JP2001055485A

JP2001055485A - 半導体用樹脂ペースト及びそれを用いた半導体装置

Info

Publication number: JP2001055485A
Application number: JP23072999A
Authority: JP
Inventors: Shingo Ito; 慎吾伊藤
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1999-08-17
Filing date: 1999-08-17
Publication date: 2001-02-27

Abstract

(57)【要約】【課題】ＩＣ製造において一般的なインライン硬化方
式（ホットプレート硬化）、バッチ方式（オーブン硬
化）両方で硬化が可能で、充分な接着力、低応力性を有
し、ポットライフの長い接着用のペーストを提供する。【解決手段】液状のエポキシ樹脂、フェノール硬化
剤、潜在性硬化剤、エポキシ変性アルコキシシランカッ
プリング剤、有機ボレート塩及び無機フィラーからなる
半導体用樹脂ペースト、又は液状のエポキシ樹脂とエポ
キシ基を有する反応性希釈剤の混合物、フェノール硬化
剤、潜在性硬化剤、エポキシ変性アルコキシシランカッ
プリング剤、有機ボレート塩及び無機フィラーからなる
半導体用樹脂ペーストである。また、これらの半導体用
樹脂ペーストを用いた半導体装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はIC、LSI等の半導体
素子を金属フレーム等に接着する樹脂ペーストに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子を金属フレームに接着させる
工程、いわゆるダイボンディング工程において、樹脂ぺ
一ストを用いる方法では半導体素子を金属フレームにマ
ウント後硬化する必要がある。従来はオーブンによるバ
ッチ方式での硬化が主流であった。ところが近年半導体
素子を金属フレームにマウントするダイボンダーの横に
硬化炉を接続させ、ダイボンディング、硬化、ワイヤー
ボンディングの工程を同一ライン上で一括して行え、生
産性の向上が図れるインライン方式が採用され、今後さ
らに増加する傾向にある。

【０００３】一方、このインライン方式は硬化装置が従
来のオーブンに比べ非常に高価であリ、同一工場内でイ
ンライン方式とオーブンによるバッチ方式が混在する場
合が多い。このような場合インライン方式用、バッチ方
式用と硬化方式毎に半導体素子接着用樹脂ぺーストを使
い分けるのは在庫管理や作業者にとって非常に困難との
ことからどちらの方式でも硬化が可能な半導体素子接着
用樹脂ペーストが求められている。

【０００４】インライン方式では従来のバッチ方式に比
べ硬化時間の制約があり、例えば硬化時間が従来のバッ
チ方式では１５０〜２００℃で６０〜１２０分であった
が、インライン方式では１５０〜２００℃で１５〜１２
０秒でなければならない。これらの硬化条件の相違はエ
ポキシ樹脂を用いた半導体素子接着用樹脂ぺーストに用
いる硬化剤の反応性に起因する。主に短時間で硬化する
インライン硬化用の半導体素子接着用樹脂ぺーストの場
合、オーブン硬化時の接着強度等の性能がインライン硬
化時に比べ非常に劣る。逆にオーブン硬化用の半導体素
子接着用樹脂ペーストでは、インライン方式の制約され
る硬化時間内では硬化が終了しない。

【０００５】そのためオーブン硬化とインライン硬化の
併用は非常に困難な間題であった。更に、インライン硬
化の場合、温度が急激に上昇するため、樹脂ぺースト内
に気泡が発生し、半導体素子の傾きや接着強度の低下と
いった間題が発生した。又、硬化性を速くするための弊
害として、常温でも反応が進行し易く、可使時間（ポッ
トライフ）が短くなるといった間題もあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はＩＣ製造にお
いて一般的なインライン硬化方式（ホットプレート硬
化；ＨＰ硬化）、バッチ方式（オーブン硬化；ＯＶ硬
化）両方で硬化が可能で、充分な接着力、低応力性を有
し、ポットライフの長い樹脂ペーストを提供するもので
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】一般式（１）で示される
液状エポキシ樹脂からなる（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）
フェノール硬化剤、（Ｃ）潜在性硬化剤、（Ｄ）一般式
（２）で示されるシラン化合物、（Ｅ）有機ボレート塩
及び（Ｆ）無機フィラーからなり、成分（Ａ）１００重
量部に対し、成分（Ｂ）が２０〜６０重量部、成分
（Ｃ）が０．５〜５重量部であり、かつ成分（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）の合計１００重量部に対し、成分（Ｄ）
が１０〜６０重量部、成分（Ｅ）が０．５〜１０重量部
である半導体用樹脂ペーストである。

【０００８】

【化１】

【化２】（Ｒ₁:エポキシ基を有する脂肪族又は芳香族官能基、Ｒ
₂:アルコキシ基、Ｒ₃:アルキル基又はアルコキシ基）

【０００９】また、一般式（１）で示される液状エポキ
シ樹脂とエポキシ基を有する反応性希釈剤の重量比が７
０：３０〜９９：１である（Ｇ）エポキシ樹脂、（Ｂ）
フェノール硬化剤、（Ｃ）潜在性硬化剤、（Ｄ）一般式
（２）で示されるシラン化合物、（Ｅ）有機ボレート塩
及び（Ｆ）無機フィラーからなり、成分（Ｇ）１００重
量部に対し、成分（Ｂ）が２０〜６０重量部、成分
（Ｃ）が０．５〜５重量部であり、かつ成分（Ｇ）、
（Ｂ）、（Ｃ）の合計１００重量部に対し、成分（Ｄ）
が１０〜６０重量部、成分（Ｅ）が０．５〜１０重量部
である半導体用樹脂ペーストである。更に好ましい形態
としては、上記エポキシ樹脂の一般式（１）で示される
液状エポキシ樹脂とエポキシ基を有する反応性希釈剤の
重量比が８０：２０〜９５：５である半導体用樹脂ペー
ストである。また、上記の半導体用樹脂ペーストを用い
て製作された半導体装置である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、一般式（１）で示され
る液状エポキシ樹脂からなるエポキシ樹脂（Ａ）、又は
一般式（１）で示される液状エポキシ樹脂とエポキシ基
を有する反応性希釈剤の重量比が７０：３０〜９９：１
であるエポキシ樹脂（Ｇ）を用いることができる。半導
体用樹脂ペーストの粘度が高すぎる場合には、エポキシ
基を有する反応性希釈剤を使用したエポキシ樹脂（Ｇ）
を用いることによって半導体用樹脂ペーストの粘度を低
くすることが出来る。一般式（１）で示される液状エポ
キシ樹脂は分子量により各種のものがあるが、分子量が
小さく常温で液状のものが、配合するときの作業性及び
配合後の粘度の点から好ましい。

【００１１】一般式（１）で示される液状エポキシ樹脂
と混合するエポキシ基を有する反応性希釈剤には、例え
ば、ｎ−ブチルグリシジルエーテル、バーサティック酸
グリシジルエステル、スチレンオサイド、エチルヘキシ
ルグリシジルエーテル、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、ブチルフェニルグリシジ
ルエーテル等があり、これらの内の１種類あるいは複数
種と併用可能である。式（１）で示される液状エポキシ
樹脂とエポキシ基を有する反応性希釈剤を混合する場合
の重量比は７０：３０〜９９：１であり、好ましくは８
０：２０〜９９：５である。エポキシ基を有する反応性
希釈剤の割合が３０を越えると接着性の点から好ましく
なく、１未満ではエポキシ基を有する反応性希釈剤を使
用しない場合と効果は変わらない。

【００１２】本発明は他のエポキシ樹脂を混合しても良
い。上記エポキシ樹脂と混合する場合の他のエポキシ樹
脂としては、例えばビスフェノールＡ、ビスフェノール
Ｆ、フェノールノボラック、クレゾールノボラック類と
エピクロルヒドリンとの反応により得られるポリグリシ
ジルエーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテル、
ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル等の脂肪
族エポキシ、ジグリシジルヒダントイン等の複素環式エ
ポキシ、ビニルシクロヘキセンジオキサイド、ジシクロ
ペンタジエンジオキサイド、アリサイクリックジエポキ
シーアジペイトのような脂環式エポキシがあり、これら
の内の１種類あるいは複数種と併用可能である。

【００１３】本発明に用いるフェノール硬化剤（Ｂ）は
エポキシ樹脂の硬化剤として用いられる。本発明に用い
るフェノール硬化剤はエポキシ基と反応して架橋にあず
かる活性水素基を分子当り２個以上有することが望まし
い。このようなフェノール化合物の例としては、ビスフ
ェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、テ
トラメチルビスフェノールＡ、テトラメチルビスフェノ
ールＦ、テトラメチルビスフェノールＳ、ジヒドロキシ
ジフェニルエーテル、ジヒドロキシベンゾフェノン、o-
ヒドロキシフェノール、m-ヒドロキシフェノール、p-ヒ
ドロキシフェノール、ビフェノール、テトラメチルビフ
ェノール、エチリデンビスフェノール、メチルエチリデ
ンビス(メチルフェノール)、シクロへキシリデンビスフ
ェノール、またフェノール、クレゾール、キシレノール
等の１価フェノール類とホルムアルデヒドとを稀薄水溶
液中強酸性下で反応させることによって得られるフェノ
ールノボラック樹脂、１価フェノール類とアクロレイ
ン、グリオキザール等の多官能アルデヒド類との酸性下
の初期縮合物や、レゾルシン、カテコール、ハイドロキ
ノン等の多価フェノール類とホルムアルデヒドとの酸性
下の初期縮合物などであり、これらは単独でも混合して
用いてもよい。

【００１４】フェノール硬化剤（Ｂ）の配合量は、エポ
キシ樹脂（Ａ）又はエポキシ樹脂（Ｇ）に対し20〜60重
量部使用するのが接着性及び低応力性の点から好まし
い。

【００１５】本発明に用いる潜在性硬化剤（Ｃ）はエポ
キシ樹脂の硬化剤として用いられ、例えばアジピン酸ジ
ヒドラジド、ドデカン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジ
ヒドラジド、P-オキシ安息香酸ジヒドラジド等のカルボ
ン酸ジヒドラジドやジシアンジアミドである。潜在性硬
化剤を用いるとフェノール硬化剤単独で硬化した場合に
比べ著しく熱時接着強度が高くなる。又潜在性硬化剤は
フェノール硬化剤よりも当量が小さいため、併用するこ
とにより粘度がそれ程高くなく、又潜在性であるため保
存性にも優れたペーストを得ることができる。潜在性硬
化剤（Ｃ）の配合量はエポキシ樹脂（Ａ）又はエポキシ
樹脂（Ｇ）に対し、0.5〜5重量部使用するのが好まし
い。0.5重量部未満では熱時接着強度が弱く、5重量部を
越えると低応力性が低下する。

【００１６】本発明で用いられるシラン化合物（Ｄ）は
一般式（２）で示されるもので、希釈剤としての作用及
び接着性を付与するために用いられる。

【００１７】一般式（２）におけるＲ₁はエポキシ基を
有する脂肪族又は芳香族官能基であるが、これはペース
トの樹脂成分にエポキシ樹脂を使用しているために、エ
ポキシ基以外の例えばビニル基、アミノ基、メルカプト
基等であると相溶性や保存性に悪影響を与えるが、エポ
キシ基であれば、これらに悪影響を与えない。Ｒ₂はア
ルコキシ基であることによりペースト硬化後に充分な接
着力が得られ、アルコキシ基以外では充分な接着力が得
られない。Ｒ₃はアルキル基又はアルコキシ基であれば
よく、アルコキシ基であればより強い接着力が得られ
る。このようなシラン化合物としては、例えばγ−グリ
シドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキ
シプロピルメチルジメトキシシラン、8-(3,4-エポキシ
シクロへキシル)エチルメトキシシラン等がある。シラ
ン化合物（Ｄ）の配合量は、成分（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）又は成分（Ｇ）、（Ｂ）、（Ｃ）の総量に対し10
〜60重量部とするのが好ましい。10重量部未満では充分
な接着強度が得られず、60重量部を越えると低応力性が
低下する。

【００１８】本発明に用いる有機ボレート塩（Ｅ）は硬
化促進剤として用いられ、イミダゾール類、第３級アミ
ン類、ホスホニウム類とテトラフェニルボレートとの塩
として得られるものである。テトラフェニルボレートと
の塩にしないものを硬化促進剤に用いると保存性が極め
て悪く実用性がない。有機ボレート塩を用いた場合は硬
化性を損なわずに保存性にも極めて優れた樹脂ペースト
が得られる。有機ボレート塩としては、例えば1,8-ジア
ザビシク口(5,4,0)ウンデセン-7・テトラフエニルボレ
ート塩、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニル
ボレート塩等が挙げられる。有機ボレート塩（Ｅ）の配
合量は、成分（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）又は成分（Ｇ）、
（Ｂ）、（Ｃ）の総量に対し、0.5〜10重量部使用する
のが好ましい。0.5重量部未満では充分な硬化性が得ら
れず、10重量部を越えると保存性が低下する。

【００１９】本発明に用いる無機フィラー（Ｆ）として
は銀粉、シリカフィラー等がある。銀粉は導電性を付与
するために用いられ、ハロゲンイオン、アルカリ金属イ
オン等のイオン性不純物の含有量は10ppm以下であるこ
とが好ましい。又銀粉の形状としてはフレーク状、樹脂
状や球状等が用いられる。必要とするペーストの粘度に
より、使用する銀粉の粒径は異なるが、通常平均粒径は
2〜10μｍ、最大粒径は50μｍ程度のものが好ましい。
又比較的粗い銀粉と細かい銀粉とを混合して用いること
もでき、形状についても各種のものを適宜混合してもよ
い。

【００２０】本発明に用いるシリカフィラーは平均粒径
1〜20μｍで最大粒径50μｍ以下のものである。平均粒
径が１μｍ未満だと粘度が高くなり、20μｍを越えると
塗布又は硬化時に樹脂分が流出するのでブリードが発生
するため好ましくない。最大粒径が50μｍを越えるとデ
ィスペンサーでペーストを塗布するときに、ニードルの
出口を塞ぎ長時間の連続使用ができない。又比較的粗い
シリカフィラーと細かいシリカフィラーとを混合して用
いることもでき、形状についても各種のものを適宜混合
してもよい。

【００２１】又、必要とされる特性を付与するために本
発明以外の無機フィラーを使用してもよい。

【００２２】本発明における樹脂ペーストには、必要に
より用途に応じた特性を損なわない範囲内で、顔料、染
料、消泡剤、界面活性剤、溶剤等の添加剤を用いること
ができる。本発明の製造法としては、例えば各成分を予
備混合し、三本ロール等を用いて混練してペーストを得
た後、真空下脱泡すること等がある。

【００２３】本発明の半導体用樹脂ペーストを用いて製
作された半導体装置は、速硬化が可能で、熱時接着強度
の低下がなく、大型チップと銅フレーム等の組み合わせ
でも反りがないため、信頼性の高い半導体装置を得るこ
とが出来る。半導体用樹脂ペーストを用いて半導体装置
を製作する方法は公知の方法を用いることが出来る。

【００２４】

【実施例】本発明を実施例で具体的に説明する。各成分
の配合割合は重量部とする。

【００２５】＜実施例１〜８及び比較例１〜１１＞表１
及び表２に示した組成の各成分と無機フィラーを配合
し、三本ロールで混練して樹脂ペーストを得た。この樹
脂ペーストを真空チャンバーにて2mmHgで30分間脱泡し
た後、以下の方法により各種の性能を評価した。評価結
果を表１及び表２に示す。

【００２６】＜用いる原料成分＞・一般式（１）で示される液状エポキシ樹脂（エポキシ
Ａ）：粘度2000mPa・s、エポキシ当量210 ・ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ＢＰＡ）：粘度90
00mPa・s、エポキシ当量185 ・ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ＢＰＦ）：粘度50
00mPa・s、エポキシ当量170 ・反応性希釈剤：フェニルグリシジルエーテ
ル

【００２７】・フェノール硬化剤（Ｂ）：ビスフェノー
ルＦフェノールノボラック樹脂（ＰＮ；数平均分子量６
００、水酸基当量１０４）・潜在性硬化剤（Ｃ）：ジシアンジアミド（ＤＤＡ）・シラン化合物（Ｄ）：γ−グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン（γ−ＧＰＴＭＳ）・有機ボレート塩（Ｅ）：テトラフェニルホスホニウム
・テトラフェニルボレート塩（ＴＰＰＫ）・無機フィラー（Ｆ）：銀粉：粒径が0.1〜50μmで平均粒径3μmのフレーク状シリカフィラー：平均粒径5μｍで最大粒径20μｍのシ
リカフィラー

【００２８】＜評価方法＞・粘度：Ｅ型粘度計（３°コーン）を用い２５℃、２．
５ｒｐｍでの値を測定し粘度とした。・弾性率：テフロンシート上にペーストを幅１０ｍｍ長
さ約１５０ｍｍ厚さ１００μｍに塗布し、２００℃オー
ブン中６０分間硬化した後、引っ張り試験機で試験長１
００ｍｍ引っ張り速度１ｍｍ／分にて測定し得られた応
力ーひずみ曲線の初期勾配より弾性率を算出した。・接着強度：２×２ｍｍのシリコンチップをペーストを
用いて銅フレームにマウントし、２００℃中６０秒間熱
板上（ＨＰ硬化）又は２００℃６０分の条件でオーブン
（ＯＶ硬化）で硬化した。硬化後マウント強度測定装置
でを用い２５℃，２５０℃での熱時ダイシェア強度を測
定した。・反り量：６×１５×０．３ｍｍシリコンチップを銅フ
レーム（２００μｍ厚さ）に導電性樹脂ペーストでマウ
ントし、２００℃中６０秒間熱板上（ＨＰ硬化）又は２
００℃６０分の条件でオーブン（ＯＶ硬化）で硬化した
後、チップの反りを表面粗さ計（測定長１３ｍｍ）で測
定した。・ポットライフ：２５℃の恒温槽内に樹脂ペーストを放
置した時の粘度が初期粘度の１．２倍以上増粘するまで
の日数を測定した。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】実施例１〜８では熱時接着強度、低応力性
（低弾性率、低反り量）及びポットライフ長い優れたペ
ーストが得られるが、比較例１はビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂を使用したため低応力性が悪く、反り量が大
きくなりチップクラックが発生した。比較例２はビスフ
ェノールＦ型エポキシ樹脂を使用したため低応力性が悪
く、反り量が大きくなりチップクラックが発生した。比
較例３は反応性希釈剤の配合量が多く、接着強度が著し
く低下した。比較例４はフェノール硬化剤の配合量が少
なく、接着強度が著しく低下した。比較例５はフェノー
ル硬化剤の配合量が多く、反り量が大きくなりチップク
ラックが発生した。比較例６は潜在性硬化剤の配合量が
少なく、接着強度が著しく低下した。比較例７は潜在性
硬化剤の配合量が多く、反り量が大きくなりチップクラ
ックが発生した。比較例８はシラン化合物の配合量が少
なく、接着強度が著しく低下した。比較例９はシラン化
合物の配合量が多く、反り量が大きくなりチップクラッ
クが発生した。比較例１０は有機ボレート塩の配合量が
少なく、接着強度が著しく低下した。比較例１１は有機
ボレート塩の配合量が多く、ポットライフが著しく短く
なった。

【００３２】

【発明の効果】本発明はＩＣ製造において一般的なイン
ライン硬化方式（ホットプレート硬化）、バッチ方式
（オーブン硬化）両方で硬化が可能で、充分な接着力、
低応力性を有し、ポットライフの長い半導体樹脂ペース
トを提供することが出来る。また、本発明の半導体樹脂
ペーストを用いて製作した半導体装置は従来の特性を維
持しながら生産性の高い半導体装置である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/52 Ｃ０８Ｋ 5/54 Ｆターム(参考） 4J002 CC032 CD031 DA078 DJ018 ED056 EE036 EJ016 EJ036 EQ026 ER026 EV226 EY017 FD018 FD142 FD146 FD157 GQ05 4J036 AA01 AC01 AC05 DA04 DA10 FA01 FA13 GA06 GA28 JA07 KA01 5F047 AA11 BA23 BA34 BB11 BB16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一般式（１）で示される液状エポキシ樹
脂からなる（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール硬化
剤、（Ｃ）潜在性硬化剤、（Ｄ）一般式（２）で示され
るシラン化合物、（Ｅ）有機ボレート塩及び（Ｆ）無機
フィラーからなり、成分（Ａ）１００重量部に対し、成
分（Ｂ）が２０〜６０重量部、成分（Ｃ）が０．５〜５
重量部であり、かつ成分（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の合計
１００重量部に対し、成分（Ｄ）が１０〜６０重量部、
成分（Ｅ）が０．５〜１０重量部であることを特徴とす
る半導体用樹脂ペースト。【化１】【化２】（Ｒ₁:エポキシ基を有する脂肪族又は芳香族官能基、Ｒ
₂:アルコキシ基、Ｒ₃:アルキル基又はアルコキシ基）
【請求項２】一般式（１）で示される液状エポキシ樹
脂とエポキシ基を有する反応性希釈剤の重量比が７０：
３０〜９９：１である（Ｇ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェ
ノール硬化剤、（Ｃ）潜在性硬化剤、（Ｄ）一般式
（２）で示されるシラン化合物、（Ｅ）有機ボレート塩
及び（Ｆ）無機フィラーからなり、成分（Ｇ）１００重
量部に対し、成分（Ｂ）が２０〜６０重量部、成分
（Ｃ）が０．５〜５重量部であり、かつ成分（Ｇ）、
（Ｂ）、（Ｃ）の合計１００重量部に対し、成分（Ｄ）
が１０〜６０重量部、成分（Ｅ）が０．５〜１０重量部
であることを特徴とする半導体用樹脂ペースト。
【請求項３】該エポキシ樹脂の一般式（１）で示され
る液状エポキシ樹脂とエポキシ基を有する反応性希釈剤
の重量比が８０：２０〜９５：５である請求項２記載の
半導体用樹脂ペースト。
【請求項４】請求項１又は請求項２記載の半導体用樹
脂ペーストを用いて製作された半導体装置。