JPH05175253A - 半導体用導電性樹脂ペースト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 銀粉、下記式で示されるアミド結合を有する
イミダゾール化合物及び潜在性硬化剤のジシアンジアミ
ドあるいはイソフタル酸ヒドラジド、常温で液状で加水
分解性塩素が３００ｐｐｍのエポキシ樹脂及びクレジル
グリシジルエーテルを必須成分とし、全組成物中に銀粉
を５０〜９０重量％含有する半導体用導電性樹脂ペース
ト。 【化１】 【効果】 連続加熱工程においても短時間で、しかもボ
イドが発生することなく硬化することが可能で、応力特
性に優れ、大チップを銅リードフレームに接着した場合
にも十分応力緩和する樹脂ペーストを得ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ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。

【０００２】

【従来の技術】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−Ｓｉ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、現在は、一般化されている。これに
伴い、マウント工程に於けるＡｕ−Ｓｉ共晶法の改良と
してハンダ材料や導電性樹脂ペースト即ちマウント用樹
脂による方法が取り上げられるようになった。

【０００３】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。

【０００４】更に最近、ＩＣ等の組立工程で半導体素子
とフレームとを接着させる導電性樹脂ペーストを硬化さ
せる為に加熱処理する際の、加熱時間の短縮化が組立メ
ーカーから強く要望されていた。即ち、従来は、フレー
ムに導電性樹脂ペーストを塗布し、半導体素子をマウン
トした製品をまとめて容器にいれ、その容器を加熱炉に
いれ、加熱処理するバッチ方式であったが、この加熱処
理を連続的に熱盤上で行なう方式にするものである。

【０００５】通常、バッチ方式で加熱する条件は、１５
０〜２００℃で１〜２時間処理を行なうが、連続的に熱
盤上で処理する条件は１７０〜２５０℃で１５〜６０秒
の加熱処理を行なうもので、加熱工程の時間短縮化によ
り大幅な合理化で図れるものである。

【０００６】一方、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、更に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よ
うになってきた。ここでＩＣ等のチップの大きさが約４
〜５mm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銅フレームの熱膨張率との
差から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３×１０^-6／℃であるのに対し、４
２合金フレームでは８×１０^-6／℃であるが、銅フレー
ムでは２０×１０^-6／℃と大きくなる為である。

【０００７】これに対して、従来から熱盤上で連続的に
加熱処理できる導電性ペーストはあったが、大型チップ
と銅フレームに接着した場合、チップのクラックや反り
による特性不良が発生したり、又、導電性樹脂ペースト
が十分に硬化しておらず、ダイボンディング工程の後工
程であるワイヤボンディング工程でチップのづれ、チッ
プ剥れの問題が発生したり、硬化物中にボイドが発生す
ることにより、接着強度の低下、電気導電及び熱伝導不
良といった問題が発生し、信頼性面から好ましくないと
いった問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の様な
従来技術の欠点を改良し、 熱盤上での連続処理が可能。硬化条件１７０℃、６
０秒で十分な接着強度を得られることができる。 大型チップ（4.５×９mm）を銅フレームに接着した
場合、チップクラックや反りによる特性不良が発生しな
い。 硬化物中にボイドが発生しない。 等の導電性樹脂ペーストを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、（Ａ）銀粉、
（Ｂ）下記式（１）で示されるイミダゾール化合物及び
潜在性硬化剤、

【００１０】

【化２】

【００１１】（Ｃ）常温で液状で加水分解性塩素が５０
０ｐｐｍ以下であるエポキシ樹脂を必須成分とし、組成
物の全量（Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）に対して、銀粉（Ａ）
を５０〜９０重量％含有し、かつ（Ｃ）に対して、式
（１）のイミダゾール化合物を０．０５〜２０重量％添
加することを特徴とする半導体用導電性樹脂ペーストで
ある。

【００１２】本発明に用いるエポキシ樹脂は常温で液状
のものであるのに限定しているが、常温で液状のもので
ないと銀粉との混練において溶剤を必要とする。溶剤は
気泡発生の原因となり、硬化物の導電性を著しく低下さ
せ使用できない。また、エポキシ樹脂に含まれる加水分
解性塩素量を５００ｐｐｍ以下に限定しているが、この
ようなエポキシ樹脂を用いることにより導電ペーストか
ら抽出（プレッシャークッカー）される塩素の量を大幅
に低減することができる。抽出された塩素は半導体素子
表面のアルミ配線腐食をひきおこす原因となるため、抽
出量が少なければそれだけ信頼性が高くなる。加水分解
性塩素含有量の測定は以下のようにして行う。即ち、エ
ポキシ樹脂0.５ｇをジオキサン３０mlに完全に溶解さ
せ、これにＩＮ−ＫＯＨ液（エタノール溶液）５mlを加
え、３０分間蒸沸還流する。これに８０％アセトン水１
００ml加え、さらにＣｏｎｃ．ＨＮＯ₃ ２ml加えて、0.
０１Ｎ−ＡｇＮＯ₃ 水溶液で電位差滴定を行う。

【００１３】本発明に用いるエポキシ樹脂としては、例
えばビスフェノール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
ヘキサンジオキシド、ジシクロペンタジエンオキシド、
アリサイクリックジエポキシーアジペイトのような脂環
式エポキシ等があり、これらは単独もくしは２種以上を
併用してもよい。

【００１４】また上記エポキシ樹脂に、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などのポリオレフィンエポキシ
ド類、ジグリシ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。

【００１５】また、本発明においては、硬化剤として式
（１）で示されるイミダゾール系硬化剤と潜在性硬化剤
を併用することを必須としている。一般にイミダゾール
は、目的としている温度１７０〜２５０℃で硬化時間が
短かいことが知られている。例えば２−メチルイミダゾ
ールのようなイミダゾールを使用することにより、１７
０℃、６０秒の硬化で十分な接着強度を得ることができ
る。しかし、常温でも硬化反応が進むため、常温におけ
る可使時間いわゆるポットライフは、１日と持たず、実
際上、使用に耐えられない。

【００１６】一方、式（１）で示される構造のイミダゾ
ールを使用することにより常温でのポットライフが３日
間以上で、まったく粘度変化がなく、しかも１７０℃、
６０秒の硬化条件で十分な接着強度を有することを見出
した。従来のイミダゾールに比べ、十分なポットライフ
と、十分な接着強度が得られるのは、構造から推定する
に、イミダゾール環中に２−メチルイミダゾールのよう
な活性水素部位が存在しないため、ポットライフが長
く、又、分子内に非常に極性の高いアミド結合を有する
ため、ＩＣ表面上に存在する水酸基と水素結合をし易
く、そのため、強い接着強度が発現するものと考えられ
る。更には、従来のイミダゾール系硬化剤を本発明の用
途に使用した場合、硬化時にボイドが発生しやすく、チ
ップの反りが大きいといった欠点が挙げられるが、式
（１）で示される硬化剤を使用することにより、ボイド
が発生せず、又、硬化物の応力緩和特性が非常に良好な
ことを見出した。

【００１７】応力緩和性は、硬化後のチップの反りとい
った特性で評価を行ったが、従来のイミダゾールに比べ
反り量が５０〜８０％も小さくなることを見出した。こ
れは、式（１）の反応部位であるイミダゾール環の間の
鎖長が長く、可撓性があるためと考えられる。式（１）
におけるＲの鎖長をいろいろ変えた実験を行った結果、
ｎを増していくと、反り量がかなり低減することも合わ
せて見出した。

【００１８】式（１）のイミダゾール化合物はエポキシ
樹脂（Ｃ）に対して、０．０５〜２０重量％添加するこ
とが必要である。２０重量％を越えると常温でのライフ
が２日以下となり、半導体アセンブリーメーカーの生産
工程を考慮すると実用性がない。０．０５重量％未満だ
と、他のイミダゾールを併用しても１７０℃、６０秒で
硬化し、更に常温でライフが３日以上という条件に合致
させることが不可能であるためである。式（１）のイミ
ダゾール化合物について、潜在性硬化剤を併用しない
で、単独使用の可能性について検討したが、１７０℃、
６０秒で硬化させようとするとエポキシ樹脂（Ｃ）に対
して２０重量％を越えて添加する必要が有り、常温での
ライフが２日程度になり、実用性がない。即ち、常温で
のライフの長い潜在性硬化剤と式（１）のイミダゾール
化合物を併用することにより、始めてライフと硬化性の
バランスの取れた樹脂ペーストを得ることができる。

【００１９】潜在性硬化剤としては、アジピン酸ヒドラ
ジド、ドデカン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ヒドラジ
ド、Ｐ−オキシ安息香酸ヒドラジド等のカルボン酸ヒド
ラジドやジシアンジアミドである。更に併用可能な硬化
剤としては、ポットライフを考慮して、添加量を選べば
以下の化合物が挙げられる。例えば、２−メチルイミダ
ゾール、２−エチルイミダゾール、２−フェニルイミダ
ゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−
フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾ
ール、２−フェニル−４、５−ジヒドロキシイミダゾー
ル等の一般的なイミダゾールやトリアジンやイソシアヌ
ル酸を付加し、保存安定性を付与した２、４−ジアミノ
−６−｛２−メチルイミダゾール−（１）｝−エチル−
Ｓ−トリアジン、またそのイソシアネート付加物等があ
る。更に、熱時の接着強度を高めるためにフェノ−ルノ
ボラック樹脂等の多価フェノール類を併用することも可
能である。

【００２０】本発明に用いる銀粉のハロゲンイオン、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１０ｐｐｍ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。その他、消泡剤、カップリング剤等は、必要に応
じて適宜添加することは可能である。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を実施例で具体的に説明する。

【００２２】実施例１〜３ エポキシ樹脂として加水分解性塩素含有率３００ｐｐｍ
のフェノールノボラック型エポキシ樹脂（Ａ）（数平均
分子量４６０、エポキシ当量１７０）と反応性希釈剤の
クレジルグリシジルエーテル（加水分解性塩素含有率２
５０ｐｐｍ）及び下記式（１）で示されるイミダゾール
系硬化剤及び潜在性硬化剤のジシアンジアミドを表１で
示した割合で配合撹拌し、均一分散液とし、更に粒径
０．１〜２０μｍ、平均粒径３μｍのフレーク状銀粉を
表１に示した割合で加え、三本ロールで混練し、均一な
導電性樹脂ペーストを得た。 実施例４〜６ 実施例４においては、実施例１の潜在性硬化剤ジシアン
ジアミドの代わりにイソフタル酸ヒドラジドを用い、、
実施例５、６では、式（１）で示されるイミダゾール系
硬化剤の配合量を変え、実施例５では、特に硬化性を保
つために、更に２−メチル−イミダゾールを添加した以
外は、実施例１と同様にして導電性樹脂ペーストを得
た。

【００２３】

【化３】

【００２４】この導電性樹脂ペーストを以下の方法で評
価した。

【００２５】 （１）硬化性（１７０℃熱盤上の硬化時間） 導電性樹脂ペーストを銅フレーム上に塗布し、２mm角シ
リコンチップをマウントし、２００℃熱盤上で所定時間
加熱した。これの１５０℃の熱時接着強度を測定し、加
熱時間と接着強度との関係を調べ、接着強度が飽和する
時間を硬化時間とした。

【００２６】（２）応力特性 導電性樹脂ペーストを銅フレームに塗布し、4.５×９mm
シリコンチップをマウントし、２００℃熱盤上で硬化し
た。これを表面粗さ計でチップの両端を結ぶ線上から垂
直にチップの反りの頂上までの高さを測定した。

【００２７】（３）ポットライフ 導電性樹脂ペーストを２５℃で保存し、粘度の経時変化
を調べ、その粘度が初期粘度に対し1.５倍以上になるま
での日数をポットライフとした。

【００２９】（４）硬化物中のボイド 導電性樹脂ペーストを銅フレーム上に塗布し、4.５×９
mmガラス片をマウントし、２００℃熱盤上で硬化させた
後、ガラス片の上から、硬化物を観察した。

【００３０】（５）３５０℃熱時接着強度 導電性樹脂ペーストを銅フレーム上に塗布し、２mm角シ
リコンチップをマウントし、２００℃熱盤上で硬化させ
た後、３５０℃熱盤上でチップのせん断接着強度を測定
した。

【００３１】（６）体積抵抗率 導電性樹脂ペーストをスライドガラス上に４mm幅、３０
μｍ厚みになるように、塗布、硬化（２００℃熱盤上）
した後、体積抵抗率を測定した。

【００３２】（７）熱水抽出塩素含有率 導電性樹脂ペーストの硬化物を微粉砕し、蒸留水で１２
５℃、２０時間処理して、抽出された塩素量を測定し
た。

【００３３】（８）粘度 ＦＨＤ型粘度計を用いて、２５℃における粘度を測定し
た。

【００３４】（９）ＰＣＴ信頼性 アルミ配線チップを用い１２５℃でのプレッシャークッ
カーテストを行ない、８００時間まで不良が発生しなか
ったものを○印、不良が発生したものを×印とした。こ
れらの評価結果を表１に示す。短時間硬化性、応力特性
に優れ、他の特性も導電性樹脂ペーストとして充分満足
するものである。

【００３５】比較例１〜７ 表２に示した配合割合で実施例１と同様にして、導電性
樹脂ペーストを得た。尚、比較例７ではエポキシ樹脂
（Ｂ）（加水分解性塩素含有率７００ｐｐｍ）を用い
た。これらの評価結果を表２に示す。いずれも導電性樹
脂ペーストとして特性上欠点がある。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【発明の効果】本発明の導電性樹脂ペーストは、銅、４
２アロ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、ＩＣ等の組立工程の加熱処理時間を大
幅に短縮化でき、しかも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、従来にな
かった応力緩和特性に優れた導電性樹脂ペーストであ
る。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｈ０５Ｋ 3/32 Ｂ 9154−4Ｅ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）銀粉、 （Ｂ）下記式（１）で示されるイミダゾール化合物及び
   潜在性硬化剤、 【化１】 （Ｃ）常温で液状で加水分解性塩素が５００ｐｐｍ以下
   であるエポキシ樹脂を必須成分とし、組成物の全量
   （Ａ）＋（Ｂ）＋（Ｃ）に対して、銀粉（Ａ）を５０〜
   ９０重量％含有し、かつ（Ｃ）に対して、式（１）のイ
   ミダゾール化合物を０．０５〜２０重量％添加すること
   を特徴とする半導体用導電性樹脂ペースト。