JP4665532B2 - 樹脂組成物及び樹脂組成物を使用して作製した半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂組成物及び樹脂組成物を使用して作製した半導体装置に関するものである。

環境対応の一環として半導体製品からの鉛撤廃が進められている中、Ｐｂ−Ｓｎ半田から樹脂ペーストを使用してのダイアタッチ化検討が進められている（特許文献１参照）が、半田に比較し樹脂ペースト硬化物は熱伝導性、電気伝導性が劣るため使用できる製品には限界があった。またＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系等の鉛フリー半田の検討も行われている（例えば、特許文献１参照）が、半導体素子接着時に高温を要するあるいは高温処理時に接着剤が融解するなどの問題があり、プラスチックパッケージに使用可能で高熱伝導性、高電気伝導性を有しながら高信頼性を同時に満足する半導体用接着剤はなかった。

一方、一般に銀粉の粒子径が小さくなると表面エネルギーの増大に伴い融点降下が起こり、０．０２μｍ以下になると２００℃以下の低温でも粒子同士が焼結可能であることが知られている。ただし、このような微粒子は安定性が悪く分散剤を使用することにより始めて安定化させることが可能となる。分散剤の量は粒子径が小さくなればなるほど多量に使用しなくてはならないので、例えば分散剤を含んだ微粒子を有機溶剤などに分散させインクジェット印刷、バブルジェット(登録商標）印刷などにより描画し加熱乾燥処理を行うことで、溶剤、分散剤を揮発させ微粒子同士の焼結を行う方法は報告されている（例えば、特許文献２参照）が、このように多量の分散剤を含む微粒子を有機バインダーを使用するダイアタッチ材料に適用しようとした場合、分散剤の揮発が十分に行われない、あるいは分散剤の揮発は十分に行われても有機バインダーの存在により粒子同士の焼結が十分に進まず、期待する良好な導電性を得ることはできなかった。
特開２００１−１４８３８８号公報 特開２００２−３２４９６６号公報

本発明は、良好な電気伝導性を有しながらも、２００℃以下の低温で硬化可能な接着力に優れる樹脂組成物及び該樹脂組成物を半導体用ダイアタッチ材料として使用することで信頼性に優れた半導体装置を提供することである。

このような目的は、下記［１］〜［６］に記載の本発明により達成される。
［１］（Ａ）銀粉、（Ｂ）熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物であって、銀粉（Ａ）が１次粒子の平均粒子径が０．００１〜０．０２μｍの銀微粒子が凝集することにより平均粒子径０．１〜２μｍの２次粒子を形成していることを特徴とする樹脂組成物。
［２］さらに平均粒子径１〜１０μｍの銀粉（Ｃ）を含む第［１］項記載の樹脂組成物。
［３］熱硬化性樹脂（Ｂ）が、室温で液状である第［１］又は［２］項記載の樹脂組成物。
［４］第［１］〜［３］項のいずれか１項に記載の樹脂組成物であって、有機溶剤を含まないことを特徴とする樹脂組成物。
［５］半導体素子を接着するための樹脂組成物である第［１］〜［４］項のいずれか１項に記載の樹脂組成物。
［６］第［５］項に記載の樹脂組成物をダイアタッチ材料として用いて製作されることを特徴とする半導体装置。

本発明により、良好な電気伝導性を有しながらも２００℃以下の低温で硬化可能な接着力に優れる樹脂組成物を半導体用ダイアタッチ材料として使用した信頼性に優れた半導体装置を提供することが可能となる。

そこで本発明では、１次粒子の平均粒子径が０．００１〜０．０２μｍの銀微粒子が凝集することにより平均粒子径０．１〜２μｍの２次粒子を形成している銀粉（Ａ）を使用し、樹脂組成物の加熱硬化時に一部焼結することによりパーコレーション（電気の通り道）を形成可能とすることで良好な導電性を得るものである。

銀粉（Ａ）と従来技術の微小銀粉との違いは、その安定性である。前記微小銀粉は分散剤を使用しないと室温においても徐々にではあるが粒子同士の結合が進むのに対し、銀粉(Ａ)では、分散剤を使用しない、あるいはごく少量の分散剤の使用でも安定である点である。１次粒子の平均粒子径が０．１〜２μｍの銀粉では融点降下が望めないため、樹脂組成物の加熱硬化時に焼結がおこらないため導電性の飛躍的な向上は望めない。加熱硬化時の焼結による導電性の向上を期待するためには１次粒子の平均粒子径が０．０５μｍ以下である必要がある。より効果的に焼結させるためには１次粒子の平均粒子径が０．００１〜０．０２μｍである必要がある。このような銀粉としては三井金属鉱業（株）からＡｇ Ｐｏｗｄｅｒ ＦＨＤ（１次粒子の平均粒子径約０．０１μｍ、２次粒子の平均粒子径約０．３μｍ）として入手可能である。
このような銀粉（Ａ）は、例えば平均粒子径が１μｍ以上の銀粉とも焼結可能であるので、１次粒子の平均粒子径が１〜１０μｍの銀粉（Ｃ）との併用が可能である。これより小さい場合には樹脂組成物の粘度が高くなるため好ましくなく、これより多い場合には小径のノズルを使用したディスペンスの場合にノズル詰まりの原因となる恐れがあるため好ましくない。銀粉（Ａ）と銀粉（Ｃ）の割合は、目的とする導電性のレベルによるが、（Ａ）／（Ｃ）が重量比で１００／０〜５／９５である。

本発明ではバインダーとして、熱硬化性樹脂（Ｂ）を使用する。樹脂組成物として良好な作業性を示すためには、熱硬化性樹脂（Ｂ）は室温で液状であることが好ましい。ここで熱硬化性に限定しているが、熱可塑性の樹脂を使用した場合には作業性の観点から溶剤を使用する必要があり、溶剤は加熱硬化時に揮発するためボイド、剥離の原因となるため好ましくない。エポキシ系、アクリル系、ウレタン系、マレイミド系などが挙げられ、２００℃以下６０分以下で硬化可能なものが好ましい。
熱硬化性樹脂の割合は（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）に対して１０〜３５重量％が好ましい。これより少ない場合には樹脂組成物の粘度が高くなりすぎ、これより多い場合には目的とする導電性が悪化するためである。

本発明の樹脂組成物には、必要により、カップリング剤、消泡剤、界面活性剤、各種添加剤を用いることができる。
本発明の樹脂組成物は、例えば各成分を予備混合した後、３本ロールを用いて混練した後真空下脱泡することにより製造することができる。

本発明の樹脂組成物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。例えば、市販のダイボンダーを用いて、リードフレームの所定の部位に樹脂組成物をディスペンス塗布した後、チップをマウントし、加熱硬化する。その後、ワイヤーボンディングして、エポキシ樹脂を用いてトランスファー成形することによって半導体装置を製作する。

［実施例１〜４］
銀粉（Ａ）としては１次粒子の平均粒子径約０．０１μｍ、２次粒子の平均粒子径約０．３μｍのもの（三井金属鉱業（株）製、Ａｇ Ｐｏｗｄｅｒ ＦＨＤ、以下銀粉Ａ）を、銀粉（Ｃ）としては平均粒子径８μｍ、最大粒子径３０μｍのフレーク状銀粉（以下銀粉Ｃ）を、熱硬化性樹脂（Ｂ）としては、以下に示す化合物を表１に示す割合で室温混合したものを使用し（配合割合は重量部、表中ゲルタイムは１７５℃熱板上でのゲルタイム。）、表２のように配合し、３本ロールを用いて混練し、脱泡することで樹脂組成物を得た。配合割合は重量部である。
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（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（水酸基当量１０４、軟化点８０〜９０℃、以下硬化剤）、２−メチルイミダゾールと２，４−ジアミノ−６−ビニルトリアジンの反応物（キュアゾール２ＭＺ−Ａ：四国化成工業（株）製、以下２ＭＺ−Ａ）、ジシアンジアミド（以下ＤＤＡ）、グリシジル基を有するカップリング剤（信越化学工業（株）製、ＫＢＭ−４０３Ｅ、以下カップリング剤Ａ）、２−ヒドロキシエチルアクリレートとポリテトラメチレングリコールジオールとイソホロンジイソシアネートとの反応物（新中村化学工業（株）製、ＮＫオリゴ ＵＡ１６０ＴＭ、以下、ウレタンアクリレート）、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、以下１，６ＨＸ）、グリセリンジメタクリレート（共栄社化学（株）製、ライトエステルＧ−１０１Ｐ、以下Ｇ−１０１Ｐ）、ジクミルパーオキサイド（日本油脂（株）製、パークミルＤ、以下ＤＣＰ）、テトラスルフィド結合を有するカップリング剤（日本ユニカー（株）製、Ａ−１２８９、以下カップリング剤Ｂ）、ポリエーテル系ビスマレイミド酢酸エステル（大日本インキ工業（株）製、ルミキュアＭＩＡ−２００、以下ＭＩＡ−２００）。

［比較例１、２］
表２に示す割合で配合し実施例１と同様に樹脂組成物を得た。
得られた樹脂組成物を以下の方法により評価した。評価結果を表２に示す。

評価方法
・粘度：Ｅ型粘度計（３°コーン）を用い２５℃、２．５ｒｐｍでの値を測定した。粘度の値が１５〜２５Ｐａ・ｓの範囲内のものを合格とした。粘度の単位はＰａ・ｓ。
・接着強度：６×６ｍｍのシリコンチップを銀メッキ銅フレームにマウントし、２００℃オーブン中６０分硬化した。硬化後自動接着力測定装置を用い２６０℃での熱時ダイシェア強度を測定した。２６０℃熱時ダイシェア強度が３０Ｎ／チップ以上の場合を合格とした。接着強度の単位はＮ／チップである。
・体積抵抗率：４×５０×０．０４ｍｍになるように樹脂組成物を塗布し２００℃６０分間硬化した。長さ方向４０ｍｍの抵抗値を測定することで体積抵抗率を求めた。５×１０^-4Ω・ｃｍ以下を合格とした。単位はΩ・ｃｍ。
・耐リフロー性：表２に示す樹脂組成物を用い、下記の基板（リードフレーム）とシリコンチップを２００℃６０分間硬化し接着し、封止材料（スミコンＥＭＥ−７０２６、住友ベークライト（株）製）を用い封止し、３０℃、相対湿度６０％、１６８時間吸湿処理した後、ＩＲリフロー処理（２６０℃、１０秒、３回リフロー）を行った。処理後のパッケージを超音波探傷装置（透過型）により剥離の程度を測定した。ダイアタッチ部の剥離面積が１０％未満の場合を合格とした。剥離面積の単位は％である。
パッケージ：ＱＦＰ（１４×２０×２．０ｍｍ）
リードフレーム：銀めっきした銅フレーム
チップサイズ：９×９ｍｍ
樹脂組成物の硬化条件：オーブン中２００℃、６０分

本発明の樹脂組成物は、良好な導電性、接着性を示すことから半導体素子の接着用として好適に用いることができる。

Claims (6)

1. （Ａ）銀粉、（Ｂ）熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物であって、
   前記銀粉（Ａ）は、１次粒子の平均粒子径が０．００１〜０．０２μｍの銀微粒子をあらかじめ凝集させることにより得られる平均粒子径が０．１〜２μｍの２次粒子であることを特徴とする樹脂組成物。
2. さらに１次粒子の平均粒子径が１〜１０μｍである銀粉（Ｃ）を含む請求項１記載の樹脂組成物。
3. 熱硬化性樹脂（Ｂ）が、室温で液状である請求項１又は２記載の樹脂組成物。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂組成物であって、有機溶剤を含まないことを特徴とする樹脂組成物。
5. 半導体素子を接着するための樹脂組成物である請求項１〜４のいずれか１項に記載の樹脂組成物。
6. 請求項５に記載の樹脂組成物をダイアタッチ材料として用いて製作されることを特徴とする半導体装置。