JP3871828B2 - ダイアタッチペースト及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、接着性、速硬化性及び信頼性に優れた半導体接着用ペーストに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年半導体パッケージの生産量は増加の一歩をたどっており、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。半導体パッケージ組立の中でダイアタッチペーストで半導体とリードフレームを接着する工程が有るが、この工程に関しては時間短縮及び低温硬化がキーポイントになっている。硬化の過程はバッチ式オーブン法、インラインで硬化させる方法に大別されるが、インラインで用いられる速硬化性ペーストを用いた通常のダイマウントは、150℃から200℃で30秒から60秒の間で行われる。しかし、より低温、短時間硬化可能なペーストの開発が望まれている。
【0003】
一方、パッケージとしての信頼性は、特に耐半田クラック性が重要であるが、ダイアタッチペーストとしてはさらにシリコンチップとリードフレームとの線膨張の差を緩和するために低応力性が重要である。
ダイアタッチペーストのベースレジンはエポキシ樹脂、シアネート樹脂、ビスマレイミド樹脂系等が知られているが、例えば30秒以内に硬化が可能であり、それぞれの用途に適した特性(接着性、低応力性等)を維持する材料は全く見いだされていなかった。又、特性を満足したとしても常温での粘度上昇が激しすぎ、使用に適さない材料しかなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来のダイアタッチペーストの特性を維持し、且つ非常に短時間でも硬化が可能なダイアタッチペーストを見いだすべく鋭意検討した結果完成させるに至ったものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、(A)一般式(1)で示されるイソシアヌル酸エチレンオキサイド変性ジアクリレート又はトリアクリレート、(B)一般式(2)で示されるモノアクリレート及び/又はモノメタクリレート、(C)一般式(4)で示されるリン酸基含有メタクリレート、(D)脂環式エポキシ基を有するアルコキシシラン、(E)有機過酸化物及び/又はアゾ化合物、(F)無機フィラー、(G)ポリカルボジイミド樹脂からなるダイアタッチペーストであって、前記(A)一般式(1)で示されるイソシアヌル酸エチレンオキサイド変性ジアクリレート又はトリアクリレートと該(B)一般式(2)で示されるモノアクリレート及び/又はモノメタクリレートとの重量比が80/20から20/80であり、前記(E)有機過酸化物及び/又はアゾ化合物の添加量が成分(A)+成分(B)の総量に対して0.1から5重量%である。
【0006】
【化1】
【化2】
【化3】
【0007】
【発明の実施の形態】
更に好ましい形態としては、該(A)一般式(1)で示されるイソシアヌル酸エチレンオキサイド変性ジアクリレート又はトリアクリレートと該(B)一般式(2)で示されるモノアクリレート及び/又はモノメタクリレートとの重量比が80/20から20/80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した半導体装置である。
【0008】
本発明に用いられるアクリレート樹脂は一般式(1)で示されるイソシアヌル酸エチレンオキサイド変性ジアクリレート又はトリアクリレートと一般式(2)で示されるモノアクリレート及び/又はモノメタクリレートの重量比が80/20〜20/80である事が好ましい。80/20より高いとペースト粘度が高すぎ塗布作業性が著しく悪くなる。一方、20/80より小さいと接着性、耐熱性が悪くなる。
【0009】
一般式(1)で示されるアクリレート樹脂は粘度が高いため反応性希釈剤として(メタ)アクリル基を一つ含むモノ(メタ)アクリレートを添加する。
更に本発明に使用されるモノ(メタ)アクリレートは式(2)で示され、さらには置換基R2が脂環族及び/又は芳香族基を含み、置換基R2中の全炭素数が10個以上であることが重要である。
この条件を満たす事により希釈剤としての効果だけでなく、嵩高い置換基を有するため硬化中の収縮を押さえることができ、界面の接着信頼性を高めることができる。脂環族、芳香族基を含まず炭素数が10個以上の置換基の場合は硬化収縮に関しては低減できるが脂肪族炭化水素の特性により接着性が低下してしまうので好ましくない。
【0010】
モノ(メタ)アクリレートの例としては、
【化5】
等が挙げられ、これらの内の1種類あるいは複数種と併用可能である。
【0011】
また、本発明においては他のアクリレート樹脂を混合して用いてもよい。上記アクリレート樹脂と混合する場合の他のアクリレート樹脂としては、例えばヒドロキシアルキルアクリル酸、ポリアルキレングリコールおよびジイソシアネートの反応により得られるウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート等がある。
【0012】
次に、成分(C)と成分(D)の総添加量は成分(A)及び成分(B)の総重量に対して、0.001≦(C+D)/(A+B)≦0.1であることが好ましい。0.001を下回ると接着性に効果を示さず、0.1より多いと硬化中のボイドにより接着性が低下する。
【0013】
本発明において成分(C)と成分(D)は必須成分であり、一方が欠けても本発明を具現することはできない。その構成比は0.1≦C/D≦10であることが好ましい。0.1を下回るとアルコキシシランの濃度が低くなり、接着界面への効果が低下する。また、10を越えるとリン酸基濃度が高くなり必要以上に接着界面に作用し接着性を低下させてしまう。
【0014】
次に、重合開始剤の例としては、有機過酸化物やアゾ化合物等がある。有機過酸化物は、急速加熱試験(資料1gを電熱板の上にのせ、4℃/分で昇温したときの分解開始温度)における分解温度が40℃から140℃であることが好ましい。分解温度が40℃に満たない場合は、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である。
【0015】
本発明で用いられる有機過酸化物の例としては、キュミルパーオキシネオデカネート、t−ブチルパーオキシネオデカネート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシネオデカネート、1,1,3,3−テトラメチルパーオキシネオデカネート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサネート、ビス(4−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、t−ブチルパーオキシベンゾエート、t−ブチルパーオキシ3,5,5−トリメチルヘキサネート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサネート等がある。
アゾ化合物の例としては、2,2’−アゾビスイソブチルニトリル、1,1’−アゾビス(1−アセトキシ−1−フェニルエタン)等がある。
【0016】
これら有機過酸化物、アゾ化合物は単独あるいは硬化性をコントロールするため2種類以上を混合して用いることもできる。さらに、樹脂の保存性を向上するために各種重合禁止剤を予め添加しておくことも可能である。
【0017】
これら有機過酸化物、アゾ化合物の添加量は、成分(A)+成分(B)の総重量に対して、0.1重量%から5重量%であることが好ましい。5重量%より多いとペーストのライフ(粘度経時変化)が大きく作業性に問題が生じる。0.1重量%より少ないと硬化性が著しく低下するので好ましくない。
【0018】
本発明に用いる無機フィラーとしては、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る。
【0019】
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。また、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。また、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便宜混合してもよい。
【0020】
次に、絶縁フィラーの一つであるシリカフィラーは平均粒径1〜20μmで最大粒径50μm以下のものが好ましい。平均粒径が1μm未満だと粘度が高くなり、20μmを越えると塗布また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。また、最大粒径が50μmを越える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、比較的粗いシリカフィラーと細かいシリカフィラー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便宜混合してもよい。
【0021】
本発明に用いられる成分Gのポリカルボジイミド樹脂はイソシアネートの脱炭酸反応によって得られる樹脂である。アクリル樹脂に配合することにより、硬化物のガラス転移温度が上がり、耐熱性を向上させることが出来る。また、ポリカルボジイミド樹脂中に含まれる極性基の働きで接着性も向上させることが出来る。添加量は成分(A)+(B)の総重量に対して、1重量%から30重量%であることが好ましい。1重量%より少ないと耐熱性及び接着性向上の効果が乏しく、30重量%より多いと硬化速度を低下させたり、粘度が高くなりすぎて作業性を低下させるので好ましくない。
【0022】
本発明における樹脂ペーストは必要により消泡剤、界面活性剤、エラストマー等の添加剤を用いることができる。
【0023】
本発明のペーストの製造方法としては、例えば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泡する。
本発明のダイアタッチペーストを用いて半導体素子をリードフレーム等に接着して半導体装置を製作することができ、これらの半導体装置は従来の特性を維持しているため信頼性が高くかつ生産性も高いため優れた半導体装置を得ることができる。半導体装置の製造方法は従来の公知の方法を用いることができる。
【0024】
【実施例】
以下、本発明を実施例で具体的に説明する。
<実施例1〜8>
一般式(1)で示されるイソシアヌル酸エチレンオキサイド変性ジアクリレート(東亞合成(株)・製、M−215)、下記の構造式で示されるモノアクリレート、カップリング剤としてリン酸基含有メタクリレート(日本化薬(株)・製、PM−21)及び脂環式エポキシアルコキシシラン(信越化学工業(株)・製、KBM303)、重合開始剤として下記の有機過酸化物1、2及びアゾ化合物、ポリカルボジイミド樹脂(日清紡(株)・製、カルボジライト10M−SP)、更に無機フィラーとして平均粒径3μm、最大粒径20μmのフレーク状銀粉、又は平均粒径5μm、最大粒径20μmのシリカフィラーを表1のように配合し、3本ロールを用いて混錬し、脱泡後ペーストを得た。
得られたペーストを以下の方法により評価した。
【0025】
<評価方法>
・粘度:25℃でE型粘度計を用いて回転数2.5rpmでの粘度を測定した。・保存性:25℃の恒温槽で72時間静置後の粘度を測定した。粘度の上昇が初期の粘度の10%以下なら良好、10%を越えると不良とした。
・接着強度:ペーストを用いて、2×2mmのシリコンチップを銅フレームにマウントし、180℃のオーブン中で15分硬化した。硬化後プッシュプルゲージを用い250℃での熱時ダイシェア強度を測定した。
・ボイド:リードフレームに10mm×10mmのガラスチップをマウントし、硬化後外観を目視でボイドをチェックした。被着面積の15%以下のボイドならば良好、15%を越えるものを不良とした。
・WB処理時の剥離:リードフレームに6mm×15mmのチップをマウントし、硬化後250℃にてワイヤーボンディング処理を行ない、ペレットの接着状態を観察した。剥離が無ければ良好、剥離が観察されれば不良とした。
・反り:低応力性の評価として反りを測定した。厚み200ミクロンの銅フレームに6mm×15mm×0.3mmのシリコンチップをペーストを用いて175℃15秒でペースト厚みが20μmになるよう接着し、表面粗さ計を用いて、長手方向のチップの変位を測定しその高低差により反り量を測定した。
・耐パッケージクラック性:スミコンEME−7320(住友ベークライト(株)製)の封止材料を用い、下記の条件で成形したパッケージを85℃、相対湿度85%、168時間吸水処理した後、IRリフロー(240℃、10秒)にかけ、断面観察により内部クラックの数を測定し、耐パッケージクラック性の指標とした。
パッケージ:80pQFP(14×20×2mm厚さ)
チップサイズ:7.5×7.5mm(アルミ配線のみ)
リードフレーム:Cu
成形:175℃、2分間
ポストモールドキュア:175℃、4時間
全パッケージ数:12
【0026】
<比較例1〜9>
表2に示した組成の各成分を配合し、実施例1と同様にペーストを得て、同様の評価を行った。
【0027】
評価結果を表1及び表2に示す。
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
【化1】
【0030】
【化6】
【0031】
有機過酸化物1:日本油脂(株)・製、キュミルパーオキシネオデカネート(急速加熱試験における分解温度:65℃)
有機過酸化物2:日本油脂(株)・製、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート(急速加熱試験における分解温度:108℃)
アゾ化合物:和光純薬工業(株)・製、2,2’−アゾイソブチルニトリル
【0032】
【発明の効果】
本発明のダイアタッチペーストは、限定された構造のイソシアヌルエチレンオキサイド変性ジアクリレート又はトリアクリレートと嵩高い置換基を有するモノアクリレートの組み合わせにより速硬化性及び接着性に優れ、更にポリカルボジイミド樹脂を添加することにより耐熱性及び接着性が向上し、その結果優れた耐半田クラック性が発現されたペーストである。また、本発明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は、従来の特性を維持しながら生産性の高い半導体装置である。
Claims (2)
- (A)一般式(1)で示されるイソシアヌル酸エチレンオキサイド変性ジアクリレート又はトリアクリレート、(B)一般式(2)で示されるモノアクリレート及び/又はモノメタクリレート、(C)一般式(4)で示されるリン酸基含有メタクリレート、(D)脂環式エポキシ基を有するアルコキシシラン、(E)有機過酸化物及び/又はアゾ化合物、(F)無機フィラー、(G)ポリカルボジイミド樹脂からなるダイアタッチペーストであって、前記(A)一般式(1)で示されるイソシアヌル酸エチレンオキサイド変性ジアクリレート又はトリアクリレートと前記(B)一般式(2)で示されるモノアクリレート及び/又はモノメタクリレートとの重量比が80/20から20/80であり、前記(E)有機過酸化物及び/又はアゾ化合物の添加量が成分(A)+成分(B)の総量に対して0.1から5重量%であることを特徴とするダイアタッチペースト。
- 請求項1記載のダイアタッチペーストを用いて製作した半導体装置。
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