(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）常温で液状のエポキシ樹脂、（Ｂ）フェノールフタリン、（Ｃ）硬化促進剤、および（Ｄ）無機フィラーを主成分とし、前記（Ｄ）無機フィラーが銀粉および／または銅粉であることを特徴とする半導体用樹脂ペースト。
【請求項２】
金属フレームと、
前記金属フレーム上に樹脂ペーストを介して配置される半導体素子とを
前記樹脂ペーストを硬化させることにより接着し製作される半導体装置であって、
前記樹脂ペーストが請求項１記載の樹脂ペーストであることを特徴とする半導体装置。
【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】
半導体素子を金属フレームに接着させる工程、いわゆるダイボンディング工程において、樹脂ぺ一ストを用いる方法では半導体素子を金属フレームにマウント後硬化する必要がある。従来はオーブンによるバッチ方式での硬化が主流であった。ところが近年半導体素子を金属フレームにマウントするダイボンダーの横に硬化炉を接続させ、ダイボンディング、硬化、ワイヤーボンディングの工程を同一ライン上で一括して行え、生産性の向上が図れるインライン方式が採用され、今後さらに増加する傾向にある。
【０００３】
一方、このインライン方式は硬化装置が従来のオーブンによる方法に比べ非常に高価であリ、同一工場内でインライン方式とオーブンによるバッチ方式が混在する場合が多い。このような場合インライン方式用、バッチ方式用と硬化方式毎に半導体素子接着用樹脂ぺ一ストを使い分けるのは在庫管理や作業者にとって非常に困難とのことからどちらの方式でも硬化が可能な半導体素子接着用樹脂ペーストを求められている。
【０００４】
インライン方式では従来のバッチ方式に比べ硬化時間の制約があり、例えば、硬化時間が従来のバッチ方式では１５０〜２００℃で６０〜１２０分であったが、インライン方式では１５０〜２００℃で１５〜１２０秒でなければならない。これらの硬化条件の相違はエポキシ樹脂を用いた半導体素子接着用樹脂ぺ一ストに用いる硬化剤の反応性に起因する。主に短時間で硬化するインライン硬化用の半導体素子接着用樹脂ぺ一ストの場合、オーブン硬化時の接着強度等の性能がインライン硬化時に比べ非常に劣る。逆にオーブン硬化用の半導体素子接着用樹脂ペーストでは、インライン方式の制約される硬化時間内では硬化が終了しない。
【０００５】
そのためオーブン硬化とインライン硬化の併用は非常に困難な間題であった。更に、インライン硬化の場合、温度が急激に上昇するため、樹脂ぺ一スト内に気泡が発生し、半導体素子の傾きや接着強度の低下といった間題が発生した。
又、硬化性を速くするための弊害として、常温でも反応が進行し易く、可使時間（ポットライフ）が短くなるといった間題もあった。
【０００６】
一般に半導体マウント用ペーストはエポキシ樹脂、硬化剤、無機フィラーを主成分として構成されている。オーブン硬化の場合は硬化剤としてフェノール性水酸基を含む化合物を用いると接着性に優れた特性を有するが、インラインでは硬化が不十分であり、硬化を早くさせるため硬化促進剤を大量に添加するとポットライフ、シェルフライフが大幅に低下する問題があり併用ペーストとしては適用できなかった。一方イミダゾール等を硬化剤としたペーストは硬化剤が早くインライン硬化として適しているが、オーブン硬化を行った場合、特に無機フィラーとして導電性フィラーを入れたペーストに適用すると電気特性、例えば体積抵抗率が高くなり問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はＩＣ製造において一般的なインライン硬化方式（ホットプレート硬化）、バッチ方式（オーブン硬化）両方で硬化が可能で、充分な接着力、低応力性を有し、ポットライフの長い樹脂ペーストを提供するものである。
【０００８】
即ち本発明は（Ａ）常温で液状のエポキシ樹脂、（Ｂ）フェノールフタリン、（Ｃ）硬化促進剤、並びに（Ｄ１）銀粉または（Ｄ２）銅粉を主成分とすることを特徴とする半導体用樹脂ペーストである。また、金属フレームと、前記金属フレーム上に樹脂ペーストを介して配置される半導体素子とを前記樹脂ペーストを硬化させることにより接着し製作される半導体装置であって、該樹脂ペーストが上記の樹脂ペーストであることを特徴とする半導体装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられる常温で液状のエポキシ樹脂は，イオン性不純物も含めた純度が高いもので有れば特に限定されない。好ましい例としては、加水分解性塩素量で1000ppm以下である。その例としては、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、フェノールノボラック、クレゾールノボラック類とエピクロルヒドリンとの反応により得られるポリグリシジルエーテル、ナフタレンジオールのジグリシジルエーテル、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。また液状の定義として複数のエポキシ樹脂を混合して液状化した混合物も用いることができる。
【００１０】
また作業性等を向上させるため希釈剤を添加することもできる。その例としては、沸点が１５０度以上であるエステル、エーテル、ケトン等の各種溶剤、エポキシ基と反応しうる官能基を有する化合物、例えば、ｎ−ブチルグリシジルエーテル、バーサティック酸グリシジルエステル、スチレンオサイド、エチルヘキシルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテル、ブチルフェニルグリシジルエーテル等があげられる。
【００１１】
本発明で用いられるフェノールフタリンはフェノール性水酸基を二つ有し、且つ芳香族カルボン酸を同一分子中に含む化合物であり硬化剤として機能しうる化合物である。フェノールフタリンを用いるとエポキシ樹脂に固形で分散した状態では硬化促進剤の存在下でさえポットライフが長く、且つ高温においてエポキシ樹脂に溶融すると反応が非常に早いことを見いだした。更に、金属被着体に対して、また金属フィラー添加の場合に対して酸化被膜を還元除去し接着性、電気特性が向上することを見いだした。
【００１２】
その添加量はエポキシ樹脂１００重量部に対し、５−５０重量部であることが好ましい。５重量部より少ないと接着性が著しく劣り、５０重量部を越えると製品粘度が高くなりすぎ問題となる。
【００１３】
また硬化剤に関しては、フェノールフタリンを必須化合物として本発明を逸脱しない範囲で他の硬化剤を添加することができる。その例としてはフェノール樹脂、アミン化合物、有機酸、有機酸無水物、ポリオール等が挙げられる。
【００１４】
その他の硬化剤の添加量はフェノールフタリンを含めた全硬化在中１００重量部に対し５０重量部以下であることが好ましい。これを上回るとフェノールフタリンの特性を発現できないためである。
【００１５】
本発明に用いる硬化促進剤は第３級アミン、イミダゾール、有機燐化合物等が挙げられる。その添加量は液状エポキシ樹脂１００重量部に対して0.１〜5重量％使用するのが好ましい。0.１重量％未満では硬化性が不十分であり、5重量％を越えるとポットライフ、シェルフライフが低下する。
【００１６】
また、無機フィラーに関しては、銀粉、銅粉、アルミナ、炭酸カルシウム、窒化アルミニウム、アルミニウム、シリカフィラー等がある。
銀粉、銅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。
銅粉に関しても同様であるが本発明に添加するとフェノールフタリンの還元作用により、銅粉を酸化することから抑えることもできる。
【００１７】
本発明に用いる絶縁性の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。又比較的粗い絶縁性フィラーと細かい絶縁性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。
【００１８】
上記無機フィラーの添加量は全有機樹脂成分１００重量部に対して、１０から１０００重量部であることが好ましい。１０重量部より下回ると無機フィラーの特性を生かせず、１０００重量部を上回ると製品粘度が高くなりすぎ好ましくない。
【００１９】
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、顔料、染料、消泡剤、界面活性剤、溶剤、反応性希釈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、真空下脱泡すること等が挙げられる。
【００２０】
本発明の半導体用樹脂ペーストは、オーブン、インラインともに硬化させることが可能で且つ電気特性、接着強度等硬化後の物性の差がみられない工業的に優れた半導体装置を得ることが出来る。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。
【００２１】
【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。
【００２２】
＜実施例１〜３及び比較例１、２＞
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分間脱泡した後、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に示す。
【００２３】
＜用いる原料成分＞
・液状エポキシ樹脂：ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、粘度2000mPa・s、エポキシ当量160
・反応性希釈剤：フェニルグリシジルエーテル（ＰＧ）
・他の硬化剤：フェノール樹脂（ＰＮ）
【００２４】
・硬化促進剤：２−フェニルー４−メチルイミダゾール（２Ｐ４ＭＩ）
・カップリング剤：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
（γ−ＧＰＴＭＳ）
・無機フィラー（Ｆ）：
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
【００２５】
＜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。
・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℃中９０秒間熱板上（ＨＰ硬化）又はオーブンを使用し１８０℃、６０分（ＯＶ硬化）で硬化した。硬化後マウント強度測定装置を用い２５℃，２００℃での熱時ダイシェア強度を測定した。
【００２６】
・反り量：６×１５×０．３ｍｍシリコンチップを銅フレーム（２００μｍ厚さ）に導電性樹脂ペーストでマウントし、２００℃中９０秒間熱板上（ＨＰ硬化）又はオーブンを使用し１８０℃６０分（ＯＶ硬化）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℃の恒温槽内に樹脂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。
【００２７】
【表１】
0004284811.tif 000002
【００２８】
【表２】
0004284811.tif 000003
【００２９】
【発明の効果】
本発明の半導体樹脂ペーストは、ＩＣ製造において一般的なインライン硬化方式（ホットプレート硬化）、バッチ方式（オーブン硬化）両方で硬化が可能で、充分な接着力、低応力性を有し、ポットライフの長い半導体樹脂ペーストである。また、本発明の半導体樹脂ペーストを用いて製作し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。