JP3823828B2 - 無溶剤型熱硬化性樹脂組成物とその製造方法及び製品 - Google Patents
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
- H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
- H01L21/563—Encapsulation of active face of flip-chip device, e.g. underfilling or underencapsulation of flip-chip, encapsulation preform on chip or mounting substrate
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- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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- H01L2224/29198—Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
- H01L2224/29199—Material of the matrix
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- H01L2224/29099—Material
- H01L2224/29198—Material with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials in the form of a matrix with a filler, i.e. being a hybrid material, e.g. segmented structures, foams
- H01L2224/29298—Fillers
- H01L2224/29299—Base material
- H01L2224/293—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
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- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
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- H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
- H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/45001—Core members of the connector
- H01L2224/45099—Material
- H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
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- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
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- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
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- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/481—Disposition
- H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
- H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
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- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
- H01L2224/73203—Bump and layer connectors
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- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
- H01L2224/73203—Bump and layer connectors
- H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
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- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73265—Layer and wire connectors
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- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
- H01L2224/831—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector the layer connector being supplied to the parts to be connected in the bonding apparatus
- H01L2224/83102—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector the layer connector being supplied to the parts to be connected in the bonding apparatus using surface energy, e.g. capillary forces
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- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
- H01L2224/8319—Arrangement of the layer connectors prior to mounting
- H01L2224/83192—Arrangement of the layer connectors prior to mounting wherein the layer connectors are disposed only on another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
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- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
- H01L2224/838—Bonding techniques
- H01L2224/8385—Bonding techniques using a polymer adhesive, e.g. an adhesive based on silicone, epoxy, polyimide, polyester
- H01L2224/83851—Bonding techniques using a polymer adhesive, e.g. an adhesive based on silicone, epoxy, polyimide, polyester being an anisotropic conductive adhesive
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- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
- H01L2224/92—Specific sequence of method steps
- H01L2224/921—Connecting a surface with connectors of different types
- H01L2224/9212—Sequential connecting processes
- H01L2224/92122—Sequential connecting processes the first connecting process involving a bump connector
- H01L2224/92125—Sequential connecting processes the first connecting process involving a bump connector the second connecting process involving a layer connector
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- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
- H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
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- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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- H01L24/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L24/10, H01L24/18, H01L24/26, H01L24/34, H01L24/42, H01L24/50, H01L24/63, H01L24/71
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Description
【発明の属する技術分野】
【0002】
本発明は電子、電気機器分野で広く使用されている熱硬化性樹脂組成物に関し、特に、作業性の観点から硬化前に液状であることが要求される無溶剤型熱硬化性樹脂組成物とその製造方法及び製品に関する。
【従来の技術】
【0003】
電子機器分野で広く使用される半導体実装用の液状封止材料、ペースト状接着材料、また、プリント配線板用の層間接続用導電性ペースト材料等に適用される。これらの材料に用いられる樹脂には、フィラーや金属粉の充填性、ガラスクロスへの含浸性が要求される。
【0004】
一方、樹脂を硬化した後は、部品実装時や運転時等の高温度で使用できる高温での力学物性が要求される。従来、このような分野では室温(25℃)で液状のエポキシ樹脂系組成物が幅広く適用されており、さらにワニスの粘度を低くするためフェニルグリシジルエーテルのような反応性希釈剤が添加されている。また、硬化剤についてもワニスの粘度低減のため液状の酸無水物系硬化剤が適用されている。しかしながら、ブチルグリシジルエーテルやフェニルグリシジルエーテル等の低分子成分を希釈剤として用いると、硬化後の樹脂物性、特に高温での特性が低下する(新エポキシ樹脂:垣内弘編、第9章、1988年)。
【0005】
また、硬化剤として液状の酸無水物を用いる場合、エポキシ樹脂とほぼ同量が必要であり、特性面と硬化性、作業性の点から適用範囲が限定される(エポキシ樹脂の高性能化と硬化剤の配合技術および評価、応用:第3節、技術情報協会編、1997年)。
【0006】
また、エポキシ樹脂はビニルシクロヘキセンジオキシド(25℃、7cps)やアリサイクリックエポキシカルボネート(25℃、360cps)等の低分子の脂環式エポキシ樹脂に限定され、アミン系硬化剤が反応性の点で使用できない、硬化物が脆くなる等の特性上の制約がある。
【0007】
このため、硬化後の樹脂の力学特性、接着特性、耐熱性等が優れているビスフェノールAあるいはビスフェノールF型やフェノールノボラック型の芳香族系の液状エポキシ樹脂が使用される。しかし、これらの樹脂は室温(25℃)付近での粘度が高いため、脂環式エポキシ樹脂、反応性希釈剤との併用或いは液状酸無水物硬化剤を用いることにより硬化物特性を犠牲にした上で低粘度化の付与がなされている。
【0008】
一方、樹脂の高温における力学的特性を向上させるために、特開平8−100107号公報はエポキシ樹脂に金属アルコキシドを添加し縮重合させることを、特開平9−216938号公報はフェノール樹脂中に金属アルコキシドを膨潤させた後,縮重合させることを、特開平9−291131号公報はポリウレタン樹脂に金属アルコキシドを添加しゾルゲル法により縮合する方法が開示されている。しかしながら,これらの方法では硬化反応が縮重合のため,その際に水の発生を伴い,複合材料の界面での膨れが生じるという問題がある。また,これらの技術では,温度変化により複合材料の界面で発生する膨れとクラックの発生の防止については考慮されていない。
【0009】
特開平8−199045号公報は、熱応力の発生を小さくするために、有機溶媒中に溶解したエポキシ樹脂中にアルコキシシランと水を添加し、アルコキシシランのアルコキシ基を加水分解した後に溶媒除去し、加熱して樹脂の硬化および水酸基の脱水縮合をする方法がある。しかしながら,この方法では硬化過程で水が発生するためボイド等の欠陥を誘発する。
【0010】
特開平5−291438号公報は、半導体素子がエポキシ樹脂、硬化剤、シラン反応生成物を含有するエポキシ樹脂組成物を用いて封止された半導体装置に関し、フレームとシリコンチップに対する接着性及び耐湿性、半導体装置の信頼性の向上に優れていることの開示がある。しかし、この発明はエポキシ樹脂中でシラン化合物を予備反応すること、樹脂の低粘度化に関する記載がない。
【0011】
特開平11−209579号公報は、エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤とを含むエポキシ樹脂組成物において、メルカプト基含有シラン化合物を含有する封止用のエポキシ樹脂組成物に関し、メルカプト基含有シラン化合物は予め加水分解したのちエポキシ樹脂と反応させることにより金属との接着性向上が図れるとの記載がある。しかし、メルカプト基含有シラン化合物の配合量は0.001〜5重量%であり、2量体以上の有機けい素化合物の重縮合体を形成することによる低粘度化を達成することの記載はない。
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
従来、液状の熱硬化性樹脂の低粘度化は反応性希釈剤、液状の酸無水物系硬化剤、或いは脂環式低分子樹脂を用いる方法等がある。しかし、これらの方法は硬化後の樹脂物性を犠牲にせざるをえない問題がある。
【0013】
本発明の目的は、低粘度でかつ硬化後の樹脂物性、特に高温での力学物性を損なうことのない無溶剤型熱硬化性樹脂組成物とその製造方法及びその応用製品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記目的を達成するためには,原料となる熱硬化性樹脂より低粘度でかつ、硬化後、樹脂全体として原料の熱硬化性樹脂単体の硬化物と同等以上の高温での力学特性を示す希釈成分が要求される。
【0015】
本発明はエポキシ樹脂と、有機けい素化合物及び水を反応して得られる成分をベースとする室温(25℃)で液状の無溶剤型熱硬化性樹脂組成物、及びその製造方法に関する。即ち、本発明はエポキシ樹脂に有機けい素化合物と水の加水分解による反応物を添加したその混合溶液を加熱処理を施し、その熱処理によって副生成物として発生する水やアルコールを除去することにより室温(25℃)で液状の低粘度の熱硬化性樹脂組成物を提供することにある。この後、硬化剤を加え、加熱することにより樹脂硬化物が得られる。この樹脂硬化物は、エポキシ樹脂を硬化剤で加熱硬化して得られる樹脂硬化物と同等以上の高温での力学物性を示す。
【0016】
上記、有機けい素化合物と水はエポキシ樹脂中で加熱することにより、反応し液状のオリゴマーを形成する。この液状のオリゴマーが該エポキシ樹脂と良く相溶し、かつ反応型の希釈剤として働く。従って、得られる熱硬化性樹脂組成物の粘度が大幅に低減でき、アルミナ、シリカのような無機糸フィラを多量に混合させて低熱膨張性や高熱伝導性を付与することができる。オリゴマーの含有量は10〜20重量%が好ましい。
【0017】
本発明の樹脂組成物は半導体装置の封止材料やダイボンデイング材料に適しており高い信頼性の半導体装置を提供できる。また、多量の金属粉を混合できるため導電性ペーストとしても優れており、多層プリント配線基板のスルーホールに適用することにより接続信頼性の向上を図ることができる。また、本発明は無溶剤型の注形レジンや無機フィラーを混合して使用される回転機や変圧器用絶縁材料にも適用できる。
【0018】
一方、上記オリゴマー状の有機けい素化合物は力学物性的に安定なSiO2骨格を有し、且つエポキシ樹脂と共通の硬化剤と反応する官能基を有する。従って、上記の熱硬化性樹脂組成物を加熱硬化するとオリゴマー状の有機けい素化合物がエポキシ樹脂と硬化剤を介して相互に反応し好ましくは10ナノメータ以下、より好ましくは3ナノメータ以下のレベルでの均質な樹脂硬化物が形成される。そのため、高温で力学物性の優れた樹脂硬化物が得られる。
【0019】
さらに、本発明の樹脂組成物は硬化剤を加える前の加熱処理により、オリゴマーの形成と共に、副生成物である水及びアルコールが除去されているため、樹脂硬化物に欠陥の原因となるボイドやクラックの発生がない。本発明の要旨は以下のとおりである。
[1]エポキシ樹脂(a)と、及び一般式(1)
【0020】
【式1】
【0021】
(式中、Rはエポキシ樹脂と付加反応する官能基を含む有機基であり、R1はメチル基またはエチル基である。)で表される有機けい素化合物と水との反応物(b)とを有し、該反応物(b)はエポキシ樹脂(a)中で形成された少なくとも2量体以上の有機けい素化合物重縮合体を含む室温(25℃)で液状の無溶剤型樹脂組成物である。
[2]エポキシ樹脂(a)と、前記反応物(b)及び硬化剤(c)を必須成分とする室温(25℃)で液状の無溶剤型熱硬化性樹脂組成物である。
[3]エポキシ樹脂(a)の存在下で、前記一般式(1)で表される有機けい素化合物と水を60〜160℃で1〜10時間加熱反応させ少なくとも2量体以上の有機けい素化合物重縮合体を含む反応物(b)を形成した後、硬化剤(c)を加えることを特徴とする室温(25℃)で液状の無溶剤型熱硬化性樹脂組成物の製造方法である。ここで、水は、有機けい素化合物に対してモル比で3〜0.02倍量が好ましい。
[4]半導体の少なくとも一部を熱硬化性樹脂材料と無機フィラーを用いて被覆又は封止してなる半導体装置において、該熱硬化性樹脂材料はエポキシ樹脂(a)と、前記反応物(b)、及び硬化剤(c)を含む室温(25℃)で液状の無溶剤型熱硬化性樹脂組成物を必須成分とする半導体装置である。
[5]半導体素子とリードフレームが熱硬化性樹脂材料と金属粉あるいは無機フィラーを含むダイボンデイング材を介して接着されてなる半導体装置において、該熱硬化性樹脂材料はエポキシ樹脂(a)と、前記反応物(b)、及び硬化剤(c)を有する室温(25℃)で液状の無溶剤型熱硬化性樹脂組成物を必須成分とする半導体装置である。
[6]半導体と配線基板が熱硬化性樹脂材料と導電性金属粉で実装されてなる半導体装置において、該熱硬化性樹脂材料はエポキシ樹脂(a)と、前記反応物(b)及び硬化剤(c)を有する室温(25℃)で液状の無溶剤型熱硬化性樹脂組成物を必須成分とする半導体装置である。
[7]少なくとも2層以上の配線層を有し前記層の配線層間が熱硬化性樹脂材料と導電性金属粉を含む導電材で導通化されてなるプリント配線板において、前記熱硬化性樹脂材料はエポキシ樹脂(a)と、前記反応物(b)及び硬化剤(c)を有する室温(25℃)で液状の無溶剤型熱硬化性樹脂組成物を必須成分とするプリント配線板である。
[8]エポキシ樹脂(a)の存在下で、前記一般式(1)で表される有機けい素化合物と水と触媒とを有する混合液を反応させ少なくとも2量体以上の有機けい素化合物重縮合体を含む反応物(b)を形成する工程を有することを特徴とする室温(25℃)で液状の無溶剤型熱硬化性樹脂組成物の製造方法である。
【0022】
本発明の熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化前の粘度が低いので、あらゆる熱硬化性樹脂成形品に用いることができる。また、硬化剤を添加する前に、エポキシ樹脂、有機けい素化合物及び水を含む混合物に熱処理を施し、水やアルコールの反応副生成物が除去されている。従って、硬化の際に水、アルコール等の副生成物の発生はほとんどなく、金属、セラミック、樹脂等の基材と複合材を製造しても、基材と本発明の樹脂組成物の界面での膨れ、成形品のクラックや剥離を生じたりすることがない。
【0023】
その製造方法は、エポキシ樹脂の存在下、上記の有機けい素化合物と水を反応させることが特徴であり、具体的には60℃〜160℃で1〜10時間反応される。ここで、水は、有機けい素化合物に対してモル比で3〜0.02倍量が好ましい。
【0024】
さらに、上記の有機けい素化合物と水の反応物は力学物性的に安定なSiO2骨格を有し、且つエポキシ樹脂と共通の硬化剤と反応する官能基を有する。従って、本発明の熱硬化性樹脂組成物を硬化させた樹脂は、耐熱性が高く、高温における弾性率の変化が少ないので、熱応力が生じにくく、クラックが入りにくい。高温でも高弾性率を維持できるため外部からの力の負荷による熱硬化性樹脂材料の変形が抑えられる。
【0025】
本発明は室温で固形の熱硬化性樹脂組成物に関しても、加熱時の溶融粘度を下げるために応用できる。
【0026】
エポキシ樹脂としては、特に制限されるものではなく、公知のものが使用できる。例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂,ビスフェノールF型エポキシ樹脂,ノボラック型エポキシ樹脂,グリシジルアミン型エポキシ樹脂,脂環型エポキシ樹脂等が挙げられる。
【0027】
エポキシ樹脂の硬化剤としては通常一般に用いられている公知の化合物を用いることができる。例えば、カルボン酸無水物,第1級,第2級,第3級のアミン系化合物,第4級アンモニウム塩,ジシアンジアミド,三弗化ホウ素ーアミンコンプレックス,有機酸ヒドラジド,イミダゾール系化合物,オニウム塩系化合物,フェノール,クレゾール,キシレノールを基本骨格とする化合物及びその誘導体と重縮合物,チオコール系化合物等があり,目的と用途に応じ適宜選択できる。
【0028】
また、公知の硬化促進剤,離型剤,カップリング剤,着色剤,可塑剤,希釈剤,可撓化剤,各種のゴム状物,光感光剤等を目的と用途に応じて添加することができる。
【0029】
本発明において、一般式(1)で表される有機けい素化合物の例として、次の化学式(2)〜(11)の重付加型官能基を有する有機けい素化合物がある。
【0030】
【式2】
【0031】
【式3】
【0032】
【式4】
【0033】
【式5】
【0034】
【式6】
【0035】
【式7】
【0036】
【式8】
【0037】
【式9】
【0038】
【式10】
【0039】
【式11】
【発明の効果】
【0040】
本発明によれば、熱硬化性樹脂組成物は、室温(25℃)で液状かつ低粘度であるため、そのまま成型枠に流し込み加熱することにより硬化させる注型用樹脂として使用できる。さらに、シリカ、アルミナ等の無機フィラやアラミド繊維等の有機フィラ及び銀粉、銅粉等を容易に高充填することができ、樹脂材料の高性能化を容易に実現できる。しかも、低粘度化の手段として反応性希釈剤、脂環式液状樹脂あるいは液状無水酸等との併用を必要としないため、硬化物の耐熱性低下の問題や使用上の制約に関する従来問題を解決した。
【0041】
また、樹脂硬化物はエポキシ樹脂中に耐熱骨格をベースとする有機けい素化合物のオリゴマが均一に分散し、かつ、該エポキシ樹脂と共通の硬化剤を介して相互に反応している。そのため、マトリックスを形成しているエポキシ樹脂を硬化剤で硬化させて得られる樹脂硬化物より優れた耐熱特性が得られる効果がある。即ち、本発明の熱硬化性樹脂組成物の硬化前の室温(25℃)での粘度はその成分として使用されるエポキシ樹脂の粘度より大幅に低く、且つ、樹脂硬化物の高温での力学物性は優れた特性を示す。
【0042】
また、有機けい素化合物のオリゴマを形成する加熱工程で、反応副生成物であるアルコールや水が予め除去されているために、樹脂硬化物へのボイドやクラックの発生する問題も全くない。このため、シリカ、アルミナ等の無機系フィラーを混合した液状封止材料あるいはダイボンデイング材料、金属粉を混合した導電性ペースト材料を適用した半導体装置やプリント配線板は、その製造工程で作業性に優れるばかりでなく、硬化後、均一かつボイドフリーで高温での力学物性の優れた材料となり、信頼性が極めて高い半導体装置やプリント配線板を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0043】
本発明の発明者らは、25℃付近の室温では低粘度で、硬化反応の際に水やアルコール等の副生成物の発生を極力抑えた熱硬化性樹脂組成物を得るために、硬化剤の添加前に、エポキシ樹脂、有機けい素化合物及び水の混合物を予め熱処理を施すことが有効であることを見出した。ここで用いる有機けい素化合物はエポキシ樹脂の硬化剤と付加反応を起こす官能基を有するものである。
【0044】
上記の熱処理を施すと、有機けい素化合物の分散性が高く、かつオリゴマー程度の分子量の有機けい素化合物が生成する。このオリゴマー程度の有機けい素化合物はエポキシ樹脂との相溶性に優れており、硬化前の熱硬化性樹脂組成物は室温(25℃)で低粘度、かつ透明である。特に、シリカやアルミナ等の無機フィラーを多量に混合でき、かつ混合後も室温で良好な流動性を保つことができる。同様に金属粉も多量に混合でき導電性ペーストとしても流動性に優れている。
【0045】
従って、液状の封止材料、ダイボンデイング材料、導電性接着材料として適用した場合、作業性に優れ、かつ、信頼性の高い半導体装置あるいはプリント配線板を提供できる。
【実施例1】
【0046】
有機けい素化合物として3−グリシドキシトリメトキシシラン(チッソ株式会社製)を、加水分解触媒としてジブチルジラウリン酸錫(和光純薬工業株式会社製)を、エポキシ樹脂としてビスフェノールF型エポキシ樹脂EP−4900E(株式会社旭電化製)を、硬化剤としてメタフェニレンジアミン(和光純薬工業株式会社製)を用いる。
【0047】
次に、熱硬化性樹脂組成物の製造方法を説明する。
(1)3−グリシドキシトリメトキシシラン200gに、水とジブチルジラウリン酸錫の触媒をそれぞれ2.0g加えて攪拌した後、1日以上室温で放置する。
(2)(1)の混合液にエポキシ樹脂EP−4900Eを180g加えて攪拌する。
(3)(2)の混合液に140℃で4時間の加熱処理を行い、2量体以上の有機けい素化 合物重縮合体を含む反応物を形成する。
(4)室温まで冷却して得られた液状樹脂組成物の25℃での粘度は0.2Pa.sであり、エポキシ樹脂EP−4900Eの4Pa.sと比較して大幅な低減が認められた。
(5)80℃付近に加温してメタフェニレンジアミンの硬化剤を47g加えて攪拌しながら溶解させて熱硬化性樹脂組成物を得る。該溶液は低粘度で成形型枠に注入できる。
【0048】
次に、樹脂板の動的粘弾性について説明する。樹脂板は、(5)の溶液を80℃と200℃でそれぞれ4時間ずつ加熱し硬化させた。硬化反応時には水、アルコール等の副生成物は殆ど発生しなかった。 該樹脂板から動的粘弾性測定用の試験片を作成した。動的粘弾性の測定条件はPVEレオスペクトラ装置(レオロジー株式会社製)を用いて、昇温速度:2℃/分,周波数:10Hzチャック間距離:20mm,変位振幅:2μmとした。
【0049】
表1にガラス転移温度(Tg)と、50℃及び220℃における貯蔵弾性率を示す。
【0050】
【表1】
【0052】
本実施例の硬化物は貯蔵弾性率,曲げ強度に関して、室温の値に対してTg以上の温度である220℃での値とを比べると1/3以上を保持しており、高温での熱安定性が大きい。
【実施例2】
【0053】
有機けい素化合物として3−グリシドキシトリメトキシシラン(チッソ株式会社製)を、エポキシ樹脂としてビスフェノールA型エポキシ樹脂エピコートEP828(株式会社油化シェル製)を、硬化剤として2−エチル−4−メチルイミダゾール(四国化成株式会社製)を用いる。次に、熱硬化性樹脂組成物の製造方法を説明する。
(1)3−グリシドキシトリメトキシシラン225gに、水とジブチルジラウリン酸錫の触媒をそれぞれ2.3g加えて攪拌した後、1日以上室温で放置する。
(2)(1)の混合液にエポキシ樹脂エピコートEP828を190g加えて攪拌する。
(3)(2)の混合液に150℃で2時間の熱処理を行い、2量体以上の有機けい素化合物重縮合体を含む反応物を形成する。該熱処理樹脂組成物の25℃での粘度は0.5Pa.sと、エポキシ樹脂EP828の14Pa.sに比較して大幅に低減した。
(4)硬化剤として2−エチル−4−メチルイミダゾールを14g加えて混合して熱硬化性樹脂組成物を得る。該樹脂組成物は低粘度でそのまま成形型枠に注入することができる。
【0054】
次に、(4)の樹脂組成物から得られた樹脂板の動的粘弾性について説明する。樹脂板は(4)の樹脂組成物を80℃と180℃でそれぞれ4時間ずつ加熱し硬化させた。熱硬化時には水やアルコール等の副生成物の発生は殆どなかった。該樹脂板を用いて実施例1と同様な方法で動的粘弾性測定を行った。
【0055】
表1にTgと貯蔵弾性率(50℃及び220℃)を示す。本実施例の硬化物は貯蔵弾性率、曲げ強度に関して、室温の値に対してTg以上の温度である220℃での値とを比べると1/3〜1/4を保持しており高温での熱安定性が大きい。
【実施例3】
【0056】
有機けい素化合物として2−(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(チッソ株式会社製)を、加水分解触媒としてジブチルジラウリン酸錫(和光純薬工業株式会社製)を、エポキシ樹脂としてエポキシ樹脂DEN438(ダウケミカル製、エポキシ当量179)を、硬化剤としてジシアンジアミド(和光純薬株式会社製)を,さらに硬化促進剤としてベンジルジメチルアミン(和光純薬株式会社製)を用いる。
【0057】
次に熱硬化性樹脂組成物の製造方法を説明する。
(1)2−(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170gに、水8.0gとジブチルジラウリン酸錫1.7gの触媒とを加えて攪拌した後、1日以上室温で放置する。
(2)(1)の混合液に、エポキシ樹脂DEN438を180g加えて攪拌する。
(3)(2)の混合液に、140℃で4時間の熱処理を行い、2量体以上の有機けい素化合物重縮合体を含む反応物を形成して無溶剤型熱硬化性樹脂組成物を得る。この樹脂組成物の25℃での粘度は5Pa.sで、25℃での粘度が70Pa.sのDEN438に比べ一桁以上の低減された。
(4)(3)で得られた樹脂組成物を約80℃に加温し、硬化剤としてジシアンジアミド13gと硬化促進剤としてベンジルジメチルアミン0.6gを均一混合して熱硬化性樹脂組成物を得た。これを成型枠に注入し、加熱すれば、硬化した樹脂を得ることができる。
【0058】
次に、(4)の溶液から得られた樹脂板の動的粘弾性について説明する。
【0059】
樹脂板は、(4)の溶液を80℃と170℃で2時間ずつ加熱し、熱硬化させたものである。硬化時には、水やアルコールなどの副生成物の発生は殆どなかった。該樹脂板を用いて,実施例1と同様な方法で動的粘弾性測定を行った。
【0060】
表1にTgと50℃及び220℃における貯蔵弾性率を示す。本実施例の熱硬化性樹脂材料から得られた硬化物は貯蔵弾性率,曲げ強度に関して,室温の値に対してTg以上の温度である220℃での値とを比べると1/2〜1/3を保持しており高温での熱安定性が大きい。
【実施例4】
【0061】
本実施例では、有機けい素化合物として2−(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(チッソ株式会社製)を、加水分解触媒としてジブチルジラウリン酸錫(和光純薬工業株式会社製)を、エポキシ樹脂としてエポキシ樹脂DER332(ダウケミカル日本株式会社製)を、硬化剤として無水メチルハイミック酸MHACP(日立化成工業株式会社製)を、硬化促進剤としてイミダゾール系のキュアゾールCN(四国化成株式会社製)を用いる。本実施例の熱硬化性樹脂材料の製造方法を説明する。
(1)2−(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170gに、水3.4gとジブチルジラウリン酸錫1.7gの触媒とを加えて攪拌した後、1日以上室温で放置する。
(2)(1)の混合液に、エポキシ樹脂DER332を100g加えて攪拌する。
(3)(2)の混合液に、150℃で4時間の熱処理を行い、2量体以上の有機けい素化合物重縮合体を含む反応物を形成する。
(4)熱処理後、室温まで冷却してから硬化剤として無水メチルハイミック酸MHACPを100gと硬化促進剤としてキュアゾールCN1.2g加えて液状の無溶剤型熱硬化性樹脂組成物を得た。該樹脂組成物の25℃での粘度は0.4Pa.sであり、エポキシ樹脂DER332を100gと無水メチルハイミック酸MHACPを100gとキュアゾールCN1.2gからなる熱硬化性樹脂組成物の25℃での粘度0.9Pa.sに比べ大幅に低減されており、このままの状態で成形型枠に注入することができる。
【0062】
次に、(4)の樹脂組成物から得た樹脂板の動的粘弾性について説明する。樹脂板は80℃と180℃でそれぞれ4時間ずつ加熱し硬化させたものである。硬化反応時には水やアルコール等の副生成物の発生は殆どなかった。 該樹脂板を用いて,実施例1と同じ方法で動的粘弾性測定を行った。
【0063】
表1にTgと50℃,220℃における貯蔵弾性率を示す。本実施例の硬化物は貯蔵弾性率,曲げ強度に関して、室温の値に対してTg以上の温度である220℃での値とを比べると1/3〜1/4を保持しており高温での熱安定性が大きい。
【実施例5】
【0064】
有機けい素化合物として3−グリシドキシトリメトキシシラン(チッソ株式会社製)を、エポキシ樹脂としてビスフェノールF型エポキシ樹脂EP−4900E(株式会社旭電化製)を、硬化剤としてフェノールノボラック樹脂(日立化成工業株式会社製)、硬化触媒として2−エチル−4−メチルイミダゾール(四国化成株式会社製)を用いる。本実施例の熱硬化性樹脂組成物の製造方法を説明する。
(1)3−グリシドキシトリメトキシシラン200gに、水とジブチルジラウリン酸錫の触媒をそれぞれ2g加えて攪拌した後、1日以上室温で放置する。
(2)(1)の混合液にビスフェノールF型エポキシ樹脂EP−4900Eを100g加えて攪拌する。
(3)(2)の混合液に100℃で2時間の熱処理を行い、2量体以上の有機けい素化合物重縮合体を含む反応物を形成する。
(4)硬化剤であるフェノールノボラック樹脂を100g加えて、室温まで冷却して本発明の25℃で液状の無溶剤型熱硬化性樹脂組成物を得た。該樹脂組成物の25℃での粘度は6Pa.sであった。
【0065】
ビスフェノールF型エポキシ樹脂EP−4900Eを100gとフェノールノボラック樹脂を50gを100℃で攪拌下、加熱混合した後、25℃まで冷却して得た樹脂組成物は30Pa.sであった。
(5)(4)で得た樹脂組成物に2−エチル−4−メチルイミダゾールを3g加えて攪拌して熱硬化性樹脂組成物を得る。該樹脂組成物は低粘度でこのままの状態で成形型枠に注入することができる。
【0066】
次に、(5)から得られた樹脂板の動的粘弾性について説明する。樹脂板は(5)の樹脂組成物を80℃と180℃でそれぞれ4時間ずつ加熱し硬化させたものである。硬化時には水やアルコール等の副生成物の発生は殆どなかった。
【0067】
該樹脂板を用いて実施例1と同じ方法で動的粘弾性測定を行った。表1にTgと50℃及び220℃における貯蔵弾性率を示す。
【0068】
本実施例の硬化物は貯蔵弾性率,曲げ強度に関して、室温の値に対してTg以上の温度である220℃での値とを比べると1/3前後を保持しており高温での熱安定性が大きい。
【実施例6】
【0069】
有機けい素化合物として3−グリシドキシトリメトキシシラン(チッソ株式会社製)を、エポキシ樹脂としてナフタレン型エポキシ樹脂EPICLON4032(大日本インキ株式会社製)とビスフェノールA型エポキシ樹脂エピコートEP828(株式会社油化シェル製)を、硬化剤としてメタフェニレンジアミン(和光純薬工業株式会社製)を用いる。本実施例の熱硬化性樹脂組成物の製造方法を説明する。
(1)3−グリシドキシトリメトキシシラン200gに、水4gとジブチルジラウリン酸錫の触媒をそれぞれ2g加えて攪拌した後、1日以上室温で放置する。
(2)(1)の混合液に、エポキシ樹脂EPICLON4032を80gとエピコートEP828を100g加えて攪拌する。
(3)(2)の混合液に、120℃で4時間の熱処理を行い、2量体以上の有機けい素化合物重縮合体を含む反応物を形成する。これを室温まで冷却して得られた本実施例の液状樹脂組成物の25℃での粘度は1Pa.sであり、80gのEPICLON4032と100gのエピコートEP828から成るエポキシ樹脂均一混合物の25℃での粘度は16Pa.sで、大幅な低減が認められた。
(4)80℃に加温し、硬化剤としてメタフェニレンジアミンを41g加えて攪拌しながら溶解させて熱硬化性樹脂組成物を得る。該樹脂組成物は室温で液状であり低粘度で、個のままの状態で成形型枠に注入することができる。
【0070】
次に、(4)から得られた樹脂板の動的粘弾性について説明する。樹脂板は(4)の樹脂組成物を80℃と180℃でそれぞれ4時間ずつ加熱し硬化させたものである。硬化時には水やアルコール等の副生成物の発生は殆どなかった。 該樹脂板を用いて実施例1と同じ方法で動的粘弾性測定を行った。
【0071】
表1にTgと50℃及び220℃における貯蔵弾性率を示す。本実施例の硬化物は貯蔵弾性率,曲げ強度に関して、室温の値に対してTg以上の温度である220℃での値とを比べると1/2〜1/3を保持しており高温での熱安定性が大きい。
【0072】
以上の実施例1〜6の熱硬化性樹脂組成物は無溶剤で、液状かつ熱硬化前の粘度が室温で0.2〜6Pa.sと極めて低い。このため、注型用、フィラーを混合したペースト用、コンポジット用材料、液状封止材料等に用いることができる。
【0073】
また、実施例1〜6の硬化樹脂は耐熱性が高く、室温と高温における弾性率の変化が少ないので熱応力が生じにくく、成型品にクラックが入りにくい。更に、硬化反応時に水やアルコール等の副生成物がほとんど発生しないため、金属,セラミック,樹脂等の基材と共に用いて複合材を作製しても、基材と樹脂との界面で膨れが生じたり、成形品にクラックや剥離が生じたりすることがない。
【0074】
即ち、液状熱硬化性樹脂の作業性を向上させるために、従来は反応性希釈剤を用いる方法や脂環式のエポキシ樹脂を適用する方法、また、液状で低粘度の無水酸系の硬化剤を適用する方法があったがいずれも硬化後の樹脂の特性に影響を及ぼすあるいは使用方法が限定される等の問題がある。また、作業性をあげるための低粘度化法として加温する方法があるが、エネルギー効率が悪く、樹脂の可使期間を短くする問題がある。
【0075】
本発明によれば、硬化後の特性を損なうよりむしろ、向上させ、かつ、硬化前の液状樹脂組成物が低粘度化できることが実施例により証明された。本発明の効果について、比較例を用いてさらに説明する。
【比較例1〜6】
【0076】
実施例1〜6のエポキシ樹脂と硬化剤及び硬化促進剤は同じものを使用して、硬化物の物性を比較、評価した。硬化剤、硬化促進剤の配合量はエポキシ樹脂のエポキシ当量に応じて適宜変えて検討した。
【0077】
表2に比較例の樹脂組成物及び特性の評価結果を示す。比較例1,2,3,6はいずれもエポキシ樹脂成分のみの場合の25℃での粘度をワニス粘度として測定した。また、比較例4はエポキシ成分,硬化剤,硬化促進剤からなる樹脂組成物の25℃での粘度をワニス粘度として測定した。比較例5はエポキシ樹脂4900Eにフェノールノボラックを溶解させて得た樹脂組成物の粘度を測定した。なお、比較例4以外の樹脂組成物は樹脂板を成型する際に50〜80℃に加温して粘度を下げて金型に注入し成型硬化させた。比較例4については、実施例4と比較すると粘度が倍近くあり、複雑な形状のコイル等に含浸させる際は、やはり加温して粘度を下げる必要がある。
【0078】
表2の比較例から明らかなように実施例1−6の樹脂組成物では室温(25℃)での粘度が大幅に低減されるだけでなく、全く同じ条件で加熱硬化された樹脂の高温での物性がはるかに優れている。これは、高温での物性として比較例と同じ程度が要求される場合は、さらなる低粘度化が可能であることを意味している。
【0079】
【表2】
【実施例7〜11】
【0080】
表3に、本発明の実施例7〜11を示す。実施例7〜11は表1に示した実施例2と同じように作成された樹脂組成物であり、その後の硬化条件は同じ条件である。
【0081】
【表3】
【0082】
実施例7、8から明らかなように、ワニスの熱処理条件をマイルドにすることにより、さらに、実施例9,10から水の添加量を少なくすることにより、さらに室温(25℃)での粘度を大幅に低減できる。この場合、弾性率や曲げ強度等の高温での物性が実施例2に比べ低下はするが、比較例2に比べて十分な高温特性を保持している。
【0083】
実施例11は水の添加量を10倍まで増やした組成であるが、室温(25℃)での粘度が2.2Pa.sと実施例2よりは高いが比較例2に比べ1/5程度と十分に低粘度化されている。高温での弾性率や曲げ強度は逆に実施例2より優れた値を示しており、要求される物性に応じて本発明の無溶剤型樹脂組成物を使い分けることができる。
【実施例12】
【0084】
外形10mm角のシリコンチップ上に電極として直径80μmの半田電極を中心間隔160μmで形成したものを用いた。また配線基板にはガラスエポキシ基板2層品を用いた。
【0085】
図1のようにベアチップ1に形成された半田バンプ電極2を配線基板3のランド5に位置合わせし赤外線リフローにより半田接続した後、電子部品と配線基板3の約50μmの間隙に以下の方法で調整した熱硬化性樹脂4を充填した。充填は、配線基板3を60℃に加熱した状態でベアチップ1の一辺にデイスペンサーを用いて熱硬化性樹脂組成物4を塗布後、30分の時間で毛細管現象を利用した浸透法により行った。その後、80℃と180℃で4時間ずつ加熱し、熱硬化して半導体装置を作成した。
【0086】
熱硬化性樹脂組成物は実施例2と同様にして作成した樹脂組成物47gと平均粒径4μmの球形シリカを70wt%になるように加え攪拌した。実施例2の樹脂組成物は室温(25℃)で液状で粘度が0.5Pa.sと低いため上記球形シリカを70wt%加えても十分な流動性を保っている。従って、ボイドやクラック等の欠陥を発生することなく封止できる。
【0087】
温度サイクル試験は−150℃,10分と150℃,10分を1サイクルとして行い、50サイクルごとに半田及び熱硬化性樹脂材料中の内部クラックを超音波探傷装置により調べた。5個の半導体装置について温度サイクルを行った結果、3000サイクル以上でも半田及び熱硬化性樹脂材料中に内部クラックの発生はなく温度サイクルに対する信頼性は高かった。
【比較例7】
【0088】
比較例2の熱硬化性樹脂組成物を用いた以外は実施例12と同様にして5個の半導体装置を作成した。ただし、比較例2の熱硬化性樹脂組成物は室温(25℃)での粘度が14Pa.sと高いため球形シリカを混合する際に80℃に加熱する必要があった。さらに、封止するための浸透作業も80℃で行なった。
【0089】
実施例12と同じ条件で温度サイクルを行った結果、2000サイクルでは全ての半導体装置の半田部にクラックが発生した。さらに、樹脂部にも3個のサンプルにボイドに起因するクラックが発生した。
【0090】
実施例12及び比較例7から、本発明では極めて信頼性の高い封止構造を有する半導体装置を得ることができた。これは液状熱硬化性樹脂組成物が低粘度であるため球形シリカの混合が容易であり、しかも室温(25℃)で作業が可能となったためである。従って、ボイドフリーの均一な封止構造の半導体装置の提供が可能となる。更に、硬化物も高温での力学物性が高いため信頼性の高い半導体装置が実現した。
【実施例13】
【0100】
図2を用いて、半導体チップ9とリードフレームダイパッド7を接着材料8で固着させた後、金属細線10でリード部6と結線し、全体をレジン11で封止した半導体装置の作成について説明する。
【0101】
粒径10μm以下のフレーク状銀粉100重量部と実施例3の液状熱硬化性樹脂組成物100重量部を3本ロールミルで50分間混練してペースト状の接着材料を作成した。
銅リードフレームのダイパッド部に約100mgの上記ペースト状接着材料をデイスペンサーにより塗布し、10mm角のチップを500gの加重下、250℃で5秒間圧着させた後、チップ反りを測定した。更に、250℃,20秒加熱時の引き剥がし強度を測定した。なお、チップ反りは表面粗さ計を用い直線状に10mmスキャンした時のベースラインからの最大高さ(μm)の測定値とした。
【0102】
温度サイクル試験は−50℃,10分と150℃,10分を1サイクルとして行い、50サイクル毎に接着材料中の内部クラックと剥離発生の有無を超音波探傷装置により調べた。5個の半導体装置について温度サイクル試験を行った結果、2000サイクル以上でも接着材料中に内部クラックは発生せず、温度サイクルに対する信頼性は高かった。
【0103】
初期値
チップ反り:5μm,チップ接着強度:1.8kg/mm2
温度サイクル2000後
チップ反り:3μm,チップ接着強度:1.6kg/mm2
【比較例8】
【0104】
粒径10μm以下のフレーク状銀粉100重量部と実施例3に相当する比較例3の熱硬化性樹脂組成物100重量部を用いてペースト状接着材料の作成を試みたが樹脂の粘度が70Pa.sと高すぎるためペースト状接着材料を得ることができなかった。
【実施例14】
【0105】
図3を用いて導電性接着材料を応用した半導体装置の作成工程を説明する。銅/ニッケル/金で形成された厚さ20μmの電極15を有する配線基板(FR−5)12にシリンジ14を用いてニッケル粒子16を含有するペースト状接着材料13を約50μm厚に塗布した後、厚さ20μmの金バンプ18を有するLSIチップ17を200℃、30kg/mm2の加熱、加圧下、20秒間接着、固定させた。更に、オーブン中で180℃、60分加熱して接着材料を硬化(接着材料硬化物19)させた。なお、80μm径の金バンプ18を184個有する約10mm角の半導体チップを用いた。
【0106】
接着材料は平均粒径5μmのニッケル粉100重量部を実施例1の液状熱硬化性樹脂組成物45重量部に加えて、3本ロールミルで50分間混練してペースト状接着材料を作成した。
【0107】
温度サイクル試験は−50℃、10分と150℃、10分を1サイクルとして行い、50サイクルごとに接着材料中の内部クラックと剥離発生の有無を超音波探傷装置により調べた。5個の半導体装置について温度サイクル試験を行った結果、1000サイクル以上でも上記接着材料中に内部クラックは発生せず、接触抵抗も初期値の1mmΩ以下を保持しており、温度サイクルに対する信頼性が高かった。なお、初期値は121℃、3atm、96時間後の値である。
【0108】
初期値
チップと基板の接着強度:3.3kg/mm2
温度サイクル1000サイクル後
チップと基板の接着強度:2.8kg/mm2
【比較例9】
【0109】
比較例1の熱硬化性樹脂組成物を用いて、実施例14と全く同様にして半導体装置の製造を試みた。ただし、樹脂粘度が4Pa.Sと高いためニッケル粉との混練は70℃に加熱した状態で行った。同様に、シリンジによる塗布作業も70℃に加温した状態で行った。
【0110】
温度サイクル試験は−50℃、10分と150℃、10分を1サイクルとして行い、50サイクルごとに接着材料中の内部クラックと剥離発生の有無を超音波探傷装置により調べた。5個の半導体装置について温度サイクル試験を行った結果、500サイクルで3個のサンプルにクラックと剥離が発生し、1000サイクルでは全てのサンプルでクラックと剥離が認められた。接触抵抗も初期値の1mmΩ以下から1Ω以上と高い値となった。なお、初期値は121℃、3atm、96時間後の値である。
【0111】
初期値
チップと基板の接着強度:2.0kg/mm2
温度サイクル1000サイクル後
チップと基板の接着強度:0.5kg/mm2
実施例14及び比較例9から明らかなように本発明ではチップと基板の接続信頼性と接着特性に優れた半導体装置を得た。これは液状熱硬化性樹脂組成物の粘度が低いため得られるペースト状接着材料も粘度が低く作業性に優れていることによる。比較例9では70℃に加温して混合、塗布作業をするのに対し、室温(25℃)で作業ができ、ボイドフリーの均一な接着層が形成できる。硬化物も高温物性に優れている。このため高信頼性の半導体装置が得られた。
【実施例15】
【0112】
平均粒径10μmのフレーク状銅粉100重量部に対し、実施例9の液状熱硬化性樹脂組成物25重量部を添加し、3本ロールミルで50分間混練してペースト状導電性接着材料を作成した。上記、液状熱硬化性樹脂の室温(25℃)での粘度は0.04Pa.sと低いため、流動性に優れたペースト状導電性接着材料が得られた。これをスクリーン印刷して170℃、60分加熱して比抵抗を求めたところ、3×10−5Ω/cmを示した。
【0113】
以下、図4を用いてプリント配線板の作成工程を説明する。上記ペースト状導電性接着材料21をサイズ300mm角、厚さ0.2mmのガラスエポキシ積層板(FR−5相当)3に設けた0.2mm径のスルーホール用貫通孔20に印刷により充填した後、170℃で60分間加熱して硬化させた。バフ研磨により表面を平坦に仕上げた後、両面に無電解めっきと電解めっきにより厚さ18μmの導体層を形成し、配線パターン22をエッチングにより形成し、両面プリント配線板を得た。
【0114】
上記と同様にして作成した両面プリント配線板3枚(ただし、最外層となる面はベタ銅のままとし)を厚さ0.1mmの多層化接着用プリプレグ(ガラスエポキシ)23を介して170℃、90分、30kg/cm2の加熱、加圧下、接着して配線6層の多層板とした。0.3mmのスルーホール24をドリルにより穴あけし、上記ペースト状導電性接着材料21を同様に印刷により充填し、170℃,60分加熱して硬化させた。この後、バフ研磨により表面を平坦に仕上げた後、最外層の配線25をエッチングにより形成して6層の多層プリント配線板とした。
【0115】
多層プリント配線板の温度サイクル試験は−50℃、10分と150℃、10分を1サイクルとして行い、50サイクルごとにビアとスルーホールそれぞれ50個について導電性接着材料中の内部クラックと剥離発生の有無を超音波探傷装置により調べた。その結果、2000サイクル以上でも上記接着材料中の内部クラックは発生せず、温度サイクルに対する信頼性が高かった。
【比較例10】
【0116】
上記の実施例15と同じエポキシ樹脂と硬化剤を使用している比較例2の熱硬化性樹脂組成物25重量部を用いた以外は実施例15と同様にして6層の多層プリント配線板を作成した。ただし、熱硬化性樹脂組成物の室温(25℃)での粘度が14Pa.sと高いため混練は50℃に加温して行った。さらに、スクリーン印刷による充填時もペースト状接着材料を50℃以上に加温した状態で行った。ペースト状接着材料をスクリーン印刷して170℃、60分加熱して比抵抗を求めたところ、3×10−5Ω/cmを示した。
【0117】
多層プリント配線板の温度サイクル試験は−50℃、10分と150℃、10分を1サイクルとして行い、50サイクルごとにビアとスルーホールそれぞれ50個について導電性接着材料中の内部クラックと剥離発生の有無を超音波探傷装置により調べた。その結果、500サイクルで70%のスルーホール部の導電性接着材料中にクラックが発生、1000サイクルでは50個全部のスルーホール部の導電性接着材料中にクラックが発生した。
【0118】
実施例15及び比較例10から本発明のペースト状導電性接着材料は粘度が低く室温で作業できかつ硬化後の信頼性を含む特性に優れている。これはペーストが低粘度であるためスルーホール内に均一かつボイドレスで充填されたこと、硬化物の高温物性が優れているためである。本発明はスルーホールの接続信頼性が優れた多層プリント板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0119】
【図1】電子部品と配線基板の間隙への熱硬化性樹脂組成物の充填を説明する断面図である。
【図2】レジンで封止した半導体装置の断面図である。
【図3】導電性接着材料を応用した半導体装置の作成工程を示す断面図である。
【図4】多層プリント配線板の作成工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【0120】
1…ベアチップ、2…半田バンプ電極、3…配線基板、5…ラウンド、6…リード部、7…リードフレームダイパッド、8…接着材料、9…半導体チップ、10…金属細線、11…レジン、13…ペースト状接着材料、14…シリンジ、15…電極、16…ニッケル粒子、17…LSIチップ、18…金バンプ、19…接着材料硬化物、20…スルーホール用貫通孔、21…ペースト状導電性接着材料、22…配線パターン、23…多層化接着用プリプレグ(ガラスエポキシ)、24…スルーホール、25…配線。
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