JP2006002015A - エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置並びに表示素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 常温で液状であり、1分子中にエポキシ基を2個以上含むエポキシ樹脂(A)、1分子中に少なくとも2個のフェノール性水酸基と少なくとも1個の芳香族カルボキシル基を有する硬化剤(B)、及びフェノール性水酸基を1分子あたり3個以上有する硬化剤(C)を含むことを特徴とするエポキシ樹脂組成物を用いる。
Description
更に、該接続封止方法に好適な樹脂組成物の検討も行なわれている(特許文献2−8参照)これらの検討の中でエポキシ樹脂/フラックス活性を有する硬化剤の組み合わせがパッケージとしての信頼性を上げる為に好ましい。具体的にはポリカルボン酸、フェノール性水酸基とカルボン酸を含む化合物などが検討されている。フラックス作用はほとんどがカルボン酸による発現であり、該カルボン酸は最終的にエポキシ樹脂と反応し硬化物マトリックスの一部となるため、信頼性の向上が期待されている。しかし、カルボン酸における架橋は、主としてエステル結合が生じるため、厳しい耐湿性試験(例えばプレッシャークッカー試験)を行なうと、部分的な加水分解に起因する架橋密度の低下による物性の低下、または未反応のカルボン酸による電気特性の低下を招いてしまう恐れがあった。フラックス活性の無い硬化剤を添加することにより硬化する前のカルボン酸濃度を少なくすることで前記問題点を解決できるが、同時にカルボン酸濃度の低下するため、フラックス活性が低下し、はんだの接続歩留まりが著しく低下してしまうという問題が発生する。
(1)
常温で液状であり、1分子中にエポキシ基を2個以上含むエポキシ樹脂(A)、1分子中に少なくとも2個のフェノール性水酸基と少なくとも1個の芳香族カルボキシル基を有する硬化剤(B)、及びフェノール性水酸基を1分子あたり3個以上有する硬化剤(C)を含むことを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
(2)
硬化剤(C)の融点が硬化剤(B)の融点より高いことを特徴とする請求項1記載のエポキシ樹脂組成物。
(3)
エポキシ樹脂(A)100重量部に対し、硬化剤(B)が5〜50重量部、硬化剤(C)が5〜30重量部である請求項1、2に記載のエポキシ樹脂組成物。
(4)
請求項1〜3記載のエポキシ樹脂組成物を用いて作製された半導体装置。
(5)
請求項1〜3記載のエポキシ樹脂組成物を用いて作製された表示素子。
(6)
回路面にはんだ電極が形成された半導体チップと回路基板とを、請求項1〜3記載のエポキシ樹脂組成物を挟み込むように組み立て、その後にはんだの融点以上に加熱し、該電極と回路基板とを電気的に接合し、該樹脂を硬化させて製造する半導体装置及び表示素子の製造方法。
その例としては、
4,4',4"-メチリデントリスフェノール、
2,6-ビス[(2-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)メチル]-4-メチルフェノール、4,4'-[1-[4-[1-(4-ヒドロキシフェニル)-1-メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビスフェノール、
4,4',4"-エチリデントリス[2-メチルフェノール],
2,2'-メチレンビス[6-[2-ヒドロキシ-5-メチルフェニル]メチル]-4-メチルフェノール],
2,4,6-トリス(4-ヒドロキシフェニルメチル)1,3-ベンゼンジオール、
4,4',4"-エチリデン-トリスフェノール、
4,4'-[4-ヒドロキシ-フェニル]メチレン]ビス[2-メチルフェノール],
4,4',4",4'"?(1,2-エタンジイリデン)テトラキスフェノール、
a,a',α"-トリス(4-ヒドロキシフェニル)-1,3,5-トリイソプロピルベンゼン
α,α,α'−トリス(4−ヒドロキシフェニル)−1−エチル−4−イソプルピルベンゼン
2,6-ビス[(4-ヒドロキシフェニル)メチル]-4-メチルフェノール、
2,6-ビス[(4-ヒドロキシフェニル)メチル]-4-エチルフェノール、
2,2'-[(3-ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[3,5-ジメチルフェノール]
2,2'-[(4-ヒドロキシ-フェニル)メチレン]ビス[3,5,6-トリメチルフェノール]
2,6-ビス[(2-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)メチル]-4-メチルフェノール
2,6-ビス[(2-ヒドロキシ-4,6-ジメチルフェニル)メチル]-4-メチルフェノール
4,4'-[4-(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキシリデン]ビス[2-メチルフェノール]
2,6-ビス[(5-メチル-2-ヒドロキシフェニル)メチル]-4-シクロヘキシルフェノール 2,6-ビス[(2,5-ジメチル-4,6-ジメチルフェニル)メチル]-4-メチル-フェノール
2,2'-ビス[(3,4-ジヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[3,5-ジメチルフェノール]
2,2'-[(3,5-ジヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[3,5,6-トリメチルフェノール]
2,6-ビス[(2,4-ジヒドロキシフェニル)メチル]-4-エチルフェノール
2,6-ビス[(2,4-ジヒドロキシフェニル)メチル]-3,4-ジメチルフェノール
2,2'-メチレンビス[6-[(2/4-ヒドロキシフェニル)メチル]-4-メチルフェノール
2,2'-メチレンビス[6-[(3-メチル-2/4-ヒドロキシフェニル)メチル]-4-メチルフェノール
4,4',4",4"'-(1,4-フェニレンジメチリデン)テトラキスフェノール
4,4'-[4-[[ビス(4-ヒドロキシ-2,5-ジメチルフェニル)メチル]フェニル]メチレン]ビス[1,3-ベンゼンジオール]
6,6'-エチリデンビス[4-(4-ヒドロキシフェニルカルボキシ)-1,2,3-ベンゼントリオール
ビス(4-ヒドロキシフェニル)-2,4-ジヒドロキシフェニルメタン
ビス(4-ヒドロキシフェニル)-3,4-ジヒドロキシフェニルメタン
ビス(4-ヒドロキシ-2,5-ジメチルフェニル)-3,4-ジヒドロキシフェニルメタン
ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)-3,4-ジヒドロキシフェニルメタン
ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)-3-ヒドロキシフェニルメタン
ビス(4-ヒドロキシ-2,5-ジメチルフェニル)-4-ヒドロキシフェニルメタン
ビス(4-ヒドロキシ-2,6-ジメチルフェニル)-4-ヒドロキシフェニルメタン
ビス(4-ヒドロキシ-2,3,6-トリメチルフェニル)-4-ヒドロキシフェニルメタン
1,1,2,2-テトラキス(4-ヒドロキシフェニル)エタンなどが挙げられ、単独または複数用いることができる。
硬化剤(B)と硬化剤(C)の好ましい添加量は、エポキシ樹脂100重量部に対し硬化剤(B)が5−50重量部、硬化剤(C)が5−30重量部である。この範囲を超えると、硬化物物性が大幅に低下し、半導体装置としての信頼性が低下する。 より好ましくはエポキシ樹脂100重量部に対して硬化剤(B)と硬化剤(C)の総計が10−50重量部である。この範囲を越えると硬化物物性の低下の恐れがある。更には硬化剤(B)の硬化剤総重量((B)+(C))に対する割合は10−70重量%であることが好ましい。10%未満では、耐熱性、信頼性向上が少なく、また70%を上回るとフラックス活性が低下し接続信頼性が支障をきたす恐れがあるためである。
しかし、本発明に従うとフラックス活性を有する硬化剤の添加量を大幅に低減することができる。
また、当該エポキシ樹脂組成物の用途としては半導体封止用樹脂、半導体固定用樹脂、LEDなどの半導体を用いる表示素子などが挙げられる。
<実施例1>
(A)成分としてビスフェノールF型エポキシ樹脂(当量165)100重量部、(B)成分として2,5−ジヒドロキシ安息香酸(融点202℃)10重量部、(C)成分として4,4',4"-エチリデン-トリスフェノール(融点245℃)20重量部、硬化促進剤として2−フェニル−4−メチルイミダゾール0.5重量部を秤量し3本ロールにて分散混練し、真空下脱泡処理をしてエポキシ樹脂組成物を得た。次に、得られたエポキシ樹脂組成物を回路基板に塗布し、上部よりフリップチップボンダーを用いて位置決めを行いながら融点221℃のSn−Ag系はんだが具備されたフリップチップを設置した。その際、フリップチップは約180℃に加温させておいた。次に最大温度245℃を5秒間保持するような温度プロファイルを用いてはんだを溶融、接続を行った。得られたパッケージの接続性を下記の接続性試験で確認した後、後硬化として150℃、90分にて封止材であるエポキシ樹脂組成物を硬化させ、下記ボイド確認、耐リフロー試験、温度サイクル試験、を行った。また、別途良品のパッケージを作成して下記耐湿性試験を行った。
バンプ数:400(100バンプ/1ブロック)
バンプ高さ:80μm
チップサイズ:10mm角
パッシベーション:ポリイミド
チップ厚み:500μm
使用した基板:BT基板(接続パッド:金メッキ表面)
接続性はデイジーチェーンでつながった四つのブロック単位でテスターを用いて導通性を確認した。すなわちあるブロックにおいては一つでも接続不良が出た場合は導通しないため、接続性は導通ブロック数/総ブロック数(=4×10)でカウントした。
接続不良がおきた水準は以下の試験(2−4)を中止した。
(2)耐リフロー試験
接続率100%のパッケージを選び、30℃、60%、72時間吸湿させたあと最大温度260℃の温度プロファイルのリフローに3回通過させた後の接続性をテスターで確認した。また、封止樹脂の外観クラック、界面の剥離状態を超音波探傷装置(SAT)で調べた。一箇所でもクラック、剥離が生じたパッケージを不良とした。
(3)温度サイクル(T/C)試験
耐リフロー試験を行った後の良品パッケージを引き続き−55℃、30分/150℃、30分の条件でT/C試験を行った。
1500サイクル後の封止樹脂の外観クラック、界面の剥離の状態をSATで観察した。界面の剥離状態は一箇所でもクラック、剥離が生じたパッケージを不良とした。また、1000時サイクル後の接続性をテスターで確認した。
(4)耐湿性試験
封止樹脂を硬化した直後の接続率100%のパッケージを30℃、60%、72時間吸湿させたあと最大温度260℃の温度プロファイルのリフローに3回通過させ更に130℃、85%RHの環境で200時間処理した後の接続性をテスターで確認した。また、封止樹脂の外観クラック、界面の剥離状態をSATで観察した。一箇所でもクラック、剥離が生じたパッケージを不良とした。
(A)成分としてビスフェノールF型エポキシ樹脂(当量165)100重量部、(B)成分として2,5−ジヒドロキシ安息香酸(融点202℃)10重量部、(C)成分としてα,α,α'−トリス(4−ヒドロキシフェニル)−1−エチル−4−イソプルピルベンゼン(融点225℃)20重量部、硬化促進剤として2−フェニル−4−メチルイミダゾール0.5重量部を秤量し3本ロールにて分散混練し、真空下脱泡処理をしてエポキシ樹脂組成物を得た。次に、実施例1と同様にフリップチップパッケージを作製し,同様の信頼性試験を行った。
(A)成分としてビスフェノールF型エポキシ樹脂(当量165)75重量部、4,4'−ジヒドロキシビフェニルジグリシジルエーテル型エポキシ25重量部の混合物を用い、
(B)成分として2,5−ジヒドロキシ安息香酸(融点202℃)10重量部、(C)成分として4,4',4"-エチリデン-トリスフェノール(融点245℃)20重量部、硬化促進剤として2−フェニル−4−メチルイミダゾール0.5重量部を秤量し3本ロールにて分散混練し、真空下脱泡処理をしてエポキシ樹脂組成物を得た。次に、実施例1と同様にフリップチップパッケージを作製し,同様の信頼性試験を行った。
(A)成分としてビスフェノールF型エポキシ樹脂(当量165)100重量部、(B)成分として2,5−ジヒドロキシ安息香酸(融点202℃)10重量部、(C)成分として4,4',4"-エチリデントリス[2-メチルフェノール],(融点188℃)20重量部、硬化促進剤として2−フェニル−4−メチルイミダゾール0.5重量部を秤量し3本ロールにて分散混練し、真空下脱泡処理をしてエポキシ樹脂組成物を得た。次に、実施例1と同様にフリップチップパッケージを作製し,同様の信頼性試験を行った。
(A)成分としてビスフェノールF型エポキシ樹脂(当量165)100重量部、(B)成分として2,5−ジヒドロキシ安息香酸(融点202℃)22重量部、(C)成分としてフェノールノホ゛ラック樹脂(軟化点80℃)8重量部、硬化促進剤として2−フェニル−4−メチルイミダゾール0.5重量部を秤量し3本ロールにて分散混練し、真空下脱泡処理をしてエポキシ樹脂組成物を得た。次に、実施例1と同様にフリップチップパッケージを作製し,同様の信頼性試験を行った。
(A)成分としてビスフェノールF型エポキシ樹脂(当量165)100重量部、(B)成分として2,5−ジヒドロキシ安息香酸(融点202℃)30重量部、硬化促進剤として2−フェニル−4−メチルイミダゾール0.5重量部を秤量し3本ロールにて分散混練し、真空下脱泡処理をしてエポキシ樹脂組成物を得た。次に、実施例1と同様にフリップチップパッケージを作製し,同様の信頼性試験を行った。
(A)成分としてビスフェノールF型エポキシ樹脂(当量165)100重量部、(B)成分として2,5−ジヒドロキシ安息香酸(融点202℃)20重量部、(C)成分の変わりに2官能フェノール化合物としてヒ゛フェノール(融点281℃)10重量部、硬化促進剤として2−フェニル−4−メチルイミダゾール0.5重量部を秤量し3本ロールにて分散混練し、真空下脱泡処理をしてエポキシ樹脂組成物を得た。次に、実施例1と同様にフリップチップパッケージを作製し,同様の信頼性試験を行った。
比較例1では硬化剤(C)として分子量分布を有するフェノールノホ゛ラック樹脂を添加したが、溶融粘度が上昇したため添加量が少量でも接続性が低下したと考えられる。比較例2では、第一の硬化剤だけの構成のため、接続性は良好であったが、長期耐湿性に問題があった。比較例3は、硬化剤(C)として2官能のフェノール化合物を用いたが、接続性は良好であったものの、耐熱性が劣るため耐リフロー+T/C性が劣る結果となった。
Claims (6)
- 常温で液状であり、1分子中にエポキシ基を2個以上含むエポキシ樹脂(A)、1分子中に少なくとも2個のフェノール性水酸基と少なくとも1個の芳香族カルボキシル基を有する硬化剤(B)、及びフェノール性水酸基を1分子あたり3個以上有する硬化剤(C)を含むことを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
- 硬化剤(C)の融点が硬化剤(B)の融点より高いことを特徴とする請求項1記載のエポキシ樹脂組成物。
- エポキシ樹脂(A)100重量部に対し、硬化剤(B)が5〜50重量部、硬化剤(C)が5〜30重量部である請求項1、2に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 請求項1〜3記載のエポキシ樹脂組成物を用いて作製された半導体装置。
- 請求項1〜3記載のエポキシ樹脂組成物を用いて作製された表示素子。
- 回路面にはんだ電極が形成された半導体チップと回路基板とを、請求項1〜3記載のエポキシ樹脂組成物を挟み込むように組み立て、その後にはんだの融点以上に加熱し、該電極と回路基板とを電気的に接合し、該樹脂を硬化させて製造する半導体装置の製造方法。
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