JP2002037864A - 半導体素子用樹脂ペースト及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インライン硬化方式及びバッチ方式の両方式
で硬化が可能で、充分な接着力、低応力性、ボイド発生
が少なく可使時間が長い特性を有する半導体素子用樹脂
ペーストを提供すること。 【解決手段】 液状のビスフェノールＦ型エポキシ樹
脂、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル
樹脂及びジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、ジ
シアンジアミド、γ−グリシドキシプロピルトリメトキ
シシラン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニ
ルボレート、溶剤及び無機フィラーからなる半導体素子
用樹脂ペースト。

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及び
半導体装置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エ程において、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
ウントした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。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い、生産
性の向上が図れるインライン方式が採用され、今後、更
に増加する傾向にある。一方、このインライン方式（ホ
ットプレート硬化）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（オーブン硬化）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用樹脂ぺ一ストを使い分け
ることは生産、在庫管理や作業が煩雑となることから、
どちらの方式でも硬化が可能な半導体素子用樹脂ペース
トが求められている。

【０００３】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１５〜１
２０秒とする必要がある。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という欠点がある。従っ
て、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（ボイ
ド）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が短くなる、
硬化後に半導体素子の反りが大きくなり、場合によって
は半導体素子にクラックが発生するといった間題もあっ
た。これらの課題を解決する樹脂ペーストが検討されて
きたが（例えば特公平０３−２１５５８３号公報、特開
平０４−２１８５２４号公報）、問題を全て満足するま
でには至っていなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、半導体装置
の製造における一般的なインライン硬化方式、バッチ方
式の両方式で硬化が可能で、充分な接着力、低応力性を
有し、硬化時にボイドの発生が少なく、可使時間の長い
半導体素子用樹脂ペースト及び半導体装置を提供するも
のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、（Ａ）一般式
（１）で示される液状エポキシ樹脂（Ｂ）フェノールノ
ボラック樹脂（Ｂ１）、一般式（２）で示されるフェノ
ール樹脂（Ｂ２）及び一般式（３）で示されるフェノー
ル樹脂（Ｂ３）からなり、かつ重量割合が［（Ｂ１）／
（Ｂ２）／（Ｂ３）］＝［（１５〜３０）／（６０〜８
０）／（５〜１５）］であるフェノール樹脂、（Ｃ）ジ
シアンジアミド、（Ｄ）γ−グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン、（Ｅ）テトラ置換ホスホニウム・テト
ラ置換ボレート塩、（Ｆ）溶剤、及び（Ｇ）無機フィラ
ーを必須成分とし、成分（Ａ）１００重量部に対し、成
分（Ｂ）が３０〜５０重量部、成分（Ｃ）が０．５〜５
重量部、成分（Ｄ）が５０〜７５重量部、成分（Ｅ）が
２〜１０重量部であることを特徴とする半導体素子用樹
脂ペースト及び該樹脂ペーストを用いて製作されたこと
を特徴とする半導体装置である。

【化４】 （式中、Ｒ１は水素原子、又はメチル基で、同一でも異
なっていてもよい。ｎ≧０）

【０００６】

【化５】 （ｎ≧１）

【０００７】

【化６】 （ｎ≧１）

【０００８】本発明に用いられる一般式（１）で示され
る液状エポキシ樹脂（Ａ）は、置換基、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、配合時の作業性及び得られる樹脂ペーストの粘度の
点から好ましい。一般式（１）で示される液状エポキシ
樹脂（Ａ）の作業性及び配合後の製品粘度等の特性を損
なわない範囲で、他のエポキシ樹脂と併用しもよい。併
用できるエポキシ樹脂としては，例えばフェノールノボ
ラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂等のノボラック
型樹脂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等
が挙げられ、これらは単独でも混合して用いてもよい。

【０００９】本発明に用いられるフェノールノボラック
樹脂（Ｂ１）、一般式（２）で示されるフェノール樹脂
（Ｂ２）及び一般式（３）で示されるフェノール樹脂
（Ｂ３）は、いずれもエポキシ樹脂の硬化剤ととして作
用するものである。フェノールノボラック樹脂（Ｂ１）
は、フェノール性水酸基間の距離が短いため架橋密度が
高く、硬化性に優れているという特徴があり、接着性と
硬化性に優れるが、架橋密度が高いために低応力性には
劣るという欠点がある。一般式（２）で示されるフェノ
ール樹脂（Ｂ２）は、架橋密度が低くなるため低応力性
に優れているが、熱時の接着強度がフェノールノボラッ
ク樹脂に比べて低下する。一般式（３）で示されるフェ
ノール樹脂（Ｂ３）は、反応が遅いためインライン硬化
での硬化性は劣るが、硬化後の樹脂ペーストの気泡（ボ
イド）が少ないという特徴がある。

【００１０】前記した３種類のフェノール樹脂の重量割
合［（Ｂ１）／（Ｂ２）／（Ｂ３）］を［（１５〜３
０）／（６０〜８０）／（５〜１５）］とすることによ
り、各々の樹脂の特徴が生かされ、ボイドの発生が少な
く、硬化性、接着性、低応力性のバランスが得られる。
フェノール樹脂（Ｂ）の配合量は、エポキシ樹脂（Ａ）
１００重量部に対し、３０〜５０重量部が接着性、低応
力性の点から好ましく、この範囲を外れると接着性、低
応力性のバランスがくずれ好ましくない。

【００１１】本発明に用いられる潜在性硬化剤であるジ
シアンジアミド（Ｃ）は、エポキシ樹脂の硬化剤として
作用するものである。ジシアンジアミドを用いるとフェ
ノール樹脂単独で硬化した場合に比べて、著しく熱時接
着強度が高くなる。又ジシアンジアミドはフェノール樹
脂よりも当量が小さいため、製品粘度が比較的低く押さ
えられ、又潜在性であるため保存性にも優れた樹脂ペー
ストを得ることができる。ジシアンジアミド（Ｃ）の配
合量は、エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対し０．５
〜５重量部が好ましい。０．５重量部未満だと熱時接着
強度が低く、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。

【００１２】本発明に用いられるγ−グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシラン（Ｄ）は、接着性を付与する他
に、希釈剤としても作用するものである。γ−グリシド
キシプロピルトリメトキシシラン中のエポキシ基を含む
脂肪族官能基は、樹脂ペーストがエポキシ樹脂を含んで
いるために、相溶性や樹脂ペーストの保存性に悪影響は
及ぼさないが、例えばビニル基、アミノ基、メルカプト
基等のエポキシ基以外の官能基では相溶性や樹脂ペース
トの保存性に悪影響を及ぼす。γ−グリシドキシプロピ
ルトリメトキシシランは、メトキシ基を分子内に３個有
しているので、硬化後に充分な接着力が得られるが、メ
トキシ基が２個以下では充分な接着力が得られず好まし
くない。又メトキシ基以外では反応性に劣り、インライ
ン硬化での接着強度が低下するため好ましくない。γ−
グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（Ｄ）の配合
量は、エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対し５０〜７
５重量部とするのが好ましい。５０重量部未満だと充分
な接着強度が得られず、７５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。

【００１３】本発明に用いられるテトラ置換ホスホニウ
ム・テトラ置換ボレート塩（Ｅ）は、硬化促進剤として
作用するものである。テトラ置換ホスホニウムとの塩に
しないものを硬化促進剤に用いると樹脂ペーストの保存
性が極めて悪く実用性がない。テトラ置換ホスホニウム
・テトラ置換ボレート塩を用いた場合は、樹脂ペースト
の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。テトラ置換ホスホニウム・テトラ置換
ボレート塩の具体例としては、テトラブチルホスホニウ
ム・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニ
ウム・テトラフェニルボレート、トリメチルフェニルホ
スホニウム・テトラフェニルボレート、ジエチルメチル
フェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、テト
ラフェニルホスホニウム・テトラエチルボレート、テト
ラフェニルホスホニウム・テトラブチルボレート等が挙
げられる。テトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレー
ト塩（Ｅ）の配合量は、エポキシ樹脂（Ａ）１００重量
部に対し、２〜１０重量部が好ましい。２重量部未満だ
と充分な硬化性が得られず、１０重量部を越えると樹脂
ペーストの保存性が低下するので好ましくない。

【００１４】本発明に用いられる溶剤（Ｆ）は、樹脂ペ
ーストの粘度の調整剤として作用するものである。具体
的な溶剤としては、エチレングリコールメチルエーテ
ル、エチレングリコールエチルエーテル、エチレングリ
コールブチルエーテル、エチレングリコールエチルエー
テルアセテート、エチレングリコールブチルエーテルア
セテート、プロピレングリコールメチルエーテル、プロ
ピレングリコールエチルエーテル、３−メチル―３―メ
トキシブタノール、プロピレングリコールメチルエーテ
ルアセテート、メトキシブチルアセテート、３−メチル
―３―メトキシブチルアセテート等の一般にエポキシ樹
脂を可溶するものが挙げられる。

【００１５】本発明に用いる無機フィラー（Ｇ）として
は、金粉、銀粉、銅粉、アルミニウム粉等の導電性金属
粉や、溶融シリカ、結晶シリカ、窒化珪素、窒化アル
ミ、タルク等の絶縁性のものが挙げられる。導電性金属
粉は、主に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。又金属粉
の形状としては、フレーク状、樹枝状や球状等が用いら
れる。必要とする樹脂ペーストの粘度により、使用する
金属粉の粒径は異なるが、通常平均粒径は２〜１０μ
ｍ、最大粒径は５０μｍ程度のものが好ましい。又比較
的粗い金属粉と細かい金属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。

【００１６】本発明に用いられる金属粉以外の絶縁性フ
ィラーは、平均粒径が１〜２０μｍで、最大粒径５０μ
ｍ以下のものが好ましい。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樹
脂ペーストを塗布する際に、ニードルの出口を塞ぎ長時
間の連続使用ができない。又比較的粗いフィラーと細か
い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。本発明における
樹脂ペーストには、必要により顔料、染料、消泡剤、界
面活性剤等の添加剤を用いることができる。本発明の樹
脂ペーストの製造法としては、例えば各成分を予備混合
して三本ロール等を用いペーストを得て、真空下脱泡す
ること等がある。

【００１７】本発明の半導体素子用樹脂ペーストを用い
ることにより、速硬化が可能で、熱時接着強度の低下と
樹脂ペースト部にボイドの発生がなく、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できる。半導体素子用樹脂
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
法を用いることができる。

【００１８】

【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１〜１２、比較例１〜１３ 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。実施例の評価結果を表１に、比較例の評価結果を表
２に示す。

【００１９】用いる原料成分 ・液状エポキシ樹脂：ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂
（粘度４．０Ｐａ・ｓ／２５℃、エポキシ当量１７０）
（以下、ＢＰＦＥＰという） ・フェノール樹脂： フェノールノボラック樹脂（Ｂ１）（軟化点１１０
℃、水酸基当量１０５）（以下、ＰＢ１という） 一般式（２）で示されるフェノール樹脂（Ｂ２）（軟
化点８０℃、水酸基当量１８０）（以下、ＰＢ２とい
う） 一般式（３）で示されるフェノール樹脂（Ｂ３）（軟
化点８０℃、水酸基当量１８２）（以下、ＰＢ３とい
う） ・ジシアンジアミド（以下、ＤＤＡという） ・γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（以
下、γ−ＧＰＴＭＳという） ・γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン
（以下、γ−ＧＰＭＤＭＳという） ・γ−グリシドキシプロピルトリエトトキシシラン（以
下、γ−ＧＰＴＥＳという） ・テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレー
ト（以下、ＴＰＰＫという） ・エチレングリコールブチルエーテルアセテート（以
下、ＢＣＳＡという） ・無機フィラー 銀粉：平均粒径３μｍで、最大粒径５０μｍのフレーク
状銀粉 シリカ：平均粒径５μｍで、最大粒径３０μｍのシリカ
粉

【００２０】評価方法 粘度：Ｅ型粘度計（３°コーン）を用い２５℃、２．５
ｒｐｍでの値を測定し粘度とした。 接着強度：２×２ｍｍのシリコンチップを樹脂ペースト
を用いて銅フレームにマウントし、２００℃中６０秒間
熱板上（ホットプレート硬化）及びオーブンを使用し２
００℃、６０分（オーブン硬化）で硬化した。硬化後、
マウント強度測定装置を用い２５℃及び２５０℃での熱
時ダイシェア強度を測定した。 チップ反り量：６×１５×０．３ｍｍのシリコンチップ
を銅フレーム（２００μｍ厚さ）に樹脂ペーストを用い
てマウントし、２００℃中６０秒間熱板上（ホットプレ
ート硬化）及びオーブンを使用し２００℃、６０分（オ
ーブン硬化）で硬化した後、チップの反り量を表面粗さ
計を用いて測定した。 弾性率：テフロン（登録商標）シート上に樹脂ペースト
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１００ｍｍ、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
性率を求めた。 ボイド：９×９×０．３ｍｍのシリコンチップを銅フレ
ーム（２００μｍ厚さ）に樹脂ペーストを用いてマウン
トし、２００℃中６０秒間熱板上（ホットプレート硬
化）で硬化した後、樹脂ペースト部のボイドを軟Ｘ線観
察装置を用いて観察し、ボイド面積を測定した。 可使時間：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倍以上に増粘するまでの日
数を測定した。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】

【発明の効果】本発明の半導体素子用樹脂ペーストは、
インライン硬化方式及びバッチ方式の両方式で硬化が可
能で、充分な接着力、低応力性で、ボイドの発生がな
く、可使時間が長く、生産性に優れている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J002 CC042 CC073 CC074 CD041 CD051 ET006 EW178 EX067 EY018 FD146 FD158 FD207 GQ05 HA08 4J036 AC01 AC02 AC03 AD08 AE07 DA01 DA04 DA05 DB05 DB06 DC31 FA01 FA02 FA13 FB07 FB08 GA04 GA06 JA07 5F047 BA34 BA35 BA51 BB11

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）一般式（１）で示される液状エポ
   キシ樹脂、（Ｂ）フェノールノボラック樹脂（Ｂ１）、
   一般式（２）で示されるフェノール樹脂（Ｂ２）及び一
   般式（３）で示されるフェノール樹脂（Ｂ３）からな
   り、かつ重量割合が［（Ｂ１）／（Ｂ２）／（Ｂ３）］
   ＝［（１５〜３０）／（６０〜８０）／（５〜１５）］
   であるフェノール樹脂、（Ｃ）ジシアンジアミド、
   （Ｄ）γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、
   （Ｅ）テトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート
   塩、（Ｆ）溶剤、及び（Ｇ）無機フィラーを必須成分と
   し、成分（Ａ）１００重量部に対し、成分（Ｂ）が３０
   〜５０重量部、成分（Ｃ）が０．５〜５重量部、成分
   （Ｄ）が５０〜７５重量部、成分（Ｅ）が２〜１０重量
   部であることを特徴とする半導体素子用樹脂ペースト。 【化１】 （式中、Ｒ１は水素原子、又はメチル基で、同一でも異
   なっていてもよい。ｎ≧０） 【化２】 （ｎ≧１） 【化３】 （ｎ≧１）
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体用樹脂ペーストを
   用いて製作されたことを特徴とする半導体装置。