JP2001302759A

JP2001302759A - 液状封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JP2001302759A
Application number: JP2000123476A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hasegawa; 貴志長谷川; Hiroshi Yamanaka; 浩史山中; Toshiyuki Makita; 俊幸牧田; Yasutaka Miyata; 靖孝宮田; Ikuo Nakasuji; 郁雄中筋
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2001-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】硬化物の耐衝撃性や密着性の向上を図ること
ができ、特にＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）や、
ＣＳＰ（チップ・サイズ・パッケージ）、ベアチップ実
装といった高密度実装の半導体装置に好適に用いること
ができる樹脂封止用の液状封止用エポキシ樹脂組成物を
提供する。【解決手段】エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤を含
む液状封止用エポキシ樹脂組成物に関する。下記化学式
（Ａ）で示されるエポキシ樹脂を含有する。【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、硬化物の密着性、
耐衝撃性が優れる液状封止用エポキシ樹脂組成物及びこ
の液状封止用エポキシ樹脂組成物にて樹脂封止された半
導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、樹脂封止型半導体装置は、デバイ
スの高密度化、高集積度化、動作の高速化等が進む傾向
にあり、従来型のＱＦＰ（クアッド・フラット・パッケ
ージ）等のパッケージよりも更に小型化、薄型化するこ
とができる半導体素子のパッケージが要求されている。
これらの要求に対してＢＧＡ（ボール・グリッド・アレ
イ）や、ＣＳＰ（チップ・サイズ・パッケージ）、ベア
チップ実装といった高密度実装が可能なパッケージが注
目されている。これらのパッケージを用いた電化製品と
して、デジタルカメラやビデオ、ノート型パソコン、携
帯電話機といったものが挙げられるが、今後これらの製
品の小型化・薄型化に依り製品自体に強度及び耐衝撃性
が求められ、それに応じて製品の内部の基板や各電子部
品にも同様な性質が求められる。

【０００３】従来これら半導体素子を封止する樹脂組成
物にはビスフェノールＡ型エポキシ樹脂や脂環式エポキ
シ樹脂等を主成分とし、更に硬化剤として液状の酸無水
物やフェノールノボラックを含み、無機充填材等の添加
物が含有された液状封止用エポキシ樹脂組成物が挙げら
れる。ここで、液状封止用エポキシ樹脂組成物で封止さ
れた半導体装置では、ヒートサイクル試験を行った際に
チップと硬化した封止材との熱膨張係数の差によって発
生する応力により、樹脂やチップにクラックが生じやす
いという問題があり、そこで、従来は、無機充填材を高
充填させたり、シリコーンを添加するなどして、硬化し
た封止材中の応力を緩和しやすくしていたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液状封
止用エポキシ樹脂組成物に無機充填材を高充填させる
と、粘度が上昇して流動性が失われ、チップへの封止が
困難となる。また、無機充填材を高充填させた液状封止
用エポキシ樹脂組成物は、硬化物の密着力及び耐衝撃性
が低下する傾向がみられるものであった。

【０００５】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、従来の液状封止用エポキシ樹脂組成物の欠点を改
善して耐衝撃性や密着性の向上を図ることができ、特に
ＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）や、ＣＳＰ（チッ
プ・サイズ・パッケージ）、ベアチップ実装といった高
密度実装の半導体装置に好適に用いることができる樹脂
封止用の液状封止用エポキシ樹脂組成物を提供すること
を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
液状封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化
剤、硬化促進剤を含む液状封止用エポキシ樹脂組成物に
おいて、下記化学式（Ａ）で示されるエポキシ樹脂を含
有して成ることを特徴とするものである。

【０００７】

【化２】

【０００８】また請求項２に記載の発明は、請求項１の
構成に加えて、上記化学式（Ａ）で示されるエポキシ樹
脂を、エポキシ樹脂成分の総量に対して５〜６０質量％
の範囲で含有して成ることを特徴とするものである。

【０００９】また請求項３に記載の発明は、請求項１又
は２の構成に加えて、硬化促進剤としてイミダゾール類
を含有して成ることを特徴とするものである。

【００１０】また請求項４に記載の発明は、請求項１乃
至３のいずれかの構成に加えて、ビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂及びビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の少な
くとも一方を含有すると共に、エポキシ樹脂成分の総量
に対するビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及びビスフェ
ノールＦ型エポキシ樹脂の総量の配合割合を４０〜９５
質量％として成ることを特徴とするものである。

【００１１】また請求項５に係る半導体装置は、請求項
１乃至４のいずれかに記載の液状封止用エポキシ樹脂組
成物にて樹脂封止して成ることを特徴とするものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１３】本発明では、エポキシ樹脂成分としては、
上記化学式（Ａ）に示す、分子中に脂肪鎖を含むエポキ
シ樹脂を用いることにより、液状封止用エポキシ樹脂組
成物の硬化物の耐衝撃強度や、密着性を向上するもので
ある。組成物中の全エポキシ樹脂成分に対するこの化学
式（Ａ）に示すエポキシ樹脂の配合割合は、５〜６０質
量％の範囲とすることが好ましく、この配合割合が５質
量％に満たないと密着性や耐衝撃性の強度を充分に向上
することが困難となり、逆にこの配合割合が６０質量％
を超えると組成物の加熱加圧成形時の硬化時間が長くな
り、硬化性が低下するおそれがある。

【００１４】上記以外のエポキシ樹脂としては、一分子
中に二個以上のエポキシ基を有するものであれば特に限
定することなく使用することができるが、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、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、オルトクレ
ゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹
脂、トリグリシジルイソシアヌレート、脂肪族系エポキ
シ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、単独
で、あるいは二種以上を適宜混合して用いることができ
る。

【００１５】化学式（Ａ）に示すエポキシ樹脂以外のエ
ポキシ樹脂として、特にビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂とのうちの、少な
くとも一方を配合し、更に組成物中の全エポキシ樹脂成
分に対するビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェ
ノールＦ型エポキシ樹脂との総量の配合割合を４０〜９
５質量％とすることが好ましい。この場合、更に液状封
止用エポキシ樹脂組成物の硬化物の耐衝撃強度や、密着
性を向上することができる。

【００１６】硬化剤としては、エポキシ樹脂と硬化反応
を起こすものであれば特に限定するものではないが、例
えば無水ヘキサヒドロフタル酸、無水メチルヘキサヒド
ロフタル酸、無水テトラヒドロフタル酸等の酸無水物、
フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾールシン
等とホルムアルデヒドとを縮合反応させて得られるノボ
ラック型樹脂等を挙げることができる。またこの他にア
ミン系硬化剤を挙げることができる。これらの硬化剤
は、単独で、あるいは二種以上を適宜組み合わせて用い
ることができる。ここで硬化剤の配合割合は、エポキシ
樹脂に対する硬化剤の当量比が０．６〜１．２となるよ
うにするのが好ましい。

【００１７】硬化促進剤としては上記のようなエポキシ
樹脂と硬化剤との反応を促進する作用を有するものであ
れば特に限定するものではないが、特に２−メチルイミ
ダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２
−フェニルイミダゾール等のイミダゾール系硬化促進剤
を用いると、更に液状封止用エポキシ樹脂組成物の硬化
物の耐衝撃強度や、密着性を向上することができる。ま
た他の硬化促進剤としては、例えばトリフェニルホスフ
ィン、ジフェニルホスフィン等の有機ホスフィン系硬化
促進剤、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデ
セン−７、トリエタノールアミン、ベンジルメチルアミ
ン等の三級アミン系硬化促進剤、テトラフェニルホスホ
ニウム・テトラフェニルボレート等のテトラフェニルボ
レート系硬化促進剤等を挙げることができる。これらの
硬化促進剤は、単独で、あるいは二種以上を適宜組み合
わせて用いることができる。ここで硬化促進剤の配合割
合は、組成物全量に対して０．２〜１．０質量％とする
ことが好ましい。

【００１８】また、上記の各成分のほかに、必要に応じ
て変色防止剤、老化防止材、染料、シリカ等の無機充填
材、変成剤、可塑剤、希釈剤等を配合することが可能で
ある。

【００１９】本発明の液状封止用エポキシ樹脂組成物を
調製するにあたっては、調製される上記の各成分を所望
の割合で配合したものを溶解混合し、又は溶融混合した
後３本ロール等で溶融混練して液体状のエポキシ樹脂組
成物を得ることができる。

【００２０】このようにして調製される液状封止用エポ
キシ樹脂組成物は、ＢＧＡ（ボール・グリッド・アレ
イ）や、ＣＳＰ（チップ・サイズ・パッケージ）、ベア
チップ実装等による半導体装置における封止樹脂を成形
するために用いることができる。

【００２１】液状封止用エポキシ樹脂組成物の硬化成形
体を封止樹脂とする半導体装置の製造方法の一例を説明
する。

【００２２】基板としては、セラミック、ガラス基材エ
ポキシ樹脂含浸基材（プリプレグ）、ポリエチレンテレ
フタレート製シート等からなる絶縁層に回路形成がなさ
れた配線基板が用いられる。このプリント配線基板上に
ＩＣチップ等の半導体チップをダイボンディングし、ワ
イヤボンディング法等にて配線基板の回路と導通させ
る。ここで半導体チップは、シリコンウエハー等の基板
にアルミニウム等により回路形成し、更に抵抗、トラン
ジスタ等の回路素子を形成するなどして得られる。次に
配線基板上に露出する回路、半導体チップ、ワイヤ、こ
れらの接合部等を封止樹脂にて封止するにあたっては、
まず基板上の所定箇所に液状封止用エポキシ樹脂組成物
をディスペンサー等を用いて塗布し、あるいはメタルマ
スク等を用いて印刷する。これをオーブンにて例えば１
００〜１５０℃で１〜１０時間加熱することにり、硬化
成形する。またアフターキュアーが必要な場合は、成形
硬化後、例えば１００〜１３０℃で３〜４８時間加熱す
るものである。また配線基板の外面には半田ボールを形
成し、この半田ボールを、配線基板の回路と導通する外
部接続端子として形成する。

【００２３】上記のようにして本発明の液状封止用エポ
キシ樹脂組成物の硬化物にて半導体装置の封止樹脂を成
形すると、封止樹脂の耐衝撃強度が向上し、また封止樹
脂と基板や半導体チップ等との密着性を向上することが
できる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明を実施例によって詳述する。

【００２５】（実施例１〜７、比較例）各実施例及び比
較例において、表１に示す組成を有する液状封止用エポ
キシ樹脂組成物を、各成分を混合、撹拌することにより
調製した。

【００２６】ここで、表１中の式（Ａ）に示すエポキシ
樹脂は、式中のｎ及びｍの値が共に３であり、Ｒ１とＲ
２が共にＣＨ₃となっているものである。

【００２７】一方、回路形成が施された配線基板上に半
導体素子を搭載した後、液状封止用エポキシ樹脂組成物
をディスペンサーを用いて塗布し、オーブンにて１００
℃で１時間加熱した後、１５０℃で３時間加熱すること
により硬化成形し、基板の寸法５０×５０ｍｍ、封止樹
脂の寸法１０×１０×１．０ｍｍの半導体装置を作製し
た。

【００２８】この半導体装置について以下のような評価
試験を行った。

【００２９】（評価試験）・冷熱サイクル試験（ＴＣＴ）半導体装置を−２５℃の雰囲気下に１５分間放置した
後、１２５℃の雰囲気下に１５分間放置する冷熱サイク
ルを１００サイクル繰り返した。

【００３０】処理後の半導体装置について導通チェック
を行うことにより作動不良発生の有無を評価すると共
に、超音波探査装置を用いて測定することにより、クラ
ックの発生の有無を観察した。表１の評価結果は、分母
にサンプル数を、分子に不良発生数をそれぞれ示したも
のである。

【００３１】・半田耐熱性試験半導体装置を２６０℃の半田浴中に１分間浸漬した後、
半田浴から取りだし、常温で冷却した。

【００３２】処理後の半導体装置を超音波探査装置にて
測定することにより封止樹脂と基板・半導体チップとの
剥離の有無及びパッケージクラックの発生の有無を観察
した。表１の評価結果は、分母にサンプル数を、分子に
不良発生数をそれぞれ示したものである。

【００３３】・ＰＣＴ試験半導体装置を１２１℃、１００％ＲＨの条件下で３００
時間放置し、処理後の半導体装置のオープン不良の発生
の有無を測定した。表１の評価結果は、分母にサンプル
数を、分子に不良発生数をそれぞれ示したものである。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１から明らかなように、実施例１乃至７
では、組成物中に上記化学式（Ａ）に示すエポキシ樹脂
を含有させることにより、封止樹脂の耐衝撃強度及び密
着性が向上した結果、冷熱サイクル試験、半田耐熱性試
験、ＰＣＴ試験において、比較例よりも評価が向上し
た。

【００３６】特に実施例１〜４では、化学式（Ａ）で示
されるエポキシ樹脂の、エポキシ樹脂成分全体に対する
割合を５〜６０質量％の範囲とし、硬化促進剤としてイ
ミダゾール類を用い、更にエポキシ樹脂成分の総量に対
するビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及びビスフェノー
ルＦ型エポキシ樹脂の総量の配合割合を４０〜９５質量
％の範囲としており、耐衝撃強度及び密着性が更に向上
して、特に優れた評価結果が得られた。

【００３７】

【発明の効果】上記のように本発明の請求項１に係る液
状封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化
剤、硬化促進剤を含む液状封止用エポキシ樹脂組成物に
おいて、上記化学式（Ａ）で示されるエポキシ樹脂を含
有するため、硬化物の耐衝撃強度や密着性を向上するこ
とができ、小型薄型の半導体装置のための封止樹脂成形
用として好適に用いることができるものである。

【００３８】また請求項２に記載の発明は、請求項１の
構成に加えて、上記化学式（Ａ）で示されるエポキシ樹
脂を、エポキシ樹脂成分の総量に対して５〜６０質量％
の範囲で含有するため、硬化物の耐衝撃強度と密着性を
更に向上することができるものである。

【００３９】また請求項３に記載の発明は、請求項１又
は２の構成に加えて、硬化促進剤としてイミダゾール類
を含有するため、硬化物の耐衝撃強度と密着性を更に向
上することができるものである。

【００４０】また請求項４に記載の発明は、請求項１乃
至３のいずれかの構成に加えて、ビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂及びビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の少な
くとも一方を含有すると共に、エポキシ樹脂成分の総量
に対するビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及びビスフェ
ノールＦ型エポキシ樹脂の総量の配合割合を４０〜９５
質量％とするため、硬化物の耐衝撃強度と密着性とを更
に向上することができるものである。

【００４１】また請求項５に係る半導体装置は、請求項
１乃至４のいずれかに記載の液状封止用エポキシ樹脂組
成物にて樹脂封止するため、封止樹脂の耐衝撃強度を向
上することができると共に、封止樹脂と基板・半導体チ
ップとの密着性を向上することができ、パッケージクラ
ックの発生を防止すると共に動作信頼性を向上すること
ができるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者牧田俊幸大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者宮田靖孝大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者中筋郁雄大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 4J036 AB01 AB10 AB17 AD08 AD20 AF06 AJ08 DB21 DC05 DC06 DC40 DC46 DD07 FB08 GA06 JA07 KA01 4M109 AA01 EA03 EA06 EB04 EC03 EC09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤を含
む液状封止用エポキシ樹脂組成物において、下記化学式
（Ａ）で示されるエポキシ樹脂を含有して成ることを特
徴とする液状封止用エポキシ樹脂組成物。【化１】
【請求項２】上記化学式（Ａ）で示されるエポキシ樹
脂を、エポキシ樹脂成分の総量に対して５〜６０質量％
の範囲で含有して成ることを特徴とする請求項１に記載
の液状封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】硬化促進剤としてイミダゾール類を含有
して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の液状
封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂及びビ
スフェノールＦ型エポキシ樹脂の少なくとも一方を含有
すると共に、エポキシ樹脂成分の総量に対するビスフェ
ノールＡ型エポキシ樹脂及びビスフェノールＦ型エポキ
シ樹脂の総量の配合割合を４０〜９５質量％として成る
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液
状封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の液状
封止用エポキシ樹脂組成物にて樹脂封止して成ることを
特徴とする半導体装置。