JP2000336244A - 液状封止樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子等を封止する液状封止樹脂組成物
において、可使時間を損なわずに、従来に比べ短時間に
硬化が可能であり、且つ信頼性も従来樹脂系と同じ特性
を有する液状封止樹脂組成物を提供する。更に、生産性
が高く、信頼性のある半導体装置を提供する。 【解決手段】 （Ａ）平均エポキシ基が２以上の液状エ
ポキシ樹脂、（Ｂ）常温で液体である芳香族アミン系硬
化剤、（Ｃ）水酸基を有するイミダゾール類、（Ｄ）シ
リカからなる液状封止樹脂組成物であり、芳香族アミン
系硬化剤として、アルキル化ジアミノジフェニルメタン
が好ましい液状封止樹脂組成物である。また、半導体素
子を上記の液状封止樹脂組成物を用いて封止された半導
体装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の封止に用
いられる液状封止樹脂組成物及び半導体装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年半導体チップの大型化、パッケージ
の多ピン化、多様化に伴い周辺材料である樹脂材料に対
する信頼性の要求は年々厳しいものとなってきている。
従来はリードフレームに半導体チップを接着しモールド
樹脂で封止したパッケージが主流であったが、多ピン化
の限界からボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）の様なパッ
ケージがかなり増えてきている。

【０００３】ＢＧＡはモールド樹脂又は液状樹脂により
封止される。ＢＧＡは、基板、ソルダーレジスト、金、
ニッケル等のメッキ部分から構成されているためそれら
に対する接着性が重要である。また表面実装方式でマザ
ーボードと接合するため耐半田クラック性が必要であ
る。更に信頼性の一環として温度サイクル試験(T／C試
験)があり、パッケージには高い信頼性が要求される。

【０００４】これらの要求を満たす材料として液状エポ
キシ樹脂／アルキル置換芳香族ジアミン系の液状封止樹
脂組成物が提案されている。（特開平07-341580,07-341
582）この材料は、基板、金属、ソルダーレジスト等と
の密着性が優れ、更に耐半田リフロー性、耐T／Cクラッ
ク性に優れ、高信頼性パッケージを可能としている。

【０００５】しかし、上記の樹脂系は硬化時間が長く
（例えば、１５０℃、３時間）、パッケージ生産性とい
う観点からは問題であった。硬化におけるゲル化時間が
長いためフィラーの沈降が起こり、硬化物表面に樹脂成
分の多い層ができ、T／C試験において厳しい条件では、
硬化物表面の線膨張係数の増加に伴う表面クラックの発
生が起こることもあった。また硬化時間を短くするため
に、硬化促進剤の添加が考えられ、その例としてはフェ
ノール類が挙げられるが、可使時間が短くなりすぎ、極
端に作業性が悪くなる等の欠点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】半導体素子等を封止す
る液状封止樹脂組成物において、可使時間を損なわず
に、従来に比べ短時間に硬化が可能であり、且つ信頼性
も従来樹脂系と同じ特性を有する液状封止樹脂組成物を
提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは、従
来のこのような問題を解決するために鋭意検討を重ねて
きた結果、液状エポキシ樹脂、常温で液体である芳香族
アミン系硬化剤に水酸基を有するイミダゾールを添加す
ることにより、可使時間を損なわずに、従来に比べ短時
間に硬化が可能であり、且つ信頼性も従来樹脂系と同じ
特性を有することを見出し、本発明を完成させるに至っ
たものである。

【０００８】つまり、（Ａ）平均エポキシ基が２以上の
液状エポキシ樹脂、（Ｂ）常温で液体である芳香族アミ
ン系硬化剤、（Ｃ）水酸基を有するイミダゾール類、
（Ｄ）シリカからなる液状封止樹脂組成物である。更に
好ましい形態としては、該芳香族アミン系硬化剤がアル
キル化ジアミノジフェニルメタンであり、該液状エポキ
シ樹脂の５０重量％以上が、２５℃における粘度が１０
PA・s以下のエポキシ樹脂であり、液状エポキシ樹脂と芳
香族アミン系硬化剤との配合モル比が、１．１〜１．３
の範囲で液状エポキシ樹脂の方が多く配合されている液
状封止樹脂組成物である。また、半導体素子が上記の液
状封止樹脂組成物を用いて封止された半導体装置であ
る。

【０００９】

【発明の実施の態様】本発明に用いられる（Ａ）液状エ
ポキシ樹脂は、一分子当たりエポキシ基を平均二個以上
有するものであり、その成分の５０重量％以上は、２５
℃における粘度が１０PA・s以下のエポキシ樹脂であるこ
とが好ましい。エポキシ樹脂成分の５０重量％以上が低
粘度の液状エポキシでないと組成物の粘度が高くなり、
パッケージ中を液状封止材料で流入封止する際、気泡を
巻き込んだり、コーナー端部への充填不良が発生し易く
なり信頼性低下につながるので好ましくない。

【００１０】ここでエポキシ樹脂の粘度測定方法は、２
５℃において東機産業(株)・製Ｅ型粘度計で測定する。
この要件を満足するエポキシ樹脂であれば、特に限定さ
れるものではないが、具体例をあげると、ビスフェノー
ルＡジグリシジルエーテル型エポキシ、ビスフェノール
Ｆジグリシジルエーテル型エポキシ、ビスフェノールＳ
ジグリシジルエーテル型エポキシ、3,3',5,5'-テトラメ
チル4,4'-ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテ
ル型エポキシ、4,4'-ジヒドロキシビフェニルジグリシ
ジルエーテル型エポキシ、1,6-ジヒドロキシビフェニル
ジグリシジルエーテル型エポキシ、フェノールノボラッ
ク型エポキシ、臭素型クレゾールノボラック型エポキ
シ、ビスフェノールＤジグリシジルエーテル型エポキ
シ、1,6ナフタレンジオールのグリシジルエーテル、ア
ミノフェノール類のトリグリシジルエーテル等がある。
これらは単独又は混合して用いても差し支えない。ま
た、信頼性の優れた液状封止材料を得るために、エポキ
シ樹脂のNa⁺、Cl^-等のイオン性不純物はできるだけ少な
いものが好ましい。

【００１１】本発明に用いられる（Ｂ）芳香族アミン系
硬化剤は、常温で液状のものであり、好ましくはアルキ
ル化ジアミノジフェニルメタンである。芳香環を有さな
いアミン類は耐熱性に乏しく、零度以下の雰囲気下でも
反応性に富むため保存性に劣るという致命的な欠点を有
し本発明に適さない。アルキル化ジアミノジフェニルメ
タンは入手が容易であり、性状として常温で液状であ
り、冷凍保存時でも結晶化しないため好ましい。その例
としては、エチル化ジアミノジフェニルメタン、メチル
化ジアミノジフェニルメタン等をあげることが出来る。
また、信頼性の優れた液状封止材料を得るために、アミ
ン系硬化剤のNa⁺、Cl^-等のイオン性不純物はできるだけ
少ないものが好ましい。芳香族アミン系硬化剤は液状エ
ポキシ樹脂との組み合わせによって、非常に流動性が良
い材料を提供することができる。無圧下でパッケージ内
に流入し硬化させても、気泡が残らず、ボイド・未充填
など流動性の不具合も発生しにくい。

【００１２】主剤であるエポキシ樹脂と、硬化剤である
芳香族アミン系硬化剤との配合モル比は0.9〜1.5が望ま
しい。0.9未満の場合は、過剰に未反応のアミノ基が残
存することとなり、耐湿性の低下・信頼性の低下に繋が
る。逆に1.5を越えると硬化が不十分となり、信頼性の
低下に繋がる。 更に好ましくは上記配合比において1.1
〜1.3であり、エポキシ樹脂が過剰であることである。
これは、イミダゾールが硬化温度にて単独にエポキシ樹
脂と反応するためである。

【００１３】（Ｃ）水酸基を有するイミダゾールとして
は、例えば、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチ
ルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒド
ロキシメチルイミダゾール等をあげることができる。

【００１４】（Ｄ）シリカとしては、例えば、結晶シリ
カ、溶融シリカ等が用いられる。形状は一般に球状、破
砕状、フレーク状等があるが、充填材をより多く添加す
ることにより線膨張係数の低減化が図られ、その効果を
あげるためには球状の無機充填材が最も良い。添加量
は、最終硬化物に対し、60wt%〜90wt%が望ましい。６０
wt%未満だと、硬化物の線膨張係数が大きくなり、硬化
後のパッケージへの応力蓄積やT／C試験での樹脂クラッ
クを起こす恐れがある。一方、90wt%を越えると結果と
して得られる液状封止樹脂組成物の粘度が高くなり過
ぎ、実用レベルではないため好ましくない。

【００１５】また充填材の粒度分布を調整することによ
り粘度等の流動特性を最大限に引き出す事が可能であ
る。一般に分布範囲の広い粒度分布をもつ充填材ほど、
大きな粒径をもつ充填材ほど粘度が低くなる傾向がある
ことが知られている。しかし、低粘度化を目的に例えば
50μｍ以上の大きな粒径だけを揃えた充填材は、確実に
粘度は低くなるものの、硬化中に比重の比較的重い充填
材が沈み、硬化物の上下で組成比率の異なる、いわゆる
フィラー沈降が発生する。また、粒径の大きな充填材を
使うデメリットとして、狭い隙間に流入しないという点
が挙げられる。ＰＰＧＡ型パッケージに代表されるよう
に、多ピン化省スペース化のパッケージの傾向にあっ
て、一例としてワイヤー・ワイヤー間のピッチが最近狭
くなってきている。このような傾向にあり無圧下で液状
封止材料を流入し、ボイド・未充填など流動性の不具合
がないよう成形するために、充填材の粒径を小さくしな
ければならない。しかし粒径を小さくすることによって
流動性が損なわれる不具合も多くなる。

【００１７】そこで充填材の平均粒径を３〜10μｍと、
従来の液状封止材料のそれより小さくし、かつ粒径30μ
ｍ 以上のものが全充填材成分中の25重量％以下と粒径
を小さくすることにより、流動性も損なわない。また１
μｍ以下のものが全充填材成分中６〜45重量％と、微粒
の充填材を適量入れ、粒度分布を調整することで、硬化
時に微粒の充填材が沈みやすい充填材の沈降を抑えるこ
とができる。

【００１８】本発明の液状封止樹脂組成物には、前記の
必須成分の他に必要に応じて、希釈剤、顔料、カップリ
ング剤、難燃剤、レベリング剤、消泡剤等の添加物を用
いても差し支えない。液状封止材料は、各成分、添加物
等を３本ロールにて分散混練し、真空下で脱泡処理して
製造する。本発明の液状封止樹脂組成物は従来の樹脂と
比較して短時間で硬化が可能であるため、各種の半導体
素子をこの樹脂を用いて封止すると生産性のよい半導体
装置を生産することができる。更にこの樹脂の特性は従
来の樹脂と同じであるため、従来と同様の信頼性の高い
半導体装置を製造することができる。半導体装置の製造
方法は従来の公知の方法を使用できる。

【００１９】

【実施例】以下本発明を以下に示す実施例及び比較例で
説明する。 ＜実施例１＞ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂(当量17
0、3.0Pa・s @25C)100重量部、アルキル化ジアミノジフ
ェニルメタンとしてエチル化ジアミノジフェニルメタン
（カヤハ―ト゛A-A、日本化薬社製、当量65）38重量部、イミ
ダゾール類として２−フェニル−４，５−ジヒドロキシ
メチルイミダゾール1.2重量部、低応力成分としてエポ
キシ化ポリブタジエンゴム５重量部、密着性助剤として
γ-グリシジルトリメトキシシラン６重量部、平均粒径
６μｍ、最大粒径５０μｍの球状シリカ３５０重量部、
希釈剤として、ブチルセロソルブアセテート５重量部、
カーボンブラック１重量部を秤量し、上記の原材料を３
本ロールにて、分散混練し真空下脱泡処理をして液状封
止材料を得た。次に、得られた液状封止樹脂組成物を用
いて以下の試験を行った。

【００２０】１）粘度；Ｅ型粘度計(@25C)にて、2.5rpm
で測定したものを値とした。 ２）保存性；２５℃にて樹脂を保存し上記測定条件で２
４時間後の粘度を測定しその変化率を調べた。 ３）ゲルタイム；１７０℃のホットプレートに0.5ccの
液状封止樹脂組成物を滴下し、スハ゜チュラで攪拌して糸引き
が切れるところでゲルタイムとした。 ４）接着性；ソルダーレジスト（太陽インキ社製、PSR4
000AUS05／CA-40AUS2）が塗布されたガラス−エポキシ
基板に液状封止樹脂組成物を塗布し、上から6x6mmのチ
ップをマウントし、150℃、１時間硬化させ、２００℃
のホットプレートに載置しタ゛イシェア―強度を測定した。

【００２１】５）信頼性−１、２；ＢＴ基板製の15mm角
のシリコンチップがマウントされたＢＧＡ基板に液状封
止樹脂組成物を塗布し（キャヒ゛ティサイス゛：25mmx25mmx1mm
t）、１５０℃、１時間硬化させ、テストピースを作製
した。次に、以下の処理を行い超音波探傷機(以下、Ｓ
ＡＴという)にて、半導体チップとプリント基板界面と
の剥離、クラックの有無を確認した。 ＰＣＴ処理(１
２５℃／２.３atm)を１９６時間処理した後、又はＴ／
Ｃ処理(−６５℃／３０分←→１５０℃／３０分)１００
０サイクルを施して、それぞれの試験においてＳＡＴに
て半導体チップとプリント基板界面との剥離、クラック
の有無を確認した。試験に用いたサンプル数はそれぞれ
１０個である。

【００２２】６）信頼性−３；上記の信頼性１で作製し
たテストピース１０個を３０℃、６０％ＲＨの湿度処理
を施したのち、ＩＲリフロー（最大温度２４０℃）に２
回処理した後、ＳＡＴにて剥離、クラックの有無を確認
した。 ７）フィラー沈降；上記条件で硬化させ、厚み1mm硬化
物を作製し断面を電子顕微鏡でフィラー沈降性を調べ
た。測定は、樹脂成分の多い層とフィラーが存在する層
の濃淡の違いからその境界と硬化物表面までの距離を測
定した値を用いた。

【００２３】＜実施例２＞実施例１のイミダゾール類
を、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチル
イミダゾールとした以外は実施例１と同様にして液状封
止樹脂組成物を得た。次に、得られた液状封止樹脂組成
物を用いて実施例１と同様の試験を行った。

【００２４】＜比較例１＞実施例１のイミダゾール類を
除いた以外は実施例１と同様にして液状封止樹脂組成物
を得た。次に、得られた液状封止樹脂組成物を用いて実
施例１と同様の試験を行った。 ＜比較例２＞実施例１のイミダゾール類の代わりにビス
フェノールＡを２重量部とした以外は実施例１と同様に
して液状封止樹脂組成物を得た。次に、得られた液状封
止樹脂組成物を用いて実施例１と同様の試験を行った。 ＜比較例３＞実施例１のイミダゾール類の代わりに２-
フェニル４-メチルイミダゾールを０．５重量部とした
以外は実施例１と同様にして液状封止樹脂組成物を得
た。次に、得られた液状封止樹脂組成物を用いて実施例
１と同様の試験を行った。

【００２５】測定した結果を表１に示す。

【表１】

【００２６】

【発明の効果】本発明の液状封止樹脂組成物は、保存性
を維持しつつ硬化時間を短縮する事ができ、信頼性に関
してもフィラー沈降を起こさないため特にT／C試験にお
いて大きな改善をはかることができる。また、この様な
液状封止樹脂組成物を用いて、半導体素子を封止する
と、生産性が高くかつ信頼性の大きい半導体装置を得る
ことが出来る。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J002 CD031 CD041 CD051 CD061 CD111 CD121 CD131 DJ018 EN036 EU117 FA018 FA088 FD018 FD146 FD157 GJ02 GQ01 4J036 AA01 AC01 AD01 AD04 AD07 AD08 AD20 AF01 AF06 AF08 AF10 DA05 DC02 DC03 DC10 DC41 DC43 FA05 JA07 4M109 AA01 BA04 CA05 EA02 EB02 EB04 EB06 EB07 EB08 EB09 EB13 EB18 EC14 EC20

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）平均エポキシ基が２以上の液状エ
   ポキシ樹脂、（Ｂ）常温で液体である芳香族アミン系硬
   化剤、（Ｃ）水酸基を有するイミダゾール類、（Ｄ）シ
   リカからなることを特徴とする液状封止樹脂組成物。
2. 【請求項２】 該芳香族アミン系硬化剤がアルキル化ジ
   アミノジフェニルメタンである請求項１記載の液状封止
   樹脂組成物。
3. 【請求項３】 該液状エポキシ樹脂の５０重量％以上
   が、２５℃における粘度が１０PA・s以下の液状エポキシ
   樹脂である請求項１記載の液状封止樹脂組成物。
4. 【請求項４】 該液状エポキシ樹脂と該芳香族アミン系
   硬化剤との配合モル比が、１．１〜１．３の範囲で該液
   状エポキシ樹脂の方が多く配合されている請求項１記載
   の液状封止樹脂組成物。
5. 【請求項５】 半導体素子を請求項１記載の液状封止樹
   脂組成物を用いて封止された半導体装置。