JP7395979B2 - 導電性ペーストおよび半導体装置 - Google Patents
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Description
バインダー樹脂と、
導電性金属粉と、
アルキルアセタール化ポリビニルアルコールと、
希釈剤と、
を含む電子部品接着用の導電性ペーストであって、
前記アルキルアセタール化ポリビニルアルコールが、当該導電性ペースト全体に対して、0.5質量%以上1.5質量%以下の量である、導電性ペーストが提供される。
本実施形態の導電性ペーストは、半導体素子等の電子部品を、リードフレームまたは配線基板等の基材に接着するためのダイアタッチ層を形成するために用いられるダイアタッチペーストである。本実施形態の導電性ペーストは、バインダー樹脂と、導電性金属粉と、希釈剤と、アルキルアセタール化ポリビニルアルコールとを含む。本実施形態の導電性ペーストは、熱処理により、これに含まれるバインダー樹脂が硬化し、これにより導電性金属粉同士が互いに凝集して金属粉連結構造を形成する。これにより、導電性ペーストを加熱して得られるダイアタッチ層は、導電性または熱導電性、および電子部品や基材に対する密着性が発現される。
本実施形態の導電性ペーストに用いられるバインダー樹脂としては、熱硬化性樹脂が用いられ、熱硬化性樹脂としては、シアネート樹脂、エポキシ樹脂、ラジカル重合性の炭素-炭素二重結合を1分子内に2つ以上有する樹脂、およびマレイミド樹脂から選択される一種または二種以上を用いることができる。これらの中でも、熱伝導性ペーストの接着性を向上させる観点からは、エポキシ樹脂を含むことが特に好ましい。
本実施形態の導電性ペーストは、硬化剤を含んでもよい。これにより、導電性ペーストの硬化性を向上させることができる。硬化剤としては、例えば、脂肪族アミン、芳香族アミン、ジシアンジアミド、ジヒドラジド化合物、酸無水物、およびフェノール化合物から選択される一種または二種以上を用いることができる。これらの中でも、ジシアンジアミドおよびフェノール化合物のうちの少なくとも一方を含むことが、製造安定性を向上させる観点から特に好ましい。
本実施形態の導電性ペーストに含まれる導電性金属粉は、導電性ペーストに対して熱処理が施されることにより、凝集して金属粒子連結構造を形成する。すなわち、導電性ペーストを加熱して得られるダイアタッチペースト層において、金属粉同士は互いに凝集して存在する。これにより、導電性や熱伝導性、基材への密着性が発現される。
本実施形態の導電性ペーストには、半導体素子または基材への塗布性や細部への充填性を考慮して、導電性ペーストを適切な粘度とするために、希釈剤が配合される。希釈剤としては、反応性希釈剤または非反応性溶剤を用いることができる。ここで、反応性希釈剤とは、導電性ペーストに含まれるバインダー樹脂の架橋反応に関与する反応性基を有する化合物を意味し、非反応性溶剤とは、バインダー樹脂の架橋反応に関与する反応性基を有していない溶剤を意味する。
本実施形態の導電性ペーストは、アルキルアセタール化ポリビニルアルコールを含む。これにより、上述の希釈剤が基材上に濡れ広がる現象である、ブリードの発生を抑制することができる。
本実施形態の導電性ペーストは、上述の成分に加え、必要に応じて、当該分野で通常用いられる種々のさらなる成分を含み得る。さらなる成分としては、シランカップリング剤、硬化促進剤、ラジカル重合開始剤、低応力剤、無機フィラー等が挙げられるが、これらに限定されず、所望の性能に応じて選択することができる。
導電性の調製方法は、特に限定されないが、たとえば上述した各成分を予備混合した後、3本ロールを用いて混練を行い、さらに真空脱泡することにより、ペースト状の組成物を得ることができる。この際、たとえば予備混合を減圧下にて行う等、調製条件を適切に調整することによって、導電性ペーストの長期作業性を向上することができる。
例えば、10Pa・s以上であり、好ましくは20Pa・s以上であり、より好ましくは30Pa・s以上である。これにより、導電性ペーストの作業性を向上させることができる。一方で、導電性ペーストの粘度の上限値は、例えば、1×103Pa・s以下であり、好ましくは5×102Pa・s以下であり、より好ましくは2×102Pa・s以下である。これにより、塗布性を向上させることができる。
本実施形態の導電性ペーストの用途について説明する。
本実施形態に係る導電性ペーストは、例えば、基板と、半導体素子とを接着するために用いられる。ここで、半導体素子としては、例えば、半導体パッケージ、LEDなどが挙げられる。
本実施形態に係る導電性ペーストは、従来のペースト状接着剤組成物と比べて、接続信頼性と外観とが向上できる。これにより、発熱量が大きい半導体素子を基板に搭載する用途に好適に用いることができる。なお、本実施形態において、LEDとは、発光ダイオード(Light Emitting Diode)を示す。
図1は、本実施形態に係る半導体装置の一例を示す断面図である。
本実施形態に係る半導体装置100は、基材30と、導電性ペーストの硬化物である接着剤層10を介して基材30上に搭載された半導体素子20とを備える。半導体素子20と基材30は、たとえばボンディングワイヤ40等を介して電気的に接続される。また、半導体素子20は、たとえば封止樹脂50により封止される。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例について説明する。
まず、基材30の上に、導電性ペーストを塗工し、次いで、その上に半導体素子20を配置する。すなわち、基材30、ペースト状接着剤組成物、半導体素子20がこの順で積層される。導電性ペーストを塗工する方法としては限定されないが、具体的には、ディスペンシング、印刷法、インクジェット法などを用いることができる。
以下、実施形態の例を付記する。
1. バインダー樹脂と、
導電性金属粉と、
アルキルアセタール化ポリビニルアルコールと、
希釈剤と、
を含む電子部品接着用の導電性ペースト。
2. 前記バインダー樹脂が、熱硬化性エポキシ樹脂を含む、1.に記載の導電性ペースト。
3.
硬化剤をさらに含む、1.または2.に記載の導電性ペースト。
4. 前記希釈剤が、グリコールモノマー、アクリルモノマー、エポキシモノマー、およびマレイミドモノマーから選択される少なくとも1つを含む、1.~3.のいずれかに記載の導電性ペースト。
5. 前記導電性金属粉が、銀粉、金粉、白金粉、パラジウム粉、銅粉、およびニッケル粉、ならびにそれらの合金から選択される少なくとも1つを含む、1.~4.のいずれかに記載の導電性ペースト。
6. 前記導電性金属粉が、当該導電性ペースト全体に対して30質量%以上80質量%以下の量である、1.~5.に記載の導電性ペースト。
7. 前記アルキルアセタール化ポリビニルアルコールが、当該導電性ペースト全体に対して、0.5質量%以上1.5質量%以下の量である、1.~6.のいずれかに記載の導電性ペースト。
8. 前記アルキルアセタール化ポリビニルアルコールが、前記希釈剤に対して、5質量%以上20質量%以下の量である、1.~7.のいずれかに記載の導電性ペースト。
9. 基材と、
前記基材状に接着層を介して搭載された半導体素子と、を備え、
前記接着層は、1.~8.のいずれかに記載の導電性ペーストの硬化物からなる、半導体装置。
(バインダー樹脂)
-エポキシ樹脂1:ビスフェノール-F-ジグリシジルエーテル(日本化薬社製、RE-303SL、エポキシ当量160g/eq)
(希釈剤)
-エポキシモノマー1:m-グリシジルエーテルとp-グリシジルエーテルとの混合物(阪本薬品工業社製、m,p-CGE、Mw=165、エポキシ当量165g/eq)
(アルキルアセタール化ポリビニルアルコール)
-ポリビニルブチラール樹脂1:積水化学工業社製、エスレックBH-3(10%ブチルカルビトール溶液として使用)
(カップリング剤)
-カップリング剤1:3-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製、KBM-403E)
(硬化剤)
-硬化剤1:フェノールノボラック樹脂(水酸基当量105、住友ベークライト株式会社製、PR-51470)
-硬化剤2:ジシアンアミド(ADEKA社製、EH-3636AS)
(硬化促進剤)
-硬化促進剤1:テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート(北興化学工業社製、TPP-K)
(溶剤)
-溶剤1:トリプロピレングリコールモノn-ブチルエーテル溶剤名(日本乳化剤株式会社、BFTG)
(導電性金属粉)
-銀粉1:フレーク状銀粉(平均粒径:5.0μm、徳力化学株式会社製、TKR-4A)
(シリカ)
-シリカ1:球状シリカ(トクヤマ社製、UF-320)
<ペースト状接着剤組成物の作製>
まず表1の「ワニス組成」に記載の配合量の成分を、常温で、3本ロールミルで混練することにより、ワニス状混合物を作製した。次いで、得られたワニス状混合物を、表1の「ペースト組成」に記載の配合量で用い、銀粉およびシリカを混合し、常温で、3本ロールミルで混練することにより、ペースト状の組成物(導電性ペースト)を得た。
<導電性ペースト打点後のブリードの有無>
各実施例、参考例および比較例の導電性ペーストを、アルゴン処理(200w、180sec)によって活性化させた銀製リードフレーム上に塗布し、塗布した瞬間のペーストの濡れ拡がりを金属顕微鏡(U-PMTVC、OLYNPUS製)を用いて観察した。
ペーストは塗布した直後に濡れ広がり円形となり、これを金属顕微鏡で観察すると光が透過しない円形物として見える。この光が透過していない円形物の直径をA0とした。ペーストを塗布して1時間経過した後、塗布直後から濡れ広がったペーストは、金属顕微鏡で光が半透過した円形物として見える。この光が半透過した円形物の直径をA1とした。A1がA0より大きいほど、ペーストの濡れ広がり(ブリード)が生じていることを意味する。
結果を、A1/A0が1であれば「〇」、A1/A0が1より大きく1.1以下であれば「△」、A1/A0が1.1より大きければ「×」として表1に示す。
銀製リードフレーム上に、上述で得た導電性ペーストを塗布し、次いで、長さ2.0mm×幅2.0mm×厚さ350±5μmの銀メッキされたシリコンチップをこの導電性ペースト上に配置して、25℃から150℃まで30分間かけて昇温し、さらに150℃で2時間熱処理することで硬化体を得、これを試験片とした。この試験片について、銀製リードフレームと、シリコンチップとの150℃におけるダイシェア強度を測定した。結果を表1に示す。ダイシェア強度が52.0N/(2mm×2mm)以上であれば、半導体装置を作製した場合に、半導体装置の動作信頼性を確保するのに十分であるとみなすことができる。
10 接着剤層
20 半導体素子
30 基材
32 ダイパッド
34 アウターリード
40 ボンディングワイヤ
50 封止樹脂
52 半田ボール
Claims (8)
- バインダー樹脂と、
導電性金属粉と、
アルキルアセタール化ポリビニルアルコールと、
希釈剤と、
を含む電子部品接着用の導電性ペーストであって、
前記アルキルアセタール化ポリビニルアルコールが、当該導電性ペースト全体に対して、0.5質量%以上1.5質量%以下の量である、導電性ペースト。 - 前記バインダー樹脂が、熱硬化性エポキシ樹脂を含む、請求項1に記載の導電性ペースト。
- 硬化剤をさらに含む、請求項1または2に記載の導電性ペースト。
- 前記希釈剤が、グリコールモノマー、アクリルモノマー、エポキシモノマー、およびマレイミドモノマーから選択される少なくとも1つを含む、請求項1~3のいずれかに記載の導電性ペースト。
- 前記導電性金属粉が、銀粉、金粉、白金粉、パラジウム粉、銅粉、およびニッケル粉、ならびにそれらの合金から選択される少なくとも1つを含む、請求項1~4のいずれかに記載の導電性ペースト。
- 前記導電性金属粉が、当該導電性ペースト全体に対して30質量%以上80質量%以下の量である、請求項1~5に記載の導電性ペースト。
- 前記アルキルアセタール化ポリビニルアルコールが、前記希釈剤に対して、5質量%以上20質量%以下の量である、請求項1~6のいずれかに記載の導電性ペースト。
- 基材と、
前記基材状に接着層を介して搭載された半導体素子と、を備え、
前記接着層は、請求項1~7のいずれかに記載の導電性ペーストの硬化物からなる、半導体装置。
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