JP2001076534A - 導電性ペースト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐紫外線性、耐候性に優れており、屋外使用
や光半導体素子周辺でのデバイスの接合信頼性の高い導
電性ペーストを提供する。 【解決手段】 有機バインダー、溶剤又は／及びモノマ
ー、並びに導電性粉末からなるとともに、該導電性粉末
として銀系粉末を含む導電性ペーストにおいて、分子内
にベンゾトリアゾール骨格を１個以上含み、かつ官能基
としてメタクリロイル基又はヒドロキシエチル基をもつ
化合物、例えば次式の化合物を、 樹脂固形分に対し０．１〜１０％含有させた導電性ペー
ストである。また、上記化合物を、これら官能基と反応
するモノマー、例えばメタクリル酸メチルとあらかじめ
共重合させて含有させること、導電性粉末の一部とし
て、酸化チタン粉末を該導電性粉末全体に対し５〜２０
重量％含有させることも有効である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に化合物半導体
チップをマウントする半導体装置のアッセンブリーや各
種部品類の接着等に使用するもので、耐紫外線、耐候性
に優れた導電性ペーストに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に導電性ペーストは、エポキシ樹脂
等の熱硬化性樹脂結合剤（バインダー）と導電性粉末と
から構成され、各種電子部品の接着、コーティング、印
刷による回路形成等に適用されている。熱硬化性樹脂で
ある結合剤は、硬化剤により熱硬化して有機溶剤に不溶
となり、また、耐熱性、耐湿性、耐候性等が付与され
る。

【０００３】また、半導体装置において、金属薄板（リ
ードフレーム）上の所定部分にＬＥＤ、ＩＣ、ＬＳＩ等
の化合物半導体チップを接続する工程は、素子の長期信
頼性に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、導電性ペースト（接着剤）を使用す
る方法等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし半田を使用する
方法は、一部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。一方、樹脂を結合剤とする導電性ペー
ストの場合は、通常銀粉末を配合したエポキシ樹脂が用
いられ、約１５年程前から一部実用化されてきた。しか
し、信頼性の面でシリコンチップにおけるＡｕ−Ｓｉ共
晶合金を生成させる共晶法に比較して満足すべきものが
得られなかった。

【０００５】これら樹脂ペーストを使用する場合は、半
田法に比べて耐熱性に優れる等の長所を有するが、その
反面、樹脂やその硬化剤が半導体素子接着用としてつく
られたものでないため、アルミニウム電極の腐食を促進
し断線不良の原因となる場合が多く、素子の信頼性はＡ
ｕ−Ｓｉ共晶法に劣っていた。

【０００６】さらに近年の電子機器の軽薄短小化に伴
い、これらは屋外に設置されて使用されることが多くな
り、これに伴い電子機器に使用される導電性ペースト材
料にも耐候性が強く求められるようになった。加えて発
光波長４５０〜５００ｎｍ付近の光半導体素子が開発さ
れたことにより、このアッセンブリ工程や光半導体素子
周辺で使用される導電性ペーストには、従来以上に耐紫
外線性が強く要求されるようになった。

【０００７】しかし、従来の導電性ペーストは、そのほ
とんどが通常のエポキシ樹脂をベースとしているため、
耐候性には劣っていた。耐候性を改善するため、脂環式
エポキシ樹脂や水添型エポキシ樹脂を用いることもある
が、これらはアミンやフェノール系硬化剤との反応性が
劣るので、酸無水物系硬化剤を使用することになる。こ
の場合、一液型の配合ではポットライフが短くなり、作
業性の点で問題があった。加えて脂環式エポキシ樹脂硬
化物は脆いものが多く、接着面積の小さな半導体チップ
では十分な接着強度が出にくく、かつクラックの発生も
懸念された。

【０００８】また、エポキシ樹脂より耐候性に優れてい
るアクリルやポリウレタン系樹脂では、逆に耐熱性が低
いため、アッセンブリ工程や実装工程中の熱履歴による
チップ剥離が問題となる可能性が高かった。従って、物
理的、電気的な接合信頼性の向上を目指して、耐紫外線
性、耐候性の強い導電性ペーストの開発が強く要望され
ていた。

【０００９】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、従来の導電性ペーストの性能を低下することな
く、耐紫外線性、耐候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。

【００１０】

【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、後述する組成の
ペーストを用いることにとって、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。

【００１１】即ち、本発明は、少なくとも有機バインダ
ー、溶剤又は／及びモノマー、並びに導電性粉末からな
るとともに、該導電性粉末の一部として銀系粉末を含む
導電性ペーストにおいて、分子内にベンゾトリアゾール
骨格を１個以上含み、かつ官能基としてメタクリロイル
基又はヒドロキシエチル基をもつ化合物を、樹脂固形分
に対し０．１〜１０％の割合に含有させることを特徴と
する導電性ペーストである。また、上記した分子内にベ
ンゾトリアゾール骨格を１個以上含み、かつ官能基とし
てメタクリロイル基又はヒドロキシエチル基をもつ化合
物を、これら官能基と反応するモノマーとあらかじめ共
重合させて含有させるという導電性ペーストであり、さ
らにまた、導電性粉末の一部として、酸化チタン粉末を
該導電性粉末全体に対し５〜２０重量％の割合に含有さ
せるという導電性ペーストである。

【００１２】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１３】本発明に用いる有機バインダーとしては、
特に種類に制限はなく、また熱硬化系でも熱可塑系でも
よく、従来より知られているエポキシ系、フェノール
系、メラミン系、セルロース系、アクリル系、ポリイミ
ド系およびこれらの混合変性樹脂系などが用いられる。
変性樹脂は単に溶解混合してもよいし、加熱反応により
部分的に結合させたものでもよい。また反応に必要であ
れば硬化触媒を使用することもできる。

【００１４】耐熱性の低い有機バインダーでは、高温高
湿条件下、例えば、１２１℃，２気圧でのプレッシャー
クッカーテストのような条件下では導電性ペースト硬化
皮膜が劣化する。それ故、このような厳しい条件下での
信頼性を要求される場合には、耐熱性の高いバインダー
を選ぶ必要がある。例えば、ポリイミド変性樹脂や平均
エポキシ基数３以上のノボラックエポキシ樹脂をフェノ
ール樹脂で硬化させる系などが挙げられる。

【００１５】また、ペースト硬化物の耐候性を向上させ
るため、耐候性に強い有機バインダーとして、脂環式エ
ポキシ樹脂、水添型エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、ポ
リウレタン系樹脂などを単独もしくは前述した樹脂等の
２種類以上と混合変性して使用すると、なお一層好まし
い。この場合は、要求される特性に応じて、硬化物の耐
熱性、耐湿性を調整する必要がある。

【００１６】これらの樹脂はペースト製造前に、あらか
じめ溶剤やモノマーで溶解混合させておくことが望まし
い。ここで用いる溶剤としては、これらの樹脂を溶解す
ることができるものであり、例えば、ジオキサン、ヘキ
サン、トルエン、メチルセロソルブ、シクロヘキサン、
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。また、モノマーとして
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。ま
た、溶剤とモノマーとを混合して使用することもでき
る。溶剤を使用する場合、硬化温度や硬化時間等の条件
に合わせ、沸点をよく検討して溶剤を選択する必要があ
る。

【００１７】本発明に用いる導電性粉末としては、例え
ば銀粉末、表面に銀層を有する粉末、銅粉末、ニッケル
粉末、カーボン等が挙げられ、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。導電性粉末の配合割
合は、特に制限されるものではないが電気特性を重視す
る場合には、導電性粉末／（変性樹脂の固形分＋導電性
粉末）の割合が７０〜９５重量％の範囲であることが望
ましい。

【００１８】本発明に用いるベンゾトリアゾール骨格を
含む化合物は、紫外線吸収剤として作用する。従来から
使用されている低分子の紫外線吸収剤では、樹脂との相
溶性が悪いため、ブリードにより添加部数が減少してし
まったり、加熱加工時の蒸散によるロス、紫外線吸収剤
の低い溶解性に起因する添加部数の制限、温水・酸・ア
ルカリ・アルコール・油への溶出などの問題から、本来
もっている紫外線吸収剤の特性を十分発揮することがで
きなかった。

【００１９】そこで、このような問題を解決し紫外線吸
収効果を高めるためには、従来の低分子タイプより、反
応型の高分子タイプの紫外線吸収剤を使用することが好
ましい。具体的には、ベンゾトリアゾールを骨格に、官
能基としてメタクリロイル基を導入した、次式に示す２
−（２´−ヒドロキシ−５´メタアクリロキシエチルフ
ェニル）−２Ｈ−ベンゾトリアゾール（大塚化学（株）
社製、商品名）や、

【化１】 官能基にヒドロキシエチル基を導入した、次式に示す化
合物（大塚化学（株）社製、商品名）

【化２】 が挙げられる。

【００２０】さらに高分子タイプの紫外線吸収剤は、そ
のまま配合してもよいが、その官能基がベース樹脂との
反応性に乏しい場合には、あらかじめ官能基と反応する
モノマーで共重合ポリマーをつくり、それを配合しても
同様の効果が得られる。

【００２１】その配合割合は、樹脂固形分に対して０．
１〜１０重量部であることが望ましい。配合量が０．１
重量部未満では、紫外線による樹脂の劣化を抑える効果
がなくなる。また、１０重量部を超えると、ペーストの
硬化物特性が低下するため、信頼性に欠け好ましくな
い。

【００２２】本発明に用いる酸化チタン粉末は、平均粒
径５μｍ以下が望ましい。５μｍを超えるとペースト性
状や作業性が悪くなり硬化物の塗膜表面も粗くなる。そ
の配合量範囲は、導電性ペースト中の全導電性粉末に対
して５〜２０重量％であり、特に好ましくは１０〜１５
重量％である。酸化チタン粉末の配合量が５重量％未満
では、紫外線防止効果が低下し、また２０重量％を超え
ると、硬化物塗膜が脆く弱くなるとともに、基材への密
着性、導電性が低下し、塗料や接着剤としての性能に欠
けるようになる。また、酸化チタンは一般に顔料として
使用される結晶形としてルチル型とアナターゼ型がある
が、耐紫外線性を向上させるためには、紫外線吸収量の
多いルチル型を用いる方が好ましい。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。

【００２３】本発明の導電性ペーストは、上述した変性
樹脂、溶剤モノマー又はこれらの混合物、および導電性
粉末を必須成分とするが、本発明の目的に反しない限
り、また必要に応じて、硬化触媒、消泡剤、カップリン
グ剤、その他の添加剤を配合することができる。この導
電性ペーストは、常法に従い上述した各成分を十分混合
した後、更に例えばディスパース、ニーダー、三本ロー
ルミル等による混練処理を行い、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、各種半導体素子・電子部品の接着、コーティング等
に使用することができる。

【００２４】

【作用】本発明の導電性ペーストは、ベンゾトリアゾー
ル系紫外線吸収剤に官能基として末端アクリル基やヒド
ロキシエチル基をもたせることにより、紫外線吸収剤と
ベース樹脂とを反応させたり、あるいは末端アクリル基
をメタクリル酸メチル系やスチレン系モノマーであらか
じめ共重合させた高分子量体として添加することで、従
来の紫外線吸収剤の欠点である樹脂との分散性、ブリー
ドアウト、硬化時の熱によるロスなどを解決し、紫外線
防止効果を高めたことで目的を達成したものである。加
えて、紫外線吸収効果のある酸化チタン粉末を併用する
ことによって、紫外線吸収効果はさらに高めることが可
能である。

【００２５】この手法により、ベースとなる樹脂の耐候
性を考慮しなくても、耐候性、耐紫外線性に優れた導電
性ペーストを得ることができる。

【００２６】

【発明の実施形態】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。

【００２７】実施例１ クレゾールノボラック型エポキシ樹脂のＥＯＣＮ１０３
Ｓ（大日本インキ化学工業社製、商品名）８０部、ビス
フェノールＡ型エポキシ樹脂のエピコート＃１００７
（油化シェルエポキシ社製、商品名）２０部に対し、硬
化剤としてフェノール樹脂ＢＲＧ５５８（昭和高分子社
製、商品名）４０部を、ジエチレングリコールジエチル
エーテル１４０部中で８５℃，１時間溶解反応を行い、
粘稠な樹脂を得た。この樹脂２８部に、硬化触媒として
イミダゾールの２−エチル−４−メチルイミダゾール
０．２部、添加剤０．８部、平均粒径４μｍのリン片状
銀粉６２部、平均粒径１μｍのルチル型酸化チタン粉末
７部および前述の化２の化合物１部を混合し、さらに三
本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡して導電性ペース
トを製造した。

【００２８】実施例２ エポキシ樹脂のＹＬ９８３Ｕ（油化シェルエポキシ社
製、商品名）５．５部、脂環式エポキシ樹脂のセロキサ
イドの２０２１（ダイセル化学工業社製、商品名）７
部、同樹脂のＧＴ３０２（ダイセル化学工業社製、商品
名）２部、エポキシ樹脂希釈剤のＰＧ２０７Ｓ（日本化
薬社製、商品名）３．５部、カチオン系触媒のＳＩ−８
０Ｌ（三新化学社製、商品名）０．３部、添加剤０．７
部、平均粒径４μｍのリン片状銀粉７０部、平均粒径１
μｍのルチル型酸化チタン粉末８部および次式に示す化
３の共重合体３部を混合し、さらに三本ロールで混練処
理を行い、減圧脱泡して導電性ペーストを製造した。化
３の共重合体は、前述の化２の化合物７０部とメタクリ
ル酸メチル３０部の共重合体である。

【００２９】

【化３】 （但し、式中、ｍ、ｎは１以上の整数を表す） 比較例 実施例１の配合において、ルチル型酸化チタン粉末と化
２の化合物を配合せずに他はすべて実施例１と同様にし
て導電性ペーストを製造した。

【００３０】実施例１〜２および比較例で得た導電性ペ
ーストについて、リードフレーム（銅系）と２×２ｍｍ
のシリコンチップとの接着強度（常温，熱時）、体積抵
抗率を、耐候性加速試験の前後で評価した。その結果を
表１に示したが、いずれも本発明が優れており、本発明
の顕著な効果が認られた。

【００３１】

【表１】 ＊１：２ｍｍ×２ｍｍチップ（高さ３００μｍ）を、リ
ードフレーム（銅系、ベッド面は銀メッキ）上に、導電
性ペーストを用いて接着し、１５０℃×１ｈの温度で硬
化した。硬化後、テンションゲージを用いて剪断方向の
接着強度を測定した。熱時接着強度は２５０℃のヒート
ブロック上で測定した。

【００３２】＊２：サンシャインウエザオメーターを使
用して加速した。

【００３３】＊３：ガラス板の上に導電性ペーストを５
ｍｍ×５０ｍｍのサイズにスキージ塗布し、所定の（１
５０℃×１ｈの温度）硬化条件で硬化させた。硬化後、
ペースト塗膜両端間の抵抗値と塗膜厚を測定し、体積抵
抗率に換算した。

【００３４】

【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は、耐紫外線性、耐候性に
優れており、この導電性ペーストを使用することによっ
て屋外使用や光半導体素子周辺でのデバイスの物理的、
電気的な接合信頼性の向上に対応でき、工業上大変有益
なものである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも有機バインダー、溶剤又は／
   及びモノマー、並びに導電性粉末からなるとともに、該
   導電性粉末の一部として銀系粉末を含む導電性ペースト
   において、分子内にベンゾトリアゾール骨格を１個以上
   含み、かつ官能基としてメタクリロイル基又はヒドロキ
   シエチル基をもつ化合物を、樹脂固形分に対し０．１〜
   １０％の割合に含有させることを特徴とする導電性ペー
   スト。
2. 【請求項２】 分子内にベンゾトリアゾール骨格を１個
   以上含み、かつ官能基としてメタクリロイル基又はヒド
   ロキシエチル基をもつ化合物を、上記官能基と反応する
   モノマーとあらかじめ共重合させて含有させる請求項１
   記載の導電性ペースト。
3. 【請求項３】 導電性粉末の一部として、酸化チタン粉
   末を該導電性粉末全体に対し５〜２０重量％の割合に含
   有させる請求項１又は２記載の導電性ペースト。