(57)【要約】【課題】高い含有率で充填剤を含有し、かつ流動性に優れた注型剤組成物並びに電子デバイス封止方法を提供する。【解決手段】熱硬化性樹脂及び非多孔質の球状粒子を含有し、ダイラタンシー流動特性を有する注型剤組成物とする。球状粒子の含有率が組成物中３０〜８０ｖｏｌ％であることが好ましい。球状粒子は、平均粒子径が２〜３０μｍであり、粒子径が１μｍ以下の粒子の含有率が２０重量％以下であることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂及び非多孔質の球状粒子を含有し、ダイラタンシー流動特性を有する注型剤組成物。
【請求項２】
前記球状粒子の含有率が３０〜８０ｖｏｌ％である請求項１に記載の注型剤組成物。
【請求項３】
前記球状粒子は、平均粒子径が２〜３０μｍであり、粒子径が１μｍ以下の粒子の含有率が２０重量％以下である請求項１又は２に記載の注型剤組成物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の注型剤組成物を電子デバイス上に供給して加熱硬化させて封止を行う電子デバイス封止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体を封止・接着するための注型剤組成物並びに該注型剤組成物を使用した電子デバイス封止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品モジュールの代表例である集積回路（ＩＣ）は、環境封止する必要があるＩＣベアチップを回路基板上に載置し、該ベアチップと外部端子とをワイヤボンディングを行って実装した後に、反応硬化性を有する流動性の封止剤樹脂組成物を注入して硬化させることによってベアチップ全体が封止されている。
【０００３】
また封止されたベアチップ、及び必要に応じてさらに別の未封止のベアチップをコンデンサー等の他の部品を接続し、ＰＢＴ樹脂などにより成形されたケース内に収容して封止剤樹脂を注入して反応硬化させて、回路接続ピンを立設したハイブリッドタイプの電子デバイスを製造する技術も公知である。
【０００４】
このようなＩＣないし電子デバイスの環境封止に使用される封止剤樹脂組成物に、硬化後の樹脂の熱膨張率を被封止物に近づけること、作動時に発生する熱を効果的に放散するために熱伝導率を高くすること、硬化樹脂の強度や剛性を高くすることなどを目的として、無機充填剤を添加する技術が公知である。
【０００５】
ベアチップの封止におけるＩＣ実装法としては、ＩＣベアチップの多ピン化に伴って、ＣＯＢ（Ｃｈｉｐ  ｏｎ  Ｂｏａｒｄ），ＰＧＡ（Ｐｉｎ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ），ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ），ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）等の方法が使用されている。これらの実装法においては、いずれもシリコン基板上に形成された電子回路を有するベアチップは、シリコン基板を回路基板上に接するようにして配設される。上記のベアチップの封止における反応硬化性の樹脂組成物の注入は、実装後に一般的にはトランスファー成形することにより行われる。
【０００６】
一方、ハイブリッドタイプの電子デバイスの封止における注入は、封止剤樹脂組成物を流し込む注型（キャスティング）により行われる。
【０００７】
またベアチップの封止における実装法として、近年には、実装の小型化、高密度化に対応して、シリコン基板の上に形成された電子回路自体に回路と接するピンを形成し、上述の方法とは逆に、電子回路を基板に形成された回路に当接させ、ワイヤボンディングすることなく接続し、環境封止不要なシリコン基板を上面とした上でベアチップの周囲端面部分を流動性の封止剤樹脂組成物をキャスティングして硬化させてベアチップを封止するＦＣ（Ｆｌｉｐ−Ｃｈｉｐ）法といわれるＩＣ実装法も採用されつつあり、係るＦＣの封止の場合には、ハイブリッドタイプの電子デバイスの封止のように注型法が使用される場合も多い。
【０００８】
上記２種の封止に使用可能な封止剤樹脂組成物としては、エポキシ樹脂に球状多孔性微粉末シリカを添加した組成物（特許文献１）、エポキシ樹脂に部分球状シリカを添加した組成物（特許文献２）等が公知である。
【特許文献１】特開２００３−１７１５３１号公報
【特許文献２】特開２０００−６３６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１、２に開示された封止剤樹脂組成物に使用される球状多孔性微粉末シリカ、部分球状シリカ、その他の一般的な充填剤は、いずれも添加量の増加に伴い、組成物の粘度が上昇するものである。
【００１０】
ベアチップの封止においては、通常はトランスファー成形により封止を行うために、一般的な充填剤、とりわけシリカを多量に添加して硬化後の樹脂の熱膨張率を被封止物に近づけた組成物は粘度が非常に高くなるが、加圧により流動させ、封止を行うことができる。
【００１１】
これに対して、ハイブリッドタイプの電子デバイスの封止は、封止剤組成物の流動性に依存した注型により行われるため、封止剤樹脂組成物は流動性の高いものであることが求められる。特許文献１並びに特許文献２に記載の技術のような球状多孔性粉末シリカないし部分球状シリカを、硬化樹脂の熱膨張率が被封止物に近づくように、また熱伝導率がより高くなるように添加すると、当然に充填剤の添加量が多くなり、その結果、硬化前の封止剤樹脂組成物の粘度が添加量の増加と共に高くなって、流動性が低下し、注型による封止が行えなくなるという問題を有する。即ち、封止剤樹脂組成物において、従来の充填剤を使用すると、硬化後の封止剤樹脂組成物の熱膨張率を低下させることあるいは熱伝導率を高くすることと硬化前の封止剤樹脂組成物の流動性を高くすることとは、相反する要請であり、従来は、熱伝導率や熱膨張率は十分ではないが、流動性を重視して充填剤の添加量が少ない封止剤樹脂組成物が使用されていた。
【００１２】
本発明の目的は、高い含有率で充填剤を含有し、かつ流動性に優れた注型剤組成物並びに電子デバイス封止方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の注型剤組成物は、熱硬化性樹脂及び非多孔質の球状粒子を含有し、ダイラタンシー流動特性を有することを特徴とする。
【００１４】
係る注型剤組成物は、充填剤含有率が高いにもかかわらず封止すべき電子デバイス上に流したときや電子デバイスを収容した樹脂ケース内に注型したときの流動性に優れ、電子デバイスの封止や接着が十分に行うことができ、しかも硬化後の樹脂の熱膨張率を被封止物に近づけること、作動時に発生する熱を効果的に放散するために熱伝導率を高くすること、などが使用する充填剤の特性に応じて任意に行うことができる。
【００１５】
ダイラタンシー流動特性は、剪断応力が作用しないか或いは剪断応力が作用しても小さい場合の見掛け粘度が低くて流動性が高く、剪断応力が大きい場合に見掛け粘度が高くなる性質であり、電子デバイスの封止のように、注型剤組成物を供給して静止状態で加熱硬化させる場合においては、見掛け粘度が低いためによく流動し、封止部分に空隙や気泡を生じることなく充填して硬化するため、良好な封止効果が得られる。これに対して同様な熱膨張率ないし熱伝導率を有する従来のダイラタンシー流動特性を有しない注型剤組成物は、静置した状態での流動性が悪く、硬化に際して封止部分に空隙を生じたり、硬化物内部に気泡が残存し、封止特性において本発明の注型剤組成物よりも劣るものである。
【００１６】
上述の注型剤組成物においては、前記球状粒子の含有率が組成物中３０〜８０ｖｏｌ％であることが好ましい。
【００１７】
球状粒子の含有率が３０ｖｏｌ％未満の場合には、硬化後の樹脂の熱膨張率を被封止物に近づける性能や作動時に発生する熱を効果的に放散するために熱伝導率を高くする性能等の性能が十分ではなくなる。球状粒子の含有率が８０ｖｏｌ％を超えると、急激に組成物の粘度が上昇して流動性が低下する。球状粒子の含有率は、４０〜７０ｖｏｌ％であることがより好ましい。
【００１８】
また上述の注型剤組成物においては、前記球状粒子は、平均粒子径が２〜３０μｍであり、粒子径が１μｍ以下の粒子の含有率が２０重量％以下であることが好ましい。
【００１９】
係る構成により、球状粒子の含有率が組成物中３０〜８０ｖｏｌ％であって注型時の流動性の高い注型剤組成物を容易に形成することができる。添加する球状粒子の平均粒子径が２μｍ未満の場合にも３０μｍを超える場合にも、未硬化の組成物のダイラタンシー特性が低下し、十分な封止性能が得られない。また前記球状粒子における粒子径が１μｍ以下の粒子の含有率が２０重量％を超えるとダイラタンシー流動特性が低下する。
【００２０】
上記球状粒子は、真球に近い度合いを表す円形度が、０．９以上であることが好ましい。円形度は１に近いことがより好ましい。
【００２１】
添加する球状粒子の円形度が０．９未満の場合には、組成物のダイラタンシー性が低下してチクソトロピー性が強くなり、添加量の増加により単純に注型剤組成物の粘度が上昇し、硬化後の樹脂の熱膨張率を被封止物に近づける性能や作動時に発生する熱を効果的に放散するために熱伝導率を高くする性能が十分に得られる程度の添加量にすると流動性が低下して封止、接着性能が低下する。
【００２２】
球状粒子の円形度は、例えば電子顕微鏡写真の個々の粒子の投影面積を測定し、この面積と同じ面積の円を想定し、その円の周長を粒子の実周長で除すことにより表すことができる。測定装置としては、フロー式粒子像分析装置（シスメックス社製）の使用が、自動的に粒度分布と球状粒子の円形度を測定することができ、好ましい。
【００２３】
本発明の電子デバイス封止方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の注型剤組成物を電子デバイス上に供給して加熱硬化させて封止を行うことを特徴とする。
【００２４】
係る構成により、電子デバイスの封止や接着が十分に行うことができ、しかも硬化後の樹脂の熱膨張率を被封止物に近づけること、作動時に発生する熱を効果的に放散するために熱伝導率を高くすること、などの効果が十分に発揮可能な程度に充填剤含有率が高い電子デバイスの封止が行える。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の注型剤組成物は、充填剤含有率が高いにもかかわらず封止すべき電子デバイス上に流したときや電子デバイスを収容した樹脂ケース内に注型して加熱硬化したときに流動性に優れ、電子デバイスの封止や接着が十分に行うことができ、しかも硬化後の樹脂の熱膨張率を被封止物に近づけること、作動時に発生する熱を効果的に放散するために熱伝導率を高くすること、などが使用する充填剤の特性に応じて任意に行うことができるという利点を有する。本発明の注型剤組成物は、金型内に注型、硬化させたときに、硬化樹脂内部に気泡を形成することなく型通りの成形品を形成するという利点も有する。また、本発明の注型剤組成物は、充填剤の含有率が高いので、硬化収縮が小さいという特徴も有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の注型剤組成物を構成する熱硬化性樹脂としては、封止剤樹脂として公知の熱硬化性樹脂を限定なく使用できる。具体的にはエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂等が例示される。これらの中でもエポキシ樹脂又はウレタン樹脂の使用がより好ましく、エポキシ樹脂の使用が特に好ましい。
【００２７】
エポキシ樹脂としては、ビスフェノール系エポキシ樹脂、ノボラック系エポキシ樹脂などが使用可能であり、硬化剤としてはアミン系硬化剤又は酸無水物系硬化剤が使用可能であるが、注型剤組成物のダイラタンシー特性がより良好であることから、酸無水物系硬化剤の使用が特に好ましい。
【００２８】
注型剤組成物を構成する熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を使用する場合には、公知の触媒を使用することができる。具体的にはイミダゾール系触媒、第３級アミン触媒等が例示されるが、イミダゾール系触媒の使用がより好ましい。
【００２９】
注型剤組成物を構成する熱硬化性樹脂としてウレタン樹脂を使用する場合にも、第３級アミン触媒、錫系触媒等の公知の触媒を使用することができる。
【００３０】
本発明の注型剤組成物を構成する非多孔質の球状粒子としては、具体的には、シリカ、アルミナ、マグネシア、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、ガラス、スメクタイト等の無機化合物の球状粒子、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂等の合成樹脂の球状粒子が例示される。これらの微粒子は中空体であってもよい。これらの球状粒子を樹脂原料に分散する際に、その表面を適宜の処理、例えばカップリング剤処理等を行うことは好適な態様である。これらの中でも、熱伝導率が高い注型剤を得ることができることから、アルミナの使用が好ましい。
【００３１】
また球状粒子として銀、アルミニウム、銅、シリコン、ハンダ等の金属の球状粒子を使用すると、ハンダ代替材料として使用することができる。
【００３２】
図１は、樹脂ケース内に収容したＩＣなどを封止した電子デバイスを示した斜視図である。電子デバイス１は、ＰＢＴ等の樹脂にて成形されたケース３内に収容されたＩＣを実装した基板やコンデンサー、抵抗などの部品にて所定の回路を形成し、外部に接続するためのピン７を立設した状態で、封止剤樹脂組成物である注型剤８をキャスティングし、加熱硬化させることにより製造される。
【００３３】
図２は、ＦＣ（Ｆｌｉｐ  Ｃｈｉｐ）の封止を例示した断面図である。ＦＣは、基板上にベアチップ１６を実装し、ベアチップの端部と基板の間を注型剤２０にて接着封止したものである。ベアチップ１６は、シリコン基板１４上に回路１２が形成されており回路１２には基板１８と接するピン２２が形成されており、シリコン基板１４を外側にしてピン２２を基板１８に形成された回路に接するように、ワイヤボンディングすることなく実装し、ベアチップ１６の端部から基板１８と回路１２との隙間に樹脂を注入している。
【実施例】
【００３４】
（実施例１）
＜注型剤組成物の調製＞
エポキシ樹脂としてエピクロン８３０（大日本インキ化学工業）３１ｇ，硬化剤として酸無水物系硬化剤であるエピクロンＢ−５７０（大日本インキ化学工業）３２ｇ、触媒としてイミダゾール系触媒２Ｅ４ＭＺ（四国化成工業）０．３ｇ，充填剤としてアルミナ球状微粒子ＡＸ３−３２（円形度０．９７、平均粒子径４μｍ、最大粒子径２４μｍ、ＣＩＬＡＳレーザー法により測定した１μｍ以下の粒子の比率；１５．７重量％、マイクロン社）３３４ｇ（組成物中６０ｖｏｌ％）を混合して注型剤組成物１を調製した。
【００３５】
混合は、上記成分をポリエチレン製の袋に入れ、手でパン生地をこねるような要領で十分に混合した。得られた注型剤組成物１は、硬いパテ状であった。
＜封止性の評価＞  
注型剤組成物の全量を内寸が５０ｍｍ×１００ｍｍ×２０ｍｍ（深さ）のモールドに団子状態で供給した。このモールドを１００℃にて２時間静置した後に１５０℃にて５時間加熱して硬化させ、硬化物の形状、内部の気泡の有無を目視にて評価した。
＜熱伝導性の評価＞
注型剤組成物の硬化物の熱伝導率を迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００を使用して測定した。
＜評価結果＞
注型剤組成物１の硬化物は、モールド内において平坦に充填されており、しかも硬化した樹脂組成物内部、並びにモールド角部との間には気泡が全く存在せず、ダイラタンシー性により良好に流動していたことが明らかであり、封止における充填性が優れた注型剤組成物であると判定できた。  
注型剤組成物１の硬化物の熱伝導率は２．０Ｗ／ｍＫであり、優れた熱伝導性を有するものであった。
【００３６】
（比較例１）
＜注型剤組成物の調製＞
充填剤としてアルミナボールＷＡ−７００（円形度０．６１、平均粒子径２０μｍ、岩尾磁器工業）２００ｇ（組成物中４７ｖｏｌ％）を添加した以外は実施例１と同様にして注型剤組成物２を調製した。
＜評価結果＞
注型剤組成物２の硬化物は、モールド内において平坦にならず、充填した状態から流動してはいるものの硬化した樹脂組成物内部、並びにモールド角部との間には気泡が存在し、流動性は十分ではなく、封止における充填性が満足できる注型剤組成物ではなかった。注型剤組成物２の硬化物の熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫであり、熱伝導性においても満足できるものではなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の注型剤組成物は、充填剤を従来よりも高い比率で充填することができ、かつ自然流動時の見掛け粘度が低いので、ＩＣや他の電子部品を収容した樹脂ケース内に注型して電子デバイスを製造する封止剤、ＦＣを使用したＩＣの製造のための封止剤等の電子デバイス用の封止剤樹脂組成物として使用できる。充填剤として球状の金属粒子を使用するとハンダ材料として使用できる。また本発明の注型剤組成物は、充填剤含有量の多い人口大理石などの樹脂成形体用の原料としても使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】樹脂ケース内に収容したＩＣなどを封止した電子デバイスを示した斜視図
【図２】ＦＣ（Ｆｌｉｐ  Ｃｈｉｐ）の封止を示した断面図
【図１】
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【図２】
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