JPH0673364A - 気密封止用接着剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 特定の繰り返し単位を有するポリイミド重合
体と溶剤及び平均粒径１０μｍ以下の鱗片状アルミニウ
ム粉をあらかじめ、不活性ガス又は減圧下、１００℃以
上で熱処理した粉末からなる気密封止用接着剤。 【効果】 セラミックパッケージのセラミック基板と半
導体素子の接着に用いることにより、接着強度のバラツ
キが少なく、高接着性、低ボイド性、低アウトガス性等
の優れた特性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は気密封止用接着剤に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の中でセラミックパッケージ
は高信頼性を有するパッケージとして知られている。セ
ラミックパッケージは、セラミック基板にダイを接着剤
で固定し、ワイヤーボンディング後、低融点ガラス等で
気密封止して製造される。この時、接着剤に要求される
特性としては次の項目が挙げられる。 1 接着性に優れ、熱時劣化の少ない事。 2 低アウトガス性。 3 低ボイド性。 4 高熱伝導性。 5 耐衝撃性。 これらの項目はＭＩＬ規格（米国軍事規格）により規定
されている。これらを満たす接着剤としては銀、ガラ
ス、金−シリコン共晶体等の無機系接着剤が主体であっ
た。しかし、これら無機接着剤は上記特性を満足するも
のの、コストが高くなり、パッケージ全体の価格をあげ
る要因となっている。更には大型チップを搭載した場
合、応力がかかり、温度サイクル試験に弱いといった欠
点があった。そこで樹脂系接着剤が求められている。用
いる樹脂としては耐熱性に優れているポリイミドが好適
なものとして挙げられる。更に、接着剤組成物は溶剤に
てワニス化した樹脂組成物へ銀、銅に代表される熱伝導
性無機フィラーを加え、混練する事により製造される。
しかし、この接着剤を硬化させる時、溶剤が揮発するた
めボイドが生じ、熱伝導性が著しく低下する問題があっ
た。

【０００３】又、銀、銅はポリイミドの酸化分解触媒と
して作用し、その結果気密封止時に水分等のアウトガス
が発生する問題があり、封止が充分にできなくなり、素
子の機能低下を引きおこす原因となっていた。上記問題
点を解決する方法としては、無機フィラーとしてアルミ
ニウム粉末を使用する事により、熱伝導性を低下させる
事なくポリイミドの酸化分解を押さえる方法が知られて
いる（１４ｔｈ Ｎａｔｉｏｎａｌ ＳＡＭＰＬＥ Ｔ
ｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， Ｏｃｔｏ
ｂｅｒ １９８２，１２〜１４ページ）。

【０００４】アルミニウム粉末の形状は球状、鱗片状に
大別されるが、球状の粉末を使用すると接着剤としてマ
ウント時のディスペンス時のタレ、糸ひき等の作業性が
悪くなる。一方、鱗片状の粉末を用いるとこの様な作業
性は改善される。しかし、鱗片状粉末はその製造工程に
おいて粒子を均一な鱗片状粒子にするため、粉末表面に
ステアリン酸等の処理剤がコーティングされている。そ
こで接着剤に該鱗片状アルミニウム粉末を用いると接着
力のばらつきが大きい事がわかり、その原因が表面処理
剤である事が判明した。本発明は以上述べた様な問題点
を解決せんと検討した結果、完成させるに至ったもので
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はポリアミドと
溶剤及び熱処理した鱗片状アルミニウム粉末からなる接
着剤で、これをセラミック基板と半導体素子の接着に用
いことにより、接着強度のバラツキが少なく、高接着、
低ボイド性、低アウトガス性の気密封止用接着剤を提供
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、下記
一般式（１）で示される繰り返し単位を重合体分子中に
１０モル％以上有する重合体（Ａ）と溶剤（Ｂ）及び平
均粒径１０μｍ以下の鱗片状アルミニウム粉をあらかじ
め、不活性ガス又は減圧下、１００℃以上で熱処理した
粉末（Ｃ）を必須成分とする気密封止用接着剤である。

【０００７】

【化２】

【０００８】その目的は、ボイドが少なく、かつばらつ
きの少ない高接着性が得られる気密封止用接着剤を得る
事にある。

【０００９】次に本発明について以下に詳細に説明す
る。一般式（１）で表される繰り返し単位のＲ₁ として
好ましいものの例を挙げると、

【００１０】

【化３】

【００１１】等であるが、特にこれらに限定されるもの
ではない。また、２種以上を併用しても差し支えない。
一般式（１）で表される繰り返し単位のＲ₂ として好ま
しいものの例を挙げると、

【００１２】

【化４】

【００１３】等であるが、特にこれらに限定されるもの
ではない。また、２種以上を併用しても差し支えない。
重合体中の一般式（１）で表される繰り返し単位は、１
０モル％以上であることが必要であり、より好ましくは
２０モル％以上である。１０モル％未満であると、充分
な接着強度が得られなくなったり、ボイドの発生量が多
くなったりする。一般式（１）で表される繰り返し単位
以外の繰り返し単位を、９０モル％未満の範囲で共重合
および／またはブレンドしても差し支えない。共重合お
よび／またはブレンドするものとして好ましいものの例
を挙げると、

【００１４】

【化５】

【００１５】等のポリイミドおよび／またはポリイミド
前駆体であるが、特にこれらに限定されるものではな
い。また、２種以上を併用しても差し支えない。一般式
（１）で表される繰り返し単位は、前記Ｒ₁ 、Ｒ₂ の構
造を持つテトラカルボン酸二無水物と、１，３−ビス
（３−アミノフェノキシ）ベンゼンを反応させることに
より得ることができる。

【００１６】本発明に用いられる鱗片状アルミニウム粉
末は表面処理された鱗片状アルミニウム粉末をＮ₂ 、Ａ
ｒ、ＣＯ₂ 等の不活性ガス又は減圧雰囲気下、１００℃
以上の温度において、加熱処理し表面処理剤を揮散、除
去したものである。鱗片状アルミニウム粉末の粒子は平
均粒径１０μｍ以下であり、更には最大粒径が３０μｍ
以下である事が好ましい。これ以上だとボイドが発生
し、接着層が厚くなり接着力、熱伝導率が低下するため
である。また鱗片状アルミニウム粉末／一般式（１）で
表される重合体の重量混合比は、０．０５〜１０が好ま
しい。混合比が０．０５以下であると鱗片状アルミニウ
ム粉末の効果が得られにくくなり、また、１０以上であ
ると重合体の量が少なすぎるため接着強度の低下を招き
やすい。

【００１７】本接着剤の組成は、固形分重量比で１０〜
９０％であり、残余成分は溶剤である。固形分重量比が
これ以下であると充分な接着層の厚みが得られにくく、
むらになり、結果として接着強度の低下を招きやすい。
また、これ以上であると、ペーストが高粘度化し、接着
剤としての取扱いが困難となる。上記溶剤として好まし
いものの例を挙げると、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、
ベンジルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、
Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、
ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコールジメチル
エーテル（ジグライム）、テトラエチレングリコールジ
メチルエーテル（テトラグライム）、γ−ブチロラクト
ン、エチルセルソルブアセテート、ブチルセルソルブア
セテート、シクロヘキサノン等であるが、特にこれらに
限定されるものではない。また、２種以上を併用しても
差し支えない。さらに、均一にできる範囲で重合体の貧
溶媒を揮散調節剤、皮膜平滑剤などとして使用すること
もできる。更に必要により消泡剤を添加することもでき
る。

【００１８】気密封止用接着剤の製造方法は次の通りで
ある。一般式（１）で表される繰り返し単位を有する重
合体またはその溶液、熱処理した鱗片状アルミニウム粉
末、溶剤を秤量し、必要に応じ消泡剤等を添加して攪拌
機、乳鉢、三本ロール、ニーダー等を単独または適宜組
み合わせて均一のペースト状にする。本発明の気密封止
用接着剤の使用方法としては、通常のディスペンサー等
で塗布し、半導体素子のマウント後、オーブン中または
熱盤上で加熱硬化し接着する。

【００１９】本発明の気密封止用接着剤の特徴は、接着
強度に優れ、ボイド発生量がきわめて低く、耐熱性に優
れることである。これらの特徴が得られる大きな理由の
一つは、一般式（１）に示した重合体の構造にある。従
来のポリイミド系気密封止用接着剤は、その重合体の加
熱硬化後の構造が剛直であるために、接着強度が充分で
なく、ボイド発生量も多かった。一般式（１）に示した
本接着剤の構造は、非常に柔軟な加熱硬化物を与えるた
め、高接着強度と耐熱性を両立することができる。更に
本接着剤の構造は溶剤に対しての良好な溶解性を与え
る。この溶解性と加熱硬化物の柔軟性により、表面処理
剤を除去した鱗片状アルミニウム粉末と組み合わせた際
に、ボイド発生量のきわめて低い気密封止用接着剤を得
ることができる。更には、表面処理剤を除去した鱗片状
アルミニウム粉末をフィラーとして用いるため、銀、銅
等をフィラーにした場合に較べ、ポリイミドの耐熱性が
向上し、アウトガスが低く抑えられ、かつ表面処理剤が
原因である接着力のばらつきもなく安定した高い接着力
を維持する事ができる。

【００２０】（鱗片状アルミニウム粉末の調整）表面が
ステアリン酸で処理された鱗片状アルミニウム粉末（平
均粒径２μｍ）をＮ₂気流下、１８０℃で５時間処理
し、ステアリン酸を除去した鱗片状アルミニウム粉末を
調製した。以下実施例にはこの熱処理した鱗片状アルミ
ニウム粉末を用いた。

【００２１】（重合体合成） 合成例１ 窒素導入管、温度計、攪拌棒、仕込口を具備した４つ口
フラスコに１，３ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼ
ン２９．２３ｇ（０．１ｍｏｌ）を秤量し、Ｎ−メチル
ピロリドン１８０ｇに溶解させ、次いで４，４’−オキ
シジフタル酸二無水物３１．０２ｇ（０．１ｍｏｌ）を
窒素気流下氷冷しつつ、仕込口より一気に投入する。そ
の後、２０℃で５時間反応させ、ポリアミック酸を合成
した。更に窒素導入管をはずし、代りにディーンスター
チ還流管をとりつけフラスコ内に４０ｇのトルエンを加
え、系の温度を上昇させ、イミド化に伴う生成水をトル
エンの共沸により系外に除去しながら加熱を続け、１４
０〜１５０℃でイミド化を進め水が生成しなくなった５
時間後に反応を終了させた。得られたポリイミドワニス
を１０ｌのメタノール中に攪拌しつつ１時間かけて滴下
し、樹脂を沈澱させ、濾別し固型分のみを回収した後、
１００℃で２４ｈｒ乾燥させた。こうして得たポリイミ
ド樹脂のＦＴ−ＩＲスペクトルを測定し、１６５０cm^-1
に現れるイミド化前のアミド結合に基づく吸収と１７８
０cm^-1に現れるイミド環に基づく吸収からイミド化率を
求めたところ、１００％がイミド化されている事がわか
った。 合成例２ 合成例１において、ポリアミック酸のままのポリマーを
合成した。 合成例３ 合成例１において、ジアミン成分として、１，３ビス
（３−アミノフェノキシ）ベンゼン２．９２ｇ（０．０
１ｍｏｌ）、２，２−ビス〔４−（４−アミノフェノキ
シ）フェニル〕プロパン３６．９５ｇ（０．０９ｍｏ
ｌ）とした以外は合成例１と同様のイミド化率１００％
のポリイミドを合成した。 合成例４ 合成例３においてジアミノ成分として、１，３ビス（３
−アミノフェノキシ）、ベンゼン１．４６ｇ（０．０５
ｍｏｌ）、２，２−ビス〔４−（４−アミノフェノキ
シ）フェニル〕プロパン３９．００ｇ（０．０９５ｍｏ
ｌ）とした以外は合成例３と同様のイミド化率１００％
のポリイミドを合成した。

【００２２】実施例 以下本発明を実施例で具体的に説明する。部は重量部を
表す。 実施例１ 合成例１で得たポリイミド３０部をγ−ブチロラクトン
７０部に溶解し、更に前記熱処理した鱗片状アルミニウ
ム粉末３０部を加え攪拌後３本ロールで混練し、均一な
ペースト状接着剤を得た。得られた接着剤をセラミック
基板に塗布し、１０．５×７mm角のシリコンチップをマ
ウントし、１２０℃で３０分、続いて３５０℃で３０分
硬化させた。次に気密封止条件である４２０℃、３０分
熱処理を行った。こうして得られた試験片５０ヶの引張
り接着力、更に剥離した接着層の観察によりボイド率を
求めた。評価結果を表１に示す。 実施例２ 合成例２で得たポリアミック酸ワニス１００部（固型分
２５重量％）に熱処理鱗片状アルミニウム粉末２５部を
加え、攪拌後、実施例１と同様に、接着剤を得た。実施
例１と同様にして評価した。評価結果を表１に示す。 実施例３ 合成例３で得たポリイミドについて実施例１と同様に接
着剤を調製し、実施例１と同様にして評価した。評価結
果を表１に示す。

【００２３】比較例１〜３ 表１に示した配合により実施例１と同様に接着剤を調製
し、実施例１と同様にして評価した。評価結果を表１に
示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の効果】本発明の接着剤をセラミックパッケージ
のセラミック基板と半導体素子の接着に用いることによ
り、接着強度のバラツキが少なく、高接着性、低ボイド
性、低アウトガス性等の優れた特性が得られる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記一般式（１）で示される繰り返し単
   位を重合体分子中に１０モル％以上有する重合体（Ａ）
   と溶剤（Ｂ）及び平均粒径１０μｍ以下の鱗片状アルミ
   ニウム粉をあらかじめ、不活性ガス又は減圧下、１００
   ℃以上で熱処理した粉末（Ｃ）を必須成分とすることを
   特徴とする気密封止用接着剤。 【化１】