半導(dǎo)體裝置及其制造方法以及粘接面強(qiáng)度的評(píng)估方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供半導(dǎo)體裝置制造方法以及半導(dǎo)體裝置，通過(guò)實(shí)現(xiàn)銅表面與環(huán)氧樹(shù)脂之間的充分粘附性，在高溫高濕環(huán)境下也能夠確保高可靠性。本發(fā)明還提供在制造半導(dǎo)體裝置時(shí)可以使用的粘接面強(qiáng)度評(píng)估方法。本發(fā)明提供半導(dǎo)體裝置制造方法，該半導(dǎo)體裝置包括：半導(dǎo)體芯片、安裝有半導(dǎo)體芯片且具有布線(xiàn)圖案的絕緣襯底以及與布線(xiàn)圖案連接的引線(xiàn)框，半導(dǎo)體芯片、布線(xiàn)圖案和引線(xiàn)框的一部分通過(guò)密封樹(shù)脂被密封。作為密封樹(shù)脂使用向環(huán)氧樹(shù)脂添加作為硅烷偶聯(lián)劑的環(huán)氧硅烷0.3～0.7質(zhì)量%而成的環(huán)氧樹(shù)脂組合物，作為引線(xiàn)框以及布線(xiàn)圖案使用由銅或銅合金構(gòu)成、在表面具有氧化膜的銅構(gòu)件，該氧化膜具有呈現(xiàn)L*值48～51、a*值40～49、b*值24～40范圍的顏色的膜厚。
【專(zhuān)利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置及其制造方法以及粘接面強(qiáng)度的評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用于半導(dǎo)體裝置的銅系材料和密封樹(shù)脂之間的粘附性的改進(jìn)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，為了兼顧對(duì)半導(dǎo)體裝置的針對(duì)耐濕、冷熱循環(huán)、振動(dòng)等的高可靠性和降低成本的要求，要求用于半導(dǎo)體裝置的密封樹(shù)脂具有針對(duì)銅系引線(xiàn)框、布線(xiàn)圖案的高粘附性。
[0003]以往，以改進(jìn)密封樹(shù)脂和銅系引線(xiàn)框、布線(xiàn)圖案之間的粘附性為目的，對(duì)于環(huán)氧類(lèi)密封樹(shù)脂，通過(guò)整體混合法(integral blending method,向樹(shù)脂內(nèi)部添加)混合硅烷偶聯(lián)劑的技術(shù)廣為人知并被應(yīng)用。
[0004]另外，已知為了確保在銅系材料和密封樹(shù)脂之間的穩(wěn)定粘附，需要在銅系材料的表面存在氧化膜(參照非專(zhuān)利文獻(xiàn)1、非專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。另一方面，由于銅表面很容易發(fā)生氧化，通常為了不對(duì)粘附力造成不良影響，或者出于積極提高粘附性的意圖，還通過(guò)抗氧化劑進(jìn)行表面處理。
[0005]硅烷偶聯(lián)劑呈現(xiàn)如圖5所示的反應(yīng)機(jī)制，在分子中具有對(duì)銅系引線(xiàn)框等無(wú)機(jī)材料具有親和性乃至反應(yīng)性的水解基團(tuán)、以及與有機(jī)合成樹(shù)脂等進(jìn)行化學(xué)結(jié)合的有機(jī)官能基團(tuán)。因此，通過(guò)使用硅烷偶聯(lián)劑，利用使該有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料進(jìn)行結(jié)合的功能，可以對(duì)復(fù)合材料(例如，向環(huán) 氧樹(shù)脂中混合二氧化硅填充劑)與銅系引線(xiàn)框之間界面的機(jī)械強(qiáng)度及耐水性、粘附性等進(jìn)行改進(jìn)。此時(shí)硅烷偶聯(lián)劑的適當(dāng)使用量，通過(guò)實(shí)證驗(yàn)證來(lái)求得。
[0006]作為與半導(dǎo)體密封用樹(shù)脂相關(guān)的技術(shù)，例如，在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了以規(guī)定的結(jié)晶性環(huán)氧樹(shù)脂、柔性固化劑、固化促進(jìn)劑、無(wú)機(jī)填充材料、含不飽和雙鍵的硅烷偶聯(lián)劑、以及脫模劑為必要成分的半導(dǎo)體密封用環(huán)氧樹(shù)脂組合物。
[0007]【非專(zhuān)利文獻(xiàn)I】平成5年度(1993年)福島縣創(chuàng)新科技廣場(chǎng)試驗(yàn)研究報(bào)告書(shū)第71-77 頁(yè)
[0008]【非專(zhuān)利文獻(xiàn)2】野村幸矢，坂本浩，“引線(xiàn)框用銅合金的樹(shù)脂粘附性”，神戶(hù)制鋼技報(bào)第48卷，第3期，1998年12月，第21-24頁(yè)
[0009]【專(zhuān)利文獻(xiàn)I】日本特開(kāi)平9-124901號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]然而，如果向環(huán)氧樹(shù)脂混合大量的硅烷偶聯(lián)劑，則硅烷偶聯(lián)劑將以未反應(yīng)的狀態(tài)殘存在樹(shù)脂中，導(dǎo)致環(huán)氧樹(shù)脂的水解，存在使環(huán)氧樹(shù)脂的粘附力與彈性系數(shù)、Tg降低的問(wèn)題。因此，硅烷偶聯(lián)劑的混合量需要通過(guò)實(shí)證驗(yàn)證來(lái)求得。
[0011]另外，在使用銅系引線(xiàn)框與布線(xiàn)圖案的情況下，僅通過(guò)最適量地添加硅烷偶聯(lián)劑不能確保足以滿(mǎn)足較高的可靠性要求的充分的粘附性。此外，如上所述，已知為了確保在銅系引線(xiàn)框、布線(xiàn)圖案和密封樹(shù)脂之間的穩(wěn)定粘附性，需要在銅表面存在氧化膜，但是關(guān)于銅的種類(lèi)(添加劑等)、氧化膜的組成乃至膜厚和銅系材料與環(huán)氧樹(shù)脂間的粘附力之間的關(guān)系至今尚未研究清楚。另外，如果對(duì)銅系引線(xiàn)框、布線(xiàn)圖案進(jìn)行抗氧化劑處理，則在耐濕-耐熱試驗(yàn)中存在著在粘附界面上樹(shù)脂發(fā)生分解的缺點(diǎn)。
[0012]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法以及半導(dǎo)體裝置，其通過(guò)解決上述問(wèn)題，不會(huì)產(chǎn)生因硅烷偶聯(lián)劑的過(guò)量混合引發(fā)的問(wèn)題，可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)銅表面和環(huán)氧樹(shù)脂之間的充分的粘附性，即使在高溫高濕環(huán)境下也能夠確保較高的可靠性。另外，本發(fā)明的其他目的在于提供一種在制造所述半導(dǎo)體裝置時(shí)可以使用的粘接面強(qiáng)度的評(píng)估方法。
[0013]本發(fā)明的發(fā)明人們，關(guān)于銅系材料表面上的氧化膜的形成條件和所述銅系材料與環(huán)氧樹(shù)脂之間的粘附性的關(guān)系進(jìn)行了潛心研究，其結(jié)果，通過(guò)對(duì)向環(huán)氧樹(shù)脂中混合的硅烷偶聯(lián)劑的種類(lèi)以及混合量進(jìn)行最佳化，并且將銅系材料表面的氧化膜膜厚規(guī)定在規(guī)定范圍內(nèi)，找出了能夠解決上述問(wèn)題的方法，完成了本發(fā)明。
[0014]S卩，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，所述半導(dǎo)體裝置包括:半導(dǎo)體芯片、安裝有該半導(dǎo)體芯片且具有布線(xiàn)圖案的絕緣襯底以及與該布線(xiàn)圖案相連接的引線(xiàn)框，并且，該半導(dǎo)體芯片、該布線(xiàn)圖案以及該引線(xiàn)框的一部分通過(guò)密封樹(shù)脂而被密封，而且，
[0015]作為所述密封樹(shù)脂，使用向環(huán)氧樹(shù)脂添加作為硅烷偶聯(lián)劑的環(huán)氧硅烷0.3?0.7質(zhì)量％而成的環(huán)氧樹(shù)脂組合物，并且，作為所述引線(xiàn)框以及所述布線(xiàn)圖案，使用由銅或銅合金構(gòu)成、在表面具有氧化膜的銅構(gòu)件，該氧化膜具有呈現(xiàn)L*值48?51、a*值40?49、b*值24?40范圍的顏色的膜厚。
[0016]另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，包括:半導(dǎo)體芯片、安裝有該半導(dǎo)體芯片且具有布線(xiàn)圖案的絕緣襯底以及與該布線(xiàn)圖案相連接的引線(xiàn)框，并且，該半導(dǎo)體芯片、該布線(xiàn)圖案以及該引線(xiàn)框的一部分通過(guò)密封樹(shù)脂而被密封，其中，
[0017]所述密封樹(shù)脂由向環(huán)氧樹(shù)脂添加作為硅烷偶聯(lián)劑的環(huán)氧硅烷0.3?0.7質(zhì)量％而成的環(huán)氧樹(shù)脂組合物構(gòu)成，所述引線(xiàn)框以及所述布線(xiàn)圖案由銅或銅合金構(gòu)成，并且，在該引線(xiàn)框以及該布線(xiàn)圖案的與該密封樹(shù)脂接觸的表面上形成有厚度20?40nm的氧化膜。
[0018]此外，本發(fā)明的粘接面強(qiáng)度的評(píng)估方法，其對(duì)于通過(guò)嵌件模塑將樹(shù)脂和由銅或銅合金構(gòu)成的表面具有氧化膜的銅構(gòu)件一體化而形成的成型品中的所述氧化膜的表面與在該氧化膜的表面上形成的所述樹(shù)脂的固化物之間的粘接面強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估，其中，
[0019]對(duì)于所述氧化膜的膜厚，根據(jù)該氧化膜表面的I/值、a*值以及b*值的值進(jìn)行評(píng)估。
[0020]在本發(fā)明的粘接面強(qiáng)度的評(píng)估方法中，作為所述樹(shù)脂可以使用環(huán)氧樹(shù)脂組合物。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)上述構(gòu)成可以實(shí)現(xiàn)銅表面和環(huán)氧樹(shù)脂之間的充分的粘附性，從而可以實(shí)現(xiàn)即使在高溫高濕環(huán)境下也能夠確保較高的可靠性的半導(dǎo)體裝置的制造方法以及半導(dǎo)體裝置。另外，根據(jù)本發(fā)明，還可以實(shí)現(xiàn)在制造所述半導(dǎo)體裝置時(shí)可以使用的粘接面強(qiáng)度的評(píng)估方法。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是示出本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的一例的截面圖；
[0023]圖2是示出硅烷偶聯(lián)劑的添加量和樹(shù)脂/銅電路箔間的粘附強(qiáng)度的測(cè)定結(jié)果的一例的曲線(xiàn)圖；
[0024]圖3是示出在銅制品表面形成的氧化膜的膜厚與斷裂方式之間的關(guān)系的說(shuō)明圖；
[0025]圖4是示出粘附強(qiáng)度的測(cè)定試驗(yàn)片的立體圖；[0026]圖5是示出硅烷偶聯(lián)劑的反應(yīng)機(jī)制的說(shuō)明圖；
[0027]圖6是示出L*值、a*值以及b*值與銅構(gòu)件表面的氧化膜厚之間的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。
[0028]符號(hào)說(shuō)明
[0029]11絕緣襯底
[0030]12 IGBT
[0031]13 FffD
[0032]14 BSD
[0033]15集成電路
[0034]16引線(xiàn)框
[0035]17 外殼
[0036]18布線(xiàn)圖案
[0037]19 焊線(xiàn)
[0038]20密封樹(shù)脂
[0039]21 樹(shù)脂
[0040]22銅制品
[0041]23氧化膜
【具體實(shí)施方式】
[0042]以下，關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0043]圖1是示出本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的一例的截面圖。在圖1所示的智能功率模塊(Intelligent Power Module, IPM)中，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)芯片和驅(qū)動(dòng)電路形成為一體，由構(gòu)成逆變器電路的低損耗IGBT芯片12以及高速FWD (Free Wheeling Diode，續(xù)流二極管)芯片13構(gòu)成的三相逆變橋式電路通過(guò)焊劑等與絕緣襯底11相接合并置于絕緣襯底11上。另外，安裝了對(duì)該三相逆變橋式電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的BSD(Boot-Strap-Diode，限幅二極管)14以及集成電路15的引線(xiàn)框16和外殼17形成為一體，并通過(guò)焊線(xiàn)19與絕緣襯底11上的布線(xiàn)圖案18進(jìn)行連接，通過(guò)密封樹(shù)脂20進(jìn)行密封。
[0044]在本發(fā)明中，作為密封樹(shù)脂20，使用向環(huán)氧樹(shù)脂添加作為硅烷偶聯(lián)劑的環(huán)氧硅烷0.3?0.7質(zhì)量％而成的環(huán)氧樹(shù)脂組合物(在所得到的環(huán)氧樹(shù)脂組合物中環(huán)氧硅烷所占比例為0.3?0.7質(zhì)量％)，并且，引線(xiàn)框16以及布線(xiàn)圖案18使用由銅或銅合金形成且具有規(guī)定厚度的氧化膜的材料，這一點(diǎn)很重要。通過(guò)將密封樹(shù)脂20和引線(xiàn)框16以及布線(xiàn)圖案18的材料組合為上述構(gòu)成，可以確保構(gòu)成密封樹(shù)脂20的環(huán)氧樹(shù)脂和在引線(xiàn)框16以及布線(xiàn)圖案18中的銅表面之間的充分的粘附性，可以制造出即使在高溫高濕環(huán)境下也能夠得到較高可靠性的半導(dǎo)體裝置。另外，在本發(fā)明中，也不會(huì)發(fā)生因硅烷偶聯(lián)劑的過(guò)量混合而引起的密封樹(shù)脂的降解。
[0045]在本發(fā)明中使用的密封樹(shù)脂20，以環(huán)氧樹(shù)脂為主要成分，并添加作為硅烷偶聯(lián)劑的環(huán)氧硅烷0.3?0.7質(zhì)量％，比較理想的是添加0.4?0.6質(zhì)量％而成。圖2為示出對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂的硅烷偶聯(lián)劑的添加量和該密封樹(shù)脂與在表面上具有厚度7nm的氧化膜的銅電路箔之間的粘附強(qiáng)度的測(cè)定結(jié)果的曲線(xiàn)圖。如圖2所示，可以確認(rèn)硅烷偶聯(lián)劑的添加量為0.5質(zhì)量％時(shí)粘附強(qiáng)度呈現(xiàn)最大值，如果進(jìn)一步增加添加量則有下降的趨勢(shì)。即，硅烷偶聯(lián)劑的混合量，如果過(guò)少則不能得到充分的粘附性，如果過(guò)多則會(huì)產(chǎn)生環(huán)氧樹(shù)脂的水解等不良情況。這可以認(rèn)為是，由于硅烷偶聯(lián)劑的過(guò)量添加產(chǎn)生不與銅表面形成氫鍵的過(guò)量的硅烷偶聯(lián)劑，該過(guò)量的硅烷偶聯(lián)劑被水解而生成的OH基團(tuán)分解環(huán)氧樹(shù)脂，從而使樹(shù)脂降解。
[0046]作為環(huán)氧樹(shù)脂并沒(méi)有特殊限定，例如可以列舉，雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚S型環(huán)氧樹(shù)脂、苯酚酚醛清漆型環(huán)氧樹(shù)脂、甲酚酚醛清漆型環(huán)氧樹(shù)脂、縮水甘油酯型環(huán)氧樹(shù)脂、縮水甘油胺型環(huán)氧樹(shù)脂等。另外，作為環(huán)氧硅烷，例如可以列舉，3_[ (2，3)-環(huán)氧丙氧]丙基二甲氧基娃燒、3_[ (2，3)-環(huán)氧丙氧]丙基二乙氧基娃燒、3- [ (2，3)-環(huán)氧丙氧]丙基甲基二甲氧基硅烷、3- [ (2，3)-環(huán)氧丙氧]丙基甲基二乙氧基硅烷、2- (3，4_環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷等，這些可以單獨(dú)使用，也可以將2種以上混合使用。
[0047]在本發(fā)明使用的密封樹(shù)脂20中，優(yōu)選地還含有作為固化劑的酸酐固化劑。作為酸酐固化劑，可以列舉:芳香族酸酐，例如，鄰苯二甲酸酐、均苯四酸二酐、偏苯三酸酐等；環(huán)狀脂肪族酸酐，例如，四氫鄰苯二甲酸酐、甲基四氫鄰苯二甲酸酐、甲基納迪克酸酐、六氫鄰苯二甲酸酐、甲基六氫鄰苯二甲酸酐等；脂肪族酸酐，例如，丁二酸酐、聚己二酸酐、聚癸二酸酐、聚壬二酸酐等。另外，在本發(fā)明使用的密封樹(shù)脂20中，作為固化促進(jìn)劑，可以混合叔胺、硼酸酯、路易斯酸、有機(jī)金屬化合物、有機(jī)酸金屬鹽、咪唑等。此外，在本發(fā)明使用的密封樹(shù)脂20中，作為無(wú)機(jī)類(lèi)填充劑，可以組合二氧化硅、氧化鋁、氫氧化鋁、滑石、粘土、云母、玻璃纖維等的I種或2種以上并進(jìn)行混合。
[0048]在本發(fā)明中，向環(huán)氧樹(shù)脂中添加硅烷偶聯(lián)劑，從操作性以及降低品質(zhì)差異的角度考慮，優(yōu)選地通過(guò)在混合樹(shù)脂和無(wú)機(jī)類(lèi)填充劑時(shí)直接添加硅烷偶聯(lián)劑的整體混合來(lái)實(shí)施。
[0049]在本發(fā)明中，引線(xiàn)框16以及布線(xiàn)圖案18由形成有厚度20?40nm、較佳為20?30nm的氧化膜的銅或銅合金構(gòu)成。如上所述，為了確保由所述銅系金屬構(gòu)成的銅制品和密封樹(shù)脂之間的穩(wěn)定的粘附性，需要在銅表面上存在氧化膜，但根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人的研究明確了通過(guò)使氧化膜的膜厚在上述范圍內(nèi)，可以確保高的粘附強(qiáng)度。所述氧化膜，例如以電解銅箔為對(duì)象，通過(guò)在大氣中進(jìn)行加熱，可以形成為任意的膜厚。電解銅箔可以使用例如福田金屬箔粉工業(yè)(株)、古河電工(株)等的產(chǎn)品。本發(fā)明中的氧化膜，如果在引線(xiàn)框16以及布線(xiàn)圖案18的與密封樹(shù)脂相接觸的表面上形成，則可以得到期望的效果。
[0050]在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，引線(xiàn)框16和布線(xiàn)圖案18以及密封樹(shù)脂20的材料只要滿(mǎn)足上述條件即可，具體的裝置構(gòu)成的細(xì)節(jié)與其他構(gòu)成部件的材質(zhì)等，可以從本領(lǐng)域通常使用的形態(tài)中適當(dāng)選用，并沒(méi)有特殊限制。例如，作為絕緣襯底11，可以使用在絕緣體上采用陶瓷板的陶瓷襯底、以及作為絕緣體采用絕緣性樹(shù)脂的印刷電路板等。
[0051]可以認(rèn)為，環(huán)氧樹(shù)脂等密封樹(shù)脂與銅構(gòu)件之間的粘合力，與硬度和強(qiáng)度、粗糙度等氧化銅的機(jī)械物理性能、氧化膜和樹(shù)脂之間的粘附力、以及氧化膜和銅表面之間的粘附力密切相關(guān)，并且根據(jù)它們之間的平衡來(lái)決定所述粘合力，但是由于氧化銅的膜厚為納米級(jí)，因此其機(jī)械物理性能尚不明確。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人的研究，樹(shù)脂21和銅制品22之間的粘接面的斷裂狀態(tài)，如圖3所示，根據(jù)銅制品表面形成的氧化膜23的膜厚而變化，膜厚為零的情況(a)下樹(shù)脂21和銅制品22之間的界面上有脫層斷裂，膜厚過(guò)薄的情況(b)下以及過(guò)厚的情況(d)下銅制品22和氧化膜23之間的界面上有脫層斷裂，與之相比，膜厚在本發(fā)明的適當(dāng)范圍即20?40nm的情況(c)下發(fā)生氧化膜的基材斷裂。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人的研究判明，在該粘接面的粘附強(qiáng)度測(cè)定試驗(yàn)中呈現(xiàn)最大的抗斷強(qiáng)度的條件為，氧化膜致密且顯示高強(qiáng)度的狀態(tài)，斷裂方式為氧化膜的基材斷裂的情況。
[0052]在這里，銅制品表面形成的氧化膜的膜厚，可以采用例如X射線(xiàn)光電子能譜儀(XPS:X-Ray Photoelectron Spectroscopy/ESCA:Electron Spectroscopy for ChemicalAnalysis)(以下縮寫(xiě)為“ESCA”)進(jìn)行定量，但是根據(jù)ESCA進(jìn)行測(cè)定并不簡(jiǎn)單。另外，例如殘留在粘附斷裂后的斷裂面上的殘留氧化膜的膜厚變?yōu)楦〉哪ず?，因此用ESCA進(jìn)行定量很困難。因此，在本發(fā)明中，根據(jù)用色彩色差計(jì)測(cè)定的氧化膜表面的L*值、a*值以及b*值的值對(duì)氧化膜的膜厚進(jìn)行定量，評(píng)估粘接面的強(qiáng)度。該值可以在樹(shù)脂和表面上具有氧化膜的銅構(gòu)件通過(guò)嵌件模塑而形成為一體的成型品中作為評(píng)估氧化膜的表面和在該表面上形成的樹(shù)脂固化物之間的粘接面強(qiáng)度的指標(biāo)使用。色彩色差計(jì)是通過(guò)色彩值顯示顏色的差異的儀器，L*值、a*值以及b*值為根據(jù)CaVi表色系統(tǒng)的色彩值(參照J(rèn)IS (日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))Z8729)。因此，通過(guò)使用粘合前的氧化膜表面的色彩值求得色差，從而能夠?qū)ρ趸さ哪ず襁M(jìn)行定量。需要說(shuō)明的是，上述L*值、a*值以及b*值的適當(dāng)范圍的絕對(duì)值，根據(jù)銅材料的組成等也會(huì)不同。
[0053]在本發(fā)明中，通過(guò)采用上述粘接面強(qiáng)度的評(píng)估方法，可以在進(jìn)行氧化膜表面和樹(shù)脂固化物之間的斷裂試驗(yàn)之前，確認(rèn)銅構(gòu)件的氧化膜形成狀態(tài)是否處于能夠確保與樹(shù)脂之間的充分的粘合性的適當(dāng)范圍，因此通過(guò)將此粘接面強(qiáng)度的評(píng)估方法應(yīng)用于制造上述本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，可以得到具有較高的可靠性的半導(dǎo)體裝置。
[0054]S卩，在本發(fā)明中，只要作為用于本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的密封樹(shù)脂使用向環(huán)氧樹(shù)脂添加環(huán)氧硅烷0.3?0.7質(zhì)量％而成的環(huán)氧樹(shù)脂組合物，并且，作為引線(xiàn)框以及布線(xiàn)圖案使用由銅或銅合金構(gòu)成、在表面具有呈現(xiàn)L*值48?51、a*值40?49、b*值24?40范圍的顏色的膜厚的氧化膜的材料來(lái)制造半導(dǎo)體裝置即可。另外，在該制造工序中，還可以增加對(duì)引線(xiàn)框以及布線(xiàn)圖案測(cè)定顏色的工序，對(duì)于其氧化膜，進(jìn)行是否具有呈現(xiàn)L*值48?51、a*值40?49、b*值24?40范圍的顏色的膜厚的確認(rèn)試驗(yàn)。
[0055]需要說(shuō)明的是，用于測(cè)定上述樹(shù)脂固化物和氧化膜表面之間的粘附強(qiáng)度的試驗(yàn)，已知有非專(zhuān)利文獻(xiàn)2中所使用的方法等多種方法。非專(zhuān)利文獻(xiàn)2中所使用的方法稱(chēng)為拉倒法。拉倒法是將棒垂直立于膜表面，向棒的端部施加平行于膜表面的作用力，通過(guò)使棒倒下而將膜剝下，并以剝下所需要的作用力進(jìn)行評(píng)價(jià)。該拉倒法因立于膜表面的棒的截面如同布丁的截面一樣呈梯形，也稱(chēng)為布丁試驗(yàn)。布丁試驗(yàn)(pudding test)是指布丁形狀的負(fù)重試驗(yàn)(Share test)。日本特開(kāi)2004-256647中公開(kāi)了進(jìn)行布丁試驗(yàn)的示例(參見(jiàn)0030段、圖1)。在本發(fā)明中，如圖3、圖4所示通過(guò)布丁試驗(yàn)進(jìn)行了粘附強(qiáng)度的評(píng)價(jià)。
[0056][實(shí)施例]
[0057]以下，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0058][實(shí)施例1]
[0059]對(duì)于雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂(PELNOX (株)研制，ME-268D，含有熔融二氧化硅顆粒70質(zhì)量％)，添加作為硅烷偶聯(lián)劑的環(huán)氧硅烷(信越化學(xué)工業(yè)(株)研制，KBM403) 0.3質(zhì)量％，調(diào)制環(huán)氧樹(shù)脂組合物。將該環(huán)氧樹(shù)脂組合物作為密封樹(shù)脂使用，制作出具有如圖1所示的截面結(jié)構(gòu)的小容量空調(diào)用IPM。該IPM的引線(xiàn)框以及布線(xiàn)圖案由在表面形成厚度30nm的氧化膜的銅系材料構(gòu)成。
[0060][實(shí)施例2]
[0061]向環(huán)氧樹(shù)脂中添加的環(huán)氧硅烷為0.5質(zhì)量％，引線(xiàn)框以及布線(xiàn)圖案使用了表面形成厚度33nm的氧化膜的銅系材料，除此以外與實(shí)施例1相同，據(jù)此制作了小容量空調(diào)用IPM。
[0062][實(shí)施例3]
[0063]向環(huán)氧樹(shù)脂中添加的環(huán)氧硅烷為0.5質(zhì)量％，引線(xiàn)框以及布線(xiàn)圖案使用了表面形成厚度20nm的氧化膜的銅系材料，除此以外與實(shí)施例1相同，據(jù)此制作了小容量空調(diào)用IPM。
[0064][實(shí)施例4]
[0065]向環(huán)氧樹(shù)脂中添加的環(huán)氧硅烷為0.7質(zhì)量％，引線(xiàn)框以及布線(xiàn)圖案使用了表面形成厚度31nm的氧化膜的銅系材料，除此以外與實(shí)施例1相同，據(jù)此制作了小容量空調(diào)用IPM。
[0066][實(shí)施例5]
[0067]向環(huán)氧樹(shù)脂中添加的環(huán)氧硅烷為0.7質(zhì)量％，引線(xiàn)框以及布線(xiàn)圖案使用了表面形成厚度35nm的氧化膜的銅系材料，除此以外與實(shí)施例1相同，據(jù)此制作了小容量空調(diào)用IPM。
[0068][實(shí)施例6]
[0069]向環(huán)氧樹(shù)脂中添加的環(huán)氧硅烷為0.7質(zhì)量％，引線(xiàn)框以及布線(xiàn)圖案使用了表面形成厚度20nm的氧化膜的銅系材料，除此以外與實(shí)施例1相同，據(jù)此制作了小容量空調(diào)用IPM。
[0070][比較例I]
[0071]向環(huán)氧樹(shù)脂中添加的環(huán)氧硅烷為0.5質(zhì)量％，引線(xiàn)框以及布線(xiàn)圖案使用了表面形成厚度IOnm的氧化膜的銅系材料，除此以外與實(shí)施例1相同，據(jù)此制作了小容量空調(diào)用IPM。
[0072][比較例2]
[0073]向環(huán)氧樹(shù)脂中添加的環(huán)氧硅烷為0.5質(zhì)量％，引線(xiàn)框以及布線(xiàn)圖案使用了表面形成厚度50nm的氧化膜的銅系材料，除此以外與實(shí)施例1相同，據(jù)此制作了小容量空調(diào)用IPM。
[0074][比較例3]
[0075]向環(huán)氧樹(shù)脂中添加的環(huán)氧硅烷為0.5質(zhì)量％，引線(xiàn)框以及布線(xiàn)圖案使用了表面形成厚度59nm的氧化膜的銅系材料，除此以外與實(shí)施例1相同，據(jù)此制作了小容量空調(diào)用IPM。
[0076][銅氧化膜的膜厚的定量]
[0077]采用ULVAC-PHI (株)研制的X射線(xiàn)光電子能譜儀(ESCA) Quantera SXM對(duì)在各實(shí)施例等的IPM中銅氧化膜的膜厚進(jìn)行了定量。一邊從樣本表面向深度方向約每3nm進(jìn)行蝕亥IJ，一邊直至氧的峰值消失為止進(jìn)行持續(xù)分析。氧化膜的膜厚，作為以將氧的檢測(cè)變化量變?yōu)?/2處設(shè)為氧化膜和Cu的界面，使用銅的蝕刻速率(SiO2換算)算出的相對(duì)比較值而求得。[0078][粘附強(qiáng)度測(cè)定]
[0079]在各實(shí)施例等中使用的銅系材料的氧化膜表面上，如圖4所示，分別使用在各實(shí)施例等中使用的環(huán)氧樹(shù)脂組合物形成固化物，制成粘附強(qiáng)度測(cè)定試驗(yàn)片。具體地說(shuō)，將絕緣襯底切成IOmm見(jiàn)方的正方形的形狀，在其表面的銅電路箔上固定氟樹(shù)脂制成的模型。向該模型內(nèi)流入環(huán)氧樹(shù)脂組合物，在170°C的恒溫槽中加熱I小時(shí)，在銅電路箔上形成粘合面積IOmm2 (Φ3.57mm)、上面Φ 3mm、高度4mm的固化物。將該固化物與銅電路箔面平行地以切斷速度Imm/秒推壓，測(cè)定粘接面斷裂時(shí)的最大斷裂載荷。試驗(yàn)分別以n=5 (即進(jìn)行5次)實(shí)施，以每單位粘合面積的載荷測(cè)定值作為粘附強(qiáng)度(粘合力)。將其測(cè)定結(jié)果一同顯示在下表中。該粘附強(qiáng)度測(cè)定試驗(yàn)是針對(duì)通過(guò)嵌件模塑而形成為一體的金屬構(gòu)件的金屬面和樹(shù)脂之間的接合強(qiáng)度進(jìn)行的試驗(yàn)，還可以統(tǒng)稱(chēng)為布丁試驗(yàn)。
[0080][銅的氧化膜形成面的顏色的測(cè)定]
[0081]使用色彩色差計(jì)CR-400 (柯尼卡美能達(dá)(株)研制)對(duì)在各實(shí)施例等中使用的銅系材料的氧化膜的表面進(jìn)行測(cè)定，求出L*值、a*值以及b*值。將其測(cè)定結(jié)果一同顯示在下表中。在此，與這些L*值、a*值以及b*值相對(duì)應(yīng)的銅系材料的氧化膜的厚度，如上所述，用ESCA進(jìn)行測(cè)定。對(duì)測(cè)定的L*值、a*值以及b*值與銅系材料的氧化膜的膜厚的關(guān)系，如圖6所示一樣進(jìn)行歸納。通過(guò)利用這種L*值、a*值以及b*值與氧化膜厚的關(guān)系，可以用色彩色差計(jì)進(jìn)行對(duì)氧化膜厚的測(cè)定。使用色彩色差計(jì)對(duì)L*值、a*值以及b*值進(jìn)行的測(cè)定，與用ESCA進(jìn)行測(cè)定這種昂貴并且需要熟練操作的方法相比，具有較廉價(jià)且能夠簡(jiǎn)單進(jìn)行的優(yōu)點(diǎn)。
[0082][可靠性試驗(yàn)]
[0083]通過(guò)高溫高壓偏壓試驗(yàn)(THB)在85°C /85%RH、Vce=480V的試驗(yàn)條件下實(shí)施了各實(shí)施例等的IPM可靠性試驗(yàn)。如果耐久時(shí)間為1000小時(shí)以上，則可以說(shuō)具有充分的可靠性。將該可靠性試驗(yàn)結(jié)果一同顯示在下表中。
[0084]在此，在上述實(shí)施例以及比較例中使用的銅系材料為“JIS C6515”中規(guī)定的印刷電路板用銅箔。
[0085]【表1】
[0086]
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述半導(dǎo)體裝置包括:半導(dǎo)體芯片、安裝有該半導(dǎo)體芯片且具有布線(xiàn)圖案的絕緣襯底、以及與該布線(xiàn)圖案相連接的引線(xiàn)框，并且，該半導(dǎo)體芯片、該布線(xiàn)圖案以及該引線(xiàn)框的一部分通過(guò)密封樹(shù)脂而被密封， 其中，作為所述密封樹(shù)脂，使用向環(huán)氧樹(shù)脂添加作為硅烷偶聯(lián)劑的環(huán)氧硅烷0.3?0.7質(zhì)量％而成的環(huán)氧樹(shù)脂組合物，并且，作為所述引線(xiàn)框以及所述布線(xiàn)圖案，使用由銅或銅合金構(gòu)成、在表面具有氧化膜的銅構(gòu)件，該氧化膜具有呈現(xiàn)L*值48?51、a*值40?49、b*值24?40范圍的顏色的膜厚。
2.—種半導(dǎo)體裝置，包括:半導(dǎo)體芯片、安裝有該半導(dǎo)體芯片且具有布線(xiàn)圖案的絕緣襯底、以及與該布線(xiàn)圖案相連接的引線(xiàn)框，并且，該半導(dǎo)體芯片、該布線(xiàn)圖案以及該引線(xiàn)框的一部分通過(guò)密封樹(shù)脂而被密封，其中， 所述密封樹(shù)脂由向環(huán)氧樹(shù)脂添加作為硅烷偶聯(lián)劑的環(huán)氧硅烷0.3?0.7質(zhì)量％而成的環(huán)氧樹(shù)脂組合物構(gòu)成，所述引線(xiàn)框以及所述布線(xiàn)圖案由銅或銅合金構(gòu)成，并且，在該引線(xiàn)框以及該布線(xiàn)圖案的與該密封樹(shù)脂相接觸的表面形成有厚度20?40nm的氧化膜。
3.一種粘接面強(qiáng)度的評(píng)估方法，其對(duì)于通過(guò)嵌件模塑將樹(shù)脂和由銅或銅合金構(gòu)成且在表面具有氧化膜的銅構(gòu)件一體化而形成的成型品中的所述氧化膜的表面與在該氧化膜的表面上形成的所述樹(shù)脂的固化物之間的粘接面強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估，其中， 對(duì)于所述氧化膜的膜厚，根據(jù)該氧化膜表面的L*值、a*值以及b*值的值進(jìn)行評(píng)估。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的粘接面強(qiáng)度的評(píng)估方法，其中，作為所述樹(shù)脂使用環(huán)氧樹(shù)脂組合物。
【文檔編號(hào)】H01L23/29GK103972182SQ201410039541
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月29日
【發(fā)明者】仲俁祐子, 市村裕司, 山口啟 申請(qǐng)人:富士電機(jī)株式會(huì)社