JP7013790B2 - 封止用エポキシ樹脂組成物及び電子部品装置 - Google Patents
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Description
また、半導体素子を配線基板(以下、単に「基板」ともいう)上に直接バンプ接続してなるフリップチップ型の半導体装置では、バンプ接続した半導体素子と配線基板との間隙(ギャップ)に充填するアンダーフィル材として、電子部品用液状樹脂組成物が使用されている。
これらの液状封止樹脂組成物は、電子部品を温湿度及び機械的な外力から保護する重要な役割を果たしている。
<1> エポキシ樹脂と、硬化剤と、水酸基を有する有機系ナノ繊維と、を含む封止用エポキシ樹脂組成物。
<2> 前記有機系ナノ繊維は、セルロースナノファイバーを含む<1>に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
<3> 前記有機系ナノ繊維の含有率が前記封止用エポキシ樹脂組成物全体の5質量%以下である<1>又は<2>に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
<4> 無機充填材を更に含む<1>~<3>のいずれか1つに記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
<6> 支持部材と、前記支持部材上に配置される電子部品と、前記電子部品を封止している<1>~<4>のいずれか1つに記載の封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物とを備える電子部品装置。
本開示において「~」を用いて示された数値範囲には、「~」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本開示において各成分に該当する粒子は複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本開示の封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、水酸基を有する有機系ナノ繊維と、を含む。封止用エポキシ樹脂組成物は、必要に応じてその他の成分を含んでいてもよい。
以下、本開示の封止用エポキシ樹脂組成物に含まれる各成分について、説明する。
本開示の封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂を含む。エポキシ樹脂は特に制限されず、例えば、電子部品装置の封止材の成分として一般的に使用されているエポキシ樹脂を用いることができる。充分な硬化性を得る観点からは、1分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂を用いることが好ましい。
エポキシ樹脂は、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
例えば、封止用エポキシ樹脂組成物を液状とする場合、液状エポキシ樹脂を含むことが好ましく、流動性の点から、エポキシ樹脂の全量に対して液状エポキシ樹脂を80質量%以上含むことが好ましく、90質量%以上含むことがより好ましく、100質量%含むことが更に好ましい。
(1)想定される粘度が100Pa・s~1000Pa・sの場合:回転数0.5回転/分
(2)想定される粘度が100Pa・s未満の場合:回転数5回転/分
また、固形エポキシ樹脂とは常温(25℃)において固体状のエポキシ樹脂であることを意味する。
また、エポキシ樹脂が脂肪族エポキシ樹脂を含む場合、硬化物の信頼性、特に接着性を確保する観点から、その使用する量を制限することが好ましい。
本開示においてエポキシ樹脂の加水分解性塩素量とは、試料のエポキシ樹脂1gをジオキサン30mLに溶解し、1N(mol/l)-KOH(水酸化カリウム)メタノール溶液5mLを添加して30分間還流させた後、電位差滴定により求めた値を尺度としたものである。
本開示の封止用エポキシ樹脂組成物は、硬化剤を含む。硬化剤は特に制限されず、例えば、電子部品装置の封止材の成分として一般的に使用されている硬化剤を用いることができる。
硬化剤は、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
フェノール硬化剤の水酸基当量)は、JIS K 0070:1992に準じた方法により測定される値とする。
本開示の封止用エポキシ樹脂組成物は、水酸基を有する有機系ナノ繊維を含む。水酸基を有する有機系ナノ繊維は、水酸基を有する有機系繊維を解繊、微細化等することにより得られる。
水酸基を有する有機系ナノ繊維は、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。
水酸基を有する有機系ナノ繊維は、平均繊維長が0.05μm~10μmが好ましく、0.05μm~8μmがより好ましい。
なお、前述の平均繊維太さ及び平均繊維長は、電子顕微鏡(例えば、走査型電子顕微鏡)で観察したときに、任意に選択した10個の算術平均値である。
本開示の封止用エポキシ樹脂組成物は、無機充填材を含んでいてもよい。無機充填材は特に制限されず、例えば、電子部品装置の封止材の成分として一般的に使用されている無機充填材を用いることができる。
無機充填材の含有率が封止用エポキシ樹脂組成物全体の20質量%以上であると、硬化物の熱膨張係数が低減する傾向にあり、90質量%以下であると、封止用エポキシ樹脂組成物の粘度が低く維持されて流動性、浸透性及びディスペンス性が良好に維持される傾向にある。
本開示の封止用エポキシ樹脂組成物は、カップリング剤を含んでいてもよい。カップリング剤は特に制限されず、例えば、電子部品装置の封止材の成分として一般的に使用されているカップリング剤を用いることができる。封止用エポキシ樹脂組成物がカップリング剤を含むことで、樹脂成分と無機充填材又は電子部品の構成部材との界面における接着性の向上、充填性の向上、ブリード抑制等の効果が期待できる。
封止用エポキシ樹脂組成物は、上述した成分以外の成分を含んでいてもよい。例えば、染料、カーボンブラック等の着色剤、硬化促進剤、難燃剤、応力緩和剤、希釈剤、レベリング剤、消泡剤などを必要に応じて含んでいてもよい。
液状である封止用エポキシ樹脂組成物は、例えば、所定の配合量の前記各成分を秤量し、擂潰機、ミキシングロール、プラネタリミキサ等の混合機を用いて混合及び混練し、必要に応じて脱泡することによって得ることができる。
固形である封止用エポキシ樹脂組成物は、例えば、所定の配合量の前記各成分をミキサー等によって十分混合した後、ミキシングロール、押出機等によって溶融混練し、冷却し、粉砕する方法を挙げることができる。より具体的には、例えば、上述した成分の所定量を均一に撹拌及び混合し、予め70℃~140℃に加熱してあるニーダー、ロール、エクストルーダー等で混練し、冷却し、粉砕する方法を挙げることができる。
混合及び混練の条件は、原料の種類等に応じて適宜決定すればよいが、前記各成分が均一に混合及び分散する条件を選択することが好ましい。
また、液状である封止用エポキシ樹脂組成物は、電子部品の小型化、半導体素子の接続端子のファインピッチ化、配線基板の微細配線化に対応可能な流動性及び浸透性を確保する観点から、例えば、500Pa・s以下であることが好ましく、100Pa・s以下であることがより好ましく、50Pa・s以下であることが更に好ましい。前記粘度の下限に特に制限はなく、実装性の観点から、例えば、1.0Pa・s以上であることが好ましく、10Pa・s以上であることがより好ましい。
本開示の封止用エポキシ樹脂組成物(好ましくは、液状である封止用エポキシ樹脂組成物)は、リードフレーム、配線済みのテープキャリア、配線板(リジッド又はフレキシブル)、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電子部品を搭載した電子部品装置の製造に適用することができる。
また、支持部材と電子部品のバンプ接続面間の距離が200μm以下である場合でも良好な流動性及び充填性を示し、耐湿性、耐熱衝撃性等の信頼性に優れる電子部品装置を製造することができる。
本開示の電子部品装置は、支持部材と、前記支持部材上に配置される電子部品と、前記支持部材と前記電子部品との間の空隙の少なくとも一部を封止している前述の封止用エポキシ樹脂組成物(好ましくは、液状である封止用エポキシ樹脂組成物)の硬化物とを備える。
下記成分を表1に示す組成(質量部)で配合し、三本ロール及び真空擂潰機にて混練分散して、実施例1~3及び比較例1~3の封止用エポキシ樹脂組成物を調製した。
なお、表1中の「-」は、無配合であることを示す。
・エポキシ樹脂1:ビスフェノールFをエポキシ化して得られるエポキシ当量160g/molの液状ジエポキシ樹脂(新日鉄住金化学株式会社、商品名「YDF-8170C」)
・エポキシ樹脂2:アミノフェノールをエポキシ化して得られるエポキシ当量95g/molの3官能液状エポキシ樹脂(三菱ケミカル株式会社、商品名「jER630」)
・エポキシ樹脂3:1,6-ビス(グリシジルオキシ)ナフタレン型エポキシ樹脂(DIC株式会社、商品名「エピクロンHP-4032D」)
・エポキシ樹脂4:ビスフェノールAをエポキシ化して得られるエポキシ当量188g/molの液状ジエポキシ樹脂(DIC株式会社、商品名「エピクロン850S」)
・硬化剤1:活性水素当量63g/molのジエチルジアミノジフェニルメタン(日本化薬株式会社、商品名「カヤハード(登録商標)A-A」)
・硬化剤2:活性水素当量45g/molのジエチルトルエンジアミン(三菱ケミカル株式会社、商品名「jERキュア(登録商標)-W」)
添加剤1:セルロースナノファイバー(DIC株式会社、商品名「NCM-E300」、平均繊維太さ100nm~300nm)
・無機充填材1:体積平均粒径0.5μmの球状溶融シリカ(株式会社アドマテックス、商品名「SO-25H/24C」)
・添加剤2:
・着色剤:カーボンブラック(三菱ケミカル株式会社、商品名「MA-100」)
調製した封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、下記の接着力試験により常温(25℃)及び高温(260℃)におけるSi接着の評価を行った。
結果を表1に示す。
まず調製した封止用エポキシ樹脂組成物をホットプレート上で120℃、30分の条件にてプリベークした。次に、被着体である7mm角のシリコンウエハの上に、直径3mmの穴が開いた高さ1mmのシリコーンゴム板を設置した。110℃の温度下において、上記プリベークした封止用エポキシ樹脂組成物を1mLシリンジを用いて、上記シリコーンゴムの穴に充填した。次いで、シリコーンゴムの穴に充填した封止用エポキシ樹脂組成物をオーブンを用いて150℃で2時間加熱することにより封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物を得た。この硬化物と被着体に対する接着性を、ボンドテスター(ノードソン・アドバンスド・テクノロジー株式会社 製品名:Dage 4000-PXY)を用いて評価した。測定条件は、測定スピードを50μm/sとし、測定高さを50μmとした。3点で測定した値の算術平均値(MPa)を表1に示す。表1の数値が大きいほど、硬化物の被着体に対する接着性が高いと評価することができる。
以上より、本開示の封止用エポキシ樹脂組成物は、硬化した際にシリコンウエハ等の支持部材との接着性に優れることが分かった。
Claims (6)
- エポキシ樹脂と、硬化剤と、水酸基を有する有機系ナノ繊維と、無機充填材と、を含み、
前記有機系ナノ繊維の含有率が封止用エポキシ樹脂組成物全体の5質量%以下であり、
封止用エポキシ樹脂組成物が液状であり、前記無機充填材の含有率は、前記封止用エポキシ樹脂組成物全体の20質量%~90質量%であり、
前記有機系ナノ繊維は、セルロースナノファイバーを含む封止用エポキシ樹脂組成物。 - エポキシ樹脂と、硬化剤と、水酸基を有する有機系ナノ繊維と、無機充填材と、を含み、
前記有機系ナノ繊維の含有率が封止用エポキシ樹脂組成物全体の5質量%以下であり、
封止用エポキシ樹脂組成物が固形であり、前記無機充填材の含有率は、前記封止用エポキシ樹脂組成物全体の70質量%~95質量%であり、
前記有機系ナノ繊維は、セルロースナノファイバーを含む封止用エポキシ樹脂組成物。 - 前記エポキシ樹脂は、ビスフェノール型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂及びナフタレン型エポキシ樹脂を含む請求項1又は請求項2に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
- 前記無機充填材の平均粒径は、0.1μm~5μmである請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
- 支持部材と、前記支持部材上に配置される電子部品と、前記支持部材と前記電子部品との間の空隙の少なくとも一部を封止している請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物とを備える電子部品装置。
- 支持部材と、前記支持部材上に配置される電子部品と、前記電子部品を封止している請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物とを備える電子部品装置。
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