JP2001031941A - 非導電性樹脂ペースト組成物及びこれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リフローソルダリング時の水分の急激な気化
膨張によるパッケージの膨れを抑制し、リフロークラッ
クが発生しない非導電性樹脂ペースト組成物及びこれを
用いた信頼性の高い半導体装置を提供する。 【解決手段】 （Ａ）２０℃で液状である芳香族基を有
するエポキシ樹脂、（Ｂ）エポキシ化ポリブタジエンと
フェノール樹脂との反応物及び（Ｃ）非導電性フィラー
を含有してなる非導電性樹脂ペースト組成物並びにこの
非導電性樹脂ペースト組成物を用いて半導体素子と基板
とを接着した後、封止してなる半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ等の
半導体素子をリードフレーム、ガラスエポキシ基板等に
接着するのに好適な非導電性樹脂ペースト組成物及びこ
れを用いた半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の実装方式は、高密度実装の
点から、従来のピン挿入方式から表面実装方式へと移行
しているが、基板への実装には基板全体を赤外線等で加
熱するリフローソルダリングが用いられている。しかし
ながら、この方法では、半導体装置が２００℃以上の高
温にさらされるため、半導体装置内部、特に接着剤層中
又は封止剤中に含まれる水分の急激な気化膨張により、
リフロークラックと呼ばれるクラックが生じて、半導体
装置の信頼性が大きく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、リフローソ
ルダリング時の水分の急激な気化膨張によるパッケージ
の膨れを抑制し、リフロークラックが発生しない非導電
性樹脂ペースト組成物及びこれを用いた信頼性の高い半
導体装置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）２０℃
で液状である芳香族基を有するエポキシ樹脂、（Ｂ）エ
ポキシ化ポリブタジエンとフェノール樹脂との反応物及
び（Ｃ）非導電性フィラーを含有してなる非導電性樹脂
ペースト組成物及びこの非導電性樹脂ペースト組成物を
用いて半導体素子と基板とを接着した後、封止してなる
半導体装置に関する。

【０００５】本発明は、さらに（Ｂ）成分中のエポキシ
化ポリブタジエンが一般式（Ｉ）

【化２】 〔式中、Ｒ¹及びＲ²はそれぞれ独立に水素原子又は水酸
基を示す〕で表される化合物である上記の非導電性樹脂
ペースト組成物に関する。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の非導電性樹脂ペースト組
成物は、前記のように、（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する
ものであるが、（Ａ）成分として用いられるエポキシ樹
脂は、２０℃（室温）で液状であり、芳香族基を有する
エポキシ樹脂である。２０℃で液状の樹脂としては、粘
度が５０ポイズ以下（２０℃で）のものが好ましい。こ
れ以外のエポキシ樹脂では耐リフロー性が劣る。前記エ
ポキシ樹脂としては、希釈剤を低減できる点から、粘度
の低いもの、具体的には粘度が２０ポイズ以下（２０
℃）のものが好ましい。また、硬化性の点から、１分子
中に２個以上のエポキシ基を有するものが好ましい。

【０００７】２０℃で液状である、ベンゼン環等の芳香
族基を有するエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェ
ノールＡ型エポキシ樹脂〔ＡＥＲ−Ｘ８５０１（旭化成
工業(株)、商品名）等〕、ビスフェノールＦ型エポキシ
樹脂〔ＹＤＦ−１７０（東都化成(株)、商品名）等〕、
ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂〔Ｒ−１７１０（三
井石油化学工業(株)、商品名）等〕、芳香族系のグリシ
ジルアミン型エポキシ樹脂〔ＥＬＭ−１００（住友化学
工業(株)、商品名）等〕、レゾルシン型エポキシ樹脂
〔デナコールＥＸ−２０１（ナガセ化成工業(株)、商品
名）等〕、一般式（II）

【化３】 〔式中、ｎは０〜５の整数を表す〕で示されるエポキシ
樹脂〔Ｅ−ＸＬ−２４、Ｅ−ＸＬ−３Ｌ（三井東圧化学
(株)、商品名）等〕などが挙げられる。これらのエポキ
シ樹脂は、２種類以上を適宜組み合わせて用いることも
できる。

【０００８】（Ａ）成分は、耐半田リフロー性の点か
ら、（Ａ）〜（Ｃ）成分の総量１００重量部に対して１
０〜８０重量部使用することが好ましく、２０〜５０重
量部使用することが好ましい。

【０００９】また、上記のエポキシ樹脂のうち、ビスフ
ェノールＦ型エポキシ樹脂及びビスフェノールＡＤ型エ
ポキシ樹脂は、粘度が低く、耐リフロー性に優れるので
好ましい。なお、ビスフェノールＦは、２つのヒドロキ
シフエニル基を結ぶ基がメチレン基の化合物であり、ビ
スフェノールＡＤは、２つのヒドロキシフエニル基を結
ぶ基が１，１−エチレン基である化合物である。

【００１０】本発明に（Ｂ）成分として用いられるエポ
キシ化ポリブタジエンとフェノール樹脂との反応物に用
いられるエポキシ化ポリブタジエンは、ポリブタジエン
にエポキシ基が導入された構造を有するもので、市販品
として、エポリードＰＢ３６００、ＰＢ４７００（いず
れもダイセル化学工業(株)、商品名）、日石ポリブタジ
エンＥ−１０００−３．５（日本石油化学(株)、商品
名）、Ｒ−１５ＥＰＩ、Ｒ−４５ＥＰＩ（いずれも出光
石油化学(株)、商品名）などが挙げられる。これらのエ
ポキシ化ポリブタジエンは、２種類以上を適宜組み合わ
せて用いてもよい。

【００１１】これらのエポキシ化ポリブタジエンのう
ち、前記一般式（Ｉ）で表される化合物は、応力低減の
効果が高く、耐リフロー性に優れるので、好ましい。前
記の一般式（Ｉ）で表されるエポキシ化ポリブタジエン
としては、エポリードＰＢ３６００（式中のＲ¹及びＲ²
が水素原子）、エポリードＰＢ４７００（式中のＲ¹及
びＲ²が水酸基）（いずれもダイセル化学工業(株)製、
商品名）などが挙げられる。

【００１２】本発明において、（Ｂ）成分の製造に用い
られるフェノール樹脂としては、アリル基を有するフェ
ノール樹脂が好ましい。アリル化フェノール樹脂として
は、一般式（III）

【化４】 〔式中、ｍは１以上の整数である〕で表されるものが好
ましく、この市販品としてはＡＬ−ＶＲ−９３００（三
井東圧化学(株)、商品名）などが挙げられる。一般式
（III）において、繰り返し数を示すｍは、１０以下の
整数であることが好ましい。

【００１３】エポキシ化ポリブタジエンとフェノール樹
脂との反応物は、エポキシ化ポリブタジエンとフェノー
ル樹脂とを、ベンジルジメチルアミン等の触媒の存在で
加熱反応させることによって得られる。

【００１４】エポキシ化ポリブタジエンとフェノール樹
脂との配合量は、耐リフロー性等の点から、エポキシ化
ポリブタジエン１００重量部に対して５〜１００重量部
が好ましく、１０〜５０重量部がより好ましく、１０〜
３０重量部が特に好ましい。このような割合で配合した
エポキシ化ポリブタジエンとフェノール樹脂に、触媒と
して０．１重量部程度のベンジルジメチルアミンを添加
し、１２０℃で１時間加熱反応させることにより、エポ
キシ化ポリブタジエンとフェノール樹脂との反応物を得
ることができる。

【００１５】また、（Ｂ）成分であるエポキシ化ポリブ
タジエンとフェノール樹脂との反応物の配合量は、耐半
田リフロー性などの点から（Ａ）〜（Ｃ）成分の総量１
００重量部に対して１０〜８０重量部が好ましく、２０
〜５０重量部がより好ましい。

【００１６】本発明に（Ｃ）成分として用いられる非導
電性フィラーとしては、特に制限はなく、各種のものが
用いられるが、例えば、窒化硼素、酸化珪素、酸化アル
ミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、窒化アルミ
ニウム、炭化珪素、タルク、炭酸カルシウム等が挙げら
れる。これらのうち、接着性に優れ、イオン不純物の少
ない窒化硼素及び酸化アルミニウムが好ましい。非導電
性フィラーの形状は、フレーク状、球状、不定形状等が
あり、特に制限はないが、接着性に優れたフレーク状が
好ましい。その数平均粒径としては、特に制限はない
が、非導電性等の点から５０μｍ以下が好ましく、１０
μｍ以下がより好ましい。平均粒子径はマスターサイザ
ー（マルパン社製）等により測定することができる。

【００１７】（Ｃ）成分の非導電性フィラーの配合量
は、接着性、作業性等の点から、（Ａ）〜（Ｃ）の総量
１００重量部に対してｌ〜８０重量部が好ましく、５０
〜４０重量部がより好ましい。

【００１８】さらに、本発明の非導電性樹脂ペースト組
成物には、必要に応じて硬化促進剤を添加することがで
きる。硬化促進剤としては、ジシアンジアミド、有機ボ
ロン塩〔ＥＭＺ・Ｋ、ＴＰＰ（北興化学株式会社製、商
品名）等〕、三級アミン類及びその塩〔ＤＢＵ、Ｕ−Ｃ
ＡＴ１０２、１０６、８３０、８４０、５００２（いず
れもサンアプロ株式会社製、商品名）等〕、イミダゾー
ル類〔キュアゾール２Ｐ４ＭＨＺ、Ｃｌ７Ｚ、２ＰＺ−
Ｏ（いずれも四国化成株式会社製、商品名）等〕、アセ
チルアセトン金属塩（金属としてＡ１、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｚｎ等）などが挙げられる。必要に応じて添加され
る硬化促進剤は単独で用いてもよく、複数種の硬化促進
剤を適宜組み合わせて用いてもよい。これらを用いる場
合、その量は（Ａ）成分のエポキシ樹脂１００重量部に
対して０．ｌ〜２０重量部が好ましく、ｌ〜１０重量部
がより好ましい。

【００１９】本発明になる非導電性樹脂ペースト組成物
には、ペースト組成物の作成時の作業性及び使用時の塗
布作業性をより良好ならしめるため、必要に応じて希釈
剤を添加することができる。これらの希釈剤としては、
ブチルセロソルブ、カルビトール、酢酸ブチルセロソル
ブ、酢酸カルビトール、エチレングリコールジエチルエ
ーテル、α−テルピネオールなどの比較的沸点の高い有
機溶剤、ＰＧＥ（日本化薬株式会社製、商品名）、ＰＰ
−１０１（東都化成株式会社製、商品名）、ＥＤ−５０
２、５０３、５０９（旭電化株式会社製、商品名）、Ｙ
ＥＤ−１２２（油化シェルエポキシ株式会社製、商品
名）、ＫＢＭ−４０３、ＬＳ−７９７０（信越化学工業
株式会社製、商品名）、ＴＳＬ−８３５０、ＴＳＬ−８
３５５、ＴＳＬ−９９０５（東芝シリコーン株式会社
製、商品名）などのｌ分子中にｌ〜２個のエポキシ基を
有する反応性希釈剤が挙げられる。これらは、耐リフロ
ー性の観点からは少ない方が好ましく、具体的には非導
電性樹脂ぺースト組成物中１０重量％以下とするのが好
ましい。

【００２０】本発明になる非導電性樹脂ペースト組成物
には、さらに必要に応じてシランカップリング剤、チタ
ンカップリング剤等の接着力向上剤、ノニオン系界面活
性剤、フッ素系界面活性剤等の濡れ向上剤、シリコーン
油等の消泡剤、無機イオン交換体等のイオントラップ剤
などを適宜添加することができる。

【００２１】本発明の樹脂ペースト組成物を製造するに
は、前記の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）成分並びに必要に
応じて添加される硬化促進剤、希釈剤及び各種添加剤
を、一括又は分割して攪拌器、らいかい器、３本ロー
ル、プラネタリーミキサー等の分散・溶解装置又はこれ
らを適宜組み合わせた装置に投入し、必要に応じて加熱
して混合、溶解、解粒混練又は分散して均一なペースト
状とすればよい。

【００２２】本発明においては、さらに、上記のように
して製造した樹脂ペースト組成物を用いて半導体素子と
基板とを接着した後、封止することにより半導体装置と
することがてきる。本発明の樹脂ペースト組成物を用い
て半導体素子をリードフレーム等の基板に接着させるに
は、まず、基板上に樹脂ペースト組成物をディスペンス
法、スクリーン印刷法、スタンピング法などにより塗布
した後、半導体素子を圧着し、その後オーブン、ヒート
ブロック等の加熱装置を用いて、例えば１２０〜２５０
℃に加熱硬化することにより行うことができる。さら
に、ワイヤボンド工程を経た後、通常の方法、例えば各
種封止剤を用いて封止することにより完成された半導体
装置とすることができる。

【００２３】

【実施例】次に、実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれによって制限されるものではない。な
お、以下の実施例及び比較例で用いた材料は、下記の方
法で作製したもの、あるいは入手したものである。

【００２４】（１）エポキシ化ポリブタジエンとフェノ
ール樹脂との反応物の作成 エポキシ化ポリブタジエン（ダイセル化学工業株式会社
製、商品名エポリードＰＢ４７００）１００重量部にフ
ェノール樹脂（三井東圧化学株式会社製、商品名ＡＬ−
ＶＲ−９３００）２０重量部及び触媒としてベンジルジ
メチルアミン（東京化成工業株式会社製、試薬）０．１
２重量部を加え、１２０℃に加熱し、１時間攪拌を続
け、エポキシ化ポリブタジエンとフェノール樹脂との反
応物を得た。

【００２５】（２）比較例で用いたフェノール樹脂溶液
の調整 フェノールノボラック樹脂（明和化成株式会社製、商品
名Ｈ−１、ＯＨ当量＝１０６）１重量部及び希釈剤とし
てアルキルフエニルグリシジルエーテル（東都化成株式
会社製、商品名ＰＰ−１０１、エポキシ当量＝２３０）
２重量部を１００℃に加熱し、１時間攪拌を続け、均一
なフェノール樹脂溶液を得た。 （３）希釈剤 アルキルフエニルグリシジルエーテル（東都化成株式会
社製、商品名ＰＰ−１０１）

【００２６】（４）硬化促進剤 ２−フエニル−４−メチル−５−ヒドロキシイミダゾー
ル（四国化成株式会社製、２Ｐ４ＭＨＺ） （５）非導電性フィラー 窒化硼素フィラー（電気化学工業株式会社製、ＢＮ−Ｇ
Ｐ）

【００２７】実施例１〜２及び比較例１〜３ 表１に示す配合割合で各成分を混合し、３本ロールを用
いて混練した後、５トル（Torr）以下で１０分間脱泡処
理を行い、非導電性樹脂ペースト組成物を得た。この非
導電性樹脂ペースト組成物の特性（粘度、接着強度、ピ
ール強度及び耐リフロー性）を下記の方法で測定し、結
果を表１に示す。

【００２８】 粘度 ＥＨＤ型回転粘度計（東京計器株式会社製）を用いて２
５℃における粘度（Pa・s）を測定した。 接着強度 非導電性樹脂ペースト組成物をＡｇめっき付銅リードフ
レーム上に約８０μｇ塗布し、この上に２mm×２mmのＳ
ｉチップ（厚さ約０．４mm）を圧着し、さらに２００℃
に設定したヒートブロック上に載せ、６０秒加熱した。
この試料について自動接着力試験装置（Ｄａｇｅ社製、
マイクロテスター）を用いて室温における剪断接着強度
（kg／チップ）を測定した。 ピール強度 非導電性樹脂ペースト組成物を４２アロイ上に約１．０
mg塗布し、この上に８mm×８mmのＳｉチップ（厚さ約
０．４mm）を圧着し、さらに２００℃に設定したヒート
ブロック上に載せ、６０秒加熱した。この試料について
自動接着力試験装置（日立化成工業(株)製）を用いて２
４０℃における引き剥がし強さ（kg／チップ）を測定し
た。

【００２９】 耐リフロー性 上記実施例及び比較例により得た非導電性樹脂ペースト
組成物を用い、４２アロイのリードフレームと８mm×１
０mmのＳｉチップ（厚さ約０．４mm）を、１８０℃まで
３０分で昇温し、１８０℃で６時間加熱して硬化すると
いう硬化条件により硬化し、接着した。その後、日立化
成工業(株)製エポキシ封止材（商品名ＣＥＬ−４６２
０）により封止し、半田リフロー試験用パッケージ（Ｑ
ＦＰ、大きさ１４mm×２０mm×２mm）を得た。同じ試験
用パッケージを５個作製した。各パッケージを温度及び
湿度がそれぞれ８５℃及び８５％の条件に設定された恒
温恒湿槽中に４８時間放置し、吸湿させた。その後、２
４０℃／１０秒のリフロー条件で半田リフローを行い、
パッケージの外部クラックの発生数を顕微鏡（倍率１５
倍）で観察した。５個のサンプルについてクラックの発
生したパッケージ数を示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１に示した結果から、エポキシ化ポリブ
タジエンとフェノール樹脂との反応物を用いていない比
較例１では、全てのパッケージに外部クラックが発生
し、エポキシ化ポリブタジエン及びフェノール樹脂のい
ずれか一方しか用いていない比較例２及び３でも高い割
合でパッケージに外部クラックが発生するため、半導体
装置の信頼性低下を招く。それに対して実施例１及び２
に示した本発明の非導電性樹脂ペースト組成物を用いた
場合は、パッケージの外部クラックの発生も抑制され、
信頼性の高いパッケージが得られることが確認された。

【００３２】

【発明の効果】本発明の非導電性樹脂ペースト組成物
は、リフローソルダリング時の水分の急激な気化膨張に
よるパッケージの膨れを抑制し、リフロークラックが発
生しないものであり、特に、エポキシ化ポリブタジエン
とフェノール樹脂との反応物として一般式（Ｉ）で示し
た化合物を用いた場合には、さらに、応力の低減効果が
得られ、リフロークラック抑制効果がいっそう顕著にな
る。本発明の半導体装置は、リフローソルダリング時の
水分の急激な気化膨張によるパッケージの膨れを抑制
し、リフロークラックが発生しないため、半導体装置と
しての信頼性が高い。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J036 AC05 AD08 AE05 AH07 AK03 CD07 DC31 DC41 FA03 FA04 FA05 GA06 GA17 JA07 4J040 EC06 EC061 EC07 EC071 EC12 EC121 EC21 EC211 EC38 EC381 HA136 HA156 HA196 HA206 HA296 HA306 HA326 HA356 JA05 KA42 LA01 LA06 MA05 MA10 NA20 5F047 BA34 BB11

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）２０℃で液状である芳香族基を有
   するエポキシ樹脂、（Ｂ）エポキシ化ポリブタジエンと
   フェノール樹脂との反応物及び（Ｃ）非導電性フィラー
   を含有してなる非導電性樹脂ペースト組成物。
2. 【請求項２】 （Ｂ）成分中のエポキシ化ポリブタジエ
   ンが一般式（Ｉ） 【化１】 〔式中、Ｒ¹及びＲ²はそれぞれ独立に水素原子又は水酸
   基を示す〕で表される化合物である請求項１記載の非導
   電性樹脂ペースト組成物。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の非導電性樹脂ペー
   スト組成物を用いて半導体素子と基板とを接着した後、
   封止してなる半導体装置。