(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＣ、ＬＳＩの半導体素子を金属フレーム、有機基板に接着する樹脂ペーストであって、（Ａ）室温で液体である液状エポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（１）の構造を有する液状の化合物、（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、成分（Ｂ）が０．５〜３０重量部、成分（Ｅ）が成分（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の合計１００重量部に対して１０〜４００重量部であることを特徴とする半導体用ダイアタッチペースト。
【化１】
0004097830.tif 000006
【請求項２】
請求項１記載の半導体用ダイアタッチペーストを用いて、半導体素子を接着させたことを特徴とする金属フレーム又は有機基板。
【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、有機基板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マウント用樹脂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。これに対しマウント用樹脂はハンダ法に較べ、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いる。一方、従来用いられてきたリ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。ここで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20×10-6/℃と大きくなる為である。これに対し、マウント法としてマウント用樹脂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。また従来のマウント用樹脂は硬化に150〜200℃のオーブンで1〜2時間加熱処理する必要があった。最近では半導体組立工程の合理化のため、オーブンで３０分以内に硬化するインライン化の要求が高まっている。速硬化にするためには、硬化促進剤を多量に添加する方法があるが、常温または低温での保存性、すなわちポットライフやシェルライフが短くなり、1液タイプでは実用性がなく、熱時の接着強度も低いという欠点があった。
【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ことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＩＣ、ＬＳＩの半導体素子を金属フレーム、有機基板に接着する樹脂ペーストであって、（Ａ）室温で液体である液状エポキシ樹脂、（Ｂ）一般式（１）の構造を有する液状の化合物、（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、成分（Ｂ）が０．５〜３０重量部、成分（Ｅ）が成分（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の合計１００重量部に対して１０〜４００重量部であるダイアタッチペーストである。
【０００９】
【化２】
0004097830.tif 000002
【００１０】
本発明に用いる液状エポキシ樹脂（Ａ）は配合するときの作業性及び配合後の粘度の点から液状が好ましいが特に制限を受けるものではない。一般的に用いられるものの例を挙げると、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＥ、ビフェノールなどのビスフェノール化合物のジグリシジルエーテルや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等があり、これらの内の１種類あるいは複数種と併用も可能である。
【００１１】
本発明に用いられる一般式（１）で示される化合物はフタル酸のアルキルエステルである。エポキシ樹脂に配合することによって硬化物の脆さを改善し、引っ張り剪断試験における伸び率を大幅に改良することが出来る。例をあげると、フタル酸ジ（２―エチルヘキシル）、フタル酸ジブチル、フタル酸ジイソデシル等である。成分（Ｂ）の添加量は成分（Ａ）１００重量部に対して０．５〜３０重量部が望ましい。０．５重量部未満では伸び率向上効果に乏しく、３０重量部を越えると硬化速度を低下させたり、硬化物表面にブリードアウトして接着強度を低下させるので好ましくない。
【００１２】
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等の潜在性硬化剤である。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）の配合量は全エポキシ樹脂に対し、0.5〜5重量％使用するのが好ましい。0.5重量％未満では熱時接着強度が弱く、5重量％を越えると低応力性が低下する。
【００１３】
本発明においては、速硬化を可能とするためイミダゾール化合物（Ｄ）を使用することを必須としている。一般にイミダゾール化合物は、目的とする温度１７０〜２５０℃で硬化時間が短いことが知られている。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、またそのイソシアネート付加物等があり、これらの内の１種類あるいは複数種と併用可能である。イミダゾール化合物の配合量は、全エポキシ樹脂に対し、０．５〜１０重量％使用するのが好ましい。０．５重量％未満では熱時接着強度が弱く、１０重量％を越えるとポットライフが著しくが短くなる。
【００１４】
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り、本発明のダイアタッチペーストにおいては樹脂成分１００重量部に対して１０〜４００重量部配合される。１０重量部未満では導電性が発現しなかったり、線膨張係数を下げる効果に乏しいので好ましくない。４００重量部を越えるとペースト粘度が上昇し、作業性が低下するので好ましくない。
【００１５】
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。
【００１６】
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未満だと粘度が高くなり、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。
【００１７】
又、必要とされる特性を付与するために本発明以外の無機フィラーを添加してもよい。
【００１８】
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、三本ロール等を用いて混練してペーストを得た後、真空下脱抱する方法等がある。
【００１９】
【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。
【００２０】
＜実施例１〜７、比較例１〜８＞
表１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分間脱泡して半導体用ダイアタッチペーストを得た。得られたペーストは以下の方法により各種の性能を評価した。評価結果を表１及び表２に示す。
【００２１】
用いる原料成分
・一般式（１）で示される化合物（Ｂ１）
：フタル酸ジ（２―エチルヘキシル）
・一般式（１）で示される化合物（Ｂ２）：フタル酸ジブチル
【００２２】
【化３】
0004097830.tif 000003
【００２３】
・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
・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
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
【００２４】
＜評価方法＞
・粘度        ：Ｅ型粘度計（３°コーン）を用い２５℃、２．５ｒｐｍでの値を測定し粘度とした。
・弾性率      ：テフロンシート上にペーストを幅１０ｍｍ長さ約１５０ｍｍ厚さ１００μｍに塗布し、２００℃のオーブン中で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―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、２００℃３０分間の条件でオーブン中で硬化した。硬化後マウント強度測定装置でを用い、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）に得られたペーストでマウントし、２００℃２０分間の条件で硬化した後、チップの反りを表面粗さ計（測定長１３ｍｍ）で測定した。
・ポットライフ：２５℃の恒温槽内に得られたペーストを放置した時の粘度が、初期粘度の１．２倍以上増粘するまでの日数を測定した。
【００２５】
【表１】
0004097830.tif 000004
【００２６】
【表２】
0004097830.tif 000005
【００２７】
実施例１〜７では熱時接着強度、低応力性（低弾性率、低反り量）及びポットライフが長い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する。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する。比較例３は化合物Ｂ１の配合量が多く、接着強度が著しく低下する。比較例４はビスフェノールＡ型エポキシのみで、粘度が著しく高くなり作業性が低下する。比較例５は銀フィラーの量が多く、粘度が高く、接着強度が著しく低下する。比較例６は化合物Ｂ２の配合量が多く、反り量が小さくなるが接着強度は大幅に低下する。比較例７はシリカフィラーの配合量が少なく、熱時の接着強度が著しく低下する。比較例８は化合物Ｂ１の配合量が多くまたイミダゾールの配合量も多いため接着強度が低い上に、ポットライフが著しく短くなる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の半導体用ダイアタッチペーストは、オーブン硬化での速硬化が可能で、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。