JP2005146121A

JP2005146121A - 半導体封止用熱硬化性樹脂組成物

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Publication number: JP2005146121A
Application number: JP2003385812A
Authority: JP
Inventors: Koji Noro; 弘司野呂; Mitsuaki Fusumada; 光昭襖田
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2023-11-14
Also published as: JP4267428B2

Abstract

【課題】フリップチップ実装に好適に使用される、ハンダ接合面において立体障害を回避できるだけではなく、低ずり速度における粘度変化が小さく、ひけやボイドがほとんど発生しない半導体封止用熱硬化性樹脂組成物、ならびに該組成物を用いて封止してなる半導体装置を提供すること。
【解決手段】４０℃においてずり速度５〔１／Ｓ〕と５０〔１／Ｓ〕で測定される粘度（Ｖ）の比（Ｖ_５／Ｖ_５０）が０．９〜１．１であり、
（Ａ）１分子中に２個以上のエポキシ基を有する液状エポキシ樹脂
（Ｂ）１分子中に２個以上の水酸基を有するフェノール樹脂
（Ｃ）潜在性硬化促進剤、および
（Ｄ）最大粒子径が５μｍ以下であって、平均粒子径が０．１〜３μｍである表面処理シリカ粒子
を含んでなる半導体封止用熱硬化性樹脂組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体装置において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の熱硬化性樹脂組成物および該組成物で封止してなる半導体装置に関するものである。

最近の半導体装置の高機能化、軽薄短小化に伴う要求として、半導体素子をフェイスダウン構造で配線回路基板に搭載するフリップチップ実装が行われている。一般にフリップチップ実装においては、半導体素子を保護するために半導体素子と配線回路基板の空隙を熱硬化性樹脂組成物で封止している。

フリップチップ実装方式においては、互いの線膨張係数が異なる半導体素子と配線回路基板とをダイレクトに電気接続することから、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。従来のハンダ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、まず半導体素子を配線回路基板に実装しハンダ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現象により液状樹脂材料を注入している（例えば、特許文献１参照）。

さらに近年、毛細管現象を利用した液状材料の注入方式よりも、より工程の簡略化を試みた、ハンダ接合性を有する熱硬化性樹脂組成物を用いた上記半導体装置の製造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このハンダ接合性を有する熱硬化性樹脂組成物を用いた半導体装置の製造においては、該熱硬化性樹脂組成物は半導体素子あるいは配線回路基板上に先塗布されチップ実装とともに界面樹脂封止がなされ、その後ハンダリフローを行うことにより金属結合が形成されるため、上記液状樹脂材料を用いた半導体装置の製造と比べフラックスの塗布およびその洗浄、液状樹脂注入などの工程が削減できるため半導体装置の生産性を向上することができる。

しかしながら、上記製造方式では熱硬化性樹脂組成物を半導体素子あるいは配線回路基板上に先塗布した後、ハンダ接合がなされるため、熱硬化性樹脂組成物中にシリカなどの無機充填剤が含有されている場合においては、該無機充填剤がハンダ接合面において立体障害となるため十分なハンダ接合性が得られなかった。また、ハンダ接合の障害にならない極微細なシリカ粒子を含有させた場合においては、シリカ粒子の嵩密度が高すぎるため、熱硬化性樹脂との相溶性がわるく、また低ずり速度における粘度変化が大きいため、ひけやボイドが著しく発生していた。
特開２００１−２７９０５８号公報特開２００１−３０２７６５号公報

従って、本発明は、フリップチップ実装に好適に使用される、ハンダ接合面において立体障害を回避できるだけではなく、低ずり速度における粘度変化が小さく、ひけやボイドがほとんど発生しない半導体封止用熱硬化性樹脂組成物、ならびに該組成物を用いて封止してなる半導体装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、
（１）４０℃においてずり速度５〔１／Ｓ〕と５０〔１／Ｓ〕で測定される粘度（Ｖ）の比（Ｖ_５／Ｖ_５０）が０．９〜１．１であり、
（Ａ）１分子中に２個以上のエポキシ基を有する液状エポキシ樹脂
（Ｂ）１分子中に２個以上の水酸基を有するフェノール樹脂
（Ｃ）潜在性硬化促進剤、および
（Ｄ）最大粒子径が５μｍ以下であって、平均粒子径が０．１〜３μｍである表面処理シリカ粒子
を含んでなる半導体封止用熱硬化性樹脂組成物、
（２）前記表面処理シリカ粒子が、一般式：
Ｒ^１−Ｓｉ（ＯＲ^２）_３
（式中、Ｒ^１は１価の有機基であり、Ｒ^２は低級アルキル基である）
で表される表面処理剤を用いて表面処理されてなる、前記（１）記載の樹脂組成物、ならびに
（３）前記（１）または（２）記載の樹脂組成物で封止してなる半導体装置
に関する。

本発明によれば、ハンダ接合面において立体障害を回避でき、低ずり速度において粘度変化が小さく、ひけやボイドがほとんど発生しない半導体封止用熱硬化性樹脂組成物が提供される。該組成物を用いることにより、安定した電気的接続性および優れた接続信頼性を有する半導体装置を効率的に生産することができる。

本発明の半導体封止用熱硬化性樹脂組成物（以下、単に樹脂組成物という場合がある）は、
（Ａ）１分子中に２個以上のエポキシ基を有する液状エポキシ樹脂
（Ｂ）１分子中に２個以上の水酸基を有するフェノール樹脂
（Ｃ）潜在性硬化促進剤、および
（Ｄ）最大粒子径が５μｍ以下であって、平均粒子径が０．１〜３μｍである表面処理シリカ粒子
を含んでなるものであり、４０℃においてずり速度５〔１／Ｓ〕と５０〔１／Ｓ〕で測定される粘度（Ｖ）の比（Ｖ_５／Ｖ_５０）が０．９〜１．１である樹脂組成物である。

通常、半導体装置において封止用樹脂として用いられる熱硬化性樹脂組成物には、その熱膨張係数あるいは吸水率を下げ、半導体装置の熱ストレス信頼性や耐ハンダ性を満足させる目的で、シリカ粒子などの無機充填剤が添加される。しかし、前記の通り、充分なハンダ接合性が得られなかったり、ひけやボイドが著しく発生したりする問題があった。

これに対し、本発明の樹脂組成物は、それに含まれる樹脂成分との相溶性を向上させるための表面処理を施してなる極微細なシリカ粒子（最大粒子径５μｍ、平均粒子径０．１〜３μｍ）を含んでいるので、かかる組成物によれば、配線回路基板と半導体素子との間の空隙を封止する際、ハンダ接合面における立体障害を回避できるだけではなく、シリカ粒子を含有する樹脂組成物の低ずり速度における粘度変化が小さいことから、ひけやボイドがほとんど発生しないという効果が奏される。さらに、本発明の樹脂組成物を用いて封止してなる半導体装置は、優れた接続信頼性を発現するという、優れた特性を有する。

なお、本明細書において、本発明の樹脂組成物を熱硬化させたものを硬化体という。

本発明の樹脂組成物に含まれる１分子中に２個以上のエポキシ基を有する液状エポキシ樹脂としては、少なくとも４０℃において液状であれば特に限定されず、例えば、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、シリコン変性エポキシ樹脂、セロキサイドなどの各種エポキシ樹脂が挙げられ、耐湿信頼性に優れる点で、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が好適に使用される。これらは単独で使用されてもよく、あるいは、２種以上併用されてもよい。

エポキシ樹脂のエポキシ当量は、硬化体の機械的強度およびガラス転移温度の制御の観点から、好ましくは９０〜１０００ｇ／ｅｑ、より好ましくは１００〜５００ｇ／ｅｑである。また、５０℃における粘度は、作業性に優れる点から、０．０１〜１００Ｐａ・ｓが好ましく、０．１〜１０Ｐａ・ｓがより好ましい。樹脂組成物中のエポキシ樹脂の含有量は、該組成物の硬化性、および硬化体の耐熱性の向上の観点から、好ましくは１０〜９０重量％、より好ましくは２０〜８０重量％である。

一方、本発明の樹脂組成物に含まれる１分子中に２個以上の水酸基を有するフェノール樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、クレゾールノボラック樹脂、フェノールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン環型フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ナフトール樹脂などが挙げられ、接着性に優れる点から、フェノールノボラック樹脂が好適に使用される。これらは単独で使用されてもよく、あるいは、２種以上併用されてもよい。

なお、フェノール樹脂の軟化点としては、本発明の樹脂組成物の流動性の向上の観点から、好ましくは８０℃以下、より好ましくは７０℃以下である。また、１５０℃における粘度は、流動性の確保の観点から、０．００１〜１０Ｐａ・ｓが好ましく、０．０１〜１Ｐａ・ｓがより好ましい。

本発明の樹脂組成物中のフェノール樹脂の含有量は、前記エポキシ樹脂との配合割合が好適となるような量であるのが好ましい。前記エポキシ樹脂とフェノール樹脂の配合割合は、本発明の樹脂組成物の硬化性、硬化体の耐熱性および耐湿信頼性の確保の観点から、エポキシ樹脂のエポキシ当量１ｇ／ｅｑに対して、フェノール樹脂の水酸基当量が、好ましくは０．５〜１．５ｇ／ｅｑ、より好ましくは０．７〜１．２ｇ／ｅｑとなるような割合であるのが好ましい。

前記フェノール樹脂は、本発明の樹脂組成物において硬化剤として機能するものであるが、該組成物には、さらに公知の一般的な硬化剤が含まれていてもよい。かかる硬化剤としては、上記エポキシ樹脂の硬化剤として作用するものであれば特に限定されず、例えば、各種酸無水物系硬化剤、アミン類、ジシアンジアミド、ベンゾオキサジン環化合物などが挙げられる。これらは、単独で使用されてもよく、また２種以上併用されてもよい。

本発明の樹脂組成物に含まれる潜在性硬化促進剤とは、これを含有する樹脂組成物の示差熱走査型測定器（パーキンエルマー社製：ＰＹＲＩＳ−１）で測定される昇温速度１０℃／分での反応開始温度が８０℃以上となるものをいう。例えば、イミダゾール系潜在性硬化促進剤、アミンアダクト系潜在性硬化促進剤、リン系潜在性硬化促進剤、ホウ素系潜在性硬化促進剤、リン−ホウ素系潜在性硬化促進剤、有機金属錯体系潜在性硬化促進剤などが挙げられる。また、該潜在性硬化促進剤をマイクロカプセルに封入したものからなるマイクロカプセル化硬化促進剤（例えば、特開２０００−３０９６８２号明細書を参照のこと）はより好適に用いられる。マイクロカプセル型硬化促進剤としては、例えば、マイクロカプセル型トリフェニルホスフィンなどが好適に用いられる。これらは単独で使用されてもよく、あるいは、２種以上併用されてもよい。

潜在性硬化促進剤の含有量は、所望の硬化速度が得られ、かつハンダ接合性を低下させないような割合で、適宜設定すればよい。設定方法としては、例えば、種々の量の潜在性硬化促進剤を含有する樹脂組成物の熱板上でのゲル化時間（硬化速度の指標）を測定し、所望のゲル化時間が得られた量をその含有量とする方法が挙げられる。一般に、フェノール樹脂１００重量部に対して、好ましくは０．０１〜１０重量部、より好ましくは０．１〜５重量部である。

本発明の樹脂組成物に含まれる表面処理シリカ粒子とは、最大粒子径が５μｍ以下であって、平均粒子径が０．１〜３μｍであり、該組成物に含まれる樹脂成分との相溶性を向上させるための処理を、その表面の少なくとも一部に施してなるシリカ粒子である。該粒子の最大粒子径は、ハンダ接合性の向上の観点から、好ましくは５μｍ以下である。該粒子の平均粒子径は、該粒子の流動性およびハンダ接合性の向上の観点から、好ましくは０．２〜２．５μｍである。最大粒子径および平均粒子径は、例えば、レーザー回折散乱法（堀場製作所社製：ＬＡ−９１０）により測定することができる。

表面処理シリカ粒子は、表面の処理状態の詳細は明らかではないが、シリカ粒子の表面の少なくとも一部が処理剤により被覆されてなるものと推定される。

かかるシリカ粒子は、例えば、以下のように調製することができる。

表面処理を施すためのシリカ粒子としては、真球状または極めて真球に近い球状の粒子、具体的には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（日立製作所社製：Ｓ−３０００Ｎ）によって観察した場合、粒子の長径に対する短径の比（短径／長径）が０．７以上である粒子を用いるのが好ましい。また、その最大粒子径、平均粒子径は、前記表面処理シリカ粒子についての好ましい範囲にあるものが好適である。

シリカ粒子は、例えば、ＶＭＣ（ＶａｐｅｒｉｚｅｄＭｅｔａｌＣｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）法により合成するのが好ましい。ＶＭＣ法によれば、粉塵爆発を利用するため、投入する粉末の粒子径、投入量、火炎温度などを適宜調整することにより、所望の平均粒子径のシリカ粒子を得ることができる。

上記方法により合成されたシリカ粒子の最大粒子径が５μｍを超える場合、例えば、エアー分球機により５μｍを超える粒子を除去しても良く、また合成されたシリカ粒子を溶剤に分散した後、５μｍの網目を有するフィルターを用いて５μｍを超える粒子を除去してもよい。

上記のようにして合成されるシリカ粒子の表面処理剤としては、例えば、カップリング剤、界面活性剤、アクリル樹脂などから選ばれる少なくとも１種の処理剤が挙げられる。

前記カップリング剤としては、例えば、エポキシシランなどのシラン系、チオール系、アミン系、チタネート系、アルミネート系、ジルコネート系などの公知のカップリング剤が挙げられる。中でも、エポキシ樹脂との濡れ性が良好であるという点から、シラン系カップリング剤を用いるのが好ましい。シラン系カップリング剤の例としては、一般式：Ｒ^１−Ｓｉ（ＯＲ^２）_３（式中、Ｒ^１は１価の有機基であり、Ｒ^２は低級アルキル基である）で表される化合物が挙げられる。ここで、低級アルキル基とは、炭素数１〜６の直鎖又は分岐鎖のアルキル基をいう。シラン系カップリング剤の具体例としては

などが挙げられる。かかるシランカップリング剤、例えば、ＫＢＭ−４０３は、信越化学株式会社から購入できる。

前記界面活性剤としては、例えば、カチオン性、アニオン性、両性、中性などの公知の界面活性剤が挙げられ、前記アクリル樹脂としては、例えば、アクリル酸アルキルエステル、アクリロニトリル、アクリル酸などからなる樹脂などが挙げられる。

表面処理は、例えば、処理剤としてシラン系カップリング剤を用いる場合、水にカップリング剤を加えて加水分解した後、アルコールと、酢酸などの触媒を加えて、溶液を調製し、この溶液にシリカ粒子を加えることにより行うことができる。

表面処理を施した後のシリカ粒子の最大粒子径および平均粒子径は、通常、処理を施す前と実質的に変化はないが、最大粒子径が５μｍを超える場合、例えば、エアー分球機により５μｍを超える粒子を除去してもよい。

表面処理後のシリカ粒子に含まれる処理剤の含有量（本明細書において、シリカ粒子の処理量という場合がある）としては、表面処理シリカ粒子の流動性、濡れ性および相溶性の確保、ならびに本発明の樹脂組成物で半導体装置を封止した際に発生するひけおよびボイドの減少の観点から、好ましくは０．０５〜２重量％、より好ましくは０．１〜１．５重量％である。

上記のように作製された表面処理シリカ粒子としては、例えば、アドマテックス社製のＳＥ−２０５０−ＥＰＷ０３−６５などが挙げられる。

本発明の組成物中における、表面処理シリカ粒子の含有量は、該粒子の優れた流動性および半導体装置の優れた電気接続信頼性の確保の観点から、好ましくは２０〜７０重量％、より好ましくは３０〜６５重量％である。

なお、本発明の組成物には、本発明の所望の効果の発現が阻害されない範囲であれば、最大粒子径および平均粒子径が本発明において規定する範囲にない表面シリカ粒子、または表面処理されていない任意のシリカ粒子が含まれていてもよい。また、本発明の樹脂組成物には、所望により、硬化体の低応力化の観点から、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などを、ハンダ接合性の向上の観点から、カルボン酸類とビニルエーテル類からなるヘミアセタールエステル化合物を、ならびに半導体装置の耐湿信頼性の向上の観点からハイドロタルサイト類、水酸化ビスマスなどのイオントラップ剤を加えることができる。これらは、単独で使用されてもよく、また２種以上併用されてもよい。これらの添加剤の含有量は、各添加剤の所望の効果が得られる範囲で適宜調整すればよい。

本発明の樹脂組成物は、例えば、以下のようにして調製することができる。すなわち、まず、所定量のエポキシ樹脂に所定量の表面処理シリカ粒子を分散させたもの（本明細書において、シリカ分散エポキシ樹脂という場合がある）を得、次に、シリカ分散エポキシ樹脂、フェノール樹脂および潜在性硬化促進剤を所定量配合し、さらに、所望により、それら以外の成分を適宜添加し、万能攪拌釜などの混練機にかけ加熱状態で混練りして溶融混合する。なお、分散とは、媒質中に固形分粒子の凝集に由来するゲル状物が実質的に存在しない状態をいう。次に、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樹脂組成物を調製することができる。

なお、樹脂組成物を調製する際、該組成物の流動性を調整するために、有機溶剤を添加してもよい。上記有機溶剤としては、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などが挙げられる。これらは、単独で使用されてもよく、また２種以上併用されてもよい。

以上のようにして調製された本発明の樹脂組成物は、４０℃においてずり速度５（１／ｓ）で測定される粘度（Ｖ_５）と５０（１／ｓ）で測定される粘度（Ｖ_５０）の比（Ｖ_５／Ｖ_５０）が、０．９〜１．１の範囲にあり、充填性および作業性の向上の観点から、より好ましくは０．９２〜１．０８である。なお、各ずり速度で測定される粘度の単位は、ｍＰａ・ｓである。

なお、上記樹脂組成物の粘度は、樹脂組成物１ｇについて、Ｅ型粘度計（ＨＡＡＫＥ社製：ＲＳ１）を用いて、プレートの直径を３５ｍｍ、ギャップを１００μｍ、およびずり速度を５（１／ｓ）または５０（１／ｓ）に設定して４０℃にて測定する。

本発明の樹脂組成物を用いて封止してなる半導体装置は、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２を介して半導体素子３が搭載された構造をとる。さらに、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。

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、プラスチック基板としては、例えばガラスエポキシ基板などのエポキシ基板、ビスマレイミドトリアジン基板、ポリイミド基板などが挙げられる。

配線回路基板１と半導体素子３とを電気的に接続する複数の接続用電極２は、予め配線回路基板１の表面に配設されていてもよいし、半導体素子３の表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の表面および半導体素子３の表面の双方にそれぞれ配設されていてもよい。

複数の接続用電極２の材質としては、特に限定するものではないが、例えば、低融点および高融点ハンダ、錫、銀−錫などが挙げられ、また配線回路基板上の電極が上記の材質からなるものに対しては金、銅などであってもよい。

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、ゲルマニウムなどの元素半導体、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの化合物半導体など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×厚さ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×厚さ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。そして、溶解した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。

本発明の樹脂組成物を用いて封止してなる半導体装置は、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。ここで、樹脂組成物の塗布は、配線回路基板上に行ってもよいし、半導体素子上に行ってもよい。半導体素子側に脂組成物を塗布する場合、個片チップにダイシングされる前のウエハに行ってもよいし、ダイシングされた後の個片チップに行ってもよい。ウエハに樹脂組成物を塗布し、次いで個片チップにダイシングした後にチップ実装する方法は、ウエハレベルで一括して樹脂塗布できるので生産性向上の点から好ましい。樹脂塗布の方法としては、印刷方式やスピンコート方式のいずれでもよいが、印刷方式において真空差圧を利用した印刷封止法は樹脂封止層に気泡が入りにくいのでより好ましい。本発明の半導体装置の製造方法の態様の一例を図面に基づき順を追って説明する。

配線回路基板に樹脂組成物を塗布する態様では、まず図２に示すように、配線回路基板１上に、例えば、４０℃に加温した溶融状態の本発明の樹脂組成物５をポッティングする。次いで図３に示すように樹脂組成物の上の所定位置に、複数の球状の接続用電極（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、半導体素子３の接続用電極２が溶融状態の樹脂組成物５を押しのけて配線回路基板１と接続用電極２とが接触するようにし、かつ、半導体素子３と配線回路基板１との間の空隙内に溶融状態の樹脂組成物を充填させた後、ハンダリフローによる金属接合を行い、その後樹脂組成物を硬化させることにより封止樹脂層４を形成して空隙を封止する。樹脂組成物の硬化温度としては、通常、１３０〜１８０℃が好適である。この時ハンダ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ハンダ融点以上にヒーター部分を加熱しハンダ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。

なお、半導体装置の製法は、複数の球状の接続用電極（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に複数の球状の接続用電極２が配設されたものを用いてもよい。

樹脂組成物５の厚さおよび重量は、上記同様、搭載される半導体素子３の大きさおよび半導体素子３に設けられた接続用電極の大きさ、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。

半導体装置の製造方法において、樹脂組成物５を加熱溶融して溶融状態とする際の加熱温度としては、半導体素子３および配線回路基板１の耐熱性、接続用電極２の融点、および樹脂組成物５の軟化点、耐熱性などを考慮して適宜に設定されるものである。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発明はかかる実施例によりなんら限定されるものではない。

以下に実施例および比較例で用いた原料をまとめて示す。

（１）エポキシ樹脂
エポキシ樹脂として、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（エポキシ当量：１５８ｇ／ｅｑ、２５℃での粘度：１０００ｍＰａ・ｓ）を使用した。

（２）フェノール樹脂
フェノール樹脂として、フェノールノボラック樹脂（水酸基当量：１０４ｇ／ｅｑ、１５０℃での粘度：４００ｍＰａ・ｓ、軟化点：６２℃）を使用した。

（３）潜在性硬化促進剤
潜在性硬化促進剤として、マイクロカプセル化トリフェニルホスフィン（シェル：ウレア、シェル／触媒比：８０／２０重量％）を使用した。

（４）シリカ粒子
表面処理および表面未処理シリカ粒子として、表１に示すようなシリカ粒子（アドマテックス社製）を使用した。

（５）カップリング剤
カップリング剤として、エポキシシランカップリング剤（信越化学社製：ＫＢＭ−４０３）を使用した。

以下に評価方法をまとめて示す。

（１）粘度比（Ｖ_５／Ｖ_５０）
まず、樹脂組成物１ｇを、プレートの直径を３５ｍｍ、ギャップを１００μｍ、ずり速度を５（１／ｓ）および５０（１／ｓ）に設定したＥ型粘度計（ＨＡＡＫＥ社製：ＲＳ１）を用いて、４０℃にて測定した。次に、ずり速度５（１／ｓ）における粘度（Ｖ_５）をずり速度５０（１／ｓ）における粘度（Ｖ_５０）で割ることで、粘度比を計算した。

（２）ボイドの発生
製造した半導体装置中の封止樹脂層に存在するボイドを超音波顕微鏡（ソノスキャン社製：Ｄ６０００）を用いて、周波数：１００ＭＨｚにて観察し、以下の評価基準に従って評価した。
〔評価基準〕
ボイドの発生が０．０５面積％未満：○
ボイドの発生が０．０５面積％以上：×

（３）ひけの発生
製造した半導体装置中の封止樹脂層のひけを超音波顕微鏡（ソノスキャン社製：Ｄ６０００）を用いて、周波数：１００ＭＨｚにて観察し、以下の評価基準に従って評価した。
〔評価基準〕
ひけなし：○
ひけあり：×

（４）初期通電試験
デイジーチェーン（ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ社製：デジタルマルチメーターＴＲ６８４７）で半導体装置の電気抵抗値を測定し、抵抗値表示なしのものを不良品としてカウントした。

（５）冷熱衝撃試験
半導体装置を−５５℃で５分間維持後、１２５℃で５分間維持する操作を１０００回行い、その後、デイジーチェーン（ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ社製：デジタルマルチメーターＴＲ６８４７）にて半導体装置の電気抵抗値を測定し、抵抗値表示なしのものを不良品としてカウントした。

（６）クラック試験
冷熱衝撃試験後の、封止樹脂層のクラックを目視にて確認し、クラックの発生しているものを不良品としてカウントした。

シリカ分散エポキシ樹脂の調製
表１に示すシリカ粒子を表２に示す割合で上記エポキシ樹脂に分散させたもの（シリカ分散エポキシ樹脂）を（株）アドマテックスから購入した。

実施例１〜６
表３に示す各原料を同表に示す割合で、ディスパー（特殊機化工業社製：Ｔ．Ｋ．ホモミキサーモデルＭ）を用いて溶融混合し、次いで、４００メッシュのフィルターを用いて８０℃で濾過した。その後、８０℃で３０分間、０．００２６ＭＰａで減圧脱泡し、これを室温にて冷却して樹脂組成物を作製した。得られた樹脂組成物の粘度比を求めた。その値を表３に示す。なお、溶融混合は以下のように実施した。

溶融混合
まず、シリカ分散エポキシ樹脂およびフェノール樹脂を仕込み、１００℃で１０分間、５００ｒｐｍで混合し、固形分を充分に分散もしくは溶解させた。次に、７０℃の温度に調整した後、潜在性硬化促進剤を加え、１０分間、３０００ｒｐｍ、０．００２６ＭＰａ下で混合した。

比較例１〜３および５
表４に従って、前記実施例と同様にして樹脂組成物を得、その粘度比を求めた。粘度比の値を表４に示す。

比較例４
表４に示す各原料を同表に示す割合で、ディスパー（特殊機化工業社製：Ｔ．Ｋ．ホモミキサーモデルＭ）を用いて溶融混合し、次いで、４００メッシュのフィルターを用いて８０℃で濾過した。その後、８０℃で３０分間、０．００２６ＭＰａで減圧脱泡し、これを室温にて冷却して樹脂組成物を作製した。得られた樹脂組成物の粘度比を求めた。その値を表４に示す。なお、溶融混合は以下のように実施した。

溶融混合
まず、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂を仕込み、１００℃で１０分間、５００ｒｐｍで混合し、固形分をすべて溶解させた。次に、７０℃の温度に調整した後、潜在性硬化促進剤を加え、１０分間、３０００ｒｐｍ、０．００２６ＭＰａ下で混合した。

実施例７〜１２および比較例６〜１０
以上のようにして得られた実施例１〜６および比較例１〜５の樹脂組成物を用い、前述の半導体装置の製造方法に従って半導体装置（図１に示す半導体装置に相当）を製造した。すなわち、配線回路基板（ガラスエポキシ基板厚さ：１ｍｍ）上に樹脂組成物を４０℃に加温し溶融状態でポッティングした。これを１００℃に加熱したステージ上に置き、樹脂組成物の上の所定の位置に、接続用電極（鉛フリーハンダ：融点２２０℃、電極高さ：８０μｍ）を設けた半導体素子（厚さ：６００μｍ、大きさ１５ｍｍ×１５ｍｍ）をフリップチップボンダー（九州松下社製：ＦＢ３０Ｔ−Ｍ）を用いてチップ実装した。これにより、配線回路基板と半導体素子との空隙内に溶融状態の樹脂が充填される。その後、同フリップチップボンダーを用いて２３０℃にて５秒間ハンダ溶融を行い電気接続を得た。その後、同フリップチップボンダーを用いて１８０℃にて６０分間樹脂キュアーを行い、目的とする半導体装置を作製した。得られた半導体装置について上記の評価を行った。その結果を表５および表６に示す。

表５の結果から、実施例７〜１２において作製した半導体装置は、ひけ、ボイドがなく、初期通電試験、冷熱衝撃試験およびクラック試験において、不良が発生していないことがわかる。

これに対して、表６の結果から、比較例６〜１０において作製した半導体装置は、ひけ、ボイドが発生しているものもあり、また初期通電試験、冷熱衝撃試験およびクラック試験において、不良が発生していることがわかる。

従って、実施例において作製した半導体装置は比較例において作製した半導体装置に比して、ひけやボイドがなく、初期通電および冷熱衝撃試験において安定した通電を確保し、クラックも発生しないことがわかる。

本発明の熱硬化性樹脂組成物は、半導体産業において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利用できる。

図１は、本発明の半導体装置の一例を示す。図２は、本発明の半導体装置の製造方法の工程説明図の一例を示す。図３は、本発明の半導体装置の製造方法の工程説明図の一例を示す。

符号の説明

１配線回路基板
２接続用電極
３半導体素子
４封止樹脂層
５熱可塑性樹脂組成物

Claims

４０℃においてずり速度５〔１／Ｓ〕と５０〔１／Ｓ〕で測定される粘度（Ｖ）の比（Ｖ_５／Ｖ_５０）が０．９〜１．１であり、
（Ａ）１分子中に２個以上のエポキシ基を有する液状エポキシ樹脂
（Ｂ）１分子中に２個以上の水酸基を有するフェノール樹脂
（Ｃ）潜在性硬化促進剤、および
（Ｄ）最大粒子径が５μｍ以下であって、平均粒子径が０．１〜３μｍである表面処理シリカ粒子
を含んでなる半導体封止用熱硬化性樹脂組成物。
前記表面処理シリカ粒子が、一般式：
Ｒ^１−Ｓｉ（ＯＲ^２）_３
（式中、Ｒ^１は１価の有機基であり、Ｒ^２は低級アルキル基である）
で表される表面処理剤を用いて表面処理されてなる、請求項１記載の樹脂組成物。
請求項１または２記載の樹脂組成物で封止してなる半導体装置。