JPH1095835A - 半導体封止用エポキシ樹脂液状組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】耐湿性や耐ヒートサイクル性に影響を与えるこ
となく、大面積でかつ反りの極めて少ない半導体パッケ
ージを得るためのエポキシ樹脂液状組成物の開発。 【解決手段】（ａ）シリコーン変性エポキシ樹脂以外の
エポキシ樹脂、（ｂ）シリコーン変性エポキシ樹脂、
（ｃ）多塩基カルボン酸系硬化剤、（ｄ）無機充填剤、
（ｅ）硬化促進剤を含有することを特徴とする半導体封
止用エポキシ樹脂液状組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エポキシ樹脂液状
組成物及びその硬化物に関する。さらに詳しくはプラス
チックボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）、マルチチップ
モジュール（ＭＣＭ）、チップサイズパッケージ（ＣＳ
Ｐ）用半導体封止剤として好適なエポキシ樹脂液状組成
物及びその硬化物に関する。

【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。クワットフラットパッケージ（ＱＦＰ）等のデバ
イスには多ピン化対応のため様々な技術要求があった。
たとえばピンピッチを０．３ｍｍ以下とすることにより
多ピン化となるが実装時のわずかなずれでも不良とな
り、良品化するためには取り外して再実装しなければな
らず、非常に工数がかかる。さら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いる。これらの問題解決のため米
国・モトローラ社よりＯＭＰＡＣ（商品名）という名称
のＢＧＡが開発された。また、さらに数種類のＩＣチッ
プを基板面に実装し、これを一度に封止剤で封止するＭ
ＣＭなどが開発されている。これらはＱＦＰと比較して
ピンカウント当たりの実装面積が小さくなることからコ
ストメリットが大いにあり急速な勢いで普及しつつあ
る。しかしこれらにもいくつかの欠点があり、そのもっ
とも大きな問題は封止用樹脂組成物の硬化収縮及び回路
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様々の封止用
樹脂組成物の開発が行われているが、反りを完全に解決
するまでにいたっていない。

【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、ＭＣＭパッケージ等の半導体封止用
として好適なエポキシ樹脂液状組成物を提供することを
目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは前記したよ
うな実状に鑑み上記目的を達成すべく鋭意研究した結
果、本発明を完成させたものである。即ち本発明は （１）（ａ）シリコーン変性エポキシ樹脂以外のエポキ
シ樹脂、（ｂ）シリコーン変性エポキシ樹脂、（ｃ）多
塩基カルボン酸系硬化剤、（ｄ）無機充填剤、（ｅ）硬
化促進剤を含有することを特徴とする半導体封止用エポ
キシ樹脂液状組成物、 （２）（ａ）シリコーン変性エポキシ樹脂以外のエポキ
シ樹脂と（ｂ）シリコーン変性エポキシ樹脂の混合物が
常温で液体である（１）の半導体封止用エポキシ樹脂液
状組成物、 （３）（ａ）シリコーン変性エポキシ樹脂以外のエポキ
シ樹脂が常温で液体である（１）または（２）の半導体
封止用エポキシ樹脂液状組成物、 （４）（ｂ）シリコーン変性エポキシ樹脂が、式（１）

【０００５】

【化２】 （式（１）中、ｍ、ｎは平均値を表し、ｎ＝０．５〜１
０、ｍ＝１〜５０の値を示す。Ｒはそれぞれ独立してＣ
１〜Ｃ８アルキル基或いはフェニル基を表し、お互いに
同一であっても異なってもよい。Ｒ’は水素、Ｃ１〜Ｃ
８アルキル基、Ｃ１〜Ｃ４アルコキシ基またはグリシジ
ルオキシ基を表す。Ｇはグリシジル基を表す。）で表さ
れる（１）乃至（３）のいずれか一項の半導体封止用エ
ポキシ樹脂液状組成物、 （５）式（１）におけるｍの平均値が２５〜３０であ
り、ｎの平均値が１〜５であり、Ｒがメチル基であり、
Ｒ’が水素である（４）の半導体封止用エポキシ樹脂液
状組成物、 （６）（ａ）シリコーン変性エポキシ樹脂以外のエポキ
シ樹脂と（ｂ）シリコーン変性エポキシ樹脂との比率
（重量）が９９．５：０．５〜６０：４０である（１）
乃至（５）のいずれか一項の半導体封止用エポキシ樹脂
液状組成物、 （７）（ｃ）多塩基カルボン酸系硬化剤が液状の酸無水
物である（１）乃至（６）のいずれか一項の半導体封止
用エポキシ樹脂液状組成物、 （８）（ｄ）無機充填剤が溶融球状シリカ、溶融破砕シ
リカ及び／又は合成球状シリカである（１）乃至（７）
のいずれか一項の半導体封止用エポキシ樹脂液状組成
物、 （９）（ｅ）硬化促進剤がマイクロカプセル化変性アミ
ン類である（１）乃至（８）のいずれか一項の半導体封
止用エポキシ樹脂液状組成物、 （１０）（１）乃至（９）のいずれか一項のエポキシ樹
脂液状組成物を硬化して得られる硬化物、 （１１）（１）乃至（９）のいずれか一項のエポキシ樹
脂液状組成物で封止された半導体部品、 （１２）半導体部品が半導体を実装した基板の裏面に多
数の微小端子を有するものである（１１）の半導体部
品、に関する。

【０００７】本発明に用いるシリコーン変性エポキシ樹
脂以外のエポキシ樹脂（ａ）としては、特に限定される
ものではなく、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹
脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ジグリシジルオ
ルトトルイジン型エポキシ樹脂、ジグリシジルアニリン
型エポキシ樹脂、フェニルグリシジルエーテル、レゾル
シノールジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオ
ールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパント
リグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコール型ジ
グリシジルエーテル、脂環式エポキシ樹脂等があげられ
る。これらのエポキシ樹脂のうち、脂環式エポキシ樹脂
が低粘度や耐熱性の点で好ましい。脂環式エポキシ樹脂
としては、例えばビス（３，４−エポキシシクロヘキシ
ル）アジペート、３，４−エポキシシクロヘキシルメチ
ル・３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート
等のアリサイクリックジエポキシカルボキシレートやヘ
キサヒドロ無水フタル酸ジグリシジルエステル等の脂環
式エステル型エポキシ樹脂があげられ、特に低粘度と高
耐熱という観点から３，４−エポキシシクロヘキシルメ
チル・３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレー
トが好ましい。又、エポキシ樹脂中の塩素含量は腐食性
の点から少ない方が好ましい。

【０００８】尚、常温で固体であるエポキシ樹脂、例え
ばクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェノー
ルメタン型エポキシ樹脂等があるが、これらはエポキシ
樹脂液状組成物の液状に影響を与えない範囲で、又作業
性や粘度上昇を抑える観点から、全エポキシ樹脂中の割
合が４０重量％以下であれば使用できる。

【０００９】本発明に用いられるシリコーン変性エポキ
シ樹脂（ｂ）としては種々のものが使用可能であるが、
好ましいものとして前記式（１）のシリコン変性エポキ
シ樹脂が挙げられる。式（１）で示されるシリコーン変
性エポキシ樹脂は、下記式（２）で示されるシリコーン
オイルと下記式（３）で示されるアリル基含有芳香族化
合物とをヘキサクロロ白金（ＩＶ）六水和物等の白金触
媒を用いたヒドロシリル化反応により合成することがで
きる。

【００１０】

【化３】

【００１１】（式（２）又は（３）において、ｍ、ｎは
平均値を表し、好ましくはｎ＝０．５〜１０、ｍ＝１〜
５０の値、より好ましくはｎ＝１〜７、ｍ＝５〜４０の
値、さらに好ましくはｎ＝２〜５、ｍ＝１０〜３０の値
を示す。Ｒはそれぞれ独立してＣ１〜Ｃ８アルキル基或
いはフェニル基を表し、お互いに同一であっても異なっ
てもよい。Ｒ’は水素、Ｃ１〜Ｃ８アルキル基、Ｃ１〜
Ｃ４アルコキシ基又はグリシジルオキシ基を表す。Ｇは
グリシジル基を表す。Ｒ、Ｒ’におけるＣ１〜Ｃ８アル
キル基としては例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロ
ピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル
基、ｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル
基、オクチル基等があげられる。Ｒ’におけるＣ１〜Ｃ
４アルコキシ基としては例えば、メトキシ基、エトキシ
基、ｎ−プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキ
シ基、イソブトキシ基、ｔ−ブトキシ基等があげられ
る。これらの置換基のうち好ましいものとしては、Ｒと
してメチル基、エチル基、フェニル基が、又Ｒ’として
水素原子、メチル基等がそれぞれあげられる。式（１）
で示される化合物の具体例をあげると、例えば下記表１
に示すものが挙げられる。

【００１２】

【表１】 表１ Ｒ Ｒ’ ｍ ｎ メチル基 水素原子 ２６ ３ メチル基 水素原子 ２０ ５ フェニル基 水素原子 ２６ ３ メチル基 エチル基 ２６ ３ フェニル基 メトキシ基 ２６ ３ メチル基 グリシジルオキシ基 ２６ ３

【００１３】本発明のエポキシ樹脂液状組成物におい
て、（ａ）シリコーン変性エポキシ樹脂以外のエポキシ
樹脂と（ｂ）シリコーン変性エポキシ樹脂との使用比率
（重量）は、好ましくは９９．５：０．５〜６０：４
０、より好ましくは９７：３〜７０：３０、更に好まし
く９５：５〜８０：２０程度である。尚、エポキシ樹脂
中の塩素含量は腐食性の点から少ない方が好ましい。

【００１４】本発明では硬化剤（ｃ）として、多塩基カ
ルボン酸系硬化剤が使用されるが、多塩基カルボン酸系
無水物としては常温で液状のものが好ましく、そのよう
な多塩基カルボン酸系無水物の具体例としてはメチルヘ
キサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタ
ル酸、無水メチルナジック酸、ポリアゼライン酸無水物
等が挙げられる。これらの硬化剤は単独又は２種以上混
合しても使用することができ、その使用量は前記（ａ）
と（ｂ）のエポキシ樹脂の総エポキシ当量に対し０．７
〜１．２化学当量であり、好ましくは０．９〜１．０化
学当量である。

【００１５】本発明に用いられる無機充填剤（ｄ）の具
体例としては、溶融球状シリカ、溶融破砕シリカ、合成
球状シリカ、窒化ケイ素、アルミナ粉等があげられる
が、これらの平均粒径が０．５μｍ〜４０μｍであるも
のが好ましく、これらは単独又は２種類以上混合しても
使用することができる。その使用量は、全樹脂組成物中
で好ましくは６０〜９５重量％、より好ましくは７０〜
９０重量％、さらに好ましくは７５〜８５重量％であ
る。使用量が６０重量％未満の場合、液状エポキシ樹脂
組成物としての作業性は良くなるが、線膨張係数が高く
なるために、本発明の目的を達成させられないことがあ
る。

【００１６】本発明に用いられる硬化促進剤（ｅ）の具
体例としては、通常エポキシ樹脂の硬化に使用されるも
のであればいずれでもよく、特に限定されないが、例え
ばイミダゾール類、トリスジメチルアミノメチルフェノ
ール、ジアザビシクロウンデセン（ＤＢＵ）及びその塩
類、トリフェニルホスフィン等がその具体例として挙げ
られる。常温での作業性から好ましくはマイクロカプセ
ル化したアミン等の潜在性硬化促進剤が用いられる。硬
化促進剤の使用量は使用するエポキシ樹脂１００重量部
に対して０．１〜１０重量部である。ただし、マイクロ
カプセル化された潜在性硬化促進剤の場合は、その有効
成分が上記使用量となるように調整して用いられる。

【００１７】本発明のエポキシ樹脂液状組成物は、前記
したエポキシ樹脂（ａ）及び（ｂ）、硬化剤（ｃ）、無
機充填剤（ｄ）、硬化促進剤（ｅ）を必須成分とする
が、必要によりチクソ付与剤、レベリング剤、消泡剤そ
の他添加剤を用いることができる。これらを真空ニーダ
ー等で均一に撹拌することにより本発明のエポキシ樹脂
液状組成物を容易に製造する事ができる。

【００１８】本発明の硬化物は本発明のエポキシ樹脂液
状組成物を８０℃〜１８０℃で０．５〜１０時間程度加
熱することにより得ることが出来るが、反り低減の為に
好ましくは９０℃〜１２０℃で０．５〜５時間、１２０
℃〜１７０℃で０．５〜５時間というように２段階に分
けて加熱硬化する方法が好ましい。

【００１９】半導体部品としては、例えばＢＧＡ、ＭＣ
Ｍ、ＣＳＰ等の半導体を実装した基板の裏面に多数の微
小端子を有する半導体部品があげられる。本発明のエポ
キシ樹脂液状組成物で封止されたこれらの半導体部品の
製造法としては、例えばＩＣチップをワイヤーボンディ
ング等で基板に配線した後、メタルマスクによる印刷方
式、ドロッピング又はポッティングなどにより本発明の
エポキシ樹脂液状組成物で該ＩＣチップを封止し、つい
で前記したような条件で加熱硬化する方法が採用され
る。

【００２０】

【実施例】以下本発明を実施例にて更に具体的に説明す
る。 実施例１ エポキシ樹脂（ａ）としてセロキサイド２０２１（３，
４−エポキシシクロヘキシルメチル・３，４−エポキシ
シクロヘキサンカルボキシレート、ダイセル化学社製、
エポキシ当量１３３）９０重量部、式（１）で示される
シリコーン変性エポキシ樹脂（ｂ）（Ｒ＝メチル基、ｎ
＝３、ｍ＝２６〜２７、エポキシ当量１００４）１０重
量部、酸無水物（硬化剤）（ｃ）として無水メチルナジ
ック酸（カヤハードＭＣＤ、日本化薬社製）１１０重量
部、無機充填剤（ｄ）として平均粒径３０μｍの球状シ
リカ５３０重量部、平均粒径１３μｍの球状シリカ３３
０重量部、硬化促進剤（ｅ）としてマイクロカプセル化
した変性アミン類（ノバキュア、旭化成社製）８重量
部、その他添加剤としてカーボンブラック０．５重量
部、チクソ付与剤（アエロジル、日本アエロジル社製）
８重量部、消泡剤０．５重量部を真空ニーダーを用い均
一になるまで撹拌し本発明の半導体封止用エポキシ樹脂
液状組成物１０８７重量部を得た。

【００２１】得られた半導体封止用エポキシ樹脂液状組
成物を回路基板（２７ｍｍ×２７ｍｍ×０．６ｍｍ）に
塗布し（塗布サイズ：２４ｍｍ×２４ｍｍ）、１００℃
で３時間硬化した後、１５０℃で２時間硬化して半導体
装置を作成した。基板の反りは１５０μｍであった。信
頼性試験を行った結果、耐湿試験、ヒートサイクル試験
ともに異常はなかった。

【００２２】評価方法 基板の反り評価：得られた半導体装置について、表面粗
さ計を用いて反りの量を測定した。基板の対角線上を測
定し、図１に示す長さで表した。 耐湿試験評価：半導体装置を湿度８５％、温度８５℃の
恒温高湿槽に１０００時間投入しＩＣ不良の有無を確認
した。 ヒートサイクル試験評価：ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｃ
ＭＥＴＨＯＤ １０１０．６の方法に従い、半導体装置
を１２５℃で３０分放置後−５５℃で３０分放置し、こ
れを１回として１０００回繰り返を行いワイヤーの断
線、封止剤のクラックの有無を確認した。

【００２３】実施例２〜５、比較例 表２の処方に従って配合し（表において数字は重量部を
示す）実施例１と同様にして半導体装置を得、同様に評
価した。

【００２４】

【表２】 表２ １ ２ ３ ４ ５ 比較例 エポキシ樹脂（ａ） ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 - 45 - - 30 - セロキサイド２０２１ 90 45 90 93 - 100 グリシジルオルソトルイジン 型エポキシ樹脂 - - - - 15 - クレゾールノボラック型エポ キシ樹脂 - - - - 45 - シリコーン変性エポキシ樹脂（ｂ） R=Me 、 n=3 、 m=26〜27（式(1) ） 10 10 10 7 10 - 硬化剤（ｃ） 無水メチルナジック酸 110 110 60 - 80 110 メチルテトラヒドロ無水フタル酸 - - 50 110 - - 無機充填剤（ｄ） 平均粒径３０μｍ球状シリカ 530 275 285 293 340 530 平均粒径１１μｍ球状シリカ - 275 285 285 357 - 平均粒径１３μｍ球状シリカ 330 280 290 285 - 330 硬化促進剤（ｅ） マイクロカプセル化変性アミン 8 8 8 10 10 8 アエロジル Ｒ−８１２ 8 7 7.5 10 5 8 カーボンブラック 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 消泡剤 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 ──────────────────────────────────── 基板反り（μ） 150 160 150 140 165 310 耐湿試験 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ヒートサイクル試験 ○ ○ ○ ○ ○ ○

【００２５】この表から明らかなように、本発明のエポ
キシ樹脂液状組成物で封止した本発明の半導体装置の基
板の反りは対照例の約半分に減少している。

【００２６】

【発明の効果】本発明に従うと、耐湿性や耐ヒートサイ
クル性に影響を与えることなく、従来では得られなかっ
た大面積でかつ反りの極めて少ない半導体パッケージを
得ることができる。従って、より大きなＭＣＭ、ＢＧＡ
やより応力の低いＣＳＰなどの半導体（電気、電子）部
品を製造することができるようになり、さらに実装時の
トラブルが少なく、品質向上、行程短縮、経費の節減に
多大な効果がある。又、本発明のエポキシ樹脂液状組成
物は、封止用の高価な金型が不要で、形状が自由に設計
でき、多品種少量生産に適し、又基盤との密着性に優れ
るという特徴がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体装置の基板の反り量を表す概略図であ
る。

【符号の説明】

（１）半導体封止用エポキシ樹脂液状組成物の硬化物 （２）半導体基板 ａ：基板の反り量

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/31

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）シリコーン変性エポキシ樹脂以外の
   エポキシ樹脂、（ｂ）シリコーン変性エポキシ樹脂、
   （ｃ）多塩基カルボン酸系硬化剤、（ｄ）無機充填剤、
   （ｅ）硬化促進剤を含有することを特徴とする半導体封
   止用エポキシ樹脂液状組成物。
2. 【請求項２】（ａ）シリコーン変性エポキシ樹脂以外の
   エポキシ樹脂と（ｂ）シリコーン変性エポキシ樹脂の混
   合物が常温で液状である請求項１の半導体封止用エポキ
   シ樹脂液状組成物。
3. 【請求項３】（ａ）シリコーン変性エポキシ樹脂以外の
   エポキシ樹脂が常温で液体である請求項１または２の半
   導体封止用エポキシ樹脂液状組成物。
4. 【請求項４】（ｂ）シリコーン変性エポキシ樹脂が、式
   （１） 【化１】 （式（１）中、ｍ、ｎは平均値を表し、ｎ＝０．５〜１
   ０、ｍ＝１〜５０の値を示す。Ｒはそれぞれ独立してＣ
   １〜Ｃ８アルキル基或いはフェニル基を表し、お互いに
   同一であっても異なってもよい。Ｒ’は水素、Ｃ１〜Ｃ
   ８アルキル基、Ｃ１〜Ｃ４アルコキシ基又はグリシジル
   オキシ基を表す。Ｇはグリシジル基を表す。）で表され
   る請求項１乃至３のいずれか一項の半導体封止用エポキ
   シ樹脂液状組成物。
5. 【請求項５】式（１）におけるｍの平均値が２５〜３０
   であり、ｎの平均値が１〜５であり、Ｒがメチル基であ
   り、Ｒ’が水素である請求項４の半導体封止用エポキシ
   樹脂液状組成物。
6. 【請求項６】（ａ）シリコーン変性エポキシ樹脂以外の
   エポキシ樹脂と（ｂ）シリコーン変性エポキシ樹脂との
   比率（重量）が９９．５／０．５〜６０／４０である請
   求項１乃至５のいずれか一項の半導体封止用エポキシ樹
   脂液状組成物。
7. 【請求項７】（ｃ）カルボン酸系硬化剤が液状の酸無水
   物である請求項１乃至６のいずれか一項の半導体封止用
   エポキシ樹脂液状組成物。
8. 【請求項８】（ｄ）無機充填剤が溶融球状シリカ、溶融
   破砕シリカ及び／又は合成球状シリカである請求項１乃
   至７のいずれか一項の半導体封止用エポキシ樹脂液状組
   成物。
9. 【請求項９】（ｅ）硬化促進剤がマイクロカプセル化変
   性アミン類である請求項１乃至８のいずれか一項の半導
   体封止用エポキシ樹脂液状組成物。
10. 【請求項１０】請求項１乃至９のいずれか一項のエポキ
    シ樹脂液状組成物を硬化して得られる硬化物。
11. 【請求項１１】請求項１乃至９のいずれか一項のエポキ
    シ樹脂液状組成物で封止された半導体部品。
12. 【請求項１２】半導体部品が半導体を実装した基板の裏
    面に多数の微小端子を有するものである請求項１１の半
    導体部品。