JP2001247654A - 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
A、(B)式(2)で示されるエポキシ樹脂B、(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3】

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)、100
0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、耐半田クラック性、T/C試験等を満足する信
頼性の高い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】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、式(1)、(2)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低応力性、高
ガラス転移温度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A、(B)式(2)で示されるエポキシ樹脂
B、(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2】
【0009】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。
【0010】
【発明の実施の態様】本発明に用いられる式(1)で示
されるエポキシ樹脂A((A)成分)は、硬化物が低弾
性率化され、液状封止樹脂に求められる低応力性を有す
る。その反面、硬化物のガラス転移温度が低い。一方、
式(2)で示されるエポキシ樹脂B((B)成分)は、
架橋密度が高いためガラス転移温度が高い。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ことを見いだしたものである。
(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、は0.15〜0.7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である低応
力性が発現できず、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使用できる。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。液状封止樹脂組成仏
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>(A)成分として、式(1)で示されたエ
ポキシ樹脂A(当量225)20重量部、(B)成分と
して式(2)で示されたエポキシ樹脂B(当量106)
80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(カヤハート゛A-A、日本化薬社製、当量65)40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350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>(A)成分として、式(1)
で示されたエポキシ樹脂A(当量225)20重量部、
(B)成分として式(2)で示されたエポキシ樹脂B
(当量106)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、水酸基当量14
1)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7重量部、平均粒径6μm、最大粒径50
μmの球状シリカ420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>式(2)で示されたエポキシ
樹脂B(当量106)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(カヤハート゛A-A、日本化薬
社製、当量65)40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350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(当量225)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(カヤハート゛A-A、日本化薬社
製、当量65)40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350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)弾性率;幅10mm、厚み4mm、長さ13mmの
試験片を作製し(試験片の硬化条件:150℃,3時
間)、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。 3)ガラス転移温度;幅4mm、厚み4mm、長さ4m
mの試験片を作製し(試験片の硬化条件:150℃,3
時間)、TMA(熱機械測定装置)によって測定を行
い、温度−熱膨張率のグラフよりガラス転移温度を測定
した。
【0021】4)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゛:25mmx25mmx1mm
t)、150℃、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(−55℃/30分←→1
25℃/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】5)信頼性−2;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゛:25mmx25mmx1mm
t)、150℃、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←→1
50℃/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。 6)信頼性−3;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 23/29 H01L 23/30 R 23/31 Fターム(参考) 4J002 CD05W CD13X EN076 FD017 FD146 GQ05 4J036 AA05 AD03 AD08 AJ02 AJ14 AJ17 DC04 FA01 JA07 4M109 AA01 BA04 CA05 EA03 EA06 EB02 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB12 EB18 EB19 EC03 EC04 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
    A、(B)式(2)で示されるエポキシ樹脂B、(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】 請求項1又は2記載の液状封止樹脂組成
    物を用いて半導体素子を封止して製作された半導体装
    置。
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