JP3090413B2 - 液状封止材料 - Google Patents

液状封止材料

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JP3090413B2
JP3090413B2 JP07281454A JP28145495A JP3090413B2 JP 3090413 B2 JP3090413 B2 JP 3090413B2 JP 07281454 A JP07281454 A JP 07281454A JP 28145495 A JP28145495 A JP 28145495A JP 3090413 B2 JP3090413 B2 JP 3090413B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の封止に用
いられる液状封止材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】プラスチックピングリッドアレイ(以
下、PPGAという)型半導体封止には液状の封止材料
が用いられているが、セラミックスによる気密封止型に
比べて信頼性の点で充分でなく、デュアルインライン
(以下、DIPという)型に比べプラスチックパッケー
ジの普及が遅れていた。PPGA型半導体の信頼性低下
の原因としては、 パッケージ加工された有機のプリント配線基板部分か
ら湿気が侵入する。 DIP型パッケージのトランスファーモールド成形と
異なり、無圧下で液状樹脂をパッケージ内に流入し成形
するため樹脂中に気泡が残存して、熱ストレスが加わっ
た際にクラックが発生する。 樹脂と半導体チップ、有機基板との線膨張係数が異な
るために熱ストレスが加わった際、界面での剥離を生じ
湿気の侵入を容易にしてしまう。等が挙げられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者らは、
従来のこのような問題を解決するために鋭意検討を重ね
てきた結果、特定のエポキシ樹脂、多官能シアン酸エス
テル及び/又はシアン酸エステルプレポリマー、エラス
トマー及び/又はポリオレフィンに無機充填材を配合し
た組成物が、プレッシャークッカーテスト(以下、PC
Tという)や冷熱サイクルテスト(以下、T/Cとい
う)等の促進試験においても半導体の信頼性を大幅に向
上できるパッケージ材料となることを見いだし、本発明
を完成するに至ったものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、(a)液状エ
ポキシ樹脂、(b)多官能シアン酸エステル及び/又は
シアン酸エステルプレポリマー、(c)トリアリルイソ
シアヌレート及び/又はトリアリルシアヌレート、
(d)エポキシ基、アミノ基、水酸基、カルボキシル基
の群から選ばれる1個以上の官能基を分子内に有するエ
ラストマー及び/又はポリオレフィン、及び(e)無機
充填材を主成分とする液状封止材料において、各成分の
配合割合が重量比で(a)/{(a)+(b)+
(c)}=0.30〜0.70、(b)/{(a)+
(b)+(c)}=0.25〜0.65、(c)/
{(a)+(b)+(c)}=0.05〜0.45、
(d)/{(a)+(b)+(c)}=0.02〜0.
30で、かつ(e)/{(a)+(b)+(c)+
(d)+(e)}=0.50〜0.80であり、有機プ
リント配線基板を用いたPPGA型半導体の信頼性を大
幅に向上させることができる。
【0005】
【発明の実施の態様】本発明に用いられる液状エポキシ
樹脂は、その成分の50重量%以上は、25℃における
粘度が10Pa・s以下であることが好ましい。エポキ
シ樹脂成分の50重量%以上が低粘度の液状エポキシで
ないと組成物の粘度が高くなり、PPGAパッケージ中
を液状封止材料で流入封止する際、気泡を巻き込んだ
り、コーナー端部への充填不良が発生し易くなり信頼性
低下につながるので好ましくない。エポキシ樹脂の粘度
測定方法としては、室温で液状の材料の場合、25℃に
おいて東機産業(株)・製E型粘度計で測定する。室温
で固形の材料の場合、高温用コーンプレート粘度計を用
い150℃で測定する。この要件を満足するエポキシ樹
脂であれば、特に限定されるものではないが具体例を挙
げると、ビスフェノールAジグリシジルエーテル型エポ
キシ、ビスフェノールFジグリシジルエーテル型エポキ
シ、ビスフェノールSジグリシジルエーテル型エポキ
シ、3,3′,5,5′−テトラメチル−4,4′−ジ
ヒドロキシジフェニルメタンジグリシジルエーテル型エ
ポキシ、3,3′,5,5′−テトラメチル−4,4′
−ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテル型エポ
キシ、4,4′−ジヒドロキシビフェニルジグリシジル
エーテル型エポキシ、1,6−ジヒドロキシナフタレン
ジグリシジルエーテル型エポキシ、フェノールノボラッ
ク型エポキシ、クレゾールノボラック型エポキシ、臭素
化ビスフェノールAジグリシジルエーテル型エポキシ、
臭素化クレゾールノボラック型エポキシ、ビスフェノー
ルDジグリシジルエーテル型エポキシ等がある。これら
は単独でも混合して用いても差し支えない。
【0006】本発明に用いられる多官能シアン酸エステ
ル及びシアン酸エステルプレポリマーの融点は120℃
以下であり、150℃における粘度は0.1Pa・s以
下であることが好ましい。融点が120℃を越えると液
状のエポキシ樹脂との相溶性が低下するので好ましくな
い。又150℃での粘度が0.1Pa・sを越えたもの
は封止材料とした際に高粘度となり、パッケージへの封
入作業性の低下や気泡の巻き込みによる信頼性低下の原
因となるので好ましくない。融点の測定方法は、市販の
セイコー電子工業(株)・製走査型示差熱分析装置を用
い、10℃/1分の昇温速度で測定した時の吸熱ピーク
の温度を融点とした。本発明の多官能シアン酸エステル
又はシアン酸エステルプレポリマーの例を挙げると、
3,3′,5,5′−テトラメチル−4,4′−ジシア
ナートジフェニルメタン、2,2−ビス(4−シアナー
トフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−シアナート
フェニル)エタン等の化合物とこれらを適当な金属触媒
の存在下で加熱し、シアン酸エステルを3量化してトリ
アジン環を一部形成したプレポリマー等がある。これら
は単独でも混合して用いても差し支えない。本発明に用
いられるトリアリルイソシアヌレート及び/又はトリア
リルシアヌレートは特に限定されるものではないが、単
独でも混合して用いても差し支えない。
【0007】又、液状エポキシ(a)、シアン酸エステ
ル(b)、シアヌレート化合物(c)の重量配合割合
は、(a)/{(a)+(b)+(c)}=0.30〜
0.70、(b)/{(a)+(b)+(c)}=0.
25〜0.65、(c)/{(a)+(b)+(c)}
=0.05〜0.4である。シアン酸エステル基は加熱
すると単独では3量化しトリアジン環を形成して耐熱性
に優れた硬化物を与えるが、金属やプリント配線基板等
への接着性が充分でなく、また高温高湿下での吸水率が
大きく耐湿性も充分ではなかったが、エポキシ樹脂と組
合わせて硬化させることにより前述の欠点を改善できる
ことを見いだした。またシアヌレート化合物は、ラジカ
ル触媒の存在下或いは非存在下において加熱することに
より架橋密度の高い高耐熱性の硬化物を与えるが単独で
は脆く、エポキシ樹脂やシアネート樹脂と併用してする
ことにより耐熱性を損なうことなく硬化速度の速い樹脂
系を与え、又室温で低粘度の液状であるために無機充填
材を配合した材料系でも低粘度で塗布作業性に優れたも
のが得られる。
【0008】(a)/{(a)+(b)+(c)}=
0.30未満であると、材料の金属、プリント基板、I
Cチップ等への接着性が低下するので好ましくなく、
0.70を越えると硬化物の架橋密度が低下し耐熱性が
低下してしまうので好ましくない。(b)/{(a)+
(b)+(c)}=0.25未満であると、エポキシ基
と反応する成分が少なくなりガラス転移温度に代表され
る耐熱性が低下し、冷熱サイクルでの信頼性が低下する
ので好ましくなく、0.65を越えると金属、有機基板
への接着性の低下とPCTでの耐湿信頼性が低下するの
で好ましくない。(c)/{(a)+(b)+(c)}
=0.05未満であると、耐熱性向上効果や粘度低下効
果が小さいので好ましくなく、0.45を越えると架橋
密度が高くなり過ぎ、脆くなって半導体パッケージの冷
熱サイクルテストでの耐熱衝撃性が低下するので好まし
くない。
【0009】本発明の(d)成分は、(d)/{(a)
+(b)+(c)}=0.02〜0.30のである。
(d)成分は、封止材料の耐湿性向上や接着性向上に効
果があるだけでなく、半導体パッケージの冷熱サイクル
テスト時に発生する応力の緩和効果も有している。とこ
ろが一般にエラストマーやポリオレフィン類はエポキシ
樹脂やシアン酸エステル樹脂、シアヌレート化合物に対
する相溶性に乏しく硬化物中の分散状態が不均一で、前
述の種々の効果は必ずしも充分ではなかった。本発明の
(d)成分は、エポキシ基、アミノ基、水酸基、カルボ
キシル基のようにエポキシ樹脂やシアン酸エステル樹脂
と反応し得る官能基を有しているので、硬化物中への分
散が良好となり、耐湿性向上、接着性向上及びストレス
緩和効果が得られるので好ましい。(d)/{(a)+
(b)+(c)}=0.02が0.02未満であると、
前述の種々の効果が得られないので好ましくなく、0.
30を越えると、耐熱性や機械的強度が低下してしまう
ので好ましくない。
【0010】本発明に用いられるエラストマーとして
は、例えば、アミノ基末端アクリロニトリル−ブタジエ
ンラバー、水酸基末端アクリロニトリル−ブタジエンラ
バー、エポキシ基含有ブタジエンラバー、部分架橋カル
ボン酸末端アクリロニトリル−ブタジエンラバー等が挙
げられるが、特にこれらに限定されるものではない。又
本発明の官能基を有するポリオレフィンとしては、例え
ば、エポキシ基含有アクリルゴム、エポキシ基含有ポリ
スチレン、ヒドロキシル基含有ポリスチレン、ヒドロキ
シル基含有ポリスチレン−アクリロニトリル共重合体、
ヒドロキシル基含有シリコーンエラストマー、カルボキ
シル基含有ポリスチレン、カルボキシル基含有ポリスチ
レン−アクリロニトリル共重合体、カルボキシル基含有
ポリブチルアクリレート、カルボキシル基含有ポリメチ
ルメタクリレート、エポキシ基含有ポリスチレン−アク
リロニトリル共重合体等が挙げられるが、特にこれらに
限定されるものではない。無機充填材(e)としては、
例えば、結晶シリカ、溶融シリカ等が用いられる。無機
充填材の添加することにより線膨張係数の低減効果があ
る。(e)/{(a)+(b)+(c)+(d)+
(e)}=0.50〜0.80である。0.50未満だ
と、線膨張係数の低減効果が小さく、0.80を越える
と粘度が高くなり過ぎ好ましくない。
【0011】本発明の液状封止材料には、前記の必須成
分の他に必要に応じて他の樹脂や反応を促進するための
触媒、希釈剤、顔料、カップリング剤、レベリング剤、
消泡剤等の添加物を用いても差し支えない。液状封止材
料は、例えば各成分、添加物等を3本ロールにて分散混
練し真空下脱泡処理して製造する。
【0012】以下本発明を実施例で具体的に説明する。 実施例1 ビスフェノールF型エポキシ樹脂(大日本インキ化学工業(株)・製、EXA −830CRP,25℃での粘度1.4Pa・s) 100重量部 ビスフェノールE型シアネート樹脂(チバガイギー(社)・製、L−10、粘 度0.1Pa・s以下/150℃) 100重量部 トリアリルイソシアヌレート 50重量部 AACu(銅アセチルアセトナート) 0.1重量部 XER−91(日本合成ゴム(株)・製、カルボキシル変性架橋ゴム、粒径1 μm以下) 20重量部 溶融シリカ(電気化学工業(株)・製、FB−30) 500重量部 ・カーボンブラック(三菱化学(株)・製、MA−100) 2.5重量部 上記の原材料を3本ロールにて、分散混練し真空下脱泡
処理をして液状封止材料を得た。得られた液状封止樹脂
を用いて、PPGAパッケージを封止し120℃で1時
間、及び165℃で2時間オーブン中で硬化して半導体
パッケージを得た。
【0013】超音波探傷機(以下、SATという)に
て、パッケージ内部のボイドの有無(パッケージ充填性
で表現)、半導体チップとプリント基板界面との剥離、
クラックの有無を確認したところ全くそのような現象は
認められなかった。次にPCT処理(125℃/2.3
atm)、T/C処理(−65℃/30分⇔150℃/
30分)を施して、SATにて半導体チップとプリント
基板界面との剥離、クラックの有無を確認したところP
CT処理720時間、T/C処理1000サイクルまで
全くそのような現象は認められず、良好な信頼性を有し
ていることが判明した。各評価ごとに用いたPPGAパ
ッケージの数は、10個である。 実施例2〜7、比較例1〜9 表1、表2に示した組成以外は、全く実施例1と同一の
方法にて液状封止材料を得て、PPGAパッケージを封
止しその信頼性を評価した。その結果を表1、表2に示
す。
【0014】実施例1に記載していない、原料について
下記に示す。 *1:大日本インキ化学工業(株)・製、ビスフェノール
Aジグリシジルエーテル型エポキシ *2:大日本インキ化学工業(株)・製、2,6−ジヒド
ロキシナフタレン型エポキシ *3:油化シェルエポキシ(株)・製、ビスフェノールA
ジグリシジルエーテル型エポキシ *4:チバガイギー(株)・製、3,3′,5,5′−テ
トラメチル−4,4′−ジシアナートフェニルメタン *5:チバガイギー(株)・製、2,2−ビス−(4−シ
アナートフェニル)プロパン *6:B−10を加熱して得られる三量化率50%のプ
レポリマー *7:2−エチル−4−メチルイミダゾール *8:日本石油化学(株)・製、エポキシ含有ブタジエン
ラバー *9:東亜合成化学(株)・製、エポキシ含有ポリスチレ
ン−メチルメタクリレート共重合体
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】
【発明の効果】本発明の液状封止材料で半導体パッケー
ジの封止を行うと、プレッシャークッカーテストや冷熱
サイクルテストにおいても剥離クラックのない高信頼性
の半導体を得ることができるので工業的メリット大であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 23/29 H01L 23/30 R 23/31 (56)参考文献 特開 平9−12685(JP,A) 特開 平9−12684(JP,A) 特開 平4−108860(JP,A) 特開 昭56−157452(JP,A) 特開 昭56−141310(JP,A) 特開 昭56−98245(JP,A) 特開 平9−52941(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08L 63/00 - 63/10 C08L 79/06 C08L 101/02 - 101/10 C08G 59/40 - 59/66 H01L 23/29

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)液状エポキシ樹脂、(b)多官能
    シアン酸エステル及び/又はシアン酸エステルプレポリ
    マー、(c)トリアリルイソシアヌレート及び/又はト
    リアリルシアヌレート、(d)エポキシ基、アミノ基、
    水酸基、カルボキシル基の群から選ばれる1個以上の官
    能基を分子内に有するエラストマー及び/又はポリオレ
    フィン、及び(e)無機充填材を主成分とする液状封止
    材料において、各成分の配合割合が重量比で(a)/
    {(a)+(b)+(c)}=0.30〜0.70、
    (b)/{(a)+(b)+(c)}=0.25〜0.
    65、(c)/{(a)+(b)+(c)}=0.05
    〜0.45、(d)/{(a)+(b)+(c)}=
    0.02〜0.30で、かつ(e)/{(a)+(b)
    +(c)+(d)+(e)}=0.50〜0.80であ
    ることを特徴とする液状封止材料。
  2. 【請求項2】 (a)液状エポキシ樹脂の少なくとも5
    0重量%の成分の粘度が10Pa・s(25℃測定)以
    下である請求項1記載の液状封止材料。
  3. 【請求項3】 (b)多官能シアン酸エステル及びシア
    ン酸エステルプレポリマーの各々の融点が、120℃以
    下でかつ粘度が0.1Pa・s(150℃測定)以下で
    ある請求項1又は請求項2記載の液状封止材料。
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