JPH09316166A - 半導体素子接着用樹脂ペースト及び半導体装置 - Google Patents

半導体素子接着用樹脂ペースト及び半導体装置

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JPH09316166A
JPH09316166A JP13914296A JP13914296A JPH09316166A JP H09316166 A JPH09316166 A JP H09316166A JP 13914296 A JP13914296 A JP 13914296A JP 13914296 A JP13914296 A JP 13914296A JP H09316166 A JPH09316166 A JP H09316166A
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JP
Japan
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resin paste
resin
semiconductor element
caprolactone
paste
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JP13914296A
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English (en)
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Ryuichi Murayama
竜一 村山
Hikari Okubo
光 大久保
Yutaka Matsuda
豊 松田
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディスペンス塗布時の作業性が良好で、低弾
性率に優れる高信頼性の半導体素子接着用の樹脂ペース
トを提供すること。 【解決手段】 無機フィラー、常温で液状のエポキシ樹
脂、ε-カプロラクトン、有機金属錯体、及び硬化剤か
らなる樹脂ペーストにおいて、全樹脂ペースト中に無機
フィラーが10〜85重量%、ε-カプロラクトンが
0.1〜15重量%、有機金属錯体が0.01〜4重量
%含まれる半導体素子接着用樹脂ペースト。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】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半導体素
子接着用樹脂ペースト及び該樹脂ペーストを用いた半導
体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体素子を金属フレームに接着させる
工程、即ちダイボンディング工程において樹脂ペースト
を用いる方法では、半導体素子を金属フレームにマウン
ト後、硬化する必要がある。この時、主に熱膨張係数の
小さいシリコンからなる半導体素子と熱膨張係数の大き
い金属フレームとの熱膨張係数の差から半導体素子が反
る現象がある。近年、半導体業界において、半導体素子
の高集積化が急速に進んでいる。そのため半導体素子が
大型化する傾向にある。一方、半導体素子を接着する金
属フレームの材質が熱膨張係数の小さい42アロイから
熱膨張係数の大きい銅を使用するのが主流となってき
た。このことから半導体素子の反りが増大し、パッケー
ジ内における半導体素子にかかる応力が増大する。半導
体素子にかかる応力が増大すると最悪の場合、半導体素
子や封止樹脂にクラックが発生し、信頼性を著しく低下
させる。
【0003】この様な半導体素子の応力を低減させるた
めに、半導体素子接着用樹脂ペーストの低応力化につい
て様々な手法が提案されてきた。この低応力化剤とし
て、例えば、ポリブタジエン、末端カルボルキシ基含有
ブタジエン−アクリロニトリルをはじめとしたアクリル
ゴム、飽和ポリエステル等の液状のエラストマー、シリ
コーン変性をはじめとした可撓性エポキシ、可撓性硬化
剤等が挙げられる。これらの低応力化剤の添加は、いず
れも低応力性には優れているが、その大部分が樹脂ペー
ストの粘度を高くし、チキソ性を低下する傾向にある。
従って、今後予想される生産性の向上に伴う半導体素子
を金属フレームにマウントするダイボンディング工程に
おける半導体素子接着用樹脂ペーストの塗布作業の高速
化が進むと、現在の低応力手法では塗布時にペーストの
糸引き性が悪化する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、塗布
作業性に優れ、良好な低弾性率を有する半導体素子接着
用樹脂ペーストを提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、(A)無機フ
ィラー、(B)エポキシ樹脂、(C)ε-カプロラクト
ン、(D)有機金属錯体、及び(E)硬化剤からなる樹
脂ペーストにおいて、全樹脂ペースト中に無機フィラー
が10〜85重量%、ε-カプロラクトンが0.1〜1
5重量%、有機金属錯体が0.01〜4重量%含まれる
ことを特徴とする半導体素子接着用樹脂ペースト及び該
樹脂ペーストを用いた半導体装置である。更に無機フィ
ラーは、銀粉でもシリカでも使用可能である。
【0006】本発明に用いる無機フィラーは、最大粒径
が50μm以下のものが望ましい。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易い。無機フ
ィラー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
性からも極力少ないことが望ましく、例えば、プレッシ
ャークッカーで125℃、20時間抽出で20ppm以
下であることが望ましい。又形状もフレーク状、球状、
破砕等があり、これらは単独でも混合して用いても良
い。無機フィラーとしては、導電性が必要な場合、銀粉
を用い、絶縁性が必要な場合はシリカを用いることが好
ましい。その添加量は銀粉の場合、全樹脂ペースト中に
60〜85重量%、シリカの場合10〜70重量%が好
ましい。銀粉が、60重量%未満だと良好な導電性が得
られず、85重量%を越えると粘度が高くなり著しく塗
布作業性を悪化させる。シリカが、10重量%未満だと
粘度が低くなり充分なチキソトロピーが得られず、塗布
作業性が悪化し、70重量%を越えると粘度が高くなり
良好な塗布作業性が得られない。
【0007】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、
又はシリカとの混練において、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
は、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樹脂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のもの、ビニ
ルシクロヘキセンジオキシド、ジシクロペンタジエンオ
キシド、アリサイクリックジエポキシ−アジペイドの様
な脂環式エポキシ、更に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、クレグリシジルエーテル、ジシク
ロペンタジエンジエポキシドの様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。
【0008】本発明で用いるε−カプロラクトンは、分
子内にエステル結合を有する環状の化合物であり、その
エステル部は反応性に富んでいる。特に金属イオンを触
媒とし、その反応性に富んだエステル部が開環重合し、
容易にポリエステルを生成する。このポリエステルは、
本発明の様なエポキシ樹脂ペーストの硬化物を低弾性率
化し、半導体装置において封止材の成形時や半導体素子
接着用樹脂ペーストの硬化等による応力を緩和し、半導
体素子の反りを低減する効果がある。又、本発明の半導
体素子接着用樹脂ペーストは、一般的にはディスペンサ
ーによる塗布作業を行っており、この塗布作業において
ペーストの糸引き性が重要になる。即ち、ポリエステル
をはじめとした熱可塑性樹脂を配合することにより樹脂
ペーストの低弾性率化は充分得られるが、塗布作業時の
糸引き性が低下し、高速での塗布作業に対応できないと
考えられる。本発明では、反応性に富んだエステル基を
有するε−カプロラクトンを用いる。これは硬化前はε
−カプロラクトンがモノマーであり、硬化後は開環重合
しポリエステルになる。この様にε−カプロラクトンを
用いれば硬化前の樹脂ペーストでは、粘度が十分に低い
ため高速ディスペンスでも充分対応でき、かつ硬化後で
はε−カプロラクトンが重合したポリエステルが得られ
るため樹脂ペーストの硬化物の低応力化に優れるという
効果がある。全樹脂ペースト中のε-カプロラクトンの
配合量は、0.1〜15重量%が好ましく、0.1重量
%未満だと充分な低応力性を得ることができず、15重
量%を越えるとボイドが多くなる。
【0009】本発明に用いる有機金属錯体としては、例
えば、コバルト、亜鉛、鉄、クロム、マンガン、ニッケ
ル、チタン等の金属ナフタン塩、アセチルアセトナオー
ト又はその誘導体の塩、各種カルボン酸塩、アルコキシ
ド等の有機金属塩があり、これらは単独でも混合して用
いても良い。全樹脂ペースト中の有機金属錯体の配合量
は、0.01〜4重量%が好ましく、0.01重量%未
満だとε−カプロラクトンの重合が速やかに進行せずε
−カプロラクトンの揮発によるボイドが発生する。4重
量%を越えるとε−カプロラクトンの重合が進行してし
まい保存性を著しく低下させる。本発明に用いる硬化剤
は、活性水素を分子内に有する化合物が好ましい。この
様な化合物には、フェノール類(例えば、ビスフェノー
ルA、ビスフェノールF、ビスフェノールAP、ビスフ
ェノールS、ビスフェノールZ、ジメチルビスフェノー
ルA、ジメチルビスフェノールF、テトラメチルビスフ
ェノールA、テトラメチルビスフェノールF、ビフェノ
ール、テトラメチルビフェノール、ジヒドロキシジフェ
ニルエーテル、ジヒドロキシベンゾフェノン、o−ヒド
ロキシフェノール、m−ヒドロキシフェノール、p−ヒ
ドロキシフェノール、、フェノールノボラック樹脂、オ
ルソクレゾールノボラック樹脂等のポリフェノール類、
トリヒドロキシフェニルメタン、トリヒドロキシフェニ
ルメタン等のトリスフェノール類)、1級アミン、ポリ
アミン類、イミダゾール等が挙げられる。これらは単独
でも混合して用いても良い。
【0010】更に本発明の樹脂ペーストには、必要に応
じて硬化促進剤、顔料、消泡剤等の添加剤を用いること
ができる。本発明の樹脂ペーストの製造方法としては、
例えば各成分を予備混練した後、三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。
【0011】以下に、本発明を実施例で具体的に説明す
る。配合割合は、重量%とする。 実施例1〜8 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)、硬化剤としてフ
ェノールノボラック樹脂(水酸基当量110)、2−フ
ェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾー
ル(以下2P4MHZ)、ビスフェノールF、ε−カプ
ロラクトン、コバルトアセチルアセトナート(以下Co
−AA)、亜鉛・アセチルアセトナート(以下Zn−A
A)、更に最大粒径50μm以下の銀粉及びシリカを表
1に示す割合で配合し、3本ロールで混練して樹脂ペー
ストを得た。この樹脂ペーストを真空チャンバーにて2
mmHg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。
【0012】粘度:E型粘度計(3°コーン)を用い、
25℃、2.5rpmでの測定値。又25℃の恒温槽に
て3日間放置後の測定値を3日後の粘度とした。単位ポ
イズ。 体積抵抗率:スライドガラス上にペーストを幅4mm、
厚み30μmに塗布し、180℃のオーブン中で60分
間硬化した後の硬化物の体積抵抗率を測定した。単位は
Ω−cm。 350℃熱時接着強度:2mm角のシリコンチップを樹
脂ペーストを用いて、銅フレームにマウントし、180
℃のオーブン中で60分間硬化した。硬化後、プッシュ
プルゲージを用い、350℃での熱時ダイシェア強度を
測定した。単位gf。 チップ反り:6×15×0.3mmのシリコンチップを
樹脂ペーストを用いて、銅フレームにマウントし、18
0℃のオーブン中で60分硬化した。そのサンプルの表
面を表面粗さ計で測定し、表面の高低差をチップ反りと
した。μm。 糸引き性:5ccシリンジに樹脂ペーストを5cc入れ
て、23Gのプラスチックニードル(内径0.4mm)
を取り付け、オートディスペンサーで250点塗布後、
糸引きによる樹脂ペーストの飛び散りを数え、その時の
発生率を算出した。単位%。 ペーストのタレ:5ccシリンジに樹脂ペーストを5c
c入れ、シリンジの先に23Gのプラスチックニードル
を取り付け、ニードルの先を下に向け30分放置して、
ニードルの先端より垂れた樹脂ペーストの量を測定し
た。単位はmg。 ボイド:8×8mm角のガラスチップを銅フレームにマ
ウントし、180℃オーブン中で60分硬化した。目視
でサンプルの硬化物のボイドの有無を観察した。 総合評価:粘度、体積抵抗率及び熱時接着強度の全てを
良好なものを○、1個でも不満足なものを×とした。
【0013】比較例1〜7 表2に示す配合割合で実施例と全く同様にして樹脂ペー
ストを作製した。比較例1では、銀粉90重量%、比較
例4ではシリカを80重量%添加したところ粘度が非常
に高くなり、塗布作業時にペーストの糸引きが発生し塗
布作業性が著しく低下した。比較例2では、銀粉52重
量%、比較例3ではシリカを5重量%しか添加しないた
め粘度が著しく低下し、ペーストのタレが発生し塗布作
業性が低下した。比較例5では、ε−カプロラクトンを
添加しないとチップ反りが大きくなる。比較例6では、
液状ポリブタジエンを添加した場合で、低応力性は良好
なもののペーストのタレが発生しやすい。比較例7で
は、有機金属錯体がない場合ε−カプロラクトンの反応
が促進されず、全ての量が揮発してボイドの原因とな
る。比較例8では、有機金属錯体が4重量%を越えると
室温でε−カプロラクトンの重合反応が進行することに
より、粘度経時変化が大きく、保存安定性が低下した。
比較例9では、ε−カプロラクトンが15重量%を越え
ると反応せず揮発する量が多くなり、ボイドの発生があ
る。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】
【発明の効果】 ディスペンス塗布時の作業性が良好
で、低弾性率に優れる高信頼性の半導体素子接着用の樹
脂ペーストである。ナトリウム、塩素などのイオン性不
純物が少なく銅、42合金等の金属フレーム、セラミッ
ク基板、ガラスエポキシ等の有機基板へのIC、LSI
等の半導体素子の接着に最適である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 H01L 21/52 H01L 21/52 E

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)無機フィラー、(B)常温で液状
    のエポキシ樹脂、(C)ε-カプロラクトン、(D)有
    機金属錯体、及び(E)硬化剤からなる樹脂ペーストに
    おいて、全樹脂ペースト中に無機フィラーが10〜85
    重量%、ε-カプロラクトンが0.1〜15重量%、有
    機金属錯体が0.01〜4重量%含まれることを特徴と
    する半導体素子接着用樹脂ペースト。
  2. 【請求項2】 無機フィラーが銀粉である請求項1記載
    の半導体素子接着用樹脂ペースト。
  3. 【請求項3】 無機フィラーがシリカである請求項1記
    載の半導体素子接着用樹脂ペースト。
  4. 【請求項4】 請求項1の樹脂ペーストを用いた半導体
    装置。
JP13914296A 1996-05-31 1996-05-31 半導体素子接着用樹脂ペースト及び半導体装置 Pending JPH09316166A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11228787A (ja) * 1998-02-16 1999-08-24 Hitachi Chem Co Ltd 樹脂ペースト組成物及びこれを用いた半導体装置
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JP2016100134A (ja) * 2014-11-19 2016-05-30 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 加熱硬化型導電性ペースト

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