(57)【要約】【課題】良好な熱伝導性、電気伝導性を有する半導体装置用接着剤、半導体装置の製造方法および該半導体装置用接着剤を用いた半導体装置を提供する。【解決手段】半導体チップをリードフレーム、有機基板などに接着剤を用いて接着してなる半導体装置用接着剤であって、接着後の接着剤の金属成分が９５重量％以上、全金属成分中に銀が５０重量％以上および粒径０．１μｍ以下である超微粒子金属粉を含み、かつ接着剤が３００℃で融解しないことを特徴とする半導体装置用接着剤。【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップをリードフレーム、有機基板などに接着剤を用いて接着してなる半導体装置用接着剤であって、接着後の接着剤の金属成分が９５重量％以上、全金属成分中に銀が５０重量％以上および粒径０．１μｍ以下である超微粒子金属粉を含み、かつ接着剤が３００℃で融解しないことを特徴とする半導体装置用接着剤。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置用接着剤が、２００℃以下で揮発あるいは分解揮発する有機化合物と全金属成分の少なくとも５重量％が粒径０．１μｍ以下である超微粒子金属粉との混合物である半導体装置用接着剤。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体装置用接着剤の粘度が室温で５Ｐａ・ｓ以上１００Ｐａ・ｓ以下である半導体装置用接着剤。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載の半導体装置用接着剤をリードフレーム、有機基板などに塗布した後、半導体チップをマウントしその後２５０℃以下で加熱処理することにより形成されたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１、２又は３記載の半導体装置用接着剤を用いて製造された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置用接着剤、半導体装置の製造方法および半導体装置に関するもの
である。
【背景技術】
【０００２】
環境対応の一環として半導体製品からの鉛撤廃が進められている中、Ｐｂ−Ｓｎ半田から樹脂ペーストを使用してのダイアタッチ化検討が進められている（特許文献１参照）が、半田に比較し樹脂ペースト硬化物は熱伝導性、電気伝導性が劣るため使用できる製品には限界があった。またＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系等の鉛フリー半田の検討も行われている（例えば、特許文献１参照）が、半導体チップ接着時に高温を要するあるいは高温処理時に接着剤が融解するなどの問題があり、高熱伝導性、高電気伝導性を有しながら高信頼性を同時に満足する半導体用接着剤はなかった。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４８３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、良好な熱伝導性、電気伝導性を有する半導体装置用接着剤、半導体装置の製
造方法および該半導体装置用接着剤を用いた半導体装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような目的は、下記［１］〜［５］に記載の本発明により達成される。
［１］半導体チップをリードフレーム、有機基板などに接着剤を用いて接着してなる半導体装置用接着剤であって、接着後の接着剤の金属成分が９５重量％以上、全金属成分中に銀が５０重量％以上および粒径０．１μｍ以下である超微粒子金属粉を含み、かつ接着剤が３００℃で融解しないことを特徴とする半導体装置用接着剤。
［２］第［１］項記載の半導体装置用接着剤が、２００℃以下で揮発あるいは分解揮発する有機化合物と全金属成分の少なくとも５重量％が粒径０．１μｍ以下である超微粒子金属粉との混合物である半導体装置用接着剤。
［３］第［１］又は［２］項記載の半導体装置用接着剤の粘度が室温で５Ｐａ・ｓ以上１００Ｐａ・ｓ以下である半導体装置用接着剤。
［４］第［１］、［２］又は［３］項記載の半導体装置用接着剤をリードフレーム、有機基板などに塗布した後、半導体チップをマウントしその後２５０℃以下で加熱処理することにより形成されたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
［５］第［１］、［２］又は［３］項記載の半導体装置用接着剤を用いて製造された半導体装置。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、良好な熱伝導性、電気伝導性を有する半導体装置用接着剤、半導体装置の製造方法および該半導体装置用接着剤を用いた半導体装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明では、半導体チップをリードフレーム、有機基板などに金属成分が９５重量％以
上、全金属成分中に銀が５０重量％以上および粒径０．１μｍ以下である超微粒子金属粉を含む接着剤にて接着されるが、これは接着剤の金属成分が９５重量％以上、粒径０．１μｍ以下である超微粒子金属粉を含まなければ十分な熱伝導性、電気伝導性を得られず、
さらには全金属成分中に銀が５０重量％以上含まれることにより半田同等の熱伝導率、電気伝導率を得ることが可能になるからである。また接着剤が３００℃で融解しない必要があるが、これは３００℃より低い温度で融解する場合には、半導体装置製造時の加熱工程で不具合が発生する恐れがあるとともに半導体装置使用環境での信頼性低下の恐れがあるためである。
このような接着剤を得るためには接着剤が２００℃以下で揮発あるいは分解揮発する有機化合物と全金属成分の少なくとも５重量％が粒径０．１μｍ以下である超微粒子金属粉との混合物を接着剤として使用し、該接着剤をリードフレーム、有機基板などに塗布した後半導体チップをマウントしその後２５０℃以下で加熱処理することにより形成する必要がある。これは通常塗布作業には、ディスペンス法、印刷法、スタンピング法などが用いられるため室温で液状である必要があり、２００℃以下で揮発あるいは分解揮発する有機化合物を配合することにより接着剤塗布作業時には液状で加熱処理時に揮発することにより処理後の金属成分が９５重量％以上にすることが可能となる。
【０００８】
２００℃以下で揮発あるいは分解揮発する有機化合物とは、ヘキサン、２−メチルペン
タン、２，２−ジメチルブタン、２，３−ジメチルブタン、ヘプタン、オクタン、２，２，３−トリメチルペンタン、イソオクタン、ノナン、２，２，５−トリメチルヘキサン、デカン、１−ヘキセン、１−ヘプテン、１−オクテン、１−ノネン、１−デセン、エチルベンゼン、クメン、メシチレン、ブチルベンゼン、ｐ−シメン、ジエチルベンゼン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ｐ−メンタン、シクロヘキセン、α−ピネン、ジペンテン、デカリン、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、イソブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、２−メチル−１−ブタノール、イソペンチルアルコール、ｔｅｒｔ−ペンチルアルコール、３−メチル−２−ブタノール、ネオペンチルアルコール、１−ヘキサノール、２−メチル−１−ペンタノール、４−メチル−２−ペンタノール、２−エチル−１−ブタノール、１−ヘプタノール、２−ヘプタノール、３−ヘプタノール、１−オクタノール、２−オクタノール、２−エチル−１−ヘキサノール、３，５，５−トリメチル−１−ヘキサノール、シクロヘキサノール、１−メチルシクロヘキサノール、２−メチルシクロヘキサノール、３−メチルシクロヘキサノール、４−メチルシクロヘキサノール、アビエチノール、１，２−エタンジオール、１，２−プロパンジオール、１，２−ブタンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、アニソール、フェネトール、メトキシトルエン、ベンジルエチルエーテル、２−メチルフラン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、アセタール、アセトン、メチルエチルケトン、２−ペンタノン、３−ペンタノン、２−ヘキサノン、メチルイソブチルケトン、２−ヘプタノン、４−ヘプタノン、ジイソブチルケトン、アセトニルアセトン、メシチルオキシド、ホロン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、ピバル酸、吉草酸、イソ吉草酸、２−エチル酪酸、プロピオン酸無水物、酪酸無水物、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、ギ酸ブチル、ギ酸イソブチル、ギ酸ペンチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ｓｅｃ−ブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、３−メトキシブチルアセタート、酢酸ｓｅｃ−ヘキシル、２−エチルブチルアセタート、２−エチルヘキシルアセタート、酢酸シクロヘキシル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチル、プロピオン酸イソペンチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸ブチル、酪酸イソペンチル、イソ酪酸イソブチル、２−ヒドロキシ−２−メチルプロピオン酸エチル、イソ吉草酸エチル、イソ吉草酸イソペンチル、安息香酸メチル、シュウ酸ジエチル、マロン酸ジエチル、エチレングリコールモノアセタート、二酢酸エチレン、モノアセチン、炭酸ジエチル、ニトロメタン���ニトロエタン、１−ニトロプロパン、２−ニトロプロパン、アセトニトリル
、プロピオニトリル、ブチロニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジブチルアミン、ジイソブチルアミン、アニリン、Ｎ−メチルアニリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、ピロール、ピペリジン、ピリジン、α−ピコリン、β−ピコリン、γ−ピコリン、２，４−ルチジン、２，６−ルチジン、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、２−メトキシメタノール、２−エトキシメタノール、２−（メトキシメトキシ）エタノール、２−イソプロポキシエタノール、２−ブトキシエタノール、２−（シオペンチルオキシ）エタノール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、１−メトキシ−２−プロパノール、１−エトキシ−２−プロパノール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジアセトンアルコール、２−（ジメチルアミノ）エタノール、２−（ジエチルアミノ）エタノール、モルホリン、Ｎ−エチルモルホリン、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸ペンチル、２−メトキシエチルアセタート、２−エトキシエチルアセタート、２−ブトキシエチルアセタート、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチルなどが挙げられる。好ましくはジエチレングリコールジメチルエーテル、シクロヘキサノンなどである。
【０００９】
また良好な接着剤塗布作業のためには室温での粘度が５Ｐａ・ｓ以上１００Ｐａ・ｓ以
下である必要がある。これ以下では粘度が低すぎ液だれ等の問題が起こるとともに接着剤の厚みが薄くなりすぎ十分な接着力を発揮し得ない場合がある。これ以上の場合には塗布量が不安定になり結果として接着剤の厚みが不安定になる。接着剤の厚みのばらつきは接着力のみならず熱伝導性、電気伝導性のばらつきの原因となるので好ましくない。さらに２００℃以下で揮発しない有機化合物を使用した場合には加熱処理後にも接着剤に残留し接着力、熱伝導性、電気伝導性悪化の原因となるので好ましくない。
【００１０】
また粒径０．１μｍ以下である超微粒子金属粉を全金属成分中少なくとも５重量％使用
するが、これは金属粒子の微粒子化に伴う融点降下を利用して粒子同士を融着するためで、これ以下の場合には十分な融着が起こらないため十分な接着性、熱伝導性、電気伝導性を得ることができない。さらに好ましくは超微粒子金属粉として０．０２μｍ以下の銀粉が使用される。
超微粒子金属粉のみを使用しても、ミクロンオーダーの金属粉と併用しても差し支えなく、また銀粉のみを使用してもアルミニウム、銅、パラジウム、錫、ニッケルなどの金属粉と併用しても融着後の融点が３００℃より低くならなければ差し支えない。
【実施例】
【００１１】
［実施例１、２、３、４］
超微粒子銀粉として平均粒径０．０５μｍのイソプロピルアルコール分散液（銀含有率
５０重量％、以下超微粒子銀粉分散液）を、銀粉として平均粒径３μｍ、最大粒径２０μｍのフレーク状のもの（以下銀粉）を、アルミニウム粉として平均粒径１０〜１５μｍのフレーク状のもの（以下アルミニウム粉）を使用した。ジエチレングリコールジメチルエーテル（沸点約１６０℃）、シクロヘキサノン（沸点約１５５℃）を表１のように配合し、３本ロールを用いて混練し、脱泡することで半導体装置用接着剤を得た。配合割合は重量部である。
［比較例１、２］
表１に示す割合で配合し実施例１と同様に半導体装置用接着剤を得た。
［比較例３］
ポリエチレングリコール（日本油脂（株）製、＃２００、平均分子量２０２）を使用し、表１に示す割合で配合し、実施例１と同様に半導体装置用接着剤を作製した。
得られた半導体装置用接着剤を以下の方法により評価した。評価結果を表１に示す。
【００１２】
評価方法
・粘度：Ｅ型粘度計（３°コーン）を用い２５℃、２．５ｒｐｍでの値を半導体装置用接着剤作製直後に測定した。作製直後の粘度が５〜１００Ｐａ・ｓの範囲内の場合を合格とした。
・体積抵抗率：ガラスプレート上に幅４ｍｍ、厚み約１０μｍになるように塗布し２００℃６０分加熱処理後長さ方向４０ｍｍの抵抗値を測定し、体積抵抗率を算出した。体積抵抗率が３ｘ１０-5Ω・ｃｍ以下のものを合格とした。
・金属含有率：ガラスプレート上に幅４ｍｍ、厚み約１０μｍになるように塗布し２００℃６０分加熱処理したものを試料とした。ＴＧＡ（示差熱天秤）にて室温から５００℃まで１０℃／分で昇温した後６０分間ホールドした時の不揮発分率を金属含有率とした。９５％以上を合格とした。
・融点：ガラスプレート上に幅４ｍｍ、厚み約１０μｍになるように塗布し２００℃６０分加熱処理したものを試料とした。ＤＳＣ（示差走査熱量計）にて室温から４００℃まで１０℃／分で昇温し３００℃より低い温度に融解に基づく吸熱ピークが観察されないものを合格とした。
・接着強度：半導体装置用接着剤を用いて、２ｘ２ｍｍのシリコンチップを銀メッキした銅フレームにマウントし、２００℃オーブン中６０分加熱処理した。加熱処理後に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。測定値が１０Ｎ／チップ以上の場合を合格とした。
【００１３】
【表１】
2006049741.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明の半導体装置用接着剤は、良好な熱伝導性、電気伝導性を有し、特に半導体チップ接着時の高温あるいは高温処理等の高温特性に優れており、高熱伝導性、高電気伝導性を有しながら高信頼性を同時に満足する半導体装置、例えばパワートランジスタのような大電力用半導体装置等に好適に用いることができる。