JP3986894B2 - 半導体用樹脂ペースト及び半導体装置 - Google Patents

Description

【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及び有機基板等に接着する樹脂ペーストに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＣ等の半導体素子をリードフレームに接着する方法として半導体用樹脂ペーストが一般的に使用されている。近年の電子機器の小型軽量化、高機能化の動向に対応して、半導体装置の小型化、薄型化、狭ピッチ化が益々加速する方向であり、これに伴い半導体用樹脂ペーストには、半導体装置の吸湿後の耐半田クラック性の向上が強く求められるようになってきた。耐半田クラック性の向上には半導体素子とリードフレームが密着していることと半田処理時の応力を緩和させることが重要である。その中でも特に吸湿処理後の密着性向上が重要であったが、従来の半導体用樹脂ペーストでは、吸湿処理後のリードフレームや半導体素子と半導体用樹脂ペーストとの密着性が低下してしまい、半導体装置の信頼性が期待した程には向上しないといった問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、吸湿処理による密着性の低下がなく、吸湿処理後の耐半田クラック性試験において半導体用樹脂ペースト層の剥離が起こらない信頼性に優れた半導体用樹脂ペースト、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）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）分子内に式（１）で示される構造を有する化合物及び（Ｄ）フィラーを必須成分とし、（Ｃ）分子内に式（１）で示される構造を有する化合物が式（２）、（３）又は式（４）で示される化合物であり、エポキシ樹脂１００重量部当たり０．１〜５０重量部である半導体用樹脂ペーストである。
【０００５】
【化５】

【０００６】
（Ｃ）分子内に式（１）で示される構造を有する化合物が、式（２）、（３）又は式（４）で示される化合物である半導体用樹脂ペーストである。
【化６】

【化７】

【化８】

また、上記に記載の半導体用樹脂ペーストを用いて製作されてなる半導体装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられる（Ａ）エポキシ樹脂は、エポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を指す。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って得られるポリグリシジルエーテル、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂、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等の脂肪族エポキシ樹脂、ジグリシジルヒダントイン等の複素環式エポキシ樹脂、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ーアジペイト等の脂環式エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン、２，２−ビス（４−ヒドロキシシクロヘキシル）プロパンジグリシジルエーテル等の水添型エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは１種類あるいは複数種を併用して使うことが可能である。
エポキシ樹脂は分子量によって各種のものがあるが、分子量が小さく常温で液状のものが、配合するときの作業性及び配合後の粘度の点から好ましい。
【０００８】
エポキシ樹脂が固形や半固形である場合や、液状でも粘度が高い場合は、エポキシ基を有する反応性希釈剤を併用することが好ましい。反応性希釈剤としては、例えば、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、スチレンオサイド、エチルヘキシルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、クレジ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等が挙げられ、これらは１種類あるいは複数種を併用して使うことが可能である。
【０００９】
本発明で用いられる（Ｂ）硬化剤としては、例えばジカルボン酸ジヒドラジド化合物、イミダゾール化合物、脂肪族アミン、芳香族アミン、ジシアンジアミド、フェノール樹脂等が挙げられ、これらは１種類あるいは複数種を併用して使うことが可能である。この中でもジカルボン酸ジヒドラジド化合物、イミダゾール化合物、脂肪族アミン、芳香族アミン、ジシアンジアミドは分子内に１級及び２級アミンを有するため、硬化時に式（１）の構造を開環させ、接着強度が向上するため好ましい。
【００１０】
ジカルボン酸ジヒドラジド化合物としては、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等のカルボン酸ジヒドラジド等が挙げられ、これらは１種類あるいは複数種を併用して使うことが可能である。
【００１１】
イミダゾール化合物としては、例えば、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−Ｃ₁₁Ｈ₂₃−イミダゾール等の一般的なイミダゾール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、又そのイソシアネート付加物等が挙げられ、これらは１種類あるいは複数種を併用して使うことが可能である。
【００１２】
フェノール樹脂としては、エポキシ基と反応して架橋にあずかる活性水素基を１分子当り２個以上有することが望ましい。このようなフェノール樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、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、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、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、又フェノール、クレゾール、キシレノール等の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、グリオキザール等の多官能アルデヒド類との酸性下の初期縮合物や、レゾルシン、カテコール、ハイドロキノン等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等が挙げられ、これらは１種類あるいは複数種を併用して使うことが可能である。
（Ｂ）硬化剤の配合量としては特に制限されないが、エポキシ樹脂１００重量部当たり０．１〜２００重量部が好ましい。０．１重量部未満であると接着強度が低下する可能性があり、２００重量部を超えると粘度が高くなり、作業性が低下するする可能性があり好ましくない。
【００１３】
本発明で用いられる（Ｃ）分子内に式（１）で示される構造を有する化合物の具体的な例を式（２）（３）及び（４）に示すが、これらに限定されるものではなく、これらは１種類あるいは複数種を併用して使うことが可能である。その中でも式（２）（３）及び（４）で示される化合物から選択される１種類以上が特に好ましい。
【００１４】
分子内に式（１）で示される構造（ジチオカーボナート基）を有することにより、硬化時に開環し、被着体との水素結合等の相互作用が強くなるために接着強度が向上することと、開環することによりチオールが生成し、チオールとエポキシ基が反応するために硬化率が向上する。
式（１）で示される構造とアミンとの反応例を式（５）に示した。
【化９】

（Ｃ）分子内に式（１）で示される構造を有する化合物の配合量としては、エポキシ樹脂１００重量部当たり０．１〜５０重量部が好ましく、より好ましくは０．３〜２０重量部である。下限値未満だと分子内に式（１）で示される構造を有する化合物を配合することによる吸湿後の接着強度が低下することを防止する効果が無く、上限値を超えると、吸湿処理後の接着強度低下は少ないが、粘度が高くなるので好ましくない。
【００１５】
本発明で用いられる（Ｄ）フィラーとしては、例えば、無機フィラー、有機フィラー等が挙げられる。
無機フィラーとしては、例えば、金粉、銀粉、銅粉、アルミニウム粉等の金属粉や、溶融シリカ、結晶シリカ、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミ、タルク等が挙げられる。これらの内、金属粉は主に導電性や熱伝導性を付与するために用いられる。
有機フィラーとしては、例えば、シリコーン樹脂、ポリテトラフロロエチレン等のフッ素樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ベンゾグアナミンやメラミンとホルムアルデヒドとの架橋物等が挙げられる。
これらのフィラーは、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が１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
フィラーの形状としては、例えば、フレーク状、鱗片状、樹脂状、球状等のものが用いられる。
必要とする半導体用樹脂ペーストの粘度によって、使用するフィラーの粒径は異なるが、通常、平均粒径は０．３〜２０μｍ、最大粒径は５０μｍ程度のものが好ましい。平均粒径が０．３μｍ未満だと粘度が高くなり、２０μｍを越えると塗布又は硬化時に樹脂成分が流出するのでブリードが発生する可能性がある。最大粒径が５０μｍを越えるとディスペンサーで半導体用樹脂ペーストを塗布するときに、ニードルの出口を塞ぎ長時間の連続使用ができない。又、比較的粗いフィラーと細かいフィラーとを混合して用いることもでき、種類、形状についても各種のものを適宜混合してもよい。
又、必要とされる特性を付与するためには、前記以外のフィラーを用いてもよい。例えば、粒径が１〜１００ｎｍ程度のナノスケールフィラーや、シリカとアクリルとの複合材、有機フィラー表面に金属コーティングを施したもの等の様な有機化合物と無機化合物との複合フィラー等が挙げられる。
尚、本発明のフィラーは、予め表面をアルコキシシラン、アシロキシシラン、シラザン、オルガノアミノシラン等のシランカップリング剤等で処理したものを用いてもよい。
（Ｄ）フィラーの配合量としては特に制限されないが、樹脂ペースト１００重量部当たり１．０〜９５重量部が好ましい。１．０重量部未満であると粘度が低すぎてペーストのタレが発生したり、フィラーによる補強強化が得られない為接着強度や耐半田性が低下する可能性があり、９５重量部を超えると粘度が高くなり作業性が低下したり、ペースト硬化物が脆くなる為、耐半田性が低下する可能性があり好ましくない。
【００１７】
本発明の半導体用樹脂ペーストは（Ａ）〜（Ｄ）成分を必須成分とするが、それら以外にも必要に応じて硬化促進剤、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、イオン捕捉剤、溶剤等の添加剤を適宜配合することができる。
本発明の半導体用樹脂ペーストは、（Ａ）〜（Ｄ）成分、及びその他の添加剤等を予備混合し、ロール等を用いて混練した後、真空下脱泡する等の製造方法で得られる。
本発明の半導体用樹脂ペーストを用いて、半導体装置を製造するには、公知の方法を用いることができる。
【００１８】
【実施例】
本発明を実施例で具体的に説明する。各成分の配合割合は重量部とする。
＜実施例１〜１５＞
表１の配合に従って各成分をロールで混練し、真空チャンバーを用いて脱泡して半導体用樹脂ペーストを得た。得られた半導体用樹脂ペーストを以下の方法で評価した。結果を表１に示す。
【００１９】
＜用いる原料成分＞
エポキシ樹脂：
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（粘度４０００ｍＰａ・ｓ／２５℃、エポキシ当量１７０）（以下、ＢＰＡＥＰという）
２，２−ビス（４−ヒドロキシシクロヘキシル）プロパンジグリシジルエーテル（粘度１７００ｍＰａ・ｓ／２５℃、エポキシ当量１９０）（以下ＨＢＰＡＤＧＥという）
硬化剤：
ジシアンジアミド
２−フェニル−４−メチル−イミダゾール（以下、２Ｐ４ＭＺという）
式（１）の構造を分子内に有する化合物：
式（２）で示される化合物
【化１０】

【００２０】
式（３）で示され、ｍが平均値で４、ｎが平均値で１２の化合物
【化１１】

式（４）で示され、ｍが平均値で３、ｎが平均値で１０の化合物
【化１２】

【００２１】
無機フィラー：
銀粉 ：粒径０．１〜５０μｍ、平均粒径３μｍ、フレーク状。
シリカ：平均粒径３μｍ、最大粒径２０μｍ、球状。
【００２２】
＜評価方法＞
・粘度：Ｅ型粘度計（３°コーン）を用いて、２５℃、２．５ｒｐｍでの値を測定した。
・接着強度：５ｍｍ×５ｍｍのシリコンチップを、半導体用樹脂ペーストを用いて銅フレームにマウントし、オーブンを用いて２００℃、６０分間で硬化した。硬化後２６０℃での熱時ダイシェア強度を測定した。
・吸湿処理後接着強度：接着強度と同様にしてサンプルを作成し、サンプルを８５℃、相対湿度８５％の環境下で７２時間放置し吸湿処理を行った。吸湿処理後２６０℃での熱時ダイシェア強度を測定した。
・耐半田性（剥離率）：シリコンチップ（サイズ９．０ｍｍ×９．０ｍｍ）を半導体用樹脂ペーストを用いてリードフレーム（銅製）にマウントし、オーブンを用いて窒素雰囲気下、２００℃、６０分間で硬化した。このリードフレームをエポキシ樹脂封止材を用いて、８０ピンＱＦＰ（パッケージサイズは１４×２０ｍｍ、厚み２．０ｍｍ）を金型温度１７５℃、射出圧力７．５ＭＰａ、硬化時間６０秒間でトランスファー成形し、１７５℃、８時間で後硬化させた。得られたパッケージを８５℃、相対湿度８５％の環境下で１６８時間放置し、その後２６０℃の半田槽に１０秒間浸漬した。透過型の超音波探傷装置を用いてパッケージ内部の剥離面積の合計値を測定し、又、反射型の超音波探傷装置を用いてチップとエポキシ樹脂封止材との剥離面積及びリードフレームとエポキシ樹脂封止材との剥離面積の合計値を測定した。（ダイアタッチ層の剥離面積）＝［（透過での剥離面積の合計値）−（反射での剥離面積の合計値）］を求め、半導体用樹脂ペーストの剥離率を、（剥離率）＝［（ダイアタッチ層の剥離面積）／（チップ面積）×１００］として、５個のパッケージの平均値を求め、％で表示した。
【００２３】
＜比較例１〜１４＞
表２の配合に従い実施例と同様にして半導体用樹脂ペーストを得、実施例と同様にして評価した。結果を表２に示す。
【表１】

【００２４】
【表２】

【発明の効果】
本発明に従うと、熱時接着強度の低下がなく、吸湿処理後の耐半田クラック性試験において半導体用樹脂ペースト層の剥離が起こらない信頼性に優れた半導体用樹脂ペースト、及びこれを用いた半導体装置が得られる。

Claims (3)

1. （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）分子内に式（１）で示される構造を有する化合物、及び（Ｄ）フィラーを必須成分とし、（Ｃ）分子内に式（１）で示される構造を有する化合物が式（２）、（３）又は式（４）で示される化合物であり、エポキシ樹脂１００重量部当たり０．１〜５０重量部であることを特徴とする半導体用樹脂ペースト。
   

   

   

   

   
2. （Ｂ）硬化剤としてジカルボン酸ジヒドラジド化合物、イミダゾール化合物、脂肪族アミン、芳香族アミン、ジシアンジアミドのうち、少なくとも1つを含む
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体用樹脂ペースト
3. 請求項１又は２に記載の半導体用樹脂ペーストを用いて製作されてなる半導体装置。