JP2001106874A

JP2001106874A - 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: JP2001106874A
Application number: JP28638099A
Authority: JP
Inventors: Shingo Ito; 慎吾伊藤
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1999-10-07
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2001-04-17

Abstract

(57)【要約】【課題】ＩＣ製造において一般的なインライン方式
（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２種の組み合わせ、
液状フェノール樹脂、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
ー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一ストを使
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
着用樹脂ペーストを求められている。

【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一ストに用
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一ストの場
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、樹脂ぺ一スト内
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
液状エポキシ樹脂と一般式（２）で示される液状エポキ
シ樹脂の重量比が５：９５〜８０：２０である（Ａ）エ
ポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（３）で示される液状フェノ
ール樹脂、（Ｃ）潜在性硬化剤、（Ｄ）一般式（４）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３】

【化４】（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、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】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。（Ａ）エポキシ樹脂は、一般式（１）で示される液状エ
ポキシ樹脂と一般式（２）で示される液状エポキシ樹脂
の重量比が５：９５〜８０：２０であることが望まし
い。一般式（２）で示される液状エポキシ樹脂が９５を
越えると応力特性が低下し、２０未満では接着強度が低
下する。

【００１１】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。

【００１２】また、作業性を改良するためエポキシ樹脂
（Ａ）とエポキシ基を有する反応性希釈剤を混合しても
よい。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。

【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（Ｂ）は、アリルフェノール・
ホルムアルデヒド樹脂の反応からなる液状ノボラック型
フェノール樹脂で作業性の点から常温で液体のものが望
ましい。

【００１４】本発明においては他のフェノール樹脂を混
合して用いてもよい。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)、シク口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。フェノール硬化剤
（Ｂ）の配合量が、エポキシ樹脂（Ａ）に対し20重量部
未満であれば接着力が弱く実用的でないという問題があ
り、60重量部を越えると低応力性が著しく低下し、ブリ
ードアウトし易くなるという問題がある。

【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）の配合量はエポキシ樹脂（Ａ）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。

【００１７】本発明で用いられるシラン化合物（Ｄ）
は、一般式（４）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。

【００１８】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。

【００１９】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-
エポキシシク口へキシル)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、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。

【００２０】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（Ｄ）の配
合量はエポキシ樹脂（Ａ）、フェノール硬化剤（Ｂ）、
潜在性硬化剤（Ｃ）の総量に対し、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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】

【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。＜実施例１〜１０及び比較例１〜１０＞表１及び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ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ＢＰＦＥＰ）：粘度
5000mPa・s、エポキシ当量170 ・一般式（２）で示される液状エポキシ樹脂グリシジルアミン型エポキシ樹脂（ＧＡＥＰ）：粘度15
00mPa・s、エポキシ当量100

【００２７】・フェノール硬化剤（Ｂ）：液状アリル化
フェノールノボラック（ＬＰＮ）：粘度2000mPa・s、フェノール等量１４０・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３０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―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３０分間オー
ブン中で硬化した。硬化後マウント強度測定装置を用い
２５℃，２５０℃での熱時ダイシェア強度を測定した。・チップ反り：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秒間熱版上で硬化（ホットプ
レート硬化；ＨＰ硬化）、又はオーブンを使用して２０
０℃６０分間で硬化（オーブン硬化；ＯＶ硬化）した
後、チップの反りによるクラックを観察した。・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１〜１０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はグリシジルアミン型
エポキシ樹脂の添加量が多く、チップクラックが発生し
た。比較例２はグリシジルアミン型エポキシ樹脂の添加
量が少なく、接着強度が弱かった。比較例３は液状フェ
ノール樹脂の添加量が少なく、接着強度が弱かった。比
較例４は液状フェノール樹脂の添加量が多く、チップク
ラックが発生した。比較例５は潜在性硬化剤の量が少な
く、接着強度が弱かった。比較例６は潜在性硬化剤の量
が多く、チップクラックが発生した。比較例７はシラン
化合物の量が少なく、接着強度が弱かった。比較例８は
シラン化合物の量が多く、チップクラックが発生した。
比較例９は有機ボレート塩の量が少なく、接着強度が弱
かった。比較例１０は有機ボレート塩の量が多く、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。

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
脂と一般式（２）で示される液状エポキシ樹脂の重量比
が５：９５〜８０：２０である（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）一般式（３）で示される液状フェノール樹脂、
（Ｃ）潜在性硬化剤、（Ｄ）一般式（４）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１
００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】請求項１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。