JP2002293883A - 一液加熱硬化型エポキシ樹脂組成物および半導体実装用アンダーフィル材 - Google Patents

一液加熱硬化型エポキシ樹脂組成物および半導体実装用アンダーフィル材

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、キャリア基材上に半導体素子を保
持してなるフリップチップまたは半導体パッケージ配線
基板上へ実装するときに用いるアンダーフィル材として
有用で、特に上記実装時のバンプまたは半田ボールの接
合力向上のために採用されているフラックス処理を省略
でき、かつリフロー温度にも良好なボイドレス性を示
し、また接着剤、塗料、コーティング材、封止材等にも
適用できる一液加熱硬化型エポキシ樹脂組成物を提供す
る。 【解決手段】 本発明の一液加熱硬化型エポキシ樹脂組
成物は、液状エポキシ樹脂、および硬化剤として分子中
に２個以上のカルボキシル基をもつカルボン酸を必須成
分とすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一液加熱硬化型エポ
キシ樹脂組成物および半導体実装用アンダーフィル材、
更に詳しくは、キャリア基材上に半導体素子を保持して
なるフリップチップまたは半導体パッケージを配線基板
上へ実装するときに用いるアンダーフィル材として有用
で、特に上記実装時のバンプまたは半田ボールの接合力
向上のために採用されているフラックス処理を省略で
き、かつリフロー温度にも良好なボイドレス性を示し、
またかかるアンダーフィル材用途以外にも、接着性能や
強靭な硬化物性を有することから、接着剤、塗料、コー
ティング材、封止材等にも適用できる一液加熱硬化型エ
ポキシ樹脂組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】この種の
半導体実装は、車載機器、コンピューター等の高信頼性
用途や、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、時
計、携帯電話、カメラ等の小型携帯機器などに用いられ
ているが、通常、キャリア基材上に半導体素子を保持し
てなるフリップチップまたは半導体パッケージを配線基
板上に実装、たとえばバンプまたは半田ボールを介して
接続することにより、しかして、携帯電話などの場合、
落下衝撃やボタン操作などの外圧による基板の変形等に
よってバンプまたは半田ボールの接合不良を招く危険が
あり、このため、該接合部の隙間にアンダーフィル材を
充填して硬化封止する、補強策を採ることによって製造
される。
【０００３】ところで、半田表面に酸化物が形成すると
接合力に悪影響を及ぼし、このため通常、接合面にフラ
ックス（アビエチン酸からなる松ヤニ成分）のアルコー
ル溶液を塗布して酸化物を除去し、次いで半田ボールで
接続した後、塗布したフラックスを洗浄除去してからア
ンダーフィル材を適用する方法が採られている。このよ
うにバンプまたは半田ボールの接合力向上にフラックス
処理が採用されているが、そのために２つの工程（フラ
ックスの塗布および洗浄ないし除去工程）が必要とな
る。
【０００４】一方、上記アンダーフィル材には、従来よ
り、加熱硬化型エポキシ樹脂組成物が用いられている
が、硬化剤として多用される酸無水物を用いた場合、上
記のフラックス処理の工程が必要であり、しかも高温
（リフロー温度）になると、揮発してしまい、その結果
ボイドが発生することがあった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記フラ
ックス処理やボイドの問題に鑑み、すなわち、フラック
ス性能を有し、かつ高融点半田にも適合でき揮発性のな
い、いわゆるボイドレス性を有したアンダーフィル材を
開発すべきため鋭意検討を進めたところ、硬化剤として
ジカルボン酸を含め分子中に２個以上のカルボキシル基
をもつカルボン酸を使用すれば、フラックス性能を発揮
し、かつ耐熱性良好なため、リフロー温度条件のような
高温下でもボイドレス性が確保できることを見出した。
また、この硬化剤を用いた場合、アルミニウムやその他
種々の金属に対し接着性能が良好で、しかも強靭な硬化
物性を有することから、接着剤（特に構造用接着剤）、
塗料、コーティング材、封止材等への用途拡大が認めら
れた。
【０００６】本発明は、かかる知見に基づき完成された
もので、（１）液状エポキシ樹脂、および硬化剤として
分子中に２個以上のカルボキシル基をもつカルボン酸を
必須成分とすることを特徴とする一液加熱硬化型エポキ
シ樹脂組成物；（２）キャリア基材上に半導体素子を保
持してなるフリップチップまたは半導体パッケージを、
配線基板に対しバンプまたは半田ボールを介して接続
し、該接合部の隙間にアンダーフィル材を封止させたこ
とから成る半導体実装において、上記アンダーフィル材
として上記一液加熱硬化型エポキシ樹脂組成物を用いた
ことを特徴とする半導体実装；および（３）該半導体実
装の方法であって、フリップチップまたは半導体パッケ
ージを配線基板に対しバンプまたは半田ボールを介して
接続する工程と、該接合部の隙間にアンダーフィル材と
して一液加熱硬化型エポキシ樹脂組成物を封止させる工
程を順次もしくは逆順または同時に行なって、フラック
ス処理を省略したことを特徴とする半導体実装法を提供
するものである。
【０００７】本発明における液状エポキシ樹脂として
は、たとえばビスフェノール型エポキシ樹脂（ビスフェ
ノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビスフェノールＡＤ
型など）；ノボラック型エポキシ樹脂（フェノールノボ
ラック型、クレゾールノボラック型など）；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等が挙げられる。また、かか
るエポキシ成分以外に、各種変性エポキシ樹脂、たとえ
ば植物油変性エポキシ樹脂（ひまし油変性、亜麻仁油変
性、大豆油変性エポキシ樹脂など）、ゴム変性エポキシ
樹脂（ポリイソプレン変性、ポリクロロプレン変性、ポ
リブタジエン変性、アクリロニトリル−ブタジエン共重
合体変性エポキシ樹脂など）、ダイマー酸変性エポキシ
樹脂等を適量範囲で加えてもよい。
【０００８】本発明で硬化剤として用いる上記カルボン
酸としては、融点（ｍ．ｐ．）８０℃以上、好ましくは
１５０℃以上であって、３００℃以下で昇華しないもの
が好適で、たとえばアジピン酸、イソフタル酸、テレフ
タル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、ブタ
ンテトラカルボン酸、テトラヒドロフタル酸、メチルテ
トラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、メチルヘ
キサヒドロフタル酸、マレイン酸、ドデセニルコハク
酸、クロレンデック酸、セバシン酸、ドデカンジカルボ
ン酸、ピロメリット酸、トリメリット酸、シクロペンタ
ンテトラカルボン酸、アゼライン酸、イカホロン酸、
９，１０−エポキシステアリン酸、カンホロン酸、グル
タル酸、シクロプロパンジカルボン酸、シクロペンタン
ジカルボン酸、シトラコン酸、ジメチルコハク酸、フェ
ニルコハク酸、ジメトキシフタル酸、シュウ酸、スベリ
ン酸、テトラメチルコハク酸、ナフタレンジカルボン
酸、１，２，３−プロパントリカルボン酸、マロン酸、
メサコン酸、メソシュウ酸、エンドメチレンテトラヒド
ロフタル酸、５−（２，５−ジオキソテトラヒドロキシ
フリル）−３−メチル−３−シクロヘキセン−１，２−
ジカルボン酸、メチルナジック酸、３，３’，４，４’
−テトラカルボキシベンゾフェノン、ビス（３，４−ジ
カルボキシフェニル）ジメチルシラン、１，２，３，４
−ブタンテトラカルボン酸、ビス（エキソ−ビシクロ
［２．２．１］ヘプタン−２，３−ジカルボン酸）スル
ホン、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ
フェニル）ヘキサフルオロプロパン、１，３−ビス（２
−ヒドロキシヘキサフルオロイソプロピル）ベンゼンビ
ス（トリメリット酸）、３，３’，４，４’−ビフェニ
ルテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ベンゾフェ
ノンテトラカルボン酸、２，３，６，７−テトラカルボ
キシナフタレン、２，２’−ビス（３，４−ジカルボキ
シフェニル）プロパン、３，４，９，１０−ペリレンテ
トラカルボン酸、ベンゼン−１，２，３，４，−テトラ
カルボン酸、２，６−ジクロルナフタレン−１，４，
５，８−テトラカルボン酸、ピロリジン−２，３，４，
５−テトラカルボン酸等が挙げられる。
【０００９】また、かかる必須硬化剤以外に、通常の酸
無水物（たとえばメチルテトラヒドロ無水フタル酸、メ
チルヘキサ無水フタル酸、無水メチルハイミック酸、ト
リアルキル系無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル
酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水ドデシルコハク
酸、無水メチルナジック酸、無水マレイン酸、無水ピロ
メリット酸、無水クロレンディック酸等）を、フラック
ス性能やボイドレス性に支障を来さない範囲で併用して
もよい。
【００１０】さらに、必要に応じて硬化促進触媒とし
て、２，４−ジアミノ−６−［２’−メチルイミダゾリ
ル−（１）’］−エチル−Ｓ−トリアジン、２，４−ジ
アミノ−６−［２’−エチル−４’−メチルイミダゾリ
ル−（１）’］−エチル−Ｓ−トリアジン、２，４−ジ
アミノ−６−［２’−メチルイミダゾリル−（１）’］
−エチル−Ｓ−トリアジンイソシアヌール酸付加物、２
−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダ
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、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチ
ルイミダゾール、２−アリール−４，５−ジフェニルイ
ミダゾール、２，４，５−トリフェニルイミダゾール等
を適量配合してもよい。
【００１１】本発明に係る一液加熱硬化型エポキシ樹脂
組成物は、上記液状エポキシ樹脂（要すれば変性エポキ
シ樹脂添加）と、硬化剤として上述のカルボン酸（およ
び要すれば酸無水物併用、さらに硬化促進触媒添加）を
配合し、これに必要に応じて、通常の無機質充填剤（溶
融シリカ、結晶シリカ、球状シリカ、アルミナ、ボロン
ナイトライド、窒化アルミニウム、窒化珪素、マグネシ
ア、マグネシウムシリケート、タルク、炭酸カルシウ
ム、水酸化アルミニウムなど）、消泡剤、カップリング
剤、レベリング剤、染料、顔料、防錆剤等を適量加えた
系で構成され、特に後述の如く半導体実装用アンダーフ
ィル材として有用である。なお、このアンダーフィル材
用途にあって、必要に応じて接着性や浸透性を改善する
ために、オルガノシリコーン化合物（たとえばシランカ
ツプリング剤、末端シラノール基含有オルガノポリシリ
コーン、ポリエーテル変成シリコーンなど）を通常、組
成物全量中０．０１〜１０重量％の量で配合されてもよ
い。また、かかるアンダーフィル材用途以外にも、接着
性能や強靭な硬化物性を有することから、接着剤、塗
料、コーティング材、封止材等にも適用しうる。かかる
用途にあって、さらに必要に応じて、通常の添加剤、た
とえば反応性希釈剤（ブチルグリシジルエーテル、Ｎ，
Ｎ’−ジグリシジル−ｏ−トルイジン、フェニルグリシ
ジルエーテル、スチレンオキサイド、エチレングリコー
ルジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリ
シジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジグリシジ
ルエーテルなど）、非反応性希釈剤（ジオクチルフタレ
ート、ジブチルフタレート、ジオクチルアジペート、石
油系溶剤など）等を適量配合されてよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明に係る半導体実装は、その
半導体実装のアンダーフィル材に上述の一液加熱硬化型
エポキシ樹脂組成物を用い、以下の手順に従って製造す
ることができる。すなわち、フリップチップまたは半導
体パッケージを配線基板（たとえばガラスエポキシ樹
脂、ＡＢＳ樹脂、フェノール樹脂等からなる基板）に対
しバンプ（高さ１０〜１００μｍ）または半田ボール
（高さ３００〜８００μｍ）を介して接続（ボールピッ
チ２０〜５００μｍ）する工程と、該接合部の隙間にア
ンダーフィル材（本発明の一液加熱硬化型エポキシ樹脂
組成物）を、液体精密定量吐出装置で塗布し、１３０〜
２７０℃×２秒〜６時間の加熱処理で硬化封止させる工
程を順次もしくは逆順または同時に行なって、半導体実
装を行なう。このようにバンプまたは半田ボールの接合
力向上に採用されていたフラックス処理を省略しても十
分満足できる接合力を確保することができる。
【００１３】ここで、上記フリップチップは、キャリア
基材（たとえば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ３、Ａｌ２Ｏ３／
ＳｉＯ２などのセラミックやポリイミド樹脂などの耐熱
性樹脂からなる基材もしくはテープ；上記配線基板と同
材料の基材）上に半導体素子（ＬＳＩ等）を保持、すな
わち、半導体素子とキャリア基材を、バンプや高融点半
田ボールや異方性導電性接着剤あるいはワイヤ接続等で
電気的に接続せしめ、さらに半導体パッケージは接続の
信頼性や耐久性を高めるために、適当な樹脂で封止する
ことによって構成され、たとえばベアチップ実装、チッ
プサイズパッケージ（ＣＳＰ）実装やボールグリップア
レイ（ＢＧＡ）実装が挙げられる。
【００１４】
【実施例】次に参考例、実施例および比較例を挙げて、
本発明をより具体的に説明する。 参考例１ エポキシ樹脂の硬化剤種を変えた場合の、フラックス性
能を調べる。銅箔上に下記検討資材を塗り、これにフラ
ックスを含まない半田片を置いた後、銅箔を２５０℃に
加熱して半田を溶融せしめ、そのときの半田の拡がり
（フラックス性能）を観察する。結果を下記表１に示
す。 ○：フラックス性能あり ×：フラックス性能なし △：○〜×の中間 なお、検討資材は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
（油化シェルエポキシ（株）製「エピコート８２８」、
エポキシ当量１９０）に、表１の各硬化剤を約当量程度
になるように配合したものを使用する。
【００１５】
【表１】
【００１６】参考例２ ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（「エピコート８２
８」）に対して、硬化剤として無水メチルハミック酸と
コハク酸を併用した場合のフラックス性能を検討し、結
果を下記表２に示す。なお、各硬化剤の使用量（重量部
数）にあって、たとえば「９０」は、エポキシ樹脂１０
０部（重量部、以下同様）の内、その９０部を硬化させ
ることを意味する（以下同様）。
【００１７】
【表２】
【００１８】実施例１，２および比較例１ 下記表３に示す部数の成分を配合して、一液加熱硬化型
エポキシ樹脂組成物を調製し、フラックス性能および下
記のボイドレス性を調べ、結果を表３に併記する。ボイドレス性 アルミニウム板に上記エポキシ樹脂組成物を塗布し、ス
ペーサー（厚み５０μｍ）を置き、スライドガラスを載
せ、ホットプレート（２５０℃）上に置き、揮発性によ
る発泡の有無を確認する。 ○：良好、×：不良、△：やや良好
【００１９】
【表３】
【００２０】
【発明の効果】表３の結果から、硬化剤として酸無水物
を用いた場合に比し、カルボン酸の使用によって、フラ
ックス性能およびボイドレス性が大幅に改善されること
が認められる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 錠志 大阪府高槻市明田町７番１号 サンスター 技研株式会社内 (72)発明者 奥野 辰弥 大阪府高槻市明田町７番１号 サンスター 技研株式会社内 Ｆターム(参考） 4J036 AA01 AD07 AD08 AF05 AF06 AK02 CD01 CD04 CD21 CD22 CD23 DA04 DB15 DB17 DB28 DC38 DC41 DC45 DD01 DD08 JA01 JA06 JA07 KA01 4M109 AA01 BA03 CA05 EA03 EB02 EB04 EC20 5F044 LL04 LL11 RR17 RR19

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液状エポキシ樹脂、および硬化剤として
    分子中に２個以上のカルボキシル基をもつカルボン酸を
    必須成分とすることを特徴とする一液加熱硬化型エポキ
    シ樹脂組成物。
  2. 【請求項２】 カルボン酸が、融点８０℃以上であっ
    て、３００℃以下で昇華しないものから選ばれる請求項
    １に記載の一液加熱硬化型エポキシ樹脂組成物。
  3. 【請求項３】 硬化剤として酸無水物をも併用する請求
    項１または２に記載の一液加熱硬化型エポキシ樹脂組成
    物。
  4. 【請求項４】 キャリア基材上に半導体素子を保持して
    なるフリップチップまたは半導体パッケージを、配線基
    板に対しバンプまたは半田ボールを介して接続し、該接
    合部の隙間にアンダーフィル材を封止させたことから成
    る半導体実装において、上記アンダーフィル材として請
    求項１乃至３のいずれか１つに記載の一液加熱硬化型エ
    ポキシ樹脂組成物を用いたことを特徴とする半導体実
    装。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の半導体実装の方法であ
    って、フリップチップまたは半導体パッケージを配線基
    板に対しバンプまたは半田ボールを介して接続する工程
    と、該接合部の隙間にアンダーフィル材として一液加熱
    硬化型エポキシ樹脂組成物を封止させる工程を順次もし
    くは逆順または同時に行なって、フラックス処理を省略
    したことを特徴とする半導体実装法。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の半導体実装法におい
    て、フリップチップまたは半導体パッケージのアンダー
    フィル材として用いる請求項１乃至３のいずれか１つに
    記載の一液加熱硬化型エポキシ樹脂組成物。
  7. 【請求項７】 接着剤、塗料、コーティング材または封
    止材に用いる請求項１乃至３のいずれか１つに記載の一
    液加熱硬化型エポキシ樹脂組成物。
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