JP2983816B2 - 導電性樹脂ペースト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導
体素子を絶縁基板や金属フレーム等に接着する導電性樹
脂ペーストに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来半導体素子を樹脂ペーストで絶縁基
板や金属フレームに接着する場合は、ディスペンサーや
スタンピングで一定量を塗布し、その上に半導体素子を
載せ一定荷重を掛けスクライブした後硬化させていた。
しかし、この方法であると塗布厚みが一定せず、半導体
素子の面積が大きく、かつ塗布厚みが薄い場合は、半導
体素子と基板の熱膨張率が異なることにより半導体素子
の歪みが大きくなり、逆に半導体素子の面積が小さく、
かつ塗布厚みが厚い場合は、充分な接着強度が得られな
いという問題があった。そこで、ペースト厚みを一定に
するため樹脂ペースト中にスペーサーを添加する技術が
提案され、特開昭６０−１８９２２９号公報、特開平２
−１７３０７３号公報、特開平４−１５２６４２号公報
で開示されている。しかし、これらのスペーサーの粒径
は１００〜１２０μｍ（特開平２−１７３０７３号公
報）や５０〜３００μｍ（特開平４−１５２６４２号公
報）と大きいものであったり、用いるスペーサーの粒径
が２０〜４０μｍでもシリカやガラスビーズ等の無機フ
ィラーに関するものである。スペーサーの粒径が大きく
なるとペースト層が厚くなり硬化時半導体素子の歪みは
小さくなるが、接着強度が弱くなるという問題があっ
た。又、スペーサーとしてシリカなどの無機フィラーを
使用すると、硬化時無機フィラーが剛直なためペースト
が硬化収縮した場合に、半導体素子や基板との界面で剥
離し導電性が低下したり、温度サイクル試験を行った場
合ペースト硬化物との熱膨張率が一致せず樹脂との界面
で剥離し、その結果信頼性が低下するという問題があっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの問
題を解決するため種々の検討の結果なされたもので、そ
の目的とするところは半導体素子との導電性や信頼性を
低下させることなく、塗布厚みが一定となる導電性樹脂
ペーストを提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、（Ａ）平均粒
径が２０〜５０μｍで、その粒度分布が平均粒径の±５
μｍで、かつアスペクト比０．７〜１．０である球形有
機高分子フィラー、（Ｂ）最大粒径が該球形有機高分子
フィラーの平均粒径より小さい銀粉、（Ｃ）エポキシ樹
脂及び（Ｄ）硬化剤を必須成分とし、その重量配合比が （Ａ）／（Ｂ）＋（Ｃ）＋（Ｄ）＝０．３／１００〜２
／１００で 、かつ（Ｂ）／（Ｂ）＋（Ｃ）＋（Ｄ）＝
６５／１００〜８５／１００である導電性樹脂ペースト
である。

【０００５】本発明に用いる球形有機高分子フィラー
は、平均粒径が２０〜５０μｍで、粒度分布が平均粒径
の±５μｍで、かつアスペクト比０．７〜１．０なら
ば、高分子の種類について特に限定はされない。これら
の例としてポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレ
ン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニ
トリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリカーボネ
ート、ポリメチルメタアクリレート等の各種アクリレー
ト、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリ塩化
ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリジビニルベンゼン、
フッ素樹脂、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレ
ンサルファイド、ポリメチルペンテン、尿素樹脂、メラ
ミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾグア
ナミン樹脂、ポリアセタール樹脂、キシレン樹脂、フラ
ン樹脂、ポリイソシアネート樹脂、フェノキシ樹脂、シ
リコーン樹脂等があり、これらを適宜変性しても良く、
又単独でも混合して用いてもよい。これらの中で熱硬化
性樹脂を用いる場合は、半導体素子を搭載する際に、約
１００ｇの荷重をかけた場合に、該樹脂の直径が２０％
以下の変形ならば、どのような硬化度のものでも支障は
ない。更に、導電性をよくするため球形有機高分子フィ
ラーの表面をＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓ
ｎ、Ｚｎ等の導電性金属やその酸化物、合金等で被覆し
てもよい。表面を被覆された球形有機高分子フィラーの
平均粒径、粒度分布、アスペクト比は当然上記の範囲内
に入るものである。

【０００６】球形有機高分子フィラーの平均粒径は２０
〜５０μｍで、粒度分布は平均粒径の±５μｍである。
平均粒径が２０μｍ未満であると硬化後の半導体素子に
かかる歪みを吸収するのに充分なペースト厚みが確保で
きず、５０μｍを越えると接着強度が低下し好ましくな
い。又、その粒度分布が平均粒径の±５μｍから外れる
と、ペーストの厚みにバラツキが発生し、目的とするペ
ースト厚みが得られなかったり半導体素子の傾きが発生
し好ましくない。更に、有機高分子フィラーの形状は球
形でアスペクト比が０．７〜１．０であり、表面に突起
や凹凸があっても上記の条件を満たしていればよい。こ
れよりアスペクト比が小さいとペースト厚みが一定にな
らないため好ましくない。球形有機高分子フィラーの配
合割合は、銀粉とエポキシ樹脂の合計１００重量部に対
して０．３〜２重量部とする必要がある。配合量が０．
３重量部未満だとペースト厚みを調整できず、２重量部
を越えると接着強度の低下、ディスペンス時のニードル
詰まり、ペースト粘度の上昇といった弊害を生じる。

【０００７】本発明に用いる銀粉の最大粒径は、スペー
サーとなる球形有機高分子フィラーの平均粒径より小さ
いこと必要である。スペーサーの平均粒径より大きな粒
径の銀粉を含有していると、ペースト厚みが厚くなった
り、半導体素子の傾きが発生したり、ペースト塗布時に
ディスペンサーのニードル詰まりが発生するため好まし
くない。また、銀粉の形状はフレーク状、樹枝状、球状
等が用いられる。これらは、ペーストに必要とされる粘
度によって異なるが、通常平均粒径が２〜１０μｍのも
のが用いられる。必要により形状や粒径の異なる２種以
上のものを適宜混合して用いてもよい。銀粉の配合割合
は、銀粉とエポキシ樹脂の合計１００重量部中に６５〜
８５重量部含有することが必要である。銀粉の量が６５
重量部未満だと硬化物の電気導電性が低下し、８５重量
部を越えるとペーストの粘度が高くなり過ぎ、塗布作業
性が悪化し実用的でない。

【０００８】本発明に用いるエポキシ樹脂は特に限定さ
れないが、エポキシ樹脂は常温で液状のものか固形でも
希釈剤に溶解し液状にしたものが好ましい。これは常温
で液状のものでないと樹脂ペーストの作業性の調整のた
め多量の溶剤を必要とするためである。多量の溶剤は硬
化時のボイド発生原因となり、接着強度、導電性、熱伝
導率を低下させてしまうので好ましくない。本発明に用
いるエポキシ樹脂としては、例えばビスフェノールＡ、
ビスフェノールＦ、フェノールノボラック類等とエピク
ロルヒドリンとの反応で得られるポリグリシジルエーテ
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シド、ジシクロペンタジエ
ンジオキシド、アリサクリックジエポキシ−アジペイト
のような脂環式エポキシ、更には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
レンオキサイド、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といった通常
のエポキシ樹脂の希釈剤として用いられるものがある。
これらは単独でも混合して用いてもよい。

【０００９】本発明に使用するエポキシ樹脂の硬化剤と
しては、ペーストのシェルフライフを損なわないもので
あれば、特に限定されない。例えば、ヘキサヒドロフタ
ール酸無水物、メチルヒドロフタール酸無水物、ナジッ
ク酸無水物等の酸無水物、ノボラック型フェノール樹脂
等のポリフェノール類、及びジアミノジフェニルメタ
ン、ジアミノジフェニルスルホン、イミダゾール、ジシ
アンジアミド等のアミン系化合物等が挙げられる。

【００１０】また、必要により触媒を添加しても良い。
触媒の例としてはトリフェニルフォスフィン、トリブチ
ルフォスフィン等の有機フォスフィン類、これらの有機
ボレート塩、１，８−ジアザビシクロウンデセン等のジ
アザ化合物等が挙げられる。更に可撓性付与剤、消泡
剤、カップリング剤等の添加剤を用いても差し支えな
い。本発明の製造方法は、銀粉、エポキシ樹脂、硬化剤
を予備混合した後、三本ロールを用いて混練し、球状有
機高分子フィラーを添加撹拌後、真空下脱泡し導電性樹
脂ペーストを得ることができる。

【００１１】以下、本発明を実施例で具体的に説明す
る。なお組成物の配合割合は重量部である。 実施例１〜１０ エポキシ樹脂として、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エーテルビ
スフェノールＡ（エポキシ当量１８０）７０重量部、ク
レジルグリシジルエーテル（エポキシ当量１８５）３０
重量部、硬化剤として２−フェニル−４−メチル−５−
ヒドロキシメチルイミダゾール５重量部の割合で配合し
たもの（以下樹脂成分という）と、表１に示す銀粉を、
表１に示す割合で配合し、三本ロールで混練後、表１に
示す球形有機高分子フィラー（以下スペーサーという）
を添加撹拌し真空チャンバーにて、２ｍｍＨｇで３０分
間脱泡して導電性樹脂ペーストを得た。この得られた導
電性樹脂ペーストを以下の方法で各種性能を評価した。
評価結果を表１に示す。

【００１２】評価方法 粘度：（株）東京計器社製のＥ型回転粘度計（３度コー
ン）を用い、２５℃、２．５ｒｍｐにおける粘度を測定
した。 体積抵抗率：スライドガラス上にスペーサー添加前のペ
ーストを巾４ｍｍ、厚さ３０μｍに塗布し、１２０℃オ
ーブン中で６０分硬化した後、硬化物の体積抵抗率を測
定した。 接着強度：２×２ｍｍのシリコンチップを導電性樹脂ペ
ーストを用いて銅フレーム上にマウントし、１２０℃の
オーブン中で６０分硬化した。硬化後プッシュプルゲー
ジを用い３００℃での熱時接着強度を測定した。 チップ反り：６×１５ｍｍのシリコンチップを導電性樹
脂ペーストを用いて銅フレーム上にマウントし、１２０
℃オーブン中で６０分硬化した。硬化後、接触式表面粗
さ計を用いチップの反りを測定した。 Ｔ／Ｃ（温度サイクル試験）後接続抵抗変化：接続抵抗
評価用の半導体素子を基板上にマウントし硬化後、Ｔ／
Ｃ試験機により−４０℃／３０分後８５℃／３０分処理
を行い、再び−４０℃で処理する工程を１０００サイク
ル行う。この前後での接続抵抗を測定した。

【００１３】比較例１〜１０ 表２に示す配合割合で実施例と全く同様にして導電性樹
脂ペーストを得た。評価結果を表２に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】

【発明の効果】本発明は、ペーストの塗布厚みを一定に
することが可能になり、半導体素子への応力を緩和し接
着強度と導電性に優れ、極めて信頼性の高い半導体製品
または電子部品を得ることのできる導電性樹脂ペースト
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｂ 1/22 Ｈ０１Ｂ 1/22 Ａ Ｈ０１Ｌ 21/58 Ｈ０１Ｌ 21/58 (Ｃ０８Ｌ 63/00 101:00） (56)参考文献 特開 平４−108823（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−145602（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−161015（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−189229（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−173073（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−152642（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C08L 63/00 - 63/10 C08K 3/08 C09J 9/02 C09J 163/00 - 163/10 H01B 1/00 H01B 1/22 H01L 21/58

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）平均粒径が２０〜５０μｍで、そ
   の粒度分布が平均粒径の±５μｍで、かつアスペクト比
   ０．７〜１．０である球形有機高分子フィラー、（Ｂ）
   最大粒径が該球形有機高分子フィラーの平均粒径より小
   さい銀粉、（Ｃ）エポキシ樹脂及び（Ｄ）硬化剤を必須
   成分とし、その重量配合比が （Ａ）／（Ｂ）＋（Ｃ）＋（Ｄ）＝０．３／１００〜２
   ／１００で、かつ（Ｂ）／（Ｂ）＋（Ｃ）＋（Ｄ）＝６
   ５／１００〜８５／１００であることを特徴とする導電
   性樹脂ペースト。