JP2001081286A - 半導体用樹脂ペースト及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱時接着強度が高く、かつ応力緩和性に優れ
ているため、IC等の大型チップと銅フレームとの接着に
適しており、IC組立工程でのチップクラックやチップ歪
みによるIC等の特性不良を防止できる。 【解決手段】 エポキシ樹脂、フェノール硬化剤、潜在
性硬化剤、第３級アミンの塩である硬化促進剤及び無機
フィラーからなり、エポキシ樹脂が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からなる半導体用樹
脂ペーストであり、この樹脂ペーストを用いて作成した
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】エレクトロニクス業界の最近の著しい発
展により、トランジスター、IC、LSI、超LSIと進化して
きており、これら半導体素子に於ける回路の集積度が急
激に増大すると共に大量生産が可能となり、これらを用
いた半導体製品の普及に伴って、その量産に於ける作業
性の向上並びにコストダウンが重要な問題となってき
た。従来は半導体素子を金属フレームなどの導体にAu-S
i共晶法により接合し、次いでハーメチックシールによ
って封止して、半導体製品とするのが普通であった。し
かし量産時の作業性、コストの面より、樹脂封止法が開
発され、現在は一般化されている。これに伴い、マウン
ト工程に於けるAu-Si共晶法の改良としてハンダ材料や
樹脂ペースト即ちマウント用樹脂による方法が取り上げ
られるようになった。

【０００３】しかし、ハンダ法では信頼性が低いこと、
素子の電極の汚染を起こし易いこと等が欠点とされ、高
熱伝導性を要するパワートランジスター、パワーICの素
子に使用が限られている。これに対しマウント用樹脂は
ハンダ法に較べ、作業性に於いても信頼性等に於いても
優れており、その需要が急激に増大している。

【０００４】更に近年、IC等の集積度の高密度化によ
り、チップが大型化してきており、一方従来用いられて
きたリードフレームである42合金フレームが高価なこと
より、コストダウンの目的から銅フレームが用いられる
ようになってきた。ここでIC等のチップの大きさが約4
〜5mm角より大きくなると、IC等の組立工程での加熱に
より、マウント法としてAu-Si共晶法を用いると、チッ
プの熱膨張率と銅フレームの熱膨張率との差からチップ
のクラックや反りによる特性不良が問題となってきてい
る。

【０００５】即ちこれは、チップの材料であるシリコン
等の熱膨張率が3×10^-6/℃であるのに対し、42合金フレ
ームでは8×10^-6/℃であるが、銅フレームでは20×10^-6
/℃と大きくなる為である。これに対し、マウント法と
してマウント用樹脂を用いることが考えられるが、従来
のエポキシ樹脂系ペーストでは、熱硬化性樹脂で三次元
硬化する為、弾性率が高く、チップと銅フレームとの歪
を吸収するには至らなかった。

【０００６】また、硬化時に架橋密度を小さくするよう
なエポキシ樹脂、例えばエポキシモノマーを多量に含む
ものを使用すれば弾性率を低くできるが、接着強度が低
下するという欠点があった。更に通常のエポキシ樹脂は
粘度が高く、これに無機フィラーを配合すると粘度が高
くなりすぎ、ディスペンス時の糸ひきが発生し作業性が
悪くなる。作業性を改良するために多量の溶剤を添加す
るとボイドが発生するという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、熱時
接着強度を低下させないで、ＩＣ等の大型チップと銅フ
レーム等の組合せでもチップクラックや反りによるＩＣ
等の特性不良が起こらず、速硬化でかつボイドの発生の
ない樹脂ペーストを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱時接着強度
を低下させないで硬化物の低弾性率化を計ったもので、
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５０：５０〜９０：１
０である（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール硬化
剤、（Ｃ）潜在性硬化剤、（Ｄ）第３級アミン又はその
塩である硬化促進剤、（Ｅ）無機フィラーからなり、成
分（Ａ）１００重量部に対し、成分（Ｂ）が１０〜３０
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０．１〜１０重量部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
いて製作した半導体装置である。

【０００９】

【化１】

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明に用いるエポキシ樹脂
（Ａ）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５０：５０
〜９０：１０である液状のエポキシ樹脂である。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。

【００１２】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は５０：５
０〜９０：１０であることが好ましい。反応性希釈剤の
重量比が５０を越えると接着強度が弱く、１０未満では
樹脂ペーストとしたときに粘度が高くなり作業性が低下
する。

【００１３】本発明においては他のエポキシ樹脂を混合
して用いてもよい。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。

【００１４】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。

【００１５】フェノール硬化剤（Ｂ）の配合量は、エポ
キシ樹脂（Ａ）に対し１０〜３０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。

【００１６】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）の配合量は全エポキシ樹脂に対し、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
ので好ましくない。

【００１７】本発明に用いる硬化促進剤（Ｄ）は第３級
アミン又はその塩であり、ジメチルベンジルアミン、ト
リス(ジメチルアミノメチル)フェノール、脂環式超塩基
類、イミタゾール類の群より選ばれた少くとも１種の第
３級アミンとフェノール類又は塩基酸類との塩であるこ
とが望ましい。脂環式超塩基としては、例えばトリメチ
レンジアミン、1,8ージアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン
-7、ドデカヒドロ−1,4,7,9ｂテトラアザフェナレンな
どである。イミダゾール類としては、例えば、2-及び/
または4-の位置にメチル、エチル、プロピルまたはより
Ｃ₁₇までの長鎖のアルキル基、フェニル基などの置換基
を導入したものである。これらの第３級アミン類と塩を
形成するものとしては、フタル酸(o,m,p)、テトラヒド
ロフタル酸、エンドメチレンテトラヒドロフタル酸、ヘ
キサヒドロフタル酸、トリメリット酸、アジピン酸、コ
ハク酸、マレイン酸、イタコン酸などの塩基酸、または
レゾルシン、ピロガロール、ハイドロキノン、フェノー
ル、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノ
ールＳ、低分子ノボラックなどのフェノール類である。

【００１８】これらの硬化促進剤（Ｄ）は、エポキシ樹
脂（Ａ）、フェノール硬化剤（Ｂ）、潜在性硬化剤
（Ｃ）の総量に対して０．１〜１０重量部使用すること
が望ましい。これより少いと、促進硬化が不十分であ
り、これより多くても硬化がさほど促進されないのに保
存性が低下するおそれがあるので望ましくない。

【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。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。

【００２１】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、シランカ
ップリング剤、チタネートカップリング剤、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、真空下脱抱すること等がある。

【００２２】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、熱次接着強度
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。

【００２３】

【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。

【００２４】＜実施例１〜８及び比較例１〜１０＞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。

【００２５】 ＜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500mPa・s、エポキシ当量180 ・ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ＢＰＡ） ：粘度9000mPa・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5000mPa・s、エポキシ当量170

【００２６】 ・反応性希釈剤 ：フェニルグリシジルエーテル ・フェノール硬化剤（Ｂ） ：ビスフェノールＦ ・潜在性硬化剤（Ｃ）：ジシアンジアミド（ＤＤＡ） ・硬化促進剤（Ｄ）：１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７ （ＤＢＵ） ・ 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

【００２７】＜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分間オー
ブンで硬化した。硬化後マウント強度測定装置を用い２
５℃，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℃６０分間硬化した後、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。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】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）及びポットライフの長い優れた
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は反応性希釈剤の配合量が少な
く、粘度が著しく高くなり作業性が低下した。比較例５
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６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７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８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９は硬化促進剤の配合量が少なく、接着強度が著し
く低下した。比較例１０は硬化促進剤の配合量が多く、
ポットライフが著しく短くなった。

【００３１】

【発明の効果】本発明の半導体用樹脂ペーストは、熱時
接着強度が高く、かつ応力緩和性に優れているため、IC
等の大型チップと銅フレームとの接着に適しており、IC
組立工程でのチップクラックやチップ歪みによるIC等の
特性不良を防止できる。また、速硬化が可能でありボイ
ドの発生がない。このペーストを用いて製作した半導体
装置は信頼性が高く、生産性の高いものである。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J002 CC042 CC043 CC052 CC062 CD021 DA079 DJ019 EJ017 EJ037 EJ067 EL026 EN029 EN039 EN109 EQ028 ER028 EU039 EU119 EV077 FD019 FD142 FD147 FD148 FD153 FD159 GJ01 GQ00 HA08 4J036 AJ11 DA05 DA10 DB06 DC05 DC09 DC10 DC12 DC31 DC35 DC40 DC46 FA01 FA02 FA05 FB07 JA07 4M109 AA04 BA01 EA02 EB02 EB03 EB04 EB06 EB08 EB09 EB12 EB18 EC01 EC03 EC04 EC09 EC20 GA10

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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５０：
   ５０〜９０：１０である（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フ
   ェノール硬化剤、（Ｃ）潜在性硬化剤、（Ｄ）第３級ア
   ミン又はその塩である硬化促進剤及び（Ｅ）無機フィラ
   ーからなり、成分（Ａ）１００重量部に対し、成分
   （Ｂ）が１０〜３０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１
   ００重量部に対し、成分（Ｄ）が０．１〜１０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】
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体用樹脂ペーストを
   用いて製作した半導体装置。