JP2022011184A - 封止用樹脂組成物及び電子部品装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エポキシ樹脂と、硬化剤と、フッ素原子を含有する有機充填材及び無機充填材を含む充填材と、を含有し、前記充填材の空隙率は、30体積%以下である封止用樹脂組成物。
【選択図】なし
Description
<1> エポキシ樹脂と、硬化剤と、フッ素原子を含有する有機充填材及び無機充填材を含む充填材と、を含有し、前記充填材の空隙率は、30体積%以下である封止用樹脂組成物。
<2> エポキシ樹脂と、硬化剤と、フッ素原子を含有する有機充填材及び無機充填材を含む充填材と、を含有し、前記無機充填材の平均粒径は、10μm以下である封止用樹脂組成物。
<3> 前記フッ素原子を含有する有機充填材の平均粒径は、10μm以下である<1>又は<2>に記載の封止用樹脂組成物。
<4> 前記フッ素原子を含有する有機充填材の含有率は、前記充填材全体に対して5質量%~30質量%である<1>~<3>のいずれか1つに記載の封止用樹脂組成物。
<5> 前記硬化剤は、フェノール硬化剤及び活性エステル化合物からなる群より選択される少なくとも一種を含む<1>~<4>のいずれか1つに記載の封止用樹脂組成物。
<6> アンダーフィル用である<1>~<5>のいずれか1つに記載の封止用樹脂組成物。
<7> 硬化物としたときの10GHzにおける比誘電率が3.3以下である<1>~<6>のいずれか1つに記載の封止用樹脂組成物。
<8> 素子と、前記素子を封止している<1>~<7>のいずれか1つに記載の封止用樹脂組成物の硬化物と、を有する電子部品装置。
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。
<封止用樹脂組成物>
本開示の第一実施形態の封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、フッ素原子を含有する有機充填材及び無機充填材を含む充填材と、を含有し、前記充填材の空隙率は、30体積%以下である。
この余剰樹脂の量が大きくなる(つまりは、充填材の空隙率が小さくなる)に従って封止用樹脂組成物の硬化性、流動性、成形性及び硬化物としたときの熱伝導性が向上する傾向がある。
なお、充填材の空隙率は、無機充填材及び有機充填材の混合物である充填材の空隙率を意味する。
エポキシ樹脂は、分子中にエポキシ基を有するものであればその種類は特に制限されない。
封止用樹脂組成物は、硬化剤を含む。硬化剤の種類は特に限定されず、封止用樹脂組成物の所望の特性等に応じて選択できる。その他の硬化剤としては、フェノール硬化剤、アミン硬化剤、酸無水物硬化剤、ポリメルカプタン硬化剤、ポリアミノアミド硬化剤、イソシアネート硬化剤、ブロックイソシアネート硬化剤、活性エステル化合物等が挙げられる。これらの硬化剤は、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。
封止用樹脂組成物は、硬化促進剤を含有していてもよい。硬化促進剤の種類は特に制限されず、エポキシ樹脂又は硬化剤の種類、封止用樹脂組成物の所望の特性等に応じて選択できる。
封止用樹脂組成物は、フッ素原子を含有する有機充填材及び無機充填材を含む充填材を含有する。さらに、封止用樹脂組成物に含まれる充填材の空隙率は、30体積%以下である。
無機充填材の粒度分布及びフッ素原子を含有する有機充填材の粒度分布を、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(例えば、株式会社堀場製作所、LA920)を用いてそれぞれ求め、それぞれ求めた粒度分布から下記の大内山の式を用いて、空隙率εを算出する。なお、大内山の式に関しては、下記文献に詳しい。
N. Ouchiyama and T.Tanaka, Ind. Eng. Chem. Fundam., 19, 338 (1980)
N. Ouchiyama and T.Tanaka, Ind. Eng. Chem. Fundam., 20, 66 (1981)
N. Ouchiyama and T.Tanaka, Ind. Eng. Chem. Fundam., 23, 490 (1984)
フッ素原子を含有する有機充填材の平均粒径は、封止用樹脂組成物又はその硬化物の薄片試料を走査型電子顕微鏡にて撮像した画像において、無作為に選んだ無機充填材100個の長径を測定し、それを算術平均した値である。
封止用樹脂組成物は、カップリング剤を含んでもよい。樹脂成分と無機充填材との接着性を高める観点からは、封止用樹脂組成物はカップリング剤を含むことが好ましい。カップリング剤としては、エポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン、ジシラザン等のシラン系化合物、チタン系化合物、アルミニウムキレート化合物、アルミニウム/ジルコニウム系化合物などの公知のカップリング剤が挙げられる。
封止用樹脂組成物は、イオン交換体を含んでもよい。封止用樹脂組成物は、封止される素子を備える電子部品装置の耐湿性及び高温放置特性を向上させる観点から、イオン交換体を含むことが好ましい。イオン交換体は特に制限されず、従来公知のものを用いることができる。具体的には、ハイドロタルサイト化合物、並びにマグネシウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム及びビスマスからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素の含水酸化物等が挙げられる。イオン交換体は、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。中でも、下記一般式(A)で表されるハイドロタルサイトが好ましい。
(0<X≦0.5、mは正の数)
封止用樹脂組成物は、成形時における金型との良好な離型性を得る観点から、離型剤を含んでもよい。離型剤は特に制限されず、従来公知のものを用いることができる。具体的には、カルナバワックス、モンタン酸、ステアリン酸等の高級脂肪酸、高級脂肪酸金属塩、モンタン酸エステル等のエステル系ワックス、酸化ポリエチレン、非酸化ポリエチレン等のポリオレフィン系ワックスなどが挙げられる。離型剤は、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。
封止用樹脂組成物は、難燃剤を含んでもよい。難燃剤は特に制限されず、従来公知のものを用いることができる。具体的には、ハロゲン原子、アンチモン原子、窒素原子又はリン原子を含む有機又は無機の化合物、金属水酸化物等が挙げられる。難燃剤は、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。
封止用樹脂組成物は、着色剤を含んでもよい。着色剤としてはカーボンブラック、有機染料、有機顔料、酸化チタン、鉛丹、ベンガラ等の公知の着色剤を挙げることができる。着色剤の含有量は目的等に応じて適宜選択できる。着色剤は、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。
封止用樹脂組成物の調製方法は、特に制限されない。一般的な手法としては、所定の配合量の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攪拌及び混合し、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。
例えば、封止用樹脂組成物は、半導体素子を、セラミック、ガラスエポキシ樹脂、ガラスイミド樹脂、ポリイミドフィルム等を基板とする配線基板上に直接バンプ接続してなる電子部品装置にて、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)に充填するためのアンダーフィル材として使用することができる。
また、封止用樹脂組成物は、前述の配線基板上に直接バンプ接続してなる電子部品装置にて、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)を充填するアンダーフィルと、半導体素子のモールドと、を一括して行なうモールドアンダーフィル材としても使用することができる。
前述の比誘電率の測定方法は、後述の実施例に記載した通りである。
<封止用樹脂組成物>
本開示の第二実施形態の封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、フッ素原子を含有する有機充填材及び無機充填材を含む充填材と、を含有し、前記無機充填材の平均粒径は、10μm以下である。
本開示の電子部品装置は、素子と、前記素子を封止している前述の本開示の封止用樹脂組成物の硬化物と、を有する。
より具体的には、リードフレーム上に素子を固定し、ボンディングパッド等の素子の端子部とリード部とをワイヤボンディング、バンプ等で接続した後、封止用樹脂組成物を用いてトランスファ成形等によって封止した構造を有するDIP(Dual Inline Package)、PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)、QFP(Quad Flat Package)、SOP(Small Outline Package)、SOJ(Small Outline J-lead 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素子を封止用樹脂組成物で封止した構造を有するTCP(Tape Carrier Package);支持部材上に形成した配線に、ワイヤボンディング、フリップチップボンディング、はんだ等で接続した素子を、封止用樹脂組成物で封止した構造を有するCOB(Chip On Board)モジュール、ハイブリッドIC、マルチチップモジュール等;裏面に配線板接続用の端子を形成した支持部材の表面に素子を搭載し、バンプ又はワイヤボンディングにより素子と支持部材に形成された配線とを接続した後、封止用樹脂組成物で素子を封止した構造を有するBGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip Size Package)、MCP(Multi Chip Package)などが挙げられる。また、プリント配線板においても封止用樹脂組成物を好適に使用することができる。
下記に示す成分を表1に示す配合割合(単位:質量部)で混合し、実施例と比較例の封止用樹脂組成物を調製した。この封止用樹脂組成物は、常温常圧下において固体であった。
また、封止用樹脂組成物における充填材の空隙率は、上述の方法により測定した。
・エポキシ樹脂2:トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、エポキシ当量167g/eq(三菱ケミカル株式会社、品名「1032H60」)
・エポキシ樹脂3:ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、エポキシ当量274g/eq(日本化薬株式会社、品名「NC-3000」)
・硬化剤2:アラルキル型フェノール樹脂、水酸基当量201g/eq~205g/eq(商品名:MEHC7851-SS、明和化成株式会社、軟化点64℃~69℃)
・硬化剤3:アルキル変性フェノール樹脂、水酸基当量238g/eq
・カップリング剤2:3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社、品名「KBM-803」)
・カップリング剤3:N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社、品名「KBM-573」)
・無機充填材2:溶融シリカ(平均粒径6.5μm、最大粒径20μm)
・無機充填材3:溶融シリカ(平均粒径4.7μm、最大粒径10μm)
・有機充填材2:PTFEフィラー(平均粒径0.7μm、最大粒径45μm)
EMMI-1-66に準じたスパイラルフロー測定用金型を用いて、封止用樹脂組成物を金型温度180℃、成形圧力6.9MPa、硬化時間90秒の条件で成形し、流動距離(cm)を求めた。
結果を表2に示す。
フッ素原子を含有する有機充填材の含有率を実施例1、2よりも多くした実施例3、及び実施例3の比較対象である比較例3について、以下のようにしてPKG成形評価を行った。
まず、Cu基板にトランスファモールド装置(アピックヤマダ株式会社、G-LINE PRESS T/F 3MAP)を用いて、封止用樹脂組成物を金型温度175℃、硬化時間120秒で成形した。得られた成形物の外観を確認し、表面にボイド及びカケがない場合、成形性が良好と評価した。
封止用樹脂組成物をトランスファ成形機に仕込み、金型温度180℃、成形圧力6.9MPa、硬化時間90秒の条件で成形し、後硬化を175℃で6時間行い、不純物測定用の試験片を作製した。作製した不純物測定用の試験片を微粉砕し、アコム製ユニシール(抽出治具)に試料5gを蒸留水50mlと共に入れ、恒温槽中にて121℃、20時間の条件で抽出した。抽出液を濾過し、試験液とした。その試験液を用いてイオン性不純物(F-及びCl-)、電気伝導度並びにpHを測定した。使用した測定機器を以下に示す。
<測定対象及び測定機器>
電気伝導度・・・電気伝導度計、型式CM-115、京都エレクトロニクス株式会社
pH・・・pHメーター、型式F-8L、株式会社堀場製作所
F-及びCl-・・・イオンクロマト、型式AA-6200、メトロームジャパン株式会社
結果を表2に示す。
封止用樹脂組成物をトランスファ成形機に仕込み、金型温度180℃、成形圧力6.9MPa、硬化時間90秒の条件で成形し、後硬化を175℃で6時間行い、円板の硬化物(直径50mm、厚さ3mm)を得た。製造直後の上記円板状の硬化物を、121℃/2.1気圧のプレッシャークッカー試験装置に投入し、24時間後に取り出し、投入直前の質量からの増加率(%)を求めた。
結果を表2に示す。
封止用樹脂組成物をトランスファ成形機に仕込み、金型温度180℃、成形圧力6.9MPa、硬化時間90秒の条件で成形し、後硬化を175℃で6時間行い、棒状の硬化物(縦90mm、横0.6mm、厚さ0.8mm)を得た。この硬化物を試験片として、空洞共振器(株式会社関東電子応用開発)及びネットワーク・アナライザー(キーサイトテクノロジー社、品名「PNA E8364B」)を用いて、温度25±3℃下、1GHz、5GHz及び10GHzでの比誘電率と誘電正接とを測定した。
なお、各測定周波数にて使用した空洞共振器の型式は以下の通りである。
1GHz・・・CP431
5GHz・・・CP511
10GHz・・・CP531
結果を表2に示す。
結果を表2に示す。
Claims (8)
- エポキシ樹脂と、
硬化剤と、
フッ素原子を含有する有機充填材及び無機充填材を含む充填材と、
を含有し、
前記充填材の空隙率は、30体積%以下である封止用樹脂組成物。 - エポキシ樹脂と、
硬化剤と、
フッ素原子を含有する有機充填材及び無機充填材を含む充填材と、
を含有し、
前記無機充填材の平均粒径は、10μm以下である封止用樹脂組成物。 - 前記フッ素原子を含有する有機充填材の平均粒径は、10μm以下である請求項1又は請求項2に記載の封止用樹脂組成物。
- 前記フッ素原子を含有する有機充填材の含有率は、前記充填材全体に対して5質量%~30質量%である請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の封止用樹脂組成物。
- 前記硬化剤は、フェノール硬化剤及び活性エステル化合物からなる群より選択される少なくとも一種を含む請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の封止用樹脂組成物。
- アンダーフィル用である請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の封止用樹脂組成物。
- 硬化物としたときの10GHzにおける比誘電率が3.3以下である請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の封止用樹脂組成物。
- 素子と、前記素子を封止している請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の封止用樹脂組成物の硬化物と、を有する電子部品装置。
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