JP2003183351A - 液状エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

液状エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 液状エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤
及び無機質充填剤を必須とし、上記液状エポキシ樹脂
が、1分子内に2官能基以下のエポキシ基を有する常温
で液状のエポキシ樹脂(a)と下記式(1)〜(4)の
1分子内に2官能基以上のエポキシ基を有する常温で固
体状のエポキシ樹脂(b)とを(a)/(b)=9/1
〜1/4の重量比で含有し、この混合物の25℃の粘度
が10,000ポイズ以下、かつこの組成物の靭性値K
1cが3.0以上である液状エポキシ樹脂組成物、及びこ
の硬化物で封止された半導体装置。 【化1】 (Rは水素原子、アルキル基又はフェニル基、R1〜R4
は水素原子又は一価炭化水素基、R’は水素原子、メチ
ル基又はエチル基、xは0〜10、yは0〜6、zは1
以上の整数。) 【効果】 本発明の液状エポキシ樹脂組成物は、密着性
が良好であり、耐湿性の高い硬化物を与え、高温熱衝撃
に優れた半導体装置の封止材となり得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体封止用とし
て好適で、シリコンチップの素子表面(特に感光性ポリ
イミド、窒化膜、酸化膜)との密着性が非常に良好であ
り、耐湿性の高い硬化物を与え、特にリフロー温度26
0℃以上の高温熱衝撃に対して優れた封止材となり得る
液状エポキシ樹脂組成物、及びこの組成物にて封止され
た半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電気機
器の小型、軽量化、高機能化に伴い、半導体の実装方法
もピン挿入タイプから表面実装が主流になっている。ま
た、半導体素子の高集積化に伴い、ダイサイズの一辺が
10mmを超えるものもあり、ダイサイズの大型化が進
んできている。このような大型ダイを用いた半導体装置
では、半田リフロー時にダイと封止材にかかる応力が増
大し、封止材とダイ及び基板の界面で剥離が生じたり、
基板実装時にパッケージにクラックが入るといった問題
がクローズアップされてきている。更に近い将来に鉛含
有半田が使用できなくなることから鉛代替半田が多数開
発されている。この種の半田は、溶融温度が鉛含有の半
田より高くなることから、リフローの温度も260〜2
70℃で検討されており、従来の液状エポキシ樹脂組成
物の封止材では、より一層の不良が予想される。このよ
うにリフローの温度が高くなると、従来においては何ら
問題のなかったフリップチップ型のパッケージもリフロ
ー時にクラックが発生したり、チップ界面、基板界面と
の剥離が発生するという重大な問題が起こるようになっ
た。
【0003】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、シリコンチップの表面、特に感光性ポリイミド樹脂
や窒化膜との密着性に優れた硬化物を与え、吸湿後のリ
フローの温度が従来温度240℃付近から260〜27
0℃に上昇しても不良が発生せず、更にPCT(120
℃/2.1atm)などの高温多湿の条件下でも劣化せ
ず、−65℃/150℃の温度サイクルにおいて数百サ
イクルを超えても剥離、クラックが発生しない半導体装
置の封止材となり得る液状エポキシ樹脂組成物、及びこ
の組成物の硬化物で封止された半導体装置を提供するこ
とを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた
結果、液状エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤及び無機
質充填材を必須成分とするエポキシ樹脂組成物におい
て、上記液状エポキシ樹脂が、1分子内に2官能基以下
のエポキシ基を含有する常温で液状であるエポキシ樹脂
(a)と、下記一般式(1)〜(4)で表される1分子
内に2官能基以上のエポキシ基を含有する常温で固体状
であるエポキシ樹脂の少なくとも1種(b)とをエポキ
シ樹脂(a)/エポキシ樹脂(b)の重量比が9/1〜
1/4の範囲となるように含有し、このエポキシ樹脂混
合物の25℃における粘度がE型粘度計において10,
000ポイズ以下であり、かつこの組成物の靭性値K1c
が3.0以上となるように配合することにより、シリコ
ンチップの表面、特に感光性ポリイミド樹脂や窒化膜と
の密着性に優れ、PCT(120℃/2.1atm)な
どの高温多湿の条件下でも劣化せず、熱衝撃に対して優
れており、特に大型ダイサイズの半導体装置の封止材と
して有効であることを知見した。
【0005】
【化5】 (式中、Rは水素原子、炭素数1〜4のアルキル基及び
フェニル基の中から選択される同一もしくは異なる基で
ある。xは0〜10である。)
【化6】 (式中、R1は水素原子又は炭素数1〜6の一価炭化水
素基である。R’は水素原子、メチル基又はエチル基で
ある。yは0〜6の整数である。)
【化7】 (zは1以上の整数である。)
【化8】 (式中、R1〜R4は水素原子又は炭素数1〜6の一価炭
化水素基である。)
【0006】即ち、上記1分子内に2官能基以上のエポ
キシ基を含有する常温で固体状であるエポキシ樹脂
(b)は、半導体封止材としては公知であるが、単独で
は、液状ではなく、たとえ液状エポキシ樹脂と混合して
も、硬化物が脆く、粘度が高いため、液状エポキシ組成
物としての封止材としては殆ど使用されていない。しか
し、これを上記液状エポキシ樹脂(a)と併用すると共
に、これら特定のエポキシ樹脂の配合割合を限定し、好
ましくは硬化物が強靭になるような特定の酸無水物硬化
剤と併用することにより、密着性が増し、かつ熱衝撃性
が著しく向上し、高温多湿下でも優れた特性を得ること
が可能となり、特に大型ダイサイズの半導体装置の封止
材として有効となり得ることを見出し、本発明をなすに
至ったものである。
【0007】従って、本発明は、液状エポキシ樹脂、硬
化剤、硬化促進剤及び無機質充填剤を必須成分とするエ
ポキシ樹脂組成物において、上記液状エポキシ樹脂が、
1分子内に2官能基以下のエポキシ基を含有する常温で
液状であるエポキシ樹脂(a)と、上記一般式(1)〜
(4)で表される1分子内に2官能基以上のエポキシ基
を含有する常温で固体状であるエポキシ樹脂の少なくと
も1種(b)とをエポキシ樹脂(a)/エポキシ樹脂
(b)の重量比が9/1〜1/4の範囲で含有し、この
エポキシ樹脂混合物の25℃における粘度がE型粘度計
において10,000ポイズ以下であり、かつこの組成
物の靭性値K1cが3.0以上であることを特徴とする液
状エポキシ樹脂組成物、及びこの液状エポキシ樹脂組成
物の硬化物で封止された半導体装置を提供する。
【0008】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の半導体封止材(液状エポキシ樹脂組成物)にお
いて、1分子内に2官能基以下のエポキシ基を含有する
常温で液状であるエポキシ樹脂(a)は、1分子内に2
官能基以下のエポキシ基を含有する常温で液状であるエ
ポキシ樹脂なら、いかなるものでも使用可能であるが、
25℃における粘度が2,000ポイズ以下、特に50
0ポイズ以下のものが好ましく、特に、ビスフェノール
A型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂等
のビスフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキ
シ樹脂、フェニルグリシジルエーテルなどが挙げられ、
この中でも室温で液状のエポキシ樹脂が望ましい。これ
らのエポキシ樹脂には、下記構造で示されるエポキシ樹
脂を浸入性に影響を及ぼさない範囲で添加しても何ら問
題はない。
【0009】
【化9】
【0010】本発明の特徴的成分である上記エポキシ樹
脂(a)と併用するエポキシ樹脂(b)は、下記一般式
(1)〜(4)で表される1分子内に2官能基以上のエ
ポキシ基を含有する常温で固体状であるエポキシ樹脂で
あり、これらは1種を単独で、又は2種以上を併用して
用いることができる。
【0011】
【化10】 (式中、Rは水素原子、及び炭素数1〜4のアルキル基
及びフェニル基の中から選択される同一もしくは異なる
基でである。xは0〜10である。)
【化11】 (式中、R1は水素原子又はメチル基、エチル基、プロ
ピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル
基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等の
アルキル基などに代表される炭素数1〜6の一価炭化水
素基である。R’は水素原子、メチル基又はエチル基で
あり、好ましくは水素原子である。また、yは0〜6の
整数である。)
【化12】 (zは1以上の整数であり、通常1〜5である。)
【化13】 (式中、R1〜R4は水素原子又はメチル基、エチル基、
プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチ
ル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等
のアルキル基などに代表される炭素数1〜6の一価炭化
水素基である。)
【0012】上記一般式(1)〜(4)で表される1分
子内に2官能基以上のエポキシ基を含有する常温で固体
状であるエポキシ樹脂(b)としては、例えば上記一般
式(1)で表されるエポキシ樹脂としてNC3000P
(日本化薬製)、上記一般式(2)で表されるエポキシ
樹脂としてEPPN501(日本化薬製)、上記一般式
(3)で表されるエポキシ樹脂としてXD−1000L
(日本化薬製)が例示される。
【0013】上記1分子内に2官能基以下のエポキシ基
を含有する常温で液状であるエポキシ樹脂(a)と、一
般式(1)〜(4)で表される1分子内に2官能基以上
のエポキシ基を含有する常温で固体状であるエポキシ樹
脂(b)との配合比は、一般式(1)〜(4)で表され
る1分子内に2官能基以上のエポキシ基を含有する常温
で固体状であるエポキシ樹脂(b)が、エポキシ樹脂全
体に対して10〜80重量%であり、20〜50重量%
であることが望ましい。10重量%未満であると、密着
性、強靭性が低下し、80重量%を超える量であると粘
度が上昇し、作業性が著しく低下する。
【0014】これらのエポキシ樹脂の混合方法は、例え
ば上記1分子内に2官能基以下のエポキシ基を含有する
常温で液状であるエポキシ樹脂(a)と上記一般式
(1)〜(4)で表される1分子内に2官能基以上のエ
ポキシ基を含有する常温で固体状であるエポキシ樹脂
(b)とを同時に又は別々に80〜120℃の範囲で加
熱処理を加えながら、撹拌、溶解、混合、分散させる。
これらの混合、撹拌、分散等の装置は、特に限定されな
いが、撹拌、加熱装置を備えたプラネタリーミキサー等
を用いることができる。
【0015】また、本発明においては、このエポキシ樹
脂混合物(液状エポキシ樹脂(a)とエポキシ樹脂
(b)の混合物)の25℃における粘度が、E型粘度計
において10,000ポイズ以下であることが望まし
く、好ましくは、7,000ポイズ以下であることが望
ましい。10,000ポイズを超えると最終組成物の粘
度が上昇し、作業性が著しく低下する場合がある。
【0016】上記エポキシ樹脂混合物中の全塩素含有量
は、1,500ppm以下、望ましくは1,000pp
m以下であることが好ましい。また、100℃で50%
エポキシ樹脂濃度における20時間での抽出水塩素が1
0ppm以下であることが好ましい。全塩素含有量が
1,500ppmを超え、又は抽出水塩素が10ppm
を超えると半導体素子の信頼性、特に耐湿性に悪影響を
与えるおそれがある。
【0017】次に、本発明に使用する硬化剤は、エポキ
シ樹脂と反応するものであれば特に限定されないが、好
ましくは酸無水物系硬化剤が望ましい。酸無水物系硬化
剤としては、例えば、メチルテトラヒドロ無水フタル
酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無
水フタル酸、無水メチルハイミック酸、ピロメリット酸
二無水物、マレイン化アロオシメン、ベンゾフェノンテ
トラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェ
ニルテトラビスベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水
物、(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水
物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン二無
水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)
プロパン二無水物、3,4−ジメチル−6−(2−メチ
ル−1−プロぺニル)−1,2,3,6−テトラハイド
ロフタル酸及び1−イソプロピル−4−メチル−バイサ
クロ[2.2.2]オクト−5−エン−2,3−ジカル
ボン酸の混合物などが挙げられる。
【0018】本発明においては、特に、3,4−ジメチ
ル−6−(2−メチル−1−プロぺニル)−1,2,
3,6−テトラハイドロフタル酸及び1−イソプロピル
−4−メチル−バイサクロ[2.2.2]オクト−5−
エン−2,3−ジカルボン酸の混合物を使用することが
好ましい。なお、3,4−ジメチル−6−(2−メチル
−1−プロぺニル)−1,2,3,6−テトラハイドロ
フタル酸と、1−イソプロピル−4−メチル−バイサク
ロ[2.2.2]オクト−5−エン−2,3−ジカルボ
ン酸の混合比としては、前者が20〜60重量%、後者
が80〜40重量%(合計が100重量%)であること
が望ましい。このような硬化剤としては、例えば、油化
シェルエポキシ社製のYH306、YH307等が挙げ
られる。
【0019】上記混合物の硬化剤中の配合割合として
は、硬化剤全体の5〜75重量%、特に15〜65重量
%とすることが好ましい。5重量%未満では密着性が低
下し、PCTなどの高温多湿下において劣化するおそれ
がある。75重量%を超える量では密着性は向上する
が、熱衝撃試験などの試験においてクラックが発生する
おそれがある。
【0020】本発明において、上記以外の硬化剤として
は、特に制限されず、硬化性エポキシ樹脂組成物に用い
られる硬化剤全般を使用することができる。この硬化剤
として具体的には、上述した酸無水物全般、ジシアンジ
アミド、アジピン酸ヒドラジド、イソフタル酸ヒドラジ
ドなどのカルボン酸ヒドラジドなどが挙げられる。これ
らの中では、特にメチルテトラヒドロ無水フタル酸、メ
チルヘキサヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタ
ル酸が好ましく、従って、上記3,4−ジメチル−6−
(2−メチル−1−プロぺニル)−1,2,3,6−テ
トラハイドロフタル酸及び1−イソプロピル−4−メチ
ル−バイサクロ[2.2.2]オクト−5−エン−2,
3−ジカルボン酸の混合物は、メチルテトラヒドロ無水
フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸又はヘキサ
ヒドロ無水フタル酸と併用することが好ましい。
【0021】なお、本発明に用いられる硬化剤の総配合
量は、エポキシ樹脂を硬化させる有効量であり、その種
類によって相違するが、上述した酸無水物を用いる場合
は、エポキシ樹脂中のエポキシ基に対して硬化剤中の酸
無水物基(−CO−O−CO−)から誘導されるカルボ
ン酸基のモル比を0.5〜1.5の範囲にすることが好
適である。0.5未満では硬化性が不十分であり、1.
5を超えると未反応の酸無水物が残存し、ガラス転移温
度の低下となるおそれがある。より好ましくは0.8〜
1.2の範囲にすることが好適である。あるいは、上記
と同様の理由により、エポキシ樹脂中のエポキシ基に対
して酸無水物中の酸無水物基のモル比が好ましくは0.
3〜0.7、より好ましくは0.4〜0.6の範囲とな
るように配合してもよい。
【0022】本発明において、上記エポキシ樹脂の硬化
促進剤(反応促進剤)としては、イミダゾール化合物や
有機リン化合物等、特にイミダゾール化合物又は有機リ
ン化合物等を含有したマイクロカプセル触媒であって、
平均粒径が0.5〜10μmであり、かつo−クレゾー
ル中におけるマイクロカプセルからの触媒の溶出量が3
0℃、15分でマイクロカプセル中に含まれる全触媒量
の70重量%以上であるマイクロカプセル触媒を用いる
ことが好ましい。
【0023】ここで、イミダゾール化合物としては、下
記一般式(5)で示されるものを使用することができ
る。
【化14】 (R5、R6は−H、−CH3、−C25、−CH2OH又
は−C65であり、R7は−CH3、−C25、−C
65、又はアリル基であり、R8は−H、−CH3、−C
25、及び下記式(6)
【化15】 で表される基から選ばれる基である。)
【0024】イミダゾール化合物として、具体的には、
2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2
−ウンデシルイミダゾール、2,4−ジメチルイミダゾ
ール、2−ヘプタデシルイミダゾール、1,2−ジメチ
ルイミダゾール、1,2−ジエチルイミダゾール、2−
エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダ
ゾール、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、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−ウンデシルイミダゾール、1−ベンジル−
2−メチルイミダゾール、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’−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−ジアミノ−6−[2’−ウンデ
シルイミダゾリル]−エチル−S−トリアジン、2,4
−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−
(1)’]−エチル−S−トリアジンイソシアヌール酸
化付加物、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシ
メチルイミダゾール、2−フェニル−4,5−ジヒドロ
キシメチルイミダゾール、2−アリール−4,5−ジフ
ェニルイミダゾールなどが挙げられる。これらの中でも
2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、
1,2−ジメチルイミダゾール、1,2−ジエチルイミ
ダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−
ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾー
ル及び2−フェニルイミダゾールが好ましい。
【0025】有機リン系化合物としては、例えば、トリ
フェニルフォスフィン、トリブチルホスフィン、トリ
(p−メチルフェニル)ホスフィン、トリ(ノニルフェ
ニル)ホスフィン、ジフェニルトリルフォスフィン等の
トリオルガノホスフィンとトリオルガノボランとの塩、
テトラフェニルフォスホニウム・テトラフェニルボレー
ト等のテトラオルガノホスホニウムとテトラオルガノボ
レートとの塩、チオシアン化テトラフェニルホスフィン
などが挙げられる。これらの中でも下記一般式(7)及
び(8)で示されるものが好ましく、特に下記一般式
(8)で示されるものが好ましい。
【0026】
【化16】 (式中、R9は水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基
である。) R11121314PSCN (8) (但し、R11、R12、R13、R14は、それぞれ炭素数1
〜20の有機基である。)
【0027】ここで、式中のR9としては、好ましくは
水素原子又はメチル基である。R11、R12、R13、R14
の炭素数1〜20、特に1〜6の有機基としては、メチ
ル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、メトキシ基、
エトキシエチル基等のアルキル基、ビニル基、アリル
基、イソプロペニル基等のアルケニル基、フェニル基等
のアリール基、アセチル基、プロピオニル基等や、これ
らの炭化水素基の水素原子の一部又は全部を塩素、フッ
素、臭素等のハロゲン原子で置換したフロロメチル基、
ブロモエチル基、トリフルオロプロピル基等のハロゲン
置換一価炭化水素基などが例示される。
【0028】本発明で使用するマイクロカプセルは、
(メタ)アクリル系単量体、例えばアクリル酸エステ
ル、イタコン酸エステル、クロトン酸エステル等の炭素
数1〜8のアルキルエステルやこのアルキルエステルの
アルキル基がアリル基等の置換基を有するもの、また、
スチレン、α−メチルスチレン、アクリロニトリル、メ
タクリロニトリル、酢酸ビニル等の単官能性単量体及び
エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチ
レングリコールジ(メタ)アクリレート、ジビニルベン
ゼン、ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、メチ
レンビス(メタ)アクリルアミド等の多官能単量体のポ
リマー中に硬化触媒が閉じ込められたものである。な
お、上記ポリマーの中では、(メタ)アクリレート系単
量体の重合物が好ましい。
【0029】本発明の上記イミダゾール化合物又は有機
リン化合物等の硬化触媒を含有するマイクロカプセルの
製造方法としては様々な方法が挙げられるが、生産性及
び球状度が高いマイクロカプセルを製造するためには、
通常懸濁重合法及び乳化重合法などの従来から公知の方
法で製造することができる。
【0030】この場合、一般的に使用されている触媒の
分子構造から高濃度マイクロカプセル触媒を得るために
は、硬化触媒10重量部に対して使用する上記単量体の
総量は10〜200重量部程度が好ましく、より好まし
くは10〜100重量部、更に好ましくは20〜50重
量部である。10重量部未満では潜在性を十分に寄与す
ることが困難となる場合があり、200重量部を超える
と、触媒の比率が低くなり、十分な硬化性を得るために
は多量に使用しなければならなくなるため、経済的に不
利となる場合がある。
【0031】このような方法で得られるマイクロカプセ
ルとしては、平均粒径が0.5〜10μm、最大粒径が
50μm以下のものを使用することが好ましい。より好
ましくは平均粒径が2〜5μm、かつ最大粒径が20μ
m以下のものが望ましい。硬化促進剤の粒径が小さすぎ
ると、比表面積が大きくなり、混合した時の粘度が高く
なるおそれがある。また平均粒径が10μmを超える
と、樹脂への分散が不均一になり、信頼性の低下を引き
起こすおそれがある。
【0032】また、上記マイクロカプセルとしては、下
記性能を有するものを使用することが好ましい。即ち、
硬化触媒を含有するマイクロカプセルを1g秤量し、こ
れをo−クレゾール30gに混合した後、30℃で放置
し、溶出する触媒をガスクロマトグラフィーで定量した
場合、マイクロカプセルから溶出する触媒が30℃、1
5分でマイクロカプセル中に含まれる全触媒量の70重
量%以上であるものを用いる。70重量%未満では、硬
化時間が長くかかるおそれがあり、生産性が低下する場
合がある。望ましくは、溶出量が75重量%以上であ
る。
【0033】上記本発明のマイクロカプセル型硬化促進
剤の配合量は、エポキシ樹脂100重量部に対して1〜
15重量部、特に2〜10重量部であることが好まし
い。1重量部未満では硬化性が低下するおそれがあり、
15重量部を超える量では硬化性に優れるが保存性が低
下するおそれがある。
【0034】また、硬化促進剤として、マイクロカプセ
ル化しない上述の触媒を上記マイクロカプセル触媒と併
用添加してもよい。その場合の配合量は、マイクロカプ
セル触媒としていない触媒の合計がエポキシ樹脂100
重量部に対して1〜15重量部、望ましくは2〜7重量
部であることが好ましい。1重量部未満では硬化性が低
下するおそれがあり、15重量部を超える量では硬化性
に優れるが保存性が低下するおそれがある。
【0035】また、マイクロカプセル化しない上述の触
媒を単独で使用してもよい。その場合の配合量は、エポ
キシ樹脂100重量部に対して0.1〜15重量部、望
ましくは0.5〜7重量部である。0.1重量部未満で
は硬化性が低下するおそれがあり、15重量部を超える
量では硬化性に優れるが、保存性が低下するおそれがあ
る。
【0036】一方、本発明に用いられる無機質充填剤と
しては、膨張係数を小さくする目的から、従来より知ら
れている各種の無機質充填剤を添加することができる。
無機質充填剤として、具体的には、溶融シリカ、結晶シ
リカ、アルミナ、ボロンナイトライド、チッカアルミ、
チッカ珪素、マグネシア、マグネシウムシリケート、ア
ルミニウムなどが挙げられる。中でも真球状の溶融シリ
カが低粘度化のため望ましい。
【0037】ポッティング材として使用する場合、平均
粒径が2〜20μmで、最大粒径が75μm以下、特に
50μm以下のものが望ましい。平均粒径が2μm未満
では粘度が高くなり、多量に充填できない場合があり、
一方20μmを超えると粗い粒子が多くなり、リード線
につまり、ボイドとなるおそれがある。この場合、無機
質充填剤の充填量は、エポキシ樹脂100重量部に対し
て100〜600重量部の範囲が好ましい。100重量
部未満では、膨張係数が大きく冷熱試験においてクラッ
クの発生を誘発させるおそれがある。600重量部を超
えると、粘度が高くなり流動性の低下をもたらすおそれ
がある。
【0038】なお、アンダーフィル材として使用する場
合には、侵入性の向上と低線膨張化の両立を図るためフ
リップチップギャップ幅(基板と半導体チップとの隙
間)に対して平均粒径が約1/10以下、最大粒径が1
/2以下とすることが好ましい。この場合の無機質充填
剤の配合量としては、エポキシ樹脂100重量部に対し
て50〜400重量部で配合することが好ましく、より
好ましくは100〜250重量部の範囲で配合する。5
0重量部未満では、膨張係数が大きく、冷熱試験におい
てクラックの発生を誘発させるおそれがある。400重
量部を超えると、粘度が高くなり、薄膜侵入性の低下を
もたらすおそれがある。
【0039】本発明のエポキシ樹脂組成物には、応力を
低下させる目的でシリコーンゴム、シリコーンオイルや
液状のポリブタジエンゴム、メタクリル酸メチル−ブタ
ジエン−スチレンよりなる熱可塑性樹脂などを配合して
もよい。好ましくは、アルケニル基含有エポキシ樹脂又
はフェノール樹脂のアルケニル基と下記平均組成式
(9)で示される1分子中の珪素原子の数が20〜40
0であり、SiH基の数が1〜5であるオルガノポリシ
ロキサンのSiH基との付加反応により得られる共重合
体を配合することが好ましい。
【0040】 Ha15 bSiO(4-a-b)/2 (9) (但し、式中R15は置換又は非置換の一価の炭化水素
基、aは0.01〜0.1、bは1.8〜2.2、1.
81≦a+b≦2.3である。)
【0041】なお、R15の一価炭化水素基としては、炭
素数1〜10、特に1〜8のものが好ましく、メチル
基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル
基、イソブチル基、tert−ブチル基、ヘキシル基、
オクチル基、デシル基等のアルキル基、ビニル基、アリ
ル基、プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基等のア
ルケニル基、フェニル基、キシリル基、トリル基等のア
リール基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプ
ロピル基等のアラルキル基などや、これらの炭化水素基
の水素原子の一部又は全部を塩素、フッ素、臭素等のハ
ロゲン原子で置換したフロロメチル基、ブロモエチル
基、トリフルオロプロピル基等のハロゲン置換一価炭化
水素基を挙げることができる。上記共重合体としては、
中でも下記構造のものが望ましい。
【0042】
【化17】
【0043】上記式中、R15は上記と同じであり、R16
は水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基であり、R17
は−CH2CH2CH2−、−OCH2−CH(OH)−C
2−O−CH2CH2CH2−又は−O−CH2CH2CH
2−である。nは4〜199、好ましくは19〜99の
整数、pは1〜10の整数、qは1〜10の整数であ
る。)
【0044】上記共重合体をジオルガノポリシロキサン
単位がエポキシ樹脂100重量部に対して0〜20重量
部、特には2〜15重量部含まれるように配合すること
で応力をより一層低下させることができる。
【0045】本発明のエポキシ樹脂組成物には、更に必
要に応じ、接着向上用炭素官能性シラン、カーボンブラ
ックなどの顔料、染料、酸化防止剤、表面処理剤(γ−
グリシドキシプロピルトリメトキシシランなど)、その
他の添加剤を本発明の目的を損なわない範囲で配合する
ことができる。
【0046】本発明の液状エポキシ樹脂組成物は、例え
ば、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機質充填剤
及びその他の添加剤等を同時に又は別々に、必要により
加熱処理を加えながら、撹拌、溶解、混合、分散させる
ことにより得ることができる。これらの混合、撹拌、分
散等の装置としては、特に限定されるものではないが、
撹拌、加熱装置を備えたライカイ機、3本ロール、ボー
ルミル、プラネタリーミキサー等を用いることができ
る。またこれら装置を適宜組み合わせて使用してもよ
い。
【0047】なお、本発明において、封止材として用い
る液状エポキシ樹脂組成物の粘度は、25℃において1
0,000ポイズ以下のものが好ましい。また、この組
成物の成形方法、成形条件は、常法とすることができる
が、好ましくは、先に100〜120℃、0.5時間以
上、その後150℃、0.5時間以上の条件で熱オーブ
ンキュアを行う。100〜120℃での加熱が0.5時
間未満では、硬化後にボイドが発生する場合がある。ま
た150℃での加熱が0.5時間未満では、十分な硬化
物特性が得られない場合がある。
【0048】また、本発明の液状エポキシ樹脂組成物の
靭性値K1cは3.0以上であり、好ましくは3.3以上
である。靭性値K1cが3.0未満であると温度サイクル
性が低下するおそれがある。
【0049】ここで、本発明に用いるフリップチップ型
半導体装置としては、例えば図1に示したように、通常
有機基板1の配線パターン面に複数個のバンプ2を介し
て半導体チップ3が搭載されているものであり、上記有
機基板1と半導体チップ3との隙間(バンプ2間の隙
間)にアンダーフィル材4が充填され、その側部がフィ
レット材5で封止されたものとすることができるが、本
発明の封止材は、特にアンダーフィル材として使用する
場合に有効である。
【0050】本発明のエポキシ樹脂組成物をアンダーフ
ィル材として用いる場合、その硬化物のガラス転移温度
以下の膨張係数が20〜40ppm/℃であることが好
ましい。なお、この場合、フィレット材用の封止材は公
知のものでよく、特に上述したアンダーフィル材と同様
の液状エポキシ樹脂組成物を用いることができるが、こ
の場合はその硬化物のガラス転移温度以下の膨張係数が
10〜20ppm/℃であるものが好ましい。
【0051】
【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳
細に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。
【0052】[実施例1〜5、比較例1〜4]表1で示
す成分を3本ロールで均一に混練することにより、9種
の樹脂組成物を得た。これらの樹脂組成物を用いて、以
下に示す試験を行った。その結果を表1に示す。
【0053】[粘度]BH型回転粘度計を用いて4rp
mの回転数で25℃における粘度を測定した。 [ゲル化時間]組成物のゲル化時間を150℃の熱板上
で測定した。 [靭性値K1c]ASTM#D5045に基づき、常温の
強靭性値K1cを測定した。 [Tg(ガラス転移温度)、CTE1(膨張係数)、C
TE2(膨張係数)]5mm×5mm×15mmの硬化
物試験片を用いて、TMA(熱機械分析装置)により毎
分5℃の速さで昇温した時のTgを測定した。また、以
下の温度範囲の膨張係数を測定した。CTE1の温度範
囲は50〜80℃、CTE2の温度範囲は200〜23
0℃である。 [接着力テスト]感光性ポリイミドをコートしたシリコ
ンチップ上に上面の直径2mm、下面の直径5mm、高
さ3mmの円錐台形状の試験片を載せ、150℃で3時
間硬化させた。硬化後、得られた試験片の剪断接着力を
測定し、初期値とした。更に、硬化させた試験片をPC
T(121℃/2.1atm)で168時間吸湿させた
後、接着力を測定した。いずれの場合も試験片の個数は
5個で行い、その平均値を接着力として表記した。 [PCT剥離テスト]ポリイミドコートした10mm×
10mmのシリコンチップを30mm×30mmのFR
−4基板に約100μmのスペーサを用いて設置し、生
じた隙間に組成物を侵入、硬化させ、30℃/65%R
H/192時間後に最高温度265℃に設定したIRリ
フローにて5回処理した後の剥離、更にPCT(121
℃、2.1atm)の環境下に置き、168時間後の剥
離をC−SAM(SONIX社製)で確認した。 [熱衝撃テスト]ポリイミドコートした10mm×10
mmのシリコンチップを30mm×30mmのFR−4
基板に約100μmのスペーサを用いて設置し、生じた
隙間に組成物を侵入、硬化させ、30℃/65%RH/
192時間後に最高温度265℃に設定したIRリフロ
ーにて5回処理した後、−65℃/30分、150℃/
30分を1サイクルとし、250,500,750サイ
クル後の剥離、クラックを確認した。
【0054】
【表1】
【0055】成分: エポキシ樹脂A:NC3000P*/RE303S−L
(共に日本化薬製)=1/5の比率で溶融混合したもの
(25℃粘度:4,300ポイズ) *NC3000Pは下記式(1’)で示されるものであ
る。
【化18】 (式中、xは0〜5である。) エポキシ樹脂B:EPPN501*/RE303S−L
(共に日本化薬製)=1/5の比率で溶融混合したもの
(25℃粘度:3,900ポイズ) *EPPN501は下記式(2’)で示されるものであ
る。
【化19】 (式中、yは1〜2である。) エポキシ樹脂C:XD−1000L*/RE303S−
L(共に日本化薬製)=1/5の比率で溶融混合したも
の(25℃粘度:6,100ポイズ) *は下記式(3’)で示されるものである。
【化20】 (zは1である。) エポキシ樹脂D:NC3000P/RE303S−L
(共に日本化薬製)=1/1の比率で溶融混合したもの
(25℃粘度:9,800ポイズ) エポキシ樹脂E:NC3000P/RE303S−L
(共に日本化薬製)=0.8/10の比率で溶融混合し
たもの(25℃粘度:700ポイズ) エポキシ樹脂F:XD−1000L/RE303S−L
(共に日本化薬製)=6/1の比率で溶融混合したもの
(25℃粘度:測定不能) RE303S−L:ビスフェノールF型エポキシ樹脂
(日本化薬製) MH700:メチルテトラヒドロ無水フタル酸(新日本
理化製) YH307:3,4−ジメチル−6−(2−メチル−1
−プロぺニル)−1,2,3,6−テトラハイドロフタ
ル酸と、1−イソプロピル−4−メチル−バイサクロ
[2.2.2]オクト−5−エン−2,3−ジカルボン
酸の混合物(混合比率=6:4)(油化シェルエポキシ
製) KBM403: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(信越化学製) 2E4MZ:2−エチル−4−メチルイミダゾール(四
国化成製) SE8FC:最大粒径24μm以下の球状シリカ(徳山
ソーダ製) 2E4MZのマイクロカプセル:2E4MZを20重量
%含有したメタクリル酸メチルの重合体,平均粒径が7
μm,o−クレゾール中で30℃、15分間の処理でマ
イクロカプセルから溶出する触媒の量は87重量%
【0056】共重合体:
【化21】
【0057】
【発明の効果】本発明の液状エポキシ樹脂組成物は、シ
リコンチップの表面、特に感光性ポリイミド樹脂や窒化
膜との密着性に優れた硬化物を与え、吸湿後のリフロー
の温度が従来温度240℃付近から260〜270℃に
上昇しても不良が発生せず、更にPCT(120℃/
2.1atm)などの高温多湿の条件下でも劣化せず、
−65℃/150℃の温度サイクルにおいて数百サイク
ルを超えても剥離、クラックが起こらない半導体装置を
提供することができる。
【0058】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の封止材を用いたフリップチップ型半導
体装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 有機基板 2 バンプ 3 半導体チップ 4 アンダーフィル材 5 フィレット材
フロントページの続き (72)発明者 桑原 治由 群馬県碓氷郡松井田町大字人見1番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料 技術研究所内 (72)発明者 塩原 利夫 群馬県碓氷郡松井田町大字人見1番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料 技術研究所内 Fターム(参考) 4J036 AA01 AA05 AC03 AD08 AD11 AD12 AD20 DB21 DC41 DD07 JA07 4M109 AA01 EA02 EB02 EB04 EB12 EC01 EC05

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液状エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤
    及び無機質充填剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物
    において、上記液状エポキシ樹脂が、1分子内に2官能
    基以下のエポキシ基を含有する常温で液状であるエポキ
    シ樹脂(a)と、下記一般式(1)〜(4)で表される
    1分子内に2官能基以上のエポキシ基を含有する常温で
    固体状であるエポキシ樹脂の少なくとも1種(b)とを
    エポキシ樹脂(a)/エポキシ樹脂(b)の重量比が9
    /1〜1/4の範囲で含有し、このエポキシ樹脂混合物
    の25℃における粘度がE型粘度計において10,00
    0ポイズ以下であり、かつこの組成物の靭性値K1c
    3.0以上であることを特徴とする液状エポキシ樹脂組
    成物。 【化1】 (式中、Rは水素原子、炭素数1〜4のアルキル基及び
    フェニル基の中から選択される同一もしくは異なる基で
    ある。xは0〜10である。) 【化2】 (式中、R1は水素原子又は炭素数1〜6の一価炭化水
    素基である。R’は水素原子、メチル基又はエチル基で
    ある。yは0〜6の整数である。) 【化3】 (zは1以上の整数である。) 【化4】 (式中、R1〜R4は水素原子又は炭素数1〜6の一価炭
    化水素基である。)
  2. 【請求項2】 上記硬化剤として、3,4−ジメチル−
    6−(2−メチル−1−プロぺニル)−1,2,3,6
    −テトラハイドロフタル酸及び1−イソプロピル−4−
    メチル−バイサクロ[2.2.2]オクト−5−エン−
    2,3−ジカルボン酸の混合物を硬化剤全体の5〜75
    重量%含有す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。
  3. 【請求項3】 上記硬化剤が、3,4−ジメチル−6−
    (2−メチル−1−プロぺニル)−1,2,3,6−テ
    トラハイドロフタル酸及び1−イソプロピル−4−メチ
    ル−バイサクロ[2.2.2]オクト−5−エン−2,
    3−ジカルボン酸の混合物と、メチルテトラヒドロ無水
    フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸又はヘキサ
    ヒドロ無水フタル酸とを併用するものである請求項2記
    載の液状エポキシ樹脂組成物。
  4. 【請求項4】 上記硬化促進剤が、イミダゾール化合物
    又は有機リン化合物である請求項1乃至3のいずれか1
    項に記載の液状エポキシ樹脂組成物。
  5. 【請求項5】 上記硬化促進剤が、イミダゾール化合物
    又は有機リン化合物を含有したマイクロカプセル触媒で
    あって、平均粒径が0.5〜10μmであり、かつo−
    クレゾール中におけるマイクロカプセルからの触媒の溶
    出量が30℃、15分でマイクロカプセル中に含まれる
    全触媒量の70重量%以上であるマイクロカプセル触媒
    を含有する請求項4記載の液状エポキシ樹脂組成物。
  6. 【請求項6】 上記イミダゾール化合物が、2−メチル
    イミダゾール、2−エチルイミダゾール、1,2−ジメ
    チルイミダゾール、1,2−ジエチルイミダゾール、2
    −エチル−4−メチルイミダゾール、2−ウンデシルイ
    ミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール又は2−フ
    ェニルイミダゾールである請求項4又は5記載の液状エ
    ポキシ樹脂組成物。
  7. 【請求項7】 上記有機リン化合物が、下記式(8) R11121314PSCN (8) (但し、R11、R12、R13、R14は、それぞれ炭素数1
    〜20の有機基である。)で表されるものである請求項
    4又は5記載の液状エポキシ樹脂組成物。
  8. 【請求項8】 請求項1乃至7のいずれか1項記載の液
    状エポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装
    置。
  9. 【請求項9】 請求項1乃至7のいずれか1項記載の液
    状エポキシ樹脂組成物の硬化物で封止されたフリップチ
    ップ型半導体装置。
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