JPH1143587A - 熱伝導性ペースト - Google Patents

熱伝導性ペースト

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JPH1143587A
JPH1143587A JP32320597A JP32320597A JPH1143587A JP H1143587 A JPH1143587 A JP H1143587A JP 32320597 A JP32320597 A JP 32320597A JP 32320597 A JP32320597 A JP 32320597A JP H1143587 A JPH1143587 A JP H1143587A
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silver powder
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thermally conductive
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Yuji Sakamoto
有史 坂本
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 低応力性、接着性及び熱伝導性に優れた半導
体接着用ベーストを提供する。 【解決手段】 (A)常温で液状であり且つエポキシ基
を1分子中に2ヶ以上有するエポキシ樹脂、(B)常温
での粘度が100センチポイズ以下でありエポキシ基を
有する反応性希釈剤、(C)式(1)で示される常温で
結晶のフェノール性化合物、及び(D)銀粉を含有する
熱伝導性ペーストにおいて、(D)の銀粉が全ペースト
中の70重量%から90重量%であり、且つ長手方向の
長さの分布が10ミクロン以上50ミクロン以下、且つ
厚みの分布が1ミクロン以上5ミクロン以下のフレーク
状アトマイズ銀粉が全銀粉中30重量%以上含むことを
特徴とする熱伝導性ペーストであって、更に該ペースト
の製造方法が、あらかじめ成分(C)を、(A)及び
(B)、又は(B)と溶融混合し、更に(D)又は
(D)及び(A)を混練することを特徴とする熱伝導性
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、低応力性、接着性
及び熱伝導性に優れた半導体接着用ペーストに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】近年半導体チップの大型化、パッケージ
の薄型化に伴い周辺材料である樹脂材料に対する信頼性
の要求は年々厳しいものとなってきている。その中でリ
ードフレームに半導体チップを接着するペーストの特性
がパッケージの信頼性を高める要因として重要視されて
きている。パッケージの信頼性で特に重要なものとし
て、実装時の熱ストレスに対する耐半田クラック性があ
る。この特性を向上させるためには半導体封止材料と同
様にペーストにも低応力性、低吸水性、高接着性が要求
される。これらの特性を満足する方法として特開平07
−179833号に開示された液状エポキシ樹脂、一分
子当たり3つのフェノール性水酸基を有する化合物、及
び銀粉の組み合わせは前記特性を満足する材料である事
が見いだされている。しかし最近は半導体の動作時の発
熱が高くなり発熱を放散させるためペースト材にも高い
熱伝導性が要求されてきており、前記発明のペーストの
熱伝導性を向上させるためには銀粉を高充填しなければ
ならずこれに伴うペースト粘度の増大によってペースト
塗布時の作業性の低下を招き改良しなければならなかっ
た。又、前記フェノール性水酸基を有する化合物は高融
点の結晶であり、ぺースト中では固形のまま分散されて
おり、硬化後も部分的に未反応成分として残ることがわ
かり、これは硬化温度を該化合物の融点を越えても残存
することが判明した。熱伝導はこのような断熱層が存在
すると低下することが推定されるためこの問題に関して
も改良が必要であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記発明の
特性を生かし且つ高い熱伝導性を有するペーストを見い
だすべく鋭意検討した結果完成させるに至ったものであ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、(A)常温
で液状であり且つエポキシ基を1分子中に2ヶ以上有す
るエポキシ樹脂、(B)常温での粘度が100センチポ
イズ以下でありエポキシ基を有する反応性希釈剤、
(C)式(1)で示される常温で結晶のフェノール性化
合物、及び(D)銀粉を含有する熱伝導性ペーストにお
いて、(D)の銀粉が全ペースト中の70重量%から9
0重量%であり、且つ長手方向の長さの分布が10ミク
ロン以上50ミクロン以下、且つ厚みの分布が1ミクロ
ン以上5ミクロン以下のフレーク状アトマイズ銀粉が全
銀粉中30重量%以上含むことを特徴とする熱伝導性ペ
ーストであって、更に該ペーストの製造方法が、あらか
じめ成分(C)を、(A)及び(B)、又は(B)と溶
融混合し、更に(D)又は(D)及び(A)を混練する
ことを特徴とする熱伝導性ペーストである。
【0005】
【化1】 (式中、Rは水素又は炭素数1〜5のアルキル基)
【0006】本発明に用いられるエポキシ樹脂は液状で
ある事が必要である。常温で固形の場合は液状化するた
めに溶剤や反応性希釈剤を大量に必要とし硬化物の特性
低下(接着性、熱伝導性等)をおこすので好ましくな
い。だだし、液状の樹脂と混合し液状化したものはこの
限りではない。その例としては、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ジ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シド、ジシ
クロペンタジェンオキシド、アリサイクリックジエポキ
シド−アジペイトのような脂環式エポキシ等が挙げられ
る。
【0007】次に、反応性希釈剤としては希釈性を効果
的にするため常温での粘度が100センチポイズ以下で
あることが必要である。これより大きいと希釈効果が少
なくなる。粘度測定法は例えばウベローデ粘度計等があ
る。その例としては、スチレンオキサイド、エチルヘキ
シルグリシジルエーテル、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、ブチルフェニルグリ
シジルエーテル等が挙げられる。これらは、単独でも混
合しても差し支えない。
【0008】次に、本発明に用いる式(1)に示される
常温で結晶性である化合物のその添加量は全ペースト中
に0.1から20重量%含まれる。0.1より少ないと
低応力性、低吸水性が望めなく、20重量%を越えると
ペーストの粘度増加、フェノール性水酸基が硬化後も残
存し吸水特性の特性低下を招くので好ましくない。又、
ペーストの特性を失わない範囲で他の硬化剤を添加する
こともできる。他の硬化剤の例としてはヘキサヒドロフ
タール酸無水物、メチルヒドロフタール酸無水物、ナジ
ック酸無水物等の酸無水物、ノボラック型フェノール樹
脂等のポリフェノール類、及びイミダゾール、ジシアン
ジアミド等のアミン系化合物等が挙げられる。
【0009】本発明に用いる銀粉の30重量%以上は長
手方向の長さが10ミクロン以上50ミクロン以下、且
つ厚みが1ミクロン以上5ミクロン以下のフレーク状ア
トマイズ銀粉である。長手方向の長さが50ミクロンよ
り大きいとペーストの塗布作業性、特にディスペンス時
のニードル詰まりをおこし、10ミクロンより小さいと
熱伝導性が向上されない。一方、厚み方向に関しては5
ミクロンより大きいと先に述べた塗布作業性に支障をき
たし、1ミクロンより小さいと熱伝導性向上に期待でき
ない。このような形状の銀粉の製造方法は溶融銀を高圧
噴射で粗粒粉を作りボールミル等でフレーク状に加工し
得られるアトマイズ銀粉である。一般に半導体用ペース
トに用いられる銀粉は例えば硝酸銀を化学的に還元して
得られる粗粒粉をボールミル等でフレーク状に加工した
還元粉であり一般により微細なフレークが得られるが本
発明のような銀粉をペーストを得られることは困難であ
る。該銀粉の添加量は全銀粉中30重量%以上含むこと
が必要である30%を下回ると熱伝導性に効果を示さな
い。尚、他の銀粉としてはを特に形状に関し制限はない
が好ましくは前記銀粉に比べ粒度分布においてより小さ
いものが好ましい。全銀粉の添加量は全ペースト当たり
70重量%以上90重量であることが必要である70%
より少ないと高い熱伝導率は得られず。90%より高充
填であるとペースト粘度が高すぎ現実的ではない。全ペ
ースト中に占める(A)(B)成分の割合は、他の成分
の残余である。また、成分(A)(B)の比(A)/
(B)は80/20から50/50で有ることが好まし
い。80/20より高くなるとペースト粘度が高すぎ、
作業性に支障をきたす。50/50より下回ると反応性
希釈剤の硬化中に揮発する量が増え、リードフレーム、
チップ表面等に汚染しモールド樹脂成形後の界面剥離の
原因となる。
【0010】本発明ではより高い熱伝導を得るため前述
した式(1)で示されるフェノール性水酸基を有する化
合物の硬化後も部分的に未反応成分として残る問題に関
してはエポキシ樹脂、反応性希釈剤、式(1)で示され
る化合物又は反応性希釈剤と式(1)で示される化合物
とをあらかじめ溶融混合し、必要により添加剤(硬化促
進剤、消泡剤、カップリング剤等)と銀粉を混合しロー
ル混練等で混練する。溶融混合の条件としては200℃
以下の条件で溶融させる事が好ましい。200℃を越え
ると部分的にエポキシ基とフェノール基の反応がかなり
進み粘度の増加がおこり好ましくない。このように一旦
溶融混合により溶解させるとペーストの冷凍保存中でさ
え硬化剤すなわち式(1)の化合物が析出することもな
くなる。こうして溶解させたものを用いてペーストを製
造すると硬化後でも未反応物の固まりは完全に消失し、
熱伝導性は飛躍的に向上する。本発明によると、特定の
形状の銀粉を添加することにより熱伝導の方向性が少な
くなり従来のフレーク状銀粉に比べ熱伝導が向上する。
また、あらかじめ硬化剤すなわち式(1)の化合物を溶
解させることにより硬化後の未反応物がなくなり熱伝導
は更に向上する。結果として、式(1)で示される硬化
剤の特性を維持し且つ熱伝導性の優れた半導体接着用ペ
ーストを得ることができる。
【0011】
【実施例】本発明を実施例で具体的に説明する。 溶融混合物1 ビスフェノールAエポキシ樹脂(エポキシ当量180、
常温で液状、以下エポキシ樹脂Aとする)、tーブチル
フェニルグリシジルエーテル(常温での粘度はウベロー
デ粘度計で16センチポイズ、以下BPGEとする)、
1、1、1ートリス(p−ヒドロキシフェニル)エタン
(以下THPEとする)を表1の仕込みに従って秤量フ
ラスコにて170℃に加温し攪拌混合し1時間後完全に
THPEが溶解した混合物が得られた。以下溶融混合物
1とする 溶融混合物2 エポキシ樹脂A、BPGE、THPE、他の硬化剤とし
てビスフェノールFを表1の仕込みに従って溶融混合物
1と同様の条件で均一な混合物を得た。以下溶融混合物
2とする 溶融混合物3 BPGE、THPE及びビスフェノールFを表1の仕込
みに従って溶融混合物1と同様の条件で均一な混合物を
得た。以下溶融混合物3とする
【0012】
【表1】
【0013】実施例1〜5 前記溶融混合物1〜3に加えて、使用する銀粉を長手方
向が10ミクロン以上40ミクロン以下、厚みが2ミク
ロン以上5ミクロン以下の分布を有するアトマイズ銀粉
(以下銀粉Aとする)、長手方向が1ミクロン以上30
ミクロン以下、厚み方向が2ミクロン以下の分布を有す
る還元銀粉(以下銀粉Bとする)、長手方向が1ミクロ
ン以上30ミクロン以下、厚み方向が1ミクロン以下の
分布を有する還元銀粉(以下銀粉Cとする)とし、その
他の添加剤としては、硬化剤としてジシアンジアミド、
硬化促進剤として2−フェニル−4−メチルイミダゾー
ル(2P4MI)、カップリング剤としてエポキシシラ
ン(γ−グリシドオキシプロピルトリメトキシシラン)
を、表2の処方に従って配合し、3本ロールで混練しペ
ーストを得た。このペーストを真空チャンバーにて2m
mHgで30分間脱泡した後、以下の方法により各種性
能を評価した。評価結果を表2及び表3に示す。
【0014】熱伝導率:厚み約1mmの厚みの試験片を作
成し、レーザーフラッシュ法で熱拡散係数を求め、示差
走査熱量測定法(DSC法)で比熱を求め、アルキメデ
ス法により密度を求め、3つのデータの積により熱伝導
率を計算した。 接着強度1:これらのペーストを用い銀めっき付銅フレ
ームに2×2mm角のシリコンチップを175℃、60
分で硬化接着させ、常温、250℃における熱時接着力
(剪断強度)をプッシュプルゲージで測定した。 接着強度2:これらのペーストを用い銀めっき付銅フレ
ームに9×9mm角のシリコンチップを175℃、60
分で硬化接着させ、250℃における引き剥がし方向の
接着力(ピール強度)をプッシュプルゲージで測定し
た。 反り:これらのペーストを用い、15×6×0.3mm
(厚さ)のシリコンチップを厚さ200μmの銀めっき
付銅フレームに175℃、60分で硬化接着させ、低応
力性の尺度としてチップの長手方向を表面粗さ計を用い
て上下方向の変位の最大値を求めた。
【0015】
【表2】
【0016】
【表3】
【0017】以上表2、3に示したように、本発明の銀
粉、及び製造方法の組み合わせにより実施例ではいずれ
も高い熱伝導率を示し且つ熱時接着力、低応力性(反
り)を維持している。一方、比較例では銀粉の組み合わ
せだけ、又は溶融混合物だけでは熱伝導率が十分でな
い。
【0018】
【発明の効果】本発明は、低応力性、及び熱伝導率に優
れ工業的に有用な半導体接着用ペーストである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)常温で液状であり且つエポキシ基
    を1分子中に2ヶ以上有するエポキシ樹脂、(B)常温
    での粘度が100センチポイズ以下でありエポキシ基を
    有する反応性希釈剤、(C)式(1)で示される常温で
    結晶のフェノール性化合物、及び(D)銀粉を含有する
    熱伝導性ペーストにおいて、(D)の銀粉が全ペースト
    中の70重量%から90重量%であり、且つ長手方向の
    長さの分布が10ミクロン以上50ミクロン以下、且つ
    厚みの分布が1ミクロン以上5ミクロン以下のフレーク
    状アトマイズ銀粉が全銀粉中30重量%以上含むことを
    特徴とする熱伝導性ペーストであって、更に該ペースト
    の製造方法が、あらかじめ成分(C)を、(A)及び
    (B)、又は(B)と溶融混合し、更に(D)又は
    (D)及び(A)を混練することを特徴とする熱伝導性
    ペースト。 【化1】 (式中、Rは水素又は炭素数1〜5のアルキル基)
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