JP7287281B2 - ボールグリッドアレイパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂硬化物及び電子部品装置 - Google Patents
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Description
<1> エポキシ樹脂と、水酸基当量120g/eq以下のフェノール硬化剤と、アルミナ粒子及びシリカ粒子を含む無機充填材と、を含有し、
前記無機充填材の含有率が65体積%~85体積%であり、
前記アルミナ粒子及び前記シリカ粒子の合計量に対する前記シリカ粒子の割合が10質量%~15質量%である、ボールグリッドアレイパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。
<2> 更に硬化促進剤を含有し、前記硬化促進剤が有機リン化合物を含む、<1>に記載のボールグリッドアレイパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。
<3> 前記フェノール硬化剤が、1分子中に3個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール樹脂を含む、<1>又は<2>に記載のボールグリッドアレイパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。
<4> 前記フェノール硬化剤がトリフェニルメタン型フェノール樹脂を含む、<1>~<3>のいずれか1項に記載のボールグリッドアレイパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。
<5> <1>~<4>のいずれか1項に記載のボールグリッドアレイパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物を硬化してなるエポキシ樹脂硬化物。
<6> 素子と、前記素子を封止している<5>に記載のエポキシ樹脂硬化物と、を有し、ボールグリッドアレイパッケージの形態を有する、電子部品装置。
本開示において「~」を用いて示された数値範囲には、「~」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本開示において各成分に該当する粒子は複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本開示のBGAパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物(以下、単にエポキシ樹脂組成物ともいう)は、エポキシ樹脂と、水酸基当量120g/eq以下のフェノール硬化剤と、アルミナ粒子及びシリカ粒子を含む無機充填材と、を含有し、前記無機充填材の含有率が65体積%~85体積%であり、前記アルミナ粒子及び前記シリカ粒子の合計量に対する前記シリカ粒子の割合が10質量%~15質量%である。
本開示のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂を含有する。エポキシ樹脂組成物は、好ましくは、1分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂を含有する。エポキシ樹脂は特に制限されず、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等のフェノール化合物及び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化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種のフェノール性化合物と、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等の脂肪族アルデヒド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ものであるノボラック型エポキシ樹脂(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等);上記フェノール性化合物と、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等の芳香族アルデヒド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トリフェニルメタン型フェノール樹脂をエポキシ化したものであるトリフェニルメタン型エポキシ樹脂;上記フェノール化合物及びナフトール化合物と、アルデヒド化合物とを酸性触媒下で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ものである共重合型エポキシ樹脂;ビスフェノールA、ビスフェノールF等のジグリシジルエーテルであるジフェニルメタン型エポキシ樹脂;アルキル置換又は非置換のビフェノールのジグリシジルエーテルであるビフェニル型エポキシ樹脂;スチルベン系フェノール化合物のジグリシジルエーテルであるスチルベン型エポキシ樹脂;ビスフェノールS等のジグリシジルエーテルである硫黄原子含有エポキシ樹脂;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であるエポキシ樹脂;フタル酸、イソフタル酸、テトラヒドロフタル酸等の多価カルボン酸化合物のグリシジルエステルであるグリシジルエステル型エポキシ樹脂;アニリン、ジアミノジフェニルメタン、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であるグリシジルアミン型エポキシ樹脂;ジシクロペンタジエンとフェノール化合物の共縮合樹脂をエポキシ化したものであるジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂;分子内のオレフィン結合をエポキシ化したものであ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;パラキシリレン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテルであるパラキシリレン変性エポキシ樹脂;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であるメタキシリレン変性エポキシ樹脂;テルペン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテルであるテルペン変性エポキシ樹脂;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であるジシクロペンタジエン変性エポキシ樹脂;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であるシクロペンタジエン変性エポキシ樹脂;多環芳香環変性フェノール樹脂のグリシジルエーテルである多環芳香環変性エポキシ樹脂;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であるナフタレン型エポキシ樹脂;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;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をエポキシ化したものであるアラルキル型エポキシ樹脂;などが挙げられる。さらにはシリコーン樹脂のエポキシ化物、アクリル樹脂のエポキシ化物等もエポキシ樹脂として挙げられる。エポキシ樹脂は、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。
式(IV)中、nは0~4であることが好ましい。
式(VIII)中、nは0~4であることが好ましい。
エポキシ樹脂組成物がビフェニル型エポキシ樹脂を含有する場合の別の一実施形態において、ビフェニル型エポキシ樹脂の含有量は、エポキシ樹脂全量に対して5質量%~60質量%であることが好ましく、10質量%~50質量%であることがより好ましく、20質量%~40質量%であることが更に好ましい。
エポキシ樹脂組成物がジフェニルメタン型エポキシ樹脂を含有する場合の一実施形態において、ジフェニルメタン型エポキシ樹脂の含有量は、エポキシ樹脂全量に対して5質量%~45質量%であることが好ましく、5質量%~35質量%であることがより好ましく、5質量%~25質量%であることが更に好ましい。
エポキシ樹脂組成物がトリフェニルメタン型エポキシ樹脂を含有する場合の一実施形態において、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂の含有量は、エポキシ樹脂全量に対して25質量%~85質量%であることが好ましく、35質量%~75質量%であることがより好ましく、45質量%~65質量%であることが更に好ましい。
本開示のエポキシ樹脂組成物は、水酸基当量120g/eq以下のフェノール硬化剤(以下、特定フェノール硬化剤ともいう)を含有する。特定フェノール硬化剤は、フェノール性水酸基を有し、水酸基当量120g/eq以下の化合物であれば特に制限されない。特定フェノール硬化剤は、低分子のフェノール化合物であっても、低分子のフェノール化合物を高分子化したフェノール樹脂であってもよい。熱伝導性の観点からは、特定フェノール硬化剤はフェノール樹脂であることが好ましい。特定フェノール硬化剤は、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。
式(XVI)中、nは0~5であることが好ましい。
本開示のエポキシ樹脂組成物は、アルミナ粒子及びシリカ粒子を含む無機充填材を含有する。無機充填材の含有率は組成物の全体積に対して65体積%~85体積%であり、アルミナ粒子及びシリカ粒子の合計量に対するシリカ粒子の割合は、10質量%~15質量%である。無機充填材は、アルミナ粒子とシリカ粒子以外の無機充填材を含んでもよく、無機充填材はアルミナ粒子とシリカ粒子からなることが好ましい。シリカ粒子としては、球状シリカ、結晶シリカ等が挙げられる。
無機充填材が、体積平均粒子径が1μm以下のアルミナ粒子と、体積平均粒子径が1μm以下のシリカ粒子とを含むものであることは、例えば無機充填材の体積基準の粒度分布(頻度分布)を求めることで確認することができる。
また、無機充填材の含有率は、熱伝導性、流動性等の特性バランスの観点から、組成物の全質量に対して、84質量%~95質量%であることが好ましく、85質量%~94 質量%であることがより好ましく、86質量%~92質量%であることが更に好ましい。
本開示のエポキシ樹脂組成物は、必要に応じて硬化促進剤を含有してもよい。硬化促進剤としては、封止用エポキシ樹脂組成物に一般に用いられるものを適宜選択して使用することができる。硬化促進剤としては、例えば、有機リン化合物、イミダゾール化合物、第3級アミン、及び第4級アンモニウム塩が挙げられる。中でも、有機リン化合物が好ましい。硬化促進剤は、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。
本開示のエポキシ樹脂組成物は、有機溶剤を含有してもよい。エポキシ樹脂組成物が有機溶剤を含有すると、組成物の粘度が低下し、混練性及び流動性が向上する傾向にある。有機溶剤は特に制限されず、例えば、沸点が50℃~100℃である有機溶剤(以下、特定有機溶剤ともいう)を含有してもよい。
エポキシ樹脂組成物は、必要に応じて陰イオン交換体、離型剤、難燃剤、カップリング剤、応力緩和剤、可塑剤、着色剤等の添加剤を含有してもよい。
エポキシ樹脂組成物は、必要に応じて陰イオン交換体を含有してもよい。特に、エポキシ樹脂組成物を封止材料として用いる場合には、封止される素子を備える電子部品装置の耐湿性及び高温放置特性を向上させる観点から、陰イオン交換体を含有することが好ましい。
Mg1-xAlx(OH)2(CO3)x/2・mH2O (I)
(0<X≦0.5、mは正の数)
エポキシ樹脂組成物は、成形工程において金型に対する良好な離型性を発揮させる観点から、必要に応じて離型剤を含有してもよい。離型剤の種類は特に制限されず、当該技術分野において公知の離型剤が挙げられる。具体的に、離型剤としては、カルナバワックス、モンタン酸、ステアリン酸等の高級脂肪酸、高級脂肪酸金属塩、モンタン酸エステル等のエステル系ワックス、酸化ポリエチレン、非酸化ポリエチレン等のポリオレフィン系ワックスなどが挙げられる。中でも、カルナバワックス及びポリオレフィン系ワックスが好ましい。離型剤は、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。
また、エポキシ樹脂組成物がポリオレフィン系ワックス以外のその他の離型剤を含有する場合、又はエポキシ樹脂組成物がポリオレフィン系ワックス及びその他の離型剤を含有する場合、ポリオレフィン系ワックス以外のその他の離型剤の含有率は、エポキシ樹脂に対して0.1質量%~10質量%であることが好ましく、0.5質量%~3質量%であることがより好ましい。
エポキシ樹脂組成物は、難燃性を付与する観点から、必要に応じて難燃剤を含有してもよい。難燃剤は特に制限されず、例えば、ハロゲン原子、アンチモン原子、窒素原子又はリン原子を含む公知の有機化合物及び無機化合物、金属水酸化物、並びにアセナフチレンが挙げられる。難燃剤は、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。
エポキシ樹脂組成物は、必要に応じて、樹脂成分と無機充填材との接着性を高める観点から、カップリング剤を含有してもよい。カップリング剤の種類は、特に制限されない。カップリング剤としては、エポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、メタクリルシラン、アクリルシラン、ビニルシラン等の各種シラン化合物、チタン化合物、アルミニウムキレート化合物、アルミニウム及びジルコニウム含有化合物などが挙げられる。カップリング剤は、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。
エポキシ樹脂組成物は、パッケージの反り変形量及びパッケージクラックを低減させる観点から、必要に応じて、シリコーンオイル、シリコーンゴム粒子等の応力緩和剤を含有してもよい。使用可能な応力緩和剤としては、当該技術分野で一般に用いられる公知の可とう剤(応力緩和剤)を適宜選択して使用することができる。
エポキシ樹脂組成物は、高温弾性率を低下させる観点から、可塑剤を含有してもよい。可塑剤としては、トリアルキルホスフィンオキシド、リン酸エステル等の有機リン化合物、シリコーンなどが挙げられる。可塑剤の含有率は、エポキシ樹脂に対して、0.001質量%~20質量%であることが好ましく、10質量%~20質量%であることがより好ましい。可塑剤は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。
エポキシ樹脂組成物は、カーボンブラック、繊維状カーボン、有機染料、有機着色剤、酸化チタン、鉛丹、ベンガラ等の着色剤を含有してもよい。エポキシ樹脂組成物が着色剤を含有する場合、着色剤の含有率は、無機充填材に対して0.05質量%~5.0質量%であることが好ましく、0.10質量%~2.5質量%であることがより好ましい。
エポキシ樹脂組成物の調製には、各種成分を分散混合できるのであれば、いずれの手法を用いてもよい。一般的な手法として、各種成分をミキサー等によって充分混合した後、ミキシングロール、押出機等によって溶融混練し、冷却し、粉砕する方法を挙げることができる。より具体的には、エポキシ樹脂組成物は、例えば、上述した成分を混合して攪拌し、予め70℃~140℃に加熱してあるニーダー、ロール、エクストルーダー等で混練した後、冷却し、粉砕する等の方法によって得ることができる。エポキシ樹脂組成物は、パッケージの成形条件に合うような寸法及び質量でタブレット化してもよい。エポキシ樹脂組成物をタブレット化することで、取り扱いが容易になる。
本開示のエポキシ樹脂組成物は、以下の方法で流動性を測定したときに、160cm以上の流動距離を示すことが好ましい。EMMI-1-66に準じたスパイラルフロー測定用金型を用いてエポキシ樹脂組成物を成形し、エポキシ樹脂組成物の成形物の流動距離(cm)を測定する。エポキシ樹脂組成物の成形は、トランスファー成形機を用い、金型温度180℃、成形圧力6.9MPa、硬化時間120秒の条件下で行うものとする。
本開示のエポキシ樹脂硬化物は、上述したエポキシ樹脂組成物を硬化してなる。本開示のエポキシ樹脂硬化物は、上述したエポキシ樹脂組成物を硬化して得られることから、成形性及び熱伝導性に優れる傾向にある。
エポキシ樹脂硬化物の熱伝導率は特に制限されず、2.5W/(m・K)以上であることが好ましい。本開示においてエポキシ樹脂硬化物の熱伝導率は以下のように測定したときの値とする。エポキシ樹脂組成物を用いて、金型温度180℃、成形圧力7MPa、硬化時間300秒間の条件でトランスファー成形を行い、金型形状のエポキシ樹脂硬化物を得る。得られたエポキシ樹脂硬化物の比重をアルキメデス法により測定し、比熱をDSC(例えば、Perkin Elmer社、DSC Pyris1)で測定する。また、得られた硬化物の熱拡散率を、熱拡散率測定装置(例えば、NETZSCH社、LFA467)を用いてレーザーフラッシュ法により測定する。得られた比重、比熱、及び熱拡散率を用いてエポキシ樹脂硬化物の熱伝導率を算出する。
本開示の電子部品装置は、素子と、前記素子を封止している本開示のエポキシ樹脂組成物の硬化物と、を有し、BGAパッケージの形態を有する。BGAパッケージは、裏面に金属バンプを形成した基板のおもて面に素子を搭載し、バンプ又はワイヤボンディングにより素子と基板に形成された配線を接続した後、素子を封止して作製される。基板としては、ガラス-エポキシプリント配線板等が挙げられる。素子としては、能動素子、受動素子等が挙げられる。能動素子としては、半導体チップ、トランジスタ、ダイオード、サイリスタ等が挙げられる。受動素子としては、コンデンサ、抵抗体、コイル等が挙げられる。
下記に示す成分を表1に示す配合割合(質量部)で混合し、実施例と比較例の樹脂組成物を調製した。表1中、「-」は成分が配合されていないことを示す。
・エポキシ樹脂2…ジフェニルメタン型エポキシ樹脂(新日鐵住金化学株式会社、商品名「YSLV-80XY」)
・エポキシ樹脂3…多官能エポキシ樹脂(三菱ケミカル株式会社、商品名「1032H60」)
・硬化剤1…多官能フェノール樹脂(エア・ウォーター株式会社、商品名「HE910」、水酸基当量105g/eqのトリフェニルメタン型フェノール樹脂)
・硬化剤2…多官能フェノール樹脂(エア・ウォーター株式会社、商品名「HE200」、水酸基当量199g/eqのビフェニレンアラルキル型フェノール樹脂)
・硬化促進剤1…リン系硬化促進剤(有機リン化合物)
・無機充填材1:アルミナ-シリカ混合フィラー(シリカ含有率:10質量%)、体積平均粒子径:10μm
・無機充填材2:アルミナフィラー、体積平均粒子径:0.8μm
・無機充填材3:シリカフィラー、体積平均粒子径:0.8μm
・無機充填材4:シリカフィラー、体積平均粒子径:10μm
・カップリング剤:エポキシシラン(アニリノシラン(N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、信越化学工業株式会社、商品名:KBM-573)
・着色剤:カーボンブラック(三菱ケミカル株式会社、商品名:MA-100)
・離型剤:モンタン酸エステル(株式会社セラリカNODA)
エポキシ樹脂組成物の流動性の評価は、スパイラルフロー試験により行った。
具体的には、EMMI-1-66に準じたスパイラルフロー測定用金型を用いてエポキシ樹脂組成物を成形し、エポキシ樹脂組成物の成形物の流動距離(cm)を測定した。エポキシ樹脂組成物の成形は、トランスファー成形機を用い、金型温度180℃、成形圧力6.9MPa、硬化時間120秒の条件下で行った。また、流動性は160cm以上をAとし、160cm未満をBとした。
エポキシ樹脂組成物を硬化したときの熱伝導率の評価は、下記により行った。具体的には、調製したエポキシ樹脂組成物を用いて、金型温度180℃、成形圧力7MPa、硬化時間300秒間の条件でトランスファー成形を行い、金型形状の硬化物を得た。得られた硬化物をアルキメデス法により測定した比重は3.00であった。得られた硬化物の比熱をDSC(Perkin Elmer社、DSC Pyris1)で測定した。また硬化物の熱拡散率を熱拡散率測定装置(NETZSCH社、LFA467)を用いてレーザーフラッシュ法により測定した。得られた比重、比熱、及び熱拡散率を用いてエポキシ樹脂硬化物の熱伝導率を算出した。熱伝導率は2.5W/(m・K)以上をAとし、2.5W/(m・K)未満をBとした。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に援用されて取り込まれる。
Claims (5)
- エポキシ樹脂と、水酸基当量120g/eq以下のフェノール硬化剤と、アルミナ粒子及びシリカ粒子を含む無機充填材と、有機リン化合物である硬化促進剤と、を含有し、
前記無機充填材の含有率が70体積%~85体積%であり、
前記アルミナ粒子及び前記シリカ粒子の合計量に対する前記シリカ粒子の割合が10質量%~15質量%であり、
エポキシ樹脂組成物中の硬化剤全量に対する前記水酸基当量120g/eq以下のフェノール硬化剤の含有率は60質量%以上であり、
前記無機充填材は、一部に、体積平均粒子径1μm以下のアルミナ粒子と、体積平均粒子径1μm以下のシリカ粒子と、を含み、
トランスファー成形機を用い、金型温度180℃、成形圧力6.9MPa、硬化時間120秒の条件下でエポキシ樹脂組成物を成形したときの、EMMI-1-66に準じたスパイラルフロー測定用金型を用いて測定されるエポキシ樹脂組成物の流動距離が、160cm以上である、
ボールグリッドアレイパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。 - 前記フェノール硬化剤が、1分子中に3個以上のフェノール性水酸基を有するフェノール樹脂を含む、請求項1に記載のボールグリッドアレイパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。
- 前記フェノール硬化剤がトリフェニルメタン型フェノール樹脂を含む、請求項1又は請求項2に記載のボールグリッドアレイパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物。
- 請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のボールグリッドアレイパッケージ封止用エポキシ樹脂組成物を硬化してなるエポキシ樹脂硬化物。
- 素子と、前記素子を封止している請求項4に記載のエポキシ樹脂硬化物と、を有し、ボールグリッドアレイパッケージの形態を有する、電子部品装置。
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