JPH059455A - 気密封止用接着剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 下記式で表わされるポリイミド樹脂１００重
量部とアルミニウム粉、マグネシウム粉、亜鉛粉、鉄粉
の少なくとも１種を含有する充填材が５〜１０００重量
部および溶剤からなる気密封止用接着剤。 【化１】 【効果】 本接着剤はセラミックパッケージ封止後の水
分量が少なく、接着強度および低ボイド性に優れ、気密
封止用として好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子を気密封止用
セラミックパッケージにダイボンディングする場合に用
いられる接着剤に関するものである。更に詳しくは、半
導体素子を接着後、セラミックパッケージ封止時の熱処
理による高温に対しても、樹脂の分解による接着強度の
低下がなく、封止した容器内の水分量が極めて少ない低
ボイドの接着剤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子をセラミックパッケー
ジにマウントする場合、Ａｕ−Ｓｉ共晶、低融点ガラス
等の無機系マウント材や、エポキシ樹脂やポリイミド樹
脂を使用した有機系ペーストが使用されていた。しか
し、半導体素子の大型化により、セラミックパッケージ
と素子との熱膨張率の差を熱ストレスがかかったとき、
無機系マウント材では吸収できず、チップ割れが発生し
た。また、無機系マウント材は弾性率が高いため、機械
的衝撃がかかったとき、チップ剥れ等が起こった。この
ような欠点に対して、弾性率の低い樹脂をベースとし金
属フィラーを充填した有機系ペーストを使うことによ
り、上記の欠点を改良しようという試みもなされてい
る。しかしこれら有機系ペーストでは、やはり無機系マ
ウント材と比較して耐熱性に劣りセラミックパッケージ
封止時の高温により、樹脂が分解し、接着力が低下した
り、多量のガスを発生し封止を損なったり、あるいは、
多量の水分を発生し、信頼性を低下させ、特に、紫外線
消去型のリードオンリーメモリー（ＥＰＲＯＭ）では結
露した水によりいちじるしく機能低下をきたすという問
題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ポリ
イミド樹脂を基にし、有機系の低応力性を生かしながら
無機系と同等以上の耐熱性を有し、極めて発生水分量の
少ない低ボイドの接着性に優れた気密封止用接着剤を提
供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記一般式
（１）で表わされる繰り返し単位を重合体分子中に１０
モル％以上有する重合体と、アルミニウム粉、マグネシ
ウム粉、亜鉛粉、鉄粉の少なくとも一種を含有する気密
封止用接着剤である。

【０００５】

【化２】 Ｒ₁ の１価の有機基として好ましいものの例を挙げると

【０００６】

【化３】 等であるが、特にこれらに限定されるものではない。ま
た２種以上併用しても差し支えない。Ｒ₂ の４価の有機
基として好ましいものの例を挙げると

【０００７】

【化４】
等 であるが、特にこれらに限定されるものではない。また
２種以上併用しても差し支えない。

【０００８】重合体中の一般式（１）で表わされる繰り
返し単位は、１０モル％以上であることが必要であり、
２０モル％以上であることが好ましい。１０モル％未満
であると、充分な接着強度が得られなくなったり、ボイ
ドの発生量が多くなったりする。一般式（１）で表され
る繰り返し単位以外の繰り返し単位を、９０モル％未満
の範囲で共重合および／またはブレンドしても差し支え
ない。共重合および／またはブレンドするものとして好
ましいものの例を挙げると、

【０００９】

【化５】

【００１０】等のポリイミドおよび／またはポリイミド
前駆体であるが、特にこれらに限定されるものではな
い。また、２種以上を併用しても差し支えない。一般式
（１）で表される繰り返し単位は、前記Ｒ₁ 、Ｒ₂ の構
造を持つテトラカルボン酸二無水物と、１、３−ビス
（３−アミノフェノキシ）ベンゼンを反応させることに
より得ることができる。このポリイミド樹脂の特徴とし
て、分子中にエーテル結合を有するため、低弾性率で、
半導体素子をマウントした場合の応力緩和に優れている
ことと接着力が強いということが挙げられる。

【００１１】本発明に用いられる充填材はアルミニウム
粉、マグネシウム粉、亜鉛粉、鉄粉の少なくとも一種を
用いたものである。形状としては、フレーク状、樹脂状
や球状等のものが用いられる。異なる粒径や粒状のもの
を混合して用いても差し支えない。充填材として、アル
ミニウム粉、マグネシウム粉、亜鉛粉、鉄粉の少なくと
も一種を用いる理由としては、ポリイミド樹脂の耐熱性
を損なうことなく硬化後の接着層の熱伝導率の向上によ
る熱抵抗の低減、高強度化、低ボイド化の他に、特に、
セラミックパッケージ封止後の内部水分量が低減すると
いったことがあげられる。この際の充填材／一般式
（１）で表わされる重合体の混合比は０.０５〜１０
（重合比）が好ましい。混合比が０.０５未満である
と、充填材の効果が得られにくくなり、また１０を超え
ると重合体の量が少なすぎるため、接着強度の低下を招
きやすい。

【００１２】本接着剤の組成は固形分が１０〜９０重量
％であり、残余成分が溶剤であることが好ましい。固形
分がこれ以外であると充分な接着層の厚みが得られにく
く、むらになり、結果として接着強度の低下を招きやす
い。また、これ以上であると、ペーストが高粘度化し、
接着剤としての取扱いが困難となる。上記溶剤として好
ましいものの例を挙げると、Ｎ−メチル−２−ピロリド
ン、ベンジルピロリドン、Ｎ、Ｎ−ジメチルアセトアミ
ド、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラ
ン、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコールジメ
チルメチルエーテル（ジグライム）、テトラエチレング
リコールジメチルエーテル（テトラグライム）、γ−ブ
チロラクトン、エチルセルソルブアセテート、ブチルセ
ルソルブアセテート、シクロヘキサノン等があるが、特
にこれらに限定されるものではない。また、２種以上を
併用しても差し支えない。さらに、均一にできる範囲で
重合体の貧溶媒を揮散調節剤、被膜平滑剤などとして使
用することもできる。

【００１３】さらに本発明においては必要により消泡剤
を添加することもできる。気密封止用接着剤の製造方法
は次の通りである。一般式（１）で表される繰り返し単
位を有する重合体またはその溶液、充填材、溶剤を秤量
し、必要に応じ消泡剤等を添加して撹拌機、乳鉢、三本
ロール、ニーダー等を単独または適宜組み合わせて均一
のペースト状にする。本発明の気密封止用接着剤の使用
方法としては、通常のディスペンサー等で塗布すること
ができる。半導体素子のマウント後、オーブン中または
熱盤上で加熱硬化し接着することができる。

【００１４】本発明の気密封止用接着剤はセラミックパ
ッケージへの半導体素子の接着に用いることができ、低
弾性率であるため、セラミックパッケージと半導体素子
との熱膨張率の差によるチップ割れや、機械的衝撃によ
るチップ剥れを防ぐことができる。さらに、耐熱性、接
着強度に優れ、セラミックパッケージ封止後の内部水分
量が充填材の還元作用により極めて少い、低ボイドの気
密封止用接着剤である。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を実施例で具体的に説明する。

【００１６】合成例１ 温度計、撹拌機、原料投入口、乾燥窒素ガス導入管を備
えた四ツ口セパラブルフラスコに１、３−ビス（３−ア
ミノフェノキシ）ベンゼン２３.３９ｇ（０.０８モル）
をＮ−メチル−２−ピロリドン１９３ｇに溶解させる。
乾燥窒素ガス流入下、３、３’、４、４’−オキシジフ
タル酸二無水物２4.８２ｇ（０.０８モル）を一気に投
入し、２０℃に保ちながら５時間撹拌をつづけてポリア
ミド酸ワニスを得た。得られたポリアミド酸ワニスにト
ルエン５８ｇを添加し、乾燥窒素ガス導入管を外して代
わりにディーンスターチ還流冷却管を取り付け、系の温
度を上昇させる。イミド化に伴って生じる水をトルエン
との共沸により系外へ除去しながら加熱を続け、１４０
〜１５０℃でイミド化を進めて水が生成しなくなった５
時間後に反応を終了させた。得られたポリイミドワニス
を３０リットルのメタノール中に撹拌しながら１時間か
けて滴下し、樹脂を沈澱させ、濾過して固形分のみを回
収した後、乾燥器中にて１２０℃で８時間乾燥させた。
このようにして得たポリイミド樹脂のＦＴ−ＩＲスペク
トルを測定し、１６５０cm^-1に現れるイミド化前のアミ
ド結合に基づく吸収と、１７８０cm^-1に現われるイミド
環に基づく吸収からイミド化率を求めたところ、１００
％イミド化されていることが判った。

【００１７】合成例２ 温度計、撹拌機、原料投入口、乾燥窒素ガス導入管を備
えた四ツ口セパラブルフラスコに１、３−ビス（３−ア
ミノフェノキシ）ベンゼン２２.９８ｇ（０.０７８６モ
ル）と（２）式のシリコーンジアミン

【００１８】

【化６】 １7.１０ｇ（０.０２２４モル）をＮ−メチル−２−ピ
ロリドン１６６ｇに溶解させる。乾燥窒素ガス流入下、
３、３’、４、４’−オキシジフタル酸無水物３1.０２
ｇ（0.１モル）を一気に投入し２０℃に保ちながら５時
間撹拌をつづけてポリアミド酸ワニスを得た。得られた
ポリアミド酸ワニスにトルエン６３ｇを添加し、以下合
成例１と同様の方法によりシリコーン変性ポリイミド樹
脂を得た。得られた樹脂のイミド化率は１００％であっ
た。

【００１９】実施例１ 合成例１で得たポリイミド樹脂１００重量部、平均粒径
５μｍのアルミニウム粉１００重量部、γ−ブチロラク
トン１１０重量部、テトラグライム７５重量部を撹拌
後、三本ロールで混練し、均一なペースト状接着剤を得
た。得られた接着剤をセラミックスパッケージに塗付
し、１０×７mm角のシリコンチップを１５０ｇｆの圧力
でマウントし、１２０℃で１時間加熱後１５０℃、２５
０℃、３５０℃でそれぞれ３０分硬化後、３９０℃で２
０分間熱処理し接着強度をテンシロン万能試験機で測定
（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｃ２０２７に拠る）した。同
様に１５×１５mm角のシリコンチップを使用し硬化後、
ＳＯＦＴＸ線で接着部分のボイド面積を観察（ＭＩＬ−
ＳＴＤ−８８３Ｃ２０１２に拠る）した。またボイド観
察を行なったサンプルと同様にして作成したサンプルに
蓋を載せ、1Kgfの荷重をかけ３９０℃で２０分間処理し
封止した。封止したパッケージ内部の水分量を質量分析
（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｃ１０１８に拠る）した。熱
分解温度は硬化した接着剤を熱天秤で測定した。その評
価結果を表１に示す。

【００２０】実施例２、３、比較例１〜３ 表１に示す配合割合で実施例１と同様にして接着剤を作
成し、評価した。その評価結果を表１に示す。

【００２１】実施例１〜３のように特定の割合で一般式
（１）で表わされる繰り返し単位を有する重合体とアル
ミニウム粉、マグネシウム粉、亜鉛粉、鉄粉の少なくと
も１種を使用した充填材、溶剤の特定の割合からなる接
着剤を用いてチップを接着すると封止後の水分量が0.３
％以下と優れており、ボイド面積も２０％未満と少なか
った。接着強度も２０Kgf 以上（１０×７mm角シリコン
チップ）と充分な値であった。これに対し比較例１、３
は水分量が２％以上とかなり多量に発生している。窒化
アルミニウムを使用した比較例２では耐熱性、接着強度
は良好であるが水分量は0.７４％と銀粉のみの場合に較
べると良いが基準の0.５％をうわまわっている。ボイド
に関しても８０％以上となり、熱伝導率が悪くなること
が考えられる。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【発明の効果】本発明の気密封止用接着剤は、優れた接
着強度とボイドの発生が少なく、従来の欠陥である封止
後の水分量が多いといったことが除かれるので、セラミ
ックパッケージの気密封止に好適である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 下記一般式（１）で表わされる繰り返し
   単位を重合体分子中に１０モル％以上有する重合体と、
   アルミニウム粉、マグネシウム粉、亜鉛粉、鉄粉のうち
   少なくとも１種を含有することを特徴とする気密封止用
   接着剤。 【化１】