-2200, hergestellt von der 52
Firma Hitachi Chemical co., Ltd.)
c) Butyl-Cellosolve 75
d) 2-Äthyl-4-msthylimidazol
(2E4MZ der Firma Shikoku Kasei Co.) 2
e) Pulverisiertes Silber (mittlere Teilchengröße 1,2 μπι) 60
f) KBM 40J (mn der Firma Shin-etsu " · Chemical Industry Co.) 0,1
Die Pasten der oben erwähnten präparativen Beispiele 1 und 2 und des Vergleichsbeispiels wurden je eine metallische Petrischale bis zu einer Tiefe von etwa.2 mm gegossen bzw.
I / C Π O Γ-
! A ο / ο U
eingebracht und bei 1200C während 24 Stunden wärmebehandelt sowie dann bei 180°C während 5 Stunden. Die auf diese Weise ausgebildeten, gegossenen bzw. geformten Proben
wurden hinsichtlich ihres PCT-Feuchtigkeitsabsorptions-Verhältnisses, des pH-Wertes des Extraktwassers, der
elektrischen Leitfähigkeit und der Chloridionenkonzentratioh untersucht. Die erhaltenen Werte sind in der
nachfolgenden Tabelle angegeben.
Tabelle
Präparatives
Beispiel 1		 Präparatives
Beispiel 2		 Vergleichs
beispiel
PCT-Was s erabsorption
(Gew.-%)		 1,1 0,6 8,6
Wässriger Extrakt
pH
Leitfähigkeit (μβ/cm)
Chloridionenkonzon- ■
tration (ppm)		 4,2
57
1,2		 4,7
38
0,8		 3,9
170
3,0
Die in der Tabelle angegebenen charakteristischen Werte wurden mittels der .folgenden Mexkodsn airhalten:
PCT-Wasserabsorption (unter PCT ist der sog. Dampfkochtopftest zu verstehen): Hierbei handelt es sich um die Gewichts {'nc>) o.inor l'rob" von 10 κ 10 χ 1 nun, n.ir'luk'in die:;o
während 20 Stunden bei 121°C und unter einem Druck von 2,0 Atmosphären unter einer Dampf atmosphäre stehengela'ssen worden war.
Herstellung des wässrigen Extrakts: 10 g einer gemahlenen Probe, die durch ein Sieb mit 0,254 mm dichter Maschenweite gesiebt worden war, wurde in.50 g gereinigtes ■ Wasser getan, während 20 Stunden bei 100 C stehengelassen, und durch ein Papierfilter der Größe No. 5 C gefiltert.
pH-Wert: Dieser wurde mittels eines pH-Meßgeräts bestimmt.
Elektrische Leitfähigkeit: Die elektrische Leitfähigkeit der Probe wurde mittels eines Leitfähigkeitsmeßgeräts gemessen. ■ ·
Chloridionenkonzentration: Die Chloridionenkonzentration einer Probe wurde mittels eines Ionenmeßgeräts bestimmt, das mit Elektroden für die Chloridionenkonzentrationsbestimmung versehen war.
Aufgrund der Ergebnisse wurde festgestellt, daß die Proben der präparativen Beispiele 1 und 2 hinsichtlich der Feuchtigkeitsbeständigkeit ausgezeichnet waren, da sie schwieriger hydrolisierbar sind und weniger Verunreinigungen enthalten.
Wie oben beschrieben, hat die Halbleitereinrichtung eine verbesserte Feuchtigkeitsbeständigkeit, weil für das Verbinden der Halbleiterelemente eine Paste verwendet wird, die eine verbesserte Feuchtigkeitsbeständigkeit hat, indem ein Phenolharz vom Novolaktyp als Härtungsmittel" verwendet wird und dieses Harz hat eine niedrige hydrolisierbare Chloridionenkonzentration bzw. eine niedrige Konzentration an abspaltbaren Chloridionen. Weiterhin, da ein Lösungsmittel wie Butyl-Zellosolve, das keine nach-
teilige Wirkung auf die Oberfläche des Halbleiterelements hat, verwendet wird, kann die Paste eine Beschleunigung der Korrosion der Äluminiumleitungsführung verhindern.
Die Ergebnisse von Tests, die entsprechend dem oben erwähnten Dampfkochtopftest an in Halbleitereinrichtungen nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, zeigten, daß die Einrichtung nach der Erfindung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, im Vergleich mit einer Halbleitereinrichtung, welche unter Verwendung einer konventionellen Paste zusammengebciut worden ist, eine 5-fache Erhöhung der Betriebslebensdauer hat (unter der Betriebslebensdauer soll hier die Zeit verstanden werden, die vergeht, bevor 50 % der im Test verwendeten Proben in ihren elektrischem Eigenschaften aufgrund oiner Korrosion oder eines Lösons bzw. einer Unterbrechung der Aluminiumelektrode oder der Leitungsführung auf der Oberfläche des Halbleiterelements brauchbar werden).
Fig. 4 zeigt ein anderes Beispiel einer Halbleitereinrichtung gemäß der Erfindung. In Fig. 4 haben die Bezugszeichen, die auch in Fig. 2 erwendet worden sind, die gleiche Bedeutung wie in Fig. 2. Im vorliaqniulcn Ueispu'l ist die Verbindung bzw. Bindung zwischen dem Halbleiterelement' 3 und dem Trägerteil 2 mit einer dichtenden Paste 10 ausgebildet worden. In dieser Paste ist ein dichtendes PuI-ver, wie beispielsweise Selikatglas, anstelle des leitfä-' higen Silberpulvers, welches im vorhergehenden Beispiel benutzt wurde, verwendet worden. Vor dem Testspritzen des Harzverpackungs- bzw. -gußmaterials wird ein Schutzfilm 11.. welcher die vordere Hauptfläche des Halbleiterelements 3 bedeckt, dadurch ausgebildet, daß die gleiche Paste, wie sie zum Verbinden des Halbleiterelements 3 mit. dem Trägerteil 2 verwendet worden ist, aufgebracht wird, und daß ·-die aufgebrachte Beschichtung durch Wärmebehandlung ge-
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härteL wird. Danacli wird das Harzverpackungs- bzw. -vergußmaterial 6 geformt. In dieser Halbleitereinrichtung sind, da das Halbleiterelement 3 vollkommen mit der Paste 10 und der Paste bedeckt ist, die auf der vorderen Hauptfläche des Halbleiterelements 3 vorgesehenen Aluminiumelektroden vollständiger vor Korrosion geschützt. Weiter ist diese Einrichtung auch vor milden Fehlern geschützt, die durch unerwünschte Strahlungen, beispielsweise durch ^-Teilchen, verursacht werden, und sie ist insbesondere wirksam in einer Halbleiterspeichereinrichtung verwendbar.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, wird mit der vorliegenden Erfindung eine sehr wirksame harzverpackte- bzw. -verkapselte Halbleitereinrichtung zur Verfügung gestellt, die insbesondere hinsichtlich ihrer Feuchtigkeitsbeständigkeit verbessert ist. Darüberhinaus kann das Prinzip der vorliegenden Erfindung auch bei anderen Abdichtungssystemen verwendet werden, wie beispielsweise bei Ein-• richtungen vom keramikvarpackten bzw. -verkapselten Typ. Es sind daher die verschiedensten Abwandlungen im Rahmen des Gegenstandes der Erfindung-und des allgemeinen Erfindungsgedankens möglich. .
- 33 -
Leerseite

Claims (12)

  1. ' ",PATFlSlTANWAt I"!.-. J I H U / OO ^j
    SCHIFF v.FÜNER STRtIHL. SCH(JnLL-HC)I1F- [-!BMINGHAUU MNCK f
    MAFiIAHlLFPLATZ 2 Si 3, MUMCHKN OO \
    POSTADRESSE: POSTFACH EI5O1M), D-HOOO MÖNCHEN 9b
    ALrJO IT-iOFnSSIONAL Ι-ίΓ 1'1-.'I^ ·;|ΞΝ ΓΛ riVl-.S lirirORf£ T(IE= f UhtOI «fc-AN ΗΛΠΙΝ Γ C)F-PICE'-
    KARL LUDWIG SCHIPF (KiFi4 - l'.m!)
    DIPL. CHHM. DR- ALEXANDER V. FÜNER
    DIPL. ING. PEiTER STREHL
    DIPL. CHEM- DR. URSULA EjCHÜBEL-HO^P
    DIPL. ING. DlE-TER FjTBÖINGHALJS
    DR. ING. DIETCK FINCK
    TELEFON (080)105054 TELEX Π-23 56:· AURO D
    TELEiäRAMMS AUROMAHCPAT MÜNCHEN
    DEA-24051
    Patentansprüche
    Π J Halbleitereinrichtung mit einem Halbleiterelement, das an einem Trägerteil befestigt ist, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die rückwärtige Hauptfläche des Halbleiterelements (3) an dem Trägerteil (2) mit einer Klebstoffschicht befestigt ist, die durch'Wärmehärtung einer Klebstoffmasse (4) ausgebildet ist, welche ein Epoxyharz, ein Phenolharz vom Novolaktyp, ein Lösungsmittel, in dem beide Harze löslich sind, und einen elektrisch leitenden oder isolierenden pulverförmigen Füllstoff enthält, sowie nötigenfalls· einen HärLungsbe.schleuniger und/oder einen Haftvermittler bxw. ein VcruLnigungsmittel,. wobei die vordere Hauptfläche des Halbleiterelements (3) eine Elektrode oder mehrere Elektroden trägt, die elektrisch durch einen feinen Leitungsdraht (5) oder mehrere feine Leitungsdrähte (5) mit einem elektrisch leitenden Teil 1 verbunden ist bzw. sind, und wobei das Halbleiterelement (3), das Trägerteil (2) und der Leitungsdraht (5) bzw. die Leitungsdrähte (5) mit einem Harzverpackungs- bzw. -verkapselungsmaterial eingekapselt li'/.w. ν«1 rqo:.;:i in :;·ι um .
    O I
    ■ ·;·- ■■■' ■·■ 3Κ8786
    -ι-
  2. 2. HalblGitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der pulverförmige
    Füllstoff pulverisiertes Silber ist.
  3. 3. Halbleitereinrichtung mit einem Halbleiterelement, das an einem Trägerteil befestigt ist, dadurch g e k· e η η ζ e i c h η e . t ,. daß die rückwärtige Hauptfläche des Halbleiterelements (3) an dem Trägerteil (2) mit einer Klebstoffschicht befestigt ist, die durch Wärmehärtung.einer Klebstoffmasse (4) ausgebildet ist, welche ein Epoxyharz, ein Phenolharz vom-Novolaktyp,- -ein Lösungsmittel, in dem beide Harze auflösbar sind, und einen elektrisch leitenden oder isolierenden pulverförmigen Füllstoff enthält, sowie nötigenfalls einen· Härtungsbeschleuniger und/oder einen Haftvermittler bzw. ein Vereinigungsmittel, wobei die vordere Hauptfläche des Halbleiterelement (3) eine Elektrode oder mehrere Elektroden trägt, die elektrisch durch einen feinen Leitungsdraht (5) oder mehrere feine Leitungsdrähte (5) mit einem elektrisch■leitenden Teil-(1) verbunden ist bzw. sind, wobei ferner die Seitenflächen (9) des Halbleiterelements (3) mit dem gleichen Material bedeckt sind, aus dem die Klebstoffschicht besteht, und wobei außerdem das Halbleiterelement (3), das Trägerteil· (2) und der Leitungsdraht (5) bzw. die Leitungsdrähte (5) mit einem Harzverpackungs- bzw. -verkapselungsmaterial eingekapselt bzw. vergössen sind.
  4. 4. Halbleitereinrichtung nach Anspruch ·3, dadurch gekennzeichnet , daß der pulverförmige Fül^toff pu^erisiertes Silber ist.
  5. 5.·Halbleitereinrichtung mit einem Halbleiterelement, das an einem Trägerteil· befestigt ist, dadurch. g e k e η n. zeichnet , daß die rückwärtige Hauptfiäche des
    02
    Halbleiterelements (3) an dom Trägerteil· (2) mit einer Klebstoffschicht befestigt ist, die durch Wärmehärtung einer Klebstoffmasse (10) ausgebildet ist, welche ein Epoxyha-rz, ein Phenolliarz vom Novolnktyp, ein Lösungsmittel, in dem beide Harze löslich sind, und einen elektrisch leitenden oder isolierenden pulverförmigen Füllstoff enthält, sowie nötigenfalls einen Härtungsbeschleuniger und/oder einen Haftvermittler bzw. ein Vereinigungsmittel, wobei die vordere Hauptfläche des Halbleiterelements (3) eine Elektrode oder mehrere Elektroden trägt, die elektrisch durch einen feinen Leitungsdraht (5) oder mehrere feine Leitungsdrähte (5) mit einem elektrisch leitenden Teil (1) verbunden i:;t bxw. r.ind, wobei fornei cl.ir: '.'> <.'. Ll cn I l<iclicn (')) und die vnrdcn1 ll.uipt-flache des Halbleiterelements (3) mit dem gleichen Material bedeckt sind, aus dem die Klebstoffschicht (10) besteht, und wobei außerdem das Halbleiterelement (3), das Trägerteil (2) und der Leitungsdraht (5) bzw. die Lei-• tungsdrähte (5) mit einem Harzverpackungs- bzw. -verkapselungsmaterial eingekapselt bzw. vergossen sind.
  6. 6. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umJ:a.s.send · den Verfahrensschritt des Verbindens eines Halbleiterelement s mit einem Trägerteil, dadurch g e k e η η zeichnet, daß zwischen dem Halbleiterelement: (3) und dem Trägerteil (2) eine Klebstoffmasse (4„ 10) vorgesehen wird, die ein Epoxyharz, ein Phenolharz vom Novolaktyp, ein Lösungsmittel, in dem beide Harze löslich sind, und einen elektrisch leitenden oder isolierenden pulverförmigen Füllstoff enthält.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß man ein Lösungsmittel mit einem Siedepunkt bzw. -boreich zwischen 120 und 180 C verwemdet.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch. 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Lösungsmittel Butyl-Zellosolve ist. . ■
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 8, dadurch- gekennzeichnet, daß der pulverförmige Füllstoff pülveri'siertes Silber ist. ■ ·
  10. IC). Vim [.IhI(Mi ii« ι»: 11 Λ. ι:: j · ι ικ.Ίι c),' dadurch q c: 1·; α η η — δ e i c h η α I. , daß das pulverisierte Silber eine Teilchengröße von 5 μm oder weniger hat, und daß der Gehalt an pulverisiertem Silber in der Klebstoffmasse (4) 15 bis 50 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Epoxyharzes, des Phenolharzes vom Novolaktyp und des pulverisierten Silbers,. beträgt.·
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch g e k e. η η ζ e 1 c h η e t , daß die Klebstoffmasse (4, 10) wo Lto-r oinen Uärturigsboschleuaiger und/oder einen Haftvermittler bzw. ein Vereinigungsmittel enthält.
    .
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansrpüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet , daß der Verfahrensschritt des Verbindens des Halbleiterelements (3) mit dem Trägerteil (2) eine-Stufe des Zwischenfügens der Klebstoffmasse (4, 10) zwischen das Halbleiterelement -(3) und das Trä-' · gerteil (2) .und eine Stufe der Wärmebehandlung der zwischengefügten Klebstoffmasse (4, 10) umfaßt.
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