JPS5844712B2 - 接着剤組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置の組立法における半導体素子と外部
支持電極（リードフレーム）との接合用接着剤組成物に
関し、その目的とするところは、有機接着剤を接合材と
して用いた気密封止型半導体装置において、気密封止温
度に十分耐えるだけの耐熱性を有し、かつ半導体素子と
外部支持電極を強固に接着する能力をもつ接着剤組成物
を提供することにある。

従来、半導体素子と外部支持電極との接合には５００°
Ｃ程妾の温度で懲戒されるＡｕとＳｉの共晶を接合材と
して用いるいわゆるＡｕ−８ｉ共晶法が一般的であった
。

しかしながら近年、Ａｕ価格の高騰により、半導体装置
に占める接合材の価格比が増大し、接合材の脱Ａｕ化が
図られている。

プラスチックパッケージの場合はＡｕ−８ｉ共晶に代る
接着剤としては、主としてエポキシ系接着剤が実用化さ
れている。

ところがエポキシ系接着剤を気密封止型半導体装置に適
用した場合、通常エポキシ系接着剤は３００乃至３５０
°Ｃで熱分解を開始するため、封着温度（Ａｕ−８ｎの
場合的３５０℃、低融点ガラスの場合４５０乃至４７５
°Ｃ）では熱分解し、接着剤としての機能を果たすこと
ができない。

このため最近気密封止型半導体装置用接着剤としてポリ
イミド系接着剤か用いられるようになってきているが、
通常のポリイミド系樹脂を用いた場合以下の問題点かあ
る。

即ち通常のポリイミド系樹脂はシリコンウェハーとの接
着力が小さく、その接着力を高めるために接着性付与剤
を併用することか必要である。

接着性付与剤としてはシラン系カップリング剤か主とし
て用いられ、特にアミノシラン系カップリング剤がポリ
イミド系樹脂には有用であることが知られているが、ア
ミノシラン系カップリング剤をポリイミド系樹脂の前１
駆体であるポリイミド酸に添加するとポリアミド酸の縦
目こよる粘度低下の程妾か大きくなり、このため使用直
前に添加しなければならない等の問題がある。

これを避けるため予めウェハー裏面にカップリング剤層
を形成し、その後接着剤を塗布する方法があるが、工程
数が増加する欠点がある。

そこで本発明者らは従来のポリイミド系接着剤のこれら
欠点を改良する目的で種々検討の結果、本発明を完成し
た。

本発明はジアミノシロキサン、ケイ素を含まない有機ジ
アミンおよび有機四塩基酸二無水物を反応させて得られ
る０、１乃至５０モルφの式（１）で表わされる反覆単
位と５０乃至９９．９モル係の式（２）で表わされる反
覆単位からなるポリイミド−シリコーン前駆体、充てん
剤ならびに溶媒を含有する半導体素子と外部支持電極と
の接合用接着剤組成物に関する。

（但し、Ｒは２価の炭化水素基、Ｒ′は１価の炭化水素
基、Ｒ″は４価の有機基、甲はケイ素を含まない有機ジ
アミンの残基である２価の有機基、ｎは１以上の整数で
ある）。

上記の式（１）で表わされる反覆単位と式（２）で表わ
される反覆単位とからなるポリイミド−シリコーン前１
駆体の製造法の一例は特公昭４３−２７４３９号公報に
述べられている。

即ち、ケイ素を含まない有機ジアミン、ジアミノシロキ
サンおよび有機四塩基酸二無水物を溶媒中で反応させ、
ポリイミド−シリコーン前駆体であるポリアミド酸が生
成される。

本発明においては、上記の式（１）で表わされる反覆単
位は０．１乃至５０モル係、式（２）で表わされる反覆
単位は５０乃至９９，９モルφの範囲とされるが、これ
は、ジアミノシロキサンを０．１乃至５０モル覧ケイ素
を含まない有機ジアミンを５０乃至９９．９モル係の範
囲で反応させてこの範囲に調整される。

本発明において用いられるジアミノシロキサンとしては
一般式 ％式％ これらは１種又は２種以上が用いら れる。

ケイ素を含まない有機ジアミンとしては例えば、４．４
′−ジアミノジフェニルエーテル、４．４’ジアミノジ
フエニルメタン、４．４’−ジアミノジフェニルスルホ
ン、４，４′−ジアミノジフェニルサルファイド、ベン
ジジン、メクフエニレンジアミン、パラフェニレンジア
ミン、１，５−ナフタレンジアミン、２，６−ナフタレ
ンジアミンなどが１種又は２種以上用いられる。

また有機四塩基酸二無水物としては例えば、ピロメリッ
ト酸二無水物、３ 、３’ 、 ４ 、４’−ジフェニ
ルテトラカルボン酸二無水物、３．３’、４．４’ペン
ゾフエノンテ１〜ラカルボン酸二無水物、シクロペンク
ンテトラカルボン酸二無水物、１，２゜５．６−ナツタ
レンチトラカル６ボン酸二無水物、２．３．．６．７−
ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２，３，５．６
−ピリジンテトラカルボン酸二無水物、１，４，５．８
−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、３，４，９．
１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、４，４′−
スルホニルシフタル酸二無水物などがあり、これらは１
種又は２種以上か用いられる。

前記単量体化合物より前駆体であるポリアミド酸を製造
するに際しては不活性の溶媒が使用されるが、特に好ま
しいものとしては生成するポリアミド酸を溶解するもの
である。

例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ、Ｎ−ジメチ
ルアセトアミド、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ、
Ｎジエチルホルムアミド、ジメチルスルホキサイド、ヘ
キサメチルホスホルアミド、テトラメチレンスルホンな
どの１１種若しくは２種以上が用いられる。

ポリアミド酸の合或は、ケイ素を含まない有機ジアミン
、ジアミノシロキサンおよび有機四塩基酸二無水物を精
製された不活性溶媒にできるだけよく溶解し、この系を
約８０℃以下特に室温付近ないしそれ以下の温度に保ち
ながら攪拌する。

これによって反応は速やかに進行し、かつ反応系の粘変
は次第に上昇し、ポリイミド−シリコーン前駆体が生成
する。

前記の単量体化合物よりポリイミド−シリコーン前駆体
を製造するに際して、最良の耐熱性を得るためには、ケ
イ素を含まない有機ジアミンとジアミノシロキサンの総
量に対して等モルの有機四塩基酸二無水物を用いること
か好ましい。

本発明におけるポリイミ において、式（１） シリコーン前駆体 （Ｒ、Ｒ’、狂及びｎは前記に同じ） で表わされる反覆単位の全共重合体に占める割合は０．
１乃至５０モルφである。

これは上記反覆単位の割合が０．１モル係未満であると
半導体素子との接着性が悪く、接着性を確保するために
はカップリング剤を使用することが必要となり本発明の
目的を満足しないからである。

また、上記反覆単位の含有量の増大に伴い、共重合体の
耐熱性は低下し、５０モル係を超えるとその重量減少開
始温度は３５０℃以下となり、封止層封止時に加えられ
る熱処理に耐えることができない。

本発明になる接着剤組成物は、上記のポリイミド−シリ
コーン前駆体を製造する際に用いた溶媒を含むものであ
る。

上記の製造の際に用いた溶媒にキシレン、トルエン等の
芳香族系溶媒、アセトン等のケトン系溶媒、ブチルセロ
ソルブ等のエーテルグリコール系溶媒などをポリイミド
−シリコーン前駆体が析出しない範囲、通常２０重重量
風下の範囲で加えることもできる。

本発明になる接着剤組成物には、充てん剤が含有される
。

充てん剤としては無機充てん剤又は導電性充てん剤か用
いられる。

無機充てん剤としては接着力の向上、揺変性の付与を目
的として、シリカ、金属酸化物、石英ガラス粉末などを
用いることができる。

また素子の電極部が素子の外部支持電極側にある場合、
熱放散を必要とする場合には導電性充てん剤か用いられ
、通常Ａｇ粉末か好ましいが、グラファイト、カーボン
ブラック等の炭素粉末とＡｇ粉末との併用も行なわれる
。

導電性充てん剤としてＡｇ粉末を用いる場合その粒度は
最大粒径５μｍ未満であることが好ましい。

これは半導体素子と外部支持電極間の接着剤層の厚さは
通常１０乃至３０μｍとされるが、５μｍ以上のＡｇ粉
末が凝集したような場合にはギャップか１０乃至３０μ
ｍ以上となり半導体素子と外部支持電極とが均一に接合
されず十分な接着力が得られないためである。

またＡｇ粉末の含量については特に制限はないが、ポリ
イミド−シリコーン前駆体に対して５０乃至９０重量り
の範囲で用いるのが、接着性、導電性の観点から望まし
い。

本発明の接着剤組成物による半導体素子と外部支持電極
の接着は例えば以下の様にして行なわれる。

予め良く洗浄された外部支持電極のタブ上にディスペン
サーあるいは印刷法により前記接着剤を塗布し、半導体
素子を乗せ軽く圧力を加えて半導体素子と外部支持電極
とをよく密着させた後に、２００乃至５００℃好ましく
は３００乃至４５０℃で３０秒以上熱処理する。

尚この際溶媒の揮散をゆっくり行ない、泡等の発生をな
くすために、予め８０乃至１２０°Ｃで５乃至６０分子
備加熱することもできる。

この際タブ上に塗布する接着剤の量は半導体素子と外部
支持電極とを密着させた時、半導体素子の外周にわずか
に接着剤がはみ出る程度か接着性の点から有効である。

以下に実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例 １ 溶媒として、ｎ−ブタノールを用いて再結晶した４、４
′−ジアミノジフェニルエーテル９．０，９゜減圧蒸留
によって精製した１、３−ビス（アミノプロピル）−テ
トラメチルジシロキサン１．２ｇ、無水酢酸を用いて再
結晶した無水ピロメリット酸１０．９ｇを減圧蒸留によ
って精製したＮ−メチル２−ピロリドン１１９．６ｇ中
で反応させ、樹脂分１４．５重量φ、粘１ｉ１２５ポア
ズのポリイミドシリコーン前駆体溶液を得た（式（１）
で表わされる反覆単位は１０モル係、式（２）で表わさ
れる反覆単位は９０モル％）。

この溶液を外部支持電極のタブ上に滴下し、半導体素子
を接着した後１００℃で３０分、３５０℃で３０分熱処
理した。

半導体素子と外部支持電極との接着力をプツシプルゲー
ジにより測定したところ３５０℃で１８ｋｇ／ｆｆｌで
あり、ボンディング圧に十分耐え得るだけの接着力を有
していることがわかった。

また熱天秤で測定した重量減少開始湿ｉは４５０℃であ
り、セラミック封止温度にも十分耐え得ることかわかっ
た。

比較例 １ 実施例１と同様な方法で精製した４、４′−ジアミノジ
フェニルエーテル１０．０．９と無水ピロメリット酸１
０．９ｇとを蒸留精製したＮ−メチル−２−ピロリドン
１１８．４ｇ中で反応させ、樹脂分濃度１４．７重量係
、粘度」３５ポアズのポリアミド酸溶液を得た。

このポリアミド酸溶液を用いて、実施例１と同様な方法
で半導体素子と外部支持電極とを接着し、３５０℃での
接着力を゛測定したところ８ｋｇ／ｃｒｉｉでボンディ
ング時の圧力に対し十分な接着力を有していないことが
わかった。

実施例 ２ 実施例１で用いたポリイミド−シリコーン前駆体溶液１
０（ｌに平均粒径１．２μｍのＡｇ粉末１０．５ｇを添
加し、乳鉢で均一に混合した。

これをガラス板上に塗布し、１０００Ｃで３０分、３５
０℃で３０分熱処理後その体積抵抗率を測定したところ
１０ Ω・のであった。

また実施例１と同様な方法で半導体素子と外部支持電極
を接着し、その接着力を測定したところ２０ｋｇ／ｉで
あった。

本発明になる接着剤組成物はカップリング剤等の接着助
剤なしに半導体素子と外部支持電極とを強固に接着する
ことを可能とし、またセラミック封止時の熱処理に対し
ても十分な耐熱性を有するものである。

このため、従来のＡｕ−８ｉ共晶からの置換か可能で、
半導体装置のコスト低減に大きな効果をもたらすもので
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ジアミノシロキサン、ケイ素を含まない有機ジアミ
   ンおよび有機四塩基酸二無水物を反応させて得られる０
   、１乃至５０モル％の式（１）で表わされる反覆単位と
   ５０乃至９９．９モルφの式（２）で表わされる反覆単
   位からなるポリイミド−シリコーン前駆体、充てん剤な
   らびに溶媒を含有してなる半導体素子と外部支持電極と
   の接合用接着剤組成物。 （但し、Ｒは２価の炭化水素基、「は１価の炭化水素基
   、Ｗは４価の有機基、Ｗはケイ素を含まない有機ジアミ
   ンの残基である２価の有機基、ｎは１以上の整数である
   ）。 ２ 充てん剤が導電性充てん剤である特許請求の範囲第
   １項記載の半導体素子と外部支持電極との接合用接着剤
   組成物。 ３ 充てん剤が最大粒径５μｍ未満のＡｇ粉末である特
   許請求の範囲第１項記載の半導体素子と外部支持電極と
   の接合用接着剤組成物。