JP3449846B2 - 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】 【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】近年のエレクトロニクス産業の著しい発
展に伴い、トランジスタ，ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩと半
導体素子における回路の集積度は急激に増大しており，
半導体素子の大きさも、従来長辺が数ｍｍ程度だったも
のが１０数ｍｍと飛躍的に増大している。また、リード
フレームも従来の４２アロイ合金から熱伝導性も良く安
価である銅材が主流となりつつあり、一方、半導体製品
の実装方法は表面実装法にしかも高密度実装化の為半導
体製品自体の大きさは小さくしかも薄くなってきてい
る。このような半導体製品の動向に従い半導体製品の構
成材料に対する要求性能も変化してきており、半導体素
子と金属フレームを接合するダイボンディング用樹脂ペ
ーストに対しても、従来求められていた接合の信頼性の
みならず、大型チップと銅フレームの熱膨張率の差に基
づく熱応力を吸収緩和する応力緩和特性さらには薄型パ
ッケージでの耐ヒートサイクル特性が要求され始めてい
る。ここで、応力緩和特性は半導体素子の材料であるシ
リコン等の線熱膨張係数が３×１０^-6℃^-1であるのに対
し銅フレームの線熱膨張係数は２０×１０^-6℃^-1と一桁
大きいため、ダイボンディング用樹脂ペースト加熱硬化
後の冷却過程，及び冷熱処理の冷却時に銅フレームの方
がシリコンチップより大きな割合で収縮し，チップの反
りひいてはチップクラックあるいはダイボンディング用
樹脂ペーストの剥離等を引き起こし，ＩＣ、ＬＳＩ等の
半導体製品の特性不良の一因となり得る可能性がある。 【０００３】このような熱応力を吸収緩和するためにダ
イボンディング用樹脂ペーストを低弾性率にする必要が
あるが、従来のエポキシ系ダイボンディング用樹脂ペー
ストは、熱硬化性樹脂であるため三次元架橋し弾性率が
高くなり、大型チップと銅フレームとの熱膨張率の差に
基づく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ダイボンディング用樹脂ペース
トではエポキシ系ダイボンディング用樹脂ペーストに比
べ硬化物の弾性率は小さく、チップの反りは改良され
る。しかしポリイミド樹脂をダイボンディング用樹脂ペ
ーストとして用いる場合には、塗布作業性の点からＮー
メチルー２ーピロリドン，Ｎ，Ｎー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調整しなければ
ならない。このときの溶剤量はダイボンディング用樹脂
ペーストの３０重量％にもなり、半導体素子と金属フレ
ーム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発生し、接着強度、熱伝導性及び
導電性の低下の原因となり信頼性の面から好ましくな
い。また、表面実装あるいは高密度実装を目的としたパ
ッケージサイズの小型化、薄型化に基づくヒートサイク
ル処理時の熱応力の急激な増加により半導体封止材だけ
でなくダイボンディング用樹脂ペーストにも耐ヒートサ
イクルクラック性が要求されてきている。ダイボンディ
ング用樹脂ペーストの耐ヒートサイクルラック性は，ヒ
ートサイクル処理の冷却時の熱応力を緩和吸収するため
に低弾性率であるとともに、高接着強度，特に十分な引
き剥し方向での強度を示すことが必要であるがエポキシ
樹脂及びポリイミド樹脂ペーストを含めてこれらの特性
を満足するものはなかった。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＩＣ等の大
型チップと銅フレームとの組み合わせでもチップクラッ
クやチップの反りによるＩＣ等の特性不良が生じず、か
つ薄型パッケージでのヒートサイクルクラックが発生し
ない高信頼性の導電性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）全エポ
キシ樹脂量中に下記式（１）で示されるエポキシ樹脂と
ビスフェノールＦとのモル比が１〜３で反応してなる生
成物を３０重量％以上含むエポキシ樹脂 （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よい） （Ｂ）エポキシ基を含有する数平均分子量８００以上の
液状ポリブタジエン化合物 （Ｃ）イミダゾール化合物 （Ｄ）銀粉 を必須成分とし、（Ｂ）／［（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）］
の重量比が０．１〜０．３であることを特徴とする半導
体用導電性樹脂ペーストである。 【０００６】本発明に用いる式（１）のエポキシ樹脂
は，低弾性率の特徴を有する。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．本発明のＲ₁，Ｒ₂としてはプロピレンが好ましい。
本発明に用いる式（１）のエポキシ樹脂とビスフェノー
ルＦの反応例としては，式（１）のエポキシ樹脂とビス
フェノールＦのモル比（エポキシ樹脂のエポキシ基数／
ビスフェノールＦのＯＨ基数）が（１〜３）／１で，エ
ポキシ樹脂とビスフェノールＦを混合し，１８０℃以上
の条件で反応させる。当量比としては，１〜３が好まし
い。当量比が３を超えるとペースト硬化時に樹脂ブリー
ド，アウトガスによる汚染が発生するためであり、１未
満だと接着強度が低下する。この反応を促進するために
必要により触媒を添加してもよい。触媒の例としては，
テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート
塩等の有機フォスフィン類と有機ボレートとの塩，１，
８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等の
ジアザ化合物が挙げられる。 【０００７】反応生成物と混合する場合の他のエポキシ
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樹脂、クレゾールノボラッ
ク樹脂類とエピクロルヒドリンとの反応により得られる
ポリグリシジルエーテル、ブタンジオールジグリシジル
エーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテ
ル等の脂肪族エポキシ、ジグリシジルヒダントイン等の
複素環式エポキシ、ビニルシクロヘキセンジオキサイ
ド、ジシクロペンタジエンジオキサイド、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、
さらには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、スチレンオサイド、エチルヘ
キシルグリシジルエーテル、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、ブチルフェニルグリ
シジルエーテル等のような通常のエポキシ樹脂の希釈剤
として用いられるものがあり、これらは単独でも混合し
て用いてもよい。この反応生成物の混合量は全エポキシ
樹脂量中３０重量％以上で，より好ましくは５０重量％
以上である．３０重量％未満だと接着後のチップの反り
が急減に大きくなり，低応力性の特徴が生かせなくな
る。 【０００８】液状ポリブタジエン化合物は，全エポキシ
樹脂量中に式（１）で示されるエポキシ樹脂とビスフェ
ノールＦとのモル比が１〜３で反応してなる生成物を３
０重量％以上含むエポキシ樹脂と併用することにより、
低い弾性率を得ることができる。液状ポリブタジエン化
合物はエポキシ基を有することが必要で，エポキシ基を
有しない液状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共に耐湿
性が悪化する。また，液状ポリブタジエン化合物（Ｂ）
が、［（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）］の重量の１０重量％未
満だと目的とする弾性率が得られず，３０重量％を超え
るとペースト中の粘度が上がりすぎ，また接着強度の低
下が起こるため実用的でない。更にポリブタジエン化合
物の分子量は作業性の面より数平均分子量は８００〜２
０００程度が好ましく，エポキシ基は１分子当たり２個
以上であることが好ましい。数平均分子量は Vapor Pre
ssure Osmometer 法で測定される。ポリブタジエン化合
物としては、日本石油化学(株)製のＥー１０００ー３．
５、Ｅー１０００ー６．５、Ｅー１０００ー８．０、Ｅ
ー１５００ー８．０、Ｅー１８００ー６．５等が挙げら
れる。 【０００９】本発明においては，インラインキュア硬化
を可能とするためイミダゾール化合物を用いる。一般に
イミダゾール化合物は，目的とする温度１７０〜２５０
℃で硬化時間が短いことが知られている。イミダゾール
化合物としては，２−メチルイミダゾール，２−エチル
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，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−Ｃ₁₁
Ｈ₂₃−イミダゾール等の一般的なイミダゾールやトリア
ジンやイソシアヌル酸を付加し，保存安定性を付与した
２，４−ジアミノ−６−｛２−メチルイミダゾール−
（１）｝−エチル−Ｓ−トリアジン，またそのイソシア
ネート付加物等があり，これらは単独でも混合して用い
てもよい。また、特性を損なわない範囲でジシアンジア
ミド等と併用してもよい。 【００１０】本発明に用いる銀粉は用いる分野が電子電
気分野のためハロゲンイオン、アルカリ金属イオン等の
イオン性不純物量が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、樹枝状あるいは球状
のものを単独あるいは混合して用いることができる。さ
らに粒径に関しては通常平均粒径が２〜１０μｍ、最大
粒径は５０μｍ程度のものが好ましく、比較的細かい銀
粉と粗い銀粉を混合して用いてもよい。銀粉量が６０重
量％未満だと硬化物の電気導伝性が低下し、８５重量％
を越えると樹脂ペーストの粘度が高くなりすぎ塗布作業
性の低下の原因となるので好ましくない。 【００１１】本発明における導電性樹脂ペーストには，
必要により，消泡剤、カップリング剤，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，真空下脱法する等がある。 【００１２】 【実施例】以下実施例を用いて本発明を具体的に説明す
る。配合割合は重量部で示す。 ［反応生成物の製造例１］下記式（２）のエポキシ樹脂
（エポキシ当量１８１）１００ｇ，ビスフェノールＦ２
５ｇに触媒として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１ｇを添加し，２００℃で２時間反
応させた。この反応物を反応生成物１とする。 ［反応生成物の製造例２］下記式（２）のエポキシ樹脂
（エポキシ当量１８１）１００ｇ，ビスフェノールＦ４
５ｇに触媒として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１ｇを添加し，２００℃で２時間反
応させた。この反応物を反応生成物２とする。 【００１３】《実施例１〜５，比較例１〜５》表１及び
表２に示した組成の各成分と銀粉を配合し、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分間脱
泡した後、以下の方法により各種性能を評価した。評価
結果を表１及び表２に示す。 使用する原料成分 ・反応生成物１ ・反応生成物２ ・ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂：エポキシ当量１７
０ ・液状ポリブタジエン化合物１：数平均分子量１００
０，１分子当たりの平均エポキシ基８ ・液状ポリブタジエン化合物２：数平均分子量２４０
０，１分子当たりの平均エポキシ基８ ・ＤＤＡ ：ジシアンジアミド ・２ＰＨＺ：２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチ
ルイミダゾール ・銀粉 ：粒径が０．１〜５０μｍで平均粒径が３μ
ｍのフレーク状 【００１４】《評価方法》 ・粘度：Ｅ型粘度計（３°コーン）を用い２５℃、２．
５ｒｐｍでの値を測定し粘度とした。 ・接着強度：２×２ｍｍ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２００℃で６０秒間熱板
上で硬化した。硬化後マウント強度測定装置を用い２５
℃，２５０℃での熱時ダイシェア強度を測定した。 ・反り量：６×１５×０．３ｍｍシリコンチップを銅フ
レーム（２００μｍ厚さ）に導電性樹脂ペーストでマウ
ントし、２００℃で６０秒間硬化した後、チップの反り
を表面粗さ計（測定長１３ｍｍ）で測定した。 ・弾性率：テフロンシート上にペーストを幅１０ｍｍ、
長さ約１５０ｍｍ、厚さ１００μｍに塗布し、２００℃
オーブン中で６０分間硬化した後、引張り試験機で試験
長１００ｍｍ引張り速度１ｍｍ／分にて測定し、得られ
た応力ーひずみ曲線の初期勾配より弾性率を算出した。 ・ブリード：上記接着強度の硬化済サンプルの銀ペース
トの周辺部分を顕微鏡観察した。 ・耐ヒートサイクルクラック性（耐Ｔ／Ｃ性）：シリカ
フィラーを約８０重量％含有するビフェノール型エポキ
シ樹脂／フェノールノボラック樹脂系の封止材料を用い
下記の条件で成形したパッケージをヒートサイクル処理
（３０分／−６５℃←→３０分／１５０℃，１０００サ
イクル）にかけ、外観観察により外部クラックの数を測
定し、不良率で表し、耐ヒートサイクルクラック性の指
標とした。 ・総合評価：全て問題のないものを○とし、１つでも問
題のあるものを×とした。 ・パッケージ：８０ｐＱＦＰ（２０×２０×１．５ｍｍ
ｔ） ・チップサイズ：１０×１０ｍｍ（アルミ配線のみ） ・リードフレーム：銅材 ・成形条件：１７５℃、２分 ・ポストモールドキュア：１７５℃、８時間 【００１５】 表 １ 実 施 例 １ ２ ３ ４ ５ 配合（重量部） 反応生成物１ 100 80 50 反応生成物２ 100 50 ヒ゛スフェノ-ルF型エホ゜キシ樹脂 20 50 50 液状ホ゜リフ゛タシ゛エン化合物１ 25 35 10 25 35 ＤＤＡ 1 1 1 1 1 ２ＰＨＺ 5 5 5 5 5 銀粉 310 330 270 310 330 特性 粘度（ＰＳ） 186 214 218 228 238 接着強度（gf／チッフ゜） ２５℃ ＞2000 ＞2000 ＞2000 ＞2000 ＞2000 ２５０℃ 1020 960 1210 1080 1230 反り量（μｍ） 15 20 30 20 30 弾性率（kgf／mm²） 20 25 30 35 40 プリード なし なし なし なし なし 耐Ｔ／Ｃ性（％） ０ ０ ０ ０ ０ 総合評価 ○ ○ ○ ○ ○ 【００１６】 表 ２ 比 較 例 １ ２ ３ ４ ５ 配合（重量部） 反応生成物１ 100 50 25 反応生成物２ 100 80 ヒ゛スフェノ-ルF型エホ゜キシ樹脂 50 75 20 液状ホ゜リフ゛タシ゛エン化合物１ 5 50 40 液状ホ゜リフ゛タシ゛エン化合物２ 15 30 ＤＤＡ 1 1 1 1 1 ２ＰＨＺ 5 5 5 5 5 銀粉 260 360 340 280 320 特性 粘度（ＰＳ） 174 234 244 530 582 接着強度（gf／チッフ゜） ２５℃ ＞2000 1020 ＞2000 ＞2000 ＞2000 ２５０℃ 1140 370 890 1110 950 反り量（μｍ） 55 20 75 20 15 弾性率（kgf／mm²） 160 20 380 20 20 プリード なし あり なし なし なし 耐Ｔ／Ｃ性（％） 30 20 100 20 20 総合評価 × × × × × 【００１７】実施例１〜５では，各特性に優れ，耐Ｔ／
Ｃ性良好なペーストが得られるが，比較例１では，液状
ポリブタジエン化合物の使用量が少なく弾性率が高く耐
Ｔ／Ｃ性が低下する。比較例２では，液状ポリブタジエ
ン化合物の使用量が多く接着強度が低いために耐Ｔ／Ｃ
性が低下する。またブリードが発生するため実用的でな
い。比較例３では，反応生成物１の含有量が全エポキシ
樹脂の３０重量未満％と少なく弾性率，反り量が大き
く，耐Ｔ／Ｃ性が低下する。比較例４，５では，液状ポ
リブタジエン化合物２の分子量が大きくペーストの粘度
が高くなり，実用的でない。 【００１８】 【発明の効果】本発明の導電性樹脂ペーストは、インラ
イン工程での硬化が可能で硬化物の弾性率が低く銅、４
２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。特に銅フレームへの大型チッ
プの接着に適しており、銅フレームとシリコンチップの
熱膨張率の差に基づくチップクラックやチップ歪みによ
るＩＣ、ＬＳＩ等の特性不良を防ぐことができ、薄型パ
ッケージで使用しても冷熱処理時にクラックの発生しな
い従来になかった高信頼性の半導体素子接着用の導電性
樹脂ペーストである。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ０９Ｊ 163/00 Ｃ０９Ｊ 163/00 163/08 163/08 (56)参考文献 特開 平４−300984（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−161740（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−161015（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−153942（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−153768（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−161014（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−153766（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−184279（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−179833（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−175253（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−184282（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−189806（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−184275（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01B 1/22 C09J 4/00 - 201/10 C08G 59/00 - 59/72 C08L 63/00 - 101/16

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 （Ａ）全エポキシ樹脂量中に下記式
   （１）で示されるエポキシ樹脂とビスフェノールＦとの
   モル比（エポキシ樹脂のエポキシ基数／ビスフェノール
   ＦのＯＨ基数）が１〜３で反応してなる生成物を３０重
   量％以上含むエポキシ樹脂 【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よい） （Ｂ）エポキシ基を含有する数平均分子量８００以上２
   ０００以下の液状ポリブタジエン化合物 （Ｃ）イミダゾール化合物 （Ｄ）銀粉 を必須成分とし，（Ｂ）／［（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）］
   の重量比が０．１〜０．３であることを特徴とする半導
   体用導電性樹脂ペースト。