JP2001226596A - 導電性樹脂ペースト及びこれを用いて製造された半導体装置 - Google Patents

導電性樹脂ペースト及びこれを用いて製造された半導体装置

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竜一 村山
Hikari Okubo
光 大久保
Kazuto Ounami
一登 濤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は導電性に優れ、更に熱放散性にも優
れる半田代替可能な導電性樹脂ペーストを提供するもの
である。 【解決手段】 (A)常温で液状である熱硬化性樹脂、
(B)X線回折におけるピークの半価幅が0.26以下であ
る銀粉を必須成分として、該成分中全銀含有率が68〜
94重量%である導電性樹脂ペーストであり、それを用
いて製造した半導体装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明はIC,LSI等の半
導体素子を金属フレーム等の基板に接着させる半導体素
子接着用樹脂ペーストに関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の組立における半導体素子を
金属フレームに接着させる工程、いわゆるダイボンディ
ング工程において用いられる半導体素子とリードフレー
ムの接合方式は、これまで金−シリコン共晶に始まり、
半田、樹脂ペーストと推移してきた。現在では主にI
C,LSIの組立においては樹脂ペーストを、トランジ
スタ、ダイオードなどのディスクリートにおいては半田
を使用している。
【0003】IC、LSI等の半導体装置においては半
導体素子の面積が大きいことから半田に比べてより低応
力性が高い樹脂ペーストを使用する方法が行われてい
る。この樹脂ペーストはエポキシ樹脂中にフレーク状の
銀粉が分散されており、導電性を有している導電性樹脂
ペーストが使われてきた。しかし近年の半導体装置にお
いて半導体素子と金属フレームの間の導電性に関する要
求は低くなってきており、銀粉を使用しないでシリカな
どを使用した絶縁性の樹脂ペーストも使用されてきてい
る。なぜならば近年の半導体装置では半導体素子や半導
体装置のデザインの進歩に伴い、アースを取るために半
導体素子の裏面から金属フレームに電気を流す構造が必
ずしも必要とされていないためである。また導電性樹脂
ペーストを通して導通させるICにおいても電流が2〜3
mA程度の微弱な電流である。この程度の電流では樹脂
中に金属粉が分散している従来の導電性樹脂ペーストで
も充分に対応が可能である。
【0004】一方半田を主に使用しているダイオード、
トランジスタ等のディスクリートではその製品の構造上
半導体素子と金属フレームの間に導通する必要がある。
しかも流れる電流はICにくらべ非常に高く数A以上の
ものもあるため電流により熱を生じるために、半導体素
子の熱を逃がすために熱伝導性が高いことも要求され
る。半田は樹脂ペーストにくらべ、導電性、熱伝導性に
優れるためにディスクリートの分野で使用されてきた。
【0005】ところが近年の環境問題から各半導体メー
カーは半田に使用している鉛を使わない方向に動いてお
り、更に半田を使用する際には必要なフラックスの洗浄
工程を減らしたり、半田による接合が必要な半導体素子
裏面の金、ニッケル等の金属蒸着を施す必要がないため
コスト削減の意味からディスクリートの分野においても
IC,LSIに使用している導電性樹脂ペーストを使用
しようと言う動きがある。しかしIC等に比べ大電流が
流れるディスクリートにおいては従来の導電性樹脂ペー
ストでは満足する導電性を得ることができなかった。こ
の点に関しては金属皮膜を施したフィラー(例えばポリ
マー、カーボン、シリカ、ガラスビーズ、その他無機フ
ィラー)を配合することにより、大電流が流れる半導体
製品においても満足な導電性を得ることは可能であっ
た。
【0006】しかし大電流を流す半導体製品ではこの電
流により、半導体素子が多量に発生させた熱により導電
性樹脂ペーストの温度が高くなる現象が認められてい
る。その場合熱により導電性樹脂ペーストの抵抗が大き
くなり、半導体製品としての性能を低下させるという結
果を招いている。従ってこの様な導電性には優れるが、
熱放散性に劣る導電性樹脂ペーストを使用する場合には
充分な冷却機構を持った半導体製品でなければならなか
ったが、コストアップにつながり実用的ではなかった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は導電性に優
れ、更に熱放散性にも優れる半田代替可能な導電性樹脂
ペーストを提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は常温で液状であ
る熱硬化性樹脂、X線源に銅、フィルターにニッケルを
用いたX線回折測定での(1,1,1)の面指数を持つ結晶面
におけるピークの半価幅が0.26以下である銀粉を必
須成分として、該成分中全銀含有率が68〜94重量%
である導電性樹脂ペーストであり、上記の導電性樹脂ペ
ーストを用いて製造された半導体装置である。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明で用いる銀粉はX線回折に
よる結晶子の測定において得られるピークの半価幅が
0.26以下である。一般的に知られているようにX線
回折結晶構造、特に結晶子を測定することが可能であ
る。理想的な結晶構造の場合、原子間距離が揃っている
事からX線回折測定より得られるピークは非常にシャー
プでありピークの半価幅は小さくなる。逆に半価幅が大
きい場合は原子間距離が一様ではなく、結晶性が乏し
く、その物質内部では原子レベルの欠損や亀裂の存在が
あることを示している。つまりピークの半価幅は結晶性
の高さを見る一つの尺度と言える。
【0010】本発明で半価幅を調査するX線回折には一
般的に使用されている銅を線源として用いた。またその
時にX線を単色化するためにニッケルフィルターを用い
た。今回ピークに用いる銀の結晶面には(1、1、1)面
を用いた。銀の結晶系は立方晶系のため、結晶面指数は
(1、1、1)、(2、0、0)、(2、2、0)があるがこ
の中で回折時のピーク強度が大きいものが、(1、1、
1)の面指数を持つ結晶面であるために、今回の測定に
はこの面でのピークを用いた。
【0011】本発明で用いる銀粉においては熱を伝導す
るのは銀中の電子であり、結晶性が高いと言うことは原
子が密の状態で存在していることであり、電子も密の状
態で存在していていることである。熱の伝達を行う電子
が密になっていると言うことは熱伝達性が良いと言うこ
とになる。一方結晶性が低い、つまり内部に原子レベル
での欠損や亀裂が存在することにより密の状態になって
いない場合には電子による熱の伝達の効率が悪いため、
熱伝導性が低下する。X線源にCuを用いたX線可回折
においてAg結晶面(1、1、1)における様々な銀粉
の半価幅と熱伝導性の関係を調査した結果、半価幅が
0.26より大きい銀粉は熱伝導性が低く、0.26以
下の銀粉では熱伝導性が高いことが判明した。従って本
発明の様な高い熱伝導性を有する導電性樹脂ペーストを
得るためには0.26以下の半価幅である銀粉を使用す
るのが望ましいことを見いだした。
【0012】本発明で用いる銀粉は最大粒径が30μm
以下が望ましい。それより大きいと塗布時にニードル詰
まりをおこし、塗布作業性が著しく低下するためであ
る。また本発明で全銀含有率を65〜94重量%とした
のは65重量%より少ないと充分な導電性を得ることは
できない。また94重量%を越えると導電性は優れるも
のの粘度が高くなり、塗布作業性が著しく低下するため
である。
【0013】本発明の導電性樹脂ペーストに用いる樹脂
は、常温で液状の熱硬化性樹脂であることが望ましい。
熱硬化性樹脂としてエポキシ、アクリレート、シアネー
トエステル、ポリイミド、ビスマレイミド、フェノール
樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂が上げられる。
【0014】本発明の様な導電性樹脂ペーストを用いて
製造する半導体装置はその製造工程内に半導体素子とリ
ードフレームを金線でつなぐワイヤーボンディングと言
う工程があるが、この工程において150〜250℃の
温度をかける。もし使用する樹脂が熱可塑樹脂であった
らこの温度により溶融し、素子が外れてしまう可能性が
あるため、熱硬化性樹脂を使用する。その種類は先に述
べたように多種の樹脂が上市されており、硬化方法、硬
化温度等の用途により使い分けられ、特に限定しない。
【0015】ここで用いる熱硬化樹脂は常温において液
状であることが望ましい。その理由として本発明の様な
導電性樹脂ペーストは液状成分の中に銀粉を充填してい
くことから、常温において液状で樹脂の粘度が低いもの
が好ましく、樹脂の粘度が高いと樹脂ペースト自体の粘
度が高くなるために塗布作業性を低下してしまう。また
常温で固形の樹脂ではそのままでは銀粉を充填すること
ができないために有機溶剤を使用する。この有機溶剤は
揮発性が高いことから硬化時に急激に揮発し、それがボ
イドとなりペースト硬化物の熱伝導性を低下させるため
固形の樹脂は望ましくない。ただし液状に容易に溶解
し、塗布作業性に影響のない粘度であれば液状樹脂との
併用は特に限定しない。更に一度に使用する液状樹脂は
必要であれば同時に数種類を使用しても構わない。
【0016】更に本発明の樹脂組成物には必要に応じて
硬化促進剤、顔料、消泡剤などの添加剤を用いることが
できる。本発明の製造方法は例えば各成分を予備混練し
た後、三本ロールを用いて混練し、ペーストを得て真空
下脱泡することなどがある。本発明の導電性樹脂ペース
トを用いて製造された半導体装置は、信頼性が高い半導
体装置である。半導体装置の製造方法は従来の公知の方
法を用いることができる。
【0017】
【実施例】以下に本発明を実施例で具体的に説明する。 <実施例1〜10>エポキシ樹脂A(ビスフェノールF
型エポキシ樹脂/t−ブチルフェニルグリシジルエーテ
ル/フェノールノボラック/DBU=100/90/30/0.
2)、エポキシ樹脂B(芳香族アミン型液状エポキシ樹
脂/t−ブチルフェニルグリシジルエーテル/フェノー
ルノボラック/DBU=100/90/30/0.2)、エポキシ樹
脂C(軟化点80℃固形オルソクレゾールノボラック型
エポキシ樹脂/t−ブチルフェニルグリシジルエーテル
/フェノールノボラック/DBU=100/90/30/0.2)、
アクリレート樹脂(ポリブタジエン/ラウリル酸アクリ
ルエステル/過酸化物=100/70/3)、シアネー
ト樹脂(テトラメチルビスフェノールF型シアネートエ
ステル/ノニルフェノール/コバルト−アセトキシアセ
トネート=100/2/2)、シリコーン樹脂(ビニル
型シリコーン樹脂/白金触媒=100/0.5)と銀粉
D(半価幅=0.15)、銀粉E(半価幅=0.2
1)、銀粉F(半価幅=0.25)を表1に示す割合で
配合し、3本ロールで混練して導電性樹脂ペーストを得
た。この導電性樹脂ペーストを真空チャンバーにて2m
mHgで30分脱泡後、以下に示す方法により各種性能
を評価した。評価結果を表1に示す。
【0018】<評価方法> ・粘度:E型粘度計(3°コーン)を用い、25℃、
2.5rpmでの測定値。 ・3日後粘度:25℃恒温糟に3日放置した後E型粘度
計を用い、25℃、2.5rpmでの測定値。 ・チキソ比:E型粘度計を用い、25℃での0.5rp
mの測定値と2.5rpmの測定値の比率 ・体積抵抗率:スライドガラス上にペーストを幅4m
m、厚み30μmに塗布し、150℃オーブン中で60
分間硬化した後の硬化物の体積抵抗率を測定した。
【0019】・250℃熱時接着強度:2mm角のシリ
コンチップをペーストを用いて銀メッキした銅フレーム
およびニッケルパラジウム(Ni−Pdと略する)メッキした
銅フレームにマウントし150℃オーブン中で60分間
硬化した。硬化後、プッシュプルゲージを用い250℃
での熱時ダイシェア強度を測定した。・ボイド:6X6
mmのガラスチップをペーストを用いて金属フレームに
マウントし硬化後、目視で確認した。 ・糸引き性:自動ディスペンサーで塗布した時のペース
トの糸引き具合を目視で観察した。 ・総合評価:粘度、体積抵抗率、糸引き性、接着強度、
ボイドおよびブリードの全てを良好なものを○、1つで
も不満足なものを×とした。
【0020】<比較例1〜8>表2に示す配合割合で実
施例と全く同様にして導電性樹脂ペーストを作製した。 比較例1;銀粉の配合量が68重量%を下回った場合、
導電性が低い。 比較例2、3、4;半価幅が0.32の銀粉を使用し、
実施例1,2,3と同等の組成にしても 熱伝
導性は低い。 比較例5;銀配合量が94重量%を越えると粘度が高く
なりすぎ塗布作業性が悪化する。比較例6、7;熱硬化
性樹脂にかわり、熱可塑性樹脂を使用したが熱時の接着
強度が著 しく低下した。 比較例8;有機溶剤を配合した場合、硬化後に著しいボ
イドの発生が確認され熱伝導性 が低下
した。 評価結果を表2に示す。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【発明の効果】本発明の導電性樹脂ペーストは塗布作業
時に糸引きが少なく、更にナトリウム、塩素などのイオ
ン性不純物が少なく、接着性が高く、IC、LSI等の
半導体素子の接着に用いることができる。
フロントページの続き Fターム(参考) 4J002 BG041 BG091 CC021 CD041 CD042 CM041 CP141 DA076 FD116 GQ02 HA02 5F047 AA11 BA33 BA53 5G301 DA03 DA42 DA57 DD03

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)常温で液状である熱硬化性樹脂、
    (B)X線源に銅、フィルターにニッケルを用いたX線
    回折測定での(1,1,1)の面指数を持つ結晶面におけるピ
    ークの半価幅が0.26以下である銀粉を必須成分とし
    て、該成分中全銀含有率が68〜94重量%であること
    を特徴とする導電性樹脂ペースト。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の導電性樹脂ペーストを用
    いて製造された半導体装置。
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