JP3854103B2 - 導電性ペースト及び該ペーストを用いてなる半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ペースト及び該ペーストを用いてなる半導体装置に関する。更に詳しくは、本発明は、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体素子を金属フレームなどに接着したり、半導体素子と外部電極などの導電接続に用いる信頼性の高い導電性ペースト及び該ペーストを用いてなる半導体装置に関する。
【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、半導体素子は、トランジスター、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩと進化してきており、これらの半導体素子にお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、その量産における作業性の向上及びコストダウンが重要な課題となってきている。また一方で、従来鉛を含む半田を使って行われてきた半導体素子の金属フレームへの接着や外部電極との接続に、地球環境保全の問題から人体に有害な鉛を含まない導電性の代替材料が求められている。従来は、半導体素子を金属フレームなどの導体にＡｕ−Ｓｉ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て現在では一般化し、マウント工程におけるＡｕ−Ｓｉ共晶法の改良として、樹脂ペースト即ち導電性ペーストによる方法が取り上げられるようになった。また、半導体素子の高密度化、大容量化に伴い、樹脂ペースト自体の導電性や熱伝導性に、従来の半田金属並の特性が求められるようになっている。特に、パワーＭＯＳＦＥＴにおいては、素子表面の発熱を逃がしたり、スイッチ機能を高めるために、オン状態での抵抗を限りなく下げる必要があり、ワイヤーボンディングに代わる金属板による外部電極との接続が検討されている。
更に近年、半導体素子の信頼性向上に対する要求から、樹脂パッケージに、高温高湿条件や冷熱サイクルを負荷した状態でも、半導体素子の接続信頼性が損なわれないことが求められている。
このような高い信頼性を有する導電性ペーストとしては、熱可塑性樹脂を有機溶剤に溶解し、銀粉などの金属フィラーを高充填してペーストにする方法などが検討されている。しかし、高い熱伝導性や電気伝導性を確保するために、金属フィラーを多量に入れようとすると粘度が高くなり、塗布作業性が低下したり、あるいは、粘度低下のために加える有機溶剤が加熱時に飛散してボイドの原因となり、接続部の熱伝導性が低下したり、電気抵抗が上がってしまうなどの不具合があった。
このような導電性ペーストは、ディスペンス、印刷、スタンピングなどの方法で接続部位に塗布されたのち、加熱硬化して用いられるのが一般的であるが、接続部位の面積の大小に因らず塗布作業性に優れることが望ましい。近年、半導体素子の高集積化が進み、より狭いエリアへの塗布が必要となってきており、その結果細いノズルを用いて塗布できることが要求されるようになった。例えば、従来の導電性ペーストでは０.３mm径までのノズルを用いて塗布することは可能であったが、これ以下の径のノズルではフィラー同士の接触によるフィラーの目詰まりが発生して、均一に塗布できないなどの不具合があった。近年では０.１mm径のノズルを用いて塗布することが必要になってきており、一方、同一のペーストで大口径のノズルにも適用できることも要求されている。
特開２０００−１１４４４５号公報などに示されるように、パワーＭＯＳＦＥＴのスイッチ機能を高めるために、導電性ペーストでリードフレームの金属板とダイ表面を接続する例が報告されているが、通常のエポキシ樹脂系ペーストやポリイミド系ペーストでは、熱伝導性、電気伝導性が不十分であったり、初期において満足する値が得られても、プレッシャークッカーテストなどの高温高湿条件に曝されたり、冷熱サイクルなどの条件下におかれると、オン抵抗値が上昇してしまうなどの不具合があり、これらの点の改善を要望されている。また、特開平２０００−２２３６３４号公報には、金バンプによる接続方法が示されているが、コスト面で不利である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、半田に匹敵する熱伝導性と電気伝導性とを備え、高温高湿下や冷熱サイクル後においても特性変化が少なく、塗布作業性に優れ、更に塗布時に小口径のノズルから大口径のノズルまでに適用し得る導電性ペースト及び該ペーストを用いてなる半導体装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、粒度分布曲線の特定の位置に２個のピークを有する銀粉８０重量％以上と熱硬化性樹脂２０重量％未満からなる導電性ペーストにおいて、低剪断応力で測定した粘度と高剪断応力で測定した粘度がそれぞれ特定の範囲内にあり、かつ両粘度の比が特定の範囲内にあり、加熱して得られる硬化物の引張弾性率が０.１〜２.５GPaである導電性ペーストは、半田に匹敵する熱伝導性と電気伝導性を有し、高温高湿下や冷熱サイクル後においても特性変化が少なく、塗布作業性に優れ、塗布時に小口径のノズルから大口径のノズルまでに適用し得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）(Ａ)銀粉及び(Ｂ)熱硬化性樹脂からなる導電性ペーストであって、該ペースト中に占める銀粉の割合が８０重量％以上であり、レーザー回折粒度分布測定装置で測定した銀粉の粒度分布が、０.５〜２μｍの間に一つのピーク、２〜１０μｍの間に他のピークを有し、Ｅ型粘度測定装置を用いて、２５℃、回転数０.５rpmで測定した粘度が３５〜１３５Pa・ｓ、２５℃、回転数２.５rpmで測定した粘度が１０〜３０Pa・ｓであり、０.５rpmで測定した粘度を２.５rpmで測定した粘度で除した商が３.５〜４.５であり、加熱して得られる硬化物の２５℃における引張弾性率が０.１〜２.５GPaであることを特徴とする導電性ペースト、
（２）前記粒度分布が、
０.５μｍ未満： ８〜１２重量％
０.５〜１.０μｍ：２４〜２８重量％
１.０〜２.０μｍ：２０〜２４重量％
２.０〜４.０μｍ： ９〜１３重量％
４.０〜７.０μｍ：１０〜１４重量％
７.０〜１０μｍ ： ９〜１３重量％
１０〜１５μｍ ： ２〜６重量％
１５〜２０μｍ ： １〜４重量％
２０μｍ以上： ０〜２重量％
である第１項記載の導電性ペースト、
（３）熱硬化性樹脂が、２５℃において液状であるエポキシ樹脂並びに不飽和二重結合を有するアクリレート化合物及び／又はメタクリレート化合物から選ばれた１種以上の樹脂である第１項記載の導電性ペースト、
（４）硬化物を、純水により、１２０℃、２１３kPaで、５時間抽出したときに抽出される塩化物イオンの量が、硬化物１ｇあたり５０μｇ以下である第１項記載の導電性ペースト、
（５）熱硬化性樹脂の１７０℃におけるゲルタイムが、６０秒以下である第１項記載の導電性ペースト、及び、
（６）第１項〜第５項のいずれかに記載の導電性ペーストを用いて製作されてなることを特徴とする半導体装置、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の導電性ペーストは、(Ａ)銀粉及び(Ｂ)熱硬化性樹脂からなる導電性ペーストであって、該ペースト中に占める銀粉の割合が８０重量％以上であり、レーザー回折粒度分布測定装置で測定した銀粉の粒度分布が、０.５〜２μｍの間に一つのピーク、２〜１０μｍの間に他のピークを有し、Ｅ型粘度測定装置で２５℃、回転数０.５rpmで測定した粘度が３５〜１３５Pa・ｓ、２５℃、回転数２.５rpmで測定した粘度が１０〜３０Pa・ｓであり、０.５rpmで測定した粘度を２.５rpmで測定した粘度で除した商が３.５〜４.５であり、加熱して得られる硬化物の２５℃における引張弾性率が０.１〜２.５GPaである。
本発明の導電性ペーストにおいて、ペースト中に占める銀粉の割合が８０重量％未満であると、熱伝導性と電気伝導性が低下するおそれがある。
本発明に用いる銀粉は、レーザー回折粒度分布測定装置で測定した粒度分布が、０.５〜２μｍの間に一つのピークを有し、２〜１０μｍの間に他のピークを有する。銀粉の粒度分布において、０.５〜２μｍの間と、２〜１０μｍの間に、それぞれ一つずつのピークが存在することにより、銀粉の含有量が８０重量％以上の導電性ペーストであっても良好なディスペンス性を有し、内径の小さいノズルから内径の大きいノズルまでのディスペンサーを用いて、ノズル詰まりを生ずることなく、液ダレを発生することなく、安定して導電性ペーストを打点塗布することができる。本発明に用いる銀粉の粒度分布は、０.５〜２μｍの間のピークがシャープであり、２〜１０μｍの間のピークがブロードであることが好ましい。更に、０.５〜２μｍの間のピークが、２〜１０μｍの間のピークよりも高いことが好ましい。
【０００６】
本発明に用いる銀粉の粒度分布は、
０.５μｍ未満： ８〜１２重量％
０.５〜１.０μｍ：２４〜２８重量％
１.０〜２.０μｍ：２０〜２４重量％
２.０〜４.０μｍ： ９〜１３重量％
４.０〜７.０μｍ：１０〜１４重量％
７.０〜１０μｍ ： ９〜１３重量％
１０〜１５μｍ ： ２〜６重量％
１５〜２０μｍ ： １〜４重量％
２０μｍ以上： ０〜２重量％
であることが好ましい。上記の粒度分布を有する銀粉を用いることにより、導電性ペーストの銀粉含有量を８０重量％以上としても、導電性ペーストの粘度上昇を抑え、内径０.１mmの極細ノズルから内径１mmの極太ノズルまでに適用可能な、安定したディスペンス性を有する導電性ペーストを得ることができる。上記の粒度分布を有する銀粉を用いることにより良好なディスペンス性が得られる理由は明らかではないが、導電性ペースト中において、銀粉粒子が最密充填構造を形成するとともに、導電性ペーストの粘度上昇が抑えられるためであると推定される。
【０００７】
本発明の導電性ペーストにおいて、熱硬化性樹脂に特に制限はないが、２５℃において液状であるエポキシ樹脂並びに不飽和二重結合を有するアクリレート化合物及び／又はメタクリレート化合物から選ばれた１種以上の樹脂であることが好ましい。本発明に用いるエポキシ樹脂としては、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、クレゾールノボラック類とエピクロルヒドリンとの反応により得られるポリグリシジルエーテル、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などの脂肪族エポキシ、ジグリシジルヒダントインなど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−アジペイトなどの脂環式エポキシなどを挙げることができる。これらのエポキシ樹脂は、１種を単独で用いることができ、あるいは、２種以上を組み合わせて用いることもできる。また、２５℃で固形の樹脂であっても、液状の樹脂と混合することにより、２５℃において液状のエポキシ樹脂として使用することができる。
本発明に用いるエポキシ樹脂の硬化剤に特に制限はなく、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などのカルボン酸ジヒドラジド、ジシアンジアミド、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、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、テトラメチルビスフェノールＳ、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、カテコール、レゾルシノール、ハイドロキノン、ビフェノール、テトラメチルビフェノール、エチリデンビスフェノール、メチルエチリデンビス(メチルフェノール)、シクロへキシリデンビスフェノールや、フェノール、クレゾール、キシレノールなどの１価フェノール類とホルムアルデヒドとを稀薄水溶液中強酸性下で反応させることによって得られるフェノールノボラック樹脂、１価フェノール類とアクロレイン、グリオキザールなどの多官能アルデヒド類との酸性下の初期縮合物や、カテコール、レゾルシノール、ハイドロキノンなどの多価フェノール類とホルムアルデヒドとの酸性下の初期縮合物、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−ウンデシルイミダゾールなどのイミダゾール類や、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、そのイソシアヌル酸付加物などを挙げることができる。これらの硬化剤は、１種を単独で用いることができ、あるいは、２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【０００８】
本発明に用いる不飽和二重結合を有するアクリレート化合物又はメタクリレート化合物に特に制限はなく、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、脂肪族ジカルボン酸(メタ)アクリル酸エステル、芳香族ジカルボン酸(メタ)アクリル酸エステルなどを挙げることができる。
本発明に用いる不飽和二重結合を有するアクリレート化合物又はメタクリレート化合物のラジカル重合開始剤に特に制限はなく、例えば、メチルエチルケトンパーオキサイド、メチルシクロヘキサノンパーオキサイド、メチルアセトアセテートパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド、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、１,１−ビス(ｔ−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、１,１−ビス(ｔ−ヘキシルパーオキシ)−３,３,５−トリメチルシクロヘキサン、１,１−ビス(ｔ−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、２,２−ビス(４,４−ジ−ｔ−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、１,１−ビス(ｔ−ブチルパーオキシ)シクロドデカン、ｎ−ブチル−４,４−ビス(ｔ−ブチルパーオキシ)バレレート、２,２−ビス(ｔ−ブチルパーオキシ)ブタン、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−ブチルハイドロパーオキサイド、ｐ−メンタンハイドロパーオキサイド、１,１,３,３−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、ｔ−ヘキシルハイドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、２,５−ジメチル−２,５−ビス(ｔ−ブチルパーオキシ)ヘキサン、α、α`−ビス(ｔ−ブチルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２,５−ジメチル−２,５−ビス(ｔ−ブチルパーオキシ)ヘキシン−３、イソブチリルパーオキサイド、３,５,５−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、桂皮酸パーオキサイド、ｍ−トルオイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ビス(４−ｔ−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ−３−メトキシブチルパーオキシジカーボネート、ジ−２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート、ジ(３−メチル−３−メトキシブチル)パーオキシジカーボネート、α,α'−ビス(ネオデカノイルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、クミルパーオキシネオデカノエート、１,１,３,３−テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、１−シクロヘキシル−１−メチルエチルパーオキシネオデカノエート、ｔ−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート、ｔ−ヘキシルパーオキシピバレート、ｔ−ブチルパーオキシピバレート、２,５−ジメチル−２,５−ビス(２−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、１,１,３,３−テトラメチルブチルパーオキシ−２−エチルへキサノエート、１−シクロヘキシル−１−メチルエチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ヘキシルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシイソブチレート、ｔ−ブチルパーオキシマレイックアシッド、ｔ−ブチルパーオキシラウレート、ｔ−ブチルパーオキシ−３,５,５−トリメチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、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、２,５−ジメチル−２,５−ビス(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシアセテート、ｔ−ヘキシルパーオキシベンゾエート、ｔ−ブチルパーオキシ−ｍ−トルオイルベンゾエート、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ビス(ｔ−ブチルパーオキシ)イソフタレート、ｔ−ブチルパーオキシアリルモノカーボネート、３,３',４,４'−テトラ(ｔ−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノンなどを挙げることができる。これらのラジカル重合開始剤は、１種を単独で用いることができ、あるいは、２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【０００９】
本発明の導電ペーストは、Ｅ型粘度測定装置を用いて、２５℃、回転数０.５rpmで測定した粘度が３５〜１３５Pa・ｓ、より好ましくは５０〜１１０Pa・ｓであり、２５℃、回転数２.５rpmで測定した粘度が１０〜３０Pa・ｓ、より好ましくは１５〜２５Pa・ｓであり、２５℃、回転数０.５rpmで測定した粘度を２５℃、回転数２.５rpmで測定した粘度で除した商が３.５〜４.５、より好ましくは３.６〜４.２である。２５℃、回転数０.５rpmで測定した粘度が３５Pa・ｓ未満であっても、１３５Pa・ｓを超えても、導電性ペーストの塗布作業性が低下するおそれがある。２５℃、回転数２.５rpmで測定した粘度が１０Pa・ｓ未満であっても、３０Pa・ｓを超えても、導電性ペーストの塗布作業性が低下するおそれがある。回転数０.５rpmで測定した粘度を回転数２.５rpmで測定した粘度で除した商が３.５未満であっても、４.５を超えても、導電性ペーストの塗布作業性が低下するおそれがある。
本発明の導電性ペーストは、加熱して得られる硬化物の２５℃における引張弾性率が０.１〜２.５GPaであり、より好ましくは０.３〜２.０GPaである。硬化のための加熱条件に特に制限はなく、例えば、１７０℃において、３０分間保つことにより硬化することができる。２５℃における引張弾性率が０.１〜２.５GPaであると、高温高湿下や冷熱サイクルなどの負荷が掛かったときに、剥離を起こすことなく優れた特性を維持することができる。引張弾性率が０.１GPa未満であると、接着強度が低下し、高温高湿下や冷熱サイクルなどの負荷が掛かったときに接続部位の剥離を引き起こし、熱伝導性や電気伝導性が低下するおそれがある。引張弾性率が２.５GPaを超えると、冷熱サイクル時に発生する応力により、接続部位が徐々に剥離するおそれがある。
【００１０】
本発明の導電性ペーストは、その硬化物を、純水により、１２０℃、２１３kPaで、５時間抽出したときに抽出される塩化物イオンの量が、硬化物１ｇあたり５０μｇ以下であることが好ましく、２０μｇ以下であることがより好ましい。抽出される塩化物イオンの量が硬化物１ｇあたり５０μｇを超えると、半導体素子表面の金属腐食が発生し、半導体の信頼性が低下するおそれがある。
本発明に用いる熱硬化性樹脂は、１７０℃におけるゲルタイムが６０秒以下であることが好ましい。熱硬化性樹脂の１７０℃におけるゲルタイムが６０秒以下であると、導電性ペーストは速硬化性となり、ホットプレート硬化などのインライン硬化が可能となって生産性を向上することができる。
本発明の導電性ペーストには、必要に応じて、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、溶剤などの添加剤を配合することができる。本発明の導電性ペーストの製造方法に特に制限はなく、例えば、各成分を予備混合し、三本ロールなどを用いて混練してペーストを得たのち、真空下に脱抱することができる。
本発明の導電性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。例えば、市販のダイボンダーを用いて、リードフレームの所定の部位に導電性ペーストをディスペンス塗布した後、チップをマウントし、ホットプレート上で加熱硬化する。その後、ワイヤーボンディングして、エポキシ樹脂を用いてトランスファー成形することによって半導体装置を製作する。
【００１１】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
なお、実施例及び比較例において、測定及び評価は下記の方法により行った。
（１）銀粉の粒度分布
レーザー回折粒度分布測定装置を用いて測定する。
（２）粘度
Ｅ型粘度計（３°コーン）を用い、２５℃において、回転数０.５rpmと回転数２.５rpmで測定する。回転数０.５rpmで測定した粘度を回転数２.５rpmで測定した粘度で除した商を、チキソ指数とする。
（３）ゲルタイム
ＪＩＳ Ｋ ６９０１ ４.８に準じて、１７０℃におけるゲルタイムを測定する。
（４）接着強度
２×２mmのシリコンチップを、導電性ペーストを用いて銅フレームにマウントし、１７０℃のオーブン中で３０分間硬化する。硬化後、マウント強度測定装置を用い、２５℃及び２５０℃において、ダイシェア強度を測定する。
（５）引張弾性率
テフロンシート上に導電性ペーストを幅１０mm、長さ１５０mm、厚さ１００μｍに塗布し、１７０℃のオーブン中で３０分間硬化したのち、２５℃において、引張試験機を用いて、試験長１００mm、引張速度１mm／分で測定し得られる応力−ひずみ曲線の初期勾配より、引張弾性率を算出する。
（６）塩化物イオン抽出量
テフロンシート上に導電性ペーストを塗布し、１７０℃のオーブン中で３０分間硬化したのち、硬化樹脂を振動ミルを用いて微粉砕する。微粉砕された硬化樹脂サンプル約２ｇを精秤し、２０mLの純水を加えて１２０℃、２１３kPaの条件で５時間抽出した液をろ過し、イオンクロマトグラフィーにより塩化物イオン量を測定し、硬化物１ｇあたりに換算する。
（７）熱伝導率
導電性ペーストを硬化して、厚さ１mm程度のサンプルを作製する。理学電機(株)製ＬＦ／ＴＣＭ ＦＡ８５１０Ｂにて熱拡散率をレーザーフラッシュ法で求め、比熱、密度の値から熱伝導率を算出する。
（８）体積抵抗率
厚さ約４０μｍ、幅４mmの導電性ペースト硬化物を作製し、４０mm間隔で抵抗値をテスターで測定後、サンプルの断面積から体積抵抗率を算出する。
（９）耐湿信頼性
シリコンチップ表面にアルミニウム配線を施した模擬素子を、１６ｐｉｎＤＩＰ（デュアルインラインパッケージ）のリードフレームに、導電性ペーストを用いてマウントし、１７０℃のオーブン中で３０分間硬化する。更に、金線ボンディングし、エポキシモールディングコンパウンド［住友ベークライト(株)製、ＥＭＥ―６６００ＣＳ］を用いて、１７５℃、２分の条件でトランスファー成形し、１７５℃で４hr後硬化したパッケージを、１２５℃、２５３kPaの条件で、５００hrプレッシャークッカー処理したのち、オープン不良率を調べる。
（１０）抵抗変化率
シリコンチップ表面にアルミニウム配線を施した模擬素子を、１６ｐｉｎＤＩＰ（デュアルインラインパッケージ）のリードフレームに、導電性ペーストを用いてマウントし、ボンディングパッド間に導電性ペーストで回路を形成して１７０℃のオーブン中で３０分間硬化する。更に、耐湿信頼性試験と同様に成形、後硬化してペーストの抵抗初期値を測定し、―６５℃／３０分と１５０℃／３０分の冷熱サイクルを３００回繰り返したのちの抵抗変化率を求める。
（１１）ディスペンス性
加圧式自動ディスペンサーで内径０.１mmのノズルを用いて１,０００打点塗布を実施し、ノズル詰まりなしで塗布できた打点数を調べる。
実施例及び比較例で用いた銀粉の粒度分布とピーク位置を、第１表に示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】
実施例１
ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂［粘度５,０００mPa・ｓ、エポキシ当量１７０］１８.２重量部、ｔ−ブチルフェニルグリシジルエーテル［粘度４００mPa・ｓ］９.８重量部、ビスフェノールＦ１.０重量部、ジシアンジアミド０.３重量部及び２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール０.７重量部を混合し、銀粉ａ１を１３０重量部添加し、三本ロールを用いて混練したのち、真空チャンバーにて２６７Paで３０分間脱泡し、導電性ペーストを得た。
得られた導電性ペーストの回転数０.５rpmで測定した粘度は５４Pa・ｓ、回転数２.５rpmで測定した粘度は１５Pa・ｓであり、チキソ指数は３.６であった。１７０℃におけるゲルタイムは、５０秒であった。チップの接着強度は、２５℃において３９Ｎ以上であり、２５０℃において１４.７Ｎであった。引張弾性率は、１.７GPaであった。塩化物イオン抽出量は、硬化物１ｇあたり８μｇであった。熱伝導率は、３.６Ｗ／ｍ・℃であった。体積抵抗率は、１.１×１０-4Ω・cmであった。耐湿信頼性試験において、不良は発生しなかった。抵抗変化率は、２.１％であった。ディスペンス性試験において、ノズル詰まりは発生しなかった。実施例２〜８
第２表に示す配合により、実施例１と同様にして、７種の導電性ペーストを調製し、評価を行った。
比較例１
銀粉ａ１の代わりに、銀粉ａ５を用いた以外は、実施例１と同様にして、導電性ペーストを調製し、評価を行った。
得られた導電性ペーストの回転数０.５rpmで測定した粘度は１１８Pa・ｓ、回転数２.５rpmで測定した粘度は３２Pa・ｓであり、チキソ指数は３.７であった。１７０℃におけるゲルタイムは、５５秒であった。チップの接着強度は、２５℃において３９Ｎ以上であり、２５０℃において１５.７Ｎであった。引張弾性率は、２.１GPaであった。塩化物イオン抽出量は、硬化物１ｇあたり１２μｇであった。熱伝導率は、３.２Ｗ／ｍ・℃であった。体積抵抗率は、２.４×１０-4Ω・cmであった。耐湿信頼性試験において、不良は発生しなかった。抵抗変化率は、１.３％であった。ディスペンス性試験において、１,０００打点中７００打点でノズル詰まりなしの塗布ができた。
比較例２〜７
第４表に示す配合により、実施例１と同様にして、６種の導電性ペーストを調製し、評価を行った。
実施例１〜８の配合組成を第２表に、評価結果を第３表に、比較例１〜７の配合組成を第４表に、評価結果を第５表に示す。
【００１４】
【表２】
【００１５】
【表３】
【００１６】
【表４】
【００１７】
【表５】
【００１８】
［注］
ＢＰＦ型エポキシ樹脂：ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、粘度５,０００mPa・ｓ、エポキシ当量１７０。
ＢＰＡ型エポキシ樹脂：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、粘度６,８００mPa・ｓ、エポキシ当量１９０。
ｔ−ＢｕＰｈＧＥ：ｔ−ブチルフェニルグリシジルエーテル、粘度４,００mPa・ｓ、反応性希釈剤。
ビスフェノールＦ：フェノール硬化剤。
ジシアンジアミド：潜在性硬化剤。
２Ｐ４ＭＨＺ：２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、イミダゾール化合物。
ＢＡＣ−４５：アクリレート末端液状ポリブタジエン、大阪有機化学工業(株)製。
Ｅ−１８００：エポキシ変性液状ポリブタジエン、日石三菱(株)製。
アクリル酸ラウリル：アクリル酸ラウリルエステル。
パーヘキサ３Ｍ：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。
【００１９】
実施例１〜８では、半田に匹敵する熱伝導性と電気伝導性とを備え、高温高湿下や冷熱サイクル後も特性変化の少ない塗布作業性に優れた導電性ペーストが得られるが、比較例１では、２.５rpmの粘度が高くなり、ディスペンス性が低下した。比較例２では、銀粉ａ４の粒度分布のピークが一つしかなく、塩素イオン濃度も高くなり、耐湿信頼性が低下した。比較例３では、弾性率が高くなり抵抗変化率が増加したばかりでなく、粘度が高くなったためにノズル詰まりが発生しディスペンス性が低下した。比較例４では、銀粉ａ４の粒度分布のピークが一つしかなく、ディスペンス性が低下した。比較例５では、ペースト中の銀粉含有量が少なく粘度が低下し、ディスペンス時にペーストがノズルから滴り落ちてしまった。比較例６では、ペースト硬化物の弾性率が高くなり抵抗値が大幅に高くなってしまった。さらに、粘度も高くなり、ディスペンス性も大幅に低下した。比較例７では、粒度分布のピークが一つしかない銀粉ａ５を用いたために、ノズル詰まりが発生し、ディスペンス性が低下した。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の導電性ペーストは、半田に匹敵する熱伝導性と電気伝導性とを備え、高温高湿下や冷熱サイクル後も特性変化が少なく、塗布作業性に優れ、更に塗布時に小口径のノズルから大口径のノズルまでに適用することができる。また、本発明の導電性ペーストを用いて製作された半導体装置は、高い信頼性を有し、かつ安価に製造することができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性ペースト及び該ペーストを用いてなる半導体装置に関する。更に詳しくは、本発明は、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体素子を金属フレームなどに接着したり、半導体素子と外部電極などの導電接続に用いる信頼性の高い導電性ペースト及び該ペーストを用いてなる半導体装置に関する。
【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、半導体素子は、トランジスター、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩと進化してきており、これらの半導体素子にお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、その量産における作業性の向上及びコストダウンが重要な課題となってきている。また一方で、従来鉛を含む半田を使って行われてきた半導体素子の金属フレームへの接着や外部電極との接続に、地球環境保全の問題から人体に有害な鉛を含まない導電性の代替材料が求められている。従来は、半導体素子を金属フレームなどの導体にＡｕ−Ｓｉ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て現在では一般化し、マウント工程におけるＡｕ−Ｓｉ共晶法の改良として、樹脂ペースト即ち導電性ペーストによる方法が取り上げられるようになった。また、半導体素子の高密度化、大容量化に伴い、樹脂ペースト自体の導電性や熱伝導性に、従来の半田金属並の特性が求められるようになっている。特に、パワーＭＯＳＦＥＴにおいては、素子表面の発熱を逃がしたり、スイッチ機能を高めるために、オン状態での抵抗を限りなく下げる必要があり、ワイヤーボンディングに代わる金属板による外部電極との接続が検討されている。
更に近年、半導体素子の信頼性向上に対する要求から、樹脂パッケージに、高温高湿条件や冷熱サイクルを負荷した状態でも、半導体素子の接続信頼性が損なわれないことが求められている。
このような高い信頼性を有する導電性ペーストとしては、熱可塑性樹脂を有機溶剤に溶解し、銀粉などの金属フィラーを高充填してペーストにする方法などが検討されている。しかし、高い熱伝導性や電気伝導性を確保するために、金属フィラーを多量に入れようとすると粘度が高くなり、塗布作業性が低下したり、あるいは、粘度低下のために加える有機溶剤が加熱時に飛散してボイドの原因となり、接続部の熱伝導性が低下したり、電気抵抗が上がってしまうなどの不具合があった。
このような導電性ペーストは、ディスペンス、印刷、スタンピングなどの方法で接続部位に塗布されたのち、加熱硬化して用いられるのが一般的であるが、接続部位の面積の大小に因らず塗布作業性に優れることが望ましい。近年、半導体素子の高集積化が進み、より狭いエリアへの塗布が必要となってきており、その結果細いノズルを用いて塗布できることが要求されるようになった。例えば、従来の導電性ペーストでは０.３mm径までのノズルを用いて塗布することは可能であったが、これ以下の径のノズルではフィラー同士の接触によるフィラーの目詰まりが発生して、均一に塗布できないなどの不具合があった。近年では０.１mm径のノズルを用いて塗布することが必要になってきており、一方、同一のペーストで大口径のノズルにも適用できることも要求されている。
特開２０００−１１４４４５号公報などに示されるように、パワーＭＯＳＦＥＴのスイッチ機能を高めるために、導電性ペーストでリードフレームの金属板とダイ表面を接続する例が報告されているが、通常のエポキシ樹脂系ペーストやポリイミド系ペーストでは、熱伝導性、電気伝導性が不十分であったり、初期において満足する値が得られても、プレッシャークッカーテストなどの高温高湿条件に曝されたり、冷熱サイクルなどの条件下におかれると、オン抵抗値が上昇してしまうなどの不具合があり、これらの点の改善を要望されている。また、特開平２０００−２２３６３４号公報には、金バンプによる接続方法が示されているが、コスト面で不利である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、半田に匹敵する熱伝導性と電気伝導性とを備え、高温高湿下や冷熱サイクル後においても特性変化が少なく、塗布作業性に優れ、更に塗布時に小口径のノズルから大口径のノズルまでに適用し得る導電性ペースト及び該ペーストを用いてなる半導体装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、粒度分布曲線の特定の位置に２個のピークを有する銀粉８０重量％以上と熱硬化性樹脂２０重量％未満からなる導電性ペーストにおいて、低剪断応力で測定した粘度と高剪断応力で測定した粘度がそれぞれ特定の範囲内にあり、かつ両粘度の比が特定の範囲内にあり、加熱して得られる硬化物の引張弾性率が０.１〜２.５GPaである導電性ペーストは、半田に匹敵する熱伝導性と電気伝導性を有し、高温高湿下や冷熱サイクル後においても特性変化が少なく、塗布作業性に優れ、塗布時に小口径のノズルから大口径のノズルまでに適用し得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）(Ａ)銀粉及び(Ｂ)熱硬化性樹脂からなる導電性ペーストであって、該ペースト中に占める銀粉の割合が８０重量％以上であり、レーザー回折粒度分布測定装置で測定した銀粉の粒度分布が、０.５〜２μｍの間に一つのピーク、２〜１０μｍの間に他のピークを有し、Ｅ型粘度測定装置を用いて、２５℃、回転数０.５rpmで測定した粘度が３５〜１３５Pa・ｓ、２５℃、回転数２.５rpmで測定した粘度が１０〜３０Pa・ｓであり、０.５rpmで測定した粘度を２.５rpmで測定した粘度で除した商が３.５〜４.５であり、加熱して得られる硬化物の２５℃における引張弾性率が０.１〜２.５GPaであることを特徴とする導電性ペースト、
（２）前記粒度分布が、
０.５μｍ未満： ８〜１２重量％
０.５〜１.０μｍ：２４〜２８重量％
１.０〜２.０μｍ：２０〜２４重量％
２.０〜４.０μｍ： ９〜１３重量％
４.０〜７.０μｍ：１０〜１４重量％
７.０〜１０μｍ ： ９〜１３重量％
１０〜１５μｍ ： ２〜６重量％
１５〜２０μｍ ： １〜４重量％
２０μｍ以上： ０〜２重量％
である第１項記載の導電性ペースト、
（３）熱硬化性樹脂が、２５℃において液状であるエポキシ樹脂並びに不飽和二重結合を有するアクリレート化合物及び／又はメタクリレート化合物から選ばれた１種以上の樹脂である第１項記載の導電性ペースト、
（４）硬化物を、純水により、１２０℃、２１３kPaで、５時間抽出したときに抽出される塩化物イオンの量が、硬化物１ｇあたり５０μｇ以下である第１項記載の導電性ペースト、
（５）熱硬化性樹脂の１７０℃におけるゲルタイムが、６０秒以下である第１項記載の導電性ペースト、及び、
（６）第１項〜第５項のいずれかに記載の導電性ペーストを用いて製作されてなることを特徴とする半導体装置、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の導電性ペーストは、(Ａ)銀粉及び(Ｂ)熱硬化性樹脂からなる導電性ペーストであって、該ペースト中に占める銀粉の割合が８０重量％以上であり、レーザー回折粒度分布測定装置で測定した銀粉の粒度分布が、０.５〜２μｍの間に一つのピーク、２〜１０μｍの間に他のピークを有し、Ｅ型粘度測定装置で２５℃、回転数０.５rpmで測定した粘度が３５〜１３５Pa・ｓ、２５℃、回転数２.５rpmで測定した粘度が１０〜３０Pa・ｓであり、０.５rpmで測定した粘度を２.５rpmで測定した粘度で除した商が３.５〜４.５であり、加熱して得られる硬化物の２５℃における引張弾性率が０.１〜２.５GPaである。
本発明の導電性ペーストにおいて、ペースト中に占める銀粉の割合が８０重量％未満であると、熱伝導性と電気伝導性が低下するおそれがある。
本発明に用いる銀粉は、レーザー回折粒度分布測定装置で測定した粒度分布が、０.５〜２μｍの間に一つのピークを有し、２〜１０μｍの間に他のピークを有する。銀粉の粒度分布において、０.５〜２μｍの間と、２〜１０μｍの間に、それぞれ一つずつのピークが存在することにより、銀粉の含有量が８０重量％以上の導電性ペーストであっても良好なディスペンス性を有し、内径の小さいノズルから内径の大きいノズルまでのディスペンサーを用いて、ノズル詰まりを生ずることなく、液ダレを発生することなく、安定して導電性ペーストを打点塗布することができる。本発明に用いる銀粉の粒度分布は、０.５〜２μｍの間のピークがシャープであり、２〜１０μｍの間のピークがブロードであることが好ましい。更に、０.５〜２μｍの間のピークが、２〜１０μｍの間のピークよりも高いことが好ましい。
【０００６】
本発明に用いる銀粉の粒度分布は、
０.５μｍ未満： ８〜１２重量％
０.５〜１.０μｍ：２４〜２８重量％
１.０〜２.０μｍ：２０〜２４重量％
２.０〜４.０μｍ： ９〜１３重量％
４.０〜７.０μｍ：１０〜１４重量％
７.０〜１０μｍ ： ９〜１３重量％
１０〜１５μｍ ： ２〜６重量％
１５〜２０μｍ ： １〜４重量％
２０μｍ以上： ０〜２重量％
であることが好ましい。上記の粒度分布を有する銀粉を用いることにより、導電性ペーストの銀粉含有量を８０重量％以上としても、導電性ペーストの粘度上昇を抑え、内径０.１mmの極細ノズルから内径１mmの極太ノズルまでに適用可能な、安定したディスペンス性を有する導電性ペーストを得ることができる。上記の粒度分布を有する銀粉を用いることにより良好なディスペンス性が得られる理由は明らかではないが、導電性ペースト中において、銀粉粒子が最密充填構造を形成するとともに、導電性ペーストの粘度上昇が抑えられるためであると推定される。
【０００７】
本発明の導電性ペーストにおいて、熱硬化性樹脂に特に制限はないが、２５℃において液状であるエポキシ樹脂並びに不飽和二重結合を有するアクリレート化合物及び／又はメタクリレート化合物から選ばれた１種以上の樹脂であることが好ましい。本発明に用いるエポキシ樹脂としては、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、クレゾールノボラック類とエピクロルヒドリンとの反応により得られるポリグリシジルエーテル、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などの脂肪族エポキシ、ジグリシジルヒダントインなど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−アジペイトなどの脂環式エポキシなどを挙げることができる。これらのエポキシ樹脂は、１種を単独で用いることができ、あるいは、２種以上を組み合わせて用いることもできる。また、２５℃で固形の樹脂であっても、液状の樹脂と混合することにより、２５℃において液状のエポキシ樹脂として使用することができる。
本発明に用いるエポキシ樹脂の硬化剤に特に制限はなく、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などのカルボン酸ジヒドラジド、ジシアンジアミド、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、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、テトラメチルビスフェノールＳ、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、カテコール、レゾルシノール、ハイドロキノン、ビフェノール、テトラメチルビフェノール、エチリデンビスフェノール、メチルエチリデンビス(メチルフェノール)、シクロへキシリデンビスフェノールや、フェノール、クレゾール、キシレノールなどの１価フェノール類とホルムアルデヒドとを稀薄水溶液中強酸性下で反応させることによって得られるフェノールノボラック樹脂、１価フェノール類とアクロレイン、グリオキザールなどの多官能アルデヒド類との酸性下の初期縮合物や、カテコール、レゾルシノール、ハイドロキノンなどの多価フェノール類とホルムアルデヒドとの酸性下の初期縮合物、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−ウンデシルイミダゾールなどのイミダゾール類や、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、そのイソシアヌル酸付加物などを挙げることができる。これらの硬化剤は、１種を単独で用いることができ、あるいは、２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【０００８】
本発明に用いる不飽和二重結合を有するアクリレート化合物又はメタクリレート化合物に特に制限はなく、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、脂肪族ジカルボン酸(メタ)アクリル酸エステル、芳香族ジカルボン酸(メタ)アクリル酸エステルなどを挙げることができる。
本発明に用いる不飽和二重結合を有するアクリレート化合物又はメタクリレート化合物のラジカル重合開始剤に特に制限はなく、例えば、メチルエチルケトンパーオキサイド、メチルシクロヘキサノンパーオキサイド、メチルアセトアセテートパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド、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、１,１−ビス(ｔ−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、１,１−ビス(ｔ−ヘキシルパーオキシ)−３,３,５−トリメチルシクロヘキサン、１,１−ビス(ｔ−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、２,２−ビス(４,４−ジ−ｔ−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、１,１−ビス(ｔ−ブチルパーオキシ)シクロドデカン、ｎ−ブチル−４,４−ビス(ｔ−ブチルパーオキシ)バレレート、２,２−ビス(ｔ−ブチルパーオキシ)ブタン、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−ブチルハイドロパーオキサイド、ｐ−メンタンハイドロパーオキサイド、１,１,３,３−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、ｔ−ヘキシルハイドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、２,５−ジメチル−２,５−ビス(ｔ−ブチルパーオキシ)ヘキサン、α、α`−ビス(ｔ−ブチルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２,５−ジメチル−２,５−ビス(ｔ−ブチルパーオキシ)ヘキシン−３、イソブチリルパーオキサイド、３,５,５−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、桂皮酸パーオキサイド、ｍ−トルオイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ビス(４−ｔ−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ−３−メトキシブチルパーオキシジカーボネート、ジ−２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート、ジ(３−メチル−３−メトキシブチル)パーオキシジカーボネート、α,α'−ビス(ネオデカノイルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、クミルパーオキシネオデカノエート、１,１,３,３−テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、１−シクロヘキシル−１−メチルエチルパーオキシネオデカノエート、ｔ−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート、ｔ−ヘキシルパーオキシピバレート、ｔ−ブチルパーオキシピバレート、２,５−ジメチル−２,５−ビス(２−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、１,１,３,３−テトラメチルブチルパーオキシ−２−エチルへキサノエート、１−シクロヘキシル−１−メチルエチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ヘキシルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシイソブチレート、ｔ−ブチルパーオキシマレイックアシッド、ｔ−ブチルパーオキシラウレート、ｔ−ブチルパーオキシ−３,５,５−トリメチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、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、２,５−ジメチル−２,５−ビス(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシアセテート、ｔ−ヘキシルパーオキシベンゾエート、ｔ−ブチルパーオキシ−ｍ−トルオイルベンゾエート、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ビス(ｔ−ブチルパーオキシ)イソフタレート、ｔ−ブチルパーオキシアリルモノカーボネート、３,３',４,４'−テトラ(ｔ−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノンなどを挙げることができる。これらのラジカル重合開始剤は、１種を単独で用いることができ、あるいは、２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【０００９】
本発明の導電ペーストは、Ｅ型粘度測定装置を用いて、２５℃、回転数０.５rpmで測定した粘度が３５〜１３５Pa・ｓ、より好ましくは５０〜１１０Pa・ｓであり、２５℃、回転数２.５rpmで測定した粘度が１０〜３０Pa・ｓ、より好ましくは１５〜２５Pa・ｓであり、２５℃、回転数０.５rpmで測定した粘度を２５℃、回転数２.５rpmで測定した粘度で除した商が３.５〜４.５、より好ましくは３.６〜４.２である。２５℃、回転数０.５rpmで測定した粘度が３５Pa・ｓ未満であっても、１３５Pa・ｓを超えても、導電性ペーストの塗布作業性が低下するおそれがある。２５℃、回転数２.５rpmで測定した粘度が１０Pa・ｓ未満であっても、３０Pa・ｓを超えても、導電性ペーストの塗布作業性が低下するおそれがある。回転数０.５rpmで測定した粘度を回転数２.５rpmで測定した粘度で除した商が３.５未満であっても、４.５を超えても、導電性ペーストの塗布作業性が低下するおそれがある。
本発明の導電性ペーストは、加熱して得られる硬化物の２５℃における引張弾性率が０.１〜２.５GPaであり、より好ましくは０.３〜２.０GPaである。硬化のための加熱条件に特に制限はなく、例えば、１７０℃において、３０分間保つことにより硬化することができる。２５℃における引張弾性率が０.１〜２.５GPaであると、高温高湿下や冷熱サイクルなどの負荷が掛かったときに、剥離を起こすことなく優れた特性を維持することができる。引張弾性率が０.１GPa未満であると、接着強度が低下し、高温高湿下や冷熱サイクルなどの負荷が掛かったときに接続部位の剥離を引き起こし、熱伝導性や電気伝導性が低下するおそれがある。引張弾性率が２.５GPaを超えると、冷熱サイクル時に発生する応力により、接続部位が徐々に剥離するおそれがある。
【００１０】
本発明の導電性ペーストは、その硬化物を、純水により、１２０℃、２１３kPaで、５時間抽出したときに抽出される塩化物イオンの量が、硬化物１ｇあたり５０μｇ以下であることが好ましく、２０μｇ以下であることがより好ましい。抽出される塩化物イオンの量が硬化物１ｇあたり５０μｇを超えると、半導体素子表面の金属腐食が発生し、半導体の信頼性が低下するおそれがある。
本発明に用いる熱硬化性樹脂は、１７０℃におけるゲルタイムが６０秒以下であることが好ましい。熱硬化性樹脂の１７０℃におけるゲルタイムが６０秒以下であると、導電性ペーストは速硬化性となり、ホットプレート硬化などのインライン硬化が可能となって生産性を向上することができる。
本発明の導電性ペーストには、必要に応じて、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、溶剤などの添加剤を配合することができる。本発明の導電性ペーストの製造方法に特に制限はなく、例えば、各成分を予備混合し、三本ロールなどを用いて混練してペーストを得たのち、真空下に脱抱することができる。
本発明の導電性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。例えば、市販のダイボンダーを用いて、リードフレームの所定の部位に導電性ペーストをディスペンス塗布した後、チップをマウントし、ホットプレート上で加熱硬化する。その後、ワイヤーボンディングして、エポキシ樹脂を用いてトランスファー成形することによって半導体装置を製作する。
【００１１】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
なお、実施例及び比較例において、測定及び評価は下記の方法により行った。
（１）銀粉の粒度分布
レーザー回折粒度分布測定装置を用いて測定する。
（２）粘度
Ｅ型粘度計（３°コーン）を用い、２５℃において、回転数０.５rpmと回転数２.５rpmで測定する。回転数０.５rpmで測定した粘度を回転数２.５rpmで測定した粘度で除した商を、チキソ指数とする。
（３）ゲルタイム
ＪＩＳ Ｋ ６９０１ ４.８に準じて、１７０℃におけるゲルタイムを測定する。
（４）接着強度
２×２mmのシリコンチップを、導電性ペーストを用いて銅フレームにマウントし、１７０℃のオーブン中で３０分間硬化する。硬化後、マウント強度測定装置を用い、２５℃及び２５０℃において、ダイシェア強度を測定する。
（５）引張弾性率
テフロンシート上に導電性ペーストを幅１０mm、長さ１５０mm、厚さ１００μｍに塗布し、１７０℃のオーブン中で３０分間硬化したのち、２５℃において、引張試験機を用いて、試験長１００mm、引張速度１mm／分で測定し得られる応力−ひずみ曲線の初期勾配より、引張弾性率を算出する。
（６）塩化物イオン抽出量
テフロンシート上に導電性ペーストを塗布し、１７０℃のオーブン中で３０分間硬化したのち、硬化樹脂を振動ミルを用いて微粉砕する。微粉砕された硬化樹脂サンプル約２ｇを精秤し、２０mLの純水を加えて１２０℃、２１３kPaの条件で５時間抽出した液をろ過し、イオンクロマトグラフィーにより塩化物イオン量を測定し、硬化物１ｇあたりに換算する。
（７）熱伝導率
導電性ペーストを硬化して、厚さ１mm程度のサンプルを作製する。理学電機(株)製ＬＦ／ＴＣＭ ＦＡ８５１０Ｂにて熱拡散率をレーザーフラッシュ法で求め、比熱、密度の値から熱伝導率を算出する。
（８）体積抵抗率
厚さ約４０μｍ、幅４mmの導電性ペースト硬化物を作製し、４０mm間隔で抵抗値をテスターで測定後、サンプルの断面積から体積抵抗率を算出する。
（９）耐湿信頼性
シリコンチップ表面にアルミニウム配線を施した模擬素子を、１６ｐｉｎＤＩＰ（デュアルインラインパッケージ）のリードフレームに、導電性ペーストを用いてマウントし、１７０℃のオーブン中で３０分間硬化する。更に、金線ボンディングし、エポキシモールディングコンパウンド［住友ベークライト(株)製、ＥＭＥ―６６００ＣＳ］を用いて、１７５℃、２分の条件でトランスファー成形し、１７５℃で４hr後硬化したパッケージを、１２５℃、２５３kPaの条件で、５００hrプレッシャークッカー処理したのち、オープン不良率を調べる。
（１０）抵抗変化率
シリコンチップ表面にアルミニウム配線を施した模擬素子を、１６ｐｉｎＤＩＰ（デュアルインラインパッケージ）のリードフレームに、導電性ペーストを用いてマウントし、ボンディングパッド間に導電性ペーストで回路を形成して１７０℃のオーブン中で３０分間硬化する。更に、耐湿信頼性試験と同様に成形、後硬化してペーストの抵抗初期値を測定し、―６５℃／３０分と１５０℃／３０分の冷熱サイクルを３００回繰り返したのちの抵抗変化率を求める。
（１１）ディスペンス性
加圧式自動ディスペンサーで内径０.１mmのノズルを用いて１,０００打点塗布を実施し、ノズル詰まりなしで塗布できた打点数を調べる。
実施例及び比較例で用いた銀粉の粒度分布とピーク位置を、第１表に示す。
【００１２】
【表１】
実施例１
ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂［粘度５,０００mPa・ｓ、エポキシ当量１７０］１８.２重量部、ｔ−ブチルフェニルグリシジルエーテル［粘度４００mPa・ｓ］９.８重量部、ビスフェノールＦ１.０重量部、ジシアンジアミド０.３重量部及び２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール０.７重量部を混合し、銀粉ａ１を１３０重量部添加し、三本ロールを用いて混練したのち、真空チャンバーにて２６７Paで３０分間脱泡し、導電性ペーストを得た。
得られた導電性ペーストの回転数０.５rpmで測定した粘度は５４Pa・ｓ、回転数２.５rpmで測定した粘度は１５Pa・ｓであり、チキソ指数は３.６であった。１７０℃におけるゲルタイムは、５０秒であった。チップの接着強度は、２５℃において３９Ｎ以上であり、２５０℃において１４.７Ｎであった。引張弾性率は、１.７GPaであった。塩化物イオン抽出量は、硬化物１ｇあたり８μｇであった。熱伝導率は、３.６Ｗ／ｍ・℃であった。体積抵抗率は、１.１×１０-4Ω・cmであった。耐湿信頼性試験において、不良は発生しなかった。抵抗変化率は、２.１％であった。ディスペンス性試験において、ノズル詰まりは発生しなかった。実施例２〜８
第２表に示す配合により、実施例１と同様にして、７種の導電性ペーストを調製し、評価を行った。
比較例１
銀粉ａ１の代わりに、銀粉ａ５を用いた以外は、実施例１と同様にして、導電性ペーストを調製し、評価を行った。
得られた導電性ペーストの回転数０.５rpmで測定した粘度は１１８Pa・ｓ、回転数２.５rpmで測定した粘度は３２Pa・ｓであり、チキソ指数は３.７であった。１７０℃におけるゲルタイムは、５５秒であった。チップの接着強度は、２５℃において３９Ｎ以上であり、２５０℃において１５.７Ｎであった。引張弾性率は、２.１GPaであった。塩化物イオン抽出量は、硬化物１ｇあたり１２μｇであった。熱伝導率は、３.２Ｗ／ｍ・℃であった。体積抵抗率は、２.４×１０-4Ω・cmであった。耐湿信頼性試験において、不良は発生しなかった。抵抗変化率は、１.３％であった。ディスペンス性試験において、１,０００打点中７００打点でノズル詰まりなしの塗布ができた。
比較例２〜７
第４表に示す配合により、実施例１と同様にして、６種の導電性ペーストを調製し、評価を行った。
実施例１〜８の配合組成を第２表に、評価結果を第３表に、比較例１〜７の配合組成を第４表に、評価結果を第５表に示す。
【００１４】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
［注］
ＢＰＦ型エポキシ樹脂：ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、粘度５,０００mPa・ｓ、エポキシ当量１７０。
ＢＰＡ型エポキシ樹脂：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、粘度６,８００mPa・ｓ、エポキシ当量１９０。
ｔ−ＢｕＰｈＧＥ：ｔ−ブチルフェニルグリシジルエーテル、粘度４,００mPa・ｓ、反応性希釈剤。
ビスフェノールＦ：フェノール硬化剤。
ジシアンジアミド：潜在性硬化剤。
２Ｐ４ＭＨＺ：２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、イミダゾール化合物。
ＢＡＣ−４５：アクリレート末端液状ポリブタジエン、大阪有機化学工業(株)製。
Ｅ−１８００：エポキシ変性液状ポリブタジエン、日石三菱(株)製。
アクリル酸ラウリル：アクリル酸ラウリルエステル。
パーヘキサ３Ｍ：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。
【００１９】
実施例１〜８では、半田に匹敵する熱伝導性と電気伝導性とを備え、高温高湿下や冷熱サイクル後も特性変化の少ない塗布作業性に優れた導電性ペーストが得られるが、比較例１では、２.５rpmの粘度が高くなり、ディスペンス性が低下した。比較例２では、銀粉ａ４の粒度分布のピークが一つしかなく、塩素イオン濃度も高くなり、耐湿信頼性が低下した。比較例３では、弾性率が高くなり抵抗変化率が増加したばかりでなく、粘度が高くなったためにノズル詰まりが発生しディスペンス性が低下した。比較例４では、銀粉ａ４の粒度分布のピークが一つしかなく、ディスペンス性が低下した。比較例５では、ペースト中の銀粉含有量が少なく粘度が低下し、ディスペンス時にペーストがノズルから滴り落ちてしまった。比較例６では、ペースト硬化物の弾性率が高くなり抵抗値が大幅に高くなってしまった。さらに、粘度も高くなり、ディスペンス性も大幅に低下した。比較例７では、粒度分布のピークが一つしかない銀粉ａ５を用いたために、ノズル詰まりが発生し、ディスペンス性が低下した。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の導電性ペーストは、半田に匹敵する熱伝導性と電気伝導性とを備え、高温高湿下や冷熱サイクル後も特性変化が少なく、塗布作業性に優れ、更に塗布時に小口径のノズルから大口径のノズルまでに適用することができる。また、本発明の導電性ペーストを用いて製作された半導体装置は、高い信頼性を有し、かつ安価に製造することができる。
Claims (6)
- （Ａ）銀粉及び（Ｂ）熱硬化性樹脂からなる導電性ペーストであって、該ペースト中に占める銀粉の割合が８０重量％以上であり、レーザー回折粒度分布測定装置で測定した銀粉の粒度分布が、０.５〜２μｍの間に一つのピーク、２〜１０μｍの間に他のピークを有し、Ｅ型粘度測定装置を用いて、２５℃、回転数０.５rpmで測定した粘度が３５〜１３５Pa・ｓ、２５℃、回転数２.５rpmで測定した粘度が１０〜３０Pa・ｓであり、０.５rpmで測定した粘度を２.５rpmで測定した粘度で除した商が３.５〜４.５であり、加熱して得られる硬化物の２５℃における引張弾性率が０.１〜２.５GPaであることを特徴とする導電性ペースト。
- 前記粒度分布が、
０.５μｍ未満： ８〜１２重量％
０.５〜１.０μｍ：２４〜２８重量％
１.０〜２.０μｍ：２０〜２４重量％
２.０〜４.０μｍ： ９〜１３重量％
４.０〜７.０μｍ：１０〜１４重量％
７.０〜１０μｍ ： ９〜１３重量％
１０〜１５μｍ ： ２〜６重量％
１５〜２０μｍ ： １〜４重量％
２０μｍ以上： ０〜２重量％
である請求項１記載の導電性ペースト。 - 熱硬化性樹脂が、２５℃において液状であるエポキシ樹脂並びに不飽和二重結合を有するアクリレート化合物及び／又はメタクリレート化合物から選ばれた１種以上の樹脂である請求項１記載の導電性ペースト。
- 硬化物を、純水により、１２０℃、２１３kPaで、５時間抽出したときに抽出される塩化物イオンの量が、硬化物１ｇあたり５０μｇ以下である請求項１記載の導電性ペースト。
- 熱硬化性樹脂の１７０℃におけるゲルタイムが、６０秒以下である請求項１記載の導電性ペースト。
- 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の導電性ペーストを用いて製作されてなることを特徴とする半導体装置。
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