JPH01153768A

JPH01153768A - 導電性樹脂ペースト

Info

Publication number: JPH01153768A
Application number: JP31206387A
Authority: JP
Inventors: Akinobu Kusuhara; 楠原　明信; Yukihiro Okabe; 岡部　幸博; Hiroshi Fujita; 浩史藤田
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1987-12-11
Filing date: 1987-12-11
Publication date: 1989-06-15
Anticipated expiration: 2009-03-16
Also published as: JPH0619078B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、銀粉、エポキシ樹脂、硬化剤及び可撓性付与
剤であるジメチルシロキサン化合物よりなる導電性樹脂
ペーストで、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子を金属フレー
ム等に接着する導電性樹脂ペーストに関するものである
。更に詳しくは、ＩＣ等−の大型チップを銅フレームに
接着し、ＩＣ等の組立工程の加熱処理時における大型チ
ップと銅フレームの熱膨張率の差によるチップのクラン
クやチップの反りによるＩＣ等の特性不良を防ぐ、反応
緩和特性に優れた導電性樹脂ペーストに関するものであ
る。

〔従　　来　　技　　術〕

エレクトロニクス業界の最近の著しい発展により、トラ
ンジスター、ＩＣ，ＬＳＩ、超り、ＳＩと進化してきて
おり、これら半導体素子に於ける回路の集積度が急激に
増大すると共に大量生産が可能となり、これらを用いた
半導体製品の普及に伴って１、その量産に於ける作業性
の向上並びにコストダウンが重要な問題となってきた。

従来は半導体素子を金属フレームなどの導体にＡｕ−５
ｔ共晶法により接合し、次いでハーメチックシールによ
って封止して、半導体製品とするのが普通であった。し
かし量産時の作業性、コストの面より、樹脂封止法が開
発され、現在では、−硫化されている。これに伴い、マ
ウント工程に於けるＡｕ−３ｉ共晶法の改良としてハン
ダ材料や導電性樹脂ペースト即ちマウント用樹脂による
方法が取り上げられるようになった。

しかし、ハンダ法では信頼性が低いこと、素子の電極の
汚染を起こし易いこと等が欠点とされ、高熱伝導性を要
するパワートランジスター、パワーＩＣの素子に使用が
限られている。これに対しマウント用樹脂はハンダ法に
較べ、作業性に於いても信頼性等に於いても優れており
、その需要が急激に増大している。

更に最近、ＩＣ等の集積度の高密度化により、チップが
大型化してきており、一方従来用いられてきたリードフ
レームである４２合金フレームが高価なことより、コス
トダウンの目的から銅フレームが用いられる様になって
きた。ここでＩＣ等のチップの大きさが約４〜５Ｈ角よ
り大きくなると、ＩＣ等の組立工程での加熱により、チ
ップの熱膨張率と銅フレームの熱膨張率との差から、マ
ウント法としてＡｕ−３ｔ共品法を用いると、チップの
クランクや反りによる特性不良が問題となってきている
。即ちこれは、チップの材料であるシリコン等の熱膨張
率が３Ｘ１０−６／℃であるのに対し、４２合金フレー
ムでは８Ｘ１０−６／’Ｃであるが、銅フレームでは２
０　Ｘ　１０−’　／　’Ｃと大きくなる為である。こ
れに対し、マウント法としてマウント用樹脂を用いるこ
とが考えられるが、従来のエポキシ樹脂系ペーストでは
、熱硬化性樹脂で三次元硬化する為、弾性率が大きく、
チップと銅フレームとの歪を吸収するに至らなかった。

一方、線状高分子タイプのポリイミド樹脂系では、エポ
キシ樹脂に較べ弾性率が小さく、チップの反りは改良さ
れる。しかし、ポリイミド樹脂をマウント用樹脂として
用いるには、作業性面から、Ｎ−メチル−２−ピロリド
ン、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド等の多量の極性溶剤
に溶解して、粘度を低くしなければならない。この時の
溶剤量は、マウント樹脂中の３０重量％以上にもなり、
チップと金属フレームとの接着に用いた場合、硬化加熱
時の溶剤の抜は跡として硬化物中にボイドが生成し、接
着強度低下、電気伝導及び熱伝導不良の原因となり、信
頼性面から好ましくない。

このことから、チップと銅フレームの歪を吸収する様ケ
応力緩和特性に優れ、しかも硬化物中にボイド等のない
信頼性に優れた導電性樹脂ペーストが強く要望されてい
た。

〔発明の目的〕

本発明者らは、ＩＣ等の大型チップと銅フレームとの組
合せでもチップクランクやチップの反りによるＩＣ等の
特性不良が起こらず、信頼性不良の原因となる硬化物中
のボイドも発生しない導電性樹脂ペーストを得んとして
、鋭意研究した結果、エポキシ樹脂に可撓性付与剤とし
て特定のジメチルシロキサン化合物を添加して得られる
導電性樹脂ペーストが、その硬化物の弾性等が小さ（、
チップと銅フレームとの熱膨張率との差による歪を吸収
し応力緩和に優れており、しかも硬化物中にボイドも発
生しないことが判り、本発明を完成するに至ったもので
ある。

その目的とするところは、マウント用樹脂としての電気
的特性や機械的特性、不純物濃度等の緒特性を満足して
、優れた信頼性を有し、しかも応力緩和特性に優れた導
電性樹脂ペーストを提供するにある。

〔発明の構成〕

本発明は、銀粉（Ａ）、エポキシ樹脂（Ｂ）、硬化剤（
Ｃ）及び可撓性付与剤（Ｄ）よりなる導電性樹脂ペース
トにおいて可撓性付与剤がカルボキシル基を０．５〜１
０重量％を有し、１　、２００〜２５，０００なる数平
均分子量であるジメチルシロキサン化合物であり、（Ａ
）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の割合が（Ａ）／｛（Ｂ）
＋（Ｃ）＋（Ｄ））　　−６０／４０〜９０　／　１０
であり（（Ｂ）＋（Ｃ））　／｛Ｄ｝＝　１００／　０
．５〜１００　／２０であることを特徴とする導電性樹
脂ペーストである。

本発明に用いる銀粉としては、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量は好ましくは１
０ｐｐｍ以下であることが望ましい。また粒径としては
フレーク状、樹枝状や球状等のものが用いられる。また
比較的粗い銀粉と細かい銀粉とを混合して用いることも
でき、形状についても各種のものを適宜混合してもよい
。

本発明に用いるエポキシ樹脂としては、通常のものでよ
いが、加水分解性ハロゲン基の含有量として５００ｐｐ
ｍ以下であることが望ましい。またそのタイプとしては
次のものが用いられる。

フロログルシノールトリグリシジールエーテル、トリヒ
ドロオキシビフェニルのトリグリシシールエーテル、テ
トラヒドロキシビフェニルのテトラグリシシールエーテ
ル、テトラヒドロキシビスフェノールＦのテトラグリシ
シールエーテル、テトラヒドロキシベンゾフェノンのテ
トラグリシシールエーテル、エポキシ化ノボラック、エ
ポキシ化ポリビニルフェノール、トリ処すシジールイソ
シアヌレート、トリグリシシールシアヌレート、トリグ
リシシールＳ−トリアジン、トリグリシシールアミノフ
ェノール、テトラグリシシールジアミノジフェニルメタ
ン、テトラグリシジールビロメリット酸、トリグリシシ
ールトリメリット酸、ジグリシジルトルイン、ジグリシ
ジールビスフェノールＡ１ジグリシジールビスフェノー
ルＦ１ジグリシジールビスフェノールＳ１ジヒドロキシ
ベンゾフェノンのジグリシジールエーテル、ジグリシジ
ールオキシ安息香酸、ジグリシジールフタル酸（ｏ、ｍ
、ｐ）；ジグリシジールヒダントイン、ジグリジルアニ
リン、ジグリシジルトルイジン等があり、これらを単独
もしくは２種以上を併用して用いることができる。

また上記のエポキシ樹脂に、一般に反応希釈剤と呼ばれ
る低粘度のエポキシ樹脂を併用してもよい。例えばビニ
ルシクロヘキセンジオキサイドの脂環式エポキシ化合物
、ジグリシジルフェニルグリシジルエーテルやジビニル
ベンゼンジエボキシドなどのポリオレフィンエポキシド
類、ジグリジルアニリンやジグリシジルトルイジンなど
のグリシジルアミン類、ブチルグリシジルエーテル、フ
ェニルグリシジルエーテル、タレジルグリシジルエーテ
ルなどのグリシジルエーテル類、その他グリシジルエス
テル類などである。

本発明に用いる硬化剤としては通常のものでよく、多価
フェノール類、芳香族系多塩基酸類、芳香族ポリアミン
類などがある。

多価フェノール類としては、フェノール類とアルデヒド
類との初期縮合物で、フリーのフェノールを可及的に含
まない無定形の樹脂状物質が好ましい。例えばフェノー
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２及び３核体を主体とする低分
子の液状ノボラックや、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
下の初期縮合物などである。

芳香族系多塩基酸としてはピロメリット酸無水物、トリ
メリット酸無水物のような多塩基酸類及びその２乃至３
分子を２乃至３官能性のポリオールでエステル結合で連
結した多塩基酸誘導体や、無水マレイン酸、無水フクル
酸、無水エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、ヘ
キサヒドロ無水フタル酸などの２官能の酸無水物と上記
多塩基酸との共融混合物などである。

これらの硬化剤は必要に応じ、２種以上を併用してもよ
い。

本発明に用いる可撓性付与剤はカルボキシル基を０．５
〜１０重量％を有し、１　、２００〜２５，０００なる
数平均分子量であるジメチルシロキサン化合物である。

一般にジメチルシロキサン化合物は、弾性率が小さく応
力緩和性に優れていることはよく知られている。しかし
接着性や耐湿性が悪く、マウント用樹脂として用いるこ
とはできなかった。一方エポキシ樹脂は、接着性、耐湿
性に優れているが、応力緩和性は劣っている。

本発明は、接着性、耐湿性に優れたエポキシ樹脂に応力
緩和性の優れたジメチルシロキサン化合物を添加するも
のであるが、この時、ジメチルシロキサン化合物として
は、カルボキシル基を有していることが必要で、この官
能基とエポキシ樹脂とが反応し、均一な硬化物となり弾
性率の小さい応力緩和性に優れ、しかも接着性、耐湿性
に優れた樹脂が得られる。

ジメチルシロキサン化合物中にカルボキシル基を有し、
エポキシ樹脂と反応することが本発明の重要な点で、エ
ポキシ樹脂と反応する官能基を有しないと、マウント用
樹脂のペースト状態で、エポキシ樹脂とジメチルシロキ
サン化合物の分離が発生し、作業性に適さなくなったり
硬化物が均一にならず、接着性が低く、耐湿性も悪くな
る。

更に、ジメチルシロキサン化合物中のカルボキシル基の
割合が０．５〜１０重量％であることが必要であり、こ
の割合が０．５重量％を下回ると官能基量が少な過ぎる
為、エポキシ樹脂と充分反応せずに硬化物が均一になら
ず、接着性、耐湿性が低下する。一方、カルボキシル基
の割合が１０重量％を上回ると官能基量が多過ぎる為エ
ポキシ樹脂と反応した時にその硬化物の架橋密度が高く
なり、弾性率が大きくなって、ジメチルシロキサン化合
物の応力緩和特性が発揮されず、硬化物の応力緩和性が
低下する。

また、ここで用いられるジメチルシロキサン化合物の数
平均分子量は１，２００〜２５，０００であることが必
要である。ジメチルシロキサン化合物は分子量が大きく
なる程、その応力緩和特性は向上するが、数平均分子量
が２５，０００を上回るとペースト状態でエポキシ樹脂
との相溶性が悪くなり、分離を起こし、作業性に適さな
くなったり、硬化物が均一にならず接着性、耐湿性が悪
くなる。一方ジメチルシロキサン化合物の数平均分子量
が１，２００を下回ると分子量が小さすぎる為応力緩和
特性が不充分であり、硬化物の応力緩和性は低下する。

本発明における導電性樹脂ペーストの銀粉（Ａ）と樹脂
分であるエポキシ樹脂（Ｂ）、硬化剤（Ｃ）、可撓性付
与剤（Ｄ）の重量割合は（Ａ）／　（（Ｂ）＋（Ｃ）＋
（Ｄ）｝＝６０／４０〜９０／１０が好ましく、これよ
り銀粉（Ａ）の割合が多くなっても電気伝導性の向上が
添加量の割に得られず、コスト的にも割高となる。一方
、この割合範囲より銀粉（Ａ）の量が少なくなると、導
電性樹脂ペーストの重要な特性である電気伝導性が低下
する。

また樹脂分中のエポキシ樹脂（Ｂ）、硬化剤（Ｃ）と可
撓性付与剤（Ｄ）との重量割合は（（Ｂ）＋（Ｃ）１／
｛Ｄ｝＝　１００１０．５〜１００　／　２０が好まし
く、これにより可撓性付与剤（Ｄ）の割合が多くなると
、ジメチルシロキサン化合物の欠点である、接着性、耐
湿性の低下が起こる。一方この割合範囲より可撓性付与
剤（Ｄ）の量が少なくなると、ジメチルシロキサン化合
物の特徴である応力緩和性がマウント用樹脂ペースト硬
化物に付与されない。

更に本発明においては必要により、硬化促進剤、消泡剤
等を添加しても良い。また粘度調整用として、硬化物に
ボイドの発生しない範囲で溶剤を添加することができる
。

導電性樹脂ペーストの製造工程は次の通りである。

銀粉（Ａ）、エポキシ樹脂（Ｂ）、硬化剤（Ｃ）、可撓
性付与剤（Ｄ）を秤量し、必要に応じ、硬化促進剤、消
泡剤、溶剤等を添加して攪拌機、播潰器、乳鉢、三木ロ
ール、ニーダ−等を単独または適宜組合せて、均一のペ
ースト状にする。

本発明の導電性樹脂ペーストの使用方法としては、通常
のデイスペンサー等で金属フレームに塗布でき、ＩＣ等
のチンデマウント後、オープン中又は熱盤上で加熱硬化
し接着することができる。

〔発明の効果〕

本発明の導電性樹脂ペーストは、銅、４２アロイ等の金
属フレーム、セラミック基板、ガラスエポキシ等の有機
基板へのＩＣ等の半導体素子の接着に用いることができ
、特に銅フレーム上への大型チップの接着に適しており
、銅フレームとシリコンチップとの熱膨張率の差による
ＩＣ等組立工程での加熱処理時のチップクランク、チッ
プ歪によるＩＣ等の特性不良を防ぐことができる従来で
は得られなかった応力緩和特性に優れ、しかも硬化物中
にボイドがなく信頼性にも優れたマウント用樹脂である
。

以下実施例により本発明を説明する。

〔実　　施　　例〕

〔実　　施　　例　　１　〕エポキシ樹脂を１００重量部のうちハロゲン基含有量２
５０ｐｐｍのエポキシ化フェノールノボラック（数平均
分子量二５００、エポキシ当量：　１７０　）　６５重
量部及びハロゲン基含有量１３０ｐｐｍのＣ＋４の長鎖
脂肪酸のグリシシールエステル３５重量部に硬化剤とし
て予め３５０メソシユパスの微粉末化したジシアンジア
ミド４重量部、可撓性付与剤として（ここでＸ−２３、
Ｙ＝２で両者はランダムに重合している。）なる構造のジメチルシロキサン化合物１０重量部、硬化
促進剤として１，８ジアザ−ビシクロ（５゜４．０）ウ
ンデセン−７のレゾルシン塩０．５重量部を攪拌し均一
分散液とし、更に銀粉末４００部を加え三本ロールで混
練し、均一なマウント用樹脂ペーストを得た。

得られたペーストを銅フレーム上に塗布し、１０１ｍ角
シリコンチップをマウントし、９０分／１５０　℃で硬
化させた時のチップクランク及びチップ歪を調べた。

尚、チップ歪は、チップの両端を結ぶ線上から垂直に反
りの頂上までの高さを測定したものである。

また硬化物のボイドテストはペーストを銅フレーム上に
塗布し、５ｆｉ角ガラス片をマウントし、９０分／１５
０℃で硬化させた後ガラス片の上から硬化物を観察した
。

これらの結果を他の特性と合わせて第１表に示した。得
られたペースト硬化物では、チップクラックがなく、チ
ップ歪も４μｍと小さく、応力緩和特性に優れ、しかも
硬化物中にボイドもなく、他の特性もマウント用樹脂と
して充分満足するものである。

〔実　　施　　例　　２〕エポキシ樹脂としてハロゲン基含有量２５０Ｐｌ）Ｉｌ
ｌのエポキシ化フェノールノボラック（数平均分子量：
４６０、エポキシ当量：　１７０　）１００重量部、硬
化剤としてフェノールノボラック（数平均分子量：５９
０　）　６５重量部、可撓性付与剤として（ここでＸ＝
１１９、Ｙ＝８で両者はランダムに重合している。）なる構造のジメチルシロキサン化合物８重量部、硬化促
進剤は実施例１と同様のものを０．８重量部、溶剤とし
てｎ−ブチルセロソルブアセテート６０重量部を攪拌し
、均一分散液とし、更に銀粉末７００重量部を加え、三
本ロールで混練し、均一なマウント用樹脂ペーストを得
た。

得られたペーストを実施例１と同様に特性を調べた結果
を第１表に示した。

チップクランクがなく、チップ歪も４μｍと小さく、応
力緩和特性に優れ、しかも硬化物中にボイドもなく、他
の特性もマウント用樹脂として充分満足するものである
。

〔実　　施　　例　　３〕実施例１と同様にして、可撓性付与剤のみを（ここでＸ
−９６、Ｙ＝２で両者はランダムレこ重合している。）なる構造のジメチルシロキサン化合物１５重量部として
得たマウント用樹脂ペーストの特性結果を第１表に示し
た。

チップクラックがなく、チップ歪も４μｍと７１Ｘさ（
、応力緩和特性に優れ、しかも硬化物中にボイドもな（
、他の特性もマウント用樹脂として充分満足するもので
ある。

〔比　較　例１．２〕実施例１と同様にして、可撓性付与剤のみを（ここでＸ
、Ｙはランダムに重合して０る。）Ｘ・８．Ｙ−２（比
較例２）なる構造のジメチルシロキサン化合物１０重量部として
得たマウント用樹脂ペーストの特性結果を第１表に示し
た。

比較例１ではカルボキシル基量が少なく、比較例２では
数平均分子量が小さい為、チップ歪が大きかった。

〔比　較　例３．４〕実施例２と同様にして可撓性付与剤のみを（ここでＸ、
Ｙはランダムに重合している。）Ｘ＝３４９．Ｙ＝８　
　（比較例４なる構造のジメチルシロキサン化合物８重量部として得
たマウント用樹脂ペーストの特性結果を第１表に示した
。比較例３ではカルボキシル基量が多過ぎる為、架橋密
度が上がりチップ歪が大きく、比較例４では、数平均分
子量が大きすぎる為、可撓性付与剤がエポキシ樹脂と分
離し、均一な硬化物にならずチップ接着力が弱かった。

〔比　　較　　例　　５〕実施例１と同様にして、可撓性付与剤のみを、エポキシ
樹脂と反応しない。

製・なる構造のジメチルシロキサン化合物１０重量部として
、得たマウント用樹脂ペーストの特性結果を第１表に示
した。

チップの歪が大きくしかも、チップ接着力も弱かった。

〔比　　較　　例　　６〕実施例１と同様にして、可撓性付与剤のみを除いて得た
マウント用樹脂ペーストの特性結果を第１表に示した。

可撓性付与剤を添加しないとチップクラックが発生した
。

〔比　　較　　例　　７〕ピロメリット酸／ジアミノジフェニルエーテル縮合タイ
プ（ポリアミン酸型で１５重量％Ｎ−メチル２−ピロリ
ドン溶液）のポリイミド樹脂１１３重量部と、銀粉末８
０重量部を実施例１と同様の方法で混練し、得たマウン
ト用樹脂ペーストの特性結果を第１表に示した。

チップ歪は５μｍと小さいが、硬化物中のボイドが多く
接着強度が弱かった。

〔比　較　例８．９〕実施例１と同様にして、比較例８では可撓性付与剤を０
．３重量部にし、比較例９では３０重量部にしてマウン
ト用樹脂ペーストを得た。

この特性結果を第１表に示したが、可撓性付与剤の添加
量が少ない場合はチップ歪が１９μｍと大きくなり、添
加量が多い場合は接着強度が弱かった。

〔比　　較　　例　　１０　〕実施例１と同様にして、銀粉のみを２２０重量部にして
マウント用樹脂ペーストを得た。

この特性結果を第１表に示したが、銀粉量が少ない為、
体積抵抗率がｌＸｌ０−’Ω−Ω−上になり、マウント
用樹脂ペーストとして適さない。

〔比　　較　　例　　１１〕実施例１と同様にして、エポキシ樹脂のみをハロゲン基
含有量１＋’９００ｐｐｍのエポキシ化フェノールノボ
ラック（数分子量：５２０、エポキシ当量＝１７０）に
して、マウント用樹脂ペーストを得た。

この特性結果を第１表に示したが、熱水抽出不純物量が
５３ｐｐｍと多く、ＰＣＴ信顛性も不良であった。

Claims

【特許請求の範囲】

銀粉（Ａ）、エポキシ樹脂（Ｂ）、硬化剤（Ｃ）及び可
撓性付与剤（Ｄ）よりなる導電性樹脂ペーストにおいて
、可撓性付与剤がカルボキシル基を０．５〜１０重量％
を有し、１，２００〜２５，０００なる数平均分子量で
あるジメチルシロキサン化合物であり、（Ａ）、（Ｂ）
、（Ｃ）、（Ｄ）の重合割合が（Ａ）／｛（Ｂ）＋（Ｃ
）＋（Ｄ）｝＝６０／４０〜９０／１０であり、かつ（
Ｄ）の重量割合が（Ｄ）／｛（Ｂ）＋（Ｃ）｝＝０．５
／１００〜２０／１００であることを特徴とする導電性
樹脂ペースト。