JPH04370184A - Electrically conductive paste - Google Patents

Electrically conductive paste

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JPH04370184A
JPH04370184A JP17303391A JP17303391A JPH04370184A JP H04370184 A JPH04370184 A JP H04370184A JP 17303391 A JP17303391 A JP 17303391A JP 17303391 A JP17303391 A JP 17303391A JP H04370184 A JPH04370184 A JP H04370184A
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JP
Japan
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bisphenol
compound
conductive paste
electrically conductive
benzophenone
Prior art date
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Pending
Application number
JP17303391A
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Japanese (ja)
Inventor
Toru Tomonaga
朝長 透
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Kyocera Chemical Corp
Original Assignee
Toshiba Chemical Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a paste, containing a benzophenone group-containing urethane prepolymer, a polyhydric alcoholic compound, a bisphenol and electrically conductive powder, excellent in moisture and hydrolytic resistance and adhesion and responsive to large-sized semiconductor chips. CONSTITUTION:The objective paste containing (A) a urethane prepolymer, preferably composed of a blocked isocyanate prepolymer prepared by blocking terminal active isocyanate groups with an active hydrogen compound and having benzophenone groups in the molecule, (B) a polyhydric alcoholic compound such as a compound having a long-chain alkyl group or a polyester-based, a polybutadiene-based or silicone-based compound, (C) a bisphenol such as bisphenol A or bisphenol F and (D) electrically conductive powder such as silver, copper or Ni as essential components.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置のアッセン
ブリーや各種部品類の接着等に使用する導電性ペースト
で、特に半導体チップの大型化と表面実装に対応した導
電性ペーストに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a conductive paste used for assembling semiconductor devices and adhering various parts, and particularly to a conductive paste suitable for increasing the size of semiconductor chips and surface mounting.

【0002】0002

【従来の技術】リードフレーム上の所定部分にIC,L
SI等の半導体チップを接続する工程は、素子の長期信
頼性に影響を与える重要な工程の一つである。従来から
この接続方法として、半導体チップのシリコン面をリー
ドフレーム上の金メッキ面に加圧圧着するというAu−
Si 共晶法が主流であった。しかし、近年の貴金属、
特に金の高騰を契機として樹脂封止型半導体装置ではA
u−Si 共晶法から、半田を使用する方法、導電性ペ
ーストを使用する方法等に急速に移行しつつある。
[Prior art] ICs and L
The process of connecting semiconductor chips such as SI is one of the important processes that affects the long-term reliability of the device. Conventionally, this connection method involves bonding the silicon surface of the semiconductor chip to the gold-plated surface of the lead frame under pressure.
The Si eutectic method was the mainstream. However, in recent years precious metals,
In particular, with the soaring price of gold as an opportunity, resin-sealed semiconductor devices are becoming more expensive.
There is a rapid transition from the u-Si eutectic method to methods using solder, methods using conductive paste, etc.

【0003】しかし、半田を使用する方法は一部実用化
されているが半田や半田ボールが飛散して電極等に付着
し、腐食断線の原因となることが指摘されている。一方
、導電性ペーストを使用する方法では、通常、銀粉末を
配合したエポキシ樹脂が用いられているが、信頼性面で
Au−Si 共晶法に比較して満足すべきものが得られ
なかった。導電性ペーストを使用する場合は、半田法に
比べて耐熱性に優れる等の長所を有しているものの、樹
脂や硬化剤が半導体素子接着用として作られたものでな
いため、ボイドの発生や、耐湿性、耐加水分解性に劣り
、アルミニウム電極の腐食を促進し、断線不良の原因と
なることが多く、素子の信頼性はAu−Si 共晶法に
比較して劣っていた。また、IC,LSIやLED等の
半導体チップの大型化や銅系等各種フレームの出現に伴
い、チップクラックの発生や接着力の低下がおこり、問
題となっていた。
However, although some methods using solder have been put into practical use, it has been pointed out that the solder and solder balls scatter and adhere to electrodes and the like, causing corrosion and disconnection. On the other hand, in the method using a conductive paste, an epoxy resin mixed with silver powder is usually used, but in terms of reliability, it is not as satisfactory as the Au-Si eutectic method. When using a conductive paste, it has advantages such as superior heat resistance compared to the soldering method, but since the resin and curing agent are not made for bonding semiconductor devices, it may cause voids or It was inferior in moisture resistance and hydrolysis resistance, promoted corrosion of the aluminum electrode, and often caused disconnection defects, and the reliability of the device was inferior to that of the Au-Si eutectic method. Furthermore, as semiconductor chips such as ICs, LSIs, and LEDs become larger and various types of frames, such as those made of copper, are introduced, chip cracks and a decrease in adhesive strength occur, which has become a problem.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
に鑑みてなされたもので、耐湿性、耐加水分解性、接着
性に優れ、ボイドの発生、アルミニウム電極の腐食によ
る断線不良やチップの反りがなく、半導体チップの大型
化に対応した信頼性の高い導電性ペーストを提供しよう
とするものである。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances. The present invention aims to provide a highly reliable conductive paste that is free from warpage and compatible with larger semiconductor chips.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、後述する組成の
ペーストが、上記の目的を達成できることを見いだし、
本発明を完成したものである。
[Means for Solving the Problems] As a result of intensive research aimed at achieving the above object, the present inventor discovered that a paste having the composition described below can achieve the above object,
This completes the present invention.

【0006】即ち、本発明は、 (A)分子内にベンゾフェノン基を有するウレタンプレ
ポリマー、 (B)多価アルコール化合物、 (C)ビスフェノールおよび (D)導電性粉末 を必須成分としてなることを特徴とする導電性ペースト
である。
That is, the present invention is characterized in that (A) a urethane prepolymer having benzophenone groups in the molecule, (B) a polyhydric alcohol compound, (C) bisphenol, and (D) conductive powder as essential components. It is a conductive paste with

【0007】以下、本発明を詳細に説明する。The present invention will be explained in detail below.

【0008】本発明に用いる(A)分子内にベンゾフェ
ノン基を有するウレタンプレポリマーとしては、ウレタ
ンを形成するプレポリマーおよびオリゴマーの全てのも
のが使用可能であるが、望ましくは末端活性イソシアネ
ート基を、活性水素化合物でブロック化したブロックイ
ソシアネートプレポリマーである。ベンゾフェノン基を
導入することについては、末端活性イソシアネートを有
するポリエステル又はポリブタジエンを、アセト酢酸エ
ステルオキシム、あるいはフェノール等のブロッキング
剤でブロック化したものにベンゾフェノンテトラカルボ
ン酸二無水物等を加熱反応させて導入することができる
。これらは、単独又は2 種以上混合して使用すること
ができる。これらのブロック化されたウレタンポリマー
およびオリゴマーは室温では安定であるが、 120℃
以上に加熱するとイソシアネート基を解離する性質をも
っている。
As the urethane prepolymer (A) having a benzophenone group in the molecule used in the present invention, all urethane-forming prepolymers and oligomers can be used, but desirably a terminal active isocyanate group is used. This is a blocked isocyanate prepolymer blocked with an active hydrogen compound. To introduce a benzophenone group, a polyester or polybutadiene having a terminal active isocyanate is blocked with a blocking agent such as acetoacetate oxime or phenol, and benzophenone tetracarboxylic dianhydride, etc. is heated to react with the polyester or polybutadiene. can do. These can be used alone or in combination of two or more. These blocked urethane polymers and oligomers are stable at room temperature, but at 120°C
It has the property of dissociating isocyanate groups when heated to a higher temperature.

【0009】本発明に用いる(B)多価アルコール化合
物としては、可撓性、柔軟性を考慮して長鎖のアルキル
基を有するものや、ポリエステル系、ポリブタジエン系
およびシリコーン系の多価アルコール化合物が使用可能
である。具体的なものとしては、出光石油化学社製R−
45HT、三洋化成社製ポリエチレングリコール,ポリ
プロピレングリコール、トーレシリコーン社製アルコー
ル変性シリコーンBYシリーズ等が挙げられ、これらは
、単独又は2 種以上混合して使用することができる。 これらの多価アルコール化合物の水酸基は前記の分子内
にベンゾフェノン基を有するウレタンポリマーおよびオ
リゴマーから解離したイソシアネート基と反応する。こ
のウレタンポリマーやオリゴマーと多価アルコール類の
配合割合は、解離イソシアネート基(NCO)と多価ア
ルコール化合物の水酸基(OH)の比(NCO/OH)
が 1.0〜 1.2当量の範囲であることが望ましい
。この配合割合が、 1.0当量未満または 1.2当
量を超えると所定の特性が得られず好ましくない。また
この反応系を促進する触媒としては、一般的にはジアル
キルチンジラウレート等が使用される。
The polyhydric alcohol compound (B) used in the present invention includes those having a long chain alkyl group in consideration of flexibility and pliability, as well as polyester-based, polybutadiene-based and silicone-based polyhydric alcohol compounds. is available. Specifically, R- manufactured by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd.
45HT, polyethylene glycol and polypropylene glycol manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd., alcohol-modified silicone BY series manufactured by Toray Silicone Co., Ltd., etc., and these can be used alone or in combination of two or more. The hydroxyl groups of these polyhydric alcohol compounds react with the isocyanate groups dissociated from the urethane polymers and oligomers having benzophenone groups in their molecules. The blending ratio of this urethane polymer or oligomer and polyhydric alcohol is determined by the ratio of dissociated isocyanate groups (NCO) to hydroxyl groups (OH) of the polyhydric alcohol compound (NCO/OH).
is preferably in the range of 1.0 to 1.2 equivalents. If this blending ratio is less than 1.0 equivalent or more than 1.2 equivalent, the desired characteristics cannot be obtained, which is not preferable. Further, as a catalyst for promoting this reaction system, dialkyltin dilaurate or the like is generally used.

【0010】本発明に用いる(C)ビスフェノールとし
ては、例えばビスフェノールA、ビスフェノールF等が
挙げられ、これらは、単独又は2 種以上混合して使用
することができる。
Examples of the bisphenol (C) used in the present invention include bisphenol A and bisphenol F, and these can be used alone or in combination of two or more.

【0011】本発明に用いる(D)導電性粉末としては
、銀粉末、銅粉末、ニッケル粉末、表面に金属層を有す
る銀粉末が挙げられ、これらは、単独又は2 種以上混
合して使用することができる。これらの導電性粉末は、
いずれも平均粒径が10μm 以下であることが望まし
い。 平均粒径が10μm を超えると、組成物の性状がペー
スト状にならず塗布性能が低下し好ましくない。導電性
粉末と樹脂成分との配合割合は、重量比で70/30〜
90/10であることが望ましい。導電性粉末が、70
重量部未満であると満足な導電性が得られず、また90
重量部を超えると作業性や密着性が低下し好ましくない
[0011] Examples of the conductive powder (D) used in the present invention include silver powder, copper powder, nickel powder, and silver powder having a metal layer on the surface, and these may be used alone or in a mixture of two or more. be able to. These conductive powders are
In both cases, it is desirable that the average particle diameter is 10 μm or less. If the average particle size exceeds 10 μm, the composition will not become paste-like and the coating performance will deteriorate, which is not preferable. The mixing ratio of the conductive powder and the resin component is 70/30 to 70/30 by weight.
A ratio of 90/10 is desirable. The conductive powder is 70
If it is less than 90 parts by weight, satisfactory conductivity cannot be obtained;
If it exceeds 1 part by weight, workability and adhesion will deteriorate, which is undesirable.

【0012】本発明の導電性ペーストは、(A)分子内
にベンゾフェノン基を有するウレタンプレポリマー、(
B)多価アルコール化合物、(C)ビスフェノールおよ
び(D)導電性粉を必須成分とするが、本発明の目的に
反しない範囲において、また必要に応じて、消泡剤やカ
ップリング剤、その他の添加剤を加えることができる。
The conductive paste of the present invention comprises (A) a urethane prepolymer having benzophenone groups in the molecule;
B) polyhydric alcohol compound, (C) bisphenol, and (D) conductive powder are essential components, but antifoaming agents, coupling agents, and others may be added as necessary and within the scope of the purpose of the present invention. Additives can be added.

【0013】本発明の導電性ペーストの製造方法は、分
子内にベンゾフェノン基を有するウレタンプレポリマー
と多価アルコール化合物とを反応させた後、ビスフェノ
ール、導電性粉末を加えて更に例えば三本ロールによる
混練処理をし、その後、減圧脱泡して製造することがで
きる。こうして製造した導電性ペーストは、シリンジに
充填され、ディスペンサーを用いてリードフレーム上に
吐出し、半導体素子を接合した後、ワイヤボンディング
を行い、樹脂封止材で封止して樹脂封止型半導体装置を
製造することができる。この半導体装置は、 280℃
で加熱しても(素子のワイヤボンディングの温度に対応
)、大型チップの反り変形が極めて少なく、接着力は半
導体チップの接着に必要な強度を有しており吸湿も少な
いものであることが認められた。
The method for producing a conductive paste of the present invention involves reacting a urethane prepolymer having a benzophenone group in its molecule with a polyhydric alcohol compound, adding bisphenol and conductive powder, and then, for example, using a three-roll process. It can be produced by kneading and then defoaming under reduced pressure. The conductive paste produced in this way is filled into a syringe, discharged onto a lead frame using a dispenser, and after bonding semiconductor elements, wire bonding is performed, and the conductive paste is sealed with a resin sealing material to form a resin-sealed semiconductor. The device can be manufactured. This semiconductor device is heated to 280℃
It was confirmed that even when heated at a temperature of It was done.

【0014】[0014]

【実施例】次に本発明を実施例によって説明するが、本
発明はこれらの実施例によって限定されるものではない
。実施例において「部」とは特に説明のない限り「重量
部」を意味する。
EXAMPLES Next, the present invention will be explained by examples, but the present invention is not limited by these examples. In the examples, "parts" means "parts by weight" unless otherwise specified.

【0015】[分子内にベンゾフェノン基を有するウレ
タンプレポリマーの合成例]表1に示した各組成を加熱
反応させてウレタンプレポリマーA、Bを製造した。
[Example of synthesis of urethane prepolymers having benzophenone groups in the molecule] Urethane prepolymers A and B were produced by heating and reacting each composition shown in Table 1.

【0016】[0016]

【表1】 *:出光石油化学社製、ポリブタジエン系フェノールブ
ロック化ウレタンプレポリマーの50%ブチルカルビト
ール溶液の商品名。
[Table 1] *: Trade name of a 50% butyl carbitol solution of polybutadiene-based phenol-blocked urethane prepolymer manufactured by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd.

【0017】実施例1〜4 表2に示した各成分を混合し、更に三本ロールにより 
3回混練して導電性ペーストをそれぞれ製造した。
Examples 1 to 4 The components shown in Table 2 were mixed and further mixed with three rolls.
Each conductive paste was manufactured by kneading three times.

【0018】比較例 市販のエポキシ樹脂ベースの溶剤型導電性ペーストを入
手した。
Comparative Example A commercially available epoxy resin-based solvent-based conductive paste was obtained.

【0019】実施例1〜4および比較例の導電性ペース
トを用いて、半導体チップとリードフレームとを表3に
示した半導体チップ接着条件で接続固定して半導体装置
を製造した。これらの半導体装置について、接着強度、
半導体チップの反りおよび加水分解性塩素の試験を行っ
た。また、、導電性ペーストについて吸湿特性を試験し
た。その結果を表3に示したが、本発明の効果を確認す
ることができた。
Using the conductive pastes of Examples 1 to 4 and Comparative Example, a semiconductor chip and a lead frame were connected and fixed under the semiconductor chip bonding conditions shown in Table 3 to manufacture semiconductor devices. For these semiconductor devices, adhesive strength,
Semiconductor chip warpage and hydrolyzable chlorine tests were conducted. The conductive paste was also tested for moisture absorption properties. The results are shown in Table 3, and the effects of the present invention could be confirmed.

【0020】接着強度は、 200μm 厚のリードフ
レーム(銅系)上に 4×12mmのシリコンチップを
接着し、350 ℃温度でプッシュプルゲージを用いて
測定した。チップの反りは、硬化後のチップの表面を表
面粗さ計で測定し、チップ中央部と端部との距離で示し
た。加水分解性塩素は、導電性ペーストを半導体チップ
接着条件で硬化させた後、 100メッシュに粉砕して
、 180℃で 2時間加熱抽出を行い抽出されたCI
イオンの量をイオンクロマトグラフィで測定した。吸湿
特性試験は、温度121℃,圧力 2気圧の水蒸気中に
おける吸湿量を測定した。
[0020] The adhesive strength was measured by adhering a 4 x 12 mm silicon chip onto a 200 μm thick lead frame (copper-based) and using a push-pull gauge at a temperature of 350°C. The warpage of the chip was measured by measuring the surface of the chip after curing using a surface roughness meter, and was expressed as the distance between the center of the chip and the edge. Hydrolyzable chlorine is extracted from CI by curing the conductive paste under semiconductor chip adhesion conditions, pulverizing it to 100 mesh, and heating and extracting it at 180°C for 2 hours.
The amount of ions was measured by ion chromatography. In the moisture absorption property test, the amount of moisture absorbed in water vapor at a temperature of 121° C. and a pressure of 2 atmospheres was measured.

【0021】[0021]

【表2】 *:出光石油化学社製、商品名酸基化合物[Table 2] *: Manufactured by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd., product name: Acid group compound

【0022】[0022]

【表3】(単位)[Table 3] (Unit)

【0023】[0023]

【発明の効果】以上の説明及び表3から明らかなように
、本発明の導電性ペーストは、耐湿性、耐加水分解性、
接着性に優れ、ボイドの発生やアルミニウム電極の腐蝕
による断線不良及び反りがなく、半導体チップの大型化
に対応した信頼性の高い導電性ペーストである。
Effects of the Invention As is clear from the above explanation and Table 3, the conductive paste of the present invention has moisture resistance, hydrolysis resistance,
It is a highly reliable conductive paste that has excellent adhesive properties and is free from voids and breakage and warping due to corrosion of aluminum electrodes, making it compatible with larger semiconductor chips.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  (A)分子内にベンゾフェノン基を有
するウレタンプレポリマー、 (B)多価アルコール化合物、 (C)ビスフェノールおよび (D)導電性粉末 を必須成分としてなることを特徴とする導電性ペースト
Claim 1: A conductive material comprising (A) a urethane prepolymer having a benzophenone group in the molecule, (B) a polyhydric alcohol compound, (C) bisphenol, and (D) conductive powder as essential components. paste.
JP17303391A 1991-06-18 1991-06-18 Electrically conductive paste Pending JPH04370184A (en)

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