JP2935919B2 - 絶縁樹脂ペースト - Google Patents

絶縁樹脂ペースト

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＩＣ、ＬＳＩ等の半導体
素子を金属フレーム等に接着する絶縁ペーストに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】エレクトロニクス業界の最近の著しい発
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や樹脂ペーストと
いった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、
素子の電極を汚染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。中でも、シリ
カ粉末を用いた絶縁ペーストは貴金属を全く用いていな
いため安価であり、特に導電性を必要としない用途での
需要が増大している。
【０００４】更に最近、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、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、大きくなるとマウント法として
Ａｕ−Ｓｉ共晶法を用いた場合には組立工程での加熱に
よりチップと銅フレームの熱膨張率の差に基づくチップ
のクラックや反りが発生しこれに起因する特性不良が問
題となっている。
【０００５】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３×１０−８／℃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、弾性率が大きく、チッ
プと銅フレームとの歪を吸収するに至らなかった。一
方、線状高分子タイプのポリイミド樹脂系ではエポキシ
樹脂に較べ弾性率が小さく、チップの反りは改良され
る。しかし、ポリイミド樹脂をマウント用樹脂として用
いるには、作業性の点から、Ｎ−メチル−２−ピロリド
ン、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド等の多量の極性溶剤
に溶解して、粘度を低くしなければならない。この時の
溶剤量は、マウント樹脂中の３０重量％以上にもなり、
チップと金属フレームとの接着に用いた場合、硬化加熱
時の溶剤の抜け跡として硬化物中にボイドが生成し、接
着強度低下、及び熱伝導不良の原因となり、信頼性面か
ら好ましくない。
【０００６】また絶縁樹脂ペーストにおいて含有シリカ
フィラー量を少なくすると低弾圧率化は図れるが、より
低弾圧率の絶縁樹脂ペーストが要求されているととも
に、超微粒子シリカ粉末を併用しないとペーストの揺変
度が低いためディスペンス時にたれや糸引きが生じ非常
に作業性が悪化する。
【０００７】さらに使用する超微粒子シリカ粉末が何ん
ら表面処理を施していない通常のシリカ粉末だと表面の
シラノール基が樹脂ペースト中の樹脂成分と徐々に水素
結合を取りはじめ粘度および揺変度の低下が起こり作業
性の低下につながっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は揺変度が高
く、ディスペンサー塗布時の作業性に優れかつその経時
変化がなく、ＩＣ等の大型チップと銅フレームとの組合
せでもチップクラックやチップの反りによるＩＣ等の特
性不良が起らない絶縁ペーストを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、（Ａ）シリカ
フィラー、（Ｂ）常温で液状のエポキシ樹脂、（Ｃ）硬
化剤および（Ｄ）可撓性付与剤を必須成分とし、該成分
中に（Ａ）シリカフィラーが１０〜３０重量％でシリカ
フィラー中の１０〜５０重量％が１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
末であり、（Ｄ）可撓性付与剤としてエポキシ基を有す
るポリブタジエン化合物を３〜２０重量％含有する絶縁
樹脂ペーストで塗布作業性が良好でかつその経時変化が
なく、また硬化物の弾圧率が小さく、シリコンチップと
銅フレームとの熱膨張率の差による歪みを吸収し、応力
緩和特性に優れているものである。
【００１０】本発明に用いるエポキシ樹脂は常温で液状
のものに限定してあるが、常温で液状のものでないとシ
リカフィラーとの混練において、溶剤を必要とする。溶
剤は気泡発生の原因となり、硬化物の接着強度を低下さ
せてしまう。
【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ポ
リ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ー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】また硬化剤としては特に限定されないがフ
ェノール樹脂系硬化剤とジシアンジアミド、アジピン酸
ヒドラジド等の潜在型アミン化合物の併用が好ましい。
更に、本発明においては、必要に応じ、硬化促進剤、顔
料、染料、消泡剤等の添加剤を用いることもできる。
【００１３】本発明に用いるシリカフィラーは平均粒径
が１μｍ以上、２０μｍ以下の溶融および／または破砕
シリカ粉末および一次粒子の平均粒子径が２〜５０ｎｍ
の疎水性超微粒子シリカ粉末からなり、全シリカフィラ
ー中の疎水性超微粒子シリカ粉末は、１０〜５０重量％
である。さらにシリカフィラーと常温で液状のエポキシ
樹脂、硬化剤および可撓性付与剤からなる絶縁樹脂組成
物中に１０〜３０重量％のシリカフィラーを含有する。
【００１４】絶縁樹脂ペースト中の全シリカフィラー量
が１０重量％より少ないとマウント後の接着強度が不足
し、３０重量％より多いと硬化物の弾圧率が上がるため
チップの反りが大きくなり、目的とする応力緩和特性が
望めない。またシリカフィラー中の超微粒子シリカ粉末
が１０重量％より少ないとペーストの揺変度が小さすぎ
るため、ペーストのたれや糸引きが生じ、塗布作業性が
悪くなる。また、５０重量％より多いと樹脂ペーストの
粘度が高くなりすぎる為実用的ではない。
【００１５】さらに使用する超微粒子シリカ粉末が、何
んら表面処理を施していない通常のシリカ粉末だと表面
のシラノール基が樹脂ペースト中の樹脂成分と徐々に水
素結合を取りはじめ、粘度および揺変度の低下が起こ
り、塗布作業性が低下してしまうので好ましくない。
【００１６】可撓性付与剤としてのポリブタジエン化合
物はエポキシ基を有することが必要で、エポキシ基を有
しないポリブタジエンを用いると硬化後エポキシ樹脂と
の分離が生じるため接着力が低下するとともに耐湿性が
悪化する。またポリブタジエン化合物が絶縁樹脂ペース
ト中で３重量％より少ないと目的とする応力緩和特性を
発揮し得ないし、２０重量％を越えるとペーストの粘度
が上がり過ぎ実用的ではない。さらにポリブタジエン化
合物の分子量は作業性の面より、５００〜３０００程度
が好ましく、エポキシ基は１分子あたり２個以上である
ことが好ましい。
【００１７】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。
【００１８】
【実施例】以下実施例で本発明を具体的に説明する。配
合割合は重量部で示す。
【００１９】実施例１〜５ 平均粒径が３μｍの球状無定形シリカ粉末（以下球状シ
リカ）と一次粒子の平均粒径が約１２ｎｍ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処
理した疎水性の超微粒子シリカ粉末（以下疎水シリカ
Ａ）、およびビスフェノール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（エポキシ
当量１８０で常温で液状。以下エポキシ樹脂）とフェノ
ールノボラック樹脂（ＯＨ当量１０４、軟化点１１０
℃）、ジシアンジアミド、希釈剤のクレジルグリシジル
エーテルならびにエポキシ基を有するポリブタジエン化
合物（品名Ｐｏｌｙ ｂｄ Ｒ−４５ＥＰＴ：出光石油
化学（株）製）（以下ポリブタＡ）を表１に示す割合で
配合し、三本ロールで混練して絶縁樹脂ペーストを得
た。この絶縁ペーストを真空チャンバーにて２ｍｍＨ
ｇ、３０分間脱泡した後、以下の方法により各性能を評
価した。結果を表１に示す。
【００２０】粘度 Ｅ型粘度計を用い２５℃、２．５ｒｐｍでの値を粘度と
した。 揺変度 次式に従い０．５ｒｐｍと２．５ｒｐｍでの粘度の比を
もって揺変度とした。 マウント強度 銀めっきした銅フレームにペーストを塗布し２×２ｍｍ
のシリコンチップをマウント後、６０′２００℃硬化
し、３００℃の熱板上でテンションゲージを用いて接着
強度を測定した。 ペーストのたれ 内径１．０ｍｍ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立てに垂直に
置き、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。 糸ひき性 絶縁樹脂ペーストの中へ直径１ｍｍφのピンを深さ５ｍ
ｍ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。 チップ歪 銅フレーム上に絶縁ペーストを塗布しシリコンチップ
（サイズ：６×１５×０．３ｍｍ）をマウントして２０
０℃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。
【００２１】実施例６ 使用する超微粒子シリカ粉末として一次粒子の粒径が約
１２ｎｍでかつ表面をオクチルトリメトキシシランで処
理した疎水性の超微粒子シリカ粉末（以下疎水シリカ
Ｂ）を用いた他は実施例１〜５と同様にして絶縁樹脂ペ
ーストを作製し、評価した。結果を表１に示す。
【００２２】比較例１〜６ 表２に示す配合割合で実施例と同様にして絶縁樹脂ペー
ストを得た。比較例５では可撓性付与剤としてエポキシ
基を有しないポリブタジエン化合物（品名Ｐ０ｌｙ ｂ
ｄ Ｒ−４５ＨＴ：出光石油化学（株）製）（以下ポリ
ブタＢ）を用いた。また比較例６では一次粒子の平均粒
径が約１２ｎｍで表面処理を施していない親水性の超微
粒子シリカ粉末（以下親水シリカ）を用いた。評価結果
を表２に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】
【発明の効果】本発明の絶縁樹脂ペーストは揺変度が高
く塗布作業性が良好でかつその経時変化がなくまた硬化
物の弾性率が低く、銅、４２アロイ等の金属フレーム、
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用いることができ、特に銅フレ
ーム上への大型チップの接着に適しており、銅フレーム
とシリコーンチップとの熱膨張率の差に基ずくＩＣ等の
特性不良を防ぐことができ、従来になかった応力緩和特
性に優れたマウント用絶縁樹脂ペーストである。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−266539（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−159422（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−303937（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−222887（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/52

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （Ａ）シリカフィラー、（Ｂ）常温で液
    状のエポキシ樹脂、（Ｃ）硬化剤および（Ｄ）可撓性付
    与剤を必須成分とし、該成分中に（Ａ）シリカフィラー
    が１０〜３０重量％でシリカフィラー中の１０〜５０重
    量％が１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であり、（Ｄ）可撓性付
    与剤としてエポキシ基を有するポリブタジエン化合物を
    ３〜２０重量％含有することを特徴とする絶縁樹脂ペー
    スト。
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