JP4100737B2

JP4100737B2 - 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

Info

Publication number: JP4100737B2
Application number: JP13807797A
Authority: JP
Inventors: 竜一村山; 慎吾伊藤
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2017-05-28
Also published as: JPH10330714A

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等の基板に接着させる半導体素子接着用樹脂ペースト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使用している。この導電性樹脂ペーストを用いた方法においても近年新しい流れが出てきている。すなわち、インライン硬化方式、ベア銅フレーム、ソルダーレジストを表面にコートした有機基板である。
【０００３】
インライン硬化方式は従来オーブンによるバッチ方式の生産における硬化時間が６０〜１２０分であったものを２０〜１２０秒で行うものである。その為、ペースト部の温度変化が激しく、揮発分が急激に揮発するため、ペースト自体が金属フレーム上ではじけて、ボイドが多発する現象が確認されている。
また従来ペーストを塗布するいわゆるダイパッド部は銀メッキが施されていたが、コスト削減などによりダイパッド部のメッキを無くしたベア銅フレームや新規に開発されたＢＧＡ、ＣＳＰに用いられるソルダーレジストを表面にコートした有機基板においてはオーブン硬化であっても、ペーストがはじけボイドが多発する現象が確認されている。
【０００４】
これらの現象はいずれも硬化する際にペーストの温度が上昇し、樹脂の粘度が低下する。そのため金属フレーム、有機基板の表面上で樹脂がはじけ、そのはじけた後がボイドとなり硬化後ペースト厚が均一ない状態になる。この様にペースト厚が均一にならない事によって、ＩＣ，ＬＳＩのパッケージの組立作業性の低下、不良率の上昇、パッケージの信頼性の低下が発生する。しかしこのペーストのはじけ対策については高い温度の時の樹脂の粘度を高くすることが考えられるが、室温での塗布作業性が低下するため実質困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は硬化時に樹脂のはじけによるボイドが発生しない導電性樹脂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】
本発明は、半導体素子を金属フレーム、有機基板に接着させる半導体素子接着用導電性樹脂ペーストであって、（Ａ）ステアリン酸エステルを全銀粉中０．１〜３重量％含み、比表面積が０．８ｍｍ²／ｇ以上かつ最大粒径３０μｍ以下の銀粉、（Ｂ）室温で液状のエポキシ樹脂を必須成分として、全銀含有率が６０〜８５重量％であり、全銀成分中、成分（Ａ）の銀粉が１０〜１００重量％で、導電性樹脂ペーストの粘度が１５０〜２２０であることを特徴とする導電性樹脂ペースト及び該導電性樹脂ペーストを用いて製造された半導体装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の様な導電性樹脂ペーストは導電性を付与するために銀粉を用いる。銀粉の製法は球状、塊状銀粉の場合基本的に還元法、電解法、アトマイズド法、粉砕法等で得られる。またフレーク状の銀粉はこれらで得られた球状、塊状銀粉をジェットミル、ロールミル、ボールミルなどで機械的に粉砕して得られる。通常導電性樹脂ペーストに用いる銀粉はこれらの方法で得られた球状銀粉やフレーク状銀粉を単独もしくは混合して使用しているが主としてフレーク状銀粉を使用しているのがふつうである。
【０００８】
しかしＩＣ，ＬＳＩに使用する導電性樹脂ペーストはディスペンス方式で塗布されるのが主流である。使用する銀粉の最大粒径は塗布時にニードル詰まりをおこすため３０μm以下が望ましい。そこでこの様な粒径の銀粉を得るためには上述した銀粉の製法の内還元粉を用いるのが主流である。還元法とは硝酸銀水溶液にアセトアルデヒドなどの還元剤を添加することで溶液中の銀イオンが還元され、粒子系が１０μm以下の銀粉を得る方法である。また導電性樹脂ペーストに主として用いるフレーク状銀粉を得るためにはここで有られた銀粉（以下原粉）を主にボールミルでフレーク化する。その際に銀粉同士が機械的な力により凝集してしまい粒径の細かいものが得られないため、凝集防止剤として脂肪酸類を使用する。この脂肪酸の種類により、ボールミルのボールと銀粉の滑り具合が異なり、同じ原粉でも異なったフレーク銀粉が得ることができる。即ち滑りにくいとボールによる力が大きく、より薄いフレーク状銀粉になり、滑りやすいと厚いフレーク状銀粉になる。凝集防止剤には脂肪酸類を用いるが、これには通常ステアリン酸、オレイン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸などの脂肪酸、またそれらのナトリウム塩、アンモニウム塩、カリウム塩等の脂肪族塩がある。
【０００９】
これらの脂肪族類を表面に凝集防止剤として用いた銀粉のみで作製した導電性樹脂ペーストは揮発成分が多い樹脂や金属フレームや有機基板の表面との塗れ性が悪い樹脂を用いた場合、硬化時に樹脂の粘度が低下した時樹脂と銀粉表面の塗れ性が良いため、銀粉が樹脂のはじけとともに移動し導電性樹脂ペーストに穴状のボイドの発生する。しかし本発明にある様なステアリン酸エステルを凝集防止剤に添加すると樹脂と銀粉において銀粉表面と樹脂の塗れ性が低下するため樹脂がはじける状況になっても銀粉ごとはじける状況にないため結果としてボイドの発生が抑えられる。
【００１０】
本発明に用いるステアリン酸エステルを含む銀粉中のステアリン酸エステルは０．１〜３重量％が望ましい。０．１重量％より少ないとボイド防止の硬化がなく、また３重量％より多いとステタアリン酸エステルは液状の物質であるため銀粉自体が湿り、逆に銀粉の凝集が起きてしまう。またステアリン酸エステルはそれ単独もしくは脂肪酸、脂肪酸塩等通常使用されている他の凝集防止剤との併用でもかまわない。また使用するステアリン酸エステルはメチル、エチル、プロピルエステルなどがある。
【００１１】
本発明でステアリン酸エステルを０．１〜３重量％含んだ銀粉の比表面積を０．８ｍ²／ｇ以上としたのはそれ以下ではステアリン酸エステルを含んでいても樹脂のはじけによるボイドの防止に効果がないためである。
本発明で全銀含有率を６０〜８５重量％としたのは６０重量％より少ないと充分な導電性を得ることはできない。また８５重量％を越えると導電性は優れるものの塗布作業性を著しく低下させるものである。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
【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）１４ｇ、希釈剤としてクレジルグリシジルエーテル（以下ＣＧＥ）７ｇ、硬化剤としてフェノールノボラック（水酸基当量１１０）４ｇ、ステアリン酸エチルエステルを１．０重量％含んだ比表面積０．９ｍ²／ｇの銀粉７５ｇを配合し、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２ｍｍＨｇ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。
【００１６】
【表１】

【００１７】
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４ｍｍ、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。
糸引き性：自動ディスペンサーで塗布した時のペーストの糸引き具合を目視で観察した。
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。
ボイド：銀メッキの無い銅フレームにペーストを塗布し、８×８ｍｍのシリコンチップをマウント後、硬化し軟Ｘ線で観察した。
総合評価：粘度、体積抵抗率、糸引き性、接着強度及びボイドの全てを良好なものを○、１つでも不満足なものを×とした。
【００１８】
実施例２〜１１
エポキシ樹脂、ＣＧＥ、フェノールノボラック、２−フェニル−４−メチルイミダゾール（２Ｐ４ＭＺ）、ステアリン酸エチルエステル、ステアリン酸メチルエステル、又はステアリン酸エステルとステアリン酸の混合物を含んだ銀粉及びステアリン酸を１．０重量％含んだ銀粉を表１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に示す。
【００１９】
なお、表中の銀粉の略号は次の内容を示す。
銀粉Ａ：ステアリン酸エチルエステル0.2ｗｔ％、比表面積0.9m²/ｇ
銀粉Ｂ：ステアリン酸エチルエステル1.0ｗｔ％、比表面積0.9m²/ｇ
銀粉Ｃ：ステアリン酸エチルエステル2.8ｗｔ％、比表面積0.9m²/ｇ
銀粉Ｄ：ステアリン酸エチルエステル1.0ｗｔ％、ステアリン酸1.0ｗｔ％、比表面積0.9m²/g
銀粉Ｅ：ステアリン酸メチルエステル1.0ｗｔ％、比表面積0.9m²/ｇ
銀粉Ｆ：ステアリン酸エチルエステル1.0%、比表面積1.2m²/ｇ
銀粉Ｇ：ステアリン酸1.0%,比表面積1.0m²/g
銀粉Ｈ：ステアリン酸エチルエステル4.0ｗｔ％、比表面積0.9m²/ｇ
銀粉Ｉ：ステアリン酸エチルエステル1.0ｗｔ％、比表面積0.5m²/ｇ
銀粉Ｊ：ステアリン酸エチルエステル1.0ｗｔ％、比表面積0.9m²/ｇ、最大粒径 40μm
銀粉Ｋ：ステアリン酸カリウム1.0%,比表面積0.9m²/g
銀粉Ｇ：ステアリン酸1.0%,比表面積1.0m²/g
銀粉Ｊ以外の最大粒径は23μmである。
【００２０】
比較例１〜８
表２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。
【００２１】
【表２】

【００２２】
比較例１、２凝集防止剤にステアリン酸カリウム塩、ステアリン酸を使用した銀粉を使用したが、ペーストが硬化時にはじけてボイドが発生した。
比較例３全銀含有率が請求範囲を下回る場合、充分な導電性を得ることは出来ず、ボイドも発生した。
比較例４全銀含有率が請求範囲を上回る場合、充分な導電性を得ることはできるが、粘度が高く塗布作業時に糸引きが発生した。
比較例５ステアリン酸エステルが請求範囲を上回る場合、ペーストの硬化物中に液状であるステアリン酸エステルが多すぎるため接着性を著しく低下する。
比較例６ステアリン酸エステルを使用しても比表面積が請求範囲を下回るとボイド防止の効果が無い。
比較例７銀粉の最大粒径が４０μmを越えると糸引きが発生する。
比較例８ステアリン酸エステルを凝集防止剤として使用してもその配合量が請求範囲を下回るとボイド防止の効果が無い。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の導電性樹脂ペーストはペースト硬化時に金属フレーム表面、また有機基板表面でのはじけがなく、また導電性が良好で、塗布作業時に糸引きが少なく、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。

Claims

半導体素子を金属フレーム、有機基板に接着させる半導体素子接着用導電性樹脂ペーストであって、（Ａ）ステアリン酸エステルを全銀粉中０．１〜３重量％含み、比表面積が０．８ｍｍ²／ｇ以上かつ最大粒径３０μｍ以下の銀粉、（Ｂ）室温で液状のエポキシ樹脂を必須成分として、全銀含有率が６０〜８５重量％であり、全銀成分中、成分（Ａ）の銀粉が１０〜１００重量％で、導電性樹脂ペーストの粘度が１５０〜２２０であることを特徴とする導電性樹脂ペースト。
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。