JP2006008755A - 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その組み立て方法 - Google Patents
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Abstract
従来は、硬化剤をB−ステージ樹脂系に適用することが検討されていたが、フラックス作用を有する硬化剤がエポキシ樹脂との反応性が高く、B−ステージ状態を維持することが困難であった。本発明の課題は、B−ステージ化可能なエポキシ樹脂組成物により製造工程を大幅に改良でき、かつ封止層にボイドが無いバンプ付半導体装置及び組立工程を提供することにある。
【解決手段】
1分子あたりエポキシ基を2個以上含む25℃で液状のエポキシ樹脂(A)、1分子あたりエポキシ基を2個以上含み25℃で固体であり且つエポキシ当量が200以上のエポキシ樹脂(B)、芳香族カルボキシル基、芳香族水酸基をともに有し、且つ融点が180℃以上の硬化剤(C)を含むることを特徴とするエポキシ樹脂組成物を用いる。
Description
このような状態を発現さのせるためには一般的には固形の樹脂を溶剤に希釈しB−ステージ工程により乾燥または部分反応を行いタックフリー化させる。この場合、工程のばらつきにより溶剤が残存し、後工程での組立時において、溶剤の揮散によるボイドの発生の恐れがあった。
(1)1分子あたりエポキシ基を2個以上含む25℃で液状のエポキシ樹脂(A)、1分子あたりエポキシ基を2個以上含み25℃で固体であり且つエポキシ当量が200以上のエポキシ樹脂(B)、芳香族カルボキシル基、芳香族水酸基をともに有し、且つ融点が180℃以上の硬化剤(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)が、1分子あたり少なくとも2個以上の芳香族水酸基と1分子当たり少なくとも1個以上の芳香族カルボキシル基を有する化合物である請求項1記載のエポキシ樹脂組成物。
(3)請求項1〜2に記載のエポキシ樹脂組成物が更に、平均粒径が0.5μmから12μm、かつ最大粒径が50μm 以下である無機フィラーを含むものであるエポキシ樹脂組成物。
(4)請求項1〜3に記載のエポキシ樹脂組成物を用いて製作された半導体装置。
(5) 1)基板と電気的接合させるための半田バンプを有する多数個の半導体素子が形成されたウエハーに請求項1〜3に記載のエポキシ樹脂組成物を塗布する工程、2)該エポキシ樹脂組成物をB−ステージにする工程、3)該ウエハーをダイシングし、半導体素子を個片化する工程、4)個片化した半導体素子と基板と接合し同時にB−ステージ化したエポキシ樹脂組成物を加熱溶融させた後冷却することによる圧着工程、からなることを特徴とする半導体素子の組立方法。
(6)B−ステージ条件が100℃以下で行なわれることを特徴とする請求項5記載の半導体素子の組立方法。
(7)エポキシ樹脂組成物を塗布する工程が、スピンコート法、印刷法、ディスペンス法のいずれかにより行われる請求項5、6記載の半導体素子の組立方法。
エポキシ樹脂(B)は25℃で固体であり、エポキシ当量が200以上であることが必須である。1分子あたりのエポキシ基は2個以上であればかまわないが好ましくは二個である。二個以上であると、後で述べるB−ステージの際、硬化剤(C)との部分反応が進みすぎ、その後の接続安定性が損なわれる恐れがある。その例としては前記液状2官能エポキシ樹脂の高分子量タイプが好ましい。更にNa+、Cl-等のイオン性不純物はできるだけ少ないものが好ましい。
エポキシ樹脂(A)とエポキシ樹脂(B)の好ましい配合量は、総仕込重量部((A)+(B))に対する(A)の割合が0.3−0.9であることが好ましい。0.9を越えるとB−ステージ後にタックフリーにならない恐れがあり、0.3を下回ると粘度が上がりすぎ、樹脂を塗布する際にボイドの巻き込み厚みの不均一等の問題が発生するおそれがあるからである。
エポキシ樹脂の混合方法は(A)に(B)を加熱混合し溶解させる方法、(B)を微粉砕して混合させる方法何れの方法でも構わない。反応を均一に行なわせるために溶解させる方法がより好ましい。
更に好ましい硬化剤の例としては2個以上の芳香族水酸基を有することである。これらの条件を満たす例としては、ヒドロキシ安息香酸、ヒドロキシフタル酸、ジフェノール酸、フェノールフタリン、ジヒドロキシナフトエ酸、没食子酸などが挙げられる。これらはいすれもフラックス活性を有する。
また、B−ステージ化反応を促進するため硬化剤(C)より融点の低いポリカルボン酸を添加することも可能である。ポリカルボン酸はB−ステージの温度条件でエポキシ樹脂と容易に反応するため、タックフリー化をより短時間で行うことが可能となる。
また、これらの硬化剤は何れも吸湿し易くボイドの原因となるため用いる際は前もって乾燥を行うほうが好ましい。
本発明に用いるエポキシ樹脂組成物は、液状エポキシ樹脂と硬化剤の反応を促進するために硬化促進剤を添加することができる。その例としては一般的にエポキシ樹脂の硬化促進剤として用いられるものであり、イミダゾール類、リン化合物、ジアザ化合物、第三級アミン等を挙げることができる。
次にウエハーをダイシングして素子を個片化する(図3)。次に塗布された素子を基板にフリップチップボンダーを用いてはんだバンプと対応する基板の電極とを位置決めし仮接合させる。
その場合、素子、または基板をB−ステージ樹脂が溶融または軟化する温度以上に加温することが好ましい。
その後、はんだの融点を越えるまで急速に温度を上昇させ、はんだを溶解させる。周囲は溶融したB−ステージ樹脂のフラックス活性により,はんだは基板電極に接合させることができる(図4,5)。同時にB−ステージ樹脂は硬化する。温度を上昇させる方法はパルスヒート、リフロー法等により行われる。パルスヒート法はフリップチップボンダー上でそのまま素子且つまたは基板を加熱する方法である。リフロー法はある温度プロファイルで制御された炉の中を一定時間通すことによりはんだを接合、樹脂を封止させる方法である。硬化が不十分な場合は接合後、後硬化(ポストベーク)を行うこともできる。
<実施例1>
エポキシ樹脂(A)として25℃で液状のビスフェノールF型エポキシ樹脂(エポキシ当量165)60重量部、エポキシ樹脂(B)として25℃で固形のビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量450)40重量部を100℃にて均一溶解させた液状エポキシ樹脂混合物中に、硬化剤(C)として2,5−ジヒドロキシ安息香酸(融点202℃)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0.2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、回路及びはんだバンプ(Sn−Ag−Cu、高さ80μm)が具備された6インチのウエハー上に前記エポキシ樹脂組成物を印刷法にて90ミクロンの厚みで塗布し、B−ステージ条件として90℃、60分部分硬化させた。硬化物はタックフリーであった。つぎにダイシングにて、10mm角の半導体素子に個片化し、回路面にB−ステージ化した樹脂が塗布された素子を得た。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80℃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。合否の判定は接続率、ボイドの有無を10個の素子で行った。
バンプ数:400
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)
回路設計:デイジーチェーンにてすべてのバンプが電気的に繋がり接続性を確認できる仕様
接続性はデイジーチェーンでつながった回路に対しテスターを用いて導通性を確認した。
(2)ボイド試験(サンプル数10個/水準)
接続試験を行なったサンプルを超音波探傷装置によりボイドの有無を確認した。
(3)ライフ試験(サンプル数5個/水準)
B−ステージ化された樹脂が塗布された個片化した素子を25℃で一ヶ月保管したとき前記(1)、(2)の試験を行った。
エポキシ樹脂(A)として25℃で液状のビスフェノールF型エポキシ樹脂(エポキシ当量165)50重量部、エポキシ樹脂(B)として25℃で固形のビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂(エポキシ当量275、商品名NC−3000/日本化薬工業社製)50重量部を100℃にて均一溶解させた液状エポキシ樹脂混合物中に、硬化剤(C)として2,5−ジヒドロキシ安息香酸(融点202℃)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0.2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、回路及びはんだバンプ(Sn−Ag−Cu、高さ80μm)が具備された6インチのウエハー上に前記エポキシ樹脂組成物を印刷法にて塗布し、B−ステージ条件として90℃、60分部分硬化させた。硬化物はタックフリーであった。つぎにダイシングにて、10mm角の半導体素子に個片化し、回路面にB−ステージ化した樹脂が塗布された素子を得た。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80℃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。合否の判定は接続率、ボイドの有無を10個の素子で行った。
実施例1において、B−ステージ条件を120℃、45分(タックフリー化)とした以外は同様に試験を行った。
エポキシ樹脂(A)として25℃で液状のビスフェノールF型エポキシ樹脂(エポキシ当量165)100重量部中に、硬化剤(C)として2,5−ジヒドロキシ安息香酸(融点202℃)25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0.2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、回路及びはんだバンプ(Sn−Ag−Cu、高さ80μm)が具備された6インチのウエハー上に前記エポキシ樹脂組成物を印刷法にて塗布し、B−ステージ条件として90℃、60分部分硬化させた1時間としたところB−ステージ物はタックフリーになった。その後実施例1と同様の試験を行った。
エポキシ樹脂(B)として25℃で固形のフェノールノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量190)200重量部を溶剤としてブチロセロソルブアセテートを60重量部加え50℃で均一に樹脂を溶解させたワニス130重量部、硬化剤(C)として2,5−ジヒドロキシ安息香酸25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0.2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、回路及びはんだバンプ(Sn−Ag−Cu、高さ80μm)が具備された6インチのウエハー上に前記エポキシ樹脂組成物を印刷法にて塗布し、B−ステージ条件として90℃、60分部分硬化させた。B−ステージ物はタックフリーになった。その後実施例1と同様の試験を行った。
比較例1はタックフリー化するためにB−ステージ温度を上げたため更に液状エポキシ樹脂との組合せのため樹脂硬化剤の溶解が実施例3に比べ進んだため、フラックス活性が初期から低下した。比較例2は溶剤系のため残存溶媒の影響でボイド不良が発生した。
2 ウエハー
3 エポキシ樹脂組成物
4 基板
5 フリッフ゜チッフ゜ホ゛ンタ゛ー固定冶具
6 熱板
Claims (7)
- 1分子あたりエポキシ基を2個以上含む25℃で液状のエポキシ樹脂(A)、1分子あたりエポキシ基を2個以上含み25℃で固体であり且つエポキシ当量が200以上のエポキシ樹脂(B)、芳香族カルボキシル基、芳香族水酸基をともに有し、且つ融点が180℃以上の硬化剤(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)が、1分子あたり少なくとも2個以上の芳香族水酸基と1分子当たり少なくとも1個以上の芳香族カルボキシル基を有する化合物である請求項1記載のエポキシ樹脂組成物。
- 請求項1〜2に記載のエポキシ樹脂組成物が更に、平均粒径が0.5μmから12μm、かつ最大粒径が50μm 以下である無機フィラーを含むものであるエポキシ樹脂組成物。
- 請求項1〜3に記載のエポキシ樹脂組成物を用いて製作された半導体装置。
- 1)基板と電気的接合させるための半田バンプを有する多数個の半導体素子が形成されたウエハーに請求項1〜3に記載のエポキシ樹脂組成物を塗布する工程、2)該エポキシ樹脂組成物をB−ステージにする工程、3)該ウエハーをダイシングし、半導体素子を個片化する工程、4)個片化した半導体素子と基板と接合し同時にB−ステージ化したエポキシ樹脂組成物を加熱溶融させた後冷却することによる圧着工程、からなることを特徴とする半導体素子の組立方法。
- B−ステージ条件が100℃以下で行なわれることを特徴とする請求項5記載の半導体素子の組立方法。
- エポキシ樹脂組成物を塗布する工程が、スピンコート法、印刷法、ディスペンス法のいずれかにより行われる請求項5、6記載の半導体素子の組立方法。
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