JP4432481B2 - 半導体用樹脂ペースト及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体用樹脂ペースト及びそれを用いた半導体装置に関するものである。

エレクトロニクス業界の最近の著しい発展により、トランジスター、IC、LSI、超LSIと進化してきており、これら半導体素子に於ける回路の集積度が急激に増大するととも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、その量産に於ける作業性の向上並びにコストダウンが重要な問題となってきた。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、現在は一般化されている。これに伴い、マウント工程に於けるAu-Si共晶法の改良としてハンダ材料や樹脂ペースト即ちマウント用樹脂による方法が取り上げられるようになった。

しかし、ハンダ法では信頼性が低いこと、素子の電極の汚染を起こし易いこと等が欠点とされ、高熱伝導性を要するパワートランジスター、パワーICの素子に使用が限られている。これに対しマウント用樹脂はハンダ法に較べ、作業性に於いても信頼性等に於いても優れており、その需要が急激に増大している。

近年、半導体デバイスの小型化に伴い、デバイスから発生する熱量が増加し熱を周囲にすばやく逃がすことが重要となり、高熱伝導を有する半導体用樹脂ペーストの要求が非常に高まっている。

従来，半導体用樹脂ペーストに使用される熱硬化性樹脂は熱伝導率が低いため，充填材として銀，銅，ニッケル，アルミニウムなどの金属や，シリカなどの無機物を使用し、熱伝導性を高めていたことが例えば特許文献１ないし３に記載されているが、現在の要求を満たすには不充分となっている。
特開２００３−１３８２４４号公報 特開２００２−２４１５８７号公報 特開２００２−１２７３８号公報

本発明の目的は、高熱伝導性を有し，かつ保存性，接着強度に優れた半導体用樹脂ペーストを提供することにある。

本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）酸無水物（Ｃ）イミダゾール化合物、（Ｄ）銀粉、（Ｅ）溶剤からなる導電ペーストであり、成分（Ａ）１００重量部に対し、成分（Ｂ）が５０〜１５０重量部、成分（Ｃ）が０．１〜１０重量部、成分（Ｄ）が８００〜４０００重量部、成分（Ｅ）が１０〜２００重量部であることを特徴とする半導体用樹脂ペーストである。また、上記の半導体用樹脂ペーストを用いて製作した半導体装置である。

本発明の半導体用樹脂ペーストは、高熱伝導性を有し，かつ保存性，接着強度に優れており，高熱伝導性を要するパワートランジスター、パワーICの素子用途にも使用可能である。

本発明に用いるエポキシ樹脂（Ａ）は特に制限されるものではないが、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等の脂肪族エポキシ、ジグリシジルヒダントイン等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ーアジペイトのような脂環式エポキシ，反応性希釈剤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、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単官能エポキシがあり、これらは単独、または2種類以上を組み合わせて使用することができる。

本発明に用いる酸無水物（Ｂ）は、エポキシ樹脂の硬化剤として用いられる。
本発明に用いる酸無水物（Ｂ）には，たとえば無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水ドデシニルコハク酸、無水ジクロルコハク酸、無水メチルナジック酸、無水ピロメリット酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキセンジカルボン酸無水物、エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチルブテニルテトラヒドロ無水フタル酸、アルキルスチレン−無水マレイン酸共重合体、テトラブロム無水フタル酸、ポリアゼライン酸無水物、無水クロレンディク酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸等などが挙げられ，これらは単独でも混合して用いてもよい。

酸無水物（Ｂ）の配合量はエポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対し、５０〜１５０重量部、より好ましくは６０〜１３０重量部使用する。下限値未満では接着性及び耐湿性が劣り、上限値を越えると保存性が低下するという問題がある。
本発明に用いるイミダゾール化合物（Ｃ）は、硬化剤またはエポキシ樹脂と酸無水物の反応を促進するための触媒として使用される。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。

イミダゾール化合物（Ｃ）はエポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して０．１〜１０重量部、より好ましくは０．５〜５重量部使用する。下限値より少ないと、促進硬化が不十分であり、上限値より多くても硬化がさほど促進されないのに保存性が低下するおそれがあるので望ましくない。

本発明に用いる銀粉（Ｄ）は、導電性，熱伝導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、樹脂状や球状等が用いられる。必要とする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1〜10μｍ、最大粒径は50μｍ程度のものが好ましい。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適宜混合してもよい。

銀粉（Ｄ）はエポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対し８００〜４０００重量部、より好ましくは１５００〜３０００重量部使用する。下限値未満であると導電性が劣り、上限値を越えると粘度が高くなるという問題がある。

本発明に用いる溶剤（Ｅ）は，粘度調整するために用いられる。
本発明に用いる溶剤（Ｅ）としては，たとえばメトキシエチルアセテート、エトキシエチルアセテート、エチルセロソルブアセテート，ブチルセロソルブアセテート等のセロソルブアセテート系溶剤、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−プロピルアルコール等のアルコール系溶剤、メトキシアルコール、エトキシアルコール等のセロソルブ系溶剤、メトキシエトキシエタノール、ジエトキシエタノール、ブトキシエトキシエタノール等のカルビトール系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル、メトキシプロピオン酸メチル、乳酸エチル等のエステル系溶剤、メトキシエトキシエチルアセテート、ジエトキシエチルアセテート等のカルビトールアセテート系溶剤、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶剤、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等の非プロトン性アミド系溶剤、γ―ブチロラクトン等のラクトン系溶剤、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤、ｎ−ヘプタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−オクタン等の脂肪族炭化水素系溶剤等の有機溶剤が挙げられる。
本発明に用いる溶剤（Ｅ）は，エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対し１０〜２００重量部、より好ましくは２０〜１５０重量部使用する。下限値未満では粘度が高すぎ，上限値を超えると逆に粘度が低くなるという問題がある。

本発明における樹脂ペーストには、必要により用途に応じた特性を損なわない範囲内で、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、界面活性剤等の添加剤を用いることができる。
本発明の製造法としては、例えば各成分を予備混合して三本ロール等を用いて混練し、ペーストを得た後真空下脱抱すること等がある。

本発明の半導体用樹脂ペーストを用いて製作された半導体装置は、高熱伝導性を有し，かつ保存性，接着強度に優れており，高熱伝導性を要するパワートランジスター、パワーICの素子用途にも使用可能である。
半導体用樹脂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出来る。

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１〜９及び比較例１〜８＞
表１及び表２に示した組成の各成分を配合し、三本ロールで混練して樹脂ペーストを得た。この樹脂ペーストを真空チャンバーにて2mmHgで３０分間脱泡した後、以下の方法により各種の性能を評価した。評価結果を表１及び表２に示す。

＜用いる原料成分＞
・液状エポキシ樹脂（Ａ）： ＲＥ−４０３Ｓ（日本化薬(株)製、エポキシ等量１６５）
・酸無水物（Ｂ）：ＭＨ−７００（新日本理化(株)製、酸無水物等量１６３．５）
・イミダゾール化合物（Ｃ） ：２ＭＺ−Ａ（四国化成(株)製）
・銀粉（Ｄ）：粒度分布が０．１〜５０μmで平均粒径約３μmのフレーク状
・溶剤（Ｅ）： ブチルセロソルブアセテート（ＢＣＳＡ）

＜評価方法＞
・粘度、ライフ：Ｅ型粘度計（３°コーン）を用い２５℃、２．５ｒｐｍでの値を測定し粘度とした。ライフについては、２５℃の恒温槽内に樹脂ペーストを７２時間放置した後の粘度を測定した。
・接着強度：２×２ｍｍのシリコンチップをペーストを用いて銀フレームにマウントし２００／６０分オーブン中で硬化し，常温時での強度を測定した。
・熱伝導率：ペーストを，常温〜２００℃／３時間ランプアップ硬化＋２００℃／２時間キープにより硬化サンプルを作成し，直径１ｃｍ，厚み１ｍｍの円盤状に調整し，レーザーフラッシュ法熱伝導率計にて測定した。

実施例１〜９では熱伝導率，接着強度が高く，保存性の高い優れたペーストが得られるが、比較例１は酸無水物硬化剤が少ないため接着強度が低かった。比較例2は酸無水物硬化剤が多すぎるためライフが短かった。比較例3はイミダゾールが少ないために接着強度が低く，比較例4はイミダゾールが多すぎるためライフが短かった。比較例5は銀粉が少なすぎて熱伝導率が低く，比較例6は銀粉が多すぎるため粘度が高かった。比較例7は溶剤が少なすぎるため粘度が高く，比較例8は溶剤が多すぎるため粘度が低かった。

本発明の半導体用樹脂ペーストは、高熱伝導性を有し，かつ保存性，接着強度に優れており，高熱伝導性を要するパワートランジスター、パワーICの素子用途にも使用可能である。

Claims (2)

1. （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）無水酸物、（Ｃ）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、（Ｄ）銀粉及び（Ｅ）溶剤を含んでなる導電ペーストであり、成分（Ａ）１００重量部に対し、成分（Ｂ）が５０〜１５０重量部、成分（Ｃ）が０．１〜１０重量部、成分（Ｄ）が８００〜４０００重量部、成分（Ｅ）が１０〜２００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. 請求項１記載の半導体用樹脂ペーストを用いて製作した半導体装置。