JP3456911B2

JP3456911B2 - 液状封止樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JP3456911B2
Application number: JP35852098A
Authority: JP
Inventors: 悟桂山; 政実秋田谷
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2003-10-14
Anticipated expiration: 2018-12-17
Also published as: JP2000178445A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流動性、信頼性に
優れた液状封止樹脂組成物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増
えてきている。ＢＧＡはモールド樹脂又は液状樹脂によ
り封止される。更に表面実装法により実装されるため封
止材料はいわゆる耐半田クラック性が必要である。

【０００３】耐半田クラック性に重要な因子は（１）
被着体との接着性、その耐湿信頼性、（２）封止樹脂の
線膨張係数（α１）領域の広いこと（高Tg）が挙げられ
る。更にイオン性不純物が少ないこと、熱衝撃試験に対
し優れた特性を有する事等が重要となる。またＢＧＡの
多くは、基板のキャビティに半導体素子が接着し基板と
素子はワイヤーボンディングにより電気的的接合が行わ
れ、そのワイヤーの間隔は非常に狭いため、液状樹脂に
は優れた流動性が必要である。

【０００４】これらの条件を満たす樹脂としては液状エ
ポキシ樹脂、液状酸無水物、球状シリカフィラーを主成
分とした組成物が商品化されている。酸無水物硬化のた
めTgが高い、樹脂粘度が低いためフィラーを高充填でき
ることにより線膨張係数を低くできる、流動性に優れる
等の長所がある反面、耐水性に劣るという致命的な欠陥
があった。また液状エポキシ樹脂、液状芳香族アミン、
球状シリカフィラーを主成分とした組成物も提案されて
いる。しかし、これらの液状封止樹脂は、耐水性、耐半
田クラック性に優れるものの、Tgが低く、特に熱衝撃試験に
おいて硬化樹脂表面にクラックが生じるといった問題が
あった。

【０００５】他の液状熱硬化型樹脂については液状シア
ネート系が考えられる。この樹脂系は高Tgの硬化物が得
られるが一方耐湿接着性に劣る、流動性に劣る等の欠点
があり、ＢＧＡ等の半導体封止用途として実用化されて
いなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの問
題を解決するため鋭意検討した結果、流動性、信頼性に
優れた液状封止樹脂組成物を提供するものである。

【０００７】

【発明を解決するための手段】式（１）並びに式（２）
及びまたは式（３）で示される少なくとも２種以上の液
状シアネートエステル（Ａ）１００重量部に対して、金
属錯体触媒（Ｂ）０．１５から０．９重量部、式（４）
で示されるアルコキシシラン系化合物（C）１から１５
重量部、絶縁性無機フィラーからなる液状封止樹脂組成
物である。更に該液状シアネートエステル中に式（２）
及びまたは式（３）に示すシアネートエステルが１５重
量％から３０重量％含まれ、該絶縁性無機フィラーが全
液状樹脂に対して６０〜８０重量％であり、該絶縁性無
機フィラーの形状が球状であり、該絶縁性無機フィラー
の平均粒径が０．５μｍから１２μｍで、かつ最大粒径
が７０μｍ以下である。

【０００８】

【化１】

【化２】また、上記の液状封止樹脂組成物で半導体を封止してな
る半導体装置であり、好ましくは、該半導体がボールグ
リッドアレイである半導体装置である。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に用いられるシアネートエ
ステル（A）としては式（１）並びに式（２）及び又は
式（３）からなる。更には全シアネートエステル中に式
（２）及び又は式（３）に示すシアネートエステルを１
５重量％から３０重量％含むことが望ましい。

【００１０】これは、本発明に用いられる式（１）に示
すシアネートエステルは低粘度の液状で封止樹脂材に好
適ではあるが硬化物の耐湿性はやや劣る。一方、式
（２）、（３）に示すシアネートエステルは分子中にア
ルキルを有しており耐湿性を有するためである。本発明
に用いられる式（２）で表されるシアネートエステルと
しては、４,４'-メチリデンビス[２,６-ジメチルフェニ
レンシアネート]、４,４'-(１-メチルエチリデン)ビス
[２-メチルフェニレンシアネート]、４,４'-(１-メチル
エチリデン)ビス[２,６-ジメチルフェニレンシアネー
ト]、４,４'-メチレンビス[２-メチルフェニレンシアネ
ート]、４,４'-(1-メチル-エチリデン)ビス[２-(１,１-
ジメチルエチル)フェニレンシアネート]、等があり、式
（３）で表されるシアネートエステルとしては、フェノ
ールノボラック型シアネートエステル、クレゾールノボ
ラック型シアネートエステルなどがある。本材料を用い
ることにより液状封止実装の信頼性および耐湿信頼性、
流動性を大幅に向上させることができる。

【００１１】ここで全シアネートエステル中に含まれる
式（２）及び又は（３）に示すシアネートエステルが１
５重量％未満の場合、吸湿後の密着性が低く、３０重量
％よりも多いと製品粘度が増大し、流動性は低下する。
又、粘度が許容範囲を超えない程度に製品の冷凍保存時
の結晶化を防止する目的から、これらのシアネートエス
テルを予め加熱して１０から３０重量％程度反応させた
ものを配合しても良い。また本発明の効果を逸脱しない
範囲でフェノ―ル化合物から合成される他のシアネ―ト樹脂を添
加することもできる。その添加量は全シアネ―ト樹脂に対
し、３０重量％以下であることが好ましい。

【００１２】一般に１分子内に少なくとも２個以上のシ
アネート基を有する化合物は、金属錯体存在下、加熱す
ることにより容易に３量化反応による架橋が起こりTgの
高い樹脂硬化物を与える。その金属錯体触媒（B）の例
としては、コバルト、亜鉛、鉄、銅、クロム、マンガ
ン、ニッケル、チタンなどの金属ナフテン酸塩、アセチ
ルアセトナート、又その誘導体の塩、各種カルボン酸塩
アルコキシドなどの有機酸塩等があり、単独でも混合し
て使用しても良い。その添加量は全シアネート樹脂１０
０重量部に対し０．１５重量部から０．９重量部であ
る。０．１５重量部より少ないと反応促進効果が低く、
硬化時間が長くなり生産性が劣る。一方、０．９重量部
より多いと製品としての可使時間（ポットライフ）や保
管可使時間（シェルフライフ）が損なわれるためであ
る。

【００１３】次に本発明で用いるアルコキシシラン系化
合物（C）はシアネート樹脂と相互作用又は反応をほと
んどしないものが適用される。これはシアネート基と相
互作用又は反応を伴う官能基が存在する場合（例えばグ
リシジル基、メルカプト基、アミノ基、イソシアネート
基、塩素、水酸基等）、液状樹脂の流動性が極端に低下
し、更には加熱しても流動性が向上しないためである。

【００１４】従って本発明で用いられるアルコキシシラ
ンの例としては、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリ
メトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルト
リ-（β-メトキシエトキシ）シラン、β-(３,４エポキ
シシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ-アク
リロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-アクリ
ロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-アクリロキシ
プロピルメチルジエトキシシラン、γ-アクリロキシプ
ロピルトリエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピ
ルメチルジメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピ
ルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルメ
チルジエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルト
リエトキシシラン等が挙げられ、単独でも混合して使用
しても良い。

【００１５】また、アルコキシシランの添加量は全シア
ネート樹脂１００重量部に対し１重量部から１５重量部
までである。１重量部より少ないと接着性が発現せず、
また１５重量部より多いと過剰のアルコキシシランが増
加し、ブリード、ボイド、アウトガスなどの原因となり
好ましくない。

【００１６】本発明で用いる絶縁性無機フィラー（D）
の例としては、炭酸カルシウム、シリカ、アルミナ、窒
化アルミ等が挙げられるが、信頼性、熱放散性、コスト
の点でシリカ粒子が好ましく、低放射線性であればより
好ましい。形状は球状、破砕状、フレーク状等がある
が、フィラーの高充填化により線膨張係数の低減化が図
れる為、球状が好ましい。その添加量は、封止樹脂と
しての特性（耐湿性、作業性等）を保つため全液状封止
樹脂組成物の６０〜８０重量％であることが必要であ
る。６０重量％未満だと、上述の線膨張係数の低減効果
は小さく、８０重量％を越えると結果として得られる組
成物の粘度が高くなり過ぎ、流動特性が悪化するため好
ましくない。添加に際しては上記の範囲で有れば単独で
用いても、混合して粒度分布に多峰性を持たせたもので
も差し支えない。

【００１７】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エポキシ樹脂、各種液状ゴ
ム等の添加剤を加えることもできる。更にエポキシ樹
脂との反応を促進するための触媒又は硬化剤、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。液状封止樹脂は、
例えば各成分、添加物等を三本ロール、二本熱ロール、
ブレード型混合機にて分散混練し、真空下脱泡処理して
製造する。

【００１８】

【実施例】本発明を実施例で具体的に説明する。＜実施例１〜２及び比較例１〜４＞表１の処方に従って
秤量し、３本ロールにて混練・分散後、真空脱泡処理を
行い、液状封止樹脂を作製した。但し、比較例４は現行
のエポキシ樹脂系液状封止樹脂であり、フェノールノボ
ラック型エポキシ樹脂１００重量部に芳香族ジアミン系
化合物を３９重量部、γ-グリシドキシプロピルトリメ
トキシシランを１０．８重量部加えた処方とした。

【００１９】次に樹脂の特性を把握するため以下の代用
特性を評価した。（１）粘度測定：２５℃において東機産業（株）製Ｅ型
粘度計で７２時間静置後の粘度を測定し、その値を材料
の粘度とした。また同温度において、粘度計の０．５及
び２．５回転における比をもってチキソトロピーとし
た。（２）接着強度：有機基板としてＢＴレジン製基板上に
ソルダーレジスト（太陽インキ社製ＰＳＲー４０００/
ＣＡ−４０）を形成した表面に液状封止樹脂を塗布しそ
の上に６ｘ６ｘ０．３８ｍｍ角のシリコンチップを載置
し１５０℃、１８０分で硬化接着させ、２４０℃、２０
秒におけるダイシェア強度をＤＡＧＥ製ＢＴ１００にて
測定した。また、同試験片を湿度８５％温度８５℃の吸
湿処理を最大７２時間施し、同様にダイシェア強度を測
定し、吸湿処理後の密着性とした。

【００２０】（３）流動性：有機基板として、１４．５
x１４．５x０．５mmのキャビティ（A）を有するガラス
エポキシ基板上に金メッキを施したものを用い、（A）
に液状樹脂を一定量（（A）の中心に液滴として流動後
にフル充填出来る量）塗布した。それを（１）室温に５
分静置させた後、（２）８０℃のホットプレート上に５
分静置させてから（３）１５０℃の硬化炉で１８０分静
置させ、（１）から（３）までの結果を合わせて液状樹
脂の濡れ拡がり性を観察し、流動性の評価をした。

【００２１】上記の測定結果を表１に示す。

【表１】

【００２２】以上表１に示したように、実施例では被着
体に対する接着力が飛躍的に増大しつつ、吸湿後の接着
力も既存の液状樹脂と同等のレベルを示した。また、実
施例１、２及び３はシアネートエステル系の液状樹脂で
あることから、非常に高いガラス転移温度を示した。更
に流動性に関し、実施例１ではある程度の流動性を発現
したが、実施例２ではアルコシキシラン系化合物の組み
合わせで非常に良好な流動性を示した。加えて、実施例
１及び実施例２はアルコキシシラン化合物を含むため、
吸湿後の密着性において大きな低下は見られず、７２時
間後においても比較例４に示す実用化されているエポキ
シ樹脂系の液状封止樹脂以上の値を示した。

【００２３】一方、実施例３ではフェノールノボラック
型のシアネートエステルを用いたため密着性及びガラス
転移温度は高いが、粘度及びチキソトロピーが高く、実
施例１及び２より流動性に劣ったが、アルコキシシラン
系化合物を用いていない比較例２と比べて密着性、流動
性とも向上した。比較例１ではアルコキシシラン系化合
物を用いていないため、Tgは高いが吸湿後の密着性の低
下が他と比べても大きく、吸湿後２４時間後で既に劇的
に低下し、流動性が劣った。又、比較例３ではアルコキ
シシランとしてグリシジルエーテルユニットを有するも
のを用いたため、強度は高いが、粘度及びチキソトロピ
ーが高く流動性に劣り液状樹脂には適さない。比較例４
ではエポキシ樹脂系の液状樹脂だが密着性、Tgに関して
実施例１及び２に及ばない。

【００２４】

【発明の効果】本発明の液状モールド樹脂で封止する事
により、高密着性、高熱的特性、高流動性を有する高性
能の半導体封止が可能となり、工業的メリットは大き
い。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08L 79/00 - 79/08 C08K 3/00 - 13/08 C08G 73/00 - 73/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】式（１）並びに式（２）及びまたは式
（３）で示される少なくとも２種以上の液状シアネート
エステル（Ａ）１００重量部に対して、金属錯体触媒
（Ｂ）０．１５から０．９重量部、式（４）で示される
アルコキシシラン系化合物（C）１から１５重量部、絶
縁性無機フィラーからなることを特徴とする液状封止樹
脂組成物。【化１】【化２】
【請求項２】該液状シアネートエステル中に式（２）
及びまたは式（３）に示すシアネートエステルが１５重
量％から３０重量％含まれる請求項１記載の液状封止樹
脂組成物。
【請求項３】該絶縁性無機フィラーが全液状樹脂に対
して６０〜８０重量％である請求項１記載の液状封止樹
脂組成物。
【請求項４】該絶縁性無機フィラーの形状が球状であ
る請求項１記載の液状封止樹脂組成物。
【請求項５】該絶縁性無機フィラーの平均粒径が０．
５μｍから１２μｍで、かつ最大粒径が７０μｍ以下
である請求項１記載の液状封止樹脂組成物。
【請求項６】請求項１、２、３、４または５記載の液
状封止樹脂組成物で半導体を封止してなることを特徴と
する半導体装置。
【請求項７】該半導体がボールグリッドアレイである
請求項６記載の半導体装置。