JP2014133831A - 圧縮成形用エポキシ樹脂組成物と半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧縮成形用エポキシ樹脂組成物について、ＢＧＡパッケージの反りを抑え、、耐リフロー性を良好にするとともに、組成物パウダーの取扱い性を良好とする。
【解決手段】 無機充填材の配合割合を組成物全体の８８質量％以上とし、硬化剤中のトリフェニルメタン系フェノールの割合を７０質量％以上とし、組成物のパウダーの粒度分布を２．４ｍｍ以上が２質量％以下、０．２ｍｍ以下が５質量％以下とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、半導体素子の封止に用いられる圧縮成形用エポキシ樹脂組成物とこれにより封止成形された半導体装置に関するものである。

近年の電子機器の小型化、薄型化にともない、表面実装型パッケージが主流になってきており、これらのパッケージのなかでも、より実装密度の高いエリア実装タイプのＢＧＡが多くなりつつある。ただ、このＢＧＡパッケージは片面封止であるために反りが発生し、半田リフロー時に問題となる。

このようなＢＧＡパッケージの反りを低減するには、線膨張を低減すること、もしくはガラス転移温度を高くすることで、樹脂の成形収縮率を低減する方法があるが、このような方法のための材料は耐リフロー性に問題が生じてしまうことが多い。

そこで、これまでにも、ＢＧＡパッケージの反りを抑えることと、耐リフロー性を改善するための方策としてアントラセン骨格やナフタレン骨格を有するグリシジルエーテル型エポキシ樹脂を用いることが提案されている（例えば特許文献１−２）。

しかしながら、従来提案の方策においてはＢＧＡパッケージの反りの抑制と耐リフロー性の改善については依然として改良の余地が残されているのが実情であった。

また、近年、新たな成形方法として圧縮成形方式が検討されている。だが、この成形方式では、パウダー状の組成物を成形機内で直接計量するために、パウダーの耐ブロッキングや計量精度の向上が問題となる。

そこで、圧縮成形方法においてパウダーの耐ブロッキング性や計量精度の向上を図り、しかもＢＧＡパッケージの反りの抑制と耐リフロー性の改善を図ることが検討されている。例えばその改善方策として、アントラセン系エポキシ樹脂とビフェニル・ポリフェノール系硬化剤とを併用することが提案されている（特許文献３）。

特開２００７−２６２３８４号公報 特開２００８−３１２３３号公報 特開２０１２−２４１１７７号

だが、圧縮成形方法は実際的にも期待される方法であるが、実用的観点からは、さらに簡便な手段として前記諸点についてより顕著な改善策を実現することが望まれていた。

本発明は、以上のことから、ＢＧＡのような片面封止ＰＫＧパッケージの反りの抑制とともに耐リフロー性を改善し、かつ、パウダーの耐ブロッキング性、計量精度の向上を図ることのできる良好なパウダー取扱い性を有する、圧縮成形用エポキシ樹脂組成物とこれを用いて樹脂封止した半導体装置を提供することを課題としている。

本発明の圧縮成形用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材を必須成分として含有する半導体素子の封止に用いられる圧縮成形用エポキシ樹脂組成物であって、無機充填材が前記組成物全体量の８８質量％以上であり、
硬化剤として、次式（１）

で表わされる硬化剤を全硬化剤中の７０質量％以上含有し、前記組成物のパウダーの粒度分布は、２．４ｍｍ以上が２質量％以下、０．２ｍｍ以下が５質量％以下であることを特徴としている。

また、本発明は、前記の圧縮成形用エポキシ樹脂組成物をもって半導体素子が封止成形されていることを特徴とする半導体装置も提供する。

本発明の圧縮成形用エポキシ樹脂組成物によれば、ＢＧＡのような片面封止ＰＫＧパッケージの反りの抑制、耐リフロー性が良好であるとともに、パウダーの耐ブロッキング性並びに計量精度の向上が図られ、良好なパウダー取扱い性を有することになる。

前記のとおり、本発明ではエポキシ樹脂、フェノール硬化剤、無機充填材を必須成分として含有する半導体素子の封止に用いられる圧縮成型用エポキシ樹脂組成物において、無機充填材が前記組成物全体量の８８質量％以上である。無機充填材の含有量が８８質量％未満では線膨張が大きくなるために、収縮率が大きくなり、パッケージの反りが大きくなってしまう。

無機充填材としては、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素など各種のものを用いることができる。

本発明で用いるエポキシ樹脂は、その種類は特に限定されないが、例えばフェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、などを用いることができる。

また、本発明で用いる硬化剤は、前記式（１）で示される。この式（１）で表わされる化合物は、その構造において、本発明の所要の効果を阻害しないものであれば、例えばそのベンゼン環においてアルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、フェニル基等の炭化水素基や、ヒドロキシル基、アルコキシル基等の置換基を有していてもよい。硬化剤を全硬化剤中７０質量％以上含有することで、熱時の弾性率を低下することができ、耐リフロー性を良好にする。

前記式（１）の硬化剤には、公知のものをはじめとして他種の硬化剤が併用されてよい。このような硬化剤としては、例えばフェノールノボラック、クレゾールノボラック、フェノールアラルキル、ナフトールアラルキル等、各種多価フェノール化合物あるいは、ナフトール化合物、などを用いることができる。

また、本発明では、その他配合成分を各種用いてもよい。例えば硬化促進剤、離型剤などである。

硬化促進剤としては、エポキシ基とフェノール性水酸基の反応を促進するものであればその種類は特に限定されない。例えばテトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレートやトリフェニルホスフィンなどの有機ホスフィン類、ジアザビシクロウンデセン等の三級アミン類、２−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類が例示される。これらは２種以上を併用することもできる。

離型剤としては、例えばカルナバワックス、ステアリン酸、モンタン酸、カルボキシル基含有ポリオレフィン等を用いることができる。

その他、必要に応じてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤や難燃剤、着色剤、シリコーン可とう剤などを加えることができる。

また、本発明の圧縮成形用エポキシ樹脂組成物においては、固形のパウダー（粉末または粒状パウダー）としての粒度分布を、２．４ｍｍ以上が２質量％以下、０．２ｍｍ以下が５質量％以下の特定の範囲とすることも必須としている。

０．２ｍｍ以下のパウダーが５質％を超えて存在する場合にはパウダーのブロッキングが発生し、２．４ｍｍ以上のパウダーが２質％を超えて存在する場合には、計量精度が悪化することになる。

ここで粒度分布は、ＪＩＳ Ｚ ８８０１規定の篩を用いて測定することができる。

このような粒度分布を必須とする本発明の圧縮成形用エポキシ樹脂組成物については、公知技術に従って、前述のとおりのエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、硬化促進剤及びその他の成分を配合し、ミキサー、ブレンダー等で均一に混合した後、ニーダーやロールで加熱、混練し、混練後冷却固化し、粉砕して粉粒状のものとして製造することができる。

本発明の圧縮成形用エポキシ樹脂組成物を用いての圧縮成形による樹脂封止については、例えば、圧力１０ＭＰａ、金型温度１７５℃、成形時間１５０秒等に設定することができる。

その後、金型を閉じたまま後硬化（ポストキュア）を行った後、型開きして成形物すなわち半導体装置（パッケージ）を取り出す。このときの後硬化条件は、例えば１７５℃、６時間に設定することができる。

本発明においては、このような成形によって、たとえば、成形後の収縮率が０．１２％以下とすることができ、パッケージの反りを良好に保つことができる。

以下に、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

表１に示した実施例、比較例の各配合材料を調整し、ブレンダーで３０分間混合して均一化した後、８０℃に加熱した２本ロールで混練溶融させて押し出した。冷却後、粉砕機で粉砕して、粒状材料を得た。この粒状材料を篩い機で篩うことにより所定の粒度分布の樹脂組成物を得た。

表１中の配合材料には以下のものを用いた。

エポキシ樹脂１：ビフェニルエポキシ樹脂 ジャパンエポキシレジン株式会社製 ＹＸ４０００Ｈ エポキシ当量１９５
エポキシ樹脂２：フェノールノボラック型エポキシ樹脂 日本化薬株式会社製 ＮＣ３０００ エポキシ当量２７６
硬化剤１：前記式（１）の硬化剤 群栄化学工業株式会社製 ＴＰＭ−１００ 水酸基当量９８
硬化剤２：フェノールノボラック 明和化成（株）ＤＬ−９２ 水酸基当量１０５
無機充填材：シリカ 株式会社マイクロン製ＳＷ４０１０−５
：シリカ アドマテックス株式会社製ＳＯ２５ＨＶ
カップリング剤：Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルメトキシシラン 信越化学工業（株）製 ＫＢＭ５７３
カーボンブラック：株式会社明成商会製 ＭＡ６００ＭＪ２
硬化促進剤：株式会社明成商会製 ２Ｐ４ＭＨＺ−ＰＷ
金型離型用ＷＡＸ：大日化学工業株式会社 ＷＡＸ ＭＢ８７
得られた樹脂組成物について以下のような試験により評価した。
＜試験方法＞
コンプレッション成形条件
金型温度：１７５℃
圧縮圧力：１０ＭＰａ
圧縮時間：１５０秒
後硬化：１７５℃／６ｈ
トランスファー成形条件
金型温度：１７５℃
注入圧力：７０ｋｇｆ／ｃｍ^２
成形時間：１２０秒
＜評価方法＞
１）計量精度
圧縮成形機の計量ユニットを用い、自動で５ｇを計量するように設定した。

３０回計量を繰り返し、実際に計量された重量と設定値のバラツキ（最大値）により、計量制度を判定した。

パウダーにブロッキングが見られる場合には記録無しとした。

２）ブロッキング性
所定の容器に、エポキシ樹脂組成物パウダーを１００ｇ計量し、２５℃で５０％の環境に２時間放置し、ブロッキングの有無を確認した。

３）ＰＢＧＡパッケージ反り量（常温での反り）
３５×３５×０．５ｍｍｔ：ＰＢＧＡ（封止サイズ２９×２９×１．１７ｍｍｔ、ＢＴ基板、レジストＰＳＲ４０００）を用いた。１７５℃１２０ｓキュアにて成形し後硬化させたＰＢＧＡのパッケージを、ＡＫＲＯＭＥＴＲＩＸ社製のシャドウモアレ（ＰＳ２００）を用いて、常温の反り（コプラナリティー）を測定した。

４）成形収縮率
上記トランスファー成形条件にて、試験片（φ９０ｍｍ）を得た。

成形後の試験片の寸法を測定し、金型寸法に対する試験片の寸法により、収縮率を算出した。

５）耐リフロークラック性
上記３５□ＰＢＧＡ基板に寸法８×９×０．３５ｍｍのテスト用チップを銀ペーストを用いて搭載した、３５□ＰＢＧＡのパッケージを上記条件で成形した。

８５℃、６０％の条件で１６８時間吸湿させた後、ＩＲリフロー装置により、２６０℃、１０秒の条件で３回リフロー処理を行い、チップおよび基板剥離の有無を確認し、試験パッケージ数に対する剥離発生パッケージ数で評価した。
＜評価の結果＞
表１には、結果と判定結果を示した。ＰＢＧＡ反り（常温反り）の判定は、表２による区分とした。

表１より明らかなように本発明の実施例１〜４の全てにおいて、評価の結果は優良であることが確認された。一方、無機充填材の配合が８８質量％未満（比較例１）、前記式（１）の硬化剤の割合が７０質量％未満（比較例２）、粒度分布が０．２ｍｍ以下または２．４ｍｍ以上のものが多過ぎる場合（比較例３、４）のいずれも問題があることが確認された。

Claims (2)

1. エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材を必須成分として含有する半導体素子の封止に用いられる圧縮成形用エポキシ樹脂組成物であって、無機充填材が前記組成物全体量の８８質量％以上であり、
   硬化剤として、次式（１）
   

   

   で表わされる硬化剤を全硬化剤中の７０質量％以上含有し、前記組成物のパウダーの粒度分布は、２．４ｍｍ以上が２質量％以下、０．２ｍｍ以下が５質量％以下であることを特徴とする圧縮成形用エポキシ樹脂組成物。
2. 請求項１に記載の圧縮成形用エポキシ樹脂組成物をもって半導体素子が封止成形されていることを特徴とする半導体装置。