JPH09176294A

JPH09176294A - 液状封止材料

Info

Publication number: JPH09176294A
Application number: JP34158095A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Kondo; 晃弘近藤
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 1997-07-08
Anticipated expiration: 2015-12-27
Also published as: JP3137314B2

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封止材料を提供する。【解決手段】（ａ）液状エポキシ樹脂、（ｂ）常温で
液体である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）エポキシ基を有するポリブタジ
エン化合物、（ｄ）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（ｅ）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封止材料において、
各成分の配合割合が重量比で（ｃ）／｛（ａ）＋（ｂ）
＋（ｃ）｝＝０．０３〜０．１０、（ｄ）／｛（ａ）＋
（ｂ）＋（ｃ）｝＝０．０２〜０．１０で、かつ（ｅ）
／｛（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）＋（ｄ）＋（ｅ）｝＝０．
５０〜０．８０である液状封止材料。

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。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
状封止材料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】本発明は、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液状の封止材料を
提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、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、常温で液体である芳香族アミ
ン系硬化剤アルキル化ジアミノジフェニルメタン、エポ
キシ基を有するポリブタジエン化合物、シランカップリ
ング剤に、特定の粒度分布を有する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、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
上できる封止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。即ち本発明は、（ａ）液状エ
ポキシ樹脂、（ｂ）常温で液体である芳香族アミン系硬
化剤アルキル化ジアミノジフェニルメタン、（ｃ）エポ
キシ基を有するポリブタジエン化合物、（ｄ）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
（ｅ）特定の粒度分布を有する無機充填材を主成分とす
る液状封止材料において、各成分の配合割合が重量比で
（ｃ）／｛（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）｝＝０．０３〜０．
１０、（ｄ）／｛（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）｝＝０．０２
〜０．１０で、かつ（ｅ）／｛（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）
＋（ｄ）＋（ｅ）｝＝０．５０〜０．８０であり、
（ｅ）の無機充填材はその平均粒径が３〜１０μｍで、
粒径１μｍ以下のものが全無機充填材成分中６〜４５重
量％で、かつ粒径３０μｍ以上のものが全無機充填材成
分中の２５重量％以下の粒度分布を有する無機充填材を
配合した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させるこ
とができる。

【０００５】

【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、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。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樹脂、ビスフェ
ノールＦジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ビスフ
ェノールＳジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、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樹脂、
４，４’−ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテ
ル型エポキシ樹脂、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樹脂、フェノールノボラ
ック型エポキシ樹脂、臭素型クレゾールノボラック型エ
ポキシ樹脂、ビスフェノールＤジグリシジルエーテル型
エポキシ樹脂等がある。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封止材料を得る
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。

【０００６】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
り、常温で液体のものである。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封止材料を得る
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。（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。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｛（ａ）／（ｂ）｝は０．９〜１．２が望ましい。
０．９未満の、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超えると即ちエポキシ樹脂
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。

【０００７】本発明に用いられる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（ｃ）のエポキシ基を有するポ
リブタジエン化合物が挙げられる。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有する。し
かし、エポキシ基を分子の一部に組み込むことにより相
溶性が増し、硬化剤（ｂ）と一部反応し架橋するため、
ブリード性は良くなり、エポキシ基を有するポリブタジ
エン特有の低応力化及び強靱化も発現できると考えられ
る。エポキシ基を有するポリブタジエン化合物は、数平
均分子量が１０００〜２０００が好ましい。１０００未
満だとブリードし易くなり、２０００を越えると粘度が
高くなり、いずれも好ましくない。また、エポキシ含有
率（主鎖付加モル分率％）は、３〜１０％が好ましい。
３％未満だと相溶性に欠け、１０％を越えると硬化剤と
架橋し、いわゆる海島構造を取らなくなるため低応力化
が望めなくなる。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。このエポキシ基を有するポリブタジエン化合物
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、（ｃ）
／｛（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）｝＝０．０３〜０．１０が
望ましいが、０．０３未満だと低応力化及び強靱化の効
果が望めなく、特にＴ／Ｃ（温度サイクルテスト）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、０．１０を越えると（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。また、更に低応
力効果があり、かつ（ｃ）のエポキシ基を有するポリブ
タジエン化合物と相溶性のある、ランダム共重合シリコ
ーン変性エポキシ樹脂、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
等と組み合わせても良い。

【０００８】（ｄ）のエポキシ基、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としては、エポキシシラン（例
えば、信越化学工業(株)製ＫＢＭ−４０３）が好まし
い。また用途に応じて基板との密着性を高めたい場合に
は、必要に応じてアミノシランおよびメルカプトシラン
をカップリング剤全量に対し一部ないし全部添加しても
よい。

【０００９】（ｅ）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、（ｅ）／｛（ａ）＋
（ｂ）＋（ｃ）＋（ｄ）＋（ｅ）｝＝０．５０〜０．８
０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
れる液状封止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。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こ
とが可能である。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欠点として、狭い隙間に流入しない
という点が挙げられる。ＰＰＧＡ型パッケージに代表さ
れるように、多ピン化省スペース化のパッケージの傾向
にあって、一例としてワイヤー・ワイヤー間のピッチが
最近狭くなってきている。このような傾向にあり無圧下
で液状封止材料を流入し、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。そこで充
填材の平均粒径を３〜１０μｍと、従来の液状封止材料
のそれより小さくし、かつ粒径３０μｍ以上のものが全
充填材成分中の２５重量％以下と粒径を小さくすること
により、流動性も損なわない。また１μｍ以下のものが
全充填材成分中６〜４５重量％と、微粒の充填材を適量
入れ、粒度分布を調整することで、硬化時に微粒の充填
材が沈みやすい充填材の沈降を抑えることができる。本
発明でいう粒度分布および平均粒径は、レーザー式（Ho
riba、LA-500）にて測定する。なお平均粒径は、メジア
ン径とした。本発明の液状封止材料材料には、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、カップリング剤、難燃剤、レ
ベリング剤、消泡剤等の添加物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】

【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。・ビスフェノールＦジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂：（エポキシ当量１５５、１．６Ｐａ・ｓ／２５℃）１００重量部・ナフタレンＦジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂：（当量１３５、１２４Ｐａ・ｓ以下／２５℃）・アルキル化ジアミノジフェニルメタン硬化剤：（アミノ当量６５）４２重量部・エポキシ基を有するポリブタジエンゴム：５重量部（数平均分子量１５００、エポキシ含有率５モル％）・グリシジルトリメトキシシラン：６重量部・溶融シリカ：３５０重量部・カーボンブラック：１重量部上記の原材料を３本ロールにて、分散混練し真空下脱泡
処理をして液状封止材料を得た。得られた液状封止材料
を用いて、ＰＰＧＡパッケージを封止し１６５℃で３時
間オーブン中で硬化して半導体パッケージを得た。

【００１１】《評価方法》・粘度：Ｅ型粘度計（２５℃）にて、２．５ｒｐｍ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
５０Ｐａ・ｓを越えるとディスペンス時の作業性が悪く
なる。・チキソ比：上述粘度計で、０．５ｒｐｍと２．５ｒｐ
ｍでの粘度の比を値とした。・保存性：初期粘度の倍の粘度になる時間をとった。 ○は７２時間以上、△は２４〜７２時間、×は２４時間
以下・硬化性：ＰＰＧＡパッケージピースパーツに液状封止
材料を注入し、硬化条件１６５℃／３時間にて硬化し、
パッケージ表面のボイドの数、フィラー分離を観察し
た。パッケージ表面のボイドの数は顕微鏡で観察し、数
μｍ以上のボイドを家運とした。未充填パッケージは、
超音波殺傷機（以下ＳＡＴという）にて観察した。フィ
ラー分離は、パッケージの断面を研磨し、表面の樹脂層
の厚みを測定した。５μｍ以上のものをフィラー分離有
りとして表した。評価したＰＰＧＡパッケージの数は１
０個である。・硬化後の剥離・クラック処理前ＰＣＴ処理（１２５℃／２．３ａｔｍ）７２０時間後Ｔ／Ｃ処理（−６５℃／３０分←→１５０℃／３０
分）１０００サイクル後についてＳＡＴを用いて、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。評価したＰＰＧＡパッケージの数は、１０
個である。

【００１２】表１シリカＡＢＣＤＥＦ平均粒径（μｍ） 5.4 4.2 7.8 2.5 3.2 7.3 １μｍ以下の重量％ 30 39 20 40 48 10 １〜３０μｍの重量％ 55 52 62 55 51 61 ３０μｍ以上の重量％ 15 9 18 5 1 29

【００１３】表２実施例１２３４５配合（重量部）ヒ゛スフェノ-ルF型シ゛ク゛リシシ゛ルエ-テルエホ゜キシ樹脂 100 100 100 100 60 ナフタレン型シ゛ク゛リシシ゛ルエ-テルエホ゜キシ樹脂 40 アルキル化ジアミノジフェニルメタン 42 42 42 42 47 ポリブタジエンゴム 5 5 5 5 5 グリシジルトリメトキシシラン 6 6 6 6 6 カーボンブラック 1 1 1 1 1 溶融シリカＡ 350 500 350 溶融シリカＢ 350 溶融シリカＣ 350 特性粘度（Pa・s） 30 45 36 24 38 チキソ比 1.2 1.2 1.3 1.1 1.3 保存性 ○ ○ ○ ○ ○ 硬化性ボイドの数０００００未充填０００００フィラー分離無無無無無硬化後剥離０００００クラック０００００ＰＣＴ処理後剥離０００００クラック０００００Ｔ／Ｃ処理後剥離０００００クラック０００００

【００１３】表３比較例１２３４５配合（重量部）ヒ゛スフェノ-ルF型シ゛ク゛リシシ゛ルエ-テルエホ゜キシ樹脂 100 100 100 100 30 ナフタレン型シ゛ク゛リシシ゛ルエ-テルエホ゜キシ樹脂 70 アルキル化ジアミノジフェニルメタン 42 42 42 42 45 ポリブタジエンゴム 5 5 5 5 5 グリシジルトリメトキシシラン 6 6 6 6 6 カーボンブラック 1 1 1 1 1 溶融シリカＡ 200 350 溶融シリカＤ 350 溶融シリカＥ 350 溶融シリカＦ 350 特性粘度（Pa・s） 43 54 27 17 76 チキソ比 1.1 1.2 1.3 1.1 1.3 保存性 ○ ○ ○ ○ × 硬化性ボイドの数２ 15 ００３未充填１２００ 20 フィラー分離有無有無無硬化後剥離０００００クラック０００００ＰＣＴ処理後剥離０００ 10 ４クラック０００６２Ｔ／Ｃ処理後剥離０００ 10 ０クラック０００ 10 ０

【００１４】

【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 ＮＪＤＣ０８Ｌ 63/00 ＮＪＤ 63/08 ＮＪＤ 63/08 ＮＪＤＮＪＱＮＪＱＨ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）液状エポキシ樹脂、（ｂ）常温で
液体である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）エポキシ基を有するポリブタジ
エン化合物、（ｄ）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（ｅ）下記に示す特定の粒
度分布を有する無機充填材を主成分とする液状封止材料
において、各成分の配合割合が重量比で（ｃ）／
｛（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）｝＝０．０３〜０．１０、
（ｄ）／｛（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）｝＝０．０２〜０．
１０で、かつ（ｅ）／｛（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）＋
（ｄ）＋（ｅ）｝＝０．５０〜０．８０であることを特
徴とする液状封止材料。
【請求項２】（ｅ）無機充填材が、平均粒径が３〜１０
μｍで、粒径１μｍ以下のものが全無機充填材成分中６
〜４５重量％で、かつ粒径３０μｍ以上のものが全無機
充填材成分中の２５重量％以下の粒度分布を有する請求
項１記載の液状封止材料。