JP2001300767A - フラックス材及びそれを用いた半導体装置の製造方法並びに半導体装置 - Google Patents

フラックス材及びそれを用いた半導体装置の製造方法並びに半導体装置

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JP2001300767A
JP2001300767A JP2000126811A JP2000126811A JP2001300767A JP 2001300767 A JP2001300767 A JP 2001300767A JP 2000126811 A JP2000126811 A JP 2000126811A JP 2000126811 A JP2000126811 A JP 2000126811A JP 2001300767 A JP2001300767 A JP 2001300767A
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semiconductor device
circuit board
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Yuji Sakamoto
有史 坂本
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンダーフィル材を用いて半導体素子、特に
回路面に半田電極を有する半導体素子を封止する方法に
おいて、従来と同様に信頼性に優れ、コストの安い半導
体装置を提供するためのフラックス材を提供する。 【解決手段】 半田電極が具備された半導体素子の半田
電極又は回路基板の回路面をフラックス材で処理を施
し、その後半田電極と回路基板の回路面を接合するエリ
ア実装方法において、該フラックス材がフラックス作用
を有し、且つ少なくとも2官能以上のエポキシ基と反応
する官能基を有する化合物からなるフラックス材であ
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、信頼性に優れ、か
つ組み立て工程を簡略化できるフラックス材に関するも
のであり、フラックス材を用いて製造された半導体装置
及び半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年半導体パッケージの軽薄短小化の技
術革新は目覚しいものがあり、さまざまなパッケージ構
造が提唱され、製品化されている。従来のリードフレー
ム接合に代わり、半田のような突起電極により、回路基
板(マザーボード)に接合するエリア実装方式は特に重
要である。
【0003】その中で半導体チップの回路面に直接突起
電極が具備されたフリップチップはパッケージを最小化
できる方法のひとつである。フリップチップ実装は、半
田電極の場合、半田電極の表面の酸化膜を除去するため
にフラックス材で処理した後リフロー等の方法で接合す
る。その為半田電極、回路基板等の周囲にフラックス材
が残存するためこれを除去する洗浄を行った後液状樹脂
(アンダーフィル材)で封止を行う。その理由として
は、直接回路基板(マザーボード)に突起電極で接合す
るため、温度サイクル試験のような信頼性試験を行う
と、チップと回路板の線膨張係数の差により電極接合部
の電気的不良が発生するためである。
【0004】アンダーフィル材による封止は、半導体素
子の一辺または複数面に液状封止樹脂を塗布し毛細管現
象を利用して樹脂を回路基板と半導体素子の間隙に流れ
込ませる。しかしこの方法はフラクッス処理、洗浄を行
うため工程が長くなりかつ洗浄廃液の処理問題等環境管
理を厳しくしなければならない。しかしフラックス洗浄
を省略するとアンダーフィル材との密着性が著しく低下
し、界面での剥離を生じ、強いては半田電極の電気的接
続信頼性にも影響を及ぼすおそれがあった。また、残存
フラックスはアンダーフィル材との濡れ性が悪いためボ
イドの原因となり、信頼性を低下させる恐れがあった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、アンダーフ
ィル材を用いて半導体素子、特に回路面に半田電極を有
する半導体素子を封止する方法において、従来と同様に
信頼性に優れ、コストの安い半導体装置を提供するため
のフラックス材を提供すること及びそのフラックス材を
用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、これらの問題
を解決するため鋭意検討した結果、フラックス洗浄工程
を必要としないフラックス材であり、半導体装置の製造
方法である。すなわち、半田電極が具備された半導体素
子の半田電極又は回路基板の回路面をフラックス材で処
理を施し、その後半田電極と回路基板の回路面を接合す
るエリア実装方法において、該フラックス材がフラック
ス作用を有し、且つ少なくとも2官能以上のエポキシ基
と反応する官能基を有する化合物であるフラックス材で
ある。更に好ましい形態としては、フラックス材が、1
分子あたり少なくとも2個以上のフェノール性水酸基と
1分子当たり少なくとも1個以上のカルボン酸を有する
化合物であるフラックス材である。
【0007】また、回路基板の回路面に、半田電極が具
備された半導体素子を接合するエリア実装法において、
接合前に該半田電極又は該回路基板の回路面にフラック
ス材で処理を施し、半田接合後、フラックス洗浄無しに
アンダーフィル材で半導体素子と回路基板の間隙を封止
して製造する半導体装置の製造方法であって、該フラッ
クス材がフラックス作用を有し、且つ少なくとも2官能
以上のエポキシ基と反応する官能基を有する化合物であ
る半導体装置の製造方法である。更に好ましい形態とし
ては、フラックス材が、1分子あたり少なくとも2個以
上のフェノール性水酸基と1分子当たり少なくとも1個
以上のカルボン酸を有する化合物であり、アンダーフィ
ル材が、液状エポキシ樹脂、硬化剤を必須成分とし、平
均粒径10μm以下、最大粒径50μm以下の球状フィ
ラーを含むアンダーフィル材である半導体装置の製造方
法である。また、上記に記載の半導体装置の製造方法を
用いて製作された半導体装置である。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明で用いられるフラックス材
としては、エポキシ基と反応しうる2官能以上の官能基
を含み且つフラックス作用を有する化合物であり、その
例としては、2,3-ジヒドロキシ安息香酸、2,4-ヒドロキ
シ安息香酸、2,5-ヒドロキシ安息香酸、2,6-ヒドロキシ
安息香酸、3,4-ジヒドロキシ安息香酸、没食子酸、1,4-
ジヒドロキシ2-ナフトエ酸、3,5-ジヒドロキシ2−ナフ
トエ酸、フェノールフタリン、ジフェノール酸、カテキ
ン、ハイドロキノン、ハイドロキノンのノボラック樹脂
等がある。この中でも特に好ましいのは、水溶性の低い
化合物であり、更に硬化物の吸湿後の電気特性が良くな
る化合物であり、その例としては、フェノールフタリ
ン、ジフェノール酸、カテキン、ハイドロキノン等が挙
げられる。
【0009】使用方法としては前記化合物を単独又は複
数を溶剤等に希釈して回路基板又は半田電極が具備され
た半導体素子に塗布し乾燥させる方法、前記化合物のエ
ポキシ基と反応する官能基の総等量に対して過小のエポ
キシ樹脂を混合し、場合によって溶剤等に希釈し塗布乾
燥させる方法、前記化合物とバインダーとなる熱可塑性
樹脂と混合し場合によって溶剤等に希釈し塗布乾燥させ
る方法等が挙げられる。塗布方法はフラックス作用が必
要な部分のみに施されることが好ましい。これは接合後
の洗浄を省略させることができるからである。
【0010】本発明で用いられるアンダーフィル材は必
須成分としてエポキシ樹脂、硬化剤から構成される。エ
ポキシ樹脂は、既存のビスフェノール系ジグリシジルエ
ーテル類、フェノールノボラックとエピクロルヒドリン
との反応で得られるグリシジルエーテルで常温で液状の
もの等、またはそれらを混合したものが挙げられる。ま
たこれらの液状樹脂にジヒドロキシナフタレンのジグリ
シジルエーテル、テトラメチルビフェノールのジグリシ
ジルエーテル等の結晶性のエポキシ樹脂を混合し、液状
にしたものを使用することもできる。
【0011】次に本発明に用いられる硬化剤の例として
は、酸無水物、フェノール樹脂、脂肪族ポリアミン、ポ
リアミドアミン、芳香族アミン、イミダゾール類、グア
ニジン類等が挙げられる。
【0012】本発明で用いる絶縁フィラーの例として
は、炭酸カルシウム、シリカ、アルミナ、窒化アルミ等
がが挙げられる。用途によりこれらを複数混合してもよ
いが、信頼性、コストの点でシリカが好ましい。またフ
ィラーのより好ましい性状としては、平均粒径10μm
以下、最大粒径が50μm以下である。これは半導体素
子と回路基板の間隙に樹脂を注入するため流動性が重要
であるからである。その添加量は特に制限がないが、
封止樹脂としての特性(耐湿性、作業性等)を保つため
液状封止樹脂組成物の80重量%以下であることが好ま
しい。80%を越えると樹脂粘度が上がりすぎ流動性に
支障をきたす。またフィラーの形状は球状であることが
好ましい。いわゆる破砕型フィラーの場合は樹脂の流動
性を著しく低下させるからである。
【0013】本発明で用いるアンダーフィル材は、前記
液状エポキシ樹脂、硬化剤と無機フィラー以外に、必要
に応じて硬化促進剤、顔料、染料、レベリング剤、消泡
剤、カップリング材等の添加剤を混合し、真空脱泡する
ことにより製造することができる。
【0014】本発明に従うと回路基板に基板を接合した
後フラックス材は接合部位周辺に残存する。しかしアン
ダーフィル材を充填した際に本発明のフラックス材はエ
ポキシ樹脂に容易に拡散し、エポキシ樹脂とも反応する
ので、従来のロジン系フラックスに代表される材料に比
べ半田電極や回路基板、半導体素子表面へのアンダーフ
ィル材の接着性に優れ信頼性に優れた半導体装置を製造
することができる。
【0015】なお、本発明は、回路基板に直接素子を接
合する場合の封止だけでなく、一旦インタポーザーに接
合してアンダーフィル材で封止し、更にインタポーザー
から再配線を行い下部より半田電極を形成して回路基板
に接合する場合の該インターポーザーと回路基板の間隙
の封止にも用いることが出来る。前記以外の半導体装置
の製造方法は従来の公知の方法を用いることができる。
【0016】
【実施例】<実施例1>2,5ヒドロキシ安息香酸をエタ
ノール中に溶解させた5%溶液を共晶半田(融点183℃)
電極が具備した半導体素子(素子サイズ:10mm角、半田
径80μm 、電極数300)の半田電極のある面に塗
布し、乾燥させたあと素子を回路基板に載置し、リフロ
ー炉を通して半田電極を回路基板に接合した。次に洗浄
工程なしにそのままでエポキシ樹脂、酸無水物、球状シ
リカフィラー60wt%からなるアンダーフィル材を流し込
み硬化させて素子を封止した。封止した素子を超音波探
傷装置を用いて内部のボイドを観察した。半田接合部、
その他の回路基板界面、素子界面の濡れ不良はなかっ
た。また、信頼性評価として熱衝撃試験(-55℃−125
℃)を行い1000サイクル後に同様に超音波探傷装置で内
部の剥離状況を調べたが剥離は認められなかった。
【0017】<実施例2>フェノールフタリン100gに対
してエポキシ等量1500のビスフェノールA型エポキシ樹
脂10g、硬化促進剤としてトリフェニルフォスフィン
0.5gをγ-ブチロラクトンに溶解させ(固形分10%)回路
基板上に塗布し乾燥させた。次に実施例1と同様の半導
体素子を載置しリフローを通し半田を回路板に接合させ
た。次に実施例1と同様のアンダーフィル材で封止、硬
化後超音波探傷装置を用いて内部のボイドを観察した。
半田接合部、その他の回路基板界面、素子界面の濡れ不
良はなかった。また、信頼性評価として熱衝撃試験(-5
5℃−125℃)を行い1000サイクル後に同様に超音波探傷
装置で内部の剥離状況を調べたが剥離は認められなかっ
た。
【0018】<比較例1>市販のフラックス材(活性ロ
ジン溶液)を共晶半田(融点183℃)電極が具備した半
導体素子(素子サイズ:10mm角、半田径80μm、電極
数300)の半田電極のある面に塗布し、乾燥させたあ
と素子を回路基板に載置し、リフロー炉を通して半田電
極を回路基板に接合した。次に洗浄工程なしにそのまま
でエポキシ樹脂、酸無水物、球状シリカフィラー60wt%
からなるアンダーフィル材を流し込み硬化させて素子を
封止した。封止した素子を超音波探傷装置を用いて内部
のボイドを観察した。半田接合部、その他の回路基板界
面、素子界面に濡れ不良が多く見られた。また、信頼性
評価として熱衝撃試験(-55℃−125℃)を行い1000サイ
クル後に同様に超音波探傷装置で内部の剥離状況を調べ
たが前記濡れ不良部から剥離が認められた。
【0019】<比較例2>比較例1において素子を接合
後残存フラックスを完全に除去するため溶剤クリーナー
(石油系溶剤)で洗浄した以外は実施例1と同様にアン
ダーフィル材で封止し硬化後超音波探傷装置を用いて内
部のボイドを観察した。半田接合部、その他の回路基板
界面、素子界面の濡れ不良はなかった。また、信頼性評
価として熱衝撃試験(-55℃−125℃)を行い1000サイク
ル後に同様に超音波探傷装置で内部の剥離状況を調べた
が剥離は認められなかった。しかしクリーナーとして大
量の溶媒を使用した以外に、実施例1より洗浄工程が多
くなり、余分に時間を要した。
【0020】
【発明の効果】本発明による架橋性能を有するフラック
ス材を用いることによりアンダーフィル材との相溶性に
優れ、フラックス洗浄を行わなくとも、信頼性を維持で
きる半導体装置を提供することができる。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半田電極が具備された半導体素子の半田
    電極又は回路基板の回路面をフラックス材で処理を施
    し、その後半田電極と回路基板の回路面を接合するエリ
    ア実装方法において、該フラックス材がフラックス作用
    を有し、且つ少なくとも2官能以上のエポキシ基と反応
    する官能基を有する化合物であることを特徴とするフラ
    ックス材。
  2. 【請求項2】 フラックス材が、1分子あたり少なくと
    も2個以上のフェノール性水酸基と1分子当たり少なく
    とも1個以上のカルボン酸を有する化合物である請求項
    1記載のフラックス材。
  3. 【請求項3】 回路基板の回路面に、半田電極が具備さ
    れた半導体素子を接合するエリア実装法において、接合
    前に該半田電極又は該回路基板の回路面にフラックス材
    で処理を施し、半田接合後、フラックス洗浄無しにアン
    ダーフィル材で半導体素子と回路基板の間隙を封止して
    製造する半導体装置の製造方法であって、該フラックス
    材がフラックス作用を有し、且つ少なくとも2官能以上
    のエポキシ基と反応する官能基を有する化合物であるこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 フラックス材が、1分子あたり少なくと
    も2個以上のフェノール性水酸基と1分子当たり少なく
    とも1個以上のカルボン酸を有する化合物である請求項
    3記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 アンダーフィル材が、液状エポキシ樹
    脂、硬化剤を必須成分とする請求項3記載の半導体装置
    の製造方法。
  6. 【請求項6】 アンダーフィル材が、平均粒径10μm
    以下、最大粒径50μm以下の球状フィラーを含むアン
    ダーフィル材である請求項3又は5記載の半導体装置の
    製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項3〜6のいずれかに記載の半導体
    装置の製造方法を用いて製作された半導体装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006505674A (ja) * 2002-11-05 2006-02-16 ヘンケル コーポレイション 有機酸含有組成物およびその使用方法
JP2007246868A (ja) * 2006-03-20 2007-09-27 Dainippon Ink & Chem Inc 水性エポキシ樹脂組成物、その硬化物、新規2官能性ヒドロキシ化合物、新規2官能性エポキシ樹脂、及びそれらの製造方法
JP2013091093A (ja) * 2011-10-27 2013-05-16 Internatl Business Mach Corp <Ibm> アンダーフィルとの間で化学的に硬化物を形成する無洗浄フラックス

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