(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）液状エポキシ樹脂、（Ｂ）液状芳香族アミン系硬化剤、（Ｃ）エポキシ化ポリブタジエン化合物、及び（Ｄ）無機充填剤を必須成分とし、（Ｃ）成分の配合量が（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｃ）成分の合計量に対して１２〜２８重量％である封止用エポキシ樹脂成形材料。
【請求項２】
エポキシ化ポリブタジエン化合物（Ｃ）が下記一般式（Ｉ）で示される化合物である請求項１記載の封止用エポキシ樹脂成形材料。
【化１】
0004534280.tif 000007
（ここで、ｍは２〜１０の整数、ｎは５〜３０の整数を示す。）
【請求項３】
（Ｃ）成分の数平均分子量が８００〜１５００で、かつエポキシ当量が２００〜２４０である請求項１又は請求項２記載の封止用エポキシ樹脂成形材料。
【請求項４】
液状芳香族アミン系硬化剤（Ｂ）が３，３’−ジエチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン及び／又はジエチルトルエンジアミンを含有してなる請求項１〜３のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂成形材料。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂成形材料により封止された素子を備えた電子部品装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に高信頼性を要求される半導体装置に好適な封止用エポキシ樹脂成形材料、及びこの封止用エポキシ樹脂成形材料で封止した素子を備えた電子部品装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、トランジスタ、ＩＣ等の電子部品装置の素子封止の分野では生産性、コスト等の面から樹脂封止が主流となり、エポキシ樹脂成形材料が広く用いられている。この理由としては、エポキシ樹脂が作業性、成形性、電気特性、耐湿性、耐熱性、機械特性、インサート品との接着性等の諸特性にバランスがとれているためである。
【０００３】
近年、電子部品のプリント配線板への高密度実装化が進んでいる。これに伴い、電子部品装置は、ＤＩＰ（Dual Inline Package）、ＰＰＧＡ（Plastic Pin Grid Aray）等の従来のピン挿入型のパッケージから、ＳＯＪ（Small Outline J-leaded package）、ＳＯＰ（Small Outline Package）、ＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＣＳＰ（Chip Size Package）等の表面実装型のパッケージへ主流が移行しており、ベアチップ実装型も用いられている。表面実装型のＩＣ、ＬＳＩ等は、実装密度を高くし、実装高さを低くするために薄型、小型のパッケージになっており、素子のパッケージに対する占有面積が大きくなり、パッケージの肉厚は非常に薄くなってきた。さらにこれらのパッケージは従来のピン挿入型のものと実装方法が異なっている。すなわち、ピン挿入型パッケージはピンを配線板に挿入した後、配線板裏面からはんだ付けを行うため、パッケージが直接高温にさらされることがなかった。しかし表面実装型ＩＣは配線板表面に仮止めを行い、はんだバスやリフロー装置などで処理されるため、直接はんだ付け温度（リフロー温度）にさらされる。この結果、ＩＣパッケージが吸湿した場合、吸湿水分が気化して発生した蒸気圧が剥離応力として働き、パッケージに用いられる封止用成形材料の接着力が弱いと、素子、リードフレーム等のインサート品と封止用成形材料との間で剥離が発生し、パッケージクラックや半田付け不良の原因となる。
電子部品装置の素子封止に用いられる封止用成形材料としては、成形性の観点から薄型、小型のパッケージに有利な液状エポキシ樹脂成形材料が、従来の固形エポキシ樹脂成形材料に代わって多用されるようになり、封止方法も、トランスファ成形法からディスペンス法や印刷法に代わってきている。液状エポキシ樹脂成形材料では、液状エポキシ樹脂とともに低粘度化に有利な酸無水物系硬化剤が通常配合されている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、酸無水物系硬化剤を用いた液状エポキシ樹脂成形材料は、高温高湿条件下での接着力が弱く、樹脂／素子／有機基材の熱膨張係数の違いで発生する熱ストレスによって、インサート品との間で界面剥離を生じやすい。このため、酸無水物系硬化剤を用いた液状エポキシ樹脂成形材料により封止された素子を有する半導体装置等の電子部品装置は、耐湿信頼性や耐熱衝撃性に乏しいという欠点を有する。そこで、現行の封止用エポキシ樹脂成形材料で封止した電子部品装置では、防湿梱包して出荷したり、配線板へ実装する前に予めを十分乾燥して使用するなどの対策がとられているが、これらの方法は手間がかかり、コストも高くなる。
本発明はかかる状況に鑑みなされたもので、出荷時の梱包や半導体装置等の電子部品装置の製造工程での吸湿管理等が簡便な、高温高湿条件下でも高接着力の封止用エポキシ樹脂成形材料、及びこれにより封止した素子を備えた耐湿信頼性、耐熱衝撃性に優れる電子部品装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
発明者らは上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、封止用エポキシ樹脂成形材料に、液状エポキシ樹脂、液状芳香族アミン系硬化剤、及び特定量のエポキシ化ポリブタジエン化合物を配合することにより上記の目的を達成しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、
（１）（Ａ）液状エポキシ樹脂、（Ｂ）液状芳香族アミン系硬化剤、（Ｃ）エポキシ化ポリブタジエン化合物、及び（Ｄ）無機充填剤を必須成分とし、（Ｃ）成分の配合量が（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｃ）成分の合計量に対して１２〜３４重量％である封止用エポキシ樹脂成形材料、
（２）エポキシ化ポリブタジエン化合物（Ｃ）が下記一般式（Ｉ）で示される化合物である上記（１）記載の封止用エポキシ樹脂成形材料、
【化２】
0004534280.tif 000002
（ここで、ｍは２〜１０の整数、ｎは５〜３０の整数を示す。）
（３）（Ｃ）成分の数平均分子量が８００〜１５００で、かつエポキシ当量が２００〜２４０である上記（１）又は（２）記載の封止用エポキシ樹脂成形材料、及び
（４）液状芳香族アミン系硬化剤（Ｂ）が３，３’−ジエチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン及び／又はジエチルトルエンジアミンを含有してなる上記（１）〜（３）のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂成形材料、並びに
（５）上記（１）〜（４）記載のいずれかの封止用エポキシ樹脂成形材料により封止された素子を備える電子部品装置
に関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明において用いられる（Ａ）成分の液状エポキシ樹脂は、一分子中に１個以上のエポキシ基を有し、常温で液状であれば特に制限はなく、封止用成形材料で一般に使用されている液状エポキシ樹脂を用いることができる。また、封止用エポキシ樹脂成形材料が液状であれば固形エポキシ樹脂を併用することもできるが、併用する固形エポキシ樹脂はエポキシ樹脂全量に対して２０重量％以下とすることが好ましい。本発明で使用できるエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＡＤ、ビスフェノールＳ、水添ビスフェノールＡ等のジグリシジルエーテル、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂をはじめとするフェノール類とアルデヒド類とを縮合又は共縮合させて得られるノボラック樹脂をエポキシ化したもの、フタル酸、ダイマー酸等の多塩基酸とエピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸等のポリアミンとエピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂、オレフィン結合を過酢酸等の過酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂、及び脂環族エポキシ樹脂などが挙げられ、これらを単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのエポキシ樹脂は、十分に精製されたもので、イオン性不純物が少ないものが好ましい。例えば、遊離Ｎａイオン、遊離Ｃｌイオンは５００ｐｐｍであることが好ましい。
【０００８】
本発明において用いられる（Ｂ）成分の液状芳香族アミン系硬化剤は、常温で液状の芳香族炭化水素のアミン誘導体であれば特に制限はないが、例えば、市販品として、エピキュアＷ、エピキュアＺ（油化シェルエポキシ株式会社製商品名）、カヤハードＡ−Ａ、カヤハードＡ−Ｂ、カヤハードＡ−Ｓ（日本化薬株式会社製商品名）、トートアミンＨＭ−２０５（東都化成株式会社製商品名）、アデカハードナーＥＨ−１０１（旭電化工業株式会社製商品名）、エポミックＱ−６４０、エポミックＱ−６４３（三井化学株式会社製商品名）、ＤＥＴＤＡ８０（Ｌｏｎｚａ社製商品名）等が入手可能で、これらを単独で用いても２種類以上を組み合わせて用いてもよい。保存安定性の観点からは、３，３’−ジエチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン及び／又はジエチルトルエンジアミンを主成分とする液状芳香族アミン系硬化剤が好ましい。
また、（Ｂ）成分の液状芳香族アミン系硬化剤以外に、フェノール性硬化剤、酸無水物等の封止用成形材料で一般に使用されている硬化剤を併用することができ、封止用エポキシ樹脂成形材料が液状であれば固形硬化剤も併用することもできる。他の硬化剤を併用する場合、（Ｂ）成分の液状芳香族アミン系硬化剤の配合量は、その性能を発揮するために硬化剤全量に対して６０重量％以上とすることが好ましい。
【０００９】
（Ａ）成分を含むエポキシ樹脂と（Ｂ）成分を含む硬化剤との当量比は特に制限はないが、それぞれの未反応分を少なく抑えるために、エポキシ樹脂に対して硬化剤を０．７〜１．６当量の範囲に設定することが好ましく、０．８〜１．４当量がより好ましく、０．９〜１．２当量がさらに好ましい。０．７．〜１．６当量の範囲からはずれた場合、硬化反応が不充分となり信頼性が低下する傾向がある。
【００１０】
本発明において用いられる（Ｃ）成分のエポキシ化ポリブタジエン化合物としては、エポキシ基を有するポリブタジエン化合物であれば特に制限はないが、例えば、下記一般式（Ｉ）で示される化合物が好ましいものとして挙げられる。接着性の観点からは、数平均分子量が８００〜１５００で、かつエポキシ当量が２００〜２４０である化合物が好ましい。
【化３】
0004534280.tif 000003
上記式（Ｉ）中のｍは２〜１０の整数、ｎは５〜３０の整数を示し、接着性の観点からは、ｍ＝３〜８、ｎ＝８〜２５が好ましく、ｍ＝３〜６、ｎ＝１０〜２１がより好ましい。
【００１１】
上記式（Ｉ）で示される化合物としては、骨格中に下記のｍ個の成分（ｃ１）とｎ個の成分（ｃ２）をランダムに含むもの、交互に含むもの、ブロック状に含むものが挙げられ、これらの１種を単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【化４】
0004534280.tif 000004
【００１２】
上記式（Ｉ）のｍが５で、ｎが１２である１，２−ポリブタジエンが、市販品ＢＦ−１０００（日本曹達株式会社製商品名）として入手可能である。ＢＦ−１０００の数平均分子量は１０００、エポキシ当量は２０６である。
【００１３】
（Ｃ）成分のエポキシ化ポリブタジエン化合物の配合量は、本発明の効果を達成するために、（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｃ）成分の合計量に対して１２〜３４重量％であることが必要で、１４〜２８重量％が好ましい。
【００１４】
本発明において用いられる（Ｄ）成分の無機充填剤は、吸湿性、熱膨張係数低減、熱伝導性向上及び強度向上のために成形材料に配合されるものであり、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、チタン酸カリウム、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコニア、ジルコン、フォステライト、ステアタイト、スピネル、ムライト、チタニア等の粉体、又はこれらを球形化したビーズ、ガラス繊維などが挙げられる。さらに、難燃効果のある無機充填剤としては水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硼酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛等が挙げられる。これらの無機充填剤は単独で用いても２種類以上を組み合わせて用いてもよい。上記の無機充填剤の中で、熱膨張係数低減の観点からはシリカが、高熱伝導性の観点からはアルミナが好ましい。無機充填剤の粒子形状は、微細間隙への流動性、浸透性の観点から球形が好ましい。また、平均粒径は１〜２０μｍが好ましく、２〜１０μｍがより好ましい。平均粒径が１μｍ未満では、液状樹脂への分散性が劣ったり、液状の封止用成形材料にチキソトロピック性が付与され流動性が劣ったりする傾向があり、２０μｍを超えるとフィラ沈降が起きやすくなったり、微細間隙への流動性、浸透性が劣ったりする傾向がある。
【００１５】
（Ｄ）成分の無機充填剤の配合量は、封止用エポキシ樹脂成形材料全体に対して２０〜９０重量％が好ましく、３０〜８５重量％の範囲がより好ましく、４０〜８０重量％がさらに好ましい。配合量が２０重量％未満では熱膨張係数低減効果が小さい傾向があり、９０重量％を超えると封止用エポキシ樹脂成形材料の粘度が上昇し、流動性、浸透性、ディスペンス性が低下する傾向がある。
【００１６】
本発明の封止用成形材料には、シクロアミジン化合物、３級アミン類、イミダゾール類、有機ホスフィン類、リン化合物、テトラフェニルボロン塩及びこれらの誘導体などの封止用成形材料に一般に使用されている硬化促進剤を、単独で又は２種以上を組み合わせて、必要に応じて配合することができる。
硬化促進剤の配合量は、硬化促進効果が達成される量であれば特に限定されるものではないが、封止用成形材料全体に対して０．００５〜２重量％が好ましく、より好ましくは０．０１〜１重量％、さらに好ましくは０．０５〜０．５重量％である。０．００５重量％未満では短時間での硬化性に劣る傾向があり、２重量％を超えると硬化速度が速すぎて良好な成形品を得ることが困難になる傾向がある。
【００１７】
本発明の封止用成形材料には、エポキシシラン、アミノシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン、アルキルシラン、有機チタネート、アルミニウムアルコレート等のカップリング剤を、単独で又は２種以上を組み合わせて、必要に応じて配合することができる。また、赤燐、リン酸エステル、メラミン、メラミン誘導体、トリアジン環を有する化合物、シアヌル酸誘導体、イソシアヌル酸誘導体等の窒素含有化合物、シクロホスファゼン等の燐窒素含有化合物、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化モリブデン、フェロセン等の金属化合物、三酸化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモン等の酸化アンチモン、ブロム化エポキシ樹脂などの従来公知の難燃剤を、単独で又は２種以上を組み合わせて、必要に応じて配合することができる。
本発明の封止用成形材料には、ＩＣ等の半導体素子の耐湿性、高温放置特性を向上させる観点から、イオントラップ剤を配合することもできる。イオントラップ剤としては特に制限はなく、従来公知のものを用いることができるが、例えば、ハイドロタルサイト類、マグネシウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ビスマス等の元素の含水酸化物などが挙げられ、これらを単独で又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。
【００１８】
さらに、本発明の封止用成形材料には、その他の添加剤として、高級脂肪酸、高級脂肪酸金属塩、エステル系ワックス、ポリオレフィン系ワックス、ポリエチレン、酸化ポリエチレン等の離型剤、シリコーンオイルやシリコーンゴム粉末等の応力緩和剤、染料、カーボンブラック等の着色剤、希釈剤、レベリング剤、消泡剤などを必要に応じて配合することができる。
【００１９】
本発明の封止用エポキシ樹脂成形材料は、上記各種成分を均一に分散混合できるのであれば、いかなる手法を用いても調製できるが、一般的な手法として、所定の配合量の成分を秤量し、三本ロール、らいかい機等によって分散混練を行う方法を挙げることができる。
【００２０】
本発明で得られる封止用エポキシ樹脂成形材料により素子を封止して得られる電子部品装置としては、リードフレーム、配線済みのテープキャリア、配線板、ガラス、シリコンウエハ等の支持部材に、半導体チップ、トランジスタ、ダイオード、サイリスタ等の能動素子、コンデンサ、抵抗体、抵抗アレイ、コイル、スイッチ等の受動素子などの素子を搭載し、必要な部分を本発明の封止用エポキシ樹脂成形材料で封止して得られる電子部品装置などが挙げられる。このような電子部品装置としては、例えば、リードフレーム上に半導体素子を固定し、ボンディングパッド等の素子の端子部とリード部をワイヤボンディングやバンプで接続した後、本発明の封止用エポキシ樹脂成形材料を用いてディスペンス方式等により封止してなる、ＰＬＣＣ（Plastic Leaded Chip Carrier）、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＳＯＰ（Small Outline Package）、ＳＯＪ（Small Outline J-leaded package）、ＴＳＯＰ（Thin Small Outline Package）、ＴＱＦＰ（Thin Quad Flat Package）等の一般的な樹脂封止型ＩＣ、テープキャリアにバンプで接続した半導体チップを、本発明の封止用エポキシ樹脂成形材料で封止したＴＣＰ（Tape Carrier Package）、配線板やガラス上に形成した配線に、ワイヤーボンディング、フリップチップボンディング、はんだ等で接続した半導体チップ、トランジスタ、ダイオード、サイリスタ等の能動素子及び／又はコンデンサ、抵抗体、コイル等の受動素子を、本発明の封止用エポキシ樹脂成形材料で封止したＣＯＢ（Chip On Boad）モジュール、ハイブリッドＩＣ、マルチチップモジュール、裏面に配線板接続用の端子を形成した有機基板の表面に素子を搭載し、バンプまたはワイヤボンディングにより素子と有機基板に形成された配線を接続した後、本発明の封止用エポキシ樹脂成形材料で素子を封止したＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＣＳＰ（Chip Size Package）などが挙げられる。また、プリント回路板にも本発明の封止用エポキシ樹脂成形材料は有効に使用できる。
【００２１】
本発明の封止用エポキシ樹脂成形材料を用いて素子を封止する方法としては、ディスペンス方式、注型方式、印刷方式等が挙げられる。
【００２２】
【実施例】
次に実施例により本発明を説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２３】
実施例１〜６、比較例１〜４
液状エポキシ樹脂としてエポキシ当量１６０のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（東都化成株式会社製商品名ＹＤＦ−８１７０Ｃ）、硬化剤として活性水素当量６３の３，３’−ジエチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン（液状芳香族アミン１、日本化薬株式会社製商品名カヤハードＡ−Ａ）、活性水素当量１１４のエポミックＱ−６４０（液状芳香族アミン２、三井化学株式会社製商品名）、活性水素当量４５のエピキュアＷ（液状芳香族アミン３、油化シェルエポキシ株式会社製商品名）、活性水素当量４８のジエチルトルエンジアミン（液状芳香族アミン４、Ｌｏｎｚａ社製商品名ＤＥＴＤＡ８０）、酸無水物当量１６８のＭＨ−７００（酸無水物、新日本理化株式会社製商品名）、エポキシ化ポリブタジエン化合物としてエポキシ化１，２−ポリブタジエン（日本曹達株式会社製商品名ＢＦ−１０００）、硬化促進剤として２−エチル−４−メチルイミダゾール、無機充填剤として平均粒径４μｍの球状溶融シリカを、それぞれ表１に示す組成で配合し、三本ロールにて混練分散した後、真空脱泡して、実施例１〜６及び比較例１〜４の液状封止用エポキシ樹脂成形材料を作製した。
【００２４】
【表１】
0004534280.tif 000005
【００２５】
作製した実施例、比較例の封止用エポキシ樹脂成形材料を、１５０℃、３時間の加熱条件でディスペンス方式により成形して、次の各試験により評価した。評価結果を表２に示す。
（１）接着力
３０μｍ厚のアルミ箔又は７５μｍ厚のポリイミドフィルムの片面上に成形した試験片を作製し、オートグラフＡＧＳ−５００Ａ型（株式会社島津製作所製商品名）を用いて、ヘッドスピード３０ｍｍ／分の条件で、１０ｍｍ幅のアルミ箔又はポリイミドフィルムを垂直方向に引き剥がし、その強度（ピール強さ：Ｎ／ｍ）を測定した。この測定は、試験片成形直後、及び１２１℃、２ａｔｍ、１００％ＲＨのＰＣＴ条件で７２ｈ、１６８ｈ、２４０ｈ処理後の計４回行った。
（２）耐湿信頼性
上記成形条件で封止した評価用ＢＧＡパッケージ（チップ：アルミジグザグ配線形成ＴＥＧ）を１２１℃、２ａｔｍ、１００％ＲＨのＰＣＴ条件で２４０ｈ処理後、超音波探傷装置ＡＴ５５００（日立建機株式会社製商品名）を用いて封止用エポキシ樹脂成形材料とチップ及びポリイミドフィルムとの剥離の有無を観察した。また、アルミ配線及びパッドの断線・腐食不良を導通試験及び赤外線顕微鏡により確認し、不良パッケージ数／測定パッケージ数で評価した。
（３）耐熱衝撃性
上記（２）と同様の評価用ＢＧＡパッケージを、−５０℃／１５０℃、各３０分のヒートサイクルで１０００サイクル処理し、導通試験を行いアルミ配線の断線不良を調べ、不良パッケージ数／測定パッケージ数で評価した。
【００２６】
【表２】
0004534280.tif 000006
【００２７】
本発明における（Ｃ）成分のエポキシ化ポリブタジエン化合物を含まない比較例１及び２では接着力が低く、耐湿信頼性及び耐熱衝撃性が著しく劣り、（Ｃ）成分を含んでいても本発明の規定量より多い比較例４では相溶性が低く相分離を起こした結果耐湿信頼性及び耐熱衝撃性が低くなった。また、（Ｃ）成分が本発明の規定量より少ない比較例３でも耐湿信頼性及び耐熱衝撃性に劣っていた。さらに、（Ｂ）成分の液状芳香族アミン系硬化剤を含まない比較例１では接着力が著しく低かった。
これに対して、本発明の実施例１〜６は、高温高湿条件下でも接着力が高く、耐湿信頼性及び耐熱衝撃性も優れていた。
【００２８】
【発明の効果】
本発明になる封止用エポキシ樹脂成形材料は、実施例で示したように高温高湿条件下でも接着力が高く、この封止用エポキシ樹脂成形材料を用いて素子を封止すれば耐湿信頼性及び耐熱衝撃性に優れる電子部品装置を得ることができるので、その出荷時の梱包や半導体装置等の電子部品装置の製造工程での吸湿管理等も簡便になり、その工業的価値は大である。