JPH10237409A - 導電性樹脂ペースト及びこれを用いて製造された半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導電性に優れ、更に熱放散性にも優れる導電
性樹脂ペーストを提供する。 【解決手段】 球状ニッケル粉、エポキシ樹脂、銀粉、
を必須成分として、該成分中に球状ニッケル粉が１０〜
９０重量％、銀粉が５〜８５重量％、なおかつ球状ニッ
ケル粉と銀粉を合わせて８０〜９５重量％含まれている
ことを特徴とする半導体素子接着用樹脂ペースト。

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，ＬＳＩ等の半
導体素子を金属フレーム等の基板に接着させる半導体素
子接着用樹脂ペーストに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の組立において、半導体素子
を金属フレームに接着させる工程、いわゆるダイボンデ
ィング工程において用いられる接合方式は、これまで金
−シリコン共晶に始まり、半田、樹脂ペーストと推移し
てきた。現在では主にＩＣ，ＬＳＩの組立においては導
電性樹脂ペーストを、トランジスタ、ダイオードなどの
ディスクリートにおいては通常半田を使用している。

【０００３】ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置においてはそ
の半導体素子の面積が大きいことから半田に対してより
低応力性が高い樹脂ペーストを使用する方法が行われて
いる。この樹脂ペーストはエポキシ樹脂中にフレーク状
の銀粉が分散されている。しかし導電性樹脂ペーストを
用いる方法では近年の半導体装置において半導体素子と
金属フレームの間の導電性に関する要求は低くなってき
ている。なぜならば近年の半導体装置では半導体素子や
半導体装置のデザインの進歩に伴い、アースを取るため
に半導体素子の裏面から金属フレームに電気を流す構造
が必ずしも必要とされていない。また導電性樹脂ペース
トを通して電気を流すにしてもＩＣ，ＬＳＩでは電流が
２〜３ｍＡ程度の微弱な電流である。この程度の電流で
は樹脂中に金属粉が分散している従来の導電性樹脂ペー
ストでも充分に対応が可能である。

【０００４】導電性樹脂ペースト対し半田は導電性や接
着性に優れ、価格も安価である。この半田を主に使用し
ているダイオード、トランジスタ等のディスクリートで
はその製品の構造上半導体素子と金属フレームの間で電
気を流す必要がある。ところが近年の環境問題から半田
に使用している鉛を使わない方向に各半導体メーカーが
動いており、更に半田を使用する際には必要なフラック
スの洗浄工程が減らすことによるコスト削減の意味から
ＩＣ，ＬＳＩに使用している導電性樹脂ペーストをディ
スクリート用に開発しているが、半導体装置に流れる電
流が２〜３Ａ程度の大電流が流れる製品もあり、従来の
導電性樹脂ペーストでは満足する導電性を得ることがで
きなかった。この点に関しては金属皮膜を施したフィラ
ー（例えばカーボン、シリカ、ガラスビーズ、ポリマ
ー、その他無機フィラー）を配合することにより、大電
流をが流れる半導体製品においても満足な導電性を得る
ことは可能であった。

【０００５】しかし大電流を流す半導体製品ではこの電
流により、多量の熱を発生し、この発熱が生じることで
導電性樹脂ペーストの温度が高くなる。その場合熱抵抗
により電流が流れにくくなり、半導体製品としての信頼
性を低下させるという結果を招いている。従ってこの様
な導電性には優れるが、熱放散性に劣る導電性樹脂ペー
ストを使用する場合には充分な冷却機構を持った半導体
製品でなければならなかったが、コストアップにつなが
り実用的ではなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は導電性に優
れ、更に熱放散性にも優れる導電性樹脂ペーストを提供
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は（Ａ）平均粒径
が５〜３０μｍの球状ニッケル粉、（Ｂ）平均粒径が
０．５〜１５μｍの銀粉、（Ｃ）室温で液状のエポキシ
樹脂を必須成分として、該成分中に球状ニッケル粉
（Ａ）が１０〜９０重量％、銀粉（Ｂ）が５〜８５重量
％含まれており、尚かつ（Ａ）＋（Ｂ）が８０〜９７重
量％であることを特徴とする導電性樹脂ペースト及び上
記の導電性樹脂ペーストを用いて製造された半導体装置
に関するものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の様な半導体用導電性樹脂
ペーストは導電性を付与するために通常フィラーに銀粉
を用いるが、本発明では銀粉だけではなくニッケル粉が
必須である。銀粉にニッケル粉を併用した理由はより導
電性、熱放散性を向上させる場合、当然金属の比率を上
昇させるのが常套手段である。しかし銀粉のみでこの様
な高充填の導電性樹脂ペーストを作製しようとすると作
製時に使用する三本ロールにおけるロールの回転による
機械的な力で銀粉がつぶれてしまい、結果として銀粉が
造粒してしまうため十分に分散されず、導電性、熱放散
性、作業性を著しく低下させてしまう。そこで銀粉にく
らべ機械的に強いニッケル粉を添加することにより銀粉
のつぶれを防ぐものである。しかしつぶれやすい銀粉の
粒径がニッケル粉の粒径より大きいとロールによりつぶ
れる可能性が大きい。そこで本発明では銀粉の粒径はニ
ッケル粉の粒径よりも小さいものが好ましい。一方、ニ
ッケル粉だけで導電性を得ようとすると半導体製品での
信頼性試験における吸湿によりニッケル表面に酸化膜的
な絶縁層が生じるため抵抗が大きくなる。従ってニッケ
ルより化学的な銀を併用し、導電性を維持することが本
発明のポイントである。

【０００９】本発明ではニッケル粉と銀粉の併せた量が
８０〜９７重量％で無ければならない。ニッケル粉と銀
粉を併せた量が８０重量％より少ないと導電性と熱放散
性に劣る。また９７重量％より多いと粘度が高くなり過
ぎ塗布作業性が著しく低下する。球状ニッケル粉が１０
〜９０重量％、銀粉が５〜８５重量％であるのが望まし
い。球状ニッケル粉が１０重量％を下回ると銀粉の造粒
が激しく分散性が著しく低下するため導電性が低下す
る。球状ニッケル粉が９０重量％を越えると吸水後の導
電性が低下するので好ましくない。

【００１０】本発明で用いるニッケル粉は球状が望まし
い。本発明の様に高充填にする場合、粒子の形状は球状
の方が比表面積が小さくタップ密度が小さいためより多
くの粒子を充填することができるので好ましい。ニッケ
ル粉の平均粒径は５〜３０μｍが望ましい。粒径がこれ
より小さいと粘度が高くなり金属粉の高充填化は困難に
なる。またこれより大きいと塗布した場合のペースト厚
みが大きくなるため導電性が劣る。

【００１１】本発明に用いる銀粉の平均粒径は０．５〜
１５μｍが望ましい。形状は球状の方がより高充填化が
可能ではあるが、本発明の様な比較的粒径の大きい球状
ニッケル粉を添加により粘度が低下するためフレーク状
の銀粉であっても良好な作業性が得られるため特に限定
するものではない。平均粒径が０．５μｍより小さいと
球状ニッケル粉の添加でもロール混練が不可能、もしく
は混練が可能な場合でも粘度が高過ぎてディスペンスは
おろかスクリーン印刷による塗布も出来ない高い粘度に
なってしまう。逆に平均粒径が１５μｍより大きい粒径
を使用すると粒度分布が非常に狭くなり、流動性が低下
するため、塗れ広がり性が著しく低下するので好ましく
ない。

【００１２】本発明に用いるエポキシ樹脂は常温で液状
のものに限定しているが、常温で液状でないと銀粉との
混練において、溶剤をより多く必要とする。溶剤は気泡
発生の原因となり、硬化物の接着強度を低下させてしま
うので好ましくない。本発明に用いるエポキシ樹脂とし
て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
るポリグリシジルエーテルで常温のもの、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オキシド、
アリサイクリックジエポキシ−アジペイドの様な脂環式
エポキシ、更にｎ−ブチルグリシジルエーテル、バーサ
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、ブチルフェニルグリシジル
エーテル、クレ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様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。

【００１３】本発明において硬化剤として用いるのは活
性水素を分子内に持った化合物が望ましい。この様な化
合物にはフェノール類（例えばビスフェノールＡ、ビス
フェノールＦ、ビスフェノールＡＰ、ビスフェノール
Ｓ、ビスフェノールＺ、ジメチルビスフェノールＡ、ジ
メチルビスフェノールＦ、テトラメチルビスフェノール
Ａ、テトラメチルビスフェノールＦ、ビフェノール、テ
トラメチルビフェノール、ジヒドロキシジフェニルエー
テル、ジヒドロキシベンゾフェノン、ｏ−ヒドロキシフ
ェノール、ｍ−ヒドロキシフェノール、ｐ−ヒドロキシ
フェノール、、フェノールノボラックやオルソクレゾー
ルノボラック等のポリフェノール類、トリヒドロキシフ
ェニルメタンやトリヒドロキシフェニルメタン等のトリ
スフェノール類）、一級アミン、ポリアミン類、イミゾ
ゾール等が挙げられる。またこれらは単独でも混合して
用いても良い。

【００１４】更に本発明の樹脂組成物には必要に応じて
硬化促進剤、顔料、消泡剤などの添加剤を用いることが
できる。本発明の製造方法は例えば各成分を予備混練し
た後、三本ロールを用いて混練し、ペーストを得て真空
下脱泡することなどがある。

【００１５】

【実施例】以下に本発明を実施例で具体的に説明する。 実施例１〜１０ 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（エポキシ当量１８０で
常温で液状、以下エポキシ樹脂）、希釈剤としてクレジ
ルグリシジルエーテル（以下ＣＧＥ）、硬化剤としてフ
ェノールノボラック（水酸基当量１１０）、２−フェニ
ル−４−メチルイミダゾール（２Ｐ４ＭＺ）、、更に平
均粒径６、２８μｍの球状ニッケル粉及び平均粒径１、
１３μｍの球状銀粉と平均粒径１３μｍのフレーク銀粉
を表１及び表２に示す割合で配合し、３本ロールで混練
して導電性樹脂ペーストを得た。この導電性樹脂ペース
トを真空チャンバーにて２ｍｍＨｇで３０分脱泡後、以
下に示す方法により各種性能を評価した。評価結果を表
１及び表２に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】粘度：Ｅ型粘度計（３°コーン）を用い、
２５℃、２．５ｒｐｍでの測定値。 体積抵抗率：スライドガラス上にペーストを幅４ｍｍ、
厚み３０μｍに塗布し、１２０℃オーブン中で６０分間
硬化した後の硬化物の体積抵抗率を測定した。 垂直体積抵抗率：銅フレーム上にペーストをペースト塗
布し、２Ｘ２ｍｍの銅板を１２０℃オーブン中で６０分
間硬化した後の銅板表面と銅フレームの間の電圧を求
め、そこから硬化物の垂直体積抵抗率を算出した。又温
度８５℃、湿度８５％の恒温糟に１６８時間放置した後
の垂直体積抵抗率も測定した。 ３５０℃熱時接着強度：２ｍｍ角のシリコンチップをペ
ーストを用いて銅フレームにマウントし１８０℃オーブ
ン中で６０分間硬化した。硬化後、プッシュプルゲージ
を用い３５０℃での熱時ダイシェア強度を測定した。 拡がり性：銅フレームにペーストを塗布し、室温に１時
間放置してシリコンチップをマウントした時にチップの
端までペーストが広がるか評価した。 総合評価：粘度、体積抵抗率及び熱時接着強度の全てを
良好なものを○、１つでも不満足なものを×とした。

【００１９】比較例１〜１３ 表３及び表４に示す配合割合で実施例と全く同様にして
導電性樹脂ペーストを作製した。

【００２０】

【表３】

【００２１】

【表４】

【００２２】比較例１、２ 銀粉のみまたはニッケル粉
の量が請求範囲を下回った場合、混練時に銀粉が造粒
し、ペーストにならない。 比較例３ ニッケル粉と銀粉でペーストを作製したが、
塗れ広がり性が低下した。 比較例４、５ ニッケル粉のみまたは請求範囲を下回る
銀粉配合量の場合、ペーストは作製できたが吸湿後の導
電性が低下した。 比較例６ ニッケル粉の平均粒径が銀粉のそれを下回っ
た場合、銀粉の造粒によりペーストが作製出来なかっ
た。 比較例７ ニッケル粉の平均粒径が５μｍより小さい
時、粘度が高くなりすぎるため混練が出来なかった。 比較例８ ニッケル粉の平均粒径が３０μｍより大きい
場合、混練は出来るがニッケル粉の粒径が大きいためペ
ースト厚が厚くなるため、満足する導電性を得ることは
出来なかった。 比較例９ 銀粉の平均粒径が小さすぎるため、粘度が高
くなりすぎるため混練が困難であった。 比較例１０ 銀粉の平均粒径が大きいため、ペースト厚
が厚くなり、満足いく導電性を得ることは出来なかっ
た。 比較例１１、１２ ニッケル粉と銀粉の配合量が８０重
量％を下回った場合、満足する導電性は得られなかっ
た。 比較例１３ ニッケル粉と銀粉の配合量が９７重量％を
上回った場合、樹脂分が少なすぎるためペーストには至
らなかった。

【００２３】

【発明の効果】本発明の導電性樹脂ペーストは半導体素
子と金属フレーム間の導電性が良好で、尚かつダイボン
ディング時のペーストの濡れ拡がり性が良好で、更にナ
トリウム、塩素などのイオン性不純物が少なく銅、４２
合金等の金属フレーム、セラミック基板、ガラスエポキ
シ等の有機基板へのＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子の接着
に用いることができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）平均粒径が５〜３０μｍの球状ニ
   ッケル粉、（Ｂ）平均粒径が０．５〜１５μｍの銀粉、
   （Ｃ）室温で液状のエポキシ樹脂を必須成分として、該
   成分中に球状ニッケル粉（Ａ）が１０〜９０重量％、銀
   粉（Ｂ）が５〜８５重量％含まれており、尚かつ（Ａ）
   ＋（Ｂ）が８０〜９７重量％であることを特徴とする導
   電性樹脂ペースト。
2. 【請求項２】 請求項１記載の導電性樹脂ペーストを用
   いて製造された半導体装置。