JP2000053733A - 導電性樹脂ペースト及びこれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導電性に優れ、更に熱放散性にも優れる半田
代替可能な導電性樹脂ペーストを提供する。 【解決手段】 タップ密度が４．５ｇ／cm³以上でかつ
平均粒径３〜２０μｍの銀粉、平均粒径が０．８〜２．
２μｍの微細球状銀粉、ヒドロキシアルキルアクリル酸
またはメタクリル酸、ポリアルキレングリコール及びジ
イソシアネートを反応させて得られるウレタンジアクリ
ート又はメタクリレート、モノアクリレート又はモノメ
タクリレート、有機過酸化物を必須成分として、全銀含
有率が８０重量％〜９２重量％であり、またウレタンジ
アクリレート／モノアクリレートが０．６〜２．１であ
る導電性樹脂ペースト及び上記の導電性樹脂ペーストを
用いて製造された半導体装置。

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に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の組立において、半導体素子
を金属フレームに接着させる工程、いわゆるダイボンデ
ィング工程において用いられる接合方式は、これまで金
−シリコン共晶に始まり、半田、樹脂ペーストと推移し
てきた。現在では主にＩＣ，ＬＳＩの組立においては導
電性樹脂ペーストを、トランジスタ、ダイオードなどの
ディスクリートにおいては通常半田を使用している。

【０００３】ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置においてはそ
の半導体素子の面積が大きいことから半田に比べてより
低応力性が高い樹脂ペーストを使用する方法が行われて
いる。この樹脂ペーストはエポキシ樹脂中にフレーク状
の銀粉が分散されている。しかし導電性樹脂ペーストを
用いる方法では近年の半導体装置において半導体素子と
金属フレームの間の導電性に関する要求は低くなってき
ている。なぜならば近年の半導体装置では半導体素子や
半導体装置のデザインの進歩に伴い、アースを取るため
に半導体素子の裏面から金属フレームに電気を流す構造
が必ずしも必要とされていない。また導電性樹脂ペース
トを通して電気を流すにしてもＩＣ，ＬＳＩでは電流が
２〜３ｍＡ程度の微弱な電流である。この程度の電流で
は樹脂中に金属粉が分散している従来の導電性樹脂ペー
ストでも充分に対応が可能である。

【０００４】導電性樹脂ペーストに対し半田は導電性や
接着性に優れ、価格も安価である。この半田を主に使用
しているダイオード、トランジスタ等のディスクリート
ではその製品の構造上半導体素子と金属フレームの間で
電気を流す必要がある。

【０００５】ところが近年の環境問題から各半導体メー
カーは半田に使用している鉛を使わない方向に動いてお
り、更に半田を使用する際には必要なフラックスの洗浄
工程を減らすことによるコスト削減の意味からＩＣ，Ｌ
ＳＩに使用している導電性樹脂ペーストをディスクリー
ト用に開発しているが、半導体装置に流れる電流が２〜
３Ａ程度の大電流が流れる製品もあり、従来の導電性樹
脂ペーストでは満足する導電性を得ることができなかっ
た。この点に関しては金属皮膜を施したフィラー（例え
ばカーボン、シリカ、ガラスビーズ、ポリマー、その他
無機フィラー）を配合することにより、大電流をが流れ
る半導体製品においても満足な導電性を得ることは可能
であった。

【０００６】しかし大電流を流す半導体製品ではこの電
流により、多量の熱を発生し、この発熱が生じることで
導電性樹脂ペーストの温度が高くなる。その場合熱抵抗
により電流が流れにくくなり、半導体製品としての信頼
性を低下させるという結果を招いている。従ってこの様
な導電性には優れるが、熱放散性に劣る導電性樹脂ペー
ストを使用する場合には充分な冷却機構を持った半導体
製品でなければならなかったが、コストアップにつなが
り実用的ではなかった。

【０００７】また導電性樹脂ペーストを用いて上記の半
導体製品を製造する場合、オーブンを使用したバッチ方
式においては熱伝導性、導電性を満足するものはある。
通常、導電性樹脂ペーストにはエポキシが用いられる。
エポキシ樹脂は、金属やシリコンとの密着性にすぐれて
いるからである。しかしエポキシ樹脂を用いた樹脂ペー
ストにおいてはその粘度の調整のために反応性や非反応
性の希釈剤を用いるのが通常である。従来半田を用いて
いた製造方式では半導体素子の接着に有する時間が熱盤
上で約５〜１５秒であることから従来の導電性樹脂ペー
ストではこれらの希釈剤は硬化時に揮発し、ペーストの
硬化物中やシリコンチップとペーストの間にボイドが発
生してしまい、それによりより多くの銀粉を添加しても
熱伝導性、導電性が著しく低下し、満足する特性を実現
するのが困難であった。一方、半導体用導電性樹脂ペー
ストは導電性を付与するためにフィラーにフレーク銀粉
を用いており、その含有率は６５〜８０重量％である。
その理由としては導電性樹脂ペーストの塗布方法として
ディスペンス方式が一般的であり、ペースト粘度とチキ
ソ性が塗布作業性に大きく関わるからである。また形状
がフレーク状であることからより多くの銀粉を添加する
と粘度が高くなり、塗布作業性を著しく低下させる。し
かし、半田代替として要求される高熱伝導性及び高導電
性の樹脂ペーストにおいては上記の銀含有範囲内では難
しく、より多くの銀含有率が必要である。そこでフレー
ク状銀粉にくらべより多くの添加量が期待できる球状銀
粉を用いると更に高充填は可能になるが、塗布作業性に
重要なチキソ性の低下が起きる。チキソ性が低下するこ
とにより、塗布作業時に糸引き性やペーストのタレが悪
化する。そこでチキソ性があり、尚かつ高充填可能なフ
レーク状銀粉の存在が必要になった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は導電性に優
れ、更に熱放散性にも優れる半田代替可能な導電性樹脂
ペーストを提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は（Ａ）タップ密
度が４．５ｇ／cm³以上でかつ平均粒径３〜２０μｍの
フレーク銀粉、（Ｂ）平均粒径が０．８〜２．２μｍの
微細球状銀粉、（Ｃ）ヒドロキシアルキルアクリル酸ま
たはメタクリル酸、ポリアルキレングリコール及びジイ
ソシアネートを反応させて得られるウレタンジアクリー
ト又はメタクリレート、（Ｄ）下記式（１）で示される
モノアクリレート又は下記式（２）で示されるモノメタ
クリレート、（Ｅ）有機過酸化物を必須成分とする導電
性樹脂ペーストであって、該導電性樹脂ペースト中にフ
レーク銀粉（Ａ）を１０〜８０重量％、微細球状銀粉
（Ｂ）を４〜２０重量％、全銀成分を８０〜９２重量％
含有してなり、また成分（Ｃ）と成分（Ｄ）の重量比
（Ｃ）／（Ｄ）が０．６〜２．１であることを特徴とす
る導電性樹脂ペーストである。

【００１０】

【化１】

【００１１】

【化２】

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の導電性樹脂ペーストに用
いるフレーク銀粉はタップ密度が、４．５ｇ／cm³以上
のものである。我々は銀粉の嵩高さの度合いを用いる値
としてタップ密度に着目した。タップ密度は、ＪＩＳＫ
５１０１−１９９１の２０．２のタップ法に準じた方法
により測定した。タッピング回数は１０００回である。
タップ密度が低いとその銀粉は嵩高くなり、より多くの
銀粉を配合することはできない。逆に高いとより多くの
銀粉を配合させることができる。そこで我々は種々のフ
レーク状銀粉について検討した結果、タップ密度が４．
５ｇ／cm³以上あると球状銀粉の様により多くの銀粉を
配合することができ、且つ球状銀粉よりも高いチキソ性
を得ることができることを見いだした。

【００１３】本発明の導電性樹脂ペーストに用いるフレ
ーク銀粉の平均粒径は３〜２０μｍが望ましい。平均粒
径が３μｍより小さいと粘度が高くなり、より高充填が
難しい。また平均粒径が２０μｍより大きいと高充填は
可能だが、糸引き性が悪化する。

【００１４】また本発明の導電性樹脂ペーストでは上記
フレーク銀粉に加え、平均粒径０．８〜２．２μmの微
細球状銀粉が必要である。その理由としては上記フレー
ク銀粉だけではチキソ性が充分ではなく、塗布作業性が
満足するものではない。特に本発明では銀含有率が高い
ためペーストの自重によりペーストのタレが発生する。
そのためこの微細な銀粉を添加し、さらにチキソ性を付
与させることにより塗布作業性を向上させる必要がある
ためである。

【００１５】またタップ密度４．５以上のフレーク銀粉
は全ペースト中１０〜８０重量％、微細銀粉は４〜２０
重量％が望ましい。タップ密度４．５以上のフレーク銀
粉が１０重量％より下回ると満足な高充填化、作業性を
得ることはできず、８０重量％を上回ると充分なチキソ
性を得ることはできない。また微細銀粉については４重
量％を下回ると充分なチキソ性をえることはできず、２
０重量％を上回ると粘度が高くなり塗布作業性が悪化す
る。更に上記フレーク銀粉及び微細銀粉の添加量が上記
範囲ないであれば、タップ密度が４．５ｇ／cm³に満た
ないフレーク銀粉や平均粒径２．２より大きな球状銀粉
を併用しても構わない。これら銀粉の含有率については
８０重量％〜９２重量％が望ましい。本発明の目的であ
る高熱導電性を得るためにはより多くの銀含有率が望ま
しい。それより銀含有率が低いと充分な熱導電性は得ら
れず、またそれより多いと粘度が著しく高くなり、塗布
作業性が悪化するためである。

【００１６】本発明の導電性樹脂ペーストに用いる樹脂
は、ヒドロキシアルキルアクリル酸またはメタクリル
酸、ポリアルキレングリコール及びジイソシアネートを
反応させて得られるウレタンジアクリート又はメタクリ
レート、並びに一般式（１）で示されるモノアクリレー
ト又は一般式（２）で示されるモノメタクリレートから
なるアクリル樹脂である。一般的にアクリル樹脂は重合
速度は速いものの硬化収縮が大きく、エポキシの様に硬
化反応により金属やシリコンに対する接着に有効な水酸
基を生じないことから接着性が乏しい。しかし本発明で
用いるヒドロキシアルキルアクリル酸またはメタクリル
酸、ポリアルキレングリコール及びジイソシアネートを
反応させ得られるウレタンジアクリレート及びメタクリ
レートを使用すると良好な接着性を得ることができ、従
来のエポキシと同等のものが得られた。しかしこのウレ
タンジアクリレートは粘度が非常に高いためエポキシ樹
脂を用いた場合と同様に反応性希釈剤として式（１）あ
るいは（２）の様なモノアクリレートを用いる。本発明
で用いるアクリル樹脂はエポキシ樹脂に比べ硬化速度は
速いため、添加した反応性希釈剤は揮発しくく硬化物中
にボイドを発生させにくい。そのため銀粉を高充填する
ことにより得られる高熱伝導性をボイドの発生により低
下させずに最大限発揮させることができる。その比率は
ウレタンジアクリレート（ジメタクリレート）／モノア
クリレート（モノメタクリレート）の比率は０．６〜
２．１が望ましい。これを下回った場合、接着性が低下
する。逆に上回った場合は粘度が高く塗布作業性が低下
する。

【００１７】また他のアクリル樹脂あるいはメタクリル
樹脂、エポキシ樹脂等を他の特性を損ねない範囲で併用
することは可能である。併用できるアクリル樹脂として
は例えばΒ−アクリロイルオキシエチルハイドロジェン
サクシネート、ラウリルアクリレート等のモノアクリレ
ート等のモノアクリレートあるいはメタクリレート、エ
チレングリコールアクリレート、1．、３−ブタジエン
グレコールアクリレート、２、２−ビス｛４−（アクリ
ロキシ・ジエトキシ）フェニル｝プロパン等のジアクリ
レートあるいはジメタクリレート等があり、またエポキ
シ樹脂としてはエピビス型エポキシ、２、６−ジグリシ
ジルナフタレン等がある。

【００１８】本発明に用いられる有機過酸化物としては
特に限定されるものではない。例えば１、１、３、３―
テトラメチルーブチルパーオキシー２―エチルヘキサネ
ート、ｔ―ブチルパーオキシー２―エチルヘキサネー
ト、ｔ−ヘキシルパーオキシー２―エトルヘキサネー
ト、１、１―ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）―３、３、
５―トリメチルシクロヘキサン、１、１―ビス（ｔ−ヘ
キシルパーオキシ）―３、３、５―トリメチルシクロヘ
キサン、ビス（４―ｔ−ブチルシクロヘキシル）パ―オ
キシジカーボネート等が挙げられる。これら過酸化物は
単独あるいは二種類以上を混合して用いることができ
る。さらに樹脂の保存性を向上するために各種重合禁止
剤を予め添加しておいてもかまわない。

【００１９】更に本発明の導電性樹脂ペーストには必要
に応じて他の樹脂、各種シランカップリング剤、顔料、
消泡剤など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。

【００２０】

【実施例】以下に本発明を実施例で具体的に説明する。 ［実施例１］ヒドロキシアルキルアクリル酸、ポリアル
キレングリコール及びジイソシアネートを反応させて得
られるウレタンジアクリート（以下、ウレタンジアクリ
レートと略す）７重量部、ラウリル酸アクリルエステル
（以下、モノアクリレート1と略す）５．８重量部、ビ
ス（４―ｔ−ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカー
ボネート（以下、有機過酸化物１と略す）０．１重量
部、 ３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
（以下、カップリング剤１と略す）０．１重量部、タッ
プ密度５．１ｇ／cm³のフレーク状銀粉（以下、フレー
ク銀粉１と略す）７７重量部、及び平均粒径１．２μｍ
の微細球状銀粉（以下微細球状銀粉と略す）１０重量部
を配合し、３本ロールで混練して導電性樹脂ペーストを
得た。この導電性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。

【００２１】［粘度、チキソ比］：Ｅ型粘度計（３°コ
ーン）を用い、２５℃、０．５、２．５ｒｐｍでの測定
をし、２．５ｒｐｍの測定値を粘度、０．５ｒｐｍ／
２．５ｒｐｍの比率をチキソ比とした。

【００２２】［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、２２０℃熱盤
上で６０秒間硬化した後の硬化物の体積抵抗率を測定し
た。

【００２３】［２５０℃熱時接着強度］：２ｍｍ角のシ
リコンチップをペーストを用いて銅フレームにマウント
し２２０℃熱盤上で６０秒間硬化した。硬化後、プッシ
ュプルゲージを用い２５０℃での熱時ダイシェア強度を
測定した。

【００２４】［ボイド］：銅フレーム上にペーストを塗
布して、６×６ｍｍのガラス片をマウントする。それを
２２０℃熱盤上で６０秒間硬化した。硬化後ボイドの発
生を目視で観察し、ボイドがなければ○、あれば×と判
定した。

【００２５】［熱伝導率］：６ｘ１５ｍｍのサイズにフ
ィルム状の硬化物を作製し、それを熱線法の熱導電性を
測定した。（測定装置：京都電子工業株式会社製：ｍｏ
ｄｅｌＱＴＭ―５００）

【００２６】［糸引き性］：自動ディスペンサーでペー
ストを塗布し、塗布時の糸引き性を目視で観察し、その
時糸引きが観察されないものを○、観察されたものを×
とした。

【００２７】［総合評価］：粘度、体積抵抗率、熱時接
着強度、ボイド、熱伝導率及び糸引き性の全てを良好な
ものを○、１つでも不満足なものを×とした。

【００２８】［実施例２〜１４］表１に示す配合割合
で、実施例１と同様にして導電性樹脂ペーストを得た。
得られた導電性樹脂ペーストを実施例１と同様にして各
種性能を評価した。評価結果を表１に示す。なお、表１
及び表２において用いた略号の意味は次のとおりであ
る。 ウレタンジメタクリレート：ヒドロキシアルキルメタク
リル酸、ポリアルキレングリコール及びジイソシアネー
トを反応させて得られるウレタンジアクリート、 モノアクリレート２：イソボルニルアクリレート、 モノメタクリレート1：ラウリル酸メタクリルエステ
ル、 有機過酸化物１：ビス（４―ｔ−ブチルシクロヘキシ
ル）パーオキシジカーボネート、 有機過酸化物２：ｔ−ブチルパーオキシピバレート、 カップリング剤２：２―（３、４―エポキシシクロヘキ
シル）エチルトリメトキシシラン、 フレーク銀粉２：タップ密度３．４ｇ／cm³のフレーク
銀粉、 球状銀粉：平均粒径５μｍの球状銀粉）

【００２９】

【表１】

【００３０】［比較例１〜１０］表２に示す配合割合
で、実施例１と同様にして導電性樹脂ペーストを得た。
得られた導電性樹脂ペーストを実施例１と同様にして各
種性能を評価した。評価結果を表２に示す。

【００３１】［比較例１１］室温で液状のフェノールノ
ボラックエポキシ樹脂（以下フェノールノボラックＥｐ
と略する）７重量部、粘度調整用にクレジルフェニルグ
リシジルエーテル（以下ＣＧＥと略する）５重量部、エ
ポキシ樹脂の硬化剤として２−ウンデシルイミダゾール
（以下Ｃ１１Ｚと略する）１重量部、フレーク銀粉１を
７７重量部、及び微細球状銀粉１０重量部を配合して導
電性樹脂ペーストを作製した。得られた導電性樹脂ペー
ストを実施例１と同様にして各種性能を評価した。評価
結果を表２に示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】比較例１ ウレタンジアクリレートとモノ
アクリレートの比率が０．６を下回った場合接着強度が
低い。 比較例２ ウレタンジアクリレートとモノアクリレート
の比率が２．１を上回った場合接着性は問題ないものの
粘度が高く、塗布作業性が悪化した。 比較例３ ウレタンジアクリレートとモノアクリレート
の比率が請求範囲ないでも樹脂中で合わせて８０重量％
を下回った場合、接着性が低下する。 比較例４ タップ密度４．７ｇ／cm³のフレーク銀粉の
配合量が１０重量％を下回った場合、他の銀粉を添加す
ると粘度が高くなり塗布作業性が低下する。 比較例５ タップ密度４．７ｇ／cm³のフレーク銀粉の
配合量が８０重量％を上回った場合、粘度が高くなり塗
布作業性が低下する。 比較例６ 微細銀粉の添加量が４重量％を下回るとチキ
ソ比が低下する。 比較例７ 微細銀粉の添加量が２４重量％を上回ると粘
度が高く塗布作業性が低下する。 比較例８ ペースト中の銀粉量が８０重量％を下回ると
満足する熱導電率がえられない。 比較例９、１０ ペースト中の銀粉量が９２重量％を上
回ると粘度が高く塗布作業性が低下する。 比較例１１ アクリレートを使用しないでエポキシで同
様な銀粉構成で行うと硬化後ボイドが発生し熱導電性が
低下する。

【００３４】

【発明の効果】本発明の導電性樹脂ペーストは半導体素
子と金属フレーム間の導電性が良好で、尚かつダイボン
ディング時のペーストの濡れ拡がり性が良好で、更にナ
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
に用いることができる。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J002 CD032 CD042 CK041 DA078 EH076 EK037 EK057 EK087 FA018 FA088 FD090 FD118 FD200 GJ01 GQ02 GQ05 HA05 4J011 PA03 PB02 PB06 PB27 PC02 QA03 QA13 QB24 SA76 WA02 WA06 XA02 4J027 AG04 AG12 AG22 AG27 AG33 BA07 BA12 BA19 CA10 CA12 CA33 CB03 CC02 CD08 CD09 4M109 BA01 BA04 CA05 EA12 EB06 EB08 EB12 EB16 EC09

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）タップ密度が４．５ｇ／cm³以上
   でかつ平均粒径３〜２０μｍのフレーク銀粉、（Ｂ）平
   均粒径が０．８〜２．２μｍの微細球状銀粉、（Ｃ）ヒ
   ドロキシアルキルアクリル酸またはメタクリル酸、ポリ
   アルキレングリコール及びジイソシアネートを反応させ
   て得られるウレタンジアクリート又はメタクリレート、
   （Ｄ）下記式（１）で示されるモノアクリレート又は下
   記式（２）で示されるモノメタクリレート、（Ｅ）有機
   過酸化物を必須成分とする導電性樹脂ペーストであっ
   て、該導電性樹脂ペースト中にフレーク銀粉（Ａ）を１
   ０〜８０重量％、微細球状銀粉（Ｂ）を４〜２０重量
   ％、全銀成分を８０〜９２重量％含有してなり、また成
   分（Ｃ）と成分（Ｄ）の重量比（Ｃ）／（Ｄ）が０．６
   〜２．１であることを特徴とする導電性樹脂ペースト。 【化１】 【化２】
2. 【請求項２】 請求項１記載の導電性樹脂ペーストを用
   いた半導体装置。