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JP2893782B2 - 導電性接着剤および半導体装置 - Google Patents

導電性接着剤および半導体装置

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JP2893782B2
JP2893782B2 JP2011635A JP1163590A JP2893782B2 JP 2893782 B2 JP2893782 B2 JP 2893782B2 JP 2011635 A JP2011635 A JP 2011635A JP 1163590 A JP1163590 A JP 1163590A JP 2893782 B2 JP2893782 B2 JP 2893782B2
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JP
Japan
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conductive adhesive
resin
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manufactured
adhesive
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信雄 市村
泰雄 宮本
充夫 山崎
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Resonac Corp
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Hitachi Chemical Co Ltd
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J163/00—Adhesives based on epoxy resins; Adhesives based on derivatives of epoxy resins
    • C09J163/04—Epoxynovolacs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2666/00—Composition of polymers characterized by a further compound in the blend, being organic macromolecular compounds, natural resins, waxes or and bituminous materials, non-macromolecular organic substances, inorganic substances or characterized by their function in the composition
    • C08L2666/02—Organic macromolecular compounds, natural resins, waxes or and bituminous materials
    • C08L2666/14—Macromolecular compounds according to C08L59/00 - C08L87/00; Derivatives thereof
    • C08L2666/22—Macromolecular compounds not provided for in C08L2666/16 - C08L2666/20

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は導電性接着剤、詳しくは速硬化性、耐湿信頼
性および耐加水分解性に優れた導電性接着剤およびこれ
を用いた半導体装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、樹脂封止型半導体装置の組立において、リード
フレームにIC、LSIを接合する工程の低コスト化を目的
として半田またはエポキシ系導電性ペーストが使用され
ている。しかし、近年、LSIの大型化に対応し、さらに
高性能の導電性接着剤が望まれている。
また導電性接着剤には、特公昭63−4701号公報に示さ
れているように、通常、銀（Ag）粉末を配合したエポキ
シ樹脂が用いられており、該エポキシ樹脂（ビスフェノ
ールＡ型またはノボラック型）の硬化剤としてノボラッ
クフェノール樹脂が用いられ、また硬化促進剤としてイ
ミダゾール類が用いられているため、耐湿信頼性および
耐加水分解性には優れている。しかし、上記接着剤の硬
化の際には150〜180℃の熱風環式のオーブンで１〜２時
間が必要であるため、生産性向上による低コスト化を図
るために、速硬化型の導電性接着剤が要求されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決し、耐
湿信頼性および耐加水分解性を維持しつつ、速硬化が可
能な導電性接着剤およびこれを用いた半導体装置を提供
することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、（ａ）ノボラック型エポキシ樹脂、（ｂ）
フェノールアラルキル樹脂および／またはノボラック型
フェノール樹脂、（ｃ）（ａ）に対して30〜500重量％
のグリシジル基含有シラン系カップリング剤、（ｄ）有
機ボレート塩および（ｅ）銀粉末を含有してなる導電性
接着剤およびこの接着剤で半導体素子をリードフレーム
に接合した半導体装置に関する。
本発明に用いられるノボラック型エポキシ樹脂として
は、例えばダウケミカル社製商品名DEN−431、DEN−43
8、Quatrex2010、チバガイギー社製商品名EPN−1138、E
PN−1139、ECN−1273、ECN−1280、ECN−1299、シェル
化学社製商品名エピコート152、エピコート154等の市販
品が挙げられる。このノボラック型エポキシ樹脂は、キ
シレン、トルエン等の芳香族系溶剤または後述するシラ
ンカップリング剤に溶解して用いるのが好ましい。また
該樹脂のエポキシ当量は100〜300を有するものが好まし
く、特に好ましいのは160〜220を有するものである。
本発明に用いられるフェノールアラルキル樹脂は、
α，α′−ジメトキシ−ｐ−キシレンとフェノールモノ
マをフリーデルクラフツ触媒で重縮合させて得られる樹
脂であり、上記ノボラック型エポキシ樹脂の硬化剤とし
て用いられる。この市販品としては、三井東圧化学社製
商品名XL−225、アルブライトアンドウィルソン社製商
品名XYLOK−225などが挙げられる。
本発明に用いられるノボラック型フェノール樹脂は、
フェノール類とアルデヒド類を酸性触媒下で反応させた
縮合物であって、未反応のフェノール類が可及的に含ま
れない物が用いられる。例えば、石炭酸とホルムアルデ
ヒドとを希薄水溶液中弱酸性下で反応させて得られる低
分子のノボラック樹脂が用いられる。
フェノールアラルキル樹脂とノボラックフェノール樹
脂はいずれかを用いても両者を用いても良いが、これら
の合計の使用量は、ノボラック型エポキシ樹脂のエポキ
シ基１個に対しフェノール性OHの数が0.6〜1.5個になる
ことが好ましく、特に0.8〜1.2個の範囲が、硬化物の特
性上好ましい。
本発明に用いられるグリシジル基含有シラン系カップ
リング剤としては、信越化学社製商品名KBM−403、γ−
グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン（東芝シ
リコーン社製TSL−8355）、γ−グリシドキシプロピル
−ペンタメトキシジシロキサン（東芝シリコーン社製TS
L−9905）、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキ
シシラン（チッソ社製）、γ−グリシドキシプロピルジ
メチルエトキシシラン（チッソ社製）、（γ−グリシド
キシプロピル）−ビス−（トリメチルシロキシ）メチル
シラン（チッソ社製）などが挙げられる。
この使用量はノボラックエポキシ樹脂に対して30〜50
0重量％とされ、30重量％より少なければ溶液粘度が高
くなり、またフェノールアラルキル樹脂に対しては相溶
性が悪くなり、逆に500重量％を超えると硬化物の接着
性、耐熱性が低下する。
本発明に用いられる有機ボレート塩としては、例えば
テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート
（北興化学社製）、２−エチル−４−メチルイミダゾー
ルテトラフェニルボレート（北興化学社製）、1,8−ジ
アザビシクロ（5,4,0）ウンデセン−７のフェニルボレ
ート塩（サンアプロ社製商品名Ｕ−CAT5002）等が挙げ
られる。これらは単独使用でも２種以上の併用でもよ
く、使用量は、接着剤の硬化性および粘度安定性の点か
ら、上記フェノールアラルキル樹脂および／またはノボ
ラック型フェノール樹脂に対して0.5〜30重量％が好ま
しく、特に１〜20重量％が好ましい。
本発明に用いられる銀粉末としては、徳力化学社製商
品名TCG−１、TCG−７−６、Ｅ−20、TCG−11N、福田金
属箔粉社製商品名Agc−Ａなどのフレーク状粉末が好ま
しく用いられる。該粉末の平均粒径は１〜３μｍ程度の
ものが好ましい。また必要に応じてフレーク状粉末と球
状粉末を併用することもできる。該球状粉末として、徳
力化学社製商品名Ｈ−１、福田金属箔粉社製商品名Agc
−Ｇなどが用いられる。
該銀粉末の固形分（上記の（ａ）、（ｂ）、（ｄ）お
よび（ｅ））中に占める割合は、導電性と粘度の点から
好ましくは65〜85重量％、より好ましくは70〜80重量％
の範囲とされる。
本発明の接着剤は上記成分を混合して得られるが、ノ
ボラック型エポキシ樹脂およびフェノールアラルキル樹
脂の使用により硬化性が向上し、また有機ボレート塩の
使用によりさらに硬化性が向上し、速硬化が可能とな
る。さらに上記のシランカップリング剤の使用により、
速硬化でしかも高接着力を保持する接着剤が得られる。
本発明の接着剤は、２−ブトキシエタノール、酢酸２
−ブトキシエチルエステル等の溶剤を必要に応じて含ん
でもよい。
本発明の導電性接着剤を用いてIC、LSI等の半導体素
子をリードフレームに接合し、これを通常の方法で樹脂
封止することにより、耐湿信頼性に優れ、かつ生産性に
優れた半導体装置が得られる。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例により詳しく説明する。なお、
例中、部とあるのは断らない限り重量部を意味する。
実施例１ ノボラック型エポキシ樹脂としてDEN−438、4.8部をK
BM−403、2.0部に加え、100℃で30分間加熱して溶解し
た。またフェノールアラルキル樹脂としてXL−225、6.5
部を２−ブトキシエタノール14.0部に加え、100℃で30
分間加熱して溶解し、XL−225溶液を得た。これらを室
温で混合した後、テトラフェニルホスホニウムテトラフ
ェニルボレートを0.2部および銀粉末としてTCG−１を4
0.0部加えて混合し、導電性接着剤を調整した。
実施例２ ノボラック型エポキシ樹脂としてQuatrex2010、4.8部
およびKBM−403、2.0部を100℃で30分間加熱し、溶解し
た溶液を得、これに実施例１で用いたXL−225溶液20.5
部を加えて混合し、さらにテトラフェニルホスホニウム
テトラフェニルボレートおよび銀粉末を実施例１と同様
に加えて混合し、導電性接着剤を調整した。
実施例３ ノボラック型エポキシ樹脂としてQuatrex2010、4.8部
およびKBM−403、2.0部を100℃で30分間加熱し、溶解し
た。またノボラック型フェノール樹脂HP−607N（日立化
成工業社製）3.8部を２−ブトキシエタノール10部に加
え、100℃で30分加熱溶解してHP−607N溶液を得た。こ
れらを室温で混合した後、Ｕ−CAT5002を0.04部および
銀粉としてTCG−１を32.0部加えて混合し、導電性接着
剤を調整した。
実施例４ 前記実施例２で得たKBM−403を含むQuatrex2010の溶
液6.8部、前記実施例１で得たXL−225溶液10.2部、上記
実施例３で得たHP−607N溶液6.9部、２−エチル−４−
メチルイミダゾールテトラフェニルボレート0.1部、銀
粉としてAgc−A30.0部、Agc−G5.7部を混合し、導電性
接着剤を調整した。
比較例１ エポキシ樹脂としてビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂、硬化剤としてノボラックフェノール樹脂および硬化
促進剤としてイミダゾール類を用いた市販の導電性接着
剤を用いた。
比較例２ 実施例１のテトラフェニルホスホニウムテトラフェニ
ルボレートをトリフェニルホスフィンに変えて、他は実
施例１と同様にして導電性接着剤を調整した。
＜試験例＞ 実施例１〜４および比較例１〜２の導電性接着剤を用
いてSiチップとリードフレームを第１表に示す接着条件
で接着した。これらの接着強度および加水分解性Cl-濃
度の測定を行い、その結果を第１表に示した。
また実施例1,3および比較例２の接着剤3mgを10℃/min
で昇温した時の硬化発熱カーブ（J/g）を示差熱天秤で
測定した。その結果を第１図に示した。
＊1:銀メッキした銅フレームに2mm□のSiチップを各温
度および時間で接着し、プッシュプルゲージを用いて室
温（23℃）における接着強さを測定した。
＊2:導電性接着剤を180℃で１時間加熱硬化し、100メッ
シュに粉砕した粉末10gを50mlの脱イオン水に入れ、120
℃で20時間抽出し、Cl-1濃度を測定した。
実施例の接着剤は、第１図に示されるように発熱ピー
ク温度が比較例より約10℃低く、硬化性がよく、また第
１表に示されるように加水分解性Cl-1濃度が少なく、ヒ
ートブロック上で20秒間で硬化することにより十分な接
着強度が得られる。
〔発明の効果〕
本発明により、速硬化性であり、耐加水分解性に優れ
た接着剤が得られ、耐湿信頼性に優れた半導体装置を硬
化時間を短縮して生産性を向上し、コストダウンを図っ
て得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、実施例および比較例で得た接着剤の硬化発熱
カーブを示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−71380（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−1221（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−161014（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−189806（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−271415（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C09J 163/00 - 163/10 C09J 9/02 H01L 21/58 C08G 59/62 C08G 59/68

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）ノボラック型エポキシ樹脂、 （ｂ）フェノールアラルキル樹脂および／またはノボラ
    ック型フェノール樹脂、 （ｃ）（ａ）に対して30〜500重量％のグリシジル基含
    有シラン系カップリング剤、 （ｄ）有機ボレート塩および （ｅ）銀粉末を含有してなる導電性接着剤。
  2. 【請求項２】請求項１記載の導電性接着剤で半導体素子
    をリードフレームに接合した半導体装置。
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