JP2834658B2 - 半導体用導電性樹脂ペースト - Google Patents
半導体用導電性樹脂ペーストInfo
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Description
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。
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
れら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等の導体に
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。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、高熱伝導性を要するパワー
トランジスター、パワーIC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。
り、チップが大型化してきており、一方従来用いられて
きたリードフレームである42合金フレームが高価なこ
とより、コストダウンの目的から銅フレームが用いられ
るようになってきた。ここでIC等のチップの大きさが
約4〜5mm角より大きくなると、IC等の組立工程での
加熱により、マウント法としてAu−Si共晶法を用い
ると、チップの熱膨張率と銅フレームの熱膨張率との差
からチップのクラックや反りにより特性不良が問題とな
ってきている。即ちこれは、チップの材料であるシリコ
ン等の熱膨張率が3×10-6/℃であるのに対し、42
合金フレームでは8×10-6/℃であるが、銅フレーム
では20×10-6/℃と大きくなる為である。これに対
し、マウント法としてマウント用樹脂を用いることが考
えられるが、従来のエポキシ樹脂系ペーストでは、熱硬
化性樹脂で三次元硬化する為、弾性率が高く、チップと
銅フレームとの歪みを吸収するには至らなかった。
なエポキシ樹脂、例えばエポキシモノマーを多量に含む
ものを使用すれば弾性率を低くできるが、接着強度が低
下するという欠点があった。更に通常のエポキシ樹脂は
粘度が高く、これに銀粉を配合すると粘度が高くなりす
ぎ、ディスペンス時の糸ひきが発生し作業性が悪くな
る。作業性を改良するために多量の溶剤を添加するとボ
イドが発生するという問題があった。また従来のマウン
ト用樹脂の硬化には、150〜200℃のオーブンで1
〜2時間加熱処理する必要があった。最近では半導体組
立工程の合理化のため、熱板上で1分以内に硬化するイ
ンライン化の要求が高まっている。速硬化にするために
は、硬化促進剤として第3級アミン類やイミダゾール類
を多量に添加する方法があるが、常温または低温での保
存性、すなわちポットライフやシェルライフが短くな
り、1液タイプでは実用性がなく、熱時の接着強度も低
いという欠点があった。
接着強度を低下させず、硬化物の低弾性率化を計ること
により、IC等の大型チップと銅フレーム等の組合せで
もチップクラックや反りによるIC等の特性不良が起こ
らず、速硬化でかつボイドの発生のない導電性樹脂ペー
ストを提供することにある。
キシ樹脂中に30重量%以上含む式(1)で示されるエ
ポキシ樹脂、
は炭素数6以上の芳香族から2個の水素を除いた残基を
示し、互いに同じであっても異なってもよい)
ェノール類(D)有機ボレート塩及び(E)銀粉を必須
成分とする半導体用導電性樹脂ペーストである。
は、低弾性率、低吸水性の特徴を有し、かつ構造中にジ
シロキサンユニットを有するため接着性も優れている。
式中のR1、R2の2価の脂肪族基は、炭素数6以上のも
のは工業化されていない。これらの中でR1、R2として
はプロピレンが好ましい。全エポキシ樹脂中に含まれる
式(1)のエポキシ樹脂は、30重量%以上好ましくは
50重量%以上である。30重量%未満では接着後のチ
ップの反りが急激に大きくなり、低応力性の特徴がなく
なる。本発明に用いる式(1)以外のエポキシ樹脂とし
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オ
キシド、アリサイクリックジエポキシド−アジペイトの
ような脂環式エポキシ等が挙げられ、単独でも混合して
用いてもよい。
希釈剤としての作用及び接着性を付与するために用いら
れる。このシラン化合物としては、例えばγ−グリシド
キシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプ
ロピルメチルジメトキシシラン、β−(3,4−エポキ
シシクロヘキシル)エチルメトキシシラン等が挙げら
れ、単独でも混合して用いてもよい。エポキシシラン化
合物の配合量は、ペーストの全量中に1〜20重量%と
するのが好ましい。1重量%未満では充分な接着強度が
得られず、20重量%を越えると低応力性が低下する。
シ樹脂の硬化剤としての作用をする。ビスフェノール類
はエポキシ基と反応する水酸基を1分子に2個有する、
いわゆる2官能性硬化剤であるため、例えばフェノール
ノボラック樹脂のような多官能硬化剤と比較して、硬化
物の架橋密度が低く、低弾性率である硬化物が得られ、
導電性樹脂ペーストに用いると非常に応力緩和性に優れ
たペーストが得られる。ビスフェノール類の配合量は全
エポキシ樹脂100重量部に対し、20〜100重量部
用いるのが接着性及び低応力性の点から好ましい。ビス
フェノール類としては例えば、ビスフェノールA、ビス
フェノールF、ビスフェノールS、テトラメチルビスフ
ェノールA、テキラメチルビスフェノールF、テトラメ
チルビスフェノールS、ジヒドロキシジフェニルエーテ
ル、ジヒドロキシベンゾフェノン、o−ヒドロキシフェ
ノール、m−ヒドロキシフェノール、p−ヒドロキシフ
ェノール、ビフェノール、テトラメチルビフェノール、
エチリデンビスフェノール、メチルエチリデンビス(メ
チルフェノール)、α−メチルベンジリデンビスフェノ
ール、シクロヘキシリデンビスフェノール等が挙げら
れ、これらは単独でも混合して用いても差し支えない。
剤で、イミダゾール類、第3級アミン類、ホスホニウム
類とテトラフェニルボレートとの塩として得られるもの
である。テトラフェニルボレートとの塩でないものを硬
化促進剤に用いると保存性が極めて悪く実用性がない。
有機ボレート塩を用いた場合は硬化性を損なわずに保存
性にも極めて優れた樹脂ペーストが得られる。有機ボレ
ート塩としては、例えば1,8−ジアザビシクロ(5,
4,0)ウンデセン−7・テトラフェニルボレート塩、
テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート
塩等が挙げられる。有機ボレート塩の配合量はエポキシ
樹脂、エポキシシラン化合物、ビスフェノール類の合計
100重量部に対し、0.1〜20重量部用いるのが好
ましい。0.1重量部未満では充分な硬化性が得られ
ず、20重量部を越えると保存性が低下する。
トとしての作業性を付与するために用いられ、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
量は10ppm 以下であることが好ましい。又銀粉の形状
としてはフレーク状、樹枝状や球状等が用いられる。必
要とするペーストの粘度により、使用する銀粉の粒径は
異なるが、通常平均粒径は2〜10μm、最大粒径は5
0μm程度のものが好ましい。又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。銀粉の配合量はペー
ストの全量中に、50〜90重量%であるのことが好ま
しい。50重量%未満では充分な導電性が得られず、9
0重量%を越えるとペーストの粘度が高くなり過ぎ、実
用性がない。本発明における導電性樹脂ペーストには、
必要により用途に応じた特性を損なわない範囲内で、顔
料、染料、消泡剤、界面活性剤等の添加剤を用いること
ができる。本発明のペーストの製造法としては、例えば
各成分を予備混合して三本ロール等を用いて、ペースト
を得て、真空下脱泡すること等がある。
る。各成分の配合割合は、重量部都する。 実施例1〜4、比較例1〜5 表1に示した組成の各成分と銀粉を配合し、三本ロール
で混練して導電性樹脂ペーストを得た。この導電性樹脂
ペーストを真空チャンバーにて2mmHgで30分間脱
泡した後、以下の方法により各種の性能を評価した。評
価結果を表1に示す。
ェノールFとエピクロロヒドリンの反応で得られた樹
脂、数平均分子量540、エポキシ当量170 ・ビスフェノールF ・フェノールノボラック樹脂:数平均分子量600、水
酸基当量105 ・エポキシシラン化合物:γ−グリシドキシプロピルト
リメトキシシラン(aという)、γ−(3,4−エポキ
シシクロヘキシル)エチルメトキシシラン(bとい
う)、フエニルグリシジルエーテル(cという) ・TPP−K:テトラフェニルホスホニウム・テトラフ
ェニルボレート塩 ・TPP:トリフェニルホスフィン ・銀粉:粒径が0.1〜50μmで平均粒径3μmのフ
レーク状
い、25℃で2.5 rpmにおける粘度を測定。 熱時接着強度:銅フレーム上に銀ペーストをディスペン
スし、2mm角のシリコンチップを載せ、200℃で6
0秒間熱板上で硬化させた後、250℃熱板上に20秒
間放置後、テンションゲージでチップをはじき、チップ
が破壊した強度又は剥がれた強度を測定。 チップ歪み:銅フレーム上に銀ペーストをディスペンス
し、シリコンチップ(サイズ6×15×0.3mm)をマ
ウントして200℃、60秒熱板上で硬化した。これを
表面粗さ計にてチップの長辺方向の両端を結ぶ線から垂
直に、チップの反りの頂上までの高さを測定。 保存性:銀ペーストを25℃で所定日数放置した後の粘
度を測定し、この粘度が初期の粘度の1.2倍以上増粘
するまでの日数を測定。
み及び保存性の優れたペーストが得られるが、比較例1
はビスフェノールFを用いず、通常のフェノールノボラ
ック樹脂を用いるので、チップ歪みが大きい。エポキシ
シラン化合物を用いない比較例2では熱時強度が著しく
低下する。硬化促進剤として、トリフェニルホスフィン
を用いた比較例3では保存性がなく、実用性がない。又
シロキサン含有エポキシ樹脂の含有量が全エポキシ樹脂
の30重量%未満の比較例4では、チップ歪みが著しく
大きくなり低応力性がない。
は、インライン工程での速硬化が可能で、熱時接着強度
が高く、かつ応力緩和に優れているため、IC等の大型
チップと銅フレームとの接着に適しており、IC組立工
程でのチップクラックやチップ歪みによるIC等の特性
不良を防止できる。
Claims (1)
- 【請求項1】 (A)全エポキシ樹脂中に30重量%以
上含む式(1)で示されるエポキシ樹脂、 【化1】 (ここでR1、R2:2価の炭素数1〜5の脂肪族基、又
は炭素数6以上の芳香族から2個の水素を除いた残基を
示し、互いに同じであっても異なってもよい) (B)エポキシシラン化合物 (C)ビスフェノール類 (D)有機ボレート塩及び (E)銀粉 を必須成分とすることを特徴とする半導体用導電性樹脂
ペースト。
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---|---|---|---|---|
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1993
- 1993-12-02 JP JP30313893A patent/JP2834658B2/ja not_active Expired - Fee Related
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