JP3469487B2 - 液状封止樹脂組成物 - Google Patents

液状封止樹脂組成物

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、強靱性、信頼性且つ流
動性に優れた液状封止樹脂組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年半導体チップの大型化、パッケージ
の多ピン化、多様化に伴い周辺材料である樹脂材料に対
する信頼性の要求は年々厳しいものとなってきている。
従来はリードフレームに半導体チップを接着し、モール
ド樹脂で封止したパッケージが主流であったが、多ピン
化の限界からボールグリッドアレイ(BGA)の様なパ
ッケージが増えてきている。
【0003】BGAはモールド樹脂又は液状樹脂により
封止される。更に表面実装法により実装されるため封止
材料はいわゆる耐半田クラック性が必要である。耐半田
クラック性に重要な因子は 1)被着体との接着性、そ
の耐湿信頼性、2)封止樹脂の靱性(低応力性)、3)
封止樹脂の線膨張係数(α1)領域の広いこと(高Tg)
が挙げられる。
【0004】1)に関しては,BGAの基板が有機基
板、ソルダーレジスト、又は金、ニッケル等のメッキ部
分から構成されているためそれらに対する接着性が重要
である。しかしこれらへの接着性を同時に満たす材料は
無かった。一方、2)に関しては、特にこれまでの液状
樹脂は湿度処理時の靱性低下が出来るだけ少ないことが
重要である。加えて液状樹脂を用いて封止する際、周り
から強固に固められているためチップ周辺に応力が集中
し、クラックや剥離を生じてしまうことからその応力を
緩和するような低応力材料が必要である。
【0005】靱性低下に対する検討は多くの研究がある
が樹脂骨格に対する改良、ポリマーアロイでの改質等が
行われているが、液状樹脂に応用するためにはほとんど
の場合樹脂粘度の上昇を伴い実用化には至っていなかっ
た。更にイオン性不純物が少ないこと、熱衝撃試験に対
し優れた特性を有する事等が重要となる。またBGAの
場合は多くの場合、基板のキャビティに半導体素子が接
着し基板と素子はワイアーボンディングにより電気的的
接合が行われ、そのワイアーの間隔は異常に狭いため、
液状樹脂には優れた流動性が必要である。
【0006】これらの条件を満たす樹脂としては液状エ
ポキシ樹脂、液状酸無水物、球状シリカフィラーを主成
分とした組成物が商品化されている。しかし、酸無水物
硬化のためTgが高い、樹脂粘度が低いためフィラーを高
充填できることにより線膨張係数を低くできる、流動性
に優れる、等の長所がある反面、耐水性に劣るという致
命的な欠陥があった。また液状エポキシ樹脂、液状芳香
族アミン、球状シリカフィラーを主成分とした組成物も
提案されている。しかし、液状封止樹脂組成物は、耐水
性、耐半田クラック性に優れるものの、Tgが低く、特に
熱衝撃試験において硬化樹脂表面にクラックが生じると
いった問題があった。
【0007】他の液状熱硬化型樹脂については液状シア
ネート系が考えられる。この樹脂系は高Tgの硬化物が得
られるが、一方、耐湿接着性に劣る、強靱性、流動性に
劣る等の欠点があり、BGA等の半導体封止用途として
実用化されていなかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの問
題を解決するため鋭意検討した結果、強靱性、流動性、
信頼性に優れた液状封止樹脂組成物を提供するものであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、式(1)及び
式(2)で示される液状のシアネートエステル(A)、
金属錯体触媒(B)、アルコキシシラン系化合物
(C)、絶縁性無機フィラー(D)、ブタジエンニトリ
ル系液状ゴム成分(E)を必須成分とし、シアネートエ
ステル(A)100重量部に対して金属錯体触媒(B)
が0.15重量部から0.9重量部、アルコキシシラン
系化合物(C)が1から15重量部、ブタジエンニトリ
ル系液状ゴム成分(E)が1から20重量部からなる液
状封止樹脂組成物である。
【化2】
【0010】更に好ましい形態としては、該シアネート
エステル中に式(2)に示すシアネートエステルが15
から30重量%含まれ、該無機球状フィラーの平均粒径
が0.5μmから12μmで、かつ最大粒径が70μm
以下である液状封止樹脂組成物である。本材料を用い
ることにより液状封止実装の信頼性および耐湿信頼性、
流動性を大幅に向上させることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明に用いられるシアネートエ
ステル(A)としては式(1)且つ式(2)からなる。
更には全シアネートエステル中に式(2)に示すシアネ
ートエステルを15重量%から30重量%含むことが望
ましい。これは、本発明に用いられる式(1)に示すシ
アネートエステルは、低粘度の液状で封止樹脂材に好適
ではあるが硬化物の耐湿性はやや劣る。一方、式(2)
に示すシアネートエステルは分子中にアルキルを有して
おり耐湿性を有するためである。
【0012】本発明に用いられる式(2)で表されるシ
アネートエステルとしては、4,4'-メチリデンビス
[2,6-ジメチルフェニレンシアネート]、4,4'-(1-
メチルエチリデン)ビス[2-メチルフェニレンシアネー
ト]、4,4'-(1-メチルエチリデン)ビス-[2,6-ジメ
チルフェニレンシアネート]、4,4'-メチレンビス-[2
-メチルフェニレンシアネート]、4,4'-(1-メチル-エ
チリデン)ビス-[2-(1,1-ジメチルエチル)フェニレン
シアネート]等がある。本材料を用いることにより液状
封止実装の信頼性および耐湿信頼性、流動性を大幅に向
上させることができる。
【0013】ここで全シアネートエステル中に含まれる
式(2)に示すシアネートエステルが15重量%未満の
場合、吸湿後の密着性が低く、30重量%よりも多いと
製品粘度が増大し、流動性は低下する。又、粘度が許容
範囲を超えない程度に製品の冷凍保存時の結晶化を防止
する目的から、これらのシアネートエステルを予め加熱
して10から30重量%程度反応させたものを配合して
も良い。
【0014】また本発明の効果を逸脱しない範囲でフェ
ノール化合物から合成される他のシアネート樹脂を添加
することもできる。その添加量は全シアネート樹脂に対
し、30重量%以下であることが好ましい。
【0015】一般に1分子内に少なくとも2個以上のシ
アネート基を有する化合物は、金属錯体存在下、加熱す
ることにより容易に3量化反応による架橋が起こりTgの
高い樹脂硬化物を与える。その金属錯体触媒(B)の例
としては、コバルト、亜鉛、鉄、銅、クロム、マンガ
ン、ニッケル、チタンなどの金属ナフテン酸塩、アセチ
ルアセトナート、又その誘導体の塩、各種カルボン酸塩
アルコキシドなどの有機酸塩等があり、単独でも混合し
て使用しても良い。その添加量は全シアネート樹脂10
0重量部に対し0.15重量部から0.9重量部であ
る。0.15重量部より少ないと反応促進効果が低く、
硬化時間が長くなり生産性が劣る。一方、0.9重量部
より多いと製品としての可使時間(ポットライフ)や保
管可使時間(シェルフライフ)が損なわれるためであ
る。
【0016】次に本発明で用いるアルコキシシラン系化
合物(C)はシアネート樹脂と相互作用又は反応をほと
んどしないものが適用される。これはシアネート基と相
互作用又は反応を伴う官能基が存在する場合(例えばグ
リシジル基、メルカプト基、アミノ基、イソシアネート
基、塩素、水酸基等)、液状樹脂の流動性が極端に低下
し、更には加熱しても流動性が向上しないためである。
従って、本発明で用いられるアルコキシシランの例とし
ては、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシ
ラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリ-(β-メ
トキシエトキシ)シラン、β-(3,4エポキシシクロヘ
キシル)エチルトリメトキシシラン、γ-アクリロキシプ
ロピルメチルジメトキシシラン、γ-アクリロキシプロ
ピルトリメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルメ
チルジエトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルトリ
エトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルメチルジ
メトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメト
キシシラン、γ-メタクリロキシプロピルメチルジエト
キシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリエトキシ
シラン等が挙げられ、単独でも混合して使用しても良
い。
【0017】また、アルコキシシランの添加量は全シア
ネート樹脂100重量部に対し1重量部から15重量部
までである。1重量部より少ないと接着性が発現せず、
また15重量部より多いと過剰のアルコキシシランが増
加しブリード、ボイド、アウトガスなどの原因となり好
ましくない。
【0018】本発明で用いる絶縁性無機フィラー(D)
の例としては、炭酸カルシウム、シリカ、アルミナ、窒
化アルミ等が挙げられるが、信頼性、熱放散性、コスト
の点でシリカ粒子が好ましく、低放射線性であればより
好ましい。形状は球状、破砕状、フレーク状等がある
が、フィラーの高充填化により線膨張係数の低減化が図
られる為、球状が最も良い。その添加量は、 封止樹脂
としての特性(耐湿性、作業性等)を保つため全液状封
止樹脂組成物の30〜80重量%であることが必要であ
る。30重量%未満だと、上述の線膨張係数の低減効果
は小さく、80重量%を越えると結果として得られる組
成物の粘度が高くなり過ぎ、流動特性が悪化するため好
ましくない。添加に際しては上記の範囲で有れば単独で
用いても、混合して粒度分布に多峰性を持たせたもので
も差し支えない。
【0019】次に、本発明で用いられるアクリロニトリ
ル系液状ゴム(E)は、材料の低応力材として用いら
れ、低粘度の液状のものが適用される。これは液状樹脂
の流動性を損なわせないことが重要であるからで、更に
材料の長期ライフを実現させるため、ゴム中の不純物
(活性水素、反応性水酸基等)をできるだけ含まないも
のが望ましい。従って、本発明で用いられる液状アクリ
ロニトリル系ゴムとしては、末端未変性アクリロニトリ
ルゴム、カルボキシル基末端変性アクリロニトリルゴ
ム、ビニル基末端変性アクリロニトリルゴム等が挙げら
れ、単独でも混合して使用しても良い。
【0020】また、液状アクリロニトリル系ゴムの添加
量は全シアネート樹脂100重量部に対し1重量部から
15重量部までである。1重量部より少ないと低応力性
が発現せず強靱化が達成されない。また、15重量部よ
り多いと組成物の耐熱性や吸水性などの特性を損なわ
せ、更に組成物の粘度が上昇しポッティング樹脂として
は不適合となり好ましくない。
【0021】本発明の液状封止樹脂には、前記の必須成
分の他に必要に応じてエポキシ樹脂等の他の樹脂や各種
液状ゴム等の添加剤、反応を促進するための触媒、希釈
剤、顔料、カップリング剤、難燃剤、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。液状封止樹脂
は、例えば、各成分、添加物等を三本ロール、二本熱ロ
ール、ブレード型混合機にて分散混練し、真空下脱泡処
理して製造する。
【0022】
【実施例】本発明を実施例で具体的に説明する。 <実施例1-2及び比較例1-4>表1の処方に従って秤
量し、3本ロールにて混練・分散後、真空脱泡処理を行
い、液状封止樹脂を作製した。次に樹脂の特性を把握す
るため以下の代用特性を評価した。
【0023】(1)粘度測定:25℃において東機産業
(株)製E型粘度計で初期粘度を測定した。また同温度
において、粘度計の0.5及び2.5回転における比を
もってチキソトロピーとした。 (2)接着強度:有機基板としてBTレジン製基板上に
ソルダーレジスト(太陽インキ社製PSRー4000/
CA−40)を形成した表面に液状封止樹脂を塗布し、
その上に6x6x0.38mm角のシリコンチップを載
置し150℃、180分で硬化接着させ、240℃、2
0秒におけるダイシェア強度をDAGE製BT100に
て測定した。また、同試験片を湿度85%温度85℃の
吸湿処理を72時間施し、同様にダイシェア強度を測定
し、吸湿処理後の密着性とした。
【0024】(3)流動性:有機基板として、14.5
x14.5x0.5mmのキャビティ(A)を有するガラス
エポキシ基板上に金メッキを施したものを用い、(A)
に液状樹脂を一定量((A)の中心に液滴として流動後
にフル充填出来る量)塗布した。それを1)室温に5分
静置させた後、2)80℃のホットプレート上に5分静
置させてから、3)150℃の硬化炉で180分静置さ
せ、1)から3)を合わせて液状樹脂の濡れ拡がり性を
観察し、流動性の評価とした。
【0025】(4)Tg:液状封止樹脂材料を150℃、
180分で硬化後、切削により4x4x10mmの試験
片を得た。このものをセイコー製TMA/SS120を
用いて圧縮荷重5g、−100℃から300℃の温度範
囲を昇温速度10℃/分の条件で測定した。 (5)曲げ特性:あらかじめ4x10x80mmに切削して
ある成形金型に液状封止樹脂材料を流し込み、そのまま
150℃、180分で硬化させたものを試験片とし、オ
リエンテック製テンシロン/RTA-100を用いて試験速
度2mm/分で測定し、得られたS−Sカーブから曲げ弾
性率と破壊時の壊れにくさの目安となる破断点エネルギ
ーを評価した。
【0026】上記の測定結果を表1に示す。
【表1】 (1) シリカA:合成球状シリカで平均粒径0.3μm、最大
粒径4μm (2) シリカB:溶融球状シリカで平均粒径7.9μm、最大
粒径40μm (3) シアネートエステルA :式(1)で表されるシアネート
エステル (4) シアネートエステルB: 式(2)で表されるシアネー
トエステルで、R1及びR2はCH3、R3はCH2のも
【0027】以上、表1に示したように、実施例では被
着体に対する接着力が飛躍的に増大しつつ、吸湿後の接
着力も既存の液状樹脂(比較例1:エポキシ系液状樹
脂)と比べても高い値を示した。また、実施例1及び2
はシアネートエステル系の液状樹脂であることから、非
常に高いガラス転移温度を示した。更に流動性に関し、
実施例1ではある程度の流動性を発現したが、実施例2
ではアルコシキシラン系化合物の組み合わせで非常に良
好な流動性を示した。加えて液状ゴムの添加により、密
着性及びガラス転移温度を損なうことなく、既存のエポ
キシ系液状樹脂組成物である比較例1と同等もしくはそ
れ以上の低弾性率及び高破断エネルギーを示した。
【0028】一方、比較例1ではフェノールノボラック
型エポキシ樹脂ベースの既存の液状樹脂組成物であり、
流動性及び曲げ特性に優れるが密着性及びTgに関して実
施例1及び2に及ばない。比較例2では添加剤を含まな
いことから高Tgではあるが破断点エネルギーが低く、ま
た初期粘度及びチキソトロピー値も高く液状樹脂に適さ
ない。さらに24時間以降の吸湿処理後の密着性が著し
く低下し、信頼性に劣る。比較例3及び4では、強靱化
としてそれぞれジアリルフタレートオリゴマー、シリコ
ーンパウダーを用いた組成物であるが、高密着性、高Tg
を有するが、組成物の粘度及びチキソトロピーが高く、
ポッティング樹脂に適さない。更に曲げ特性に関しても
有意義な強靱化効果を示さず実施例1及び2に及ばな
い。
【0029】
【発明の効果】本発明の液状モールド樹脂で封止する事
により、高密着性、高熱的特性、高流動性、更には強靱
性、高信頼性を有する高性能の半導体封止が可能とな
り、工業的メリットは大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 23/29 C08L 9:02 23/31 C08K 5/54 //(C08L 79/00 H01L 23/30 R 9:02) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08L 79/08 - 79/08 C08K 3/00 - 13/08 CAPLUS(STN) REGISTRY(STN)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 式(1)及び式(2)で示される液状の
    シアネートエステル(A)、金属錯体触媒(B)、アル
    コキシシラン系化合物(C)、絶縁性無機フィラー
    (D)、ブタジエンニトリル系液状ゴム成分(E)を必
    須成分とし、シアネートエステル(A)100重量部に
    対して金属錯体触媒(B)が0.15重量部から0.9
    重量部、アルコキシシラン系化合物(C)が1から15
    重量部、ブタジエンニトリル系液状ゴム成分(E)が1
    から20重量部からなることを特徴とする液状封止樹脂
    組成物。 【化1】
  2. 【請求項2】 該シアネートエステル中に式(2)に示
    すシアネートエステルが15から30重量%含まれる請
    求項1記載の液状封止樹脂組成物。
  3. 【請求項3】 該無機球状フィラーの平均粒径が0.5
    μmから12μm、かつ最大粒径が70μm 以下であ
    る請求項1記載の液状封止樹脂組成物。
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