JP3526183B2 - 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。
【０００５】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，Ｌ
ＳＩ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。
【０００６】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。
【０００７】
【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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は（Ａ）平均粒径
が５〜６０μｍの銀コート銅粉、（Ｂ）平均粒径が０．
５〜１５μｍの銀粉、（Ｃ）室温で液状のエポキシ樹脂
を必須成分として、該成分中に銀コート銅粉（Ａ）が１
０〜９０重量％、銀粉（Ｂ）が５〜８５重量％含まれて
おり、かつ（Ａ）＋（Ｂ）が７５〜９７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。
【０００９】
【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が銀コート銅
粉が必須である。銀粉に銀コート銅粉を併用した理由は
より導電性、熱放散性を向上させようとする場合、当然
金属の比率を上昇させるのが常套手段である。そこで銀
粉のみの使用で導電性樹脂ペーストを作成すると高コス
トになる。そのため銀粉にくらべ低コストの銅粉を使用
する。しかし本発明の様な導電性樹脂ペーストは１００
℃〜２００℃の温度で硬化し、且つその後２００℃〜３
００℃の温度でワオヤーボンディング工程がある。その
ため導電性樹脂ペースト中の銅粉は空気中の酸素と結合
し、酸化銅を生ずる。そのため本発明の目的である導電
性を向上させるには不適切である。従ってその銅粉に導
電性が良好な銀を皮膜する。そうすることで銅粉が欠如
していた導電性を補い、且つ熱放散性を良好にすること
ができる。
【００１０】本発明に使用する銀粉の粒径は銀コート銅
粉の粒径よりも小さいものが好ましい。その理由として
は比較的に大きい銀コート銅粉だけでは粒子同士の間に
隙間ができてしまい熱放散性、導電性を低下させる。
【００１１】本発明では銀コート銅粉と銀粉の併せた量
が７５〜９７重量％で無ければならない。銀コート銅粉
と銀粉を併せた量が７５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。銀コート銅粉が１
０〜９０重量％、銀粉が５〜８５重量％であるのが望ま
しい。銀コート銅粉が１０重量％を下回ると導電性が低
下する。銀コート銅粉が９０重量％を越えるとペースト
作製時に巻き込みボイドが大きく、硬化物が脆くなるた
め好ましくない。
【００１２】本発明で用いる銀コート銅粉の形状は球状
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。銀コート銅粉の平均粒径は５〜６０μｍ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。また
銀コート銅粉における銀コートの手法としては銅粉表面
に銀をメッキする方法、銀イオン溶液中に銅粉を投入し
て金属のイオン化傾向を利用して銀皮膜を形成する方法
があるが本発明では特に限定しない。
【００１３】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
銀コート銅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
と球状銀コート銅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。また本発明において上記範囲内であれば、ニ
ッケル、銅等の他の金属粉を混合しても構わない。
【００１４】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
うので好ましくない。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。
【００１５】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。
【００１６】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。
【００１７】
【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１］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、以下エポキシ樹脂と略す）、
希釈剤としてクレジルグリシジルエーテル（以下ＣＧ
Ｅ）、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（２
Ｐ４ＭＺ）、更に平均粒径６μｍの球状銀コート銅粉及
び平均粒径１μｍの球状銀粉を表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２ｍｍＨ
ｇ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。
【００１８】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４ｍ
ｍ、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。 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。
【００１９】［実施例２〜１２］実施例１で用いたエポ
キシ樹脂、ＣＧＥ、フェノールノボラック、２Ｐ４ＭＺ
の他、表１及び表２に示す平均粒径６μｍ、２８μｍ、
５６μｍの球状銀コート銅粉及び平均粒径１μｍ、１３
μｍの球状銀粉、平均粒径１３μｍのフレーク状銀粉、
平均粒径１３μｍのニッケル粉及び平均粒径１３μｍの
銅粉を表１及び表２に示す割合で配合し、実施例１と同
様に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、実施例１と同様にして各種性能を評価した。評価結
果を表１及び表２に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】［比較例１〜１３］表３及び表４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。
【００２３】
【表３】
【００２４】
【表４】
【００２５】比較例１、２は、銀コート銅粉の量が１０
重量％未満であり、粘度が高くなりすぎるためペースト
にならなかった。比較例３は、銀コート銅粉の量が１０
重量％未満であり、塗れ広がり性が低下した。比較例
４、５は、銀粉の量が５重量％未満であり、銀粉が銀コ
ート銅粉同士の接触を補助しないため体積抵抗率が低下
した。比較例６、７ 銀コート銅粉の平均粒径が５μｍ
未満であり、粘度が高くなるためペーストが作製出来な
かった。比較例８ 銀コート銅粉の平均粒径が６０μｍ
より大きい場合、混練は出来るが銀コート銅粉の粒径が
大きいためペースト厚が厚くなるため、満足する導電性
を得ることは出来なかった。比較例９ 銀粉の平均粒径
が０．５μｍ未満と小さすぎ、粘度が高くなりすぎるた
め混練が困難であった。比較例１０ 銀粉の平均粒径が
１５μｍを越えるため、ペースト厚が厚くなり、満足い
く導電性を得ることは出来なかった。比較例１１、１２
銀コート銅粉と銀粉の配合量が７５重量％を下回った
場合、満足する導電性は得られなかった。比較例１３
銀コート銅粉と銀粉の配合量が９７重量％を上回った場
合、樹脂分が少なすぎるためペーストには至らなかっ
た。
【００２６】
【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 (56)参考文献 特開 平７−179833（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−132652（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−35914（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−47212（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−1222（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−145601（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−81185（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−145602（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−120914（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−184282（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−322350（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−189806（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−184278（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−184279（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−20371（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−66278（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−258618（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−95651（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−275180（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−126489（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−259636（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−237409（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C09J 4/00 - 201/10 H01L 21/52

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （Ａ）平均粒径が５〜６０μｍの銀コー
    ト銅粉、（Ｂ）平均粒径が０．５〜１５μｍの銀粉、
    （Ｃ）室温で液状のエポキシ樹脂を必須成分とし、該成
    分中に銀コート銅粉（Ａ）が１０〜９０重量％、銀粉
    （Ｂ）が５〜８５重量％含まれており、かつ（Ａ）＋
    （Ｂ）が７５〜９７重量％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】 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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