JP2008101145A - 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】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又は放熱部材接着用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】一般式（１）で示される化合物（Ａ）を必須成分とすることを特徴とする樹脂組成物であり、該樹脂組成物をダイアタッチ材料又は放熱部材接着用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である。

（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４は、水素、メチル基、エチル基のいずれかであり、Ｇはグリシジル基である。）
【選択図】なし

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。

半導体製品の大容量、高速処理化及び微細配線化に伴い半導体製品作動中に発生する熱の問題が顕著になってきており、半導体製品から熱を逃がす、いわゆるサーマルマネージメントがますます重要な課題となってきている。このため半導体製品にヒートシンク、ヒートスプレッダーといった放熱部品を取り付ける方法等が一般的に採用されているが放熱部品を接着する材料自体の熱伝導率もより高いものが望まれてきている。また半導体製品の形態によっては半導体素子そのものを金属製のヒートスプレッダーに接着したり、サーマルビア等の放熱機構を有する有機基板等に接着したりする場合もあり、さらには金属リードフレームを使用するパッケージにおいてもダイパッド（半導体素子を接着する部分）の裏面がパッケージ裏面に露出するもの、露出はしないがリードフレーム自体を通って熱を拡散する場合もある。これらの場合には半導体素子を接着する材料の熱伝導率だけでなく各界面において良好な熱伝達が可能なことが求められ、ボイド、剥離等熱拡散を悪化させる要因は排除する必要がある。
一方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、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。高温でのリフロー処理はパッケージ内部のストレスを増加させるため、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。
また半導体製品の外装めっきも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及び表面に存在する金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。接着力の低下はリフロー処理時の半導体製品中の剥離、クラックの原因となる。
このように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。）よりも各種界面に対する接着性に優れ、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］一般式（１）で示される化合物（Ａ）を含むことを特徴とする樹脂組成物。

（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４は、水素、メチル基、エチル基のいずれかであり、Ｇはグリシジル基である。）

［２］ さらに一般式（２）で示される化合物（Ｂ）を含む［１］に記載の樹脂組成物。

（式中、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８は、水素、メチル基、エチル基のいずれかであり、Ｒ^９は、単結合又は炭素数１〜３の炭化水素基であり、Ｇはグリシジル基である。）

［３］ 前記化合物（Ａ）と前記化合物（Ｂ）との配合比は重量比（（Ａ）：（Ｂ））で１：３〜３：１である［２］に記載の樹脂組成物。
［４］ 前記化合物（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［２］又は［３］に記載の樹脂組成物。
［５］ さらに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（Ｃ）を含む［１］〜［４］のいずれか１項に記載の樹脂組成物。
［６］ さらに融点が１８０℃以上のイミダゾール化合物（Ｄ）を含む［１］〜［５］のいずれか１項に記載の樹脂組成物。
［７］ さらに充填材（Ｅ）を含む［１］〜［６］のいずれか１項に記載の樹脂組成物。［８］ ［１］〜［７］のいずれか１項に記載の樹脂組成物をダイアタッチ材料又は放熱部材接着用材料として用いて作製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、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又は放熱部材接着用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、一般式（１）で示される化合物（Ａ）を必須成分とし、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。

本発明では一般式（１）で示される化合物（Ａ）を使用するが、これは化合物（Ａ）を使用することで弾性率の低い硬化物を得ることができるからである。弾性率が低いすなわち応力緩和性に優れた樹脂組成物をダイアタッチ材料又は放熱部材接着用材料として使用することで剥離の生じにくい高信頼性の半導体パッケージを得ることが可能となる。ここで化合物（Ａ）は弾性率の低い硬化物を得ることが可能な点で優れているが、官能基であるグリシジル基が脂肪族性であるため、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。カチオン重合系の硬化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、酸無水物による硬化の場合に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。このため硬化剤としてはフェノール性水酸基を有する化合物を使用することが好ましく、脂肪族のグリシジル基とフェノール性水酸基の反応は遅いため、一般式（２）で示される化合物（Ｂ）との併用がさらに好ましい。化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）とを同時に用いることで低弾性率でありながら反応性に優れる樹脂組成物を得ることができる。好ましい化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）の配合割合（Ａ）：（Ｂ）は重量比で１：３〜３：１である。この範囲の場合には、低弾性率となり、十分な硬化物特性（接着性、耐リフロー性）を得ることができる。化合物（Ａ）、化合物（Ｂ）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（Ａ）としては、デカリンのジグリシジルエーテルが挙げられ、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。

上述のように好ましい硬化剤はフェノール性水酸基を有する化合物であり、なかでも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（Ｃ）が特に好ましい。化合物（Ｃ）を使用することで良好な接着性および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するため好ましくない。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以上、５以下である。この範囲の場合には、分子量が大きくならず樹脂組成物の粘度が高くならずディスペンス時の特性が良好となる。より好ましい１分子内のフェノール性水酸基数は２つまたは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およびその誘導体、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）エタン等の３官能のフェノール類およびその誘導体、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等のフェノールホルムアルデヒド樹脂で２核体または３核体がメインのものおよびその誘導体等が挙げられ、化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）の合計に対し５重量％以上、７０重量％以下含まれる。
さらに好ましい１分子内に含まれるフェノール性水酸基の数は２である。これは２官能の硬化剤を使用した場合には、硬化物の架橋密度が上がらないため低弾性率となるからである。

さらに融点が１８０℃以上のイミダゾール化合物（Ｄ）を使用することが好ましい。化合物（Ｄ）を使用することで良好な反応性を有する樹脂組成物を得ることが可能となるからである。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好ましくない。特に好ましい化合物（Ｄ）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または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（Ｄ）は、化合物（Ａ）と化合物（Ｂ）の合計に対し０．５重量％以上、２０重量％以下使用する。この範囲の場合は、良好な硬化物特性が得られる。より好ましい配合割合は１重量％以上、１０重量％以下である。

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。

本発明では必要に応じ充填材（Ｅ）を使用することも可能である。充填材（Ｅ）としては、銀粉、金粉、銅粉、アルミニウム粉、ニッケル粉、パラジウム粉等の金属粉、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等のセラミック粉末、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等の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。この範囲の場合には、樹脂組成物の粘度も高くなり過ぎず、ディスペンス時にノズル詰まりが発生しない。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、９０重量％以下含まれる。この範囲の場合には、導電性が良好であり、樹脂組成物の粘度も高くなり過ぎない。

また必要に応じてリン系、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作製する。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１〜６］
化合物（Ａ）としてはデカリンのジグリシジルエーテル（スガイ化学工業（株）製、２，７−ＤＧＤＨＮ、一般式（１）のＲ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４が−Ｈ、以下化合物Ａ）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（２）のＲ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８が−Ｈ、Ｒ^９が−Ｃ（ＣＨ_３）_２−、以下化合物Ｂ）を、化合物（Ｃ）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、以下化合物Ｃ）を、化合物（Ｄ）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（四国化成工業（株）製、キュアゾール２ＭＺ−Ａ、融点２４８〜２５８℃、以下化合物Ｄ１）および２−フェニル−４−メチル−５−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２Ｐ４ＭＨＺ、融点１９１〜１９５℃、以下化合物Ｄ２）を、充填材（Ｅ）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）、スルフィド結合を有するシランカップリング剤（信越化学工業（株）製、ＫＢＥ−８４６、以下スルフィドシラン）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。得られた樹脂組成物を用いて以下の評価を行い、表１に示した。

［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）：表１に示す樹脂組成物について、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％である。
・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。硬化後および吸湿（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／チップである。
・弾性率：表１に示す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である。
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である。

・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、３０℃、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％である。
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、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. 一般式（１）で示される化合物（Ａ）を含むことを特徴とする樹脂組成物。
   （式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４は、水素、メチル基、エチル基のいずれかであり、Ｇはグリシジル基である。）
2. さらに一般式（２）で示される化合物（Ｂ）を含む請求項１に記載の樹脂組成物。
   （式中、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８は、水素、メチル基、エチル基のいずれかであり、Ｒ^９は、単結合又は炭素数１〜３の炭化水素基であり、Ｇはグリシジル基である。）
3. 前記化合物（Ａ）と前記化合物（Ｂ）との配合比は重量比（（Ａ）：（Ｂ））で１：３〜３：１である請求項２に記載の樹脂組成物。
4. 前記化合物（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２又は３に記載の樹脂組成物。
5. さらに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（Ｃ）を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の樹脂組成物。
6. さらに融点が１８０℃以上のイミダゾール化合物（Ｄ）を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の樹脂組成物。
7. さらに充填材（Ｅ）を含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の樹脂組成物。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の樹脂組成物をダイアタッチ材料又は放熱部材接着用材料として用いて作製されることを特徴とする半導体装置。