JP3482153B2 - 半導体用ダイアタッチペースト - Google Patents

半導体用ダイアタッチペースト

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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、有機基板等に接着する樹脂ペ
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-S
i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
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。 【0003】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。 【0004】更に近年、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、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る特性不良が問題となってきてい
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3×10-6/℃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
を吸収するには至らなかった。 【0006】また、硬化時に架橋密度を小さくするよう
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、これに無機フィラー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。 【0007】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
のマウント用樹脂は硬化に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、オーブンで30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。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、熱時
接着強度を低下させないで、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樹脂ペース
トを提供することにある。 【0009】 【課題を解決するための手段】本発明は(A)室温で液
体である液状エポキシ樹脂、(B)ポリカルボジイミド
樹脂、(C)潜在性硬化剤、(D)イミダゾール化合
物、(E)無機フィラーを必須成分とし、成分(A)1
00重量部に対し、成分(B)が1〜30重量部、成分
(E)が成分(A)、(B)、(C)、(D)の合計1
00重量部に対して10〜400重量部であるダイアタ
ッチペーストである。 【0010】本発明に用いる液状エポキシ樹脂(A)は
配合するときの作業性及び配合後の粘度の点から液状が
好ましいが特に制限を受けるものではない。一般的に用
いられるものの例を挙げるとビスフェノールA、ビスフ
ェノールF、ビスフェノールE、ビフェノールなどのビ
スフェノール化合物のジグリシジルエーテルやブタンジ
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
脂環式エポキシがあり、これらの内の1種類あるいは複
数種と併用も可能である。 【0011】本発明に用いられるポリカルボジイミド樹
脂(B)はイソシアネートの脱炭酸反応により得られる
樹脂である。エポキシ樹脂に配合することによって硬化
物の脆さを改善し、耐熱性と接着性を大幅に改良するこ
とが出来る。ポリカルボジイミド樹脂の添加量は成分
(A)100重量部に対して1〜30重量部が望まし
い。1重量部未満では接着性向上効果に乏しく、30重
量部を越えると硬化速度を低下させたり、粘度が高くな
りすぎ作業性を低下させるので好ましくない。 【0012】本発明に用いる潜在性硬化剤(C)はエポ
キシ樹脂の硬化剤として用いられ、例えばアジピン酸ジ
ヒドラジド、ドデカン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジ
ヒドラジド、P-オキシ安息香酸ジヒドラジド等のカルボ
ン酸ジヒドラジドやジシアンジアミド等の潜在性硬化剤
である。潜在性硬化剤を用いるとフェノール硬化剤単独
で硬化した場合に比べ著しく熱時接着強度が高くなる。
又潜在性硬化剤はフェノール硬化剤よりも当量が小さい
ため、併用することにより粘度がそれ程高くなく、又潜
在性であるため保存性にも優れたペーストを得ることが
できる。潜在性硬化剤(C)の配合量は全エポキシ樹脂に
対し、0.5〜5重量%使用するのが好ましい。0.5重量%
未満では熱時接着強度が弱く、5重量%を越えると低応
力性が低下する。 【0013】本発明においては,速硬化を可能とするた
めイミダゾール化合物(E)を使用することを必須とし
ている.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−C1123−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、これらの内の1
種類あるいは複数種と併用可能である。イミダゾール化
合物の配合量は、全エポキシ樹脂に対し、0.5〜10
重量%使用するのが好ましい。0.5重量%未満では熱
時接着強度が弱く、10重量%を越えるとポットライフ
が著しく短くなる。 【0014】本発明に用いる無機フィラー(E)として
は銀粉、シリカフィラー等があり、本発明のダイアタッ
チペーストにおいては樹脂成分100重量部に対して1
0〜400重量部配合される。10重量部未満では導電
性が発現しなかったり、線膨張係数を下げる効果に乏し
いので好ましくない。400重量部を越えるとペースト
粘度が上昇し、作業性が低下するので好ましくない。 【0015】銀粉は導電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、樹脂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50μm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。 【0016】本発明に用いるシリカフィラーは平均粒径
1〜20μmで最大粒径50μm以下のものである。平均粒
径が1μm未満だと粘度が高くなり、20μmを越えると
塗布又は硬化時に樹脂分が流出するのでブリードが発生
するため好ましくない。最大粒径が50μmを越えるとデ
ィスペンサーでペーストを塗布するときに、ニードルの
出口を塞ぎ長時間の連続使用ができない。又比較的粗い
シリカフィラーと細かいシリカフィラーとを混合して用
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。 【0017】又、必要とされる特性を付与するために本
発明以外の無機フィラーを添加してもよい。 【0018】本発明における樹脂ペーストには、必要に
より用途に応じた特性を損なわない範囲内で、シランカ
ップリング剤、チタネートカップリング剤、顔料、染
料、消泡剤、界面活性剤、溶剤等の添加剤を用いること
ができる。本発明の製造法としては、例えば各成分を予
備混合し、三本ロール等を用いて混練してペーストを得
た後、真空下脱抱すること等がある。 【0019】 【実施例】本発明を実施例で具体的に説明する。各成分
の配合割合は重量部である。 【0020】<実施例1〜7、比較例1〜8>表1に示
した組成の各成分と無機フィラーを配合し、三本ロール
で混練して樹脂ペーストを得た。この樹脂ペーストを真
空チャンバーにて2mmHgで30分間脱泡して半導体用ダイ
アタッチペーストを得た。得られたペーストは、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及び
表2に示す。 【0021】<用いる原料成分> ・ポリカルボジイミド樹脂(B1);日清紡(株)製:
カルボジライト10M−SP ・ポリカルボジイミド樹脂(B2);日清紡(株)製:
カルボジライトV−05 【0022】・ビスフェノールA型エポキシ樹脂(BP
A):粘度9000mPa・s、エポキシ当量185 ・ビスフェノールF型エポキシ樹脂(BPF):粘度50
00mPa・s、エポキシ当量170 ・潜在性硬化剤(C):ジシアンジアミド(DDA) ・イミダゾール化合物(D):2−フェニル−4−メチ
ル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(2P4MH
Z) ・ 無機フィラー(E): 銀粉 :粒径が0.1〜50μmで平均粒径3μmのフレーク状 シリカフィラー:平均粒径5μmで最大粒径20μmのシ
リカフィラー 【0023】<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。 ・弾性率 :テフロンシート上にペーストを幅10
mm長さ約150mm厚さ100μmに塗布し、200
℃オーブン中30分間硬化した後、引っ張り試験機で試
験長100mm引っ張り速度1mm/分にて測定し得ら
れた応力―ひずみ曲線の初期勾配より弾性率を算出し
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℃中30分間
オーブン中で硬化した。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)に得られたペーストで
マウントし、200℃20分間硬化した後、チップの反
りを表面粗さ計(測定長13mm)で測定した。 ・ポットライフ:25℃の恒温槽内に樹脂ペーストを放
置した時の粘度が初期粘度の1.2倍以上増粘するまで
の日数を測定した。 【0024】 【表1】【0025】 【表2】 【0026】実施例1〜7では熱時接着強度、低応力性
(低弾性率、低反り量)及びポットライフが長い優れた
ペーストが得られるが、比較例1はビスフェノールA型
エポキシ樹脂を使用したため低応力性が悪く、反り量が
大きくなりチップクラックが発生する。比較例2はビス
フェノールF型エポキシ樹脂を使用したため低応力性が
悪く、反り量が大きくなりチップクラックが発生する。
比較例3は化合物B1の配合量が多く、粘度が高くなり
作業性が著しく低下する。比較例4はビスフェノールA
型エポキシのみで、反りが著しく大きくなる。比較例5
は銀フィラーの量が多く、粘度が高く、接着強度が著し
く低下する。比較例6は化合物B2の配合量が多く、反
り量が小さくなるが粘度は大幅に上昇する。比較例7は
シリカフィラーの配合量が少なく、熱時の接着強度が著
しく低下する。比較例8は化合物B1の配合量が多くま
たイミダゾールの配合量も多いため粘度が高い上に、ポ
ットライフが著しく短くなる。 【0027】 【発明の効果】本発明の半導体用ダイアタッチペースト
は、オーブン硬化での速硬化が可能で、熱時接着強度が
高く、かつ応力緩和性に優れているため、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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C08L 79:00) C08L 79:00 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08L 63/00 - 63/10 C08L 79/00 C09D 163/00 - 163/10 H01L 2/52

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 (A)室温で液体である液状エポキシ樹
    脂、(B)ポリカルボジイミド樹脂、(C)潜在性硬化
    剤、(D)イミダゾール化合物、(E)無機フィラーを
    必須成分とし、成分(A)100重量部に対し、成分
    (B)が1〜30重量部、成分(E)が成分(A)、
    (B)、(C)、(D)の合計100重量部に対して1
    0〜400重量部であることを特徴とする半導体用ダイ
    アタッチペースト。
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