JPH09263683A

JPH09263683A - 導電性エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH09263683A
Application number: JP8077886A
Authority: JP
Inventors: Michinobu Oomoto; 陸伸大本
Original assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Current assignee: Sumitomo Metal SMI Electronics Device Inc
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 1997-10-07

Abstract

(57)【要約】【課題】ＩＣチップを基板に搭載するのに用いる導電
性ペーストであって、Ｂステージの状態でベタツキがな
く、その状態で長期の保管や移送が可能で、その後にＩ
Ｃチップを乗せて硬化させることによりＩＣチップの搭
載が可能な、ユーザー側で塗布作業を不要にできる導電
性ペースト。【解決手段】 (A) エポキシ当量 450〜2000のビスフ
ェノールＡ型エポキシ樹脂40〜60重量部、エポキシ当
量 180〜210 のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂10〜40
重量部、およびノボラック型エポキシ樹脂20〜50重量
部からなるエポキシ樹脂100 重量部、(B) 芳香族ジアミ
ン２〜６重量部およびジシアンジアミド６〜12重量部か
らなる硬化剤、ならびに(C) 導電性粉末25〜55重量部か
らなる導電性エポキシ樹脂組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣパッケージ等
の電子部品の製造において、ＩＣチップ等をリードフレ
ーム、セラミック基板等の支持体に接合するダイボンデ
ィング（ダイアタッチともいう）に使用するのに適した
導電性エポキシ樹脂組成物に関する。本発明の導電性エ
ポキシ樹脂組成物はまた、基板表面の導体配線の形成や
スルーホールの充填にも利用できる。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣパッケージの製造におけるダイボン
ディングは、完成したＩＣチップをリードフレームやセ
ラミック基板等の支持体の所定位置に乗せ、チップと支
持体が電気的に導通するように接合する工程であり、パ
ッケージング・プロセスの最初に行われる。その後、ワ
イヤボンディング、封止、ハンダめっき等の工程を経
て、ＩＣパッケージが完成する。

【０００３】ダイボンディングの方式は、ロウ材または
ハンダ合金を利用して接合するソルダリング方式と、導
電性ペーストで接合する樹脂接合方式とに大別される。
ＩＣチップの高集積化とチップ寸法の増大傾向が進む中
で、ダイボンディングはソルダリング方式から樹脂接合
方式に次第に置き替わりつつある。導電性ペーストによ
る樹脂接合は、量産性に適している上、チップと支持体
との間の熱膨張係数のミスマッチを吸収できる柔軟性を
有し、大気中でも手軽に扱え、チップの裏面や支持体の
表面処理が不要であるといった利点があるからである。
ダイボンディング用の導電性ペーストは、エポキシ樹脂
中に金属粉末 (例、Ag粉末) を分散させたものが主に使
用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の導電性ペースト
は、速硬性を重視していたため、泥状物 (Ａステージ)
の状態にあり、これを塗布し、必要により加熱するとす
ぐに完全に硬化して、接着性を失った硬化物 (Ｃステー
ジ) になるため、Ｂステージ (接着性を保持した半硬化
物) 状態にすることができない。従って、導電性ペース
トを塗布した後、直ちにＩＣチップを搭載しなければな
らず、必然的に導電性ペーストの塗布作業はユーザー
(ＩＣパッケージの製造業者) が実施しなければならな
かった。

【０００５】しかし、ユーザーによる塗布作業の実施
は、各ユーザーが精密な塗布装置を備えなければならな
いためコスト増大の要因となる。また、ＩＣチップの搭
載の直前に導電性ペーストを塗布しなければならず、搭
載の作業工程が増えることもユーザー側の問題点であっ
た。基板等に予め導電性ペーストを塗布した塗布ストッ
クを用意しておき、いつでも塗布作業なしにＩＣチップ
を搭載することができれば、ユーザーでのＩＣパッケー
ジの作業が非常に簡便かつ便利になる。

【０００６】本発明の目的は、導電性ペースト塗布した
後、80℃程度の温度に加熱することによりＢステージの
状態で硬化を止めることができ、その状態で長期の保管
や移送を容易に行うことができる導電性ペーストを提供
することである。

【０００７】より具体的な本発明の目的は、下記特性を
持つ導電性ペーストを提供することである。表面のベタツキ (粘着性) がないＢステージ状態にす
ることができ、容易に移送できる。上記のＢステージ状態で室温 (25±３℃) で少なくと
も３カ月間の保管が可能である。保管後にＩＣチップを搭載して加熱すると硬化して、
Ａステージ状態で使用した時と実質的に同じ接合強度を
持った硬化物になる。各種の導電性粉末を容易に均一分散させることができ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、下記
(A) 〜(C) からなる導電性エポキシ樹脂組成物により上
記目的を達成することができる。

【０００９】(A) エポキシ当量 450〜2000のビスフェ
ノールＡ型エポキシ樹脂40〜60重量部、エポキシ当量
180〜210 のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂10〜40重
量部、およびノボラック型エポキシ樹脂20〜50重量部
からなるエポキシ樹脂100 重量部、 (B) 芳香族ジアミン２〜６重量部およびジシアンジアミ
ド６〜12重量部からなる硬化剤、ならびに (C) 導電性粉末25〜55重量部。

【００１０】好適態様にあっては、塗布作業が容易とな
るように、上記エポキシ樹脂組成物はさらに有機溶剤を
含有する。

【００１１】エポキシ当量 450〜2000のビスフェノール
Ａ型エポキシ樹脂は、室温で固形であって、その軟化
温度が65℃以上である。エポキシ樹脂がこの固形エポキ
シ樹脂を多量に含み、かつＢステージ状態で反応が一旦
停止する硬化剤を選択することにより、表面のベタツキ
がなく、長期保管・移送が可能で、加熱すると再び硬化
反応が始まって、Ａステージから直接硬化させた時と特
性が変わらない硬化物が得られる。また、室温で固形の
エポキシ樹脂だけでは導電性粉末を均一に分散させ、
かつ流動性のよいエポキシ樹脂組成物を得ることができ
ず、また耐熱性や接着耐久性も不足するため、室温で液
状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と、ノボラック
型エポキシ樹脂とを共存させる。

【００１２】

【発明の実施の形態】エポキシ樹脂本発明では、３種類のエポキシ樹脂を使用する。

【００１３】第１のエポキシ樹脂は、エポキシ当量 450
〜2000のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂であり、これ
は前述したように室温で固形であって、かつ軟化温度が
65℃以上である。この固形のエポキシ樹脂を多量に配合
することにより、Ｂステージ状態で表面のベタツキがな
い半硬化物が得られるようになり、塗布後に半硬化させ
た状態で容易に長期保管や移送が可能となる。

【００１４】このエポキシ樹脂の市販品の例としては、
油化シェル社製のエピコート1001、1004、、三井石油化
学工業製エポミックR301、R302、R304、R304E 、R304E
S、R307、チバガイギー社製のアラルダイトGY6071、608
4等がある。好ましいのは、エポキシ当量が 450〜100
0、特に 450〜550 のものである。

【００１５】第２のエポキシ樹脂は、エポキシ当量 180
〜210 のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂であり、これ
は室温で液状のエポキシ樹脂である。このエポキシ樹脂
を配合することにより、エポキシ樹脂の流動性と導電性
粉末の分散性が向上する。このエポキシ樹脂の市販品の
例には、エピコート828 、4001、エポミックR130、R130
C 、R139、R140、R140P 、アラルダイトGY260 等があ
る。この液状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂は、室
温での粘度が 120〜150 poise の範囲内のものが好まし
い。

【００１６】第３のエポキシ樹脂は、ノボラック型エポ
キシ樹脂である。ノボラック型エポキシ樹脂としては、
フェノールノボラック型エポキシ樹脂が好ましいが、ク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂も使用できる。好ま
しいのは、エポキシ当量210以下、特に 170〜185 の範
囲内のものである。

【００１７】ノボラック型エポキシ樹脂は、エポキシ当
量が比較的小さく、官能基数が多いため、耐熱性、耐湿
性、耐薬品性等に優れた硬化物を与え、接着強度の耐久
性が向上する。フェノールノボラック型エポキシ樹脂
は、室温では一般に固形であるが、50℃程度に加温する
か、あるいは10〜15％程度の少量の有機溶媒に溶解させ
ると液状となり、取扱い易くなる。フェノールノボラッ
ク型エポキシ樹脂の市販品の例は、エピコート154 、RE
-306、エポミックDEN431、DEN438、DEN439などがある。

【００１８】上記３種類のエポキシ樹脂を、エポキシ
当量 450〜2000のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を40
〜60重量部、好ましくは40〜50重量部、エポキシ当量
180〜210 のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を10〜40
重量部、好ましくは20〜30重量部、およびノボラック
型エポキシ樹脂を20〜50重量部、好ましくは20〜40重量
部 (合計100 重量部) の割合で配合する。

【００１９】エポキシ樹脂の量が40重量部より少ない
と、Ｂステージ状態の半硬化物の表面がベタツクように
なり、この状態での保管や移送が困難となる。このエポ
キシ樹脂の量が60重量部より多くなると、エポキシ樹脂
の流動性が低下し、塗布作業が困難となる上、エポキシ
樹脂中に導電性粉末を均一に分散させることが困難とな
る。また、硬化後の架橋密度が少なくなり、耐熱性や接
着耐久性も低下する。耐熱性については、ＩＣパッケー
ジのプリント配線基板への搭載時に溶融ハンダ浴に浸漬
されることがあるため、溶融ハンダ浴の浸漬に耐える耐
熱性がＩＣパッケージの使用材料に要求される。

【００２０】エポキシ樹脂の量が10重量部より少ない
と、塗布時のＡステージ状態のエポキシ樹脂の流動性が
低下し、前述した問題が起こる。このエポキシ樹脂の配
合量が40重量部より多くなると、流動性が高すぎ、流れ
易くなって、塗布形状の制御が困難となる。

【００２１】エポキシ樹脂の配合量が20重量部より少
ないと、硬化後の架橋密度が少なくなり、接着耐久性や
耐熱性が低下する。このエポキシ樹脂の配合量が50重量
部を超えると、エポキシ樹脂またはの配合量が少な
くなりすぎるので、前述した問題が起こる。

【００２２】なお、いずれのエポキシ樹脂も１種または
２種以上を使用することができる。さらに、上記以外の
エポキシ樹脂も、エポキシ樹脂全体の10重量部以下、好
ましくは５重量部以下という少量であれば、任意成分と
して共存させることができる。そのような他のエポキシ
樹脂としては、ビスフェノールＡ型以外のビスフェノー
ル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂等
がある。

【００２３】硬化剤本発明では、芳香族ジアミンとジシアンジアミドという
２種類のエポキシ硬化剤を使用する。芳香族ジアミンは
塩基性が弱く、エポキシ樹脂との反応が遅いため、80℃
程度に加熱しないと実質的な硬化反応が起こらない。ジ
シアンジアミドは、エポキシ樹脂との反応がさらに遅
く、さらに高温に加熱しないと硬化反応を生じない。こ
の両者を併用することで、加熱しないとエポキシ樹脂が
硬化せず、また加熱温度を制御することにより、半硬化
状態 (即ち、Ｂステージ状態) で一旦エポキシ樹脂の硬
化反応を停止させ、さらに高温に加熱することで完全に
硬化させることが可能となる。

【００２４】芳香族ジアミンの例としては、メタフェニ
レンジアミン、4,4'−ジアミノジフェニルメタン、4,4'
−ジアミノジフェニルスルホンなどがある。これらは室
温で固体であるので、室温でエポキシ樹脂中に均一混合
できるように変性または共融物化したものを使用しても
よい。

【００２５】これらの硬化剤の使用量は、エポキシ樹脂
100 重量部に対して、芳香族ジアミン２〜６重量部、好
ましくは３〜５重量部、ジシアンジアミド６〜12重量
部、好ましくは８〜10重量部とする。

【００２６】硬化剤のこの２種類だけでよいが、室温で
実質的な硬化反応を生起させない限り、他の硬化剤を少
量配合することもできる。

【００２７】導電性粉末導電性粉末としては、従来より導電性ペーストに使用さ
れている各種のものが使用できる。材質は、Au、Ag、C
u、Ni、Mo、Ｗ、Fe、これらの合金等の金属材料、黒鉛
(人造または天然黒鉛) など、導電性を有していれば特
に制限されない。また、シリカ、酸化チタンなどの金属
酸化物、マイカ等の天然物、樹脂などからなる絶縁性粉
末の表面に金属等の導電性材料をめっき等の手法で被覆
した導電性粉末も使用できる。

【００２８】導電性粉末の形状も、球状、針状、フレー
ク状など特に制限されない。導電性粉末の平均粒子径
(球状以外の場合には最大径の平均値) は、30〜50μｍ
の範囲内が好ましい。

【００２９】導電性粉末の配合量は、エポキシ樹脂100
重量部に対して25〜55重量部、好ましくは30〜50重量部
の範囲内である。25重量部より少ないと、硬化物の導電
性が著しく低下し、導通不良となる。55重量部より多い
と、導電性ペーストの流動性が低下し、塗布作業が困難
となる。なお、導電性粉末の材質、粒子形状、粒径に依
存して硬化物の導電率は変化するので、所望の導電性が
確保されるように導電性粉末の配合量を上記範囲内で調
整すればよい。

【００３０】その他の成分本発明の導電性エポキシ樹脂組成物は、上記の成分のみ
から構成することもできるが、所望によりさらに他の成
分を含有させることができる。

【００３１】例えば、上記成分を混合した組成物の室温
での粘度が高すぎる場合には、有機溶媒で希釈して、容
易に塗布作業を実施できる程度まで粘度を低下させるこ
とが好ましい。塗布作業性を考慮すると、室温での粘度
は 800〜1200 poose程度が望ましい。有機溶媒として
は、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、酢
酸エチル等のエステル類などが適当である。

【００３２】本発明の導電性エポキシ樹脂組成物は、室
温あるいは硬化が始まらない程度に加温して塗布する。
塗布作業は、例えば、スクリーン印刷、ディスペンサ
ー、転写等の手法により行うことができる。この状態で
は、有機溶媒が蒸発して乾燥しても表面に流動性がある
ため、塗布後に加熱してエポキシ樹脂をＢステージ状態
に半硬化させる。この時の加熱条件は半硬化が起こるよ
うに選択すればよい。加熱温度は一般に70〜85℃の範囲
であり、加熱時間は２〜４時間程度である。

【００３３】このＢステージ状態で、表面のベタツキが
ない半硬化物となり、移送が可能となる。そして、室温
(25±３℃) で少なくとも３カ月程度はなお硬化性と接
着性を保持しているので、保管も可能である。従って、
例えば、基板の製造業者がこの段階までを実施し保管し
ておいて、注文に応じてＩＣパッケージの製造業者に出
荷することができる。

【００３４】このＢステージ状態の半硬化物を、完全硬
化物 (Ｃステージ状態) への硬化に必要な温度 (これ
は、Ｂステージへの加熱温度より高い) に加熱して、硬
化させる。この完全硬化のための加熱温度は、一般に 1
45〜155 ℃の範囲であり、加熱時間は30分〜２時間程度
である。

【００３５】例えば、ＩＣパッケージの製造業者であれ
ば、前述したように基板に導電性エポキシ樹脂組成物を
塗布し、半硬化させたものを購入することにより、基板
の塗布位置にＩＣチップを乗せ、約150 ℃程度に加熱す
るだけで、ＩＣチップの搭載作業が終了し、高価な塗布
装置の設置や厄介な塗布作業が不要となり、搭載作業が
大幅に簡易化される。

【００３６】本発明の導電性エポキシ樹脂組成物は、上
記の用途以外に、基板表面の導体配線の形成やスルーホ
ールの充填にも利用できる。その場合にも、例えば、基
板の製造業者がＢステージの半硬化状態までの作業を済
ませておき、ユーザーに出荷することができる。

【００３７】本発明の導電性エポキシ樹脂組成物が使用
可能な基板材料は、金属、セラミック、シリコン (例、
ＩＣチップ) 、繊維強化または非強化のエポキシおよび
ポリイミド等である。塗布厚みは特に制限されないが、
通常は20〜50μｍ程度である。

【００３８】

【実施例】

（実施例１）下記の表１に示す量でエポキシ当量 450〜
500 のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 (エピコート10
01) 、エポキシ当量 190〜200 のビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂 (エピコート828)、およびエポキシ当量 170
〜185 のフェノールノボラック型エポキシ樹脂 (エピコ
ート154)を混合し (合計量100 ｇ) 、混合したエポキシ
樹脂を酢酸エチル25ｇで希釈し、得られた樹脂液に硬化
剤の4,4'−ジアミノジフェニルメタン３〜５ｇとジシア
ンジアミド８〜10ｇ、および導電性粉末のタングステン
粉末 (粒径範囲６〜10μｍ) 40ｇを添加して混合するこ
とにより、導電性エポキシ樹脂組成物を調製した。

【００３９】得られた組成物を、アルミナ平板の表面
に、乾燥膜厚で200 μｍの厚みとなるように５mm角の正
方形に塗布した後、80℃に３時間加熱して、Ｂステージ
状態の半硬化物になるまで塗膜を硬化させた。このＢス
テージ状態の塗膜の粘着性 (表面のベタツキ状態) を触
指で判定した結果を表１に併せて示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１からわかるように、エポキシ当量 450
〜500 の室温で固形のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
の配合量が40重量部より少ないと、Ｂステージ状態で塗
膜表面にベタツキが残り、保管や移送が困難となる。

【００４２】（実施例２）実施例１の試料No. 3 の組成
を持つエポキシ樹脂 (即ち、エポキシ当量 450〜500 の
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂50ｇ、エポキシ当量 1
90〜200 のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂30ｇ、およ
びフェノールノボラック型エポキシ樹脂20ｇからなるエ
ポキシ樹脂) を用いて、実施例１と同様にして導電性エ
ポキシ樹脂組成物を調製した。ただし、導電性粉末とし
て用いたタングステン粉末の配合量を表２に示すように
変化させた。

【００４３】得られた組成物を、実施例１と同様にアル
ミナ平板に塗布し、80℃に３時間加熱して、Ｂステージ
状態の半硬化物になるまで塗膜を硬化させた。その後、
150℃に１時間加熱して最終的に完全に硬化させた。こ
の硬化させた導電性塗膜の導通性を、デジタル・マルチ
メーターで電気抵抗率を測定することにより評価した。
また、この硬化物の耐熱性を評価するために、その耐溶
融ハンダ浸漬性を試験した。試験方法は、 265±５℃の
溶融ハンダ浴に10秒間浸漬した後、室温に５分放置して
試験片を室温に戻す工程を10回繰り返すことかなる。試
験結果を、グロスリーク（120℃フロン液に浸漬した時
の発泡の有無により判定）が認められなかった場合を良
好、認められた場合を不良と評価した。これらの試験結
果を表２に併せて示す。

【００４４】

【表２】

【００４５】表２からわかるように、エポキシ樹脂100
重量部に対する導電性粉末の割合が25重量部未満では導
通がなく、これが55重量部を超えると、組成物の流動性
がなく塗布ができなかった。耐熱性については、いずれ
の例でも、溶融ハンダ浴への浸漬に耐える十分な耐熱性
を有していた。

【００４６】

【発明の効果】本発明の導電性エポキシ樹脂組成物は、
加熱しないと硬化が起こらないため貯蔵安定性がよく、
また加熱条件を制御することにより半硬化したＢステー
ジ状態に止めることができる。そして、Ｂステージ状態
で表面にベタツキがなく、また長期にわたって硬化性を
失わずに保存できる。しかも、その後に、例えばＩＣチ
ップを基板上の半硬化した塗膜の上に乗せてから、完全
に硬化するように加熱すると、塗布直後に硬化させた場
合と同様の接着強度でチップを基板に接合することがで
きる。

【００４７】従って、例えば、基板の製造業者が基板の
チップ搭載位置に予め導電性エポキシ樹脂組成物を塗布
し、半硬化させた状態で、保管し、かつユーザーに移送
することが可能となる。その結果、ユーザー、例えばＩ
Ｃパッケージの製造業者は、煩雑で高価な装置が必要で
あった塗布作業を省いて、基板上にＩＣチップを搭載す
ることができるため、パッケージ作業が非常に簡易にな
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/52 Ｈ０１Ｌ 21/52 Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記(A) 〜(C) からなる導電性エポキシ
樹脂組成物。 (A) エポキシ当量 450〜2000のビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂40〜60重量部、エポキシ当量 180〜210 の
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂10〜40重量部、および
ノボラック型エポキシ樹脂20〜50重量部からなるエポ
キシ樹脂100 重量部、 (B) 芳香族ジアミン２〜６重量部およびジシアンジアミ
ド６〜12重量部からなる硬化剤、ならびに (C) 導電性粉末25〜55重量部。
【請求項２】有機溶剤をさらに含有する請求項１記載
の導電性エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】基板の電子部品搭載位置に請求項１また
は２記載の導電性エポキシ樹脂組成物を塗布した後、加
熱してエポキシ樹脂をＢステージ状態に半硬化させた、
電子部品搭載用基板。