JP2005197118A - 金属含有ペーストおよび半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の金属含有ペーストは、有機樹脂と、アルミニウムを主成分とする第1の金属粉末と、前記アルミニウムと異なる金属を主成分とする第2の金属粉末とを含む半固形状の組成物で構成される金属含有ペーストであって、前記第1の金属粉末と、第2の金属粉末とを体積比で5:95〜40:60で用いることを特徴とするものである。また、本発明の半導体装置は、上記に記載の金属含有ペーストを介して、半導体部材と、基板とが接合されていることを特徴とするものである。
【選択図】 図1
Description
しかし、十分な耐侯性と接着性とを両立する樹脂ペーストは得られていなかった。
(1)有機樹脂と、アルミニウムを主成分とする第1の金属粉末と、前記アルミニウムと異なる金属を主成分とする第2の金属粉末とを含む半固形状の組成物で構成される金属含有ペーストであって、前記第1の金属粉末と、第2の金属粉末とを体積比で5:95〜40:60で用いることを特徴とする金属含有ペースト。
(2)前記第1の金属粉末の含有量は、前記半固形状の組成物全体の1〜30体積%である上記(1)に記載の金属含有ペースト。
(3)前記第2の金属粉末を構成する金属は、主として銀を含むものである上記(1)または(2)に記載の金属含有ペースト。
(4)前記第1の金属粉末および前記第2の金属粉末の含有量は、前記半固形状の組成物全体の20〜70体積%である上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の金属含有ペースト。
(5)前記第1の金属粉末の平均粒子径は、前記第2の金属粉末の平均粒子径よりも大きいものである上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の金属含有ペースト。
(6)前記第1の金属粉末は、主として板状の金属粉末を含むものである上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の金属含有ペースト。
(7)前記有機樹脂は、エポキシ樹脂を含むものである上記(1)ないし(6)のいずれかに記載の金属含有ペースト。
(8)前記エポキシ樹脂は、芳香族環を有しないものである上記(7)に記載の金属含有ペースト。
(9)前記有機樹脂は、ラジカル重合性材料を含むものである上記(1)ないし(8)のいずれかに記載の金属含有ペースト。
(10)280nmにおける紫外線反射率[A]は、50%以上である上記(1)ないし(9)のいずれかに記載の金属含有ペースト。
(11)280nmの紫外線を250時間照射後の紫外線反射率[B]は、前記紫外線反射率[A]の80%以上である上記(10)に記載の金属含有ペースト。
(12)半導体部材を接合するために用いるものである上記(1)ないし(11)のいずれかに記載の金属含有ペースト。
(13)上記(1)ないし(12)のいずれかに記載の金属含有ペーストを介して、半導体部材と、支持部材とが接合されていることを特徴とする半導体装置。
(14)前記半導体部材は、LEDチップである上記(13)に記載の半導体装置。
また、第1の金属粉末を特定の含有量とする場合、導電性および耐侯性の両方に優れる。
また、有機樹脂として芳香族環を有しないエポキシ樹脂を用いた場合、とくに250時間紫外線照射後の反射率を向上することができ、それによって金属含有ペーストの紫外線による劣化が少ないことが示される。
また、LEDチップに本発明の金属含有ペーストを用いた場合、特に耐侯性の低下を効果的に防止することができる。
本発明の金属含有ペーストは、有機樹脂と、アルミニウムを主成分とする第1の金属粉末と、前記アルミニウムと異なる金属を主成分とする第2の金属粉末とを含む半固形状の組成物で構成される金属含有ペーストであって、前記第1の金属粉末と、第2の金属粉末とを体積比で5:95〜40:60で用いることを特徴とするものである。
また、本発明の半導体装置は、上記に記載の金属含有ペーストを介して、半導体部材と、基板とが接合されていることを特徴とするものである。
前記有機樹脂は、金属含有ペーストのバインダーとしての作用および接着性を付与する作用を有するものである。また、前記第1の金属粉末は、紫外線領域の波長の反射率に優れ、金属含有ペーストの光反射性を向上する作用を有するものである。また、前記第2の金属粉末は、金属含有ペーストの導電性を向上する作用を有するものである。さらに、前記第1の金属粉末と、第2の金属粉末とを体積比で5:95〜40:60で用いることにより、金属含有ペーストの接着性と耐候性(特に紫外線領域における耐候性)との両方に優れるものである。さらには、金属含有ペーストの熱放散性をも向上するものである。
1.有機樹脂
前記有機樹脂としては、接着性を有する有機樹脂であれば特に限定されず、例えば硬化性樹脂、ラジカル重合性樹脂が挙げられる。前記硬化性樹脂の具体例としては、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AD型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂等の臭素化型エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアネートなどの複素環式エポキシ樹脂のほか、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂等の芳香族環を有するエポキシ樹脂、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樹脂、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等の脂環式エポキシ樹脂、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等を水素添加した後にエピクロルヒドリンと反応、またはポリグリシジルエーテルを直接水素添加した水添型ポリグリシジルエーテル等の芳香族環を有しないエポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂等のフェノール樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、アセタール樹脂等が挙げられる。これらの中でもエポキシ樹脂が好ましく、特にその構造中に芳香族環を有しないエポキシ樹脂が好ましい。これにより、金属含有ペーストの耐侯性を特に向上することができる。これらの硬化性樹脂は、1種類あるいは複数種を併用することができる。
前記ラジカル重合開始触媒としては、例えば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、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等が挙げられる。これらを単体で用いても、複数種を併用しても構わない。これらの中でも1.1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−2−メチルシクロヘキサンまたはt−ブチルパ−オキシネオデカノエートが好ましい。これにより、硬化性とポットライフの両立とペーストの光反射率を向上することができる。その理由は、芳香族環を構造に有しないためUV光の吸収損失を防ぐことができるからである。
前記分解開始温度は、例えば急速加熱試験(試料1gを電熱板上で4℃/分の昇温速度で加熱した時の分解開始温度)で評価することができる。
なお、液状とは常温で流動性を示すものをいう。具体的には、ペーストの粘度10〜50[Pa・s]が好ましく、特に15〜40[Pa・s]が好ましい。前記粘度は、例えば常温でE型粘度計を用いて測定することができる。
前記第1の金属粉末としては、例えば金属アルミニウム単体、酸化アルミニウム、Al−Mg系、Al−Mg−Si系、Al−Cu系等のアルミニウム合金等が挙げられる。これらの中でも金属アルミニウム単体が好ましい。これにより、紫外線反射性を特に向上することができる。
前記第1の金属粉末の平均粒子径は、具体的には3〜30μmが好ましく、特に5〜20μmが好ましい。平均粒子径が前記下限値未満であると耐候性を向上する効果が低下する場合があり、前記上限値を超えると金属含有ペーストを充填する際の作業性が低下する場合がある。
具体的には、前記第1の金属粉末を表面処理する材料としては、ステアリン酸、オレイン酸、ラウリン酸、オクチル酸等の飽和脂肪酸または不飽和脂肪酸等の脂肪酸が挙げられる。
前記脂肪酸の炭素数は、特に限定されないが、8〜25が好ましく、特に10〜20が好ましい。炭素数が前記範囲内であると、第1の金属粉末同士の凝集を防止できると共に、金属含有ペーストの長期信頼性を特に向上することができる。
前記第2の金属粉末を構成する金属としては、金、銀、銅、ニッケル、鉄、ステンレス等の導電性の粉末が挙げられる。これらの中でも銀が好ましい。これにより、導電性と紫外光の反射性とを両立することができる。
また、前記第2の金属粉末の最大粒子径は、50μm以下が好ましく、特に20μm以下が好ましい。最大粒子径が前記範囲内であると、ディスペンサーで金属含有ペーストを塗布する際の作業性に特に優れる。
前記抵抗率は、温度20℃でのものである。
前記第3の金属粉末の平均粒子径は、具体的には3〜30μmが好ましく、特に5〜20μmが好ましい。平均粒子径が前記下限値未満であると耐候性を向上する効果が低下する場合があり、前記上限値を超えると金属含有ペーストを充填する際の作業性が低下する場合がある。
具体的には、前記第3の金属粉末を表面処理する材料としては、ステアリン酸、オレイン酸、ラウリン酸、オクチル酸等の飽和脂肪酸または不飽和脂肪酸等の脂肪酸が挙げられる。
前記脂肪酸の炭素数は、特に限定されないが、8〜25が好ましく、特に10〜20が好ましい。炭素数が前記範囲内であると、第1の金属粉末同士の凝集を防止できると共に、金属含有ペーストの長期信頼性を特に向上することができる。
また、前記第4の金属粉末の最大粒子径は、50μm以下が好ましく、特に20μm以下が好ましい。最大粒子径が前記範囲内であると、ディスペンサーで金属含有ペーストを塗布する際の作業性に特に優れる。
特に前記有機樹脂が固形や半固形である場合、また液状でも粘度が高い場合は、希釈剤(溶剤)を用いることが好ましい。このような希釈剤としては、例えばフェニルグリシジルエーテル、ブチル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、エチルヘキシルグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル等で代表される反応性希釈剤、ブチルセロソルブ、メチルセロソルブ、ブチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトール等の非反応性希釈剤、およびリン酸トリクレシル、フタル酸ジフチル、フタル酸ジオクチル等で代表される可塑剤等が挙げられる。これらは、単体で用いても、複数種を併用しても構わない。
これらの希釈剤は、金属含有ペーストを滴下するに適した粘度とする量が用いられることが好ましい。
前記反応性希釈剤としては、例えばn−ブチルジグリシジルエーテル、バーサティック酸ジグリシジルエステル、エチルヘキシルグリシジルエーテル等が挙げられる。これらは、単体で用いても、複数種を併用しても構わない。
図1は、本発明の半導体装置の一例を示す断面図である。
半導体装置1は、基板2と、金属含有ペースト3と、青白色LEDチップ4とで構成される。
基板2と、青白色LEDチップ4とは、金属含有ペースト3を介して接合される。
青白色LEDチップ4と、基板2とは、ワイヤー5で接続される。
また、さらに、ワイヤボンド工程を経たのち、通常の方法により封止することにより完成された半導体装置とすることができる。
また、半導体装置1は、耐紫外線反射性に優れる金属含有ペースト3を用いているので、長期信頼性にも優れている。長期信頼性に優れる理由は、以下の通りである。金属含有ペースト3は青白色LEDチップ4から発光される紫外線付近の波長の光に対しての反射性に優れているため、金属含有ペースト3の劣化を防止することができるからである。さらに、金属含有ペースト3は、青白色LEDチップ4から発光される紫外線付近の波長の光に対しての反射性に優れているため青白色LEDチップ4の輝度の低下をも防止することができる。
(実施例1)
有機樹脂として脂環式エポキシ樹脂(ダイセル化学工業社製、セロキサイド2021、常温での粘度0.3Pa・s)80重量%(34.5体積%)と、硬化剤として4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸(新日本理化社製、リカシッドMH−700)80重量%(34.4体積%)と、2−メチルイミダゾール0.2重量%(0.1体積%)と、第1の金属粉末としてステアリン酸で表面処理されたフレーク状のアルミニウム粉末A(平均粒子径10μm、イオン性不純物10ppm以下)33重量%(6.0体積%)と、第2の金属粉末としてフレーク状の銀粉(平均粒子径3μm、最大粒子径40μm)525重量%(25.0体積%)とを三本ロールで室温、20分間混練して金属含有ペーストを得た。この金属含有ペーストを真空チャンバーにて脱泡して、各種評価を行った。
なお、第1の金属粉末と、第2の金属粉末との体積比は19:81であった。
第1の金属粉末と、第2の金属粉末との割合を以下のようにした以外は、実施例1と同様に行った。
第1の金属粉末を11重量%(2.0体積%)と、第2の金属粉末を609重量%(29.0体積%)とした。
なお、第1の金属粉末と、第2の金属粉末との体積比は6:94であった。
第1の金属粉末と、第2の金属粉末との割合を以下のようにした以外は、実施例1と同様に行った。
第1の金属粉末を60重量%(11体積%)と、第2の金属粉末を380重量%(20体積%)とした。
なお、第1の金属粉末と、第2の金属粉末との体積比は35:65であった。
第1の金属粉末として以下のものを用いた以外は、実施例1と同様に行った。
第1の金属粉末として、ステアリン酸で表面処理されたフレーク状のアルミニウムB(平均粒子径3μm、イオン性不純物10ppm以下)を用いた。
第1の金属粉末として以下のものを用いた以外は、実施例1と同様に行った。
第1の金属粉末として、ステアリン酸で表面処理されたフレーク状のアルミニウムC(平均粒子径30μm、イオン性不純物10ppm以下)を用いた。
第1の金属粉末として以下のものを用いた以外は、実施例1と同様に行った。
第1の金属粉末として、ステアリン酸で表面処理された球状のアルミニウムD(平均粒子径10μm、イオン性不純物10ppm以下)を用いた。
第1の金属粉末として以下のものを用いた以外は、実施例1と同様に行った。
第1の金属粉末として、表面処理されていない球状のアルミニウムE(平均粒子径10μm、イオン性不純物10ppm以下)を用いた。
有機樹脂として以下のものを用い、第1の金属粉末および第2の金属粉末の含有量を以下のようにした以外は、実施例1と同様に行った。
有機樹脂として、ラジカル重合性オリゴマー(アクリル変性水素添加型ポリブタジエン、数平均分子量:約2250、日本曹達社製、TEAI−1000)50重量%(32.1体積%)と、ラジカル重合性モノマー(1.6−ヘキサンジオール)50重量%(30.3体積%)と、ラジカル重合触媒[1.1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−2−メチルシクロヘキサン、急速加熱試験分解温度:109℃、日本油脂社製、パーヘキサ3M]1重量%(0.6体積%)とを用い、第1の金属粉末を8重量%(2.0体積%)と、第2の金属粉末を608重量%(35.0体積%)とした。
なお、第1の金属粉末と、第2の金属粉末との体積比は5:95であった。
第1の金属粉末と、第2の金属粉末との割合を以下のようにした以外は、実施例1と同様に行った。
第1の金属粉末を6重量%(1.0体積%)と、第2の金属粉末を630重量%(30.0体積%)とした。
なお、第1の金属粉末と、第2の金属粉末との体積比は3:97であった。
第1の金属粉末と、第2の金属粉末との割合を以下のようにした以外は、実施例1と同様に行った。
第1の金属粉末を81重量%(15体積%)と、第2の金属粉末を336重量%(16体積%)とした。
なお、第1の金属粉末と、第2の金属粉末との体積比は48:52であった。
1.紫外線反射率[A]
各実施例および比較例で得られた金属含有ペーストをガラス板上に塗布し、175℃で1時間硬化を行った。その後、紫外分光光度計(240〜800nmを測定)を用いて金属含有ペーストの硬化物表面の紫外線反射率[A]を測定した。
各実施例および比較例で得られた金属含有ペーストをガラス板上に塗布し、175℃で1時間硬化を行った後、常温で250時間紫外線照射を行った。その後、紫外分光光度計(240〜800nmを測定)を用いて金属含有ペーストの硬化物表面の紫外線反射率[B]を測定した。各符号は、以下の通りである。
◎:紫外線反射率[B]は、紫外線反射率[A]の90%を超える。
○:紫外線反射率[B]は、紫外線反射率[A]の80%以上〜90%以下である。
△:紫外線反射率[B]は、紫外線反射率[A]の70%以上〜80%未満である。
×:紫外線反射率[B]は、紫外線反射率[A]の70%未満である。
各実施例および比較例で得られた金属含有ペーストを用いて、リードフレームに2mmx2mmの42アロイチップをマウントし、175℃で1時間硬化を行った。その後、テスターにて縦方向の抵抗値を測定した。
作業性は、金属含有ペーストをディスペンサーより吐出する際の作業性を評価した。各符号は、以下の通りである。
◎:金属含有ペーストの吐出速度および広がり共に問題無し。
○:金属含有ペーストの吐出速度は少し遅いが、広がりは問題無し。
△:金属含有ペーストの吐出速度は問題無いが、広がりが不十分である。
×:金属含有ペーストを吐出できず。
接着性は、シリコンチップと、銀メッキ銅フレームとを各実施例および比較例で得られた金属含有ペーストで接合した後のシェア強度で評価した。
また、実施例1〜8は、特に紫外線反射性に優れており、LEDチップに用いた場合に輝度に優れることが示された。
また、実施例1〜4および6〜8は、作業性にも優れていた。
また、実施例1、2、4、6および8は、抵抗値も低く、導電性に優れていることも示された。
(実施例1A〜8A)
実施例1〜8で得られた金属含有ペーストを介して、リードフレームに、2mmx2mmの42アロイチップをマウントし、175℃で1時間金属含有ペーストを硬化して半導体装置を得た。
比較例1および2で得られた金属含有ペーストを介して、リードフレームに、2mmx2mmの42アロイチップをマウントし、175℃で1時間金属含有ペーストを硬化して半導体装置を得た。
一方、比較例1Aおよび2Aで得られた半導体装置は、いずれも正常に動作したが、上述の高温高湿放置試験において250時間経過後において不良の発生個数が多かった。
2 基板
3 金属含有ペースト
4 青白色LEDチップ
5 ワイヤー
Claims (14)
- 有機樹脂と、アルミニウムを主成分とする第1の金属粉末と、前記アルミニウムと異なる金属を主成分とする第2の金属粉末とを含む半固形状の組成物で構成される金属含有ペーストであって、
前記第1の金属粉末と、第2の金属粉末とを体積比で5:95〜40:60で用いることを特徴とする金属含有ペースト。 - 前記第1の金属粉末の含有量は、前記半固形状の組成物全体の1〜30体積%である請求項1に記載の金属含有ペースト。
- 前記第2の金属粉末を構成する金属は、主として銀を含むものである請求項1または2に記載の金属含有ペースト。
- 前記第1の金属粉末および前記第2の金属粉末の含有量は、前記半固形状の組成物全体の20〜70体積%である請求項1ないし3のいずれかに記載の金属含有ペースト。
- 前記第1の金属粉末の平均粒子径は、前記第2の金属粉末の平均粒子径よりも大きいものである請求項1ないし4のいずれかに記載の金属含有ペースト。
- 前記第1の金属粉末は、主として板状の金属粉末を含むものである請求項1ないし5のいずれかに記載の金属含有ペースト。
- 前記有機樹脂は、エポキシ樹脂を含むものである請求項1ないし6のいずれかに記載の金属含有ペースト。
- 前記エポキシ樹脂は、芳香族環を有しないものである請求項7に記載の金属含有ペースト。
- 前記有機樹脂は、ラジカル重合性材料を含むものである請求項1ないし8のいずれかに記載の金属含有ペースト。
- 280nmにおける紫外線反射率[A]は、50%以上である請求項1ないし9のいずれかに記載の金属含有ペースト。
- 280nmの紫外線を250時間照射後の紫外線反射率[B]は、前記紫外線反射率[A]の80%以上である請求項10に記載の金属含有ペースト。
- 半導体部材を接合するために用いるものである請求項1ないし11のいずれかに記載の金属含有ペースト。
- 請求項1ないし12のいずれかに記載の金属含有ペーストを介して、半導体部材と、支持部材とが接合されていることを特徴とする半導体装置。
- 前記半導体部材は、LEDチップである請求項13に記載の半導体装置。
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