JP2004359830A

JP2004359830A - 導電性接着剤組成物

Info

Publication number: JP2004359830A
Application number: JP2003160253A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kaneko; 健金古
Original assignee: Kyocera Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】大型の半導体チップの接着においてもペーストの濡れ率が良好で、ボイドに起因するパッケージクラックの発生が少なく、耐リフロー性が向上した導電性接着剤組成物を提供する。
【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）硬化剤と、（Ｃ）銀粉とを必須成分とし、前記（Ｃ）銀粉の比表面積が０．３〜５．５ｍ^２／ｇ、かつ、タップ密度が４．０〜７．０ｇ／ｃｍ^３であって、導電性が良好で、粘度及びチクソ性を低く抑えたダイボンディング用ペーストとして好ましい特性を有する導電性接着剤組成物である。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性接着剤組成物に係り、特に大型チップにおいてペーストの濡れ率が良く、ボイドに起因するパッケージクラックの発生が少なく、耐リフロー性が向上したダイボンディング用ペーストに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造において、ウェハーのパターン形成により作られた半導体チップは、ダイシング工程で１個１個に切り分けられた後、まず、マウント工程でリードフレーム上に接着される。
【０００３】
このとき、半導体チップをリードフレームに接着させる方法としては、従来から半田を使用することにより行われていたが、半田を用いる方法は、半田が飛散して電極等に付着し、腐食断線の原因になる不具合が発生することがあり、また、半田を溶融させるために高い温度をかけることから、半導体チップへ悪影響を及ぼすことがある等、作業性の面で問題があった。
【０００４】
そこで、近年は、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップの接着方法として、このような欠点のないペースト状の熱硬化性導電性接着剤であるダイボンディング用ペーストにより接着させる方法が用いられるようになり、主流になりつつある。
【０００５】
このダイボンディング用ペーストによる接着方法は、まず、ディスペンス方式やドローイング方式（縦書き）を用いて、シリンジからリードフレーム等の基板へダイボンディング用ペーストを吐出し、吐出したダイボンディング用ペーストの上にチップを乗せて圧力をかけることでペーストを広げて仮接着し、次いで、加熱によりペーストを熱硬化させてチップを基板に接着させるものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３０９０６５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この接着方法は、チップに圧力をかけたときにダイボンディング用ペーストが広がることを利用してチップの接着面を濡らしているため、年々微細化、高集積化の方向に向かい、それに伴ってチップ自体が大型化している半導体チップにおいては、チップの角までダイボンディング用ペーストが届かなくなることがあった。
【０００８】
すなわち、従来のダイボンディング用ペーストにより、大型チップを接着する場合には、チップの接着面全面を濡らすこと、すなわち濡れ率を１００％にすることが困難になってきた。
【０００９】
また、濡れ性を改善するために、従来のダイボンディング用ペーストを希釈溶剤や希釈材等で低粘度化したり銀粉の含有量を下げて改質することが考えられるが、いずれの方法によってもダイボンディング用ペーストの特性を低下させてしまうため、このようなダイボンディング用ペーストを用いた場合は半導体自体の信頼性が低下するものとなる。
【００１０】
そこで、本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、大型チップの接着においてもペーストの濡れ率が良好で、ボイドに起因するパッケージクラックの発生が少なく、耐リフロー性を向上することにより、信頼性の高い半導体を製造することができる導電性接着剤組成物を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の目的を達成しようと鋭意検討した結果、従来用いられていた球状やフレーク状の銀粉に代えて、これらの中間的な特性を有する銀粉を配合することによって、低粘度で適正なチクソ性を有するペースト状の導電性接着剤組成物を得ることができることを見出し本発明を完成したものである。
【００１２】
すなわち、本発明の導電性接着剤組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）硬化剤と、（Ｃ）銀粉とを必須成分とし、（Ｃ）銀粉の比表面積が０．３〜０．５５ｍ^２／ｇ、かつ、タップ密度が４．０〜７．０ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とするものである。
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
本発明の構成成分である（Ａ）エポキシ樹脂としては、１分子中に２個以上のエポキシ基を有する樹脂であれば、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等のいかなるものでも使用することができ、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、特殊多官能型エポキシ樹脂等が挙げられ、ダイボンディング用ペーストとして求められる特性、特に粘度の点から、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂であることが好ましい。
【００１５】
なお、本発明で用いることができるエポキシ樹脂としては、反応性希釈剤や可塑剤が含まれたものを使用することもできる。
【００１６】
本発明の構成成分である（Ｂ）硬化剤としては、（Ａ）エポキシ樹脂と反応して硬化可能なものであれば、いかなるものでも使用することができ、例えば、脂肪族アミン、芳香族アミン、酸無水物、フェノール樹脂、イミダゾール化合物、ジシアンジアミド、アルコール、イソシアネート、カチオン系促進剤等が挙げられ、特に、低粘度化、硬化速度、耐熱性の点からイミダゾール化合物又はジシアンジアミドであることが好ましい。
【００１７】
これらの硬化剤は、単独で又は硬化を阻害しない範囲で２種類以上を混合して使用することができる。
【００１８】
また、これらの硬化剤は予め溶剤に溶解させておくことができ、ここで用いることができる溶剤としては、ジオキサン、ヘキサン、トルエン、キシレン、ジエチルベンゼン、シクロヘキサノン、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート、ジエチレングリコールジエチルエーテル等が挙げられ、これらは単独又は２種以上混合して使用することができる。
【００１９】
さらに、前記（Ａ）エポキシ樹脂に（Ｂ）硬化剤を添加したものを、これらの溶剤に溶解することもできる。
【００２０】
本発明の構成成分である（Ｃ）銀粉としては、比表面積が０．３〜０．５５ｍ^２／ｇ、かつ、タップ密度が４．０〜７．０ｇ／ｃｍ^３の特性をもつ銀粉を使用するものであり、その中でも、比表面積が０．４４〜０．５０ｍ^２／ｇ、かつ、タップ密度が４．２〜４．５ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。
【００２１】
銀粉の粒径は特に限定されずに使用することができるが、作業性の面から平均粒径３〜４０μｍ、最大粒径が５０μｍ以下の銀粉であることが好ましい。
【００２２】
本発明の導電性接着剤組成物をダイボンディング用ペーストとして使用する場合、銀粉の比表面積が０．３ｍ^２／ｇ未満だと、樹脂と銀粉とのなじみが悪くなり銀粉が沈降してしまい、０．５５ｍ^２／ｇを超えると銀粉の充填化率が低くなり、導電性接着剤組成物の粘度が高くなるため、その広がり性の面で不具合が発生する。
【００２３】
また、タップ密度が４．０ｇ／ｃｍ^３未満の場合も銀粉の充填化率が低くなり、導電性接着剤組成物の粘度が高くなるためペーストの広がり性の面で不具合が発生し、７．０ｇ／ｃｍ^３を超えると導電性接着剤組成物のチクソ性が低下してディスペンス時に糸引きが発生してしまう。
【００２４】
このように銀粉の特性によって導電性接着剤組成物の性質に影響を与えるため、従来の導電性接着剤組成物は銀粉の含有量を高くすると、粘度及びチクソ性共に高くなってしまい、ダイボンディング用ペーストとして使用するには適さなくなっていた。
【００２５】
これに対し、本発明の導電性接着剤組成物は、導電性接着剤組成物全体に対して７０〜９５重量％と銀粉の含有量が高くても、従来のものと比べ粘度及びチクソ性を低く抑えることができ、特に、ダイボンディング用ペーストに適した性質を維持することができるものである。
【００２６】
銀粉の含有量が７０重量％未満では、ペーストを硬化させた後のチップ剪断強度が低下してしまい、９５重量％を超えると、ペーストが高粘度となり広がり性が悪くなってしまう。
【００２７】
また、ダイボンディング用ペーストとして使用する場合、導電性接着剤組成物の性質としては、ＥＨＤ型粘度計で２５℃、０．５ｒｐｍで測定した粘度が５〜１５Ｐａ・ｓであって、同様にＥＨＤ型粘度計で０．５ｒｐｍ／５．０ｒｐｍで測定したチクソ性が２．０〜３．５の範囲であることが好ましく、このとき、粘度が５．２〜１４．１Ｐａ・ｓ、かつ、チクソ性が２．１〜２．９であることが特に好ましい。
【００２８】
導電性接着剤組成物の粘度が５Ｐａ・ｓ未満であると、ディスペンス時にペーストがたれる場合があり、１５Ｐａ・ｓを超えると、ペーストの広がり性が悪くなってディスペンス時に糸引きが発生してしまう。
【００２９】
また、チクソ性が２．０未満であると、この場合もディスペンス時に糸引きが発生してしまい、３．５を超えると、加熱時（硬化時）のペーストの広がり性が悪くなる。
【００３０】
さらに、本発明において、例えば、導電性接着剤組成物の粘度調整をするための溶剤、エポキシ基の開環重合に対する反応性を備えた反応性希釈剤、消泡剤、カップリング剤、その他各種の添加剤を必要に応じて配合することができる。
【００３１】
粘度調整のための溶剤としては、例えば、酢酸セロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジアセトンアルコール、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、γ−ブチロラクトン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジドン等が挙げられる。これらの溶剤は単独又は２種以上を混合して使用することができる。
【００３２】
また、反応性希釈剤としては、例えば、ｎ−ブチルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、２−エチルヘキシルグリシジルエーテル、スチレンオキサイド、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、ｐ−ｓｅｃ−ブチルフェニルグリシジルエーテル、グリシジルメタクリレート、ｔ−ブチルフェニルグリシジルエーテル、ジグリシジルエーテル、（ポリ）エチレングリコールグリシジルエーテル、ブタンジオールグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル等が挙げられる。これらは単独又は２種以上を混合して使用することができる。
【００３３】
さらに、カップリング剤としては、例えば、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
【００３４】
本発明の導電性接着剤組成物としては、（Ａ）エポキシ樹脂１００重量部、（Ｂ）エポキシ樹脂に対する硬化剤２〜２０重量部、（Ｃ）銀粉２３０〜２３００重量部の割合で配合することが好ましい。これに加え、溶剤や反応性希釈剤等のその他の成分を配合する場合には、これらの配合成分を合わせて５〜５０重量部の割合で配合することが好ましい。
【００３５】
本発明の導電性接着剤組成物は、常法に従い各成分を十分混合した後、さらに、ディスパース、ニーダー、３本ロールミル等により混練処理を行い、その後減圧脱泡することで容易に製造することができる。
【００３６】
このように製造した導電性接着剤組成物をダイボンディング用ペーストとして使用する場合、通常、導電性接着剤組成物をシリンジに充填し、ディスペンサを用いて又はスクリーン印刷法を用いて基板上に吐出し、半導体チップを接着して加熱により硬化させる。このとき、導電性接着剤組成物の硬化は、通常、１００〜２００℃の温度範囲で１〜２時間加熱することにより達成することができる。
【００３７】
その後、硬化により接合した半導体チップにワイヤボンディングを行い樹脂封止材で封止して樹脂封止型の化合物半導体装置を製造することができる。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。
【００３９】
（実施例１）
ビスフェノールＦグリシジルエーテル型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ株式会社製、商品名：ＹＬ９８３Ｕ）１００重量部、イミダゾール（旭化成エポキシ株式会社製、商品名：ノバキュアＨＰ３９２１）２０重量部、ジシアンジアミド５重量部、銀粉（株式会社フェロージャパン製、商品名：ＳＦ−８０）４８０重量部、希釈剤としてフェニルグリシジルエーテル３０重量部を十分に混合して、さらに３本ロールミルで混練して導電性接着剤組成物を得た。
【００４０】
（実施例２）
ビスフェノールＦグリシジルエーテル型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ株式会社製、商品名：ＹＬ９８３Ｕ）１００重量部、イミダゾール（四国化成工業株式会社製、商品名：２ＰＨＺ）４重量部、ジシアンジアミド４重量部、銀粉（福田金属株式会社製、商品名：Ａｇｃ２３７）４５０重量部、希釈剤としてフェニルグリシジルエーテル３０重量部を十分に混合して、さらに３本ロールミルで混練して導電性接着剤組成物を得た。
【００４１】
（実施例３）
ビスフェノールＡグリシジルエーテル型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ株式会社製、商品名：ＹＬ９８０）７０重量部、エポキシ化ポリブタジエン（日本合成ゴム株式会社製、商品名：ＥＰ１８００−６．５）３０重量部、イミダゾール（四国化成工業株式会社、商品名：２ＰＨＺ）３重量部、ジシアンジアミド５重量部、銀粉（株式会社フェロージャパン製、商品名：ＳＦ−８０）４５０重量部、希釈剤としてフェニルグリシジルエーテル３０重量部を十分に混合して、さらに３本ロールミルで混練して導電性接着剤組成物を得た。
【００４２】
（比較例１）
ビスフェノールＦグリシジルエーテル型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ株式会社製、商品名：ＹＬ９８０）１００重量部、イミダゾール（四国化成工業株式会社製、商品名：２ＰＨＺ）４重量部、ジシアンジアミド４重量部、銀粉（株式会社フェロージャパン製、商品名：ＳＦ−１５）４５０重量部、希釈剤としてフェニルグリシジルエーテル３０重量部を十分に混合して、さらに３本ロールミルで混練して導電性接着剤組成物を得た。
【００４３】
（比較例２）
ビスフェノールＦグリシジルエーテル型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ株式会社製、商品名：ＹＬ９８０）１００重量部、イミダゾール（四国化成工業株式会社製、商品名：２ＰＨＺ）４重量部、ジシアンジアミド４重量部、銀粉（株式会社フェロージャパン製、商品名：ＳＦ−１５）３００重量部、希釈剤としてフェニルグリシジルエーテル３０重量部を十分に混合して、さらに３本ロールミルで混練して導電性接着剤組成物を得た。
【００４４】
（試験例）
実施例１〜３及び比較例１〜２で製造した導電性接着剤組成物を用いて半導体チップと基板とを接着硬化させ、チップ接着強度を測定した。評価は以下の条件で測定し、その結果を表１に示した。
【００４５】
【表１】

＊１：フローソーブ２３００（株式会社島津製作所製、商品名）を用いて、Ｂ．Ｅ．Ｔ法により測定した。
＊２：ＩＳＯ３９５３−１９７７（Ｅ）「金属粉末−タップ密度の測定法」に従い、粉末重量をこの重量の粉末に振動を与えて充填した容積で割ることにより測定した。
＊３：ＥＨＤ型粘度計（３度コーン、０．５ｒｐｍ）を用いて、２５℃で測定した。
＊４：ＥＨＤ型粘度計（３度コーン、０．５ｒｐｍ／５．０ｒｐｍ）を用いて測定した。
＊５：６００℃、３時間加熱後の重量減少により算出した。
＊６：基板（Ｃｕ／Ａｇメッキリードフレーム）に４ｍｍ角のシリコンチップを導電性接着剤組成物を用いて接着し、２６０℃におけるダイシェア強度を測定した。
＊７：素子の替わりにガラスチップを用いてマウント後及び硬化後の濡れ率を測定した。
＊８：マウント硬化後にチップ背面をはい上がるペースト量を調査した。ペーストのはい上がり量は基板からの高さで示した。
＊９：ＪＥＤＥＣのＬＥＶＥＬ２´のリフロー半田耐熱性を評価した。ＬＥＶＥＬ２´のリフロー半田耐熱性は、１０個の試料につき、６０℃、６０ＲＨ％、１６８ｈｒｓの吸湿条件後に、２６０℃のＩＲリフローを３回行い、その後、クラック・剥離の状態をＳＡＴを用いた断面観察により行い不良数を求めた。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の導電性接着剤組成物は、銀粉の含有率が高いため導電性が良好で、銀粉の含有率が高くても粘度及びチクソ性を低く抑えることができるため、ダイボンディング用ペーストとして好ましい特性を有するものである。
また、本発明の導電性接着剤組成物は、硬化後における半導体チップのペースト濡れ率が高く、ボイドに起因するパッケージクラックの発生が少なく、耐リフロー性が大幅に向上したものである。
したがって、本発明の導電性接着剤組成物によれば、大型チップの接着においても半導体チップのペーストの濡れ率が良好で、ボイドに起因するパッケージクラックの発生が少なく、耐リフロー性が向上した、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。

Claims

（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）硬化剤と、（Ｃ）銀粉とを必須成分とし、前記（Ｃ）銀粉の比表面積が０．３〜０．５５ｍ^２／ｇ、かつ、タップ密度が４．０〜７．０ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする導電性接着剤組成物。
前記（Ａ）エポキシ樹脂がビスフェノールＦ型エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１記載の導電性接着剤組成物。
前記（Ｃ）銀粉を前記導電性接着剤組成物に対して７０〜９５重量％の割合で含有し、ＥＨＤ型粘度計を用いて２５℃、０．５ｒｐｍで測定した粘度が５〜１５Ｐａ・ｓ、かつ、ＥＨＤ型粘度計を用いて０．５ｒｐｍ／５．０ｒｐｍで測定したチクソ性が２．０〜４．０であることを特徴とする請求項１又は２記載の導電性接着剤組成物。