JP4517499B2 - 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、接着性及び信頼性に優れた半導体接着用ダイアタッチペーストに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年半導体パッケージの生産量は増加の一歩をたどっており、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、また熱応力により半導体素子の破壊が起こるため、有機材料等に銀粉等を分散させたペースト状の接着剤（ダイアタッチペースト）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、接着性及び耐半田クラック性に優れた半導体接着用ペーストを見いだすべく鋭意検討した結果完成させるに至ったものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（Ａ）分子量５００以上、５０００以下でかつ１分子内に少なくとも１つの２重結合を有する炭化水素あるいはその誘導体、（Ｂ）１分子内に少なくとも１つのフッ素元素を有する（メタ）アクリルモノマー、（Ｃ）ラジカル重合触媒、（Ｄ）充填材を必須成分であることを特徴とするダイアタッチペースト。また、本発明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】
更に好ましい形態としては、該（Ａ）分子量５００以上、５０００以下でかつ１分子内に少なくとも１つの２重結合を有する炭化水素あるいはその誘導体と該（Ｂ）１分子内に少なくとも１つフッ素元素を有する（メタ）アクリルモノマーとの重量比が９０／１０から２０／８０であるダイアタッチペーストである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる（Ａ）分子量５００以上、５０００以下でかつ１分子内に少なくとも１つの２重結合を有する炭化水素あるいはその誘導体としては、例えば、ブチルゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、液状ポリブタジエン等のジエン系ゴム、あるいはその誘導体等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。（Ａ）成分としては上記の化合物の１種類あるいは複数種の併用物を使用することができる。
【０００８】
本発明で使用される（Ｂ）１分子内に少なくとも１つフッ素元素を有する（メタ）アクリルモノマーとしては、例えばトリフロロエチル（メタ）アクリレートやテトラフロロプロピル（メタ）アクリレート等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【０００９】
（Ｂ）としては上記の化合物の１種類あるいは複数種の併用物を使用することができる。また、脂環式（メタ）アクリル酸エステルや脂肪族（メタ）アクリル酸エステル等のフッ素元素を有さないアクリルモノマーと併用して使用することも出来る。
【００１０】
本発明に用いられるベース樹脂は、（Ａ）と（Ｂ）の重量比が９０／１０〜２０／８０であることが好ましい。９０／１０より高いとペースト粘度が高すぎ塗布作業性が著しく悪くなるので好ましくなく、２０／８０より小さいと接着性が悪くなるので好ましくない。
【００１１】
本発明で用いられる（Ｃ）ラジカル重合触媒は、急速加熱試験（資料１ｇを電熱板の上にのせ、４℃／分で昇温したときの分解開始温度）における分解温度が４０℃から１４０℃であることが好ましい。分解温度が４０℃に満たない場合は、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である。
【００１２】
（Ｃ）ラジカル重合触媒の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。例としては、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，６−トリメチルシクロヘキサン等がある。
【００１３】
これら（Ｃ）ラジカル重合触媒は単独あるいは硬化性をコントロールするため２種類以上を混合して用いることもできる。さらに、樹脂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。
【００１４】
これら（Ｃ）ラジカル重合触媒の添加量は、成分（Ａ）、（Ｂ）の合計１００重量部に対して、０．１重量部から１０重量部であることが好ましい。１０重量部より多いとペーストのライフ（粘度経時変化）が大きく作業性に問題が生じる。０．１重量部より少ないと硬化性が著しく低下するので好ましくない。
【００１５】
本発明に用いる（Ｄ）充填材としては、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る。充填材の配合量は、特に限定されないが、ペースト組成物総量に対して２０〜９５重量％とするのが好ましい。この配合量が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％を超えると、粘度が増大しペースト組成物の作業性が低下する傾向がある
【００１６】
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。また、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程度のものが好ましい。また、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。
【００１７】
次に、絶縁フィラーの一つであるシリカフィラーは平均粒径１〜２０μｍで最大粒径５０μｍ以下のものが好ましい。平均粒径が１μｍ未満だと粘度が高くなり、２０μｍを越えると塗布また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。また、最大粒径が５０μｍを越えるとディスペンサーでペーストを塗布するときに、ニードル詰まりを起こすため好ましくない。更に、比較的粗いシリカフィラーと細かいシリカフィラー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。
【００１８】
本発明における樹脂ペースト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。
【００１９】
本発明のダイアタッチペーストの製造方法としては、例えば予備混合した後三本ロール等を用いて混練し、ペーストを得て真空下脱泡する。
本発明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は、信頼性、生産性の高い半導体装置である。半導体装置の製造方法は従来の公知の方法を使用することが出来る。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を実施例で具体的に説明する。
＜実施例１〜３、比較例１〜２＞
（Ａ）成分として、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）、エポキシ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、Ｅ−１０００−８）、（Ｂ）成分として、トリフロロエチルメタクリレート（共栄社化学（株）製、ライトエステルＭ−３Ｆ）、（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）、粉砕シリカ（平均粒径３μｍ、最大粒径２０μｍ）、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）、フッ素元素を有さない（メタ）アクリルモノマーとして１．６ヘキサンジオールジメタクリレート（共栄社化学（株）製、ライトエステル１．６ＨＸ）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、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（エポキシ当量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。
【００２１】
＜評価方法＞
・粘度：２５℃でＥ型粘度計を用いて回転数２．５ｒｐｍでの粘度を測定した。
・接着強度：ダイアタッチペーストを用いて、６×６ｍｍのシリコンチップを銅フレームにマウントし、１７５℃、３０分で硬化接着した。硬化後、自動せん断強度測定装置（ＤＡＧＥ社製、ＰＣ２４００）を用いて２６０℃での熱時ダイシェア強度を測定した。
・弾性率：１０×１５０×０．１ｍｍ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。（ｎ＝８）
【００２２】
評価結果を表１に示す。
【表１】
【００２３】
【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出来る。
【発明の属する技術分野】
本発明は、接着性及び信頼性に優れた半導体接着用ダイアタッチペーストに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年半導体パッケージの生産量は増加の一歩をたどっており、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、また熱応力により半導体素子の破壊が起こるため、有機材料等に銀粉等を分散させたペースト状の接着剤（ダイアタッチペースト）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、接着性及び耐半田クラック性に優れた半導体接着用ペーストを見いだすべく鋭意検討した結果完成させるに至ったものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（Ａ）分子量５００以上、５０００以下でかつ１分子内に少なくとも１つの２重結合を有する炭化水素あるいはその誘導体、（Ｂ）１分子内に少なくとも１つのフッ素元素を有する（メタ）アクリルモノマー、（Ｃ）ラジカル重合触媒、（Ｄ）充填材を必須成分であることを特徴とするダイアタッチペースト。また、本発明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】
更に好ましい形態としては、該（Ａ）分子量５００以上、５０００以下でかつ１分子内に少なくとも１つの２重結合を有する炭化水素あるいはその誘導体と該（Ｂ）１分子内に少なくとも１つフッ素元素を有する（メタ）アクリルモノマーとの重量比が９０／１０から２０／８０であるダイアタッチペーストである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる（Ａ）分子量５００以上、５０００以下でかつ１分子内に少なくとも１つの２重結合を有する炭化水素あるいはその誘導体としては、例えば、ブチルゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、液状ポリブタジエン等のジエン系ゴム、あるいはその誘導体等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。（Ａ）成分としては上記の化合物の１種類あるいは複数種の併用物を使用することができる。
【０００８】
本発明で使用される（Ｂ）１分子内に少なくとも１つフッ素元素を有する（メタ）アクリルモノマーとしては、例えばトリフロロエチル（メタ）アクリレートやテトラフロロプロピル（メタ）アクリレート等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【０００９】
（Ｂ）としては上記の化合物の１種類あるいは複数種の併用物を使用することができる。また、脂環式（メタ）アクリル酸エステルや脂肪族（メタ）アクリル酸エステル等のフッ素元素を有さないアクリルモノマーと併用して使用することも出来る。
【００１０】
本発明に用いられるベース樹脂は、（Ａ）と（Ｂ）の重量比が９０／１０〜２０／８０であることが好ましい。９０／１０より高いとペースト粘度が高すぎ塗布作業性が著しく悪くなるので好ましくなく、２０／８０より小さいと接着性が悪くなるので好ましくない。
【００１１】
本発明で用いられる（Ｃ）ラジカル重合触媒は、急速加熱試験（資料１ｇを電熱板の上にのせ、４℃／分で昇温したときの分解開始温度）における分解温度が４０℃から１４０℃であることが好ましい。分解温度が４０℃に満たない場合は、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である。
【００１２】
（Ｃ）ラジカル重合触媒の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。例としては、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，６−トリメチルシクロヘキサン等がある。
【００１３】
これら（Ｃ）ラジカル重合触媒は単独あるいは硬化性をコントロールするため２種類以上を混合して用いることもできる。さらに、樹脂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。
【００１４】
これら（Ｃ）ラジカル重合触媒の添加量は、成分（Ａ）、（Ｂ）の合計１００重量部に対して、０．１重量部から１０重量部であることが好ましい。１０重量部より多いとペーストのライフ（粘度経時変化）が大きく作業性に問題が生じる。０．１重量部より少ないと硬化性が著しく低下するので好ましくない。
【００１５】
本発明に用いる（Ｄ）充填材としては、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る。充填材の配合量は、特に限定されないが、ペースト組成物総量に対して２０〜９５重量％とするのが好ましい。この配合量が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％を超えると、粘度が増大しペースト組成物の作業性が低下する傾向がある
【００１６】
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。また、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程度のものが好ましい。また、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。
【００１７】
次に、絶縁フィラーの一つであるシリカフィラーは平均粒径１〜２０μｍで最大粒径５０μｍ以下のものが好ましい。平均粒径が１μｍ未満だと粘度が高くなり、２０μｍを越えると塗布また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。また、最大粒径が５０μｍを越えるとディスペンサーでペーストを塗布するときに、ニードル詰まりを起こすため好ましくない。更に、比較的粗いシリカフィラーと細かいシリカフィラー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。
【００１８】
本発明における樹脂ペースト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。
【００１９】
本発明のダイアタッチペーストの製造方法としては、例えば予備混合した後三本ロール等を用いて混練し、ペーストを得て真空下脱泡する。
本発明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は、信頼性、生産性の高い半導体装置である。半導体装置の製造方法は従来の公知の方法を使用することが出来る。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を実施例で具体的に説明する。
＜実施例１〜３、比較例１〜２＞
（Ａ）成分として、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）、エポキシ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、Ｅ−１０００−８）、（Ｂ）成分として、トリフロロエチルメタクリレート（共栄社化学（株）製、ライトエステルＭ−３Ｆ）、（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）、粉砕シリカ（平均粒径３μｍ、最大粒径２０μｍ）、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）、フッ素元素を有さない（メタ）アクリルモノマーとして１．６ヘキサンジオールジメタクリレート（共栄社化学（株）製、ライトエステル１．６ＨＸ）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、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（エポキシ当量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。
【００２１】
＜評価方法＞
・粘度：２５℃でＥ型粘度計を用いて回転数２．５ｒｐｍでの粘度を測定した。
・接着強度：ダイアタッチペーストを用いて、６×６ｍｍのシリコンチップを銅フレームにマウントし、１７５℃、３０分で硬化接着した。硬化後、自動せん断強度測定装置（ＤＡＧＥ社製、ＰＣ２４００）を用いて２６０℃での熱時ダイシェア強度を測定した。
・弾性率：１０×１５０×０．１ｍｍ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。（ｎ＝８）
【００２２】
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出来る。
Claims (3)
- （Ａ）分子量５００以上、５０００以下でかつ１分子内に少なくとも１つの２重結合を有する炭化水素あるいはその誘導体、（Ｂ）１分子内に少なくとも１つのフッ素元素を有する（メタ）アクリルモノマー、（Ｃ）ラジカル重合触媒、（Ｄ）充填材を必須成分とすることを特徴とするダイアタッチペースト。
- （Ａ）分子量５００以上、５０００以下でかつ１分子内に少なくとも１つの２重結合を有する炭化水素あるいはその誘導体と（Ｂ）１分子内に少なくとも１つフッ素元素を有する（メタ）アクリルモノマーとの重量比が９０／１０から２０／８０である請求項１記載のダイアタッチペースト。
- 請求項１または２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。
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| JP2000359686A JP4517499B2 (ja) | 2000-11-27 | 2000-11-27 | ダイアタッチペースト及び半導体装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002164360A JP2002164360A (ja) | 2002-06-07 |
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Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
| JPH07326635A (ja) * | 1994-05-31 | 1995-12-12 | Hitachi Chem Co Ltd | 接着剤および半導体装置 |
| JP2000104035A (ja) * | 1998-09-28 | 2000-04-11 | Hitachi Chem Co Ltd | 樹脂ぺースト組成物及びこれを用いた半導体装置 |
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