JP6935803B2 - 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
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Description
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。
<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(Mw)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(Mw)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。
<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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
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)
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。
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(C6H5−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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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]
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。
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。
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。
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。
・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)
・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」)
・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)
・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」)
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。
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。
ソルダーレジスト基板に、Ar2プラズマ処理(400W、2分間)を行い、このAr2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。
Claims (9)
- (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)無機充填材を含み、
前記(C)フェノキシ構造を有する樹脂の含有率は、封止用樹脂組成物に対して3.0質量%以下であり、
前記(B)アミノ基を少なくとも1つ有する硬化剤は、m−フェニレンジアミン、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、前記化合物以外の芳香環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、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、芳香族ジアミンとエピクロルヒドリンとの縮合物及び芳香族ジアミンとスチレンとの反応生成物からなる群より選択される少なくとも1種であり、
前記(C)フェノキシ構造を有する樹脂は、下記一般式(1)で示される化合物、ビスフェノールA型構造を有するフェノキシ樹脂、ビスフェノールS型構造を有するフェノキシ樹脂、臭素化ビスフェノールA型構造を有するフェノキシ樹脂、水添ビスフェノールA型構造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及びビフェニル骨格を有するフェノキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも1種を含み、
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250g/eq以下である場合に前記(A)エポキシ樹脂に該当し、エポキシ当量が250g/eq超である場合に前記(C)フェノキシ構造を有する樹脂に該当する封止用樹脂組成物。
(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 1 及びR 2 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。) - 前記(C)フェノキシ構造を有する樹脂の重量平均分子量(Mw)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。
- 前記(C)フェノキシ構造を有する樹脂の重量平均分子量(Mw)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。
- 前記(C)フェノキシ構造を有する樹脂が、前記一般式(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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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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