JP3389083B2 - ダイアタッチペースト - Google Patents

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
及び速硬化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】近年半導体パッケージの生産量は増加の
一歩をたどっており、これに伴い製造コスト削減は重要
な課題となっている。半導体パッケージ組立の中で、ダ
イアタッチペーストで半導体とリードフレームを接着す
る工程が有るが、この工程に関しては時間短縮、及び低
温硬化がポイントになっている。硬化の過程はバッチ式
オーブン法、インライン（熱盤等）で硬化させる方法に
大別されるが、コスト削減という観点からいずれの方法
でも硬化時間の短縮が重要となっている。インラインで
用いられるいわゆる速硬化性ペーストを用いた場合、通
常のダイマウントは、１５０℃から２００℃で３０秒か
ら６０秒の間で行われる。しかし今後は更に低温、短時
間硬化可能なペーストの開発が望まれている。

【０００３】更に 、オーブン硬化の場合も同様に生産
性の向上が要求されているので、硬化時間の短縮が不可
欠となる。オーブン硬化の場合、通常のダイマウントは
１５０℃から２００℃で６０分から１２０分の間で行わ
れるが、今後は２０分以内で硬化させることが要求され
るようになる。また現在はオーブン硬化からインライン
硬化へと移る過渡期にあるため、完全にインライン硬化
のみに絞り込むことはできない。従って、オーブン／イ
ンライン硬化併用ペーストの開発も併せて要求されてい
る。

【０００４】一方、パッケージとしての信頼性は、特に
耐半田クラック性が重要であるが、ダイアタッチペース
トとしては特に低応力性、高接着性が必要である。

【０００５】ダイアタッチペーストのベースレジンはエ
ポキシ樹脂、シアネート樹脂、ビスマレイミド樹脂、等
が知られているが、例えばインライン硬化で３０秒以内
に硬化が可能及び／又はオーブン硬化で１５分以内で硬
化が可能であり且つ耐半田クラック性に適した特性を維
持する材料は全く見いだされていなかった。又、特性を
満足したとしても常温での粘度上昇が激しすぎ使用に適
さない材料しかなかった。

【０００６】その他の樹脂としてはアクリレート樹脂が
あるが、硬化収縮の問題、接着性が乏しい等実用性のあ
るものは見いだされていなかった。

【０００７】その中でもヒドロキシアルキルアクリル、
ジアルキレングリコール、ジイソシアネートを反応させ
て得られるウレタンアクリレートは主鎖骨格の柔軟性か
ら低応力化が期待される樹脂系である。しかし、この樹
脂単独では応力性に優れているものの、依然接着力に乏
しく問題があった。そこで、この問題を解決する方法と
して、さらにリン酸エステル類を用いる方法が特開平７
ー２９２０４８号公報等で提案されている。しかしなが
ら本発明者らの検討により、半導体分野において、半導
体チップを金属のリードフレーム又はガラスーエポキシ
樹脂を代表とする有機基板との接着に対してはそれらの
成分のみでは全く接着強度が得られない事が判明した。
これは、半導体チップとリードフレームに金線等を取り
付ける工程（以下ワイヤーボンディングという）には２
００℃以上まで温度を上げる必要があるためであり、前
記構成要素のみでは熱時接着力が全く得られず、本発明
用途のような高温時（２００℃〜３５０℃）における無
機表面と有機物の密着性には更なる改良が必要であっ
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記アクリ
レート樹脂の欠点を改良すべく検討を行った結果、特定
のアクリレート樹脂、重合開始剤、カップリング剤とし
ての特定のリン酸系化合物及び脂環式エポキシ基を含む
アルコキシシラン、及び銀粉を組み合わせたところ、前
記半導体チップと金属フレーム又は有機基板との接着性
が優れていることを見いだした。しかし、ペースト製造
工程において接着剤全成分を混練し得られたペーストの
可使時間（粘度が１０％上昇する時間）が著しく悪くな
り、長時間、正確な塗布量を要求されるダイアタッチ用
途には問題があることがわかった。そこで原因を追究し
た結果、特定のモノ（メタ）アクリレート、リン酸エス
テル類、脂環式アルコキシシランを予め混練し、それぞ
れ常温又は加温状態で所定の時間静置し、脂環式エポキ
シ基アルコキシシランとリン酸基を有する（メタ）アク
リレート及び重合開始剤を希釈条件下において十分に反
応させた後、残りの成分を配合し混練することによりペ
ースト可使時間が充分に延長されることを見いだした。
更に得られたペーストは、優れた接着性、低応力性、耐
半田クラック性を維持し、且つ非常に短時間でも硬化が
可能なダイアタッチペーストであることを見いだし、本
発明を完成させるに至ったものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、次の（Ａ）成
分、（Ｂ）成分及び（Ｃ）成分を含有する事を特徴とす
るダイアタッチペーストである。 （Ａ）下記構造（１）を有するリン酸基含有アクリレー
ト及び／又はリン酸基含有メタクリレート、脂環式エポ
キシ基を含むアルコキシシラン、下記構造（２ａ）を有
するモノアクリレート又は下記構造（２ｂ）を有するモ
ノメタクリレート、及び重合開始剤を０〜５０℃で反応
させたもの、（Ｂ）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、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レート、（Ｃ）銀粉。

【００１０】

【化１】 （式中、R:-H又は-CH₃ , a:0又は1、b:1又は2、c:1又
は2、b+c=3）

【００１１】

【化２】 （式中、R₁:脂環族、及び／又は芳香族基を含み、炭素
数１０以上の置換基）

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に用いられるウレタンアク
リレートは常法により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、ジイソシアネートの反応に
より合成される。

【００１３】ヒドロキシアルキルアクリル酸の例として
は２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシ
プロピルアクリレートがある。ポリアルキレングリコー
ルの例としてはポリエチレングリコールやポリプロピレ
ングリコール、ポリブチレングリコール等がある。又、
ジイソシアネートの例としてはヘキサメチレンジイソシ
アネート、イソフォロンジイソシアネート、トルエンジ
イソシアネート及びその水素添加物等がある。

【００１４】また、一般にウレタンジアクリレートは粘
度が高いためこのままではペースト化しても塗布作業性
が悪く実用に適さない。そこで希釈剤として（メタ）ア
クリル基を一つ含むモノ（メタ）アクリレートとリン酸
基含有エステル類と脂環式アルコキシシランを反応させ
た比較的低粘度の成分を添加する。更に本発明に使用さ
れるモノ（メタ）アクリレートは式（２ａ）、（２ｂ）
で示され、さらには置換基Ｒ１が脂環族、及び／又は芳
香族基を含み置換基Ｒ１中の全炭素数が１０個以上であ
ることが必須である。この条件を満たす事により希釈剤
としての効果だけでなく嵩高い置換基を有するため硬化
中の収縮を押さえることができ、界面の接着信頼性を高
めることができる。脂環族、芳香族基を含まず炭素数が
１０個以上の置換基の場合は硬化収縮に関しては低減で
きるが脂肪族炭化水素の特性により接着性が低下してし
まうので好ましくない。モノ（メタ）アクリレートの例
としては

【００１５】

【化３】

【００１６】等が挙げられる。本発明に用いられるリン
酸基含有エステル類は式（１）で示されるもので有れば
特に限定されるものではないが例を挙げると日本化薬
(株)製ＰＭ−２１などである。

【００１７】成分（Ａ）と成分（Ｂ）の比は重量比で８
０／２０〜２０／８０である事が好ましい。成分（Ａ）
の量が８０／２０を超えるとペースト粘度が高すぎて塗
布作業性が悪くなる。一方、２０／８０よりも少ない
と、接着強度が得られなくなる。

【００１８】次に、重合開始剤の例としては、有機過酸
化物やアゾ化合物等がある。有機過酸化物は、急速加熱
試験（試料1gを電熱板の上にのせ４℃/分で昇温したと
きの分解開始温度）における分解温度が４０℃から１４
０℃であることが好ましい。分解温度が４０℃に満たな
い場合は、常温における保存性が悪くなり、１４０℃を
超えると硬化時間が極端に長くなるためである。

【００１９】有機過酸化物の例としては、キュミルパー
オキシネオデカネート、ｔ−ブチルパーオキシネオデカ
ネート、１−シクロヘキシル−１−メチルエチルパーオ
キシネオデカネート、１，１，３，３−テトラメチルブ
チルパーオキシネオデカネート、１，１，３，３−テト
ラメチルブチルパーオキシ−２−エチルヘキサネート、
ビス（４−ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカーボ
ネート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボ
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、ｔ−ブチルパーオ
キシベンゾエート、ｔ−ブチルパーオキシ３，５，５−
トリメチルヘキサネート、ｔ−ブチルパーオキシ−２−
エチルヘキシルモノカーボネート、ｔ−ヘキシルパーオ
キシ−２−エチルヘキサネート等があり、アゾ化合物の
例としては、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、
１，１’−アゾビス（１−アセトキシ−１−フェニルエ
タン）等がある。

【００２０】これら有機過酸化物及び／又はアゾ化合物
は単独あるいは硬化性を制御するため２種類以上を混合
して用いることもできる。更に、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くことも可能
である。

【００２１】これら有機過酸化物及び／又はアゾ化合物
の添加量としては、成分（Ａ）＋成分（Ｂ）の総重量に
対して０．１重量％から５重量％であることがることが
好ましく、０．１％以下だと硬化速度が遅くなり、５重
量％以上だと接着強度が低下するので好ましくない。

【００２２】次に銀粉の例としては、球状又はフレーク
状の銀粉がある。平均粒径としては、０．５μｍ〜１５
μｍが好ましい。平均粒径が０．５μｍより小さいと製
品粘度が高くなり、ロール等の混練が不可能となり、ま
た平均粒径が１５μｍより大きいとディスペンサー等を
用いたペースト塗布時のノズル詰まり、または接着剤層
の厚みが制御しにくく好ましくない。添加量としては、
全ペーストに対し６０重量％から８５重量％の範囲であ
ることが好ましい。６０％に満たない場合、体積抵抗率
が高くなり、８５％を超えるとペースト粘度が高くな
り、塗布作業性において好ましくない。

【００２３】次に、脂環式エポキシ基を含むアルコキシ
シランとは例えば、信越化学工業(株)・製、ＫＢＭ−３
０３等が知られている。

【００２４】式（１）で示されるアクリレート又はメタ
クリレートと脂環式エポキシ基を含むアルコキシシラン
の総添加量は成分（Ａ）＋成分（Ｂ）の総重量に対して
０．１重量％から５重量％であることが好ましい。０．
１％以下だと接着性に効果を示さず、５％より多いと粘
度が著しく上昇する。

【００２５】更には、本発明において成分（Ａ）の各成
分は予め０〜５０℃の温度で反応させておくことが必須
である。０℃より低い温度では反応が充分に進まないの
で好ましくなく、５０℃を越えると副反応が起こるので
好ましくない。０〜５０℃の範囲で一時間以上反応させ
たものを本発明の成分（Ａ）として用いると得られるペ
ーストは保存安定性に優れ、低応力性、接着性及び速硬
化性に優れたものとなるので好ましい。

【００２６】本発明における樹脂ペーストは必要により
前述の重合禁止剤、消泡剤、界面活性剤、溶剤等の添加
剤を用いることができる。以下本発明を実施例で具体的
に説明する。

【００２７】

【実施例】実施例１ フェノキシジエチレングリコールモノアクリレート（新
中村化学工業(株)・製、ＡＭＰ−２０ＧＹ）２５重量部
（モノアクリレート−１）、 ２−フェニルフェノール・オキシラン付加物モノアクリ
レート（新中村化学工業(株)製、ＡーＬ４）２５重量部
（モノアクリレート−２）、 リン酸基含有メタクリレート（日本化薬(株)、ＫＡＹＡ
ＭＥＲ，ＰＭ−２１）１重量部 脂環式エポキシアルコキシシラン（信越化学工業(株)、
ＫＢＭ−３０３）０．５重量部 有機過酸化物開始剤（日本油脂(株)製、パークミルＮ
Ｄ）１．０重量部

【００２８】上記原材料を３本ロールにて混練、透明均
一粘稠溶液とした後に２５℃恒温器中にて２４時間静置
し反応させる。得られた溶液（以下ワニス１という）２
５重量部に対してヒドロキシエチルアクリレート、ポリ
ブチレングリコール、イソフォロンジイソシアネートか
ら成るウレタンジアクリレート−１（東亞合成(株)・
製、Ｍー１６００）２５重量部、銀粉（デグサ社製、Ｓ
Ｆ−６５）１３０重量部及び銀粉（(株)徳力化学研究所
・製、ＴＣＧー１）２０重量部を混合し、再度３本ロー
ルにて分散混練する。続いて真空下脱泡処理をして銀ペ
ーストを得た。

【００２９】得られた銀ペーストの粘度は、Ｅ型回転粘
度計を用いて調製直後及び１週間経過後（２５℃下）に
測定、２．５ｒｐｍでの値から粘度上昇率を算出した。
その結果、粘度上昇率は約９％に留まり、冷凍保存しな
くても長期保存可能であることが明らかになった。更に
４２アロイ製フレームに得られた銀ペーストを塗布後６
ｍｍ角のチップをマウントし、オーブン中（１５０℃１
５分）又は熱盤上（１７５℃６０秒）にて硬化させた。
接着強度は常温（２５℃）及び熱時（２５０℃）にて自
動せん断強度測定装置を用いて測定した。その結果、ワ
イヤーボンディング温度（約２５０℃）においても十分
な接着強度が得られることが確認され、超音波探傷機を
用いてもチップの剥離は全く観測されなかった（表１に
示す）。

【００３０】その他の評価方法 ワイヤーボンディング後の剥離：リードフレームに６ｍ
ｍ×１５ｍｍのチップをマウント後硬化し、２５０℃に
てワイヤーボンディングを行いチップの剥離の有無を観
察した。

【００３１】反り値：低応力性の評価として測定した。
厚み２００μｍの銅フレームに６ｍｍ×１５ｍｍ×０．
３ｍｍのシリコンチップをペーストを用いて１７５℃６
０秒でペースト厚が２０μｍになるように接着し、接触
式表面粗さ計を用いて長手方向のチップの変位を測定し
その高低差により反り値を測定した。

【００３２】耐半田クラック性：スミコンＥＭＥ−７３
２０（住友ベークライト(株)・製）の封止材料を用い、
下記の条件で成形したパッケージを８５℃、相対湿度８
５％、１６８時間吸水処理した後、ＩＲリフロー（２４
０℃、１０秒）にかけ、断面観察により内部クラックの
数を測定し耐半田クラック性の指標とした。

【００３３】 パッケージ：８０ｐＱＦＰ（１４×２０×２ｍｍ） チップサイズ：７．５×７．５ｍｍ（アルミ配線のみ） リードフレーム：４２アロイ 成形：１７５℃、２分間 ポストモールドキュア：１７５℃、４時間 全パッケージ数：１２ 総合評価：ダイアタッチペーストとして使用できるもの
を○、使用不可能なものを×として評価した。

【００３４】実施例２ 実施例１のワニス成分のうちモノアクリレート−１の代
わりにモノアクリレート−３、モノアクリレート−２の
代わりにモノアクリレート−４を用いて反応させ（ワニ
ス−２）、表１及び表２に示した組成、条件以外は全く
実施例１と同一の方法にて銀ペーストを得、その特性を
評価した。結果は表１に示してあるとおりである。

【００３５】実施例３ 実施例１のワニス成分のうちモノアクリレート−１の代
わりにモノメタクリレート−１、を用いて反応させ（ワ
ニス−３）、表１及び表２に示した組成、条件以外は全
く実施例１と同一の方法にて銀ペーストを得、その特性
を評価した。結果は表１に示してあるとおりである。

【００３６】実施例４〜８ 表１に示した組成、条件以外は全く実施例１と同一の方
法にて銀ペーストを得、その特性を評価した。結果は表
１に示してあるとおりである。

【００３７】比較例１ 実施例１のワニス−１の量を５０重量部に変え、ウレタ
ンジアクリレートを添加しなかった以外はすべて実施例
１と同様にしてペーストを得、評価した。結果は表２に
示してあるとおりである。 比較例２ 実施例１のワニス成分を反応せずに残りの成分を添加し
てペーストを得、評価した。結果は表２に示してあると
おりである。

【００３８】比較例３ 実施例１のワニス成分からリン酸基含有メタクリレート
を除いた（ワニス−４）以外はすべて実施例１と同様の
方法でペーストを得、評価した。結果は表２に示してあ
るとおりである。 比較例４ 実施例１のワニス成分から脂環式アルコキシシランを除
いた（ワニス−５）以外は全て実施例１と同様の方法で
ペーストを得、評価した。結果は表２に示してあるとお
りである。

【００３９】比較例５ 実施例１のワニスの成分からモノアクリレート−１，２
を除いた（ワニス−６）以外はすべて実施例１と同様の
方法でペーストを得、評価した。結果は表２に示してあ
るとおりである。 比較例６ 実施例１のワニス成分を０とし、ウレタンジアクリレー
トを５０重量部用いた以外はすべて実施例１と同様の方
法でペーストを得、評価した。結果は表２に示してある
とおりである。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】

【化４】

【００４３】重合開始剤１：日本油脂(株)・製、キュミ
ルパーオキシネオデカネート（急速加熱試験における分
解温度：６５℃） 銀粉１：デグサ社製、ＳＦ−６５ 銀粉２：(株)徳力化学研究所製、ＴＣＧ−１

【００４４】

【発明の効果】本発明により、低応力性及び速硬化性の
他に、従来の課題であった保存性及び接着性を併せ持っ
た工業的に有用な半導体接着用ペーストが製造可能とな
った。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ０８Ｌ 75:16） (56)参考文献 特開 平11−171944（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−171943（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−292048（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−186297（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−189763（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−54710（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−54711（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−235317（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−172205（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08L 63/00 - 63/10 C09J 163/00 - 163/10 H01L 21/52

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 次の（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｃ）
   成分を含有する事を特徴とするダイアタッチペースト。 （Ａ）下記構造（１）を有するリン酸基含有アクリレー
   ト及び／又はリン酸基含有メタクリレート、脂環式エポ
   キシ基を含むアルコキシシラン、下記構造（２ａ）を有
   するモノアクリレート又は下記構造（２ｂ）を有するモ
   ノメタクリレート、及び重合開始剤を０〜５０℃で反応
   させたもの、（Ｂ）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、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レート、（Ｃ）銀粉。 【化１】 （式中、R:-H又は-CH₃ , a:0又は1、b:1又は2、c:1又
   は2、b+c=3） 【化２】 （式中、R₁:脂環族、及び／又は芳香族基を含み、炭素
   数１０以上の置換基）
2. 【請求項２】 成分(Ａ)と成分(Ｂ)の比が、重量比で８
   ０／２０〜２０／８０である請求項１記載のダイアタッ
   チペースト。
3. 【請求項３】 成分（Ａ）の重合開始剤が、急速加熱試
   験における分解温度が４０℃〜１４０℃である有機過酸
   化物、及び／又はアゾ化合物である請求項１又は請求項
   ２記載のダイアタッチペースト。
4. 【請求項４】 成分（Ａ）に用いられる重合開始剤の添
   加量が、成分Ａ＋成分Ｂ総重量に対して０．１重量％〜
   ５重量％である請求項１、請求項２又は請求項３記載の
   ダイアタッチペースト。
5. 【請求項５】 成分（Ｃ）の平均粒径が０．５〜１５μ
   ｍである請求項１、請求項２、請求項３、又は請求項４
   のうちの１項記載のダイアタッチペースト。
6. 【請求項６】 成分（Ｃ）の添加量が成分Ａ〜成分Ｃ総
   重量の６０重量％〜８５重量％である請求項１、請求項
   ２、請求項３、請求項４、又は請求項５のうちの１項記
   載のダイアタッチペースト。
7. 【請求項７】 成分（Ａ）に用いられるリン酸基含有ア
   クリレート及び／又はリン酸基含有メタクリレートと脂
   環式エポキシを含むアルコキシシランの総重量が、成分
   （Ａ）＋成分（Ｂ）の総重量に対して、０．１〜５重量
   ％である請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請
   求項５、又は請求項６のうちの１項記載のダイアタッチ
   ペースト。