JP3469432B2 - 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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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の基板に接着させる半導体素
子接着用樹脂ペーストに関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の組立において、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用いられる接合方式は、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通常半田を使用している。
【0003】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。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。しかし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において半導体素子と
金属フレームの間の導電性に関する要求は低くなってき
ている。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
が必ずしも必要とされていない。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程度の微弱な電流である。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
ストでも充分に対応が可能である。
【0004】導電性樹脂ペースト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。ところが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
スの洗浄工程が減らすことによるコスト削減の意味から
IC,LSIに使用している導電性樹脂ペーストをディ
スクリート用に開発しているが、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。この点に関しては金属皮膜を施したフィラ
ー(例えばカーボン、シリカ、ガラスビーズ、ポリマ
ー、その他無機フィラー)を配合することにより、大電
流をが流れる半導体製品においても満足な導電性を得る
ことは可能であった。
【0005】しかし大電流を流す半導体製品ではこの電
流により、多量の熱を発生し、この発熱が生じることで
導電性樹脂ペーストの温度が高くなる。その場合熱抵抗
により電流が流れにくくなり、半導体製品としての信頼
性を低下させるという結果を招いている。従ってこの様
な導電性には優れるが、熱放散性に劣る導電性樹脂ペー
ストを使用する場合には充分な冷却機構を持った半導体
製品でなければならなかったが、コストアップにつなが
り実用的ではなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は導電性に優
れ、更に熱放散性にも優れる導電性樹脂ペーストを提供
するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は(A)平均粒径
が5〜30μmの球状ニッケル粉、(B)平均粒径が
0.5〜15μmの銀粉、(C)下記(1)または
(2)の一般式からなるアクリル樹脂またはメタクリル
樹脂と、(3)または(4)に示されるアクリル樹脂ま
たはメタクリル樹脂からなり、(3)または(4)に示
される樹脂が全樹脂中0.1〜50重量%である樹脂成
分、並びに(D)有機過酸化物を必須成分として、該成
分中に球状ニッケル粉(A)が10〜90重量%、銀粉
(B)が5〜85重量%含まれており、尚かつ(A)+
(B)が80〜97重量%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。
【0008】
【化1】
【0009】
【化2】
【0010】
【化3】
【0011】
【化4】
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の様な半導体用導電性樹脂
ペーストは導電性を付与するために通常フィラーに銀粉
を用いるが、本発明では銀粉だけではなくニッケル粉が
必須である。銀粉にニッケル粉を併用した理由はより導
電性、熱放散性を向上させる場合、当然金属の比率を上
昇させるのが常套手段である。しかし銀粉のみでこの様
な高充填の導電性樹脂ペーストを作製しようとすると作
製時に使用する三本ロールにおけるロールの回転による
機械的な力で銀粉がつぶれてしまい、結果として銀粉が
造粒してしまうため十分に分散されず、導電性、熱放散
性、作業性を著しく低下させてしまう。そこで銀粉にく
らべ機械的に強いニッケル粉を添加することにより銀粉
のつぶれを防ぐものである。しかしつぶれやすい銀粉の
粒径がニッケル粉の粒径より大きいとロールによりつぶ
れる可能性が大きい。そこで本発明では銀粉の粒径はニ
ッケル粉の粒径よりも小さいものが好ましい。一方、ニ
ッケル粉だけで導電性を得ようとすると半導体製品での
信頼性試験における吸湿によりニッケル表面に酸化膜的
な絶縁層が生じるため抵抗が大きくなる。従ってニッケ
ルより化学的な銀を併用し、導電性を維持することが本
発明のポイントである。
【0013】本発明ではニッケル粉と銀粉の併せた量が
80〜97重量%で無ければならない。ニッケル粉と銀
粉を併せた量が80重量%より少ないと導電性と熱放散
性に劣る。また97重量%より多いと粘度が高くなり過
ぎ塗布作業性が著しく低下する。球状ニッケル粉が10
〜90重量%、銀粉が5〜85重量%であるのが望まし
い。球状ニッケル粉が10重量%を下回ると銀粉の造粒
が激しく分散性が著しく低下するため導電性が低下す
る。球状ニッケル粉が90重量%を越えると吸水後の導
電性が低下するので好ましくない。
【0014】本発明で用いるニッケル粉は球状が望まし
い。本発明の様に高充填にする場合、粒子の形状は球状
の方が比表面積が小さくタップ密度が小さいためより多
くの粒子を充填することができるので好ましい。ニッケ
ル粉の平均粒径は5〜30μmが望ましい。粒径がこれ
より小さいと粘度が高くなり金属粉の高充填化は困難に
なる。またこれより大きいと塗布した場合のペースト厚
みが大きくなるため導電性が劣る。
【0015】本発明に用いる銀粉の平均粒径は0.5〜
15μmが望ましい。形状は球状の方がより高充填化が
可能ではあるが、本発明の様な比較的粒径の大きい球状
ニッケル粉を添加により粘度が低下するためフレーク状
の銀粉であっても良好な作業性が得られるため特に限定
するものではない。平均粒径が0.5μmより小さいと
球状ニッケル粉の添加でもロール混練が不可能、もしく
は混練が可能な場合でも粘度が高過ぎてディスペンスは
おろかスクリーン印刷による塗布も出来ない高い粘度に
なってしまう。逆に平均粒径が15μmより大きい粒径
を使用すると粒度分布が非常に狭くなり、流動性が低下
するため、塗れ広がり性が著しく低下するので好ましく
ない。
【0016】本発明に用いる式(1)または、(2)で
示されるアクリル樹脂 、または、メタクリル樹脂は、
低弾性率の特徴を有している。式中のR1はメチレン基
・イソプロピレン基のものが工業化されている。また、
式中のR2は、エチレン基、イソプロピレン基のものが
工業化されているが、イソプロピレン基のほうが好まし
い。エチレン基を導入した場合、親水性が高く、吸水率
増加の原因となる。また、X+Yは、m+nは4以上で
あることが好ましい。m+nが4未満であると接着後の
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。
【0017】全樹脂中に含まれる式(3)または(4)
のアクリル樹脂、または メタクリル樹脂は0.1〜5
0重量%が好ましい。0.1重量%未満では接着強度の
低下が起こり、また、50重量%以上では硬化時に発生
するアウトガスが増加、汚染性が低下して耐半田クラッ
ク性低下の原因となる。
【0018】本発明に用いられる有機過酸化物としては
特に限定されるものではなく、例えば1,1,3,3−
テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサネー
ト、t−ブチルパ−オキシ−2−エチルヘキサネート、
t−ヘキシルパ−オキシ−2−エトルヘキサネート、
1,1−ビス(t−ブチルパ−オキシ)−3,3,5−
トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ヘキシ
ルパ−オキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサ
ン、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)パ−オキシ
ジカーボネート等が挙げられる。これら過酸化物は単独
あるいは硬化性をコントロールするため2種以上を混合
して用いることもできる。さらに、樹脂の保存性を向上
するために各種重合禁止剤を予め添加しておくことも可
能である。
【0019】更に本発明の樹脂組成物には必要に応じて
他の樹脂やシランカップリング剤等の密着性向上成分や
顔料、消泡剤などの各種添加剤を配合することができ
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
脱泡する等の方法が用いられる。
【0020】
【実施例】以下、本発明を実施例で具体的に説明する。 実施例1 ・式(1)に示すR1=C(CH32、R2=CH2CH
(CH3)O、X+Y=20を有するアクリル樹脂(C1
成分)、 ・式(2)に示すメタクリル樹脂(C2成分) ・式(3)に示すa=1、b=1、c=2を有するアク
リル樹脂(C3成分)、 ・1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2
−エチルヘキサネート(C5成分)、 更に平均粒径6、28μmの球状ニッケル粉及び平均粒
径1、13μmの球状銀粉と平均粒径13μmのフレー
ク状銀粉を表1及び表2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。
【0021】
【表1】
【0022】実施例2〜8 実施例1において、式(3)に示すアクリル樹脂に代え
て式(4)に示すa=1、b=1、c=2を有するメタ
クリル樹脂(C4成分)を表1に示す割合で用いる他は
全て実施例1と同様の方法で導電性ペーストを作成し、
各種性能を評価した。評価結果を表1に示す。
【0023】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、2X2mm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。又温
度85℃、湿度85%の恒温糟に168時間放置した後
の垂直体積抵抗率も測定した。 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。
【0024】比較例1〜9 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。
【0025】
【表2】
【0026】表1及び表2の結果から明らかなように、
本発明に従えば導電性に優れる樹脂ペーストを得ること
ができる。
【0027】
【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、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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C09J 171/00 C09J 171/00 // H01L 21/52 H01L 21/52 E (56)参考文献 特開 平3−160077(JP,A) 特開 平6−100804(JP,A) 特開 平7−302510(JP,A) 特開 平7−307110(JP,A) 特開 平4−283211(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09J 9/02 C08F 290/04 C08K 3/08 C08L 33/14 - 33/16 C09J 133/14 - 133/14 C09J 171/00 - 171/08 H01L 21/52

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)平均粒径が5〜30μmの球状ニ
    ッケル粉、(B)平均粒径が0.5〜15μmの銀粉、
    (C)下記(1)または(2)の一般式からなるアクリ
    ル樹脂またはメタクリル樹脂と、(3)または(4)に
    示されるアクリル樹脂またはメタクリル樹脂からなり、
    (3)または(4)に示される樹脂が全樹脂中0.1〜
    50重量%である樹脂成分、並びに(D)有機過酸化物
    を必須成分として、該成分中に球状ニッケル粉(A)が
    10〜90重量%、銀粉(B)が5〜85重量%含まれ
    ており、尚かつ(A)+(B)が80〜97重量%であ
    ることを特徴とする導電性樹脂ペースト。 【化1】 【化2】 【化3】 【化4】
  2. 【請求項2】 請求項1記載の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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