JP3827281B2

JP3827281B2 - Die attach paste and semiconductor device

Info

Publication number: JP3827281B2
Application number: JP2001067960A
Authority: JP
Inventors: 伸樹田中; 一登濤
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2001-03-12
Filing date: 2001-03-12
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2021-03-12
Also published as: JP2002265884A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低弾性率の半導体接着用ダイアタッチペースト及び半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年半導体装置の生産量は増加の一途をたどっており、これに伴い製造コストの削減は重要な課題となっている。半導体素子とリードフレームの接合方法として、金−シリコン共晶体等の無機材料を接着剤として用いる方法があるが、コストが高く、又熱応力により半導体素子の破壊が起こることもあるため、有機材料等に充填材を分散させたダイアタッチペースト（ペースト状の接着剤）を使用する方法が主流となっている。
【０００３】
一方、半導体装置としての信頼性は、特に耐半田クラック性が重要であるが、半導体素子とリードフレームの接着に用いられるダイアタッチペーストにも、半導体装置の耐半田クラック性を向上させるため、半導体素子とリードフレームとの線膨張率の差を緩和するために低弾性率化が求められている。
従来から、ゴム等の低応力物質を使用したダイアタッチペーストが知られているが、半導体装置の耐半田クラック性を向上させるため、更に低弾性率化したダイアタッチペーストが求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、低弾性率の半導体接着用ダイアタッチペースト及び耐半田クラック性に優れた半導体装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（Ａ）（メタ）アクリル変性ポリイソプレン、（Ｂ）１分子内に少なくとも１つのメタクリル基或いはアクリル基を有する化合物、（Ｃ）ラジカル重合触媒、（Ｄ）充填材を必須成分とするダイアタッチペーストである。
更に好ましい形態としては、（メタ）アクリル変性ポリイソプレンが、マレイン化ポリイソプレンと（メタ）アクリル酸の脂肪族ジアルコールとのエステル化物とを反応させた化合物であるダイアタッチペーストである。
また、上記のダイアタッチペーストを用いて製作された半導体装置である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる（メタ）アクリル変性ポリイソプレン（Ａ）は、ダイアタッチペーストの硬化物に柔軟性を付与するもので、柔軟性のある硬化物は広い温度領域で良好な接着性を発現することを見いだした。例えば、架橋密度を高めた柔軟性のない硬化物では、硬化物の凝集力は高いがリードフレーム或いはダイとの界面での良好な接着力を発現することは難しい。マレイン化ポリイソプレンと（メタ）アクリル酸の脂肪族ジアルコールとのエステル化物とを反応させた化合物が好ましい。
【０００７】
本発明に用いられる１分子内に少なくとも１つのメタクリル基或いはアクリル基を有する化合物（Ｂ）は、（Ａ）成分のみだと粘度が上昇しダイアタッチペーストとしての作業性が悪くなるため、（Ｂ）成分を添加するとダイアタッチペーストの粘度が調整され、作業性が改善できることを見いだした。又メタクリル基或いはアクリル基を有することで（Ａ）成分との相溶性が増し、更に硬化性の向上が望めることを見いだした。
【０００８】
（Ｂ）成分としては、例えば脂環式（メタ）アクリル酸エステル、脂肪族（メタ）アクリル酸エステル、芳香族（メタ）アクリル酸エステル等が挙げられ、具体的には、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、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、フェノキシエチルメタクリレート等があるが、これらに限定されるものではない。これらのものは、単独でも混合して用いることができる。
【０００９】
本発明に用いられる（Ａ）成分の配合量は、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計重量中に１０〜９０重量％含まれるものが好ましく、より好ましくは３０〜８０重量％である。１０重量％未満であると接着性が悪くなり、９０重量％を越えるとダイアタッチペーストの粘度が高くなり作業性に問題が生じるので好ましくない。
本発明に用いられる（Ｂ）成分は、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計重量中に１０〜９０重量％含まれるものが好ましい。１０重量％未満であるとダイアタッチペーストの粘度が高く作業性が悪くなり、９０重量％を越えると接着性に問題が生じるので好ましくない。
【００１０】
本発明に用いられるラジカル重合触媒（Ｃ）は、通常ラジカル重合に用いられている触媒であれば特に限定しないが、望ましいものとしては、急速加熱試験（試料１ｇを電熱板の上にのせ、４℃／分で昇温した時の分解開始温度）における分解温度が４０〜１４０℃となるものが好ましい。分解温度が４０℃未満だと、ダイアタッチペーストの常温における保存性が悪くなり、１４０℃を越えると硬化時間が極端に長くなるため好ましくない。
【００１１】
これを満たす触媒としての具体例としては、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−２−メチルシクロヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート、ジクミルパーオキサイド等が挙げられるが、これらは単独でも或いは硬化性を制御するため２種類以上を混合して用いてもよい。更に、ダイアタッチペーストの保存性を向上するために各種の重合禁止剤を予め添加しておくことも可能である。
ラジカル重合触媒（Ｃ）の配合量は、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計重量、１００重量部に対して、０．１〜１０重量部が好ましい。１０重量部を越えるとダイアタッチペーストの粘度の経時変化が大きくなり作業性に問題が生じ、０．１重量部未満だと硬化性が著しく低下するので好ましくない。
【００１２】
本発明に用いられる充填材（Ｄ）としては、例えば、銀粉、金粉、ニッケル粉、銅粉等の導電性フィラー、窒化アルミニウム、炭酸カルシウム、シリカ、アルミナ等の絶縁フィラーが挙げられ、導電性フィラーとしては銀粉、絶縁フィラーとしてはシリカが好ましい。これらの充填材の配合量は、特に限定されないが、全ダイアタッチペースト中２０〜９５重量％が好ましい。２０重量％未満であると、接着強度が低下する傾向があり、９５重量％を越えると、ダイアタッチペーストの粘度が増大しダイアタッチペーストの作業性が低下する傾向にあるので好ましくない。
【００１３】
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、樹枝状、球状等が用いられる。必要とするダイアタッチ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以下のものが好ましい。平均粒径が２μｍ未満だとダイアタッチペーストの粘度が高くなり、１０μｍ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ダイアタッチペーストを塗布する時に、ニードル詰まりを起こすため好ましくない。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便宜混合してもよい。
【００１４】
絶縁フィラーの一つであるシリカは、平均粒径１〜２０μｍで最大粒径５０μｍ以下のものが好ましい。平均粒径が１μｍ未満だとダイアタッチペーストの粘度が高くなり、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ダイアタッチペーストを塗布する時に、ニードル詰まりを起こすため好ましくない。更に、比較的粗いシリカと細かいシリカ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便宜混合してもよい。
【００１５】
本発明におけるダイアタッチペーストには、必要によりカップリング剤、消泡剤、界面活性剤、エラストマー等の添加剤を用いることができる。
本発明のダイアタッチペーストの製造方法としては、例えば、各原料を予備混合し、三本ロール等を用いて混練した後、真空下脱泡することによってダイアタッチペーストを得る方法がある。
本発明のダイアタッチペーストを用いて半導体装置を製作する方法は、公知の方法を用いることができる。
【００１６】
【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、２及び比較例１、２＞
（Ａ）成分として、メタクリル変性ポリイソプレン（数平均分子量：約２５０００、クラレ（株）製、ＵＣ−１）、（Ｂ）成分として、ラウリルアクリレート（新中村化学工業（株）製、ＮＫエステルＬＡ）、（Ｃ）成分として、ジクミルパーオキサイド（急速加熱試験における分解温度：１２６℃、日本油脂（株）製、パークミルＤ）、（Ｄ）成分としてフレーク状銀粉（平均粒径３μｍ、最大粒径２０μｍ）、破砕シリカ（平均粒径３μｍ、最大粒径１６μｍ）、カップリング剤としてアルコキシシラン（信越化学工業（株）製、ＫＢＭ−４０３Ｅ）を表１の割合で配合し、３本ロールを用いて混錬し、脱泡後ダイアタッチペーストを得た。得られたダイアタッチペーストを以下の方法により評価した。
なお比較例では、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ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量１８０、室温で液体、以下ビスＡエポキシ）、クレジルグリシジルエーテル（エポキシ等量１８５、以下ＣＧＥ）、フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１０４、軟化点８５℃、以下ＰＮ）、２−フェニル４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール（四国化成工業（株）製、キュアゾール２ＰＨＺ）、アクリル変性ポリブタジエン（数平均分子量：約１０００、日本石油化学（株）製、MM-1000-80）を使用した。
【００１７】
＜評価方法＞
・弾性率：１０ｘ１５０ｘ０．１ｍｍの試験片を作成し（硬化条件１７５℃、３０分）、引っ張り試験により加重−変位曲線を測定しその初期勾配より弾性率を求めた（測定長：１００ｍｍ、試験速度：１ｍｍ／分、測定温度：２５℃）。
・耐半田クラック性：表１の配合割合のダイアタッチペーストを用い、下記のリードフレーム（銅）とシリコンチップ（６×６ｍｍ）を、１７５℃、３０分で硬化接着した。その後スミコンＥＭＥ−７０２６（住友ベークライト（株）製）の封止材料を用い、封止したパッケージ（ＱＦＰ）を６０℃、相対湿度６０％の雰囲気下、１９２時間吸湿処理した後、ＩＲリフロー（２６０℃、１０秒）にかけ、断面観察により内部クラックの数を測定し、耐半田クラック性の指標とした。
【００１８】
評価結果を表１に示す。
【表１】

【００１９】
【発明の効果】
本発明のダイアタッチペーストは、低弾性率の特性を有しており、これを用いた半導体装置は、耐半田クラック性が優れているので、信頼性の優れた半導体装置を得ることができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a die attach paste for semiconductor bonding having a low elastic modulus and a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the production volume of semiconductor devices has been steadily increasing, and accordingly, reduction of manufacturing costs has become an important issue. As a method for joining a semiconductor element and a lead frame, there is a method using an inorganic material such as a gold-silicon eutectic as an adhesive. However, the cost is high, and the semiconductor element may be destroyed by thermal stress. For example, a method using a die attach paste (a paste-like adhesive) in which a filler is dispersed in a mainstream has become the mainstream.
[0003]
On the other hand, solder crack resistance is particularly important for reliability as a semiconductor device. However, in order to improve the solder crack resistance of a semiconductor device, a die attach paste used for bonding a semiconductor element and a lead frame can be improved. In order to mitigate the difference in coefficient of linear expansion between the element and the lead frame, a low elastic modulus is required.
Conventionally, a die attach paste using a low-stress material such as rubber is known. However, in order to improve solder crack resistance of a semiconductor device, a die attach paste with a further reduced elastic modulus is required.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a die attach paste for semiconductor bonding having a low elastic modulus and a semiconductor device excellent in solder crack resistance.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes (A) (meth) acryl-modified polyisoprene, (B) a compound having at least one methacryl group or acrylic group in one molecule, (C) a radical polymerization catalyst, and (D) a filler as an essential component. This is a die attach paste.
A more preferable form is a die attach paste in which the (meth) acryl-modified polyisoprene is a compound obtained by reacting a maleated polyisoprene with an esterified product of an aliphatic dialcohol of (meth) acrylic acid.
Moreover, it is a semiconductor device manufactured using said die-attach paste.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The (meth) acryl-modified polyisoprene (A) used in the present invention imparts flexibility to the cured product of the die attach paste, and the flexible cured product exhibits good adhesion in a wide temperature range. I found out. For example, in a non-flexible cured product with an increased crosslink density, the cured product has a high cohesive force, but it is difficult to develop a good adhesive force at the interface with the lead frame or die. A compound obtained by reacting maleated polyisoprene with an esterified product of an aliphatic dialcohol of (meth) acrylic acid is preferable.
[0007]
Since the compound (B) having at least one methacryl group or acrylic group in one molecule used in the present invention has only a component (A), the viscosity increases and the workability as a die attach paste deteriorates. It was found that the viscosity of the die attach paste was adjusted by adding the component, and the workability could be improved. Further, it has been found that the compatibility with the component (A) is increased by having a methacryl group or an acryl group, and further improvement in curability can be expected.
[0008]
Examples of the component (B) include alicyclic (meth) acrylic acid esters, aliphatic (meth) acrylic acid esters, aromatic (meth) acrylic acid esters, and the like, specifically 1.6-hexane. Examples include, but are not limited to, diol dimethacrylate, 1,9-nonanediol dimethacrylate, lauryl acrylate, stearyl acrylate, phenoxyethyl methacrylate, and the like. These can be used alone or in combination.
[0009]
The amount of component (A) used in the present invention is preferably 10 to 90% by weight, more preferably 30 to 80% by weight, based on the total weight of component (A) and component (B). If it is less than 10% by weight, the adhesiveness is deteriorated, and if it exceeds 90% by weight, the viscosity of the die attach paste becomes high, resulting in problems in workability.
The component (B) used in the present invention is preferably 10 to 90% by weight in the total weight of the component (A) and the component (B). If it is less than 10% by weight, the viscosity of the die attach paste is high and the workability is deteriorated, and if it exceeds 90% by weight, there is a problem in adhesion, which is not preferable.
[0010]
The radical polymerization catalyst (C) used in the present invention is not particularly limited as long as it is a catalyst usually used for radical polymerization. However, as a desirable one, a rapid heating test (1 g of a sample placed on an electric heating plate, 4 It is preferable that the decomposition temperature (decomposition start temperature when the temperature is increased at a rate of ° C / min) is 40 to 140 ° C. When the decomposition temperature is less than 40 ° C., the storage stability of the die attach paste at normal temperature deteriorates, and when it exceeds 140 ° C., the curing time becomes extremely long, which is not preferable.
[0011]
Specific examples of the catalyst satisfying this include 1,1-bis (t-butylperoxy) -2-methylcyclohexane, t-butylperoxyneodecanoate, dicumyl peroxide, and the like. May be used alone or in combination of two or more in order to control curability. Furthermore, various polymerization inhibitors can be added in advance in order to improve the storage stability of the die attach paste.
The blending amount of the radical polymerization catalyst (C) is preferably 0.1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight as the total weight of the component (A) and the component (B). If the amount exceeds 10 parts by weight, the change in the viscosity of the die attach paste increases with time, causing problems in workability. If the amount is less than 0.1 parts by weight, the curability is remarkably lowered, which is not preferable.
[0012]
Examples of the filler (D) used in the present invention include conductive fillers such as silver powder, gold powder, nickel powder, and copper powder, and insulating fillers such as aluminum nitride, calcium carbonate, silica, and alumina. As the silver filler, silica is preferable as the insulating filler. Although the compounding quantity of these fillers is not specifically limited, 20 to 95 weight% is preferable in all the die attach pastes. If it is less than 20% by weight, the adhesive strength tends to decrease, and if it exceeds 95% by weight, the viscosity of the die attach paste tends to increase and the workability of the die attach paste tends to decrease, such being undesirable.
[0013]
Silver powder is used for imparting electrical conductivity, and the content of ionic impurities such as halogen ions and alkali metal ions is preferably 10 ppm or less. As the shape of the silver powder, a flake shape, a dendritic shape, a spherical shape or the like is used. Although the particle size of the silver powder to be used varies depending on the required viscosity of the die attach paste, the average particle size is usually 2 to 10 μm and the maximum particle size is preferably 50 μm or less. If the average particle size is less than 2 μm, the viscosity of the die attach paste is high, and if it exceeds 10 μm, the resin component flows out during coating or curing, which causes bleed, which is not preferable. When the maximum particle size exceeds 50 μm, needle clogging occurs when applying the die attach paste with a dispenser, which is not preferable. Moreover, a comparatively coarse silver powder and a fine silver powder can also be mixed and used, and various shapes may be mixed conveniently.
[0014]
Silica which is one of the insulating fillers preferably has an average particle diameter of 1 to 20 μm and a maximum particle diameter of 50 μm or less. If the average particle size is less than 1 μm, the viscosity of the die attach paste increases, and if it exceeds 20 μm, the resin component flows out at the time of application or curing. When the maximum particle size exceeds 50 μm, needle clogging occurs when applying the die attach paste with a dispenser, which is not preferable. Further, relatively coarse silica and fine silica can be mixed and used, and various shapes may be conveniently mixed.
[0015]
In the die attach paste in the present invention, additives such as a coupling agent, an antifoaming agent, a surfactant, and an elastomer can be used as necessary.
As a method for producing the die attach paste of the present invention, for example, there is a method of obtaining a die attach paste by premixing each raw material, kneading using a three roll or the like, and then degassing under vacuum.
A known method can be used as a method for manufacturing a semiconductor device using the die attach paste of the present invention.
[0016]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples.
<Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2>
As component (A), methacryl-modified polyisoprene (number average molecular weight: about 25000, manufactured by Kuraray Co., Ltd., UC-1), as component (B), lauryl acrylate (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd., NK Ester LA) ), As component (C), dicumyl peroxide (decomposition temperature in rapid heating test: 126 ° C., manufactured by NOF Corporation, Park Mill D), as component (D), flaky silver powder (average particle size 3 μm, maximum particle size) Diameter 20 μm), crushed silica (average particle diameter 3 μm, maximum particle diameter 16 μm), alkoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., KBM-403E) as a coupling agent is blended in the ratio of Table 1, and three rolls After kneading and defoaming, a die attach paste was obtained. The obtained die attach paste was evaluated by the following method.
In the comparative example, diglycidyl bisphenol A type epoxy resin (epoxy equivalent 180, liquid at room temperature, hereinafter referred to as bis A epoxy) obtained by reaction of bisphenol A and epichlorohydrin, cresyl glycidyl ether (epoxy equivalent 185, hereinafter referred to as CGE). , Phenol novolac resin (hydroxyl equivalent 104, softening point 85 ° C., hereinafter PN), 2-phenyl 4,5-dihydroxymethylimidazole (manufactured by Shikoku Kasei Co., Ltd., Curesol 2PHZ), acrylic-modified polybutadiene (number average molecular weight: about 1000, manufactured by Nippon Petrochemical Co., Ltd., MM-1000-80).
[0017]
<Evaluation method>
Elastic modulus: 10 × 150 × 0.1 mm test piece was prepared (curing condition 175 ° C., 30 minutes), the load-displacement curve was measured by a tensile test, and the elastic modulus was obtained from the initial gradient (measurement length: 100 mm, test speed) 1 mm / min, measurement temperature: 25 ° C.).
Solder crack resistance: Using the die attach paste having the blending ratio shown in Table 1, the following lead frame (copper) and silicon chip (6 × 6 mm) were cured and bonded at 175 ° C. for 30 minutes. Thereafter, the sealed package (QFP) was subjected to moisture absorption treatment in an atmosphere of 60 ° C. and a relative humidity of 60% for 192 hours using a sealing material of Sumicon EME-7026 (manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), and then IR reflow (260 (10 ° C., 10 seconds), the number of internal cracks was measured by cross-sectional observation, and used as an index of solder crack resistance.
[0018]
The evaluation results are shown in Table 1.
[Table 1]

[0019]
【The invention's effect】
The die attach paste of the present invention has a low elastic modulus characteristic, and a semiconductor device using this has excellent solder crack resistance, so that a highly reliable semiconductor device can be obtained.

Claims

(A) (meth) acryl-modified polyisoprene, (B) a compound having at least one methacryl group or acrylic group in one molecule, (C) a radical polymerization catalyst, and (D) a filler as essential components. Characteristic die attach paste.

The die attach paste according to claim 1, wherein (A) (meth) acryl-modified polyisoprene is a compound obtained by reacting maleated polyisoprene with an esterified product of an aliphatic dialcohol of (meth) acrylic acid.

A semiconductor device manufactured using the die attach paste according to claim 1.