JPH0912685A - 液状封止材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 （ａ）液状エポキシ樹脂、（ｂ）多官能シア
ン酸エステル及び／又はシアン酸エステルプレポリマ
ー、（ｃ）２５℃で液状で、分子量が５０００以下で、
かつシアン酸エステル基と反応し得る官能基がエポキシ
基、アミノ基、水酸基の中から選ばれた１種又は２種以
上を含むエラストマー、及び（ｄ）無機充填材を主成分
とする液状封止材料において、各成分の配合割合が重量
比で（ａ）／（（ａ）＋（ｂ））＝３０〜７０、（ｃ）
／（（ａ）＋（ｂ））＝５〜３０で、かつ（ｄ）／
（（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）＋（ｄ））＝５０〜８０であ
る液状封止材料。 【効果】 液状封止材料で半導体パッケージの封止を行
うと、プレッシャークッカーテストや冷熱サイクルテス
ト後においても剥離クラックのない高信頼性の半導体を
得ることができるので工業的メリット大である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体の封止に用いら
れる液状封止材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プラスチックピングリッドアレイ（以
下、ＰＰＧＡという）型半導体封止には液状の封止材料
が用いられているが、セラミックスによる気密封止型に
比べて信頼性の点で充分でなく、デュアルインライン
（以下、ＤＩＰという）型に比べプラスチックパッケー
ジの普及が遅れていた。ＰＰＧＡ型半導体の信頼性低下
の原因としては、 パッケージ加工された有機のプリント配線基板部分
から湿気が侵入する ＤＩＰ型パッケージのトランスファーモールド成形
と異なり無圧下で液状樹脂をパッケージ内に流入し成形
するため樹脂中に気泡が残存して熱ストレスが加わった
際にクラックが発生する 樹脂と半導体チップ、有機基板との線膨張係数が異
なるために熱ストレスが加わった際、界面での剥離を生
じ湿気の侵入を容易にしてしまう 等が挙げられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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、特定のエポキシ樹脂、多官能シアン酸エステ
ル及び／又はシアン酸エステルプレポリマー、エラスト
マーに無機充填材を配合した組成物が、プレッシャーク
ッカーテスト（以下、ＰＣＴという）や冷熱サイクルテ
スト（以下、Ｔ／Ｃという）等の促進試験においても半
導体の信頼性を大幅に向上できるパッケージ材料となる
ことを見出し、本発明を完成するに至ったものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、（ａ）液状エ
ポキシ樹脂、（ｂ）多官能シアン酸エステル及び／又は
シアン酸エステルプレポリマー、（ｃ）２５℃で液状
で、数平均分子量が５０００以下で、かつシアン酸エス
テル基と反応し得る官能基がエポキシ基、アミノ基、水
酸基の中から選ばれた１種又は２種以上を含むエラスト
マー、及び（ｄ）無機充填材を主成分とする液状封止材
料において、各成分の配合割合が重量比で（ａ）／
（（ａ）＋（ｂ））＝０．３０〜０．７０、（ｃ）／
（（ａ）＋（ｂ））＝０．０５〜０．３０で、かつ
（ｄ）／（（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）＋（ｄ））＝５０〜
８０である液状封止材料であり、有機プリント配線基板
を用いたＰＰＧＡ型半導体の信頼性を大幅に向上でき
る。

【０００５】本発明に用いられる液状エポキシ樹脂は、
その成分の５０重量％以上は２５℃における粘度が８Ｐ
ａ・ｓ以下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、ＰＰＧＡ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
への充填不良を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。エポキシ樹脂の粘度測定方法として
は、室温で液状の材料の場合、２５℃においてＥ型粘度
計（東機産業(株)・製）で測定する。室温で固形の材料
の場合、高温用プレート粘度計を用い１５０℃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挙げると、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′−ジヒドロキシジフェニ
ルメタン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−ジヒドロキシナフタレンジグリシジルエー
テル型エポキシ、フェノールノボラック型エポキシ、ク
レゾールノボラック型エポキシ、臭素化ビスフェノール
Ａジグリシジルエーテル型エポキシ、臭素化クレゾール
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等がある。これらは１種又は混合し
て用いても差し支えない。

【０００６】本発明に用いられる多官能シアン酸エステ
ル及びシアン酸エステルプレポリマーの各々の融点は、
１２０℃以下であり、１５０℃における粘度は０．１Ｐ
ａ・ｓ以下であることが好ましい。融点が１２０℃を越
えたものは液状のエポキシ樹脂との相溶性が低いので好
ましくなく、１５０℃での粘度が０．１Ｐａ・ｓを越え
たものは封止材料とした際に高粘度となり、パッケージ
への封入作業性の低下や気泡の巻き込みによる信頼性低
下の原因となるので好ましくない。融点の測定方法は、
市販のセイコー電子工業(株)・製の走査示差熱分析装置
を用い、１０℃／１分の昇温速度で測定した時の吸熱ピ
ークの温度を融点とした。本発明の多官能シアン酸エス
テル又はシアン酸エステルプレポリマーの例を挙げる
と、３，３′，５，５′−テトラメチル−４，４′−ジ
シアナートジフェニルメタン、２，２−ビス（４−シア
ナートフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−シアナ
ートフェニル）エタン等の化合物とこれらを適当な金属
触媒の存在下で加熱し、シアン酸エステルを３量化して
トリアジン環を一部形成したプレポリマー等がある。ま
た、液状エポキシ（ａ）とシアン酸エステル樹脂（ｂ）
の重量配合割合は、（ａ）／（（ａ）＋（ｂ））が０．
３０〜０．７０であることが望ましい。シアン酸エステ
ル基は加熱すると単独では３量化しトリアジン環を形成
して耐熱性に優れた硬化物を与えるが金属やプリント配
線基板等への接着性が充分でなく、また高温高湿下での
吸水率が大きく耐湿性も充分ではなかったがエポキシ樹
脂と組合わせて硬化させることにより前述の欠点を改善
できることを見いだした。（ａ）成分と（ｂ）成分の重
量配合割合で、（ａ）／（（ａ）＋（ｂ））が０．７０
を越えるとガラス転移温度に代表される耐熱性が低下
し、冷熱サイクルテストでの信頼性が低下するので好ま
しくなく、また０．３０未満だと金属、有機基板への接
着性の低下とＰＣＴでの耐湿信頼性が低下するので好ま
しくない。

【０００７】本発明で用いられる（ｃ）成分のエラスト
マーは、重量配合割合で（ｃ）／（ａ）＋（ｂ）が０．
０５〜０．３０とすることにより、封止材料の耐湿性向
上や接着性向上に効果があるだけでなく、半導体パッケ
ージの冷熱サイクルテスト時に発生する熱ストレス緩和
効果も有している。ところがシアン酸エステル基と反応
する基をもたないエラストマーは、上記の効果を同様に
有しているが、硬化物表面へのエラストマーの滲みだし
が顕著でタック性もあり、外観、作業性の点で好ましく
ない。また、（ｃ）／（ａ）＋（ｂ）が０．０５未満だ
と接着性、耐湿性、ストレス緩和等の向上効果に乏し
く、０．３０を越えると硬化物のガラス転移温度の低下
や強度の低下をきたすので好ましくない。また、数平均
分子量は５０００以下であることが望ましく、これを越
えるとエポキシ樹脂やシアン酸エステル樹脂との相溶性
が低下して硬化物表面への浮き出しの発生や封止材料の
粘度が上昇する等の作業性が低下するので好ましくな
い。数平均分子量の測定方法としては、日本分光工業
(株)・製のゲルパーミエーションクロマトグラフィー
（型式ＴＲＩＲＯＴＡＲ−VI ＵＶ−１００−ＶＴ）に
よって、ポリスチレン換算として得られた値を採用し
た。本発明に用いられるエラストマーの例を挙げると、
アミノ基末端アクリロニトリル−ブタジエンラバー，水
酸基末端アクリロニトリル−ブタジエンラバー，エポキ
シ基含有ブタジエンラバー等である。

【０００８】無機充填材（ｄ）としては、例えば結晶シ
リカ、溶融シリカ等が用いられる。無機充填材の添加に
より線膨張係数の低減効果がある。本発明の無機充填材
（ｄ）は、重量配合割合で（ｄ）／（（ａ）＋（ｂ）＋
（ｃ）＋（ｄ））が５０〜８０の範囲にあることが望ま
しい。５０未満では線膨張係数の低減効果が小さく、８
０を越えると粘度が高くなり過ぎ好ましくない。本発明
の液状封止材料には、前記必須成分の他に必要に応じて
他の樹脂や反応を促進するための触媒、希釈剤、顔料、
カップリング剤、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、例えば各成分、
添加物等を３本ロールにて分散混練し真空下脱泡処理し
て製造する。

【００１０】以下本発明を実施例で具体的に説明する。 実施例１ 次の原材料を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。 ・ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂 １００重量部 （大日本インキ化学工業(株)・製 ＥＸＡ−８３０ＣＲＰ，２５℃での粘度１． ４Ｐａ・ｓ） ・ビスフェノールＥ型シアネート樹脂 １００重量部 （チバガイギー(株)・製 Ｌ−１０、１５０℃での粘度０．１Ｐａ・ｓ以下） ・エポキシ基含有ポリブタジエン ２０重量部 （日石化学(株)・製 Ｅ−１８００−６．５、分子量：１８００） ・溶融シリカ ５００重量部 （電気化学工業(株)・製 ＦＢ−３０） ・カーボンブラック ２．５重量部 （三菱化学(株)製・ＭＡ−１００） 得られた液状封止樹脂を用いて、ＰＰＧＡパッケージを
封止し１２０℃で１時間、及び１６５℃で２時間オーブ
ン中で硬化して半導体パッケージを得た。超音波探傷機
（以下ＳＡＴという）にてパッケージ内部のボイドの有
無（パッケージ充填性で表現）、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ところ
全くそのような現象は認められなかった。次にＰＣＴ処
理（１２５℃／２．３ａｔｍ）、Ｔ／Ｃ処理（−６５℃
／３０分⇔１５０℃／３０分、１０００サイクル）を施
して、ＳＡＴにてパッケージ内部のボイドの有無（パッ
ケージ充填性で表現）、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ところＰＣＴ処
理７２０ｈｒ、Ｔ／Ｃ処理１０００サイクルまで全くそ
のような現象は認められず、良好な信頼性を有している
ことが判明した。各評価ごとに用いたＰＰＧＡパッケー
ジの数は、１０個である。 実施例２〜７、比較例１〜８ 表１、表２に示した組成以外は、全て実施例１と同様の
方法にて液状封止材料を得て、ＰＰＧＡパッケージを封
止しその信頼性を評価した。その結果を表１、表２に示
す。

【００１１】

【表１】

【００１２】

【表２】

【００１３】

【発明の効果】本発明の液状封止材料で半導体パッケー
ジの封止を行うと、プレッシャークッカーテストや冷熱
サイクルテスト後においても剥離クラックのない高信頼
性の半導体を得ることができるので工業的メリット大で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｌ 63/00 ＮＫＡ Ｃ０８Ｌ 63/00 ＮＫＡ 79/00 ＬＱＺ 79/00 ＬＱＺ Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）液状エポキシ樹脂、（ｂ）多官能
   シアン酸エステル及び／又はシアン酸エステルプレポリ
   マー、（ｃ）２５℃で液状で、数平均分子量が５０００
   以下で、かつシアン酸エステル基と反応し得る官能基が
   エポキシ基、アミノ基、水酸基の中から選ばれた１種又
   は２種以上を含むエラストマー、及び（ｄ）無機充填材
   を主成分とする液状封止材料において、各成分の配合割
   合が重量比で（ａ）／（（ａ）＋（ｂ））＝０．３０〜
   ０．７０、（ｃ）／（（ａ）＋（ｂ））＝０．０５〜
   ０．３０で、かつ（ｄ）／（（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）＋
   （ｄ））＝５０〜８０であることを特徴とする液状封止
   材料。
2. 【請求項２】 （ａ）液状エポキシ樹脂の少なくとも５
   ０重量％の成分の粘度が、８Ｐａ・ｓ／２５℃以下であ
   る請求項１記載の液状封止材料。
3. 【請求項３】 （ｂ）多官能シアン酸エステル及びシア
   ン酸エステルプレポリマーの各々の融点が１２０℃以下
   で、かつ粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下／１５０℃である請
   求項１又は請求項２記載の液状封止材料。