| 【発明の名称】 |
ダイアタッチペースト及び半導体装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】竹田 敏郎
【氏名】濤 一登
【氏名】鍵本 奉広
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| 【要約】 |
【課題】熱時接着強度を低下させないで、硬化物の低弾性率化を計ることにより、ＩＣ等の大型チップと銅フレーム等の組合せでもチップクラックや反りによるＩＣ等の特性不良が起こらず、速硬化でかつボイドの発生のない樹脂ペーストを提供する。
【解決手段】（Ａ）塩素含有量が５００ｐｐｍ以下であり、２５℃での粘度が５，０００［ｍＰａ・ｓ］以下のるエポキシ樹脂（ａ１）と塩素含有量が３００ｐｐｍ以下であり、２５℃での粘度が１，０００［ｍＰａ・ｓ］以下のエポキシ基を有する反応性希釈剤（ａ２）とからなり、その重量比（ａ１）：（ａ２）が４０：６０〜９０：１０である液状エポキシ樹脂、（Ｂ）分子内に２個以上の水酸基を有するフェノール化合物、（Ｃ）潜在性硬化剤、（Ｄ）イミダゾール化合物、（Ｅ）無機フィラーを必須成分とするダイアタッチペーストである。また、上記のダイアタッチペーストを用いた半導体装置である。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 （Ａ）塩素含有量が５００ｐｐｍ以下であり、２５℃での粘度が５，０００［ｍＰａ・ｓ］以下の一般式（１）で示されるエポキシ樹脂（ａ１）と塩素含有量が３００ｐｐｍ以下であり、２５℃での粘度が１，０００［ｍＰａ・ｓ］以下のエポキシ基を有する反応性希釈剤（ａ２）とからなり、その重量比（ａ１）：（ａ２）が４０：６０〜９０：１０である液状エポキシ樹脂、（Ｂ）分子内に２個以上の水酸基を有するフェノール化合物、（Ｃ）潜在性硬化剤、（Ｄ）イミダゾール化合物、（Ｅ）無機フィラーを必須成分とし、成分（Ａ）１００重量部に対して成分（Ｂ）が１〜１０重量部、成分（Ｃ）が０．５〜５重量部、成分（Ｄ）が０．５〜１０重量部であり、かつ成分（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の合計１００重量部に対して成分（Ｅ）が２５〜９００重量部であることを特徴とするダイアタッチペースト。
【化１】
【請求項２】 請求項１記載のダイアタッチペーストを用いて製作された半導体装置。
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【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に接着する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、現在で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樹脂ペースト即ちダイアタッチペースト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。これに対しダイアタッチペーストはハンダ法に較べ、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】更に近年、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、一方従来用いられてきたり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。しかし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、マウント法としてAu-Si共晶法を用いると、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。
【０００５】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、42合金フレームでは8×10-6/℃であるが、銅フレームでは20×I0-6/℃と大きくなる為である。これに対し、マウント法としてダイアタッチペーストを用いることが考えられるが、従来のエポキシ樹脂系ペーストでは、熱硬化性樹脂で三次元硬化する為、弾性率が高く、チップと銅フレームとの歪を吸収するには至らなかった。
【０００６】また、硬化時に架橋密度を小さくするようなエポキシ樹脂、例えばエポキシモノマーを多量に含むものを使用すれば弾性率を低くできるが、接着強度が低下するという欠点があった。更に通常のエポキシ樹脂は粘度が高く、これに無機フィラーを配合すると粘度が高くなりすぎ、ディスペンス時の糸ひきが発生し作業性が悪くなる。作業性を改良するために多量の溶剤を添加するとボイドが発生するという問題があった。かかる欠点を解決するために３官能グリシジルアミン型エポキシ樹脂と反応性希釈剤を配合した発明（特開２０００−８０１４９、特開２０００−８０１５０、特開２０００−８０１５１）があるが、グリシジルアミン型エポキシ樹脂の塩素含有量が多い場合は半導体パッケージの耐湿信頼性が低下するといった問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、熱時接着強度を低下させないで、硬化物の低弾性率化を図ることにより、ＩＣ等の大型チップと銅フレーム等の組合せでもチップクラックや反りによるＩＣ等の特性不良が起こらず、速硬化でかつボイドの発生のないダイアタッチペーストを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は（Ａ）塩素含有量が５００ｐｐｍ以下であり、２５℃での粘度が５，０００［ｍＰａ・ｓ］以下の一般式（１）で示されるエポキシ樹脂（ａ１）と塩素含有量が３００ｐｐｍ以下であり、２５℃での粘度が１，０００［ｍＰａ・ｓ］以下のエポキシ基を有する反応性希釈剤（ａ２）とからなり、その重量比（ａ１）：（ａ２）が４０：６０〜９０：１０である液状エポキシ樹脂、（Ｂ）分子内に２個以上の水酸基を有するフェノール化合物、（Ｃ）潜在性硬化剤、（Ｄ）イミダゾール化合物、（Ｅ）無機フィラーを必須成分とし、成分（Ａ）１００重量部に対して成分（Ｂ）が１〜１０重量部、成分（Ｃ）が０．５〜５重量部、成分（Ｄ）が０．５〜１０重量部であり、かつ成分（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の合計１００重量部に対して成分（Ｅ）が２５〜９００重量部であるダイアタッチペーストである。また、上記のダイアタッチペーストを用いて製作された半導体装置である。
【０００９】
【化２】
【００１０】本発明に用いる液状エポキシ樹脂（Ａ）は一般式（１）で示されるエポキシ樹脂（ａ１）とエポキシ基を有する反応性希釈剤（ａ２）との重量比が４０：６０〜９０：１０である液状エポキシ樹脂であり、一般式（１）で示されるエポキシ樹脂の塩素含有量は５００ｐｐｍ以下であることが望ましい。５００ｐｐｍを越えると、半導体パッケージに組み立てた際の耐湿信頼性が低下するので好ましくない。一般式（１）で示されるエポキシ樹脂は分子量により各種のものがあるが、分子量が小さく常温で液状のものが好ましく２５℃の時の粘度が５，０００［ｍＰａ・ｓ］以下であることが配合するときの作業性及び配合後のペースト作業性の点から好ましい。
【００１１】一般式（１）で示されるエポキシ樹脂（ａ１）と混合するエポキシ基を有する反応性希釈剤（ａ２）は塩素含有量が３００ｐｐｍ以下であり、２５℃での粘度は１，０００［ｍＰａ・ｓ］以下であることが望ましい。３００ｐｐｍを越えると半導体パッケージとしての耐湿信頼性を低下させるので好ましくなく、１，０００ｍＰａ・ｓを超える粘度ではペースト作業性の点から好ましくない。例を挙げると、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、スチレンオサイド、エチルヘキシ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、ブチルフェニルグリシジルエーテル等があり、これらの内の１種類あるいは複数種と併用可能である。
【００１２】一般式（１）で示されるエポキシ樹脂（ａ１）とエポキシ基を有する反応性希釈剤（ａ２）との重量比は６０：４０〜９０：１０であることが好ましい。反応性希釈剤の重量比が４０を越えると接着強度が弱く、１０未満では樹脂ペーストとしたときに粘度が高くなり作業性が低下するので好ましくない。
【００１３】本発明においては他のエポキシ樹脂を混合して用いてもよいがエポキシ樹脂全体の中で３０％を超えない範囲が望ましい。上記液状エポキシ樹脂と混合する場合の他の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、クレゾールノボラック類とエピクロルヒドリンとの反応により得られるポリグリシジルエーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル等の脂肪族エポキシ、ジグリシジルヒダントイン等の複素環式エポキシ、ビニルシクロヘキセンジオキサイド、ジシクロペンタジエンジオキサイド、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があり、これらの内の１種類あるいは複数種と併用可能である。
【００１４】本発明に用いるフェノール硬化剤（Ｂ）はエポキシ樹脂の硬化剤として用いられる。本発明に用いるフェノール硬化剤はエポキシ基と反応して架橋にあずかる活性水素基を分子当り２個以上有するフェノール化合物であることが望ましい。このようなフェノール化合物の例としては、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、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、テトラメチルビスフェノールＳ、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、ビフェノール、テトラメチルビフェノール、エチリデンビスフェノール、メチルエチリデンビス(メチルフェノール)、シク口へキシリデンビスフェノール、またフェノール、クレゾール、キシレノール等の1価フェノール類とホルムアルデヒドとを稀薄水溶液中強酸性下で反応させることによって得られるフェノールノボラック樹脂、1価フェノール類とアクロレイン、グリオキザール等の多官能アルデヒド類との酸性下の初期縮合物や、レゾルシン、カテコール、ハイドロキノン等の多価フェノール類とホルムアルデヒドとの酸性下の初期縮合物などであり、これらは単独でも混合して用いてもよい。
【００１５】フェノール硬化剤（Ｂ）の配合量は液状エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対し１〜１０重量部使用するのが好ましい。１重量部未満では接着性及び低応力性が発揮できないし、１０重量部を越えると耐熱性や接着性が低下するので好ましくない。
【００１６】本発明に用いる潜在性硬化剤（Ｃ）はエポキシ樹脂の硬化剤として用いられ、例えば、アジピン酸ジヒドラジド、ドデカン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、P-オキシ安息香酸ジヒドラジド等のカルボン酸ジヒドラジドやジシアンジアミドである。潜在性硬化剤を用いるとフェノール硬化剤単独で硬化した場合に比べ著しく熱時接着強度が高くなる。又潜在性硬化剤はフェノール硬化剤よりも当量が小さいため、併用することにより粘度がそれ程高くなく、又潜在性であるため保存性にも優れたペーストを得ることができる。潜在性硬化剤（Ｃ）の配合量は液状エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対し、０．５〜５重量部使用するのが好ましい。０．５重量部未満では熱時接着強度が弱く、５重量部を越えると低応力性が低下するので好ましくない。
【００１７】本発明に用いるイミダゾール化合物（Ｄ）は、本発明において速硬化性を可能にするために必須の成分である。本発明に用いられるイミダゾール化合物としては、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−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−Ｃ11Ｈ23−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、またそのイソシアヌル酸付加物等があり、これらのうちの１種類或いは複数種と併用可能である。イミダゾール化合物（Ｄ）の配合量は液状エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して、０．５〜１０重量部使用することが望ましい。これより少いと、促進硬化が不十分であり、これより多くしても硬化がさほど促進されないのに保存性が低下するおそれがあるので何れも望ましくない。
【００１８】本発明に用いる無機フィラー（Ｅ）としては銀粉、シリカフィラー等がある。銀粉は導電性を付与するために用いられ、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有量は10ppm以下であることが好ましい。又銀粉の形状としてはフレーク状、樹脂状や球状等が用いられる。必要とするペーストの粘度により、使用する銀粉の粒径は異なるが、通常平均粒径は2〜10μｍ、最大粒径は50μｍ程度のものが好ましい。又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。
【００１９】本発明に用いるシリカフィラーは平均粒径1〜20μｍで最大粒径50μｍ以下のものである。平均粒径が１μm以下だと粘度が高くなり、20μｍ以上だと塗布又は硬化時に樹脂分が流出するのでブリードが発生するため好ましくない。最大粒径が50μｍ以上だとディスペンサーでペーストを塗布するときに、ニードルの出口を塞ぎ長時間の連続使用ができない。又比較的粗いシリカフィラーと細かいシリカフィラー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。又、必要とされる特性を付与するために銀粉、シリカフィラー以外の無機フィラーを使用してもよい。無機フィラー（Ｅ）の添加量としては、成分（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の合計１００重量部に対して２５〜９００重量部である。２５重量部より少ないと硬化物の機械物性に対して補強効果に乏しく剪断接着強度が低下するという問題があり、９００重量部より多いとペースト粘度が高くなり作業性が低下するという問題がある。
【００２０】本発明における樹脂ペーストには、必要により用途に応じた特性を損なわない範囲内で、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、顔料、染料、消泡剤、界面活性剤、溶剤等の添加剤を用いることができる。本発明の製造法としては、例えば各成分を予備混合して三本ロール等を用いて、ペーストを得て、真空下脱抱すること等がある。また、半導体装置の製造方法は、本発明のダイアタッチペーストを用い、その他は公知の製造方法を用いて製作することができる。
【００２１】
【実施例】本発明を実施例で具体的に説明する。各成分の配合割合は重量部とする。
【００２２】＜実施例１〜９、比較例１〜１０＞表１及び表２に示した組成の各成分と無機フィラーを配合し、三本ロールで混練して樹脂ペーストを得た。この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、以下の方法により各種の性能を評価した。
【００２３】＜用いる原料成分＞・一般式（１）で示されるエポキシ樹脂（エポキシ樹脂ａ１−１）：粘度2,000mPa・s、全塩素含有量400ppm、エポキシ当量220・一般式（１）で示されるエポキシ樹脂（エポキシ樹脂ａ１―２）：粘度4,000mPa・s、全塩素含有量350ppm、エポキシ等量235・一般式（１）で示されるエポキシ樹脂（住友化学工業（株）製ＥＬＭ−１００,R：CH3）：粘度4,000mPa・s、全塩素3,000ppm、エポキシ等量250・一般式（１）で示されるエポキシ樹脂（シェル石油（株）製Ｅ−６３０,R：-H）：粘度8,000mPa・s、全塩素800ppmエポキシ等量280【００２４】・ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ＢＰＡ）：粘度9000mPa・s、エポキシ当量185・ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ＢＰＦ）：粘度5000mPa・s、エポキシ当量170・反応性希釈剤（ａ２）：ｔ−ブチルフェニルグリシジルエーテル：粘度400mPa・s、全塩素含有量110ppm・フェノール硬化剤（Ｂ） ：ビスフェノールＦ、・潜在性硬化剤（Ｃ）：ジシアンジアミド（ＤＤＡ）
・イミダゾール化合物（Ｄ）：２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール（２Ｐ４ＭＨＺ）
・無機フィラー（Ｅ）：銀粉 ：粒径が0.1〜50μｍで平均粒径3μｍのフレーク状銀粉シリカフィラー：平均粒径5μｍで最大粒径20μｍのシリカフィラー【００２５】＜評価方法＞・粘度：Ｅ型粘度計（３°コーン）を用い２５℃、２．５ｒｐｍでの値を２５℃にて測定し粘度とした。
・弾性率：テフロン（登録商標）シート上にペーストを幅１０ｍｍ長さ約１５０ｍｍ厚さ１００μｍに塗布し、１７０℃のオーブン中にて３０分間硬化した後、引っ張り試験機で試験長１００ｍｍ引っ張り速度１ｍｍ／分にて測定し得られた応力ーひずみ曲線の初期勾配より弾性率を算出した。
・接着強度：２×２ｍｍ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１７０℃のオーブン中にて３０分間硬化した。硬化後マウント強度測定装置を用い２５℃，２５０℃での熱時ダイシェア強度を測定した。
・反り量：６×１５×０．３ｍｍシリコンチップを銅フレーム（２００μｍ厚さ）に導電性樹脂ペーストでマウントし、１７０℃３０分間で硬化した後、チップの反りを表面粗さ計（測定長１３ｍｍ）で測定した。
・耐湿信頼性：シリコンチップ表面にアルミニウム配線を施した模擬素子を１６ｐｉｎＤＩＰ（デュアルインラインパッケージ）の銅フレームにペーストを用いてマウントし、１７０℃のオーブンにて３０分間硬化した後、金線ボンディングして住友ベークライト（株）製エポキシモールディングコンパウンドＥＭＥ―６３００Ｈで１７５℃２分の条件でトランスファー成形した後、１７５℃４ｈｒの条件で後硬化したパッケージをプレッシャークッカー処理（１２５℃、２．５ａｔｍ）で５００ｈｒ処理後のオープン不良率を調べた。
・ポットライフ：２５℃の恒温槽内に樹脂ペーストを放置した時の粘度が初期粘度の１．２倍以上に増粘するまでの日数を測定した。
・全塩素測定法：エポキシ樹脂約１ｇを２００ｍｌ平底フラスコに正確に秤取する。次いで沸石をいれ、ｎ−ブチルカルビトール２５ｍｌを加え、加熱溶解させる。放冷後１Ｎ−水酸化カリウム溶液２５ｍｌを加え、１０分間加熱還流させる。約１時間放冷後、試料をポリカップに移し約５０ｍｌの氷酢酸でフラスコ内を洗い流しポリカップに移す。０．０１Ｎ−硝酸銀水溶液で電位差滴定し、同様にブランクのテストも実施して以下の式から全塩素含有量を求めた。
全塩素（ｗｔ％）＝［｛０．０１×ｆ×（Ｖ−Ｖ’）×ＡＷ｝／（Ｗ×１０００）］×１００ｆ：硝酸銀水溶液の力価Ｖ：試料の滴定に用いられた０．０１Ｎ−硝酸銀水溶液の体積（ｍｌ）
Ｖ’：ブランクのテストに用いられた硝酸銀水溶液の体積（ｍｌ）
Ｗ：試料の重量ＡＷ：３５．４６【００２６】評価結果を表１及び表２に示す。
【表１】
【００２７】
【表２】
【００２８】実施例１〜９では熱時接着強度が大きく、低応力性（低弾性率、低反り量）及びポットライフの長い耐湿信頼性に優れたペーストが得られるが、比較例１はビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を使用したため低応力性が悪く、反り量が大きくなりチップクラックが発生した。比較例２はビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を使用したため低応力性が悪く、反り量が大きくなりチップクラックが発生した。比較例３は反応性希釈剤の配合量が多いため、接着強度が著しく低下した。比較例４は反応性希釈剤の配合量が少ないため、粘度が高くなり作業性が低下した。比較例５はフェノール硬化剤の配合がないため、接着強度が著しく低下した。比較例６はフェノール硬化剤の配合量が多いため、熱時の接着性が低下した。比較例７，８は塩素含有量の多いエポキシを用いているため、耐湿信頼性が著しく低下した。比較例９はイミダゾールの配合量が多いため、ライフが著しく低下した。比較例１０ではイミダゾールの代わりに３級アミンを用いたが耐湿性が低下した。
【００２９】
【発明の効果】本発明の半導体用樹脂ペーストは、熱時接着強度が高く、かつ応力緩和性に優れているため、IC等の大型チップと銅フレームとの接着に適しており、IC組立工程でのチップクラックやチップ歪みによるIC等の特性不良を防止できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２１４１
【氏名又は名称】住友ベークライト株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年２月１９日（２００１．２．１９） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１８７９３８（Ｐ２００２−１８７９３８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年７月５日（２００２．７．５） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−４１６４０（Ｐ２００１−４１６４０） |
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