JP5164076B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置 - Google Patents
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そして、ボールグリッドアレイ(BGA)などの片面封止構造の半導体装置では、樹脂硬化物からなる封止層と基板の収縮量の違いから封止層と基板の間で応力が発生し、この応力によりパッケージに反りが発生するという問題が生じる。この反りを抑制するために、樹脂硬化物のガラス転移温度を高くして基板との収縮量の差を小さくすることが検討されている(特許文献1参照)。しかし、樹脂硬化物のガラス転移温度を高くした封止用樹脂組成物では、その架橋点密度の高さゆえに難燃性に関して問題がある。
(A)エポキシ樹脂
(B)硬化剤
(C)式(1)で表される脂肪酸アミド化合物
R−(CONH2)n (1)
(式(1)中、Rは炭素数1〜60の飽和脂肪族基または芳香族基であり、nは1〜4の整数である。)
(D)下記(X)および(Y)から選ばれる少なくとも1種の離型剤
(X)数平均分子量が550〜800の直鎖飽和カルボン酸
(Y)酸化ポリエチレンワックス
(E)無機質充填剤
(A)成分について説明する。
(A)成分は、エポキシ樹脂であれば特に制限されるべきものではないが、2官能エポキシ樹脂であることが好ましく、以下の式(2)で表される化合物(以下、化合物(2)ともいう。他も同様。)がより好ましい。
(式(2)中、R11〜R18はそれぞれ独立して水素原子及び炭素数1〜10の置換又は非置換の一価の炭化水素基から選ばれ、nは0〜3の整数を示す。)
化合物(2)において、炭化水素基としては、飽和でも不飽和でもよく、また、直鎖状、分岐状、又は環状でもよいが、好ましくは、メチル基またはエチル基である。
(A)成分は、特定構造の(C)成分と組み合わせることにより特に難燃性と反り抑制に寄与することができる。
(B)成分は、(A)成分の硬化剤として作用するものであり、特に限定するものではなく、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、及びビフェニル骨格含有フェノールノボラック樹脂等があげられる。
これらフェノール樹脂は単独で用いてもよいし2種以上併用してもよいが、難燃性の観点より下記式(3)又は式(4)で表される化合物が難燃性の観点で特に好ましい。
硬化促進剤は(B)成分に対し最低3質量%であることが好ましく、その上限は20質量%程度が好ましい。
化合物(1)において、Rは炭素数1〜60、好ましくは、13〜60の飽和脂肪族基または芳香族基である。飽和脂肪族基としては、直鎖状、分岐状、又は環状でもよいが、より好ましくは直鎖状の飽和脂肪族基である。芳香族基としては、置換基を有していてもいなくともよい。Rが炭素数60以上のものの入手、合成はできない為、化合物(1)の高分子量体の性能については検証されていない。化合物(1)において、nは1〜4の整数であり、1〜2の整数が好ましい。
化合物(1)の原料となる脂肪族酸に関しては、以下のものがあげられる。ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ヘンエイコ酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、メリシン酸、ラッセル酸、モンタン酸で、本発明組成物のパウダーブロッキング性の観点から炭素数13(ミリスチン酸アミド)以上が好ましい。また、安息香酸、フタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等の芳香族酸も使用可能である。その含有量も反りの抑制、パウダーブロッキング性、増粘、連続成形性(Sticking特性)の観点より、本発明組成物全量に対して0.1〜2.0質量%、好ましくは0.4〜2.0質量%に設定している。
(X)数平均分子量が550〜800の直鎖飽和カルボン酸
(Y)酸化ポリエチレンワックス
離型剤(X)について説明する。
離型剤(X)は、式(5)で表すことができ、nは同一でも異なってよく上記数平均分子量を満たすように選択される。ただし、現状、数平均分子量が800以上のものの性能については、入手困難なために検証されていない。数平均分子量は600〜800が好ましい。
CH3−(CH2)n−COOH (5)
離型剤(Y)としては、滴点、酸価、数平均分子量、密度、平均粒径等の数値を適宜選定して用いることが好ましく、滴点としては、100〜130℃、酸価としては10〜70mgKOH/g、数平均分子量としては、800〜3000、密度としては、0.8〜1.1g/cm3が好ましい範囲として挙げられる。離型剤(Y)は市販のものを用いることができ、例えば、クラリアント社製PED−136、PED−521等を用いることができる。
(D)成分は、特に本発明組成物の連続成形性を確保するために用いられる。
(D)成分の含有量は、本発明組成物に対して0.05〜2.0質量%であることが好ましく、0.1〜0.5質量%であることが更に好ましい。上記範囲とすることにより、難燃性、流動性、及びパウダーブロッキング性を維持しつつ、反りの抑制に寄与し、連続成形性をより確実に確保することができる。
なお、本発明組成物は、一般的な離型剤との併用も可能で、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸カルシウム等の化合物があげられ、例えば、カルナバワックスやポリエチレン系ワックスが用いられ、これらとの2種以上併せて用いられることも可能である。
(E)成分は本発明組成物に対して、60〜93質量%、好ましくは、70〜91質量%含む。
また、打錠工程を経ず、顆粒状態のパウダーを圧縮成形のモールド方法にも適用可能である。
まず、下記に示す各成分を準備した。
ジャパンエポキシレジン(株)製YX−4000H(エポキシ当量195、融点107℃、前記化合物(2)の基本構造を有する。本発明内)
東都化成(株)製YDC−1312(エポキシ当量175、融点145℃、下記構造、本発明内)
日本化薬(株)製CER−3000L(エポキシ当量240、融点67℃、本発明内)
明和化成(株)製MEH−7851(水酸基当量210、軟化点73℃、前記化合物(3)、本発明内)
東都化成(株)製SN−160L(水酸基当量176、軟化点59℃、前記化合物(4)、本発明内)
三井化学(株)製XLC−3L(水酸基当量170、軟化点67℃、下記構造、本発明内)
四国化成工業(株)製2P4MHZ−PW(下記構造)
四国化成工業(株)製C11ZA(下記構造)
ベーカー・ペトロライト社製Unicid(登録商標)−700(数平均分子量 789、下記構造、本発明内)
CH3CH2−(CH2CH2)n−COOH n(平均)=24
クラリアント社製PED−136(酸化ポリエチレンワックス、本発明内)
クラリアント社製PED−521(酸化ポリエチレンワックス、本発明内)
クラリアント社製PED−190(ポリエチレンワックス、比較品)
クラリアント社製PED−520(ポリエチレンワックス、比較品)
和光純薬工業(株)製プロピオン酸アミド(下記構造、本発明内)
C2H5−CONH2
和光純薬工業(株)製ラウリン酸アミド(下記構造、本発明内)
C11H23−CONH2
和光純薬工業(株)製ミスチル酸アミド(下記構造、本発明内)
C13H27−CONH2
和光純薬工業(株)製ステアリン酸アミド(下記構造、本発明内)
C17H35−CONH2
花王(株)製脂肪酸アミド−S(エルカ酸アミド、下記構造)
C21H41−CONH2
ベーカー・ペトロライト社製Unicid(登録商標)−700(C50H101−COOH)を尿素と反応させた生成物(下記構造、本発明内)。
C50H101−CONH2
Unicid−700 0.5mol/尿素 1.0molの混合物を175℃で4時間攪拌後、115℃に冷却し5%炭酸ナトリウム溶液を滴下攪拌。
生成物をろ過で回収しエタノールにて洗浄して得た。
和光純薬工業(株)製安息香酸アミド(下記構造、本発明内)
C6H5−CONH2
和光純薬工業(株)製テレフタル酸アミド(下記構造、本発明内)
C6H4−(CONH2)2
日油(株)製アルフロー(登録商標)AD−281F(エチレンビスオレイン酸アミド、下記構造、比較品)
C17H33−CONH−C2H4−CONH−C17H33
日油(株)製アルフロー(登録商標)H−50S(エチレンビスステアリン酸アミド、下記構造、比較品)
C17H35−CONH−C2H4−CONH−C17H35
電気化学工業(株)製FB−570(球状溶融シリカ粉末(平均粒径16.2μm)、本発明内)
下記の表1〜表2に示す各原料(質量部)を同表に示す割合で同時に配合し、ミキシングロール機(温度100℃)で3分間溶融混練した。つぎに、この溶融物を冷却した後粉砕し、さらにタブレット状に打錠することにより目的とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物(以下、組成物ともいう)を得た。
得られた組成物を以下により評価し、結果を同表に示した。
成形金型を予めクリーニングしておき、実施例、参考例および比較例で得られた組成物を用いて、トランスファー成形(成形温度175℃、成形時間90秒)でパッケージを封止することを繰り返し、組成物が成形金型に張り付く(スティッキング)まで、又はステインを形成するまでの成形ショット数を測定し、停止ショット数とした。
なお、このパッケージは、ボールグリッドアレイ(BGA)基板(35mm×35mm×厚み0.5mm)に、半導体素子(10mm×10mm×厚み0.3mm)を金線ワイヤー(径0.02mm×長さ4.5mm)でワイヤーボンディングしたものである。
実施例、参考例および比較例で得られた組成物を用いて、トランスファー成形(成形温度175℃、成形時間90秒)でパッケージを封止し、175℃×3時間で後硬化することにより成形物を得た。このパッケージは、ソルダーレジスト(太陽インキ製造(株)、PSR−4000 AUS308)を塗工した基板(55mm×55mm×厚み0.22mm。三菱ガス化学(株)、CCL−HL832)に、シリコンチップ(10mm×10mm×厚み0.37mm)を10mm間隔で縦3個×横3個(計9個)をダイボンディング材(日東電工(株)、EM−700J)で実装したものである。
得られた成形物の反りを25℃から10℃間隔で260℃まで測定し、その間の最大値と最小値の差を算出した。
実施例、参考例および比較例で得られた組成物を粉砕後、25℃/60RH%/24時間放置した後、1mmの篩で、その上に20質量%以上残るものをNG判定(×)とし、そうでないものを○(5質量%未満)、△(5質量%以上20質量%未満)とした。
実施例、参考例および比較例で得られた組成物を用いて、175℃×2分間、後硬化175℃×5時間の成形条件にて厚み1/32インチ、幅10mmの試験片を作製した。得られた試験片について、UL94 V−0規格に従って難燃性を評価した。N=5の総有炎時時間が40秒以下を○、41〜60秒を△、61秒以上を×と判定した。
〔スパイラルフロー(SF)〕
スパイラルフロー測定用金型を用い、175±5℃,120秒,70kg/cm2の条件でEMMI 1−66の方法に準じて、スパイラルフロー値(cm)を測定した。
〔ゲル化時間(GT)〕
175℃の熱平板上に組成物を約200〜500mg載せ、1.5mm径のガラス棒で攪拌しながら、樹脂の糸引きが見られなくなるまでの時間をゲル化時間(秒)とした。
本発明組成物において、本発明内の(C)成分に代えて比較品の脂肪酸アミド化合物を用いるか、(C)成分を用いないと反りの抑制が確保できず、また、流動性との両立もできない傾向が強い(比較例10〜19参照)。また、(C)成分の配合割合が本発明の下限を下回ると比較例2〜5のように反りの抑制が確保できず、(C)成分の配合割合が本発明の上限を上回ると比較例6〜9のようにパウダーブロッキング性が確保できない。また、(C)成分の配合割合(表中、「脂肪酸アミド化合物量」)は、0.4〜2.0質量%が反りの抑制に好ましいことが実施例1〜5から分かる。更に、また、(C)成分のRは、炭素数13以上がパウダーブロッキング性に好ましいことが、実施例4、6〜8、10〜12から分かる。
本発明組成物において、本発明内の(D)成分に代えて比較品の離型剤を用いると流動性が確保できない(比較例20〜21参照)。(D)成分としては、離型剤(X)が反りの抑制に好ましいことが実施例3、19、20から分かる。
Claims (7)
- 下記(A)〜(E)成分を含む半導体封止用エポキシ樹脂組成物であって、(C)成分がエポキシ樹脂組成物全体の0.10〜2.0重量%である、半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
(A)エポキシ樹脂
(B)硬化剤
(C)式(1)で表される脂肪酸アミド化合物
R−(CONH2)n (1)
(式(1)中、Rは炭素数1〜60の飽和脂肪族基または芳香族基であり、nは1〜4の整数である。)
(D)下記(X)および(Y)から選ばれる少なくとも1種の離型剤
(X)数平均分子量が550〜800の直鎖飽和カルボン酸
(Y)酸化ポリエチレンワックス
(E)無機質充填剤 - (C)成分は、Rの炭素数が13以上である請求項1〜3のいずれかの半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- (C)成分の含有量は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物に対して0.4〜2.0質量%である請求項1〜4のいずれかの半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- (D)成分は、(X)である請求項1〜5のいずれかの半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
- 請求項1〜6のいずれかの半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子を封止してなる半導体装置。
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