JP2000297202A - フリップチップ型半導体装置用封止材 - Google Patents

フリップチップ型半導体装置用封止材

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利夫 塩原
Kazumasa Sumida
和昌 隅田
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 （Ａ）液状エポキシ樹脂：１００重量
部、 （Ｂ）硬化剤：０〜１００重量部、 （Ｃ）球状シリカ：（Ａ）、（Ｂ）成分の合計１００重
量部に対して５０〜３００重量部、 （Ｄ）軟Ｘ線を透過しない球状無機質充填剤：軟Ｘ線の
透過を阻止する有効量、 （Ｅ）硬化促進剤：（Ａ）、（Ｂ）成分の合計１００重
量部に対して０．０１〜１０重量部を含有してなること
を特徴とするフリップチップ型半導体装置用封止材。 【効果】 本発明のフリップチップ型半導体装置用封止
材は、薄膜侵入特性、保存安定性に優れており、かつ軟
Ｘ線で容易に充填状態や封止欠陥を検出できるものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特にフリップチッ
プ型半導体装置のアンダーフィル材用として用いられ、
その充填状態を容易に確認し得るようにしたフリップチ
ップ型半導体装置用封止材に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電気機
器の小型、軽量化、高機能化に伴い、半導体の実装方法
もピン挿入タイプから表面実装が主流になっている。そ
して、ベアチップ実装の一つにフリップチップ（ＦＣ）
実装がある。ＦＣ実装とは、ＬＳＩチップの配線パター
ン面に高さ１０〜１００μｍ程度のバンプといわれる電
極を数個から数千個形成し、基板の電極を導電ペースト
或いは半田等で接合する方式である。このため、ＦＣの
保護に用いる封止材料は、基板とＬＳＩチップのバンプ
等による数１０μｍ程度の隙間に浸透させる必要があ
る。しかし、本方式は非常に微細な間隙に樹脂を充填さ
せるため、ボイドや未充填が発生し易い欠点がある。こ
のためこれら不良を連続的に短時間で検出し、不良品を
排除する方法が強く望まれていた。
【０００３】従来、この方法で得られるデバイスの封止
後の不良検出は、超音波探傷装置と呼ばれる装置で調べ
ることが一般的であり、超音波探傷装置を用いることで
非常に微細な欠陥を検出することができるが、この方法
では自動化することが非常に難しく、短時間での不良検
出に限界がある。
【０００４】なお、従来の半導体装置では、ワイヤー流
れやワイヤー切れなどを検出するために軟Ｘ線装置が幅
広く利用されているが、フリップチップ型の半導体装置
をシリカを無機質充填剤としたアンダーフィル材で封止
したものは、樹脂層が非常に薄いため、軟Ｘ線でボイド
と樹脂の区別をすることが困難であった。
【０００５】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、軟Ｘ線を用いた不良検出を容易に行うことができ、
かつフリップチップ型半導体装置の信頼性を向上させる
ことが可能なフリップチップ型半導体装置用封止材を提
供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結
果、液状エポキシ樹脂に軟Ｘ線を透過しない好ましくは
最大粒径が２５μｍ、平均粒径１〜５μｍの球状の無機
質充填剤を特定割合配合することで、狭間部への侵入性
に優れ、かつ軟Ｘ線による不良品の自動検出を容易にし
得、これにより、予めアンダーフィル材の充填状態を確
認できることから、欠陥製品を容易に選別することがで
き、信頼性の高い半導体装置を得ることができることを
知見し、本発明をなすに至った。
【０００７】即ち、本発明は、 （Ａ）液状エポキシ樹脂：１００重量部、 （Ｂ）硬化剤：０〜１００重量部、 （Ｃ）球状シリカ：（Ａ）、（Ｂ）成分の合計１００重
量部に対して５０〜３００重量部、 （Ｄ）軟Ｘ線を透過しない球状無機質充填剤：軟Ｘ線の
透過を阻止する有効量、 （Ｅ）硬化促進剤：（Ａ）、（Ｂ）成分の合計１００重
量部に対して０．０１〜１０重量部を含有してなること
を特徴とするフリップチップ型半導体装置用封止材を提
供する。
【０００８】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明に用いられる（Ａ）成分のエポキシ樹脂として
は、従来から公知の一分子あたり２個以上のエポキシ基
を持ったものであれば如何なるものでも使用することが
できる。特に、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビス
フェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポ
キシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、フェノールノボラック
型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂
等のノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ
樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン
型エポキシ樹脂などが例示される。これらエポキシ樹脂
の中でも、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェ
ノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ
樹脂や脂環式エポキシ樹脂が室温で液状である点から望
ましい。これらのエポキシ樹脂に下記構造で示されるエ
ポキシ樹脂を侵入性に影響を及ぼさない範囲で添加して
も何ら問題はない。
【０００９】
【化１】
【００１０】上記エポキシ樹脂中の全塩素含有量は、１
５００ｐｐｍ以下、望ましくは１０００ｐｐｍ以下であ
ることがよい。また、１２０℃で５０％エポキシ樹脂濃
度における２０時間での抽出水塩素が５ｐｐｍ以下であ
ることが好ましい。全塩素含有量が１５００ｐｐｍを超
え、抽出水塩素が５ｐｐｍを超えると、半導体の耐湿信
頼性が低下するおそれがある。
【００１１】上記エポキシ樹脂は、後述する硬化促進剤
［（Ｅ）成分］を用いることで単独でも硬化させること
ができるが、場合によっては硬化剤［（Ｂ）成分］とし
てメチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒド
ロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチ
ルハイミック酸などの酸無水物、ジシアンジアミド、ア
ジピン酸ヒドラジド、イソフタル酸ヒドラジドなどのカ
ルボン酸ヒドラジドを使用することができる。
【００１２】なお、上記硬化剤の配合量は特に制限され
ず、エポキシ樹脂を硬化させる有効量であり、その種類
によって相違するが、上述した酸無水物を用いる場合
は、エポキシ樹脂中のエポキシ基に対して硬化剤中の酸
無水物基（−ＣＯ−Ｏ−ＣＯ−）から誘導されるカルボ
ン酸基の比を０．５〜１．５、特に０．８〜１．２の範
囲にすることが好適であるが、通常、液状エポキシ樹脂
の配合量は１００重量部に対して、硬化剤の配合量は０
〜１００重量部、特に０〜８０重量部とすることができ
る。
【００１３】上記エポキシ樹脂は硬化促進剤を用いるこ
とで単独でも硬化させることができ、硬化促進剤とし
て、２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチル
イミダゾール、１−シアノエチル−２−メチルイミダゾ
ール、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミ
ダゾールなどのイミダゾール誘導体、リン系、シクロア
ミジン系誘導体を使用することができる。イミダゾール
誘導体は酸無水物系硬化剤の硬化促進剤として、更には
エポキシ樹脂の硬化剤として使用できる。硬化促進剤と
して使用する場合は、エポキシ樹脂と硬化剤の合計量１
００重量部に対し、０．０１〜１０重量部、望ましくは
０．５〜５重量部である。０．０１重量部未満では硬化
性が低下し、１０重量部を超えると、硬化性に優れる
が、保存性が低下する傾向となる。酸無水物を硬化剤と
して用いる場合は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１モル
に対し、０．３〜０．７モルの酸無水物基となるように
配合することが望ましい。０．３モル未満では硬化性が
不十分であり、０．７モルを超えると、未反応の酸無水
物が残存し、ガラス転移温度の低下となるおそれがあ
る。望ましくは０．４〜０．６モルの範囲である。
【００１４】本発明の封止材には、球状溶融シリカ等の
球状シリカ［（Ｃ）成分］をエポキシ樹脂と硬化剤との
合計１００重量部に対し５０〜３００重量部、特に８０
〜２５０重量部配合する。
【００１５】更に必要により、本発明の封止材には、膨
張係数を小さくする目的から従来より知られている各種
の無機質充填剤を添加することができる。無機質充填剤
としては、球状以外の溶融シリカ、結晶シリカ、アルミ
ナ、ボロンナイトライド、チッカアルミ、チッカ珪素、
マグネシア、マグネシウムシリケートなどが使用され
る。なかでも球状アルミナが好ましいものである。
【００１６】なお、上記球状シリカ及び他の充填剤は、
侵入性の向上と低線膨張化の両立を図るためフリップチ
ップギャップの高さに対して平均粒径が約１／１０以
下、最大粒径が１／２以下が望ましく、通常は最大粒径
５０μｍ以下、望ましくは４５μｍ以下、更に望ましく
は２５μｍ以下である。平均粒径は１０μｍ以下、望ま
しくは５μｍ以下、より望ましくは３μｍ以下である。
なお、平均粒径の下限は、通常０．５μｍ、好ましくは
１μｍである。
【００１７】また、上記球状シリカを含む上記充填剤の
総配合量は、エポキシ樹脂と硬化剤との合計１００重量
部に対し、１００〜４００重量部、特に１５０〜２５０
重量部が好ましい。少なすぎると、膨張係数が大きく、
冷熱試験においてクラックの発生を誘発させるおそれが
あり、多すぎると、粘度が高くなり、薄膜侵入性の低下
をもたらすおそれがある。
【００１８】本発明においては、更に、軟Ｘ線による検
出を可能とするためＸ線を透過しない球状の無機質充填
剤［（Ｄ）成分］を配合する必要がある。本発明で使用
可能な充填剤としては、ジルコニウムを含む充填剤が好
ましく、金属ジルコニウム、酸化ジルコニウム、金属ジ
ルコニウムと金属珪素或いは金属アルミニウムとの混合
物を爆燃させて得られる珪素とジルコニウム或いはジル
コニウムとアルミニウムが一粒子内に微細に分離して存
在する複合酸化物などが望ましいものである。この種の
複合酸化物は爆燃で得られることから粒子が球状になっ
ており、アンダーフィル材の充填剤としては非常に望ま
しいものである。
【００１９】この軟Ｘ線を透過しない無機質充填剤も、
フリップチップギャップの高さに対して平均粒径が約１
／１０以下、最大粒径が１／２以下が望ましく、通常は
最大粒径５０μｍ以下、望ましくは２５μｍ以下、更に
望ましくは１０μｍ以下である。平均粒径は１０μｍ以
下、望ましくは５μｍ以下、より望ましくは４μｍ以下
である。なお、平均粒径の下限は、通常０．５μｍ、好
ましくは１μｍである。
【００２０】なお、本発明において、平均粒径は、例え
ばレーザー光回折法等による重量平均値（又はメディア
ン径）等として求めることができる。
【００２１】軟Ｘ線で短時間に連続的に不良品を自動検
出するには、軟Ｘ線の透過を阻止する有効量であればよ
く、金属ジルコニウム、ジルコニウム含有複合酸化物或
いはジルコニウム酸化物を使用した場合、ジルコニウム
酸化物として液状エポキシ樹脂と硬化剤の合計量１００
重量部に対し１０〜２００重量部配合する必要がある。
より望ましくは１５〜１５０重量部である。１０重量部
未満では軟Ｘ線によって検出できず、２００重量部を超
えると、酸化ジルコニウムの割合が多くなり、膨張係数
が大きくなるといった問題が生ずる。また、コストも高
くなる。
【００２２】本発明の封止材には、応力を低下させる目
的でシリコーンゴム、シリコーンオイルや液状のポリブ
タジエンゴム、メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチ
レン共重合体といった熱可塑性樹脂などを配合してもよ
い。好ましくは、アルケニル基含有エポキシ樹脂又はフ
ェノール樹脂のアルケニル基と、下記平均組成式（１）
で示される一分子中の珪素原子の数が２０〜４００、好
ましくは４０〜２００であり、ＳｉＨ基の数が１〜５、
好ましくは１〜３、より好ましくは２であるオルガノポ
リシロキサンのＳｉＨ基との付加反応により得られる共
重合体を配合することがよい。
【００２３】ＨaＲbＳｉＯ(4-a-b)/2 （１） （式中、Ｒは置換又は非置換の一価炭化水素基、ａは
０．００２〜０．１、好ましくは０．０１〜０．１、ｂ
は１．８〜２．２、好ましくは１．９５〜２．０５、
１．８１≦ａ＋ｂ≦２．３、好ましくは１．９６≦ａ＋
ｂ≦２．０６を満足する正数を示す。）
【００２４】なお、Ｒの一価炭化水素基としては、炭素
数１〜１０、特に１〜８のものが好ましく、メチル基、
エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イ
ソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ヘキシル基、シクロ
ヘキシル基、オクチル基、デシル基等のアルキル基、ビ
ニル基、アリル基、プロペニル基、ブテニル基、ヘキセ
ニル基等のアルケニル基、フェニル基、キシリル基、ト
リル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル
基、フェニルプロピル基等のアラルキル基などや、これ
らの炭化水素基の水素原子の一部又は全部を塩素、フッ
素、臭素等のハロゲン原子で置換したクロロメチル基、
ブロモエチル基、トリフルオロプロピル基等のハロゲン
置換一価炭化水素基を挙げることができる。上記共重合
体としては、中でも下記構造のものが望ましい。
【００２５】
【化２】
【００２６】
【化３】 （上記式中、Ｒは上記と同じ、Ｒ1は水素原子又は炭素
数１〜４のアルキル基、Ｒ2は−ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2-、−
ＯＣＨ2−ＣＨ（ＯＨ）−ＣＨ2−Ｏ−ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2
−又は−Ｏ−ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2−である。ｎは４〜１９
９、好ましくは１９〜９９の整数、ｐは１〜１０の整
数、ｑは１〜１０の整数である。）
【００２７】上記共重合体は、ジオルガノポリシロキサ
ン単位がエポキシ樹脂と硬化剤の合計量１００重量部に
対し０〜２０重量部、特に２〜１５重量部含まれるよう
に配合することで、応力をより一層低下させることがで
きる。
【００２８】本発明の封止材には、更に必要に応じ、接
着向上用炭素官能性シラン、カーボンブラックなどの顔
料、染料、酸化防止剤、表面処理剤（γ−グリシドキシ
プロピルトリメトキシシランなど）、その他の添加剤を
配合することができる。
【００２９】本発明のエポキシ樹脂組成物は、例えば、
エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機質充填剤を同
時に又は別々に必要により加熱処理を加えながら撹拌、
溶解、混合、分散させることにより製造することができ
る。これらの混合物の混合、撹拌、分散等の装置は特に
限定されないが、撹拌、加熱装置を備えたライカイ機、
３本ロール、ボールミル、プラネタリーミキサー等を用
いることができる。これら装置を適宜組み合わせて使用
してもよい。
【００３０】ここで、本発明に係るフリップチップ型半
導体装置は、図１に示したように、通常、有機基板１の
配線パターン面に複数個のバンプ２を介して半導体チッ
プ３が搭載されているものであり、上記有機基板１と半
導体チップ３との間の隙間（バンプ２間の隙間）をアン
ダーフィル材４が充填され、その側部がフィレット材５
で封止されたものとすることができるが、本発明の封止
材は、特にアンダーフィル材を形成する場合に有効であ
る。
【００３１】本発明の封止材をアンダーフィル材の形成
に用いる場合、その硬化物のガラス転移温度以下の膨張
係数が２０〜４０ｐｐｍ／℃であることが好ましい。な
お、フィレット材用の封止材は公知のものでよく、特に
は上述したと同様の液状エポキシ樹脂組成物を用いるこ
とができるが、この場合はその硬化物のガラス転移温度
以下の膨張係数が１０〜２０ｐｐｍ／℃であるものが好
ましい。
【００３２】
【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。なお、ｗｔ％は重量％を意味する。
【００３３】［実施例、比較例］表１，２に示す成分を
３本ロールで均一に混練することにより７種の樹脂組成
物を得た。これらの樹脂組成物を用いて、以下に示す試
験を行った。その結果を表１，２に示す。 ［ゲル化時間］組成物のゲル化時間を１５０℃の熱板上
で測定した。 ［侵入試験］図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、熱板
１１上に下側スライドガラス１２を載置し、その上にそ
れぞれ厚さ８０μｍの２枚のポリイミドフィルム１３,
１３を１ｃｍの間隔を隔ててセットし、その上から上側
スライドガラス１４を被せ、上記両スライドガラス１
２，１４と２枚のポリイミドフィルム１３，１３とによ
り、幅１ｃｍ、高さ８０μｍの間隙１５を形成した。上
記下側スライドガラス１２上にエポキシ樹脂組成物１６
を置き、熱板１１を８０℃，１２０℃に設定した時、上
記組成物１６が上記間隙１５に２０ｍｍの距離まで浸
透、到達するまでの時間を測定した。 ［軟Ｘ線による不良確認］４００個のバンプを有する１
０ｍｍ×１０ｍｍのシリコンチップをＢＴ基板に搭載
し、このデバイスの一片にディスペンサーでそれぞれの
組成物を滴下し封止した。封止後、加熱硬化させ、次い
で軟Ｘ線を用いてアンダーフィル材の侵入状況やボイド
等の検出を行った。
【００３４】
【表１】 注：括弧内は酸化ジルコニウムとしての配合量である。
【００３５】
【表２】 注：括弧内は酸化ジルコニウムとしての配合量である。
【００３６】［使用原料］ ＲＥ３１０：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（日本化
薬（株）製） ＲＥ３０４：ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（日本化
薬（株）製） ＭＨ７００：メチルテトラヒドロ無水フタル酸（新日本
理化（株）製） ＳＯ３２Ｈ：最大粒径４５μｍ以下で、平均粒径２μｍ
の真球状シリカ（アドマテクス（株）製） 球状酸化物Ａ〜Ｅ：下記表３に示す。 ＫＢＭ４０３：グリシドキシプロピルトリメトキシシラ
ン（信越化学工業（株）製） ２Ｐ４ＭＺ：２−フェニル−４−メチルイミダゾール
（四国化成（株）製） ＨＸ３７４１：イミダゾ−ル化合物を含有するマイクロ
カプセル化触媒（旭チバ（株）製）
【００３７】
【表３】
【００３８】
【発明の効果】本発明のフリップチップ型半導体装置用
封止材は、薄膜侵入特性、保存安定性に優れており、か
つ軟Ｘ線で容易に充填状態や封止欠陥を検出できるもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】フリップチップ型半導体装置の一例を示す概略
図である。
【図２】侵入試験で用いたテストピースを示し、（Ａ）
は側面図、（Ｂ）は平面図である。
【符号の説明】 １ 有機基板 ２ バンプ ３ 半導体チップ ４ アンダーフィル材 ５ フィレット材 １１ 熱板 １２ 下側スライドガラス １３ ポリイミドフィルム １４ 上側スライドガラス １５ 間隙 １６ エポキシ樹脂組成物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 Ｄ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （Ａ）液状エポキシ樹脂：１００重量
    部、 （Ｂ）硬化剤：０〜１００重量部、 （Ｃ）球状シリカ：（Ａ）、（Ｂ）成分の合計１００重
    量部に対して５０〜３００重量部、 （Ｄ）軟Ｘ線を透過しない球状無機質充填剤：軟Ｘ線の
    透過を阻止する有効量、 （Ｅ）硬化促進剤：（Ａ）、（Ｂ）成分の合計１００重
    量部に対して０．０１〜１０重量部を含有してなること
    を特徴とするフリップチップ型半導体装置用封止材。
  2. 【請求項２】 （Ｄ）成分が、球状のジルコニウム含有
    複合酸化物又はジルコニウム酸化物であり、ジルコニウ
    ム酸化物として（Ａ）、（Ｂ）成分の合計１００重量部
    に対して１０〜２００重量部を含有する請求項１記載の
    封止材。
JP2000023749A 1999-02-12 2000-02-01 フリップチップ型半導体装置用封止材 Pending JP2000297202A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002044241A1 (fr) * 2000-11-28 2002-06-06 Harima Chemicals, Inc. Composition liquide a base de resine epoxy pour materiau d'encapsulation

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WO2002044241A1 (fr) * 2000-11-28 2002-06-06 Harima Chemicals, Inc. Composition liquide a base de resine epoxy pour materiau d'encapsulation

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