JP2603375B2 - 半導体用導電性樹脂ペースト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子を金属フレー
ム等に接着する導電性樹脂ペーストに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】エレクトロニクス業界の著しい発展によ
り、トランジスター、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩと進化し
てきており、これら半導体素子に於ける回路の集積度が
急激に増大すると共に大量生産が可能となり、これを用
いた半導体製品の普及に伴って、その量産に於ける作業
性の向上並びにコストダウンが重要な問題となってき
た。従来は半導体素子を金属フレームなどの導体にＡｕ
−Ｓｉ共晶法により接合し、次いでハーメチックシール
によって封止して、半導体製品とするのが普通であっ
た。しかし量産時の作業性、コストの面より、樹脂封止
法が開発され、現在は、一般化されている。これに伴
い、マウント工程に於けるＡｕ−Ｓｉ共晶法の改良とし
てハンダ材料や導電性樹脂ペースト即ちマウント用樹脂
による方法が取り上げられるようになった。

【０００３】しかし、ハンダ法では信頼性が低いこと、
素子の電極の汚染を起こし易いこと等が欠点とされ、高
熱伝導性を必要とするパワートランジスター、パワーＩ
Ｃの素子に使用が限られている。これに対しマウント用
樹脂はハンダ法に較べ、作業性に於いても信頼性等に於
いても優れており、その需要が急激に増大している。反
面、マウント用樹脂ペーストは液状エポキシ樹脂中に銀
粉を分散させたものであるが、銀粉の沈降により、揺変
度が変化し易く、そのため揺変度が小さくなると、ディ
スペンサー塗布時にたれ、糸ひきが発生する等、作業性
が悪い。超微粒子のシリカ粉末を添加すれば、銀粉の沈
降が防止でき、揺変度が高くなり、ディスペンサー塗布
時たれ、糸ひき性がなくなり、又、超微粒子シリカ粉末
がペースト中の揮発成分を吸着するので、硬化時樹脂が
にじみでるいわやるブリーデイングや、発生ガスによる
基板の汚染を防止して作業性が良好になる事はよく知ら
れている。しかし、通常の超微粒子シリカ粉末では、表
面のシラノール基がペースト中の樹脂成分と徐々に水素
結合し、粘度が変化し、揺変度が低下し、良好な作業性
が経時変化により悪化してくるという欠点があった。

【０００４】又最近、ＩＣ等の集積度の高密度化により
チップが大型化してきており、金属フレームもコストダ
ウンのため４２合金フレームより、銅フレームが多く用
いられるようになってきた。チップの材料であるシリコ
ンの熱膨張率が３×１０^−６／℃であり、銅フレームの
熱膨張率が２０×１０^−６／℃で、従来の４２合金フレ
ームに比して差が大きく、通常のエポキシペーストでは
三次元硬化で架橋密度が高く、弾性率が大きくなり、冷
却の際のチップと銅フレームとの歪を吸収する事が出来
ず、チップに反りやクラックの特性不良が発生する。又
弾性率の小さい線状ポリイミド樹脂をペーストとして用
いるには、多量の極性溶媒に溶解しなければならず、硬
化加熱時に溶剤の抜け跡としてボイドが発生し、接着強
度の低下、電気伝導度、熱伝導度の不良の原因となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
従来技術の欠点を改良し揺変度が高く硬化時のブリーデ
ィングや発生ガスが少なく作業時のペーストの経時変化
が少ない応力緩和性に優れた導電性樹脂ペーストを提供
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、
（Ａ）銀粉、（Ｂ）ビスフェノールＦ及び潜在性アミン
化合物、（Ｃ）常温で液状で加水分解性塩素含有率が５
００ｐｐｍ以下であるエポキシ樹脂及び（Ｄ）一次粒子
の平均粒径が２〜５０ｎｍでかつ表面のシラノール基の
５０％以上と下記式〔Ｉ〕で示される有機珪素ハロゲン
化合物あるいはアルコール類と反応させた疎水性の超微
粒子シリカ粉末を必須成分とし、銀粉を５０〜９０重量
％、疎水註の超微粒子シリカ粉末を０．１〜５重量％含
有する半導体用導電性樹脂ペーストである。

【０００７】本発明に用いる銀粉としては、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量が
好ましくは１０ｐｐｍ以下であることが望ましい。また
形状としてはフレーク状、樹枝状や球状等のものが用い
られる。また比較的粗い銀粉と細かい銀粉とを混合して
用いることもでき、形状についても各種のものを適宜混
合してもよい。本発明において導電性樹脂ペースト中の
銀粉含有量を５０〜９０重量％とした理由は５０重量％
より少ないと硬化物の導電性が著しく低下してしまうか
らである。一方９０重量％より多いとペーストの粘度が
高くなり過ぎて実質上使用できない。

【０００８】本発明に用いる硬化剤としてのビスフェノ
ールＦはエポキシ基と反応する水酸基を１分子中に２個
有する、いわやる２官能性硬化剤であるため、架橋密度
が低く低弾性率である。しかし単独では固型状で水酸基
当量が大きく、多量に配合するため、粘度があがり実用
に適さない。そこでビスフェノールＦより当量の小さい
潜在性アミン化合物を併用することにより、粘度がそれ
ほど高くなく、又潜在性であるため、保存性にも優れた
低弾性率のペーストを得られることを見出した。潜在性
アミン化合物としては、アジピン酸ヒドラジド、ドデカ
ン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ヒドラジド、Ｐ−オキ
シ安息香酸ジヒドラジド等のカルボン酸ヒドラジドやジ
シアンジアミドがある。

【０００９】本発明に用いるエポキシ樹脂は常温で液状
のものであるのに限定しているが、常温で液状のもので
ないと銀粉との混練において、溶剤を必要とする。溶剤
は気泡発生の原因となり、硬化物の導電性を著しく低下
させ使用できない。また、エポキシ樹脂に含まれる加水
分解性塩素量を５００ｐｐｍ以下に限定しているが、こ
のようなエポキシ樹脂を用いる事により導電性ペースト
から抽出される塩素の量を大巾に低減することができ
る。抽出された塩素は半導体素子表面のアルミ配線腐食
をひきおこす原因となるため、抽出量が少なければそれ
だけ信頼性が高くなる。

【００１０】加水分解性塩素含有量の測定は以下のよう
にして行う。エポキシ樹脂０．５ｇをジオキサン３０ｍ
ｌに完全に溶解させ、これにＩＮ−ＫＯＨ液（エタノー
ル溶液）５ｍｌを加え、３０分間煮沸還流する。これに
８０％アセトン水を１００ｍｌ加え、さらに濃ＨＮ０_３
２ｍｌを加え、０．０１Ｎ−ＡｇＮＯ_３水溶液で電位差
滴定を行う。

【００１１】本発明に用いるエポキシ樹脂としては、例
えばビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、フェノール
ノボラックとエピクロルヒドリンとの反応で得られるジ
グリシジルエーテルで常温で液状のもの、ビニルシクロ
ヘキセンジオキシド、ジシクロペンタジエン、ジオキシ
ド、アリサイクリックジエポキシ−アジペイトのような
脂環式エポキシ、更にはｎ−ブチルグリシジルエーテ
ル、バーサティック酸グリシジルエステル、スチレンオ
キサイド、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、ジシクロペンタジエンジエポキシドの
ような通常エポキシ樹脂の希釈剤として用いられるもの
がある。

【００１２】本発明に使用するシリカ粉末は一次粒子の
平均粒径が２〜５０ｎｍでかつ表面のシラノール基の５
０％以上と式〔Ｉ〕の化合物とを反応させた疎水性の超
微粒子シリカ粉末である。また該ペーストは銀粉と常温
で液状のエポキシ樹脂とビスフェノールＦ及び潜在性ア
ミン化合物および超微粒子シリカ粉末からなるなど超微
粒子シリカ粉末を０．１〜５重量％以下含有する。

【００１３】一次粒子の平均粒径が５０ｎｍを超えると
作業性の向上、あるいは銀粉の沈降防止等の期待する効
果が現われない。２ｎｍ未満だとかさ密度が小さくなる
ため空気中に舞い易く秤量などの仕込みが困難であり、
またペースト混練時においても均一に混練できず、固ま
りのまま残存しやすいため好ましくない。また表面の疎
水化処理を施していないシリカ粉末では徐々に粘度、揺
変度の低下が起こりたれや糸引きの原因となり実用上非
常に不都合である。

【００１４】また超微粒子シリカ粉末の添加量が０．１
重量％未満だと銀粉の沈降を防ぎ揺変度も高くして作業
性を良好にするという添加の目的が達せられない。５重
量％を超えるとペーストの粘度が高くなりすぎとともに
導電性が著しく低下するので実用的でない。

【００１５】更に本発明の樹脂組成物には必要に応じて
硬化促進剤、顔料、染料、消泡剤等の添加剤を用いるこ
とができる。本発明の製造方法は例えば各成分を予備混
合し、三本ロールを用いて混練し、ペーストを得て真空
下脱泡することなどがある。

【００１６】

【実施例】以下実施例を用いて本発明を具体的に説明す
る。配合割合は重量部とする。

【００１７】

【実施例１】粒径１〜５０μｍで平均粒径３μｍのフレ
ーク状銀粉とビスフェノール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エーテル（加水分解
性塩素含有量３００ｐｐｍ、エポキシ当量１８０）の液
状エポキシ樹脂（Ａ）とビスフェノールＦ及び潜在性ア
ミン化合物のイソフタル酸ヒドラジドと一次粒子の平均
粒径が１２μｍでかつ表面のシラノール基の約７０％を
ジメチルジクロロシランで置換した疎水性の超微粒子シ
リカ粉末（Ａ）を表１に示す割合で配合 三本ロールで
混練して導電性ペーストを作成した。この導電性ペース
トを真空チャンバーにて２ｍｍＨｇで３０分間脱泡した
後各種の性能を評価した。評価結果を表１に示す。

【００１８】実施例２〜４ 表１に示す配合割合で実施例１と同様にしてペーストを
作成し評価した。評価結果を表１に示す。エポキシ樹脂
（Ｂ）：フェノールノボラックとエピクロルヒドリンと
の反応より得られるジグリシジルエーテル（加水分解性
塩素含有量２００ｐｐｍ、エポキシ当量１８０）超微粒
子シリカ粉末（Ｂ）：一次粒子の平均粒径が１２μｍで
かつ表面のシラノール基の約５５％をジメトキシジオク
チルシランで置換したシリカ粉末

【００１９】比較例１〜６ 表１に示す配合割合で実施例１と同様にしてペーストを
作成し評価した。評価結果を表１に示す。エポキシ樹脂
（Ｃ）：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エーテル（加水分解性塩
素含有量７００ｐｐｍ、エポキシ当量１８０）硬化剤フ
ェノールノボラック（Ｂ）：軟化点１１０℃、水酸基当
量１０５超微粒子シリカ粉末（Ｃ）：一次粒子の平均粒
径が１２μｍで表面処理を施してない親水性のシリカ粉
末

【００２０】

【表１】 評価方法チップ歪 銅フレーム上に銀ペーストを塗布しシリコンチップ（サ
イズ：６×１２×０．３ｍｍ）をマウントして２００℃
１時間オーブン中で硬化した。これを表面粗さ計にてチ
ップの両端を結ぶ線上から垂直にチップの反りの頂上ま
での高さを測定した。粘度Ｅ型粘度計（３°コーン）を
用い、２５℃、２．５ｒｐｍで測定し粘度とした。 揺変度 上記粘度の測定と同様に２５℃、０．５ｒｐｍでの値を
測定し、次式により算出した値を揺変度とした。揺変度
＝（０．５ｒｐｍでの粘度）／（２．５ｒｐｍでの粘
度） 糸ひき性 導電性樹脂ペーストの中へ直径１ｍｍφのピンを深さ５
ｍｍまで沈めて、それを３００ｍｍ／分の速度で引き上
げペーストが切れた時の高さを測定した。 発生ガス量 一定量（約１ｇ）のペーストを薄手のスライドガラス
（厚さ０．１ｍｍ）上に塗布し、硬化前後の重量変化か
ら次式を用い、重量減少率として求めた。

【００２１】塩素量 ペーストの硬化物を微粉砕して、蒸留水中で１２５℃、
２０時間処理し、抽出された塩素量を測定した。 ペーストのたれ 内径０．６ｍｍのニードルをつけたシリンジにペースト
を５ｍｌ入れ、ニードルを下にして試験管たてに垂直に
たて３０分後ニードルの先端にたれたペーストの重量を
測定した。

【００２２】ブリード量内径１ｍｍのニードルをつけた
シリンジにペーストを入れ、ディスペンサーにより銀め
っきした銅フレーム上にベーストを塗布し、２００℃の
オーブン中で１時間硬化する。硬化する前のペーストの
中心から最長のペーストの端までをａ、硬化後の最長の
ペーストの端までをｂとしてブリード量を算出する。 体積抵抗率 スライドガラス上にペーストを幅４ｍｍ、厚さ３０μｍ
に塗布し２００℃オーブン中で１時間硬化した後、硬化
物の体積抵抗率を測定した。

【００２３】

【発明の効果】本発明の導電性樹脂ペーストは揺変度が
高くディスペンサー塗布時のたれや糸ひきがなく、且つ
作業時の経時変化が非常に小さく硬化時のブリーディン
グや発生ガスによる基板の汚染がなく、硬化物の弾性率
が小さく応力緩和性に優れた高信頼性であり、銅、４２
アロイ合金等の金属フレーム、セラミック基板、ガラス
エポキシ等の有機基板へのＩＣ等の半導体素子の接着に
最適である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）銀粉、（Ｂ）ビスフェノールＦ及
   び潜在性アミン化合物、（Ｃ）常温で液伏で加水分解性
   塩素含有率が５００ｐｐｍ以下であるエポキシ樹脂及び
   （Ｄ）一次粒子の平均粒径が２〜５０ｎｍでかつ表面の
   シラノール基の５０％以上と下記式〔Ｉ〕で示される有
   機珪素ハロゲン化合物あるいはアルコール類と反応させ
   た疎水性の超微粒子シリカ粉末を必須成分とし、銀粉を
   ５０〜９０重量％、疎水性の超微粒子シリカ粉末を０．
   １〜５重量％含有することを特徴とする半導体用導電性
   樹脂ペースト。