JP3511129B2 - 樹脂ぺースト組成物及びこれを用いた半導体装置 - Google Patents

樹脂ぺースト組成物及びこれを用いた半導体装置

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JP3511129B2 JP27362898A JP27362898A JP3511129B2 JP 3511129 B2 JP3511129 B2 JP 3511129B2 JP 27362898 A JP27362898 A JP 27362898A JP 27362898 A JP27362898 A JP 27362898A JP 3511129 B2 JP3511129 B2 JP 3511129B2
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acrylate
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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
半導体素子をリードフレーム、ガラスエポキシ配線板等
に接着するのに好適な樹脂ぺースト組成物及びこれを用
いた半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の実装方式は高密度実装の点
から、従来のピン挿入方式から表面実装方式へと移行し
ているが、基板への実装には基板全体を赤外線等で加熱
するリフローソルダリングが用いられ、パッケージが2
00℃以上の高温に加熱されるため、パッケージ内部、
特に接着剤層中または封止材中に含まれる水分の急激な
気化又は膨張によりパッケージクラックが発生し、半導
体装置の信頼性が低下するという問題があった。この間
題は42アロイリードフレームよりも銅リードフレーム
において特に深刻である。その理由の1つとしては、銅
リードフレームに対して接着剤の接着力が低いことが挙
げられる。もう1つの理由としては、銅リードフレーム
の方が42アロイリードフレームよりも線膨張係数が大
きいためにSiチップとの線膨張係数の差が大きくなる
ことであり、これによりチップクラックやチップ反りが
発生するという問題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、リードフレ
ームに対するピール強度、特に銅リードフレームに対す
るピール強度を向上させ、銅リードフレームにおいても
リフロークラックの無いダイボンディング用に適した樹
脂ぺースト組成物及びこれを用いた半導体装置を提供す
るものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、(A)アクリ
ル酸エステル化合物又はメタクリル酸エステル化合物、
(B)エポキシ化ポリブタジエン、(C)ラジカル開始
剤および(D)充填材を含有させてなる樹脂ぺースト組
成物に関する。本発明は、また、(B)成分のエポキシ
化ポリブタジエンのエポキシ当量が100〜500(g/
eq)である上記のの樹脂ぺースト組成物に関する。本発
明は、また、上記のいずれかに記載の樹脂ぺースト組成
物を用いて半導体素子を支持部材に接着してなる半導体
装置に関する。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明に用いられる(A)成分の
アクリル酸エステル化合物又はメタクリル酸エステル化
合物としては、1分子中に1個以上のアクリル基又はメ
タクリル基を有する化合物であり、下記の一般式(I)
〜(IX)で表される化合物が使用できる。
【0006】(1)一般式(I)
【化1】 〔ただし、式中、R1は水素又はメチル基を表し、R2
炭素数1〜100、好ましくは炭素数1〜36の2価の
脂肪族又は環状構造を持つ脂肪族炭化水素基を表す〕で
示される化合物。
【0007】一般式(I)で示される化合物としては、
メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルア
クリレート、イソプロピルアクリレート、n−ブチルア
クリレート、イソブチルアクリレート、t−ブチルアク
リレート、アミルアクリレート、イソアミルアクリレー
ト、ヘキシルアクリレート、ヘプチルアクリレート、オ
クチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレー
ト、ノニルアクリレート、デシルアクリレート、イソデ
シルアクリレート、ラウリルアクリレート、トリデシル
アクリレート、ヘキサデシルアクリレート、ステアリル
アクリレート、イソステアリルアクリレート、シクロヘ
キシルアクリレート、イソボルニルアクリレート等のア
クリレート化合物、メチルメタクリレート、エチルメタ
クリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルメ
タクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソブチル
メタクリレート、t−ブチルメタクリレート、アミルメ
タクリレート、イソアミルメタクリレート、ヘキシルメ
タクリレート、ヘプチルメタクリレート、オクチルメタ
クリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ノニ
ルメタクリレート、デシルメタクリレート、イソデシル
メタクリレート、ラウリルメタクリレート、トリデシル
メタクリレート、ヘキサデシルメタクリレート、ステア
リルメタクリレート、イソステアリルメタクリレート、
シクロヘキシルメタクリレート、イソボルニルメタクリ
レート等のメタクリレート化合物がある。
【0008】(2)一般式(II)
【化2】 〔ただし、式中、R1及びR2はそれぞれ一般式(I)に
おけるのと同じものを表す〕で示される化合物。
【0009】一般式(II)で示される化合物としては、
2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエ
チルプロピルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタ
クリレート、2−ヒドロキシエチルプロピルメタクリレ
ート等がある。
【0010】(3)一般式(III)
【化3】 〔ただし、式中、R1は一般式(I)におけるのと同じ
ものを表し、R3は水素、メチル基又はフェノキシメチ
ル基を表し、R4は水素、炭素数1〜6のアルキル基、
ジシクロペンテニル基、フェニル基又はベンゾイル基を
表し、nは1〜50の整数を表す〕で示される化合物。
【0011】一般式(III)で示される化合物として
は、ジエチレングリコールアクリレート、ポリエチレン
グリコールアクリレート、ポリプロピレンアクリレー
ト、2−メトキシエチルアクリレート、2−エトキシエ
チルアクリレート、2−ブトキシエチルアクリレート、
メトキシジエチレングリコールアクリレート、メトキシ
ポリエチレングリコールアクリレート、ジシクロペンテ
ニルオキシエチルアクリレート、2−フェノキシエチル
アクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリ
レート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレー
ト、2−ベンゾイルオキシエチルアクリレート、2−ヒ
ドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート等のア
クリレート化合物、ジエチレングリコールメタクリレー
ト、ポリエチレングリコールメタクリレート、ポリプロ
ピレンメタクリレート、2−メトキシエチルメタクリレ
ート、2−エトキシエチルメタクリレート、2−ブトキ
シエチルメタクリレート、メトキシジエチレングリコー
ルメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールメ
タクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルメタク
リレート、2−フェノキシエチルメタクリレート、フェ
ノキシジエチレングリコールメタクリレート、フェノキ
シポリエチレングリコールメタクリレート、2−ベンゾ
イルオキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシ−3
−フェノキシプロピルメタクリレート等のメタクリレー
ト化合物がある。
【0012】(4)一般式(IV)
【化4】 〔ただし、式中、R1は一般式(I)におけるのと同じ
ものを表し、R5はフェニル基、ニトリル基、−Si(O
6)(R6は炭素数1〜6のアルキル基を表す)、
【化5】 (R7、R8及びR9はそれぞれ独立に炭素数1〜6のア
ルキル基を表す)を表し、mは1、2又は3の数を表
す〕で示される化合物。
【0013】一般式(IV)示される化合物としては、ベ
ンジルアクリレート、2−シアノエチルアクリレート、
γ−アクリロキシエチルトリメトキシシラン、グリシジ
ルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレー
ト、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミ
ノエチルアクリレート、アクリロキシエチルホスフェー
ト、アクリロキシエチルフェニルアシッドホスフェート
等のアクリレート化合物、ベンジルメタクリレート、2
−シアノエチルメタクリレート、γ−メタクリロキシエ
チルトリメトキシシラン、グリシジルメタクリレート、
テトラヒドロフルフリルメタクリレート、ジメチルアミ
ノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタク
リレート、メタクリロキシエチルホスフェート、メタク
リロキシエチルフェニルアシッドホスフェート等のメタ
クリレート化合物がある。
【0014】(5)一般式(V)
【化6】 〔ただし、式中、R1及びR2はそれぞれ一般式(I)に
おけるのと同じものを表す〕で示される化合物。
【0015】一般式(V)で示される化合物としては、
エチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジ
オールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジア
クリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、
1,3−ブタンジオールジアクリレート、ネオペンチル
グリコールジアクリレート等のジアクリレート化合物、
エチレングリコールジメタクリレート、1,4−ブタン
ジオールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオール
ジメタクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリ
レート、1,3−ブタンジオールジメタクリレート、ネ
オペンチルグリコールジメタクリレート等のジメタクリ
レート化合物等がある。
【0016】(6)一般式(VI)
【化7】 〔ただし、式中、R1、R3及びnは一般式(I)又は
(III)におけるのと同じものを表す〕で示される化合
物。
【0017】一般式(VI)で示される化合物としては、
ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレング
リコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジ
アクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレー
ト、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプ
ロピレングリコールジアクリレート等のジアクリレート
化合物、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリ
エチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレン
グリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコール
ジメタクリレート、トリプロピレングリコールジメタク
リレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート
等のジメタクリレート化合物等がある。
【0018】(7)一般式(VII)
【化8】 〔式中、R1は一般式(I)におけるのと同じものを表
し、R10及びR11はそれぞれ独立に水素又はメチル基を
表す〕で示される化合物。
【0019】一般式(VII)で示される化合物として
は、ビスフェノールA、ビスフェノールF又はビスフェ
ノールAD1モルとグリシジルアクリレート2モルの反
応物、ビスフェノールA、ビスフェノールF又はビスフ
ェノールAD1モルとグリシジルメタクリレート2モル
の反応物等がある。
【0020】(8)一般式(VIII)
【化9】 〔ただし、式中、R1、R10及びR11はそれぞれ一般式
(I)又は(VII)におけるのと同じもの前記のものを
表し、R12及びR13はそれぞれ水素又はメチル基を示
し、p及びqはそれぞれ独立に1〜20の整数を表す〕
で示される化合物。
【0021】一般式(VIII)で示される化合物として
は、ビスフェノールA、ビスフェノールF又はビスフェ
ノールADのポリエチレンオキサイド付加物のジアクリ
レート、ビスフェノールA、ビスフェノールF又はビス
フェノールADのポリプロピレンオキサイド付加物のジ
アクリレート、ビスフェノールA、ビスフェノールF又
はビスフェノールADのポリエチレンオキサイド付加物
のジメタクリレート、ビスフェノールF又はビスフェノ
ールADのポリプロピレンオキサイド付加物のジメタク
リレート等がある。
【0022】(9)一般式(IX)
【化10】 〔式中、R1は一般式(I)におけるのと同じものを表
し、R14、R15、R16及びR17はそれぞれ独立に水素又
はメチル基を表し、xは1〜20の整数を表す〕で示さ
れる化合物。
【0023】一般式(IX)で示される化合物としては、
ビス(アクリロキシプロピル)ポリジメチルシロキサ
ン、ビス(アクリロキシプロピル)メチルシロキサン−
ジメチルシロキサンコポリマー、ビス(メタクリロキシ
プロピル)ポリジメチルシロキサン、ビス(メタクリロ
キシプロピル)メチルシロキサン−ジメチルシロキサン
コポリマー等がある。
【0024】(A)成分のアクリル酸エステル化合物又
はメタクリル酸エステル化合物としては、上記の化合物
を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することがで
きる。
【0025】(B)成分のエポキシ化ポリブタジエンと
してはエポキシ当量が50〜500(g/eq)のものが好
ましい。エポキシ当量が50未満では粘度が増大し、樹
脂ぺースト組成物の作業性が低下する傾向があり、50
0を越えると熱時の接着強度が低下する傾向がある。な
お、エポキシ当量は過塩素酸法により求めたものであ
る。エポキシ化ポリブタジエンとしては分子内に水酸基
を持つものを使用してもよい。
【0026】エポキシ化ポリブタジエンの数平均分子量
が500〜10000のものが好ましい。分子量が小さ
すぎるとチップ反りの低減効果に劣る傾向があり、分子
量が大きすぎると樹脂ペーストの粘度が上昇し作業性に
劣る傾向がある。数平均分子量は、蒸気圧浸透圧法で測
定した値又はゲルパーミエーションクロマトグラフィー
により標準ポリスチレンの検量線を利用して測定(以
下、GPC法という)した値である
【0027】エポキシ化ポリブタジエンは、(A)成分
100重量部に対して10〜100重量部使用すること
が好ましく、30〜80重量部使用することがより好ま
しい。この配合量が10重量部未満であるとチップ反り
低減効果に劣る傾向があり、100重量部を越えると、
粘度が増大し、樹脂ぺースト組成物の作業性が低下する
傾向がある。
【0028】本発明に用いられる(C)のラジカル開始
剤としては特に制限はないが、ボイド等の点から過酸化
物が好ましく、また樹脂ぺースト組成物の硬化性および
粘度安定性の点から過酸化物の分解温度としては70〜
170℃が好ましい。ラジカル開始剤の具体例として
は、1,1,3,3,−テトラメチルブチルパーオキシ
2−エチルヘキサノエート、1,1−ビス(t−ブチル
パーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチ
ルパーオキシ)シクロドデカン、ジ−t−ブチルパーオ
キシイソフタレート、t−ブチルパーオキシベンゾエー
ト、ジクミルパーオキサイド、t−ブチルクミルパーオ
キサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチル
パーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ
(t−ブチルパーオキシ)3−ヘキシン、クメンハイド
ロパーオキサイド等がある。ラジカル開始剤の配合量
は、(A)成分と(B)成分の総量100重量部に対し
て0.1〜10重量部が好ましく、0.5〜5重量部が
特に好ましい。
【0029】本発明に用いられる(D)成分の充填材と
しては特に制限はなく、各種のものを用いることがで
き、例えば、金、銀、銅、ニッケル、鉄、アルミニウ
ム、ステンレス等の電電性物質、酸化ケイ素、窒化ホウ
素、ホウ酸アルミニウム等の非導電性物質の粉体が挙げ
られる。充填材の配合量は特に限定されないが、樹脂ぺ
一スト組成物総量100重量部に対して20〜85重量
%が好ましい。この配合量が20重量部未満であると、
熱時の接着強度が低下する傾向があり、85重量部を越
えると粘度が増大し、樹脂ぺ一スト組成物の作業性が低
下する傾向がある。
【0030】本発明になる樹脂ぺースト組成物には、さ
らに必要に応じてアクリロニトリル−ブタジエンゴム、
スチレン−ブタジエンゴム、ウレタンアクリレート等の
靭性改良材、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等の吸
湿剤、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、
酸無水物等の接着力向上剤、ノニオン系界面活性剤、フ
ッ素系界面活性剤等の濡れ向上剤、シリコーン油等の消
泡剤、無機イオン交換体等のイオントラップ剤等を適宜
添加することができる。
【0031】本発明になる樹脂ぺースト組成物を製造
は、(A)アクリル酸エステル化合物又はメタクリル酸
エステル化合物、(B)エポキシ化ポリブタジエン、
(C)ラジカル開始剤および(D)充填材を必要に応じ
て用いられる各種添加剤とともに、一括または分割して
撹拌器、らいかい器、3本ロール、プラネタリーミキサ
ー等の分散・溶解装置を適宜組み合わせ、必要に応じて
加熱して、混合、溶解、解粒混練または分散して行われ
る。各成分が均一になるように分散させることが好まし
い。
【0032】本発明においては、さらに上記のようにし
て製造した樹脂ぺースト組成物を用いて半導体素子と支
持部材とを接着することにより半導体装置とすることが
できる。本発明の樹脂ぺースト組成物を用いて半導体素
子をリードフレーム等の支持部材に接着させるには、ま
ず支持部材上に樹脂ぺースト組成物をディスペンス法、
スクリーン印刷法、スタンピング法等により塗布した
後、半導体素子を圧着し、その後オーブン、ヒートブロ
ック等の加熱装置を用いて加熱硬化することにより行う
ことができる。さらに、ワイヤボンドエ程を経たのち、
通常の方法により封止することにより完成された半導体
装置とすることができる。
【0033】
【実施例】次に、実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれによって制限されるものではない。
【0034】比較例で用いたエポキシ樹脂、硬化剤は以
下のようにして作製したものを用いた。 (1)エポキシ樹脂の調製 YDF−170(東都化成(株)商品名、ビスフェノール
F型エポキシ樹脂、エポキシ当量:170)7.5重量
部及びYL−980(油化シェルエポキシ(株)商品
名、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量=
185)7.5重量部を80℃に加熱し、1時間撹拌を
続け、均一なエポキシ樹脂溶液を得た。 (2)硬化剤の調製 H−1(明和化成(株)商品名、フェノールノボラック
樹脂、水酸基当量=106)1.0重量部及び希釈剤と
してPP−101(東都化成(株)商品名、アルキルフェ
ニルグリシジルエーテル、エポキシ当量=230)2.
0重量部を100℃に加熱し、1時間撹拌を続け、均一
なフェノール樹脂溶液を得た。
【0035】下記の例で使用した化合物を例示する。 (1)エポキシ系硬化促進剤 2P4MHZ(四国化成(株)製のイミダゾール類の商品
名) (2)アクリル酸エステル化合物又はメタクリル酸エス
テル化合物 R−551(日本化薬社製のジアクリレートの商品名、
ビスフェノールAポリエチレングリコールジアクリレー
ト)、 FA−512M(日立化成工業(株)製のモノメタクリレ
ートの商品名、2−(トリシクロ)〔5.2.1.0
2,6〕デカ−3−エン−8又は9−イルオキシエチルメ
タクリレート)、 ラウリルメタクリレート
【0036】(3)エポキシ化ポリブタジエン PB−4700(ダイセル化学(株)製のエポキシ化ポリ
ブタジエンの商品名、エポキシ当量=152.4〜17
7.8、数平均分子量=3500、GPC法) (4)ラジカル開始剤 ジクミルパーオキサイド (5)充填剤 TCG−1(徳力化学研究所製の銀粉の商品名)
【0037】実施例1〜2及び比較例1 表1に示す配合割合で各材料を混合し、3本ロールを用
いて混練した後、5トール(Torr)以下で10分間脱泡
処理を行い、樹脂ぺースト組成物を得た。この樹脂ぺー
スト組成物の特性(粘度、ピール強度、チップ反り)を
下記に示す方法で調べた。その結果を表2に示す。
【0038】表2に示す特性の測定は、次のようにし
た。 (1)粘度 EHD型回転粘度計(東京計器(株)製)を用いて25℃
における粘度(Pa・s)を測定した。 (2)ピール強度 樹脂ぺースト組成物を銅リードフレーム上に約3.2mg
を塗布し、この上に8mm×8mmのSiチップ(厚さ0.
4mm)を圧着し、さらにオーブンで150℃まで30分
で昇温し150℃で1時間硬化させた。これを自動接着
力装置(日立化成工業(株)製)を用い、240℃におけ
る引き剥がし強さ(kg/チップ)を測定した。
【0039】(3)チップ反り 樹脂ぺースト組成物を銅リードフレーム上に約3.2mg
を塗布し、この上に5mm×13mmのSiチップ(厚さ
0.4mm)を圧着し、さらにオーブンで常温から150
℃まで30分で昇温し150℃で1時間硬化させた。こ
れを表面粗さ計(sloan社製、Dektuk3030)を用
い、チップ反り(4m)を測定した。反りは、触針計を
用いて、針でサンプル表面を走査し、一番高いところ
と、一番低いところの高低の差を求めた。
【0040】(4)耐リフロー性 実施例及び比較例により得た樹脂ぺースト組成物を用
い、下記リードフレームとSiチップを、下記の硬化条
件により硬化し接着した。その後日立化成工業(株)製エ
ポキシ封止材(商品名CEL−4620)により封止
し、半田リフロー試験用パッケージを得た。そのパッケ
ージを温度及び湿度がそれぞれ85℃、85%の条件に
設定された恒温恒湿槽中で72時間吸湿させた。その後
240℃/10秒のリフロー条件で半田リフローを行
い、パッケージの外部クラックの発生数を顕微鏡(倍
率:15倍)で観察した。5個のサンプルについてクラ
ックの発生したサンプル数を示す。 チップサイズ:8mm×10mm パッケージ :QFP、14mm×20mm×2mm フレーム :銅製 硬化条件 :常温から150℃まで30分かけて昇温
し、150℃で1時間硬化させる。
【0041】
【表1】
【0042】
【表2】
【0043】表2の結果から、本発明の樹脂ぺースト組
成物(実施例1及び2)は従来のエポキシ樹脂を用いた
樹脂ぺースト組成物(比較例1)に比較してピール強
度、チップ反りで良好な値を示し、耐リフロー性も優れ
ていた。このことから、本発明の樹脂ぺ一スト組成物に
よればパッケージの外部クラックの発生が抑制され、銅
リードフレームにおいても信頼性の高いパッケージが得
られることが確認された。
【0044】
【発明の効果】本発明の樹脂ぺースト組成物は、半導体
装置のダイボンディング材として使用した場合に銅リー
ドフレームにおいても、チップクラックやチップ反りお
よび半田リフロー時のぺースト層の剥離を抑えることが
でき、リフロークラックの発生を低減させる。その結
果、半導体装置としての信頼性を向上させることができ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−238268(JP,A) 特開 昭61−28520(JP,A) 特開 昭55−31818(JP,A) 特開 平10−120873(JP,A) 特開 平10−195408(JP,A) 特表 平5−501783(JP,A) 橋本邦之編著,プラスチック材料講座 [1]エポキシ樹脂,日刊工業新聞社, 1969年 5月30日,28−30 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09J 4/00 - 201/10 H01L 21/52

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)アクリル酸エステル化合物又はメ
    タクリル酸エステル化合物、(B)エポキシ化ポリブタ
    ジエン、(C)ラジカル開始剤および(D)充填材を含
    有させてなるが、エポキシ樹脂硬化剤は含有していない
    樹脂ぺースト組成物。
  2. 【請求項2】 (B)成分のエポキシ化ポリブタジエン
    のエポキシ当量が100〜500(g/eq)である請求項
    1記載の樹脂ぺースト組成物。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2のいずれかに記載の樹脂
    ぺースト組成物を用いて半導体素子を支持部材に接着し
    てなる半導体装置。
JP27362898A 1998-09-28 1998-09-28 樹脂ぺースト組成物及びこれを用いた半導体装置 Expired - Lifetime JP3511129B2 (ja)

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