JP2002134530A - 半導体用樹脂ペーストの製造方法、半導体用樹脂ペースト及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱時接着強度を低下させず、吸湿処理後の耐
半田クラック性試験において半導体用樹脂ペースト層の
剥離が起こらない信頼性に優れた半導体用樹脂ペースト
とその製造方法を提供する。 【解決手段】 熱硬化性樹脂とフィラーからなる半導体
用樹脂ペーストの製造方法において、フィラーの一部又
は全部を熱硬化性樹脂成分に混合し、この混合物を湿式
ビーズミルで処理して製造する半導体用樹脂ペーストの
製造方法であり、湿式ビーズミルで処理して製造された
半導体用樹脂ペーストである。

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、有機基板等に接着する半導
体用樹脂ペーストの製造方法と、その製造方法で製造さ
れた半導体用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
マウント用樹脂ペースト即ち半導体用樹脂ペーストによ
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。これに対し半導体用樹脂ペー
ストはハンダ法に較べ、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いる。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。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、マウント法として半導
体用樹脂ペーストを用いることが考えられた。

【０００５】半導体用樹脂ペーストは、通常、熱硬化性
樹脂、無機フィラーなどの成分から構成されるが、これ
らの成分を均一に混合・混練するため、製法として、所
定量秤量された成分原料を三本ロール、万能攪拌機など
の混練機を用いて製造する工程が採用されている。しか
し、これらの混練機では熱硬化性樹脂へのフィラーの分
散が充分行えず、製造した半導体用樹脂ペーストの粘度
が高く、ディスペンス時の糸ひきが発生し作業性が悪く
なったり、常温で放置した場合に粘度やチキソ性が低下
して、ニードルの先より半導体用樹脂ペーストが垂れる
といった問題があった。

【０００６】他方、電子機器の小型軽量化、高機能化の
動向に対応して、半導体パッケージの小型化、薄型化、
狭ピッチ化が益々加速する中、半導体用樹脂ペーストに
は、エポキシ樹脂成形材料による封止成形後の半導体パ
ッケージの信頼性に関係する吸湿処理後の耐半田クラッ
ク性や耐湿性の向上が強く求められている。従来の製造
方法では均一に分散・混練されないため、リードフレー
ムや半導体チップと半導体用樹脂ペーストとの密着性が
低下し、パッケージ信頼性が期待した程には向上しない
といった問題があった。

【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ず、吸湿処理後の耐半田クラック性
試験において半導体用樹脂ペースト層の剥離が起こらな
い信頼性に優れた半導体用樹脂ペーストとその製造方法
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、（Ａ）熱硬化
性樹脂と（Ｂ）フィラーからなる半導体用樹脂ペースト
の製造方法において、（Ｂ）フィラーの一部又は全部を
熱硬化性樹脂成分に混合し、この混合物を湿式ビーズミ
ルで処理して製造する半導体用樹脂ペーストの製造方法
であり、湿式ビーズミルで処理して製造された半導体用
樹脂ペーストである。また、上記の半導体用樹脂ペース
トを用いて製作された半導体装置である。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、フィラーを含んだ半導
体用樹脂ペーストの製法に関する研究を進めた結果、粘
度や粘度変化、密着性の低減がフィラーの粒度が小さい
微粒成分の凝集と強く関係していることを見出し、製法
においてはフィラーの均一分散を図れば、密着性に優れ
た半導体用樹脂ペーストを得ることができることを見出
した。

【００１０】本発明に用いる熱硬化性樹脂（Ａ）は、樹
脂、硬化剤、硬化促進剤等からなる一般的な熱硬化性樹
脂であり、特に限定されるものではないがペーストを形
成する材料であることから室温で液状であることが望ま
しい。

【００１１】本発明に用いられる液状の樹脂としては、
例えば、液状のシアネート樹脂、液状エポキシ樹脂とし
てはビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノール
Ｆ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＥ型エポキシ樹脂、
脂環式エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、グリシジル
アミン型の液状エポキシ樹脂、ラジカル重合性の各種ア
クリル樹脂、アリール基を有するトリアリールイソシア
ヌレートなどが挙げられる。

【００１２】シアネート樹脂の硬化触媒としては、例え
ば、銅アセチルアセトナート、亜鉛アセチルアセトナー
ト等の金属錯体が挙げられる。エポキシ樹脂の硬化剤と
しては、例えば、脂肪族アミン、芳香族アミン、ジシア
ンジアミド、ジカルボン酸ジヒドラジド化合物、フェノ
ール樹脂等が例として挙げられる。ジヒドラジド化合物
の例としては、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などが挙
げられる。

【００１３】硬化促進剤兼硬化剤としては各種のイミダ
ゾール化合物あり、その例としては、２−メチルイミダ
ゾール，２−エチルイミダゾール，２−フェニルイミダ
ゾール，２−フェニル−４−メチルイミダゾール，２−
フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾ
ール，２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミ
ダゾール，２−Ｃ₁₁Ｈ₂₃−イミダゾール等の一般的なイ
ミダゾールやトリアジンやイソシアヌル酸を付加し、保
存安定性を付与した２，４−ジアミノ−６−｛２−メチ
ルイミダゾール−（１）｝−エチル−Ｓ−トリアジン、
またそのイソシアネート付加物等があり、これらは何れ
も１種類あるいは複数種と併用して使うことが可能であ
る。

【００１４】本発明においては室温で固体の熱硬化性樹
脂成分を特性低下が起きない程度に混合して用いること
も充分可能である。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。

【００１５】本発明に用いるフィラー（Ｂ）には、無機
フィラーと有機フィラーとがある。無機フィラーとして
は、例えば、金粉、銀粉、銅粉、アルミニウム粉等の金
属粉や、溶融シリカ、結晶シリカ、窒化珪素、アルミ
ナ、窒化アルミ、タルク等がある。有機フィラーとして
は、例えば、シリコーン樹脂、ポリテトラフロロエチレ
ン等のフッ素樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアク
リル樹脂、ベンゾグアナミンやメラミンとホルムアルデ
ヒドとの架橋物等がある。この内、金属粉は主には導電
性や熱伝導性を付与するために用いられる。使用するフ
ィラーは、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。又形状としてはフレーク状、鱗片状、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、使用する粒径は異なるが、通常平均粒径は０．３〜
２０μｍ、最大粒径は５０μｍ程度のものが好ましい。
平均粒径が０．３μｍ未満だと粘度が高くなり、２０μ
ｍ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５０μ
ｍ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、種類、形状についても各種のもの
を適宜混合してもよい。

【００１６】必要とされる特性を付与するために本発明
以外のフィラーを添加してもよい。例えば、粒径が１〜
１００ｎｍ程度のナノスケールフィラーやシリカとアク
リル複合材のような有機と無機の複合フィラーがある。
また、フィラーは予めシランカップリング剤やメチル
基、エチル基等の脂肪族炭化水素、有機シラン等で表面
処理したものを用いてもよい。

【００１７】本発明における半導体用樹脂ペーストに
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。本発明では、フィラー全体の粒
径分布の内、重量平均粒径より小さい粒径をもつ成分を
微粒成分としている。本発明は、凝集力の大きい微粒成
分を選択的に湿式ビーズミル処理することによって、粘
度やチキソ性等の作業性と密着性の両立を実現してい
る。

【００１８】微粒成分を均一に分散混合するためには、
従来の半導体用樹脂ペーストの製法では、フィラー微粒
成分の凝集を破壊できる大きな剪断エネルギーを短時間
に作用させることができないため、必然的に混練を長時
間行って分散混合を進めるしかなかった。これに対し
て、本発明では、フィラー微粒成分の凝集を破壊できる
大きな剪断エネルギーを短時間に作用させることが可能
で、樹脂中に均一混合出来るため、混練工程が短時間で
もよい特徴がある。特に、フィラーの平均粒径が５μｍ
以下の微小フィラーを半導体用樹脂ペーストに用いる場
合には、この効果が大きい。

【００１９】本発明に使用される湿式ビーズミルは、フ
ィラーを含有した樹脂を処理する容器の中に剪断場を作
り出す回転子、剪断場中で動くビーズを有していれば特
に限定しないが、処理容器やそれに付属する配管部等に
加熱又は冷却機構を備え、フィラーを含有した樹脂を繰
り返し処理することができるポンプ機構、及び樹脂を排
出する際に一緒にビーズが流出することを防ぐセパレー
タ機構を具備した連続方式のものが好適である。使用す
るビーズも限定しないが、フィラーの材質や分率に応じ
て、直径が０．２〜１．０ｍｍであるジルコニア、アル
ミナ、ガラス、鉄製のものが使用可能であり、処理室の
有効容積の２０〜９０体積％充填させることが好まし
い。また、セパレータ機構を具備した連続方式の湿式ビ
ーズミルの場合、繰り返し処理を円滑に行うため、処理
温度、フィラーの配合量、処理流量を加減することによ
って、フィラーを含有した樹脂の粘度を１００Ｐａ・ｓ
以下にすることが必要である。

【００２０】フィラーの全部を湿式ビーズミルで処理し
ても良いが、フィラーを含有した樹脂の粘度が高い場合
や微粒成分が多い場合は、フィラーの一部を湿式ビーズ
ミルで処理しても効果はある。フィラーの一部を湿式ビ
ーズミルで処理を行う場合は、微粒成分を選択的に処理
することが望ましい。一般に少なくともフィラーの３０
％を湿式ビーズミルで処理を行えば本発明の効果は認め
られるが、平均粒径が０．１μｍ以下のフィラーの場合
は３％程度でも効果が認められる。これは湿式ビーズミ
ルで樹脂に均一分散されたフィラーが、通常の混練方法
の樹脂と混合された場合、均一分散されたフィラーが不
均一なフィラー間に入るために効果があると考えられ
る。また、粒径の小さなフィラーほど凝集しやすく、通
常の混練方法では分散できない為、少量の処理でも効果
があると考えられる。残りのフィラーは通常の三本ロー
ルや万能攪拌機の様な混合方法で混合される。半導体装
置の製造方法は公知の方法を用いることができる。

【００２１】

【実施例】以下に実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明する。 ＜実施例１〜５＞実施例１〜４及び予備混合物は表１に
示した組成の各成分とフィラーを配合し、湿式ビーズミ
ルで混練して樹脂ペーストを得た。湿式ビーズミルは、
直径０．８ｍｍのジルコニアビーズを処理室（容積５０
０ｃｍ³）に３０体積％充填した湿式ビーズミル（ロー
タ回転数２５００ｒｐｍ、温度２０℃、流量１５００ｃ
ｍ ³／分、セパレータ間隔０．３ｍｍ）で１０分間処理
して行った。実施例５はビーズミル処理を行った予備混
合物にシリカを加えて三本ロールで混練した。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に示す。

【００２２】＜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（軟化点
１１０℃、水酸基当量１０５（以下、ＰＮという） ・ジシアンジアミド（以下、ＤＤＡという） ・２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイ
ミダゾール（以下、２Ｐ４ＭＨＺという） ・シアネートＬ−１０

【化１】

【００２３】・ナフテン酸コバルト ・ウレタンアクリレート ・１，１−ビス（ｔ−ヘキシルパーオキシ）−３，３，
５−トリメチルシクロヘキサン（以下、パーヘキサ３
Ｍ） ・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１．５μｍで、最大粒径２０μｍのシ
リカ粉

【００２４】＜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。 ・ポットライフ：２５℃の恒温槽内に半導体用樹脂ペー
ストを放置した時の粘度が初期粘度の１．５倍以上増粘
するまでの日数を測定した。 ・チキソ比変化： Ｅ型粘度計（３°コーン）を用い２
５℃でのチキソ比（０．５ｒｐｍでの粘度／２．５ｒｐ
ｍでの粘度）と、２５℃の恒温槽内に半導体用樹脂ペー
ストを７２ｈｒ放置した時のチキソ比を測定し、チキソ
比変化＝（７２ｈｒ後チキソ比／初期チキソ比）として
計算した。 ・接着強度：６×６ｍｍのシリコンチップを半導体用樹
脂ペーストを用いて銅フレームにマウントし、オーブン
を使用し２００℃６０分で硬化した。硬化後マウント強
度測定装置でを用い２５０℃での熱時ダイシェア強度を
測定した。 ・耐半田性（剥離率）：８０ピンＱＦＰ（パッケージサ
イズは１４×２０ｍｍ、厚み２．０ｍｍ、シリコンチッ
プサイズは９．０×９．０ｍｍ、リードフレームは銅
製）で、シリコンチップを半導体用樹脂ペーストを用い
てリードフレームにマウントし、オーブンを使用し窒素
雰囲気下、２００℃６０分で硬化した。このリードフレ
ームをエポキシ樹脂封止材を用いて、金型温度１７５
℃、射出圧力７．５ＭＰａ、硬化時間９０秒でトランス
ファー成形し、１７５℃、８時間で後硬化させた。得ら
れた半導体パッケージを８５℃、相対湿度８５％の環境
下で９６時間及び１６８時間放置し、その後２６０℃の
半田槽に１０秒間浸漬した。透過型の超音波探傷装置を
用いてチップ部の剥離面積を求めた後、反射型の超音波
探傷装置を用いてチップとポキシ樹脂封止材との剥離面
積及びリードフレーム裏面とポキシ樹脂封止材との剥離
面積を求めた。半導体用樹脂ペーストの剥離率は、剥離
率＝［（透過での剥離面積−反射での剥離面積）／（チ
ップ面積）×１００］として、５個のパッケージの平均
値を求め、％で表示した。

【００２５】＜比較例１〜８＞比較例１〜８において、
三本ロール又は万能攪拌機で混練する通常の製法で半導
体用樹脂ペーストを得た。実施例と同様に各種の性能を
評価した。

【００２６】評価結果を表１に示す。

【表１】

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、熱硬化性樹脂に対する
フィラーの分散が良好で、熱時接着強度を低下させず、
吸湿処理後の耐半田クラック性試験において半導体用樹
脂ペースト層の剥離が起こらない信頼性に優れた半導体
用樹脂ペーストとその製造方法を提供することができ
る。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J002 AA021 BD122 BG041 BG062 CC182 CC192 CD011 CD021 CD051 CM021 CP022 DA076 DA096 DE146 DF016 DJ006 DJ016 DJ046 FD012 FD016 GJ01 4J040 DC092 DF052 DF061 DH021 EB132 EB142 EC031 EC041 EC061 EC121 EC231 EK032 EL051 HA066 HA136 HA206 HA306 HC02 HC06 HC15 HC16 HC23 HC25 HD43 JA05 JB02 KA14 KA16 KA17 KA32 KA42 LA07 LA08 MA02 MA04 MA10 MB03 NA20 5F047 AA11 BA23 BA33 BA34 BA53 BA54 BB11

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）熱硬化性樹脂と（Ｂ）フィラーか
   らなる半導体用樹脂ペーストにおいて、（Ｂ）フィラー
   の一部又は全部を該熱硬化性樹脂成分に混合し、この混
   合物を湿式ビーズミルで処理して製造することを特徴と
   する半導体用樹脂ペーストの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体用樹脂ペースト
   の製造方法を用いて製造された半導体用樹脂ペースト。
3. 【請求項３】 請求項２に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。