JPH11343392A - テープキャリアパッケージ用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】テープキャリアパッケージ用の封止材として、
塗布性、塗膜の外観に優れ、耐熱性、耐湿性等の各種信
頼性に優れた半導体装置を実現するエポキシ樹脂組成物
を提供する。 【解決手段】半導体素子の回路形成面、キャリアテープ
上に形成されたインナーリード及び前記半導体素子の回
路形成面に形成された電極とインナーリードとの接合部
を（ａ）エポキシ樹脂，（ｂ）フェノール樹脂系硬化
剤，（ｃ）硬化促進剤，（ｄ）無機質充填剤及び（ｅ）
有機溶剤を含有し、前記（ａ)，（ｂ）及び(ｃ）からな
る樹脂成分が３０〜６０重量％，（ｄ）無機質充填剤が
４０〜７０重量％，（ｅ）有機溶剤が１５〜３０重量％
の混合物であり、２５℃における粘度が５〜３０ポイ
ズ,揺変指数が１.１〜１.５であることを特徴とするテ
ープキャリアパッケージ用エポキシ樹脂組成物を用いて
封止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の多ピ
ン化，薄型実装に対応が容易なテープキャリアパッケー
ジの封止用材料として有用なエポキシ樹脂組成物に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話，デジタルカメラ，デジ
タルビテオ，ＰＤＡ（Personal Digital Assistan
t)などの電子機器の超小型化や高性能化が急速に進んで
いる。これは半導体素子の高集積化や高機能化に負うと
ころが極めて大きい。これを達成するもう一つの重要な
技術は半導体装置の高密度実装技術である。半導体装置
の実装技術には種々の方式があり、薄型実装技術とし
て、テープキャリア方式がある。その代表であるＴＡＢ
（Tape Automated Bonding）方式は、液晶パネル駆動用
ＩＣ、メモリＡＳＩＣ（Application Specific Integra
ted Circuit），マイクロコンピュータなどの実装に用
いられている。図１にＴＡＢ方式を用いた樹脂封止半導
体装置の構造を示す。図の中の封止材（樹脂組成物）
は、ＴＡＢ方式が開発された当初は無溶剤タイプの液状
エポキシ樹脂組成物を用いていたが、最近は塗膜の厚さ
を薄くできる溶剤タイプの液状エポキシ樹脂組成物が用
いられている。液状エポキシ樹脂組成物の塗布方法に
は、ディスペンス法，スプレー法，浸漬法，印刷法など
種々の方式があるが、テープキャリアパッケージの封止
にはディスペンス法で行うことが多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】テープキヤリア方式で
実装した半導体素子は、半導体素子の種類によって耐湿
信頼性が著しく劣る場合がある。これは、封止後の樹脂
塗膜の厚さが１００〜２００μｍ程度の薄い膜であるこ
と、半導体素子の種類により回路形成面に形成される電
極の構造が異なり、電極が剥き出しの構造があること、
封止材であるエポキシ樹脂組成物の耐湿性やイオン性不
純物の低減対策が不十分であることなどによる。

【０００４】また、 テープキャリアパッケージは、図
１に示すように、キャリアテープの開口部に突き出たイ
ンナーリードと半導体素子が電気的に接合されている。
そのため、半導体素子はキャリアテープ開口部よりも面
積が小さく、キャリアテープと半導体素子の間には隙間
がある。通常、封止材は半導体素子表面だけでなく、イ
ンナーリード及び半導体素子とキャリアテープの隙間及
びキャリアテープの開口部外周に塗布し、加熱硬化する
場合が多い。その際、塗布した封止材は半導体素子とキ
ャリアテープの隙間から半導体素子の側面に沿って下方
に流れ込み、また、リードやキャリアテープの表面を濡
れ広がる。封止材の流動性が大き過ぎると、封止材が半
導体素子の裏面に廻り込んだり、封止材の断面形状が図
２に示すようにいろいろな形状になり、塗布面積，塗布
厚みが設計値よりも大きくなってしまう。

【０００５】最近の液晶表示用パネルは表示部の面積を
大きくするため、駆動用ＩＣはその形状がスリム化し、
ＩＣを搭載したテープキャリアパッケージはパネルの側
面または裏面に折り曲げ実装することがある。

【０００６】ところが、塗布形状が設計値よりも大きく
なると所定の寸法で折り曲げ実装することができなくな
り、塗布形状によっては、折り曲げ時に発生する応力に
よって封止材とキャリアテープ，半導体素子との界面に
剥離が生じたり、リードの断線，半導体素子クラックな
どの問題が発生する。逆に、封止材の流動性が小さすぎ
ると濡れ広がり性や含浸性が低下し、塗布厚みが厚くな
るため狭い隙間に実装することができなくなったり、折
り曲げ実装時に封止材とキャリアテープ，半導体素子界
面に剥離が生じたり、リードの断線，半導体素子クラッ
クなどの問題を生じ、このような欠陥によって実装後の
半導体素子の信頼性が低下する。そのため、テープキャ
リアパッケージ用の封止材は塗布作業性や成膜性（形状
制御性）に対する要求が極めて厳しい。

【０００７】また、硬化した半導体素子表面の封止材に
はマークインクを印刷するため、硬化物表面には適度な
平滑性が要求される。さらに、完成したパッケージを光
学的な手法を用いて検査を行ったり、実装工程で光学的
手法で位置合わせをすることがあり、硬化した封止材が
光沢を有すると光の反射が強過ぎて検査や位置合わせを
効率的に行えないといった問題があり、硬化した封止材
表面は光沢レスにすることが望まれている。

【０００８】上記したように、テープキャリアパッケー
ジ方式の半導体装置は、用いる封止用樹脂組成物の塗布
性能、塗膜状態（外観、平坦性等）が半導体装置の信頼
性と深く関係している。本発明の課題は、塗布（封止）
性に優れ、高い信頼性を有する半導体装置を提供可能な
エポキシ樹脂組成物の開発である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題の解
決を図るものでありその手段は以下の通りである。

【００１０】（１）半導体素子の回路形成面、キャリア
テープ上に形成されたインナーリード及び前記半導体素
子の回路形成面に形成された電極とインナーリードとの
接合部を封止するのに用いる樹脂組成物であって、
（ａ）エポキシ樹脂，（ｂ）フェノール樹脂系硬化剤，
（ｃ）硬化促進剤，（ｄ）無機質充填剤及び（ｅ）有機
溶剤を含有し、前記（ａ)，（ｂ）及び(ｃ）からなる樹
脂成分が３０〜６０重量％，（ｄ）無機質充填剤が４０
〜７０重量％，（ｅ）有機溶剤が１５〜３０重量％の混
合物であり、２５℃における粘度が５〜３０ポイズ,揺
変指数が１.１〜１.５であることを特徴とするテープキ
ャリアパッケージ用エポキシ樹脂組成物。

【００１１】（２）無機質充填剤は、平均粒径が１〜１
０μｍ，最大粒子径が実質的に２０μｍ以下，比表面積
が１０ｍ^２／ｇ 以下の球形溶融シリカであることを特
徴とする前記（１）記載のテープキャリアパッケージ用
エポキシ樹脂組成物。

【００１２】（３）有機溶剤は、エポキシ樹脂組成物の
一次硬化温度よりも高い沸点を有する芳香族系化合物又
は脂肪族系化合物の沸点を異にする二種以上を含む混合
物であることを特徴とする前記（１）又は（２）記載の
テープキャリアパッケージ用エポキシ樹脂組成物。

【００１３】本発明を構成する各成分のうち、（ａ）の
エポキシ樹脂は一般に使用されているビスフェノールＡ
型，ビスフェノールＦ型，ビスフェノールＡ／Ｆ型又は
ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキ
シ樹脂、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ト
リフェノールメタン型エポキシ樹脂、アラルキル基含有
エポキシ樹脂、ビフェニル骨格，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多官能エポキシ樹
脂、脂環式エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂、臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹
脂等を用いることができる。

【００１４】また、これらのエポキシ樹脂とエポキシ
基，カルボキシル基，アミノ基等の官能基を有するシリ
コーン系オリゴマー又はアクリロニトリル，ブタジエ
ン，イソプレンなどの単量体を重合して得られる重合
体、あるいはエポキシ樹脂とポリアミド系樹脂などを反
応させて得られる各種の変性エポキシ樹脂を単独または
上記各種エポキシ樹脂と併用することができる。

【００１５】該エポキシ樹脂は室温で液状であっても固
形であってもよい。樹脂組成物に適度な成膜性を付与す
るためには該エポキシ樹脂は分子量が１８０〜３,００
０の範囲で広井い分布を有することが好ましい。

【００１６】（ｂ）フェノール樹脂系硬化剤は、フェノ
ール系化合物とアルデヒド系化合物あるいはアラルキル
エーテル化合物などとの重縮合物を用いることができ
る。具体的には、フェノールノボラック樹脂，アラルキ
ル変性フェノールノボラック樹脂，クレゾールノボラッ
ク樹脂，ナフトール樹脂，アラルキルフェノール樹脂，
トリフェノール樹脂等である。

【００１７】該硬化剤成分はエポキシ樹脂のエポキシ基
１個当たりのエポキシ当量に対して、フェノール樹脂の
水酸基当量が０.５〜１.５当量、好ましくは０.８〜１.
２当量で配合することが好ましい。該硬化剤の配合量が
エポキシ樹脂に対して０.５ 当量未満では、エポキシ樹
脂が化学量論的に過剰となり、また、１.５ 当量を超え
ると逆に硬化剤成分が過剰になり、いずれの場合も樹脂
の硬化が不完全になり、硬化物の耐熱性，耐湿性並びに
電気特性等が悪くなる。

【００１８】（ｃ）硬化促進剤は、各種アミン系化合
物，イミダゾール系化合物、オルガノホスフィン系化合
物，四級アンモニウムまたはホスホニウム系化合物等を
使用できる。該硬化促進剤の配合量は、エポキシ樹脂１
００重量部に対し、０.１ 〜１０重量部、好ましくは１
〜５重量部の範囲がよい。０.１ 重量部未満では硬化反
応の促進性が小さく、また、１０重量部を超えると促進
性が強過ぎエポキシ樹脂組成物（封止材）の貯蔵安定性
や成膜性に問題が生じる。

【００１９】（ｄ）無機質充填剤は、溶融シリカ、結晶
性シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム、珪酸ジルコニウ
ム、タルク、クレー、マイカ等の微粉末を用いることが
できる。本発明においては特に溶融シリカを用いること
が好ましい。該無機質充填剤は液状エポキシ樹脂組成物
への揺変性の付与、硬化物の熱膨張係数や熱伝導率、弾
性率の調整などを主な目的として配合するものである。

【００２０】該無機質充填剤は、エポキシ樹脂硬化物
（有機溶剤は含まない）全体に対して５０〜９５重量％
で配合することが好ましい。該無機質充填剤が５０重量
％未満では前記の特性を充分付与できず、また、９５重
量％を超えて配合した場合はエポキシ樹脂組成物の粘度
が著しく上昇し流動性が低下するため封止(塗布)しにく
くなる。

【００２１】該無機質充填剤は平均粒径が１〜１０μｍ
の範囲が好ましい。平均粒径が１μｍ未満ではエポキシ
樹脂組成物の粘度や揺変性が著しく上昇し流動性が低下
するため封止（塗布）がしにくい。また、無機質充填剤
と樹脂との界面の濡れが悪くなり硬化物の特性や外観が
低下する。平均粒径が１０μｍを超えると、エポキシ樹
脂組成物を塗布する際に、無機質充填剤と樹脂成分の分
離・沈降が起き易くなる。このため、硬化物中の無機質
充填剤の分布が不均一になり硬化物物性にばらつきが生
じる。

【００２２】また、インナリード及び半導体素子とキャ
リアテープ等の狭い隙間に対するエポキシ樹脂組成物の
含浸性が低下する。無機質充填剤を多量配合する場合は
充填剤の形状並びに粒度分布に対する配慮が必要であ
る。特に、８０重量％以上配合する場合には角形よりも
球形タイプが好ましく、また、粒度分布は０.１〜２０
μｍ の広い範囲に分布するものが好ましい。このよう
な無機質充填剤は最密充填構造をとるため配合量を増や
してもエポキシ樹脂組成物の粘度上昇が少なく、優れた
流動性を付与できる。

【００２３】本発明のエポキシ樹脂組成物は、２５℃に
おける揺変指数を１.１〜１.５の範囲とすることが特徴
である。本発明において該揺変指数（揺変性）を決定す
る重要な因子は無機質充填剤の粒度分布である。無機質
充填剤の平均粒径が１〜１０μｍ，粒度分布が０.１〜
２０μｍの範囲において、１μｍ未満の粒子成分の割合
を変えることにより揺変指数を調整できる。

【００２４】（ｅ）有機溶剤としては、４−ヒドロキシ
−４−メチル−２−ペンタノン（沸点：１６６℃），２
−（２−ブトキシエトキシ）エタノール(沸点：２３０
℃)，２−（２−メトキシエトキシ）エタノール（沸
点：２０２℃），ジプロピレングリコールメチルエーテ
ル（沸点：１８０〜１９２℃），キシレン（沸点：１３
７〜１４０℃）等の沸点がエポキシ樹脂組成物の一次硬
化温度（８０〜１２０℃）よりも高い芳香族系化合物又
は脂肪族系化合物の沸点を異にする二種以上を含む混合
物を用いることが好ましい。該有機溶剤の沸点が低過ぎ
ると、有機溶剤の飛散速度が速すぎて安定した成膜性が
得らない。また、有機溶剤の沸点が２３０℃を超える
と、エポキシ樹脂組成物の乾燥に長時間の加熱を必要と
し作業性の点で好ましくない。本発明において、沸点が
異なる二種以上の有機溶剤を併用する理由は、有機溶剤
の急速な蒸発を抑制し安定した成膜性を得るためであ
る。

【００２５】本発明のエポキシ樹脂組成物は、２５℃に
おける粘度を５〜３０ポイズとすることを特徴とする。
この粘度を決定する主要な因子は、エポキシ樹脂組成物
の中の有機溶剤の配合量である。該有機溶剤の配合量は
使用するエポキシ樹脂や硬化剤の種類及び分子量、無機
質充填剤の平均粒径及び粒度分布、必要とする塗布厚み
等によって異なる。好ましくは、エポキシ樹脂組成物全
体に対して、５〜４０重量％、更に好ましくは２０〜３
０重量％の範囲で配合すれば所望の粘度に調整できる。

【００２６】なお、本発明では必要に応じ難燃化剤とし
て、上記の臭素化エポキシ樹脂に、三酸化アンチモン，
四酸化アンチモン，五酸化アンチモン等を添加して用い
ることができる。

【００２７】また、樹脂封止した半導体素子の耐湿信頼
性や、高温放置下での電極との接合部の接続信頼性を向
上させるために、Ｍｇ_４.５Ａ１_２(ＯＨ)_１３ＣＯ_３・
３.５Ｈ_２Ｏで表されるハイドロタルサイト化合物、Ｓ
ｂ，Ｂｉ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｓｎ等の含水酸化物のような無
機イオン交換体を配合することもできる。

【００２８】さらに、エポキシ樹脂硬化物の強靭化や低
弾性率化を図るために、公知の各種可撓化剤を配合でき
る。該可撓化剤は、エポキシ樹脂と非相溶性のものが硬
化物のガラス転移温度（耐熱性）を下げずに弾性率を下
げるのに有効である。具体的には例えば、ブタジエン・
アクリロニトリル・スチレン系共重合体や該重合体の末
端または側鎖にエポキシ基，アミノ基，カルボキシル
基，水酸基等を有する変性共重合体、末端または側鎖に
エポキシ基，アミノ基，カルボキシル基，水酸基などを
有する変性シリコーン系エラストマー等がある。該可撓
化剤は取り扱い性や樹脂成分との分散性の点から微粉末
状で、予めエポキシ樹脂や硬化剤に細かく分散させたも
のを用いることが好ましい。

【００２９】また、樹脂成分と無機質充填剤，エポキシ
樹脂組成物とキャリアテープ，半導体素子，レジストな
どとの濡れ性，接着性を向上するため、エポキシシシラ
ン、アミノシラン、ウレイドシラン等のシラン系カップ
リング剤，チタネート系又はアルミキレート系等の各種
カップリング剤を使用できる。

【００３０】これらの各成分は、擂潰機，ミキシンギロ
ール等を併用して混練し、テープキャリア封止用のエポ
キシ樹脂組成物として使用できる。

【００３１】本発明においては、エポキシ樹脂，無機質
充填剤及び有機溶剤の配合割合を特定することにより、
エポキシ樹脂組成物の粘度を調整し、無機質充填剤の平
均粒径，最大粒子径並びに粒度分布を特定することによ
り、エポキシ樹脂組成物の揺変指数を調整し、さらに、
沸点が異なる二種以上の有機溶剤を併用することにより
有機溶剤の蒸発速度を制御し、テープキャリアへの封止
（塗布）作業性，成膜性に優れたテープキャリアバッケ
ージ封止用液状エポキシ樹脂組成物を提供することがで
きる。該エポキシ樹脂組成物を用いてテープキャリアパ
ッケージを封止することにより実装性，実装後の各種信
頼性に優れたテープキャリアパッケージを得ることが可
能になる。

【００３２】

【発明の実施の形態】

【００３３】

【実施例１〜３】

【比較例１〜５】エポキシ樹脂として、ビスフェノール
Ａ型エポキシ樹脂Ｒ３６４及びビスフェノールＡ／Ｄ型
エポキシ樹脂Ｒ７１０の混合物；重量比４／６（三井石
油化学株製）を、硬化剤として、フェノールノボラック
樹脂Ｈ−１００（明和化成株製）を、硬化促進剤とし
て、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（北興化学株製）を、可とう化材として、
アクリロニトリルブタジエンゴム（ＪＳＲ株製）、無機
質充填剤として、球形溶融シリカＡ＃１（扶桑シルテッ
ク株製）及び同Ｂ＃２（龍森株製）を、有機溶剤とし
て、ジプロピレングリコールメチルエーテル、４―ヒド
ロキシー４―メチルー２―ペンタノン、２―（２―メト
キシエトキシ）エタノール及びメチルエチルケトンの４
種を、その他添加材を含めて表１に示した所定量を配合
した。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１に示す８種の各配合物をそれぞれ別個
に擂潰機及び三本ロールを用いて、２５℃、２０分間混
練し、目的のテープキャリア封止用エポキシ樹脂組成物
（封止材）を作製した。

【００３６】表１に、上記で得られたエポキシ樹脂組成
物、及び該エポキシ樹脂組成物を１００℃／３０分＋１
５０℃／２時間加熱して得られた硬化物の特性を示す。

【００３７】さらに、半導体素子表面にアルミニウムの
ジグザグ回路配線を施した試験用素子を用いて、該素子
上の電極とキャリアテープ上に形成されたインナリード
とを接合した部分を、前記８種のエポキシ樹脂組成物
（封止材）で塗布した後、１００℃／３０分＋１５０℃
／２時間硬化して封止実装したテープキャリア封止品
（図１を参照）について各種信頼性試験を行った。その
結果も表１に示した。

【００３８】なお、抽出液特性は硬化物を微粉砕後１０
倍量の純水と混合しこれを１２１℃／２気圧で２０時間
加熱した時に抽出されたＣｌ⁻濃度，抽出液のｐＨ及び
電気伝導度を測定した。

【００３９】また、パッケージの折り曲げ強度は図２に
示す方法で行い、封止材と半導体素子，キャリアテー
プ，レジストとの界面に剥離が生じたり、リードの断線
あるいは半導体素子クラックが発生するときの荷重を測
定した。

【００４０】また、粘度の測定はＥＮＤ型回転粘度計
（東京計器・株製）用い、ロータは３度コーン、回転数
２０ｒｐｍ、サンプル量２．５ｍｌでロータ回転後６０
秒後のメータの指示値から算出した。

【００４１】また、硬化物のガラス転位温度（Ｔｇ）、
線膨張係数（α）の測定は、硬化物を２０ｘ４ｘ０．１
５（ｔ）ｍｍに切り出したものを試料とし、ＴＭＡ８１
４０（理学電気株製）を用い、引っ張り荷重５ｇ、昇温
速度５℃／分で線膨張率を測定し、その勾配及び変曲点
から線膨張係数（α）及びＴｇを求めた。

【００４２】また、硬化物の表面及び断面の状態の評価
は肉眼及び顕微鏡観察により行った。

【００４３】また、テープキャリア封止品の信頼性の評
価は、ＰＣＴ：１２１℃、２気圧、高温放置：１７５℃
（大気中）、温度サイクル寿命：−５０ど／１０分と１
２５℃／１０分を１サイクルとして、繰り返し試験を行
い、不良の発生サイクルで示した。

【００４４】表１の結果から、本発明の実施例１〜３は
比較例１〜５に比べて、テープキャリアに対する塗布
（封止）性と、半導体装置の信頼性に優れている。

【００４５】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は塗布性に
優れ、該エポキシ樹脂組成物で封止したテープキャリア
パッケージは各種信頼性が優れている。また、高集積度
化，高機能化に伴って多ピン化が進む半導体素子を薄
型，高密度実装するのに適しており、各種電子機器の小
型，薄型，軽量化を進めるうえで有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 テープキャリアパッケージの構造の上面図
（ａ）、断面図（ｂ）を示す。

【図２】 テープキャリアパッケージの折り曲げ試験方
法を示す。

【符号の説明】

１…キャリアテープ、２…レジスト、３…リード、４…
半導体素子（チップ）、５…バンプ、６…封止材（エポ
キシ樹脂組成物）、７，７'…押さえ治具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ０８Ｋ 5/00 Ｃ０８Ｋ 5/00 Ｈ０１Ｌ 23/28 Ｈ０１Ｌ 23/28 Ｔ 23/29 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】テープキャリアパッケージの封止に用いら
   れる樹脂組成物であって、（ａ）エポキシ樹脂，（ｂ）
   フェノール樹脂系硬化剤，（ｃ）硬化促進剤，（ｄ）無
   機質充填剤及び（ｅ）有機溶剤を含有し、前記（ａ)，
   （ｂ）及び(ｃ）からなる樹脂成分が３０〜６０重量
   ％，（ｄ）無機質充填剤が４０〜７０重量％，（ｅ）有
   機溶剤が１５〜３０重量％の混合物であり、２５℃にお
   ける粘度が５〜３０ポイズ,揺変指数が１.１〜１.５で
   あることを特徴とするテープキャリアパッケージ用エポ
   キシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】無機質充填剤が、平均粒径が１〜１０μ
   ｍ，最大粒子径が実質的に２０μｍ以下，比表面積が１
   ０ｍ^２／ｇ 以下の球形溶融シリカであることを特徴と
   する請求項１記載のテープキャリアパッケージ用エポキ
   シ樹脂組成物。
3. 【請求項３】有機溶剤が、エポキシ樹脂組成物の一次硬
   化温度よりも高い沸点を有する芳香族系化合物又は脂肪
   族系化合物の沸点を異にする二種以上を含む混合物であ
   ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のテープ
   キャリアパッケージ用エポキシ樹脂組成物。