(57)【要約】  【課題】  熱時接着強度が高く、速硬化性、耐熱性、耐湿性に優れ、半導体チップの大型化に対応できる半導体チップマウント用などの絶縁性ペーストおよび半導体装置を提供する。  【解決手段】  （Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤触媒として、（ａ）有機基を有するアルミニウム化合物、例えばアルミニウムトリスアセチルアセトネートなど、および（ｂ）Ｓｉに直結したＯＨ基もしくはアルコキシ基を分子内に１個以上有するシリコーン化合物またはオルガノシラン化合物、例えばジフェニルジエトキシシランなど、および（Ｃ）絶縁性粉末を必須成分としてなることを特徴とする絶縁性ペーストおよびそれを用いた半導体装置である。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）硬化触媒として、（ａ）有機基を有するアルミニウム化合物および（ｂ）Ｓｉに直結したＯＨ基もしくはアルコキシ基を分子内に１個以上有するシリコーン化合物またはオルガノシラン化合物、
（Ｃ）絶縁性粉末
を必須成分としてなることを特徴とする絶縁性ペースト。
【請求項２】
請求項１記載の絶縁性ペーストを用いて化合物半導体チップとリードフレームもしくは樹脂基材を接着固定してなることを特徴とする化合物半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に化合物半導体チップをマウントする半導体装置のアッセンブリーや各種部品類の接着等に使用するもので、硬化時の応力が少なく熱時接着強度が高く、速硬化性、耐熱性、耐湿性に優れ、半導体装置の高信頼性化に対応した絶縁性ペースト及び化合物半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体装置において、金属薄板（リードフレーム）上や樹脂基板上の所定部分にＬＥＤ、ＩＣ、ＬＳＩ等の化合物半導体チップを接続する工程は、素子の長期信頼性に影響を与える重要な工程の一つである。従来からこの接続方法として、低融点の合金（半田）を用いてろう付けをする方法、樹脂ペースト（導電性または絶縁性接着剤）を使用する方法等がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし半田を使用する方法は、一部実用化されているが半田や半田ボールが飛散して電極等に付着し、腐食断線の原因となる可能性が指摘されている。一方、樹脂ペーストを使用する方法では、導電性ペーストの場合は、通常銀粉末を配合したエポキシ樹脂が用いられ、一部実用化されてきた。しかし、信頼性の面でシリコンチップにおけるＡｕ−Ｓｉ共晶合金を生成させる共晶法に比較して満足すべきものが得られなかった。
【０００４】
これら樹脂ペーストを使用する場合は、半田法に比べて耐熱性に優れる等の長所を有するが、その反面、樹脂やその硬化剤が半導体素子接着用としてつくられたものでないため、アルミニウム電極の腐食を促進し断線不良の原因となる場合が多く、素子の信頼性はＡｕ−Ｓｉ共晶法に劣っていた。
【０００５】
さらに近年、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップの大型化に伴い、アッセンブリ工程や実装工程中の熱履歴によるチップクラックや接着力低下が問題となっている。一般に樹脂硬化物の耐熱性、耐湿性、電気特性を向上させるためには、その架橋密度を高くしてガラス転移温度Ｔｇを高くすることが知られている。ところが、このような効果を期待してＴｇを高くし過ぎると、樹脂硬化物の弾性率を高くする結果となる。応力は、一般に熱膨張率と弾性率との積に比例すると考えられているため、絶縁性ペーストではシリカ等の無機充填剤を添加して熱膨張係数を小さくできたとしても、結果的には応力歪みの低下につながらず、ストレスによる樹脂と基材（半導体チップや樹脂基板，金属フレームなど）との密着性の低下や、硬化物やチップ、基材にクラックが発生する問題が生じていた。
【０００６】
このような背景から、物理的、電気的な接合信頼性の向上、アッセンブリ工程の短縮化を含めた量産性の向上を目指して、低応力で密着性が高く、速硬化できる絶縁性ペーストの開発が強く要求されていた。
【０００７】
本発明の目的は、上記の事情に鑑みてなされたもので、半導体チップの大型化に対応できるよう硬化時の応力を少なくし、熱時接着強度が高く、速硬化性、耐熱性、耐湿性に優れた絶縁性ペーストを用いることによって、パッケージの信頼性の高い化合物半導体装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記の目的を達成しようと鋭意研究を重ねた結果、後述する組成の絶縁性ペーストを用いることにとって、上記の目的を達成できることを見いだし、本発明を完成したものである。
【０００９】
即ち、本発明は、
（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）硬化触媒として、（ａ）有機基を有するアルミニウム化合物および（ｂ）Ｓｉに直結したＯＨ基もしくはアルコキシ基を分子内に１個以上有するシリコーン化合物またはオルガノシラン化合物、
（Ｃ）絶縁性粉末
を必須成分としてなることを特徴とする絶縁性ペーストおよびそれを用いて化合物半導体チップとリードフレーム又は樹脂基材を接着固定してなることを特徴とする半導体装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の絶縁性導電性ペーストは、速硬化性、耐熱性、耐湿性、密着性に優れており、また、チップ反りの発生を低減することができる。この絶縁性ペーストを使用することによって大型半導体チップの接合信頼性の向上、アッセンブリ工程の大幅な短縮および省エネルギー化に対応でき、工業上大変有益なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂としては、エピコート８２７，８２８，８３４，１００１，１００２，１００７，１００９（シェル化学社製、商品名）、ＤＥＲ３８０，３３１，３３２，３３４，３３５，３３６，３３７，３８３，６６０（ダウ・ケミカル社製、商品名）、アラルダイトＧＹ２５０，２６０，２８０，６０７１，６０８４，６０９７，６０９９（旭チバ社製、商品名）、エピクロン８１０，１０００，１０１０，３０１０（大日本インキ化学工業社製、商品名）、旭電化社製ＥＰシリーズ等が挙げられ、これらは単独または２種以上混合して使用することができる。また、これらのエポキシ樹脂の高純度タイプ品や希釈剤として使用される単官能エポキシ樹脂類も含まれる。
【００１３】
本発明に用いる（Ｂ）硬化触媒としては、（ａ）有機基を有するアルミニウム化合物および（ｂ）Ｓｉに直結したＯＨ基もしくはアルコキシ基を分子内に１個以上有するシリコーン化合物（ポリシロキサン）またはオルガノシラン化合物とが使用される。（ａ）有機基を有するアルミニウム化合物としては、例えば、メチル基，エチル基，イソプロピル基等のアルキル基、ベンジル基等の芳香族基、メトキシ基，エトキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基，アセトオキシ基等のアシルオキシ基、アセチルアセトン等の有機基を有する化合物であり、具体的には、トリイソプロポキシアルミニウム，ジイソプロポキシアセトオキシアルミニウム，アルミニウムトリスアセチルアセトネート，アルミニウムトリスエチルアセトアセテート，トリエチルアルミニウム等が挙げられ、これらは単独または２種以上混合して使用することができる。
【００１４】
また、（ｂ）のうち、Ｓｉに直結したＯＨ基もしくはアルコキシ基を分子内に１個以上有するシリコーン化合物としては、シロキサン骨格が直鎖状または分岐状のいずれかであってもよく、直鎖状のものは下記一般式で示される。
【化１】
2005093569.tif 000002
（但し、式中、Ｒ1 ，Ｒ2 は、水素原子，アルキル基，芳香族基，不飽和アルキル基，ハロアルキル基，ＯＨ基またはアルコキシ基等から選ばれ、Ｒ1 ，Ｒ2 のうち少なくとも１個はＯＨ基もしくはアルコキシ基である）
これらのシリコーン化合物は単一の分子量である必要はなく、またいかなる平均分子量のものでも用いることができる。
【００１５】
また、（ｂ）のうち、Ｓｉに直結したＯＨ基もしくはアルコキシ基を分子内に１個以上有するオルガノシラン化合物としては、次の一般式で示されものが使用され、これらは単独または２種以上混合して使用することができる。
【化２】
2005093569.tif 000003
（但し、式中、Ｒ3 ，Ｒ4 ，Ｒ5 ，Ｒ6 は、アルキル基，芳香族基，アルコキシル基などの加水分解性基またはＯＨ基を表し、Ｒ3 〜Ｒ6 ののうち少なくとも１個はＯＨ基もしくはアルコキシ基である）
上述した硬化触媒は、（ａ）有機基を有するアルミニウム化合物と、（ｂ）Ｓｉに直結したＯＨ基もしくはアルコキシ基を分子内に１個以上有するシリコーン化合物またはオルガノシラン化合物とを併用することが本発明の目的達成上重要なことである。
【００１６】
本発明に用いる（Ｃ）絶縁性粉末としては、例えばカーボンランダム，炭化ホウ素，窒化アルミニウム，窒化チタン等の非酸化物、セラミック粉末，ベリリウム，マグネシウム，アルミニウム，チタン，シリコン等の酸化物粉末（具体例は、結晶シリカ，溶融シリカ，微粉シリカ，タルク）等が挙げられ、これらは単独または２種以上混合して使用することができる。これら絶縁性粉末の配合割合は、特に制限されないが、（絶縁性粉末）／（樹脂＋絶縁性粉末）の値が３０〜８０重量％の範囲であることが望ましい。
【００１７】
また、絶縁性粉末は、いずれも不純物イオン濃度が低く、平均粒径２０μｍ以下であることが望ましい。平均粒径が２０μｍを超えると組成物の性状がペースト状にならず、塗布性能が低下して好ましくない。
【００１８】
本発明の絶縁性ペーストは、上述したエポキシ樹脂、硬化触媒および絶縁性粉末を必須成分とするが、本発明の目的に反しない限り、また必要に応じて、粘度調整用の少量の溶剤、消泡剤、カップリング剤、その他の添加剤を配合することができる。この絶縁性ペーストは、常法に従い上述した各成分を十分混合した後、更に例えばディスパース、ニーダー、三本ロールミル等による混練処理を行い、その後減圧脱泡して製造することができる。こうして製造した絶縁性ペーストは、各種半導体素子・電子部品の接着、コーティング等に使用することができる。
【００１９】
本発明の絶縁性ペーストは、エポキシ樹脂、特定の硬化触媒および絶縁性粉末を用いることによって目的を達成したものである。即ち、（ａ）のアルミニウム化合物と（ｂ）のシリコーン化合物またはシラン化合物とが併用されて硬化触媒として働くことにより、硬化物のＴｇをそれほど上げることなく、耐湿性、電気特性、硬化速度を向上させ、かつ低応力性、密着性に優れた絶縁性ペーストを得ることができる。
【００２０】
次に、実施例によって本発明を詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものではない。
【実施例１】
【００２１】
エポキシ樹脂のＹＬ９８３Ｕ（油化シェルエポキシ社製、商品名）１００部とフェニルグリシジルエーテル１０部、アルミニウムトリスアセチルアセトネート２部、ジフェニルジエトキシシラン３部および平均粒径８μｍの球状の溶融シリカ粉末１５０部を混合しさらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡して絶縁性ペースト（Ａ）を製造した。
【実施例２】
【００２２】
エポキシ樹脂のＹＬ９８０（油化シェルエポキシ社製、商品名）９０部とエピコート＃１００１（油化シェルエポキシ社製、商品名）１０部、エチルセロソルブアセテート８０部、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート２部、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン３部および平均粒径５μｍの球状の溶融シリカ粉末２３５部を混合しさらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡して絶縁性ペースト（Ｂ）を製造した。
【実施例３】
【００２３】
エポキシ樹脂のエピコート＃８０７（油化シェルエポキシ社製、商品名）１０部と、フェニルグリシジルエーテル３０部、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート２部、シリコーン化合物としてＳＨ６０１８（トーレ・ダウコーニング社製商品名、Ｓｉ−ＯＨ基を有する）３部および平均粒径６μｍの球状の溶融シリカ粉末１８０部を混合しさらに三本ロールで混練処理を行い、減圧脱泡して絶縁性ペースト（Ｃ）を製造した。
【比較例１】
【００２４】
実施例１の配合において、硬化触媒をアルミニウムトリスアセチルアセトネート／ジフェニルジエトキシシラン併用の代わりに、イミダゾールの１Ｂ２ＰＺ（四国化成工業社製、商品名）５部を配合した以外は、実施例１と同様にして絶縁性ペースト（Ｄ）を製造した。
【比較例２】
【００２５】
実施例１の配合において、硬化触媒をアルミニウムトリスアセチルアセトネート／ジフェニルジエトキシシラン併用の代わりに、アルミニウムトリスアセチルアセトネートのみの絶縁性ペースト（Ｅ）を製造した。
【比較例３】
【００２６】
市販のエポキシ樹脂ベースの溶剤型半導体用絶縁性ペースト（Ｆ）を入手した。
【００２７】
実施例１〜３および比較例１〜２で得た絶縁性ペースト（Ａ）〜（Ｆ）を用いて、厚さ２００μｍのリードフレーム（銅系）上に１０×１０ｍｍのシリコンチップを表１の半導体素子接着条件で接着固定し、同一のエポキシ封止材料で封止して、樹脂封止型化合物半導体装置をそれぞれ製造した。
【００２８】
これらの化合物半導体装置について、接着強度、耐湿性バイアスＰＣＴ、ＰＣＴ試験、半田リフロー性の評価を行った。その結果を表１に示したが、いずれも本発明が優れており、本発明の顕著な効果が認られた。
【表１】
2005093569.tif 000004
＊１：２ｍｍ×２ｍｍチップ（高さ３００μｍ）を、リードフレーム（銅系、ベッド面は銀メッキ）上に、絶縁性ペーストを用いて接着し、上記所定の半導体素子接着条件で硬化した。硬化後、プッシュプルゲージを用いて剪断方向の接着強度を測定した。熱時接着強度は２５０℃のヒートブロック上で測定した。
【００２９】
＊２：温度１２１℃，圧力２気圧の水蒸気中における、耐湿試験（ＰＣＴ）および温度１２１℃，圧力２気圧の水蒸気中、印加電圧１．５Ｖを通電して耐湿試験（バイアススＰＣＴ）を各半導体装置について評価した。
【００３０】
耐湿試験に供した半導体装置は、各々３０個で、時間の経過に伴う不良発生数を示した。不良判定の方法は、半導体装置を構成するアルミニウム電極の腐食によるオープン、またはリーク電流が許容値の５００％以上への上昇をもって不良とした。
【００３１】
＊３：各半導体装置を６０℃×６０％ＲＨ×１２０ｈ吸湿後、２３０℃×１０秒の半田リフローに２回通し、超音波探傷装置（ＳＡＴ）で半導体装置内のペースト層の剥離を観察した。各半導体装置１０個について行い、剥離の発生した数を明記した。