JP4110930B2 - エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた電子部品装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にファインピッチ配線の半導体素子を封止した場合に、電気特性不良発生が少ない封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いて得られる電子部品装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子部品装置の高密度実装化に伴って配線数が増加し、半導体素子表面のアルミ配線及び金線間のピッチは狭くなる傾向にある。そのため、隣接する金線との間隔が非常に狭くなり、少しの変形でショートする可能性が大きくなる。そして、これらの問題に対応するために、金線はより細線化する傾向にある。
一方、電子部品装置の薄型化による成形時のチップシフトを低減するために、低せん断領域での粘度の上限を規定した封止用エポキシ樹脂組成物が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１１４８９０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような低粘度の封止用エポキシ樹脂組成物を用いても、細線化した金線で配線されたファインピッチ配線半導体素子を封止成形する場合、金線変形や断線といった成形性不良が発生する。このため、細線化した金線で配線されたファインピッチ配線半導体素子において、成形時に金線変形や断線を防止し、かつ金線変形によるリーク不良が発生しない封止用エポキシ樹脂組成物及び電子部品装置が望まれている。
【０００５】
本発明は、ファインピッチ配線半導体素子を封止成形する際に、金線変形や断線、金線変形によるリーク不良といった、電気特性不良のないエポキシ樹脂組成物及びそれで封止された電子部品装置、及びその製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)硬化促進剤、及び(D)無機充填材を主成分とするエポキシ樹脂組成物において、(D)無機充填材が球状もしくは磨砕処理したものを全無機充填材中50質量%以上含有するエポキシ樹脂組成物において、スリット式粘度測定装置で測定した粘度が、せん断速度50s-1において28.0Pa・s以下であること、もしくはせん断速度300s-1において9.0Pa・s以下であることのいずれかを特徴とするエポキシ樹脂組成物に関する。また、(C)硬化促進剤がホスフィン化合物とキノン化合物との付加物を含有する前記エポキシ樹脂組成物に関する。
また、それを用いて封止した素子を備えた電子部品装置に関するものである。さらに、そのエポキシ樹脂組成物を用いて、キャビティ内気圧が大気圧以上の状態にて半導体素子を封止する電子部品装置の製造方法に関するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
本発明に用いられる (A)エポキシ樹脂は、１分子中にエポキシ基を２個以上有する化合物であれば特に制限はなく、そのようなエポキシ樹脂としては、これらに限定されるものではないが、例えば、
フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂をはじめとするフェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のフェノール類及び／又はα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等のアルデヒド基を有する化合物とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるノボラック樹脂をエポキシ化したノボラック型エポキシ樹脂；
ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、アルキル置換又は非置換のビフェノール、スチルベン系フェノール類等のジグリシジルエーテル（ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂）、
ブタンジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のアルコール類のグリシジルエーテル；
フタル酸、イソフタル酸、テトラヒドロフタル酸等のカルボン酸類のグリシジルエステル型エポキシ樹脂；
アニリン、イソシアヌル酸等の窒素原子に結合した活性水素をグリシジル基で置換したもの等のグリシジル型またはメチルグリシジル型のエポキシ樹脂；
分子内のオレフィン結合をエポキシ化して得られるビニルシクロヘキセンジエポキシド、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、２−（３，４−エポキシ）シクロヘキシル−５，５−スピロ（３，４−エポキシ）シクロヘキサン−ｍ−ジオキサン等の脂環型エポキシ樹脂；
パラキシリレン及び／又はメタキシリレン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル；
テルペン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル；
ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル；
シクロペンタジエン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル；
多環芳香環変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル；
ナフタレン環含有フェノール樹脂のグリシジルエーテル；
ハロゲン化フェノールノボラック型エポキシ樹脂；
ハイドロキノン型エポキシ樹脂；
トリメチロールプロパン型エポキシ樹脂；
オレフィン結合を過酢酸等の過酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂；
ジフェニルメタン型エポキシ樹脂；
フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型フェノール樹脂のエポキシ化物；
硫黄原子含有エポキシ樹脂などが挙げられる。
特に、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂等が好ましい。
これらは、単独で又は2種以上併用することができる。
【０００８】
本発明に用いられる(B)硬化剤としてはエポキシ樹脂を硬化させることができる化合物であれば、特に限定されるものではないが、例えば、フェノール樹脂等のフェノール化合物、ジアミン、ポリアミン等のアミン化合物、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸等の無水有機酸、ジカルボン酸、ポリカルボン酸等のカルボン酸化合物等が挙げられ、これらのうち１種類を単独で用いても、２種類以上を組み合わせて用いてもかまわない。中でも、中でも（Ａ）硬化促進剤の効果が十分に発揮されるという観点からは、フェノール樹脂が好ましい。
【０００９】
エポキシ樹脂の硬化剤としてフェノール樹脂としては特に制限はないが、例えば、一般に使用されている１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール樹脂で、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、置換又は非置換のビフェノール等の１分子中に２個のフェノール性水酸基を有する化合物；
フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、フェニルフェノール、アミノフェノール等のフェノール類及び／又はα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等のアルデヒド類とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるノボラック型フェノール樹脂；
フェノール類及び／又はナフトール類とジメトキシパラキシレンやビス（メトキシメチル）ビフェニルから合成されるフェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型フェノール樹脂；
パラキシリレン及び／又はメタキシリレン変性フェノール樹脂；
メラミン変性フェノール樹脂；
テルペン変性フェノール樹脂；
フェノール類及び／又はナフトール類とジシクロペンタジエンから共重合により合成される、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型ナフトール樹脂；
シクロペンタジエン変性フェノール樹脂；
多環芳香環変性フェノール樹脂；
ビフェニル型フェノール樹脂；
トリフェニルメタン型フェノール樹脂；
これら２種以上を共重合して得たフェノール樹脂などが挙げられる。
特に、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、アルキル変性ノボラック樹脂、一般式(I)及び(II)で表されるフェノール樹脂等が好ましい。これらは、単独又は2種以上併用することができる。
これらの硬化剤の配合量は、エポキシ樹脂組成物中のエポキシ基数と硬化剤の水酸基数の比が0.6〜1.4、好ましくは0.8〜1.2となるように配合する。
【化１】
ただし、一般式(I)中、l、m、nは0以上の整数である。
【化２】
ただし、一般式(II)中、m、nは0以上の整数である。
【００１０】
本発明に用いられる (C)硬化促進剤としてはエポキシ樹脂組成物で一般に使用されている、（Ａ）エポキシ樹脂と（Ｂ）硬化剤との硬化反応を促進するものであれば、特に制限はないが、たとえば、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］ノネン−５、５，６−ジブチルアミノ−１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７等のシクロアミジン化合物及びこれらの化合物に無水マレイン酸、１，４−ベンゾキノン、２，５−トルキノン、１，４−ナフトキノン、２，３−ジメチルベンゾキノン、２，６−ジメチルベンゾキノン、２，３−ジメトキシ−５−メチル−１，４ベンゾキノン、２，３−ジメトキシ−１，４−ベンゾキノン、フェニル−１，４−ベンゾキノン等のキノン化合物、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂等のπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有する化合物、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール等の三級アミン類及びこれらの誘導体、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール等のイミダゾール類及びこれらの誘導体、トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリス（４−メチルフェニル）ホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィン等の有機ホスフィン類などのホスフィン化合物、及びこれらのホスフィン化合物に上記キノン化合物、無水マレイン酸、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂等のπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有するリン化合物、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウムエチルトリフェニルボレート、テトラブチルホスホニウムテトラブチルボレート等のテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート、２−エチル−４−メチルイミダゾール・テトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモルホリン・テトラフェニルボレート等のテトラフェニルボロン塩及びこれらの誘導体などが挙げられ、これらの１種を単独で用いても２種以上組み合わせて用いてもよい。
なかでも、本発明における粘度特性を得るためには、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物を硬化促進剤に含むのが特に好ましい。ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物を硬化促進剤に含む場合、同一組成において見かけ最低溶融粘度が低減したり、ゲル化時間を短縮したりすることができる。
【００１１】
ホスフィン化合物としては、例えば、トリシクロヘキシルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリオクチルホスフィン、シクロヘキシルジフェニルホスフィン、ジシクロヘキシルフェニルホスフィン、ブチルジフェニルホスフィン、ジブチルフェニルホスフィン、オクチルジフェニルホスフィン、ジオクチルフェニルホスフィン等のリン原子に少なくとも一つのアルキル基が結合したホスフィン化合物、トリス-（ｐ-メトキシフェニル）ホスフィン、トリス-（ｏ-メトキシフェニル）ホスフィン、トリ-ｐ-トリルホスフィン、トリ-ｏ-トリルホスフィン、トリ-ｍ-トリルホスフィン、ビス-（ｐ-メトキシフェニル）フェニルホスフィン、ビス-（ｏ-メトキシフェニル）フェニルホスフィン、ジ-ｐ-トリルフェニルホスフィン、ジ-ｏ-トリルフェニルホスフィン、ジ-ｍ-トリルフェニルホスフィン、ジフェニル（ｐ-メトキシフェニル）ホスフィン、ジフェニル（ｏ-メトキシフェニル）ホスフィン、ジフェニル-ｐ-トリルホスフィン、ジフェニル-ｏ-トリルホスフィン、ジフェニル-ｍ-トリルホスフィン、トリフェニルホスフィン等のトリアリールホスフィン化合物などが挙げられる。
【００１２】
キノン化合物として、ホスフィン化合物との反応性の観点からは１，４−ベンゾキノン及びメチル−１，４−ベンゾキノンが好ましく、吸湿時の硬化性の観点からは、２，３−ジメトキシ−１，４ベンゾキノン、２，５−ジメトキシ−１，４−ベンゾキノン、メトキシ−１，４−ベンゾキノン等のアルコキシ基置換１，４−ベンゾキノン、及び２，３−ジメチル−１，４−ベンゾキノン、２，５−ジメチル−１，４−ベンゾキノン、メチル−１，４−ベンゾキノン等のアルキル基置換１，４−ベンゾキノンが好ましく、保存安定性の観点からは、２，５−ジ−tert−ブチル−１，４−ベンゾキノン、tert−ブチル−１，４−ベンゾキノン、フェニル−１，４−ベンゾキノンが好ましい。
【００１３】
ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物の製造方法としては特に制限はないが、例えば、原料として用いられるホスフィン化合物とキノン化合物とを両者が溶解する有機溶媒中で付加反応させて単離する方法、（Ｂ）硬化剤中で付加反応させる方法等が挙げられ、後者の方法においては単離せずにそのまま硬化剤中に溶解した状態で、エポキシ樹脂組成物の配合成分として用いることができる。ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物は、１種を単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらホスフィン化合物とキノン化合物との付加物のうち、総合的に、トリブチルホスフィンと1,4-ベンゾキノンとの付加物、トリシクロヘキシルホスフィンと1,4-ベンゾキノンとの付加物、ジフェニルシクロヘキシルホスフィンと1,4-ベンゾキノンとの付加物、トリ-ｐ-トリルホスフィンと１，４−ベンゾキノンとの付加物及びトリフェニルホスフィンと1,4-ベンゾキノンの付加物が好ましい。
ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物を単独で配合する場合、その配合量は(A)エポキシ樹脂及び(B)硬化剤の総量に対して0.2〜10質量%が好ましい。0.2質量%未満では硬化性が不十分となる傾向があり、10質量%を超えると流動性が不足する傾向がある。
【００１４】
ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物以外の好ましい硬化促進剤は、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート等の有機リン系化合物、1,8-ジアザビシクロ（5,4,0）ウンデセン-7等のアミン系硬化促進剤、2-メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物、トリエチレンアミン等の第3級アミン化合物などが挙げられる。
【００１５】
硬化促進効果が得られるならば、併用した場合の(C)硬化促進剤の配合量に特に制限はないが、(A)エポキシ樹脂及び(B)硬化剤の総量に対して0.2〜10質量%が好ましい。0.2質量%未満では短時間で硬化させることが困難であり、10質量%を超えると未充填が発生する傾向がある。ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物の(C)硬化促進剤に対する配合比に制限はないが、その性能を発揮するために (C)硬化促進剤に対して30質量%以上が好ましく、50質量%以上がより好ましい。
【００１６】
本発明に用いられる(D)無機充填材の配合量は55〜95質量%が好ましく、70〜90質量%がより好ましい。55質量%未満では耐リフロー性が不十分となる傾向があり、95質量%を超えると流動性が不足する傾向にある。(D)無機充填材としては特に限定するものはなく、例えば溶融シリカ粉末や結晶シリカ粉末等のシリカ粉末、アルミナ粉末等で、破砕状、球状、あるいは磨砕処理したもの等いずれでも単独又は2種以上併用することができるが、スリット式粘度測定装置で測定した粘度が、せん断速度50s-1において28.0Pa・s以下であること、もしくは300s-1において9.0Pa・s以下であることのいずれかを実現するために、球状もしくは磨砕処理済のものが(D)無機充填材に対して50質量%以上であることが必要である。
【００１７】
本発明のエポキシ樹脂組成物には、その他の添加物として、カーボンブラックや有機染料等の着色剤、天然ワックスや合成ワックス、高級脂肪酸等の離型剤、エポキシシランやアミノシラン等のシラン系カップリング剤、シリコーンポリマーや熱可塑性樹脂等の低応力化剤、界面活性剤、更には臭化エポキシ樹脂、アンチモン化合物等の難燃剤などを、本発明の目的を損なわない範囲で添加配合することができる。
【００１８】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)硬化促進剤、(D)無機質充填材、その他の添加物を所定の組成比で配合し、これをミキサー等によって十分均一に混合した後、熱ロール又はニーダ等による溶融混合処理を行い、次いで冷却固化させ、適当な大きさに粉砕して成形材料とする。
【００１９】
図１に、スリット式粘度測定装置の構造を断面図で示す。本発明のエポキシ樹脂組成物は、図１に示すスリット式粘度測定装置により測定した粘度が、下記の特性を備えていなければならない。図１において１はプランジャー、２はプランジャーポット、３はリザーバ、４はスリット、５は圧力センサ、６は溶融樹脂である。図２に図１のスリット式粘度測定装置で使用するスリット４の外形を示し、２Ｗ、２Ｈ、Ｌはそれぞれスリット４の幅、深さ、長さである。
【００２０】
通常の成形金型温度である175℃の温度条件下において、スリット式粘度測定装置により測定された見かけ最低溶融粘度は、せん断速度が50s-1の場合28.0Pa・s以下でなければならない。28.0Pa・sを超える場合、金線にかかる抵抗が大きくなり、ファインピッチ半導体素子においてリーク不良が発生する傾向にある。
【００２１】
上記条件下において、スリット式粘度測定装置により測定された見かけ最低溶融粘度は、せん断速度300s-1の場合9.0Pa・s以下でなければならない。9.0Pa・sを超える場合、やはり金線にかかる抵抗が大きくなり、ファインピッチ半導体素子においてリーク不良が発生する傾向にある。
【００２２】
上記特性は、測定温度175℃、所定のせん断速度での条件下にて、図１のスリット式粘度測定装置を用いて測定する。測定せん断速度は、下記(1)式から求めることができる。
【数１】
ここで、Qは流量、f(W/H)はスリット形状で定まる定数を表す。所定のせん断速度とするためのプランジャー速度Ｖpは、下記(２)式より算出する。
Ｖｐ＝Ｑ／（πｒｐ ２） ・・・(２)式
ここでrpはプランジャー１の半径である。
【００２３】
スリット式粘度測定装置は、円柱状タブレットに成形したエポキシ樹脂組成物を約70℃に予熱してプランジャーポット２に投入し、プランジャー１を速度Vpで作動させて、リザーバ３を通過した溶融樹脂６をスリット４から押出した際に、圧力センサ５で計測される圧力値から、下記(３)式により見かけ溶融粘度ηを求める。さらにηの最低値（見かけ最低溶融粘度）を求める。
η＝{ΔＰ・Ｗ・Ｈ３・ｆ(Ｗ/Ｈ)}／(４・Ｌ・Ｑ) ・・・(３)式
ここで、ΔＰはスリットにおける圧力損失である。
【００２４】
本発明で得られるエポキシ樹脂組成物は、半導体等の素子を封止する封止用の樹脂組成物として用いられるのが好ましい。本発明のエポキシ樹脂組成物により素子を封止して得られる電子部品装置としては、リードフレーム、配線済みのテープキャリア、配線板、ガラス、シリコンウエハ等の支持部材に、半導体チップ、トランジスタ、ダイオード、サイリスタ等の能動素子、コンデンサ、抵抗体、コイル等の受動素子等の素子を搭載し、必要な部分を本発明のエポキシ樹脂組成物で封止した、電子部品装置などが挙げられる。このような電子部品装置としては、例えば、リードフレーム上に半導体素子を固定し、ボンディングパッド等の素子の端子部とリード部をワイヤボンディングやバンプで接続した後、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いてトランスファ成形等により封止してなる、ＤＩＰ（Dual Inline Package）、ＰＬＣＣ（Plastic Leaded Chip Carrier）、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＳＯＰ（Small Outline Package）、ＳＯＪ（Small Outline J-lead package）、ＴＳＯＰ（Thin Small Outline Package）、ＴＱＦＰ（Thin Quad Flat Package）等の一般的な樹脂封止型ＩＣ、テープキャリアにバンプで接続した半導体チップを、本発明のエポキシ樹脂組成物で封止したＴＣＰ（Tape Carrier Package）、配線板やガラス上に形成した配線に、ワイヤボンディング、フリップチップボンディング、はんだ等で接続した半導体チップ、トランジスタ、ダイオード、サイリスタ等の能動素子及び／又はコンデンサ、抵抗体、コイル等の受動素子を、本発明のエポキシ樹脂組成物で封止したＣＯＢ（Chip On Board）モジュール、ハイブリッドＩＣ、マルチチップモジュール、裏面に配線板接続用の端子を形成した有機基板の表面に素子を搭載し、バンプまたはワイヤボンディングにより素子と有機基板に形成された配線を接続した後、本発明のエポキシ樹脂組成物で素子を封止したＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＣＳＰ（Chip Size Package）などが挙げられる。また、プリント回路板にも本発明のエポキシ樹脂組成物は有効に使用できる。
【００２５】
特に本発明は、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて、キャビティ内気圧が大気圧以上の状態にて半導体素子を封止する電子部品装置の製造方法を特徴とする。キャビティ内気圧が大気圧より高い状態での成形は、例えばトランスファー成形の場合、金型が閉じた状態において、エアベント等からコンプレッサー等を用いて圧縮空気を注入することにより実施できる。キャビティ内気圧が大気圧より低い場合、溶融樹脂が発泡して金線変形が大きくなる傾向にある。
【００２６】
このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子の封止形式は、特に限定するものではなく、通常のトランスファー成形、インジェクション成形法、圧縮成形法等の、公知の成形方法により行うことができる。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、実施例１〜５及び比較例１〜４はエポキシ樹脂組成物の実施例として、また、実施例６〜８及び参考例は新規成形方法の実施例として行った。
【００２８】
[実施例１〜５、比較例１〜４] (A)エポキシ樹脂として、ビフェニル型エポキシ樹脂(エポキシ樹脂1：ジャパンエポキシレジン株式会社製商品名YX-4000)、スチルベン型エポキシ樹脂(エポキシ樹脂2：東都化成株式会社製商品名YSLV-120TE)、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ樹脂3：住友化学工業株式会社製商品名ECSN-190-2)、臭化エピビス型エポキシ樹脂(臭化エポキシ樹脂：東都化成株式会社商品名YDB-400)を用意した。
(B)硬化剤として、一般式(Ｉ)で表されるフェノール樹脂(硬化剤1)、フェノールアラルキル樹脂(硬化剤2：三井化学株式会社製商品名ミレックスXL-225-3L)、一般式(II)で表されるフェノール樹脂(硬化剤3)、フェノールノボラック樹脂(硬化剤4：明和化成株式会社製商品名H-1)を用意した。
(C)硬化促進剤として、トリフェニルホスフィンと1,4-ベンゾキノンとの付加物(硬化促進剤1)、トリパラトリルホスフィンと1,4-ベンゾキノンとの付加物(硬化促進剤2)を用意した。
(D)無機充填材として、平均粒径30μｍの球状溶融シリカ(無機充填材1)、平均粒径4.6μｍの角状溶融シリカ(無機充填材2)、カップリング剤としてエポキシシラン(γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)を用意した。
離型剤として、ポリエチレンワックス(離型剤1：クラリアントジャパン株式会社製商品名PED-522)、高級脂肪酸エステルワックス(離型剤2：株式会社セラリカ野田製商品名精製カルナバワックスNo.1)、モンタン酸エステルワックス(離型剤3：クラリアントジャパン株式会社製商品名HW-E)、着色剤としてカーボンブラック(三菱化学株式会社製商品名MA-600)、難燃助剤として三酸化アンチモン(東湖産業株式会社製商品名HTT-200)、添加剤としてハイドロタルサイド(添加剤1：協和化学工業株式会社製商品名DHT-4A)、フェノール系抗酸化剤(添加剤2：旭電化工業株式会社製商品名アデカスタブAO-60)、インデンとベンゾチオフェンの共重合物(添加剤3：新日鐵化学株式会社製製品名IS-100)、エポキシポリエーテル変性シリコーンオイル(添加剤4：東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製商品名BY16-876)を用意した。
これらを表１及び表２に示す割合で配合し、ミキシングロール機で混練して冷却した後、粉砕機で微粒化することにより目的とする粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【表２】
【００３１】
このようにして得られた各エポキシ樹脂組成物を用いて、下記の方法に従って特性評価を行った。これらの結果を表３及び表４に示す。
【００３２】
【表３】
【００３３】
【表４】
【００３４】
[見かけ最低溶融粘度] 上記で得られたエポキシ樹脂組成物を用い、前述の方法に従って測定した。すなわち、スリット式粘度測定装置（図１参照）を用いて圧力値を測定し、この圧力値から(1)式〜(3)式を用いて見かけ最低溶融粘度を算出した。条件は、ポット径18.6mm、円柱状タブレットは直径18mm × 高さ17.5mm、冷間成形の圧力は約40Mpa、測定温度175 ℃であった。せん断速度は50 s-1及び300 s-1であり、せん断速度が50s-1の場合、スリット形状は幅8.0mm × 深さ0.8mm × 長さ12.5mm、プランジャー速度Vpは0.162mm/sであった。また、300s-1の場合、スリット形状は幅4.0mm × 深さ0.4mm × 長さ12.5mm、プランジャー速度Vpは0.122mm/sであった。これらのスリットではW/H＝10であり、(1)式及び(3)式に用いるスリット形状定数は、f(W/H)＝5.0であった。
【００３５】
[金線変形率] 図３に、金線変形量を測定するために用いる電子部品装置の一例の斜視模式図（一部断面）を示す。図３に示すBall Gird Allay(以下、「BGA」と略す。)パッケージにおいて7は半導体素子、8は基板、9は金線である。図４は図３のBGAのうち、封止前の基板８の正面図である。使用した基板8の厚さは0.54mm、基板8に搭載されている半導体素子7(□5.1 × 0.4mm(厚み))には、直径15μｍ、長さ6.1及び2.0mmの金線がチップ配線ピッチ35μｍで交互に張られている。
【００３６】
上記各実施例及び比較例で得られた封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、トランスファー成形にて以下のように封止成形した。すなわち、図４のBGA基板を図５のように金型に固定して、キャビティ内充填時間15s、175℃の成形条件でトランスファー成形機による樹脂封止成形を行って図３に示すようなBGAパッケージ(□28 × 1.4mm（厚み）)を得た。図５は電子部品装置の封止成形時における金型断面の構造の一例を示し、図５において１０はゲートである。図４中の矢印方向より充填された溶融樹脂は、図４中の位置Aからコーナー部の位置Bまたは位置Cを通過して、エアベント１１方向の位置Dに至った後充填を完了する。
【００３７】
ついで、作製したＢＧＡパッケージの金線９の状態を軟Ｘ線装置で観察し、長さが6.1mmの金線９の最大変位量を測定した。図６は金線変形量の測定方法を示す説明図である。測定は、図６のように隣接する金線９が互いに逆方向に変形する、図４中位置D（以下、ベント部という。）の金線９を2本ずつ選定し、正面方向（図４参照）からの変形量を測定した。図６において、ｄは金線の最大変形量、Ｌｗは金線9の長さである。そして金線変形率Ｘ(%)を[ｄ(mm)/Ｌｗ(mm)]×100で算出し、図４において隣接する金線同士の接触が発生する、金線変形率2.0%以上のものを不良パッケージとした。なお、溶融樹脂が横より当たるために全金線中変形率が最大となる図４中位置B及び位置C（以下、コーナー部という。）の金線変形率の平均値も表３及び４に併記する。
【００３８】
表３の結果から、スリット式粘度測定装置において、せん断速度が50s-1の見かけ最低溶融粘度が28.0Pa・s以下である実施例では、金線変形率は全て2.0%未満であった。これに対して、表４の結果から、見かけ最低溶融粘度が28.0Pa・sよりも高い比較例では、金線変形率は2.0%以上となり、成形性不良となった。
【００３９】
また、スリット式粘度測定装置において、せん断速度が300s-1の見かけ最低溶融粘度が9.0Pa・s以下である実施例では、金線変形率は全て2.0%未満であった。これに対して、見かけ最低溶融粘度が9.0Pa・sよりも高い比較例では、金線変形率は2.0%以上となり、成形性不良となった。
【００４０】
[実施例６〜８、参考例１〜５] 成形時のキャビティ内気圧を、ゲージ圧表示で-0.1、0.1、0.2、0.4MPaに変更した以外は同様にして、キャビティ内充填時間15s、175℃の成形条件で、実施例５及び比較例４で調製したエポキシ樹脂組成物にて封止成形して電子部品装置を作製した。そして、前述の方法により金線変形率を求めた結果を、キャビティ内気圧がゲージ圧表示で0.0MPaである実施例５及び比較例４の結果と併せて表５に示す。
【００４１】
【表５】
【００４２】
表５の結果から、封止成形時のキャビティ内気圧が大気圧より高い条件における金線変形率は、いずれも大気圧で成形した場合の金線変形率よりも小さくなった。キャビティ内気圧により、溶融樹脂中の気泡が圧縮されて金線との接触・作用が低減された、あるいは、位置B及び位置Cから位置Dへの溶融樹脂の流れが位置Aから位置Dへの流れより遅延したためと考えられ、その効果はエポキシ樹脂組成物の組成に関係なく、パッケージ内の金線全体に及ぶ。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明のエポキシ樹脂組成物を使用することにより、ファインピッチ配線半導体素子を封止成形する際に、金線変形や断線、リーク不良といった、電気特性不良の発生の少ない電子部品装置を得ることができる。成形時キャビティ内気圧を大気圧より高くすることにより、その効果はさらに高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スリット式粘度測定装置の構造を示す断面図である。
【図２】スリット式粘度測定装置で使用するスリットの外形図である。
【図３】本発明の実施例で金線変形量を測定するために用いる電子部品装置（ＢＧＡ）の一例の斜視模式図（一部断面）である。
【図４】図３の電子部品装置に使用する基板の一例の正面図である。
【図５】電子部品装置封止成形時における金型断面の構造の一例を示す説明図である。
【図６】本発明の実施例における金線変形量の測定方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１…プランジャー
２…プランジャーポット
３…リザーバ
４…スリット
５…圧力センサ
６…溶融樹脂
７…半導体素子
８…BGA基板
９…金線
１０…ゲート
１１…エアベント
２Ｗ…スリット4の幅
２Ｈ…スリット4の深さ
Ｌ…スリット4の長さ
Ｌｗ…金線長さ
ｄ…金線の最大変形量
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にファインピッチ配線の半導体素子を封止した場合に、電気特性不良発生が少ない封止用エポキシ樹脂組成物及びそれを用いて得られる電子部品装置及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子部品装置の高密度実装化に伴って配線数が増加し、半導体素子表面のアルミ配線及び金線間のピッチは狭くなる傾向にある。そのため、隣接する金線との間隔が非常に狭くなり、少しの変形でショートする可能性が大きくなる。そして、これらの問題に対応するために、金線はより細線化する傾向にある。
一方、電子部品装置の薄型化による成形時のチップシフトを低減するために、低せん断領域での粘度の上限を規定した封止用エポキシ樹脂組成物が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１１４８９０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような低粘度の封止用エポキシ樹脂組成物を用いても、細線化した金線で配線されたファインピッチ配線半導体素子を封止成形する場合、金線変形や断線といった成形性不良が発生する。このため、細線化した金線で配線されたファインピッチ配線半導体素子において、成形時に金線変形や断線を防止し、かつ金線変形によるリーク不良が発生しない封止用エポキシ樹脂組成物及び電子部品装置が望まれている。
【０００５】
本発明は、ファインピッチ配線半導体素子を封止成形する際に、金線変形や断線、金線変形によるリーク不良といった、電気特性不良のないエポキシ樹脂組成物及びそれで封止された電子部品装置、及びその製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)硬化促進剤、及び(D)無機充填材を主成分とするエポキシ樹脂組成物において、(D)無機充填材が球状もしくは磨砕処理したものを全無機充填材中50質量%以上含有するエポキシ樹脂組成物において、スリット式粘度測定装置で測定した粘度が、せん断速度50s-1において28.0Pa・s以下であること、もしくはせん断速度300s-1において9.0Pa・s以下であることのいずれかを特徴とするエポキシ樹脂組成物に関する。また、(C)硬化促進剤がホスフィン化合物とキノン化合物との付加物を含有する前記エポキシ樹脂組成物に関する。
また、それを用いて封止した素子を備えた電子部品装置に関するものである。さらに、そのエポキシ樹脂組成物を用いて、キャビティ内気圧が大気圧以上の状態にて半導体素子を封止する電子部品装置の製造方法に関するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
本発明に用いられる (A)エポキシ樹脂は、１分子中にエポキシ基を２個以上有する化合物であれば特に制限はなく、そのようなエポキシ樹脂としては、これらに限定されるものではないが、例えば、
フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂をはじめとするフェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のフェノール類及び／又はα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等のアルデヒド基を有する化合物とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるノボラック樹脂をエポキシ化したノボラック型エポキシ樹脂；
ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、アルキル置換又は非置換のビフェノール、スチルベン系フェノール類等のジグリシジルエーテル（ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂）、
ブタンジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のアルコール類のグリシジルエーテル；
フタル酸、イソフタル酸、テトラヒドロフタル酸等のカルボン酸類のグリシジルエステル型エポキシ樹脂；
アニリン、イソシアヌル酸等の窒素原子に結合した活性水素をグリシジル基で置換したもの等のグリシジル型またはメチルグリシジル型のエポキシ樹脂；
分子内のオレフィン結合をエポキシ化して得られるビニルシクロヘキセンジエポキシド、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、２−（３，４−エポキシ）シクロヘキシル−５，５−スピロ（３，４−エポキシ）シクロヘキサン−ｍ−ジオキサン等の脂環型エポキシ樹脂；
パラキシリレン及び／又はメタキシリレン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル；
テルペン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル；
ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル；
シクロペンタジエン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル；
多環芳香環変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル；
ナフタレン環含有フェノール樹脂のグリシジルエーテル；
ハロゲン化フェノールノボラック型エポキシ樹脂；
ハイドロキノン型エポキシ樹脂；
トリメチロールプロパン型エポキシ樹脂；
オレフィン結合を過酢酸等の過酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂；
ジフェニルメタン型エポキシ樹脂；
フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型フェノール樹脂のエポキシ化物；
硫黄原子含有エポキシ樹脂などが挙げられる。
特に、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂等が好ましい。
これらは、単独で又は2種以上併用することができる。
【０００８】
本発明に用いられる(B)硬化剤としてはエポキシ樹脂を硬化させることができる化合物であれば、特に限定されるものではないが、例えば、フェノール樹脂等のフェノール化合物、ジアミン、ポリアミン等のアミン化合物、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸等の無水有機酸、ジカルボン酸、ポリカルボン酸等のカルボン酸化合物等が挙げられ、これらのうち１種類を単独で用いても、２種類以上を組み合わせて用いてもかまわない。中でも、中でも（Ａ）硬化促進剤の効果が十分に発揮されるという観点からは、フェノール樹脂が好ましい。
【０００９】
エポキシ樹脂の硬化剤としてフェノール樹脂としては特に制限はないが、例えば、一般に使用されている１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール樹脂で、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、置換又は非置換のビフェノール等の１分子中に２個のフェノール性水酸基を有する化合物；
フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、フェニルフェノール、アミノフェノール等のフェノール類及び／又はα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等のアルデヒド類とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるノボラック型フェノール樹脂；
フェノール類及び／又はナフトール類とジメトキシパラキシレンやビス（メトキシメチル）ビフェニルから合成されるフェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型フェノール樹脂；
パラキシリレン及び／又はメタキシリレン変性フェノール樹脂；
メラミン変性フェノール樹脂；
テルペン変性フェノール樹脂；
フェノール類及び／又はナフトール類とジシクロペンタジエンから共重合により合成される、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型ナフトール樹脂；
シクロペンタジエン変性フェノール樹脂；
多環芳香環変性フェノール樹脂；
ビフェニル型フェノール樹脂；
トリフェニルメタン型フェノール樹脂；
これら２種以上を共重合して得たフェノール樹脂などが挙げられる。
特に、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、アルキル変性ノボラック樹脂、一般式(I)及び(II)で表されるフェノール樹脂等が好ましい。これらは、単独又は2種以上併用することができる。
これらの硬化剤の配合量は、エポキシ樹脂組成物中のエポキシ基数と硬化剤の水酸基数の比が0.6〜1.4、好ましくは0.8〜1.2となるように配合する。
【化１】
【化２】
【００１０】
本発明に用いられる (C)硬化促進剤としてはエポキシ樹脂組成物で一般に使用されている、（Ａ）エポキシ樹脂と（Ｂ）硬化剤との硬化反応を促進するものであれば、特に制限はないが、たとえば、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７、１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］ノネン−５、５，６−ジブチルアミノ−１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７等のシクロアミジン化合物及びこれらの化合物に無水マレイン酸、１，４−ベンゾキノン、２，５−トルキノン、１，４−ナフトキノン、２，３−ジメチルベンゾキノン、２，６−ジメチルベンゾキノン、２，３−ジメトキシ−５−メチル−１，４ベンゾキノン、２，３−ジメトキシ−１，４−ベンゾキノン、フェニル−１，４−ベンゾキノン等のキノン化合物、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂等のπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有する化合物、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール等の三級アミン類及びこれらの誘導体、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール等のイミダゾール類及びこれらの誘導体、トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリス（４−メチルフェニル）ホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィン等の有機ホスフィン類などのホスフィン化合物、及びこれらのホスフィン化合物に上記キノン化合物、無水マレイン酸、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂等のπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有するリン化合物、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウムエチルトリフェニルボレート、テトラブチルホスホニウムテトラブチルボレート等のテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート、２−エチル−４−メチルイミダゾール・テトラフェニルボレート、Ｎ−メチルモルホリン・テトラフェニルボレート等のテトラフェニルボロン塩及びこれらの誘導体などが挙げられ、これらの１種を単独で用いても２種以上組み合わせて用いてもよい。
なかでも、本発明における粘度特性を得るためには、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物を硬化促進剤に含むのが特に好ましい。ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物を硬化促進剤に含む場合、同一組成において見かけ最低溶融粘度が低減したり、ゲル化時間を短縮したりすることができる。
【００１１】
ホスフィン化合物としては、例えば、トリシクロヘキシルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリオクチルホスフィン、シクロヘキシルジフェニルホスフィン、ジシクロヘキシルフェニルホスフィン、ブチルジフェニルホスフィン、ジブチルフェニルホスフィン、オクチルジフェニルホスフィン、ジオクチルフェニルホスフィン等のリン原子に少なくとも一つのアルキル基が結合したホスフィン化合物、トリス-（ｐ-メトキシフェニル）ホスフィン、トリス-（ｏ-メトキシフェニル）ホスフィン、トリ-ｐ-トリルホスフィン、トリ-ｏ-トリルホスフィン、トリ-ｍ-トリルホスフィン、ビス-（ｐ-メトキシフェニル）フェニルホスフィン、ビス-（ｏ-メトキシフェニル）フェニルホスフィン、ジ-ｐ-トリルフェニルホスフィン、ジ-ｏ-トリルフェニルホスフィン、ジ-ｍ-トリルフェニルホスフィン、ジフェニル（ｐ-メトキシフェニル）ホスフィン、ジフェニル（ｏ-メトキシフェニル）ホスフィン、ジフェニル-ｐ-トリルホスフィン、ジフェニル-ｏ-トリルホスフィン、ジフェニル-ｍ-トリルホスフィン、トリフェニルホスフィン等のトリアリールホスフィン化合物などが挙げられる。
【００１２】
キノン化合物として、ホスフィン化合物との反応性の観点からは１，４−ベンゾキノン及びメチル−１，４−ベンゾキノンが好ましく、吸湿時の硬化性の観点からは、２，３−ジメトキシ−１，４ベンゾキノン、２，５−ジメトキシ−１，４−ベンゾキノン、メトキシ−１，４−ベンゾキノン等のアルコキシ基置換１，４−ベンゾキノン、及び２，３−ジメチル−１，４−ベンゾキノン、２，５−ジメチル−１，４−ベンゾキノン、メチル−１，４−ベンゾキノン等のアルキル基置換１，４−ベンゾキノンが好ましく、保存安定性の観点からは、２，５−ジ−tert−ブチル−１，４−ベンゾキノン、tert−ブチル−１，４−ベンゾキノン、フェニル−１，４−ベンゾキノンが好ましい。
【００１３】
ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物の製造方法としては特に制限はないが、例えば、原料として用いられるホスフィン化合物とキノン化合物とを両者が溶解する有機溶媒中で付加反応させて単離する方法、（Ｂ）硬化剤中で付加反応させる方法等が挙げられ、後者の方法においては単離せずにそのまま硬化剤中に溶解した状態で、エポキシ樹脂組成物の配合成分として用いることができる。ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物は、１種を単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらホスフィン化合物とキノン化合物との付加物のうち、総合的に、トリブチルホスフィンと1,4-ベンゾキノンとの付加物、トリシクロヘキシルホスフィンと1,4-ベンゾキノンとの付加物、ジフェニルシクロヘキシルホスフィンと1,4-ベンゾキノンとの付加物、トリ-ｐ-トリルホスフィンと１，４−ベンゾキノンとの付加物及びトリフェニルホスフィンと1,4-ベンゾキノンの付加物が好ましい。
ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物を単独で配合する場合、その配合量は(A)エポキシ樹脂及び(B)硬化剤の総量に対して0.2〜10質量%が好ましい。0.2質量%未満では硬化性が不十分となる傾向があり、10質量%を超えると流動性が不足する傾向がある。
【００１４】
ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物以外の好ましい硬化促進剤は、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート等の有機リン系化合物、1,8-ジアザビシクロ（5,4,0）ウンデセン-7等のアミン系硬化促進剤、2-メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物、トリエチレンアミン等の第3級アミン化合物などが挙げられる。
【００１５】
硬化促進効果が得られるならば、併用した場合の(C)硬化促進剤の配合量に特に制限はないが、(A)エポキシ樹脂及び(B)硬化剤の総量に対して0.2〜10質量%が好ましい。0.2質量%未満では短時間で硬化させることが困難であり、10質量%を超えると未充填が発生する傾向がある。ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物の(C)硬化促進剤に対する配合比に制限はないが、その性能を発揮するために (C)硬化促進剤に対して30質量%以上が好ましく、50質量%以上がより好ましい。
【００１６】
本発明に用いられる(D)無機充填材の配合量は55〜95質量%が好ましく、70〜90質量%がより好ましい。55質量%未満では耐リフロー性が不十分となる傾向があり、95質量%を超えると流動性が不足する傾向にある。(D)無機充填材としては特に限定するものはなく、例えば溶融シリカ粉末や結晶シリカ粉末等のシリカ粉末、アルミナ粉末等で、破砕状、球状、あるいは磨砕処理したもの等いずれでも単独又は2種以上併用することができるが、スリット式粘度測定装置で測定した粘度が、せん断速度50s-1において28.0Pa・s以下であること、もしくは300s-1において9.0Pa・s以下であることのいずれかを実現するために、球状もしくは磨砕処理済のものが(D)無機充填材に対して50質量%以上であることが必要である。
【００１７】
本発明のエポキシ樹脂組成物には、その他の添加物として、カーボンブラックや有機染料等の着色剤、天然ワックスや合成ワックス、高級脂肪酸等の離型剤、エポキシシランやアミノシラン等のシラン系カップリング剤、シリコーンポリマーや熱可塑性樹脂等の低応力化剤、界面活性剤、更には臭化エポキシ樹脂、アンチモン化合物等の難燃剤などを、本発明の目的を損なわない範囲で添加配合することができる。
【００１８】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)硬化促進剤、(D)無機質充填材、その他の添加物を所定の組成比で配合し、これをミキサー等によって十分均一に混合した後、熱ロール又はニーダ等による溶融混合処理を行い、次いで冷却固化させ、適当な大きさに粉砕して成形材料とする。
【００１９】
図１に、スリット式粘度測定装置の構造を断面図で示す。本発明のエポキシ樹脂組成物は、図１に示すスリット式粘度測定装置により測定した粘度が、下記の特性を備えていなければならない。図１において１はプランジャー、２はプランジャーポット、３はリザーバ、４はスリット、５は圧力センサ、６は溶融樹脂である。図２に図１のスリット式粘度測定装置で使用するスリット４の外形を示し、２Ｗ、２Ｈ、Ｌはそれぞれスリット４の幅、深さ、長さである。
【００２０】
通常の成形金型温度である175℃の温度条件下において、スリット式粘度測定装置により測定された見かけ最低溶融粘度は、せん断速度が50s-1の場合28.0Pa・s以下でなければならない。28.0Pa・sを超える場合、金線にかかる抵抗が大きくなり、ファインピッチ半導体素子においてリーク不良が発生する傾向にある。
【００２１】
上記条件下において、スリット式粘度測定装置により測定された見かけ最低溶融粘度は、せん断速度300s-1の場合9.0Pa・s以下でなければならない。9.0Pa・sを超える場合、やはり金線にかかる抵抗が大きくなり、ファインピッチ半導体素子においてリーク不良が発生する傾向にある。
【００２２】
上記特性は、測定温度175℃、所定のせん断速度での条件下にて、図１のスリット式粘度測定装置を用いて測定する。測定せん断速度は、下記(1)式から求めることができる。
【数１】
Ｖｐ＝Ｑ／（πｒｐ ２） ・・・(２)式
ここでrpはプランジャー１の半径である。
【００２３】
スリット式粘度測定装置は、円柱状タブレットに成形したエポキシ樹脂組成物を約70℃に予熱してプランジャーポット２に投入し、プランジャー１を速度Vpで作動させて、リザーバ３を通過した溶融樹脂６をスリット４から押出した際に、圧力センサ５で計測される圧力値から、下記(３)式により見かけ溶融粘度ηを求める。さらにηの最低値（見かけ最低溶融粘度）を求める。
η＝{ΔＰ・Ｗ・Ｈ３・ｆ(Ｗ/Ｈ)}／(４・Ｌ・Ｑ) ・・・(３)式
ここで、ΔＰはスリットにおける圧力損失である。
【００２４】
本発明で得られるエポキシ樹脂組成物は、半導体等の素子を封止する封止用の樹脂組成物として用いられるのが好ましい。本発明のエポキシ樹脂組成物により素子を封止して得られる電子部品装置としては、リードフレーム、配線済みのテープキャリア、配線板、ガラス、シリコンウエハ等の支持部材に、半導体チップ、トランジスタ、ダイオード、サイリスタ等の能動素子、コンデンサ、抵抗体、コイル等の受動素子等の素子を搭載し、必要な部分を本発明のエポキシ樹脂組成物で封止した、電子部品装置などが挙げられる。このような電子部品装置としては、例えば、リードフレーム上に半導体素子を固定し、ボンディングパッド等の素子の端子部とリード部をワイヤボンディングやバンプで接続した後、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いてトランスファ成形等により封止してなる、ＤＩＰ（Dual Inline Package）、ＰＬＣＣ（Plastic Leaded Chip Carrier）、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＳＯＰ（Small Outline Package）、ＳＯＪ（Small Outline J-lead package）、ＴＳＯＰ（Thin Small Outline Package）、ＴＱＦＰ（Thin Quad Flat Package）等の一般的な樹脂封止型ＩＣ、テープキャリアにバンプで接続した半導体チップを、本発明のエポキシ樹脂組成物で封止したＴＣＰ（Tape Carrier Package）、配線板やガラス上に形成した配線に、ワイヤボンディング、フリップチップボンディング、はんだ等で接続した半導体チップ、トランジスタ、ダイオード、サイリスタ等の能動素子及び／又はコンデンサ、抵抗体、コイル等の受動素子を、本発明のエポキシ樹脂組成物で封止したＣＯＢ（Chip On Board）モジュール、ハイブリッドＩＣ、マルチチップモジュール、裏面に配線板接続用の端子を形成した有機基板の表面に素子を搭載し、バンプまたはワイヤボンディングにより素子と有機基板に形成された配線を接続した後、本発明のエポキシ樹脂組成物で素子を封止したＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＣＳＰ（Chip Size Package）などが挙げられる。また、プリント回路板にも本発明のエポキシ樹脂組成物は有効に使用できる。
【００２５】
特に本発明は、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて、キャビティ内気圧が大気圧以上の状態にて半導体素子を封止する電子部品装置の製造方法を特徴とする。キャビティ内気圧が大気圧より高い状態での成形は、例えばトランスファー成形の場合、金型が閉じた状態において、エアベント等からコンプレッサー等を用いて圧縮空気を注入することにより実施できる。キャビティ内気圧が大気圧より低い場合、溶融樹脂が発泡して金線変形が大きくなる傾向にある。
【００２６】
このようなエポキシ樹脂組成物を用いての半導体素子の封止形式は、特に限定するものではなく、通常のトランスファー成形、インジェクション成形法、圧縮成形法等の、公知の成形方法により行うことができる。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、実施例１〜５及び比較例１〜４はエポキシ樹脂組成物の実施例として、また、実施例６〜８及び参考例は新規成形方法の実施例として行った。
【００２８】
[実施例１〜５、比較例１〜４] (A)エポキシ樹脂として、ビフェニル型エポキシ樹脂(エポキシ樹脂1：ジャパンエポキシレジン株式会社製商品名YX-4000)、スチルベン型エポキシ樹脂(エポキシ樹脂2：東都化成株式会社製商品名YSLV-120TE)、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ樹脂3：住友化学工業株式会社製商品名ECSN-190-2)、臭化エピビス型エポキシ樹脂(臭化エポキシ樹脂：東都化成株式会社商品名YDB-400)を用意した。
(B)硬化剤として、一般式(Ｉ)で表されるフェノール樹脂(硬化剤1)、フェノールアラルキル樹脂(硬化剤2：三井化学株式会社製商品名ミレックスXL-225-3L)、一般式(II)で表されるフェノール樹脂(硬化剤3)、フェノールノボラック樹脂(硬化剤4：明和化成株式会社製商品名H-1)を用意した。
(C)硬化促進剤として、トリフェニルホスフィンと1,4-ベンゾキノンとの付加物(硬化促進剤1)、トリパラトリルホスフィンと1,4-ベンゾキノンとの付加物(硬化促進剤2)を用意した。
(D)無機充填材として、平均粒径30μｍの球状溶融シリカ(無機充填材1)、平均粒径4.6μｍの角状溶融シリカ(無機充填材2)、カップリング剤としてエポキシシラン(γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)を用意した。
離型剤として、ポリエチレンワックス(離型剤1：クラリアントジャパン株式会社製商品名PED-522)、高級脂肪酸エステルワックス(離型剤2：株式会社セラリカ野田製商品名精製カルナバワックスNo.1)、モンタン酸エステルワックス(離型剤3：クラリアントジャパン株式会社製商品名HW-E)、着色剤としてカーボンブラック(三菱化学株式会社製商品名MA-600)、難燃助剤として三酸化アンチモン(東湖産業株式会社製商品名HTT-200)、添加剤としてハイドロタルサイド(添加剤1：協和化学工業株式会社製商品名DHT-4A)、フェノール系抗酸化剤(添加剤2：旭電化工業株式会社製商品名アデカスタブAO-60)、インデンとベンゾチオフェンの共重合物(添加剤3：新日鐵化学株式会社製製品名IS-100)、エポキシポリエーテル変性シリコーンオイル(添加剤4：東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製商品名BY16-876)を用意した。
これらを表１及び表２に示す割合で配合し、ミキシングロール機で混練して冷却した後、粉砕機で微粒化することにより目的とする粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。
【００２９】
【表１】
【表２】
このようにして得られた各エポキシ樹脂組成物を用いて、下記の方法に従って特性評価を行った。これらの結果を表３及び表４に示す。
【００３２】
【表３】
【表４】
[見かけ最低溶融粘度] 上記で得られたエポキシ樹脂組成物を用い、前述の方法に従って測定した。すなわち、スリット式粘度測定装置（図１参照）を用いて圧力値を測定し、この圧力値から(1)式〜(3)式を用いて見かけ最低溶融粘度を算出した。条件は、ポット径18.6mm、円柱状タブレットは直径18mm × 高さ17.5mm、冷間成形の圧力は約40Mpa、測定温度175 ℃であった。せん断速度は50 s-1及び300 s-1であり、せん断速度が50s-1の場合、スリット形状は幅8.0mm × 深さ0.8mm × 長さ12.5mm、プランジャー速度Vpは0.162mm/sであった。また、300s-1の場合、スリット形状は幅4.0mm × 深さ0.4mm × 長さ12.5mm、プランジャー速度Vpは0.122mm/sであった。これらのスリットではW/H＝10であり、(1)式及び(3)式に用いるスリット形状定数は、f(W/H)＝5.0であった。
【００３５】
[金線変形率] 図３に、金線変形量を測定するために用いる電子部品装置の一例の斜視模式図（一部断面）を示す。図３に示すBall Gird Allay(以下、「BGA」と略す。)パッケージにおいて7は半導体素子、8は基板、9は金線である。図４は図３のBGAのうち、封止前の基板８の正面図である。使用した基板8の厚さは0.54mm、基板8に搭載されている半導体素子7(□5.1 × 0.4mm(厚み))には、直径15μｍ、長さ6.1及び2.0mmの金線がチップ配線ピッチ35μｍで交互に張られている。
【００３６】
上記各実施例及び比較例で得られた封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、トランスファー成形にて以下のように封止成形した。すなわち、図４のBGA基板を図５のように金型に固定して、キャビティ内充填時間15s、175℃の成形条件でトランスファー成形機による樹脂封止成形を行って図３に示すようなBGAパッケージ(□28 × 1.4mm（厚み）)を得た。図５は電子部品装置の封止成形時における金型断面の構造の一例を示し、図５において１０はゲートである。図４中の矢印方向より充填された溶融樹脂は、図４中の位置Aからコーナー部の位置Bまたは位置Cを通過して、エアベント１１方向の位置Dに至った後充填を完了する。
【００３７】
ついで、作製したＢＧＡパッケージの金線９の状態を軟Ｘ線装置で観察し、長さが6.1mmの金線９の最大変位量を測定した。図６は金線変形量の測定方法を示す説明図である。測定は、図６のように隣接する金線９が互いに逆方向に変形する、図４中位置D（以下、ベント部という。）の金線９を2本ずつ選定し、正面方向（図４参照）からの変形量を測定した。図６において、ｄは金線の最大変形量、Ｌｗは金線9の長さである。そして金線変形率Ｘ(%)を[ｄ(mm)/Ｌｗ(mm)]×100で算出し、図４において隣接する金線同士の接触が発生する、金線変形率2.0%以上のものを不良パッケージとした。なお、溶融樹脂が横より当たるために全金線中変形率が最大となる図４中位置B及び位置C（以下、コーナー部という。）の金線変形率の平均値も表３及び４に併記する。
【００３８】
表３の結果から、スリット式粘度測定装置において、せん断速度が50s-1の見かけ最低溶融粘度が28.0Pa・s以下である実施例では、金線変形率は全て2.0%未満であった。これに対して、表４の結果から、見かけ最低溶融粘度が28.0Pa・sよりも高い比較例では、金線変形率は2.0%以上となり、成形性不良となった。
【００３９】
また、スリット式粘度測定装置において、せん断速度が300s-1の見かけ最低溶融粘度が9.0Pa・s以下である実施例では、金線変形率は全て2.0%未満であった。これに対して、見かけ最低溶融粘度が9.0Pa・sよりも高い比較例では、金線変形率は2.0%以上となり、成形性不良となった。
【００４０】
[実施例６〜８、参考例１〜５] 成形時のキャビティ内気圧を、ゲージ圧表示で-0.1、0.1、0.2、0.4MPaに変更した以外は同様にして、キャビティ内充填時間15s、175℃の成形条件で、実施例５及び比較例４で調製したエポキシ樹脂組成物にて封止成形して電子部品装置を作製した。そして、前述の方法により金線変形率を求めた結果を、キャビティ内気圧がゲージ圧表示で0.0MPaである実施例５及び比較例４の結果と併せて表５に示す。
【００４１】
【表５】
表５の結果から、封止成形時のキャビティ内気圧が大気圧より高い条件における金線変形率は、いずれも大気圧で成形した場合の金線変形率よりも小さくなった。キャビティ内気圧により、溶融樹脂中の気泡が圧縮されて金線との接触・作用が低減された、あるいは、位置B及び位置Cから位置Dへの溶融樹脂の流れが位置Aから位置Dへの流れより遅延したためと考えられ、その効果はエポキシ樹脂組成物の組成に関係なく、パッケージ内の金線全体に及ぶ。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明のエポキシ樹脂組成物を使用することにより、ファインピッチ配線半導体素子を封止成形する際に、金線変形や断線、リーク不良といった、電気特性不良の発生の少ない電子部品装置を得ることができる。成形時キャビティ内気圧を大気圧より高くすることにより、その効果はさらに高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スリット式粘度測定装置の構造を示す断面図である。
【図２】スリット式粘度測定装置で使用するスリットの外形図である。
【図３】本発明の実施例で金線変形量を測定するために用いる電子部品装置（ＢＧＡ）の一例の斜視模式図（一部断面）である。
【図４】図３の電子部品装置に使用する基板の一例の正面図である。
【図５】電子部品装置封止成形時における金型断面の構造の一例を示す説明図である。
【図６】本発明の実施例における金線変形量の測定方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１…プランジャー
２…プランジャーポット
３…リザーバ
４…スリット
５…圧力センサ
６…溶融樹脂
７…半導体素子
８…BGA基板
９…金線
１０…ゲート
１１…エアベント
２Ｗ…スリット4の幅
２Ｈ…スリット4の深さ
Ｌ…スリット4の長さ
Ｌｗ…金線長さ
ｄ…金線の最大変形量
Claims (2)
- (A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)硬化促進剤、及び(D)無機充填材を主成分とし、(D)無機充填材が球状もしくは磨砕処理したものを全無機充填材中50質量%以上含有するエポキシ樹脂組成物から封止用エポキシ樹脂組成物を選択する方法であって、スリット式粘度測定装置にて測定温度175℃、せん断速度50s-1における見かけ最低溶融粘度が28.0Pa・s以下のエポキシ樹脂組成物を選択する選択方法。
（ただし、見かけ最低溶融粘度は、溶融したエポキシ樹脂組成物をスリット式粘度測定装置のプランジャーによりスリットから押出した際の、スリットにおける圧力損失値ΔＰから、下記(３)式により求めた見かけ溶融粘度ηの最低値である。
η＝{ΔＰ・Ｗ・Ｈ３・ｆ(Ｗ/Ｈ)}／(４・Ｌ・Ｑ) ・・・(３)式
Ｗはスリットの幅／２、Ｈはスリットの深さ／２、Ｌはスリットの長さであり、ｆ(Ｗ/Ｈ)はスリット形状で定まる定数である。Ｑは流量でありプランジャーの速度と半径とから算出される。） - (A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)硬化促進剤、及び(D)無機充填材を主成分とし、(D)無機充填材が球状もしくは磨砕処理したものを全無機充填材中50質量%以上含有するエポキシ樹脂組成物から封止用エポキシ樹脂組成物を選択する方法であって、スリット式粘度測定装置にて測定温度175℃、せん断速度300s-1における見かけ最低溶融粘度が9.0Pa・s以下のエポキシ樹脂組成物を選択する選択方法。
（ただし、見かけ最低溶融粘度は、溶融したエポキシ樹脂組成物をスリット式粘度測定装置のプランジャーによりスリットから押出した際の、スリットにおける圧力損失値ΔＰから、下記(３)式により求めた見かけ溶融粘度ηの最低値である。
η＝{ΔＰ・Ｗ・Ｈ３・ｆ(Ｗ/Ｈ)}／(４・Ｌ・Ｑ) ・・・(３)式
Ｗはスリットの幅／２、Ｈはスリットの深さ／２、Ｌはスリットの長さであり、ｆ(Ｗ/Ｈ)はスリット形状で定まる定数である。Ｑは流量でありプランジャーの速度と半径とから算出される。）
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