DE60116126T2 - Haftungspaste und halbleitervorrichtung - Google Patents

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Toshiro Takeda
Kazuto Onami
Tomohiro Kagimoto
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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Harzpaste, die zum Anbringen eines Halbleiterchips wie IC, LSI oder dergleichen auf einem Metallrahmen oder dergleichen verwendet wird.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Aufgrund des beachtlichen Wachstums der elektronischen Industrie in den letzten Jahren sind Transistoren, ICs, LSIs und ULSIs in dieser Reihenfolge entwickelt worden. Der Grad der Schaltkreisvernetzung in diesen Chips hat einen starken Anstieg gesehen. Die Massenproduktion der Chips ist möglich geworden. Als Ergebnis werden Halbleitererzeugnisse, die diese Chips verwenden, weithin verwendet. Wie die Verarbeitbarkeit zu erhöhen und die Kosten zu reduzieren sind in der Massenproduktion der Halbleitererzeugnisse, ist in diesem Zusammenhang ein wichtiges Thema geworden. Herkömmlich wurden Halbleitererzeugnisse im Allgemeinen durch Kleben eines Chips auf einen Leiter (z.B. einen Metallrahmen) durch eutektisches Au-Si-Legieren und darauffolgendem Abdichten des erhaltenen Materials mittels einer hermetischen Dichtung erzeugt. Eine Harzdichtung wurde anstatt der hermetischen Dichtung aus Gründen der Verarbeitbarkeit in der Massenproduktion und der Kosten entwickelt und sie ist jetzt in allgemeinem Gebrauch. Damit in Zusammenhang wurde das Kleben mittels Lötmetall oder Harzpaste (d.h. Chipbondpaste) bei der Montage als verbessertes Mittel für das eutektische Au-Si-Legieren angewendet.
  • Jedoch gilt für das Kleben mittels Lötmetall, dass es u.a. Probleme mit geringer Verlässlichkeit und leichter Verschmutzung der Chipelektroden hat und dass seine Verwendung auf Chips mit Powertransistoren und Power-ICs beschränkt ist, die hohe thermische Leitfähigkeit erfordern. Im Gegensatz dazu ist die Klebung mit Chipbondpaste der Klebung mit Lötmetall bei Verarbeitbarkeit, Zuverlässigkeit, usw. überlegen und die Nachfrage nach Chipbondpaste steigt rapide.
  • Im Zusammenhang mit der Entwicklung des Vernetzungsgrades von ICs oder dergleichen hin zu höherer Dichte sind Chips in den letzten Jahren immer größer geworden. Auf der anderen Seite wurden Kupferrahmen zur Kostenreduzierung anstatt des teuren 42-Legierungsrahmens verwendet, der ein herkömmlicher Bleirahmen war. Wenn ein Chip mit ICs oder dergleichen mit einer Größe von etwa 4 bis 5 mm × 4 bis 5 mm oder größer auf einen Kupferrahmen mittels eutektischem Au-Si-Legieren heißgeklebt wird, verursacht der Chip jedoch Brüche oder Verzug und verschlechterte IC-Eigenschaften durch den Unterschied im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Chip und dem Kupferrahmen, was ein Problem darstellt.
  • Dies beruht darauf, dass Silizium oder dergleichen, welches ein Material für Chips ist, einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 3 × 10–6/°C hat und der thermische Ausdehnungskoeffizient des 42-Legierungsrahmens 8 × 10–6/°C ist, aber der des Kupferrahmens bis zu 20 × 10–6/°C beträgt. Um dieses Problem zu verringern, wurde erwogen, Kleben durch Chipbondpaste anstatt Kleben durch eutektisches Au-Si-Legieren einzusetzen. Wenn eine herkömmliche Paste auf Epoxy-(hitzehärtbares Harz)-Basis als Chipbondpaste verwendet wird, wird sie jedoch dreidimensional ausgehärtet, und deswegen hat ihr ausgehärtetes Erzeugnis einen hohen Elastizitätsmodul. Das hat zur Folge, dass die Spannung, die zwischen dem Chip und dem Kupferrahmen auftritt, nicht aufgenommen werden kann.
  • Wenn ein Epoxyharz verwendet wird, das ein ausgehärtetes Erzeugnis mit geringer Vernetzungsdichte ergeben kann, z.B. ein Epoxyharz mit einer großen Menge an Epoxymonomer, kann ein ausgehärtetes Erzeugnis mit einem geringen Elastizitätsmodul erhalten werden, das allerdings eine geringere Haftfestigkeit hat. Weiterhin hat ein normales Epoxyharz eine hohe Viskosität und, wenn es mit einem anorganischen Füllstoff gemischt wird, ergibt es eine zu hohe Viskosität, was zu einer Zähigkeit zum Zeitpunkt des Verteilens und daher zu einer geringen Verarbeitbarkeit führt. Zugabe einer großen Menge an Lösungsmittel hierzu zur verbesserten Verarbeitbarkeit führt zur Bildung von Fehlstellen. Zur Behebung solcher Schwierigkeiten gibt es Erfindungen (JP-A-2000-80149, JP-A-2000-80150 und JP-A-2000-80151), die sich auf Harzpasten beziehen, die ein dreifach-funktionellen Glycidylamin-Typ-Epoxyharz und ein reaktiven Verdünner umfassen. Mit diesen Pasten hat die erhaltene Halbleiterbaugruppe allerdings eine geringe Feuchtigkeitsresistenz, wenn das Glycidylamin-Typ-Epoxyharz in der Paste einen hohen Chloranteil hat.
  • JP-A-10-237157 beschreibt eine flüssige Harzzusammensetzung, die einen Füllstoff, ein Epoxyharz und ein Härtungsmittel als wesentliche Komponenten umfasst, und eine unter Verwendung von dieser erstellte Halbleitervorrichtung.
  • EP-A-0 960 895 beschreibt ein Epoxyharz, das einen geringen Anteil an hydrolysierbarem Chlor enthält und das nützlich ist für Klebemittel, Anstrichfarben und elektrische/elektronische Materialien.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine Chipbondpaste bereitzustellen, die eine ausreichende Hitzehaftfestigkeit hat und ein ausgehärtetes Erzeugnis mit geringem Elastizitätsmodul ergibt, wodurch keine Brüche oder Verzug im Chip und entsprechend keine Eigenschaftsverschlechterung des ICs oder dergleichen verursacht werden, auch wenn sie zum Kleben eines großen Chips (z.B. IC) auf einen Kupferrahmen oder dergleichen verwendet wird, und die schnell härtbar ist und keine Fehlstellen erzeugt.
  • Die vorliegende Erfindung liegt in einer Chipbondpaste, die als wesentliche Komponenten umfasst:
    • (A) ein flüssiges Epoxyharz, das (a1) ein Epoxyharz der nachstehenden allgemeinen Formel (1), das Chlor in einer Menge von 500 ppm oder weniger enthält und eine Viskosität von 5000 mPa·s oder weniger bei 25°C aufweist:
      Figure 00030001
      worin R eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen oder -H ist, und (a2) ein Epoxygruppen-haltiges reaktives Verdünnungsmittel umfasst, das Chlor in einer Menge von 300 ppm oder weniger enthält und eine Viskosität von 1000 mPa·s oder weniger aufweist, wobei das Gewichtsverhältnis von (a1):(a2) 40:60 bis 90:10 beträgt,
    • (B) eine Phenolverbindung mit mindestens zwei Hydroxylgruppen in dem Molekül,
    • (C) ein latentes Aushärtungsmittel,
    • (D) eine Imidazolverbindung und
    • (E) einen anorganischen Füllstoff,
    wobei die Mengen der Komponenten (B), (C) und (D) 1 bis 10 Gewichtsteile, 0,5 bis 5 Gewichtsteile bzw. 0,5 bis 10 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Komponente (A) betragen und die Menge der Komponente (E) 25 bis 900 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der gesamten Menge der Komponenten (A), (B), (C) und (D) beträgt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Halbleitervorrichtung, die unter Verwendung der vorgenannten Chipbondpaste hergestellt wurde.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Das erfindungsgemäß verwendete flüssige Epoxyharz (A) umfasst ein Epoxyharz (a1) der allgemeinen Formel (1) und ein Epoxygruppen-haltiges reaktives Verdünnungsmittel (a2), und das Gewichtsverhältnis von (a1):(a2) beträgt 40:60 bis 90:10. Das Epoxyharz (a1) der allgemeinen Formel (1) hat einen Chlorgehalt von 500 ppm oder weniger. Ein Chlorgehalt von mehr als 500 ppm ist nicht zu bevorzugen, da die unter Verwendung solch eines Epoxyharzes hergestellte Harzpaste eine geringe Feuchtigkeitsresistenz zeigt, wenn sie in einer Halbleiterbaugruppe verwendet wird. Das Epoxyharz (a1) der allgemeinen Formel (1) kann verschiedene Molekulargewichte haben; allerdings ist ein Epoxyharz, das ein niedriges Molekulargewicht hat und bei Raumtemperatur flüssig ist, zu bevorzugen. Das Epoxyharz (a1) soll eine Viskosität von 5000 mPa·s oder weniger bei 25°C haben aus Gründen der Verarbeitbarkeit beim Zusammenfügen der vorliegenden Chipbondpaste und der Verarbeitbarkeit der zusammengefügten Paste.
  • Das Epoxygruppen-haltige reaktive Verdünnungsmittel (a2), das mit dem Epoxyharz (a1) der allgemeinen Formel (1) vermischt werden soll, soll einen Chlorgehalt von 300 ppm oder niedriger und eine Viskosität von 1000 mPa·s oder weniger bei 25°C haben. Ein Chlorgehalt von mehr als 300 ppm ist nicht bevorzugt, da die unter Verwendung solch eines reaktiven Verdünnungsmittels hergestellte Harzpaste eine geringe Feuchtigkeitsresistenz zeigt, wenn sie in einer Halbleiterbaugruppe verwendet wird. Eine Viskosität von mehr als 1000 mPa·s ist vom Standpunkt der Verarbeitbarkeit der zusammengefügten Paste aus nicht bevorzugt. Beispiele für das reaktive Verdünnungsmittel (a2) sind n-Butylglycidylether, Glycidylester der "versatic acid", Styroloxid, Ethylhexylglycidylether, Phenylglycidylether, Cresylglycidylether und Butylphenylglycidylether. Diese Verbindungen können einzeln oder in Kombinationen von zweien oder mehreren verwendet werden.
  • Das Gewichtsverhältnis des Epoxyharzes (a1) der allgemeinen Formel (1) und des Epoxygruppen-haltigen reaktiven Verdünnungsmittels (a2) beträgt 60:40 bis 90:10. Wenn der Anteil des reaktiven Verdünnungsmittels (a2) mehr als 40 Gew.-% beträgt, ergibt die erhaltene Harzpaste eine geringe Haftfestigkeit. Wenn der Anteil geringer als 10 Gew.-% ist, hat die erhaltene Harzpaste eine hohe Viskosität und eine geringe Verarbeitbarkeit. Deswegen sind solche Mengenverhältnisse nicht bevorzugt.
  • Erfindungsgemäß können andere Epoxyharze zusammen mit dem flüssigen Epoxyharz (A) verwendet werden, vorzugsweise in einer Menge, die nicht 30 Gew.-% des gesamten Epoxyharzes übersteigt. Das andere Epoxyharz, welches mit dem flüssigen Epoxyharz (A) vermischt werden kann, beinhaltet z.B. aliphatische Epoxyharze wie Polyglycidylether (erhalten durch eine Reaktion zwischen (a) Bisphenol A, Bisphenol F, Phenolnovolak, Cresolnovolak oder dergleichen und (b) Epichlorhydrin), Butandioldiglycidylether, Neopentylglykoldiglycidylether und dergleichen; heterocyclische Epoxyharze wie Diglycidylhydantoin und dergleichen; und alicyclische Epoxyharze wie Vinylcyclohexendioxid, Dicyclopentadiendioxid, alicyclisches Diepoxyadipat und dergleichen. Von diesen Verbindungen kann eine Art oder eine Kombination von zwei oder mehr Arten verwendet werden.
  • Die erfindungsgemäß verwendete Phenolverbindung (B) wirkt als ein Aushärtungsmittel für Epoxyharze. Die erfindungsgemäß verwendete Phenolverbindung (B) hat im Molekül 2 oder mehr aktive Hydroxylgruppen, die im Stande sind, mit der Epoxygruppe zu reagieren, um Vernetzung zu erreichen. Beispiele für solche Phenolverbindung sind Bisphenol A; Bisphenol F; Bisphenol S; Tetramethylbisphenol A; Tetramethylbisphenol F; Tetramethylbisphenol S; Dihydroxydiphenylether; Dihydro xybenzophenon; o-Hydroxyphenol; m-Hydroxyphenol; p-Hydroxyphenol; Biphenol; Tetramethylbiphenol; Ethylidenbisphenol; Methylethylidenbis(methylphenol); Cyclohexylidenbisphenol; phenolische Novolakharze, die durch Umsetzung eines einwertigen Phenols (z.B. Phenol, Cresol oder Xylenol) mit Formaldehyd in einer verdünnten wässrigen Lösung unter stark sauren Bedingungen erhalten werden; Vorkondensationsprodukte, die durch Umsetzung eines einwertigen Phenols mit einem polyfunktionellen Aldehyd (z.B. Acrolein oder Glyoxal) unter sauren Bedingungen erhalten werden; und Vorkondensatprodukte, die durch Umsetzung eines mehrwertigen Phenols (z.B. Resorcin, Brenzcatechin oder Hydrochinon) mit Formaldehyd unter sauren Bedingungen erhalten werden. Diese Verbindungen können einzeln oder in Gemischen verwendet werden.
  • Die Phenolverbindung (B) wird in einer Menge von 1 bis 10 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des flüssigen Epoxyharzes (A) verwendet. Wenn die Menge der Phenolverbindung (B) weniger als 1 Gewichtsteil beträgt, wird weder ausreichende Haftfestigkeit noch geringe Belastung erreicht. Wenn die Menge mehr als 10 Gewichtsteile beträgt, wird weder eine ausreichende Hitzeresistenz noch eine ausreichende Haftfestigkeit erhalten. Deswegen sind solche Mengen nicht bevorzugt.
  • Das erfindungsgemäß verwendete latente Aushärtungsmittel (C) wirkt als ein Aushärtungsmittel für Epoxyharze. Es wirkt in dieser Weise bei hohen Temperaturen, aber es wirkt nicht bei Raumtemperatur. Beispiele für das latente Aushärtungsmittel (C) sind Carbonsäuredihydrazide wie Adipinsäuredihydrazid, Dodecansäuredihydrazid, Isophthalsäuredihydrazid, p-Oxybenzoesäuredihydrazid und dergleichen; und Dicyandiamid. Wenn das latente Aushärtungsmittel (C) verwendet wird, verglichen mit der Aushärtung nur unter Verwendung der Phenolverbindung (B), wird eine deutlich höhere Hitzehaftfestigkeit erhalten. Da das latente Aushärtungsmittel (C) des weiteren ein kleineres Äquivalent als die Phenolverbindung (B) hat, kann die vereinte Verwendung des Mittels (C) mit der Verbindung (B) eine Harzpaste mit nicht so hoher Viskosität ergeben. Da das Mittel (C) eine latente Aushärtbarkeit hat, kann außerdem eine Harzpaste mit hervorragender Lagerungsstabilität erhalten werden. Das latente Aushärtungsmittel (C) wird in einer Menge von 0,5 bis 5 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des flüssigen Epoxyharzes (A) verwendet. Wenn die Menge an latentem Aushärtungsmittel (C) geringer als 0,5 Gewichtsteile ist, wird eine geringere Hitzehaftfestigkeit erhalten. Wenn die Menge mehr als 5 Gewichtsteile beträgt, wird keine ausreichend geringe Belastung erhalten. Deswegen sind solche Mengen nicht bevorzugt.
  • Die erfindungsgemäß verwendete Imidazolverbindung (D) ist eine wesentliche Komponente, um der erfindungsgemäßen Harzpaste eine schnelle Aushärtbarkeit zu verleihen. Beispiele für die Imidazolverbindung (D) sind gebräuchliche Imidazole wie 2-Methylimidazol, 2-Ethylimidazol, 2-Phenylimidazol, 2-Phenyl-4-methylimidazol, 2-Phenyl-4-methyl-5-hydroxymethylimidazol, 2-Phenyl-4,5-dihydroxymethylimidazol, 2-C11H23-imidazol und dergleichen; und Verbindungen, die durch die Zugabe von Triazin oder Isocyanursäure dazu für höhere Lagerungsstabilität erhalten werden, z.B. 2,4-Diamino-6-{2-methylimidazol-(1)}-ethyl-s-triazin oder dessen Isocyanursäureaddukt. Diese Verbindungen können einzeln oder in Gemischen von zweien oder mehreren verwendet werden. Die Imidazolverbindung (D) wird in einer Menge von 0,5 bis 10 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des flüssigen Epoxyharzes (A) verwendet. Wenn die Menge der Imidazolverbindung (D) geringer als 0,5 Gewichtsteile ist, ist die schnelle Aushärtbarkeit der erhaltenen Harzpaste ungenügend. Wenn die Menge mehr als 10 Gewichtsteile beträgt, zeigt die erhaltene Harzpaste keine weitere Verbesserung der schnellen Aushärtbarkeit und kann verminderte Lagerungsstabilität zeigen. Deswegen sind solche Mengen nicht bevorzugt.
  • Der erfindungsgemäß verwendete anorganische Füllstoff (E) umfasst ein Silberpulver, einen Siliziumdioxidfüllstoff, usw. Das Silberpulver wird für höhere elektrische Leitfähigkeit verwendet und enthält ionische Verunreinigungen (z.B. Halogenionen und Alkalimetallionen), bevorzugt in einer Menge von 10 ppm oder weniger. Die Teilchenform des Silberpulvers kann flockig, harzig, kugelförmig oder dergleichen sein. Die Teilchendurchmesser des verwendeten Silberpulvers variieren abhängig von der benötigten Viskosität der hergestellten Harzpaste; jedoch beträgt der durchschnittliche Teilchendurchmesser normalerweise bevorzugt 2 bis 10 μm und der maximale Teilchendurchmesser bevorzugt etwa 50 μm. Es ist möglich, ein Gemisch eines relativ groben Silberpulvers und eines feinen Silberpulvers zu verwenden. Es ist auch möglich, ein geeignetes Gemisch an Silberpulvern mit verschiedenen Teilchenformen zu verwenden.
  • Der erfindungsgemäß verwendete Siliziumdioxidfüllstoff hat einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 bis 20 μm und einen maximalen Teilchendurchmesser von 50 μm oder weniger. Wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser weniger als 1 μm beträgt, hat die erhaltene Harzpaste eine hohe Viskosität. Wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser mehr als 20 μm beträgt, bewirkt die erhaltene Harzpaste einen Harzfluss während ihres Aufbringens oder Aushärtens und folglich Verlaufungen. Deswegen sind solche durchschnittlichen Teilchendurchmesser nicht bevorzugt. Wenn der maximale Teilchendurchmesser größer als 50 μm ist, wird die Ausgangsöffnung einer Nadel verstopft, wenn die erhaltenen Harzpaste unter Verwendung einer Austeilvorrichtung aufgebracht wird, was die lange durchgehende Verwendung der Nadel unmöglich macht. Es ist möglich, ein Gemisch aus einem relativ groben Siliziumdioxidfüllstoff und einem feinen Siliziumdioxidfüllstoff zu verwenden. Es ist auch möglich, ein geeignetes Gemisch aus Siliziumdioxidfüllstoffen mit unterschiedlicher Teilchenform zu verwenden. Ein anorganischer Füllstoff außer dem Silberpulver und dem Siliziumdioxidfüllstoff kann verwendet werden, um eine benötigte Eigenschaft zu erhalten.
  • Die Menge an verwendetem anorganischen Füllstoff (E) beträgt 25 bis 900 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der gesamten Menge der Komponenten (A), (B), (C) und (D). Wenn die Menge weniger als 25 Gewichtsteile beträgt, hat das ausgehärtete Erzeugnis der erhaltenen Harzpaste keine ausreichend verstärkten mechanischen Eigenschaften und eine geringe Haftfestigkeit bei Scherung. Wenn die Menge mehr als 900 Gewichtsteile beträgt, hat die erhaltene Harzpaste eine hohe Viskosität und eine schlechtere Verarbeitbarkeit.
  • Die erfindungsgemäße Harzpaste kann je nach Notwendigkeit Additive wie Silankupplungsmittel, Titanatkupplungsmittel, Pigment, Farbstoff, Schaumverhinderungsmittel, Tensid, Lösungsmittel und dergleichen enthalten, sofern die Eigenschaften der Harzpaste, die für die beabsichtigte Anwendung benötigt werden, nicht beeinträchtigt werden.
  • Die erfindungsgemäße Harzpaste kann durch z.B. das Vormischen einzelner Komponenten, das Kneten der Vormischung mittels eines Dreiwalzenwalzwerks oder dergleichen zur Bildung einer Paste, und das Entgasen der Paste unter vermindertem Druck hergestellt werden. Die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung kann unter Verwendung der erfindungsgemäßen Chipbondpaste und nach üblichen Verfahren hergestellt werden.
  • DIE BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Als nächstes wird die vorliegende Erfindung durch Beispiele besonders beschrieben. In den Beispielen sind die Anteile der Komponenten als Gewichtsteile angegeben.
  • Beispiele 1 bis 9 und Vergleichsbeispiele 1 bis 10
  • Die in Tabelle 1 und 2 gezeigten Komponenten wurden vermischt und geknetet mittels eines Dreiwalzenwalzwerks, um die verschiedenen Harzpasten zu erhalten. Jede Harzpaste wurde in einer Vakuumkammer bei 2 mmHg für 30 Minuten entgast und dann wurden die Eigenschaften nach den folgenden Verfahren gemessen.
  • Benutzte Komponenten
    • • Epoxyharz der allgemeinen Formel (1) (Epoxyharz a1-1): Viskosität = 2000 mPa·s, gesamter Chlorgehalt = 400 ppm, Epoxy-Äquivalent = 220
    • • Epoxyharz der allgemeinen Formel (1) (Epoxyharz a1-2): Viskosität = 4000 mPa·s, gesamter Chlorgehalt = 350 ppm, Epoxy-Äquivalent = 235
    • • Epoxyharz der allgemeinen Formel (1) (ELM-100, hergestellt durch Sumitomo Chemical Co., Ltd., R = CH3): Viskosität = 4000 mPa·s, gesamter Chlorgehalt = 3000 ppm, Epoxy-Äquivalent = 250
    • • Epoxyharz der allgemeinen Formel (1) (E-630, hergestellt durch Shell Japan Ltd., R = -H): Viskosität = 8000 mPa·s, gesamter Chlorgehalt = 800 ppm, Epoxy-Äquivalent = 280
    • • Bisphenol A-Typ-Epoxyharz (BPA): Viskosität = 9000 mPa·s, Epoxy-Äquivalent = 185
    • • Bisphenol F-Typ-Epoxyharz (BPF) Viskosität = 5000 mPa·s, Epoxy-Äquivalent = 170
    • • Reaktives Verdünnungsmittel (a2): t-Butylphenylglycidylether Viskosität = 400 mPa·s, gesamter Chlorgehalt = 110 ppm
    • • Phenolverbindung (B): Bisphenol F
    • • Latentes Aushärtungsmittel (C): Dicyandiamid (DDA)
    • • Imidazolverbindung (D): 2-Phenyl-4-methyl-5-hydroxymethylimidazol (2P4MHZ)
    • • Anorganischer Füllstoff (E):
      Silberpulver: ein flockiges Silberpulver mit Teilchendurchmessern von 0,1 bis 50 μm und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 3 μm
      Siliziumdioxidfüllstoff: ein Siliziumdioxidfüllstoff mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 μm und dem maximalen Teilchendurchmesser von 20 μm
  • Verfahren zur Ermittlung der Eigenschaften
  • • Viskosität
  • Die Viskosität jeder Harzpaste wurde unter Verwendung eines E-Typ-Viskometers (3°-Kegel) bei 25°C und 2,5 U/min gemessen.
  • • Elastizitätsmodul
  • Eine Harzpaste wurde auf eine Teflonfolie mit 10 mm Breite, ungefähr 150 mm Länge und 100 μm Dicke aufgetragen. Die beschichtete Folie wurde 30 Minuten in einen Ofen bei 170°C gegeben, um das Aushärten der Paste zu bewirken. Dann wurde der erhaltene Film, der von der Teflonfolie abgelöst wurde, einem Zugversuch mit einer Testlänge von 100 mm und einer Zugrate von 1 mm/min unterworfen, um eine Belastungsdehnungskurve zu erhalten. Der Elastizitätsmodul wurde mittels der Anfangssteigung der Kurve berechnet.
  • • Haftfestigkeit
  • Ein 2 × 2 mm Siliziumchip wurde mittels einer Harzpaste auf einem Kupferrahmen befestigt. Das erhaltene Material wurde 30 Minuten in einen Ofen bei 170°C gegeben, um das Aushärten der Paste zu bewirken. Dann wurde die Scherfertigkeit mittels eines Haftfestigkeitstestgerätes bei 25°C und 250°C gemessen.
  • • Verzugsumfang
  • Ein 6 × 15 × 0,3 mm Siliziumchip wurde auf einem 200 μm dicken Kupferrahmen mittels einer Harzpaste befestigt. Das erhaltene Material wurde 30 Minuten bei 170°C stehen gelassen, um das Aushärten der Paste zu bewirken. Dann wurde der Verzug des Chips mittels eines Oberflächenrauheitstestgerätes (Testlänge: 13 mm) gemessen.
  • • Feuchtigkeitsresistenz
  • Ein künstlicher Chip, der durch das Ausbilden von Aluminiumleitungen auf einem Siliziumchip erhalten wurde, wurde auf einem Kupferrahmen eines 16-pin DIP (dual inline package) unter Verwendung einer Harzpaste befestigt. Das erhaltene Material wurde 30 Minuten in einen Ofen bei 170°C gegeben, um das Aushärten der Paste zu bewirken. Dann wurden Golddrahtanschlüsse ausgeführt. Danach wurde das Spritzpressen unter Verwendung einer Epoxypressmasse, EME-6300H, hergestellt von Sumitomo Bakelite Company Limited, unter den Bedingungen von 170°C und 2 Minuten, gefolgt von der Nachhärtung unter den Bedingungen von 175°C und 4 Stunden ausgeführt. Die erhaltene Baugruppe wurde 500 Stunden in einem Drucktopf bei 125°C und 2,5 atm. behandelt, um seine Schaltkreisfehler (%) zu untersuchen.
  • • Topfzeit
  • Eine Harzpaste wurde in einen Thermostaten bei 25°C gestellt und die Anzahl der Tage wurde gemessen, in denen die Viskosität der Paste bis auf das mindestens 1,2fache der anfänglichen Viskosität anstieg.
  • • Gesamter Chlorgehalt
  • Ungefähr 1 g eines Epoxyharzes wurde in einer 200-ml-Flasche mit flachem Boden genau ausgewogen. Dann wurde Zeolith und 25 ml n-Butylcarbitol in dieser Reihenfolge zugegeben. Das erhaltene Gemisch wurde erhitzt, um das Epoxyharz aufzulösen. Nach dem natürlichen Abkühlen wurden 25 ml einer 1 N wässrigen Kaliumhydroxidlösung zugegeben. Das erhaltene Gemisch wurde 10 Minuten unter Rückfluss erhitzt. Das Gemisch wurde ungefähr 1 Stunde abkühlen gelassen. Der Flascheninhalt wurde in ein Becherglas überführt und die Flascheninnenseite wurde mit ungefähr 50 ml Eisessig gewaschen und die Waschlösung wurde in das Becherglas überführt. Dann wurde eine potentiometrische Titration mit 0,01 N wässriger Silbernitratlösung durchgeführt. Ebenso wurde ein Kontrollversuch in der gleichen Weise durchgeführt. Der gesamte Chlorgehalt in dem Epoxyharz wurde ermittelt nach folgender Gleichung: Gesamtes Chlor (Gew.-%) = [{0,01 × f × (V – V') × AW}/(W × 1000)] × 100
    • f:
    Stärke der 0,01 N wässrigen Silbernitratlösung
    V:
    Volumen (ml) der 0,01 N wässrigen Silbernitratlösung, verwendet bei der Titration des Epoxyharzes
    V':
    Volumen (ml) der 0,01 N wässrigen Silbernitratlösung, verwendet bei der Titration des Kontrollversuchs
    W:
    Gewicht des Epoxyharzes
    AW:
    35,46
  • Die Ergebnisse der Bestimmung der Eigenschaften sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigt.
  • Figure 00120001
  • Figure 00130001
  • Aus Tabellen 1 und 2 ist ersichtlich, dass die Beispiele 1 bis 9 Harzpasten ergeben mit hoher Hitzehaftfestigkeit, geringer Belastung (d.h. kleinem Elastizitätsmodul und geringem Verzugsumfang), langer Topfzeit und überlegener Feuchtigkeitsresistenz. Jedoch waren in der Harzpaste des Vergleichsbeispiels 1, da ein Bisphenol A-Typ-Epoxyharz verwendet wurde, die niedrigen Belastungswerte ungenügend, der Verzugsumfang war groß und Chipbrüche wurden erzeugt. Bei der Harzpaste des Vergleichsbeispiels 2 waren, da ein Bisphenol F-Typ-Epoxyharz verwendet wurde, die niedrigen Belastungswerte ungenügend, der Verzugsumfang war groß und Chipbrüche wurden erzeugt. Bei der Harzpaste des Vergleichsbeispiels 3 war, da die Menge des verwendeten reaktiven Lösungsmittels groß war, die Verringerung der Haftfestigkeit beachtlich. Bei der Harzpaste des Vergleichsbeispiels 4 war, da die Menge des verwendeten reaktiven Verdünnungsmittels gering war, die Viskosität hoch, was die Verarbeitbarkeit verringerte. Bei der Harzpaste des Vergleichsbeispiels 5 war, da keine Phenolverbindung verwendet wurde, die Haftfestigkeit außergewöhnlich gering. Bei der Harzpaste des Vergleichsbeispiels 6 war, da die Menge der verwendeten Phenolverbindung groß war, die Hitzehaftfestigkeit gering. Bei jeder der Harzpasten der Vergleichsbeispiele 7 und 8 war, da ein Epoxyharz mit hohem gesamten Chloranteil verwendet wurde, die Feuchtigkeitsresistenz bemerkenswert gering. Bei der Harzpaste des Vergleichsbeispiels 9 war, da die Menge an verwendetem Imidazol groß war, die Topfzeit bemerkenswert gering. Bei der Harzpaste des Vergleichsbeispiels 10, bei dem ein tertiäres Amin anstatt eines Imidazols verwendet wurde, war die Feuchtigkeitsresistenz gering.
  • Folglich hat die erfindungsgemäße Harzpaste für einen Halbleiter eine große Hitzehaftfestigkeit und ist überlegen beim Spannungsabbau. Sie ist deswegen geeignet zur Verwendung beim Kleben eines großen Chips (z.B. IC) auf einen Kupferrahmen und kann die Eigenschaftsverschlechterungen eines ICs oder dergleichen verhindern, die durch Chipbrüche oder Chipbelastungen bei der IC-Zusammensetzung verursacht werden.
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Die erfindungsgemäße Harzpaste wird für das Kleben eines Chips und eines Metallrahmens oder dergleichen verwendet, die beide eine Halbleitervorrichtung in der elektronischen Industrie bilden.

Claims (2)

  1. Chipbondpaste, die als wesentliche Komponenten umfasst: (A) ein flüssiges Epoxy-Harz, das (a1) ein Epoxy-Harz der nachstehenden allgemeinen Formel (1), das Chlor in einer Menge von 500 ppm oder weniger enthält und eine Viskosität von 5 000 mPa·s oder weniger bei 25°C aufweist:
    Figure 00150001
    worin R eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen oder -H ist, und (a2) ein Epoxygruppen-haltiges reaktives Verdünnungsmittel, das Chlor in einer Menge von 300 ppm oder weniger enthält und eine Viskosität von 1 000 mPa·s oder weniger bei 25°C aufweist, umfasst, wobei das Gewichtsverhältnis von (a1):(a2) 40:60 bis 90:10 beträgt, (B) eine Phenolverbindung mit mindestens zwei Hydroxylgruppen in dem Molekül, (C) ein latentes Aushärtungsmittel, (D) eine Imidazolverbindung und (E) einen anorganischen Füllstoff, wobei die Mengen der Komponenten (B), (C) und (D) 1 bis 10 Gewichtsteile, 0,5 bis 5 Gewichtsteile bzw. 0,5 bis 10 Gewichtsteile, pro 100 Gewichtsteile der Komponente (A), betragen und die Menge der Komponente (E) 25 bis 900 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der gesamten Menge der Komponenten (A), (B), (C) und (D) beträgt.
  2. Halbleitervorrichtung, die unter Verwendung einer Chipbondpaste gemäß Anspruch 1 hergestellt wurde.
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