JP4543460B2 - 導電性樹脂ペースト及びこれを用いた半導体装置 - Google Patents
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Description
【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。
しかし半導体メーカーにとってより速く、より安く半導体装置を生産することは重要な課題である。その課題を解決する一つの手法としてプリプレイティドフレーム(以下PPFとする)が登場した。
【0003】
一般的な半導体装置の組立は大きく分けてダイボンディング工程、ワイヤーボンディング工程、モールド工程、フォーミング工程、メッキ工程の5工程である。特に最後のメッキ工程は半導体装置のリード部分に半田メッキを施すことで、半導体装置を実装する際にクリーム半田との親和性を挙げ、接続の信頼性を向上させるためには重要な工程である。そこで半田メッキを予め施した金属フレームを半導体メーカーが使用することで最後のメッキ工程を無くすPPFが考え出された。このことで組立全体の工程の短縮化が可能になり、短納期の実現、製品の管理なども簡略化することができた。
【0004】
しかし半田メッキは高温で溶解してしまうために組立における温度制限が厳しく、高温になるダイボンディング工程やワイヤーボンディング工程において温度を下げなければならず、そのことより信頼性が低下してしまった。また半田は環境規制物質である鉛を使用することから、この半田メッキのPPFは一般的にはならなかった。
そこで考え出されたのがニッケル−パラジウムメッキを施したPPFである。
このニッケル−パラジウムメッキとは金属フレームにニッケルメッキを施し、その上にパラジウムメッキを施したメッキのことである。パラジウムメッキは実装時のクリーム半田との親和性が非常によく、接続の信頼性も高い。そのため半田を使用しなくて良いため半田メッキの様な高温プロセスの制限もなく、また鉛も使用していないために近年このニッケル−パラジウムメッキPPFは急激に増えている。
【0005】
しかしニッケル−パラジウムメッキに対するエポキシ樹脂の接着性は銅、42アロイ、銀メッキ等の従来の金属フレーム表面への接着性に比べ、非常に低い。そのため従来の導電性樹脂ペーストではフレームへの接着性が著しく低下することにより、半導体製品の信頼性が低下する問題があった。そのためニッケルーパラジウムメッキへの接着性を向上させる必要があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来の金属フレームへの接着が良好なことはもとよりニッケル−パラジウムメッキへの接着性も高く、塗布作業性が良好な導電性樹脂ペーストを提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は(A)室温で液状のエポキシ樹脂、(B)環状アミド#化合物、(C)銀粉を必須成分として、該成分中(B)が0.01〜10重量%、全銀含有率が60〜85重量%である導電性樹脂ペーストである。
【0008】
更に好ましい形態は、環状アミド#化合物が式(1)で示される環状アミドであり、更に式(1)のn数が3〜5の整数である導電性樹脂ペーストであり、半導体樹脂ペーストがニッケル−パラジウムメッキを施した金属フレームに使用される導電性樹脂ペーストである。また、上記の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。
【化2】
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明は、ニッケル−パラジウムメッキされた金属フレームへの接着が良好な処方を検討した結果、環状アミド化合物を用いることにより接着性が高く有効なものであることを見いだした。通常のポリアミド樹脂は、その多くは本発明で用いる様な液状エポキシには溶解しない。そのため硬化物中に不均一化が生じ、接着強度や硬化性のバラツキを生じる。またこれをペーストに添加するには溶解しないため固体の状態で添加しなければならない。そのためペーストの粘度が高くなってしまったり、または塗布作業性が悪化することから添加するのも非常に困難であった。
【0010】
この課題を解決するべく種々検討した結果、環状アミド合物の添加が好ましいことを見いだした。ここで用いる環状アミド化合物は少量の水分下で200℃付近の温度で開環重合を起こし、ポリアミドとなる。そのため環状アミド化合物をペーストに添加することで、ペーストの硬化時の熱でペースト中でポリアミドが生成する。この環状アミド化合物はエポキシ樹脂に非常によく溶解し、その添加によりポリアミドを添加する際に生じるペースト塗布時の作業性悪化、ペーストの高粘度化を抑えることができることを見いだした。
【0011】
本発明で用いる環状アミド化合物は、好ましくは式(1)で示されるものであり、更に好ましい形態としては、式(1)のnが3〜5である環状ポリアミド化合物である。例えば、γ-ブチロラクタム、δ-バレロラクタム、ε-カプロラクタム等及びその誘導体が上げられる。ここで5〜7員環が好ましいとしたのはそれ以外では構造的に少し不安定になるため、接着性が少し劣るようになる。
【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】
本発明におけるエポキシ樹脂の硬化剤は特に限定しない。例えば、エポキシ樹脂の硬化剤として一般的なビスフェノールAやF、フェノールノボラックなどのフェノール誘導体、芳香族や脂肪族の一級アミン類やメルカプト類、イミダゾール類などの活性水素をもつ化合物またはルイス酸やその他金属錯体などのカチオン重合開始剤などがある。
【0014】
本発明で用いる銀粉は最大粒径が30μm以下が望ましい。それより大きいと塗布時にニードル詰まりをおこし、塗布作業性が著しく低下するためである。また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粘度が高くなり、塗布作業性を著しく低下させる。
【0015】
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。本発明の導電性樹脂ペーストの製造方法は、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。
【0016】
本発明の導電性樹脂ペーストを用いて作成した半導体装置は、組立工程が短縮され、製品の管理も簡略化される。特に、ニッケル−パラジウムメッキを施した金属フレームに用いると信頼性のより高い半導体装置を得ることが出来る。半導体装置の製造方法は従来の公知の方法を用いることが出来る。
【0017】
【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1〜9>
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)、希釈剤としてクレジルグリシジルエーテル(以下CGE)、硬化剤としてフェノールノボラック(PN)、2−フェニル−4−メチルイミダゾール(2P4MZ)、2―ウンデシルイミダゾール(C11Z)、硬化促進剤としてジアザビシクロウンデセン(DBU)、環状アミド化合物であるε―カプロラクタム(環状アミド化合物A)、γ―ブチロラクタム(環状アミド化合物)、δ−バレロラクタム(環状アミド化合物C)、銀粉を表1に示す割合で配合し、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。
【0018】
評価結果を表1に示す。
【表1】
【0019】
<評価方法>
・粘度:E型粘度計(3°コーン)を用い、25℃、2.5rpmでの測定値。
・3日後粘度:25℃恒温糟に3日放置した後E型粘度計を用い、25℃、2.5rpmでの測定値。
・チキソ比:E型粘度計を用い、25℃での0.5rpmの測定値と2.5rpmの測定値の比率。
・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、150℃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。
・250℃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銀メッキした銅フレームおよびニッケルーパラジウム(Ni−Pdと略する)メッキした銅フレームにマウントし150℃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250℃での熱時ダイシェア強度を測定した。
・ボイド:6x6mmのガラスチップをペーストを用いて金属フレームにマウントし硬化後、目視で確認した。
【0020】
・ブリード性:2mm角のシリコンチップをペーストを用いて銀メッキいた銅フレームおよびニッケル−パラジウムメッキした銅フレームにマウントし150℃オーブン中で60分間硬化した。そのサンプルを顕微鏡にて観察し、ペースト中の樹脂が滲み出していないかどうかを目視で観察した。観察した結果フレーム表面に滲み出しがあった場合×、ない場合を○とした。
・タレ性:自動ディスペンサーで塗布した最中に一旦停止し、そのままの状態で30分放置し、ニードルの先からペーストがたれるかどうかを目視で確認した。
・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。
・総合評価:粘度、体積抵抗率、糸引き性、接着強度、ボイドおよびブリー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。
【0021】
<比較例1〜9>
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。
【表2】
【0022】
・比較例1:環状アミド化合物を添加しない場合、銀メッキフレームで接着は良好なもののニッケル−パラジウムメッキでは著しく接着が低下する。
・比較例2、3:環状化合物Aで配合量が10重量%以上の場合、硬化剤がフェノール類でもイミダゾール類でも接着性は良好なもののボイドやブリードの発生が著しかった。
・比較例4、5:環状化合物Bで配合量が10重量%以上の場合、硬化剤がフェノール類でもイミダゾール類でも接着性は良好なもののボイドやブリードの発生が著しかった。
・比較例6、7:環状化合物Cで配合量が10重量%以上の場合、硬化剤がフェノール類でもイミダゾール類でも接着性は良好なもののボイドやブリードの発生が著しかった。
・比較例8:銀含有率が60重量%を下回った場合、粘度が低く、ペーストがたれ著しく作業性を低下し、また導電性も低下した。
・比較例9:銀含有量が85重量%を上回った場合、粘度が高くなり著しく塗布作業性が低下した。
【0023】
【発明の効果】
本発明の導電性樹脂ペーストは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、接着性が高く、IC、LSI等の半導体素子の接着に用いることができる。
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