CN110692126B - 电子部件粘接用树脂组合物、小型芯片部件的粘接方法、电子电路基板及其制造方法 - Google Patents

电子部件粘接用树脂组合物、小型芯片部件的粘接方法、电子电路基板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种圆角形成性良好，涂布形状良好，即使在小型芯片中也可获得高粘接力，并且粘度和触变性良好的电子部件用粘接剂。一种电子部件粘接用树脂组合物，其中，其以A环氧树脂、B固化剂、C固化促进剂、D银粉、E反应性稀释剂作为必须成分，并且，相对于A环氧树脂100质量份，D银粉的含量为600～900质量份，并且，D银粉中，相对于D银粉总量，D‑1平均粒径D50为5.0～10.0μm、平均长厚比(长度/厚度)为20～50的片状银粉为60～80质量％，D‑2平均粒径D50为2.0～5.0μm、平均长厚比(长度/厚度)为5～15的片状银粉为20～40质量％。

Description

电子部件粘接用树脂组合物、小型芯片部件的粘接方法、电子 电路基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种将IC、LSI、LED等半导体元件、电容器等0.3mm以下的小型芯片部件(以下，称作电子部件)粘接到金属框架、有机基板等时适宜使用的电子部件粘接用树脂组合物、使用该组合物的小型芯片的粘接方法、以及电子电路基板的制造方法及电子电路基板。
背景技术
一直以来，通常，IC、LSI、LED等半导体元件安装在被称作引线框架的金属片上，并使用Au/Si共晶法或被称作芯片粘结膏的粘接剂进行固定后，由细线(粘接线)使引线框架的引线部与半导体元件上的电极连接，接着，将他们收纳于封装来作为半导体产品。近年来，LED等领域中半导体元件小型化的发展，使得粘接面积变小，因此存在产生半导体元件剥离的情况。为了防止半导体元件的剥离，提出了使用具有特定触变范围的芯片粘结剂来改善圆角形状的方法(例如，参照专利文献1)。另外，提出了通过规定树脂组合物的屈服应力，改良自圆角化的方法(例如，参照专利文献2)。
另外，也有粘接剂的涂布形状不合适而进入绝缘区域从而发生短路的情况。此外，为了提高生产性，作为涂布方式使用冲压来进行，这种情况下，需要降低树脂组合物的粘度，因此，加热冲压销来制造。
为了防止此半导体元件的剥离，提出了使用具有特定粘度范围的芯片粘结剂来改善圆角形状的方法(例如，参照专利文献3)。
相对于此，本申请人提出了通过使特定的固化体系与银粉配合并与反应稀释剂组合，能够改良一边为1mm以下的小型电子部件的圆角的形成并将其粘接的树脂组合物等(例如，参照专利文献4)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-277421号公报。
专利文献2：日本特表2011-514671号公报。
专利文献3：日本特开2016-108498号公报。
专利文献4：日本特开2018-016722号公报。
发明内容
发明要解决的课题
但是，由半导体元件的进一步小型化使其还需要应对一边为0.3mm以下的更小的小型芯片等的情况，对于这样的超小型芯片，在以往提出的芯片粘结剂中，未获得能够满足特性的芯片粘结剂。即，芯片粘结用的粘接剂，存在在芯片粘结时发生由组装工序、安装工序中的热历程引起元件剥离的情况。
另外，由于半导体元件的小型化使得能芯片粘结的区域也变小，因此粘接剂能涂布的范围也变小，若引起涂布的粘接剂的拉丝、扩散现象，则有时超过能涂布的范围。因此，强烈希望难以发生拉丝、扩散，也没有剥离且具有充分的电可靠性的粘接剂的开发。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的是提供一种电子部件用粘接剂，其在由冲压进行涂布的条件下，圆角形成性良好，涂布形状良好，即使在小型半导体元件等小型芯片中也可获得高的粘接力，并且粘度和触变性良好。
用于解决课题的手段
本发明人为解决上述课题而进行潜心研究的结果，发现通过向树脂成分配合特定的银粉、反应性稀释剂，就能够达成上述目的，从而完成了本发明。
即，本发明的电子部件粘接用树脂组合物，其以A环氧树脂、B固化剂、C固化促进剂、D银粉、E反应性稀释剂为必须成分，其特征在于，相对于所述A环氧树脂100质量份，所述D银粉的含量为600～900质量份，并且，相对于D银粉总量，所述D银粉包含：D-1平均粒径D50为5.0～10.0μm、平均长厚比为20～50的片状银粉为60～80质量％，长厚比为长度/厚度；D-2平均粒径D50为2.0～5.0μm、平均长厚比为5～15的片状银粉为20～40质量％，长厚比为长度/厚度。
本发明的小型芯片的粘接方法，其特征在于，使用本发明的电子部件粘接用树脂组合物将一边为0.3mm以下的小型芯片粘接在基板上。
本发明的电子电路基板的制造方法，其特征在于，使用本发明的电子部件粘接用树脂组合物，在40℃～80℃进行加热冲压，在基板上形成粘接层，在该粘接层上载置电子部件并进行固定。
本发明的电子电路基板，其特征在于，具有：基板；以及电子部件，该电子部件是通过粘接层载置于所述基板上并进行固定而成，该粘接层由本发明的电子部件粘接用树脂组合物的固化物构成。
发明的效果
根据本发明的电子部件粘接用树脂组合物、小型芯片的粘接方法及电子部件的制造方法，在将小型芯片和电子部件固定于基板等时，由于圆角形成性良好，因此固化时的粘接强度良好，由于能够充分确保导电性，因此能够获得体积电阻率低的固化物。另外，即使在一边为0.3mm以下的非常小的小型芯片的粘接中，也能够良好地发挥上述特性，从而能够制造可靠性高的电子部件装置。
具体实施方式
以下，关于本发明的电子部件粘接用树脂组合物、小型芯片的粘接方法及小型芯片搭载基板，一边参照一实施方式一边详细地进行说明。
<电子部件粘接用树脂组合物>
本实施方式的电子部件粘接用树脂组合物，如上所述地，是将A环氧树脂、B固化剂、C固化促进剂、D银粉、E反应性稀释剂作为必须成分的电子部件粘接用树脂组合物。
本实施方式所使用的A成分的环氧树脂，只要一分子中具有两个以上的缩水甘油基，就没有特别的限定。该A环氧树脂，能够使用各种各样的环氧树脂。该A环氧树脂，既可以单独使用，又可以联用复数种。
该A环氧树脂的软化点优选为30～100℃。在联用复数种的情况下，优选联用时的环氧树脂的软化点满足上述范围。
作为该A环氧树脂，例如，可举出双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、联苯型环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂、醚或聚醚型环氧树脂、酯或聚酯环氧树脂、氨基甲酸酯型环氧树脂、多官能型环氧树脂、脂环式环氧树脂、脂肪族环氧树脂、氢化型环氧树脂、萘型环氧树脂、芴型环氧树脂、环氧乙烷改性双酚A型环氧树脂、环氧丙烷改性双酚A型环氧树脂、缩水甘油基改性聚丁二烯树脂、缩水甘油基改性三嗪树脂、硅酮改性环氧树脂、氨基苯酚型环氧树脂、柔性环氧树脂、甲基丙烯酸改性环氧树脂、丙烯酸改性环氧树脂、特殊改性环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、侧链羟烷基改性环氧树脂、长链烷基改性环氧树脂、酰亚胺改性环氧树脂、端羧基丁腈橡胶(CTBN)改性环氧树脂等。
其中，作为该A环氧树脂，从粘接性的观点出发，优选双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂等双酚型环氧树脂。
另外，在本实施方式中，以进一步改善应力缓和性、密合性等为目的，可以配合A环氧树脂以外的树脂成分。作为可联用的树脂，例如，可举出丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚丁二烯树脂、聚酰亚胺树脂、硅酮树脂、聚氨基甲酸酯树脂、二甲苯树脂等。这些树脂既可以单独使用一种，又可以混合使用两种以上。
在如此地联用环氧树脂以外的其他树脂的情况下，相对于A环氧树脂100质量份，其他树脂能够混合至30质量份。
本实施方式所使用的B固化剂是作为A环氧树脂的固化剂发挥功能的化合物，除此之外没有特别的限制，通常，只要是电子部件材料所使用的粘接剂等中常用的固化剂即可。
作为该B固化剂，例如，能够使用双氰胺、酸酐、酚固化剂等，从粘接力的方面出发优选使用双氰胺。
相对于A环氧树脂的合计100质量份，B固化剂的配合量优选为1～70质量份的范围。当此配合量为1质量份以上时，能够充分地固化，另外，当配合量为70质量份以下时，能够抑制由反应引起的增稠，从而良好地保持适用期。
本实施方式所使用的C固化促进剂，作为环氧树脂的固化促进剂，只要是以往公知的就能够没有特别限制地使用。该C固化促进剂，既可以单独使用，又可以联用复数种。
作为该C固化促进剂，例如，可举出咪唑系固化促进剂、胺系固化促进剂、三苯基膦系固化促进剂、二氮杂双环系固化促进剂、尿素系固化促进剂、硼酸盐系固化促进剂、聚酰胺系固化促进剂等。从固化性、粘接性的观点出发，作为C固化促进剂，优选咪唑系固化促进剂、胺系固化促进剂，更优选咪唑系固化促进剂。
作为咪唑系固化促进剂的具体例子，例如，可举出2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-异丙基咪唑、1，2-二甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基-1H-咪唑、4-甲基-2-苯基-1H-咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、1-苄基-2-甲基咪唑、2，4-二氨基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]-乙基-s-三嗪、2，4-二氨基-6-[2’-十一烷基咪唑基-(1’)]-乙基-s-三嗪、2，4-二氨基-6-[2’-乙基-4-甲基咪唑基-(1’)]-乙基-s-三嗪、2，4-二氨基-6-[2’-甲基咪唑基-(1’)]-乙基-s-三嗪异氰脲酸加成产物、2-苯基-咪唑异氰脲酸加成产物、2-甲基咪唑异氰脲酸加成产物、2-苯基-4，5-二羟基甲基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羟基甲基咪唑、1-十二烷基-2-甲基-3-苄基咪唑鎓氯化物、1-苄基-2-苯基咪唑盐酸盐、1-苄基-2-苯基咪唑鎓偏苯三酸酯等。
另外，作为胺系固化促进剂的具体例子，例如，可举出乙二胺、三亚甲基二胺、四亚甲基二胺、六亚甲基二胺等脂肪族胺类；脂环式胺类和杂环式胺类；改性聚胺类；双氰胺；胍；有机酸酰肼；二氨基马来腈；胺酰亚胺；三氟化硼-哌啶络合物；三氟化硼-单乙基胺络合物等。
相对于A环氧树脂的合计100质量份，C固化促进剂的配合量优选为1～10质量份的范围。当此配合量低于1质量份时，固化花费时间过长，当超过10质量份时，存在反应引起的增稠加速，适用期变短的风险。
本实施方式所使用的D银粉是为了对粘接用树脂组合物的固化物赋予导电性而使用的物质，联用特性不同的两种片状银粉。该D银粉，具体而言，含有D-1平均粒径D50为5.0～10.0μm、平均长厚比(长度/厚度)为20～50的片状银粉；和D-2平均粒径D50为2.0～5.0μm、平均长厚比(长度/厚度)为5～15的片状银粉而成。另外，也可以进一步配合特性不同的银粉，联用三种以上。
D-1片状银粉，只要是平均粒径D50为5.0～10.0μm左右，平均长厚比(长度/厚度)为20～50，市售品就能够使用。当D-1片状银粉的平均粒径D50为5.0μm以上时，组合物能够具有适度的粘度和触变性，当平均粒径D50为10.0μm以下时，可抑制组合物涂布时或固化时树脂成分的泄露。
只要D-1片状银粉的长厚比为20～50的范围，组合物的触变性就提高，从而使小型LED芯片搭载时的圆角形成变得容易。
D-2片状银粉能够使用平均粒径D50为2.0～5.0μm左右且平均长厚比(长度/厚度)为5～15的片状银粉。当D-2片状银粉的平均粒径D50为2.0μm以上时，组合物具有适度的粘度，当平均粒径D50为5.0μm以下时，可获得良好的体积电阻率。
只要D-2片状银粉的长厚比为5～15的范围，就能够通过与D-1联用使得组合物的触变性在适当范围，并进行良好的圆角形成。
需要说明的是，在本说明书中，银粉的平均粒径D50是从通过激光衍射式粒度分布测定装置以体积基准获得的粒度分布来求出的50％累计值。
另外，在本说明书中，银粉的长厚比(长度/厚度)，通过使用电子显微镜测量任意100个银粉的长度和厚度，算出各测量值的算数平均值来确定平均长度和平均厚度，由上述式算出这些的比来求出。
相对于A环氧树脂100质量份，该D银粉的配合量优选为600～900质量份的范围，更优选为700～800质量份的范围。当低于600质量份时，不能够达成体积电阻率，当超过900质量份时，粘接强度降低。
另外，以使D-1片状银粉为全银粉配合量的60～80质量％，使D-2片状银粉为全银粉配合量的20～40质量％的方式，来进行配合。当在此范围时，能够对一边为0.3mm以下的极小的小型芯片，进行其厚度1/3以上且1/2以下的圆角形成，还能够涂布良好的形状，并且能够降低固化后的体积电阻率。
在D-1片状银粉为上述银粉配合量以下的情况下，适当地形成圆角，能够正常、良好地进行元件的芯片安装，当D-2片状银粉为40质量％以下时，进行圆角的形成，还能够提高粘接强度。
本实施方式所使用的E反应性稀释剂，只要能够通过稀释来调整电子部件粘接用树脂组合物的粘度，就能够没有特别限定地使用。作为该E反应性稀释剂，优选为能够使环氧树脂组合物低粘度化的具有缩水甘油基的化合物，更优选为具有缩水甘油基的醚化合物。这些，既可以单独使用一种，又可以组合使用两种以上。
作为该E反应性稀释剂的具体例子，例如，可举出1，4-丁二醇二缩水甘油醚、正丁基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、2-乙基己基缩水甘油醚、苯乙烯氧化物、苯基缩水甘油醚、甲苯基缩水甘油醚、对仲丁基苯基缩水甘油醚、甲基丙烯酸缩水甘油酯、叔丁基苯基缩水甘油醚、二缩水甘油醚、(聚)乙二醇缩水甘油醚、丁二醇缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、1，6-己二醇二缩水甘油醚等。这些E反应性稀释剂中，优选1，4-丁二醇二缩水甘油醚。
该E反应性稀释剂的配合量是将电子部件粘接用树脂组合物的粘度，使用E型粘度计于25℃、3°锥、0.5rpm测定的值优选设为50～110Pa·s，0.5rpm/5.0rpm的触变性优选设为5.0～9.0。另外，使用E型粘度计于60℃、3°锥、0.5rpm测定的值更优选为20～40Pa·s。只要粘度在此范围内，就能够在以40℃～80℃的加热冲压方式进行涂布期间，在粘接小型芯片时形成圆角。
为达到如上所述的特性，例如，相对于A环氧树脂100质量份，E反应性稀释剂的配合量优选为10～200质量份，更优选为30～150质量份。
此电子部件粘接用树脂组合物，除了以上各成分以外，在不阻碍本发明效果的范围内，还能够根据需要来配合，通常配合于此种组合物的溶剂、偶联剂等助粘剂、有机过氧化物等固化促进助剂、消泡剂、着色剂、阻燃剂、触变性赋予剂、其他添加剂等。
作为偶联剂，例如，可举出3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷等硅烷偶联剂、钛酸盐系偶联剂、铝系偶联剂、锆酸盐系偶联剂和铝酸锆系偶联剂等。这些偶联剂中，优选硅烷偶联剂，尤其优选3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷。偶联剂，既可以单独使用一种，又可以混合使用两种以上。
此电子部件用粘接剂组合物，能够通过使A环氧树脂、B固化剂、C固化促进剂、D银粉、E反应性稀释剂和根据需要配合的成分，使用分散机、捏合机、三辊等进行混炼，然后，进行消泡，由此，来容易地制备。优选通过自转公转搅拌机装置来混合。自转公转搅拌机，是在将装入材料的容器以高速公转的同时，在公转轨道上进行自转，由此，对材料进行均匀搅拌的装置。具体而言，使用株式会社新基(株式会社シンキー)制ARE-310等。通过此制造方法增加银粉的分散性，并提高导电性。
本实施方式的电子部件粘接用树脂组合物，在40℃～80℃加热冲压的涂布方法中，涂布形状良好，圆角形成性优异，并且即使在小型的半导体元件中也可获得与基板的高粘接性。即，本发明的电子部件粘接用树脂组合物，在40℃～80℃加热冲压的涂布方法中，可获得良好的涂布形状，难以发生半导体元件的剥离，能够确保高可靠性。
本实施方式的树脂组合物，能够作为为了将一边为0.3mm以下的半导体元件等小型芯片粘接到半导体元件支撑构件上的粘接剂来广泛使用，在应用于半导体元件的粘接剂的情况下尤其有用。
<电子电路基板的制造方法>
本实施方式的电子电路基板的制造方法，是制造由基板和固定于该基板上的电子部件构成的电子电路基板的方法，其特征在于，使用上述说明的本发明的电子部件粘接用树脂组合物来进行基板与电子部件的固定。通过此固定，使得形成于基板的电路图案与电子部件连接，能够成为具有规定功能的电路基板。
在此使用的基板和电子部件，均能够没有特别的限定地使用以往公知的物品。需要说明的是，作为电子部件，可举出IC，LSI，LED等半导体元件、电容器等芯片部件，尤其是，即使是一边为0.3mm以下的小型芯片也能够由本实施方式的树脂组合物来良好地粘接。
即，本实施方式的电子部件粘接用树脂组合物，即使在将如上所述的小型芯片粘接到基板上时，也能够稳定地粘接。例如，即使小型芯片的厚度为0.3mm左右，也能在其1/3左右处进行圆角形成，由此，能够稳固地粘接于基板。
在此电子部件粘接时，只要由40℃～80℃的加热冲压，能够在基板上良好地形成粘接层，并在粘接层上载置电子部件后固化并固定即可。此时，冲压所使用的冲压销，也能够使用直径小于0.3mm的冲压销。
另外，可以将电子部件粘接用树脂组合物涂布于小型芯片侧，在将其配置于基板上后固化并固定。
实施例
接着，通过实施例进一步详细地说明本发明，但本发明不受这些例子的任何限定。需要说明的是，各例的各特性，根据如下所示的方法求出。
<粘接用树脂组合物的特性>
〈树脂特性〉
·使用E型粘度计的粘度特性
使用东机产业社制的E型粘度计(3°锥)，在25℃和60℃各温度、0.5rpm的条件下测定粘度。
·使用E型粘度计的触变特性
使用东机产业社制的E型粘度计(3°锥)，在25℃、0.5rpm/5.0rpm的条件下测定触变。
·冲压性-圆角高度
测量在使用加温到60℃的冲压销安装0.3mm方形(厚度300μm)的半导体芯片时的圆角高度。
·冲压性-涂布形状
观测在使用加温到60℃的冲压销安装0.3mm方形(厚度300μm)的半导体芯片时的涂布形状。
在此，在无拉丝，且无湿扩散时，评价为“良”，在拉丝和湿扩散至少存在一方时，评价为“不良”。
〈固化物特性〉
·粘接强度
在将树脂组合物涂布于镀银的铜框架上，在其上安装0.3mm方形的半导体芯片，于160℃进行90分钟加热固化，由DAGE社(デイジ社)的芯片剪切强度测定器(ダイシェア强度测定器)求出粘接强度。
·体积电阻率
将树脂组合物以在玻璃板上固化后的厚度为0.03mm的方式进行涂布，于160℃进行90分钟加热固化后，采用数字万用表测定体积电阻率。
(实施例1～7和比较例1～5)
混合表1～2示出的种类和量的各成分，使用三辊混炼来制备芯片粘结膏，并评价其特性(粘度、圆角形成性)。结果示于表1～2。接着，使用所述获得的粘接剂组合物，进行固化物特性(粘接强度、体积电阻率)评价。结果示于表1～2。
需要说明的是，使用的各成分的详细信息，如下所述。
[环氧树脂]
YD-115G(新日铁住金化学株式会社制，商品名；环氧当量180：液状双酚A型环氧树脂)。
[固化剂]
双氰胺：日本电石工业株式会社(日本カーバイド工业株式会社)制。
酚醛树脂：TD-2093(DIC株式会社制，商品名；羟基当量104g/eq：酚醛清漆型酚醛树脂)。
[固化促进剂]
2P4MHZ-PW(四国化成工业株式会社制，商品名；2-苯基-4-甲基-5-羟基甲基咪唑)。
[银粉]
片状银粉A：TC-106(株式会社德力化学研究所制，商品名；D50 7.0μm、平均长厚比30)。
片状银粉B：TC-101(株式会社德力化学研究所制，商品名；D50 6.6μm、平均长厚比15)。
片状银粉C：AgC-216(福田金属箔粉工业株式会社，商品名；D50 6.0μm、平均长厚比22)。
片状银粉D：TC-506C(株式会社德力化学研究所制，商品名；D50 4.0μm、平均长厚比10)。
球状银粉：AgC-BOD(福田金属箔粉工业株式会社，商品名；D50 2.0μm)。
[硅烷偶联剂]
KBM-403(信越化学工业株式会社制，商品名；3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷)。
[反应性稀释剂]
SY-OCGPEG(阪本药品工业株式会社制，商品名：邻甲苯基缩水甘油醚)。
[表1]
Figure BDA0002296385680000111
[表2]
Figure BDA0002296385680000121
关于获得的特性，由以下的基准进行综合判定。其结果是实施例1～7为合格，比较例1～6为不合格。
将满足粘度(25℃)为50～110Pa·s、触变(25℃)为5.0～9.0、粘度(60℃)为20～40Pa·s、圆角高度为芯片高度的1/3以上且2/3以下，涂布形状为“良”，25℃粘接强度为5N以上，体积电阻率为1×10-3以下中全部特性的情况判定为合格，除此之外判定为不合格。
由表1可知，实施例的粘接剂组合物，与比较例的粘接剂组合物相比，圆角高度、涂布形状良好。另外，实施例的粘接材料组合物的固化物，具有良好的粘接强度。

Claims (5)

1.一种电子部件粘接用树脂组合物，其以A环氧树脂、B固化剂、C固化促进剂、D银粉、E反应性稀释剂为必须成分，其特征在于，
相对于所述A环氧树脂100质量份，所述D银粉的含量为600～900质量份，
并且，相对于D银粉总量，所述D银粉包含：D-1平均粒径D50为5.0～10.0μm、平均长厚比为20～50的片状银粉为60～80质量％，长厚比为长度/厚度；D-2平均粒径D50为2.0～5.0μm、平均长厚比为5～15的片状银粉为20～40质量％，长厚比为长度/厚度，
所述平均粒径D50是从通过激光衍射式粒度分布测定装置以体积基准获得的粒度分布来求出的50％累计值。
2.如权利要求1所述的电子部件粘接用树脂组合物，其中，
使用E型粘度计，在25℃测定的3°锥的粘度为50～110Pa·s，0.5rpm/5rpm的触变性为5.0～9.0。
3.一种小型芯片的粘接方法，其特征在于，
使用权利要求1或2所述的电子部件粘接用树脂组合物将一边为0.3mm以下的小型芯片粘接在基板上。
4.一种电子部件的制造方法，其特征在于，
使用权利要求1或2所述的电子部件粘接用树脂组合物，在40℃～80℃进行加热冲压，在基板上形成粘接层，
在该粘接层上载置电子部件并进行固定。
5.一种电子电路基板，其特征在于，
其具有：
基板；以及
电子部件，该电子部件是通过粘接层载置于所述基板上并进行固定而成，该粘接层由权利要求1或2所述的电子部件粘接用树脂组合物的固化物构成。
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