JP2000173344A - 導電性ペースト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 速硬化性を示すとともに、接着性、耐湿性に
優れ、硬化後の空隙の発生と熱収縮がほぼ防止された導
電性ペーストを提供するもので、この導電性ペーストは
半導体チップのマウントや各種電子部品類等の接着に好
適である。 【解決手段】 （Ａ）樹脂成分が、ダイマー酸ジグリシ
ジルエステルなどグリシジルエステル、脂環式エポキシ
樹脂およびアリナジックイミド化合物からなり、グリシ
ジルエステル、脂環式エポキシ樹脂の有するエポキシ基
およびアリナジックイミド化合物を、スルフォニウム塩
によるカチオノイド重合（陽イオン重合）により開環結
合させる導電性ペーストである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、速硬化性および耐
湿性に優れ、半導体装置の製造におけるチップマウント
や各種電子部品類等の接着に好適に使用できる導電性ペ
ーストに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造に際し、金属薄板（リ
ードフレーム）上の所定部分に、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導
体チップを接続する工程は、素子の長期信頼性に大きな
影響を与える重要な工程の一つである。従来からこの接
続方法として、低融点の合金（半田）を用いてろう付け
をする方法や、銀粉末を配合したエポキシ樹脂からなる
導電性ペーストを使用して接続する方法がとられてき
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、半田等の低融
点合金を用いたろう付けによる接続方法は、一部で実用
化されているが半田や半田ボールが飛散して電極等に付
着し、腐食断線の原因となる可能性が指摘されている。

【０００４】一方、導電性ペーストを使用して接続する
方法は、シリコンチップにおけるＡｕ−Ｓｉの共晶合金
を生成させる共晶法に比較して信頼性に欠けるという問
題があった。即ち、導電性ペーストを用いて接続する
と、半田等の低融点合金を用いたろう付けによる接続方
法と比較して耐熱性には優れるが、反面、導電性ペース
トが熱硬化性樹脂であるため、その硬化に時間を要する
という問題があった。

【０００５】また、上記導電性ペーストを短時間で硬化
させた場合には、導電性ペーストを用いて形成された接
着層に空隙が発生するという問題があった。

【０００６】さらに、ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子の大
型化に伴って、アッセンブリ工程や実装工程中の熱履歴
により、チップクラックやパッケージクラックが発生す
るという問題があった。

【０００７】本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされ
たもので、速硬化性を示すとともに、接着性、耐湿性に
優れ、硬化後の空隙の発生防止と応力緩和性に優れた導
電性ペーストを提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、後述する組成物
が、上記の目的を達成できることを見いだし、本発明を
完成したものである。

【０００９】即ち、本発明は、 （Ａ）（ａ）次の一般式に示されるグリシジルエステル
と

【００１０】

【化４】 （但、式中、Ｒは２価以上の有機基を、ｎは０〜１５の
整数を、ｍは２〜４の整数をそれぞれ表す） （ｂ）脂環式エポキシ樹脂と （ｃ）次の一般式に示されるアリナジックイミド化合物

【００１１】

【化５】 （但、式中、Ｒは２価以上の有機基を表す）とを含有す
る樹脂成分、 （Ｂ）次の一般式（１）又は（２）で示されるスルフォ
ニウム塩および

【００１２】

【化６】 （Ｃ）導電性粉末 を必須成分としてなることを特徴とする導電性ペースト
である。

【００１３】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１４】本発明に用いる（Ａ）樹脂成分は、（ａ）
のグリシジルエステルと、（ｂ）の脂環式エポキシ樹脂
と、（ｃ）のアリナジックイミド化合物との配合物であ
る。

【００１５】ここで、（ａ）グリシジルエステルとして
は、例えば、ダイマー酸グリシジルエステルを好適に用
いることができる。（ｂ）脂環式エポキシ樹脂として
は、例えば、シクロヘキセンオキシド基、トリシクロデ
センオキシド基あるいはシクロペンテンオキシド基等を
有する化合物を挙げることができる。（ｃ）のアリナジ
ックイミド化合物としては、ジフェニル型ビスアリナジ
ックイミドを挙げることができる。

【００１６】また、（ａ）に示されるグリシジルエステ
ルと（ｂ）の脂環式エポキシ樹脂との配合比は、（ａ）
／（ｂ）＝１０／９０〜９０／１０（重量部）の範囲と
することが望ましい。グリシジルエステルが１００重量
部あたり１０％未満であると、硬化後の低応力化が損な
われるため、例えば、大型の半導体素子の金属板へのマ
ウントに用いた場合にチップクラックやパッケージクラ
ックが発生しやすくなる。さらに、脂環式エポキシ樹脂
が１００重量部あたり１０％未満であると、速硬化性を
得ることが困難となる。（ｃ）のアリナジックイミド化
合物は、（ａ）、（ｂ）の混合物１００重量部に対し、
５〜５０重量部であることが好ましい。５重量部未満で
あると、十分な接着性を得ることができず、また、５０
重量部を超えると、ペースト化したとき粘度が高くなり
過ぎ、ディスペンス作業等、ペーストとしての作業性が
悪くなるため好ましくない。

【００１７】本発明に用いる（Ｂ）のスルフォニウム塩
は、前記化６で示されるものである。このスルフォニウ
ム塩は、加熱すると活性化され、カチオン種或いはルイ
ス酸を生成し、カチオノイド重合（陽イオン重合）によ
ってエポキシ樹脂どうしを開環重合させる。スルホニウ
ム塩の配合割合は、脂環式エポキシ樹脂１００重量部に
対して０．５〜２０重量部配合することが望ましい。ス
ルフォニウム塩が脂環式エポキシ樹脂樹脂成分１００重
量部に対し０．５未満の場合には、速硬化性の効果を発
揮することが困難となり硬化速度が低下するので実用性
に乏しくなる。また、スルフォニウム塩が脂環式エポキ
シ樹脂成分１００重量部に対し２０重量部を超えた場合
には、導電性ペーストの硬化により生成した生成物中に
ルイス酸が残留するため、例えば、半導体素子の金属薄
板へのマウントに用いた場合に、高湿条件下での半導体
素子の電気特性が劣化したり、金属薄板やアルミ等から
なる配線を腐食（電食）したりして信頼性に欠け好まし
くない。

【００１８】本発明に用いる（Ｃ）導電性粉末として
は、例えば銀粉末、銅粉末およびニッケル粉末等の金属
粉末を好適に用いることができ、これらは単独又は2 種
以上混合して使用することができる。また、導電性を有
する粉末であれば金属粉末に限定されることなく、例え
ば、表面にのみ金属層を備えた粉末でもよい。また、導
電性粉末の形状については特に限定するものではない
が、導電性粉末の粒径は、５０μｍ以下とすることが好
ましい。導電性粉末粒径が５０μｍを超えると導電性粉
末の導電性が不安定になる。なお、粒径とは、同一の体
積からなる球の直径として定義している。

【００１９】さらに、（Ｃ）導電性粉末の上記（Ａ）樹
脂成分に対する混合比は、導電性ペースト中の（Ａ）樹
脂成分および（Ｃ）導電性粉末の含有量を１００重量部
とした場合、（Ａ）／（Ｃ）＝４０／６０〜５／９５
（重量部）の範囲とすることが望ましい。（Ｃ）導電性
粉末が６０重量部未満である場合には、十分な導電性を
得ることが困難となり、９５重量部を超えた場合には作
業性や密着性が低下する。

【００２０】本発明において、例えば、導電性ペースト
の粘度を調整するための溶剤、エポキシ基の開環重合に
対する反応性を備えた希釈剤、消泡剤、カップリング
剤、その他の各種の添加剤を本発明の目的に反しない限
り、必要に応じて配合することができる。具体的な溶剤
としては、酢酸セロソルブ、エチルセロソルブ、ブチル
セロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカル
ビトールアセテート、ジエチレングリコールジメチルエ
ーテル、ジアセトンアルコール、Ｎ−メチルピロリド
ン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、γ
−ブチロラクトン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリ
ジノン等が挙げられ、これらは単独又は２種以上混合し
て使用することができる。さらに、希釈剤としては、ｎ
−ブチルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテ
ル、２−エチルヘキシルグリシジルエーテル、スチレン
オキサイド、フェニルグリシジルエーテル、クレジルグ
リシジルエーテル、ｐ−ｓｅｃ−ブチルフェニルグリシ
ジルエーテル、グリシジルメタクリレート、（ｔ−ブチ
ルフェニル）グリシジルエーテル、ジグリシジルエーテ
ル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポ
リプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ブタン
ジオールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパ
ントリグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオール
ジグリシジルエーテル等が挙げられ、これらは単独又は
２種以上混合して使用することができる。さらにカップ
リング剤としては、例えば、γ−グリシドキシプロピル
トリメトキシシランやγ−メタクリロキシプロピルトリ
メトキシシラン等を挙げることができる。

【００２１】本発明の導電性ペーストは、上述した
（Ａ）樹脂成分を十分溶解した後、（Ｂ）のスルフォニ
ウム塩、（Ｃ）導電性粉末、その他添加剤を添加し、常
法に従い十分混合した後、更にディスパース、ニーダー
または三本ロールミル等により混練処理を行い、その
後、減圧脱泡して製造することができる。こうして製造
した導電性ペーストは、半導体装置の製造や各種電子部
品類等の接着に好適に用いることができる。例えば、半
導体装置の製造に用いる場合には、導電性ペーストをシ
リンジ等に充填した後、ディスペンサを用いて金属薄板
上に吐出し、導電性ペーストを介して半導体素子を金属
薄板上にマウントし、短時間の加熱により導電性ペース
トを硬化させる。なお、本発明に係る導電性ペーストを
硬化するにあたっては、通常、１２０〜２５０℃で１０
ｓｅｃ〜１２０ｓｅｃの間熱板等で、または１００〜２
００℃で30分程度オーブンにて加熱することにより容易
に実施される。

【００２２】

【作用】本発明の導電性ペーストは、（Ａ）に示したグ
リシジルエステルと脂環式エポキシ樹脂の有するエポキ
シ基およびアリナジックイミド化合物を、（Ｂ）のスル
フォニウム塩によるカチオノイド重合（陽イオン重合）
により開環結合させるので、硬化に際して速硬化性を示
すとともに優れた接着性、耐湿性を発揮することが可能
となる。また、重合により得られた生成物は、三次元の
網目構造をもった緻密なものとなるので、溶剤に不溶
で、かつ、加熱により不融な安定した性質を示すことに
なる。したがって、硬化後の空隙の発生と応力緩和性に
優れた生成物を生成することが可能となる。さらに、本
発明の導電性ペーストを半導体装置の製造に適用した場
合には、上述した生成物を生成することから、信頼性の
高い半導体装置を製造することが可能となる。

【００２３】

【実施例】次に本発明を実施例によって説明するが、本
発明はこれらの実施例によって限定されるものではな
い。以下の実施例および比較例において「部」とは特に
説明のない限り「重量部」を意味する。

【００２４】実施例１ グリシジルエステルとしてＹＤ１７１（東都化成株式会
社製、商品名）５０部、脂環式エポキシ樹脂としてセロ
キサイド２０８１（ダイセル化学工業株式会社製、商品
名）５０部、およびジフェニルメタン−４，４′−ビス
アリナジックイミド２０部を均一に溶解後、スルフォニ
ウム塩としてＳＩ−８０Ｌ（三新化学工業株式会社製、
商品名）２部、カップリング剤としてγ−グリシドキシ
プロピルトリメトキシシラン１部、および銀粉末４５８
部を添加し十分に混合した後、さらに、三本ロールで混
練して導電性ペーストを得た。

【００２５】実施例２ グリシジルエステルとしてＰＧＹＤ１７１（東都化成株
式会社製、商品名）３０部、脂環式エポキシ樹脂として
セロキサイド２０８３（ダイセル化学工業株式会社製、
商品名）７０部、およびジフェニルプロパン−４，４′
−ビスアリナジックイミド１５部を均一に溶解後、スル
フォニウム塩としてＳＩ−１００Ｌ（三新化学工業株式
会社製、商品名）２部、カップリング剤としてγ−メタ
クリロキシプロピルトリメトキシシラン１部、および銀
粉末４５８部を添加し十分に混合した後、さらに、三本
ロールで混練して導電性ペーストを得た。

【００２６】比較例 市販のエポキシ樹脂ベースの無溶剤型半導体用導電性ペ
ーストを準備した。なお、該無溶剤型導電性ペースト
は、イミダゾール系の硬化剤およびイミダゾール系の促
進剤を含有したものである。

【００２７】次いで、実施例１〜２および比較例により
得られた導電性ペーストを用いて、半導体チップと金属
薄板（リードフレーム）とを接着硬化させ、接着強度、
チップの反り量、空隙の発生の有無およびポットライフ
について特性試験を行った。なお、これらの特性試験は
以下の条件の下で実行した。

【００２８】接着強度：Ｃｕフレーム上に導電性ペース
トを介して２ｍｍ角のシリコンチップを配置し、１８０
℃のヒートブロック上で導電性ペーストを所定の時間
（１５ｓｅｃ〜１２０ｓｅｃ）キュアした後、即破壊
（剥離）させることにより測定した。

【００２９】チップの反り量：厚さ２００μｍのＣｕフ
レーム上に４ｍｍ×１２ｍｍのシリコンチップを導電性
ペーストを介して配置し、１８０℃に熱したオーブンで
２時間キュアした後、チップの表面を表面粗さ計を用い
て測定した。

【００３０】空隙の発生の有無：Ｃｕフレーム上に導電
性ペーストを介して８ｍｍ角のガラスチップを配置し、
１８０℃のヒートブロック上で導電性ペーストを２分間
キュアした後、肉眼にて観察した。

【００３１】ポットライフ：得られた導電性ペーストを
２５℃，湿度５０％の環境中に放置して6 時間毎にその
一部を採取し、上記接着強度と同様の試験を行って接着
強度が劣化するまでの期間を測定した。

【００３２】以上、これらの結果を表１に示したが、い
ずれも本発明が優れており、本発明の顕著な効果が認め
られた。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１から明らかなように、実施例１、２お
よび比較例において、キュアに要する時間を同一とした
場合には、実施例１、２により得られた導電性ペースト
は、比較例により得られた導電性ペーストと比べて接着
強度が高くなっている。また、キュアに要する時間を１
２０ｓｅｃとした場合、比較例では接着強度が１４．８
Ｎとなっているが、この接着強度は、実施例１および実
施例２において、キュアに要する時間が３０ｓｅｃの
時、すでに到達していた値である。従って、実施例１お
び実施例２において得られた導電性ペーストは、比較例
の導電性ペーストと比べて硬化に要する時間が短く、短
時間で高い接着強度を示すことが理解できる。また、実
施例１および実施例２におけるチップの反り量は、比較
例におけるチップの反り量と比べ半分以下であることか
ら、実施例１おび実施例２において得られた導電性ペー
ストは、熱に対して安定であり、熱履歴の影響を受けに
くく、応力緩和性に優れていることが理解された。さら
に、実施例１および実施例２の導電性ペーストは、硬化
に要する時間が短く容易に高い接着強度を示すが、硬化
後の生成物に空隙を生じさせず、環境に対しても安定で
あることが空隙の発生の有無およびポットライフから理
解された。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明および表１から明らかなよう
に、本発明の導電性ペーストによれば、グリシジルエス
テル、脂環式エポキシ樹脂の有するエポキシ基およびア
リナジックイミド化合物を、スルフォニウム塩によるカ
チオノイド重合（陽イオン重合）により開環結合させる
ので、速硬化性を示すとともに接着強度が高く、耐湿性
にも優れる導電性ペーストを提供することができる。

【００３６】また、本発明の導電性ペーストによれば、
重合により得られた生成物は、三次元の網目構造をもっ
た緻密なものとなるので、溶剤に不溶で、かつ、加熱に
より不融な安定した性質を示すことになる。したがっ
て、硬化後の空隙の発生と熱収縮がほぼ防止された生成
物を生成する導電性ペーストを提供することができる。
そして、この導電性ペーストを用いることによって、信
頼性の高い半導体装置および電子部品を製造することが
できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J036 AG04 AJ09 FA02 FA12 GA03 JA06 4J040 EC091 EC092 EC261 EC262 FA191 FA192 HD18 JA05 JB10 KA03 KA32 LA05 LA07 NA20 5G301 DA03 DA06 DA10 DA42 DA51 DA57 DD01

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）（ａ）次の一般式に示されるグリ
   シジルエステルと 【化１】 （但、式中、Ｒは２価以上の有機基を、ｎは０〜１５の
   整数を、ｍは２〜４の整数をそれぞれ表す） （ｂ）脂環式エポキシ樹脂と （ｃ）次の一般式に示されるアリナジックイミド化合物 【化２】 （但、式中、Ｒは２価以上の有機基を表す）とを含有す
   る樹脂成分、 （Ｂ）次の一般式（１）又は（２）で示されるスルフォ
   ニウム塩および 【化３】 （Ｃ）導電性粉末 を必須成分としてなることを特徴とする導電性ペース
   ト。