JPH0676474B2

JPH0676474B2 - 半導体用絶縁樹脂ペ−スト

Info

Publication number: JPH0676474B2
Application number: JP61305235A
Authority: JP
Inventors: 増雄水野; 光生脇
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1986-12-23
Filing date: 1986-12-23
Publication date: 1994-09-28
Anticipated expiration: 2009-09-28
Also published as: JPS63159422A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は半導体素子をリードフレームあるいはセラミッ
ク基板等へダイボンディングする場合に用いられる絶縁
樹脂ペーストに関するものである。更に詳しくは高温、
短時間で硬化させても、気泡の発生が極めて少ない樹脂
接合法に用いる絶縁樹脂ペーストに関するものである。

〔従来技術〕

従来、半導体素子をリードフレーム等へダイボンディン
グする方法としては金とシリコンとの共晶を形成するこ
とにより結合する金−シリコン共晶法、また半田ペース
トを用いて接合する半田接合法が主に用いられてきた。
金−シリコン共晶法は金を用いるためコストは非常に高
いとか、あるいは作業温度が400〜450℃と高く半導体素
子や部品の劣化をもたらす欠点があった。一方半田接合
法は比較的低コストではあるが耐熱性が劣るとか、ある
いは半田ボール飛散による半導体素子が劣化するという
欠点があった。

この様な中にあって、最近樹脂中に銀粉末、シリカ粉末
等無機質粉末を分散させた導電性あるいは絶縁体のペー
ストを用いる樹脂結合法が用いられる様になってきた。
この樹脂結合法は大巾なコストダウンが可能であり、特
に絶縁樹脂ペーストとして特にシリカ粉末を用いたもの
は貴金属を全く用いないため安価であり、又その特性に
おいても非常に優れている。

しかしながら、これらの樹脂接合法に用いる従来の絶縁
樹脂ペーストは硬化時に気泡が発生し易いという欠点が
ある。これはシリカ粉末等の無機質粉末を樹脂に分散さ
せ、ペースト状にする必要があるために、樹脂は大量の
溶剤を含むがあるいは常温で液状のものを用いる必要が
あり、これ等がこれらの絶縁ペーストが硬化する時に一
部気化し、気泡を発生させたり、あるいは樹脂と無機質
粉末を混練する時空気を抱き込み、気泡となる。

これ等の気泡が硬化時にスムーズに抜けないと、硬化物
に気泡が残存し半導体素子とリードフレームとの密着強
度を著しく低下させるとかあるいは気泡が抜ける際の力
で半導体チップが傾き、傾いたまま接合され、後工程で
の金線ワイヤボンディングで自動ボンダーでの位置認識
が出来ないという重大欠点を生じてしまう。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上記の様な従来技術の欠点を改良し、半
導体素子が傾くことなくリードフレーム等外部支持電極
に強固に接合される絶縁樹脂ペーストを提供することに
ある。

ペーストが硬化する際に発生する気泡は充填剤の表面に
存在するものであり、これは液状樹脂組成物に無機充填
剤を配合した場合、充填剤表面が液状樹脂組成物にどう
しても充分にぬれないためであり、液状樹脂組成物に無
機充填剤を配合する場合には避けられない問題である。

本発明者等は気泡の発生源である充填剤配合量を極力少
なくすることに注目し、鋭意検討を重ねた結果、超微粒
子シリカ粉末を併用すれば無機充填剤を著しく減少させ
ることができ、超微粒子シリカ粉末そのものは気泡の発
生源にならないこと、硬化剤としてフエノールノボラッ
クと潜在性アミン化合物を用いると熱時接着強度が著し
く増加することを見い出し目的を達成するに到った。

〔発明の構成〕

本発明は（Ａ）最大粒径が50μｍ以下で平均粒径２〜５
μｍのシリカ粉末と、平均粒径が0.005〜0.02μｍの超
微粒子シリカ粉末との混合物であって、平均粒径２〜５
μｍのシリカ粉末60〜85重量％含むシリカ充填剤、
（Ｂ）フェノールノボラック、（Ｃ）潜在性アミン化合
物、（Ｄ）常温で液状で加水分解性塩素含有量が500ppm
以上であるエポキシ樹脂、よりなる組成物でシリカ充填
剤配合量が５〜30重量％かなる半導体用絶縁樹脂ペース
トに関するものである。

絶縁ペーストの硬化時に発生する気泡は充填剤の表面に
存在すると考えられるが、従って充填剤量を少なくすれ
ば気泡は少なくすることができる。ところが通常充填剤
の量を減少させるとペーストの粘度、揺変度が小さくな
り、ディスペンサーからのペーストのたれや、あるいは
ブリード等を起こし実用上不都合を生じる。又耐熱性も
低下し、高温時で高い接着強度が要求されるワイヤボン
ディングの工程でチップが剥がれる不都合も生じる。従
って通常は半導体用絶縁ペーストの充填剤の配合量は少
なくとも40重量％以上である。

本発明に用いられるシリカ充填剤は超微粒子の粒径が0.
005〜0.02μｍのシリカを併用することを特徴としてい
るが、この様な超微粒子シリカは液状樹脂組成物に配合
しても、その表面には硬化時にチップを傾かせるほどの
大きい気泡は存在せず、不都合を生じさせる気泡の発生
源とはならないことを見い出した。しかも少量添加だけ
で粘度、揺変度が著しく大きくなるため、絶縁ペースト
中の充填剤量を少なくしてもディスペンサーからのペー
ストのたれや、あるいはブリードを起こさない。また本
発明に用いられるシリカ充填剤は最大粒径50μｍ以下で
平均粒径２〜５μｍのシリカ粉末を60〜85重量％含む
が、60重量％より少ないと耐熱性や熱伝導性が低下す
る。また超微粒子シリカが多くなり過ぎ粘度、揺変度が
著しく高くなり、ディスペンサーで塗布時ペーストが糸
状に高くひき、チップのマウントができなくなる。また
平均粒径２〜５μｍの配合量85重量％より多くなると超
微粒子シリカ粉末の含有量が少な過ぎて本願発明の効果
が充分に出ない。また本発明に用いるシリカ粉末の粒径
を50μｍ以上と限定したが、これは粒径がこれより大き
いとディスペンサーでペーストを塗布する時細いニード
ル（口径0.2mm以下）ではニードルの出口付近にシリカ
粉末粒子が徐々に滞積し、やがては出口をふいでしま
い、長時間連続使用できなくなるためである。

また、本発明においては、硬化剤としてフェノールノボ
ラックと潜在性アミン化合物を併用することを特徴とし
ている。

絶縁ペーストにおいてシリカ充填剤の含有量が少ないと
耐熱性が低下するため、通常は40重量％以上含む。しか
し、本発明においては熱安定性の良いベンゼン環を多く
含み耐熱性の優れたフェノールノボラックを硬化剤とす
ることによりシリカ充填剤含有量が30重量％以下でも耐
熱性の優れた絶縁ペーストを得るに到った。

ただし、フェノールノボラックは固形のため、単独使用
の場合には、ペーストの粘度が著しく上り、実用には適
さない。また、これを改良する目的で溶剤を添加すると
硬化時にボイドが発生する。フェノールノボラックより
当量の小さい潜在性アミン化合物を併用することによ
り、粘度がそれほど高くなく耐熱性の優れた絶縁ペース
トを得ることができた。

本発明に用いるフェノールノボラックはフェノールとホ
ルムアルデヒドとを反応させることによって得られる２
及３核体を主体とするノボラック樹脂である。

潜在性アミン化合物としては、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
−オキシ安息香酸ジ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。

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、高温短時間の速硬化性を要求される用途には
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500p
pm以下に限定しているが、この様なエポキシ樹脂を用い
ることにより絶縁ペーストから抽出（プレッシャクッ
カ）される塩素の量を大巾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様にして行なう。
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1N-KOH液（エタノール溶液）5mlを加え、3
0分間煮沸還流する。これに80％アセトン水100ml加え、
さらにConc.HNO₃2ml加えて、0.01NAgNO₃水溶液で電位差
滴定を行なう。

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センジオキ
シド、ジシクロペンタジエンジオキシド、アリサイクリ
ックジエポキシ−アジペイトの様な脂環式エポキシ、更
にはｎ−ブチルグリシジルエーテル、パーサティック酸
グリシジルエステル、スチレンオキサイド、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、ジシ
クロペンタジエンジエポキシドのような通常エポキシ樹
脂の希釈剤として用いられるものがある。

更に、上記エポキシ樹脂のうち沸点が250℃以上のもの
は非常に有用である。なぜならこれ等用いた樹脂ペース
トは、樹脂の揮発性が少ないため、連続使用しても粘度
の変化が少ないためである。

本発明において絶縁樹脂ペースト中のシリカ充填配合量
を５〜30重量％に限定しているが５重量％より少ないと
超微粒子シリカを配合してあるとはいえ、粘度、揺変度
が小さくなり、ディスペンサーからのペーストのたれ
や、あるいはブリード等を起こしてしまう。一方30重量
％より多いとシリカ充填剤の表面に存在する気泡が多く
なり、本発明の効果がなくなってしまう。

更に本発明においては必要により硬化促進剤、顔料、染
料、消泡剤等を添加して用いることもできる。

〔発明の効果〕

以上述べた様に本発明による半導体用絶縁樹脂ペースト
は硬化時気泡の発生が極めて少ないため、従来、半導体
素子と外部電極との接合において、しばしば発生した、
半導体素子の傾き、あるいは剥がれがなくなり、接合の
信頼性を大巾に向上させることができる。また含有加水
分解性塩素量も極めて少ないことから半導体素子表面の
アルミ配線の腐食は起こりにくく信頼性を向上させるこ
とができる。

〔実施例１〜実施例４〕篩別により調整した最大粒径が50μｍ以下で、平均粒径
が３μｍのシリカ粉末（以下シリカＡ）と平均粒径0.01
μｍの超微粒子シリカ粉末（以下シリカＢ）と、ビスフ
ェノールＡとエピクロルヒドリンとの反応により得られ
るジグリシジルエーテル（加水分解性塩素含有量380pp
m、エポキシ当量180で常温で液状、以下エポキシ樹脂
Ａ）とフェノールノボラック及び潜在性アミン化合物と
してアジピン酸ヒドラジドとを第１表の割合で配合し三
本ロールで混練し、絶縁樹脂ペーストを得た。

この絶縁樹脂ペーストを真空チャンバーにて2mmHgで30
分間脱泡した後、リードフレーム上にディスペンサーで
塗布し、３×3mm角の大きさの半導体素子をマウントし
た。しかる後300℃の熱盤上で60秒間のせて硬化させ、
半導体素子の傾き、剥がれ数及び気泡の発生状況を調
べ、更に300℃の熱盤上で半導体素子をテンションゲー
ジではじき、熱時の接着強度を測定した。次に、リード
フレーム上にペーストを塗布し、30分間放置してブリー
ドの状態を調べた。また200℃のオーブン中でペースト
を硬化させ硬化物の体積抵抗率及びプレッシャークッカ
処理（125℃、20時間）により抽出された塩素量を測定
した。結果を第１表に示す。

〔比較例１〜比較例３〕第１表に示す配合割合で実施例と全く同様にして絶縁樹
脂ペーストを得た。評価結果を第１表に示す。

〔比較例４〕エポキシ樹脂として、ビスフェノールＡとエピクロルヒ
ドリンとの反応により得られるジグリシジルエーテル
（加水分解性塩素含有量950ppm、エポキシ当量180で常
温で液状、以下エポキシ樹脂Ｂ）を用いる以外は実施例
１と全く同様の絶縁ペーストを得た。評価結果を第１表
に示す。

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｈ０１Ｌ 21/52 Ｅ 7376−4ＭＨ０５Ｋ 3/32 Ｂ 7128−4Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）最大粒径が50μｍ以下で平均粒径２
〜５μｍのシリカ粉末と、平均粒径が0.005〜0.02μｍ
の超微粒子シリカ粉末との混合物であって、平均粒径２
〜５μｍのシリカ粉末を60〜85重量％含むシリカ充填
剤、（Ｂ）フェノールノボラック、（Ｃ）潜在性アミン化合物、（Ｄ）常温で液状で加水分解性塩素含有量が500ppm以下
であるエポキシ樹脂、よりなる組成物で、シリカ充填剤配合量が５〜30重量％
を含有することを特徴とする半導体用絶縁樹脂ペース
ト。