JP2016117869A - 半導体接着用樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＰＰＦに対する接着強度が大きく、かつ低応力で作業性にも優れる半導体接着用樹脂組成物、及び信頼性の高い半導体装置を提供する。【解決手段】半導体接着用樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）充填剤、及び（Ｅ）−Ｎ＝Ｃ−Ｓ−Ｓ−で表される構造単位を有する有機化合物を含有する。半導体装置は、そのような組成物により半導体素子を支持部材上に接着してなる。【選択図】なし
Description
本発明は、半導体接着用樹脂組成物、及びこれを用いた半導体装置に関する。
半導体装置において、金属薄片（リードフレーム）上の所定部分に、ＬＥＤ、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子（以下、半導体チップとも称する）を固定する工程は、半導体装置の信頼性に影響を与える重要な工程の一つである。従来から、この接続方法として、ダイボンディングペーストとも称する、有機材料に充填剤を分散させたペースト状の樹脂組成物を接着剤として使用する方法が知られている。
この接合技術に用いる樹脂組成物においては、半導体素子とリードフレームの接着性に優れることが要求され、かかる要求に応えるものとして、例えば、エポキシ樹脂をベースとした組成物や、アクリル樹脂とエポキシ樹脂の混合物をベースとした組成物等が開発され、実用に供されている。
しかし、近年、半導体素子は、集積度が増大し、それに伴い、半導体装置の動作安定性を確保するため、高い熱放散性が求められてきている。また、大型化が進んでおり、半導体素子を搭載するリードフレームには、コストダウンを図る目的で、４２合金フレームに代わって銅フレームが広く用いられるようになってきた。さらに、半導体装置の組立てプロセスの簡素化の観点から、銅フレームに予めＮｉ−Ｐｄ−Ａｕ等のめっきを施したＰＰＦ(Ｐｒｅ Ｐｌａｔｅｄ Ｌｅａｄ Ｆｒａｍｅ)の使用が増えている。
このようなＰＰＦに対し、従来のエポキシ樹脂、エポキシ樹脂／アクリル樹脂等をベースとした組成物は、接着強度が低く、半導体装置を基板へ実装した際に樹脂層の剥離が発生し、信頼性が損なわれることが指摘されている。
このようなＰＰＦに対し、従来のエポキシ樹脂、エポキシ樹脂／アクリル樹脂等をベースとした組成物は、接着強度が低く、半導体装置を基板へ実装した際に樹脂層の剥離が発生し、信頼性が損なわれることが指摘されている。
また、従来の組成物は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂をベースとしたものであるため、硬化物の弾性率が高く、半導体素子とリードフレームの線膨張率の差に起因する反り等の発生を抑制することが困難であった。
この問題に対し、低応力の樹脂や硬化剤を使用した組成物が開発されている（例えば、特許文献１、２参照。）。しかしながら、これらの組成物は、低応力化が達成される一方、接着強度が低下し、さらに作業性が低下する等の新たな問題が発生した。
このため、近年の半導体素子の大型化や、ＰＰＦの使用に十分に対応できる、高接着性と低応力を兼ね備え、かつ作業性にも優れる樹脂組成物が求められている。
この問題に対し、低応力の樹脂や硬化剤を使用した組成物が開発されている（例えば、特許文献１、２参照。）。しかしながら、これらの組成物は、低応力化が達成される一方、接着強度が低下し、さらに作業性が低下する等の新たな問題が発生した。
このため、近年の半導体素子の大型化や、ＰＰＦの使用に十分に対応できる、高接着性と低応力を兼ね備え、かつ作業性にも優れる樹脂組成物が求められている。
本発明は上記要求に応えるべくなされたもので、ＰＰＦに対する接着強度が大きく、かつ低応力で作業性にも優れる半導体接着用樹脂組成物、及びそのような半導体接着用樹脂組成物を用いた高信頼性の半導体装置を提供することを目的としている。
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、特定のジスルフィド化合物を含むエポキシ樹脂組成物が、上記の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［５］の構成を有する、半導体接着用樹脂組成物及び半導体装置である。
［１］（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）充填剤、及び（Ｅ）−Ｎ＝Ｃ−Ｓ−Ｓ−で表される構造単位を有する有機化合物を含有することを特徴とする半導体接着用樹脂組成物。
［２］（Ｅ）成分が、下記一般式（１）または（２）で示されるジスルフィド化合物を含むことを特徴とする［１］の半導体接着用樹脂組成物。
（式（１）及び式（２）中、Ｒ１は、それぞれ独立して水素原子または炭素数１〜４のアルキル基である。）
［３］（Ａ）成分が、可とう性エポキシ樹脂を含むことを特徴とする［１］または［２］の半導体接着用樹脂組成物。
［４］（Ｂ）成分が、フェノール樹脂硬化剤を含むことを特徴とする［１］乃至［３］のいずれかの半導体接着用樹脂組成物。
［５］［１］乃至［４］のいずれかの半導体接着用樹脂組成物により、半導体素子を支持部材上に接着してなることを特徴とする半導体装置。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［５］の構成を有する、半導体接着用樹脂組成物及び半導体装置である。
［１］（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）充填剤、及び（Ｅ）−Ｎ＝Ｃ−Ｓ−Ｓ−で表される構造単位を有する有機化合物を含有することを特徴とする半導体接着用樹脂組成物。
［２］（Ｅ）成分が、下記一般式（１）または（２）で示されるジスルフィド化合物を含むことを特徴とする［１］の半導体接着用樹脂組成物。
［３］（Ａ）成分が、可とう性エポキシ樹脂を含むことを特徴とする［１］または［２］の半導体接着用樹脂組成物。
［４］（Ｂ）成分が、フェノール樹脂硬化剤を含むことを特徴とする［１］乃至［３］のいずれかの半導体接着用樹脂組成物。
［５］［１］乃至［４］のいずれかの半導体接着用樹脂組成物により、半導体素子を支持部材上に接着してなることを特徴とする半導体装置。
本発明によれば、ＰＰＦに対する接着強度が大きく、かつ低応力で作業性にも優れる半導体接着用樹脂組成物、及びそのような半導体接着用樹脂組成物を用いた高信頼性の半導体装置を提供することができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の半導体接着用樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）充填剤、及び（Ｅ）−Ｎ＝Ｃ−Ｓ−Ｓ−で表される構造単位を有する有機化合物を含有するものである。
本発明の半導体接着用樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）充填剤、及び（Ｅ）−Ｎ＝Ｃ−Ｓ−Ｓ−で表される構造単位を有する有機化合物を含有するものである。
本発明に用いられる（Ａ）成分のエポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のグリシジル基（エポキシ基）を有するものであれば、特に限定されることはなく、従来より知られるエポキシ樹脂を使用することができる。
使用可能なエポキシ樹脂の例としては、例えば、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Ｓ型エポキシ樹脂、アルキル置換ビスフェノール型エポキシ樹脂、水添ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エーテルまたはポリエーテル型エポキシ樹脂（１，４−シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、４，４’−イソプロピリデンジシクロヘキサノールジグリシジルエーテル等）、エステルまたはポリエステル型エポキシ樹脂（ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステル、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル（３，４−エポキシ）シクロヘキサンカルボキシレート、トリグリシジルイソシアヌレート等）、ウレタン型エポキシ樹脂、多官能型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、エチレンオキサイド変性ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、プロピレンオキサイド変性ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、グリシジル変性ポリブタジエン、グリシジル変性トリアジン樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、アミノフェノール型エポキシ樹脂、可とう性エポキシ樹脂、メタクリル変性エポキシ樹脂、アクリル変性エポキシ樹脂、特殊変性エポキシ樹脂、側鎖水酸基アルキル変性エポキシ樹脂、長鎖アルキル変性エポキシ樹脂、イミド変性エポキシ樹脂、ＣＴＢＮ変性エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは１種を単独で、または２種以上を混合して使用することができる。
エポキシ樹脂は、常温で液状であることが好ましいが、常温で固体のものであっても、液状のエポキシ樹脂、反応性希釈剤、溶剤等に希釈分散することにより液状にして用いることができる。好ましい液状のエポキシ樹脂としては、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、１，４−シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、４，４’−イソプロピリデンジシクロヘキサノールジグリシジルエーテル、可とう性エポキシ樹脂が挙げられる。
低応力化のためには、なかでも、可とう性エポキシ樹脂が好ましく、エポキシ当量が２００〜２０００の可とう性エポキシ樹脂がより好ましい。その具体例としては、ポリエチレングリコールのジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールのジグリシジルエーテル、炭素数２〜９（好ましくは、２〜４）のアルキレン基を含むポリオキシアルキレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール等を含む長鎖ポリオールのポリグリシジルエーテル、グリシジル（メタ）アクリレートとエチレン、酢酸ビニルもしくは（メタ）アクリル酸エステル等のラジカル重合性モノマーとの共重合体、共役ジエン化合物の（共）重合体またはその部分水添化物の共（重合体）における不飽和炭素結合をエポキシ化したもの、エポキシ基を有するポリエステル樹脂、ウレタン結合やポリカプロラクトン結合を導入したウレタン変性エポキシ樹脂やポリカプロラクトン変性エポキシ樹脂、ダイマー酸またはその誘導体の分子内にエポキシ基を導入したダイマー酸変性エポキシ樹脂、ＮＢＲ（アクリロニトリルブタジエンゴム）、ＣＴＢＮ（カルボキシル末端アクリロニトリルブタジエンゴム）、ポリブタジエン、アクリルゴム等のゴム成分の分子内にエポキシ基を導入したゴム変性エポキシ樹脂等が挙げられる。市販品を例示すると、例えば、ジャパンエポキシレジン（株）製のＹＬ７１７５−５００（エポキシ当量４８７）、同ＹＬ７１５０−１０００（エポキシ当量１０００）、ＤＩＣ（株）製のＥＰ−４００３Ｓ（エポキシ当量４１２）、同ＥＰ−４０００Ｓ（エポキシ当量２６０）、（株）ＡＤＥＫＡ製のＡＤＥＫＡ ＲＥＳＩＮ ＥＰ−４０８５Ｓ（以上、いずれも商品名）等が挙げられる。
本発明においては、リードフレームに対する接着性や応力緩和性等をさらに改善する目的で、（Ａ）成分以外の樹脂成分を配合してもよい。（Ａ）成分以外の樹脂成分としては、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、キシレン樹脂等が挙げられる。これらは１種を単独で使用してもよく、また２種以上を混合して使用してもよい。このような（Ａ）成分以外の樹脂の配合量は、（Ａ）成分のエポキシ樹脂１００質量部に対して５０質量部以下が好ましい。
本発明に用いられる（Ｂ）成分の硬化剤は、従来、エポキシ樹脂の硬化剤として使用されているものであれば、特に制限されることなく使用することができる。
使用可能な硬化剤の例としては、例えば、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のフェノール類やα−ナフトール、ベータナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等のアルデヒド類とを酸性触媒下で縮合または共縮合させて得られるノボラック型フェノール樹脂、ポリパラビニルフェノール樹脂、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のフェノール類とジメトキシパラキシレンから合成されるキシリレン基を有するフェノールアラルキル樹脂等のフェノール樹脂硬化剤；無水マレイン酸、無水フタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水メチルヘキサヒドロフタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水メチルテトラヒドロフタル酸、無水メチルハイミック酸、無水ピロメリット酸等の酸無水物；ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン等のアミン硬化剤；２‐エチル‐４‐メチルイミダゾール、２‐ヘプタデシルイミダゾール、２‐メチルイミダゾール、２‐エチルイミダゾール、２‐フェニルイミダゾール、２‐フェニル‐４‐メチルイミダゾール、４‐メチルイミダゾール、４‐エチルイミダゾール、２‐フェニル‐４‐ヒドロキシメチルイミダゾール、１‐シアノエチル‐２‐メチルイミダゾール、１‐シアノエチル‐２‐エチル‐４‐メチルイミダゾール、２‐フェニル‐４‐メチル‐５‐ヒドロキシメチルイミダゾール、２‐フェニル‐４、５‐ジヒドロキシメチルイミダゾールな等のイミダゾール化合物；ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）、アジピン酸ジヒドラジド、ドデカン酸、イソフタル酸、ｐ−オキシ安息香酸等の潜在性硬化剤、イソシアネート化合物、カチオン系硬化剤等が挙げられる。これらは１種を単独で、または２種以上を混合して使用することができる。硬化剤としては、なかでも、フェノール樹脂硬化剤、ジシアンジアミドが好ましい。
使用可能な硬化剤の例としては、例えば、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のフェノール類やα−ナフトール、ベータナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等のアルデヒド類とを酸性触媒下で縮合または共縮合させて得られるノボラック型フェノール樹脂、ポリパラビニルフェノール樹脂、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のフェノール類とジメトキシパラキシレンから合成されるキシリレン基を有するフェノールアラルキル樹脂等のフェノール樹脂硬化剤；無水マレイン酸、無水フタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水メチルヘキサヒドロフタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水メチルテトラヒドロフタル酸、無水メチルハイミック酸、無水ピロメリット酸等の酸無水物；ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン等のアミン硬化剤；２‐エチル‐４‐メチルイミダゾール、２‐ヘプタデシルイミダゾール、２‐メチルイミダゾール、２‐エチルイミダゾール、２‐フェニルイミダゾール、２‐フェニル‐４‐メチルイミダゾール、４‐メチルイミダゾール、４‐エチルイミダゾール、２‐フェニル‐４‐ヒドロキシメチルイミダゾール、１‐シアノエチル‐２‐メチルイミダゾール、１‐シアノエチル‐２‐エチル‐４‐メチルイミダゾール、２‐フェニル‐４‐メチル‐５‐ヒドロキシメチルイミダゾール、２‐フェニル‐４、５‐ジヒドロキシメチルイミダゾールな等のイミダゾール化合物；ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）、アジピン酸ジヒドラジド、ドデカン酸、イソフタル酸、ｐ−オキシ安息香酸等の潜在性硬化剤、イソシアネート化合物、カチオン系硬化剤等が挙げられる。これらは１種を単独で、または２種以上を混合して使用することができる。硬化剤としては、なかでも、フェノール樹脂硬化剤、ジシアンジアミドが好ましい。
この（Ｂ）成分の硬化剤の配合量は、例えば、フェノール樹脂硬化剤では、上記（Ａ）成分１００質量部に対して、５〜７０質量部が好ましい。５質量部未満では、硬化が不十分で接着力が低下するおそれがあり、７０質量部を越えると、未反応のフェノール樹脂硬化剤により耐熱性低下のおそれがある。また、ジシアンジアミドでは、上記（Ａ）成分１００質量部に対して、０．１〜６質量部が好ましい。０．１質量部未満では、硬化が不十分で接着力が低下するおそれがあり、６質量部を越えると、耐熱性が低下し変色しやすくなる。
なお、これらの硬化剤成分にはビスフェノール類を併用することができる。この場合、ビスフェノール類は、（Ａ）成分１００質量部に対して４０質量部を超えない範囲で配合することが好ましい。
なお、これらの硬化剤成分にはビスフェノール類を併用することができる。この場合、ビスフェノール類は、（Ａ）成分１００質量部に対して４０質量部を超えない範囲で配合することが好ましい。
本発明に用いられる（Ｃ）成分の硬化促進剤は、上記（Ａ）成分と（Ｂ）成分との硬化を促進することができるものであれば、特に制限なく使用することができる。
使用可能な硬化促進剤の例としては、イミダゾール系硬化促進剤、アミン系硬化促進剤、有機ホスフィン系硬化促進剤、ジアザビシクロ系硬化促進剤、ウレア系硬化促進剤、有機ボロン塩系硬化促進剤、ポリアミド系硬化促進剤物等が挙げられる。硬化性、接着性の観点から、なかでもイミダゾール系硬化促進剤、アミン系硬化促進剤が好ましく、イミダゾール系硬化促進剤がより好ましい。
イミダゾール系硬化促進剤の具体例としては、例えば、イミダゾール、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−イソプロピルイミダゾール、２−ｎ−プロピルイミダゾール、２−ウンデシル−１Ｈ−イミダゾール、２−ヘプタデシル−１Ｈ−イミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニル−１Ｈ−イミダゾール、４−メチル−２−フェニル−１Ｈ−イミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾリウムトリメリテイト、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾリウムトリメリテイト、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、２，４−ジアミノ−６−［２′−メチルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２′−ウンデシルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２′−エチル−４−メチルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２′−メチルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジンイソシアヌル酸付加物、２−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、２−メチルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニル−４，５−ジ（２−シアノエトキシ）メチルイミダゾール、１−ドデシル−２−メチル−３−ベンジルイミダゾリウムクロライド、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール塩酸塩、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト等が挙げられる。
使用可能な硬化促進剤の例としては、イミダゾール系硬化促進剤、アミン系硬化促進剤、有機ホスフィン系硬化促進剤、ジアザビシクロ系硬化促進剤、ウレア系硬化促進剤、有機ボロン塩系硬化促進剤、ポリアミド系硬化促進剤物等が挙げられる。硬化性、接着性の観点から、なかでもイミダゾール系硬化促進剤、アミン系硬化促進剤が好ましく、イミダゾール系硬化促進剤がより好ましい。
イミダゾール系硬化促進剤の具体例としては、例えば、イミダゾール、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−イソプロピルイミダゾール、２−ｎ−プロピルイミダゾール、２−ウンデシル−１Ｈ−イミダゾール、２−ヘプタデシル−１Ｈ−イミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニル−１Ｈ−イミダゾール、４−メチル−２−フェニル−１Ｈ−イミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾリウムトリメリテイト、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾリウムトリメリテイト、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、２，４−ジアミノ−６−［２′−メチルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２′−ウンデシルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２′−エチル−４−メチルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２′−メチルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジンイソシアヌル酸付加物、２−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、２−メチルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニル−４，５−ジ（２−シアノエトキシ）メチルイミダゾール、１−ドデシル−２−メチル−３−ベンジルイミダゾリウムクロライド、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール塩酸塩、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト等が挙げられる。
アミン系硬化促進剤の具体例としては、例えば、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等の脂肪族ジアミン類、脂環式及び複素環式アミン類、変性ポリアミン類、グアニジン、有機酸ヒドラジド、ジアミノマレオニトリル、アミンイミド、三フッ化ホウ素−ピペリジン錯体、三フッ化ホウ素−モノエチルアミン錯体等が挙げられる。
硬化促進剤は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。その配合量は、（Ａ）成分のエポキシ樹脂１００質量部に対して、０．１〜１０質量部の範囲が好ましく、０．１〜５．０質量部の範囲がより好ましい。０．１質量部未満では、硬化促進効果が十分得られず、１０質量部を超えると、硬化促進効果はさほど変わらずに、常温での保存安定性が低下する。
本発明に用いられる（Ｄ）成分の充填剤は、無機系及び有機系のいずれであってもよい。無機系充填材としては、例えば、銀粉、金粉、銅粉、アルミニウム粉、ニッケル粉等の金属粉や、ブラックカーボン、溶融シリカ、結晶シリカ、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、炭酸カルシウム等が挙げられる。これらの無機系充填剤のうち、金属粉は主に導電性や熱伝導性を付与するために用いられる。また、有機系充填剤としては、例えば、シリコーン樹脂、ポリテトラフロロエチレン等のフッ素樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ベンゾグアナミンやメラミンとホルムアルデヒドとの架橋物等が挙げられる。さらに、シリカとアクリル樹脂との複合材や、有機系充填材表面に金属コーティングを施したもの等、有機化合物と無機化合物を複合した充填材等も使用される。これらの充填剤は、分散性等を高めるため、アルコキシシラン、アシロキシシラン、シラザン、オルガノアミノシラン等のシランカップリング材等により表面処理が施されていてもよい。充填剤は１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
（Ｄ）成分の充填剤としては、導電性の用途には、特に銀粉が、入手が容易で、取扱いやすい上、形状、粒径の種類が多く、導電性が良好であることから好ましい。また、絶縁用途には、特にシリカが、入手及び取り扱いの容易さの観点から好ましい。これらの充填剤は、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が１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。銀粉の形状は特に限定されず、例えば、フレーク状（鱗片状）、樹枝状、球状のもの等が用いられる。また、粒径も特に限定されず、例えば、粒径が１〜１００ｎｍ程度のナノスケールのものも用いられる。銀粉の平均粒径は、通常１〜１５μｍ、好ましくは１〜１０μｍで、許容される最大粒径は５０μｍ程度である。平均粒径は、通常１〜１５μｍ、好ましくは１〜１０μｍで、許容される最大粒径は５０μｍ程度である。平均粒径が１μｍ以上であれば、組成物は適度な粘度を有することができ、１５μｍ以下であれば組成物を塗布する際、及び硬化時において、組成物のブリードが抑制される。ここで、銀粉の平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置により測定した個数積算分布における５０％粒径（Ｄ５０値）である。
この（Ｄ）成分の配合量は、半導体接着用樹脂組成物全体の４５〜９２質量％の範囲が好ましい。より好ましくは５０〜８０質量％である。４５質量％未満では、信頼性が低下し、９２質量％を超えると、接着力が低下するおそれがある。
本発明に用いられる（Ｅ）成分の、−Ｎ＝Ｃ−Ｓ−Ｓ−で表される構造単位を有する有機化合物は、本発明の目的とする接着性の改善、特に銅フレーム、ＰＰＦに対する接着強度を高める上で重要な成分である。本発明においては、下記一般式（１）または（２）で示されるジスルフィド化合物の使用が好ましい。
式（１）及び式（２）中、Ｒ１は、それぞれ独立して水素原子または炭素数１〜４のアルキル基である。アルキル基としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等が例示される。
具体的には、例えば、２，２’−ジピリジルジスルフィド、２，２’−ジピリミジンジスルフィド、２，２’−ジチオビス（メチルピリジン）、２，２’−ジチオビス（ブチルピリジン）、２，２’−ジチオビス（メチルピリミジン）、２，２’−ジチオビス（ブチルピリミジン）等が好ましく用いられる。また、上記一般式（１）または（２）で示されるジスルフィド化合物以外の化合物として、２，２’−ジイミダゾイルジスルフィド、２，２’−ジベンゾチアジルジスルフィド等も好ましく使用される。（Ｅ）成分は１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
この（Ｅ）成分の配合量は、（Ａ）成分のエポキシ樹脂１００質量部に対して、０．０５〜２質量部が好ましく、０．１〜１．５質量部がより好ましい。０．０５質量部未満では、ＰＰＦに対する接着性の改善効果が小さく、また２質量部を越えると、半導体パッケージの信頼性が低下するおそれがある。
本発明の半導体接着用樹脂組成物には、以上の各成分の他、本発明の効果を阻害しない範囲で、この種の組成物に一般に配合される、粘度調整剤、反応性希釈剤、カップリング剤等の接着助剤、硬化促進助剤、消泡剤、着色剤（顔料、染料）、難燃剤、チクソ性付与剤その他の各種添加剤を、必要に応じて配合することができる。これらの各添加剤はいずれも１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
粘度調整剤としては、例えば、酢酸セロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート、プロピレングリコールフェニルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジアセトンアルコール、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、γ−ブチルラクトン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジドン等が挙げられる。
反応性希釈剤としては、例えば、ｎ−ブチルグリシジルエーテル、ｔ−ブチルフェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、２−エチルヘキシルグリシジルエーテル、スチレンオキシド、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等が挙げられる。
カップリング剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、ジルコート系カップリング剤、ジルコアルミネート系カップリング剤等が挙げられる。これらのカップリング剤のなかでも、シランカップリング剤が好ましく、特に、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランが好ましい。
本発明の半導体接着用樹脂組成物は、前記した（Ａ）〜（Ｅ）成分、及び必要に応じて配合されるカップリング剤等の添加剤等を十分に混合した後、さらにディスパース、ニーダー、３本ロールミル等により混練処理を行い、次いで、脱泡することにより、調製することができる。
本発明の半導体接着用樹脂組成物は、特にＰＰＦに対し優れた接着性を有するとともに、作業性も良好である。また、大型の半導体チップと金属フレームの組み合わせにおいても半導体チップにクラックが発生することはなく、接着強度が低下することもない。したがって、これを用いて信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
次に、本発明の半導体装置について説明する。
本発明の半導体装置は、例えば、本発明の半導体接着用樹脂組成物を介して半導体素子をリードフレームにマウントし、半導体接着用樹脂組成物を加熱硬化させた後、リードフレームのリード部と半導体素子上の電極とをワイヤボンディングにより接続し、次いで、これらを封止樹脂を用いて封止する、あるいはパッケージに収納することにより製造することができる。ボンディングワイヤとしては、例えば、銅、金、アルミ、金合金、アルミ−シリコン等からなるワイヤが例示される。また、半導体接着用樹脂組成物を硬化させる際の温度は、通常、１２０〜２５０℃であり、０．５〜２時間程度加熱することが好ましい。
本発明の半導体装置は、例えば、本発明の半導体接着用樹脂組成物を介して半導体素子をリードフレームにマウントし、半導体接着用樹脂組成物を加熱硬化させた後、リードフレームのリード部と半導体素子上の電極とをワイヤボンディングにより接続し、次いで、これらを封止樹脂を用いて封止する、あるいはパッケージに収納することにより製造することができる。ボンディングワイヤとしては、例えば、銅、金、アルミ、金合金、アルミ−シリコン等からなるワイヤが例示される。また、半導体接着用樹脂組成物を硬化させる際の温度は、通常、１２０〜２５０℃であり、０．５〜２時間程度加熱することが好ましい。
図１は、このようにして得られた本発明の半導体装置の一例を示したものであり、銅フレーム、ＰＰＦ等のリードフレーム１と半導体素子２の間に、本発明の半導体接着用樹脂組成物の硬化物である接着剤層３が介在されている。また、半導体素子２上の電極４とリードフレーム１のリード部５とがボンディングワイヤ６により接続されており、さらに、これらが封止樹脂７により封止されている。なお、接着剤層３の厚さとしては、１０〜３０μｍ程度が好ましい。
本発明の半導体装置は、ＰＰＦに対する接着強度が大きく、かつ低応力で作業性にも優れる半導体接着用樹脂組成物により半導体素子が接着固定されているので、基板への実装時にフレームと半導体素子間で剥離が生ずることはなく、また耐半田クラック性にも優れており、高い信頼性を具備している。
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下の実施例及び比較例において使用した材料は表１に示した通りである。また、「部」は特に断らない限り「質量部」を意味する。
（実施例１）
エポキシ樹脂Ｉ１７．３部、エポキシ樹脂II２．９部、硬化剤Ｉ３．０部、硬化剤II０．６部、硬化促進剤０．２部、ジスルフィド化合物Ｉ０．５部、希釈剤４．０部、及び充填剤Ｉ７１．５部を十分に混合し、さらに三本ロールで混練して半導体接着用樹脂組成物を調製した。
エポキシ樹脂Ｉ１７．３部、エポキシ樹脂II２．９部、硬化剤Ｉ３．０部、硬化剤II０．６部、硬化促進剤０．２部、ジスルフィド化合物Ｉ０．５部、希釈剤４．０部、及び充填剤Ｉ７１．５部を十分に混合し、さらに三本ロールで混練して半導体接着用樹脂組成物を調製した。
（実施例２〜５、比較例１〜３）
組成を表２に示すように変えた以外は、実施例１と同様にして半導体接着用樹脂組成物を調製した。
組成を表２に示すように変えた以外は、実施例１と同様にして半導体接着用樹脂組成物を調製した。
上記各実施例及び各比較例で得られた半導体接着用樹脂組成物について、下記に示す方法で各種特性を評価し、その結果を表２に併せ示した。
＜半導体接着用樹脂組成物＞
（１）粘度（η0.5rpm）
東機産業（株）製のＥ型粘度計（３°コーン）を用い、２５℃、０．５ｒｐｍの条件で測定した。
（２）チクソ性
東機産業（株）製のＥ型粘度計（３°コーン）を用い、温度２５℃、回転数５．０ｒｐｍの条件で粘度（η5.0rpm）を測定し、上記（１）で温度２５℃、回転数０．５ｒｐｍの条件で測定された粘度（η0.5rpm）との比η0.5rpm／η5.0rpmを算出した。
（１）粘度（η0.5rpm）
東機産業（株）製のＥ型粘度計（３°コーン）を用い、２５℃、０．５ｒｐｍの条件で測定した。
（２）チクソ性
東機産業（株）製のＥ型粘度計（３°コーン）を用い、温度２５℃、回転数５．０ｒｐｍの条件で粘度（η5.0rpm）を測定し、上記（１）で温度２５℃、回転数０．５ｒｐｍの条件で測定された粘度（η0.5rpm）との比η0.5rpm／η5.0rpmを算出した。
＜硬化物＞
（１）接着強度
得られた半導体接着用樹脂組成物を銅フレーム及びＰＰＦ上にそれぞれ２０μｍ厚に塗布し、それらの各フレーム上に４ｍｍ×４ｍｍの半導体チップ（シリコンチップ）をマウントし、１３５℃で２時間加熱硬化させ、接続サンプルを作製した。この接続サンプルについて、沖エンジニアリング（株）製のダイシェア強度測定器を用いて測定した。
（２）弾性率
得られた半導体接着用樹脂組成物を１３５℃で２時間加熱硬化させて作製したフィルム状サンプル（２０ｍｍ×５ｍｍ×０．０３ｍｍ）について、エスアイアイ・ナノテクノロジー（株）製の粘弾性スペクトロメータＤＭＳ２００を用いて引張弾性率を求めた。測定条件は以下の通りである。
測定温度：２５℃
昇温速度：５℃／分
（３）体積抵抗率
得られた半導体接着用樹脂組成物をガラス板上に硬化後の厚さが０．０５ｍｍになるように塗布し、１３５℃で１２０分間加熱し硬化させた後、デジタルマルチメータにより測定した。
（４）熱伝導率
得られた半導体接着用樹脂組成物をフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）板上に塗布し、１３５℃で１２０分間加熱し硬化させてフィルム状試験片（直径５ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を作製した。このフィルム状試験片ついて、京都電子産業（株）製のレーザフラッシュ法熱物性測定装置ＬＦＡ−５０２を用いて測定した。
＜半導体パッケージ＞
（１）信頼性
得られた半導体接着用樹脂組成物をＰＰＦ上に２０μｍ厚に塗布し、その上に２ｍｍ×２ｍｍの半導体チップ（シリコンチップ、表面アルミ配線のみ）をマウントし、１８０℃で１２０分間加熱硬化させた後、温度サイクル試験（ＴＣＴ：−６５℃（３０秒）／１２５℃（３０秒）、１０００サイクル）を行い、クラックの発生の有無を超音波探傷装置（ＳＡＴ）で観察し、その発生率（不良数（個）／不良数（個））を調べた（ｎ＝５）。
（１）接着強度
得られた半導体接着用樹脂組成物を銅フレーム及びＰＰＦ上にそれぞれ２０μｍ厚に塗布し、それらの各フレーム上に４ｍｍ×４ｍｍの半導体チップ（シリコンチップ）をマウントし、１３５℃で２時間加熱硬化させ、接続サンプルを作製した。この接続サンプルについて、沖エンジニアリング（株）製のダイシェア強度測定器を用いて測定した。
（２）弾性率
得られた半導体接着用樹脂組成物を１３５℃で２時間加熱硬化させて作製したフィルム状サンプル（２０ｍｍ×５ｍｍ×０．０３ｍｍ）について、エスアイアイ・ナノテクノロジー（株）製の粘弾性スペクトロメータＤＭＳ２００を用いて引張弾性率を求めた。測定条件は以下の通りである。
測定温度：２５℃
昇温速度：５℃／分
（３）体積抵抗率
得られた半導体接着用樹脂組成物をガラス板上に硬化後の厚さが０．０５ｍｍになるように塗布し、１３５℃で１２０分間加熱し硬化させた後、デジタルマルチメータにより測定した。
（４）熱伝導率
得られた半導体接着用樹脂組成物をフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）板上に塗布し、１３５℃で１２０分間加熱し硬化させてフィルム状試験片（直径５ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を作製した。このフィルム状試験片ついて、京都電子産業（株）製のレーザフラッシュ法熱物性測定装置ＬＦＡ−５０２を用いて測定した。
＜半導体パッケージ＞
（１）信頼性
得られた半導体接着用樹脂組成物をＰＰＦ上に２０μｍ厚に塗布し、その上に２ｍｍ×２ｍｍの半導体チップ（シリコンチップ、表面アルミ配線のみ）をマウントし、１８０℃で１２０分間加熱硬化させた後、温度サイクル試験（ＴＣＴ：−６５℃（３０秒）／１２５℃（３０秒）、１０００サイクル）を行い、クラックの発生の有無を超音波探傷装置（ＳＡＴ）で観察し、その発生率（不良数（個）／不良数（個））を調べた（ｎ＝５）。
表２からも明らかなように、実施例の半導体接着用樹脂組成物は、低弾性率で、ＰＰＦに対し高い接着強度を有しており、また、これを用いた半導体装置は高い信頼性を有していた。
１…リードフレーム、２…半導体素子、３…接着剤層、４…電極、５…リード部、６…ボンディングワイヤ、７…封止樹脂。
Claims (5)
- （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）充填剤、及び（Ｅ）−Ｎ＝Ｃ−Ｓ−Ｓ−で表される構造単位を有する有機化合物を含有することを特徴とする半導体接着用樹脂組成物。
- （Ｅ）成分が、下記一般式（１）または（２）で示されるジスルフィド化合物を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体接着用樹脂組成物。
- （Ａ）成分が、可とう性エポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項１または２記載の半導体接着用樹脂組成物。
- （Ｂ）成分が、フェノール樹脂硬化剤を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の半導体接着用樹脂組成物。
- 請求項１乃至４のいずれか１項記載の半導体接着用樹脂組成物により、半導体素子を支持部材上に接着してなることを特徴とする半導体装置。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018039925A (ja) * | 2016-09-08 | 2018-03-15 | 京セラ株式会社 | 半導体接着用樹脂組成物および半導体装置 |
| WO2018181849A1 (ja) * | 2017-03-31 | 2018-10-04 | 新日鉄住金化学株式会社 | 繊維強化複合材料用エポキシ樹脂組成物、繊維強化複合材料及び成形体 |
| CN111269532A (zh) * | 2019-05-30 | 2020-06-12 | 苏州泰烯新材料有限公司 | 一种增韧型单组份环氧树脂及其制备方法 |
-
2014
- 2014-12-24 JP JP2014259824A patent/JP2016117869A/ja active Pending
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