接着剤組成物
【課題】半導体素子の常温での超音波によるワイヤボンディング方式による接続を可能とする接着剤組成物を提供する。
【解決手段】半導体素子支持部材上に、常温で超音波によるワイヤボンディング方式により電気的接続がなされる電極を有する半導体素子を接着するために使用される接着剤組成物であって、数平均粒径５〜４０μｍ、圧縮弾性率１〜４ＧＰａの（メタ）アクリル樹脂からなる樹脂ビーズを０．０１〜１質量％含有する接着剤組成物である。
【解決手段】半導体素子支持部材上に、常温で超音波によるワイヤボンディング方式により電気的接続がなされる電極を有する半導体素子を接着するために使用される接着剤組成物であって、数平均粒径５〜４０μｍ、圧縮弾性率１〜４ＧＰａの（メタ）アクリル樹脂からなる樹脂ビーズを０．０１〜１質量％含有する接着剤組成物である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体素子（以下、半導体チップまたは単にチップとも称する）をリードフレームなどに接着するために使用される接着剤組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体素子は、リードフレームと称する金属片にマウントし、Ａｕ／Ｓｉ共晶法あるいはダイボンディングペーストと称する接着剤を用いて固定した後、リードフレームのリード部と半導体素子上の電極とを細線ワイヤ（ボンディングワイヤ）により接続し、次いでこれらをパッケージに収納して半導体製品とすることが一般的であった。ボンディングワイヤとリード部または電極との接合は熱圧着によって行われる。
【０００３】
しかし、近年、半導体素子は集積度の増大に伴い大型化が進んでおり、一方、これらを搭載するリードフレームには、コストダウンを図る目的で、銅フレームが、従来の高価な４２合金フレームに代わって広く用いられるようになってきた。その結果、半導体素子と銅フレームとの熱膨張率の差に起因して半導体素子にクラックや反りが発生するという問題が生じてきた。
【０００４】
この問題は、半導体素子のマウント工程にＡｕ／Ｓｉ共晶法を用いた場合に特に顕著であるが、ダイボンディングペーストを用いた場合であっても、従来のペーストは、熱硬化性樹脂を主成分としているため、硬化物の弾性率が高く、半導体素子と銅フレームとの歪を吸収することはできなかった。
【０００５】
このため、硬化物の弾性率を低減させるなど、上記問題を解決すべく様々なダイボンディングペーストが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、接着強度が低下したり、作業性が低下するなどの新たな問題が発生し、未だ満足し得る特性を備えたものは得られていない。
【０００６】
一方、最近、ワイヤボンディング工程において、作業時間の短縮および製品のコストダウンのために、常温で超音波にて行う方式が提案されている（例えば、特許文献２、３参照。）。この方式は、加熱が不要であるため、加熱によるフレームおよびワイヤの酸化を防ぐことができ、また、上記のような熱膨張率の差に起因する問題を回避することができる。しかし、超音波を印加することにより発生する機械的応力により、ペースト接合部にクラックや剥がれなどが発生するおそれがあった。
【特許文献１】特開２００１−１０６７６７号公報
【特許文献２】特開平８−１２５１１１号公報
【特許文献３】特開２００２−２２２８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような従来技術の課題に対処してなされたもので、応力緩和性に優れた硬化物を与え、したがって、半導体素子の常温での超音波ワイヤボンディング方式による電気的接続が可能であり、しかも、接着強度が良好で、作業性にも優れる接着剤組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、（メタ）アクリル樹脂からなる特定の物性を有する樹脂ビーズを含有する接着剤組成物により、上記の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、半導体素子支持部材上に、常温で超音波によるワイヤボンディング方式により電気的接続がなされる電極を有する半導体素子を接着するために使用される接着剤組成物であって、数平均粒径５〜４０μｍ、圧縮弾性率１〜４ＧＰａの（メタ）アクリル樹脂からなる樹脂ビーズを０．０１〜１質量％含有することを特徴とする接着剤組成物である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、応力緩和性に優れた硬化物を与え、半導体素子の常温での超音波ワイヤボンディング方式による電気的接続が可能であり、しかも、接着強度が良好で、作業性にも優れる接着剤組成物を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明の接着剤組成物に使用する樹脂ビーズは、数平均粒径が５〜４０μｍ、圧縮弾性率１〜４ＧＰａの（メタ）アクリル樹脂からなるものである。
【００１３】
樹脂ビーズの数平均粒径が５μｍ未満では、応力緩和効果が小さく、超音波ワイヤボンディングの際にチップを損傷させるおそれがあり、また、接着力も低下する。逆に、数平均粒径が４０μｍを越えると、その硬化物である接着剤層に空隙（ボイド）が発生しやすくなる。樹脂ビーズの数平均粒径は、５〜２０μｍであることが好ましい。樹脂ビーズの数平均粒径は、フロー式画像解析装置により測定することができる。
【００１４】
一方、樹脂ビーズの圧縮弾性率が１ＧＰａに満たないと、半導体素子のダイボンディングマウント時に変形し、接着剤層の層厚にバラツキが生じ、超音波ワイヤボンディングに対する耐性や接着力が低下するおそれがある。逆に、圧縮弾性率が４ＧＰａを超えると、組成物硬化時の収縮に追従できず密着性が低下し、また、体積の収縮により空隙が発生しやすくなる。樹脂ビーズの圧縮弾性率は、３〜４ＧＰａであることが好ましい。圧縮弾性率は、ＪＩＳ Ｋ ７１８１（プラスチック−圧縮特性の試験方法）に準拠して測定される。
【００１５】
なお、樹脂ビーズを構成する（メタ）アクリル樹脂としては、メタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、メタクリル酸エチル樹脂（ＰＥＭＡ）、メタクリル酸ブチル樹脂（ＰＢＭＡ）、メタクリル酸メチル−メタクリル酸エチル共重合体およびこれらの混合物などが挙げられ、なかでも、メタクリル酸メチル樹脂が好ましい。
【００１６】
上記条件を満足するメタクリル酸メチル樹脂からなる樹脂ビーズ（数平均粒径１０μｍ、圧縮弾性率３ＧＰａ）は、例えば綜研化学(株)よりＭＸ−１０００という商品名で市販されており、本発明で用いる樹脂ビーズとして好適である。
【００１７】
本発明の目的のためには、この樹脂ビーズは接着剤組成物全体の０．０１〜１質量％含有させる必要があり、好ましくは０．０１〜０．２質量％である。すなわち、組成物中の樹脂ビーズの含有量が０．０１質量％未満では、チップマウント時にチップが傾くおそれがあり、逆に、１質量％を超えると、接着力が低下する。
【００１８】
本発明において、上記樹脂ビーズが配合されるベースとなる接着剤組成物としては、（ａ）熱硬化性樹脂、（ｂ）硬化剤および（ｃ）フィラーを含有するものが挙げられる。
【００１９】
（ａ）熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン‐ホルマリン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリブタジエン樹脂、キシレン樹脂などが挙げられるが、なかでもエポキシ樹脂、またはエポキシ樹脂と他の熱硬化性樹脂との併用が好ましい。
【００２０】
エポキシ樹脂としては、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するものであれば特に制限されることなく使用され、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、特殊多官能型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂などが挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。熱伝導性を高める観点からは、常温（２３℃）で結晶性のあるエポキシ樹脂が好ましい。また、エポキシ樹脂と他の熱硬化性樹脂とを併用する場合、他の熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂１００質量部に対して０〜５０重分の範囲で配合することが好ましい。
【００２１】
また、（ｂ）硬化剤は、（ａ）熱硬化性樹脂の種類に応じて従来より一般に使用されているものの中から適宜選択すればよく、例えば（ａ）熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を使用する場合には、例えばフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビニルフェノールの重合物（ポリ−ｐ−ビニルフェノールなど）、ビスフェノール樹脂、フェノールビフェニレン樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂などのフェノール樹脂；ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどの脂肪族アミン；芳香族アミン；ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミック酸などの酸無水物；フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビニルフェノールの重合物（ポリ−ｐ−ビニルフェノールなど）、ビスフェノール樹脂、フェノールビフェニレン樹脂などのフェノール樹脂；ジシアンアミド、アジピン酸ジヒドラジド、ドデカン酸、イソフタル酸、ｐ−オキシ安息香酸などの潜在性硬化剤；イミダゾール類；イソシアネート化合物；カチオン系硬化剤などが挙げられる。これらの硬化剤は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。熱伝導性を高める観点からは、エポキシ樹脂の硬化剤として、なかでも数平均分子量が５００以上で、かつ常温（２３℃）で結晶性のあるフェノール樹脂が好ましい。また、この場合、フェノール樹脂は、エポキシ樹脂が有するエポキシ基数１．０に対し、フェノール性水酸基数が０．５〜１．５となる範囲が好ましい。
【００２２】
（ａ）熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を使用する場合、（ｂ）硬化剤とともに、さらに硬化促進剤を使用することが好ましい。硬化促進剤としては、従来、エポキシ樹脂の硬化促進剤として使用されているものであれば特に制限されることなく使用することができるが、なかでもイミダゾール系硬化促進剤、アミン系硬化促進剤が好ましく、イミダゾール系硬化促進剤がより好ましい。
【００２３】
イミダゾール系硬化促進剤の具体例としては、イミダゾール、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−イソプロピルイミダゾール、２−ｎ−プロピルイミダゾール、２−ウンデシル−１Ｈ−イミダゾール、２−ヘプタデシル−１Ｈ−イミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニル−１Ｈ−イミダゾール、４−メチル−２−フェニル−１Ｈ−イミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾリウムトリメリテイト、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾリウムトリメリテイト、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、２，４−ジアミノ−６−［２′−メチルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２′−ウンデシルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２′−エチル−４−メチルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジシアノ−６−［２′−メチルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジンイソシアヌル酸付加物、２−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、２−メチルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニル−４，５−ジ（２−シアノエトキシ）メチルイミダゾール、１−ドデシル−２−メチル−３−ベンジルイミダゾリウムクロライド、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール塩酸塩、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイトなどが挙げられる。
【００２４】
また、アミン系硬化促進剤の具体例としては、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジプロピレンジアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、ペンタンジアミン、ビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテル、ペンタメチルジエチレントリアミン、アルキル−ｔ−モノアミン、１，４−ジアザビシクロ（２，２，２）オクタン（トリエチレンジアミン）、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルプロピレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロヘキシルアミン、ジメチルアミノエトキシエトキシエタノール、ジメチルアミノヘキサノールなどの脂肪族アミン類；ピペリジン、ピペラジン、メンタンジアミン、イソホロンジアミン、メチルモルホリン、エチルモルホリン、Ｎ，Ｎ′，Ｎ″−トリス（ジアミノプロピル）ヘキサヒドロ−ｓ−トリアジン、３，９−ビス（３−アミノプロピル）−２，４，８，１０−テトラオキシスピロ（５，５）ウンデカンアダクト、Ｎ−アミノエチルピペラジン、トリメチルアミノエチルピペラジン、ビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン、Ｎ，Ｎ′−ジメチルピペラジン、１，８−ジアザビシクロ（４，５，０）ウンデセン−７などの脂環式および複素環式アミン類；ｏ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ｍ−キシレンジアミン、ピリジン、ピコリン等の芳香族アミン類；エポキシ化合物付加ポリアミン、マイケル付加ポリアミン、マンニッヒ付加ポリアミン、チオ尿素付加ポリアミン、ケトン封鎖ポリアミン等の変性ポリアミン類；ジシアンジアミド；グアニジン；有機酸ヒドラジド；ジアミノマレオニトリル；アミンイミド；三フッ化ホウ素−ピペリジン錯体；三フッ化ホウ素−モノエチルアミン錯体などが挙げられる。
【００２５】
これらの硬化促進剤は１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。イミダゾール系硬化促進剤としては、なかでも、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−メチルイミダゾール、２，４−ジアミノ−６−［２′−ウンデシルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジシアノ−６−［２′−メチルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジンイソシアヌル酸付加物が好ましい。また、アミン系硬化促進剤としては、なかでもエチレンジアミン、ジエチレントリアミンが好ましい。硬化促進剤としては、特に、２，４−ジシアノ−６−［２′−メチルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジンイソシアヌル酸付加物が好ましい。
【００２６】
上記硬化促進剤は、エポキシ樹脂１００質量部に対して、０．１〜１０質量部の範囲が好ましく、０．２〜７．０質量部の範囲がより好ましい。０．１質量部未満では、十分な硬化促進効果が得られず、１０質量部を超えると、硬化促進効果はさほど変わらずに、耐熱性が低下する。
【００２７】
（ｃ）フィラーは、本組成物に良好な接着性、熱伝導性などを付与する成分であり、例えば銀粉末、金粉末、銅粉末などの金属粉末、アルミナ粉末、シリカ粉末などが挙げられる。銀粉末などの金属粉末は、本組成物にさらに導電性を付与する成分であり、ハロゲンイオン、アルカリ金属イオンなどのイオン性不純物の含有量が２０ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
フィラーの形状は特に限定されるものではなく、鱗片状、フレーク状、球状など、任意の形状であってよい。
【００２９】
また、フィラーの粒径は、要求される組成物の粘度によっても異なるが、金属粉末では、通常、平均粒径１〜１５μｍであり、好ましくは、平均粒径１〜１０μｍである。金属粉末の平均粒径が１μｍ以上であれば、組成物は適度な粘度を有し、平均粒径が１５μｍ以下であれば、組成物の塗付時または硬化時における樹脂成分のブリードが抑制される。また、シリカ粉末では、通常、平均粒径１〜２５μｍ、好ましくは１〜１０μｍである。シリカ粉末の平均粒径が１μｍ以上であれば、組成物は適度な粘度を有し、平均粒径が２５μｍ以下であれば、組成物の塗付時または硬化時における樹脂成分のブリードが抑制される。さらに、金属粉末もシリカ粉末も、最大粒径が５０μｍを大幅に超えると、ディスペンサで組成物を塗付する際に、ニードルの出口を閉塞して長時間の連続適用ができなくなることから、最大粒径が５０μｍ以下であることが好ましい。また、金属粉末もシリカ粉末も、比較的粒径の大きいものと粒径の小さいものを混合して用いてもよい。なお、これらのフィラーの粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定することができる。
【００３０】
（ｃ）フィラーの配合量は、（ａ）熱硬化性樹脂１００質量部に対して、１００〜５０００質量部の範囲が好ましく、１００〜４０００質量部の範囲がより好ましく、３００〜１０００質量部の範囲がよりいっそう好ましい。配合量が１００質量部未満では、硬化物の膨張係数が大きくなって、接続の信頼性が低下するおそれがある。逆に、５０００質量部を超えると、粘度が高くなり、作業性が低下するおそれがある。
【００３１】
熱伝導性、拡がり性、糸引き性などの観点からは、（ｃ）フィラーとして銀粉末が好ましく、比表面積（ＳＡ）が１．３ｍ２／ｇ以下で、かつタップ密度（ＴＤ）が４．０〜７．０ｇ／ｃｍ３のものが特に好ましい。比表面積（ＳＡ）は０．２〜０．７ｍ２／ｇであることがより好ましく、また、タップ密度（ＴＤ）は４．０〜７．０ｇ／ｃｍ３のなかでも７．０ｇ／ｃｍ３に近い範囲がより好ましい。銀粉末の配合量は（ａ）〜（ｃ）の総質量に対して９０質量％以上となる範囲が好ましく、また、この場合、銀粉末以外のフィラーをフィラー全体の２０質量％以下含んでいてもよい。
【００３２】
本接着剤組成物には、良好な接着性を得る観点から、さらにシランカップリング剤を配合することが好ましい。その具体例としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどのエポキシ系シランカップリング剤、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランなどのアミノ系シランカップリング剤、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのメルカプト系シランカップリング剤などが挙げられる。これらのシランカップリング剤のなかでも、エポキシ系シランカップリング剤が好ましく、特に、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランが好ましい。シランカップリング剤は１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
【００３３】
シランカップリング剤の配合量は、樹脂ビーズを含む接着剤組成物全体の０．０１〜２．０質量％となる範囲が好ましく、０．１〜１．５質量％となる範囲がより好ましい。配合量が０．０１質量％未満では、接着性を改善する効果が小さく、逆に、２．０質量％を超えると、本剤に起因する気泡が発生するおそれがある。
【００３４】
また、本接着剤組成物には、作業性を改善する目的で、反応性希釈剤を配合することができる。その具体例としては、ｎ−ブチルグリシジルエーテル、ｔ−ブチルフェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、２−エチルヘキシルグリシジルエーテル、スチレンオキシド、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などが挙げられる。これらは１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。反応性希釈剤としては、特に、エポキシ基を含有するクレジルグリシジルエーテルの使用が好ましい。この反応性希釈剤の配合量は、樹脂ビーズを含む接着剤組成物全体の０．１〜１０質量％となる範囲が好ましい。
【００３５】
本接着剤組成物には、以上の各成分の他、本発明の効果を阻害しない範囲で、この種の組成物に一般に配合される、粘度調整剤、酸無水物などの接着力向上剤、消泡剤、着色剤、難燃剤などを、必要に応じて配合することができる。粘度調整剤としては、例えば酢酸セロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート、プロピレングリコールフェニルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジアセトンアルコールなどが挙げられる。これらは１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
【００３６】
本発明の接着剤組成物は、硬化後の２５℃における引張弾性率が３〜２０ＧＰａであることが好ましく、３〜１５ＧＰａであることがより好ましい。硬化後の２５℃における引張弾性率が３ＧＰａ未満では、応力緩和性は十分であるものの、接続強度が不十分になり、逆に、２０ＧＰａを超えると、応力緩和性が不十分で、その硬化物である接着剤層にクラックなどが生じやすくなる。なお、接着剤組成物の硬化後の２５℃における引張弾性率は、動的粘弾性測定装置を用いて測定することにより求められる。
【００３７】
本発明の接着剤組成物は、糸引き性やブリードアウトが少なく作業性に優れている。また、超音波ワイヤボンディングの際に接合部にクラックや剥離などが発生することもない。すなわち、本発明の接着剤組成物は、応力緩和性に優れた硬化物を与え、また、接着強度が大きく、作業性も良好である。さらに、硬化物においてボイドが発生することもない。
【００３８】
半導体装置は、例えば、本発明の接着剤組成物を介して半導体素子をリードフレームにマウントし、接着剤組成物を加熱硬化させた後、リードフレームのリード部と半導体素子上の電極とを常温で超音波によるワイヤボンディングにより接続し、次いで、これらを封止樹脂を用いて封止することにより製造することができる。ボンディングワイヤとしては、例えば銅、金、アルミ、金合金、アルミ−シリコンなどからなるワイヤが例示される。また、ボンディングの際の超音波の出力、荷重などの条件は、特に限定されるものではなく、常法の範囲で適宜選択されてよい。
【００３９】
図１は、このようにして得られた半導体装置の一例を示したものであり、銅フレームなどのリードフレーム１と半導体素子２の間に、本発明の接着剤組成物の硬化物である接着剤層３が介在されている。また、半導体素子２上の電極４とリードフレーム１のリード部５とがボンディングワイヤ６により接続されており、さらに、これらが封止樹脂７により封止されている。なお、接着剤層３の厚さとしては、１０〜３０μｍ程度が好ましい。
【００４０】
本発明の接着剤組成物を用いて得られる半導体装置は、応力緩和性に優れた硬化物を与え、しかも、接着強度が良好で、作業性にも優れる接着剤組成物により、半導体素子が接着固定されているので、高い信頼性を具備している。
【００４１】
本発明の接着剤組成物は、半導体素子を半導体素子支持部材上に接着するための接着剤として広く使用することができるが、電極の電気的接続に常温での超音波ワイヤボンディング方式を用いる半導体素子の接着剤に適用した場合に特に有用である。
【実施例】
【００４２】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。以下の記載において単に「部」とあるのはいずれも「質量部」を表す。各例で用いた成分は以下のとおりである。
【００４３】
・樹脂ビーズＡ：アクリル樹脂
綜研化学(株)製 商品名 ＭＸ−１０００
（数平均粒径10μｍ、圧縮弾性率3GPa、熱膨張係数7〜8×10-5／℃）
・樹脂ビーズＢ：ジビニルベンゼン系樹脂
積水化学ファインケミカル(株)製 商品名 ＳＰ−２１０
（平均粒径10μｍ、圧縮弾性率5GPa、熱膨張係数9.8×10-5/℃）
・樹脂ビーズＣ：アクリル樹脂
綜研化学(株)製 商品名 ＭＸ−１００
（数平均粒径1μｍ、圧縮弾性率3GPa、熱膨張係数7〜8×10-5／℃）
・樹脂ビーズＤ：ポリメチルシルセスキオキサン樹脂
ＧＥ東芝シリコーン(株)製 商品名 トスパール３１２０
（平均粒径12μｍ、圧縮弾性率0.3〜0.5GPa、熱膨張係数3〜5×10-5／℃）
・エポキシ樹脂：クレゾールノボラック型エポキシ樹脂
日本化薬（株）製 商品名 ＥＯＣＮ４５００
・硬化剤：クレゾールノボラック樹脂
大日本インキ化学工業(株)製 商品名 ＫＡ−１１６５
・硬化促進剤：2,4-ジシアノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジンイソシアヌル酸付加物
四国化成（株）製 商品名 ２ＭＡ−ＯＫ
・シランカップリング剤：γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
・銀粉末：（鱗片状、タップ密度4.2g/cm3、比表面積0.6ｍ2/g）
・粘度調整剤：ブチルカルビトールアセテート
【００４４】
実施例１〜３、比較例１〜５
エポキシ樹脂２．０部、硬化剤３．０部、硬化促進剤０．１部、シランカップリング剤０．２部、銀粉８６．０部および粘度調整剤９．０部を十分に混合し、さらに三本ロールで混練して樹脂ペースト（不揮発分８８％）を調製した。
次いで、得られた樹脂ペーストに樹脂ビーズＡ〜Ｄを表１に示す配合割合で添加し均一に混合して接着剤組成物を得た。
【００４５】
上記各実施例および各比較例で得られた接着剤組成物について、下記に示す方法で各種特性を評価した。
（１）粘度（η0.5rpm）
東機産業社製のＥ型粘度計（３°コーン）を用い、２５℃、０．５ｒｐｍの条件で測定した。
（２）チキソ性
東機産業社製のＥ型粘度計（３°コーン）を用い、２５℃、５ｒｐｍの条件で粘度（η5rpm）を測定し、上記（１）で測定された粘度（η0.5rpm）との比η0.5rpm／η5rpmｍを算出した。
（３）ポットライフ
２５℃で２４時間保管後、上記（１）と同様にして粘度を測定し、初期粘度に対する変化率（％）を算出した。
（４）ボイド（空隙）
得られた接着剤組成物をＣｕフレーム上に２０μｍ厚に塗布し、その上に２ｍｍ×２ｍｍの半導体チップをマウントし、２００℃で１２０分間加熱硬化させ、接続サンプルを作製した後、軟Ｘ線透過法により接着剤組成物の硬化物内のボイドの有無を調べた。
（５）引張弾性率
得られた接着剤組成物を２００℃で１２０分間加熱硬化させたサンプル（２０ｍｍ×５ｍｍ×０．０３ｍｍ）について、エスアイアイ・ナノテクノロジー（株）製の粘弾性スペクトロメータＤＭＳ２００を用い、２５℃および２６０℃における引張弾性率を求めた（昇温速度１０℃／分）。
（６）吸水率
得られた接着剤組成物を２００℃で１２０分間加熱硬化させたサンプル（１００ｍｍ×２０ｍｍ×０．０３ｍｍ）を８５℃、８５％ＲＨの雰囲気中に２４時間放置した後の質量変化率を測定した。
（７）ダイシェア強度
上記（４）で作成した接続サンプルについて、沖エンジニアリング社製のダイシェア強度測定装置を用い、２５℃で測定した。Ｃｕフレームを、Ｃｕ／Ａｇフレーム、Ｐｄ−ＰＰＦフレームに代えて同様にして測定した。
（８）ワイヤボンディング性
得られた接着剤組成物をＰｄ−ＰＰＦフレーム上に２０μｍ厚に塗布し、その上に２ｍｍ×２ｍｍの半導体チップをマウントし、１８０℃で１２０分間加熱硬化させた後、半導体チップ上に設けられたＡｌ電極とＰｄ−ＰＰＦフレームとをアルミ線を用い、２５℃の雰囲気下、２Ｗ、４Ｗおよび８Ｗの超音波を印加してワイヤボンディングを行い、半導体チップの剥離の有無を調べた。
【００４６】
これらの結果を表１に併せ示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
表１からも明らかなように、実施例の接着剤組成物は、ボイドの発生がなく、また、低吸湿で、かつ、常温での超音波によるワイヤボンディング性に優れていた。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、常温での超音波によるワイヤボンディングを可能とし、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の接着剤組成物による半導体装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…リードフレーム、２…半導体素子、３…接着剤層、４…電極、５…リード部、６…ボンディングワイヤ、７…封止樹脂。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体素子（以下、半導体チップまたは単にチップとも称する）をリードフレームなどに接着するために使用される接着剤組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体素子は、リードフレームと称する金属片にマウントし、Ａｕ／Ｓｉ共晶法あるいはダイボンディングペーストと称する接着剤を用いて固定した後、リードフレームのリード部と半導体素子上の電極とを細線ワイヤ（ボンディングワイヤ）により接続し、次いでこれらをパッケージに収納して半導体製品とすることが一般的であった。ボンディングワイヤとリード部または電極との接合は熱圧着によって行われる。
【０００３】
しかし、近年、半導体素子は集積度の増大に伴い大型化が進んでおり、一方、これらを搭載するリードフレームには、コストダウンを図る目的で、銅フレームが、従来の高価な４２合金フレームに代わって広く用いられるようになってきた。その結果、半導体素子と銅フレームとの熱膨張率の差に起因して半導体素子にクラックや反りが発生するという問題が生じてきた。
【０００４】
この問題は、半導体素子のマウント工程にＡｕ／Ｓｉ共晶法を用いた場合に特に顕著であるが、ダイボンディングペーストを用いた場合であっても、従来のペーストは、熱硬化性樹脂を主成分としているため、硬化物の弾性率が高く、半導体素子と銅フレームとの歪を吸収することはできなかった。
【０００５】
このため、硬化物の弾性率を低減させるなど、上記問題を解決すべく様々なダイボンディングペーストが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、接着強度が低下したり、作業性が低下するなどの新たな問題が発生し、未だ満足し得る特性を備えたものは得られていない。
【０００６】
一方、最近、ワイヤボンディング工程において、作業時間の短縮および製品のコストダウンのために、常温で超音波にて行う方式が提案されている（例えば、特許文献２、３参照。）。この方式は、加熱が不要であるため、加熱によるフレームおよびワイヤの酸化を防ぐことができ、また、上記のような熱膨張率の差に起因する問題を回避することができる。しかし、超音波を印加することにより発生する機械的応力により、ペースト接合部にクラックや剥がれなどが発生するおそれがあった。
【特許文献１】特開２００１−１０６７６７号公報
【特許文献２】特開平８−１２５１１１号公報
【特許文献３】特開２００２−２２２８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような従来技術の課題に対処してなされたもので、応力緩和性に優れた硬化物を与え、したがって、半導体素子の常温での超音波ワイヤボンディング方式による電気的接続が可能であり、しかも、接着強度が良好で、作業性にも優れる接着剤組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、（メタ）アクリル樹脂からなる特定の物性を有する樹脂ビーズを含有する接着剤組成物により、上記の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、半導体素子支持部材上に、常温で超音波によるワイヤボンディング方式により電気的接続がなされる電極を有する半導体素子を接着するために使用される接着剤組成物であって、数平均粒径５〜４０μｍ、圧縮弾性率１〜４ＧＰａの（メタ）アクリル樹脂からなる樹脂ビーズを０．０１〜１質量％含有することを特徴とする接着剤組成物である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、応力緩和性に優れた硬化物を与え、半導体素子の常温での超音波ワイヤボンディング方式による電気的接続が可能であり、しかも、接着強度が良好で、作業性にも優れる接着剤組成物を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明の接着剤組成物に使用する樹脂ビーズは、数平均粒径が５〜４０μｍ、圧縮弾性率１〜４ＧＰａの（メタ）アクリル樹脂からなるものである。
【００１３】
樹脂ビーズの数平均粒径が５μｍ未満では、応力緩和効果が小さく、超音波ワイヤボンディングの際にチップを損傷させるおそれがあり、また、接着力も低下する。逆に、数平均粒径が４０μｍを越えると、その硬化物である接着剤層に空隙（ボイド）が発生しやすくなる。樹脂ビーズの数平均粒径は、５〜２０μｍであることが好ましい。樹脂ビーズの数平均粒径は、フロー式画像解析装置により測定することができる。
【００１４】
一方、樹脂ビーズの圧縮弾性率が１ＧＰａに満たないと、半導体素子のダイボンディングマウント時に変形し、接着剤層の層厚にバラツキが生じ、超音波ワイヤボンディングに対する耐性や接着力が低下するおそれがある。逆に、圧縮弾性率が４ＧＰａを超えると、組成物硬化時の収縮に追従できず密着性が低下し、また、体積の収縮により空隙が発生しやすくなる。樹脂ビーズの圧縮弾性率は、３〜４ＧＰａであることが好ましい。圧縮弾性率は、ＪＩＳ Ｋ ７１８１（プラスチック−圧縮特性の試験方法）に準拠して測定される。
【００１５】
なお、樹脂ビーズを構成する（メタ）アクリル樹脂としては、メタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、メタクリル酸エチル樹脂（ＰＥＭＡ）、メタクリル酸ブチル樹脂（ＰＢＭＡ）、メタクリル酸メチル−メタクリル酸エチル共重合体およびこれらの混合物などが挙げられ、なかでも、メタクリル酸メチル樹脂が好ましい。
【００１６】
上記条件を満足するメタクリル酸メチル樹脂からなる樹脂ビーズ（数平均粒径１０μｍ、圧縮弾性率３ＧＰａ）は、例えば綜研化学(株)よりＭＸ−１０００という商品名で市販されており、本発明で用いる樹脂ビーズとして好適である。
【００１７】
本発明の目的のためには、この樹脂ビーズは接着剤組成物全体の０．０１〜１質量％含有させる必要があり、好ましくは０．０１〜０．２質量％である。すなわち、組成物中の樹脂ビーズの含有量が０．０１質量％未満では、チップマウント時にチップが傾くおそれがあり、逆に、１質量％を超えると、接着力が低下する。
【００１８】
本発明において、上記樹脂ビーズが配合されるベースとなる接着剤組成物としては、（ａ）熱硬化性樹脂、（ｂ）硬化剤および（ｃ）フィラーを含有するものが挙げられる。
【００１９】
（ａ）熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン‐ホルマリン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリブタジエン樹脂、キシレン樹脂などが挙げられるが、なかでもエポキシ樹脂、またはエポキシ樹脂と他の熱硬化性樹脂との併用が好ましい。
【００２０】
エポキシ樹脂としては、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するものであれば特に制限されることなく使用され、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、特殊多官能型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂などが挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。熱伝導性を高める観点からは、常温（２３℃）で結晶性のあるエポキシ樹脂が好ましい。また、エポキシ樹脂と他の熱硬化性樹脂とを併用する場合、他の熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂１００質量部に対して０〜５０重分の範囲で配合することが好ましい。
【００２１】
また、（ｂ）硬化剤は、（ａ）熱硬化性樹脂の種類に応じて従来より一般に使用されているものの中から適宜選択すればよく、例えば（ａ）熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を使用する場合には、例えばフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビニルフェノールの重合物（ポリ−ｐ−ビニルフェノールなど）、ビスフェノール樹脂、フェノールビフェニレン樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂などのフェノール樹脂；ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどの脂肪族アミン；芳香族アミン；ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミック酸などの酸無水物；フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビニルフェノールの重合物（ポリ−ｐ−ビニルフェノールなど）、ビスフェノール樹脂、フェノールビフェニレン樹脂などのフェノール樹脂；ジシアンアミド、アジピン酸ジヒドラジド、ドデカン酸、イソフタル酸、ｐ−オキシ安息香酸などの潜在性硬化剤；イミダゾール類；イソシアネート化合物；カチオン系硬化剤などが挙げられる。これらの硬化剤は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。熱伝導性を高める観点からは、エポキシ樹脂の硬化剤として、なかでも数平均分子量が５００以上で、かつ常温（２３℃）で結晶性のあるフェノール樹脂が好ましい。また、この場合、フェノール樹脂は、エポキシ樹脂が有するエポキシ基数１．０に対し、フェノール性水酸基数が０．５〜１．５となる範囲が好ましい。
【００２２】
（ａ）熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を使用する場合、（ｂ）硬化剤とともに、さらに硬化促進剤を使用することが好ましい。硬化促進剤としては、従来、エポキシ樹脂の硬化促進剤として使用されているものであれば特に制限されることなく使用することができるが、なかでもイミダゾール系硬化促進剤、アミン系硬化促進剤が好ましく、イミダゾール系硬化促進剤がより好ましい。
【００２３】
イミダゾール系硬化促進剤の具体例としては、イミダゾール、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−イソプロピルイミダゾール、２−ｎ−プロピルイミダゾール、２−ウンデシル−１Ｈ−イミダゾール、２−ヘプタデシル−１Ｈ−イミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニル−１Ｈ−イミダゾール、４−メチル−２−フェニル−１Ｈ−イミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾリウムトリメリテイト、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾリウムトリメリテイト、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、２，４−ジアミノ−６−［２′−メチルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２′−ウンデシルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジアミノ−６−［２′−エチル−４−メチルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジシアノ−６−［２′−メチルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジンイソシアヌル酸付加物、２−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、２−メチルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニル−４，５−ジ（２−シアノエトキシ）メチルイミダゾール、１−ドデシル−２−メチル−３−ベンジルイミダゾリウムクロライド、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾール塩酸塩、１−ベンジル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテイトなどが挙げられる。
【００２４】
また、アミン系硬化促進剤の具体例としては、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジプロピレンジアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、ペンタンジアミン、ビス（２−ジメチルアミノエチル）エーテル、ペンタメチルジエチレントリアミン、アルキル−ｔ−モノアミン、１，４−ジアザビシクロ（２，２，２）オクタン（トリエチレンジアミン）、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルヘキサメチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルプロピレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロヘキシルアミン、ジメチルアミノエトキシエトキシエタノール、ジメチルアミノヘキサノールなどの脂肪族アミン類；ピペリジン、ピペラジン、メンタンジアミン、イソホロンジアミン、メチルモルホリン、エチルモルホリン、Ｎ，Ｎ′，Ｎ″−トリス（ジアミノプロピル）ヘキサヒドロ−ｓ−トリアジン、３，９−ビス（３−アミノプロピル）−２，４，８，１０−テトラオキシスピロ（５，５）ウンデカンアダクト、Ｎ−アミノエチルピペラジン、トリメチルアミノエチルピペラジン、ビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン、Ｎ，Ｎ′−ジメチルピペラジン、１，８−ジアザビシクロ（４，５，０）ウンデセン−７などの脂環式および複素環式アミン類；ｏ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ｍ−キシレンジアミン、ピリジン、ピコリン等の芳香族アミン類；エポキシ化合物付加ポリアミン、マイケル付加ポリアミン、マンニッヒ付加ポリアミン、チオ尿素付加ポリアミン、ケトン封鎖ポリアミン等の変性ポリアミン類；ジシアンジアミド；グアニジン；有機酸ヒドラジド；ジアミノマレオニトリル；アミンイミド；三フッ化ホウ素−ピペリジン錯体；三フッ化ホウ素−モノエチルアミン錯体などが挙げられる。
【００２５】
これらの硬化促進剤は１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。イミダゾール系硬化促進剤としては、なかでも、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−メチルイミダゾール、２，４−ジアミノ−６−［２′−ウンデシルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジン、２，４−ジシアノ−６−［２′−メチルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジンイソシアヌル酸付加物が好ましい。また、アミン系硬化促進剤としては、なかでもエチレンジアミン、ジエチレントリアミンが好ましい。硬化促進剤としては、特に、２，４−ジシアノ−６−［２′−メチルイミダゾリル−（１′）］−エチル−ｓ−トリアジンイソシアヌル酸付加物が好ましい。
【００２６】
上記硬化促進剤は、エポキシ樹脂１００質量部に対して、０．１〜１０質量部の範囲が好ましく、０．２〜７．０質量部の範囲がより好ましい。０．１質量部未満では、十分な硬化促進効果が得られず、１０質量部を超えると、硬化促進効果はさほど変わらずに、耐熱性が低下する。
【００２７】
（ｃ）フィラーは、本組成物に良好な接着性、熱伝導性などを付与する成分であり、例えば銀粉末、金粉末、銅粉末などの金属粉末、アルミナ粉末、シリカ粉末などが挙げられる。銀粉末などの金属粉末は、本組成物にさらに導電性を付与する成分であり、ハロゲンイオン、アルカリ金属イオンなどのイオン性不純物の含有量が２０ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
フィラーの形状は特に限定されるものではなく、鱗片状、フレーク状、球状など、任意の形状であってよい。
【００２９】
また、フィラーの粒径は、要求される組成物の粘度によっても異なるが、金属粉末では、通常、平均粒径１〜１５μｍであり、好ましくは、平均粒径１〜１０μｍである。金属粉末の平均粒径が１μｍ以上であれば、組成物は適度な粘度を有し、平均粒径が１５μｍ以下であれば、組成物の塗付時または硬化時における樹脂成分のブリードが抑制される。また、シリカ粉末では、通常、平均粒径１〜２５μｍ、好ましくは１〜１０μｍである。シリカ粉末の平均粒径が１μｍ以上であれば、組成物は適度な粘度を有し、平均粒径が２５μｍ以下であれば、組成物の塗付時または硬化時における樹脂成分のブリードが抑制される。さらに、金属粉末もシリカ粉末も、最大粒径が５０μｍを大幅に超えると、ディスペンサで組成物を塗付する際に、ニードルの出口を閉塞して長時間の連続適用ができなくなることから、最大粒径が５０μｍ以下であることが好ましい。また、金属粉末もシリカ粉末も、比較的粒径の大きいものと粒径の小さいものを混合して用いてもよい。なお、これらのフィラーの粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定することができる。
【００３０】
（ｃ）フィラーの配合量は、（ａ）熱硬化性樹脂１００質量部に対して、１００〜５０００質量部の範囲が好ましく、１００〜４０００質量部の範囲がより好ましく、３００〜１０００質量部の範囲がよりいっそう好ましい。配合量が１００質量部未満では、硬化物の膨張係数が大きくなって、接続の信頼性が低下するおそれがある。逆に、５０００質量部を超えると、粘度が高くなり、作業性が低下するおそれがある。
【００３１】
熱伝導性、拡がり性、糸引き性などの観点からは、（ｃ）フィラーとして銀粉末が好ましく、比表面積（ＳＡ）が１．３ｍ２／ｇ以下で、かつタップ密度（ＴＤ）が４．０〜７．０ｇ／ｃｍ３のものが特に好ましい。比表面積（ＳＡ）は０．２〜０．７ｍ２／ｇであることがより好ましく、また、タップ密度（ＴＤ）は４．０〜７．０ｇ／ｃｍ３のなかでも７．０ｇ／ｃｍ３に近い範囲がより好ましい。銀粉末の配合量は（ａ）〜（ｃ）の総質量に対して９０質量％以上となる範囲が好ましく、また、この場合、銀粉末以外のフィラーをフィラー全体の２０質量％以下含んでいてもよい。
【００３２】
本接着剤組成物には、良好な接着性を得る観点から、さらにシランカップリング剤を配合することが好ましい。その具体例としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどのエポキシ系シランカップリング剤、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランなどのアミノ系シランカップリング剤、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのメルカプト系シランカップリング剤などが挙げられる。これらのシランカップリング剤のなかでも、エポキシ系シランカップリング剤が好ましく、特に、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランが好ましい。シランカップリング剤は１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
【００３３】
シランカップリング剤の配合量は、樹脂ビーズを含む接着剤組成物全体の０．０１〜２．０質量％となる範囲が好ましく、０．１〜１．５質量％となる範囲がより好ましい。配合量が０．０１質量％未満では、接着性を改善する効果が小さく、逆に、２．０質量％を超えると、本剤に起因する気泡が発生するおそれがある。
【００３４】
また、本接着剤組成物には、作業性を改善する目的で、反応性希釈剤を配合することができる。その具体例としては、ｎ−ブチルグリシジルエーテル、ｔ−ブチルフェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、２−エチルヘキシルグリシジルエーテル、スチレンオキシド、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などが挙げられる。これらは１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。反応性希釈剤としては、特に、エポキシ基を含有するクレジルグリシジルエーテルの使用が好ましい。この反応性希釈剤の配合量は、樹脂ビーズを含む接着剤組成物全体の０．１〜１０質量％となる範囲が好ましい。
【００３５】
本接着剤組成物には、以上の各成分の他、本発明の効果を阻害しない範囲で、この種の組成物に一般に配合される、粘度調整剤、酸無水物などの接着力向上剤、消泡剤、着色剤、難燃剤などを、必要に応じて配合することができる。粘度調整剤としては、例えば酢酸セロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート、プロピレングリコールフェニルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジアセトンアルコールなどが挙げられる。これらは１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
【００３６】
本発明の接着剤組成物は、硬化後の２５℃における引張弾性率が３〜２０ＧＰａであることが好ましく、３〜１５ＧＰａであることがより好ましい。硬化後の２５℃における引張弾性率が３ＧＰａ未満では、応力緩和性は十分であるものの、接続強度が不十分になり、逆に、２０ＧＰａを超えると、応力緩和性が不十分で、その硬化物である接着剤層にクラックなどが生じやすくなる。なお、接着剤組成物の硬化後の２５℃における引張弾性率は、動的粘弾性測定装置を用いて測定することにより求められる。
【００３７】
本発明の接着剤組成物は、糸引き性やブリードアウトが少なく作業性に優れている。また、超音波ワイヤボンディングの際に接合部にクラックや剥離などが発生することもない。すなわち、本発明の接着剤組成物は、応力緩和性に優れた硬化物を与え、また、接着強度が大きく、作業性も良好である。さらに、硬化物においてボイドが発生することもない。
【００３８】
半導体装置は、例えば、本発明の接着剤組成物を介して半導体素子をリードフレームにマウントし、接着剤組成物を加熱硬化させた後、リードフレームのリード部と半導体素子上の電極とを常温で超音波によるワイヤボンディングにより接続し、次いで、これらを封止樹脂を用いて封止することにより製造することができる。ボンディングワイヤとしては、例えば銅、金、アルミ、金合金、アルミ−シリコンなどからなるワイヤが例示される。また、ボンディングの際の超音波の出力、荷重などの条件は、特に限定されるものではなく、常法の範囲で適宜選択されてよい。
【００３９】
図１は、このようにして得られた半導体装置の一例を示したものであり、銅フレームなどのリードフレーム１と半導体素子２の間に、本発明の接着剤組成物の硬化物である接着剤層３が介在されている。また、半導体素子２上の電極４とリードフレーム１のリード部５とがボンディングワイヤ６により接続されており、さらに、これらが封止樹脂７により封止されている。なお、接着剤層３の厚さとしては、１０〜３０μｍ程度が好ましい。
【００４０】
本発明の接着剤組成物を用いて得られる半導体装置は、応力緩和性に優れた硬化物を与え、しかも、接着強度が良好で、作業性にも優れる接着剤組成物により、半導体素子が接着固定されているので、高い信頼性を具備している。
【００４１】
本発明の接着剤組成物は、半導体素子を半導体素子支持部材上に接着するための接着剤として広く使用することができるが、電極の電気的接続に常温での超音波ワイヤボンディング方式を用いる半導体素子の接着剤に適用した場合に特に有用である。
【実施例】
【００４２】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。以下の記載において単に「部」とあるのはいずれも「質量部」を表す。各例で用いた成分は以下のとおりである。
【００４３】
・樹脂ビーズＡ：アクリル樹脂
綜研化学(株)製 商品名 ＭＸ−１０００
（数平均粒径10μｍ、圧縮弾性率3GPa、熱膨張係数7〜8×10-5／℃）
・樹脂ビーズＢ：ジビニルベンゼン系樹脂
積水化学ファインケミカル(株)製 商品名 ＳＰ−２１０
（平均粒径10μｍ、圧縮弾性率5GPa、熱膨張係数9.8×10-5/℃）
・樹脂ビーズＣ：アクリル樹脂
綜研化学(株)製 商品名 ＭＸ−１００
（数平均粒径1μｍ、圧縮弾性率3GPa、熱膨張係数7〜8×10-5／℃）
・樹脂ビーズＤ：ポリメチルシルセスキオキサン樹脂
ＧＥ東芝シリコーン(株)製 商品名 トスパール３１２０
（平均粒径12μｍ、圧縮弾性率0.3〜0.5GPa、熱膨張係数3〜5×10-5／℃）
・エポキシ樹脂：クレゾールノボラック型エポキシ樹脂
日本化薬（株）製 商品名 ＥＯＣＮ４５００
・硬化剤：クレゾールノボラック樹脂
大日本インキ化学工業(株)製 商品名 ＫＡ−１１６５
・硬化促進剤：2,4-ジシアノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジンイソシアヌル酸付加物
四国化成（株）製 商品名 ２ＭＡ−ＯＫ
・シランカップリング剤：γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
・銀粉末：（鱗片状、タップ密度4.2g/cm3、比表面積0.6ｍ2/g）
・粘度調整剤：ブチルカルビトールアセテート
【００４４】
実施例１〜３、比較例１〜５
エポキシ樹脂２．０部、硬化剤３．０部、硬化促進剤０．１部、シランカップリング剤０．２部、銀粉８６．０部および粘度調整剤９．０部を十分に混合し、さらに三本ロールで混練して樹脂ペースト（不揮発分８８％）を調製した。
次いで、得られた樹脂ペーストに樹脂ビーズＡ〜Ｄを表１に示す配合割合で添加し均一に混合して接着剤組成物を得た。
【００４５】
上記各実施例および各比較例で得られた接着剤組成物について、下記に示す方法で各種特性を評価した。
（１）粘度（η0.5rpm）
東機産業社製のＥ型粘度計（３°コーン）を用い、２５℃、０．５ｒｐｍの条件で測定した。
（２）チキソ性
東機産業社製のＥ型粘度計（３°コーン）を用い、２５℃、５ｒｐｍの条件で粘度（η5rpm）を測定し、上記（１）で測定された粘度（η0.5rpm）との比η0.5rpm／η5rpmｍを算出した。
（３）ポットライフ
２５℃で２４時間保管後、上記（１）と同様にして粘度を測定し、初期粘度に対する変化率（％）を算出した。
（４）ボイド（空隙）
得られた接着剤組成物をＣｕフレーム上に２０μｍ厚に塗布し、その上に２ｍｍ×２ｍｍの半導体チップをマウントし、２００℃で１２０分間加熱硬化させ、接続サンプルを作製した後、軟Ｘ線透過法により接着剤組成物の硬化物内のボイドの有無を調べた。
（５）引張弾性率
得られた接着剤組成物を２００℃で１２０分間加熱硬化させたサンプル（２０ｍｍ×５ｍｍ×０．０３ｍｍ）について、エスアイアイ・ナノテクノロジー（株）製の粘弾性スペクトロメータＤＭＳ２００を用い、２５℃および２６０℃における引張弾性率を求めた（昇温速度１０℃／分）。
（６）吸水率
得られた接着剤組成物を２００℃で１２０分間加熱硬化させたサンプル（１００ｍｍ×２０ｍｍ×０．０３ｍｍ）を８５℃、８５％ＲＨの雰囲気中に２４時間放置した後の質量変化率を測定した。
（７）ダイシェア強度
上記（４）で作成した接続サンプルについて、沖エンジニアリング社製のダイシェア強度測定装置を用い、２５℃で測定した。Ｃｕフレームを、Ｃｕ／Ａｇフレーム、Ｐｄ−ＰＰＦフレームに代えて同様にして測定した。
（８）ワイヤボンディング性
得られた接着剤組成物をＰｄ−ＰＰＦフレーム上に２０μｍ厚に塗布し、その上に２ｍｍ×２ｍｍの半導体チップをマウントし、１８０℃で１２０分間加熱硬化させた後、半導体チップ上に設けられたＡｌ電極とＰｄ−ＰＰＦフレームとをアルミ線を用い、２５℃の雰囲気下、２Ｗ、４Ｗおよび８Ｗの超音波を印加してワイヤボンディングを行い、半導体チップの剥離の有無を調べた。
【００４６】
これらの結果を表１に併せ示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
表１からも明らかなように、実施例の接着剤組成物は、ボイドの発生がなく、また、低吸湿で、かつ、常温での超音波によるワイヤボンディング性に優れていた。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、常温での超音波によるワイヤボンディングを可能とし、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の接着剤組成物による半導体装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…リードフレーム、２…半導体素子、３…接着剤層、４…電極、５…リード部、６…ボンディングワイヤ、７…封止樹脂。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子支持部材上に、常温で超音波によるワイヤボンディング方式により電気的接続がなされる電極を有する半導体素子を接着するために使用される接着剤組成物であって、
数平均粒径５〜４０μｍ、圧縮弾性率１〜４ＧＰａの（メタ）アクリル樹脂からなる樹脂ビーズを０．０１〜１質量％含有することを特徴とする接着剤組成物。
【請求項２】
前記ワイヤボンディング方式は、銅、金、アルミ、金合金およびアルミ−シリコンのいずれかからなるワイヤを用いるものであることを特徴する請求項１記載の接着剤組成物。
【請求項３】
硬化後の２５℃における引張弾性率が３〜２０ＧＰａであることを特徴とする請求項１または２記載の接着剤組成物。
【請求項４】
前記樹脂ビーズが、メタクリル酸メチル樹脂を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の接着剤組成物。
【請求項１】
半導体素子支持部材上に、常温で超音波によるワイヤボンディング方式により電気的接続がなされる電極を有する半導体素子を接着するために使用される接着剤組成物であって、
数平均粒径５〜４０μｍ、圧縮弾性率１〜４ＧＰａの（メタ）アクリル樹脂からなる樹脂ビーズを０．０１〜１質量％含有することを特徴とする接着剤組成物。
【請求項２】
前記ワイヤボンディング方式は、銅、金、アルミ、金合金およびアルミ−シリコンのいずれかからなるワイヤを用いるものであることを特徴する請求項１記載の接着剤組成物。
【請求項３】
硬化後の２５℃における引張弾性率が３〜２０ＧＰａであることを特徴とする請求項１または２記載の接着剤組成物。
【請求項４】
前記樹脂ビーズが、メタクリル酸メチル樹脂を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の接着剤組成物。
【図１】
【公開番号】特開２００９−１７７０６７（Ｐ２００９−１７７０６７Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６２６８（Ｐ２００８−１６２６８）
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【出願人】（３９００２２４１５）京セラケミカル株式会社 (424)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【出願人】（３９００２２４１５）京セラケミカル株式会社 (424)
【Ｆターム（参考）】
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