JP2002241469A - 熱硬化性樹脂組成物および半導体装置 - Google Patents
熱硬化性樹脂組成物および半導体装置Info
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Epoxy Resins (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】半田バンプなどの金属結合形成を必要とする半
導体装置の製造において配線回路基板上に先塗布してフ
リップチップの搭載を可能にするフラックス活性を有す
る、熱硬化性樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置
の製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】エポキシ樹脂、酸無水物系硬化剤を含有す
る２５℃で液状の熱硬化性樹脂組成物であって、下記一
般式（１）： Ｒ1 −（ＣＯＯ−ＣＨ（ＣＨ3 ）−Ｏ−Ｒ2 ）n （１） （式中、ｎは正の整数であり、Ｒ1 は１価以上の有機基
であり、Ｒ2 は１価の有機基であり、互いに同じであっ
ても異なっていてもよい）または一般式（２）： −（ＯＣＯ−Ｒ3 −ＣＯＯ−ＣＨ（ＣＨ3 ）−ＯＲ4 −Ｏ−ＣＨ（ＣＨ3 ））n − （２） （式中、ｎは正の整数であり、Ｒ3 およびＲ4 は２価の
有機基であり、互いに同じであっても異なっていてもよ
い）により表される化合物を含有することを特徴とす
る、熱硬化性樹脂組成物。
導体装置の製造において配線回路基板上に先塗布してフ
リップチップの搭載を可能にするフラックス活性を有す
る、熱硬化性樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置
の製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】エポキシ樹脂、酸無水物系硬化剤を含有す
る２５℃で液状の熱硬化性樹脂組成物であって、下記一
般式（１）： Ｒ1 −（ＣＯＯ−ＣＨ（ＣＨ3 ）−Ｏ−Ｒ2 ）n （１） （式中、ｎは正の整数であり、Ｒ1 は１価以上の有機基
であり、Ｒ2 は１価の有機基であり、互いに同じであっ
ても異なっていてもよい）または一般式（２）： −（ＯＣＯ−Ｒ3 −ＣＯＯ−ＣＨ（ＣＨ3 ）−ＯＲ4 −Ｏ−ＣＨ（ＣＨ3 ））n − （２） （式中、ｎは正の整数であり、Ｒ3 およびＲ4 は２価の
有機基であり、互いに同じであっても異なっていてもよ
い）により表される化合物を含有することを特徴とす
る、熱硬化性樹脂組成物。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置におけ
る配線回路基板と半導体素子との間の空隙を封止するた
めに用いられる熱硬化性樹脂組成物に関する。さらに、
本発明は、かかる熱硬化性樹脂組成物を用いて半導体素
子をフェイスダウン構造で配線回路基板上に実装する方
式による半導体装置に関するものである。
る配線回路基板と半導体素子との間の空隙を封止するた
めに用いられる熱硬化性樹脂組成物に関する。さらに、
本発明は、かかる熱硬化性樹脂組成物を用いて半導体素
子をフェイスダウン構造で配線回路基板上に実装する方
式による半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近の半導体デバイスの性能向上に伴う
要求として、半導体素子をフェイスダウン構造で、配線
回路基板に実装される方法（フリップチップ、ダイレク
トチップアタッチ方式等）がある。フリップチップ方式
においては、互いの線膨張係数が異なる半導体素子と配
線回路基板をダイレクトに電気接続を行うことから、接
続部分の信頼性が問題となっている。この対策として
は、半導体素子と配線回路基板との空隙に液状樹脂材料
を充填し硬化させて樹脂硬化体を形成し、電気接続部に
集中する応力を上記樹脂硬化体にも分散させることによ
り接続信頼性を向上させる方法が採られている。従来の
半田バンプを用いたフリップチップ方式における液状材
料の充填方法では、まずフリップチップを配線回路基板
に実装し半田溶融工程による金属接合を形成した後、半
導体素子と配線回路基板との空隙に毛細管効果により液
状樹脂材料を注入している。
要求として、半導体素子をフェイスダウン構造で、配線
回路基板に実装される方法（フリップチップ、ダイレク
トチップアタッチ方式等）がある。フリップチップ方式
においては、互いの線膨張係数が異なる半導体素子と配
線回路基板をダイレクトに電気接続を行うことから、接
続部分の信頼性が問題となっている。この対策として
は、半導体素子と配線回路基板との空隙に液状樹脂材料
を充填し硬化させて樹脂硬化体を形成し、電気接続部に
集中する応力を上記樹脂硬化体にも分散させることによ
り接続信頼性を向上させる方法が採られている。従来の
半田バンプを用いたフリップチップ方式における液状材
料の充填方法では、まずフリップチップを配線回路基板
に実装し半田溶融工程による金属接合を形成した後、半
導体素子と配線回路基板との空隙に毛細管効果により液
状樹脂材料を注入している。
【０００３】上記半導体装置の製造方法では多くの製造
プロセスをふむため生産性が低いという問題点がある。
さらには上記製造方法よりも生産性の向上を図るため液
状材料を先塗布した配線回路基板上に適当な温度および
圧力と共にフリップチップを搭載する圧接方式が試みら
れている。しかしながら、この圧接方式では例えば金属
結合形成を必要とする半田バンプなどの金属電極におい
てはバンプ接合時に酸化膜を除去する必要があるため、
例えば金スタッドバンプなどを用いた金属接触に従う電
気接続を対象とした半導体装置の製造にのみ適用でき、
半田バンプなどの金属結合形成を必要とする金属電極を
有する半導体の実装に対する適用は困難であった。
プロセスをふむため生産性が低いという問題点がある。
さらには上記製造方法よりも生産性の向上を図るため液
状材料を先塗布した配線回路基板上に適当な温度および
圧力と共にフリップチップを搭載する圧接方式が試みら
れている。しかしながら、この圧接方式では例えば金属
結合形成を必要とする半田バンプなどの金属電極におい
てはバンプ接合時に酸化膜を除去する必要があるため、
例えば金スタッドバンプなどを用いた金属接触に従う電
気接続を対象とした半導体装置の製造にのみ適用でき、
半田バンプなどの金属結合形成を必要とする金属電極を
有する半導体の実装に対する適用は困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みなされたもので、半田バンプなどの金属結合
形成を必要とする半導体装置の製造において配線回路基
板上に先塗布してフリップチップの搭載を可能にするフ
ラックス活性を有する、熱硬化性樹脂組成物およびそれ
を用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的と
する。
事情に鑑みなされたもので、半田バンプなどの金属結合
形成を必要とする半導体装置の製造において配線回路基
板上に先塗布してフリップチップの搭載を可能にするフ
ラックス活性を有する、熱硬化性樹脂組成物およびそれ
を用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的と
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、（１）
エポキシ樹脂、酸無水物系硬化剤を含有する２５℃で液
状の熱硬化性樹脂組成物であって、下記一般式（１）： Ｒ1 −（ＣＯＯ−ＣＨ（ＣＨ3 ）−Ｏ−Ｒ2 ）n （１） （式中、ｎは正の整数であり、Ｒ1 は１価以上の有機基
であり、Ｒ2 は１価の有機基であり、互いに同じであっ
ても異なっていてもよい）または一般式（２）： −（ＯＣＯ−Ｒ3 −ＣＯＯ−ＣＨ（ＣＨ3 ）−ＯＲ4 −Ｏ−ＣＨ（ＣＨ3 ））n − （２） （式中、ｎは正の整数であり、Ｒ3 およびＲ4 は２価の
有機基であり、互いに同じであっても異なっていてもよ
い）により表される化合物を含有することを特徴とす
る、熱硬化性液状樹脂組成物、（２）前記（１）記載の
熱硬化性樹脂組成物の硬化物で封止されてなる半導体装
置、に関する。
エポキシ樹脂、酸無水物系硬化剤を含有する２５℃で液
状の熱硬化性樹脂組成物であって、下記一般式（１）： Ｒ1 −（ＣＯＯ−ＣＨ（ＣＨ3 ）−Ｏ−Ｒ2 ）n （１） （式中、ｎは正の整数であり、Ｒ1 は１価以上の有機基
であり、Ｒ2 は１価の有機基であり、互いに同じであっ
ても異なっていてもよい）または一般式（２）： −（ＯＣＯ−Ｒ3 −ＣＯＯ−ＣＨ（ＣＨ3 ）−ＯＲ4 −Ｏ−ＣＨ（ＣＨ3 ））n − （２） （式中、ｎは正の整数であり、Ｒ3 およびＲ4 は２価の
有機基であり、互いに同じであっても異なっていてもよ
い）により表される化合物を含有することを特徴とす
る、熱硬化性液状樹脂組成物、（２）前記（１）記載の
熱硬化性樹脂組成物の硬化物で封止されてなる半導体装
置、に関する。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の熱硬化性樹脂組成物は、
フェイスダウン構造の半導体素子の封止に好適に用いら
れるものである。詳細には、配線回路基板上に、複数の
接続用電極部を介して半導体素子が搭載される配線回路
基板と半導体素子との間の空隙を封止するために使用さ
れる。本発明の熱硬化樹脂組成物を、上記配線回路基板
と半導体素子との間に介在させてフェイスダウン構造の
半導体素子の配線回路基板上への圧着による仮固着を行
い、その後半田溶融を行うことにより半導体素子と配線
回路基板との空隙の封止および金属接合を形成させる。
フェイスダウン構造の半導体素子の封止に好適に用いら
れるものである。詳細には、配線回路基板上に、複数の
接続用電極部を介して半導体素子が搭載される配線回路
基板と半導体素子との間の空隙を封止するために使用さ
れる。本発明の熱硬化樹脂組成物を、上記配線回路基板
と半導体素子との間に介在させてフェイスダウン構造の
半導体素子の配線回路基板上への圧着による仮固着を行
い、その後半田溶融を行うことにより半導体素子と配線
回路基板との空隙の封止および金属接合を形成させる。
【０００７】本発明の熱硬化性樹脂組成物は、エポキシ
樹脂、酸無水物系硬化剤を含有し、さらにフラックス活
性剤として、下記一般式（１）： Ｒ1 −（ＣＯＯ−ＣＨ（ＣＨ3 ）−Ｏ−Ｒ2 ）n （１） （式中、ｎは正の整数であり、Ｒ1 は１価以上の有機基
であり、Ｒ2 は１価の有機基であり、互いに同じであっ
ても異なっていてもよい）または一般式（２）： −（ＯＣＯ−Ｒ3 −ＣＯＯ−ＣＨ（ＣＨ3 ）−ＯＲ4 −Ｏ−ＣＨ（ＣＨ3 ））n − （２） （式中、ｎは正の整数であり、Ｒ3 およびＲ4 は２価の
有機基であり、互いに同じであっても異なっていてもよ
い）により表される化合物を含有することを特徴とす
る。
樹脂、酸無水物系硬化剤を含有し、さらにフラックス活
性剤として、下記一般式（１）： Ｒ1 −（ＣＯＯ−ＣＨ（ＣＨ3 ）−Ｏ−Ｒ2 ）n （１） （式中、ｎは正の整数であり、Ｒ1 は１価以上の有機基
であり、Ｒ2 は１価の有機基であり、互いに同じであっ
ても異なっていてもよい）または一般式（２）： −（ＯＣＯ−Ｒ3 −ＣＯＯ−ＣＨ（ＣＨ3 ）−ＯＲ4 −Ｏ−ＣＨ（ＣＨ3 ））n − （２） （式中、ｎは正の整数であり、Ｒ3 およびＲ4 は２価の
有機基であり、互いに同じであっても異なっていてもよ
い）により表される化合物を含有することを特徴とす
る。
【０００８】ここで、フラックス活性とは、半田付けの
際に、接合すべき金属表面の酸化膜、有機物等を除去
し、加熱中の酸化進行を防止し、溶解半田の表面張力を
低下させる能力をいい、フラックス活性剤とは、半導体
封止用組成物にフラックス活性を付与する化合物または
組成物をいう。
際に、接合すべき金属表面の酸化膜、有機物等を除去
し、加熱中の酸化進行を防止し、溶解半田の表面張力を
低下させる能力をいい、フラックス活性剤とは、半導体
封止用組成物にフラックス活性を付与する化合物または
組成物をいう。
【０００９】本発明の熱硬化性樹脂組成物に含有される
一般式（１）又は（２）で表されるフラックス活性剤
は、カルボン酸類とビニルエーテル化合物との反応によ
り得ることができる。カルボン酸類としては、例えば、
酢酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン
酸、フタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、アク
リル酸、イソシアヌル酸、カルボキシル基含有ポリブタ
ジエン等が挙げられ、また上記ビニルエーテル化合物と
しては、例えば、ブチル基、エチル基、プロピル基、イ
ソプロピル、シクロヘキシル基等を有するビニルエーテ
ル類が挙げられる。
一般式（１）又は（２）で表されるフラックス活性剤
は、カルボン酸類とビニルエーテル化合物との反応によ
り得ることができる。カルボン酸類としては、例えば、
酢酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン
酸、フタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、アク
リル酸、イソシアヌル酸、カルボキシル基含有ポリブタ
ジエン等が挙げられ、また上記ビニルエーテル化合物と
しては、例えば、ブチル基、エチル基、プロピル基、イ
ソプロピル、シクロヘキシル基等を有するビニルエーテ
ル類が挙げられる。
【００１０】上記一般式（１）のＲ1 の具体例として
は、炭素数１〜６のアルキル基またはアルキレン基、ビ
ニル基、アリル基、フェニル基、フェニレン基、３価以
上の芳香環基、Ｃ3 Ｎ3 （ＯＣＯＣ2 Ｈ4 ）3 基が挙げ
られる。上記一般式（１）のＲ 2 の具体例としては、炭
素数１〜１０のアルキル基、炭素数３〜６のシクロアル
キル基が挙げられる。
は、炭素数１〜６のアルキル基またはアルキレン基、ビ
ニル基、アリル基、フェニル基、フェニレン基、３価以
上の芳香環基、Ｃ3 Ｎ3 （ＯＣＯＣ2 Ｈ4 ）3 基が挙げ
られる。上記一般式（１）のＲ 2 の具体例としては、炭
素数１〜１０のアルキル基、炭素数３〜６のシクロアル
キル基が挙げられる。
【００１１】上記一般式（２）のＲ3 の具体例として
は、式（３）〜（６）で示される構造を有する官能基が
挙げられる。
は、式（３）〜（６）で示される構造を有する官能基が
挙げられる。
【００１２】
【化１】
【００１３】（式中、ｎは正の整数であり、Ｘは２価の
有機基である） 上記一般式（２）のＲ4 の具体例としては、式（７）〜
（９）で示される構造を有する官能基が挙げられる。
有機基である） 上記一般式（２）のＲ4 の具体例としては、式（７）〜
（９）で示される構造を有する官能基が挙げられる。
【００１４】
【化２】
【００１５】（式中、ｎは正の整数である） このような化合物は、半導体実装プロセスにおいてフラ
ックス活性を発揮した後に熱分解により、遊離のカルボ
ン酸を生成し、エポキシ樹脂と反応しうるので、フラッ
クス活性剤と硬化剤としての機能とを兼ね備えた材料と
して好適に用いられる。遊離のカルボン酸の生成温度
は、種々の金属バンプにおける融解温度に応じてカルボ
ン酸類とビニルエーテル類の組み合わせを選択すること
により、適宜制御することができる。これらは、単独で
使用してもよく、あるいは２種以上併用してもよい。
ックス活性を発揮した後に熱分解により、遊離のカルボ
ン酸を生成し、エポキシ樹脂と反応しうるので、フラッ
クス活性剤と硬化剤としての機能とを兼ね備えた材料と
して好適に用いられる。遊離のカルボン酸の生成温度
は、種々の金属バンプにおける融解温度に応じてカルボ
ン酸類とビニルエーテル類の組み合わせを選択すること
により、適宜制御することができる。これらは、単独で
使用してもよく、あるいは２種以上併用してもよい。
【００１６】本発明の熱硬化性樹脂組成物における一般
式（１）又は（２）で表されるフラックス活性剤の配合
割合は、半田接続性、耐熱性、耐湿信頼性の観点から、
全樹脂量１００重量部に対して特に０．１〜２０重量部
の範囲が好ましく、なかでも０．５〜１５重量部、さら
には１〜１０重量部の範囲が好適に用いられる。
式（１）又は（２）で表されるフラックス活性剤の配合
割合は、半田接続性、耐熱性、耐湿信頼性の観点から、
全樹脂量１００重量部に対して特に０．１〜２０重量部
の範囲が好ましく、なかでも０．５〜１５重量部、さら
には１〜１０重量部の範囲が好適に用いられる。
【００１７】本発明に用いられるエポキシ樹脂は、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、フェノールノボラック型エポキシ樹脂やクレ
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、脂環式エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシ
アヌレート、ヒダントインエポキシ樹脂等の含窒素環エ
ポキシ樹脂、水添加ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、
脂肪族系エポキシ樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ
樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、低級水率硬化
体タイプの主流であるビフェニル型エポキシ樹脂、ジシ
クロ環型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂等が
挙げられる。これらは単独で使用してもよく、あるいは
２種以上併用しても良い。これらエポキシ樹脂のなかで
は、室温において単独で液状であるビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ナフ
タレン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、トリグリ
シジルイソシアヌレートがより好適に用いられる。
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、フェノールノボラック型エポキシ樹脂やクレ
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、脂環式エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシ
アヌレート、ヒダントインエポキシ樹脂等の含窒素環エ
ポキシ樹脂、水添加ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、
脂肪族系エポキシ樹脂、グリシジルエーテル型エポキシ
樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、低級水率硬化
体タイプの主流であるビフェニル型エポキシ樹脂、ジシ
クロ環型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂等が
挙げられる。これらは単独で使用してもよく、あるいは
２種以上併用しても良い。これらエポキシ樹脂のなかで
は、室温において単独で液状であるビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ナフ
タレン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、トリグリ
シジルイソシアヌレートがより好適に用いられる。
【００１８】上記エポキシ樹脂は常温（２５℃）で固形
でも液状でもよいが、熱硬化性樹脂組成物の硬化物の強
度およびかかる硬化物のガラス転移温度の制御の観点か
ら、一般にエポキシ当量が９０〜１０００のものが好ま
しく、また、固形の場合には軟化点が１６０℃以下のも
のが好ましい。
でも液状でもよいが、熱硬化性樹脂組成物の硬化物の強
度およびかかる硬化物のガラス転移温度の制御の観点か
ら、一般にエポキシ当量が９０〜１０００のものが好ま
しく、また、固形の場合には軟化点が１６０℃以下のも
のが好ましい。
【００１９】本発明に用いられる酸無水物系硬化剤とし
ては、例えば、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水ト
リメリット酸、無水ピロメリット酸、ヘキサヒドロ無水
フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジ
ック酸、無水ナジック酸、無水グルタル酸、メチルヘキ
サヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル
酸等が挙げられる。これらは単独で使用してもよく、あ
るいは２種以上併用してもよい。
ては、例えば、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水ト
リメリット酸、無水ピロメリット酸、ヘキサヒドロ無水
フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジ
ック酸、無水ナジック酸、無水グルタル酸、メチルヘキ
サヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル
酸等が挙げられる。これらは単独で使用してもよく、あ
るいは２種以上併用してもよい。
【００２０】また、上記酸無水物系硬化剤以外に、従来
から公知のエポキシ樹脂の硬化剤、例えば、アミン系硬
化剤、フェノール系硬化剤、上記酸無水物系硬化剤をア
ルコールで部分エステル化したもの、または、ヘキサヒ
ドロフタル酸、テトラヒドロフタル酸、メチルヘキサヒ
ドロフタル酸などのカルボン酸の硬化剤を併用してもよ
い。その場合エポキシ樹脂との混合物が常温において液
状であればこれらの硬化剤は単独で使用してもよく、あ
るいは２種以上併用してもよい。
から公知のエポキシ樹脂の硬化剤、例えば、アミン系硬
化剤、フェノール系硬化剤、上記酸無水物系硬化剤をア
ルコールで部分エステル化したもの、または、ヘキサヒ
ドロフタル酸、テトラヒドロフタル酸、メチルヘキサヒ
ドロフタル酸などのカルボン酸の硬化剤を併用してもよ
い。その場合エポキシ樹脂との混合物が常温において液
状であればこれらの硬化剤は単独で使用してもよく、あ
るいは２種以上併用してもよい。
【００２１】上記エポキシ樹脂と上記酸無水物系硬化剤
との配合割合は、熱硬化性樹脂組成物の硬化速度および
その硬化物のガラス転移温度の制御ならびに耐水性の観
点から、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量に対して、
酸無水物系硬化剤における酸無水基が０．５〜１．５当
量、さらには、０．７〜１．２当量となるような割合で
あることが好ましい。なお、上記した酸無水物系硬化剤
以外の硬化剤を併用する場合においても、その配合割合
は、酸無水物系硬化剤を用いた場合の配合割合（当量
比）に準じればよい。
との配合割合は、熱硬化性樹脂組成物の硬化速度および
その硬化物のガラス転移温度の制御ならびに耐水性の観
点から、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量に対して、
酸無水物系硬化剤における酸無水基が０．５〜１．５当
量、さらには、０．７〜１．２当量となるような割合で
あることが好ましい。なお、上記した酸無水物系硬化剤
以外の硬化剤を併用する場合においても、その配合割合
は、酸無水物系硬化剤を用いた場合の配合割合（当量
比）に準じればよい。
【００２２】本発明の熱硬化性樹脂組成物は、必要に応
じて硬化促進剤を配合することもできる。このような硬
化促進剤としては、従来からエポキシ樹脂の硬化促進剤
として知られている種々の硬化促進剤が使用可能であ
り、例えば、１，８−ジアザビシクロ（５．４．０）ウ
ンデセン−７、トリエチレンジアミン、トリ−２，４，
６−ジメチルアミノメチルフェノール等の３級アミン
類、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−メチル
イミダゾール等のイミダゾール類、トリフェニルホスフ
ィン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレ
ート、テトラ−ｎ−ブチルホスホニウム−ｏ，ｏ−ジエ
チルホスホロジチオエート等のリン化合物、４級アンモ
ニウム塩、有機金属塩類、およびこれらの誘導体が挙げ
られる。これらは単独で使用してもよく、あるいは併用
してもよい。
じて硬化促進剤を配合することもできる。このような硬
化促進剤としては、従来からエポキシ樹脂の硬化促進剤
として知られている種々の硬化促進剤が使用可能であ
り、例えば、１，８−ジアザビシクロ（５．４．０）ウ
ンデセン−７、トリエチレンジアミン、トリ−２，４，
６−ジメチルアミノメチルフェノール等の３級アミン
類、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−メチル
イミダゾール等のイミダゾール類、トリフェニルホスフ
ィン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレ
ート、テトラ−ｎ−ブチルホスホニウム−ｏ，ｏ−ジエ
チルホスホロジチオエート等のリン化合物、４級アンモ
ニウム塩、有機金属塩類、およびこれらの誘導体が挙げ
られる。これらは単独で使用してもよく、あるいは併用
してもよい。
【００２３】本発明の熱硬化性樹脂組成物には、必要に
応じて他の材料（有機材料、無機材料）を加えることも
できる。有機材料としては、シランカップリング剤、チ
タンカップリング剤、表面調整剤、酸化防止剤、粘着付
与剤等が挙げられ、無機材料としては、アルミナ、シリ
カ、窒化珪素等の各種充填剤、銅、銀、アルミ、ニッケ
ル、半田等の金属粒子、その他、顔料、染料等が挙げら
れる。無機材料の混合割合は特に限定されるものではな
いが、粘度および半導体素子の電極と配線回路基板の電
極との電気的接合の観点から、全組成物中の７０％以下
が好ましく、６５％以下がより好ましい。
応じて他の材料（有機材料、無機材料）を加えることも
できる。有機材料としては、シランカップリング剤、チ
タンカップリング剤、表面調整剤、酸化防止剤、粘着付
与剤等が挙げられ、無機材料としては、アルミナ、シリ
カ、窒化珪素等の各種充填剤、銅、銀、アルミ、ニッケ
ル、半田等の金属粒子、その他、顔料、染料等が挙げら
れる。無機材料の混合割合は特に限定されるものではな
いが、粘度および半導体素子の電極と配線回路基板の電
極との電気的接合の観点から、全組成物中の７０％以下
が好ましく、６５％以下がより好ましい。
【００２４】本発明の熱硬化性樹脂組成物には上記の添
加剤以外に、シリコーンオイルおよびシリコーンゴム、
合成ゴム反応性希釈剤等の成分を配合して低応力化を図
ったり、耐湿信頼性テストにおける信頼性向上を目的と
してハイドロタルサイト類、水酸化ビスマス等のイオン
トラップ剤を配合してもよい。また、劣化防止剤、レベ
リング剤、脱泡剤、染料、顔料等の従来公知の各種添加
剤を適宜に配合することができる。さらに、液状の熱硬
化性樹脂組成物の流動性を調整するために、有機溶剤を
添加することもできる。有機溶剤としては、例えば、ト
ルエン、キシレン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、ア
セトン、ジアセトンアルコール等が挙げられる。
加剤以外に、シリコーンオイルおよびシリコーンゴム、
合成ゴム反応性希釈剤等の成分を配合して低応力化を図
ったり、耐湿信頼性テストにおける信頼性向上を目的と
してハイドロタルサイト類、水酸化ビスマス等のイオン
トラップ剤を配合してもよい。また、劣化防止剤、レベ
リング剤、脱泡剤、染料、顔料等の従来公知の各種添加
剤を適宜に配合することができる。さらに、液状の熱硬
化性樹脂組成物の流動性を調整するために、有機溶剤を
添加することもできる。有機溶剤としては、例えば、ト
ルエン、キシレン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、ア
セトン、ジアセトンアルコール等が挙げられる。
【００２５】本発明の熱硬化性組成物は、２５℃で液状
である。本明細書において「液状」とは流動性を示すも
のを意味し、粘度は、優れた流動充填性の観点から、２
５℃で８００Ｐａ・ｓ以下の溶融粘度を示すものである
ことが好ましい。本発明の熱硬化性組成物は液状である
ことから、半導体素子と配線回路基盤の間の空隙への流
動充填性に優れ、エアーのかみ込み防止性において効果
的である。
である。本明細書において「液状」とは流動性を示すも
のを意味し、粘度は、優れた流動充填性の観点から、２
５℃で８００Ｐａ・ｓ以下の溶融粘度を示すものである
ことが好ましい。本発明の熱硬化性組成物は液状である
ことから、半導体素子と配線回路基盤の間の空隙への流
動充填性に優れ、エアーのかみ込み防止性において効果
的である。
【００２６】本発明の熱硬化性樹脂組成物は、例えば、
以下のようにして製造することができる。すなわち、エ
ポキシ樹脂、酸無水物系硬化剤、一般式（１）又は
（２）で表されるフラックス活性剤の各成分を所定量配
合し、これに必要に応じて各種成分、例えば、硬化促進
剤、各種充填剤等を所定量配合した組成物を、万能攪拌
釜等の混練機にかけ溶融混合する。つぎに、これをフィ
ルターを用いて濾過し、ついで減圧脱泡することにより
目的とする液状の熱硬化性樹脂組成物を製造することが
できる。
以下のようにして製造することができる。すなわち、エ
ポキシ樹脂、酸無水物系硬化剤、一般式（１）又は
（２）で表されるフラックス活性剤の各成分を所定量配
合し、これに必要に応じて各種成分、例えば、硬化促進
剤、各種充填剤等を所定量配合した組成物を、万能攪拌
釜等の混練機にかけ溶融混合する。つぎに、これをフィ
ルターを用いて濾過し、ついで減圧脱泡することにより
目的とする液状の熱硬化性樹脂組成物を製造することが
できる。
【００２７】本発明の熱硬化性樹脂組成物により製造さ
れる半導体装置は、図１に示すように、配線回路基板１
の片面に、複数の接続用電極部２を介して半導体素子３
が搭載された構造をとり、配線回路基板１と半導体素子
３との間に封止樹脂層４が形成されている。
れる半導体装置は、図１に示すように、配線回路基板１
の片面に、複数の接続用電極部２を介して半導体素子３
が搭載された構造をとり、配線回路基板１と半導体素子
３との間に封止樹脂層４が形成されている。
【００２８】なお、上記配線回路基板１と半導体素子３
とを電気的に接続する上記複数の接続用電極部２は、予
め配線回路基板１面に配設されていてもよいし、半導体
素子３面に配設されていてもよい。さらには、予め配線
回路基板１面および半導体素子３面の双方にそれぞれ配
設されていてもよい。
とを電気的に接続する上記複数の接続用電極部２は、予
め配線回路基板１面に配設されていてもよいし、半導体
素子３面に配設されていてもよい。さらには、予め配線
回路基板１面および半導体素子３面の双方にそれぞれ配
設されていてもよい。
【００２９】また、上記配線回路基板１の材質として
は、特に限定するものではないが、大別してセラミック
基板、プラスチック基板があり、上記プラスチック基板
としては、例えばエポキシ基板、ビスマレイミドトリア
ジン基板、ポリイミド基板等が挙げられる。そして、本
発明の液状の熱硬化性樹脂組成物は、プラスチック基板
と、低融点半田による接続用電極部等の組み合わせのよ
うに耐熱性の問題で接合温度を高温に設定することがで
きないような場合においても特に限定されることなく好
適に用いられる。
は、特に限定するものではないが、大別してセラミック
基板、プラスチック基板があり、上記プラスチック基板
としては、例えばエポキシ基板、ビスマレイミドトリア
ジン基板、ポリイミド基板等が挙げられる。そして、本
発明の液状の熱硬化性樹脂組成物は、プラスチック基板
と、低融点半田による接続用電極部等の組み合わせのよ
うに耐熱性の問題で接合温度を高温に設定することがで
きないような場合においても特に限定されることなく好
適に用いられる。
【００３０】上記複数の接続用電極部２の材質として
は、特に限定するものではないが、例えば、半田による
低融点および高融点バンプ、錫バンプ、銀−錫バンプ、
銀−錫−銅バンプ等が挙げられ、また配線回路基板上の
電極部が上記の材質からなるものに対しては金バンプ、
銅バンプ等であってもよい。
は、特に限定するものではないが、例えば、半田による
低融点および高融点バンプ、錫バンプ、銀−錫バンプ、
銀−錫−銅バンプ等が挙げられ、また配線回路基板上の
電極部が上記の材質からなるものに対しては金バンプ、
銅バンプ等であってもよい。
【００３１】半導体素子３は、特に限定されず、通常使
用されるものが使用できる。例えば、シリコン、ゲルマ
ニウム等の元素半導体、ガリウムヒ素、インジウムリン
等の化合物半導体等の各種の半導体が使用される。半導
体素子３の大きさは、通常、幅２〜２０ｍｍ×長さ２〜
２０ｍｍ×厚み０．１〜０．６ｍｍに設定される。ま
た、半導体素子３を搭載する配線回路が形成された配線
回路基板１の大きさは通常、半導体素子３のサイズに合
わせて、幅１０〜７０ｍｍ×長さ１０〜７０ｍｍ×厚み
０．０５〜３．０ｍｍの範囲に設定される。また、マッ
プタイプの基板（１つの配線回路基板に多くの半導体素
子を実装するもの）の場合は、幅及び長さとも４０ｍｍ
以上に設定することができる。液状の熱硬化性樹脂組成
物が充填される半導体素子３と配線回路基板１との間の
距離は、通常、５〜１００μｍである。
用されるものが使用できる。例えば、シリコン、ゲルマ
ニウム等の元素半導体、ガリウムヒ素、インジウムリン
等の化合物半導体等の各種の半導体が使用される。半導
体素子３の大きさは、通常、幅２〜２０ｍｍ×長さ２〜
２０ｍｍ×厚み０．１〜０．６ｍｍに設定される。ま
た、半導体素子３を搭載する配線回路が形成された配線
回路基板１の大きさは通常、半導体素子３のサイズに合
わせて、幅１０〜７０ｍｍ×長さ１０〜７０ｍｍ×厚み
０．０５〜３．０ｍｍの範囲に設定される。また、マッ
プタイプの基板（１つの配線回路基板に多くの半導体素
子を実装するもの）の場合は、幅及び長さとも４０ｍｍ
以上に設定することができる。液状の熱硬化性樹脂組成
物が充填される半導体素子３と配線回路基板１との間の
距離は、通常、５〜１００μｍである。
【００３２】本発明の熱硬化性樹脂組成物を用いた半導
体装置は、先に述べたように、配線回路基板と半導体素
子との間に液状の熱硬化性樹脂組成物を介在させて、封
止樹脂層を形成させることにより製造される。本発明の
半導体装置の製法の態様の一例を図面に基づき順を追っ
て説明する。
体装置は、先に述べたように、配線回路基板と半導体素
子との間に液状の熱硬化性樹脂組成物を介在させて、封
止樹脂層を形成させることにより製造される。本発明の
半導体装置の製法の態様の一例を図面に基づき順を追っ
て説明する。
【００３３】まず、図２に示すように、配線回路基板１
上に、本発明の液状の熱硬化性樹脂組成物５をポッティ
ングする。ついで、図３に示すように該熱硬化性樹脂組
成物の上の所定位置に、複数の球状の接続用電極部（ジ
ョイントボール）２が設けられた半導体素子３を載置
し、圧着により半導体素子３の接続用電極部２が液状の
熱硬化性樹脂組成物５を押しのけ、配線回路基板１と接
続用電極部２が接触し、かつ、半導体素子３と配線回路
基板１との間の空隙内に液状の熱硬化性樹脂組成物が充
填された後、半田リフローによる金属接合を行い、その
後樹脂を硬化させることにより上記空隙を封止して封止
樹脂層４を形成する。この時半田リフロー方式はリフロ
ー炉を用いた接合方式であっても、チップ搭載と同時に
半田融点以上にヒーター部分を加熱し半田溶融を行う接
合方式であってもよい。このようにして、図１に示す半
導体装置を製造する。
上に、本発明の液状の熱硬化性樹脂組成物５をポッティ
ングする。ついで、図３に示すように該熱硬化性樹脂組
成物の上の所定位置に、複数の球状の接続用電極部（ジ
ョイントボール）２が設けられた半導体素子３を載置
し、圧着により半導体素子３の接続用電極部２が液状の
熱硬化性樹脂組成物５を押しのけ、配線回路基板１と接
続用電極部２が接触し、かつ、半導体素子３と配線回路
基板１との間の空隙内に液状の熱硬化性樹脂組成物が充
填された後、半田リフローによる金属接合を行い、その
後樹脂を硬化させることにより上記空隙を封止して封止
樹脂層４を形成する。この時半田リフロー方式はリフロ
ー炉を用いた接合方式であっても、チップ搭載と同時に
半田融点以上にヒーター部分を加熱し半田溶融を行う接
合方式であってもよい。このようにして、図１に示す半
導体装置を製造する。
【００３４】上記半導体装置の製法では、複数の球状の
接続用電極部（ジョイントボール）２が設けられた半導
体素子３を用いた場合について述べたが、これに限定す
るものではなく、予め配線回路基板１に上記複数の球状
接続用電極部２が配設されたものを用いてもよい。
接続用電極部（ジョイントボール）２が設けられた半導
体素子３を用いた場合について述べたが、これに限定す
るものではなく、予め配線回路基板１に上記複数の球状
接続用電極部２が配設されたものを用いてもよい。
【００３５】熱硬化性樹脂組成物からなる封止樹脂層の
厚みおよび重量は、搭載される半導体素子３の大きさお
よび半導体素子に設けられた球状の接続用電極部２の大
きさ、すなわち、半導体素子３と配線回路基板１との空
隙を充填し、封止することにより形成される封止樹脂層
４の占める容積により適宜に設定される。
厚みおよび重量は、搭載される半導体素子３の大きさお
よび半導体素子に設けられた球状の接続用電極部２の大
きさ、すなわち、半導体素子３と配線回路基板１との空
隙を充填し、封止することにより形成される封止樹脂層
４の占める容積により適宜に設定される。
【００３６】
【実施例】まず、実施例および比較例に先立ち、下記に
示すエポキシ樹脂、酸無水物系硬化剤、フラックス活性
剤、硬化促進剤、無機充填剤を準備した。
示すエポキシ樹脂、酸無水物系硬化剤、フラックス活性
剤、硬化促進剤、無機充填剤を準備した。
【００３７】＜エポキシ樹脂＞ ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量１８
５）
５）
【００３８】＜酸無水物系硬化剤＞ ４−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（重量比７／３）（酸当量１６４）
水フタル酸（重量比７／３）（酸当量１６４）
【００３９】＜フラックス活性剤＞
【００４０】
【化３】
【００４１】＜硬化促進剤＞ ２−エチル−４−メチルイミダゾール
【００４２】＜無機充填剤＞ 球状シリカ（平均粒径：０．５μｍ、最大粒径：１．０
μｍ）
μｍ）
【００４３】以下に実施例および比較例における、半導
体装置の評価方法をまとめて示す。
体装置の評価方法をまとめて示す。
【００４４】（１）初期通電試験および吸湿半田後通電
試験 アドバンテスト製デジタルマルチメーター（ＴＲ６８４
７）にて、室温および１２５℃で電気抵抗値を測定し、
２バンプ当たりの接続抵抗値が２０ｍｍΩ以下の時に、
初期通電および吸湿半田後通電を合格と判定し、半導体
装置２０個当たりの不良品の個数で表した。
試験 アドバンテスト製デジタルマルチメーター（ＴＲ６８４
７）にて、室温および１２５℃で電気抵抗値を測定し、
２バンプ当たりの接続抵抗値が２０ｍｍΩ以下の時に、
初期通電および吸湿半田後通電を合格と判定し、半導体
装置２０個当たりの不良品の個数で表した。
【００４５】（２）熱衝撃試験による導通性 熱衝撃装置を用い、半導体装置を−５０℃で５分間維持
後、１２５℃で５分間維持する操作を行った。この操作
を１０００回行った後の半導体装置の導通性（Ｔ∽１０
００∽後の導通性）、および２０００回行った後の半導
体装置の導通性（Ｔ∽２０００∽後の導通性）を測定
し、半導体装置２０個当たりの不良品の個数で表した。
導通性の評価方法は、アドバンテスト製デジタルマルチ
メーター（ＴＲ６８４７）にて、室温および１２５℃で
電気抵抗値を測定し、２バンプ当たりの接続抵抗値が５
０ｍｍΩ以上となったものを不良品としてカウントし
た。
後、１２５℃で５分間維持する操作を行った。この操作
を１０００回行った後の半導体装置の導通性（Ｔ∽１０
００∽後の導通性）、および２０００回行った後の半導
体装置の導通性（Ｔ∽２０００∽後の導通性）を測定
し、半導体装置２０個当たりの不良品の個数で表した。
導通性の評価方法は、アドバンテスト製デジタルマルチ
メーター（ＴＲ６８４７）にて、室温および１２５℃で
電気抵抗値を測定し、２バンプ当たりの接続抵抗値が５
０ｍｍΩ以上となったものを不良品としてカウントし
た。
【００４６】実施例１〜３および比較例１ 表１に示す各成分を、同表で示す割合で配合し、万能攪
拌釜にて混合した。次にこれを３００メッシュのフィル
ターを用いて室温で濾過した後、さらに３０分間減圧脱
泡し、目的とする液状の熱硬化性樹脂組成物を調製し
た。このようにして得られた各実施例、比較例の熱硬化
性樹脂組成物を用い、前述の半導体装置の製法に従って
半導体装置を製造した。すなわち、図２に示すように、
配線回路基板１（ガラスエポキシ基板厚み：１ｍｍ）上
に上記液状の熱硬化性樹脂組成物５をポッティングした
後、これをステージ上に置き、図３に示すように、上記
液状の熱硬化性樹脂組成物５の上の所定の位置に、接合
用電極部２（共晶半田：融点１８３℃、電極高さ：１２
０μｍ）を設けた半導体素子３（厚み：６００μｍ、大
きさ：１３ｍｍ×９ｍｍ）を載置した。その後、フリッ
プチップボンダーを用いてチップ実装を行うと、配線回
路基板１と半導体素子３との空隙内に溶融状態の樹脂が
充填され、その後、半田リフロー（ＪＥＤＥＣコンディ
ション）、樹脂キュアー（条件１７５℃×３時間）させ
ることにより、図１に示すように、上記空隙が封止樹脂
層４で封止された半導体装置を作製した（各実施例、比
較例につき２０ケずつ作製）。得られた半導体装置につ
いて、初期通電試験を行い、さらに半導体装置を３０℃
／６０％ＲＨの環境下で１６８ｈｒ吸湿させた後、半田
リフロー（Ｊｅｄｅｃコンディション）を行った後、吸
湿半田後通電試験を行い、その結果を表１に示した。そ
の後、熱衝撃試験（ＴＳＴ：−５０℃×５分および１２
５℃×５分の繰り返し）１０００および２０００サイク
ルを行った（各例２０ケずつ）後に通電試験を行い、そ
の結果を表１に示した。
拌釜にて混合した。次にこれを３００メッシュのフィル
ターを用いて室温で濾過した後、さらに３０分間減圧脱
泡し、目的とする液状の熱硬化性樹脂組成物を調製し
た。このようにして得られた各実施例、比較例の熱硬化
性樹脂組成物を用い、前述の半導体装置の製法に従って
半導体装置を製造した。すなわち、図２に示すように、
配線回路基板１（ガラスエポキシ基板厚み：１ｍｍ）上
に上記液状の熱硬化性樹脂組成物５をポッティングした
後、これをステージ上に置き、図３に示すように、上記
液状の熱硬化性樹脂組成物５の上の所定の位置に、接合
用電極部２（共晶半田：融点１８３℃、電極高さ：１２
０μｍ）を設けた半導体素子３（厚み：６００μｍ、大
きさ：１３ｍｍ×９ｍｍ）を載置した。その後、フリッ
プチップボンダーを用いてチップ実装を行うと、配線回
路基板１と半導体素子３との空隙内に溶融状態の樹脂が
充填され、その後、半田リフロー（ＪＥＤＥＣコンディ
ション）、樹脂キュアー（条件１７５℃×３時間）させ
ることにより、図１に示すように、上記空隙が封止樹脂
層４で封止された半導体装置を作製した（各実施例、比
較例につき２０ケずつ作製）。得られた半導体装置につ
いて、初期通電試験を行い、さらに半導体装置を３０℃
／６０％ＲＨの環境下で１６８ｈｒ吸湿させた後、半田
リフロー（Ｊｅｄｅｃコンディション）を行った後、吸
湿半田後通電試験を行い、その結果を表１に示した。そ
の後、熱衝撃試験（ＴＳＴ：−５０℃×５分および１２
５℃×５分の繰り返し）１０００および２０００サイク
ルを行った（各例２０ケずつ）後に通電試験を行い、そ
の結果を表１に示した。
【００４７】
【表１】
【００４８】表１から、実施例１〜３では、初期通電試
験、吸湿半田後通電試験、ＴＳＴ１０００サイクル後通
電試験、ＴＳＴ２０００サイクル後通電試験の各試験の
全てにおいて、不良が発生していないことが確認され
た。これに対して、比較例１では、各試験において半数
以上に不良が発生していることが確認された。
験、吸湿半田後通電試験、ＴＳＴ１０００サイクル後通
電試験、ＴＳＴ２０００サイクル後通電試験の各試験の
全てにおいて、不良が発生していないことが確認され
た。これに対して、比較例１では、各試験において半数
以上に不良が発生していることが確認された。
【００４９】
【発明の効果】本発明の熱硬化性樹脂組成物は、その樹
脂組成物中にフラックス活性剤を含有していることを特
徴とするものであり、フェイスダウン構造の半導体装置
の半導体素子と配線回路基板間の封止に本発明の液状の
熱硬化性樹脂組成物を用いることにより、従来、フラッ
クスを用いて半導体素子バンプと配線回路基板電極とを
金属接続した後に、空隙に封止樹脂を注入するという煩
雑な工程をとらずして容易に樹脂封止、金属結合形成が
可能となる。さらには半導体素子と配線回路基板間との
電気的接続が耐半田リフロー後および冷熱サイクル下に
おいて安定して得られる半導体装置を提供することが可
能となる。
脂組成物中にフラックス活性剤を含有していることを特
徴とするものであり、フェイスダウン構造の半導体装置
の半導体素子と配線回路基板間の封止に本発明の液状の
熱硬化性樹脂組成物を用いることにより、従来、フラッ
クスを用いて半導体素子バンプと配線回路基板電極とを
金属接続した後に、空隙に封止樹脂を注入するという煩
雑な工程をとらずして容易に樹脂封止、金属結合形成が
可能となる。さらには半導体素子と配線回路基板間との
電気的接続が耐半田リフロー後および冷熱サイクル下に
おいて安定して得られる半導体装置を提供することが可
能となる。
【図１】図１は本発明の半導体装置の一例を示す概略断
面図である。
面図である。
【図２】図２は半導体装置の製造工程を示す説明断面図
である。
である。
【図３】図３は半導体装置の製造工程を示す説明断面図
である。
である。
１ 配線回路基板 ２ 接続用電極部 ３ 半導体素子 ４ 封止樹脂層 ５ 液状の熱硬化性樹脂組成物
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 23/31 Ｆターム(参考） 4J002 CD011 CD021 CD031 CD051 CD061 EH097 EL136 EL146 FD146 FD207 GQ00 GQ01 GQ05 4J036 AA01 AD01 AD08 AF01 AF05 AF06 AJ05 AJ08 DB15 DB17 DB21 DB22 DB23 FB11 JA07 4M109 AA01 BA03 CA10 EA02 EA20 EB02 EC20 5F044 RR17
Claims (2)
- 【請求項１】 エポキシ樹脂、酸無水物系硬化剤を含有
する２５℃で液状の熱硬化性樹脂組成物であって、下記
一般式（１）： Ｒ1 −（ＣＯＯ−ＣＨ（ＣＨ3 ）−Ｏ−Ｒ2 ）n （１） （式中、ｎは正の整数であり、Ｒ1 は１価以上の有機基
であり、Ｒ2 は１価の有機基であり、互いに同じであっ
ても異なっていてもよい）または一般式（２）： −（ＯＣＯ−Ｒ3 −ＣＯＯ−ＣＨ（ＣＨ3 ）−ＯＲ4 −Ｏ−ＣＨ（ＣＨ3 ））n − （２） （式中、ｎは正の整数であり、Ｒ3 およびＲ4 は２価の
有機基であり、互いに同じであっても異なっていてもよ
い）により表される化合物を含有することを特徴とす
る、熱硬化性樹脂組成物。 - 【請求項２】 請求項１記載の熱硬化性樹脂組成物で封
止されてなる半導体装置。
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