JP5976382B2 - Die attach paste, manufacturing method thereof, and semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体素子（以下、半導体チップまたは単にチップとも称する）を金属フレームなどへ接着する際に使用されるダイアタッチペーストおよびその製造方法、ならびに半導体装置に関する。 The present invention relates to a die attach paste used when bonding a semiconductor element such as an IC or LSI (hereinafter also referred to as a semiconductor chip or simply a chip) to a metal frame, a manufacturing method thereof, and a semiconductor device.
従来、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体素子は、リードフレームと称する金属片にマウントし、Ａｕ／Ｓｉ共晶法あるいはダイボンディングペーストと称する接着剤を用いて固定した後、リードフレームのリード部と半導体素子上の電極とを細線ワイヤ（ボンディングワイヤ）により接続し、次いでこれらをパッケージに収納して半導体製品とすることが一般的であった。
近年、半導体素子は集積度の増大に伴い、半導体装置の動作安定性を確保するために、高い熱放散性が求められてきている。また、パッケージの大型化が進んでおり、これらを搭載するリードフレームには、コストダウンを図る目的で、銅フレームが、従来の高価な４２合金フレームに代わって広く用いられるようになってきた。
高い熱放散性を有するパッケージには、熱伝導性が高く、作業性に優れた導電性樹脂組成物が必要である。これを得るために、高い充填率で銀粉を含有した多くの樹脂組成物が提案されている。例えば、フレーク状銀粉に微細球状銀粉を併用して作業性を改善させるもの（例えば、特許文献１参照）、導電性粉体の９０体積％以上を特定範囲の粒子径を有する球状銀粉を使用して分散性を向上させたもの（例えば、特許文献２参照）、導電性粉体が球状（又は略球状）の銀粉と扁平状の銀粉の混合粉で特定範囲のタップを有するもの（例えば、特許文献３参照）等が知られている。
また、高い放熱性を維持しつつ、かつ、低価格化を目的として銀被覆銅粉を使用した樹脂組成物も紹介されている（例えば、特許文献４〜７参照）。
Conventionally, semiconductor elements such as IC and LSI are mounted on a metal piece called a lead frame and fixed using an adhesive called Au / Si eutectic method or die bonding paste, and then the lead part of the lead frame and the semiconductor element It has been common to connect the upper electrode with a fine wire (bonding wire), and then house these in a package to obtain a semiconductor product.
In recent years, semiconductor elements have been required to have high heat dissipation properties in order to ensure the operational stability of semiconductor devices as the degree of integration increases. Further, the size of the package has been increased, and for the purpose of reducing the cost, a copper frame has been widely used in place of the conventional expensive 42 alloy frame for the purpose of reducing the cost.
A package having high heat dissipation requires a conductive resin composition having high thermal conductivity and excellent workability. In order to obtain this, many resin compositions containing silver powder at a high filling rate have been proposed. For example, flocculated silver powder is used in combination with fine spherical silver powder to improve workability (for example, see Patent Document 1), and 90% by volume or more of conductive powder is used with spherical silver powder having a specific range of particle diameters. And dispersibility is improved (for example, see Patent Document 2), and conductive powder is a mixed powder of spherical (or substantially spherical) silver powder and flat silver powder having taps in a specific range (for example, patents) Document 3) is known.
In addition, resin compositions using silver-coated copper powder have been introduced for the purpose of reducing the price while maintaining high heat dissipation (see, for example, Patent Documents 4 to 7).
しかし、銀粉の充填率の高い樹脂組成物ではダイボンディング（ダイアタッチ）ペーストの価格が高くなる。また接着強度が低下したり、作業性が低下したりするなどの新たな問題が発生し、未だ満足し得る特性を備えたダイボンディングペーストは得られていない。他方、銀被覆銅粉の充填率の高い樹脂組成物では、いまだ信頼性が十分なものは得られておらず、ダイボンディングペーストとして使用可能なものはほとんどない。
本発明はこのような課題に対処してなされたもので、銀被覆銅粉を使用し、導電性に優れた硬化物を与え、接着強度が良好で、作業性にも優れるダイアタッチペースト、その製造方法、ならびに、そのようなダイアタッチペーストを用いた信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。
However, a resin composition having a high silver powder filling rate increases the price of a die bonding paste. In addition, new problems such as a decrease in adhesive strength and workability have occurred, and a die bonding paste having satisfactory characteristics has not yet been obtained. On the other hand, resin compositions with a high filling rate of silver-coated copper powder have not yet been obtained with sufficient reliability, and few can be used as die bonding pastes.
The present invention has been made in response to such a problem, and uses a silver-coated copper powder to give a cured product having excellent conductivity, good adhesion strength, and excellent workability, a die attach paste, It is an object of the present invention to provide a manufacturing method and a highly reliable semiconductor device using such a die attach paste.
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、樹枝状銀被覆銅粉を特定割合で含む銀被覆銅粉とエポキシ樹脂等を必須成分として含む樹脂組成物からなるダイアタッチペーストが、上記の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（1）（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール系硬化剤、（Ｃ）銀被覆銅粉、（Ｄ）イミダゾール系硬化促進剤、（Ｅ）シランカップリング剤、及び（Ｆ）希釈剤を必須成分とするダイアタッチペーストであって、（Ｃ）銀被覆銅粉の全配合量のうち、６０〜９５質量％が樹枝状銀被覆銅粉であることを特徴とするダイアタッチペースト、
（2）樹枝状銀被覆銅粉が平均粒径５〜２０μｍである上記（1）に記載のダイアタッチペースト、
（3）硬化物から抽出される銅イオン濃度が２５０ｐｐｍ未満である上記（1）又は（2）に記載のダイアタッチペースト、
（4）上記（1）〜（3）のいずれかに記載のダイアタッチペーストの硬化物により半導体素子を支持部材上に接着、固定されてなる半導体装置および
（5）（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）フェノール系硬化剤、（Ｃ）銀被覆銅粉、（Ｄ）イミダゾール系硬化促進剤及び(Ｅ)シランカップリング剤、及び(Ｆ)希釈剤を必須成分とするダイアタッチペーストであって、（Ｃ）銀被覆銅粉の全配合量のうち、６０〜９５質量％が樹枝状銀被覆銅粉である樹脂組成物を遊星撹拌装置による混合後にロール混練を行うことを特徴とするダイアタッチペーストの製造方法を提供する。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention are composed of a resin composition containing silver-coated copper powder containing a dendritic silver-coated copper powder at a specific ratio, epoxy resin, and the like as essential components. The present inventors have found that a die attach paste can achieve the above object, and have completed the present invention.
That is, the present invention
(1) (A) epoxy resin, (B) phenolic curing agent, (C) silver-coated copper powder, (D) imidazole curing accelerator, (E) silane coupling agent, and (F) diluent are essential A die attach paste as a component, wherein (C) 60 to 95% by mass of the total amount of silver-coated copper powder is dendritic silver-coated copper powder,
(2) The die attach paste according to (1), wherein the dendritic silver-coated copper powder has an average particle size of 5 to 20 μm,
(3) The die attach paste according to (1) or (2) above, wherein the copper ion concentration extracted from the cured product is less than 250 ppm,
(4) A semiconductor device in which a semiconductor element is bonded and fixed on a support member with a cured product of the die attach paste according to any one of (1) to (3), and (5) (A) an epoxy resin, B) a phenolic curing agent, (C) a silver-coated copper powder, (D) an imidazole-based curing accelerator, (E) a silane coupling agent, and (F) a die attach paste containing essential diluents, (C) A die attach paste characterized by roll kneading a resin composition in which 60 to 95% by mass of the silver-coated copper powder is dendritic silver-coated copper powder after mixing with a planetary stirring device A manufacturing method is provided.
本発明のダイアタッチペーストは、特定割合の樹枝状銀被覆銅粉を使用しているため、導電性に優れた硬化物を与え、半導体装置等の封止や接着に用いた場合、接着強度が良好で、作業性にも優れる。 Since the die attach paste of the present invention uses a specific proportion of dendritic silver-coated copper powder, it gives a cured product with excellent conductivity, and when used for sealing or bonding a semiconductor device, the adhesive strength is Good and excellent workability.
以下、本発明のダイアタッチペーストおよびその製造方法、ならびに半導体装置について詳細に説明する。
本発明のダイアタッチペーストにおいて、（Ａ）成分であるエポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有する樹脂であれば、いかなるものでも使用することができる。このエポキシ樹脂の具体例としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等がある。
市販品の具体例としては以下のものがある。
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂としては、ＡＤＥＫＡ社製アデカレンジＥＰ−４１００（エポキシ当量１９０ｇ／ｅｑ）、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂としては、ＡＤＥＫＡ社製ＥＰ−４９００（エポキシ当量１７０ｇ／ｅｑ）、脂環式エポキシ樹脂としては、ダイセル化学社製のセロキサイド２０２１Ｐ（エポキシ当量１３５ｇ／ｅｑ）等を挙げることができる。なお、上記エポキシ樹脂は単独で用いてもよいが、これらに加えて、他のエポキシ樹脂を併用してもよい。併用するエポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するものであれば、いかなるエポキシ樹脂も使用することができる。例えば、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、多官能型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等が挙げられる。
Hereinafter, the die attach paste, the manufacturing method thereof, and the semiconductor device of the present invention will be described in detail.
In the die attach paste of the present invention, any epoxy resin as the component (A) can be used as long as it has two or more epoxy groups in one molecule. Specific examples of the epoxy resin include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, and alicyclic epoxy resin.
Specific examples of commercially available products include the following.
ADEKA RANGE EP-4100 (epoxy equivalent 190 g / eq) manufactured by ADEKA as bisphenol A type epoxy resin, EP-4900 (epoxy equivalent 170 g / eq) manufactured by ADEKA, alicyclic epoxy resin as bisphenol F type epoxy resin Examples thereof include Celoxide 2021P (epoxy equivalent 135 g / eq) manufactured by Daicel Chemical Industries. In addition, although the said epoxy resin may be used independently, in addition to these, you may use together another epoxy resin. Any epoxy resin can be used as long as the epoxy resin used in combination has two or more epoxy groups in one molecule. Examples thereof include a cresol novolac type epoxy resin, a polyfunctional type epoxy resin, an alicyclic epoxy resin, and the like.
また、本発明においては、応力緩和性や密着性などをさらに改善する目的で、（Ａ）成分以外の樹脂成分を配合してもよい。併用可能な樹脂としては、例えば、
アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、キシレン樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。このようにエポキシ樹脂以外の他の樹脂を併用する場合、エポキシ樹脂１００質量部に対して、他の樹脂を５０質量部程度まで混合することができる。
Moreover, in this invention, you may mix | blend resin components other than (A) component in order to improve stress relaxation property, adhesiveness, etc. further. Examples of resins that can be used in combination include:
Acrylic resin, polyester resin, polybutadiene resin, phenol resin, polyimide resin, silicone resin, polyurethane resin, xylene resin and the like can be mentioned. These resins may be used alone or in combination of two or more. Thus, when using other resins other than an epoxy resin together, another resin can be mixed to about 50 mass parts with respect to 100 mass parts of epoxy resins.
（Ｂ）成分のフェノール系硬化剤としては、公知のものであれば特に限定されるものではない。具体例としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールＡノボラック樹脂、ポリパラビニルフェノール樹脂などがあり、硬化剤は１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
この（Ｂ）成分は、（Ａ）成分であるエポキシ樹脂の合計エポキシ基１．０当量に対して、（Ｂ）成分であるフェノール系硬化剤の水酸基が０．５〜２．０当量となるように配合することが好ましい。０．５当量未満では残存するエポキシ基の量が多くなり、硬化物の経時安定性が低下する。２．０当量を超えると残存する水酸基の量が多くなり、硬化物の吸水性が高くなるので好ましくない。
The phenolic curing agent (B) is not particularly limited as long as it is a known one. Specific examples include phenol novolak resin, cresol novolak resin, bisphenol A novolak resin, polyparavinylphenol resin, etc., and one curing agent may be used alone, or two or more may be used in combination. May be.
In this component (B), the hydroxyl group of the phenol-based curing agent as the component (B) is 0.5 to 2.0 equivalents with respect to 1.0 equivalent of the total epoxy group of the epoxy resin as the component (A). It is preferable to blend as described above. If the amount is less than 0.5 equivalent, the amount of the remaining epoxy group increases, and the stability with time of the cured product decreases. If it exceeds 2.0 equivalents, the amount of remaining hydroxyl groups increases, and the water absorption of the cured product increases, which is not preferable.
（Ｃ）成分の銀被覆銅粉は、ダイアタッチペーストに良好な導電性を付与するための成分であり、銀被覆銅粉の全配合量のうち、６０〜９５質量％、好ましくは７０〜９０質量％の樹枝状銀被覆銅粉を含むものである。６０質量％より少ないと十分な導電性が得られず、９５質量％を超えると半導体素子と支持部材との接着強度が低くなるので好ましくない。
なお、「樹枝状銅粉」というのは「デンドライト状銅粉」とも呼ばれており、硫酸銅などの電気分解により製造される。樹枝状銀被覆銅粉は、銅と銀の置換反応を利用とした置換法や、還元剤を用いた還元法により樹枝状銅粉に銀を被覆して製造される。
銀被覆率は、通常５〜２５質量％、好ましくは５〜２0質量％である。銀被覆率が５質量％未満では銀被覆銅粉を使用することによる効果が小さく、２５質量％を超えると、コスト面で有利ではない。
樹枝状銀被覆銅粉は、たとえば、図１の電子顕微鏡写真で示されるような形状を有しており、図２および図３に示した球状およびフレーク状銀被覆銅粉とは区別される。図４は銀被覆されていない樹枝状銅粉の電子顕微鏡写真の一例である。
The silver-coated copper powder of component (C) is a component for imparting good conductivity to the die attach paste, and is 60 to 95% by mass, preferably 70 to 90%, of the total amount of silver-coated copper powder. It contains a mass% dendritic silver-coated copper powder. If the amount is less than 60% by mass, sufficient conductivity cannot be obtained, and if it exceeds 95% by mass, the adhesive strength between the semiconductor element and the support member is lowered, which is not preferable.
The “dendritic copper powder” is also called “dendritic copper powder” and is produced by electrolysis of copper sulfate or the like. Dendritic silver-coated copper powder is produced by coating silver on dendritic copper powder by a substitution method using a substitution reaction between copper and silver or a reduction method using a reducing agent.
The silver coverage is usually 5 to 25% by mass, preferably 5 to 20% by mass. If the silver coverage is less than 5% by mass, the effect of using the silver-coated copper powder is small, and if it exceeds 25% by mass, it is not advantageous in terms of cost.
The dendritic silver-coated copper powder has, for example, a shape as shown in the electron micrograph of FIG. 1, and is distinguished from the spherical and flaky silver-coated copper powder shown in FIGS. FIG. 4 is an example of an electron micrograph of dendritic copper powder not coated with silver.
樹枝状銀被覆銅粉は平均粒径が５〜２０μｍであれば市販のものが使用できる。樹枝状銀被覆銅銀粉の平均粒径が５μｍ以上であれば、硬化物は高導電性を有し、平均粒径が２０μｍ以下であれば、チップ傾きが少なく、ディスペンス時のニードル詰まりも抑制できる。組み合わせる樹枝状以外の銀被覆銅粉の形状としてはフレーク状、球状、不定形、球塊状などの銀被覆銅粉が１種類以上使用できる。このうち特にフレーク状の銀被覆銅粉が好ましい。その理由は、銀被覆銅粉同士の接触点が多くなり、高い導電性が得られるからである。なお、銀被覆銅粉の平均粒径はレーザー回折式粒度分布測定装置により求めることができる。この（Ｃ）成分である銀被覆銅粉の配合量は、（Ａ）〜（Ｅ）成分の合計量１００質量部中、７５〜９５質量部の範囲が好ましく、８０〜９０質量部の範囲がより好ましい。７５質量部未満では、硬化物における導電性が達成できず、９５質量部を超えると、たとえば、半導体装置において、半導体素子と支持部材との接着強度が低くなる。 As the dendritic silver-coated copper powder, a commercially available one can be used if the average particle size is 5 to 20 μm. If the average particle diameter of the dendritic silver-coated copper silver powder is 5 μm or more, the cured product has high conductivity. . As the shape of the silver-coated copper powder other than the dendritic shape to be combined, one or more kinds of silver-coated copper powders such as flakes, spheres, irregular shapes, and spheres can be used. Of these, flaky silver-coated copper powder is particularly preferred. The reason for this is that the number of contact points between the silver-coated copper powders increases and high conductivity is obtained. The average particle size of the silver-coated copper powder can be determined by a laser diffraction particle size distribution measuring device. The compounding amount of the silver-coated copper powder as the component (C) is preferably in the range of 75 to 95 parts by mass, and in the range of 80 to 90 parts by mass in 100 parts by mass of the total amount of the components (A) to (E). More preferred. If the amount is less than 75 parts by mass, the conductivity of the cured product cannot be achieved. If the amount exceeds 95 parts by mass, for example, in a semiconductor device, the adhesive strength between the semiconductor element and the support member is lowered.
（Ｄ）成分のイミダゾール系硬化促進剤としては、従来、エポキシ樹脂の硬化促進剤として使用されているものであれば特に制限されることなく使用することができる。
イミダゾール系硬化促進剤の具体例としては、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−イソプロピルイミダゾール、２−ｎ−プロピルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニル−１Ｈ−イミダゾール、４−メチル−２−フェニル−１Ｈ−イミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、２，４−ジアミノ−６−［２′−メチルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジンイソシアヌル酸付加物、２−フェニル−イミダゾールイソシアヌル酸付加物、２−メチルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシ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、１−シアノエチル−２−フェニル−４，５−ジ（２−シアノエトキシ）メチルイミダゾール、１−ドデシル−２−メチル−３−ベンジルイミダゾリウムクロライド、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール塩酸塩などが挙げられる。
これらの硬化促進剤は１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。なかでも、２−ウンデシルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾールなどが好ましい。
この（Ｄ）成分のイミダゾール系硬化促進剤の配合量は、（Ａ）および（Ｂ）成分の合計量１００質量部に対して、０．１〜５質量部の範囲が好ましく、０．２〜３質量部の範囲がより好ましい。０．１質量部未満では、十分な硬化促進効果が得られず、５質量部を超えると可使時間が短くなる。
As the imidazole curing accelerator of component (D), any imidazole curing accelerator that has been conventionally used as a curing accelerator for epoxy resins can be used without any particular limitation.
Specific examples of the imidazole curing accelerator include 2-methylimidazole, 2-ethylimidazole, 2-isopropylimidazole, 2-n-propylimidazole, 2-undecylimidazole, 2-heptadecylimidazole, 1,2-dimethyl. Imidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenyl-1H-imidazole, 4-methyl-2-phenyl-1H-imidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 1 -Cyanoethyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-undecylimidazole, 1-cyanoethyl-2-phenylimidazole, 2,4-diamino-6- [2 '-Methylimidazolyl- 1 ′)]-ethyl-s-triazine isocyanuric acid adduct, 2-phenyl-imidazole isocyanuric acid adduct, 2-methylimidazole isocyanuric acid adduct, 2-phenyl-4,5-dihydroxymethylimidazole, 2-phenyl- 4-methyl-5-hydroxymethylimidazole, 1-cyanoethyl-2-phenyl-4,5-di (2-cyanoethoxy) methylimidazole, 1-dodecyl-2-methyl-3-benzylimidazolium chloride, 1-benzyl -2-phenylimidazole hydrochloride and the like.
These curing accelerators may be used alone or in combination of two or more. Of these, 2-undecylimidazole, 2-heptadecylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, and the like are preferable.
The blending amount of the imidazole curing accelerator as the component (D) is preferably in the range of 0.1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the components (A) and (B). A range of 3 parts by mass is more preferred. If it is less than 0.1 parts by mass, a sufficient curing acceleration effect cannot be obtained, and if it exceeds 5 parts by mass, the pot life is shortened.
（Ｅ）成分のシランカップリング剤はダイアタッチペーストとリードフレーム（支持部材）の接着性を向上させるために添加される。具体的なシランカップリング剤としては、例えば３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等を挙げることができる。これらは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
（Ｅ）成分であるシランカップリング剤の配合量は、（Ａ）および（Ｂ）成分の合計量１００質量部に対して、０．０１〜５質量部の範囲が好ましく、０．０５〜４質量部の範囲がより好ましい。０．０１質量部未満では、接着性を向上させる効果が得られず、５質量部を超えるとペースト塗布時にブリード現象が生じる。
The silane coupling agent (E) is added to improve the adhesion between the die attach paste and the lead frame (support member). Specific examples of the silane coupling agent include 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltris (β-methoxyethoxy) silane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyl Examples include trimethoxysilane and 3-mercaptopropyltrimethoxysilane. These may be used singly or in combination of two or more.
(E) The compounding quantity of the silane coupling agent which is a component has the preferable range of 0.01-5 mass parts with respect to 100 mass parts of total amounts of (A) and (B) component, and 0.05-4 The range of parts by mass is more preferable. If it is less than 0.01 part by mass, the effect of improving the adhesiveness cannot be obtained, and if it exceeds 5 parts by mass, a bleeding phenomenon occurs during paste application.
（Ｆ）成分の希釈剤は、作業性の改善と導電性向上のために添加される。その具体例としては、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ｎ−ブチルグリシジルエーテル、ｔ−ブチルフェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、２−エチルヘキシルグリシジルエーテル、オルソクレジルグリシジルエーテル、スチレンオキシド、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などが挙げられる。これらは１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。この希釈剤は、作業性と硬化性の観点から（Ａ）〜（Ｆ）成分の合計量１００質量部中、５〜２５質量部になるように添加して２５℃における粘度を６５〜１７０Ｐａ・ｓの範囲とすることが好ましい。
本発明のダイアタッチペーストには、作業性調整を目的としてシリカを添加することができる。シリカとしては、球状シリカ、破砕状シリカ等が用いられる。
シリカの添加量は前記（Ａ）〜（Ｆ）成分とシリカの合計量１００質量部中０．０１〜１質量部、好ましくは、０．０１〜０．５質量部である。
Component (F) is added to improve workability and conductivity. Specific examples thereof include diethylene glycol diethyl ether, n-butyl glycidyl ether, t-butylphenyl glycidyl ether, allyl glycidyl ether, 2-ethylhexyl glycidyl ether, orthocresyl glycidyl ether, styrene oxide, phenyl glycidyl ether, cresyl glycidyl ether. Etc. These may be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types. From the viewpoint of workability and curability, this diluent is added so as to be 5 to 25 parts by mass in 100 parts by mass of the total amount of the components (A) to (F), and the viscosity at 25 ° C. is 65 to 170 Pa · The range of s is preferable.
Silica can be added to the die attach paste of the present invention for the purpose of adjusting workability. As silica, spherical silica, crushed silica and the like are used.
The addition amount of silica is 0.01 to 1 part by mass, preferably 0.01 to 0.5 part by mass, in 100 parts by mass of the total amount of components (A) to (F) and silica.
このダイアタッチペーストには、以上の各成分の他、本発明の効果を阻害しない範囲で、ダイアタッチペーストに一般に配合される酸無水物などの接着力向上剤、消泡剤、着色剤、難燃剤などを、必要に応じて配合することができる。これらは１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
このダイアタッチペーストは、（Ａ）エポキシ、（Ｂ）フェノール系硬化剤、（Ｃ）銀被覆銅粉、（Ｄ）イミダゾール系硬化促進剤、（Ｅ）シランカップリング剤及び（Ｆ）希釈剤、必要に応じて配合される成分をディスパース、ニーダー、三本ロールなどにより混練し、次いで脱泡することにより、容易に調製することができる。
好ましいのは、遊星撹拌装置による混合である。遊星撹拌装置とは、材料を入れた容器を高速で公転させながら、同時に公転軌道上で自転させることにより、材料の均一な撹拌を行うものである。具体的には株式会社「シンキー製あわとり練太郎、ＡＲＥ−３１０」等が挙げられる。遊星撹拌装置による混合を行なった後、複数ロール（たとえば、３本ロール）による複数回の混合を行なうことが好ましい。この混合方法により、ダイアタッチペースト中で銀被覆銅粉の分散性が増し、導電性が向上する。
In this die attach paste, in addition to the above components, an adhesive strength improver such as an acid anhydride, an antifoaming agent, a colorant, a difficulty, and the like generally blended in the die attach paste within a range not impairing the effects of the present invention A flame retardant etc. can be mix | blended as needed. These may be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types.
This die attach paste comprises (A) epoxy, (B) phenolic curing agent, (C) silver-coated copper powder, (D) imidazole curing accelerator, (E) silane coupling agent and (F) diluent, The components to be blended as necessary can be easily prepared by kneading with a disperser, a kneader, a triple roll, etc., and then defoaming.
Preference is given to mixing with a planetary stirrer. The planetary agitation device performs uniform agitation of the material by revolving the container containing the material at high speed and simultaneously rotating on the revolution orbit. Specific examples include “Shinky Awatori Nertaro, ARE-310”. After mixing by the planetary stirring device, it is preferable to perform mixing a plurality of times by a plurality of rolls (for example, three rolls). This mixing method increases the dispersibility of the silver-coated copper powder in the die attach paste and improves the conductivity.
本発明のダイアタッチペーストは、糸引き性や広がり性が少なく作業性に優れている。また、大型の半導体チップとリードフレーム（支持部材）の組み合わせにおいても導電性が高く、半導体素子にクラックや反りが発生することはなく、接着強度が低下することもない。すなわち、本発明のダイアタッチペーストは、導電性が高く応力緩和性に優れた硬化物を与え、また、接着強度が大きく、作業性も良好であり、さらに、可使時間も長い。
本発明の半導体装置は、前記本発明のダイアタッチペーストにより、半導体素子が支持部材上に接着、固定されてなることを特徴とするものであり、例えば、本発明のダイアタッチペーストを介して半導体素子をリードフレーム（支持部材）にマウントし、ダイアタッチペーストを加熱硬化させた後、リードフレームのリード部と半導体素子上の電極とを常温で超音波によるワイヤボンディングにより接続し、次いで、これらを封止用樹脂により封止することにより製造することができる。
本発明のダイアタッチペーストは、半導体素子を半導体素子支持部材上に接着するための接着剤として広く使用することができ、半導体素子の接着剤に適用した場合に特に有用である。
The die attach paste of the present invention has low workability and spreadability and is excellent in workability. In addition, the combination of a large semiconductor chip and a lead frame (support member) is highly conductive, so that the semiconductor element does not crack or warp, and the adhesive strength does not decrease. That is, the die attach paste of the present invention gives a cured product having high conductivity and excellent stress relaxation property, high adhesive strength, good workability, and a long pot life.
A semiconductor device according to the present invention is characterized in that a semiconductor element is bonded and fixed on a support member by the die attach paste according to the present invention. For example, a semiconductor is provided via the die attach paste according to the present invention. The element is mounted on a lead frame (support member), the die attach paste is heated and cured, and then the lead part of the lead frame and the electrode on the semiconductor element are connected by wire bonding using ultrasonic waves at room temperature. It can be manufactured by sealing with a sealing resin.
The die attach paste of the present invention can be widely used as an adhesive for bonding a semiconductor element onto a semiconductor element support member, and is particularly useful when applied to an adhesive for a semiconductor element.
次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
下記の実施例および比較例で使用された使用原材料名およびそれらの特性を以下に示す。
１．成分（Ａ）：エポキシ樹脂
ＡＤＥＫＡ社製のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（アデカレジンＥＰ−４１００、エポキシ当量：１９０ｇ／ｅｑ）
２．成分（Ｂ）：フェノール系硬化剤
丸善石油化学社製のポリパラビニルフェノール樹脂（マルカリンカ−Ｍ、水酸基当量：１２０ｇ／ｅｑ）
３．成分（Ｃ）：銀被覆銅粉
（1）樹枝状銀被覆銅粉Ａ
三井金属鉱業社製の樹枝状銀被覆銅粉（比表面積：０．８５ｍ2/ｇ、タップ密度：０．８６ｇ/ｃｍ3、粒径Ｄ５０：７．５０μｍ、銀被覆率：２０質量％）
（2）樹枝状銀被覆銅粉Ｂ
三井金属鉱業社製の樹枝状銀被覆銅粉（比表面積：０．８５ｍ2/ｇ、タップ密度：０．８６ｇ/ｃｍ3、粒径Ｄ５０：７．５０μｍ、銀被覆率：５質量％）
（3）フレーク状銀被覆銅粉
三井金属鉱業社製のフレーク状銀被覆銅粉（銀コート１２００ＹＰ、粒径Ｄ５０：３．４２μｍ、銀被覆率：２０質量％）
（4）球状銀被覆銅粉
福田金属社製の球状銀被覆銅粉（銀コートＣｕ-ＨＷＱ、粒径Ｄ５０：４．３４μｍ、銀被覆率：２０質量％）
４．成分（Ｄ）：イミダゾール系硬化促進剤
四国化成社製の２−ヘプタデシルイミダゾール（Ｃ１１Ｚ）
５．成分（Ｅ）：シランカップリング剤
信越シリコーン社製の３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（ＫＢＥ−４０３）
６．成分（Ｆ）：希釈剤
坂本薬品工業社製のｎ−ブチルグリシジルエーテル（ＢＧＥ−Ｒ）
７．シリカ
日本アエロジル社製の親水性フュームドシリカ（ＡＥＲＯＳＩＬ２００、比表面積：２００ｍ2／ｇ）
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these examples.
The names of raw materials used and the characteristics thereof used in the following examples and comparative examples are shown below.
1. Component (A): Epoxy resin Bisphenol A type epoxy resin manufactured by ADEKA (Adeka Resin EP-4100, epoxy equivalent: 190 g / eq)
2. Component (B): Phenolic curing agent Polyparavinylphenol resin (Marcarinka-M, hydroxyl group equivalent: 120 g / eq) manufactured by Maruzen Petrochemical Co., Ltd.
3. Component (C): Silver-coated copper powder (1) Dendritic silver-coated copper powder A
Dendritic silver-coated copper powder (specific surface area: 0.85 m 2 / g, tap density: 0.86 g / cm 3 , particle size D50: 7.50 μm, silver coverage: 20% by mass) manufactured by Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.
(2) Dendritic silver-coated copper powder B
Dendritic silver-coated copper powder manufactured by Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. (specific surface area: 0.85 m 2 / g, tap density: 0.86 g / cm 3 , particle size D50: 7.50 μm, silver coverage: 5% by mass)
(3) Flaky silver-coated copper powder Flaky silver-coated copper powder manufactured by Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. (silver coat 1200 YP, particle size D50: 3.42 μm, silver coverage: 20 mass%)
(4) Spherical silver-coated copper powder Spherical silver-coated copper powder manufactured by Fukuda Metals Co., Ltd. (silver-coated Cu—HWQ, particle size D50: 4.34 μm, silver coverage: 20 mass%)
4). Component (D): Imidazole-based curing accelerator 2-heptadecylimidazole (C11Z) manufactured by Shikoku Kasei Co., Ltd.
5. Component (E): Silane coupling agent 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane (KBE-403) manufactured by Shin-Etsu Silicone
6). Component (F): Diluent n-butyl glycidyl ether (BGE-R) manufactured by Sakamoto Pharmaceutical Co., Ltd.
7). Silica Hydrophilic fumed silica manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd. (AEROSIL200, specific surface area: 200 m 2 / g)
＜実施例１＞
エポキシ樹脂（アデカレジンＥＰ−４１００）の５．６質量部、フェノール系硬化剤（マルカリンカ−Ｍ）の４．５質量部、樹枝状銀被覆銅粉Ａの７２質量部（銀被覆銅粉中の割合９０質量％）、フレーク状銀被覆銅粉（銀コート１２００ＹＰ）の８質量部（銀被覆銅粉中１０質量％）、イミダゾール系硬化促進剤（Ｃ１１Ｚ）の０．１質量部、シランカップリング剤（ＫＢＥ−４０３）の０．３質量部、希釈剤（ＢＧＥ−Ｒ）の９．４質量部およびシリカ（ＡＥＲＯＳＩＬ２００）の０．１質量部を２５℃で１５分、株式会社シンキー製の遊星撹拌装置「あわとり練太郎 ＡＲＥ−３１０」を用いて遊星撹拌してペースト状にした。次いで、３本ロールで３回混練してダイアタッチペーストを調製した。
得られたダイアタッチペーストの特性（粘度、作業性）を、以下に示す方法で求めた。結果を表１に示す。
次に、前記で得られたダイアタッチペーストを用いて、半導体チップと基板とを接着後、硬化させて半導体素子のパッケージを作製し、硬化物特性（接着強度、体積抵抗率、硬化物から抽出される銅イオン濃度）評価、さらにはパッケージの信頼性評価を以下に示す方法で行った。結果を表１に示す。
<Example 1>
5.6 parts by mass of epoxy resin (Adeka Resin EP-4100), 4.5 parts by mass of phenolic curing agent (Marcarinka-M), 72 parts by mass of dendritic silver-coated copper powder A (ratio in silver-coated copper powder) 90 mass%), 8 mass parts of flaky silver-coated copper powder (silver coat 1200YP) (10 mass% in silver-coated copper powder), 0.1 mass part of imidazole-based curing accelerator (C11Z), silane coupling agent 0.3 parts by weight of (KBE-403), 9.4 parts by weight of diluent (BGE-R) and 0.1 parts by weight of silica (AEROSIL200) at 25 ° C. for 15 minutes, planetary stirring made by Shinky Co., Ltd. Planetary stirring was performed using the apparatus “Awatori Netaro ARE-310” to make a paste. Next, a die attach paste was prepared by kneading three times with three rolls.
The characteristics (viscosity, workability) of the obtained die attach paste were determined by the following method. The results are shown in Table 1.
Next, using the die attach paste obtained above, the semiconductor chip and the substrate are bonded and then cured to produce a package of the semiconductor element, and cured product characteristics (adhesion strength, volume resistivity, extracted from the cured product) Copper ion concentration) evaluation, and further, package reliability evaluation was performed by the following method. The results are shown in Table 1.
各例における諸特性は、以下に示す方法に従って求めた。
＜ダイアタッチペーストの特性＞
１．粘度
Ｅ型粘時計（３°コーン）を用い、温度２５℃での粘度を測定した（単位：Ｐａ・ｓ）。
２．作業性
作業性を広がり性、糸引き性から評価した。
（1）広がり性
表面を銀めっきした銅フレーム上にダイアタッチペーストを直径が０．１ｍｍになるように塗布し、すぐに１ｍｍ角のシリコンチップをのせ、５０ｇｆの荷重を１秒間加えた際のダイアタッチペーストの広がり面積の直径を測定し、下記の基準で評価した。なお、評価は２５℃で行った。
○：１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ未満
×：２．０ｍｍ以上
（2）糸引き性
ダイアタッチペースト塗布時にペーストが糸を引き、塗布面からはみ出さないかどうかを肉眼で見ることにより下記の基準で評価した。
○：はみ出し無し
×：はみ出し有り
Various characteristics in each example were determined according to the following methods.
<Characteristics of die attach paste>
1. Viscosity Using an E-type viscometer (3 ° cone), the viscosity at a temperature of 25 ° C. was measured (unit: Pa · s).
2. Workability Workability was evaluated from the spreadability and stringiness.
(1) Spreadability When a die attach paste is applied on a copper frame whose surface is silver-plated so that the diameter is 0.1 mm, a 1 mm square silicon chip is immediately placed, and a load of 50 gf is applied for 1 second. The diameter of the spread area of the die attach paste was measured and evaluated according to the following criteria. The evaluation was performed at 25 ° C.
○: 1.0 mm or more and less than 2.0 mm ×: 2.0 mm or more (2) Thread-drawing property The following criteria are obtained by visually observing whether or not the paste pulls on the thread and does not protrude from the coated surface when die attach paste is applied. It was evaluated with.
○: No protrusion ×: With protrusion
＜硬化物特性＞
１．接着強度
チップ（１ｍｍ□のＳｉチップ）と基板（銀めっきした銅フレーム）とをダイアタッチペーストで接着し１５０℃で９０分硬化させた。この接着強度を２５℃、せん断強度（ダイシェア強度測定に準ずる）によって測定した（単位：Ｎ）。
２．体積抵抗率
スライドガラス上にペーストを厚さ２０〜３０μｍ、幅５ｍｍ、長さ５ｃｍになるように印刷し、１５０℃で９０分硬化して硬化物を作製した。なお、評価は２５℃条件でデジタルマルチメータを用いて行ない、下記の基準で評価した。
○：１×１０-3Ω・ｃｍ未満
×：１×１０-3Ω・ｃｍ以上
３．銅イオン濃度
テフロンシート上にダイアタッチペーストを塗布し、１５０℃で２時間硬化させた後、振動ミルで１００メッシュパス程度の粒度に粉砕した硬化物を精秤し、これを圧力容器に入れて１０倍量の純水を加えて密封し、１８０℃で２時間抽出した。その抽出液を濾過して濾液の銅イオン濃度を原子吸光法によって測定した。
４．信頼性
シリコンチップ表面にアルミニウム配線を有する模擬素子を、リードフレームにダイアタッチペーストを介してマウントし、１５０℃のオーブン中で２時間硬化させた後、金線ボンディングしてモールド樹脂によりトランスファー成形した。得られたパッケージを８５℃、８５％ＲＨのオーブン中で５Ｖの電圧を５００時間印加した後に観察した。
○：変色なし、マイグレーションなし
△：変色あり、マイグレーションなし
×：変色なし、マイグレーションあり
<Hardened product characteristics>
1. Adhesive strength The chip (1 mm □ Si chip) and the substrate (silver plated copper frame) were bonded with a die attach paste and cured at 150 ° C. for 90 minutes. This adhesive strength was measured by 25 ° C. and shear strength (according to die shear strength measurement) (unit: N).
2. Volume resistivity The paste was printed on a slide glass so as to have a thickness of 20 to 30 μm, a width of 5 mm, and a length of 5 cm, and cured at 150 ° C. for 90 minutes to prepare a cured product. In addition, evaluation was performed using a digital multimeter on 25 degreeC conditions, and the following reference | standard evaluated.
○: Less than 1 × 10 −3 Ω · cm ×: 1 × 10 −3 Ω · cm or more Copper ion concentration After applying a die attach paste on a Teflon sheet and curing at 150 ° C. for 2 hours, weigh the cured product pulverized to a particle size of about 100 mesh pass with a vibration mill and place it in a pressure vessel. Ten times the amount of pure water was added and sealed, followed by extraction at 180 ° C. for 2 hours. The extract was filtered and the copper ion concentration of the filtrate was measured by atomic absorption method.
4). Reliability A simulated element having aluminum wiring on the surface of a silicon chip was mounted on a lead frame via a die attach paste, cured in an oven at 150 ° C. for 2 hours, then bonded with gold wire and transfer molded with a mold resin. . The obtained package was observed after applying a voltage of 5 V for 500 hours in an oven at 85 ° C. and 85% RH.
○: No color change, no migration △: Color change, no migration ×: No color change, migration
＜実施例２〜６、８及び比較例１〜３＞
表１に示す種類と量の各成分を混合し、計量後の原料を遊星撹拌又は、ＴＯＫＵＳＨＵＫＩＫＡ製の混合機〔Ｔ．Ｋ．ＨＯＭＯＤＩＳＰＥＲ〕を用いて混合した後、３本ロールで３回混練した。製造方法以外は実施例１と同様に行い、半導体素子のパッケージを作製した。結果を表１に示す。
<Examples 2-6 , 8 and Comparative Examples 1-3>
Components of the types and amounts shown in Table 1 are mixed, and the raw materials after weighing are planetary stirred or a mixer manufactured by TOKUSHUKIKA [T. K. HOMODDISPER] and then kneaded 3 times with 3 rolls. A semiconductor device package was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the manufacturing method. The results are shown in Table 1.
表１から分かるように、実施例のダイアタッチペーストは、比較例のものに比べて、体積抵抗率が低い上、糸引き性や広がり性などの作業性が良好である。また、実施例のダイアタッチペーストは、良好な接着強度を有する。 As can be seen from Table 1, the die attach pastes of the examples have lower volume resistivity and better workability such as stringiness and spreadability than those of the comparative examples. In addition, the die attach paste of the example has good adhesive strength.
本発明のダイアタッチペーストは、樹枝状銀被覆銅粉が特定の割合で配合された銀被覆銅粉を使用することにより、導電性に優れた硬化物を与え、接着強度が良好で、作業性にも優れるダイアタッチペースト、および、そのようなダイアタッチペーストを用いた信頼性の高い半導体装置を提供することができる。 The die attach paste of the present invention uses a silver-coated copper powder in which a dendritic silver-coated copper powder is blended at a specific ratio, thereby giving a cured product excellent in conductivity, good adhesive strength, and workability. In addition, it is possible to provide a die attach paste that is superior to the above, and a highly reliable semiconductor device using such a die attach paste.
Claims (5)
（Ｃ）銀被覆銅粉の全配合量のうち、６０〜９５質量％が樹枝状銀被覆銅粉であることを特徴とするダイアタッチペースト。 (A) Epoxy resin, (B) phenolic curing agent, (C) silver-coated copper powder, (D) imidazole curing accelerator, (E) silane coupling agent, and (F) diluent are essential components. It is a die attach paste, and the hydroxyl group of the phenol-based curing agent as the component (B) is 0.5 to 2.0 equivalents with respect to 1.0 equivalent of the total epoxy group of the epoxy resin as the component (A). The amount of the silver-coated copper powder as the component (C) is 75 to 95 parts by mass in 100 parts by mass of the total amount of the components (A) to (E), and the component (D) The amount of the imidazole curing accelerator is 0.1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the component (A) and the component (B), and the silane that is the component (E). The compounding amount of the coupling agent is the component (A) and the component (B). The amount of the component (F) is 0.01 to 5 parts by mass with respect to the total amount of 100 parts by mass of the minute. 5 to 25 parts by mass,
(C) 60-95 mass% of the total compounding quantity of silver covering copper powder is dendritic silver covering copper powder, The die attach paste characterized by the above-mentioned.
(A) Epoxy resin, (B) Phenol-based curing agent, (C) Silver-coated copper powder, (D) Imidazole-based curing accelerator, (E) Silane coupling agent, and (F) Diluter comprising diluent as essential components In the touch paste, the phenolic curing agent as the component (B) has a hydroxyl group of 0.5 to 2.0 equivalents with respect to 1.0 equivalent of the total epoxy group of the epoxy resin as the component (A). Yes, the compounding amount of the silver-coated copper powder as the component (C) is 75 to 95 parts by mass in 100 parts by mass of the total amount of the components (A) to (E), and the component (D) The compounding quantity of an imidazole series hardening accelerator is 0.1-5 mass parts with respect to 100 mass parts of total amounts of the said (A) component and the said (B) component, and the silane cup which is the said (E) component The blending amount of the ring agent is the component (A) and the component (B). The total amount of the component (F) is 0.01 to 5 parts by mass, and the diluent of the component (F) is 5 parts in the total amount of the component (A) to the component (F) of 100 parts by mass. a 25 parts by weight, (C) of the total amount of the silver-coated copper powder, by performing kneading after mixing by a planetary stirrer resin composition 60 to 95 wt% are dendritic silver-coated copper powder A process for producing a die attach paste characterized by the above.
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