JP2006219542A - 樹脂組成物及び樹脂組成物を使用して作製した半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｎｉ−Ｐｄリードフレームへの良好な密着性を示すとともに弾性率の低い樹脂組成物及び該樹脂組成物を半導体用ダイアタッチ材料とすることにより耐半田クラック性等の信頼性に優れた半導体装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、充填材（Ａ）、一般式（１）で示される化合物（Ｂ）、一般式（２）で示される化合物（Ｃ）、１分子内にフェノール性水酸基を少なくとも２つ有する化合物（Ｄ）、融点が１８０℃以上のイミダゾール化合物（Ｅ）を必須成分とし、化合物（Ｂ）と化合物（Ｃ）の割合がモル比で２／１〜１／２であることを特徴とする樹脂組成物である。

Description

本発明は、樹脂組成物及び該樹脂組成物を使用して作製した半導体装置に関するものである。

環境対応の一環として半導体製品からの鉛撤廃が進められている中、半導体製品の外装めっきからの脱鉛化の目的でリードフレームのめっきをＮｉ−Ｐｄに変更する場合が増えてきている。ここでＮｉ−Ｐｄめっきは表面のＰｄ層の安定性を向上する目的で薄く金めっき（金フラッシュ）が行われるが、Ｎｉ−Ｐｄめっきそのものの平滑性および表面の金の存在のため通常の銀めっき銅フレーム等と比較すると接着力が低下する。また基板実装時に使用する半田も鉛フリー半田が使用されるため、錫−鉛半田の場合よりリフロー温度を高くする必要がある。接着力の低下およびリフロー温度の高温化に基づくストレスの増加のため、リフロー中に半導体製品中に剥離ひいてはクラックが発生しやすくなるため半導体製品の構成材料はより高いリフロー耐性を有する必要がある。
そこで従来より使用されているダイアタッチペースト（例えば、特許文献１参照）よりもＮｉ−Ｐｄめっきフレームへの密着性に優れ、同時に弾性率が低い低応力性に優れる材料が望まれているが、満足なものはなかった。
特開２０００−２７３３２６号公報

本発明は、Ｎｉ−Ｐｄめっきフレームへの良好な密着性を示すとともに低弾性率を示す樹脂組成物及び本発明を半導体用ダイアタッチ材料として使用した特に耐半田クラック性等の信頼性に優れた半導体装置を提供することである。

このような目的は、下記［１］〜［８］に記載の本発明により達成される。
［１］ 半導体素子を接着する樹脂組成物であって、（Ａ）充填材、（Ｂ）一般式（１）で示される化合物、（Ｃ）一般式（２）で示される化合物、（Ｄ）１分子内にフェノール性水酸基を少なくとも２つ有する化合物、（Ｅ）融点が１８０℃以上のイミダゾール化合物を必須成分とし、化合物（Ｂ）と化合物（Ｃ）の割合がモル比で２／１〜１／２であることを特徴とする樹脂組成物。

［２］ 化合物（Ｂ）がジグリシジルビスフェノールＡ、ジグリシジルビスフェノールＦから選ばれる少なくとも１種である第［１］項記載の樹脂組成物。
［３］ 化合物（Ｃ）がジグリシジルビスフェノールＡの水素添加物、ジグリシジルビスフェノールＦの水素添加物から選ばれる少なくとも１種である第［１］又は［２］項記載の樹脂組成物。
［４］ イミダゾール化合物（Ｅ）が２−メチルイミダゾールと２，４−ジアミノ−６−ビニルトリアジンとの付加物である第［１］、［２］又は［３］項記載の樹脂組成物。
［５］ イミダゾール化合物（Ｅ）が２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールである第［１］、［２］又は［３］項記載の樹脂組成物。
［６］ 充填材（Ａ）が銀粉である第［１］〜［５］項のいずれか１項に記載の樹脂組成物。
［７］ 充填材（Ａ）が銀粉であり、樹脂組成物中に８０〜９０重量％含まれる第［６］項に記載の樹脂組成物。
［８］ 第［１］〜［７］項のいずれかに記載の樹脂組成物をダイアタッチ材料として用いて製作されることを特徴とする半導体装置。

本発明の樹脂組成物は、Ｎｉ−Ｐｄめっきフレームと良好な接着力を示すとともに弾性率が低く良好な低応力性を示すことができるので、本発明をダイアタッチ材料として使用することでこれまでにない高信頼性の半導体装置の提供が可能となる。

本発明は、充填材（Ａ）、一般式（１）で示される化合物（Ｂ）、一般式（２）で示される化合物（Ｃ）、１分子内にフェノール性水酸基を少なくとも２つ有する化合物（Ｄ）、融点が１８０℃以上のイミダゾール化合物（Ｅ）を必須成分とし、化合物（Ｂ）と化合物（Ｃ）のモル比を限定することで、Ｎｉ−Ｐｄめっきフレームと良好な接着性、弾性率が低く良好な低応力性を有する樹脂組成物を提供するものである。
以下、本発明について詳細に説明する。

本発明では充填材（Ａ）として、銀粉、金粉、銅粉、アルミニウム粉、ニッケル粉、パラジウム粉といった金属粉、アルミナ粉末、チタニア粉末、アルミニウムナイトライド粉末、ボロンナイトライド粉末といったセラミック粉末、ポリエチレン粉末、ポリアクリル酸エステル粉末、ポリテトラフルオロエチレン粉末、ポリアミド粉末、ポリウレタン粉末、ポリシロキサン粉末といった高分子粉末が使用可能である。樹脂組成物を使用する際にはノズルを使用して吐出する場合があるので、ノズル詰まりを防ぐために平均粒径は３０μｍ以下が好ましく、ナトリウム、塩素といったイオン性の不純物が少ないことが好ましい。特に導電性、熱伝導性が要求される場合には銀粉を使用することが好ましい。通常電子材料用として市販されている銀粉であれば、還元粉、アトマイズ粉等が入手可能で、好ましい粒径としては平均粒径が１〜３０μｍである。これ以下では樹脂組成物の粘度が高くなりすぎ、これ以上では上述のようにディスペンス時にノズル詰まりの原因となりうるからであり、電子材料用以外の銀粉ではイオン性不純物の量が多い場合があるので注意が必要である。形状はフレーク状、球状等特に限定されないが、好ましくはフレーク状のものを使用し、通常樹脂組成物中７０〜９０重量％含まれる。銀粉の割合がこれより少ない場合には導電性が悪化し、これより多い場合には樹脂組成物の粘度が高くなりすぎるためである。より好ましい割合は樹脂組成物中８０〜９０重量％である。

本発明では一般式（１）で示される化合物（Ｂ）ならびに一般式（２）で示される化合物（Ｃ）を使用する。化合物（Ｂ）はビスフェノール類のジグリシジルエーテルとして一般的に使用されているものであるが、化合物（Ｂ）のみを使用した場合には硬化物の弾性率が高く応力的に不利である。一方化合物（Ｃ）はグリシジル基が脂肪族性であるので、カチオン重合系、酸無水物による硬化に利用されることが多いが、カチオン重合系の場合には硬化物中に残存するカチオン重合触媒の残基が半導体としての耐湿性を悪化させるので好ましくなく、酸無水物硬化系は加水分解を受けやすいので硬化物の耐湿性がよくないため好ましくない。このため本発明では１分子内にフェノール性水酸基を少なくとも２つ有する化合物（Ｄ）を硬化剤として使用するが、これは化合物（Ｄ）を硬化剤として使用した場合に良好な耐湿性を得られるからである。ここで硬化剤として化合物（Ｄ）を使用した場合には、化合物（Ｃ）は反応性が悪く単独で使用した場合には十分な硬化物特性を得ることができない。そこで化合物（Ｂ）の欠点である高弾性率と化合物（Ｃ）の欠点である低反応性を補うために化合物（Ｂ）と化合物（Ｃ）をモル比で２／１〜１／２で使用する必要がある。これより化合物（Ｂ）が多い場合には、弾性率が高く、少ない場合には反応性が低下するため十分な硬化物特性（Ｎｉ−Ｐｄめっきフレームとの接着性、耐リフロー性）を得ることができない。

化合物（Ｂ）、（Ｃ）ともナトリウム、塩素等のイオン性不純物が少ないことが好ましい。好ましい化合物（Ｂ）としては、電子材料用に市販されているジグリシジルビスフェノールＡ、ジグリシジルビスフェノールＦおよびこれらの置換体などが挙げられる。好ましい化合物（Ｃ）としては、電子材料用に市販されている水素添加したジグリシジルビスフェノールＡ、水素添加したジグリシジルビスフェノールＦおよびこれらの置換体などが挙げられる。

本発明では１分子内にフェノール性水酸基を少なくとも２つ有する化合物（Ｄ）を硬化剤として使用するが、これは上述のように化合物（Ｄ）を使用することで良好な接着性ならびに耐湿性を得られるからである。１分子内にフェノール性水酸基を１つ有する化合物の場合には架橋構造をとることができないため硬化物特性が悪化し使用できない。また１分子内のフェノール性水酸基数は２つ以上であれば使用可能であるが、好ましいフェノール性水酸基の数は２〜５である。これより多い場合には分子量が大きくなりすぎるので樹脂組成物の粘度が高くなりすぎるため好ましくない。より好ましい１分子内のフェノール性水酸基数は２つあるいは３つである。このような化合物としては、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＡ、ビフェノールといったビスフェノール類ならびにその誘導体、トリ（ヒドロキシフェニル）メタン、トリ（ヒドロキシフェニル）エタンといった３官能のフェノール類ならびにその誘導体、フェノールノボラック、クレゾールノボラックといったフェノールホルムアルデヒド樹脂で２核体あるいは３核体がメインのものあるいはその誘導体などが挙げられ、化合物（Ｂ）と化合物（Ｃ）の合計に対し５〜５０重量％含まれる。

本発明では融点が１８０℃以上のイミダゾール化合物（Ｅ）を使用する。これはグリシジル基を有する化合物の硬化剤として必要であり、融点が１８０℃より低い場合には室温での保存性が悪化するため、これ以上に限定される。特に好ましい化合物としては２−メチルイミダゾールと２，４−ジアミノ−６−ビニルトリアジンとの付加物あるいは２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールである。これらの化合物は化合物（Ｂ）と化合物（Ｃ）の合計に対し０．５〜２０重量％使用する。これより少ないと硬化性が悪く、これ以上だと接着力の低下等硬化物特性が悪化するためである。より好ましい配合割合は１〜１０重量％である。

本発明では必要に応じ、希釈剤を使用することが可能である。希釈剤とは樹脂組成物の粘度を下げる目的で使用する化合物で、代表的なものとしてはフェニルグリシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテルといった１官能の芳香族グリシジルエーテル類、脂肪族グリシジルエーテル類などが挙げられる。
また必要に応じリン系、アミン系等の反応触媒を使用することも可能であり、カップリング剤、消泡剤、界面活性剤等の添加剤を用いることができる。
本発明の樹脂組成物は、例えば各成分を予備混合した後、３本ロールを用いて混練した後真空下脱泡することにより製造することができる。

本発明の樹脂組成物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。例えば、市販のダイボンダーを用いて、リードフレームの所定の部位に樹脂組成物をディスペンス塗布した後、チップをマウントし、加熱硬化する。その後、ワイヤーボンディングして、エポキシ樹脂を用いてトランスファー成形することによって半導体装置を製作する。またはフリップチップ接合後アンダーフィル材で封止したフリップチップＢＧＡなどのチップ裏面に樹脂組成物をディスペンスしヒートスプレッダー、リッドといった放熱部品を搭載し加熱硬化するなどといった使用方法も可能である。

［実施例１〜４］
充填材（Ａ）としては平均粒径８μｍ、最大粒径３０μｍのフレーク状銀粉（以下銀粉）を、化合物（Ｂ）としてはビスフェノール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（エポキシ当量１８０、室温で液体、一般式（１）のＲ¹、Ｒ²、Ｒ⁴、Ｒ⁵が−Ｈ、Ｒ³が−Ｃ（ＣＨ₃）₂−、以下化合物Ｂ）を、化合物（Ｃ）としては水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製、ＹＸ−８０００、エポキシ当量２０５、一般式（２）のＲ¹、Ｒ²、Ｒ⁴、Ｒ⁵が−Ｈ、Ｒ³が−Ｃ（ＣＨ₃）₂−、以下化合物Ｃ）を、化合物（Ｄ）としてはビスフェノールＦ（大日本インキ工業（株）製、ＤＩＣ−ＢＰＦ、水酸基当量１００、以下以下化合物Ｄ）を、化合物（Ｅ）としては２−メチルイミダゾールと２，４−ジアミノ−６−ビニルトリアジンの付加物（キュアゾール２ＭＺ−Ａ：四国化成工業（株）製、融点２４８〜２５８℃、以下化合物Ｅ１）ならびに２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール（キュアゾール２Ｐ４ＭＨＺ：四国化成工業（株）製、融点１９１〜１９５℃、以下化合物Ｅ２）を使用した。
クレジルグリシジルエーテル（エポキシ当量１８５、以下ＣＧＥ）、ジシアンジアミド（以下ＤＤＡ）、グリシジル基を有するシランカップリング剤（信越化学工業（株）製、ＫＢＭ−４０３Ｅ、以下エポキシシラン）を表１のように配合し、３本ロールを用いて混練し、脱泡することで樹脂組成物を得た。配合割合は重量部である。

［比較例１〜４］
表１に示す割合で配合し実施例１と同様に樹脂組成物を得た。なお比較例２では２−メチルイミダゾール（キュアゾール２ＭＺ：四国化成工業（株）製、融点１３７〜１４５℃、以下化合物Ｘ）を使用した。

評価方法
・保存性（粘度変化率）：Ｅ型粘度計（３°コーン）を用い２５℃、２．５ｒｐｍでの値を樹脂組成物作製直後と２５℃、４８時間放置後に測定した。４８時間後の粘度変化率をもって保存性とし、粘度変化率が２０％未満の場合を合格とした。粘度変化率の単位は％。
・接着強度：樹脂組成物を用いて、６×６ｍｍのシリコンチップを金フラッシュしたＮｉ−Ｐｄフレームにマウントし、１７５℃オーブン中３０分硬化した。硬化後ならびに吸湿（８５℃、８５％、７２時間）処理後に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。２６０℃熱時ダイシェア強度が３０Ｎ／チップ以上の場合を合格とした。接着強度の単位はＮ／チップ。
・弾性率：樹脂組成物を用いて４×２０×０．１ｍｍのフィルム状の試験片を作製し（硬化条件１７５℃３０分）、動的粘弾性測定機（ＤＭＡ）にて引っ張りモードでの測定を行った。測定条件は以下の通り。
測定温度：室温〜３００℃
昇温速度：５℃／分
周波数：１０Ｈｚ
荷重：１００ｍＮ
２５℃における貯蔵弾性率を弾性率とし５０００ＭＰａ以下の場合を合格とした。弾性率の単位はＭＰａ。

・耐リフロー性：表１に示す樹脂組成物を用い、下記の基板（リードフレーム）とシリコンチップを１７５℃３０分間硬化し接着した。ダイボンドしたリードフレームを封止材料（スミコンＥＭＥ−７０２６、住友ベークライト（株）製）を用い封止し半導体装置（パッケージ）とし、６０℃、相対湿度６０％、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）を行った。処理後のパッケージを超音波探傷装置（透過型）により剥離の程度を測定した。ダイアタッチ部の剥離面積が１０％未満の場合を合格とした。剥離面積の単位は％。
パッケージ：ＱＦＰ（１４×２０×２．０ｍｍ）
リードフレーム：金フラッシュしたＮｉ−Ｐｄフレーム
チップサイズ：６×６ｍｍ
樹脂組成物硬化条件：オーブン中１５０℃、１５分

本発明の樹脂組成物は、Ｎｉ−Ｐｄめっきフレームと良好な接着力を示すとともに弾性率が低く低応力性に優れるので、本発明をダイアタッチ材料として使用することでこれまでにない高信頼性の半導体装置に好適に用いることができる。

Claims (8)

1. 半導体素子を接着する樹脂組成物であって、（Ａ）充填材、（Ｂ）一般式（１）で示される化合物、（Ｃ）一般式（２）で示される化合物、（Ｄ）１分子内にフェノール性水酸基を少なくとも２つ有する化合物、（Ｅ）融点が１８０℃以上のイミダゾール化合物を必須成分とし、化合物（Ｂ）と化合物（Ｃ）の割合がモル比で２／１〜１／２であることを特徴とする樹脂組成物。
   

   

   
2. 化合物（Ｂ）がジグリシジルビスフェノールＡ、ジグリシジルビスフェノールＦから選ばれる少なくとも１種である請求項１記載の樹脂組成物。
3. 化合物（Ｃ）がジグリシジルビスフェノールＡの水素添加物、ジグリシジルビスフェノールＦの水素添加物から選ばれる少なくとも１種である請求項１又は２記載の樹脂組成物。
4. イミダゾール化合物（Ｅ）が２−メチルイミダゾールと２，４−ジアミノ−６−ビニルトリアジンとの付加物である請求項１、２又は３記載の樹脂組成物。
5. イミダゾール化合物（Ｅ）が２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾールである請求項１、２又は３記載の樹脂組成物。
6. 充填材（Ａ）が銀粉である請求項１〜５のいずれか１項に記載の樹脂組成物。
7. 充填材（Ａ）が銀粉であり、樹脂組成物中に８０〜９０重量％含まれる請求項６に記載の樹脂組成物。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の樹脂組成物をダイアタッチ材料として用いて製作されることを特徴とする半導体装置。