JP2007119561A - 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めっきリードフレームへの良好な密着性を示す樹脂組成物及び該樹脂組成物を半導体用ダイアタッチペーストとして使用することで耐リフロー性の信頼性に優れた半導体装置を提供することである。
【解決手段】本発明は、（Ａ）不飽和結合を有する硫黄原子含有化合物、（Ｂ）重合開始剤、及び（Ｃ）充填材を含むことを特徴とする樹脂組成物及び該樹脂組成物をダイアタッチペーストとして用いて製作されることを特徴とする半導体装置。
【選択図】なし

Description

本発明は、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、半導体パッケージ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めっき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、一般に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パッケージ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パッケージ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。
そこで従来から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樹脂組成物及び該樹脂組成物を半導体用ダイアタッチペーストとして使用することで耐リフロー性の信頼性に優れた半導体装置を提供することである。

本発明は、以下の［１］〜［５］により達成される。
［１］（Ａ）不飽和結合を有する硫黄原子含有化合物、（Ｂ）重合開始剤、及び（Ｃ）充填材を含むことを特徴とする樹脂組成物。
［２］前記化合物（Ａ）が一般式（１）又は（２）で示される化合物である第［１］項記載の樹脂組成物。

式中、Ｘは、酸素原子又は硫黄原子を示す。
ｐ、ｑは、０〜５の整数を示す。
Ｒ^１は、（メタ）アクリロイル基又はビニル基を示す。
Ｒ^２は、

式中、Ｙは、酸素原子又は硫黄原子を示す。
Ｒ^３は、（メタ）アクリロイル基又はビニル基を示す。
ｒは、０〜５の整数を示す。

［３］前記化合物（Ａ）がビス（４−メタクリロイルチオフェニル）スルフィドである第［１］又は［２］項に記載の樹脂組成物。
［４］充填材（Ｃ）が銀粉である第［１］〜［３］項のいずれか１項に記載の樹脂組成物。
［５］第［１］〜［４］項のいずれか１項に記載の樹脂組成物をダイアタッチペースト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ため、ダイアタッチペーストとして使用した場合、得られた半導体装置は耐リフロー性に優れており、その結果高信頼性の半導体装置を得ることができる。

本発明は、不飽和結合を有する硫黄原子含有化合物、重合開始剤、及び充填材を含む樹脂組成物で、特に接着性に優れ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、不飽和結合を有する硫黄原子含有化合物を使用する。重合可能であればどのような形態の不飽和結合でも使用可能であるが、好ましいものとしてはビニル基、（メタ）アクリロイル基などが挙げられる。不飽和結合を有する硫黄原子含有化合物は、好ましくは一般式（１）又は（２）で示される化合物であり、具体例としては、ビス（４−ビニルチオフェニル）スルフィド、ビス（２−メタクリロイルチオエチル）スルフィド、ビス（４−メタクリロイルチオフェニル）スルフィド等が挙げられる。より好ましくは、ビス（４−メタクリロイルチオフェニル）スルフィドである。不飽和結合を有する硫黄原子含有化合物は、金属面、特にＮｉ−Ｐｄめっきフレームと良好な接着力を示す。

本発明では重合可能な２重結合を少なくとも１つ有する化合物を使用することが可能である。ビニル基、（メタ）アクリロイル基、アリル基、及びマレイミド基等の官能基に含まれる重合可能な２重結合を有する化合物であれば特に制限されない。
例えば、アクリル酸エステル、ビスマレイミド酢酸エステルなどが挙げられる。

本発明では、不飽和結合を反応させる目的で重合開始剤（Ｂ）を使用する。重合開始剤の種類については特に限定されないが本発明の樹脂組成物は、通常蛍光灯等の照明下で使用されるので光重合開始剤が含まれていると使用中の反応により粘度上昇が観察されるため実質的に光重合開始剤を含有することは好ましくない。実質的にとは、粘度上昇が観察されない程度で光重合開始剤が微量に存在してもよく、好ましくは、含有しないことである。

このため熱ラジカル重合開始剤が好ましく用いられる。通常熱ラジカル重合開始剤として用いられるもの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４０〜１４０℃となるものが好ましい。分解温度が４０℃未満だと、樹脂組成物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。これを満たす熱ラジカル重合開始剤の具体例としては、メチルエチルケトンパーオキサイド、メチルシクロヘキサノンパーオキサイド、メチルアセトアセテートパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，１−ビス（ｔ−ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサン、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、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、２，２−ビス（４，４−ジ−ｔ−ブチルパーオキシシクロヘキシル）プロパン、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロドデカン、ｎ−ブチル４，４−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）バレレート、２，２−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン、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−ブチルハイドロパーオキサイド、Ｐ−メンタンハイドロパーオキサイド、１，１，３，３−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、ｔ−ヘキシルハイドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、α、α’−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３、イソブチリルパーオキサイド、３，５，５−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、桂皮酸パーオキサイド、ｍ−トルオイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ビス（４−ｔ−ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネート、ジ−３−メトキシブチルパーオキシジカーボネート、ジ−２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジ−ｓｅｃ−ブチルパーオキシジカーボネート、ジ（３−メチル−３−メトキシブチル）パーオキシジカーボネート、ジ（４−ｔ−ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネート、α、α’−ビス（ネオデカノイルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン、クミルパーオキシネオデカノエート、１，１，３，３，−テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、１−シクロヘキシル−１−メチ−ルエチルパーオキシネオデカノエート、ｔ−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート、ｔ−ヘキシルパーオキシピバレート、ｔ−ブチルパーオキシピバレート、２，５−ジメチル−２，５−ビス（２−エチルヘキサノイルパーオキシ）ヘキサン、１，１，３，３−テトラメチルブチルパーオキシ−２−エチルへキサノエート、１−シクロヘキシル−１−メチルエチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ヘキシルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシイソブチレート、ｔ−ブチルパーオキシマレイックアシッド、ｔ−ブチルパーオキシラウレート、ｔ−ブチルパーオキシ−３，５，５−トリメチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキシルモノカーボネート、２，５−ジメチル−２，５−ビス（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシアセテート、ｔ−ヘキシルパーオキシベンゾエート、ｔ−ブチルパーオキシ−ｍ−トルオイルベンゾエート、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）イソフタレート、ｔ−ブチルパーオキシアリルモノカーボネート、３，３’，４，４’−テトラ（ｔ−ブチルパーオキシカルボニル）ベンゾフェノン等が挙げられるが、これらは単独あるいは硬化性を制御するため２種類以上を混合して用いることもできる。特に限定されるわけではないが樹脂組成物中０．００１重量％以上、２重量％以下含有されるのが好ましい。

本発明では充填材（Ｃ）として、銀粉、金粉、銅粉、アルミニウム粉、ニッケル粉、及び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、及び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、及びポリシロキサン粉末といった高分子粉末を使用可能である。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１μｍ以上、３０μｍ以下である。下限値以下では樹脂組成物の粘度が高くなりすぎ、上限値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重量％以上、９５重量％以下含まれる。銀粉の割合が下限値より少ない場合には導電性が悪化し、上限値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。

本発明ではカップリング剤が使用可能である。一般的に使用されるシランカップリング剤、チタン系カップリング剤を使用することができる。具体的には、ビス（トリメトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（トリブトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（ジメトキシメチルシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（ジエトキシメチルシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（ジブトキシメチルシリルプロピル）テトラスルフィド、ビス（トリメトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス（トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス（トリブトキシシリルプロピル）ジスルフィド、ビス（ジメトキシメチルシリルプロピル）ジスルフィド、ビス（ジエトキシメチルシリルプロピル）ジスルフィド、ビス（ジブトキシメチルシリルプロピル）ジスルフィドなどが挙げられる。Ｓ−Ｓ結合を有するシランカップリング剤以外との併用も好ましい。

本発明の樹脂組成物には、必要により、消泡剤、界面活性剤、各種重合禁止剤、酸化防止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。
以下実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、これらに限定されるものではない。配合割合は重量部で示す。

［実施例１］
化合物（Ａ）として、ビス（４−メタクリロイルチオフェニル）スルフィド（住友精化（株）製、ＭＰＳＭＡ、以下硫黄化合物）、重合開始剤（Ｂ）としてジクミルパーオキサイド（日本油脂（株）製、パークミルＤ、急速加熱試験における分解温度：１２６℃、以下重合開始剤）、充填材（Ｃ）として、平均粒径８μｍ、最大粒径３０μｍのフレーク状銀粉（以下銀粉）、ポリエーテル系アクリル酸エステル（新中村化学工業（株）製、Ａ−ＰＴＭＧ−６５、以下化合物Ｘ）、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート（共栄社化学（株）製、ライトエステルＨＯＰ、以下希釈剤１）、１，６−ヘキサンジオールジメタクリレート（共栄社化学（株）製、ライトエステル１、６ＨＸ、以下希釈剤２）、グリシジル基を有するカップリング剤（信越化学工業（株）製、ＫＢＭ−４０３Ｅ、以下カップリング剤）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。得られた樹脂組成物を以下の方法により評価した。評価結果を表１に示す。

［実施例２〜４及び比較例１、２］
実施例１以外で使用した成分は、ポリエーテル系ビスマレイミド酢酸エステル（大日本インキ工業（株）製、ルミキュアＭＩＡ−２００、以下化合物Ｙ）である。
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。
得られた樹脂組成物を以下の方法により評価した。評価結果を表１に示す。

評価方法
・接着強度：表１に示す樹脂組成物を用いて６×６ｍｍのシリコンチップをＮｉ−Ｐｄ／Ａｕめっきした銅フレームにマウントし、１５０℃オーブン中３０分硬化した。硬化後及び吸湿処理（８５℃、８５％、７２時間）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／チップである。
・耐リフロー性：表１に示す樹脂組成物を用いて、下記のリードフレームとシリコンチップを１５０℃３０分間硬化し接着した。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、パッケージを作製した。このパッケージを３０℃、相対湿度６０％、１６８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％である。
パッケージ：ＱＦＰ（１４×２０×２．０ｍｍ）
リードフレーム：Ｎｉ−Ｐｄ／Ａｕめっきした銅フレーム
チップサイズ：６×６ｍｍ
樹脂組成物の硬化条件：オーブン中１５０℃、３０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ため、半導体用ダイアタッチペーストとして好適に用いることができる。

Claims (5)

1. （Ａ）不飽和結合を有する硫黄原子含有化合物、（Ｂ）重合開始剤、及び（Ｃ）充填材を含むことを特徴とする樹脂組成物。
2. 前記化合物（Ａ）が一般式（１）又は（２）で示される化合物である請求項１記載の樹脂組成物。
   

   

   式中、Ｘは、酸素原子又は硫黄原子を示す。
   ｐ、ｑは、０〜５の整数を示す。
   Ｒ^１は、（メタ）アクリロイル基又はビニル基を示す。
   Ｒ^２は、
   

   

   

   式中、Ｙは、酸素原子又は硫黄原子を示す。
   Ｒ^３は、（メタ）アクリロイル基又はビニル基を示す。
   ｒは、０〜５の整数を示す。
   
3. 前記化合物（Ａ）がビス（４−メタクリロイルチオフェニル）スルフィドである請求項１又は２記載の樹脂組成物。
4. 充填材（Ｃ）が銀粉である請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂組成物。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の樹脂組成物をダイアタッチペーストとして用いて製作されることを特徴とする半導体装置。