JP2002201337A - 液状エポキシ樹脂組成物 - Google Patents
液状エポキシ樹脂組成物Info
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Abstract
れ、耐熱性、耐湿性、接着性、貯蔵安定性等に優れた液
状エポキシ樹脂組成物を提供する。 【解決手段】 樹脂系成分として、1分子中にグリシジ
ルエーテル基を2個以上有するナフタレン型エポキシ樹
脂(A1)及び1分子中にグリシジルエーテル基を2個
以上有する他のエポキシ樹脂(A2)からなる常温で液
状のエポキシ樹脂(A)、イミダゾール系硬化剤(B)
及び熱可塑性を有するインデン系樹脂(C)を主成分と
して含有する液状エポキシ樹脂組成物である。このエポ
キシ樹脂組成物には、樹脂系成分100重量部に対し
て、平均粒子径30μm以下の球状シリカが10〜30
0重量部含有され得る。
Description
組成物に関し、詳しくは、フリップチップの実装に好適
に用いられる液状エポキシ樹脂組成物に関するものであ
る。
キシ樹脂を含有する材料が多用されている。そして、近
年の半導体デバイスの高集積化に伴い、フリップチップ
接続を用いたタイプのものが最も小型化が可能とされて
おり高密度実装化が可能なことから、その需要は拡大傾
向にある。このフリップチップ接続を用いた半導体装置
の封止は、ベアチップをフェイスダウン方式で基板上に
バンプなどを介して接続し、チップと基板との間の間隙
に液状樹脂を充填して行われる方法や、基板上に樹脂を
塗布した後に、チップの実装とバンプの接続を行う方法
などがある。この際、前者の場合には、上記チップと基
板との間の間隙が約100μm以下と非常に狭いことか
ら、また、後者の場合には、狭ピッチバンプ間への流し
込みやフィレット形成のため、ここに適用される樹脂材
料の特性としては、流動性が良好なことが望まれる。こ
のことから常温で液状の性状を有する液状樹脂がフリッ
プチップ接続を用いた半導体装置を封止するものとして
有効である。
ものは吸湿による腐食の原因となりうる。したがって、
プレッシャークッカー(PCT)試験で評価し得る耐湿
信頼性が良好なものが要求される。特開平11−296
24号公報には、ビスフェノールFのジグリシジルエー
テルを主成分とし、ジグリシジルエーテルを有するナフ
タレン型エポキシ樹脂と酸無水物硬化剤を用い、耐熱
性、耐湿性を改良した半導体封止用エポキシ樹脂組成物
が提示されている。また、特開平5−218222号公
報には、フリップチップ実装用にエポキシ樹脂が使用さ
れることが記載されているが、エポキシ樹脂について
は、通常のエポキシ樹脂を紹介しているにとどまる。
化、軽量化に伴い、半導体デバイスは高集積化、高密度
化の一途をたどっており、求められる信頼性を始めとす
る特性もこれまで以上に高くなってきている。したがっ
て、場合によっては、ビスフェノールFのジグリシジル
エーテルと酸無水物硬化剤を主成分とするエポキシ樹脂
組成物では、耐熱性、耐湿性、接着性において充分とは
言えない場合もでてきた。また、酸無水物硬化剤を使用
するエポキシ樹脂組成物は、貯蔵安定性に欠点があり、
作業面に問題を残している。
ップチップ実装用材料として特に好適に用いられ、耐熱
性、耐湿性、接着性、及び貯蔵安定性にも優れた液状エ
ポキシ樹脂組成物を提供することにある。
に鋭意検討を重ねた結果、本発明者らは、特定の複数種
のエポキシ樹脂と特定の硬化剤を組み合わせ、これに熱
可塑性を有するインデン系樹脂を添加することで、上記
課題を解決し得ることを見出し本発明を完成するに至っ
た。
1分子中にグリシジルエーテル基を2個以上有するナフ
タレン型エポキシ樹脂(A1)及び1分子中にグリシジ
ルエーテル基を2個以上有する他のエポキシ樹脂(A
2)からなる常温で液状のエポキシ樹脂(A)、イミダ
ゾール系硬化剤(B)及び熱可塑性を有するインデン系
樹脂(C)を主成分として含有する液状エポキシ樹脂組
成物である。ここで、エポキシ樹脂(A)中の(A1)
の含有割合が40〜90重量%、(A1)及び他のエポ
キシ樹脂(A2)両成分の含有割合が80〜100重量
%であることが好ましい。更に、樹脂系成分100重量
部に対して、平均粒子径30μm以下の球状シリカが1
0〜300重量部含有されていることも好ましい態様の
一つである。また、本発明は、前記の樹脂組成物からな
るフリップチップ実装用液状エポキシ樹脂組成物であ
る。更に、本発明は、前記の液状エポキシ樹脂組成物を
硬化させてなる硬化物である。
系成分として、1分子中にグリシジルエーテル基を2個
以上有するナフタレン型エポキシ樹脂(A1)及び1分
子中にグリシジルエーテル基を2個以上有する他のエポ
キシ樹脂(A2)からなる常温で液状のエポキシ樹脂
(A)、イミダゾール系硬化剤(B)、及び熱可塑性を
有するインデン系樹脂(C)を主成分として含有する。
ここで、樹脂系成分とは、樹脂、オリゴマー、モノマ
ー、エポキシ樹脂硬化剤等の硬化後に樹脂相を構成する
成分をいい、本発明では前記エポキシ樹脂(A)、イミ
ダゾール系硬化剤(B)及びインデン系樹脂(C)を、
樹脂系成分の主成分として含む。なお、エポキシ樹脂
(A)は単量体であるエポキシ化合物を含む。また、エ
ポキシ樹脂(A1)は、1分子中にグリシジルエーテル
基を2個以上有するナフタレン型エポキシ樹脂をいい、
単に(A1)又は(A1)成分ということもある。エポ
キシ樹脂(A2)は、1分子中にグリシジルエーテル基
を2個以上有する(A1)以外のエポキシ樹脂であり、
単に(A2)又は(A2)成分ということもある。エポ
キシ樹脂(A)は、上記(A1)成分及び(A2)成分
からなる常温で液状のエポキシ樹脂をいい、単に(A)
又は(A)成分ということもある。インデン系樹脂
(C)は、熱可塑性を有するインデン系樹脂をいい、単
に(C)又は(C)成分ということもある。また、主と
して含有する又は主成分とするとは、50wt%以上を占
めることをいうものとする。また、液状エポキシ樹脂組
成物とは、常温で液状又は流動性を有するものをいい、
充填剤等が含まれる場合は、これを含んだ状態で上記性
質を示すものをいう。
する。ナフタレン型エポキシ樹脂(A1)は、1分子中
にグリシジルエーテル基を2個以上有するものであり、
樹脂組成物の必須成分であるエポキシ樹脂(A)の1部
を構成する。ナフタレン型エポキシ樹脂(A1)は、具
体的には、1,5−ナフタレンジグリシジルエーテルや
1,6−ナフタレンジグリシジルエーテル、2,7−ナ
フタレンジグリシジルエーテルに代表されるナフタレン
ジグリシジルエーテルやこれらの各異性体、ナフタレン
トリグリシジルエーテルやこれらの各異性体、またはこ
れらのオリゴマーを、1種又は2種以上混合して用いる
ことができる。好ましくは、ナフタレンジグリシジルエ
ーテル又は平均の繰返し数が3以下のナフタレンジグリ
シジルエーテルオリゴマーである。エポキシ樹脂(A)
中のエポキシ樹脂(A1)の含有割合は、10〜90重
量%の範囲で使用することが好ましく、40〜90重量
%の範囲が耐熱性向上の点からより好ましい。(A1)
成分の割合が10重量%に満たないと、耐熱性向上の効
果が充分に得られない場合があり、また、90重量%を
超えると樹脂組成物の結晶化が問題となる場合があり好
ましくない。
1分子中にグリシジルエーテル基を2個以上有する他の
エポキシ樹脂(A2)を含有する。エポキシ樹脂(A
2)は、具体的にはビスフェノールA、ビスフェノール
F、ビスフェノールS、フルオレンビスフェノール、
4,4’−ビフェノール、2,2’−ビフェノール、ハ
イドロキノン、レゾルシン等の2価のフェノール類、あ
るいは、トリス−(4−ヒドロキシフェニル)メタン、
1,1,2,2−テトラキス(4−ヒドロキシフェニ
ル)エタン、フェノールノボラック、o−クレゾールノ
ボラック等の3価以上のフェノール類、あるいは、テト
ラブロモビスフェノールA等のハロゲン価ビスフェノー
ル類から誘導されるグリシジルエーテル化合物が例示さ
れる。これらのエポキシ樹脂(A2)は、1種又は2種
以上を混合して用いることも可能であるが、常温で液状
であることが好ましい。つまり、(A2)成分の1種と
して固形状エポキシを用いることも可能であるが、その
場合も混合状態で常温で液状であることが好ましい。そ
の場合の固形状エポキシの使用量は、エポキシ樹脂
(A)中、40重量%以下であることがよい。エポキシ
樹脂(A)中のエポキシ樹脂(A2)の含有割合は、1
0〜90重量%の範囲で使用することが好ましく、10
〜60重量%の範囲がより好ましい。
(A)として、(A1)成分、(A2)成分を併用する
が、混合物が常温で液状であることが必要である。ま
た、エポキシ樹脂(A)として、(A1)成分及び(A
2)成分以外のエポキシ樹脂も本発明の効果を損なわな
い範囲で、少量配合することも差し支えない。
ミダゾール系硬化剤(B)を含有する。イミダゾール系
硬化剤(B)としては、具体的には2〜5μmの微粒子
状メチルイミダゾール化合物を、マイクロカプセル膜で
被膜した常温における貯蔵安定性に優れた潜在性硬化剤
が好ましいものとして挙げられる。微粒子状メチルイミ
ダゾール化合物としては、2−メチルイミダゾール、4
−メチルイミダゾール、2,4−ジメチルイミダゾー
ル、2−エチル−4−メチルイミダゾール等を単独また
は2種以上を併用することができる。また、マイクロカ
プセル膜は、ウレタン系ポリマーやアクリル系ポリマー
で構成されることができる。
(B)以外にも、一般にエポキシ樹脂の硬化剤として知
られているものを併用することができる。例えば、フェ
ノール性水酸基を有するものでは、ビスフェノールA、
ビスフェノールF、ビスフェノールS、フルオレンビス
フェノール、4,4’−ビフェノール、2,2’−ビフ
ェノール、ハイドロキノン、レゾルシン、ナフタレンジ
オール等の2価のフェノール類、あるいはトリス(4−
ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,2,2−テトラ
キス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、フェノールノ
ボラック、o−クレゾールノボラック、ナフトールノボ
ラック、ポリビニルフェノール等に代表される3価以上
のフェノール類、さらにはフェノール類、ナフトール類
又はビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノ
ールS、フルオレンビスフェノール、4,4’−ビフェ
ノール、2,2’−ビフェノール、ハイドロキノン、レ
ゾルシン、ナフタレンジオール等の2価のフェノール類
のホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデ
ヒド、p−ヒドロキシベンズアルデヒド、p−キシリレ
ングリコール等の縮合剤により合成される多価フェノー
ル性化合物がある。また、酸無水物類では、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、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、メチル無水ハイミック酸、無水ナ
ジック酸、無水トリメリット酸等が使用できる。また、
場合により、ジシアンジアミド、アミド樹脂類、アミン
類を使用してもよい。アミン類としては、4,4’−ジ
アミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニ
ルプロパン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、
m−フェニレンジアミン、p−キシリレンジアミン等の
芳香族アミン類、エチレンジアミン、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
ン等の脂肪族アミン類がある。
系硬化剤(B)の1種又は2種以上と、それ以外の硬化
剤の1種又は2種以上を混合してもよく、イミダゾール
系硬化剤(B)は硬化剤中5〜100重量%の範囲で使
用できるが、50重量%以上、より好ましくは70重量
%以上とすることがよい。但し、酸無水物類は組成物の
低粘度化には効果を発揮するが、耐熱性や耐湿性は低下
させるため、配合量は硬化剤中50重量%以下、望まし
くは30重量%以下とすることがよい。本発明の液状エ
ポキシ樹脂組成物におけるイミダゾール系硬化剤(B)
又はこれと他の硬化剤の合計配合量は、エポキシ樹脂
(A)100重量部に対し、1〜40重量部の範囲がよ
い。
に、熱可塑性を有するインデン系樹脂(C)を含有す
る。(C)成分としては、具体的にはインデン樹脂、イ
ンデン・スチレン共重合樹脂、インデン・スチレン・フ
ェノール共重合樹脂、インデン・クマロン共重合樹脂、
インデン・スチレン・クマロン共重合樹脂、インデン・
ベンゾチオフェン共重合樹脂、インデン・ベンゾフラン
共重合樹脂等を1種又は2種以上混合して用いることか
できるが、インデン分を50重量%以上含むことが望ま
しい。インデン系樹脂(C)は熱可塑性を有するもので
あればよいが、軟化点が140℃以下であるものが望ま
しい。(C)成分の使用量は、耐湿性、接着性の向上に
は多いほうが好ましいが、過剰に添加すると耐熱性の低
下や線膨張が増加する傾向があり、樹脂系成分中、0.
1〜30重量%の範囲で使用することが好ましい。
の用途、特にFR−4に代表される硬質基板にフリップ
実装用材料として用いる場合等には、充填剤を含有させ
ることが好ましい。充填剤としては、例えば、球状ある
いは破砕状の溶融シリカ、結晶シリカ等のシリカ粉末、
アルミナ粉末、ガラス粉末、金属粉末等が使用できる
が、これらの中でも、球状シリカが最も好ましい。この
場合の球状シリカの平均粒子径の範囲は、30μm以
下、好ましくは20μm以下であることがよく、その使
用量は樹脂系成分100重量部に対して、10〜300
重量部が好ましく、50〜200重量部が更に好まし
い。
成分として、従来より公知の硬化促進剤や他の添加剤、
導電性粒子等を用いることができる。硬化促進剤として
は、アミン類、イミダゾール類、有機ホスフィン類、ル
イス酸類等があり、その添加量は、エポキシ樹脂100
重量部に対して0.2〜10重量部の範囲である。
ロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤、カーボ
ンブラック等の着色剤、三酸化アンチモン等の難燃剤、
シリコンオイルやアクリルゴム等の低応力化剤、ステア
リン酸カルシウム等の潤滑剤を使用できる。
g、Cu、Ni、W、はんだ等の金属粒子や、これらの
金属粒子表面に、AuやPd等の薄膜を蒸着やメッキに
よって形成した金属粒子、ポリスチレンやジビニルベン
ゼン等の高分子の核材にAu、Cu、Ni、はんだ等の
導電層を設けた導電性粒子を使用できる。
した(A)〜(C)成分を必須成分とするが、樹脂系成
分中の各成分の好ましい含有割合は下記の通りである。 (A)成分 50〜95重量% (B)成分 1〜40重量% (C)成分 0.1〜30重量% そして、本発明の液状エポキシ樹脂組成物おいて、球状
シリカを用いる場合には、樹脂系成分100重量部に対
して、球状シリカが10〜300重量部含有されている
ことが好ましい。
詳しく説明する。なお、実施例中の各種特性評価は下記
の方法に従った。
の、製造直後と25℃における200日後の粘度(回転
数5rpm)をE型粘度計で測定し、粘度増加率から貯蔵
安定性を求めた。表1中の数値は、(200日後の粘
度)/(製造直後の粘度)×100の計算値を表わす。
しては、基板上にエポキシ樹脂組成物を塗布した後に、
チップの実装とバンプの接続を行って得たフリップチッ
プ実装品を、飽和水蒸気雰囲気中で、121℃、2気圧
のプレッシャークッカー(PCT)試験を行い、不良発
生率を調べた。
ポキシ樹脂組成物を0.5cc注入し、1秒に1回攪拌し
ながらゲル化までの時間を測定した。 [ガラス転移点、線膨張係数の測定]エポキシ樹脂組成
物を150℃で30分の条件で硬化した長さ10mmの試
験片をTMAに供し、ガラス転移点(Tg)と、Tg前
後の線膨張係数を測定した。
樹脂組成物を150℃で30分の条件で硬化した100
mm×10mm×4mmの試験片を、64mmのスパンで3点曲
げ試験を行い、曲げ強度、曲げ弾性率を測定した。
組成物を塗布した後、高さ50μmのバンプをコーナー
に配した2mm×2mmのチップをのせ、150℃で30分
硬化させ、接着力(剥離強度)を測定した。
タレンジグリシジルエーテルを、エポキシ樹脂(A2)
成分として、液状のビスフェノールAのジグリシジルエ
ーテル化合物及び液状のビスフェノールFのジグリシジ
ルエーテル化合物を、硬化剤(B)としてウレタン系ポ
リマーのマイクロカプセル膜で被膜した5μmの微粒子
状2−メチルイミダゾールを、インデン系樹脂(C)と
して軟化点100℃のインデン樹脂(平均分子量60
0)を使用し、更に球状シリカ(平均粒径6μm)を用
い、表1に示す配合で混合し、液状エポキシ樹脂組成物
を得た。得られたエポキシ樹脂組成物の常温での性状を
目視により観察したところ、フリップチップ実装時に形
状が変化する程度の液状性を有していた。この液状エポ
キシ樹脂組成物を用いて、150℃にて30分成形し、
硬化物試験片を得た後、各種物性測定に供した。結果を
表1に示す。
タレンジグリシジルエーテルと固形の2,7−ナフタレ
ンジグリシジルエーテルを、エポキシ樹脂(A2)成分
として、実施例1で用いた液状のビスフェノールA及び
ビスフェノールFのジグリシジルエーテル化合物を用
い、実施例1と同様に表1に示す割合で配合し、混合、
成形し評価した。結果を表1に示す。なお、上記エポキ
シ樹脂の混合物は液状であり、また、エポキシ樹脂組成
物も実施例1と略同様程度に常温で液状であった。
A及びビスフェノールFのジグリシジルエーテル化合物
を用い、実施例1と同様に表1に示す割合で配合、混
合、成形し評価した。結果を表1に示す。
タレンジグリシジルエーテル、エポキシ樹脂(A2)と
して、液状のビスフェノールAのジグリシジルエーテル
化合物及び液状のビスフェノールFのジグリシジルエー
テル化合物、硬化剤としてウレタン系ポリマーのマイク
ロカプセル膜で被膜した5μmの微粒子状2−メチルイ
ミダゾール、熱可塑性樹脂として軟化点100℃のイン
デン樹脂(平均分子量600)を用い、表2に示す配合
で混合し液状エポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポ
キシ樹脂組成物の常温での性状を目視により観察したと
ころ、フリップチップ実装時に形状が変化する程度の液
状性を有していた。この液状エポキシ樹脂組成物を用い
て、150℃にて30分成形し、硬化物試験片を得た
後、各種物性測定に供した。結果を表2に示す。
タレンジグリシジルエーテルと固形の2,7−ナフタレ
ンジグリシジルエーテルの混合物(液状)、エポキシ樹
脂(A2)成分として、実施例1で用いた液状のビスフ
ェノールA及びビスフェノールFのジグリシジルエーテ
ル化合物を用い、実施例5と同様に表2に示す割合で配
合し、混合、成形し評価した。結果を表2に示す。な
お、液状の1,6−ナフタレンジグリシジルエーテルと
固形の2,7−ナフタレンジグリシジルエーテルを混合
した状態では、実施例5と略同様程度に常温で液状であ
った。
ビスフェノールFのジグリシジルエーテル化合物を用
い、実施例5と同様に表1に示す割合で配合、混合、成
形し評価した。結果を表2に示す。
て、基板とチップを樹脂組成物を介して熱圧着し、フリ
ップチップを作成した。得られたものは、良好なフィレ
ットを形成し、また、チップ下の樹脂層内にはボイドの
発生は認められなかった。
熱性、耐湿性、接着性、貯蔵安定性に優れる。そして、
この液状エポキシ樹脂組成物は、フリップチップのチッ
プ−基板間への充填するアンダーフィル工法や、基板に
樹脂を塗布した後チップと基板を接続する工法に、特に
好適に用いることができ、フリップチップの信頼性を向
上することが可能であり、電子機器のさらなる小型化、
軽量化に伴う、半導体デバイスの高集積化、高密度化に
対応可能で、その工業的価値は極めて大きい。
Claims (5)
- 【請求項1】 樹脂系成分として、1分子中にグリシジ
ルエーテル基を2個以上有するナフタレン型エポキシ樹
脂(A1)及び1分子中にグリシジルエーテル基を2個
以上有する他のエポキシ樹脂(A2)からなる常温で液
状のエポキシ樹脂(A)、イミダゾール系硬化剤(B)
及び熱可塑性を有するインデン系樹脂(C)を主成分と
して含有することを特徴とする液状エポキシ樹脂組成
物。 - 【請求項2】 エポキシ樹脂(A)中のナフタレン型エ
ポキシ樹脂(A1)の含有割合が40〜90重量%の範
囲にあり、ナフタレン型エポキシ樹脂(A1)及び他の
エポキシ樹脂(A2)両成分の含有割合が80〜100
重量%である請求項1記載の液状エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項3】 樹脂系成分100重量部に対して、平均
粒子径30μm以下の球状シリカが10〜300重量部
含有されていることを特徴とする請求項1記載の液状エ
ポキシ樹脂組成物。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の樹脂組
成物からなるフリップチップ実装用液状エポキシ樹脂組
成物。 - 【請求項5】 請求項1〜3のいずれかに記載の液状エ
ポキシ樹脂組成物を硬化させてなる硬化物。
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