JP3765731B2 - ダイアタッチペースト及び半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐半田クラック性に優れた半導体接着用ダイアタッチペースト及び信頼性に優れた半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年半導体装置の生産量は増加の一途をたどっており、これに伴い製造コストの削減は重要な課題となっている。半導体素子とリードフレームの接合方法として、金−シリコン共晶体等の無機材料を接着剤として用いる方法があるが、コストが高く、又熱応力により半導体素子の破壊が起こることもあるため、有機材料等に充填材を分散させたダイアタッチペースト(ペースト状の接着剤)を使用する方法が主流となっている。
【0003】
一方、半導体装置としての信頼性は、特に耐半田クラック性が重要であるが、半導体装置の耐半田クラック性をクリアーするためにダイアタッチペーストとしては、更に半導体素子とリードフレームとの線膨張率の差を緩和するために低弾性率化が重要である。
近年、耐半田クラック性に関する要求が厳しくなり、半田の鉛フリー化に伴い従来では240℃のリフロー条件であったものが、260℃のリフロー条件となり20℃の温度差を満足するためより低弾性率化が要求されるようになった。低弾性率化の方法として、従来から、ゴム等の低応力物質を使用したダイアタッチペーストが知られているが、近年の耐半田クラック性の要求を満足することができず、更に向上したダイアタッチペーストが求められている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、耐半田クラック性に優れた半導体接着用ダイアタッチペースト及び耐半田クラック性に優れた半導体装置を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、(A)数平均分子量500〜5000の1分子内に少なくとも1つの2重結合を有する炭化水素或いはその誘導体、(B)反応性希釈剤、(C)ラジカル重合触媒、及び(D)充填材を必須成分とするダイアタッチペーストである。
【0006】
更に好ましい形態としては、数平均分子量500〜5000の1分子内に少なくとも1つの2重結合を有する炭化水素或いはその誘導体(A)が、マレイン化ポリブタジエンと(メタ)アクリル酸の脂肪族ジアルコールのエステル化物とを反応させた化合物及びエポキシ化ポリブタジエン、両末端アクリレートもしくはメタクリレート化ポリブタジエン、又は室温で液状でありアクリル基もしくはメタクリル基を有するポリブタジエン及びエポキシ化ポリブタジエンであり、反応性希釈剤(B)が、1分子内に少なくとも1つのメタクリル基或いはアクリル基を有する化合物、1分子内に少なくとも1つのフッ素元素を有する(メタ)アクリルモノマー、又はジアリルフタレートの中から選ばれるものであり、充填材(D)の一部が、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛の中から選ばれる少なくとも一種の金属原子であり、ダイアタッチペーストの中に一般式(1)で示されるシランカプリング剤を含み、ダイアタッチペーストの中に数平均分子量500〜4000の水素添加型ポリブタジエンを含み、また、ダイアタッチペーストの中に(G)成分として1分子内に少なくとも1つの第一アミノ基を有し、融点が100℃以上230℃以下の化合物を含む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。
【化2】
(R1は炭素数1〜10のアルコキシ基、R2は炭素数1〜10のアルキル基、aは1〜3の整数。mは1〜5の整数、nは1〜10の整数)
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる数平均分子量500〜5000の1分子内に少なくとも1つの2重結合を有する炭化水素或いはその誘導体(A)は、ダイアタッチペーストの硬化物に柔軟性を付与し、広い温度領域で良好な接着性を発現することを見いだした。例えば架橋密度を高めた柔軟性のない硬化物では、硬化物の凝集力は高いがリードフレーム或いはダイとの界面での良好な接着力を発現することは難しい。数平均分子量が500未満だと硬化物中に十分な架橋点間距離を導入することが難しく充分な接着性が得られない。一方数平均分子量が5000を越えると粘度が高く充分な接着性を得るために必要な量を配合することができないので好ましくない。
【0008】
本発明に用いられる(A)成分としては、例えば、ブチルゴム、イソプレンゴム、液状ポリブタジエン等のジエン系ゴム、或いはその誘導体等があり、誘導体としては、アクリル変性ポリブタジエン、エポキシ変性ポリブタジエン等があり、これらのものは、単独でも混合して用いることができる。
好ましい(A)成分としては、マレイン化ポリブタジエンと(メタ)アクリル酸の脂肪族ジアルコールのエステル化物とを反応させた化合物及びエポキシ化ポリブタジエンの組み合わせ、もしくは、両末端アクリレートもしくはメタクリレート化ポリブタジエン、もしくは、室温で液状でありかつアクリル基もしくはメタクリル基を有するポリブタジエン及びエポキシ化ポリブタジエンの組み合わせである。
本発明で言う(A)成分の数平均分子量の測定法は、ゲルパーミッションクロマトグラフィーによるポリスチレン換算値である。
【0009】
本発明に用いられる反応性希釈剤(B)は、(A)成分のみだと粘度が上昇しダイアタッチペーストとしての作業性が悪くなるので、ダイアタッチペーストの粘度を調整し作業性を改善しさらに硬化性の向上を目的として使用される。
好ましい(B)成分としては、1分子内に少なくとも1つのメタクリル基或いはアクリル基を有する化合物であり、例えば、脂環式(メタ)アクリル酸エステル、脂肪族(メタ)アクリル酸エステル、芳香族(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられ、具体的には、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、1,9−ノナンジオールジメタクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、フェノキシエチルメタクリレート等があるが、これらに限定されるものではない。もしくは1分子内に少なくとも1つのフッ素元素を有する(メタ)アクリルモノマー、もしくはジアリルフタレートである。これらのものは、単独でも混合して用いることもできる。
【0010】
本発明に用いられる(A)成分の配合量は、(A)成分と(B)成分の合計重量中に10〜90重量%含まれるものが好ましい。10重量%未満であると接着性が悪くなり、90重量%を越えるとダイアタッチペーストの粘度が高くなり作業性に問題が生じるので好ましくない。
【0011】
本発明に用いられるラジカル重合触媒(C)は、通常ラジカル重合に用いられている触媒であれば特に限定しないが、望ましいものとしては、急速加熱試験(試料1gを電熱板の上にのせ、4℃/分で昇温した時の分解開始温度)における分解温度が40〜140℃となるものが好ましい。分解温度が40℃未満だと、ダイアタッチペーストの常温における保存性が悪くなり、140℃を越えると硬化時間が極端に長くなるため好ましくない。
これを満たす触媒としての具体例としては、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−2−メチルシクロヘキサン、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、ジクミルパーオキサイド等が挙げられるが、これらは単独でも或いは硬化性を制御するため2種類以上を混合して用いてもよい。更に、ダイアタッチペーストの保存性を向上するために各種の重合禁止剤を予め添加しておくことも可能である。
ラジカル重合触媒(C)の配合量は、(A)成分と(B)成分の合計重量、100重量部に対して、0.1〜10重量部が好ましい。10重量部を越えるとダイアタッチペーストの粘度の経時変化が大きくなり作業性に問題が生じ、0.1重量部未満だと硬化性が著しく低下するので好ましくない。
【0012】
好ましくは、本発明に一般式(1)で示されるシランカップリング剤(E)を用いると、接着性を格段に向上させることができる。一般式(1)において、R1は炭素数1〜10のアルコキシ基であり、R2は炭素数1〜10のアルキル基で、 R1、R2は同一でも異なっていてもよい。aは1〜3の整数であるが、アルコキシ基の炭素数を調整することによりシランカップリング剤と樹脂や充填材との反応性を調整できる。mは1〜5の整数であるが、入手のし易さからmとしては3が好ましい。nは1〜10の整数であり、入手のし易さからnは2又は4が好ましい。以下に、具体例を示すがこれらに限定されるものではない。
【化3】
(E)成分の配合量は、(A)成分と(B)成分の合計重量100重量部に対して、0.01〜10重量部が好ましい。0.01重量部未満だと、接着性が不充分で、10重量部を越える硬化速度を低下させるので好ましくない。
【0013】
本発明に用いられる充填材(D)としては、例えば、銀粉、金粉、ニッケル粉、銅粉等の導電性フィラー、窒化アルミニウム、炭酸カルシウム、シリカ、アルミナ等の絶縁フィラーが挙げられ、導電性フィラーとしては銀粉、絶縁フィラーとしてはシリカが好ましい。
これらの充填材の配合量は、特に限定されないが、全ダイアタッチペースト中20〜95重量%が好ましい。20重量%未満であると、接着強度が低下する傾向があり、95重量%を越えると、ダイアタッチペーストの粘度が増大しダイアタッチペーストの作業性が低下する傾向にあるので好ましくない。
【0014】
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、樹枝状、球状等が用いられる。必要とするダイアタッチ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以下のものが好ましい。平均粒径が2μm未満だとダイアタッチペーストの粘度が高くなり、10μmを越える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を越えるとディスペンサーでダイアタッチペーストを塗布する時に、ニードル詰まりを起こすため好ましくない。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混合してもよい。
【0015】
絶縁フィラーの一つであるシリカは、平均粒径1〜20μmで最大粒径50μm以下のものが好ましい。平均粒径が1μm未満だとダイアタッチペーストの粘度が高くなり、20μmを越える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を越えるとディスペンサーでダイアタッチペーストを塗布する時に、ニードル詰まりを起こすため好ましくない。更に、比較的粗いシリカと細かいシリカ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混合してもよい。
【0016】
好ましくは、充填材の一部に、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛の中から選ばれる少なくとも一種の金属原子を含み、含有量はダイアタッチペーストに対して0.01〜10重量%である。これは鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛等の原子が樹脂の反応を促進し、良好な硬化性が得られるためである。配合量がダイアタッチペースト中に0.01重量%より少ない場合には目的とする硬化促進効果が得られず、10重量%より多い場合にはダイアタッチペーストの室温での経時変化が大きくなりすぎるためである。これらのものは単独の粒子として配合されても合金の形で配合されてもかまわない。
【0017】
本発明におけるダイアタッチペーストには、必要により他のカップリング剤、消泡剤、界面活性剤、エラストマー、硬化促進剤等の添加剤を用いることができる。
エラストマーとしては、好ましくは、数平均分子量500〜4000の水素添加型ポリブタジエンを用いることができ、これを添加すると弾性率を格段に低下させることを見いだした。数平均分子量が500未満だと低弾性率化が不充分で、数平均分子量が4000を越えるとダイアタッチペーストの粘度上昇、接着性の低下をひきおこすおそれがあり好ましくない。
具体例としては、水素添加型ポリブタジエン(日本曹達(株)製、BI−2000)、アクリル変性水素添加型ポリブタジエン(日本曹達(株)製、TEAI−1000)等がある。
水素添加型ポリブタジエンの配合量としては、(A)成分と(B)成分の合計重量、100重量部に対して、1〜20重量部が好ましい。1重量部未満だと、低弾性率化が不充分で、20重量部を越えると作業性、硬化性を低下させるので好ましくない。
【0018】
硬化促進剤としては、好ましくは1分子内に少なくとも1つの第一アミノ基を有し、融点が100℃以上230℃以下の化合物である。これを添加するとアミノ基がラジカル開始剤分解反応の促進作用を有するため硬化反応の促進が図れることと、系内にカルボニル基がある場合に反応して硬化物の凝集力向上を図れるという効果がある。
融点が100℃より低い場合はペースト作製中あるいは保存中に反応が進行し粘度の上昇につながるので好ましくない。また融点が230℃より高いと硬化中にも系内に固形のまま存在する確率が高くなり、目的とする効果が得られないので好ましくない。具体例としては、例えば、ジシアンジアミド、イソフタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、セバチン酸ジヒドラジド、カーボジヒドラジド、ドデカン二酸ジヒドラジドなどがあげられ、これらは単独で使用されても二種類以上を併用してもかまわない。
硬化促進剤の配合量は、(A)成分と(B)成分の合計重量100重量部に対して、0.3〜10重量部含まれる。0.3重量部より少ない場合には目的とする効果を十分に発揮することができず、10重量部より多いとダイアタッチペースト中の固形分成分が多くなり過ぎ作業性の悪化につながるので好ましくない。
【0019】
本発明のダイアタッチペーストの製造方法としては、例えば各材料を予備混合し、三本ロール等を用いて混練した後真空下脱泡する。
本発明のダイアタッチペーストを用いて半導体装置を製作する方法は、公知の方法を用いることができる。
【0020】
【実施例】
以下、本発明を実施例で具体的に説明する。
<実施例及び比較例>
(A)成分として、アクリル変性ポリブタジエン(数平均分子量:約1000、日本石油化学(株)製、MM−1000−80)、エポキシ変性ポリブタジエン(数平均分子量:約1000、日本石油化学(株)製、E−1000−8)、両末端アクリレートもしくはメタクリレート化ポリブタジエンとして(数平均分子量:約3000、大阪有機化学(株)製、BAC−45)、(B)成分として、ラウリルアクリレート(新中村化学工業(株)製、NKエステルLA)、トリフロロエチルメタクリレート(共栄社化学(株)製、ライトエステルM−3F)、オルソフタル酸のジアリルエステル(ダイソー(株)製、ダイソーダップモノマー)、(C)成分として、ジクミルパーオキサイド(急速加熱試験における分解温度:126℃、日本油脂(株)製、パークミルD)、(E)成分として、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルファン(日本ユニカー(株)製、A−1289)、充填材としてフレーク状銀粉(平均粒径3μm、最大粒径20μm)、破砕シリカ(平均粒径3μm、最大粒径16μm)、銅紛(平均粒経1μm)、エラストマーとして水素添加型ポリブタジエン(日本曹達(株)製、BI−2000)、硬化促進剤としてジシアンジアミド(試薬、融点209.5℃)、カップリング剤としてアルコキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM−403E)を表1の割合で配合し、3本ロールを用いて混錬し、脱泡後ダイアタッチペーストを得た。得られたダイアタッチペーストを以下の方法により評価した。
なお比較例では、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ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量180、室温で液体、以下ビスAエポキシ)、クレジルグリシジルエーテル(エポキシ当量185、以下CGE)、フェノールノボラック樹脂(水酸基当量104、軟化点85℃、以下PN)、2−フェニル4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール(四国化成工業(株)製、キュアゾール2PHZ)を使用した。
評価結果を表1、2に示す。
【0021】
<評価方法>
・粘度:E型粘度計(3°コーン)を用い25℃、2.5rpmでの値を測定した。
・弾性率:10x150x0.1mmの試験片を作成し(硬化条件175℃、30分)、引っ張り試験により加重−変位曲線を測定しその初期勾配より弾性率を求めた(測定長:100mm、試験速度:1mm/分、測定温度:25℃)。
・接着強度:ペーストを用いて、6x6mmのシリコンチップを銅フレームにマウントし、200℃のホットプレート上で30秒ならびに60秒硬化した。硬化後、自動接着力測定装置を用い260℃での熱時ダイシェア強度を測定した。
・耐半田クラック性:表1、2の配合割合のダイアタッチペーストを用い、リードフレーム(銅)とシリコンチップ(6×6mm )を、ホットプレート上、200℃、60秒で硬化接着した。その後スミコンEME−7026(住友ベークライト(株)製)の封止材料を用い、封止したパッケージ(QFP、14x20x2.0mm)を60℃、相対湿度60%の雰囲気下、192時間吸湿処理した後、IRリフロー処理(260℃、10秒、3回リフロー)にかけ、断面観察により内部クラックの数を測定し、耐半田クラック性の指標とした。n=8。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【発明の効果】
本発明のダイアタッチペーストは、耐半田クラック性に優れている。この結果、本発明のダイアタッチペーストを使用することで信頼性の優れた半導体装置を製造することができる。
Claims (4)
- (A)数平均分子量500〜5000の1分子内に少なくとも1つの2重結合を有する炭化水素或いはその誘導体、(B)反応性希釈剤、(C)ラジカル重合触媒、及び(D)充填材を必須成分とし、とし、前記反応性希釈剤(B)が、ジアリルフタレートであることを特徴とするダイアタッチペースト。
- さらに、数平均分子量500〜4000の水素添加型ポリブタジエンを含む請求項1又は2に記載のダイアタッチペースト。
- 請求項1〜3のいずれか1項に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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