[0001]【技术领域】
[0002][0001]본 개시는, 볼 그리드 어레이 패키지 밀봉용 에폭시 수지 조성물, 에폭시 수지 경화물 및 전자 부품 장치에 관한 것이다.
[0003]【背景技术】
[0004][0002]전자 기기의 소형화 및 박형화에 의한 고밀도 실장의 요구가, 근년 급격하게 증가하고 있다. 이 때문에, 반도체 패키지는, 종래의 핀 삽입형을 대신하여, 고밀도 실장에 적합한 표면 실장형이 주류로 되어 있다. 표면 실장형의 반도체 패키지는, 프린트 기판 등에 직접 납땜함으로써 실장된다. 일반적인 실장 방법으로서는, 적외선 리플로우법, 기상 리플로우법, 땜납 딥법 등에 의해, 반도체 패키지 전체를 가열하여 실장하는 방법을 들 수 있다.
[0005][0003]근년, 실장 밀도를 보다 높이기 위해서, 표면 실장형의 반도체 패키지 중에서도, 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array, 이하 BGA라고도 함) 등의 에어리어 실장 패키지가 널리 사용되고 있다. BGA 패키지는, 기판의 반도체 소자 탑재면이 수지 조성물로 밀봉된 편면 수지 밀봉형 패키지로 되어 있다. 밀봉용 수지 조성물로서는, 성형성, 전기 특성, 내습성, 내열성, 기계 특성, 인서트품과의 접착성 등의 여러 특성의 밸런스의 관점에서, 에폭시 수지 조성물이 널리 사용되고 있다.
[0006][0004]한편, 근년 전자 부품의 분야에서는 고속화 및 고밀도화가 진행되고 있으며, 그것에 수반하여, 전자 부품의 발열량이 현저하게 증대되고 있다. 또한, 고온 하에서 작동하는 전자 부품에 대한 수요도 증가하고 있다. 그 때문에, 전자 부품에 사용되는 플라스틱, 특히 에폭시 수지의 경화물에 대하여는, 열전도성의 향상이 요구되고 있다. 특히 BGA 패키지에 있어서는, 소형화, 고밀도화의 요구로부터 밀봉용 수지 조성물의 높은 열전도성이 요구되고 있다. BGA 패키지 등에 있어서, 에폭시 수지의 경화물의 열전도성을 향상시키는 방법으로서, 알루미나 등의 고열전도성의 무기 충전재를 사용하는 방법, 점도가 낮은 수지 및 소량의 미립 실리카를 병용하여 당해 무기 충전재의 충전량을 증가시키는 방법 등이 보고되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
[0007][0005] 일본 특허 제4188634호 공보
[0008][0006]그러나, 고열전도화를 목적으로 하여 에폭시 수지 조성물 중의 알루미나 충전량을 증대시키면, 유동성이 저하되어 성형성을 손상시킬 가능성이 있다. 특허문헌 1에서는, 알루미나 필러에 미립 실리카를 소량 혼합하고, 비교적 점도가 낮은 특정한 비페닐형 에폭시 수지를 사용하여 필러의 고충전화를 도모하고 있다. 그러나, 특허문헌 1의 방법에서는, 열전도성 및 유동성의 양립에는 과제가 있었다.
[0009][0007]따라서, 본 개시는, 유동성이 우수하고, 경화하였을 때의 열전도성이 우수한 BGA 패키지 밀봉용 에폭시 수지 조성물, 상기 에폭시 수지 조성물을 경화하여 이루어지는 에폭시 수지 경화물, 및 상기 에폭시 수지 경화물에 의해 밀봉된 소자를 구비하는 전자 부품 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
[0010][0008]상기 과제의 해결 수단에는, 이하의 실시 형태가 포함된다.
[0011][0009] 비스페놀 F형 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지와, 경화제와, 알루미나 입자를 포함하고 실리카 입자를 포함하지 않거나, 알루미나 입자를 포함하고 추가로 실리카 입자를 알루미나 입자와 실리카 입자의 합계량에 대하여 0질량% 초과 15질량% 이하 포함하는 무기 충전재와, 가소제를 함유하고, 상기 무기 충전재의 함유율이 75체적% 내지 84체적%인, 볼 그리드 어레이 패키지 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
[0012][0010] 상기 에폭시 수지가 추가로 비페닐형 에폭시 수지를 포함하는, 에 기재된 볼 그리드 어레이 패키지 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
[0013][0011] 상기 무기 충전재가, 알루미나 입자를 포함하고 실리카 입자를 포함하지 않거나, 알루미나 입자를 포함하고 추가로 실리카 입자를 알루미나 입자와 실리카 입자의 합계량에 대하여 0질량% 초과 10질량% 이하 포함하는, 또는 에 기재된 볼 그리드 어레이 패키지 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
[0014][0012] 상기 경화제가, 수산기 당량 150g/eq 이하의 페놀 경화제를 포함하는, 내지 중 어느 한 항에 기재된 볼 그리드 어레이 패키지 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
[0015][0013] 상기 경화제가, 1 분자 중에 3개 이상의 페놀성 수산기를 갖는 페놀 수지를 포함하는, 내지 중 어느 한 항에 기재된 볼 그리드 어레이 패키지 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
[0016][0014] 상기 경화제가, 트리페닐메탄형 페놀 수지를 포함하는, 내지 중 어느 한 항에 기재된 볼 그리드 어레이 패키지 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
[0017][0015] 상기 무기 충전재의 공극률이 18체적% 이하인, 내지 중 어느 한 항에 기재된 볼 그리드 어레이 패키지 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
[0018][0016] 상기 무기 충전재의 체적 기준의 입도 분포에 있어서의, 입자 직경이 1㎛ 이하인 입자의 비율이 9체적% 이상이고, 입자 직경이 1㎛ 초과 10㎛ 이하인 입자의 비율이 45체적% 이하이고, 입자 직경이 10㎛ 초과 30㎛ 이하인 입자의 비율이 20체적% 이상이고, 입자 직경이 30㎛를 초과하는 입자의 비율이 18체적% 이상인, 내지 중 어느 한 항에 기재된 볼 그리드 어레이 패키지 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
[0019][0017] 상기 무기 충전재의 체적 기준의 입도 분포에 있어서의, 입자 직경이 1㎛ 이하인 입자의 비율이 11체적% 이상이고, 입자 직경이 1㎛ 초과 10㎛ 이하인 입자의 비율이 40체적% 이하이고, 입자 직경이 10㎛ 초과 30㎛ 이하인 입자의 비율이 22체적% 이상이고, 입자 직경이 30㎛를 초과하는 입자의 비율이 20체적% 이상인, 에 기재된 볼 그리드 어레이 패키지 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
[0020][0018] 내지 중 어느 한 항에 기재된 볼 그리드 어레이 패키지 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 경화하여 이루어지는, 에폭시 수지 경화물.
[0021][0019] 소자와, 상기 소자를 밀봉하고 있는 에 기재된 에폭시 수지 경화물을 갖고, 볼 그리드 어레이 패키지의 형태를 갖는, 전자 부품 장치.
[0022][0020]본 개시에 의하면, 유동성이 우수하고, 경화하였을 때의 열전도성이 우수한 BGA 패키지 밀봉용 에폭시 수지 조성물, 상기 에폭시 수지 조성물을 경화하여 이루어지는 에폭시 수지 경화물, 그리고 상기 에폭시 수지 경화물에 의해 밀봉된 소자를 구비하는 전자 부품 장치가 제공된다.
[0023][0021]이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 단, 본 발명이 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 이하의 실시 형태에 있어서, 그의 구성 요소(요소 스텝 등도 포함함)는 특별히 명시한 경우를 제외하고, 필수적이지는 않다. 수치 및 그 범위에 대해서도 마찬가지이며, 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
[0024][0022]본 개시에 있어서 「공정」이라는 단어에는, 다른 공정으로부터 독립된 공정에 더하여, 다른 공정과 명확하게 구별할 수 없는 경우에도 그 공정의 목적이 달성되면, 당해 공정도 포함된다.
[0025][0023]본 개시에 있어서 「내지」를 사용하여 나타낸 수치 범위에는, 「내지」의 전후에 기재되는 수치가 각각 최솟값 및 최대값으로서 포함된다.
[0026][0024]본 개시 중에 단계적으로 기재되어 있는 수치 범위에 있어서, 하나의 수치 범위로 기재된 상한값 또는 하한값은, 다른 단계적인 기재의 수치 범위의 상한값 또는 하한값으로 치환해도 된다. 또한, 본 개시 중에 기재되어 있는 수치 범위에 있어서, 그 수치 범위의 상한값 또는 하한값은, 실시예에 나타나 있는 값으로 치환해도 된다.
[0027][0025]본 개시에 있어서 각 성분은 해당하는 물질을 복수종 포함하고 있어도 된다. 조성물 중에 각 성분에 해당하는 물질이 복수종 존재하는 경우, 각 성분의 함유율 또는 함유량은 특별히 언급하지 않는 한, 조성물 중에 존재하는 당해 복수종의 물질의 합계의 함유율 또는 함유량을 의미한다.
[0028][0026]본 개시에 있어서 각 성분에 해당하는 입자는 복수종 포함하고 있어도 된다. 조성물 중에 각 성분에 해당하는 입자가 복수종 존재하는 경우, 각 성분의 입자 직경은 특별히 언급하지 않는 한, 조성물 중에 존재하는 당해 복수종의 입자의 혼합물에 관한 값을 의미한다.
[0029][0027]
[0030][0028]본 개시의 BGA 패키지 밀봉용 에폭시 수지 조성물(이하, 간단히 에폭시 수지 조성물이라고도 함)은, 비스페놀 F형 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지와, 경화제와, 알루미나 입자를 포함하고 실리카 입자를 포함하지 않거나, 알루미나 입자를 포함하고 추가로 실리카 입자를 알루미나 입자와 실리카 입자의 합계량에 대하여 0질량% 초과 15질량% 이하 포함하는 무기 충전재와, 가소제를 함유하고, 상기 무기 충전재의 함유율이 75체적% 내지 84체적%이다.
[0031][0029]본 개시의 에폭시 수지 조성물은, 유동성이 우수하고, 경화하였을 때의 열전도성이 우수하다. 그 이유가 명백하지는 않지만, 이하와 같이 생각할 수 있다. 일반적으로, 에폭시 수지 조성물에 있어서 알루미나 입자의 충전율을 높이면, 고열전도율이 얻어진다. 그러나, 알루미나 입자의 고충전화에 수반하여, 조성물의 유동성이 저하되고, 와이어 흐름 등의 원인이 된다. 한편, 본 개시의 에폭시 수지 조성물은 비스페놀 F형 에폭시 수지 및 가소제를 함유함으로써, 조성물로 하였을 때에 알루미나 입자를 고비율로 포함하는 경우에도, 유동성을 담보하기 쉽다고 생각된다. 또한, 이에 의해, 무기 충전재를 보다 고충전으로 하여, 경화하였을 때의 열전도성을 보다 향상시키는 것이 가능해진다고 생각된다.
[0032][0030]본 개시의 에폭시 수지 조성물은 BGA 패키지의 밀봉에 사용된다. BGA 패키지란, 패키지의 기판에 복수의 금속 범프가 격자상으로 배열된 반도체 패키지를 말한다. BGA 패키지는, 이면에 금속 범프를 형성한 기판의 표면에 소자를 탑재하고, 범프 또는 와이어 본딩에 의해 소자와 기판에 형성된 배선을 접속한 후, 소자를 밀봉하여 제작한다. 외경 치수를 소자의 치수와 동일한 정도까지 축소화한 CSP(Chip Size Package) 등도, BGA 패키지의 일 형태이다.
[0033][0031][에폭시 수지]
[0034][0032]본 개시의 에폭시 수지 조성물은, 비스페놀 F형 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지를 함유한다. 에폭시 수지 조성물은, 비스페놀 F형 에폭시 수지 이외의 에폭시 수지를 함유하고 있어도 된다.
[0035][0033](비스페놀 F형 에폭시 수지)
[0036][0034]본 개시에 있어서 비스페놀 F형 에폭시 수지란, 치환 또는 비치환된 비스페놀 F의 디글리시딜에테르를 말한다. 비스페놀 F형 에폭시 수지는 1종 단독으로 사용해도 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
[0037][0035]비스페놀 F형 에폭시 수지로서는, 예를 들어 하기 일반식 (I)로 나타나는 에폭시 수지를 들 수 있다.
[0038][0036]PCT00001.GIF
[0039][0037]일반식 (I) 중, R1 내지 R8은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 18의 치환 혹은 비치환된 1가 유기기를 나타내고, 각각 모두가 동일해도 상이해도 된다. n은 평균값이며, 0 내지 10의 수를 나타낸다.
[0040][0038]상기 일반식 (I)로 나타나는 비스페놀 F형 에폭시 수지는, 비스페놀 F 화합물에 에피클로로히드린을 공지된 방법으로 반응시킴으로써 얻을 수 있다.
[0041][0039]일반식 (I) 중, R1 내지 R8로서는, 수소 원자, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 이소프로필기, 이소부틸기, t-부틸기 등의 탄소수 1 내지 18의 알킬기, 비닐기, 알릴기, 부테닐기 등의 탄소수 1 내지 18의 알케닐기, 아릴기 등을 들 수 있고, 수소 원자 또는 메틸기인 것이 바람직하다.
[0042][0040]일반식 (I) 중, n은 평균값이며, 0 내지 10의 수를 나타내고, 0 내지 4의 수인 것이 바람직하다. n이 10 이하이면 수지 성분의 용융 점도가 너무 높아지지 않고, 에폭시 수지 조성물의 용융 성형 시의 점도가 저하되어, 충전 불량, 본딩 와이어(소자와 리드를 접속하는 금선)의 변형 등의 발생이 억제되는 경향이 있다.
[0043][0041]비스페놀 F형 에폭시 수지로서는, 예를 들어 4,4'-메틸렌비스(2,6-디메틸페놀)의 디글리시딜에테르를 주성분으로 하는 에폭시 수지, 4,4'-메틸렌비스(2,3,6-트리메틸페놀)의 디글리시딜에테르를 주성분으로 하는 에폭시 수지, 4,4'-메틸렌비스페놀의 디글리시딜에테르를 주성분으로 하는 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 그 중에서도 4,4'-메틸렌비스(2,6-디메틸페놀)의 디글리시딜에테르를 주성분으로 하는 에폭시 수지가 바람직하다. 비스페놀 F형 에폭시 수지로서는, 시판품으로서 YSLV-80XY(신닛테츠 스미킨 가가쿠 가부시키가이샤, 상품명) 등이 입수 가능하다.
[0044][0042]비스페놀 F형 에폭시 수지의 함유율은 특별히 제한되지 않고, 에폭시 수지 전체량 중 10질량% 이상인 것이 바람직하고, 20질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 25질량% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 비스페놀 F형 에폭시 수지의 함유율은, 100질량% 이하여도 되고, 75질량% 이하여도 되고, 50질량% 이하여도 된다.
[0045][0043]비스페놀 F형 에폭시 수지의 에폭시 당량은 특별히 제한되지 않는다. 성형성, 내리플로우성 및 전기적 신뢰성 등의 각종 특성 밸런스의 관점에서는, 비스페놀 F형 에폭시 수지의 에폭시 당량은, 100g/eq 내지 1000g/eq인 것이 바람직하고, 150g/eq 내지 500g/eq인 것이 보다 바람직하다. 에폭시 수지의 에폭시 당량은, JIS K 7236:2009에 준한 방법으로 측정되는 값으로 한다. 이하 동일하다.
[0046][0044]비스페놀 F형 에폭시 수지가 고체인 경우, 그의 연화점 또는 융점은 특별히 제한되지 않는다. 비스페놀 F형 에폭시 수지의 연화점 또는 융점은, 성형성과 내리플로우성의 관점에서는 40℃ 내지 180℃인 것이 바람직하고, 에폭시 수지 조성물의 조제 시의 취급성의 관점에서는 50℃ 내지 130℃인 것이 보다 바람직하다. 에폭시 수지의 융점은 시차 주사 열량 측정(DSC)으로 측정되는 값으로 하고, 에폭시 수지의 연화점은 JIS K 7234:1986에 준한 방법(환구법)으로 측정되는 값으로 한다. 이하 동일하다.
[0047][0045](비페닐형 에폭시 수지)
[0048][0046]에폭시 수지 조성물은 비스페놀 F형 에폭시 수지에 더하여, 비페닐형 에폭시 수지를 함유해도 된다. 비페닐형 에폭시 수지는 비페닐 골격을 갖는 에폭시 수지라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 하기 일반식 (II)로 나타나는 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
[0049][0047]PCT00002.GIF
[0050][0048]일반식 (II) 중, R1 내지 R8은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 18의 치환 혹은 비치환된 1가 유기기를 나타내고, 각각 모두가 동일해도 상이해도 된다. n은 평균값이며, 0 내지 10의 수를 나타낸다.
[0051][0049]상기 일반식 (II)로 나타나는 비페닐형 에폭시 수지는, 비페놀 화합물에 에피클로로히드린을 공지된 방법으로 반응시킴으로써 얻을 수 있다.
[0052][0050]일반식 (II) 중, R1 내지 R8로서는, 수소 원자, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 이소프로필기, 이소부틸기, t-부틸기 등의 탄소수 1 내지 18의 알킬기, 비닐기, 알릴기, 부테닐기 등의 탄소수 1 내지 18의 알케닐기, 아릴기 등을 들 수 있고, 수소 원자 또는 메틸기인 것이 바람직하다.
[0053][0051]일반식 (II) 중, n은 평균값이며, 0 내지 10의 수를 나타내고, 0 내지 4의 수인 것이 바람직하다.
[0054][0052]비페닐형 에폭시 수지로서는, 예를 들어 4,4'-비스(2,3-에폭시프로폭시)비페닐 또는 4,4'-비스(2,3-에폭시프로폭시)-3,3',5,5'-테트라메틸비페닐을 주성분으로 하는 에폭시 수지, 에피클로로히드린과 4,4'-비페놀 또는 4,4'-(3,3',5,5'-테트라메틸)비페놀을 반응시켜 얻어지는 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 그 중에서도 4,4'-비스(2,3-에폭시프로폭시)-3,3',5,5'-테트라메틸비페닐을 주성분으로 하는 에폭시 수지가 바람직하다. 비페닐형 에폭시 수지로서는, 시판품으로서 YX-4000(미쓰비시 케미컬 가부시키가이샤, 상품명), YL-6121H(미쓰비시 케미컬 가부시키가이샤, 상품명) 등이 입수 가능하다.
[0055][0053]에폭시 수지가 비페닐형 에폭시 수지를 포함하는 경우, 비페닐형 에폭시 수지의 함유율은 특별히 제한되지 않고, 에폭시 수지 전체량 중 20질량% 이상인 것이 바람직하고, 30질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 50질량% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 비페닐형 에폭시 수지의 함유율은 100질량% 미만이어도 되고, 90질량% 이하여도 되고, 80질량% 이하여도 되고, 10질량% 이하여도 된다.
[0056][0054]비페닐형 에폭시 수지의 에폭시 당량은 특별히 제한되지 않는다. 성형성, 내리플로우성 및 전기적 신뢰성 등의 각종 특성 밸런스의 관점에서는, 비페닐형 에폭시 수지의 에폭시 당량은 100g/eq 내지 1000g/eq인 것이 바람직하고, 150g/eq 내지 500g/eq인 것이 보다 바람직하다.
[0057][0055]비페닐형 에폭시 수지가 고체인 경우, 그의 연화점 또는 융점은 특별히 제한되지 않는다. 에폭시 수지의 연화점 또는 융점은, 성형성과 내리플로우성의 관점에서는 40℃ 내지 180℃인 것이 바람직하고, 에폭시 수지 조성물의 조제 시의 취급성의 관점에서는 50℃ 내지 130℃인 것이 보다 바람직하다.
[0058][0056](기타 에폭시 수지)
[0059][0057]에폭시 수지 조성물은, 비스페놀 F형 에폭시 수지 및 비페닐형 에폭시 수지 이외의 에폭시 수지(「기타 에폭시 수지」라고도 함)를 함유하고 있어도 된다. 「기타 에폭시 수지」는 특별히 제한되지 않고, 1 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 에폭시 수지인 것이 바람직하다. 1 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 에폭시 수지로서는, 스틸벤형 에폭시 수지, 황 원자 함유 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 살리실알데히드형 에폭시 수지, 나프톨류와 페놀류의 공중합형 에폭시 수지, 아르알킬형 에폭시 수지, 디페닐메탄형 에폭시 수지(비스페놀 F형 에폭시 수지를 제외함) 및 트리페닐메탄형 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 「기타 에폭시 수지」는 1종 단독으로 사용해도 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
[0060][0058]「기타 에폭시 수지」의 함유율은 특별히 제한되지 않고, 에폭시 수지 전체량에 대하여 30질량% 이하인 것이 바람직하고, 20질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 10질량% 이하인 것이 더욱 바람직하고, 5질량% 이하인 것이 특히 바람직하다.
[0061][0059]「기타 에폭시 수지」의 에폭시 당량은 특별히 제한되지 않는다. 성형성, 내리플로우성 및 전기적 신뢰성 등의 각종 특성 밸런스의 관점에서는, 「기타 에폭시 수지」의 에폭시 당량은 100g/eq 내지 1000g/eq인 것이 바람직하고, 150g/eq 내지 500g/eq인 것이 보다 바람직하다.
[0062][0060]「기타 에폭시 수지」가 고체인 경우, 그의 연화점 또는 융점은 특별히 제한되지 않는다. 성형성과 내리플로우성의 관점에서는, 「기타 에폭시 수지」의 연화점 또는 융점은 40℃ 내지 180℃인 것이 바람직하고, 에폭시 수지 조성물의 조제 시의 취급성의 관점에서는 50℃ 내지 130℃인 것이 보다 바람직하다.
[0063][0061]에폭시 수지 조성물 중의 에폭시 수지의 총 함유율은, 강도, 유동성, 내열성, 성형성 등의 관점에서 0.5질량% 내지 50질량%인 것이 바람직하고, 2질량% 내지 30질량%인 것이 보다 바람직하다.
[0064][0062]에폭시 수지는, 1 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 에폭시 수지를 포함하는 것이 바람직하고, 1 분자 중에 3개 이상의 에폭시기를 갖는 에폭시 수지(다관능 에폭시 수지라고도 함)를 포함해도 된다. 후술하는 바와 같이, 에폭시 수지 조성물이 경화 촉진제로서 유기 인 화합물을 함유하는 경우, 실장 시의 패키지의 휨을 제어하는 관점에서, 에폭시 수지의 전체 질량에 대한 다관능 에폭시 수지의 함유율은 10질량% 이하인 것이 바람직하고, 5질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 1질량% 이하인 것이 더욱 바람직하고, 실질적으로 0질량%인 것이 특히 바람직하다. 「실질적으로 0질량%」의 함유율이란, 다관능 에폭시 수지의, 실장