JP2005255790A - 封止用エポキシ樹脂成形材料及び電子部品装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)一分子内にポリアルキレンオキシド誘導体構造及びスチレン誘導体構造の両者を有する化合物、を必須成分とする封止用エポキシ樹脂成形材料、並びにこれにより封止された電子部品装置。
【選択図】なし
Description
近年、電子部品装置の小型・軽量化、高性能・高機能化を図るために素子の高密度実装化、配線の微細化、多層化、多ピン化、素子のパッケージに対する占有面積増大化等が進んでいる。これに伴い、電子部品装置は、DIP(Dual Inline Package)、PGA(Pin Grid Array)等の従来のピン挿入型のパッケージから、QFP(Quad Flat Package)、SOP(Small Outline Package)、SOJ(Small Outline J-lead package)、BGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip Size Package)等の表面実装型のパッケージへ主流が移行し、小型薄型化したTSOP(Thin Small Outline Package)、TQFP(Thin Quad Flat Package)、より一層の高密度化、多機能化したCSP(Chip Size Package)、マルチチップパッケージ、ウエハレベルCSP、積層パッケージ等が開発されている。
半導体パッケージにはさまざまな信頼性が求められるが、そのうちの一つに、耐熱衝撃性(耐温度サイクル性)が挙げられる。耐熱衝撃性を上げる為には、封止用エポキシ樹脂成形材料と半導体インサートとの線膨張係数を近づける、封止用エポキシ樹脂成形材料の低弾性化を図るといった手法が有効であることがわかっており、このうち、封止用エポキシ樹脂成形材料の低弾性化には、液状シリコーン、固形シリコーン、PMMA等をはじめとする固形ゴムといった添加剤が用いられることが多い(例えば特許文献1〜4参照。)。
近年は又、前述したBGA、CSP等のいわゆる片面モールドパッケージの増加に伴い、半導体部材と封止用エポキシ樹脂成形材料の線膨張係数のミスマッチに起因するパッケージ反りの問題がクローズアップされており、この点からも封止用エポキシ樹脂成形材料の低弾性化が求められている。
しかしながら、封止用エポキシ樹脂成形材料の低弾性化を実現する為の前記添加剤は、添加による流動性の低下といった問題の他に、液状シリコーンではブリードアウトによるパッケージの外観不良、固形シリコーンや固形ゴムでは粒子の分散不具合等などといった問題をそれぞれ抱えている。また、シリコーン系の低弾性化剤は、一般に耐リフロークラック性を損なう等の問題もある。
本発明はかかる状況に鑑みなされたもので、パッケージの外観不良や添加剤の分散不具合等の問題を発生させずに低弾性化を実現し、流動特性等の成形性に優れ、耐リフロークラック性等の信頼性にも優れた封止用エポキシ樹脂成形材料、及びこれにより封止した素子を備えた電子部品装置を提供しようとするものである。
(1)(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)一分子内にポリアルキレンオキシド誘導体構造及びスチレン誘導体構造の両者を有する化合物、を必須成分とする封止用エポキシ樹脂成形材料、
(2)前記(C)成分が一分子内にポリアルキレンオキシド誘導体、スチレン誘導体構造、及び無水マレイン酸誘導体の三者を有する化合物である前記(1)に記載の封止用エポキシ樹脂成形材料、
(3)前記(C)成分が下記一般式(I)で表される化合物である前記(2)に記載の封止用エポキシ樹脂成形材料、
(4)前記(1)〜(3)のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂成形材料により封止された素子を備えた電子部品装置、
に関する。
なかでも、流動性の観点からは、150℃における溶融粘度が0.3Pa・s以下の多官能エポキシ樹脂や、結晶性の2官能エポキシ樹脂を単独もしくは併用して用いることが好ましい。結晶性の2官能エポキシ樹脂を用いることは、耐リフロー性等の信頼性の観点からも好ましく、例えばビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂等をその例として挙げることができる。
なかでも、耐リフロー性等の信頼性の観点からはビフェニル型フェノール樹脂及びアラルキル型フェノール樹脂等が好ましく、耐熱性、低膨張率及び低そり性の観点からはトリフェニルメタン型フェノール樹脂等が好ましい。
本発明の効果を得る為には、ポリアルキレンオキシド誘導体及びスチレン誘導体構造の両者を一分子内に含む化合物を用いることが必須であり、さらに無水マレイン酸誘導体を含んでいることが好ましい。
ここで、ポリアルキレンオキシド誘導体とは、メチレングリコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ペンチレングリコール、ヘキシレングリコール等から選ばれる1種又は2種以上のアルキレングリコール類を脱水重合して得られる繰り返し構造を50重量%以上含む化合物を指し、その末端、又は側鎖中に、アルキル基以外の、カルボキシル基、アミノ基、フェニル基、ビニル基等他の官能基を含んでいても良い。
スチレン誘導体には、スチレンの他、スチルベン等が含まれる。
無水マレイン酸誘導体には、無水マレイン酸、メチルマレイン酸無水物、ジメチルマレイン酸無水物等の酸無水物、酸無水物を水で開環したマレイン酸、メチルマレイン酸、ジメチルマレイン酸等の他、酸無水物を一価以上のアルコールで開環したモノ/ジエステル化合物や、一級又は二級アミン化合物で開環したモノ/ジアミド化合物、イミド化合物等が含まれる。
一般式(I)で、R1は炭素数3〜6であることが好ましく、3〜4がより好ましい。炭素数が3より小さいと化合物全体の親水性が増大し、耐リフロー性等の信頼性に悪影響を与える傾向がある。炭素数が6を超えると化合物全体の疎水性が増大する結果、半導体インサートとの密着力が低下し、やはり信頼性に悪影響を与える場合がある。R2は、炭素数1〜20の飽和炭化水素基であることが好ましく、炭素数2〜15の飽和炭化水素基であるのがより好ましく、3〜10の飽和炭化水素基であるのが特に好ましい。炭素数が20を超えると、化合物全体の疎水性が増大し、半導体インサートとの密着力の低下や、ブリードアウトによるパッケージ外観不良といった問題が発生する場合がある。
なお、一般式(I)で表される化合物は、式中に記載したとおりの単量体の順番に限定されず、また、ブロック共重合物に限定もされない。
xは5〜20が好ましく、7〜15がより好ましく、8〜12が特に好ましい。xが5より小さいと低弾性化の効果が不充分となり、xが20を超えるとガラス転移点の低下を招く傾向がある。l、mについては、1/3≦(l/m)≦3/1が好ましく、1/2≦(l/m)≦2/1がより好ましく、(l/m)が1/1前後であることが特に好ましい。l/mが1/3未満では低弾性化の効果が不充分となり、l/mが3/1を超えるとガラス転移点の低下を招く傾向がある。nについては、l/mを1/1前後とした上で、1/5≦n/(l+m)≦5/1が好ましく、1/3≦n/(l+m)≦3/1がより好ましく、1/3≦n/(l+m)≦2/1がより好ましい。n/(l+m)が1/5より小さいとガラス転移点の低下やパッケージ吸水率の増大を招き、n/(l+m)が5/1より大きいと低弾性化の効果が不充分となる傾向がある。
本発明の効果を得る為には、(C)成分の配合量を成形材料全体の0.1〜5重量%とすることが好ましく、0.3〜3重量%とすることがより好ましく、0.5〜2重量%とすることが特に好ましい。0.1重量%未満では低弾性化の効果が不充分となり、5重量%を超えるとガラス転移点の低下や機械強度の低下といった不具合を招く可能性がある。
流動性と信頼性の観点からは、有機リン化合物とキノン化合物の付加物を単独又は併用して用いることが好ましい。
(D)硬化促進剤の配合量は、硬化促進効果が得られれば特に制限はないが、硬化性及び流動性の観点からは、0.005〜2重量%が好ましく、0.01〜0.5重量%がより好ましい。0.05〜0.3重量%がさらに好ましい。0.005重量%未満では短時間での硬化性に劣る傾向があり、2重量%を超えると硬化速度が速すぎて良好な成形品を得ることが困難になる傾向がある。硬化促進効果は硬化促進剤の種類によって異なるため、(D)硬化促進剤の配合量は、用いる硬化促進剤の硬化促進効果に応じて調整される。
(化3)
Mg1−XAlX(OH)2(CO3)X/2・mH2O ……(II)
(0<X≦0.5、mは正の整数)
陰イオン交換体の配合量は、ハロゲンイオン等のイオン性不純物を捕捉できる十分な量であれば特に制限はないが、(A)成分のエポキシ樹脂に対して0.1〜30重量%が好ましく、1〜10重量%がより好ましく、2〜5重量%がさらに好ましい。配合量が0.1重量%未満ではイオン性不純物の捕捉が不十分になる傾向があり、30重量%を超えた場合それ以下に比べて効果に大差がないため経済的に不利である。
また、本発明の封止用エポキシ樹脂成形材料は、液状樹脂を用いて又は各種有機溶剤に溶かして液状封止用エポキシ樹脂成形材料として使用することもでき、この液状封止用エポキシ樹脂成形材料を板又はフィルム上に薄く塗布し、樹脂の硬化反応が余り進まないような条件で有機溶剤を飛散させることによって得られるシートあるいはフィルム状の封止用エポキシ樹脂成形材料として使用することもできる。
また、素子を直接樹脂封止する一般的な封止方法ばかりではなく、素子に直接電子部品封止用エポキシ樹脂成形材料が接触しない形態である中空パッケージの方式もあり、中空パッケージ用の封止用エポキシ樹脂成形材料としても好適に使用できる。
(A)エポキシ樹脂としてオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(150℃における溶融粘度0.2Pa・s、大日本インキ化学工業株式会社製商品名N500P‐2)、エポキシ当量196、融点106℃のビフェニル型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製商品名エピコートYX−4000H)、
(B)硬化剤として水酸基当量175、軟化点70℃のフェノール・アラルキル樹脂(三井化学株式会社製商品名ミレックスXL−225)、水酸基当量103、軟化点83℃のトリフェニルメタン型フェノール樹脂(明和化成株式会社製商品名MEH−7500)、
(C)成分として一般式(I)で示される化合物のうち、R1が炭素数4、R2が炭素数8、x=8、l/m=1/1、n/(l+m)=1/3である化合物(添加剤1)、(C)成分の比較添加剤として、エポキシ変性シリコーン(比較添加剤1。信越化学工業株式会社製商品名KF‐1001)、平均粒径5.0μmの架橋シリコーンゴム(比較添加剤2。信越化学工業株式会社製商品名KMP‐594)、平均粒径50μmのPMMA系ゴム(比較添加剤3。ワッカーケミカルズ社製商品名444206VP)、
硬化促進剤として、トリフェニルホスフィンと1,4−ベンゾキノンとの付加物、無機充填剤として平均粒径17.5μm、比表面積3.8m2/gの球状溶融シリカ、離型剤として酸化型ポリエチレン(クラリアント株式会社製商品名PED153)及びモンタン酸エステル(クラリアント社製商品名Hoechst-Wax E)、カップリング剤としてエポキシシラン(日本ユニカー株式会社製商品名A−187)、難燃剤として三酸化アンチモン及びエポキシ当量375、軟化点80℃、臭素含量48重量%のビスフェノールA型ブロム化エポキシ樹脂(住友化学工業株式会社製商品名ESB−400T)、着色剤としてカーボンブラック(三菱化学株式会社製商品名MA−100)を、それぞれ表1及び表2に示す重量部で配合し、混練温度80℃、混練時間10分の条件でロール混練を行い、実施例及び比較例の封止用エポキシ樹脂成形材料を作製した。
なお、(C)成分の添加剤1は、その全量を(B)成分の硬化剤の全量と予め予備混合して用いた。予備混合は、170℃/30分で行った。
なお、封止用エポキシ樹脂成形材料の成形は、明記しないものはトランスファ成形機により、金型温度180℃、成形圧力6.9MPa、硬化時間90秒の条件で行った。また、後硬化は175℃で6時間行った。
(1)スパイラルフロー(流動性の指標)
EMMI−1−66に順じてスパイラルフロー測定用金型を用いて、封止用エポキシ樹脂成形材料を上記条件で成形し、流動距離(cm)を求めた。
(2)曲げ弾性率(室温時)
成形及び後硬化して得た試験片によりJIS K 7171(3点曲げ試験)に順じた測定を行った。試験片寸法は127mm×12.7mm×4.0mmt、N=4での測定平均値より曲げ弾性率を求めた。
(3)耐リフロークラック性
フラットのアイランド形状(アイランドサイズ:8×10mm)を持った42Alloyのリードフレームに、ダミーチップ(チップサイズ:8×10×0.3mmt)を搭載し、封止用エポキシ樹脂成形材料にて封止、QFP-1(14×20×2.0mmt)パッケージを作製した。後硬化後、85℃、85%RHの条件で48時間吸湿させ、株式会社ジャード製IRリフロー炉に通して最高温度250℃、10秒の条件でリフロー処理を行い、通過後のパッケージを、株式会社日立製作所製SATを用いて観察した。パッケージ内部、外部のいずれかにクラックが発生しているパッケージ数をカウントした。
(4)パッケージ外観
封止用エポキシ樹脂成形材料をTOWAプレス(藤和精機株式会社製Yシリーズ、LQFP144p用 パッケージ厚み1.4mm)を用いて、180℃、6.9MPa、60秒の条件で50ショットの連続成形を行い、50ショット目の成形品を目視により観察することで、パッケージ汚れの程度を○、△、×で判定した。
(5)分散不具合の有無
(4)と同様の方法で得たパッケージの全数(=250)を目視にて確認し、パッケージ表面の凝集物の有無を確認、凝集物の見られるパッケージ数をカウントした。
これに対し、本発明における(A)成分、(B)成分以外に(C)成分を含有した実施例1〜6は、流動性や信頼性を損なうことなく低弾性化を実現し、パッケージ外観や分散性にも優れていることがわかる。
Claims (4)
- (A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)一分子内にポリアルキレンオキシド誘導体構造及びスチレン誘導体構造の両者を有する化合物、を必須成分とする封止用エポキシ樹脂成形材料。
- 前記(C)成分が一分子内にポリアルキレンオキシド誘導体構造、スチレン誘導体構造、及び無水マレイン酸誘導体の三者を有する化合物である請求項1に記載の封止用エポキシ樹脂成形材料。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂成形材料により封止された素子を備えた電子部品装置。
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JP2004067551A JP2005255790A (ja) | 2004-03-10 | 2004-03-10 | 封止用エポキシ樹脂成形材料及び電子部品装置 |
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JP2006104416A (ja) * | 2004-10-08 | 2006-04-20 | Hitachi Chem Co Ltd | 封止用エポキシ樹脂成形材料及び電子部品装置 |
US8445064B2 (en) | 2009-07-09 | 2013-05-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Composition for light emitting body-polymer composite, light emitting body-polymer composite, and light emitting device including the light emitting body-polymer composite |
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2004
- 2004-03-10 JP JP2004067551A patent/JP2005255790A/ja active Pending
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