JPH07258618A - 導電性樹脂ペースト - Google Patents

導電性樹脂ペースト

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JPH07258618A
JPH07258618A JP6050100A JP5010094A JPH07258618A JP H07258618 A JPH07258618 A JP H07258618A JP 6050100 A JP6050100 A JP 6050100A JP 5010094 A JP5010094 A JP 5010094A JP H07258618 A JPH07258618 A JP H07258618A
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竜一 村山
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 銀粉、常温で液状のエポキシ樹脂、硬化剤及
びテトラエトキシシランを必須成分として、かつ全ペー
スト中に銀粉を60〜85重量%、テトラエトキシシラ
ンを0.1〜10重量%含有する導電性樹脂ペースト。 【効果】 高い接着強度を有し、更に飽和吸水後でも接
着強度が低下しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はIC、LSI等の半導体
素子を金属フレーム等の基板に接着させる導電性樹脂ペ
ーストに関するものである。
【0002】
【従来の技術】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LSIと
進化してきており、これら半導体素子における回路の集
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、その量産にお
ける作業性の向上なら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等の導体
にAu−Si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、現在は一般化されている。これに伴
い、マウント工程におけるAu−Si共晶法の改良とし
てハンダ材料や導電性樹脂ペーストによる方法が取り上
げられるようになった。
【0003】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。これに対して導電性樹脂ペー
ストはハンダ法に比べ、作業性、信頼性等において優れ
ており、その需要が急激に増大している。またこのよう
にして組立てられたIC、LSI等の半導体製品は保管
中や作業中などに空気中の水分を吸収する。吸水した半
導体製品を再加熱すると半導体素子とリードフレームと
の間に剥離が発生する。この剥離が信頼性の著しい低下
の原因として、エレクトロニクス業界では問題視されて
いる。半導体製品の信頼性向上についてこれまで様々な
検討が行われてきた。主にリードフレームの形状や材質
の変更による応力緩和や高密着化、半導体素子を封止す
る樹脂の低吸水化や高密着化等である。しかし、半導体
素子とリードフレームとの間の剥離はこれらの方法では
解決されなかった。この剥離の発生原因として、それら
を接着する導電性樹脂ペーストの飽和吸水後の熱時接着
強度の低下であると近年考えられる様になった。
【0004】この飽和吸水後の熱時接着強度の低下を低
減するためにこれまで次の様な方法が検討されてきた。
硬化物の架橋密度を高くし吸水前の接着強度を向上させ
ても、飽和吸水後の接着強度は低下した。またエポキシ
樹脂や硬化剤に高級アルキル基等の疎水性置換基を導入
し吸水量を低減する手法では飽和吸水量に達する時間は
長くなったが、飽和吸水後の熱時接着強度が低下する傾
向は変わらなかった。従って、これまで飽和吸水後熱時
接着強度が吸水前に比べ低下しない導電性樹脂ペースト
の開発は困難であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は高い接着強度
を有し、更に飽和吸水後でも接着強度が低下しない導電
性樹脂ペーストを提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、(A)銀粉、
(B)常温で液状のエポキシ樹脂、(C)硬化剤及び
(D)式(1)のテトラエトキシシランを必須成分とし
て、かつ全ペースト中に(A)銀粉を60〜85重量
%、(D)テトラエトキシシランを0.1〜10重量%
含有する導電性樹脂ペーストであり、高い接着強度を有
し、更に飽和吸水後でも接着強度が低下しないものであ
る。
【0007】
【化2】
【0008】液状のエポキシ樹脂に銀粉を分散させた導
電性樹脂ペーストの硬化物を高温、多湿の条件下で長時
間放置すると硬化物中に含まれるエポキシ樹脂に徐々に
水分が浸透していく。これはエポキシ樹脂の硬化物中に
含まれる水酸基やアミノ基等の極性を有する官能基によ
り水の分子が引き寄せられるためである。更に浸透した
水分はある量になるとそれ以上浸透しなくなる。この量
を飽和吸水量と言う。また一般的に導電性樹脂ペースト
の接着機構は、エポキシ樹脂の硬化の際に生成する水酸
基による水素結合と言われている。このことから導電性
樹脂ペーストの接着力は吸水していくにしたがって徐々
に接着面に水分が浸入していき、エポキシ樹脂とリード
フレームや半導体素子との水素結合が疎外されていくこ
とにより吸水後の接着強度は低下する。更に吸水が進
み、飽和吸水量に達すると接着強度の低下は著しくな
る。このような問題を解決するため、本発明者等は種々
検討した結果、テトラエトキシシランを添加することで
飽和吸水後の接着強度が向上することを見いだした。
【0009】ここでテトラエトキシシランを用いたのは
様々な工業製品に汎用的に用いられているため入手が比
較的容易であり、添加しない場合と比べ吸水前の接着強
度が向上し、飽和吸水後の接着強度が低下しないためで
ある。この理由として硬化時にテトラエトキシシランが
その活性なエトキシ基によって自己縮合し、ポリシロキ
サン化するためと考えられる。このテトラエトキシシラ
ンの縮合によって得られたポリシロキサンはエポキシ樹
脂と異なり縮合時に生成したシラノール基やエトキシ基
が半導体素子やリードフレーム等の無機材料と共有結合
することにより、接着強度が向上しまた吸水による水分
の接着面への浸入でエポキシ樹脂の水素結合が疎外され
てもポリシロキサンの共有結合が疎外されず、飽和吸水
後の接着強度は低下しない。一方、他のテトラアルコキ
シシラン、例えばテキラメトキシシランを用いると沸点
が低いため、硬化時の発生ガスが多くボイドの発生原因
になり、またテトラプロポキシシラン以上の長鎖のアル
キル基やテトラフェノキシシラン等の芳香環を有するも
のは、テトラエトキシシランと比べ、入手が困難でポリ
シロキサン化しにくい。更に2官能や3官能のアルコキ
シシランでは配合量のいかんにかかわらず、テトラエト
キシシランのように吸水後の接着強度の向上は見られな
い。これは4官能が縮合したポリシロキサンの様な共有
結合が少ないため、接着強度は向上しないと考えられ
る。
【0010】更にテトラエトキシシランの配合割合は、
全ペースト中に0.1〜10重量%が望ましい。0.1
重量%未満では吸水後の密着力の向上は見られない。1
0重量%を越えると硬化時の発生ガスにより、硬化物に
気泡の発生が多くなり、半導体素子の接着面積が小さく
なって充分な接着強度を得ることができない。また本発
明に用いる銀粉は50μm以下のものであることが望ま
しい。50μmを越えるとペースト塗布時にニードル詰
まりが起こりやすい。銀粉に含まれるナトリウム、塩素
等のイオン性不純物は使用される分野が半導体関連であ
り、LSI等の信頼性からもなるべく少ないことが望ま
しく、例えば、プレッシャークッカー125℃、20時
間抽出で20ppm 以下であることが望ましい。銀粉の形
状もフレーク状、球状、樹枝状等があり、いずれも単独
あるいは混合して用いてもよい。銀粉の配合割合は全ペ
ースト中60〜85重量%であることが望ましい。銀粉
の配合割合が60重量%未満の場合、硬化物の導電性が
劣る。更に銀粉の配合割合が85重量%を越えると、導
電性樹脂ペーストの粘度が高くなるため塗布作業性が著
しく悪化するためである。
【0011】本発明に用いるエポキシ樹脂は常温で液状
のものに限定しているが、常温で液状でないと銀粉との
混練において、溶剤をより多く必要とする。溶剤は気泡
発生の原因となり、硬化物の接着強度を低下させてしま
う。本発明に用いるエポキシ樹脂として例えばビスフェ
ノールA、ビスフェノールF、フェノールノボラックと
エピクロルヒドリンとの反応で得られるポリグリシジル
エーテルで常温で液状のもの、ビニルシクロヘキセンジ
オキサイド、ジシクロペンタジエンオキサイド、アリサ
イクリックジエポキシ−アジペイドのような脂環式エポ
キシ、更にはn−ブチルグリシジルエーテル、バーサテ
ィック酸グリシジルエステル、スチレンオキサイドフェ
ニルグリシジルエーテル、ブチル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、ジシクロペンタ
ジエンエポキサイドのような通常エポキシ樹脂の希釈剤
として用いられるものがある。
【0012】本発明の硬化剤としては一般的に活性水素
を分子内に有するものが望ましい。例えばノボラック型
フェノール樹脂やイミダゾール、ジシアンジアミド等の
アミン系硬化剤であり、特に限定するものではない。更
に本発明の樹脂組成物には必要に応じて硬化促進剤、顔
料、染料、消泡剤等の添加剤を用いることができる。本
発明の製造方法は例えば各成分を予備混合し、3本ロー
ルを用いて混練し、ペーストを得て真空下脱泡すること
などがある。
【0013】以下本発明を実施例で具体的に説明する。
配合割合は重量部とする。 実施例1〜6 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エーテル(エポキシ当量180で
常温で液状、以下エポキシ樹脂)、希釈剤としてクレジ
ルグリシジルエーテル(以下CGE)、硬化剤として実
施例6では2−フェニル−4−メチルイミダゾール(2
P4MZ)を用い、それ以外はノボラック型フェノール
樹脂を用いた。またノボラック型フェノール樹脂(軟化
点120℃、水酸基当量100、以下NP)を用いた実
施例では硬化促進剤として1,5−ジアザビシクロ
〔4.3.0〕ノン−5−エン(以下DBU)を添加し
た。更にテトラエトキシシランを用い、最大粒径50μ
m以下の銀粉を表1に示す割合で配合し、3本ロールで
混練した導電性樹脂ペーストを真空チャンバーにて2m
mHgで30分脱泡後、以下に示す方法により各種性能
を評価した。評価結果を表1に示す。
【0014】粘度:E型粘度計(3°コーン)を用い、
25℃、2.5rpmでの測定値。 体積抵抗率:スライドガラス上にペーストを幅4mm、
厚さ30μmに塗布し、実施例6では200℃熱盤上で
60秒硬化し、それ以外は200℃オーブン中60分硬
化した後の硬化物の体積抵抗率。 接着強度:7mm角のダイパットを有するリードフレー
ムに導電性樹脂ペーストを塗布し、6×12mmのシリ
コンチップをマウントして、実施例6では200℃熱盤
上で60秒硬化し、それ以外は200℃オーブン中で6
0分硬化した後、250℃の熱盤にシリコンチップを下
にして置き、リードフレームのリードを上方に引き上
げ、シリコンチップとダイパットが剥がれる強度をプッ
シュプルゲージで測定した測定値。 ボイド:リードフレームに導電性樹脂ペーストを塗布し
た後、6mm角のガラスチップをマウントし、実施例6
では220℃熱盤上で60秒硬化し、それ以外は200
℃オーブン中60分硬化し、それをサンプルとしてガラ
スの上から顕微鏡で観察し導電性樹脂ペーストの硬化物
にボイドが発生しているか否かを目視で評価。
【0015】比較例1〜8 表2に示す割合配合で実施例と同様に導電性樹脂ペース
トを得た。このペーストを実施例と同様に各種性能を評
価した。評価結果を表2に示す。比較例1では、導電性
が劣る。比較例2では、導電性は優れるが、粘度が高い
ため塗布作業性が劣る。比較例3では、テトラエトキシ
シランを添加しないため引き剥がし強度は低い。比較例
4では、テトラエトキシシランの配合量が少ないため充
分な引き剥がし強度が得られない。比較例5では、テト
ラエトキシシランの配合量が多いため引き剥がし強度は
高いがボイドが多い。比較例6では、テトラエトキシシ
ランに代わり、4官能のテトラメトキシシランを用いた
が、沸点がテトラエトキシシランに比べ低いため同量の
添加でもボイドが多くなる。比較例7、8では、ジエト
キシシラン、トリエトキシシランを用いているため、テ
トラエトキシシランに比べ引き剥がし強度が低い。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】
【発明の効果】本発明によると高い接着強度を有し、更
に飽和吸水後でも接着強度が低下しない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01R 4/04 6901−5E

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)銀粉、(B)常温で液状のエポキ
    シ樹脂、(C)硬化剤及び(D)式(1)のテトラエト
    キシシランを必須成分として、かつ全ペースト中に
    (A)銀粉を60〜85重量%、(D)テトラエトキシ
    シランを0.1〜10重量%含有することを特徴とする
    導電性樹脂ペースト。 【化1】
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