JP3705530B2 - 絶縁性ダイアタッチペースト - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、速硬化性、密着性、耐水性、耐熱性に優れた半導体接着用絶縁性ダイアタッチペーストに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より半導体パッケージ組立工程において、半導体(ICチップ)をリードフレームに接着固定しワイヤーボンディング時のチップのズレを防止するためにダイアタッチペーストが用いられている。ダイアタッチペーストには半導体に蓄積する熱や静電気をリードフレームに逃すための導電性ペースト特に銀ペースト及び、それを必要としない絶縁性ペーストが存在するが、本発明は後者に関するものである。
【0003】
従来より絶縁性ペーストはオーブンにて温度150〜200℃で1〜2時間以上の時間をかけて熱硬化させるのが常法となっており、エポキシ樹脂をベースレジンとした製品が多く市場に出されている。しかしながら、最近のコンピューター量産化や低コスト化に伴い生産性の向上が要求されるようになりつつあり、絶縁性ペーストにも速硬化性が要求されるようになった。この場合、オーブン硬化では15分以内、熱盤硬化(インラインキュア)では1〜2分がその開発ターゲットとなっている。
【0004】
更に従来より、リードフレームの材質としては例えば42アロイや銅等(表面のメッキとして金、銀、ニッケル/パラジウム等)の金属が主流となっているが、最近ではコンピューターの高性能化のため、BGA(ボールグリッドアレイ)パッケージがさかんに用いられるようになってきている。そのため、チップ(半導体)とソルダーレジスト(有機基板)との接着性がかなり重視されるようになってきている。この場合、おおよそ温度150℃〜175℃で15分以内の硬化が要求されるため、新しい材料の開発が必要となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、アクリレート樹脂を用い、速硬化性、耐熱性、有機基板に対する耐湿接着性に優れた絶縁性ダイアタッチペーストを提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明は、下記(A)〜(F)を必須成分とし、それぞれの重量比が[a]〜[f]で表されるダイアタッチペーストである。
(A)ヒドロキシアルキルアクリル酸又はメタクリル酸、ポリアルキレングリコール、及びジイソシアネートを反応させて得られるウレタンジアクリレートまたはメタクリレート、
(B)一般式(1)で示されるジアクリレート及び/又はジメタクリレート
(C)一般式(2)で示されるリン酸基含有アクリレート及び/又は一般式(3)で示されるリン酸基含有メタクリレート、
(D)脂環式エポキシ基を有するアルコキシシラン、
(E)有機過酸化物及び/又はアゾ化合物、及び
(F)ビスマレイミド誘導体
【0007】
【化1】
【0008】
【化2】
【0009】
【化3】
【0010】
[a] 0.1≦A/B≦5
[b] 0.001≦(C+D)/(A+B)≦0.05
[c] 0.1≦C/D≦10
[d] 0.001≦E/(A+B)≦0.05
[e] 0.05≦F/(A+B+C+D+E+F)≦0.70
【0011】
【発明の実態の形態】
本発明に用いられるウレタンアクリレート(成分A)は常法によりヒドロキシアルキルアクリル酸、アルキレングリコール、ジイソシアネートの反応により合成される。
【0012】
ヒドロキシアルキルアクリル酸の例としては2−ヒドロキシエチルアクリレート又はメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート又はメタクリレートがある。
アルキレングリコールの例としてはプロピレングリコールやテトラメチレングリコール等がある。
又、ジイソシアネートの例としてはヘキサメチレンジイソシアネート、イソフォロンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート及びその水素添加物等がある。
【0013】
成分Bの一般式(1)で示されるジアクリレート及び/又はジメタクリレートの例としては、ジメチロールトリシクロデカンジ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0014】
成分Aと成分Bの配合比は0.1≦A/B≦5であることが必要である。0.1を下回るとペーストの硬化収縮が激しくなり、チップの反りや剥離を生じる。逆に5を上回ると接着強度が低下し、粘度が著しく上昇する。
【0015】
次に、成分Cの一般式(2)で示されるリン酸基含有アクリレート及び/又は一般式(3)で示されるリン酸基含有メタクリレートは、カップリング剤として機能するものである。
次に、脂環式エポキシ基を有するアルコキシシランとは例えば、信越化学工業(株)・製、KBM−303等が知られている。
成分Cと成分Dの総添加量は成分A及び成分Bの総重量に対して0.001≦(C+D)/(A+B)≦0.05であることが好ましい。0.001を下回ると接着性に効果を示さず、0.05より多いと成分Cと成分Dの反応に伴い粘度が著しく上昇するとともに接着性がかえって低下する。
【0016】
本発明において成分Cと成分Dは必須成分であり一方が欠けても本発明を具現する事はできない。その構成比は0.1≦C/D≦10が好ましい。0.1を下回るとアルコキシシランの濃度が低くなり接着界面への効果が低下する。また10を越えるとリン酸基濃度が高くなり必要以上に接着界面に作用し接着性を低下させてしまう。
【0017】
成分C及び成分Dの作用としてはは両者が混合することにより、脂環式エポキシが重合し、側鎖にアルコキシシランがあるオリゴマーが生成し、界面への接着が強固になると推定される。
【0018】
次に有機過酸化物の例としては、キュミルパーオキシネオデカネート、t−ブチルパーオキシネオデカネート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシネオデカネート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシネオデカネート、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、ビス(4−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、t−ブチルパーオキシベンゾエート、t−ブチルパーオキシ3,5,5−トリメチルヘキサネート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサネート等があり、アゾ化合物の例としては、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、1,1’−アゾビス(1−アセトキシ−1−フェニルエタン)等がある。
【0019】
これら有機過酸化物及び/又はアゾ化合物は単独あるいは硬化性を制御するため2種類以上を混合して用いることもできる。更に、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。
【0020】
これら有機過酸化物及び/又はアゾ化合物の添加量としては0.001≦E/(A+B)≦0.05であることが好ましい。0.001より少ないと硬化速度が遅くなり、0.05より多いと有機過酸化物及び/又はアゾ化合物同士の反応等により接着強度が低下したり、ペーストのポットライフが悪くなり好ましくない。
【0021】
次にビスマレイミド誘導体の例としては、2,2−ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]プロパン、ビス(3−エチル−5−メチル−4−マレイミドフェニル)メタン、N,N’−(4,4’−ジフェニルメタン)ビスマレイミド等が挙げられる。常温では固体だが、加熱することにより溶融し樹脂成分と混ざり合うことで耐水・耐熱性及び耐硬化収縮性が発現すると考えられる。添加量としては、全ペーストに対し5重量%から70重量%の範囲であることが好ましい。5%に満たない場合はその効果を充分に発揮することが不可能であり、70%を超える場合、塗布作業性において好ましくない。
【0022】
更に、この系には絶縁性フィラーを併せて添加することができる。絶縁性フィラーの例としては、シリカ、アルミナ、窒化アルミ、ポリイミド等があり、一般的にはシリカを使用することが多い。フィラーを添加する理由としては、粘度調節、線膨張率の調節等が挙げられるが、この系に関しては前者が主な理由となる。
【0023】
本発明における樹脂ペーストは必要により反応性希釈剤、溶剤、消泡剤、界面活性剤、チキソ調製剤、エラストマー等の添加剤を用いることができる。
【0024】
本発明者は、アクリレート樹脂を用いることにより、従来のエポキシ樹脂系に比較して硬化反応速度を著しく速くすることに成功した。更に有機基板との密着性及び有機基板との線膨張率差を低減するために柔軟なウレタンアクリレート樹脂を混合した。またこのアクリレート樹脂系において、絶縁ペーストは銀ペーストに比較すると弾性率が著しく低下するため接着強度が得られないという現象が観測されたが、反応性希釈剤としてかさ高い置換基を有する二官能(メタ)アクリレートを用いることにより架橋密度を増すことでその現象を妨げた(この場合、かさ高い置換基の役割は、耐熱性の向上、硬化収縮の軽減等である)。更に、ビスマレイミド誘導体の添加により、レジスト基板に対する接着性が増すと供に接着強度のバラツキが減少、加熱及び吸湿処理による接着力の低下も抑制された。
【0025】
カップリング剤としてはリン酸系カップリング剤(成分C)及び脂環式エポキシ基含有カップリング剤(成分D)を混合することが重要となる。これはおそらく成分Cのリン酸基により成分Dの脂環式エポキシ基が開環し、その際の生成物が接着性向上に関与しているのではないかと考えられる。
【0026】
以下本発明を実施例で具体的に説明する。
【0027】
【実施例】
実施例1
【0028】
上記原料を全て添加後、直ちに再び3本ロールにて混練、得られた溶液(ワニスという)55重量部に対して、ビスマレイミド誘導体(2,2−ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]プロパン、ケイ・アイ化成(株)・製、BMI−80)45重量部を混合し、再度3本ロールにて分散混練する。続いて真空下脱泡処理をしてダイアタッチペーストを得た。
【0029】
得られたペーストの粘度は、E型回転粘度計を用いて5.0、2.5、0.5rpmでの値を測定した(この際、作業性の照準として5.0rpmと2.5rpmにおける粘度の比率をチキソトロピーとして記す。この場合、数値が高いほど作業性に優れていることになり、実用性が高くなる)。更に有機基板上に得られた銀ペーストを塗布後6mm角のチップをマウントし、熱盤上(170℃、120秒)及びオーブン内(150℃15分)にて硬化させた。但し、この場合有機基板としてビスマレイミド−トリアジン(BT)レジン製基板上にソルダーレジスト(太陽インキ社・製、PSR−4000/CA−40)を形成したものを用いた。接着強度は常温(25℃)及び熱時(200℃)にて自動せん断強度測定装置(DAGE社製,BT−100)を用いて測定した。
【0030】
更に、オーブンにて硬化したサンプルを吸湿処理(温度85℃/湿度85%/72時間)させた後の接着(熱時)強度も併せて測定した。これは半導体パッケージの長期信頼性の指標となるものであり、接着強度の低下が少ないほど良好とされている。
【0031】
また、実際にワイヤーボンディングシミュレーションを行った後のチップの剥離状況を超音波探傷機を用いて観測した。その剥離の有無を表中に示す。結果として実施例に示す処方(配合比率)にて調製したペーストはオーブン/熱盤硬化ともに充分な接着強度を示し、ワイヤーボンディングによるチップの剥離は全く観測されなかった。従って、半導体パッケージとしての信頼性の高いものである。
【0032】
実施例2〜5、比較例1〜7
表中に示した組成にした以外は実施例1と全く同様にして絶縁性ペーストの作製及び評価を行った。
【0033】
【表1】
【0034】
【表2】
【0035】
表中の化合物の説明
ウレタンアクリレート1: ヒドロキシエチルアクリレート、テトラメチレングリコール、イソフォロンジイソシアネートから成るウレタンジアクリレート(東亞合成(株)・製、アロニックスM−1600)
ウレタンアクリレート2: ポリエステル構造を含有するウレタンジアクリレート(東亞合成(株)・製、アロニックスM−1100)
ジアクリレート1: ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート(共栄社化学(株)・製、ライトアクリレートDCP−A)
ジアクリレート2: 1,6−ヘキサンジオールジアクリレート(共栄社化学(株)・製、ライトアクリレート1.6HX−A)
成分C: 一般式(3)においてa=1,b=1,c=2
成分D: 脂環式エポキシ基含有アルコキシシラン(信越化学工業(株)・製、KBM−303)
重合開始剤1: 1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサン(日本油脂(株)・製、パーヘキサ3M)
重合開始剤2: 和光純薬工業(株)・製、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル
ビスマレイミド1: 2,2−ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]プロパン(ケイ・アイ化成(株)・製、BMI−80)
シリカ1: FB−30( 電気化学工業(株)・製、平均粒径6μm)
シリカ2: SO−25R((株)アドマチックス・製、平均粒径0.5μm)
【0036】
【発明の効果】
本発明により、速硬化性、耐熱性、有機基板に対する耐湿接着性に優れた絶縁性ダイアタッチペーストを得ることができる。
Claims (1)
- 下記(A)〜(F)を必須成分とし、それぞれの重量比が[a]〜[f]で表される絶縁性ダイアタッチペースト。
(A)ヒドロキシアルキルアクリル酸又はメタクリル酸、ポリアルキレングリコール、及びジイソシアネートを反応させて得られるウレタンジアクリレートまたはメタクリレート、
(B)一般式(1)で示されるジアクリレート及び/又はジメタクリレート、
(C)一般式(2)で示されるリン酸基含有アクリレート及び/又は一般式(3)で示されるリン酸基含有メタクリレート、
(D)脂環式エポキシ基を有するアルコキシシラン、
(E)有機過酸化物及び/又はアゾ化合物、及び
(F)ビスマレイミド誘導体。
[b] 0.001≦(C+D)/(A+B)≦0.05
[c] 0.1≦C/D≦10
[d] 0.001≦E/(A+B)≦0.05
[e] 0.05≦F/(A+B+C+D+E+F)≦0.70
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