JP4622131B2 - 半導体用樹脂ペースト及び半導体装置 - 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に接着する樹脂ペーストに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、IC等の半導体素子をリードフレームに接着する方法として半導体用樹脂ペーストが一般的に使用されている。近年の電子機器の小型軽量化、高機能化の動向に対応して、半導体装置の小型化、薄型化、狭ピッチ化が益々加速する方向であり、これに伴い半導体用樹脂ペーストには、半導体装置の吸湿後の耐半田クラック性や耐湿性の向上が強く求められるようになってきた。これらの信頼性の向上には半導体素子とリードフレームが密着していることが必要である。しかし従来の半導体用樹脂ペーストでは、リードフレームや半導体素子と半導体用樹脂ペーストとの密着性が低下してしまうため、半導体装置の信頼性が期待した程には向上しないといった問題があった。半導体素子とリードフレームとの接着強度を向上させるために、半導体用樹脂ペーストに使用されているエポキシ樹脂の架橋密度を上げる方法があり、多官能のエポキシ樹脂を使用することが考えられたが、多官能エポキシ樹脂は粘度が高いために、作業性に劣るという問題があった。このため、作業性に優れ、吸湿処理後の耐半田クラック性試験において半導体用樹脂ペースト層の剥離が起こらない信頼性に優れた半導体用樹脂ペーストが求められていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、作業性に優れ、熱時接着強度を低下させず、吸湿処理後の耐半田クラック性試験において半導体用樹脂ペースト層の剥離が起こらない信頼性に優れた半導体用樹脂ペーストを提供する。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤及び(C)フィラーを必須成分とし、該エポキシ樹脂100重量部中に一般式(1)で示される化合物を5重量部以上含む半導体用樹脂ペーストである。
【化3】
(R1は水素原子、又は炭素数1〜6のアルキル基、アリル基であり、同一でも異なっていてもよい。nは1〜4の整数)
【0005】
更に好ましい形態は、(A)エポキシ樹脂が、式(2)で示される化合物であり、または式(2)で示される化合物と25℃で液状のビスフェノールF型エポキシ樹脂又はビスフェノールA型エポキシ樹脂との併用であ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された半導体装置である。
【化4】
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられる一般式(1)で示されるエポキシ樹脂は、ベンゼン環のm−位に2つのグリシジルエーテル基を有するため、25℃で液状、又は固形であっても他の液状エポキシ樹脂と混合した場合に混合物が低粘度であるという特徴がある。また、エポキシ基間の距離が短いため、硬化した場合、架橋密度が高くなり接着強度が強いという特徴があり、半導体用樹脂ペーストに用いた場合、作業性、熱時接着強度に優れていることを見いだした。
同様なエポキシ樹脂としてベンゼン環のp−位に2つのグルシジルエーテル基を有する化合物もあるが、結晶性が高く、他の液状エポキシ樹脂と混合した場合に相溶性に劣り、且つ粘度が高くなってしまうために好ましくない。
【0007】
一般式(1)で示されるエポキシ樹脂の例として式(2)及び式(3)に示す化合物があるがこれらに限定されるものではない。
【化5】
【0008】
この中でも式(2)で示されるエポキシ樹脂は、他のエポキシとの相溶性に優れ、相溶した場合の粘度が低く、アルキル基による立体障害が少ないために反応性に優れているため特に好ましい。
【0009】
また、必要により用途に応じた特性を損なわない範囲内で他のエポキシ樹脂を併用しても良い。この場合の他のエポキシ樹脂とはエポキシ基を有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を指す。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って得られるポリグリシジルエーテル、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂、 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樹脂、ジグリシジルヒダントイン等の複素環式エポキシ樹脂、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等の脂環式エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン等が挙げられ、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。
【0010】
エポキシ樹脂は分子量によって各種のものがあるが、分子量が小さく常温で液状のものが、配合するときの作業性及び配合後の粘度の点から好ましい。
この中でも特に、25℃で液状のビスフェノールF型エポキシ樹脂又はビスフェノールA型エポキシ樹脂が、相溶性に優れ、低粘度であり、接着強度に優れている点で好ましい。
【0011】
エポキシ樹脂が固形や半固形である場合や、液状でも粘度が高い場合は、エポキシ基を有する反応性希釈剤を併用することが好ましい。反応性希釈剤としては、例えば、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。
【0012】
本発明で用いられる硬化剤としては、例えば、イミダゾール化合物、フェノール樹脂、ジカルボン酸ジヒドラジド化合物、脂肪族アミン、芳香族アミン、ジシアンジアミド等が挙げられ、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。
【0013】
フェノール樹脂としては、エポキシ基と反応して架橋にあずかる活性水素基を1分子当り2個以上有することが望ましい。このようなフェノール樹脂としては、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S、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、テトラメチルビスフェノールS、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、ビフェノール、テトラメチルビフェノール、エチリデンビスフェノール、メチルエチリデンビス(メチルフェノール)、シクロへキシリデンビスフェノール、又フェノール、クレゾール、キシレノール等の1価フェノール類とホルムアルデヒドとを稀薄水溶液中強酸性下で反応させることによって得られるフェノールノボラック樹脂、1価フェノール類とアクロレイン、グリオキザール等の多官能アルデヒド類との酸性下の初期縮合物や、レゾルシン、カテコール、ハイドロキノン等の多価フェノール類とホルムアルデヒドとの酸性下の初期縮合物等が挙げられ、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。
【0014】
ジカルボン酸ジヒドラジド化合物としては、例えば、アジピン酸ジヒドラジド、ドデカン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、p-オキシ安息香酸ジヒドラジド等のカルボン酸ジヒドラジド等が挙げられ、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。
【0015】
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。
【0016】
本発明で用いられるフィラーとしては、例えば、無機フィラー、有機フィラー等が挙げられる。
無機フィラーとしては、例えば、金粉、銀粉、銅粉、アルミニウム粉等の金属粉や、溶融シリカ、結晶シリカ、窒化珪素、アルミナ、窒化アルミ、タルク等が挙げられる。これらの内、金属粉は主に導電性や熱伝導性を付与するために用いられる。
有機フィラーとしては、例えば、シリコーン樹脂、ポリテトラフロロエチレン等のフッ素樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ベンゾグアナミンやメラミンとホルムアルデヒドとの架橋物等が挙げられる。
【0017】
その中でも導電性の用途には特に銀粉が入手が容易なこと、形状や粒径の種類が多く、導電性が良好であり、加熱しても導電性が変化しない点で好ましく、絶縁用途の半導体樹脂ペーストにはシリカが入手の容易さと種類の豊富さの点で好ましい。
これらのフィラーは、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が10ppm以下であることが好ましい。
又、フィラーの形状としては、例えば、フレーク状、鱗片状、樹脂状、球状等のものが用いられる。
【0018】
必要とする半導体用樹脂ペーストの粘度によって、使用するフィラーの粒径は異なるが、通常、平均粒径は0.3〜20μm、最大粒径は50μm程度のものが好ましい。平均粒径が0.3μm未満だと粘度が高くなり、20μmを越えると塗布又は硬化時に樹脂成分が流出するのでブリードが発生する可能性がある。最大粒径が50μmを越えるとディスペンサーで半導体用樹脂ペーストを塗布するときに、ニードルの出口を塞ぎ長時間の連続使用ができない。又、比較的粗いフィラーと細かいフィラーとを混合して用いることもでき、種類、形状についても各種のものを適宜混合してもよい。
【0019】
必要とされる特性を付与するためには、前記以外のフィラーを用いてもよい。例えば、粒径が1〜100nm程度のナノスケールフィラーや、シリカとアクリルとの複合材、有機フィラー表面に金属コーティングを施したもの等の様な有機化合物と無機化合物との複合フィラー等が挙げられる。
尚、本発明のフィラーは、予め表面をアルコキシシラン、アシロキシシラン、シラザン、オルガノアミノシラン等のシランカップリング材等で処理したものを用いてもよい。
【0020】
本発明の半導体用樹脂ペーストは(A)〜(C)成分を必須成分とするが、それら以外にも必要に応じて硬化促進剤、ゴムやシリコーン等の低応力化剤、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、溶剤等の添加剤を適宜配合することができる。
本発明の半導体用樹脂ペーストは、(A)〜(C)成分、及びその他の添加剤等を予備混合し、ロール等を用いて混練した後、真空下脱泡する等の製造方法で得られる。
本発明の半導体用樹脂ペーストを用いて、半導体装置を製造するには、公知の方法を用いることができる。
【0021】
【実施例】
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1〜6、比較例1〜6>
表1の配合に従って各成分を混合し、ロールで混練し、真空チャンバーを用いて脱泡して半導体用樹脂ペーストを得た。得られた半導体用樹脂ペーストを以下の方法で評価した。結果を表1に示す。
【0022】
<用いる原料成分>
・エポキシ樹脂:式(2)で示されるエポキシ樹脂(粘度400mPa・s/25℃、エポキシ当量130。)
・ビスフェノールA型エポキシ樹脂:(粘度5mPa・s/25℃、エポキシ当量185。)(以下、BPAEPという)
・式(4)で示されるエポキシ樹脂(粘度5mPa・s/150℃、融点145℃、エポキシ当量175。)
【化6】
・反応性希釈剤:フェニルグリシジルエーテル
・硬化剤:フェノールノボラック樹脂(水酸基当量104)
・ジシアンジアミド
・2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(以下、2P4MHZという)
【0023】
・無機フィラー:
銀粉 :粒径0.1〜30μm、平均粒径3μm、フレーク状。
シリカ:平均粒径3μm、最大粒径20μm、球状
【0024】
<評価方法>
・粘度:E型粘度計(3°コーン)を用いて、25℃、2.5rpmでの値を測定した。
・ポットライフ:25℃の恒温槽内に半導体用樹脂ペーストを放置した時の粘度が初期粘度の1.5倍以上増粘するまでの日数を測定した。
・接着強度:5mm×5mmのシリコンチップを、半導体用樹脂ペーストを用いて銅フレームにマウントし、オーブンを用いて200℃、60分間で硬化した。硬化後、マウント強度測定装置を用いて25℃、260℃での熱時ダイシェア強度を測定した。
・耐半田性(剥離率):シリコンチップ(サイズ9.0mm×9.0mm)を半導体用樹脂ペーストを用いてリードフレーム(銅製)にマウントし、オーブンを用いて窒素雰囲気下、200℃、60分間で硬化した。このリードフレームをエポキシ樹脂封止材を用いて、80ピンQFP(パッケージサイズは14×20mm、厚み2.0mm)を金型温度175℃、射出圧力7.5MPa、硬化時間60秒間でトランスファー成形し、175℃、8時間で後硬化させた。得られたパッケージを85℃、相対湿度85%の環境下で168時間放置し、その後260℃の半田槽に10秒間浸漬した。透過型の超音波探傷装置を用いてパッケージ内部の剥離面積の合計値を測定し、又、反射型の超音波探傷装置を用いてチップとエポキシ樹脂封止材との剥離面積及びリードフレームとエポキシ樹脂封止材との剥離面積の合計値を測定した。(ダイアタッチ層の剥離面積)=[(透過での剥離面積の合計値)−(反射での剥離面積の合計値)]を求め、半導体用樹脂ペーストの剥離率を、(剥離率)=[(ダイアタッチ層の剥離面積)/(チップ面積)×100]として、5個のパッケージの平均値を求め、%で表示した。
【0025】
評価結果を表1に示す。
【表1】
【0026】
【発明の効果】
本発明に従うと、作業性に優れ、熱時接着強度の低下がなく、吸湿処理後の耐半田クラック性試験において半導体用樹脂ペースト層の剥離が起こらない信頼性に優れた半導体用樹脂ペースト、及びこれを用いた半導体装置が得られる。
Claims (4)
- (A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤及び(C)フィラーを必須成分とし、該エポキシ樹脂100重量部中に一般式(1)で示される化合物を5重量部以上含むことを特徴とする半導体用ダイアタッチペースト。
- (A)エポキシ樹脂が、式(2)で示される化合物である請求項1記載の半導体用ダイアタッチペースト。
- (A)エポキシ樹脂が、式(2)で示される化合物と25℃で液状のビスフェノールF型エポキシ樹脂又はビスフェノールA型エポキシ樹脂との併用である請求項1又2記載の半導体用ダイアタッチペースト。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の半導体用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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