JPH0892352A

JPH0892352A - プラスチックボールグリッドアレイ用封止樹脂組成物

Info

Publication number: JPH0892352A
Application number: JP20626394A
Authority: JP
Inventors: Masaru Ota; 賢太田
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1994-07-27
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 1996-04-09
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: JP3343448B2

Abstract

(57)【要約】【構成】回路基板の表面に銀ペーストで半導体素子を
実装し、該実装品を封止するエポキシ樹脂組成物が、下
記式に示す多官能エポキシ樹脂、平均重合度３以上のフ
ェノールノボラック樹脂硬化剤、硬化促進剤、全組成物
中に無機充填材を７２重量％以上含み、かつ全組成物中
に特定の構造のシリコーンオイルおよび／またはシリコ
ーンゴムを２．０重量％以上を含むプラスチックボール
グリッドアレイ用封止樹脂組成物。【化１】【効果】反りのきわめて少ないプラスチックボールグ
リッドアレイパッケージを得ることができるため、品質
向上、工程短縮、経費節減に効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラスチックボールグ
リッドアレイ用封止樹脂組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロジックＬＳＩをデバイス化する
にあたって要求されてきた項目として、多ピン化対応が
ある。ＱＦＰ等のデバイスには、多ピン化の目的のため
に種々の技術的な課題が要求されてきた。例えば、ピン
ピッチが０．３ｍｍ以下になることにより、実装時のト
ラブルが増大する。わずかにずれて実装されても不良と
なり、取り外して再度実装するという非常に工数のかか
る工程が要求されている。更に、多ピン化に伴いパッケ
ージサイズも拡大の一途をたどり、実装面積の大型化は
大きな問題となってきている。これらの問題の解決のた
めに、米国・モトローラ社よりＯＭＰＡＣ（商品名）と
言う名称のプラスチックボールグリッドアレイ（以下Ｂ
ＧＡという）が開発された。図２を用いてＢＧＡの概略
を説明する。図２はＢＧＡの断面図である。エポキシ樹
脂、ポリイミド樹脂等の積層板からなる回路基板１の表
面に銀ペーストでＩＣチップ３を実装し、これを封止樹
脂組成物２で封止し、その後回路基板１の下面に、ピン
の変わりにソルダーボール５が付けられたものである。
ソルダーボール同士の間隔は、現状で一番短いものでも
１ｍｍであり、ＱＦＰのピンピッチに比べると実装が容
易である。更に、実装面積が小さく、熱放散性が良好な
ことからピンカウントが多くなるとコストメリットもあ
り、米国を中心にＢＧＡがかなりの勢いで立ち上がりつ
つある。しかし、ＢＧＡにも欠点があり、最も大きな問
題は封止樹脂組成物と回路基板との熱膨張係数の差によ
るパッケージの反りが発生し易いことである。これを解
決するために、種々の封止樹脂組成物の開発が行われて
いるが、反りを完全に解決するまでに至っていない（例
えば、特開平５−６７７０５号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、反りの少な
いＢＧＡパッケージに適した封止樹脂組成物を提供する
ことを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、回路基板の表
面に銀ペーストで半導体素子を実装し、該実装品を封止
するエポキシ樹脂組成物が、（Ａ）式（１）に示す多官
能エポキシ樹脂、

【０００５】

【化３】

【０００６】（Ｂ）平均重合度３以上のフェノールノボ
ラック樹脂硬化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）全組成物
中に無機充填材を７２重量％以上含み、かつ（Ｅ）全組
成物中に、式（２）で示されるシリコーンオイル

【０００７】

【化４】

【０００８】および／またはシリコーンゴムを２．０重
量％以上含むことからなるプラスチックボールグリッド
アレイ用封止樹脂組成物である。また前記封止樹脂組成
物の硬化物が、ガラス転移温度１８０℃以上、常温の弾
性率１４００ｋｇｆ／ｍｍ²以下で、かつ常温の熱膨張
係数１．４×１０^-5／℃以下の物性を有するものであ
り、ＢＧＡを成形したときの反りが極めて低く、良好な
ＢＧＡデバイスを得ることができる。

【０００９】ＢＧＡの反りを低減するため、今迄の知見
に基づき封止樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度、常
温の弾性率及び常温の熱膨張係数の３項目の物性に着眼
し、これらの物性について如何なる物性値が必要か有限
要素法による熱応力解析の手法を用いて検討した。図１
は、熱応力解析及び実際に評価した際のＢＧＡの一部の
構成であるエポキシ樹脂積層板からなる回路基板１と封
止樹脂組成物２とを一体化した成形品の斜視図であり、
回路基板１の大きさは２４ｍｍ×２４ｍｍ、その厚みは
０．４ｍｍで、硬化した封止樹脂組成物２の大きさは２
０ｍｍ×２０ｍｍで、その厚みは０．８ｍｍである。硬
化した封止樹脂組成物のガラス転移温度、常温の弾性率
及び常温の熱膨張係数の３項目の物性値を想定し、有限
要素法によるＢＧＡの反りの解析をした結果を表１に示
す。この結果をまとめると、ＢＧＡの反り防止に有効な
封止樹脂組成物の物性値は、ガラス転移温度が１８０℃以上であること（ＴＭ
Ａ）。常温の弾性率が１４００ｋｇｆ／ｍｍ²以下である
こと（３点曲げ法）。常温の熱膨張係数が１．４×１０^-5／℃以下である
こと（ＴＭＡ）である。上記の３項目の物性値を満足させる封止樹脂組成物を用
いれば、図１の成形品の反りが２００ｐｐｍ以下と小さ
く、ＢＧＡ用として充分実用性があるものと判断した。

【００１０】この結果を元に、３項目の物性について種
々の物性値を有する封止樹脂組成物と図１の形状の回路
基板を一体成形し、実際の反りについて測定をした。実
際に評価した反りの測定結果を表２に示す。この結果
は、有限要素法の計算結果とよく一致し、上記の３項目
の物性値が正しいことを証明している。硬化条件低圧トランスファー成形にて、１７５℃、７０Ｋｇ／ｃ
ｍ²、１２０秒の成形条件で一体成形し、更にポストモ
ールドキュアとして１７５℃、８時間の処理を行い、以
下の試験に供した。ガラス転移温度、常温の熱膨張係数の測定方法（Ｔ
ＭＡ法）セイコー(株)製・ＴＭＡ−１００を使用。テストピース
サイズは５×５×５ｍｍ。０〜３００℃を５℃／ｍｉｎ
の昇温速度で測定。常温の弾性率の測定方法（３点曲げ法）オリエンテック(株)製・ＯＣＴ−１０Ｔを使用。テスト
ピースサイズ８０×１０×５ｍｍ。スパンは６４ｍｍ、
荷重スピードは２ｍｍ／ｍｉｎで測定。反りの測定方法（表面粗さ計）東京精密(株) サーフコム１５００Ａを使用。成形品を
固定し、最大反りをモニターした。図３にＢＧＡパッケ
ージ反り量を表す概略図を示す。

【００１１】この結果に基づき、上記の３項目を目標物
性値とし、樹脂配合に関して鋭意検討を行い、下記の封
止樹脂組成物を用いることによりＢＧＡの反り防止に有
効なことが確認できた。

【００１２】以下に本発明の封止樹脂組成物の各成分に
ついて説明する。本発明に用いる多官能エポキシ樹脂
は、式（１）に示すものである。式中のＲは、水素、メ
チル基およびターシャリーブチル基の内から選ばれる同
一または異なった原子または基である。ｎ＝１〜１０で
あり、１０を越えると樹脂粘度が高過ぎ、成形性が低下
する。これらの構造を有するものならば、単独でも混合
して用いてもよい。封止樹脂組成物の耐湿性向上のため
には、不純物としてのＣｌイオン、Ｎａイオン等の不純
物イオンが極力少ないことが望ましい。また、硬化した
封止樹脂組成物のガラス転移温度が１８０℃未満となら
ない範囲内なら臭素化エポキシ樹脂、オルソクレゾール
ノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル系エポキシ化合
物等の各種のエポキシ樹脂と併用しても差し支えない。

【００１３】本発明に用いるフェノールノボラック樹脂
硬化剤は、ＢＧＡの反りを防止するために硬化した封止
樹脂組成物のガラス転移温度が１８０℃以上必要なこと
から、その平均重合度は３以上である必要がある。平均
重合度が３未満だと、封止樹脂組成物のガラス転移温度
が１８０℃未満となり、ＢＧＡの反りが大きくなる。封
止樹脂組成物の耐湿性向上のためには、不純物としての
Ｃｌイオン、Ｎａイオン等の不純物イオンが極力少ない
ことが望ましく、また硬化性向上のために水酸基当量は
９０〜１５０ｇ／ｅｑが好ましい。

【００１４】本発明に用いる硬化促進剤は、エポキシ基
と水酸基の反応を促進するものであれば良く、一般に封
止樹脂に使用されているのものを利用することができ
る。例えば、１，８−ジアザビシクロウンデセン、トリ
フェニルホスフィン、ベンジルジメチルアミン、２−メ
チルイミダゾール等が挙げられ単独でも混合して用いて
もよい。

【００１５】本発明に用いられる無機充填材は、溶融シ
リカ粉末、球状シリカ粉末、結晶シリカ粉末、アルミナ
等を使用することができるが、特に溶融シリカ粉末と球
状シリカ粉末の混合物が望ましい。無機充填材は全組成
物中に７２重量％以上含む必要がある。無機充填材を７
２重量％以上含む封止樹脂組成物は、熱膨張係数が目標
値の１．４×１０^-5／℃以下となり、ＢＧＡの反りが減
少する。７２重量％未満の無機充填材では、封止樹脂組
成物の熱膨張係数が大きくなり、ＢＧＡに用い成形した
ときの反りが大きくなり、封止樹脂組成物の特徴を著し
く損なう。また無機充填材が８２重量％を越えると成形
時の流動性が低下し、実用的でない。

【００１６】本発明に用いるシリコーンオイルは、式
（２）で示される構造を有する化合物である。式（２）
で示される各種の構造のシリコーンオイルを単独でも混
合して用いてもよい。樹脂組成物の耐湿性向上のために
は、不純物としてのＣｌイオン、Ｎａイオン等の不純物
イオンが極力少ないことが望ましく、さらに成形性向上
のために揮発分の極力少ないことが望ましい。

【００１７】式（２）の構造のシリコーンオイルは、側
鎖のＲ₁がカルボン酸、エポキシ、シクロヘキシル型エ
ポキシ、ポリアルキレンオキサイドもしくは水素の内の
いずれかであり、またＲ₂としてフェニル基、フェネチ
ル基、エチル基の内のいずれかである。これらの官能基
を有しないシリコーンオイルはエポキシ樹脂に充分に相
溶せず、成形品表面にブリードアウトし、成形品の表面
を汚し、良好な成形品が得られない。更に、シリコーン
主鎖の重合度が６以上（ｋ＋ｌ＋ｍ＝５以上）、３０１
以下（ｋ＋ｌ＋ｍ＝３００以下）であることが必須であ
る。重合度が６未満であると低弾性率性が発現せず、Ｂ
ＧＡの反りが大きくなり所定の性能が得られない。重合
度が３０１を越えると、シリコーンオイルのエポキシ樹
脂に対する相溶性が劣るために成形品表面にブリードア
ウトし、成形品の表面を汚す。

【００１８】本発明に用いるシリコーンゴムは、ジメチ
ルシロキサンを主体とする化学構造であれば特に限定す
るものではないが、樹脂組成物の流動特性改善のために
は、平均粒子径が５〜５０μｍの球状であることが望ま
しい。更に粒子表面にエポキシ、シラノール、メルカプ
ト等の極性の反応基を有するものがより望ましい。また
樹脂組成物の耐湿性向上のためには、不純物としてのＣ
ｌイオン、Ｎａイオン等の不純物イオンが極力少ないこ
とが望ましく、更に成形性向上のために揮発分の極力少
ないことが望ましい。シリコーンオイルおよび／または
シリコーンゴムは、全組成物中に、２．０重量％以上含
むことが必須である。これらの成分は、封止樹脂組成物
の弾性率を低減させるのに有効である。全組成物中に
２．０重量％以上配合することにより、封止樹脂組成物
の低弾性率化が図られ、常温における弾性率を１４００
ｋｇｆ／ｍｍ²以下にできる。これによりＢＧＡの反り
の量を低減できる。但し６．０重量％を越えると、成形
性、特性は問題ないがタブレットの打錠性が著しく低下
するのでハンドリングの問題が発生する。併用する場合
のシリコーンオイルとシリコーンゴムの配合比は特に限
定するものではなく、またシリコーンオイル単独、ある
いはシリコーンゴム単独であっても成形性、信頼性とも
に問題ない。

【００１９】本発明の樹脂組成物は多官能エポキシ樹
脂、フェノールノボラック樹脂硬化剤、硬化促進剤、無
機充填材、シリコーンオイルおよび／またはシリコーン
ゴムを必須成分とするが、これ以外に必要に応じてシラ
ンカップリング剤、三酸化アンチモン、ヘキサブロムベ
ンゼン等の難燃剤、カーボンブラック、ベンガラ等の着
色剤、天然ワックス、合成ワックス等の離型剤等の種々
の添加剤を適宜配合しても差し支えない。また、本発明
の封止樹脂組成物を成形材料として製造するには、多官
能エポキシ樹脂、フェノールノボラック樹脂硬化剤、硬
化促進剤、無機充填材、シリコーンオイルおよび／また
はシリコーンゴム、その他の添加剤をミキサー等によっ
て充分に均一に混合した後、更に熱ロールまたはニーダ
ー等で溶融混練し、冷却後粉砕して封止材料とすること
ができる。

【００２０】以下本発明を実施例にて具体的に説明す
る。実施例１下記組成物式（１）の多官能エポキシ樹脂Ａ（Ｒは表６に示す）（軟化点６０℃、エポキシ当量１７０）１２．６重量部フエノールノボラック樹脂硬化剤（軟化点１００℃、水酸基当量１０５、平均重合度４．０）８．２重量部溶融シリカ粉末（平均粒径１５μｍ）１０．０重量部球状シリカ粉末（平均粒径２０μｍ）６３．０重量部シリコーンオイルＡ（Ｒ₁、Ｒ₂、ｋ、ｌ、ｍは表６に示す）１．２重量部シリコーンゴムＡ（平均粒径１０μｍ、球状）１．０重量部トリフェニルホスフィン０．３重量部カーボンブラック０．３重量部三酸化アンチモン２．０重量部カルナバワックス０．３重量部臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂１．１重量部をミキサーにて常温混合し、７０〜１００℃で二軸ロー
ルにて混練し、冷却後粉砕し成形材料とした。得られた
成形材料をタブレット化し、図１の回路基板とこの材料
を低圧トランスファー成形機にて１７５℃、７０ｋｇ／
ｍｍ²、１２０秒の条件で一体成形し、更にポストモー
ルドキュアとして１７５℃で８時間の処理を行い成形品
を得た。評価結果を表３に示す。

【００２１】評価方法ＢＧＡの反り評価：得られた成形品について、表面粗さ
計を用いて反り量を評価した。成形品の表面の汚れ評価：得られた成形品について、目
視で成形品表面の油汚れを観察した。

【００２２】実施例２〜６表３の処方に従って配合し、実施例１と同様にして成形
材料を得、同様に評価した。多官能エポキシ樹脂Ｂ（軟
化点６０℃、エポキシ当量１８０、Ｒは表６に示す）、
多官能エポキシ樹脂Ｃ（軟化点６５℃、エポキシ当量２
００、Ｒは表６に示す）。評価結果を表３に示す。比較例１〜１３表４、表５の処方に従って配合し、実施例１と同様にし
て成形材料を得、同様に評価した。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】

【表４】

【００２７】

【表５】

【００２８】

【表６】

【００２９】

【発明の効果】本発明に従うと、従来技術では得れらな
かった反りのきわめて少ないＢＧＡパッケージを得るこ
とができる。本樹脂組成物を電気、電子部品の封止用に
用いた場合、反りの少ないＢＧＡのために回路基板への
実装時のトラブルが少なく、迅速に実装できるので、品
質向上、工程短縮、経費の節減に多大な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の評価に用いたエポキシ樹脂積層板から
なる回路基板と封止樹脂組成物を一体成形した成形品の
斜視図であり、回路基板の大きさは２４ｍｍ×２４ｍｍ
で、その厚さは０．４ｍｍ、硬化した封止樹脂組成物の
大きさは２０ｍｍ×２０ｍｍで、その厚さは０．８ｍｍ
である。

【図２】プラスチックボールグリッドアレイの断面図で
ある。

【図３】プラスチックボールグリッドアレイの反り量を
表す概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｈ０１Ｌ 23/31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回路基板の表面に銀ペーストで半導体素
子を実装し、該実装品を封止するエポキシ樹脂組成物
が、（Ａ）式（１）に示す多官能エポキシ樹脂、【化１】（Ｂ）平均重合度３以上のフェノールノボラック樹脂硬
化剤、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）全組成物中に無機充填
材を７２重量％以上含み、かつ（Ｅ）全組成物中に式
（２）で示されるシリコーンオイル【化２】および／またはシリコーンゴムを２．０重量％以上含む
ことを特徴とするプラスチックボールグリッドアレイ用
封止樹脂組成物。
【請求項２】請求項１記載の封止樹脂組成物の硬化物
が、ガラス転移温度１８０℃以上、常温の弾性率が１４
００ｋｇｆ／ｍｍ²以下で、かつ常温の熱膨張係数が
１．４×１０^-5／℃以下の物性を有することを特徴とす
るプラスチックボールグリッドアレイ用封止樹脂組成
物。