JP2020084159A - 導電性接着用シート、その製造方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導率が良好な導電性接着用シート及び該導電性接着用シートにより半導体を接合してなる半導体装置を提供する。【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）フェノール硬化剤と、（Ｃ）導電性微粒子と、を含有する樹脂組成物をシート状に成形してなり、（Ｃ）導電性微粒子の所定のアスペクト比が２．０〜５０の偏平状であり、かつ、導電性接着用シート中において、次の数式（１）で表わされる配向指数Ｓが０．６〜１．０の範囲であることを特徴とする導電性接着用シート。Ｓ＝１／２（３ｃｏｓ２θ−１） …（１）（ここで、式中、θは、導電性接着用シートの主面に対して、（Ｃ）導電性粒子の最大長径のなす角である。）【選択図】なし

Description

本発明は、導電性接着用シート、その製造方法及び半導体装置に関する。

近年、環境問題に対する意識の高まりから、電力用半導体装置が一般産業用途、電鉄用途のみならず車載用途にも広く使用されるようになってきている。特に車載用部品は限られた許容サイズの中で各部品を小さく、軽くすることが車両の性能に直結することから、電力用半導体装置に対してもサイズの縮小化が非常に重要な課題になっている。

このような半導体装置としては、例えばＤＢＣ（Direct Bonded Copper：登録商標）基板のダイパッドに耐熱性の高い高鉛はんだを介して電力用半導体素子を実装していた。しかしながら、鉛を含む有害物質の使用が規制されるようになり、鉛フリー化が求められている。

高鉛はんだ以外の高耐熱の鉛フリー接合材として、ナノオーダーの銀フィラーを融点以下の温度で接合する焼結型の銀ペーストを用いた接合方法が検討されている（例えば、特許文献１参照）。焼結型の銀ペーストは高熱伝導であり、大電流を扱う電力用半導体素子の接合に有効である。

特許第６３６０１５７号公報 特許第６３９６１８９号公報

しかし、小型化、薄型化の観点からは、薄層になるシート材料が望まれているが、特許文献１記載の材料は、シート材料として好適とは言い難い。

また、はんだの熱伝導率は一般的に３０Ｗ／ｍ・Ｋであるため、その代替えとなるような高い熱伝導性を有するシート材料が求められ、そのようなシート材料も提供されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、このような材料は市場には少ない。これは、代替となる特性を発現させようとすると導電性粒子をシート成分中の９０％以上配合する必要があり、その含有量の多さに起因してシート特性を損ねるおそれがあるためである。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、熱伝導率が良好な導電性接着用シート及び該導電性接着用シートにより半導体を接合してなる半導体装置を提供することを目的とする。

本発明の導電性接着用シートは、（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）フェノール硬化剤と、（Ｃ）導電性微粒子と、を含有する樹脂組成物をシート状に成形した導電性接着用シートであって、前記（Ｃ）導電性微粒子が、（前記（Ｃ）導電性粒子の最大長径／該最大長径に直交する幅）で定義されるアスペクト比が２．０〜５０の偏平状であり、かつ、前記導電性接着用シート中において、次の数式（１）で表わされる配向指数Ｓが０．６〜１．０の範囲であることを特徴とする。
Ｓ＝１／２（３ｃｏｓ^２θ−１） …（１）
（ここで、式中、θは、導電性接着用シートの主面に対して、前記（Ｃ）導電性粒子の最大長径のなす角である。）

本発明の導電性接着用シートの製造方法は、（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）フェノール硬化剤と、（Ｃ）導電性微粒子と、を混合して樹脂組成物とし、該樹脂組成物を０．１ＭＰａ以上の圧力で圧延してシート状に成形する、導電性接着用シートの製造方法であって、前記（Ｃ）導電性微粒子が、（前記（Ｃ）導電性粒子の最大長径／該最大長径に直交する幅）で定義されるアスペクト比が２．０〜５０の偏平状であり、かつ、前記導電性接着用シート中において、次の数式（１）で表わされる配向指数Ｓが０．６〜１．０の範囲であることを特徴とする。
Ｓ＝１／２（３ｃｏｓ^２θ−１） …（１）
（ここで、式中、θは、導電性接着用シートの主面に対して、前記（Ｃ）導電性粒子の最大長径のなす角である。）

本発明の半導体装置は、支持部材と、前記支持部材上に設けられた、請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電性接着用シートの硬化物と、前記導電性接着用シートの硬化物を介して、前記支持基板上に接合された半導体素子と、を有することを特徴とする。

本発明の導電性接着用シート及びその製造方法によれば、加熱により得られる硬化物が、優れた熱伝導性及び導電性を発現でき、熱伝導性及び導電性が求められる用途（特に、半導体接着用途）に有用な接着用シート材料とできる。

本発明の半導体装置によれば、半導体素子を、この導電性接着用シートを介して支持部材上に接着しているため、優れた熱伝導性及び導電性が求められる半導体、特に、パワー半導体、の接着用に優れたものであり、効率が向上した、信頼性の高い半導体装置を提供できる。

導電性接着用シートの導電性粒子の分散状態を模式的に示した、配向指数を算出するための説明図である。

上記のように、本発明の導電性接着用シートは、（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）フェノール硬化剤と、（Ｃ）所定の導電性微粒子と、を含む樹脂組成物を材料として用いることを特徴とし、さらに（Ｃ）導電性微粒子のシート中における存在状態を特定の状態としたものである。

以下、本発明について、一実施形態を参照しながら説明する。
導電性接着用シートを説明するにあたって、まず、その形成材料である樹脂組成物について説明する。

（樹脂組成物）
本実施形態で用いられる（Ａ）エポキシ樹脂は、接着用として一般に用いられるエポキシ樹脂を特に限定することなく用いることができる。ここで、この（Ａ）エポキシ樹脂は、従来公知のエポキシ樹脂と同様、良好な硬化性等を付与し、かつ、低吸湿性、高耐熱性等の特性をその硬化物に、付与するものである。さらに、この（Ａ）エポキシ樹脂は、本実施形態においては、後述する（Ｃ）導電性粒子を樹脂組成物中に高充填にしても、樹脂硬化物の柔軟性を維持しやすくする成分である。

（Ａ）エポキシ樹脂としては、常温で結晶性を有するエポキシ樹脂が好ましく、このようなエポキシ樹脂は、その分子構造、分子量等が制限されることなく用いることができる。

（Ａ）エポキシ樹脂としては、なかでも、常温で結晶性を有するビフェニル型エポキシ樹脂が好ましい。なお、ビフェニル型エポキシ樹脂は、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂であるが、本実施形態におけるビフェニル骨格には、ビフェニル環のうち少なくとも一方の芳香族環を水素添加してなるものも含まれる。

ビフェニル型エポキシ樹脂の具体例としては、例えば、４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）ビフェニル、４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニル、エピクロルヒドリンと４，４’−ビフェノール、または４，４’−（３，３’，５，５’−テトラメチル）ビフェノールのようなビフェノール化合物とを反応させて得られるエポキシ樹脂等が挙げられる。これらのなかでも、４，４’−ビス（２，３−エポキシプロポキシ）−３，３’，５，５’−テトラメチルビフェニル、４，４’−（３，３’，５，５’−テトラメチル）ビフェニルのグリシジルエーテルが好ましい。

ビフェニル型エポキシ樹脂として使用される市販品を例示すると、例えば、三菱化学（株）製のＹＸ−７１０５（商品名）が挙げられる。結晶性エポキシ樹脂、特にビフェニル型エポキシ樹脂の使用により、後述する（Ｃ）導電性粒子を高充填しても樹脂組成物の溶融粘度を好適な範囲に維持しやすくすることができ、さらに耐熱性に優れた樹脂シート硬化物を得ることができる。
ここで、ビフェニルエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂の１種以上を、結晶性、非結晶性に拘わらず、本実施形態の効果を阻害しない範囲で配合することができる。

このビフェニル型エポキシ樹脂とそれ以外のエポキシ樹脂を併用する場合、ビフェニル型エポキシ樹脂の配合量は、使用したエポキシ樹脂全体に対し、５０．０質量％以上が好ましく、８０．０質量％以上がより好ましい。

ビフェニル型エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂としては、例えば、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、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、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂等の複素環型エポキシ樹脂、スチルベン型二官能エポキシ化合物、ナフタレン型エポキシ樹脂、縮合環芳香族炭化水素変性エポキシ樹脂、脂環型エポキシ樹脂等が挙げられる。

本実施形態に用いられる（Ｂ）フェノール硬化剤としては、（Ａ）エポキシ樹脂のエポキシ基と反応して硬化させることができるフェノール性水酸基を有する化合物が挙げられ、公知のエポキシ樹脂用のフェノール硬化剤を特に制限されずに用いることができる。すなわち、この（Ｂ）フェノール硬化剤は、上記（Ａ）エポキシ樹脂中のエポキシ基と反応し得るフェノール性水酸基を分子中に２個以上有するものであればよい。

（Ｂ）フェノール硬化剤としては、具体的には、フェノール、アルキルフェノール等のフェノール類とホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドを反応させて得られるフェノールノボラック樹脂やクレゾールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂、これらのノボラック型フェノール樹脂をエポキシ化又はブチル化した変性ノボラック型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、パラキシレン変性フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、トリフェノールアルカン型フェノール樹脂、多官能型フェノール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、２種以上を混合して使用してもよい。

この（Ｂ）フェノール硬化剤の含有量は、上記（Ａ）エポキシ樹脂が有するエポキシ基数（ａ）に対する（Ｂ）フェノール硬化剤が有するフェノール性水酸基数（ｂ）の比（ｂ）／（ａ）が０．３以上１．５以下となる範囲が好ましく、０．５以上１．２以下となる範囲がより好ましい。この比（ｂ）／（ａ）が０．３未満では、硬化物の耐湿信頼性が低下し、逆に１．５を超えると、硬化物の強度が低下するおそれがある。

また、ここで、（Ａ）エポキシ樹脂の含有量と（Ｂ）フェノール硬化剤の含有量との合量は、樹脂組成物中に５〜２０質量％とすることが好ましい。

本実施形態で用いられる（Ｃ）導電性粒子は、（（Ｃ）導電性粒子の最大長径／該最大長径に直交する幅）で定義されるアスペクト比が２．０〜５０の偏平状の導電性粒子である。アスペクト比が２．０以上であると、導電性粒子の配向指数が向上し、熱伝導性が良好となり、また、５０以下であると、シート中に導電性粒子が良好に分散でき、表面への露出を抑制できる。

ここで、アスペクト比に用いられる粒子の最大長径は、画像式粒子径・粒度分布測定法により求めることができる。また、粒子の最大長径に直交する幅は、上記求められた最大長径に直交する幅として、画像式粒子径・粒度分布測定法により求めることができる。なお、ここで最大直径に直交する幅は、該直交する方向における幅の最大値を意味する。

また、（Ｃ）導電性粒子は、平らな平面上に載置したとき、その高さ（最大高さ）を導電性粒子の厚さと定義したとき、その厚さは５〜２０μｍであることが好ましく、１０〜１５μｍであることがより好ましい。この粒子の厚さが５μｍ以上であると導電性粒子の配向指数が向上し、熱伝導性が良好となる。また、２０μｍ以下であると導電性粒子の箔化を抑制できる。

この（Ｃ）導電性粒子は、導電性を有する粒子であれば特に限定されずに用いることができる。導電性粒子としては、金属粒子、粉体状の金属酸化物を核とし、その表面を導電性金属で被覆した金属被覆粉、耐熱性樹脂粒子を核とし、その表面を導電性金属で被覆した金属被覆粉等が挙げられ、金属粒子であることが好ましい。さらに、用いられる金属は、金または銀が好ましい。

この（Ｃ）導電性粒子の含有量は、樹脂組成物中に８０〜９５質量％であることが好ましい。この（Ｃ）導電性粒子の含有量が８０質量％以上とすることで高い熱伝導性を得ることができ、９５質量％以下とすることでシート成形性を確保できる。

なお、導電性粒子としては、上記アスペクト比を満たさない導電性粒子が含有されていてもよい。ただし、本実施形態において、導電性粒子全体に対して、特定の形状を有する（Ｃ）導電性粒子の含有量が８０質量％以上が好ましく、９０質量％以上がより好ましく、１００質量％であることが特に好ましい。

本実施形態において、さらに硬化促進剤を含んでもよい。硬化促進剤は、（Ａ）エポキシ樹脂と（Ｂ）フェノール硬化剤の硬化反応を促進する成分である。この硬化促進剤は、上記作用を奏するものであれば、特に制限されることなく公知の硬化促進剤が使用できる。

この硬化促進剤としては、具体的には、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−ウンデシルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、２，４−ジメチルイミダゾール、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、２−エチル−４−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、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、２−ウンデシルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール、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、等のイミダゾール類；１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７（ＤＢＵ）、１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］ノネン、５，６−ジブチルアミノ−１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７等のジアザビシクロ化合物及びこれらの塩；トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール等の三級アミン類；トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、ジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリ（ｐ−メチルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェニル）ホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、ジブチルフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、ビス（ジフェニルホスフィノ）メタン、１，２‐ビス（ジフェニルホスフィノ）エタン等の有機ホスフィン化合物等が挙げられる。

これらのなかでも、シート成形性が良好とできる観点から、イミダゾール類が好ましい。これらは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。

この硬化促進剤の含有量は、樹脂組成物全体に対し、０．１〜５質量％の範囲が好ましい。この含有量が０．１質量％未満では、硬化の促進にあまり効果がなく、逆に５質量％を超えると、耐湿信頼性が低下するおそれがある。

本実施形態において、さらに柔軟性材料を含んでもよい。柔軟性材料は、シート状態を保持しやすくする成分である。この柔軟性材料は、上記作用を奏するものであれば、特に制限されることなく公知の柔軟性材料が使用できる。柔軟性材料を含むことによりシート厚さが薄くなっても、脆く割れやすくなることを抑制することができる。

この柔軟性材料としては、汎用的な合成ゴム材料や高分子量体を含むエポキシ樹脂材料などを使用するのが好ましい。具体的には、シリコーンオイル、フェノキシ樹脂、ニトリルゴム、アクリルゴムなどが挙げられる。このなかでも、シート成形性が良好である観点から、シリコーンオイルが好ましい。これらは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。

この柔軟性材料の含有量は、樹脂組成物全体に対し、０．５〜５質量％の範囲が好ましい。この含有量が０．５質量％未満では、シート成形性に効果があまりなく、逆に５質量％を超えると、溶融粘度が上がるおそれがある。

本実施形態の樹脂組成物には、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、カップリング剤、消泡剤、界面活性剤、着色剤（顔料、染料）、各種重合禁止剤、酸化防止剤、溶剤、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。

このような添加剤としては、エポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシラン、アルキルシラン、クレイドシラン、ビニルシラン、スルフィドシランなどのシランカップリング剤や、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、アルミニウム／ジルコニウムカップリング剤などのカップリング剤、カーボンブラックなどの着色剤、シリコーンオイル、シリコーンゴムなどの固形低応力化成分、ハイドロタルサイトなどの無機イオン交換体、などが挙げられる。

本実施形態の樹脂組成物は、上記した（Ａ）〜（Ｃ）成分、及び必要に応じて配合される成分、その他カップリング剤等の添加剤及び溶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。

（導電性接着用シート）
本実施形態の導電性接着用シートは、上記樹脂組成物をシート状に成形して得ることができる。

この導電性接着用シートは、上記樹脂組成物の成分で構成されるが、（Ｃ）導電性粒子の存在状態に特徴を有し、（Ｃ）導電性粒子の配向指数が０．６〜１．０である導電性接着用シートである。配向指数がこの範囲にあると良好な熱伝導性が得られる。この配向指数が０．６以上であれば導電性粒子同士の接触割合を高められ熱伝導特性が良好となる。

この配向指数Ｓは、次の数式（１）で表される。
Ｓ＝１／２（３ｃｏｓ^２θ−１） …（１）
ここで、式中、θは、導電性接着用シートの主面に対して、導電性粒子の最大長径のなす角である。このなす角θは、例えば、図１に示したように、導電性接着用シート１の主面に対して、導電性粒子２の最大長径となる軸２ａとのなす角である。

一般に扁平粒子は自然沈降して配向することが知られているが、必ずしも一定方向に配向している訳ではない。本実施形態では、加圧ロールを用いて強制的に粒子の方向性を揃えることによって、導電性接着用シートの主面に対して、（１）式で定義した配向指数が０．５よりも大きい値となっている。これにより粒子同士の接点が増加し、導電性接着用シートの鉛直方向の熱伝導率が向上する。

この配向指数Ｓは、ネマティック液晶の相転移による配向秩序度を参考にして、樹脂製のシート中に含有、分散される偏平状の導電性粒子が、シート平面（主面）方向に対して、平行または鋭角に存在している状態を数値化できるように定義したものである。その算出式は、上記数式（１）で表される。各粒子の角度θの測定は、電子顕微鏡での観察画面および画像式粒子径・粒度分布測定法によりアスペクト比２．０以上の粒子３０個以上を無作為に抽出して測定する。不定形ではなく、扁平粒子であるが故に任意の断面から得られた最大長径と導電性接着用シート１の主面とのなす角は導電性粒子２の傾きを表す。複数個の導電性粒子の傾きを測定することにより、導電性接着用シートに存在する粒子の配向具合を表すことができる。
導電性接着用シートの配向指数Ｓは各粒子の観察から得られた配向指数の平均値とする。
この数式（１）から得られた数値が１．０に近いほどシート平面方向に対して金属粒子が平行な状態（なす角度θが０度に近い）を示す。一方で、０に近いほどシート平面方向に対して金属粒子が立っている状態（なす角度θが９０度に近い）を示す。

配向指数Ｓの算出には、例えば、シートの断面を電子顕微鏡などで観察し、３０個以上の粒子を無作為に抽出し、各粒子の角度θを測定し、それらの平均値を用いればよい。

また、導電性接着用シートは、用途に応じて、所望の厚さに形成できる。この導電性接着用シートの厚さは、例えば、５μｍ〜０．５ｍｍが好ましく、１０μｍ〜０．１ｍｍがより好ましい。また、導電性接着用シートを半導体接着用に使用する場合には、１０〜１００μｍが好ましく、１５〜５０μｍがより好ましい。この厚さを１０μｍ以上とすることで、導電性粒子が導電性接着用シート内に分散し、表面への露出を抑えることができ、１００μｍ以下とすることで、導電性粒子の配向性を向上させることができる。

ここで得られる導電性接着用シートは、それを加熱して硬化した硬化物において、導電性が良好であり、さらに、導電性粒子として金属を用いた場合には、通常熱伝導率も良好である。ここで導電性接着用シートの硬化物における熱伝導率は、２５Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましく、３２Ｗ／ｍ・Ｋ以上がより好ましい。

（導電性接着用シートの製造方法）
本実施形態の導電性接着用シートは、上記の樹脂組成物を用いて、導電性粒子が特定の配向状態となるようにシート状に形成することで製造できる。上記のような配向指数を満たすためには、加熱および圧力制御が可能な成形方法（例えば、圧延加工による成形）を用いてシートを成形することが好ましい。

圧延加工方法を採用する場合、成形に用いる圧延ロールの材質は、導電性粒子の材質を考慮してステンレスが好ましく用いられる。具体的には由利ロール機械社製のロールプレス装置が挙げられる。

さらに、配向指数は圧延加工の条件に影響を受ける。圧延ロールに樹脂組成物が通過する際に、０．１〜１．０ＭＰａの圧力および７０〜１００℃の加熱条件下であると上記数式（１）で定義した導電性粒子の配向指数Ｓが０．６〜１．０の範囲で分散された、良好な配向性が得られる。圧力が０．１ＭＰａ以上であると配向性が向上しやすく、１．０ＭＰａ以下であると導電性粒子の箔化を抑えることができ、導電性を確保できる。

また、このシート成形の際、用いる樹脂組成物の８０℃加熱時における溶融粘度は、１〜１０Ｐａ・ｓ以下であることが好ましく、４〜１０Ｐａ・ｓであることがさらに好ましい。用いる樹脂組成物の粘度が１０Ｐａ・ｓ以下であると均一分散性が良好となる。

なお、このシート成形において、成形速度は、１ｍ／分〜１０ｍ／分が好ましい。１ｍ／分以上とすることで生産性が良好となり、１０ｍ／分以下とすることでシート成形時のかすれの発生を抑制できる。

また、シート成形における温度は、７０℃〜１００℃が好ましい。温度が７０℃以上であると粘度を低減し、導電性粒子を所望の範囲に配向可能となり、１００℃以下とすると、粘度が適度に保たれ、シート成形性を保持できる。

また、この導電性接着用シートの製造にあたって、副資材（離型シートやその他の条件）についても検討した。
離型シートとして用いる支持フィルムとしては、片面に離型剤層を設けた、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリアクリロニトリル等のプラスチックフィルムが好適に用いられる。この支持フィルムの厚みは、ハンドリング性の点から、通常１０〜５０μｍが好ましく、２５〜３８μｍがより好ましい。

本実施形態の半導体装置は、支持部材と、支持部材上に設けられた、本実施形態の導電性接着用シートの硬化物と、該導電性接着用シートの硬化物を介して、支持基板上に接合された半導体素子と、を有する。ここで、半導体素子や支持基板としては、公知のものを用いることができる。

ここで用いる半導体素子としては、例えば、トランジスタ、ダイオード等が挙げられる。さらに、この半導体素子としては、ＬＥＤ等の発光素子が挙げられる。また、発光素子の種類は特に制限されるものではなく、例えば、ＭＯＣＶＤ法等によって基板上にＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体を発光層として形成させたものも挙げられる。また、支持部材は、銅、銀メッキ銅、ＰＰＦ（プリプレーティングリードフレーム）、ガラスエポキシ、セラミックス等が挙げられる。

そして、この半導体装置は、例えば、シリコンチップの接合面等に、温度５０〜８０℃、圧力０．１〜１ＭＰａ、加熱加圧時間０．１〜１分の条件で上記導電性接着用シートを仮付けした後、銅フレーム等の支持部材にマウントし、温度８０℃〜２００℃、圧力０．１〜５ＭＰａ、加熱加圧時間０．１〜１分の条件で加熱加圧圧着し、さらに１５０〜２００℃で０．５〜２時間加熱、硬化することにより製造できる。

表１〜２に示す配合割合で各成分を十分に混合し、自公転ミキサーにて樹脂組成物を調製した。

ここで用いた各成分は以下の通りである。
［熱硬化性樹脂］
（Ａ）結晶性エポキシ樹脂（三菱化学社製、商品名：ＹＸ７１０５）
（Ａ’）変性ポリフェニレンエーテル樹脂（ＳＡＢＩＣ社製、商品名：ＳＡ−９０００）
［（Ｂ）硬化剤］
フェノールノボラック樹脂（昭和電工株式会社製、商品名：ＢＲＧ−５５７）
フェノール樹脂（ザイロック型）（エア・ウォーター社製、商品名：ＨＥ１００Ｃ−１５）

［導電性粒子］
（Ｃ）銀粉１（福田金属社製、商品名：ＡｇＣ−２２２；平均厚さ １５μｍ、アスペクト比 ３．５）
（Ｃ’）銀粉２（徳力化学社製、商品名：ＡＧＦ−５Ｓ；平均厚さ １０μｍ、アスペクト比 １．１）
（Ｃ）銀粉３（福田金属社製、商品名：ＡｇＣ−２１２Ｄ；平均厚さ ３μｍ、アスペクト比 ３．５）
（Ｃ’）銀微粒子（トクセン工業社製、商品名：ＬＳ０３０５）

［硬化促進剤］
イミダゾール（四国化成製、商品名：２Ｐ４ＭＨＺ）
［柔軟成分］
シリコーンオイル（東レダウ社製、商品名：ＳＦ−８４２７）
分子量４００００のエポキシ樹脂（三菱化学社製、商品名：ＹＸ６９５４ＢＨ３０）

上記樹脂組成物を、由利ロール機械製、直径１５０ｍｍの加圧ロールに、離型フィルム（東洋紡株式会社製、商品名：ＴＮ−２００）を介して、温度８０℃で、速度１ｍ／分、ロール圧力０．３または０．７ＭＰａの条件でシート状に成形して、または、塗工機（康井精機社製、商品名：ＮＭＣ−３５０）を用い、離型フィルム上にシート状に成形して、厚さ２０μｍの導電性接着用シートを得た。

得られた導電性接着用シートについて、シート保持性、仮接着性、導電性粒子の配向指数、熱伝導率、溶融粘度、熱時接着強度、信頼性、について評価した。その評価の結果を表１〜２に併せて示した。なお、上記各特性の評価は、以下に示した操作及び基準で行った。

（シート保持性）
得られた導電性接着用シートを１８０度折り曲げて、下記の基準で評価した。
○：割れ及び離形フィルムからの剥離なし
×：割れ又は離形フィルムからの剥離が発生

（仮接着性）
６ｍｍ×６ｍｍのシリコンチップ及び接合面に金蒸着層を設けた裏面金チップに導電性接着用シートを６５℃、１秒、圧力１ＭＰａの条件で圧着したとき、下記の基準で評価した。
○：貼り付け可能
×：貼り付け不能

（導電性粒子の配向指数）
得られた導電性接着用シートの断面を電子顕微鏡にて観察して、シート平面（主面）方向に対する導電性粒子の最大長径のなす角を測定し、上記定義した導電性粒子の配向指数Ｓ値を算出した。
各粒子の角度θの測定は、電子顕微鏡での観察画面および画像式粒子径・粒度分布測定法によりアスペクト比２．０以上の粒子３０個を無作為に抽出し、各粒子の角度θの平均値を用いた。

（熱伝導率）
得られた導電性接着用シートを、２００℃で２時間加熱して硬化したサンプルを、ＪＩＳ Ｒ １６１１−１９９７に従い、レーザーフラッシュ法により熱伝導率を測定した。

（溶融粘度）
得られた導電性接着用シートを粉砕機にて１ｍｍ以下の粉末の状態にした後、レオメーター（ＴＡインスツルメント社製）で溶融粘度測定を行った。測定条件は室温（２５℃）から８０℃まで毎分１０℃昇温させ、８０℃で２０分保持とした。８０℃保持中の最低溶融粘度を測定した。

（熱時接着強度）
６ｍｍ×６ｍｍのシリコンチップ及び接合面に金蒸着層を設けた裏面金チップに導電性接着用シートを６５℃、１秒、圧力１ＭＰａの条件で圧着して仮付けした後、無垢の銅フレームにマウントし、１２５℃、５秒、圧力０．１ＭＰａで加熱加圧圧着し、さらに１８０℃のオーブンで１時間硬化した。マウント強度測定装置を用い、２６０℃での熱時ダイシェア強度を測定した。

（信頼性；ＰＣＴ→リフロー）
熱時接着強度試験と同様な条件で作製したサンプルをプレッシャクッカー内で、１２７℃、０．２５ＭＰａの条件下、７２時間吸水させた後、２４０℃、９０秒間のリフローを行い、不良（剥離不良）の発生率を調べた（試料数＝２０）。

以上の結果から、本実施形態の導電性接着用シートによれば、シート保持性が良好で、取り扱いが容易であり、熱伝導率及び導電性に優れた硬化物が得られ、良好な接着特性も有することがわかった。したがって、支持基板上に半導体素子を固定する用途にこの導電性接着用シートを適用すると、製造が容易で、信頼性の高い半導体装置が得られる。

Claims (7)

1. （Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）フェノール硬化剤と、（Ｃ）導電性微粒子と、を含有する樹脂組成物をシート状に成形した導電性接着用シートであって、
   前記（Ｃ）導電性微粒子が、（前記（Ｃ）導電性粒子の最大長径／該最大長径に直交する幅）で定義されるアスペクト比が２．０〜５０の偏平状であり、かつ、前記導電性接着用シート中において、次の数式（１）で表わされる配向指数Ｓが０．６〜１．０の範囲であることを特徴とする導電性接着用シート。
   Ｓ＝１／２（３ｃｏｓ^２θ−１） …（１）
   （ここで、式中、θは、導電性接着用シートの主面に対して、前記（Ｃ）導電性粒子の最大長径のなす角である。）
2. 前記（Ｃ）導電性粒子は、その厚さが５〜２０μｍの扁平状金属粒子である請求項１に記載の導電性接着用シート。
3. 前記樹脂組成物に対して、前記（Ａ）エポキシ樹脂の含有量と前記（Ｂ）フェノール硬化剤の含有量との合量が５〜２０質量％であり、前記（Ｃ）導電性粒子の含有量が８０〜９５質量％である請求項１又は２に記載の導電性接着用シート。
4. 前記樹脂組成物の８０℃加熱時における溶融粘度が１〜１０Ｐａ・ｓである請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性接着用シート。
5. 熱硬化後の熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載の導電性接着用シート。
6. （Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）フェノール硬化剤と、（Ｃ）導電性微粒子と、を混合して樹脂組成物とし、該樹脂組成物を０．１ＭＰａ以上の圧力で圧延してシート状に成形する、導電性接着用シートの製造方法であって、
   前記（Ｃ）導電性微粒子が、（前記（Ｃ）導電性粒子の最大長径／該最大長径に直交する幅）で定義されるアスペクト比が２．０〜５０の偏平状であり、かつ、前記導電性接着用シート中において、次の数式（１）で表わされる配向指数Ｓが０．６〜１．０の範囲であることを特徴とする導電性接着用シートの製造方法。
   Ｓ＝１／２（３ｃｏｓ^２θ−１） …（１）
   （ここで、式中、θは、導電性接着用シートの主面に対して、前記（Ｃ）導電性粒子の最大長径のなす角である。）
7. 支持部材と、
   前記支持部材上に設けられた、請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電性接着用シートの硬化物と、
   前記導電性接着用シートの硬化物を介して、前記支持部材上に接合された半導体素子と、
   を有することを特徴とする半導体装置。

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