JP2008127577A - マルチチップパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれを用いたマルチチップパッケージ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マルチチップパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物が提供される。上記エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、カップリング剤、及び無機充填剤を含み、上記カップリング剤は、炭化水素基を含むヒドロキシシロキサン樹脂を含むことを特徴とする。上記エポキシの樹脂組成物は、優れた信頼性を果たすと共に成形性の側面でも優れた特性を有する。
【選択図】なし
Description
下させる方法などが提案されている。
チップとチップとの間を有機物接着フィルム(DAF;Die attach film)を用いて接着を行う
。この場合、既存にように、1つの半導体チップを、金属パッドの上に、一種のチップ接着剤である金属系ペーストを用いて接着した場合より信頼性の側面で非常に脆弱になることになる。すなわち、有機物接着フィルムの接着力が弱くて、チップと接着フィルムとの間で剥離(Delamination)が発生しやすいだけでなく、有機物フィルムは、耐湿特性においても脆弱であるので、パッケージクラックに進む可能性が非常に大きいためである。これは、従来技術によっては解決しにくい課題であった。
Resin)を含むカップリング剤を用いて、付着力、耐湿性、耐クラック性、及び靭性特性
を向上させることができるというのが分かり、本発明を完成するに至った。
上記アルキル基は、メチル基であるのが好ましい。
上記ヒドロキシシロキサン樹脂は、例えば、ジメチルヒドロキシシロキサン樹脂である。
上記ヒドロキシシロキサン樹脂は、例えば、下記一般式1の構造を有する。
上記ヒドロキシシロキサン樹脂は、常温で液状であるのが好ましい。
上記ヒドロキシシロキサン樹脂は、常温、40%ブタノール溶液での粘度が200〜800cpsであるのが好ましい。
上記ヒドロキシシロキサン樹脂は、屈折率が1.4〜1.6であるのが好ましい。
本発明のエポキシ樹脂組成物において、カップリング剤は、エポキシ樹脂組成物全体に対し0.01〜10重量%で含まれることが可能である。
本発明のエポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂は、例えば、下記一般式2で表示
されるビフェニル型エポキシ樹脂である。
フェノールアラルキル型フェノール樹脂である。
重量%の混合物である。
である。
本発明のマルチチップパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物は、応力緩和剤をさらに含むことが可能である。
上記応力緩和剤は、エポキシ樹脂組成物全体に対し0.1〜6.5重量%で含まれることが可
能である。
本発明のマルチチップパッケージ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、カップリング剤、及び無機充填剤を含んでなる。
又は網状(Network)構造の樹脂よりマルチチップパッケージの信頼性の側面で優れた性能
を有する。
上記炭化水素基を含有するヒドロキシシロキサン樹脂は、オリゴマー形態の接着向上剤であって、金属素子との付着性、耐湿性、及び靭性特性を向上させ、特に、金属素子である銅(Copper)、ニッケル合金(Alloy42)だけでなく、主要部分にメッキされており、非常
に付着力の良くない金属である銀(Silver)、及び環境親和型リードフレーム素材のPPF(Pre-Plated Frame)の主要構成成分である金、又は白金などの金属素子と、後硬化工程後の
付着力、及び吸湿後の付着力において非常に優れた効果が得られる。加えて、有機物接着フィルムによって接着されるマルチチップパッケージにおいても、特有の付着性と耐湿性、靭性特性によって優れた信頼性が得られると共に、成形性の側面でも優れた結果が得られることになる。
るのが好ましい。又、本発明では、上記ヒドロキシシロキサン樹脂と、通常のカップリング剤とを混用しても構わない。この場合、上記ヒドロキシシロキサン樹脂は、カップリング剤全体に対し20〜100重量%で含まれるのが好ましい。
キシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、線形脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ
樹脂、複素環型エポキシ樹脂、スピロ環を含むエポキシ樹脂、及びザイロック型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂などが挙げられ、そのうちの2種以上を併用
することができる。例えば、下記一般式2で表示されるビフェニル型エポキシ樹脂と、下
記一般式3で表示されるフェノールアラルキル型エポキシ樹脂とが挙げられる。
マレイン酸、無水フタル酸などの酸無水物及びメタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンなどの芳香族アミンなどが挙げられる。半導体成形用としては、耐熱性、耐湿性、及び保存性の側面でフェノール系硬化剤が多く用いられており、用途に応じて2種以上の硬化剤を併行して用いても良い。例えば、下記一般式4で表示されるフェノールアラルキル型フェノール樹脂と、下記一般式5で表示されるザイ
ロック型フェノール樹脂とが挙げられる。
樹脂が挙げられ、これをフェノール樹脂全体に対し20重量%以上、特に、30重量%以上使用すれば良い。本発明で用いられる硬化剤は、エポキシ樹脂組成物全体に対し0.1〜10重量%が好ましく、より好ましくは0.5〜7重量%を使用する。エポキシ樹脂と硬化剤の比は、機
械的性質及び耐湿信頼性の要求により、エポキシ樹脂に対し硬化剤の化学当量比が、0.5
〜1.5、特に0.8〜1.2の範囲であることが好ましい。
合物などが使用可能である。第3級アミンには、ベンジルジメチルアミン、2-2-(ジメチルアミノメチル)フェノール、2、4、6-トリス(ジアミノメチル)フェノールとトリ-2-エチルヘキシル酸の塩などがある。有機金属化合物には、クロムアセチルアセトネート、亜鉛アセチルアセトネート、ニッケルアセチルアセトネートなどがある。有機リン化合物には、トリス-4-メトキシホスフィン、テトラブチルホスホニウムブロミド、ブチルトリフェニ
ルホスホニウムブロミド、トリフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィントリフェニルボラン、トリフェニルホスフィン-1、4-ベンゾキノン付加物などがある。イミダゾール類には、2-メチルイミダゾール、2-アミノイミダゾール、2メチル-1-ビニルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾールなどがある。ホウ素化
合物には、トリフルオロボラン-n-ヘキシルアミン、トリフルオロボランモノエチルアミ
ン、テトラフルオロボラントリエチルアミン、テトラフルオロボランアミンなどがある。これ以外にも、1、8-ジアザビシクロウンデセン(DBU)とフェノールノボラック樹脂塩などがある。上記硬化促進剤は、エポキシ樹脂組成物全体に対し0.1〜10重量%で含まれるのが好ましい。
料から合成した非結晶性シリカも含まれる。溶融シリカの形状及び粒径は、特に限られることはないが、平均粒径5μm以上30μm以下の球状溶融シリカを50〜99重量%、平均粒径1μm以下の球状溶融シリカを1〜50重量%を含んだシリカを充填剤全体に対し、40重量%以上、特に60重量%以上含有するのが好ましい。本発明で、無機充填剤の比率は、成形性、
低応力性、高温強度などの物性によって異なるが、エポキシ樹脂組成物全体に対し70〜95重量%が好ましく、より好ましくは80〜95重量%の割合で用いる。
剤などを、必要に応じて用いることができる。
も含まれることも可能である。この時、変成シリコンオイルとしては、耐熱性に優れたシリコン重合体が良く、エポキシ官能基を有するシリコンオイル、アミン官能基を有するシリコンオイル、及びカルボキシル官能基を有するシリコンオイルなどを1種又は2種以上混合して、エポキシ樹脂組成物全体に対し0.05〜1.5重量%を使用することができる。但し、シリコンオイルを1.5重量%以上超える場合には、表面汚染が発生しやすく、レジンブリード(bleed)が長くなる恐れがあり、0.05重量%未満で使用する時には、十分な低弾性率を得ることができなくなるという問題点があり得る。又、シリコンパウダーは、その中心粒径が15μm以下であるということが成形性の低下の原因として作用しないから、特に好ましく、樹脂組成物全体に対し0.05〜5重量%で含有するのが好ましい。
に十分に混合した後、ロールミル(roll mill)やニーダー(kneader)にて溶融混練し、冷却、粉砕過程を経て、最終粉末製品を得る方法が用いられている。一般に、本発明で、低圧トランスファー成形法を用いたり、インジェクション(Injection)成形法やキャスティン
グ(Casting)などの方法で 得られたエポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子を製造することができる。
末状態の1次組成物を製造、連続ニーダーを用いて、100〜120℃の範囲で溶融混練した後
、冷却及び粉砕過程を経て、エポキシ樹脂組成物を製造した。
* 物性評価方法
(流動性/スパイラルフロー):EMMI-1-66に準じて、評価用金型を用いて、175℃でトランスファーモールドプレスを利用して測定した。
(熱膨張係数(α1)):ASTM D696によって評価した。
(付着力(kgf)): 銀がメッキされた銅リードフレーム及びメッキされない銅リードフレ
ームを付着測定用金型に適した規格で準備し、準備した金属試験片に表1のエポキシ樹脂
組成物を金型温度170〜180℃、移送圧力1000psi、移送速度0.5〜1.0cm/sec、硬化時間90秒という条件で、成形して硬化試験片を得た後、試験片を175℃のオーブンに入れて、2
時間、後硬化(PMC;post mold cure)させた直後と、85℃、85%相対湿度条件下で、96時間放置させた後、260℃で30秒間IRリフローを1回通過させることを3回繰り返すプリコンデ
ィション条件下での付着力をそれぞれ測定した。この時、金属試験片に接するエポキシ樹脂組成物の面積は、40±1mm2であり、付着力測定は、各測定工程当たり10個以上の試
験片に対してUTM(Universal Testing Machine)を利用して測定した。
時間硬化させた試験片でUTMを利用して測定した。
(吸湿率): 121℃/100%RH(2気圧)の恒温恒湿器で24時間吸湿させた後、常温で冷えるま
で待ち、質量をはかった後、測定した質量値を用いて下記式1のように吸湿率を計算した
。
吸湿率(%)= ((吸湿後の試験片の質量−吸湿前の試験片の質量)/(吸湿前の試験片の質
量))*100(%) ---- 式1)
(耐クラック性評価(信頼性試験)):プリコンディション(Precondition)後、熱衝撃試験
機(Temperature Cycle Test)で1,000サイクル経過後、非破壊検査器であるSAT(Scanning Acoustic Tomograph)にてクラックの発生有無を評価した。
エポキシ樹脂組成物で製造したマルチチップパッケージを125℃で24時間乾燥させ、5サイクルの熱衝撃試験を経てから、85℃、85%相対湿度条件下で、96時間放置させた後、260℃、10秒間IRリフローを1回通過させることを3回繰り返すというプリコンディション条件下でのパッケージクラックの発生有無を評価した。この段階においてクラックが発生した場合、次の段階である1,000サイクルの熱衝撃試験は進行しなかった。
上記プリコンディション条件を通過したマルチチップパッケージを−65℃で10分、25℃で5分、150℃で10分間放置することを1サイクルとして、1,000サイクルを進行した後、非破壊検査器であるSATを利用して、内部及び外部クラックを評価した。
信頼性試験のため、MPS(Multi Plunger System)成形機を利用して、175℃で70秒間成形させた後、175℃で2時間、後硬化させて、4つの半導体チップが有機物接着フィルムによって、上下に積層(stack)されたマルチチップパッケージを作製した。信頼性は、熱衝撃
試験でのパッケージクラックの発生程度で示した。
ファーモールドで成形させ、マルチチップパッケージを製作した。175℃で2時間、後硬化させた以後常温で冷却した。以後、肉眼でパッケージ表面に観察されるボイドの個数を測定した。
組成物は、比較例に比べて金属に対する付着力が増加し、信頼性及び成形性の側面でも格段に優れた特性を示していることが分かる。
Claims (21)
- エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、カップリング剤及び無機充填剤を含むエポキシ樹脂組成物であって、
上記カップリング剤が、炭化水素基を含有するヒドロキシシロキサン樹脂(Hydroxysiloxane Resin) を含むことを特徴とするマルチチップパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。 - 上記炭化水素基は、炭素数1〜6個のアルキル基、又はフェニル基であることを特徴とする請求項1に記載のマルチチップパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。
- 上記アルキル基は、メチル基であることを特徴とする請求項2に記載のマルチチップパ
ッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。 - 上記ヒドロキシシロキサン樹脂は、ジメチルヒドロキシシロキサン樹脂 であることを
特徴とする請求項1に記載のマルチチップパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。 - 上記ヒドロキシシロキサン樹脂は、ラダー(Ladder)構造であることを特徴とする 請求
項1に記載のマルチチップパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。 - 上記アルキル基は、メチル基であることを特徴とする請求項6に記載のマルチチップパ
ッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。 - 上記ヒドロキシシロキサン樹脂は、常温で液状であることを特徴とする 請求項1に記載のマルチチップパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。
- 上記ヒドロキシシロキサン樹脂は、常温、40%ブタノール溶液での粘度が200〜800cpsであることを特徴とする請求項1に記載のマルチチップパッケージ封止用エポキシ樹脂組成
物。 - 上記ヒドロキシシロキサン樹脂の比重は、1〜1.6であることを特徴とする請求項1に記
載のマルチチップパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。 - 上記ヒドロキシシロキサン樹脂の屈折率は、1.4〜1.6であることを特徴とする請求項1
に記載のマルチチップパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。 - 上記カップリング剤は、エポキシ樹脂組成物全体に対し0.01〜10重量%で含まれること
を特徴とする請求項1に記載のマルチチップパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。 - 上記ヒドロキシシロキサン樹脂は、カップリング剤全体に対し20〜100重量%で含まれることを特徴とする請求項1に記載のマルチチップパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。
- 上記無機充填剤は、平均粒径5μm以上30μm以下の球状溶融シリカ50〜99重量%、及び平均粒径1μm以下の球状溶融シリカ1〜50重量%の混合物であることを特徴とする請求項1に記載のマルチチップパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。
- 応力緩和剤をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のマルチチップパッケージ封
止用エポキシ樹脂組成物。 - 上記応力緩和剤は、変成シリコンオイル、シリコンパウダー、及びシリコンレジンから構成された群より選択される1種以上であることを特徴とする請求項17に記載のマルチチ
ップパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。 - 上記応力緩和剤は、エポキシ樹脂組成物全体に対し0.1〜6.5重量%で含まれることを特
徴とする請求項17に記載のマルチチップパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。 - 上記無機充填剤は、エポキシ樹脂組成物全体に対し70〜95重量%で含まれることを特徴
とする請求項1に記載のマルチチップパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。 - 請求項1〜請求項20のいずれか1項に記載のマルチチップパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物を用いて製造されるマルチチップパッケージ。
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