JP3418515B2 - 導電性樹脂ペースト及びこれを用いて製造された半導体装置 - Google Patents

導電性樹脂ペースト及びこれを用いて製造された半導体装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はIC,LSI等の半
導体素子を金属フレーム等の基板に接着させる半導体素
子接着用樹脂ペースト及びこれを用いて製造された半導
体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置組立において、半導体素子を
金属フレームに接着させる工程、いわゆるダイボンディ
ング工程において、これまで金−シリコン共晶に始ま
り、半田、樹脂ペーストと推移してきた。現在では主に
IC,LSIの組立においては導電性樹脂ペーストを、
トランジスタ、ダイオードなどのディスクリートにおい
ては半田を使用している。IC、LSI等の半導体装置
においてはその半導体素子の面積が大きいことから半田
に対してより低応力性が高い樹脂ペーストを使用する方
法が行われている。しかしこの樹脂ペーストはエポキシ
樹脂中にフレーク状の銀粉が分散されている。導電性樹
脂ペーストを用いる方法では近年の半導体装置では半導
体素子と金属フレームの間の電導性に関する要求は低
い。なぜならば近年の半導体装置では半導体素子や半導
体装置のデザインの進歩に伴い、アースを取るために半
導体素子の裏面から金属フレームに電気を流す構造に必
ずしもなっていない。また導電性樹脂ペーストを通して
電気を流すにしてもIC,LSIでは電流が2〜3mA
程度の電流である。この程度の電流では樹脂中に金属粉
が分散している従来の導電性樹脂ペーストでも対応がで
きている。
【0003】導電性樹脂ペーストに対し半田は導電性や
接着性に優れ、価格も安価である。この半田を主に使用
しているダイオード、トランジスタ等のディスクリート
ではその製品の構造上半導体素子と金属フレームの間で
電気を流す必要がある。しかし近年の環境問題から半田
に使用している鉛を使わない方向に各半導体メーカーが
動いており、更に半田を使用する際には必要なフラック
スの洗浄工程が減ることによるコスト削減からIC,L
SIに使用している導電性樹脂ペーストを使用したディ
スクリートを開発使用としているが、半導体装置に流れ
る電流が2〜3A程度の大電流が流れる製品もあり、従
来の導電性樹脂ペーストでは満足する導電性を得ること
ができなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は良好な低弾性
率を有しながら塗布作業性に優れる半導体素子接着用樹
脂ペーストを提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は(A)平均粒径
が5μm以下の球状銀粉、(B)室温で液状のエポキシ
樹脂、(C)表面に金属皮膜を施した平均粒径が5〜3
0μmの有機フィラー(以下有機フィラー)及び(D)
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを必須成
分として、該成分中に銀粉(A)が30〜80重量%、
表面に金属皮膜を施した有機フィラー(C)が5〜30
重量%、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
(D)を0.01〜8重量%含まれており、前記有機フ
ィラーがジビニルベンゼンを主成分としラジカル重合に
て重合させた架橋共重合物であることを特徴とする導電
性樹脂ペースト及び上記の導電性樹脂ペーストを用いて
製造された半導体装置に関するものである
【0006】
【発明の実施の形態】本発明で用いる有機フィラーはそ
の平均粒径が5〜30μmが望ましい。平均粒径が5μ
mより小さいと半導体素子と金属フレーム間に充分な導
電性が得られず導電性樹脂ペーストの粘度が高くなり、
塗布作業性が悪化する。また30μmより大きいと塗布
作業に使用するニードルが詰まってしまう。その形状と
しては球状が望ましい。フィラーの形状が球状が望まし
いのは球状はフレーク状や多角形状の様な形状に比べ単
位重量に対し表面積が小さくなるため粘度が低くなる。
よってより多くのフィラーを配合することができる。よ
り多くのフィラーを配合できることは半導体素子と金属
フレーム間の導電性を良くさせる。
【0007】更にこのフィラーの材質は有機物が望まし
い。有機物はエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミ
ド樹脂等の熱硬化性樹脂が好ましい。また更に熱硬化性
樹脂においても分子構造が3次元であるものが望まし
い。これは分子自体が3次元ではないと導電性樹脂ペー
ストの特性や製法において耐熱性、機械強度が弱くなる
傾向があるからである。耐熱性は導電性樹脂ペーストの
硬化時に約150〜250℃の熱に耐えうるだけの耐熱
性が必要である。また機械強度に関しては導電性樹脂ペ
ーストを作製する場合に使用する三本ロールに耐えうる
強度が必要であり、この工程に耐えられなければ粒子自
体がつぶれ、導電性を低下するものである。逆に有機物
で望ましくないのはポリエステル、ポリスチレンなどの
熱可塑性樹脂である。熱可塑性樹脂は耐熱性がないため
導電性樹脂ペーストに使用するエポキシ樹脂の通常の硬
化温度120〜250℃に耐えることができずに変形し
てしまうことにより本来の目的である半導体素子と金属
フレーム間の充分に導電性を得ることはできない。また
材質を有機物としたのは無機物例えば金属では導電性樹
脂ペーストを三本ロールで作成する際につぶれてしまっ
てその形状を維持できないため作成した導電性樹脂ペー
ストの粘度が高くなり充分に混練できなかったり、セラ
ミックでは絶縁性が高く、同様に金属皮膜を施しても導
電性が有機物にした場合より低下するため、適さない。
有機フィラーの添加量は5重量%より少ないと充分な導
電性を得ることができない。また30重量%より多いと
拡がり性が悪化する。有機フィラーの表面に皮膜を施す
金属は例えば、金、銀、ニッケル、銅等があり、それら
を1種類または2種類以上使用できるが特に限定しな
い。
【0008】本発明に用いる銀粉は平均粒径が5μm以
下が望ましい。形状が球状なのは上記した有機フィラー
と同様により多くのフィラーを配合できるからである。
平均粒径が5μm以下としたのはそれよりも大きいとよ
り多くの銀粉が配合できるがチキソ性が著しく低下する
ため銀粉および有機フィラーの分離、沈降が発生し、均
一の導電性が得ることが非常に困難になる。
【0009】本発明に用いるエポキシ樹脂は常温で液状
のものに限定しているが、常温で液状でないと銀粉との
混練において、溶剤をより多く必要とする。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。本発明に用いるエポキシ樹脂として例えばビスフェ
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−アジペイドの様な脂環式エポキシ、更に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、ブチルフェニルグリシジルエーテル、クレグ
リシジルエーテル、ジシクロペンタジエンジエポキシド
の様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。
【0010】本発明に用いるγ−グリシドキシプロピル
トリメトキシシランはその末端のメトキシ基が加熱する
ことにより脱メタノール化することにより自己縮合する
ことによってより高い耐熱性を得ることができる。これ
は本発明の導電性樹脂ペーストが半田の代替として使用
する場合より大きな利点である。半田はその融点(約3
50度付近)を越えると液状になり、それ以上では接着
することはできなくなるがγ−グリシドキシプロピルト
リメトキシシランを加えることにより導電性樹脂ペース
トは350度以上でも1〜2分以内であれば接着強度は
低下するものの半田のように液状になり接着できなくな
らないい。
【0011】本発明において硬化剤として用いるのは活
性水素を分子内に持った化合物が望ましい。この様な化
合物にはフェノール類(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AP、ビスフェノール
S、ビスフェノールZ、ジメチルビスフェノールA、ジ
メチルビスフェノールF、テトラメチルビスフェノール
A、テトラメチルビスフェノールF、ビフェノール、テ
トラメチルビフェノール、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、、フェノールノボラックやオルソクレゾー
ルノボラック等のポリフェノール類、トリヒドロキシフ
ェニルメタンやトリヒドロキシフェニルメタン等のトリ
スフェノール類)、一級アミン、ポリアミン類、イミゾ
ゾール等が挙げられる。またこれらは単独でも混合して
用いても良い。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、消泡剤など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練
した後、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。
【0012】
【実施例】以下に本発明を実施例で具体的に説明する。 実施例 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)、希釈剤としてクレジ
ルグリシジルエーテル(以下CGE)、硬化剤としてフ
ェノールノボラック(水酸基当量110)、2−フェニ
ル−4−メチルイミダゾール(2P4MZ)、γ−グリ
シドキシプロピルトリメトキシシラン(GPT)、更に
平均粒径2、4μmの銀粉及び平均粒径9、35μmの
表面にニッケル(F1)、ニッケル−金(F2)、ニッ
ケル−銀(F3)を皮膜したフェノール樹脂、ニッケル
−金を皮膜したジビニルベンゼンを主成分とした架橋共
重合物(F4)を表1に示す割合で配合し、3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分脱泡
後、以下に示す方法により各種性能を評価した。評価結
果を表1に示す。
【0013】粘度:E型粘度計(3°コーン)を用い、
25℃、2.5rpmでの測定値。 体積抵抗率:スライドガラス上にペーストを幅4mm、
厚み30μmに塗布し、120℃オーブン中で60分間
硬化した後の硬化物の体積抵抗率を測定した。 垂直体積抵抗率:銅フレーム上にペーストをペースト塗
布し、2×2mmの銅板を120℃オーブン中で60分
間硬化した後の銅板表面と銅フレームの間の電圧を求
め、そこから硬化物の垂直体積抵抗率を算出した。 350℃熱時接着強度:2mm角のシリコンチップをペ
ーストを用いて銅フレームにマウントし180℃オーブ
ン中で60分間硬化した。硬化後、プッシュプルゲージ
を用い350℃での熱時ダイシェア強度を測定した。 拡がり性:銅フレームにペーストを塗布し、室温に1時
間放置してシリコンチップをマウントした時にチップの
端までペーストが広がるか評価した。 総合評価:粘度、体積抵抗率及び熱時接着強度の全てを
良好なものを○、1つでも不満足なものを×とした。
【0014】
【表1】
【0015】比較例1〜11 表2に示す配合割合で実施例と全く同様にして導電性樹
脂ペーストを作製した。
【0016】
【表2】
【0017】比較例1 平均粒径が2μmの球状銀粉を
20重量%しか添加しなかったところ導電性が低下し
た。 比較例2 平均粒径が2μmの球状銀粉を85重量%添
加したところ導電性は良好なものの粘度が高く、拡がり
性が低下した。 比較例3 平均粒径8μmの球状銀粉を添加したところ
粘度が低くなり、有機フィラーおよび銀粉の沈降、分離
の発生により充分な導電性が得られなかった。 比較例4 有機フィラーを2重量%しか添加しなかった
場合、導電性、拡がり性が低下する。 比較例5 有機フィラーを40重量%添加した場合、導
電性は良好だが拡がり性が悪化する。 比較例6 GPTを添加しなかった場合、導電性、拡が
り性は良好だが接着強度が低下する。 比較例7 GPTを10重量%添加した場合、硬化の時
にGPTから発生したガスによりチップとの密着が低下
し、導電性特に垂直体積抵抗率が著しく低下する。 比較例8 有機フィラーの平均粒径を3μmにした場
合、粘度が著しく高くなることにより、拡がり性が低下
した。 比較例9 平均粒径42μmの有機フィラーを使用する
と導電性は良好だが拡がり性が低下し、また粒径が大き
いためにチップとの密着が悪く接着強度が低下した。 比較例10 有機フィラーの変わりに金−ニッケルを皮
膜したシリカを用いたところ導電性が低下した。 比較例11 銀粉を球状からフレーク状にしたところ粘
度が高くなり、拡がり性が低下した。
【0018】
【発明の効果】本発明の導電性樹脂ペーストは半導体素
子と金属フレーム間の導電性が良好で、尚かつダイボン
ディング時のペーストの濡れ拡がり性が良好で、更にナ
トリウム、塩素などのイオン性不純物が少なく銅、42
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、LSI等の半導体素子の接着
に用いることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C09J 163/00 H01L 21/52 H01L 21/52 C08K 5/54 (56)参考文献 特開 平10−121012(JP,A) 特開 平7−126489(JP,A) 特開 平6−84974(JP,A) 特開 平3−29209(JP,A) 特開 平4−274334(JP,A) 特開 平3−129607(JP,A) 特開 平6−184279(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08L 63/00 - 63/10 C09J 163/00 - 163/10 H01L 21/52

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)平均粒径が5μm以下の球状銀
    粉、(B)室温で液状のエポキシ樹脂、(C)表面に金
    属皮膜を施した平均粒径が5〜30μmの有機フィラー
    及び(D)γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラ
    ンを必須成分として、該成分中に銀粉(A)が30〜8
    0重量%、表面に金属比較を施した有機フィラー(C)
    が5〜30重量%、γ−グリシドキシプロピルトリメト
    キシシラン(D)を0.01〜8重量%含まれており、
    前記有機フィラーがジビニルベンゼンを主成分としラジ
    カル重合にて重合させた架橋共重合物であることを特徴
    とする導電性樹脂ペースト。
  2. 【請求項2】 (A)平均粒径が5μm以下の球状銀
    粉、(B)室温で液状のエポキシ樹脂、(C)表面に金
    属皮膜を施した平均粒径が5〜30μmの有機フィラー
    及び(D)γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラ
    ンを必須成分として、該成分中に銀粉(A)が30〜8
    0重量%、表面に金属比較を施した有機フィラー(C)
    が5〜30重量%、γ−グリシドキシプロピルトリメト
    キシシラン(D)を0.01〜8重量%含まれており、
    前記有機フィラーがジビニルベンゼンを主成分としラジ
    カル重合にて重合させた架橋共重合物であることを特徴
    とする導電性樹脂ペーストを用いて製造された半導体装
    置。
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