JP2006022240A

JP2006022240A - 樹脂組成物及び樹脂組成物を使用して作製した半導体装置

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Publication number: JP2006022240A
Application number: JP2004202710A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Kagimoto; 奉広鍵本; Hikari Okubo; 光大久保
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2006-01-26

Abstract

【課題】本発明は、Ｎｉ−Ｐｄめっきされたリードフレームとの良好な接着力を有する樹脂組成物を提供し、該樹脂組成物を半導体素子接着用に用いることで高温リフローを行っても剥離が生じない信頼性に優れた半導体装置を提供すること。
【解決手段】半導体素子を支持体に接着する導電性接着剤であって、（Ａ）銀粉、（Ｂ）エポキシ樹脂、（Ｃ）１分子内に２個以上のフェノール性水酸基を有する化合物及び（Ｄ）一般式（１）で示される化合物を含むことを特徴とする樹脂組成物。
【化３】

Description

本発明は、樹脂組成物及び樹脂組成物を使用して作製した半導体装置に関するものであ
る。

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、半導体パッケージの外装めっきからの脱鉛化の目的でリードフレームのめっきをＮｉ−Ｐｄに変更する場合が増えてきている。ここでＮｉ−Ｐｄめっきは表面のＰｄ層の安定性を向上する目的で薄く金めっき（金フラッシュ）が行われるが、一般にＮｉ−Ｐｄめっきそのものの平滑性および表面の金の存在のため通常の銀めっき銅フレーム等と比較すると各種部材のリードフレームへの接着力が低下する。接着力の向上するためには、一般にアミノ基を有するシランカップリング剤、メルカプト基を有するシランカップリング剤を使用するとは良く知られている（特許文献１参照）。また基板実装時に使用する半田も鉛フリー半田が使用されるため、錫−鉛半田の場合よりリフロー温度を高くする必要がある。接着力の低下およびリフロー温度の高温化に基づくストレスの増加のため、リフロー中に半導体パッケージ中に剥離ひいてはクラックが発生しやすくなるため半導体パッケージの構成材料はより高いリフロー耐性を有する必要がある。
このため半導体素子を支持体に接着する樹脂組成物に対してもＮｉ−Ｐｄめっきへの高
接着性のみならず、高温リフローを行っても剥離が生じない高接着信頼性が求められるようになってきているが従来より使用されている樹脂組成物では満足することができなかった。
特開平０９−１９９５１８号公報

本発明は、Ｎｉ−Ｐｄめっきされたリードフレームとの良好な接着力を有する樹脂組成
物を提供し、該樹脂組成物を半導体素子接着用に用いることで高温リフローを行っても剥離が生じない信頼性に優れた半導体装置を提供することである。

このような目的は、下記［１］〜［３］に記載の本発明により達成される。
［１］半導体素子を支持体に接着する導電性接着剤であって、（Ａ）銀粉、（Ｂ）エポキシ樹脂、（Ｃ）１分子内に２個以上のフェノール性水酸基を有する化合物及び（Ｄ）一般式（１）で示される化合物を含むことを特徴とする樹脂組成物、

［２］一般式（１）で示される化合物のＲ¹、Ｒ³がともにエトキシ基、ａ、ｂがともに３、ｎが４、ｍ１、ｍ２がともに３に限定される化合物である第［１］項記載の樹脂組成物、
［３］第［１］又は［２］項に記載の樹脂組成物を用いて製作されることを特徴とする半導体装置、
である。

本発明により、Ｎｉ−Ｐｄめっきされたリードフレームとの良好な接着力を有する樹脂
組成物を提供することが可能となり、該樹脂組成物を半導体素子接着用に用いることで高温リフローを行っても剥離が生じない信頼性に優れた半導体製品を提供することが可能となる。

本発明では、フィラーとして銀粉（Ａ）を使用する。銀粉を使用する理由は導電性、熱伝導性に優れるからであり、銀と銀以外の金属との合金あるいは銀粉及び銀と銀以外の金属との合金と併用でも差し支えないがフィラー中の銀の割合が９０重量％以上であることが好ましい。また使用される分野が半導体関連であることから塩素、ナトリウム、カリウムといったイオン性不純物が少ない必要があり、また平均粒径は１０μｍ以下でかつ最大粒径は５０μｍ以下が好ましい。形状は保存中の沈降の観点からフレーク状が好ましいが、球状のものを併用することも可能である。このような銀粉は半導体用向けに供給しているものを容易に入手可能である。

銀粉の含有量は特に限定されるわけではないが、通常樹脂組成物中７０重量％から９０重量％含有される。これ以下では導電性が悪化し、これ以上では樹脂組成物の粘度が高くなりすぎ塗布作業性が悪化する可能性があるからである。
本発明では、エポキシ樹脂（Ｂ）とその硬化剤として１分子内にフェノール性水酸基を
２個以上有する化合物（Ｃ）を使用する。エポキシ樹脂を使用するのは、良好な接着性を有するからで、硬化剤としてフェノール系の化合物を使用するのは各種エポキシ樹脂の中でもフェノール系硬化剤との反応物がもっとも耐湿性に優れるからである。エポキシ樹脂（Ｂ）、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｃ）ともに上記銀粉同様、イオン性不純物が少ない必要がある。使用可能なエポキシ樹脂（Ｂ）としてはビスフ
ェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビフェノールなどあるいはこれらの誘導体をエポキシ化した２官能のもの、トリヒドロキシフェニルメタン骨格、アミノフェノール骨格を有する３官能のもの、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなどをエポキシ化した多官能のものなどが挙げられるがこれに限定されるわけではなく、また樹脂組成物として室温で液状である必要があるので、単独であるいは混合物として室温で液状のものが好ましい。通常行われるように反応性の希釈剤を使用することも可能である。

使用可能な１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｃ）としては、ビ
スフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビフェノールなどあるいはこれらの誘導体、トリヒドロキシフェニルメタン、トリヒドロキシフェニルエタンなどあるいはこれらの誘導体、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂などが挙げられるがこれに限定されるものではない。
本発明では通常知られているエポキシ系化合物とフェノール系化合物の反応触媒を使用
することが可能であるが、保管時の粘度上昇の観点から潜在性を有するものが好ましい。例示すると融点が１８０℃以上のイミダゾール類、トリフェニルホスフィンあるいはテトラフェニルホスフィンの塩類、ジアザビシクロウンデセン等アミン系化合物の塩類などが挙げられるがこれに限定されるものではない。

本発明ではさらに一般式（１）で示される化合物（Ｄ）を使用する。これは主に被着体
との接着力の向上のためである。一般にアミノ基を有するシランカップリング剤、メルカプト基を有するシランカップリング剤を使用すると接着性が向上することは良く知られているが、例えばアミノ基を有するシランカップリング剤ではフェノール系硬化剤を使用する場合には室温での反応を促進するため十分に接着力向上効果を発揮するだけの量を含有することができない。またメルカプト基を有するシランカップリング剤を使用する場合にもアミノ基を有するシランカップリング剤ほど顕著ではないが反応促進させる点、ならびにフィラーとして用いる銀粉との反応のため導電性の悪化が観察されるため十分な含有量を添加することはできない。一方化合物（Ｄ）では、エポキシ基、フェノール性水酸基、銀と室温付近で直接反応しないため保存性を悪化させないため接着力向上効果が十分にあらわれる量を含有することが可能であり、特にエポキシ−フェノール硬化系において保存性と高接着性の両立が可能である。また硬化後の接着力については高接着タイプの他のシランカップリング剤を使用した場合と顕著な差はないが、吸湿処理を行った後の接着強度の維持率に優れている。
これは分子内の−（Ｓ）ｎ−の構造がリードフレーム表面の金属およびフィラーとして
いる銀粉表面と化学結合を取っているためと考えられ、リードフレームとの界面での接着のみならず、銀粉−樹脂間の結合が強固になるため樹脂硬化物の凝集力が向上しているためと考えられる。図１、２に化合物（Ｄ）の一例としてＡ−１２８９（日本ユニカー（株）製、一般式（１）のＲ¹、Ｒ³がともにエトキシ基、ａ、ｂがともに３、ｎが４、ｍ１、ｍ２がともに３）単独のＤＳＣ曲線、ならびにＡ−１２８９と銀粉を重量比１対１で混合したサンプルのＤＳＣ曲線を示す。測定条件はサンプル重量約３０ｍｇ、室温から１０℃／分である。これらの結果から、化合物（Ｄ）は銀粉と化学反応することが確認でき、銀粉と共に使用することにより初めて本発明の効果を得ることが可能となる。

上記理由から一般式（１）におけるｎは２〜４に限定される。これより少なくても、多
くても接着力向上が望めないからである。なかでも特に好ましいのはｎが４の場合である。末端は通常のシランカップリング剤と同様にアルコキシ基が１〜３個Ｓｉに結合した形となる。反応性の観点からアルコキシ基はメトキシ、エトキシ、ブトキシ基が好ましく、炭素数が１１より多い場合には反応性が悪いため使用できない。特に好ましいのはメトキシ基あるいはエトキシ基であり、Ｓｉに２個あるいは３個結合したものである。ｍ１、ｍ２は１から５の整数であるが、特に好ましいのは３である。

化合物（Ｄ）の含有量は、エポキシ樹脂（Ｂ）と１分子内にフェノール性水酸基を２個
以上有する化合物（Ｃ）の合計に対して０．１から１０重量％含まれる。下限値より少ないと期待する接着力向上効果が期待できず、上限値より多いと樹脂組成物の反応性が低下するとともにアルコキシシラン基から脱離したアルコールに基づくボイドが発生しやすくなるので好ましくない。

本発明の樹脂組成物には、必要により低応力剤、消泡剤、界面活性剤等の添加剤を添加
することも可能である。
本発明の樹脂組成物は、例えば各成分を予備混合した後、３本ロールを用いて混練した
後真空下脱泡することにより製造することができる。
本発明の樹脂組成物を用いて半導体装置を製作する方法は、公知の方法を用いることができる。

［実施例１、２、３］
銀粉（Ａ）として粒径１〜３０μｍで平均粒径３μｍのフレーク状銀粉（以下銀粉）、エポキシ樹脂（Ｂ）としてビスフェノールＡとエピクロルヒドリンとの反応により得られるジグリシジルビスフェノールＡ（エポキシ当量１８０、常温で液体、以下ビスＡエポキシ）、クレジルグリシジルエーテル（エポキシ当量１８５、以下ＣＧＥ）、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｃ）としてフェノールノボラック（水酸基当量１０４、軟化点８０〜９０℃、以下フェノール系Ａ）ならびにフェノールアラルキル樹脂（水酸基当量１８０、住友ベークライト（株）製、ＰＲ−５４８６９、以下フェノール系Ｂ）、一般式（１）で示される化合物（Ｄ）としてＡ−１２８９（日本ユニカー（株）製、一般式（１）のＲ¹、Ｒ³がともにエトキシ基、ａ、ｂがともに３、ｎが４、ｍ１、ｍ２がともに３、以下カップリング剤Ａ）、反応促進剤としてキュアゾール２ＭＺ−Ａ（四国化成工業（株）製、以下２ＭＺ−Ａ）ジシアンジアミド、を表１に示す割合で配合し、３本ロールで混練して樹脂組成物を得た。
この樹脂組成物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性能を評価した。

［比較例１、２、３、４］
実施例と同様に樹脂組成物を作製し評価した。なお比較例２では破砕シリカ（平均粒径
３μｍ、以下シリカ）を、比較例３ではアミノ基を有するシランカップリング剤としてＫＢＭ−９０３（信越化学工業（株）製、３-アミノプロピルトリメトキシシラン、以下カ
ップリング剤Ｂ）を、比較例４ではメルカプト基を有するシランカップリング剤としてＫＢＭ−８０３Ｐ（信越化学工業（株）製、３-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、
以下カップリング剤Ｃ）を用いた。

評価方法
・粘度：Ｅ型粘度計（３°コーン）を用い２５℃、２．５ｒｐｍでの値を樹脂組成物作製後ならびに２５℃４８時間処理後に測定した。粘度が１５〜２５Ｐａ．ｓ、粘度の変化率が２０％以下の場合を合格とした。粘度の単位はＰａ・ｓである。
・接着強度：樹脂組成物を用いて、６×６ｍｍのシリコンチップを金フラッシュしたＮｉ−Ｐｄフレームにマウントし、１７５℃オーブン中３０分硬化した。硬化後ならびに吸湿処理（８５℃、８５％、７２時間）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。２６０℃熱時ダイシェア強度が３０Ｎ／チップ以上の場合を合格とした。接着強度の単位はＮ／チップ。
・体積抵抗率：４ｘ５０ｘ０．０４ｍｍになるように樹脂組成物を塗布し１７５℃３０分間硬化した。長さ方向４０ｍｍの抵抗値を測定することで体積抵抗率を求めた。１ｘ１０^-3Ω・ｃｍ以下を合格とした。単位はΩ・ｃｍ。
・耐リフロー性：表１に示す樹脂組成物を用い、下記の基板とシリコンチップを１７５℃３０分間硬化し接着し、封止材料（スミコンＥＭＥ−７０２６、住友ベークライト（株）製）を用い封止し、６０℃、相対湿度６０％、１２０時間吸湿処理した後、ＩＲリフロー処理（２６０℃、１０秒、３回リフロー）を行なった。処理後のパッケージを超音波探傷装置（透過型）により剥離の程度を測定した。ダイアタッチ部の剥離面積が１０％未満の場合を合格とした。剥離面積の単位は％である。
パッケージ：ＱＦＰ（１４×２０×２．０ｍｍ）
リードフレーム：金フラッシュしたＮｉ−Ｐｄフレーム
チップサイズ：６×６ｍｍ
硬化条件：オーブン中１７５℃、３０分

本発明のよればＮｉ−Ｐｄめっきされたリードフレームとの良好な接着力を有する樹脂
組成物が得られ、該樹脂組成物を半導体素子接着用に用いた半導体装置は、高温リフロー性に優れるため、鉛フリー半田に対応した半導体製品に好適に用いることができる。

本発明に用いた一般式（１）で示される化合物（Ｄ）の一例であるＡ−１２８９のＤＳＣ曲線である。本発明に用いた銀粉と一般式（１）で示される化合物（Ｄ）の一例であるＡ−１２８９との混合物のＤＳＣ曲線である。

Claims

半導体素子を支持体に接着する導電性接着剤であって、（Ａ）銀粉、（Ｂ）エポキシ樹脂、（Ｃ）１分子内に２個以上のフェノール性水酸基を有する化合物及び（Ｄ）一般式（１）で示される化合物を含むことを特徴とする樹脂組成物。
一般式（１）で示される化合物のＲ¹、Ｒ³がともにエトキシ基、ａ、ｂがともに３、ｎが４、ｍ１、ｍ２がともに３に限定される化合物である請求項１記載の樹脂組成物。
請求項１又は２に記載の樹脂組成物を用いて製作されることを特徴とする半導体装置。