JP3847032B2 - 液状封止樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents
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Description
【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樹脂組成物に関するものであり、その樹脂組成物を用いた半導体装置である。
【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かなり増えてきている。
【0003】
BGAはモールド樹脂又は液状樹脂により封止されるが、基板、ソルダーレジスト、及び金、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。また表面実装方式でマザーボードと接合するため耐半田クラック性が必要である。更に信頼性の一環として温度サイクル試験(T/C試験)があり、パッケージには高い信頼性が要求される。
【0004】
例えば、その要求される信頼性の条件としては、
・耐半田クラック性:30℃、60%RHの条件でパッケージを一週間吸湿させた後リフロー処理し剥離、クラックのないこと
・ T/C試験:-55℃〜125℃(各温度さらし時間30分)、1000サイクル以上の処理をした後、剥離、クラックのないこと
などである。
【0005】
しかし、より厳しい要求は、例えば、
・耐半田クラック性:85℃、85%RHでパッケージを一週間吸湿させた後リフロー処理し剥離、クラックのないこと
・ T/C試験:-65℃〜150℃(各さらし時間30分)、1000サイクル以上の処理をした後、剥離、クラックのないこと
などリードフレーム型パッケージと同等のより厳しい条件が要求されている。
しかし、半導体を封止する液状封止樹脂組成物においてこのような信頼性を満足する材料はなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
液状封止樹脂組成物において、前記信頼性を満足する液状封止樹脂組成物を提供する。
【0007】
【課題を解決するための手段】
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、液状エポキシ樹脂、式(1)で示されるエポキシ樹脂、硬化剤、シリカからなる液状封止樹脂組成物が高い靱性を有し信頼性に優れていることを見出し本発明を完成させるに至ったものである。
【0008】
すなわち、(A)式(1)で示されるエポキシ樹脂、(B)式(1)で示されるエポキシ樹脂を除く平均エポキシ基が2以上の液状エポキシ樹脂であるビスフェノールF型エポキシ樹脂、(C)硬化剤、(D)シリカからなる液状封止樹脂組成物である。
【化1】
更に好ましい形態としては、上記硬化剤がアルキル化ジアミノジフェニルメタンである液状封止樹脂組成物である。また、半導体素子が上記の液状封止樹脂組成物を用いて封止された半導体装置である。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる(B)液状エポキシ樹脂は、式(1)で示されるエポキシ樹脂を除き、一分子当たりエポキシ基を平均二個以上有するものであり、具体例をあげると、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-ジヒドロキシビフェニル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、臭素型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,1,6ナフタレンジオールのグリシジルエーテル、アミノフェノール類のトリグリシジルエーテル等がある。これらは単独又は混合して用いても差し支えない。
また、信頼性の優れた液状封止材料を得るために、エポキシ樹脂のNa+、Cl-等のイオン性不純物はできるだけ少ないものが好ましい。
【0010】
本発明に用いられる式(1)で示されるエポキシ樹脂(A)は、柔軟な構造を有し硬化物の靱性を向上させる特徴を有する。本発明では(A)成分と(B)成分を併用することにより高信頼性の要求を満足できるようになったものである。(A)成分と(B)成分の割合は(A)/((A)+(B))=0.1〜0.9であることが好ましい。更に好ましくは、0.3〜0.7である。0.1を下回ると式(1)で示されるエポキシ樹脂の効果が発現できず、0.9を越えると硬化物のガラス転移温度の著しい低下を招き好ましくないからである。
【0011】
(C)硬化剤としてはアミン、酸無水物、フェノール樹脂等があるが特に限定されない。より好ましくはアルキル化ジアミノジフェニルメタンである。アルキル化ジアミノジフェニルメタンの例としては、エチル化ジアミノジフェニルメタン、メチル化ジアミノジフェニルメタン等があり、これを用いた場合、特に金属、ソルダーレジスト等BGAパッケージに必須の被着体への接着性が特に優れるからである。
また、信頼性の優れた液状封止材料を得るために、硬化剤のNa+、Cl-等のイオン性不純物はできるだけ少ないものが好ましい。
【0012】
主剤である全エポキシ樹脂((A)+(B))と、硬化剤との配合モル比は0.8〜1.2が望ましい。0.8未満の場合は、過剰に未反応の硬化剤の反応基が残存することとなり、耐湿性の低下、信頼性の低下に繋がる。逆に1.2を越えると硬化が不十分となり、信頼性の低下に繋がる。
【0013】
(D)の無機フィラーとしては、樹脂の充填に用いることができるものなら何れも使用できる。その中でもシリカが好ましく、例えば、結晶シリカ、溶融シリカ等が用いられる。形状は一般に球状、破砕状、フレーク状等があるが、充填材をより多く添加することにより線膨張係数の低減化が図られ、その効果をあげるためには球状の無機充填材が最も良い。
添加量は、最終硬化物に対し、60wt%〜90wt%が望ましい。60wt%未満だと、硬化物の線膨張係数が大きくなり、硬化後のパッケージへの応力蓄積やT/C試験での樹脂クラックを起こす恐れがある。一方、90wt%を越えると結果として得られる液状封止樹脂組成物の粘度が高くなり過ぎ、実用レベルではないため好ましくない。
【0014】
本発明の液状封止樹脂組成物には、前記の必須成分の他に必要に応じて、硬化促進剤、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。液状封止材料は、各成分、添加物等を3本ロールにて分散混練し、真空下で脱泡処理して製造する。
【0015】
本発明の液状封止樹脂組成物を用いて半導体装置を製作すると、従来より信頼性の高い半導体装置を得ることが出来る。半導体装置の製造方法は公知の方法を用いることが出来る。
【0016】
【実施例】
本発明を実施例及び比較例で説明する。
<実施例1>
(B)成分としてビスフェノールF型エポキシ樹脂(当量165)100重量部、式(1)で示されたエポキシ樹脂(等量214)100重量部、硬化剤としてエチル化ジアミノジフェニルメタン(カヤハ―ドA-A、日本化薬社製、当量65)70重量部、密着性助剤としてγ-グリシジルトリメトキシシラン6重量部、平均粒径6μm、最大粒径50μmの球状シリカ810重量部、希釈剤としてブチルセロソルブアセテート7.5重量部、カーボンブラック1重量部を秤量し、これらの原材料を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樹脂組成物を得た。次に、得られた液状封止樹脂組成物を用いて接着性、靱性値の尺度として破壊エネルギー及び信頼性試験を行った。
【0017】
<実施例2>
(B)成分としてビスフェノールF型エポキシ樹脂(当量165)120重量部、式(1)で示されたエポキシ樹脂(等量214)80重量部、硬化剤としてアリルフェノールノボラック(MEH-8000、明和化成製、水酸基141)150重量部、密着性助剤としてγ-グリシジルトリメトキシシラン7重量部、平均粒径6μm、最大粒径50μmの球状シリカ1050重量部、希釈剤としてブチルセロソルブアセテート7.5重量部、カーボンブラック1重量部を秤量し、これの原材料を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樹脂組成物を得た。次に、得られた液状封止樹脂組成物を用いて接着性、靱性値の尺度として破壊エネルギー及び信頼性試験を行った。
【0018】
<比較例1>
ビスフェノールF型エポキシ樹脂(当量165)200重量部、硬化剤としてエチル化ジアミノジフェニルメタン(カヤハ―ドA-A、日本化薬社製、当量65)78重量部、密着性助剤としてγ-グリシジルトリメトキシシラン6重量部、平均粒径6μm、最大粒径50μmの球状シリカ834重量部、希釈剤としてブチルセロソルブアセテート7.5重量部、カーボンブラック1重量部を秤量し、これらの原材料を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樹脂組成物を得た。次に、得られた液状封止樹脂組成物を用いて接着性、靱性値の尺度として破壊エネルギー及び信頼性試験を行った。
【0019】
<比較例2>
式(1)で示されたエポキシ樹脂(等量214)200重量部、硬化剤としてエチル化ジアミノジフェニルメタン(カヤハ―ドA-A、日本化薬社製、当量65)60重量部、密着性助剤としてγ-グリシジルトリメトキシシラン6重量部、平均粒径6μm、最大粒径50μmの球状シリカ780重量部、希釈剤としてブチルセロソルブアセテート7.5重量部、カーボンブラック1重量部を秤量し、これらの原材料を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樹脂組成物を得た。次に、得られた液状封止樹脂組成物を用いて接着性、靱性値の尺度として破壊エネルギー及び信頼性試験を行った。
【0020】
各試験の方法は次のとおりである。
1)接着性;ソルダーレジスト(太陽インキ社製、PSR4000AUS05/CA-40AUS2)が塗布されたガラス−エポキシ基板に液状封止樹脂組成物を塗布し、上から6x6mmのチップをマウントし、150℃、3時間で硬化させ、200℃のホットプレートに載置しダイシェアー強度を測定した。
2) 破壊エネルギー:幅10mm、厚み4mm、長さ13mmの試験片を作製し、万能試験機を用いて曲げ試験を行い、ひずみ−応力グラフより計算し求めた。試験片は150℃、3時間の条件で硬化させた。
【0021】
3)信頼性−1;BT基板製の15mm角のシリコンチップがマウントされたBGA基板に液状封止樹脂組成物を塗布し(キャビティサイズ:25mmx25mmx1mmt)、150℃、3時間の条件で硬化させて、試験片を作製した。次に、T/C処理(−65℃/30分←→150℃/30分、1000サイクル)を施した後、超音波探傷機(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。試験に用いたサンプル数は10個である。
【0022】
4)信頼性−2;上記の信頼性−1と同じ条件で作製したテストピース10個を、85℃、85%RHの条件で72時間の湿度処理を施したのち、IRリフロー(最大温度240℃、90秒)にて2回処理した後、SATにて剥離、クラックの有無を確認した。
【0023】
測定した結果を表1に示す。
【表1】
【0024】
【発明の効果】
本発明の液状封止樹脂組成物は、靱性値が高く、信頼性に関して特にT/C試験において大きな改善をはかることができる。
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