JP2002184793A - ダイアタッチペースト及び半導体装置 - Google Patents
ダイアタッチペースト及び半導体装置Info
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Abstract
アタッチペーストを提供する。 【解決手段】 (A)数平均分子量500〜5000の
1分子内に少なくとも1つの2重結合を有する炭化水素
或いはその誘導体、(B)1分子内に少なくとも1つの
メタクリル基或いはアクリル基を有する化合物、(C)
ラジカル重合触媒、及び(D)充填材を必須成分とする
ダイアタッチペーストである。
Description
に優れた半導体接着用ダイアタッチペースト及び信頼性
に優れた半導体装置に関するものである。
たどっており、これに伴い製造コストの削減は重要な課
題となっている。半導体素子とリードフレームの接合方
法として、金−シリコン共晶体等の無機材料を接着剤と
して用いる方法があるが、コストが高く、又熱応力によ
り半導体素子の破壊が起こることもあるため、有機材料
等に充填材を分散させたダイアタッチペースト(ペース
ト状の接着剤)を使用する方法が主流となっている。
耐半田クラック性が重要であるが、半導体装置の耐半田
クラック性をクリアーするためにダイアタッチペースト
としては、更に半導体素子とリードフレームとの線膨張
率の差を緩和するために低弾性率化が重要である。近
年、耐半田クラック性に関する要求が厳しくなり、半田
の鉛フリー化に伴い従来では240℃のリフロー条件で
あったものが、260℃のリフロー条件となり20℃の
温度差を満足するためより低弾性率化が要求されるよう
になった。低弾性率化の方法として、従来から、ゴム等
の低応力物質を使用したダイアタッチペーストが知られ
ているが、近年の耐半田クラック性の要求を満足するこ
とができず、更に向上したダイアタッチペーストが求め
られている。
ック性に優れた半導体接着用ダイアタッチペースト及び
耐半田クラック性に優れた半導体装置を提供するもので
ある。
分子量500〜5000の1分子内に少なくとも1つの
2重結合を有する炭化水素或いはその誘導体、(B)反
応性希釈剤、(C)ラジカル重合触媒、及び(D)充填
材を必須成分とするダイアタッチペーストである。
500〜5000の1分子内に少なくとも1つの2重結
合を有する炭化水素或いはその誘導体(A)が、マレイ
ン化ポリブタジエンと(メタ)アクリル酸の脂肪族ジア
ルコールのエステル化物とを反応させた化合物及びエポ
キシ化ポリブタジエン、両末端アクリレートもしくはメ
タクリレート化ポリブタジエン、又は室温で液状であり
アクリル基もしくはメタクリル基を有するポリブタジエ
ン及びエポキシ化ポリブタジエンであり、反応性希釈剤
(B)が、1分子内に少なくとも1つのメタクリル基或
いはアクリル基を有する化合物、1分子内に少なくとも
1つのフッ素元素を有する(メタ)アクリルモノマー、
又はジアリルフタレートの中から選ばれるものであり、
充填材(D)の一部が、鉄、コバルト、ニッケル、銅、
亜鉛の中から選ばれる少なくとも一種の金属原子であ
り、ダイアタッチペーストの中に一般式(1)で示され
るシランカプリング剤を含み、ダイアタッチペーストの
中に数平均分子量500〜4000の水素添加型ポリブ
タジエンを含み、また、ダイアタッチペーストの中に
(G)成分として1分子内に少なくとも1つの第一アミ
ノ基を有し、融点が100℃以上230℃以下の化合物
を含むダイアタッチペーストである。また、上記のダイ
アタッチペーストを用いて製作された半導体装置であ
る。
〜10のアルキル基、aは1〜3の整数。mは1〜5の
整数、nは1〜10の整数)
500〜5000の1分子内に少なくとも1つの2重結
合を有する炭化水素或いはその誘導体(A)は、ダイア
タッチペーストの硬化物に柔軟性を付与し、広い温度領
域で良好な接着性を発現することを見いだした。例えば
架橋密度を高めた柔軟性のない硬化物では、硬化物の凝
集力は高いがリードフレーム或いはダイとの界面での良
好な接着力を発現することは難しい。数平均分子量が5
00未満だと硬化物中に十分な架橋点間距離を導入する
ことが難しく充分な接着性が得られない。一方数平均分
子量が5000を越えると粘度が高く充分な接着性を得
るために必要な量を配合することができないので好まし
くない。
例えば、ブチルゴム、イソプレンゴム、液状ポリブタジ
エン等のジエン系ゴム、或いはその誘導体等があり、誘
導体としては、アクリル変性ポリブタジエン、エポキシ
変性ポリブタジエン等があり、これらのものは、単独で
も混合して用いることができる。好ましい(A)成分と
しては、マレイン化ポリブタジエンと(メタ)アクリル
酸の脂肪族ジアルコールのエステル化物とを反応させた
化合物及びエポキシ化ポリブタジエンの組み合わせ、も
しくは、両末端アクリレートもしくはメタクリレート化
ポリブタジエン、もしくは、室温で液状でありかつアク
リル基もしくはメタクリル基を有するポリブタジエン及
びエポキシ化ポリブタジエンの組み合わせである。本発
明で言う(A)成分の数平均分子量の測定法は、ゲルパ
ーミッションクロマトグラフィーによるポリスチレン換
算値である。
は、(A)成分のみだと粘度が上昇しダイアタッチペー
ストとしての作業性が悪くなるので、ダイアタッチペー
ストの粘度を調整し作業性を改善しさらに硬化性の向上
を目的として使用される。好ましい(B)成分として
は、1分子内に少なくとも1つのメタクリル基或いはア
クリル基を有する化合物であり、例えば、脂環式(メ
タ)アクリル酸エステル、脂肪族(メタ)アクリル酸エ
ステル、芳香族(メタ)アクリル酸エステル等が挙げら
れ、具体的には、1,6−ヘキサンジオールジメタクリ
レート、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、フ
ェノキシジエチレングリコールアクリレート、ラウリル
アクリレート、ステアリルアクリレート、フェノキシエ
チルメタクリレート等があるが、これらに限定されるも
のではない。もしくは1分子内に少なくとも1つのフッ
素元素を有する(メタ)アクリルモノマー、もしくはジ
アリルフタレートである。これらのものは、単独でも混
合して用いることもできる。
は、(A)成分と(B)成分の合計重量中に10〜90
重量%含まれるものが好ましい。10重量%未満である
と接着性が悪くなり、90重量%を越えるとダイアタッ
チペーストの粘度が高くなり作業性に問題が生じるので
好ましくない。
(C)は、通常ラジカル重合に用いられている触媒であ
れば特に限定しないが、望ましいものとしては、急速加
熱試験(試料1gを電熱板の上にのせ、4℃/分で昇温
した時の分解開始温度)における分解温度が40〜14
0℃となるものが好ましい。分解温度が40℃未満だ
と、ダイアタッチペーストの常温における保存性が悪く
なり、140℃を越えると硬化時間が極端に長くなるた
め好ましくない。これを満たす触媒としての具体例とし
ては、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−2−メ
チルシクロヘキサン、t−ブチルパーオキシネオデカノ
エート、ジクミルパーオキサイド等が挙げられるが、こ
れらは単独でも或いは硬化性を制御するため2種類以上
を混合して用いてもよい。更に、ダイアタッチペースト
の保存性を向上するために各種の重合禁止剤を予め添加
しておくことも可能である。ラジカル重合触媒(C)の
配合量は、(A)成分と(B)成分の合計重量、100
重量部に対して、0.1〜10重量部が好ましい。10
重量部を越えるとダイアタッチペーストの粘度の経時変
化が大きくなり作業性に問題が生じ、0.1重量部未満
だと硬化性が著しく低下するので好ましくない。
れるシランカップリング剤(E)を用いると、接着性を
格段に向上させることができる。一般式(1)におい
て、R1は炭素数1〜10のアルコキシ基であり、R2
は炭素数1〜10のアルキル基で、 R1、R2は同一で
も異なっていてもよい。aは1〜3の整数であるが、ア
ルコキシ基の炭素数を調整することによりシランカップ
リング剤と樹脂や充填材との反応性を調整できる。mは
1〜5の整数であるが、入手のし易さからmとしては3
が好ましい。nは1〜10の整数であり、入手のし易さ
からnは2又は4が好ましい。以下に、具体例を示すが
これらに限定されるものではない。
重量100重量部に対して、0.01〜10重量部が好
ましい。0.01重量部未満だと、接着性が不充分で、
10重量部を越える硬化速度を低下させるので好ましく
ない。
は、例えば、銀粉、金粉、ニッケル粉、銅粉等の導電性
フィラー、窒化アルミニウム、炭酸カルシウム、シリ
カ、アルミナ等の絶縁フィラーが挙げられ、導電性フィ
ラーとしては銀粉、絶縁フィラーとしてはシリカが好ま
しい。これらの充填材の配合量は、特に限定されない
が、全ダイアタッチペースト中20〜95重量%が好ま
しい。20重量%未満であると、接着強度が低下する傾
向があり、95重量%を越えると、ダイアタッチペース
トの粘度が増大しダイアタッチペーストの作業性が低下
する傾向にあるので好ましくない。
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、樹枝状、球状
等が用いられる。必要とするダイアタッチペーストの粘
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以下のものが好
ましい。平均粒径が2μm未満だとダイアタッチペース
トの粘度が高くなり、10μm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
ーでダイアタッチペーストを塗布する時に、ニードル詰
まりを起こすため好ましくない。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
も各種のものを混合してもよい。
粒径1〜20μmで最大粒径50μm以下のものが好ま
しい。平均粒径が1μm未満だとダイアタッチペースト
の粘度が高くなり、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
でダイアタッチペーストを塗布する時に、ニードル詰ま
りを起こすため好ましくない。更に、比較的粗いシリカ
と細かいシリカ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混合してもよい。
ト、ニッケル、銅、亜鉛の中から選ばれる少なくとも一
種の金属原子を含み、含有量はダイアタッチペーストに
対して0.01〜10重量%である。これは鉄、コバル
ト、ニッケル、銅、亜鉛等の原子が樹脂の反応を促進
し、良好な硬化性が得られるためである。配合量がダイ
アタッチペースト中に0.01重量%より少ない場合に
は目的とする硬化促進効果が得られず、10重量%より
多い場合にはダイアタッチペーストの室温での経時変化
が大きくなりすぎるためである。これらのものは単独の
粒子として配合されても合金の形で配合されてもかまわ
ない。
は、必要により他のカップリング剤、消泡剤、界面活性
剤、エラストマー、硬化促進剤等の添加剤を用いること
ができる。エラストマーとしては、好ましくは、数平均
分子量500〜4000の水素添加型ポリブタジエンを
用いることができ、これを添加すると弾性率を格段に低
下させることを見いだした。数平均分子量が500未満
だと低弾性率化が不充分で、数平均分子量が4000を
越えるとダイアタッチペーストの粘度上昇、接着性の低
下をひきおこすおそれがあり好ましくない。具体例とし
ては、水素添加型ポリブタジエン(日本曹達(株)製、
BI−2000)、アクリル変性水素添加型ポリブタジ
エン(日本曹達(株)製、TEAI−1000)等があ
る。水素添加型ポリブタジエンの配合量としては、
(A)成分と(B)成分の合計重量、100重量部に対
して、1〜20重量部が好ましい。1重量部未満だと、
低弾性率化が不充分で、20重量部を越えると作業性、
硬化性を低下させるので好ましくない。
に少なくとも1つの第一アミノ基を有し、融点が100
℃以上230℃以下の化合物である。これを添加すると
アミノ基がラジカル開始剤分解反応の促進作用を有する
ため硬化反応の促進が図れることと、系内にカルボニル
基がある場合に反応して硬化物の凝集力向上を図れると
いう効果がある。融点が100℃より低い場合はペース
ト作製中あるいは保存中に反応が進行し粘度の上昇につ
ながるので好ましくない。また融点が230℃より高い
と硬化中にも系内に固形のまま存在する確率が高くな
り、目的とする効果が得られないので好ましくない。具
体例としては、例えば、ジシアンジアミド、イソフタル
酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、セバチン酸
ジヒドラジド、カーボジヒドラジド、ドデカン二酸ジヒ
ドラジドなどがあげられ、これらは単独で使用されても
二種類以上を併用してもかまわない。硬化促進剤の配合
量は、(A)成分と(B)成分の合計重量100重量部
に対して、0.3〜10重量部含まれる。0.3重量部
より少ない場合には目的とする効果を十分に発揮するこ
とができず、10重量部より多いとダイアタッチペース
ト中の固形分成分が多くなり過ぎ作業性の悪化につなが
るので好ましくない。
としては、例えば各材料を予備混合し、三本ロール等を
用いて混練した後真空下脱泡する。本発明のダイアタッ
チ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。
ポリブタジエン(数平均分子量:約1000、日本石油
化学(株)製、MM−1000−80)、エポキシ変性
ポリブタジエン(数平均分子量:約1000、日本石油
化学(株)製、E−1000−8)、両末端アクリレー
トもしくはメタクリレート化ポリブタジエンとして(数
平均分子量:約3000、大阪有機化学(株)製、BA
C−45)、(B)成分として、ラウリルアクリレート
(新中村化学工業(株)製、NKエステルLA)、トリ
フロロエチルメタクリレート(共栄社化学(株)製、ラ
イトエステルM−3F)、オルソフタル酸のジアリルエ
ステル(ダイソー(株)製、ダイソーダップモノマ
ー)、(C)成分として、ジクミルパーオキサイド(急
速加熱試験における分解温度:126℃、日本油脂
(株)製、パークミルD)、(E)成分として、ビス
(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルファン
(日本ユニカー(株)製、A−1289)、充填材とし
てフレーク状銀粉(平均粒径3μm、最大粒径20μ
m)、破砕シリカ(平均粒径3μm、最大粒径16μ
m)、銅紛(平均粒経1μm)、エラストマーとして水
素添加型ポリブタジエン(日本曹達(株)製、BI−2
000)、硬化促進剤としてジシアンジアミド(試薬、
融点209.5℃)、カップリング剤としてアルコキシ
シラン(信越化学工業(株)製、KBM−403E)を
表1の割合で配合し、3本ロールを用いて混錬し、脱泡
後ダイアタッチペーストを得た。得られたダイアタッチ
ペーストを以下の方法により評価した。なお比較例で
は、ビスフェノールAとエピクロルヒドリンとの反応に
より得られるジグリシジルビスフェノールA型エポキシ
樹脂(エポキシ当量180、室温で液体、以下ビスAエ
ポキシ)、クレジルグリシジルエーテル(エポキシ当量
185、以下CGE)、フェノールノボラック樹脂(水
酸基当量104、軟化点85℃、以下PN)、2−フェ
ニル4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール(四国化
成工業(株)製、キュアゾール2PHZ)を使用した。
評価結果を表1、2に示す。
5rpmでの値を測定した。 ・弾性率:10x150x0.1mmの試験片を作成し
(硬化条件175℃、30分)、引っ張り試験により加
重−変位曲線を測定しその初期勾配より弾性率を求めた
(測定長:100mm、試験速度:1mm/分、測定温
度:25℃)。 ・接着強度:ペーストを用いて、6x6mmのシリコン
チップを銅フレームにマウントし、200℃のホットプ
レート上で30秒ならびに60秒硬化した。硬化後、自
動接着力測定装置を用い260℃での熱時ダイシェア強
度を測定した。 ・耐半田クラック性:表1、2の配合割合のダイアタッ
チペーストを用い、リードフレーム(銅)とシリコンチ
ップ(6×6mm )を、ホットプレート上、200
℃、60秒で硬化接着した。その後スミコンEME−7
026(住友ベークライト(株)製)の封止材料を用
い、封止したパッケージ(QFP、14x20x2.0
mm)を60℃、相対湿度60%の雰囲気下、192時
間吸湿処理した後、IRリフロー処理(260℃、10
秒、3回リフロー)にかけ、断面観察により内部クラッ
クの数を測定し、耐半田クラック性の指標とした。n=
8。
田クラック性に優れている。この結果、本発明のダイア
タッチペーストを使用することで信頼性の優れた半導体
装置を製造することができる。
Claims (12)
- 【請求項1】 (A)数平均分子量500〜5000の
1分子内に少なくとも1つの2重結合を有する炭化水素
或いはその誘導体、(B)反応性希釈剤、(C)ラジカ
ル重合触媒、及び(D)充填材を必須成分とすることを
特徴とするダイアタッチペースト。 - 【請求項2】 数平均分子量500〜5000の1分子
内に少なくとも1つの2重結合を有する炭化水素或いは
その誘導体(A)が、マレイン化ポリブタジエンと(メ
タ)アクリル酸の脂肪族ジアルコールのエステル化物と
を反応させた化合物及びエポキシ化ポリブタジエンであ
る請求項1記載のダイアタッチペースト。 - 【請求項3】 数平均分子量500〜5000の1分子
内に少なくとも1つの2重結合を有する炭化水素或いは
その誘導体(A)が、両末端アクリレートもしくはメタ
クリレート化ポリブタジエンである請求項1記載のダイ
アタッチペースト。 - 【請求項4】 数平均分子量500〜5000の1分子
内に少なくとも1つの2重結合を有する炭化水素或いは
その誘導体(A)が、室温で液状であり、かつアクリル
基もしくはメタクリル基を有するポリブタジエン及びエ
ポキシ化ポリブタジエンである請求項1記載のダイアタ
ッチペースト。 - 【請求項5】 反応性希釈剤(B)が、1分子内に少な
くとも1つのメタクリル基或いはアクリル基を有する化
合物である請求項1記載のダイアタッチペースト。 - 【請求項6】 反応性希釈剤(B)が、1分子内に少な
くとも1つのフッ素元素を有する(メタ)アクリルモノ
マーである請求項1記載のダイアタッチペースト。 - 【請求項7】 反応性希釈剤(B)が、ジアリルフタレ
ートである請求項1記載のダイアタッチペースト。 - 【請求項8】 充填材(D)の一部が、鉄、コバルト、
ニッケル、銅、亜鉛の中から選ばれる少なくとも一種の
金属原子である請求項1記載のダイアタッチペースト。 - 【請求項9】 ダイアタッチペーストの中に、一般式
(1)で示されるシランカプリング剤(E)を含む請求
項1記載のダイアタッチペースト。 【化1】 (R1は炭素数1〜10のアルコキシ基、R2は炭素数1
〜10のアルキル基、aは1〜3の整数。mは1〜5の
整数、nは1〜10の整数) - 【請求項10】 ダイアタッチペーストの中に、数平均
分子量500〜4000の水素添加型ポリブタジエンを
含む請求項1記載のダイアタッチペースト。 - 【請求項11】 ダイアタッチペーストの中に、硬化促
進剤として1分子内に少なくとも1つの第一アミノ基を
有し、融点が100℃以上230℃以下の化合物を含む
請求項1記載のダイアタッチペースト。 - 【請求項12】 請求項1記載のダイアタッチペースト
を用いて製作された半導体装置。
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