JPH10158366A

JPH10158366A - 液状注入封止アンダーフィル材料

Info

Publication number: JPH10158366A
Application number: JP8325390A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Kondo; 晃弘近藤; Toshiro Takeda; 敏郎竹田
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 1998-06-16
Anticipated expiration: 2016-12-05
Also published as: JP3351974B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プレッシャークッカーテストや冷熱サイクル
テストにおいても剥離クラックのない高信頼性の半導体
パッケージ用の液状注入封止アンダーフィル材料を提供
する。【解決手段】 (a)液状エポキシ樹脂、(b)芳香族アミ
ン系硬化剤アルキル化ジアミノジフェニルメタン、(c)
エポキシ基、アミノ基、メルカプト基の群から選ばれる
１個以上の官能基を分子内に有するシランカップリング
剤、及び(d)特定の粒度分布を有する無機充填材を主成
分とする液状注入封止アンダーフィル材料において、各
成分の配合割合が重量比で(c)／{(a)+(b)+(c)}=0.01〜
0.05で、かつ(d)／{(a)+(b)+(c)+(d)}=0.50〜0.80であ
り、(d)の無機充填材はその平均粒径が0.4〜６μｍで、
粒径１μｍ以下のものが全無機充填材成分中20〜70重
量％で、かつ粒径20μｍ以上のものが全無機充填材成
分中の30重量％以下で、50μｍ以上をカットした粒度分
布を有する無機充填材を配合したことを特徴とする液状
注入封止アンダーフィル材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の注入封止
に用いられる液状注入封止アンダーフィル材料に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣチップの高密度化、高集積化の進展
に伴い、配線長が短く、高周波用、多ピン化に向いてい
るフリップチップ実装方式のパーケージ形態が多くなっ
てきている。同実装は、ほぼチップサイズの大きさで、
さらに、プリント基板にチップを直接搭載できることか
ら、小型、軽量、薄型が可能となっている。ベアチップ
技術も確立化されているが、完全良品チップの入手が困
難のため、注入封止アンダーフィル材料による充填補強
が必要である。

【０００３】このフリップチップ実装型半導体封止には
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はなく、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。フリップチップ実
装型半導体の信頼性低下の原因としては、（１）注入封止アンダーフィル材料の充填不足による、
外気からの不純物、湿気が侵入する。（２）有機のプリント配線基板から湿気が侵入する。（３）半田バンプから不純物が侵入する。（４）無圧下で液状注入封止アンダーフィル材料をパッ
ケージ内に流入し硬化するため封止材料中に気泡が残存
して、熱ストレスが加わった際にクラックが発生する。（５）封止材料と半導体チップ、有機基板、半田バンプ
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。（６）同熱ストレスにより、チップへ機械的な傷付け、
損失を生じてしまう。等が挙げられる。

【０００４】

【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、液状エポキシ樹脂、芳香族アミン系硬化剤
アルキル化ジアミノジフェニルメタン、シランカップリ
ング剤に、特定の粒度分布を有する無期充填材を配合し
た組成物が、プレッシャークッカーテスト(以下、ＰＣ
Ｔ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いだし、本発明を完成
するに至ったものである。

【０００５】

【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)芳香族アミン系硬化剤アルキル化ジアミ
ノジフェニルメタン、(c)エポキシ基、アミノ基、メル
カプト基の群から選ばれる１個以上の官能基を分子内に
有するシランカップリング剤、及び(d)特定の粒度分布
を有する無機充填材を主成分とする液状注入封止アンダ
ーフィル材料において、各成分の配合割合が重量比で
(c)／{(a)+(b)+(c)}=0.01〜0.05で、かつ(d)／{(a)+(b)
+(c)+(d)}=0.50〜0.80であり、(d)の無機充填材はその
平均粒径が0.4〜６μｍで、粒径１μｍ以下のものが全
無機充填材成分中20〜100重量％で、かつ粒径20μｍ以
上のものが全無機充填材成分中の30重量％以下で、50μ
ｍ以上をカットした粒度分布を有する無機充填材を配合
した液状注入封止アンダーフィル材料であり、有機プリ
ント配線基板を用いたフリップチップ実装型半導体の信
頼性を大幅に向上させることができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明に用いられる(a)の液状エ
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１０PA・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、フリップチップ実装
パッケージ中を液状注入封止アンダーフィル材料で流入
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。

【０００７】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℃において東機産業(株)・
製Ｅ型粘度計、ブルックフィールド粘度計で測定する。
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
等がある。これらは単独でも混合しても差し支えない。
また、信頼性の優れた液状注入封止アンダーフィル材料
を得るために、使用に耐えるエポキシ樹脂は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。

【０００８】本発明に用いられる(b)の芳香族アミン系
硬化剤は、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。また、信頼性
の優れた液状注入封止アンダーフィル材料を得るため
に、使用に耐えるアミン系硬化剤は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。ここで云
う芳香族アミン系硬化剤は、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'-ジエチル-4,4'-
ジアミノジフェニルメタンなどが挙げられる。(b)の芳
香族アミン系硬化剤は(a)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。

【０００９】主剤である(a)のエポキシ樹脂と、硬化剤
である(b)の芳香族アミン系硬化剤アルキル化ジアミノ
ジフェニルメタンとの配合モル比は0.9〜1.2が望まし
い。0.9以下の、硬化剤が過多の場合は、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1.2以上、即ちエポキシ樹脂が
多くなると硬化が不十分となり、信頼性の低下に繋が
る。

【００１０】(d)の無機充填材(以下、単に充填材とい
う)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、その効果を上げるためには球状の
無機充填材が最も良い。添加量は、(d)／{(a)+(b)+(c)+
(d)}=0.50〜0.80が望ましい。０.５０未満だと、上述の
線膨張係数の低減効果は小さく、０.８０を越えると結
果として得られる液状注入封止アンダーフィル材料の粘
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。

【００１１】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。多ピン化省スペース化のパッケージの
傾向もあり、基板とチップ間の高さ(Stand OFF)が狭く
なってきている。このような傾向にあり無圧下で液状注
入封止アンダーフィル材料を流入し、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
粒径を極力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。

【００１２】そこで充填材の平均粒径を0.4〜６μｍ
と、従来の液状封止材料のそれより小さくし、かつ粒径
20μｍ以上のものが全充填材成分中の30重量％以下
で、50μｍ以上をカットし、粒径を小さくすることによ
り、流動性も損なわず、チップと基板の間隙を縫って充
填する事が可能となった。またなおかつ１μｍ以下のも
のが全充填材成分中20〜100重量％と、粒度分布を調整
することで、満遍なく充填させることができる。

【００１３】本発明の液状注入封止アンダーフィル材料
材料には、前記の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、エラスト
マー、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。

【００１４】エラストマーとしては、(a)のエポキシ樹
脂との相溶性が良く、低応力化・及び強靱化が期待され
る、エポキシ基の有するポりブタジエン化合物、ランダ
ム共重合シリコーン変性エポキシ、ランダム共重合シリ
コーン変性フェノール樹脂、又はエポキシ基含有のポリ
オレフィン等が挙げられ、単独あるいは数種を組み合わ
せても良い。一般にエラストマーは、エポキシ樹脂との
相溶性に欠けるため注入硬化した後はブリードのため成
形性が低下する性質を持つ。しかし、エポキシ基を分子
の一部に組み込んでいる上記エラストマーは、相溶性が
あり、硬化剤の(b)と一部反応し架橋するため、ブリー
ド性は良くなり、低応力化及び強靱化も発現できると考
えられる。

【００１５】低応力化の確認には例えば３点曲げ試験、
強靱化の確認には例えばＫIC測定が挙げられるが、いず
れのテストの結果でも優れた結果を得ることができる。
このエラストマーは、その添加量を調整することによ
り、低応力性・及び靱性を最大限に引き出すことができ
る。添加量は、全液状注入封止アンダーフィル材料中0.
1〜1.0%が望ましいが、0.1%より少ないと低応力化・及
び強靱化の効果が望めなく、特にＴ/Ｃ時に表面クラッ
クが発生し信頼性の不良に繋がる原因となる。また、1.
0%より多いと(a)のエポキシ樹脂との相溶性が悪くなり
パッケージ表面に油浮き、ブリードするといった成形性
低下の原因となる。液状注入封止アンダーフィル材料
は、例えば各成分、添加物等を三本ロール、二本熱ロー
ル、真空混合機にて分散混練し、真空下脱泡処理して製
造する。

【００１６】

【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155、1.6Pa・s @25℃) １００重量部ジエチルジアミノジフェニルメタン２１重量部テトラメチルジアミノジフェニルメタン２１重量部グリシジルトリメトキシシラン３重量部溶融シリカＡ２００重量部カーボンブラック１重量部なお、用いた溶融シリカの特性を表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】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注入封止アンダーフィル材
料を得た。得られた液状注入封止アンダーフィル材料を
用いて、８０℃の熱盤上でフリップチップ実装パッケー
ジに５分間注入させた後、１２０℃で１時間、さらに１
６５℃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。粘度はBrookField型粘度計(@25C)にて、5rpm
で測定したものを値とした。この値が高いほど悪い。粘
度が５００ポイズを越えるとディスペンス時の作業性が
悪くなる。また、チキソ比は、上述粘度計で、0.5rpmと
5rpmでの粘度の比を値とした。保存性は初期粘度の倍に
なる時間をとった。超音波探傷機(以下、C-ＳＡＭ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)、半導体チップ面およびプリント基板バン
プ界面との剥離、クラックの有無を確認した。ＰＣＴ処
理(１２５℃／２.３atm)、Ｔ／Ｃ処理(−６５℃／３０
分←→１５０℃／３０分)を施して、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
確認したところＰＣＴ処理７２０時間、Ｔ／Ｃ処理１０
００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
用いたフリップチップ実装パッケージの数は、１０個で
ある。なお、チップの大きさは15mm角で、基板との間隙
は100μｍである。これらの評価結果を表２に示す。

【００１９】［実施例２〜５、及び比較例１〜５］表２
の配合による以外は実施例１と同様にして、液状注入封
止アンダーフィル材料を得た。得られた液状注入封止ア
ンダーフィル材料を用いて、実施例１と同様にして半導
体パッケージを得た。これらの評価結果を表２に示す。

【００２０】

【表２】 (ナフタレンＦ型エポキシ樹脂(当量135、124Pa・s以下 @
25C) )

【００２１】

【発明の効果】本発明の液状注入封止アンダーフィル材
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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 (a)液状エポキシ樹脂、(b)芳香族アミン
系硬化剤アルキル化ジアミノジフェニルメタン、(c)エ
ポキシ基、アミノ基、メルカプト基の群から選ばれる１
個以上の官能基を分子内に有するシランカップリング
剤、及び(d)無機充填材を主成分とする液状注入封止ア
ンダーフィル材料において、各成分の配合割合が重量比
で(c)／{(a)+(b)+(c)}=0.01〜0.05で、かつ(d)／{(a)+
(b)+(c)+(d)}=0.50〜0.80であり、かつ無機充填材が、
その平均粒径が0.4〜６μｍで、粒径１μｍ以下のもの
が全無機充填材成分中20〜100重量％で、かつ粒径20μ
ｍ以上のものが全無機充填材成分中の30重量％以下
で、50μｍ以上をカットした粒度分布を有する無機充填
材であることを特徴とする液状注入封止アンダーフィル
材料。