JP2001064360A - 液状封止樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

液状封止樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子等を封止する液状封止樹脂組成物
において、より高い信頼性を有する液状封止樹脂組成物
を提供する。 【解決手段】 (A)式(1)で示されるエポキシ樹
脂、(B)式(1)で示されるエポキシ樹脂を除く平均
エポキシ基が2以上の液状エポキシ樹脂、(C)硬化
剤、(D)シリカからなる液状封止樹脂組成物である。
また、半導体素子を上記の液状封止樹脂組成物を用いて
封止して製作された半導体装置である。 【化1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の封止に用
いられる液状封止樹脂組成物に関するものであり、その
樹脂組成物を用いた半導体装置である。
【0002】
【従来の技術】近年半導体チップの大型化、パッケージ
の多ピン化、多様化に伴い周辺材料である樹脂材料に対
する信頼性の要求は年々厳しいものとなってきている。
従来はリードフレームに半導体チップを接着しモールド
樹脂で封止したパッケージが主流であったが、多ピン化
の限界からボールグリッドアレイ(BGA)の様なパッ
ケージがかなり増えてきている。
【0003】BGAはモールド樹脂又は液状樹脂により
封止されるが、基板、ソルダーレジスト、及び金、ニッ
ケル等のメッキ部分から構成されているためそれらに対
する接着性が重要である。また表面実装方式でマザーボ
ードと接合するため耐半田クラック性が必要である。更
に信頼性の一環として温度サイクル試験(T/C試験)があ
り、パッケージには高い信頼性が要求される。
【0004】例えば、その要求される信頼性の条件とし
ては、 ・耐半田クラック性:30℃、60%RHの条件でパッ
ケージを一週間吸湿させた後リフロー処理し剥離、クラ
ックのないこと ・ T/C試験:-55℃〜125℃(各温度さらし時間30
分)、1000サイクル以上の処理をした後、剥離、クラッ
クのないことなどである。
【0005】しかし、より厳しい要求は、例えば、 ・耐半田クラック性:85℃、85%RHでパッケージ
を一週間吸湿させた後リフロー処理し剥離、クラックの
ないこと ・ T/C試験:-65℃〜150℃(各さらし時間30分)、10
00サイクル以上の処理をした後、剥離、クラックのない
ことなどリードフレーム型パッケージと同等のより厳し
い条件が要求されている。しかし、半導体を封止する液
状封止樹脂組成物においてこのような信頼性を満足する
材料はなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】液状封止樹脂組成物に
おいて、前記信頼性を満足する液状封止樹脂組成物を提
供する。
【0007】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは、従
来のこのような問題を解決するために鋭意検討を重ねて
きた結果、液状エポキシ樹脂、式(1)で示されるエポ
キシ樹脂、硬化剤、シリカからなる液状封止樹脂組成物
が高い靱性を有し信頼性に優れていることを見出し本発
明を完成させるに至ったものである。
【0008】すなわち、(A)式(1)で示されるエポ
キシ樹脂、(B)式(1)で示されるエポキシ樹脂を除
く平均エポキシ基が2以上の液状エポキシ樹脂、(C)
硬化剤、(D)シリカからなる液状封止樹脂組成物であ
る。
【化1】 更に好ましい形態としては、上記硬化剤がアルキル化ジ
アミノジフェニルメタンである液状封止樹脂組成物であ
る。また、半導体素子が上記の液状封止樹脂組成物を用
いて封止された半導体装置である。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明に用いられる(B)液状エ
ポキシ樹脂は、式(1)で示されるエポキシ樹脂を除
き、一分子当たりエポキシ基を平均二個以上有するもの
であり、具体例をあげると、ビスフェノールAジグリシ
ジルエーテル型エポキシ、ビスフェノールFジグリシジ
ルエーテル型エポキシ、ビスフェノールSジグリシジル
エーテル型エポキシ、3,3',5,5'-テトラメチル4,4'-ジ
ヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテル型エポキ
シ、4,4'-ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテ
ル型エポキシ、1,6-ジヒドロキシビフェニルジグリシジ
ルエーテル型エポキシ、フェノールノボラック型エポキ
シ、臭素型クレゾールノボラック型エポキシ、ビスフェ
ノールDジグリシジルエーテル型エポキシ,1,6ナフタレ
ンジオールのグリシジルエーテル、アミノフェノール類
のトリグリシジルエーテル等がある。これらは単独又は
混合して用いても差し支えない。また、信頼性の優れた
液状封止材料を得るために、エポキシ樹脂のNa+、Cl-
のイオン性不純物はできるだけ少ないものが好ましい。
【0010】本発明に用いられる式(1)で示されるエ
ポキシ樹脂(A)は、柔軟な構造を有し硬化物の靱性を
向上させる特徴を有する。本発明では(A)成分と
(B)成分を併用することにより高信頼性の要求を満足
できるようになったものである。(A)成分と(B)成
分の割合は(A)/((A)+(B))=0.1〜0.
9であることが好ましい。更に好ましくは、0.3〜
0.7である。0.1を下回ると式(1)で示されるエ
ポキシ樹脂の効果が発現できず、0.9を越えると硬化
物のガラス転移温度の著しい低下を招き好ましくないか
らである。
【0011】(C)硬化剤としてはアミン、酸無水物、
フェノール樹脂等があるが特に限定されない。より好ま
しくはアルキル化ジアミノジフェニルメタンである。ア
ルキル化ジアミノジフェニルメタンの例としては、エチ
ル化ジアミノジフェニルメタン、メチル化ジアミノジフ
ェニルメタン等があり、これを用いた場合、特に金属、
ソルダーレジスト等BGAパッケージに必須の被着体へ
の接着性が特に優れるからである。また、信頼性の優れ
た液状封止材料を得るために、硬化剤のNa+、Cl-等のイ
オン性不純物はできるだけ少ないものが好ましい。
【0012】主剤である全エポキシ樹脂((A)+
(B))と、硬化剤との配合モル比は0.8〜1.2が望まし
い。0.8未満の場合は、過剰に未反応の硬化剤の反応基
が残存することとなり、耐湿性の低下、信頼性の低下に
繋がる。逆に1.2を越えると硬化が不十分となり、信頼
性の低下に繋がる。
【0013】(D)の無機フィラーとしては、樹脂の充
填に用いることができるものなら何れも使用できる。そ
の中でもシリカが好ましく、例えば、結晶シリカ、溶融
シリカ等が用いられる。形状は一般に球状、破砕状、フ
レーク状等があるが、充填材をより多く添加することに
より線膨張係数の低減化が図られ、その効果をあげるた
めには球状の無機充填材が最も良い。添加量は、最終硬
化物に対し、60wt%〜90wt%が望ましい。60wt%未
満だと、硬化物の線膨張係数が大きくなり、硬化後のパ
ッケージへの応力蓄積やT/C試験での樹脂クラックを起
こす恐れがある。一方、90wt%を越えると結果として
得られる液状封止樹脂組成物の粘度が高くなり過ぎ、実
用レベルではないため好ましくない。
【0014】本発明の液状封止樹脂組成物には、前記の
必須成分の他に必要に応じて、硬化促進剤、希釈剤、顔
料、カップリング剤、難燃剤、レベリング剤、消泡剤等
の添加物を用いても差し支えない。液状封止材料は、各
成分、添加物等を3本ロールにて分散混練し、真空下で
脱泡処理して製造する。
【0015】本発明の液状封止樹脂組成物を用いて半導
体装置を製作すると、従来より信頼性の高い半導体装置
を得ることが出来る。半導体装置の製造方法は公知の方
法を用いることが出来る。
【0016】
【実施例】本発明を実施例及び比較例で説明する。 <実施例1> (B)成分としてビスフェノールF型エポキシ樹脂(当
量165)100重量部、式(1)で示されたエポキシ樹脂
(等量214)100重量部、硬化剤としてエチル化ジ
アミノジフェニルメタン(カヤハ―ト゛A-A、日本化薬社製、
当量65)70重量部、密着性助剤としてγ-グリシジルトリ
メトキシシラン6重量部、平均粒径6μm、最大粒径5
0μmの球状シリカ810重量部、希釈剤としてブチル
セロソルブアセテート7.5重量部、カーボンブラック
1重量部を秤量し、これらの原材料を3本ロールにて分
散混練し、真空下脱泡処理をして液状封止樹脂組成物を
得た。次に、得られた液状封止樹脂組成物を用いて接着
性、靱性値の尺度として破壊エネルギー及び信頼性試験
を行った。
【0017】<実施例2> (B)成分としてビスフェノールF型エポキシ樹脂(当
量165)120重量部、式(1)で示されたエポキシ樹脂
(等量214)80重量部、硬化剤としてアリルフェノ
ールノボラック(MEH-8000、明和化成製、水酸基141)1
50重量部、密着性助剤としてγ-グリシジルトリメト
キシシラン7重量部、平均粒径6μm、最大粒径50μ
mの球状シリカ1050重量部、希釈剤としてブチルセ
ロソルブアセテート7.5重量部、カーボンブラック1
重量部を秤量し、これの原材料を3本ロールにて分散混
練し、真空下脱泡処理をして液状封止樹脂組成物を得
た。次に、得られた液状封止樹脂組成物を用いて接着
性、靱性値の尺度として破壊エネルギー及び信頼性試験
を行った。
【0018】<比較例1>ビスフェノールF型エポキシ
樹脂(当量165)200重量部、硬化剤としてエチル化ジ
アミノジフェニルメタン(カヤハ―ト゛A-A、日本化薬社製、
当量65)78重量部、密着性助剤としてγ-グリシジルト
リメトキシシラン6重量部、平均粒径6μm、最大粒径
50μmの球状シリカ834重量部、希釈剤としてブチ
ルセロソルブアセテート7.5重量部、カーボンブラッ
ク1重量部を秤量し、これらの原材料を3本ロールにて
分散混練し、真空下脱泡処理をして液状封止樹脂組成物
を得た。次に、得られた液状封止樹脂組成物を用いて接
着性、靱性値の尺度として破壊エネルギー及び信頼性試
験を行った。
【0019】<比較例2>式(1)で示されたエポキシ
樹脂(等量214)200重量部、硬化剤としてエチル
化ジアミノジフェニルメタン(カヤハ―ト゛A-A、日本化薬社
製、当量65)60重量部、密着性助剤としてγ-グリシジ
ルトリメトキシシラン6重量部、平均粒径6μm、最大
粒径50μmの球状シリカ780重量部、希釈剤として
ブチルセロソルブアセテート7.5重量部、カーボンブ
ラック1重量部を秤量し、これらの原材料を3本ロール
にて、分散混練し真空下脱泡処理をして液状封止樹脂組
成物を得た。次に、得られた液状封止樹脂組成物を用い
て接着性、靱性値の尺度として破壊エネルギー及び信頼
性試験を行った。
【0020】各試験の方法は次のとおりである。 1)接着性;ソルダーレジスト(太陽インキ社製、PSR4
000AUS05/CA-40AUS2)が塗布されたガラス−エポキシ
基板に液状封止樹脂組成物を塗布し、上から6x6mmのチ
ップをマウントし、150℃、3時間で硬化させ、200
℃のホットプレートに載置しダイシェアー強度を測定し
た。 2) 破壊エネルギー:幅10mm、厚み4mm、長さ13mm
の試験片を作製し、万能試験機を用いて曲げ試験を行
い、ひずみ−応力グラフより計算し求めた。試験片は1
50℃、3時間の条件で硬化させた。
【0021】3)信頼性−1;BT基板製の15mm角のシ
リコンチップがマウントされたBGA基板に液状封止樹
脂組成物を塗布し(キャヒ゛ティサイス゛:25mmx25mmx1mmt)、1
50℃、3時間の条件で硬化させて、試験片を作製し
た。次に、T/C処理(−65℃/30分←→150℃
/30分、1000サイクル)を施した後、超音波探傷機
(SAT)にて半導体チップとプリント基板界面との剥
離、クラックの有無を確認した。試験に用いたサンプル
数は10個である。
【0022】4)信頼性−2;上記の信頼性−1と同じ
条件で作製したテストピース10個を、85℃、85%
RHの条件で72時間の湿度処理を施したのち、IRリ
フロー(最大温度240℃、90秒)にて2回処理した
後、SATにて剥離、クラックの有無を確認した。
【0023】測定した結果を表1に示す。
【表1】
【0024】
【発明の効果】本発明の液状封止樹脂組成物は、靱性値
が高く、信頼性に関して特にT/C試験において大きな改
善をはかることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 23/31 Fターム(参考) 4J002 CC03Y CD03X CD05W CD05X CD06X CD12X CD13X DJ017 EL136 EN006 EN076 FD017 FD14Y FD146 GQ05 4J036 AD07 AD08 AD09 AD14 AD15 AD21 DC03 DC10 FA05 JA07 KA01 4M109 AA01 BA03 CA05 EA02 EA06 EB02 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB13 EC09

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)式(1)で示されるエポキシ樹
    脂、(B)式(1)で示されるエポキシ樹脂を除く平均
    エポキシ基が2以上の液状エポキシ樹脂、(C)硬化
    剤、(D)無機フィラーからなることを特徴とする液状
    封止樹脂組成物。 【化1】
  2. 【請求項2】 該硬化剤がアルキル化ジアミノジフェニ
    ルメタンである請求項1記載の液状封止樹脂組成物。
  3. 【請求項3】 半導体素子を請求項1または2記載の液
    状封止樹脂組成物を用いて封止して製作されたことを特
    徴とする半導体装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110475767A (zh) * 2017-03-29 2019-11-19 Dic株式会社 环氧树脂、制造方法、环氧树脂组合物和其固化物
JP2020170867A (ja) * 2015-08-17 2020-10-15 積水化学工業株式会社 半導体装置及び半導体素子保護用材料

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