[发明专利]连接材料和半导体装置

说明书

本发明是申请号为2009801151612(国际申请号为PCT/JP2009/058375)、申请日为2009年4月28日、发明名称为“连接材料和半导体装置”的发明申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种导热性和粘接性优异的连接材料以及使用它的半导体装置。更详细地，涉及一种非常适合用于把IC、LSI、发光二极管(LED)等半导体元件粘接于引线框(lead frame)、陶瓷配线板、玻璃环氧树脂配线板、聚酰亚胺配线板等基板上的连接材料以及使用它的半导体装置。

背景技术

作为在制造半导体装置的时候、使半导体元件和引线框(支撑部件)连接的方法，有使银粉等填充剂分散于环氧系树脂、聚酰亚胺系树脂等树脂中形成糊状(例如，银糊)、将其作为粘接剂来使用的方法。

根据该方法，使用分散机、印刷机、压印机等，在把糊状粘接剂涂布于引线框的芯片焊垫(die pad)之后，把半导体元件芯片焊接(die bonding)，通过加热固化来粘接而形成半导体装置。

该半导体装置进一步通过封固材料封固外部、进行半导体封装之后，在配线基板上进行钎焊来实施安装。最近的安装，因为要求高密度以及高效率，所以对于焊锡安装来说，把半导体装置的引线框直接钎焊在基板上的表面安装法是主流。

在该表面安装中，使用通过红外线等来加热整个基板的回流焊接，封装被加热到200℃以上的高温。此时，如果在封装的内部，特别是在粘接剂层中有水分存在时，该水分会气化而返回至芯片焊垫和封固材料之间，在封装中引起开裂(回流开裂)。

由于该回流开裂使半导体装置的可靠性显著降低，所以一直是深刻的问题和技术课题，对于在半导体元件和半导体支撑部件之间的粘接中经常使用的粘接剂，首先要求的是高温时的粘接强度的可靠性。

另外，近年来，伴随着半导体元件的高速化、高集成化的发展，除了以前所要求的粘接强度等的可靠性之外，为了确保半导体装置的动作稳定性，还要求高放热特性。即，为了解决上述技术课题，寻求一种用于接合放热部件(引线框)和半导体元件的粘接剂的连接材料，其兼备高粘接强度和高导热性。

另外，以前的导电性粘接剂中金属粒子彼此接触，作为实现放热性比该以前的导电性粘接剂高的手段之一，有人提出了使用烧结性优异的平均粒径为0.1μm以下的金属纳米粒子，使金属微粒在200℃以下的高温下烧结的那样的导电性粘接剂。上述现有技术记载于例如专利文献1～5。

以前，作为确保粘接剂的高导热性的方法，采取的方法是高填充热导率高的银粒子。另外也有的例子是：通过使用低熔点金属、用金属结合使得热导通路形成以及与粘附体金属化，确保高热传导化以及室温下的强度。进一步地，使用金属纳米粒子的导电性粘接剂的研究也正在进行。

先前技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-073811号公报

专利文献2：日本特开2006-302834号公报

专利文献3：日本特开2005-093996号公报

专利文献4：日本特开平11-066953号公报

专利文献5：日本特开2006-083377号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，就以前的高填充热导率高的银粒子的方法而言，为了确保近年来的电源IC(power IC)、LED中所需要的20W/m·K以上的热导率，就需要非常大量的银粒子(银粒子的填充量为95重量份以上)。

在银粒子填充量变多的情况下，由于粘度上升，产生的问题是：分配时产生拉丝等、难以确保操作性；在为了确保操作性而大量添加溶剂的情况下，产生的问题是：产生空隙或者残留溶剂引起粘接强度的降低。

另外，关于使用低熔点金属、通过金属结合形成热导通路以及与粘附体金属化的方法而言，在把电源IC或者LED等PKG安装在基板上的情况下，在回流炉内暴露于260℃，存在的问题是：由于该热历程，使得接合部再熔融、不能够得到连接可靠性。

进一步地，关于使用金属纳米粒子的方法而言，虽然可以避免接合部的再熔融的问题，但是存在的问题是：为了制作纳米尺寸的金属粒子需要花费很多的成本；为了得到金属纳米粒子的分散稳定性需要大量的表面保护材料，为了烧结金属纳米粒子必须施加200℃以上的高温、载荷等。