JPH11106474A - 半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物 - Google Patents
半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物Info
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- JPH11106474A JPH11106474A JP27067997A JP27067997A JPH11106474A JP H11106474 A JPH11106474 A JP H11106474A JP 27067997 A JP27067997 A JP 27067997A JP 27067997 A JP27067997 A JP 27067997A JP H11106474 A JPH11106474 A JP H11106474A
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- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】封止後の基板の反りを小さくすると同時に、リ
フロー工程で発生する封止材と素子や基板界面の剥離、
封止材層のクラックをなくした半導体封止用液状エポキ
シ樹脂組成物の提供。 【解決手段】液状エポキシ樹脂にはビスフェノールＡ、
ＡＦまたはＳ型エポキシ樹脂と脂環式エポキシ樹脂の１
００／０〜７０／３０の混合物を主成分として用い、液
状無水酸硬化剤にはメチルテトラヒドロ無水フタル酸、
メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチル無水ハイミッ
ク酸から選ばれる少なくとも一種を用い、充填剤には平
均粒径５〜３０μｍの球形溶融シリカと、平均粒径５〜
３０μｍの角形溶融シリカの８５／１５〜６０／４０の
混合物を用い、該混合充填剤は組成物全体に対して７０
〜９０重量％の範囲で配合してなる液状エポキシ樹脂封
止材。
フロー工程で発生する封止材と素子や基板界面の剥離、
封止材層のクラックをなくした半導体封止用液状エポキ
シ樹脂組成物の提供。 【解決手段】液状エポキシ樹脂にはビスフェノールＡ、
ＡＦまたはＳ型エポキシ樹脂と脂環式エポキシ樹脂の１
００／０〜７０／３０の混合物を主成分として用い、液
状無水酸硬化剤にはメチルテトラヒドロ無水フタル酸、
メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチル無水ハイミッ
ク酸から選ばれる少なくとも一種を用い、充填剤には平
均粒径５〜３０μｍの球形溶融シリカと、平均粒径５〜
３０μｍの角形溶融シリカの８５／１５〜６０／４０の
混合物を用い、該混合充填剤は組成物全体に対して７０
〜９０重量％の範囲で配合してなる液状エポキシ樹脂封
止材。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はセラミックス、ガラ
ス／エポキシまたはポリイミド、ポリイミドまたはポリ
エチレンテレフタレートフィルムなどの回路基板上に搭
載した半導体素子を封止するために使用する液状エポキ
シ樹脂組成物に関わり、特に、封止後の基板の反りが小
さく、リフロー工程で封止材と素子あるいは基板界面に
剥離やクラックを生じにくい半導体封止用エポキシ樹脂
組成物に関わる。
ス／エポキシまたはポリイミド、ポリイミドまたはポリ
エチレンテレフタレートフィルムなどの回路基板上に搭
載した半導体素子を封止するために使用する液状エポキ
シ樹脂組成物に関わり、特に、封止後の基板の反りが小
さく、リフロー工程で封止材と素子あるいは基板界面に
剥離やクラックを生じにくい半導体封止用エポキシ樹脂
組成物に関わる。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体素子は基板への実装を容易
にすると同時に、素子を外部環境から保護するためにパ
ッケージが必要であり、素子を銅または鉄系のリードフ
レームに固着し、素子表面の電極とインナーリード間を
金ワイヤでボンディングし電気的に接続した後、素子と
インナーリード部を樹脂系のトランスファ成形用封止材
で封止したものが広く用いられてきた。しかし、このよ
うな方法で樹脂封止した半導体は素子サイズに比べてパ
ッケージサイズが大きくなり、半導体の実装密度を高め
る上でネックになってきた。特に、最近は素子の高集
積、大容量化や高機能化に伴って素子サイズが大型化
し、入出力ピン数が急増し、素子サイズに比べてパッケ
ージサイズが大きくなる傾向があり、実装効率が上げら
れないという問題があった。そこで、小型軽量化が強く
望まれる携帯用電子機器やＯＡ機器などでは、半導体素
子を裸の状態でセラミクス、ガラス／エポキシ、ガラス
／ポリイミド、ポリイミドまたはポリエチレンテレフタ
レートフィルムなどの回路基板に搭載し、ワイヤボンデ
ィング、バンプ、異方導電性接着剤を介して素子と基板
を電気的に接続した後、素子を液状封止材で封止するこ
とが行われるようになってきた。
にすると同時に、素子を外部環境から保護するためにパ
ッケージが必要であり、素子を銅または鉄系のリードフ
レームに固着し、素子表面の電極とインナーリード間を
金ワイヤでボンディングし電気的に接続した後、素子と
インナーリード部を樹脂系のトランスファ成形用封止材
で封止したものが広く用いられてきた。しかし、このよ
うな方法で樹脂封止した半導体は素子サイズに比べてパ
ッケージサイズが大きくなり、半導体の実装密度を高め
る上でネックになってきた。特に、最近は素子の高集
積、大容量化や高機能化に伴って素子サイズが大型化
し、入出力ピン数が急増し、素子サイズに比べてパッケ
ージサイズが大きくなる傾向があり、実装効率が上げら
れないという問題があった。そこで、小型軽量化が強く
望まれる携帯用電子機器やＯＡ機器などでは、半導体素
子を裸の状態でセラミクス、ガラス／エポキシ、ガラス
／ポリイミド、ポリイミドまたはポリエチレンテレフタ
レートフィルムなどの回路基板に搭載し、ワイヤボンデ
ィング、バンプ、異方導電性接着剤を介して素子と基板
を電気的に接続した後、素子を液状封止材で封止するこ
とが行われるようになってきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】裸の状態で回路基板に
搭載した半導体素子は通常封止材で封止され、その後基
板には各種電子部品が混載される。また、裸の素子を搭
載し封止が終了した基板は、はんだバンプを介してマザ
ーボードに実装されることもある。ところが、基板に他
の部品を混載する場合、あるいは素子を搭載した基板を
マザーボードに実装する場合、通常リフロー方式による
はんだ付けが行われ、実装時基板全体は２００数十度の
高温にさらされる。その際基板あるいは封止材が吸湿し
ていると、吸湿水分の急激な蒸発によって封止材と素子
あるいは封止材と基板界面に剥離が生じたり、封止材に
クラックが発生し、金ワイヤが断線したり、実装後の温
度サイクル性や耐湿性などの各種信頼性が低下するとい
う問題が発生する。このような実装方式において最近は
低コスト化を図るために、基板材料としてガラス／エポ
キシ樹脂系の有機基板が広く使用されるようになってき
た。ところが、基板、素子（シリコンチップ）、封止材
はそれぞれ熱膨張係数が違う。そのため、素子をダイボ
ンディング剤で基板と接着した後あるいは素子を樹脂封
止した後、基板に反りが発生し、それによって素子がク
ラックして動作しなくなったり、素子特性の変動や実装
した素子の信頼性が低下するといった問題点も発生して
いる。本発明は、上述のような裸の半導体素子を回路基
板上に搭載し、素子を液状エポキシ樹脂組成物で封止す
る半導体部品に関わり、特に、封止後の反りが小さくす
ると同時に、リフロー工程で発生する封止材と素子や基
板界面の剥離、封止材層のクラックをなくすことを目的
とするものである。
搭載した半導体素子は通常封止材で封止され、その後基
板には各種電子部品が混載される。また、裸の素子を搭
載し封止が終了した基板は、はんだバンプを介してマザ
ーボードに実装されることもある。ところが、基板に他
の部品を混載する場合、あるいは素子を搭載した基板を
マザーボードに実装する場合、通常リフロー方式による
はんだ付けが行われ、実装時基板全体は２００数十度の
高温にさらされる。その際基板あるいは封止材が吸湿し
ていると、吸湿水分の急激な蒸発によって封止材と素子
あるいは封止材と基板界面に剥離が生じたり、封止材に
クラックが発生し、金ワイヤが断線したり、実装後の温
度サイクル性や耐湿性などの各種信頼性が低下するとい
う問題が発生する。このような実装方式において最近は
低コスト化を図るために、基板材料としてガラス／エポ
キシ樹脂系の有機基板が広く使用されるようになってき
た。ところが、基板、素子（シリコンチップ）、封止材
はそれぞれ熱膨張係数が違う。そのため、素子をダイボ
ンディング剤で基板と接着した後あるいは素子を樹脂封
止した後、基板に反りが発生し、それによって素子がク
ラックして動作しなくなったり、素子特性の変動や実装
した素子の信頼性が低下するといった問題点も発生して
いる。本発明は、上述のような裸の半導体素子を回路基
板上に搭載し、素子を液状エポキシ樹脂組成物で封止す
る半導体部品に関わり、特に、封止後の反りが小さくす
ると同時に、リフロー工程で発生する封止材と素子や基
板界面の剥離、封止材層のクラックをなくすことを目的
とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
には、液状封止材の低熱膨張化、高接着化、高強度化が
重要と考え、本発明者らは鋭意検討を行った。その結
果、以下の手段によって上記問題の解決を図れることを
見出した。すなわち、裸の素子を封止する液状エポキシ
樹脂組成物として、（Ａ）液状エポキシ樹脂、（Ｂ）液
状無水酸硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填
剤、（Ｅ）カップリング剤を必須成分とする樹脂組成物
を用い、当該組成物の液状エポキシ樹脂にはビスフェノ
ールＡ、ＡＦまたはＳ型エポキシ樹脂と脂環式エポキシ
樹脂の１００／０〜７０／３０の混合物を主成分として
用い、液状無水酸硬化剤にはメチルテトラヒドロ無水フ
タル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチル無水
ハイミック酸から選ばれる少なくとも一種を用い、充填
剤には平均粒径５〜３０μｍの球形溶融シリカと、平均
粒径５〜３０μｍの角形溶融シリカの８５／１５〜６０
／４０の混合物を用い、且つ、平均粒径が５〜３０μｍ
の球形溶融シリカは粒度分布が４４μｍ以下の累積重量
％が８０％以下、１μｍ以下の累積重量％が２０％以
上、平均粒径５〜３０μｍの角形溶融シリカは、粒度分
布が４４μｍ以下の累積重量％が９５％以上、１μｍ以
下の累積重量％が５％以下で、該混合充填剤は組成物全
体に対して７０〜９０重量％の範囲で配合することによ
って、上記問題を解決できることを見出した。
には、液状封止材の低熱膨張化、高接着化、高強度化が
重要と考え、本発明者らは鋭意検討を行った。その結
果、以下の手段によって上記問題の解決を図れることを
見出した。すなわち、裸の素子を封止する液状エポキシ
樹脂組成物として、（Ａ）液状エポキシ樹脂、（Ｂ）液
状無水酸硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填
剤、（Ｅ）カップリング剤を必須成分とする樹脂組成物
を用い、当該組成物の液状エポキシ樹脂にはビスフェノ
ールＡ、ＡＦまたはＳ型エポキシ樹脂と脂環式エポキシ
樹脂の１００／０〜７０／３０の混合物を主成分として
用い、液状無水酸硬化剤にはメチルテトラヒドロ無水フ
タル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチル無水
ハイミック酸から選ばれる少なくとも一種を用い、充填
剤には平均粒径５〜３０μｍの球形溶融シリカと、平均
粒径５〜３０μｍの角形溶融シリカの８５／１５〜６０
／４０の混合物を用い、且つ、平均粒径が５〜３０μｍ
の球形溶融シリカは粒度分布が４４μｍ以下の累積重量
％が８０％以下、１μｍ以下の累積重量％が２０％以
上、平均粒径５〜３０μｍの角形溶融シリカは、粒度分
布が４４μｍ以下の累積重量％が９５％以上、１μｍ以
下の累積重量％が５％以下で、該混合充填剤は組成物全
体に対して７０〜９０重量％の範囲で配合することによ
って、上記問題を解決できることを見出した。
【０００５】封止硬化物の機械強度を改善するため、充
填剤として球形及び角形溶融シリカを併用することは既
に周知である。しかし、従来の方法では角形充填剤を併
用すると封止材の粘度が著しく上昇し、封止材を低熱膨
張化するために必要な充填剤の増量ができないという問
題があった。本発明は、充填剤として平均粒径が５〜３
０μｍで粒度分布が４４μｍ以下の累積重量％が８０％
以下、１μｍ以下の累積重量％が２０％以上の比較的粒
度分布が広い球形溶融シリカと、平均粒径が５〜３０μ
ｍの粒度分布が４４μｍ以下の累積重量％が９５％以
上、１μｍ以下の累積重量％が５％以下の比較的粒度分
布が狭い角形溶融シリカを特定の比率で併用することに
よって、充填剤の高充填化（すなわち、硬化物の低熱膨
張化）と硬化物の機械強度の向上の両立を可能にしたも
のであり、それが周知技術とは異なる点である。
填剤として球形及び角形溶融シリカを併用することは既
に周知である。しかし、従来の方法では角形充填剤を併
用すると封止材の粘度が著しく上昇し、封止材を低熱膨
張化するために必要な充填剤の増量ができないという問
題があった。本発明は、充填剤として平均粒径が５〜３
０μｍで粒度分布が４４μｍ以下の累積重量％が８０％
以下、１μｍ以下の累積重量％が２０％以上の比較的粒
度分布が広い球形溶融シリカと、平均粒径が５〜３０μ
ｍの粒度分布が４４μｍ以下の累積重量％が９５％以
上、１μｍ以下の累積重量％が５％以下の比較的粒度分
布が狭い角形溶融シリカを特定の比率で併用することに
よって、充填剤の高充填化（すなわち、硬化物の低熱膨
張化）と硬化物の機械強度の向上の両立を可能にしたも
のであり、それが周知技術とは異なる点である。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明で使用する液状エポキシ樹
脂は、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、ビスフェノールＡＦ型エポキシ樹
脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ
樹脂であり、ビスフェノールＡ、ＡＦまたはＳ型エポキ
シ樹脂は脂環式エポキシ樹脂と１００／０〜７０／３０
の混合物として用いることが望ましい。この混合エポキ
シ樹脂には、発明の目的を損なわない範囲でクレゾール
ノボラック型エポキシ樹脂、オルクレゾールノボラック
型エポキシ樹脂の他、分子中にビフェニル骨格あるいは
ナフタレン骨格、ジシクロペンタジエン骨格などを有す
るエポキシ樹脂などを併用してもよい。
脂は、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、ビスフェノールＡＦ型エポキシ樹
脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ
樹脂であり、ビスフェノールＡ、ＡＦまたはＳ型エポキ
シ樹脂は脂環式エポキシ樹脂と１００／０〜７０／３０
の混合物として用いることが望ましい。この混合エポキ
シ樹脂には、発明の目的を損なわない範囲でクレゾール
ノボラック型エポキシ樹脂、オルクレゾールノボラック
型エポキシ樹脂の他、分子中にビフェニル骨格あるいは
ナフタレン骨格、ジシクロペンタジエン骨格などを有す
るエポキシ樹脂などを併用してもよい。
【０００７】無水酸系硬化剤としては、メチルテトラヒ
ドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、
メチル無水ハイミック酸から選ばれる少なくとも一種を
用い、発明の目的を損なわない範囲でこれらの硬化剤に
無水フタル酸、無水マレイン酸、テトラヒドロ無水フタ
ル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水ピロメリット
酸、フェノールノボラック樹脂などを併用してもよい。
これらの無水酸硬化剤はエポキシ樹脂に対し当量比で
０．７〜１．２、好ましくは０．８５〜１．０の範囲で
配合することが望ましい。硬化促進剤としては、各種ア
ミン系化合物、含窒素複素環式化合物、オルガノホスフ
ィン系化合物、４級アンモニウムまたはホスホニウム系
化合物などを使用することができる。具体的には、テト
ラメチルブチルグアニジン、Ｎ−メチルピペラジン、２
−エチル−４−メチルイミダゾール、１、８−ジアザビ
シクロ（５．４．０）−７−ウンデセン、トリフェニル
ホスフィン、トリエチルアンモニウム・テトラフェニル
ボレート、２−エチル−４−ミチルイミダゾリウム・テ
トラフェニルボレート、１、８−ジアザビシクロ（５．
４．０）−７−ウンデセニウム、テトラフェニルボレー
ト、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレ
ート、テトラブチルホスホニウム・テトラフェニルボレ
ート、テトラフェニルホスホニウム・テトラブチルボレ
ートなどである。これらの硬化促進剤は、エポキシ樹脂
１００重量部に対して０．１〜１０重量部、好ましくは
１〜５重量部の範囲で配合することが望ましい。配合量
が少な過ぎると充分な硬化反応の促進性が得られず、逆
に配合量が多過ぎると封止材の貯蔵安定性や硬化物の外
観が低下するためである。
ドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、
メチル無水ハイミック酸から選ばれる少なくとも一種を
用い、発明の目的を損なわない範囲でこれらの硬化剤に
無水フタル酸、無水マレイン酸、テトラヒドロ無水フタ
ル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水ピロメリット
酸、フェノールノボラック樹脂などを併用してもよい。
これらの無水酸硬化剤はエポキシ樹脂に対し当量比で
０．７〜１．２、好ましくは０．８５〜１．０の範囲で
配合することが望ましい。硬化促進剤としては、各種ア
ミン系化合物、含窒素複素環式化合物、オルガノホスフ
ィン系化合物、４級アンモニウムまたはホスホニウム系
化合物などを使用することができる。具体的には、テト
ラメチルブチルグアニジン、Ｎ−メチルピペラジン、２
−エチル−４−メチルイミダゾール、１、８−ジアザビ
シクロ（５．４．０）−７−ウンデセン、トリフェニル
ホスフィン、トリエチルアンモニウム・テトラフェニル
ボレート、２−エチル−４−ミチルイミダゾリウム・テ
トラフェニルボレート、１、８−ジアザビシクロ（５．
４．０）−７−ウンデセニウム、テトラフェニルボレー
ト、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレ
ート、テトラブチルホスホニウム・テトラフェニルボレ
ート、テトラフェニルホスホニウム・テトラブチルボレ
ートなどである。これらの硬化促進剤は、エポキシ樹脂
１００重量部に対して０．１〜１０重量部、好ましくは
１〜５重量部の範囲で配合することが望ましい。配合量
が少な過ぎると充分な硬化反応の促進性が得られず、逆
に配合量が多過ぎると封止材の貯蔵安定性や硬化物の外
観が低下するためである。
【０００８】無機充填剤としては溶融シリカが好まし
く、天然及び合成品の何れも使用することができる。重
要なことは溶融シリカの形状、粒度分布、球形／角形の
混合比である。本発明では、平均粒径５〜３０μｍの球
形溶融シリカと角形溶融シリカを併用し、その際平均粒
径が５〜３０μｍの球形溶融シリカは、粒度分布が４４
μｍ以下の累積重量％が８０％以下、１μｍ以下の累積
重量％が２０％以上の比較的粒度分布が広いものを使用
し、平均粒径が５〜３０μｍの角形溶融シリカは、粒度
分布が４４μｍ以下の累積重量％が９５％以下、１μｍ
以下の累積重量％が５％以下の比較的粒度分布が狭いも
のを用いる。また、両者は８５／１５〜６０／４０の比
率で混合して用い、該混合充填剤は組成物全体に対して
７０〜９０重量％配合することを特徴とするものであ
る。球／角充填剤の平均粒径を５〜３０μｍとするの
は、５μｍ以下では充填剤の比表面積が大きく、樹脂に
配合した場合の粘度上昇が大きいためである。また、３
０μｍ以上の充填剤は半導体装置の狭い隙間にひっかか
って封止材の含浸性を低下させたり、沈降の問題がある
ためである。球形溶融シリカに粒度分布が広いものを用
い、角形溶融シリカに粒度分布が狭いものを使用するの
は次の理由による。樹脂成分に多量の充填剤を配合した
場合、樹脂粘度は充填剤自体の最大充填分率に大きく依
存し、最大充填分率が大きい充填剤ほど粘度上昇が少な
く、最大充填分率が小さい充填剤ほど粘度上昇が大き
い。これは最大充填分率が小さい充填剤は、充填剤同士
のぶつかり合いが起こりやすいのに対し、最大充填分率
が大きい充填剤はぶつかり合いが起こりにくいためであ
る。このような最大充填分率には充填剤の形状が関係
し、角形よりも球形の方が大きい。また、粒度分布は広
い方が粒子と粒子の隙間に別の粒子が入り込むため最大
充填分率が大きい。従って、最大充填分率だけを考えれ
ば粘度分布が広い球形溶融シリカだけを使用した方がよ
いが、その際問題になるのは硬化物の機械強度である。
一般に球形溶融シリカは表面の活性が低く、物理的なア
ンカー効果が低いため、角形溶融シリカを用いた場合に
比べて硬化物の機械強度が低い。その際充填剤の最大充
填分率の低下が起こるが、粒度分布が広い球形溶融シリ
カと粒度分布が狭い角形溶融シリカを組み合わせること
によって、最大充填分率の低下を最小限に押さえること
ができる。
く、天然及び合成品の何れも使用することができる。重
要なことは溶融シリカの形状、粒度分布、球形／角形の
混合比である。本発明では、平均粒径５〜３０μｍの球
形溶融シリカと角形溶融シリカを併用し、その際平均粒
径が５〜３０μｍの球形溶融シリカは、粒度分布が４４
μｍ以下の累積重量％が８０％以下、１μｍ以下の累積
重量％が２０％以上の比較的粒度分布が広いものを使用
し、平均粒径が５〜３０μｍの角形溶融シリカは、粒度
分布が４４μｍ以下の累積重量％が９５％以下、１μｍ
以下の累積重量％が５％以下の比較的粒度分布が狭いも
のを用いる。また、両者は８５／１５〜６０／４０の比
率で混合して用い、該混合充填剤は組成物全体に対して
７０〜９０重量％配合することを特徴とするものであ
る。球／角充填剤の平均粒径を５〜３０μｍとするの
は、５μｍ以下では充填剤の比表面積が大きく、樹脂に
配合した場合の粘度上昇が大きいためである。また、３
０μｍ以上の充填剤は半導体装置の狭い隙間にひっかか
って封止材の含浸性を低下させたり、沈降の問題がある
ためである。球形溶融シリカに粒度分布が広いものを用
い、角形溶融シリカに粒度分布が狭いものを使用するの
は次の理由による。樹脂成分に多量の充填剤を配合した
場合、樹脂粘度は充填剤自体の最大充填分率に大きく依
存し、最大充填分率が大きい充填剤ほど粘度上昇が少な
く、最大充填分率が小さい充填剤ほど粘度上昇が大き
い。これは最大充填分率が小さい充填剤は、充填剤同士
のぶつかり合いが起こりやすいのに対し、最大充填分率
が大きい充填剤はぶつかり合いが起こりにくいためであ
る。このような最大充填分率には充填剤の形状が関係
し、角形よりも球形の方が大きい。また、粒度分布は広
い方が粒子と粒子の隙間に別の粒子が入り込むため最大
充填分率が大きい。従って、最大充填分率だけを考えれ
ば粘度分布が広い球形溶融シリカだけを使用した方がよ
いが、その際問題になるのは硬化物の機械強度である。
一般に球形溶融シリカは表面の活性が低く、物理的なア
ンカー効果が低いため、角形溶融シリカを用いた場合に
比べて硬化物の機械強度が低い。その際充填剤の最大充
填分率の低下が起こるが、粒度分布が広い球形溶融シリ
カと粒度分布が狭い角形溶融シリカを組み合わせること
によって、最大充填分率の低下を最小限に押さえること
ができる。
【０００９】球／角溶融シリカの混合比率を８５／１５
〜６０／４０の範囲とするのは、球形溶融シリカ８５以
上では硬化物の機械強度が充分でなく、６０以下では樹
脂組成物の粘度上昇が大きくなるためである。球／角混
合充填剤の組成物全体に対する配合量を７０〜９０重量
％配合するのは、７０重量％以下では硬化物の熱膨張係
数が大きいために基板の反りが大きくなったり、耐はん
だリフロー性、耐熱衝撃性などの信頼性が確保できない
ためである。また、９０重量％以上では樹脂組成物の粘
度が著しく高くなり封止作業性が著しく低下する。カッ
プリング剤としては、エポキシシラン、アミノシラン、
ビニルシラン、ウレイドシランなどのシラン系カップリ
ング剤の他、チタン系、アルミニウムキレート系、アル
ミ／ジルコニウム系の各種カップリング剤を使用するこ
とができる。これらのカップリング剤は、上記の各種素
材と一括混合してもよいが、できれば充填剤表面に予め
コーティング処理して用いることが望ましい。本発明の
液状封止材は、通常擂潰機、三本ロールなどを使って各
素材を混錬して製造することができる。
〜６０／４０の範囲とするのは、球形溶融シリカ８５以
上では硬化物の機械強度が充分でなく、６０以下では樹
脂組成物の粘度上昇が大きくなるためである。球／角混
合充填剤の組成物全体に対する配合量を７０〜９０重量
％配合するのは、７０重量％以下では硬化物の熱膨張係
数が大きいために基板の反りが大きくなったり、耐はん
だリフロー性、耐熱衝撃性などの信頼性が確保できない
ためである。また、９０重量％以上では樹脂組成物の粘
度が著しく高くなり封止作業性が著しく低下する。カッ
プリング剤としては、エポキシシラン、アミノシラン、
ビニルシラン、ウレイドシランなどのシラン系カップリ
ング剤の他、チタン系、アルミニウムキレート系、アル
ミ／ジルコニウム系の各種カップリング剤を使用するこ
とができる。これらのカップリング剤は、上記の各種素
材と一括混合してもよいが、できれば充填剤表面に予め
コーティング処理して用いることが望ましい。本発明の
液状封止材は、通常擂潰機、三本ロールなどを使って各
素材を混錬して製造することができる。
【００１０】本発明の液状封止材は、充填剤として粒度
分布が広い球形溶融シリカと粒度分布が狭い角形溶融シ
リカを併用するため充填剤の最大充填分率が高くなり、
樹脂組成物の粘度をあまり上昇させることなく、充填剤
を増量することができる。それによって、硬化物の低熱
膨張化が図れ、基板の反りを低減することができる。ま
た、角形溶融シリカの併用によって硬化物の特に高温
（はんだリフロー温度）における機械強度を高めること
ができ、素子を封止した後の基板の耐はんだリフロー性
を高めることができる。
分布が広い球形溶融シリカと粒度分布が狭い角形溶融シ
リカを併用するため充填剤の最大充填分率が高くなり、
樹脂組成物の粘度をあまり上昇させることなく、充填剤
を増量することができる。それによって、硬化物の低熱
膨張化が図れ、基板の反りを低減することができる。ま
た、角形溶融シリカの併用によって硬化物の特に高温
（はんだリフロー温度）における機械強度を高めること
ができ、素子を封止した後の基板の耐はんだリフロー性
を高めることができる。
【００１１】
【実施例】次に、本発明の効果を実施例によってさらに
詳しく説明する。 実施例１〜５及び比較例１〜５ 表１に示す配合割合で各素材を計量し、減圧式擂潰機及
び三本ロールを用いて混錬し、目的の液状封止材を作製
した。なお、比較例５は混合物の粘度が高くなり過ぎ擂
潰機では混錬できなかった。そのため、混錬は三本ロー
ルのみで行ったが、得られた組成物は室温ではあまり流
動性を示さなかった。比較例５を除く各液状封止材の粘
度をＢ型粘度計で測定した。次いで、各液状封止材を金
型に流し込み１００℃／３０分＋１５０℃／３時間加熱
して硬化物を作製しその物性を測定した。ガラス転移温
度及び熱膨張係数の測定にはＴＭＡを使用し、曲げ強度
の測定にはテンシロン万能ひっぱり試験機を用い、試験
はＪＩＳ−Ｋ−６９００に準じて行った。吸湿率は、２
０×３０×ｔ２ｍｍの硬化物を８５℃／８５％ＲＨの恒
温恒湿槽に１６８時間放置した時の重量変化を精密天秤
で精量し計算により求めた。接着力は、短冊状に切り出
したＦＲ−４基板を二枚重ねた隙間（間隙はスペーサー
により０．３ｍｍに調整）に各液状封止材を流し込んで
硬化し、剪断法により接着力を測定した。抽出液特性は
硬化物を素粉砕し、素粉粉５ｇにイオン交換水５０ｇを
加え、１２１℃／２０時間加熱後の抽出液の特性を測定
した。塩素イオン濃度の測定には、イオンクロマトグラ
フィーを使用し、ｐＨの測定にはｐＨメーター、電気伝
導度の測定には電気伝導度計を使用した。測定結果を表
２に示す。
詳しく説明する。 実施例１〜５及び比較例１〜５ 表１に示す配合割合で各素材を計量し、減圧式擂潰機及
び三本ロールを用いて混錬し、目的の液状封止材を作製
した。なお、比較例５は混合物の粘度が高くなり過ぎ擂
潰機では混錬できなかった。そのため、混錬は三本ロー
ルのみで行ったが、得られた組成物は室温ではあまり流
動性を示さなかった。比較例５を除く各液状封止材の粘
度をＢ型粘度計で測定した。次いで、各液状封止材を金
型に流し込み１００℃／３０分＋１５０℃／３時間加熱
して硬化物を作製しその物性を測定した。ガラス転移温
度及び熱膨張係数の測定にはＴＭＡを使用し、曲げ強度
の測定にはテンシロン万能ひっぱり試験機を用い、試験
はＪＩＳ−Ｋ−６９００に準じて行った。吸湿率は、２
０×３０×ｔ２ｍｍの硬化物を８５℃／８５％ＲＨの恒
温恒湿槽に１６８時間放置した時の重量変化を精密天秤
で精量し計算により求めた。接着力は、短冊状に切り出
したＦＲ−４基板を二枚重ねた隙間（間隙はスペーサー
により０．３ｍｍに調整）に各液状封止材を流し込んで
硬化し、剪断法により接着力を測定した。抽出液特性は
硬化物を素粉砕し、素粉粉５ｇにイオン交換水５０ｇを
加え、１２１℃／２０時間加熱後の抽出液の特性を測定
した。塩素イオン濃度の測定には、イオンクロマトグラ
フィーを使用し、ｐＨの測定にはｐＨメーター、電気伝
導度の測定には電気伝導度計を使用した。測定結果を表
２に示す。
【００１２】実施例１及び比較例１の比較から明らかな
ように、球形溶融シリカと角形溶融シリカを組み合わせ
て使用する場合、粘度分布が狭い角形溶融シリカＡを用
いた実施例１の方が、粘度分布が広い角形溶融シリカＢ
を用いた比較例１よりも、粘度がかなり低い組成物が得
られることがわかる。その場合の硬化物物性には殆ど差
がない。実施例２、３及び比較例２、３の比較からは球
形溶融シリカと角形溶融シリカの比率を変える粘度及び
硬化物の高温強度に影響が現れ、角形溶融シリカの比率
を増やすと粘度が上昇するが、高温の曲げ強度が増大す
ることがわかる。パッケージの耐はんだリフロー性を改
善するためには、硬化物の高温強度を向上させることが
重要であり、角形溶融シリカは組成物の粘度上昇を許容
できる範囲でできるだけ多く併用した方が良いことを示
唆するものである。実施例４、５及び比較例４、５は、
充填剤の配合量の影響を示すものである。充填剤の配合
量と共に粘度が上昇しているが、硬化物の熱膨張係数が
小さくなり、高温強度が上昇している。このことはパッ
ケージの反りの低減及び耐はんだリフロー性の改善には
充填剤配合量をできるだけ多くした方が良いことを示唆
するものである。次に、実施例１〜５及び比較例２〜４
の封止材を用い、図１に示すＢＧＡ（BallGrid Array
）パッケージを試作し、パッケージの反り及び耐はん
だリフロー性を評価した。結果を表３に示す。実施例１
〜３及び５の封止材を使用した場合、反りが小さく耐は
んだリフロー性が優れたパッケージが得られることがわ
かる。
ように、球形溶融シリカと角形溶融シリカを組み合わせ
て使用する場合、粘度分布が狭い角形溶融シリカＡを用
いた実施例１の方が、粘度分布が広い角形溶融シリカＢ
を用いた比較例１よりも、粘度がかなり低い組成物が得
られることがわかる。その場合の硬化物物性には殆ど差
がない。実施例２、３及び比較例２、３の比較からは球
形溶融シリカと角形溶融シリカの比率を変える粘度及び
硬化物の高温強度に影響が現れ、角形溶融シリカの比率
を増やすと粘度が上昇するが、高温の曲げ強度が増大す
ることがわかる。パッケージの耐はんだリフロー性を改
善するためには、硬化物の高温強度を向上させることが
重要であり、角形溶融シリカは組成物の粘度上昇を許容
できる範囲でできるだけ多く併用した方が良いことを示
唆するものである。実施例４、５及び比較例４、５は、
充填剤の配合量の影響を示すものである。充填剤の配合
量と共に粘度が上昇しているが、硬化物の熱膨張係数が
小さくなり、高温強度が上昇している。このことはパッ
ケージの反りの低減及び耐はんだリフロー性の改善には
充填剤配合量をできるだけ多くした方が良いことを示唆
するものである。次に、実施例１〜５及び比較例２〜４
の封止材を用い、図１に示すＢＧＡ（BallGrid Array
）パッケージを試作し、パッケージの反り及び耐はん
だリフロー性を評価した。結果を表３に示す。実施例１
〜３及び５の封止材を使用した場合、反りが小さく耐は
んだリフロー性が優れたパッケージが得られることがわ
かる。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【表２】
【００１５】
【表３】 （注１）ＢＧＡパッケージの基板裏面対角線方向５５ｍ
ｍのライン上のうねりを表面粗さ計で測定し、凸凹の最
大値と最小値のギャップを基板の反りとして表示した。 （注２）ＢＧＡパッケージを３０℃／６０％ＲＨ下で所
定時間吸湿させた後、パッケージを２４０℃の赤外線リ
フロー炉で１０秒間加熱した時の、パッケージ内部剥
離、クラック発生の有無を観察し、不良発生状況を不良
試料数／全試料数で示した。
ｍのライン上のうねりを表面粗さ計で測定し、凸凹の最
大値と最小値のギャップを基板の反りとして表示した。 （注２）ＢＧＡパッケージを３０℃／６０％ＲＨ下で所
定時間吸湿させた後、パッケージを２４０℃の赤外線リ
フロー炉で１０秒間加熱した時の、パッケージ内部剥
離、クラック発生の有無を観察し、不良発生状況を不良
試料数／全試料数で示した。
【００１６】
【発明の効果】本発明の樹脂組成物を用いることによっ
て、基板の反りが小さく、耐はんだリフロー性が優れた
半導体装置を得ることができるため、本発明は各種電子
機器の小型・軽量・高機能化、高信頼度化等に貢献する
ものである。
て、基板の反りが小さく、耐はんだリフロー性が優れた
半導体装置を得ることができるため、本発明は各種電子
機器の小型・軽量・高機能化、高信頼度化等に貢献する
ものである。
【図１】特性比較に用いたＢＧＡパッケージの寸法形状
を示す断面図。
を示す断面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 (72)発明者 高橋 寿登 茨城県結城市大字鹿窪1772−１ 日立化成 工業株式会社下館工場内 (72)発明者 中村 泰章 茨城県結城市大字鹿窪1772−１ 日立化成 工業株式会社下館工場内
Claims (2)
- 【請求項１】（Ａ）液状エポキシ樹脂、（Ｂ）液状無水
酸硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）無機充填剤および
（Ｅ）カップリング剤を必須成分とする半導体封止用液
状エポキシ樹脂組成物において、 液状エポキシ樹脂（Ａ）がビスフェノールＡまたはＡＦ
型エポキシ樹脂と脂環式エポキシ樹脂の１００／０〜７
０／３０の混合物を主成分とし、液状無水酸硬化剤
（Ｂ）がメチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキ
サヒドロ無水フタル酸、メチル無水ハイミック酸から選
ばれる少なくとも一種であり、充填剤（Ｄ）が平均粒径
５〜３０μｍの球形溶融シリカと平均粒径５〜３０μｍ
の角形溶融シリカの８５／１５〜６０／４０の混合物で
あり、且つ、平均粒径が５〜３０μｍの球形溶融シリカ
は粒度分布が４４μｍ以下の累積重量％が８０％以下、
１μｍ以下の累積重量％が２０％以上であり、平均粒径
５〜３０μｍの角形溶融シリカは、粒度分布が４４μｍ
以下の累積重量％が９５％以上、１μｍ以下の累積重量
％が５％以下であり、該混合充填剤は組成物全体に対し
て７０〜９０重量％の範囲で配合され、該組成物は室温
（２５℃）における粘度が３，０００ポイズ以下である
ことを特徴とする半導体用液状エポキシ樹脂組成物。 - 【請求項２】充填材として使用する溶融シリカがエポキ
シシラン、アミノシラン、ビニルシラン、ウレイドシラ
ンなどのシラン系カップリング剤、チタン系、アルミニ
ウムキレート系、アルミ／ジルコニウム系のカップリン
グ剤から選ばれる少なくとも一種のカップリング剤によ
って、予め表面処理されていることを特徴とする請求項
１記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27067997A JPH11106474A (ja) | 1997-10-03 | 1997-10-03 | 半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27067997A JPH11106474A (ja) | 1997-10-03 | 1997-10-03 | 半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11106474A true JPH11106474A (ja) | 1999-04-20 |
Family
ID=17489444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27067997A Pending JPH11106474A (ja) | 1997-10-03 | 1997-10-03 | 半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11106474A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002065542A3 (en) * | 2001-02-12 | 2003-07-31 | Ibm | Underfill compositions |
| US7067930B2 (en) * | 2000-11-17 | 2006-06-27 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Liquid epoxy resin composition and semiconductor device |
| JP2009073933A (ja) * | 2007-09-20 | 2009-04-09 | Toto Kasei Co Ltd | 耐熱劣化性を有するエポキシ樹脂組成物 |
| US7781543B2 (en) | 2002-09-05 | 2010-08-24 | Daicel Chemical Industries, Ltd. | Curable alicyclic diepoxy resin composition |
| US7786224B2 (en) * | 2001-03-23 | 2010-08-31 | Daicel Chemical Industries, Ltd | Liquid composition of alicyclic diepoxide, curing agent and/or curing accelerator |
| EP3029083A1 (en) * | 2014-12-02 | 2016-06-08 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Resin composition for semiconductor encapsulation and semiconductor encapsulation method using same |
| WO2018092606A1 (ja) * | 2016-11-18 | 2018-05-24 | 日立化成株式会社 | 封止用フィルム及びその硬化物、並びに、電子装置 |
| CN116083018A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-05-09 | 广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院 | Qfn封装材料及其制备方法及其应用 |
-
1997
- 1997-10-03 JP JP27067997A patent/JPH11106474A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7067930B2 (en) * | 2000-11-17 | 2006-06-27 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Liquid epoxy resin composition and semiconductor device |
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| US7781543B2 (en) | 2002-09-05 | 2010-08-24 | Daicel Chemical Industries, Ltd. | Curable alicyclic diepoxy resin composition |
| JP2009073933A (ja) * | 2007-09-20 | 2009-04-09 | Toto Kasei Co Ltd | 耐熱劣化性を有するエポキシ樹脂組成物 |
| EP3029083A1 (en) * | 2014-12-02 | 2016-06-08 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Resin composition for semiconductor encapsulation and semiconductor encapsulation method using same |
| WO2018092606A1 (ja) * | 2016-11-18 | 2018-05-24 | 日立化成株式会社 | 封止用フィルム及びその硬化物、並びに、電子装置 |
| JPWO2018092606A1 (ja) * | 2016-11-18 | 2019-10-17 | 日立化成株式会社 | 封止用フィルム及びその硬化物、並びに、電子装置 |
| CN116083018A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-05-09 | 广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院 | Qfn封装材料及其制备方法及其应用 |
| CN116083018B (zh) * | 2022-12-30 | 2023-10-13 | 广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院 | Qfn封装材料及其制备方法及其应用 |
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