JPS63161014A - 導電性樹脂ペ−スト - Google Patents

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、ＩＣ５ＬＳＩ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ック
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ＬＳＩ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、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−３ｉ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、−膜化されている。これに伴い、マウン
ト工程に於けるＡｕ−５ｉ共晶法の改良としてハンダ材
料や導電性樹脂ペース）Ｂ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４〜５ｕ角よ
り大きくなると、ＩＣ等の組立工程での加熱により、チ
ップの熱膨張率と鋼フレームの熱膨張率との差から、マ
ウント法としてＡｕ−５ｉ共晶法を用いると、チップの
クラッ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８　Ｘ　１０−’！／’Ｃであるのに対し、４２合
金フレームでは８　ｘ　１０−’＋／℃であるが、銅フ
レ二ムでは２　Ｘ　１０　”’４／”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、
チップと合圧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な
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（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ッ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く、
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
生しないことか判り、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、不純物濃度等の諸特性を満足して
、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エポキシ基又はアミノ基又は
アルコール基を有す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）／　
（ＣＢ）＋　（Ｃ）＋　（Ｄ）＞　＝６０／４０〜９０
／１０であり（（Ｂ）↑（Ｃ））　／　（Ｄ｝＝１０．
０１０．５〜１００／２０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、トリグリシシールイソ
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−）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
ノールビスフェノールＡ１ジグリシジールビスフエノー
ルＦ１ジグリシジールビスフエノールＳ、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
ベンゼンジエポ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、ク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、無水フタル
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、エポキシ基又はアミノ
基、又はアルコール基を有す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、エポキシ基又はアミノ基又はアルコール基を有して
いることが必要で、これらの官能基とエポキシ樹脂又は
硬化剤とが反応し、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、耐湿性にも優れた樹
脂が得られる。

ジメチルシロキサン化合物中にエポキシ基又はアミノ基
又はアルコール基を有し、エポキシ樹脂又は硬化剤と反
応することが本発明の重要な点で、エポキシ樹脂又は硬
化剤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、作業性に通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。

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ＦＩ（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））
／　（Ｄ）−１００１０，５〜１００／２０が好ましく
、これより可撓性付与剤（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、溶剤等を添加して撹拌機、播潰器、乳鉢、三本ロ
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
のディスペンサー等で金属フレームに塗布でき、ＩＣ等
のチップマウント後、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、鋼、４２７０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ック、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１） エポキシ樹脂を１００重量部のうちハロゲン基含有量３
００ｐｐｍのエポキシ化フェノールノボラック（数平均
分子量：５４０、エポキシ当１：１７０）７０重量部及
びハロゲン基含有量１５０ｐｐｍのＣ，４の長鎖脂肪酸
のグリシシールエステル３０重量部に硬化剤として予め
３５０メツシユバスの微粉末化゛したジシアンジアミド
４重量部、可撓性付与剤としてアミノ基を有するジメチ
ルシロキサン化合物（ＳＦ８４１７：）−レシリコーン
■製）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重量部を撹拌し均一分散液と
し、更に銀粉末４００部を加え三本ロールで混錬し、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、７１角シリ
コンチツプをマウントし、１時間／２００℃で硬化させ
た時のチップクラック及びチップ歪を調べた。

尚、ペレット歪は、ペレットの両端を結ぶ線上から垂直
に仮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、５ｍｍｍｍタガラスマウントし、１時間／２０
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３μｍ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（、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３００ｐｐｍのエ
ポキシ化フェノールノボラック（数平均分子量：５２０
、エポキシ当量：１７５）１００重量部、硬化剤として
フェノ−、ルツボラック（数平均分子量：５７０）６５
ｉｉ量部、可撓性付与剤としてエポキシ基を有するジメ
チルシロキサン化合物（ＳＦ−８４１３：トーレシリコ
ーン■製）１５重量部、硬化促進剤は実施例１と同様の
ものを０．５重量部、溶剋としてｎ−ブチルセロソルブ
アセテ−）６０重量部を撹拌し、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錬し、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と同様にして特性を調べた
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３μｍ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２と同様にして、可撓性付与剤のみをアルコール
基を有するジメチルシロキサン化合物（ＳＦ８４２８：
）−レシリコーン■＆り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。

チップクランクがなく、チップ歪も３μｍ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
。

（比較例１） 実施例２と同様にして、可撓性付与剤のみを、エポキシ
樹脂と反応しないアルキル基を有するジメチルシロキサ
ン化合物（ＳＦ８４１６：トーレシリコーン＠製）３０
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２） 実施例２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３） 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）のポリイミド引脂１１３重量部と、銀粉末８
０重量部を実施例１と同様の方法で混錬し、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４μｍ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４．５） 実施例２と同様にして、比較例４では可撓性付与剤を０
．　５重量部にし、比較例５では４０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１４μｍ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６） 実施例２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Ｉ　Ｘ　１０−’Ω−Ｃｍ以上になり、マ
ウント用樹脂ペーストとして通さない。

（比較例７） 実施例２と同様にして、エポキシ樹脂のみをハロゲン基
含有量２．ＯＯＯｐｐｍのエポキシ化フェノールノボラ
ック（数分子嚢：５３０、エポキシ当ｉｔ：１７５）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
５４ｐｐｍと多く、ＰＣＴ信頼性も不良であった。

Claims (1)

1. 【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、可撓性付与剤がエポキシ基またはアミノ
   基又はアルコール基を有す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）｝＝６０／４０〜９
   ０／１０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。