JP4341193B2 - ダイアタッチペースト及び半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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】
本発明は、（Ａ）数平均分子量５００〜５０００のポリブタジエン樹脂で末端に水酸基をもつ化合物とジイソシアネートとの反応物に水酸基を持つ（メタ）アクリル酸エステルを反応させた化合物、（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）急速加熱試験における分解開始温度（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）が４０〜１４０℃となるラジカル重合触媒、及び（Ｄ）充填材を必須成分とし、弾性率が２２０ｋｇｆ／ｍｍ ２ 以上２６０ｋｇｆ／ｍｍ ２ 以下であることを特徴とす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数平均分子量５００〜５０００のポリブタジエン樹脂で末端に水酸基をもつ化合物とジイソシアネートとの反応物に水酸基を持つ（メタ）アクリル酸エステルを反応させた化合物（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。ジイソシアネートとしては、例えば、トリレンジイソシアネート、イソフォロンジイソシアネートがあり、水酸基を持つ（メタ）アクリル酸エステルとしては、例えば、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート等がある。
【０００７】
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。数平均分子量が５００未満だと硬化物中に十分な架橋点間距離を導入することが難しく充分な接着性が得られない。一方数平均分子量が５０００を越えると粘度が高く充分な接着性を得るために必要な量を配合することができないので好ましくない。本発明で言う数平均分子量の測定法は、ゲルパーミッションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算値である。
【０００８】
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ので、ダイアタッチペーストの粘度を調整し作業性を改善し、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。
【０００９】
（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。
【００１０】
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い。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。
【００１１】
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。
【００１２】
触媒の具体例としては、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、材料を予備混合し、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りダイアタッチペーストを得る。
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。
【００１７】
【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、反応物Ａ：水酸基末端ポリブタジエン（数平均分子量：約２８００、出光石油化学（株）製、Ｒ−４５ＨＴ）とトリレンジイソシアネートとを１：２で反応させた化合物にヒドロキシエチルメタアクリレートを反応させた化合物、（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、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）、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）を使用した。
【００１８】
＜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。
【００１９】
評価結果を表１に示す。
【表１】
【００２０】
【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。
【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】
本発明は、（Ａ）数平均分子量５００〜５０００のポリブタジエン樹脂で末端に水酸基をもつ化合物とジイソシアネートとの反応物に水酸基を持つ（メタ）アクリル酸エステルを反応させた化合物、（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）急速加熱試験における分解開始温度（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）が４０〜１４０℃となるラジカル重合触媒、及び（Ｄ）充填材を必須成分とし、弾性率が２２０ｋｇｆ／ｍｍ ２ 以上２６０ｋｇｆ／ｍｍ ２ 以下であることを特徴とす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数平均分子量５００〜５０００のポリブタジエン樹脂で末端に水酸基をもつ化合物とジイソシアネートとの反応物に水酸基を持つ（メタ）アクリル酸エステルを反応させた化合物（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。ジイソシアネートとしては、例えば、トリレンジイソシアネート、イソフォロンジイソシアネートがあり、水酸基を持つ（メタ）アクリル酸エステルとしては、例えば、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート等がある。
【０００７】
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。数平均分子量が５００未満だと硬化物中に十分な架橋点間距離を導入することが難しく充分な接着性が得られない。一方数平均分子量が５０００を越えると粘度が高く充分な接着性を得るために必要な量を配合することができないので好ましくない。本発明で言う数平均分子量の測定法は、ゲルパーミッションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算値である。
【０００８】
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ので、ダイアタッチペーストの粘度を調整し作業性を改善し、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。
【０００９】
（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。
【００１０】
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い。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。
【００１１】
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。
【００１２】
触媒の具体例としては、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、材料を予備混合し、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りダイアタッチペーストを得る。
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。
【００１７】
【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、反応物Ａ：水酸基末端ポリブタジエン（数平均分子量：約２８００、出光石油化学（株）製、Ｒ−４５ＨＴ）とトリレンジイソシアネートとを１：２で反応させた化合物にヒドロキシエチルメタアクリレートを反応させた化合物、（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、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）、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）を使用した。
【００１８】
＜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。
【００１９】
評価結果を表１に示す。
【表１】
【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。
Claims (2)
- （Ａ）数平均分子量５００〜５０００のポリブタジエン樹脂で末端に水酸基をもつ化合物とジイソシアネートとの反応物に水酸基を持つ（メタ）アクリル酸エステルを反応させた化合物、（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）急速加熱試験における分解開始温度（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）が４０〜１４０℃となるラジカル重合触媒、及び（Ｄ）充填材を必須成分とし、弾性率が２２０ｋｇｆ／ｍｍ ２ 以上２６０ｋｇｆ／ｍｍ ２ 以下であることを特徴とするダイアタッチペースト。
- 請求項１記載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。
Priority Applications (1)
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| JP2002270624A JP2002270624A (ja) | 2002-09-20 |
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Cited By (1)
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