JPWO2018105057A1 - 封止用樹脂組成物、硬化物、電子部品装置及び電子部品装置の製造方法 - Google Patents

封止用樹脂組成物、硬化物、電子部品装置及び電子部品装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

(A)エポキシ樹脂、(B)アミノ基を少なくとも1つ有する硬化剤、(C)フェノキシ構造を有する樹脂及び(D)無機充填材を含む封止用樹脂組成物。

Description

本発明は、封止用樹脂組成物、硬化物、電子部品装置及び電子部品装置の製造方法に関する。
近年、半導体チップ等の電子部品について高集積化が要求されており、例えば、半導体チップと基板とがはんだバンプで接合されたフリップチップパッケージが半導体モジュールに用いられる場合が多い。
このような半導体モジュールは、携帯電話、スマートフォン等の小型モバイルに搭載されており、年々市場での需要が大きくなっている。フリップチップパッケージには、その絶縁性を確保するために封止材としてアンダーフィル材が用いられている。アンダーフィル材は室温で流動性を示すため、毛細管現象を利用することでチップと基板との間に充填され、その後アンダーフィル材を硬化させる方法等によりフリップチップパッケージの封止性が得られる。
このような半導体モジュールの製造過程で、未硬化のアンダーフィル材を硬化させる際に、アンダーフィル材に含まれる流動性の高い成分がアンダーフィル材から滲み出るブリード現象が生じる問題がある。ブリード現象が生じると、アンダーフィル材中から染み出した流動性の高い成分が基板上の配線を汚染してしまい、半導体モジュールの信頼性及び接合性が低下するという問題がある。
ブリード現象を解消する方法として、例えば、数平均分子量が600〜1000であるエポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)、有機溶剤(C)、カップリング剤(D)及び無機フィラー(E)からなる絶縁ペーストを使用する方法が開示されている(例えば、特許文献1)。
特開2000−178342号公報
しかしながら、近年、半導体チップ等の電子部品は益々小型化が求められてきており、電子部品周辺に配置される配線までの距離が短くなっている。このような小型化された電子部品を備える半導体モジュールでは、上記特許文献1に記載の方法ではブリード現象発生の抑制が十分でなく、より厳密にブリード現象の発生を抑制可能な組成物が望ましい。
ここで、ブリード現象は、半導体モジュールに適用されるソルダーレジスト基板の表面に流動性の高い成分が染み出すことで生じ、ブリード現象での流動性の高い成分の染み出しの程度は基板の種類にも依存する。また、基板表面がプラズマ処理されている場合、特にブリード現象が発生しやすい。そのため、ブリード現象の発生を抑制する点から、基板表面のプラズマ処理を行わないことが好ましい。しかしながら、プラズマ処理は半導体モジュールの封止前工程にて基板表面の洗浄に用いられるため、製造上避けて通れない場合が多く、基板表面がプラズマ処理されている場合であっても、ブリード現象の発生を抑制できることが望ましい。
本発明の一形態は、ブリード現象の発生を抑制可能な封止用樹脂組成物、この封止用樹脂組成物を硬化してなる硬化物及びこの硬化物を備える電子部品装置ならびにこの封止用樹脂組成物を用いた電子部品装置の製造方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明者らは鋭意検討した結果、フェノキシ構造を含む樹脂を封止用樹脂組成物に用いることにより、ブリード現象の発生を抑制可能な封止用樹脂組成物が得られることを見出した。
前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
<1> (A)エポキシ樹脂、(B)アミノ基を少なくとも1つ有する硬化剤、(C)フェノキシ構造を有する樹脂及び(D)無機充填材を含む封止用樹脂組成物。
<2> 前記(C)フェノキシ構造を有する樹脂の重量平均分子量(M)が500以上100,000以下である<1>に記載の封止用樹脂組成物。
<3> 前記(C)フェノキシ構造を有する樹脂の重量平均分子量(M)が2,000以上100,000以下である<1>に記載の封止用樹脂組成物。
<4> 前記(C)フェノキシ構造を有する樹脂が、下記一般式(1)で示される化合物を含む<1>〜<3>のいずれか1つに記載の封止用樹脂組成物。
(一般式(1)中、Aは一般式(2)で表される構造を表し、末端基Bは水酸基又は一般式(3)で示される基を表す。一般式(2)中、R及びRはそれぞれ独立して水素原子又はメチル基を表す。nは1〜1000の整数を示す。nが2以上の整数の場合、2つ以上のAは同一であっても異なっていてもよい。2つの末端基Bは同一であっても異なっていてもよい。)
<5> 前記(C)フェノキシ構造を有する樹脂の含有率が、封止用樹脂組成物に対して0.05質量%〜2.0質量%である<1>〜<4>のいずれか1つに記載の封止用樹脂組成物。
<6> 電子部品装置の封止に用いられる<1>〜<5>のいずれか1つに記載の封止用樹脂組成物。
<7> <1>〜<6>のいずれか1つに記載の封止用樹脂組成物を硬化してなる硬化物。
<8> 回路層を有する基板と、前記基板上に配置され、前記回路層と電気的に接続された電子部品と、前記基板と前記電子部品との間隙に配置された<7>に記載の硬化物と、を備える電子部品装置。
<9> 回路層を有する基板と、前記基板上に配置され、前記回路層と電気的に接続された電子部品とを、<1>〜<6>のいずれか1つに記載の封止用樹脂組成物を用いて封止する工程を有する電子部品装置の製造方法。
本発明の一形態によれば、ブリード現象の発生を抑制可能な封止用樹脂組成物、この封止用樹脂組成物を硬化してなる硬化物及びこの硬化物を備える電子部品装置ならびにこの封止用樹脂組成物を用いた電子部品装置の製造方法を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。
本開示において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
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、1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。
本開示において組成物中の各成分の含有率又は含有量は、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、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。
本開示において組成物中の各成分の粒子径は、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、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。
本開示において「層」の語には、当該層が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
[封止用樹脂組成物]
本開示の封止用樹脂組成物は、(A)エポキシ樹脂、(B)アミノ基を少なくとも1つ有する硬化剤、(C)フェノキシ構造を有する樹脂及び(D)無機充填材を含む。封止用樹脂組成物は、例えば、電子部品の封止に用いることができる。封止用樹脂組成物は、ブリード現象の発生を抑制可能である。この理由としては、以下のように推測される。
封止用樹脂組成物中に含まれるフェノキシ樹脂は、ブリード現象の原因となりうる、流動性の高い成分と親和性が高い。そのため、基板上に封止用樹脂組成物が付与された場合、封止用樹脂組成物の一部が基板上に分離することが抑制され、ブリード現象の発生が抑制されると考えられる。また、封止用樹脂組成物中に流動性の高い成分として、25℃で液状のエポキシ樹脂等の液状成分が含まれる場合も、フェノキシ樹脂と液状成分とは親和性が高いため、好適にブリード現象の発生が抑制されると考えられる。
また、基板表面がプラズマ処理されている場合、ブリード現象が発生しやすくなる。しかしながら、前述の封止用樹脂組成物を用いることにより、基板表面がプラズマ処理されている場合であっても、ブリード現象の発生を抑制することができる。
以下、封止用樹脂組成物に含まれる各成分について説明する。
<(A)エポキシ樹脂>
本開示の封止用樹脂組成物は(A)エポキシ樹脂を含む。(A)エポキシ樹脂は、封止用樹脂組成物に、硬化性及び接着性を付与し、封止用樹脂組成物の硬化物に、耐久性及び耐熱性を付与する。
(A)エポキシ樹脂は、流動性の観点から25℃で液状のエポキシ樹脂を含むことが好ましい。また、25℃で固形のエポキシ樹脂を併用してもよく、封止用樹脂組成物の流動性に影響を与えない範囲内において、25℃で固形のエポキシ樹脂を併用することが好ましい。
なお、本開示において、封止用樹脂組成物に含まれる各成分について、25℃における粘度が50Pa・s以下であるものを「25℃で液状」という。
(A)エポキシ樹脂として25℃で液状のエポキシ樹脂を含むことで、封止用樹脂組成物の流動性が向上する傾向にある。
(A)エポキシ樹脂の25℃における粘度としては、50Pa・s以下であることが好ましく、0.01Pa・s〜40Pa・sであることがより好ましく、0.5Pa・s〜30Pa・sであることが更に好ましい。
本開示において、(A)エポキシ樹脂等の封止用樹脂組成物に含まれる各成分についての25℃における粘度は、E型粘度計(コーン角3°)を用いて、25℃及び回転数10回転/分の条件において測定された値をいう。
(A)エポキシ樹脂の種類は、特に限定されない。エポキシ樹脂としては、ナフタレン型エポキシ樹脂;ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールS、水添ビスフェノールA等のジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂;オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を代表とするフェノール類とアルデヒド類とのノボラック樹脂をエポキシ化したもの;フタル酸、ダイマー酸等の多塩基酸とエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂;ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸等のアミン化合物とエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂などが挙げられる。
(A)エポキシ樹脂のエポキシ当量は、粘度調整の観点から、80g/eq〜250g/eqであることが好ましく、85g/eq〜240g/eqであることがより好ましく、90g/eq〜230g/eqであることが更に好ましい。
本開示におけるエポキシ当量の測定手法を以下に記載する。
エポキシ樹脂をメチルエチルケトンに溶解する。溶解液に氷酢酸、セチルトリメチル臭化アンモニウム及びスクリーン指示薬(パテントブルー0.3gを氷酢酸100mLに溶解した溶液と、チモールブルー1.5gをメタノール500mLに溶解した溶液を混合して調製したもの)を加え、0.1Nに調整した過塩素酸溶液を用いて滴定し、溶液の色がピンクに変化し、ピンク色で1分間持続した点を終点とする。また、ブランクテストを行い、下記式よりエポキシ当量を算出する。
エポキシ当量(g/eq)=(1000×W)/{(S−B)×N}
W:試料質量
B:ブランクテストに使用した0.1N過塩素酸溶液の量
S:サンプルの滴定に使用した0.1N過塩素酸溶液の量
N:過塩素酸溶液の規定度(0.1N)
(A)エポキシ樹脂の重量平均分子量は特に限定されない。(A)エポキシ樹脂の重量平均分子量としては、100〜1,000であることが好ましく、150〜800であることがより好ましく、200〜500であることが更に好ましい。
本開示における重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)の測定手法を以下に記載する。
重量平均分子量及び数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC)によって測定し、標準ポリスチレンの検量線を用いて換算することにより導出する。GPCの条件は、以下に示すとおりである。
−GPC条件−
ポンプ:日立 L−6000型(株式会社日立製作所製)
カラム:以下の計3本
・Gelpack GL−R420
・Gelpack GL−R430
・Gelpack GL−R440
(以上、日立化成株式会社製、商品名)
溶離液:テトラヒドロフラン
測定温度:25℃
流量:2.05mL/分
検出器:日立 L−3300型RI(株式会社日立製作所製)
(A)エポキシ樹脂としては、市販品を用いてもよい。市販品の(A)エポキシ樹脂としては、新日鉄住金化学株式会社製ビスフェノールF型エポキシ樹脂(品名:YDF−8170C)、新日鉄住金化学株式会社製ビスフェノールA型エポキシ樹脂(品名:YD−128)、三井化学株式会社製ビスフェノールA型エポキシ樹脂(品名R−140P)、三菱化学株式会社製アミン型エポキシ樹脂(品名:jER−630)、DIC株式会社製ナフタレン型エポキシ樹脂(品名:HP−4032)等が挙げられる。(A)エポキシ樹脂は、これら具体例に限定されない。(A)エポキシ樹脂は、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
(A)エポキシ樹脂の含有率は、封止用樹脂組成物に対して、10質量%〜50質量%であることが好ましく、15質量%〜40質量%であることがより好ましく、20質量%〜35質量%であることが更に好ましい。
<(B)アミノ基を少なくとも1つ有する硬化剤(特定硬化剤)>
本開示の封止用樹脂組成物は、(B)アミノ基を少なくとも1つ有する硬化剤(以下、「(B)特定硬化剤」とも称する)を含む。(B)特定硬化剤は、後述するその他の硬化剤と比較して、流動性及びポットライフに優れる封止用樹脂組成物を調製できる傾向にある。
(B)特定硬化剤は、(A)エポキシ樹脂を硬化させることができるものであれば特に限定されない。(B)特定硬化剤としては、エポキシ樹脂とともに重合により硬化するものであればよく、封止用樹脂組成物としたときに、封止用樹脂組成物が流動性を有するならば、25℃で液状のものでも25℃で固形状のものでも使用可能である。(B)特定硬化剤として25℃で液状の硬化剤を含むことで、封止用樹脂組成物の流動性が向上する傾向にある。
(B)特定硬化剤としては、鎖状脂肪族アミン、環状脂肪族アミン、脂肪芳香族アミン、芳香族アミン等のアミン系硬化剤が挙げられる。アミン系硬化剤としては、耐熱性及び電気特性の観点から芳香族アミンが好ましい。
アミン系硬化剤としては、具体的には、m−フェニレンジアミン、1,3−ジアミノトルエン、1,4−ジアミノトルエン、2,4−ジアミノトルエン、3,5−ジエチル−2,4−ジアミノトルエン、3,5−ジエチル−2,6−ジアミノトルエン、2,4−ジアミノアニソール等の芳香環1個の芳香族アミン硬化剤;2,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフォン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフォン、4,4’−メチレンビス(2−エチルアニリン)、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’,5,5’−テトラエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン等の芳香環が2個の芳香族アミン硬化剤;芳香族アミン硬化剤の加水分解縮合物;ポリテトラメチレンオキシドジ−p−アミノ安息香酸エステル、ポリテトラメチレンオキシドジ−p−アミノベンゾエート等のポリエーテル構造を有する芳香族アミン;芳香族ジアミンとエピクロルヒドリンとの縮合物;芳香族ジアミンとスチレンとの反応生成物などが挙げられる。
(B)特定硬化剤としては、市販品を用いてもよい。市販品の(B)特定硬化剤としては、日本化薬株式会社製アミン硬化剤(品名:カヤハード−AA)、三菱化学株式会社製アミン硬化剤(品名:jERキュア(登録商標)W、jERキュア(登録商標)113等)、アルベルマール日本株式会社製アミン硬化剤(品名:エタキュア300)などが挙げられる。(B)特定硬化剤は、これら具体例に限定されない。(B)特定硬化剤は、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
封止用樹脂組成物における(A)エポキシ樹脂と(B)特定硬化剤との含有比率は特に制限されず、(A)エポキシ樹脂に含まれるエポキシ基の当量数と(B)特定硬化剤に含まれるアミノ基の当量数との比も特に限定されない。それぞれの未反応分を少なく抑えるために、(A)エポキシ樹脂に含まれるエポキシ基の当量数に対する(B)特定硬化剤に含まれるアミノ基の当量数の比率(アミノ基の当量数/エポキシ基の当量数)は、0.6〜1.4の範囲であることが好ましく、0.7〜1.3の範囲であることがより好ましく、0.8〜1.2の範囲であることが更に好ましい。
封止用樹脂組成物における(B)特定硬化剤の含有量は特に制限されない。(B)特定硬化剤の含有量は、流動性、絶縁信頼性等の観点から、(A)エポキシ樹脂100質量部に対して、5質量部〜60質量部であることが好ましく、10質量部〜50質量部であることがより好ましい。
封止用樹脂組成物は、(B)特定硬化剤以外のその他の硬化剤を含んでいてもよい。その他の硬化剤としては、フェノール系硬化剤、酸無水物系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、カルボン酸ジヒドラジド系硬化剤等が挙げられる。
(B)特定硬化剤以外のその他の硬化剤を併用する場合、封止用樹脂組成物におけるその他の硬化剤の含有量は、流動性、絶縁信頼性等の観点から、(A)エポキシ樹脂100質量部に対して、0.5質量部〜5.0質量部であることが好ましく、1.0質量部〜3.0質量部であることがより好ましい。
(B)特定硬化剤以外のその他の硬化剤を併用する場合、封止用樹脂組成物におけるその他の硬化剤の含有率は、流動性、絶縁信頼性等の観点から、硬化剤成分全量に対して、1質量%〜50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、8質量%〜20質量%であることが更に好ましい。
<(C)フェノキシ構造を有する樹脂(フェノキシ樹脂)>
本開示の封止用樹脂組成物は、(C)フェノキシ構造を有する樹脂(以下、「(C)フェノキシ樹脂」とも称する)を含む。(C)フェノキシ樹脂を含む封止用樹脂組成物は、ブリード現象の発生を抑制する効果とともに、優れた耐熱性及び優れた耐湿性を有し、パッケージ封止後の信頼性向上に寄与する傾向にある。
なお、本開示において、「フェノキシ構造」としては、ベンゼン環に酸素原子が結合した構造を意味し、フェノキシ基(C−O−)だけでなく、フェノキシ基の一部が置換されたもの、フェノキシ基の一部が水素化等により反応したもの等も含まれる。
(C)フェノキシ樹脂は、25℃において、液状のものでも固形状のものでも使用可能である。(C)フェノキシ樹脂が液状である場合、封止用樹脂組成物中に容易に溶解させることが可能となる傾向にある。一方、(C)フェノキシ樹脂が固形状の場合は、(A)エポキシ樹脂及び(B)特定硬化剤の少なくとも一方に(C)フェノキシ樹脂を溶解させることで封止用樹脂組成物が均一となりやすく、安定した特性が得られる傾向にある。(C)フェノキシ樹脂としては、25℃で液状のフェノキシ樹脂を含むことが好ましく、これにより、封止用樹脂組成物の流動性が向上する傾向にある。
封止用樹脂組成物中の(C)フェノキシ樹脂は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー、熱分解ガスクロマトグラフィー、赤外スペクトル分析等の方法で検出することができる。
(C)フェノキシ樹脂としては、分子構造中にフェノキシ構造を有するものであれば特に制限されない。(C)フェノキシ樹脂は、骨格中にエポキシ基及び水酸基の少なくとも一方を有していることが好ましい。(C)フェノキシ樹脂としては、ビスフェノール骨格を有するフェノキシ樹脂、ノボラック骨格を有するフェノキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するフェノキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するフェノキシ樹脂等が挙げられる。ビスフェノール骨格を有するフェノキシ樹脂中のビスフェノール構造としては、ビスフェノールA型構造、ビスフェノールF型構造、ビスフェノールS型構造、臭素化ビスフェノールA型構造、及び水添ビスフェノールA型構造等が挙げられる。フェノキシ樹脂がエポキシ基を有していてもよく、この場合、フェノキシ樹脂のエポキシ当量は、250g/eq超であればよく、また、1000g/eq以上であってもよく、3,000g/eq以上であってもよい。
なお、フェノキシ構造及びエポキシ基を有する樹脂について、エポキシ当量が250eq以下である場合に(A)エポキシ樹脂に含めるものとし、エポキシ当量が250eq超である場合に(C)フェノキシ樹脂に含めるものとする。
(C)フェノキシ樹脂は、コスト、流動性及び耐熱性の観点から、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、及びビスフェノールF型とビスフェノールA型との共重合エポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、下記一般式(1)で示される化合物を含むことがより好ましい。
一般式(1)中、Aは一般式(2)で表される構造を表し、末端基Bは水酸基又は一般式(3)で示される基を表す。一般式(2)中、R及びRはそれぞれ独立して水素原子又はメチル基を表す。nは1〜1000の整数を示す。nが2以上の整数の場合、2つ以上のAは同一であっても異なっていてもよい。2つの末端基Bは同一であっても異なっていてもよい。
(C)フェノキシ樹脂の重量平均分子量(M)は、ブリードをより好適に抑制する観点から500以上であることが好ましく、2,000以上であることがより好ましい。また、Mは耐熱性の観点から5,000以上が好ましく、ブリードをさらに好適に抑制する観点から20,000以上がより好ましい。Mは流動性の観点から100,000以下が好ましい。
(C)フェノキシ樹脂としては、市販品を用いてもよい。市販品の(C)フェノキシ樹脂としては、三菱化学株式会社製のjER1256、jER4250、jER4275、新日鉄住金化学株式会社製のYP−50、YP−50S、YP−70、ZX−1356−2、FX−316、YPB−43C、YPB−43M等が挙げられる。(C)フェノキシ樹脂は、これら具体例に限定されない。(C)フェノキシ樹脂は、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
封止用樹脂組成物における(C)フェノキシ樹脂の含有量は特に制限されない。(C)フェノキシ樹脂の含有量は、高い流動性及び高い耐熱性を維持したまま、ブリード現象の発生を好適に抑制する観点から(A)エポキシ樹脂100質量部に対して、0.1質量部〜15質量部であることが好ましく、0.5質量部〜10質量部であることがより好ましく、1.5質量部〜6質量部であることが更に好ましい。
封止用樹脂組成物における(C)フェノキシ樹脂の含有率は、ブリード現象の発生を抑制する効果が得られる範囲であれば特に制限されない。例えば、(C)フェノキシ樹脂の含有率は、耐熱性の観点から、封止用樹脂組成物に対して、3.0質量%以下であることが好ましく、2.0質量%以下であることがより好ましい。また、(C)フェノキシ樹脂の含有率は、流動性の観点から、封止用樹脂組成物に対して、2.0質量%以下であることが好ましく、1.5質量%以下であることがより好ましく、0.05質量%〜1.0質量%であることが更に好ましい。また、(C)フェノキシ樹脂の含有率は、高い流動性及び高い耐熱性を維持したまま、ブリード現象の発生を好適に抑制する観点から、封止用樹脂組成物に対して、0.05質量%〜2.0質量%であることが好ましく、0.1質量%〜1.5質量%であることがより好ましく、0.3質量%〜1.2質量%であることが更に好ましい。
(C)フェノキシ樹脂の含有量及び含有率が高いほどブリード現象の発生を抑制する効果が大きくなる傾向にあり、(C)フェノキシ樹脂の含有量及び含有率が低いほど増粘効果による流動性の低下を抑制できる傾向にある。
<(D)無機充填材>
本開示の封止用樹脂組成物は(D)無機充填材を含む。
(D)無機充填材を含む封止用樹脂組成物の硬化物は、耐ヒートサイクル性、耐湿性、及び応力低減に優れる傾向にある。
(D)無機充填材としては特に限定されない。(D)無機充填材の具体例としては、コロイダルシリカ、疎水性シリカ、球状シリカ等のシリカ、タルクなどが挙げられ、塗布時の流動性の観点から球状シリカが好ましい。
本開示において、シリカが「球状」であるとは、次のとおりである。
まず、天然シリカ又は合成シリカを加熱処理して球状化する場合、完全に溶融しなかった粒子は形状が真球状にならない場合がある。また、溶融した粒子同士が複数融着したものが混在する場合がある。更に、蒸発したシリカ蒸気がほかの粒子表面に付着して固化し、結果的に微粒子が付着した球状シリカ粒子が得られる場合がある。シリカが実質的に球状とはこのような形状の粒子の混在を許容するものであるが、例えば、粒子の球形度をワーデルの球形度[(粒子の投影面積に等しい円の直径)/(粒子の投影像に外接する最小円の直径)]で表したとき、この値が0.9以上の粒子が無機充填材シリカ全体の90質量%以上である場合に、シリカが「球状」であると称することとする。
(D)無機充填材としては、流動性の観点から、平均粒子径が0.01μm〜20μmの球状シリカが好ましく、平均粒子径が0.02μm〜10μmの球状シリカがより好ましい。
本開示における平均粒子径の測定手法を以下に記載する。
平均粒子径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置LA−920(株式会社堀場製作所製)を用いて粒子数及びその頻度を基とした粒度分布により測定された値をいう。分散溶媒としては、粒子を分散させるために水、アセトン又はエタノールのいずれかを使用することが好ましい。測定条件としては、粒子濃度を質量基準で数十ppm〜数百ppmとし、超音波処理時間を30分とし、測定温度を常温(25℃)とする。
また、(D)無機充填材の比表面積は特に制限されない。中でも流動性及び信頼性の観点から、(D)無機充填材の比表面積は、0.3mm/g〜300mm/gであることが好ましく、1.0mm/g〜100mm/gであることがより好ましい。なお、(D)無機充填材の比表面積はJIS Z 8830に準じて77Kでの窒素吸着能から測定される。
(D)無機充填材としては、市販品を用いてもよい。市販品の(D)無機充填材としては、株式会社アドマテックス製球状シリカ(品名:SO−E2、SE2300、SE2200−SEJ等)が挙げられる。(D)無機充填材は、これら具体例に限定されない。(D)無機充填材は、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
(D)無機充填材は、下記(F)カップリング剤の少なくとも1種によって予め表面処理の施されたものを用いてもよく、(F)カップリング剤によって表面処理の施された(D)無機充填材と、表面処理の施されていない(D)無機充填材とを併用してもよい。(F)カップリング剤によって表面処理の施された(D)無機充填材を用いることで、(D)無機充填材と樹脂成分との親和性が向上し、封止用樹脂組成物の作業性及び流動性、ならびに、硬化物の靭性、弾性率及び接着力を向上させることができる傾向にある。
(D)無機充填材を(F)カップリング剤によって表面処理する場合、(D)無機充填材と(F)カップリング剤との比率は、(D)無機充填材に対して(F)カップリング剤が0.2質量%〜5.0質量%であることが好ましく、0.3質量%〜3.0質量%であることがより好ましく、0.4質量%〜2.0質量%であることが更に好ましい。
(D)無機充填材の含有量は、流動性、絶縁信頼性等の観点から、(A)エポキシ樹脂100質量部に対して、5質量部〜80質量部であることが好ましく、20質量部〜70質量部であることがより好ましい。
(D)無機充填材の含有率は、流動性、絶縁信頼性等の観点から、封止用樹脂組成物に対して、40質量%〜85質量%であることが好ましく、50質量%〜75質量%であることがより好ましく、55質量%〜70質量%であることが更に好ましい。
前記封止用樹脂組成物が、(F)カップリング剤によって予め表面処理の施された(D)無機充填材を含む場合、(F)カップリング剤によって予め表面処理の施された(D)無機充填材の含有量は、流動性、接着性等の観点から、(A)エポキシ樹脂100質量部に対して、5質量部〜80質量部であることが好ましく、20質量部〜70質量部であることがより好ましい。
前記封止用樹脂組成物が、(F)カップリング剤によって予め表面処理の施された(D)無機充填材を含む場合、その含有率は、流動性、接着性等の観点から、封止用樹脂組成物に対して、40質量%〜85質量%であることが好ましく、50質量%〜75質量%であることがより好ましく、55質量%〜70質量%であることが更に好ましい。
<(E)ゴム添加物>
本開示の封止用樹脂組成物は、必要に応じて、(E)ゴム添加物を含んでもよい。
(E)ゴム添加物を含む封止用樹脂組成物の硬化物は、応力緩和に優れる傾向にある。
(E)ゴム添加物の種類は特に限定されるものではなく、従来より公知のものから適宜選択できる。(E)ゴム添加物の具体例としては、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ブタジエンゴム等が挙げられる。(E)ゴム添加物は、25℃で液状のものでも25℃で固形状のものでも使用可能である。
(E)ゴム添加物が25℃で固形状である場合、(E)ゴム添加物の形態としては特に限定されず、粒子状、粉末状、ペレット状等が挙げられる。耐熱性の観点から、(E)ゴム添加物は粒子状であることが好ましい。(E)ゴム添加物が粒子状の場合、(E)ゴム添加物の平均粒子径は0.01μm〜20μmであることが好ましく、0.02μm〜10μmであることがより好ましく、0.03μm〜5μmであることが更に好ましい。
(E)ゴム添加物が25℃で液状である場合、(E)ゴム添加物としては、ポリブタジエン、ブタジエン・アクリロニトリルコポリマー、ポリイソプレン、ポリプロピレンオキシド、ポリジオルガノシロキサン等の低分子量成分が挙げられる。上記低分子量成分の重量平均分子量は5,000〜80,000であることが好ましく、8,000〜50,000であることがより好ましい。
(E)ゴム添加物が25℃で固形状の場合、加熱して(A)エポキシ樹脂又は(B)特定硬化剤に溶解させて使用することが好ましい。また、(E)ゴム添加物は、末端にエポキシ基と反応する基を有するものを使用してもよい。末端にエポキシ基と反応する基を有する(E)ゴム添加物は、25℃で液状のものでも25℃で固形状のものでも使用可能である。エポキシ基と反応する基としては、カルボキシ基、水酸基、アミノ基等が挙げられる。
(E)ゴム添加物としては、市販品を用いてもよい。市販品の(E)ゴム添加物としては、宇部興産株式会社製CTBN1300、ATBN1300−16、CTBN1008−SP等、東レ・ダウコーニング株式会社製シリコーンゴムパウダー(品名:AY42−119)、JSR株式会社製ゴムパウダー(品名:XER81)などが挙げられる。(E)ゴム添加物は、これら具体例に限定されない。(E)ゴム添加物は、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
封止用樹脂組成物が(E)ゴム添加物を含む場合、(E)ゴム添加物の含有量としては、流動性、密着性等の観点から、(A)エポキシ樹脂100質量部に対して、0.2質量部〜5.0質量部であることが好ましく、0.5質量部〜3.0質量部であることがより好ましい。
封止用樹脂組成物が(E)ゴム添加物を含む場合、(E)ゴム添加物の含有率は、流動性、密着性等の観点から、封止用樹脂組成物に対して、0.05質量%〜5.0質量%であることが好ましく、0.1質量%〜4.0質量%であることがより好ましく、0.4質量%〜3.0質量%であることが更に好ましい。
<(F)カップリング剤>
封止用樹脂組成物は、必要に応じて、(F)カップリング剤を含んでいてもよい。
(F)カップリング剤を含む封止用樹脂組成物は、密着性に優れる傾向にある。
(F)カップリング剤の種類は特に限定されるものではなく、従来より公知のものから適宜選択できる。(F)カップリング剤の具体例としては、1級アミノ基、2級アミノ基及び3級アミノ基からなる群より選ばれる少なくとも1種を有するシラン化合物、エポキシ基を有するシラン化合物、メルカプト基を有するシラン化合物、アルキル基を有するシラン化合物、フェニル基を有するシラン化合物、ウレイド基を有するシラン化合物、メタクリル基を有するシラン化合物、アクリル基を有するシラン化合物、ビニル基を有するシラン化合物等のシラン系化合物;チタネート系化合物などが挙げられる。これらの中でも、封止用樹脂組成物の密着性の観点から、エポキシ基を有するシラン化合物が好ましい。
(F)カップリング剤としては、市販品を用いてもよい。市販品の(F)カップリング剤としては、信越化学工業株式会社製KBM−303、KBM−402、KBM−403、KBE−403、KBE−903、KBE−9103、KBM−573、KBM−502、KBM−503、KBE−502、KBE−503、KBM−5103、KBM−1003、KBE−585、KBM−9659、KBM−803、KBE−846、KBE−9007、X−12−967C、KBM−103、KBM−202SS等が挙げられる。(F)カップリング剤は、これら具体例に限定されない。(F)カップリング剤は、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
(F)カップリング剤は、(D)無機充填材の表面処理剤として(D)無機充填材の表面に付着した状態で封止用樹脂組成物に含まれていてもよい。
封止用樹脂組成物が(F)カップリング剤を含む場合、(F)カップリング剤の含有量は、流動性、耐熱性等の観点から、(A)エポキシ樹脂100質量部に対して、0.2質量部〜5.0質量部であることが好ましく、0.5質量部〜3.0質量部であることがより好ましい。
封止用樹脂組成物が(F)カップリング剤を含む場合、(F)カップリング剤の含有率は、流動性、耐熱性等の観点から、封止用樹脂組成物に対して、0.05質量%〜5質量%であることが好ましく、0.1質量%〜4.0質量%であることがより好ましく、0.4質量%〜3.0質量%であることが更に好ましい。
<その他の成分>
封止用樹脂組成物は、ブリード現象の発生を抑制する効果が得られる範囲で、更に必要に応じ、作業性向上のための揺変剤、カーボンブラック等の顔料、染料、イオントラッパ、消泡剤、レベリング剤、酸化防止剤、硬化促進剤、反応性希釈剤、有機溶剤などを含んでいてもよい。
<封止用樹脂組成物の調製方法>
本開示の封止用樹脂組成物は、(A)エポキシ樹脂、(B)特定硬化剤、(C)フェノキシ樹脂及び(D)無機充填材ならびに、(E)ゴム添加物、(F)カップリング剤等のその他の添加剤を一括して又は別々に、必要により加熱処理を加えながら、撹拌、溶融、混合、分散等させることにより得ることができる。特に、(A)エポキシ樹脂、(B)特定硬化剤、(C)フェノキシ樹脂等が固形の場合には、固形のまま配合すると粘度が上昇し、作業性が低下することがあるため、予め加熱により液状化して、混合等することが好ましい。これらの混合、撹拌、分散等の装置としては、特に限定されるものではなく、撹拌装置、加熱装置等を備えたライカイ機、3本ロールミル、ボールミル、プラネタリーミキサー、ビーズミルなどが挙げられる。これらの装置を用いて上記成分を混合し、混練し、必要に応じて脱泡することによって封止用樹脂組成物を得ることができる。
<封止用樹脂組成物の物性>
封止用樹脂組成物の粘度は特に制限されない。中でも流動性の観点から、封止用樹脂組成物の粘度は、25℃において0.1Pa・s〜100.0Pa・sであることが好ましく、25℃において0.1Pa・s〜50.0Pa・sであることがより好ましい。なお、25℃における封止用樹脂組成物の粘度は、E型粘度計(コーン角3°、回転数10回転/分)を用いて測定することができる。
封止用樹脂組成物をフリップチップ用アンダーフィル材等に用いる場合、100℃〜120℃付近で数十μm〜数百μmの狭ギャップ間に充填する際の指標として、封止用樹脂組成物の粘度は、110℃において0.40Pa・s以下であることが好ましく、110℃において0.25Pa・s以下であることがより好ましく、110℃において0.15Pa・s以下であることが更に好ましく、110℃において0.12Pa・s以下であることが特に好ましく、110℃において0.10Pa・s以下であることが一層好ましい。なお、110℃における封止用樹脂組成物の粘度は、レオメーターAR2000(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン株式会社製、アルミコーン40mm、せん断速度32.5/sec)を用いて測定することができる。
封止用樹脂組成物では、E型粘度計を用いて25℃で測定される回転数2.5回転/分における粘度と回転数10回転/分における粘度との比[(回転数2.5回転/分での粘度)/(回転数10回転/分での粘度)]である揺変指数が、0.5〜1.5であることが好ましく、0.8〜1.2であることがより好ましい。揺変指数が上記の範囲内であると、封止用樹脂組成物をアンダーフィル材として使用する場合のフィレット形成性がより向上する傾向にある。なお、封止用樹脂組成物の粘度及び揺変指数は、各成分の組成比を適宜選択することで所望の範囲とすることができる。
封止用樹脂組成物の貯蔵安定性についての指標となるポットライフは、25℃、24時間雰囲気下における貯蔵前後の粘度変化率であり、下記式により算出する。
ポットライフ(%)=100×[(貯蔵後の粘度−貯蔵前の粘度)/貯蔵前の粘度]
ポットライフは、数値が小さいものほど貯蔵安定性が高いことを示し、150%以下であることが好ましく、130%以下であることがより好ましく、100%以下であることが更に好ましい。
[硬化物]
本開示の硬化物は、ブリード現象の発生を抑制可能である封止用樹脂組成物を硬化してなる。硬化物は、封止用樹脂組成物を例えば、80℃〜165℃で、1分間〜150分間の加熱処理を行うことで硬化させることにより作製可能であり、後述するように、電子部品を封止する封止材として用いられる。
[電子部品装置]
本開示の電子部品装置は、回路層を有する基板と、前記基板上に配置され、前記回路層と電気的に接続された電子部品と、前記基板と前記電子部品との間隙に配置された本開示の硬化物と、を備える。本開示の電子部品装置は、本開示の封止用樹脂組成物により電子部品を封止して得ることができる。電子部品が本開示の封止用樹脂組成物によって封止されていることで、本開示の電子部品装置は、耐温度サイクル性に優れる。
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、リジッド配線板、フレキシブル配線板、ガラス、シリコンウエハ等の回路層を有する基板に、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、抵抗アレイ、コイル、スイッチ等の受動素子などの電子部品を搭載し、必要な部分を本開示の封止用樹脂組成物で封止して得られる電子部品装置等が挙げられる。
特に、リジッド配線板、フレキシブル配線板又はガラス上に形成した配線に、半導体素子をバンプ接続によるフリップチップボンディングした半導体装置が、本開示を適用し得る対象の1つとして挙げられる。具体的な例としてはフリップチップBGA(Ball Grid Array)、LGA(Land Grid Array)、COF(Chip On Film)等の電子部品装置が挙げられる。
本開示の封止用樹脂組成物は信頼性に優れたフリップチップ用のアンダーフィル材として好適である。本開示の封止用樹脂組成物が特に好適に適用されるフリップチップの分野としては、配線基板と半導体素子を接続するバンプ材質が従来の鉛含有はんだではなく、Sn−Ag−Cu系等の鉛フリーはんだを用いたフリップチップ半導体部品である。従来の鉛はんだと比較して物性的に脆い鉛フリーはんだを用いてバンプ接続をしたフリップチップに対しても、本開示の封止用樹脂組成物は良好な信頼性を維持できる。また、ウエハーレベルCSP等のチップスケールパッケージを基板に実装する際にも本開示の封止用樹脂組成物を適用することで、信頼性の向上を図ることができる。
[電子部品装置の製造方法]
本開示の電子部品装置の製造方法は、回路層を有する基板と、前記基板上に配置され、前記回路層と電気的に接続された電子部品とを、本開示の封止用樹脂組成物を用いて封止する工程を有する。
本開示の封止用樹脂組成物を用いて回路層を有する基板と電子部品とを封止する工程に特に限定はない。例えば、電子部品と回路層を有する基板とを接続した後に、電子部品と基板とのギャップに毛細管現象を利用して封止用樹脂組成物を付与し、次いで封止用樹脂組成物の硬化反応を行う後入れ方式、ならびに、先に回路層を有する基板及び電子部品の少なくとも一方の表面に本開示の封止用樹脂組成物を付与し、熱圧着して電子部品を基板に接続する際に、電子部品及び基板の接続と封止用樹脂組成物の硬化反応とを一括して行う先塗布方式が挙げられる。
封止用樹脂組成物の付与方法としては、注型方式、ディスペンス方式、印刷方式等が挙げられる。
電子部品と基板とのギャップに付与した封止用樹脂組成物を硬化する場合の硬化条件としては特に限定されず、例えば、80℃〜165℃で、1分間〜150分間の加熱処理を行うことが好ましい。
本開示の封止用樹脂組成物を用いることにより、ブリード現象の発生が抑制されたフリップチップ実装体等の電子部品装置を容易に製造することができる。
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は下記実施例に限定されない。なお、以下の実施例において、部及び%は特に断りのない限り、質量部及び質量%を示す。
(実施例1〜14、比較例1)
表1及び表2に示す組成となるように各成分を配合し、三本ロール及び真空ライカイ機にて混練分散して、実施例1〜14及び比較例1の封止用樹脂組成物を作製した。なお、表中の配合単位は質量部であり、また「−」は「配合無し」を表す。更に封止用樹脂組成物における無機充填材の含有率(質量%)は、各成分の配合量から算出した。
(A)エポキシ樹脂として、下記材料を用意した。
・エポキシ樹脂1:3官能のエポキシ基を有するアミン型エポキシ樹脂(三菱化学株式会社製、商品名「jER−630」、エポキシ当量が96g/eq、重量平均分子量が290)
・エポキシ樹脂2:ビスフェノールF型エポキシ樹脂(新日鉄住金化学株式会社製、商品名「YDF−8170C」、エポキシ当量が160g/eq、重量平均分子量が350)
(B)特定硬化剤として、下記材料を用意した。
・アミン硬化剤1:ジアミノトルエン型アミン硬化剤(三菱化学株式会社製、商品名「jERキュアW」)
・アミン硬化剤2:ジアミノフェニルメタン型アミン硬化剤(日本化薬株式会社製、商品名「カヤハード−AA」)
(C)フェノキシ樹脂として、下記材料を用意した。
・フェノキシ樹脂1:ビスフェノールA型構造を有するフェノキシ樹脂((三菱化学株式会社製、商品名「1001」、重量平均分子量が900)
・フェノキシ樹脂2:ビスフェノールA型構造を有するフェノキシ樹脂(三菱化学株式会社製、商品名「1007」、重量平均分子量が2,900)
・フェノキシ樹脂3:ビスフェノールA型構造を有するフェノキシ樹脂(三菱化学株式会社製、商品名「1010」、重量平均分子量が5,500)
・フェノキシ樹脂4:ビスフェノールA型構造を有するフェノキシ樹脂(三菱化学株式会社製、商品名「1256」、重量平均分子量が50,000)
・フェノキシ樹脂5:ビスフェノールF型構造を有するフェノキシ樹脂(新日鉄住金化学株式会社製、商品名「ZX-1356−2」、重量平均分子量が50,000)
(D)無機充填材として、下記材料を用意した。
・無機充填材1:平均粒子径0.5μmのエポキシ基を有するシラン化合物で処理が施された球状シリカ(株式会社アドマテックス製、商品名「SE2200−SEJ」)
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−100」)を用意した。
上記材料を用いて得られた封止用樹脂組成物について、以下のようにして諸特性の評価を行った。また、以下の表1及び表2に各数値を示す。
(1)流動性:粘度及び揺変指数
封止用樹脂組成物の25℃における粘度(常温粘度、Pa・s)を、E型粘度計(コーン角3°、回転数10回転/分)を用い、サンプル量2.5mLで測定した。また、25℃における揺変指数は、回転数2.5回転/分における粘度と回転数10回転/分における粘度との比[(回転数2.5回転/分での粘度)/(回転数10回転/分での粘度)]とした。
110℃における粘度(Pa・s)はレオメーターAR2000(アルミコーン40mm、せん断速度32.5/sec)を用い、サンプル量0.7mLで測定した。
(2)耐熱性:ガラス転移温度(Tg)及び熱膨張係数(CTE)
封止用樹脂組成物を150℃及び120分の条件で硬化して試験片(φ4mm×20mm)を作製した。作製した試験片について、熱機械分析装置(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン株式会社製、商品名TMAQ400)を用い、荷重15g、測定温度−50℃〜220℃及び昇温速度5℃/分の条件でガラス転移温度(Tg)及び熱膨張係数(CTE)を測定した。
Tg以下の温度範囲における熱膨張係数をCTE1、Tg以上の温度範囲における熱膨張係数をCTE2とした。Tg及びCTEは熱的安定性を示し、Tgは100℃〜130℃程度が好ましく、CTE1及びCTE2は低いほど好ましい。
(3)ブリード長さの測定
ソルダーレジスト基板に、Arプラズマ処理(400W、2分間)を行い、このArプラズマ処理を行ったソルダーレジスト基板上に、シリンジに充填された封止用樹脂組成物を、25Gのニードルにて30mg吐出してポッティングし、150℃で120分間硬化させた。硬化後、光学顕学顕微鏡を用いて、ブリードの長さを測定した。基板にはFR−4(日立化成株式会社社製、MRC−E−679)上にソルダーレジスト1(太陽インキ製造株式会社製 PSR−4000−AUS308)及びソルダーレジスト2(太陽インキ製造株式会社製 PSR−4000−AUS703)を形成したものをそれぞれ使用した。両基板においてブリード長さが短いほど好ましい。
表1及び表2の結果から、実施例1〜14の封止用樹脂組成物は耐熱性及び流動性に優れ、かつ比較例1の封止用樹脂組成物と比較してブリードが短かった。このことから、本実施例の封止用樹脂組成物は、高い耐熱性及び高い流動性を維持したまま、ブリード現象の発生を抑制できることがわかった。
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、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (9)

  1. (A)エポキシ樹脂、(B)アミノ基を少なくとも1つ有する硬化剤、(C)フェノキシ構造を有する樹脂及び(D)無機充填材を含む封止用樹脂組成物。
  2. 前記(C)フェノキシ構造を有する樹脂の重量平均分子量(M)が500以上100,000以下である請求項1に記載の封止用樹脂組成物。
  3. 前記(C)フェノキシ構造を有する樹脂の重量平均分子量(M)が2,000以上100,000以下である請求項1に記載の封止用樹脂組成物。
  4. 前記(C)フェノキシ構造を有する樹脂が、下記一般式(1)で示される化合物を含む請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の封止用樹脂組成物。

    (一般式(1)中、Aは一般式(2)で表される構造を表し、末端基Bは水酸基又は一般式(3)で示される基を表す。一般式(2)中、R及びRはそれぞれ独立して水素原子又はメチル基を表す。nは1〜1000の整数を示す。nが2以上の整数の場合、2つ以上のAは同一であっても異なっていてもよい。2つの末端基Bは同一であっても異なっていてもよい。)
  5. 前記(C)フェノキシ構造を有する樹脂の含有率が、封止用樹脂組成物に対して0.05質量%〜2.0質量%である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の封止用樹脂組成物。
  6. 電子部品装置の封止に用いられる請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の封止用樹脂組成物。
  7. 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の封止用樹脂組成物を硬化してなる硬化物。
  8. 回路層を有する基板と、
    前記基板上に配置され、前記回路層と電気的に接続された電子部品と、
    前記基板と前記電子部品との間隙に配置された請求項7に記載の硬化物と、
    を備える電子部品装置。
  9. 回路層を有する基板と、前記基板上に配置され、前記回路層と電気的に接続された電子部品とを、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の封止用樹脂組成物を用いて封止する工程を有する電子部品装置の製造方法。
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