JP5167570B2 - 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、樹脂組成物及び該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、半導体製品の外装めっきからの脱鉛化の目的でリードフレームのめっきをＮｉ−Ｐｄに変更する場合が増えてきている。ここでＮｉ−Ｐｄめっきは表面のＰｄ層の安定性を向上する目的で薄く金めっき（金フラッシュ）が行われるが、Ｎｉ−Ｐｄめっきそのものの平滑性および表面の金の存在のため通常の銀めっき銅フレーム等と比較すると接着力が低下する。また基板実装時に使用する半田も鉛フリー半田が使用されるため、錫−鉛半田の場合よりリフロー温度を高くする必要がある。接着力の低下およびリフロー温度の高温化に基づくストレスの増加のため、リフロー中に半導体製品中に剥離ひいてはクラックが発生しやすくなるため半導体製品の構成材料はより高いリフロー耐性を有する必要がある。
そこで従来より使用されているダイアタッチペースト（例えば、特許文献１参照）よりもＮｉ−Ｐｄめっきフレームへの密着性に優れる、特に吸湿下においてもＮｉ−Ｐｄめっきフレームへの密着性に優れる材料が望まれているが、満足なものはなかった。
特開２０００−２７３３２６号公報

本発明は、吸湿下においてもＮｉ−Ｐｄめっきフレームへの良好な密着性を示す樹脂組成物及び本発明を半導体用ダイアタッチ材料として使用した特に耐半田クラック性等の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］〜［４］に記載の本発明により達成される。
［１］ 半導体素子を接着する樹脂組成物であって、（Ａ）銀粉、（Ｂ）グリシジル基を有する化合物、および（Ｃ）同一芳香族環に少なくとも２つの水酸基を有する化合物を必須成分とし、前記化合物（Ｂ）が、ビスフェノール類、フェノール樹脂類をグリシジルエーテル化したもの、アミノフェノールのエポキシ化物、脂肪族グリシジルエーテル類、水素添加により脂肪族環にしたグリシジルエーテル類、脂環式エポキシ化合物、から選ばれ
る少なくとも１種であり、前記化合物（Ｃ）がジヒドロキシナフタレン及びジヒドロキシ安息香酸から選ばれる少なくとも１種である樹脂組成物。
［２］ 化合物（Ｃ）が化合物（Ｂ）に対して１〜２０重量％含まれる第［１］項記載の樹脂組成物。
［３］ 化合物（Ｂ）の一部として、ポリアルキレンオキサイドユニットを骨格に有しかつグリシジル基を有する化合物を含む第［１］又は［２］項記載の樹脂組成物。
［４］ 第［１］〜［３］項のいずれか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。

本発明の樹脂組成物は、吸湿下においてもＮｉ−Ｐｄめっきフレームと良好な接着力を示すことができるので、本発明をダイアタッチ材料として使用することでこれまでにない高信頼性の半導体装置の提供が可能となる。

本発明は、銀粉、グリシジル基を有する化合物、同一芳香族環に少なくとも２つの水酸基を有する化合物を必須成分とする樹脂組成物であり、同一芳香族環に少なくとも２つの水酸基を有する化合物を用いることにより、吸湿下においてもＮｉ−Ｐｄめっきフレームと良好な接着力を示すことができるものである。
以下、本発明について詳細に説明する。

本発明では通常電子材料用として市販されている銀粉（Ａ）を使用する。このような銀粉としては、還元粉、アトマイズ粉等が入手可能で、好ましい粒径としては平均粒径が１〜３０μｍである。これ以下では樹脂組成物の粘度が高くなりすぎ、これ以上ではディスペンス時にノズル詰まりの原因となりうるからであり、電子材料用以外の銀粉ではイオン性不純物の量が多い場合があるので注意が必要である。形状はフレーク状、球状等特に限定されないが、好ましくはフレーク状のものを使用し、通常樹脂組成物中７０〜９０重量％含まれる。銀粉の割合がこれより少ない場合には導電性が悪化し、これより多い場合には樹脂組成物の粘度が高くなりすぎるためである。

グリシジル基を有する化合物（Ｂ）としては、イオン性不純物の含有量が少なく、室温で液状のエポキシ化合物が好ましい。このような化合物としてはビスフェノールＡ、ビスフェノールＦといったビスフェノール類をグリシジルエーテル化したもの、フェノールノボラック、クレゾールノボラックといったフェノール類をグリシジルエーテル化したもの、アミノフェノールのエポキシ化物などが挙げられるがこれに限定されるものではない。また液状化、低粘度化の目的で脂肪族グリシジルエーテル類、水素添加により脂肪族環にしたグリシジルエーテル類、脂環式エポキシ化合物、１官能エポキシ化合物等を使用することも可能である。
本発明では特に低応力性が必要な場合には、化合物（Ｂ）の一部として骨格にポリアルキレンオキサイドユニットを有するエポキシ化合物も使用可能である。例えば、両末端にビニルエーテル基を有するポリアルキレンオキサイドに２倍モル以上のビスフェノールＡをマイケル付加させた後、残存する水酸基をグリシジルエーテル化した化合物などが挙げられる。

本発明では硬化剤として、同一芳香族環に少なくとも２つの水酸基を有する化合物（Ｃ）を使用する。このような化合物を使用するのは、良好な接着性を得るためで特に難接着性のＮｉ−Ｐｄめっきフレームへの接着力の向上に効果的である。このような化合物（Ｃ）としてはカテコール、レゾルシノール、ハイドロキノン、ピロガロール、ジヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシ安息香酸などが挙げられこれらを単独であるいは併用して使用することが可能である。より好ましくはジヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシ安息香酸である。これらの化合物（Ｃ）はグリシジル基を有する化合物（Ｂ）に対して１〜２０重量％含まれる。これより少ないと目的とする接着力向上効果が十分でなく、これより多い場合には樹脂組成物の粘度が高くなりすぎるためである。

本発明では上記以外のエポキシ樹脂硬化剤を使用することが可能である。例えば、フェノール系化合物、有機酸無水物、アミン化合物、イミダゾール類などが挙げられる。またリン系、アミン系等の反応触媒を使用することも可能である。
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、界面活性剤等の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。またはフリップチップ接合後アンダーフィル材で封止したフリップチップＢＧＡなどのチップ裏面に樹脂組成物をディスペンスしヒートスプレッダー、リッドといった放熱部品を搭載し加熱硬化するなどである。

［実施例１〜２］
銀粉（Ａ）としては平均粒径８μｍ、最大粒径３０μｍのフレーク状銀粉（以下銀粉）を、化合物（Ｂ）としてはビスフェノール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、以下化合物Ｂ１）、化合物（Ｃ）としては、２，３−ジヒドロキシナフタレン（融点１６３℃、以下化合物Ｃ１）を使用した。クレジルグリシジルエーテル（エポキシ当量１８５、以下ＣＧＥ）、キュアゾール２ＭＺ−Ａ（四国化成工業（株）製、融点２４８〜２５８℃、以下２ＭＺ−Ａ）、グリシジル基を有するシランカップリング剤（信越化学工業（株）製、ＫＢＭ−４０３Ｅ、以下エポキシシラン）を表１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。
［実施例３］
使用する化合物（Ｃ）として２，５−ジヒドロキシ安息香酸（ゲンチジン酸：融点２０６℃、以下化合物Ｃ２）を使用する以外は実施例１と同様に樹脂組成物を作製した。
［実施例４］
使用する化合物（Ｂ）として骨格にポリアルキレンオキサイドを有するエポキシ化合物（大日本インキ工業（株）製、ＥＸＡ―４８５０−１０００、エポキシ当量３４７、以下化合物Ｂ２）を使用した以外は実施例１と同様に樹脂組成物を作製した。

［比較例１］
表１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。

［比較例２］
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）を使用し実施例１と同様に樹脂組成物を作製した。
得られた樹脂組成物（ダイアタッチペースト）を以下の方法により評価した。評価結果を表１に示す。

評価方法
・接着強度：樹脂組成物を用いて、６×６ｍｍのシリコンチップを金フラッシュしたＮｉ−Ｐｄフレームにマウントし、１５０℃オーブン中１５分硬化した。硬化後ならびに吸湿（８５℃、８５％、７２時間）処理後に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４０Ｎ／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。
・耐リフロー性：表１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１５０℃１５分間硬化し接着した。ダイボンドしたリードフレームを封止材料（スミコンＥＭＥ−７０２６、住友ベークライト（株）製）を用い封止し半導体装置（パッケージ）とし、６０℃、相対湿度６０％、１９２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）を行なった。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％。
パッケージ：ＱＦＰ（１４×２０×２．０ｍｍ）
リードフレーム：金フラッシュしたＮｉ−Ｐｄフレーム
チップサイズ：６×６ｍｍ
樹脂組成物硬化条件：オーブン中１５０℃、１５分

本発明の樹脂組成物は、Ｎｉ−Ｐｄめっきフレームと良好な接着力を示すので、本発明をダイアタッチ材料として使用することでこれまでにない高信頼性の半導体装置の提供が可能となる。

Claims (4)

1. 半導体素子を接着する樹脂組成物であって、（Ａ）銀粉、（Ｂ）グリシジル基を有する化合物、および（Ｃ）同一芳香族環に少なくとも２つの水酸基を有する化合物を必須成分とし、前記化合物（Ｂ）が、ビスフェノール類をグリシジルエーテル化したもの、フェノール樹脂類をグリシジルエーテル化したもの、アミノフェノールのエポキシ化物、脂肪族グリシジルエーテル類、水素添加により脂肪族環にしたグリシジルエーテル類、脂環式エポキシ化合物、から選ばれる少なくとも１種であり、前記化合物（Ｃ）がジヒドロキシナフタレン及びジヒドロキシ安息香酸から選ばれる
   少なくとも１種である樹脂組成物。
2. 前記化合物（Ｃ）が化合物（Ｂ）に対して１〜２０重量％含まれる請求項１記載の樹脂組成物。
3. 前記化合物（Ｂ）の一部として、ポリアルキレンオキサイドユニットを骨格に有しかつグリシジル基を有する化合物を含む請求項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。