JP2006016431A - 半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物及びフリップチップ型半導体装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 （Ａ）液状エポキシ樹脂、（Ｂ）式（１）の化合物を５質量％以上含有する芳香族アミン系硬化剤、（Ｃ）無機充填剤を含有する組成物において、無機充填剤として、粒子径１０μｍ以上の粒子の含有率が５，０００ｐｐｍ以下、かつ平均粒子径が１〜５μｍであり、０．２μｍ以下の粒子の割合が０．２〜２０質量％である高流動性球状シリカ粉末粒子を使用すると共に、このシリカ粉末粒子の組成物中の含有率が６０〜８５質量％である半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物。
【化１】

（Ｒ¹〜Ｒ³は一価炭化水素基、ＣＨ₃Ｓ−又はＣ₂Ｈ₅Ｓ−）
【効果】 本発明の組成物は、粘度が低く、作業性に優れ、シリコンチップの表面との密着性に優れた硬化物を与え、吸湿後のリフロー温度が上昇しても不良が発生せず、更に高温多湿の条件下でも劣化せず、温度サイクルにおいても剥離、クラックが起こらない半導体装置を提供できる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、半導体、特にフリップチップ型半導体装置の封止用として、シリコンチップの素子表面（特に感光性ポリイミド、窒化膜、酸化膜）との密着性が非常に良好であり、耐湿性の高い硬化物を与え、特にリフロー温度２６０℃以上の高温熱衝撃に対して優れ、低粘度で高流動特性の優れた封止材となり得る半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物、及びこの組成物の硬化物にて封止されたフリップチップ型半導体装置に関する。

電気機器の小型化、軽量化、高性能化に伴い、半導体の実装方法もピン挿入タイプから表面実装が主流になっている。そしてベアチップ実装の一つにフリップチップ（ＦＣ）実装がある。ＦＣ実装とは、ＬＳＩチップの配線パターン面に高さ数μｍ程度から１００μｍ程度のバンプといわれる電極を数個から数万個以上形成し、基板の電極部に対しバンプを接合する方式である。このため、ＦＣの封止保護に用いる封止材料は基板とＬＳＩチップの隙間に浸透させる必要がある。

従来のフリップチップ用アンダーフィル材として使用される液状エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機充填剤を配合し、信頼性を高めるために半導体のチップや基板、バンプと線膨張係数を一致させる目的で多量の無機充填剤を配合する必要があるが、多量に無機充填剤を配合すると高粘度化するため、基板とＬＳＩチップの隙間に侵入しにくく、生産性が非常に悪くなるといった問題点が提示されており、この改善が望まれる。

また、半導体素子の高集積化に伴い、ダイサイズの一辺が１０ｍｍを超えるものもあり、ダイサイズの大型化が進んできている。このような大型ダイを用いた半導体装置では、半田リフロー時にダイと封止材にかかる応力が増大し、封止材とダイ及び基板の界面で剥離が生じたり、基板実装時にパッケージにクラックが入るといった問題がクローズアップされてきている。

更に、近い将来に鉛含有半田が使用できなくなることから、鉛代替半田が多数開発されている。この種の半田は、溶融温度が鉛含有の半田より高くなることから、リフローの温度も２６０〜２７０℃で検討されており、従来の液状エポキシ樹脂組成物の封止材では、より一層の不良が予想される。このようにリフローの温度が高くなると、従来においては何ら問題のなかったフリップチップ型のパッケージもリフロー時にクラックが発生したり、チップ界面、基板界面との剥離が発生したり、その後の冷熱サイクルが数百回以上経過すると樹脂又は基板、チップ、バンプ部にクラックが発生するという重大な問題が起こるようになった。
なお、この発明に関連する先行技術文献としては、下記のものがある。

特開平１０−１５８３６６号公報 特開平１０−２３１３５１号公報 特開２０００−３２７８８４号公報 特開２００１−０５５４８６号公報 特開２００１−０５５４８７号公報 特開２００１−０５５４８８号公報

本発明は、粘度が低く、侵入性が良好で、シリコンチップの表面、特に感光性ポリイミド樹脂や窒化膜との密着性に優れ、かつ強靭性に優れた硬化物を与え、リフローの温度が従来温度２４０℃付近から２６０〜２７０℃に上昇しても不良が発生せず、更にＰＣＴ（１２１℃／２．１ａｔｍ）などの高温多湿の条件下でも劣化せず、−６５℃／１５０℃の温度サイクルにおいて数百サイクルを超えても剥離、クラックが発生しない半導体装置の封止材となり得る半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物、及びこの組成物の硬化物で封止されたフリップチップ型半導体装置を提供することを目的とする。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、（Ａ）液状エポキシ樹脂、（Ｂ）芳香族アミン系硬化剤として、下記一般式（１）で表される芳香族アミン化合物を硬化剤全体の５質量％以上含み、（Ｃ）無機充填剤を含有する液状エポキシ樹脂組成物であって、無機充填剤として、粒子径１０μｍ以上の粒子の含有率が５，０００ｐｐｍ以下であり、かつ平均粒子径が１〜５μｍであり、０．２μｍ以下の粒子の割合が、０．２〜２０質量％である高流動性球状シリカ粉末を使用すると共に、そのエポキシ樹脂組成物中の含有率を６０〜８５質量％とすることにより、得られた液状エポキシ樹脂組成物が、低粘度で作業性に優れており、かつシリコンチップの表面、特に感光性ポリイミド樹脂や窒化膜、ＰＣＴ（１２０℃／２．１ａｔｍ）などの高温多湿の条件下でも劣化せず、熱衝撃に対して優れており、特に大型ダイサイズの半導体装置の封止材として有効であることを知見した。

（式中、Ｒ¹〜Ｒ³は独立に炭素数１〜６の一価炭化水素基、ＣＨ₃Ｓ−及びＣ₂Ｈ₅Ｓ−から選ばれる基である。）

即ち、従来より、無機充填剤として、球状シリカがその流動性によりフリップチップ型半導体装置のアンダーフィル材に使用されているが、ギャップより大きい粒子が多量含有していると、ゲートで粒子が引っかかり、侵入断面積を狭くすることによる侵入速度の低下や、侵入時に気泡を残すといった悪影響を及ぼすことが判明してきた。その際、粒子径１０μｍ以上の粒子をできる限り除去し、平均粒子径を１〜５μｍに、かつ０．２μｍ以下の粒子の割合を０．２〜２０質量％にコントロールすることによって、低粘度化が図れ、狭ギャップへも良好に侵入させることができること、特に充填材の含有量が６０〜８５質量％において、微粉量が大きく関与すること、従って、無機充填剤として、粒子径１０μｍ以上の粒子含有率が５，０００ｐｐｍ以下で、平均粒子径が１〜５μｍであり、０．２μｍ以下の粒子の割合が０．２〜２０質量％であるシリカ粉末粒子、特に球状シリカ粉末が高流動性であり、かかるシリカ粉末を用いることにより、低粘度化が可能で、侵入性が良好な液状エポキシ樹脂組成物が得られることを見出した。

この場合、上記一般式（１）で表される芳香族アミン系硬化剤は、従来の芳香族アミン系硬化剤に比べ、特定な置換基を持つことにより、比較的早く熱硬化するにもかかわらず、ポットライフが長く、硬化物の機械特性、電気特性、耐熱特性、耐薬品特性に優れるものであり、この硬化剤を用いることによって、シリコンチップの表面、特に感光性ポリイミド樹脂や窒化膜との密着性に優れ、かつ熱衝撃性が著しく向上し、高温多湿下でも優れた特性を得ることが可能となることを見出した。

本発明の芳香族アミン系硬化剤は、従来の芳香族アミン系硬化剤に比べ、粘度が低いために組成物の低粘度化が可能となり、特に狭ギャップフリップチップ型半導体装置において、注入時及び硬化時にボイドが発生することがないために作業性が向上し、更に大型ダイサイズの半導体装置の封止材としても有効となり得ることを見出し、本発明をなすに至ったものである。

従って、本発明は、（Ａ）液状エポキシ樹脂、（Ｂ）上記一般式（１）で表される芳香族アミン化合物を５質量％以上含有する芳香族アミン系硬化剤、（Ｃ）無機充填剤を含有するエポキシ樹脂組成物において、無機充填剤として、粒子径１０μｍ以上の粒子の含有率が５，０００ｐｐｍ以下、かつ平均粒子径が１〜５μｍであり、０．２μｍ以下の粒子の割合が０．２〜２０質量％であるシリカ粉末粒子を使用すると共に、このシリカ粉末粒子のエポキシ樹脂組成物中の含有率が６０〜８５質量％であることを特徴とする半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物を提供する。
また、本発明は、この液状エポキシ樹脂組成物の硬化物をアンダーフィル材として封止したフリップチップ型半導体装置を提供する。

本発明の液状エポキシ樹脂組成物は、粘度が低く、作業性に優れており、シリコンチップの表面、特に感光性ポリイミド樹脂や窒化膜との密着性に優れた硬化物を与え、吸湿後のリフローの温度が従来温度２４０℃付近から２６０〜２７０℃に上昇しても不良が発生せず、更にＰＣＴ（１２０℃／２．１ａｔｍ）などの高温多湿の条件下でも劣化せず、−６５℃／１５０℃の温度サイクルにおいて数百サイクルを超えても剥離、クラックが起こらない半導体装置を提供することができる。

本発明の液状エポキシ樹脂組成物において、液状エポキシ樹脂（Ａ）は、１分子内に３官能基以下のエポキシ基を含有する常温で液状のエポキシ樹脂であればいかなるものでも使用可能であるが、２５℃における粘度が２００Ｐａ・ｓ以下、特に５０Ｐａ・ｓ以下のものが好ましく、具体的には、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェニルグリシジルエーテルなどが挙げられ、この中で室温で液状のエポキシ樹脂を使用する。

また、本発明のエポキシ樹脂は、下記構造式（４），（５）で示されるエポキシ樹脂を侵入性に影響を及ぼさない範囲で含有していてもよい。

ここで、Ｒ⁸は水素原子、又は炭素数１〜２０、好ましくは１〜１０、更に好ましくは１〜３の一価炭化水素基であり、一価炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基等が挙げられる。また、ｘは１〜４の整数、特に１又は２である。

なお、上記一般式（５）で示されるエポキシ樹脂を配合する場合、その配合量は、全エポキシ樹脂中２５質量％以上、より好ましくは５０質量％以上、更に好ましくは７５質量％以上であることが推奨される。２５質量％未満であると組成物の粘度が上昇したり、硬化物の耐熱性が低下したりするおそれがある。なお、その上限は１００質量％でもよい。

上記一般式（５）で示されるエポキシ樹脂の例としては、ＲＥ６００ＮＭ（日本化薬（株）製）等が挙げられる。

上記液状エポキシ樹脂中の全塩素含有量は、１，５００ｐｐｍ以下、望ましくは１，０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。また、１００℃で５０％エポキシ樹脂濃度における２０時間での抽出水塩素が１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。全塩素含有量が１，５００ｐｐｍを超え、又は抽出水塩素が１０ｐｐｍを超えると半導体素子の信頼性、特に耐湿性に悪影響を与えるおそれがある。

次に、本発明に使用する（Ｂ）芳香族アミン系硬化剤は、下記一般式（１）で表される芳香族アミン化合物を全芳香族アミン系硬化剤中に５質量％以上含有するものである。

（式中、Ｒ¹〜Ｒ³は独立に炭素数１〜６の一価炭化水素基、ＣＨ₃Ｓ−及びＣ₂Ｈ₅Ｓ−から選ばれる基である。）

ここで、Ｒ¹〜Ｒ³の一価炭化水素基としては、炭素数１〜６、特に１〜３のものが好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ヘキシル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基、フェニル基などや、これらの炭化水素基の水素原子の一部又は全部を塩素、フッ素、臭素等のハロゲン原子で置換したフロロメチル基、ブロモエチル基、トリフルオロプロピル基等のハロゲン置換一価炭化水素基などを挙げることができる。

上記一般式（１）で表される芳香族アミン化合物として、具体的には、ジエチルトルエンジアミン、ジメチルチオトルエンジアミン、ジメチルトルエンジアミンなどが挙げられる。

上記一般式（１）で表される芳香族アミン化合物の配合量は、芳香族アミン系硬化剤全体の５質量％以上、好ましくは１０〜１００質量％、より好ましくは２０〜１００質量％である。一般式（１）で表される芳香族アミン化合物が、硬化剤全体の５質量％未満であると、粘度が上昇したり、接着力が低下したり、クラックが発生したりする。

また、上記芳香族アミン化合物以外の硬化剤としては、芳香族ジアミノジフェニルメタン化合物、例えば、３，３’−ジエチル−４，４’−ジアミノフェニルメタン、３，３’，５，５’−テトラメチル−４，４’−ジアミノフェニルメタン、３，３’，５，５’−テトラエチル−４，４’−ジアミノフェニルメタン、２，４−ジアミノトルエン、１，４−ジアミノベンゼン、１，３−ジアミノベンゼン等の芳香族アミンであることが好ましい。

上記芳香族アミン系硬化剤の中で、常温で液体のものは、そのまま配合しても問題ないが、固体のものは、そのまま配合すると樹脂粘度が上昇し、作業性が著しく悪くなるため、予めエポキシ樹脂と溶融混合することが好ましく、後述する指定の配合割合で、７０〜１５０℃の温度範囲で１〜２時間溶融混合することが望ましい。混合温度が７０℃未満であると芳香族アミン系硬化剤が十分に相溶しないおそれがあり、１５０℃を超える温度であるとエポキシ樹脂と反応して粘度上昇するおそれがある。また、混合時間が１時間未満であると芳香族アミン系硬化剤が十分に相溶せず、粘度上昇を招くおそれがあり、２時間を超えるとエポキシ樹脂と反応し、粘度上昇するおそれがある。

なお、本発明に用いられる芳香族アミン系硬化剤の総配合量は、液状エポキシ樹脂と芳香族アミン系硬化剤との当量比［（Ａ）液状エポキシ樹脂のエポキシ当量／（Ｂ）芳香族アミン系硬化剤のアミン当量］が０．７以上１．２以下、好ましくは０．７以上１．１以下、更に好ましくは０．８５以上１．０５以下の範囲であることが推奨される。配合当量比が０．７未満では未反応のアミノ基が残存し、ガラス転移温度が低下、また密着性が低下するおそれがある。逆に１．２を超えると硬化物が硬く脆くなり、リフロー時又は温度サイクル時にクラックが発生するおそれがある。

本発明において、（Ｃ）成分の無機充填剤としては、粒子径１０μｍ以上の粒子含有率が５，０００ｐｐｍ以下、かつ平均粒子径が１〜５μｍであり、０．２μｍ以下の粒子の割合が０．２〜２０質量％である高流動性シリカ、特に高流動性球状シリカ粉末であり、その含有率がエポキシ樹脂組成物中６０〜８５質量％である。この場合、球状シリカ粉末は、平均球形度が０．９以上であることが好ましい。

本発明に用いられる高流動性シリカ粉末は、球状シリカで構成されるが、その測定法は、粒子径１０μｍ以上の粒子に対して篩法で行い、５，０００ｐｐｍ以下、好ましくは３，０００ｐｐｍ以下である。また平均粒子径は、遠心沈降法やレーザー回折法等で測定可能であり、平均粒子径を１〜５μｍ、好ましくは１．５〜３μｍにコントロールすることが必要である。ここで、粒子径１０μｍ以上の粒子の含有率が５，０００ｐｐｍを超えると、ゲートで粒子が引っかかり、侵入断面積を狭くし、侵入性に影響を及ぼす。また、平均粒子径が１μｍ未満であると、高粘性になる。更に、平均粒子径が５μｍを超えると侵入及び硬化時にフィラーが沈降し、チップ側と基板側で熱膨張係数における傾斜が発生し、熱衝撃に対する信頼性が低下する。

一方、０．２μｍ以下の粒子の割合は、一般的な粒度分布測定器（遠心沈降法や、レーザー回折法等）では検出不可能であるため、ドップラー効果を適用した特殊な粒度分布測定器を適用せざるを得ない。この測定器を適用する場合、微粉領域は精度がでるものの、数μ以上では、精度が劣るものであり、微粉領域のみの測定に適用可能である。本発明においては、事前に微粉を故意に添加し、その添加量と測定器における０．２μｍ以下の含有率との検量線を事前に作成しておき、この検量線より０．２μｍ以下の割合を特定することとしている。この方法により求められた値は、０．２〜２０質量％、好ましくは０．５〜１０質量％にコントロールすることによって、低粘度化が図れ、狭ギャップへも良好に侵入させることができる。その理由は定かでないが、有機樹脂の割合が大きい組成物においてマトリックスに対する微粉の影響は、樹脂の流動性に包含されてしまうが、フィラー含有量が有機樹脂に対し、相対的に大きくなると、その間隙である有機樹脂の流動性が、微粉量により挙動が変動し、その駆動力として効果を発揮するものと考えられる。

このような高流動性球状シリカ粉末は、金属シリコンを酸素と反応させる、特公平１−５５２０１号公報記載の方法により得ることができる。

また、上記シリカ粉末粒子の含有率は、組成物全体の６０〜８５質量％であり、望ましくは、６５〜７５質量％の範囲が好ましい。６０質量％未満では、膨張係数が大きく冷熱テストにおいてクラックの発生を誘発させ、８５質量％を超える場合では、粘度が高くなり、薄膜侵入性の低下をもたらす。

ここで、本発明の対象とする半導体装置は、ギャップサイズの範囲が１０〜２００μｍ程度のフリップチップ型半導体装置が好ましいが、この場合、アンダーフィル材の侵入性の向上と低線膨張化の両立を図るため、フリップチップギャップ幅（基板と半導体チップとの隙間）に対して平均粒子径が約１／１０以下、最大粒子径が１／２以下の無機充填剤を用いることが好ましい。

この場合、ギャップサイズに対して１／２以上の粒子径のものの測定方法としては、例えば、無機充填剤と純水を１：９（質量）の割合で混合し、超音波処理を行って凝集物を十分崩し、これをギャップサイズの１／２の目開きのフィルターで篩い、篩上の残量を秤量する粒径検査方法を用いることができる。

なお、本発明のエポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で従来より知られている無機充填剤を配合することもできる。

また、上記シリカ等の無機充填剤は、シランカップリング剤等で表面処理されたものであってもよいが、表面処理なしでも使用し得る。

更に、本発明の液状エポキシ樹脂組成物には、作業性を向上させるため、また粘度を低下させる目的から、沸点が１３０℃以上２５０℃以下の有機溶剤を用いることが好ましい。この有機溶剤の沸点として、より好ましくは１４０℃以上２３０℃以下、更に好ましくは１５０℃以上２３０℃以下である。沸点が１３０℃未満であると、ディスペンス時又は硬化時に溶剤が揮発し、ボイドが発生するおそれがある。また２５０℃を超えると硬化時に溶剤が揮発しきれず、強度の低下や密着性の低下を引き起こすおそれがある。

このような有機溶剤の例としては、２−エトキシエタノール、１，２−プロパンジオール、１，２−エタンジオール、ジエチレングリコール、キシレン、シクロヘキサノン、シクロヘキサノール、ホルムアミド、アセトアミド、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等が挙げられる。

より好ましい有機溶剤は、エステル系有機溶剤である。エステル系有機溶剤以外のアルコール系溶剤又は水酸基を有する有機溶剤では、水酸基とアミンが容易に反応し、保存性が著しく悪くなるおそれがある。このような見地から、安全性を考えるとエステル系有機溶剤が好ましく、このようなエステル系有機溶剤としては、下記一般式（２）で表されるエステル系有機溶剤が例示できる。
Ｒ⁴ＣＯＯ−［Ｒ⁵−Ｏ］_n−Ｒ⁶ （２）
（式中、Ｒ⁴、Ｒ⁶は炭素数１〜６の一価炭化水素基、Ｒ⁵は炭素数１〜６のアルキレン基である。ｎは０〜３の整数である。）

ここで、Ｒ⁴、Ｒ⁶の炭素数１〜６の一価炭化水素基としては、上述したＲ¹〜Ｒ³と同様のものが例示でき、またＲ⁵の炭素数１〜６のアルキレン基としては、エチレン基、プロピレン基、メチルエチレン基、ブチレン基、ペンテン基、ヘキセン基等が挙げられる。

上記一般式（２）で表されるエステル系有機溶剤の具体例としては、カルビトールアセテート、２−エトキシエチルアセテート、２−ブトキシエチルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールブチルエーテルアセテートなどが挙げられる。

この有機溶剤の配合量は、組成物中のエポキシ樹脂と硬化剤の合計量１００質量部に対して０．５〜１０質量部であることが望ましく、より望ましくは１〜１０質量部である。０．５質量部未満では十分な粘度の低下効果が得られない場合があり、１０質量部を超えると架橋密度が低下し、十分な強度が得られなくなる場合がある。

本発明の液状エポキシ樹脂組成物には、応力を低下させる目的でシリコーンゴム、シリコーンオイルや液状のポリブタジエンゴム、メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレンよりなる熱可塑性樹脂などを配合してもよい。好ましくは、アルケニル基含有エポキシ樹脂又はフェノール樹脂のアルケニル基と、下記平均組成式（３）で示される１分子中の珪素原子の数が２０〜４００であり、かつ珪素原子に直接結合した水素原子（ＳｉＨ基）の数が１〜５であるオルガノポリシロキサンのＳｉＨ基との付加反応により得られる共重合体からなるシリコーン変性樹脂を配合することが好ましい。
Ｈ_aＲ⁷ _bＳｉＯ_(4-a-b)/2 （３）
（式中、Ｒ⁷は脂肪族不飽和基を除く置換又は非置換の一価炭化水素基、ａは０．０１〜０．１、ｂは１．８〜２．２、１．８１≦ａ＋ｂ≦２．３を満足する正数である。）

なお、Ｒ⁷の置換又は非置換の一価炭化水素基としては、炭素数１〜１０、特に１〜８のものが好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基等のアルキル基、フェニル基、キシリル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基などや、これらの炭化水素基の水素原子の一部又は全部を塩素、フッ素、臭素等のハロゲン原子で置換したフロロメチル基、ブロモエチル基、トリフルオロプロピル基等のハロゲン置換一価炭化水素基などを挙げることができる。

上記共重合体としては、中でも下記構造のものが望ましい。

上記式中、Ｒ⁷は上記と同じであり、Ｒ⁹は水素原子又は炭素数１〜４のメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等のアルキル基であり、Ｒ¹⁰は−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂−、−ＯＣＨ₂−ＣＨ（ＯＨ）−ＣＨ₂−Ｏ−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂−又は−Ｏ−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂−である。ｍは４〜１９９、好ましくは１９〜１０９の整数、ｐは１〜１０の整数、ｑは１〜１０の整数である。

上記共重合体をジオルガノポリシロキサン単位がエポキシ樹脂１００質量部に対して０〜２０質量部、特には２〜１５質量部含まれるように配合することで応力をより一層低下させることができる。

本発明の液状エポキシ樹脂組成物には、更に必要に応じ、接着向上用炭素官能性シラン、カーボンブラックなどの顔料、染料、酸化防止剤、その他の添加剤を本発明の目的を損なわない範囲で配合することができる。但し、本発明においては、表面処理剤として使用する以外に接着向上用炭素官能性シラン等としてアルコキシ系シランカップリング剤を添加しないことが好ましい。

本発明の液状エポキシ樹脂組成物は、例えば、液状エポキシ樹脂、芳香族アミン系硬化剤、あるいは液状エポキシ樹脂と芳香族アミン系硬化剤との溶融混合物、それに無機充填剤、必要に応じて有機溶剤及びその他の添加剤等を同時に又は別々に、必要により加熱処理を加えながら、撹拌、溶解、混合、分散させることにより得ることができる。これらの混合、撹拌、分散等の装置としては、特に限定されるものではないが、撹拌、加熱装置を備えたライカイ機、３本ロール、ボールミル、プラネタリーミキサー、ビーズミル等を用いることができる。またこれら装置を適宜組み合わせて使用してもよい。

なお、本発明において、封止材として用いる場合の液状エポキシ樹脂組成物の粘度は、２５℃において１，０００Ｐａ・ｓ以下のものが好ましく、特に好ましくは１〜１００Ｐａ・ｓである。

また、この組成物の成形方法、成形条件は、常法とすることができるが、好ましくは、先に１００〜１２０℃で０．５時間以上、特に０．５〜１時間、その後１３０〜１８０℃で１時間以上、特に１〜４時間の条件で熱オーブンキュアを行う。１００〜１２０℃での加熱が０．５時間未満では、硬化後にボイドが発生する場合があり、また１３０〜１８０℃での加熱が１時間未満では、十分な硬化物特性が得られない場合がある。

ここで、本発明に用いるフリップチップ型半導体装置としては、例えば図１に示したように、通常、有機基板１の配線パターン面に複数個のバンプ２を介して半導体チップ３が搭載されているものであり、上記有機基板１と半導体チップ３との隙間（バンプ２間の隙間）にアンダーフィル材４が充填され、その側部がフィレット材５で封止されたものとすることができるが、本発明の封止材は、特にアンダーフィル材として使用する場合に有効である。

本発明の液状エポキシ樹脂組成物をアンダーフィル材として用いる場合、その硬化物のガラス転移温度以下の膨張係数は、２０〜４０ｐｐｍ／℃であることが好ましい。このような膨張係数とする手段としては、例えば無機充填剤をエポキシ樹脂と硬化剤の合計１００質量部に対して１００〜４００質量部配合するなどの方法が採用し得る。

なお、この場合、フィレット材用の封止材は公知のものでよく、特に上述したアンダーフィル材と同様の液状エポキシ樹脂組成物を用いることができるが、この場合はその硬化物のガラス転移温度以下の膨張係数が１０〜２０ｐｐｍ／℃であるものが好ましい。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。

［実施例１〜１０、比較例１〜６］
表１に示す成分を３本ロールで均一に混練することにより、１６種の樹脂組成物を得た。これらの樹脂組成物を用いて、以下に示す試験を行った。その結果を表１に示す。

［粘度］
ＢＨ型回転粘度計を用いて４ｒｐｍの回転数で２５℃における粘度を測定した。また、４０℃にて２４時間放置後の粘度（２５℃）においても測定した。

［侵入テスト］
ＰＩ（ポリイミド）膜コートした１０ｍｍ×１０ｍｍのシリコンチップを３０ｍｍ×３０ｍｍのＦＲ−４基板に約５０μｍのスペーサを用いて設置し、生じた隙間に、樹脂組成物を１１０℃で加熱したホットプレート上に設置させて溶融させた樹脂組成物を侵入させ、樹脂組成物が隙間を埋めたときの時間を測定した。

［フィラー沈降テスト］
ＰＩ膜コートした１０ｍｍ×１０ｍｍのシリコンチップを３０ｍｍ×３０ｍｍのＦＲ−４基板にギャップ約５０μｍとなるように設置したフリップチップ型パッケージを用い、生じた隙間に樹脂組成物を侵入させて１２０℃／０．５時間＋１６５℃／３時間の条件で硬化させ、断面をＳＥＭで確認し、チップと樹脂界面からシリカフィラー分布までの距離が５μｍ以上ある時を沈降あり、５μｍ未満を沈降なしとした。

［ボイドテスト］
ＰＩ膜コートした１０ｍｍ×１０ｍｍのシリコンチップを３０ｍｍ×３０ｍｍのＦＲ−４基板にギャップ約５０μｍとなるように設置したフリップチップ型パッケージを用い、生じた隙間に樹脂組成物を侵入させて１２０℃／０．５時間＋１６５℃／３時間の条件で硬化させ、ボイドの有無をＣ−ＳＡＭ（ＳＯＮＩＸ社製）で確認した。

［Ｔｇ（ガラス転移温度）、ＣＴＥ１（膨張係数）、ＣＴＥ２（膨張係数）］
樹脂組成物を１２０℃／０．５時間＋１６５℃／３時間の条件で硬化させた５ｍｍ×５ｍｍ×１５ｍｍの硬化物試験片を用いて、ＴＭＡ（熱機械分析装置）により毎分５℃の速さで昇温した時のＴｇを測定した。また、以下の温度範囲の膨張係数を測定した。
ＣＴＥ１の温度範囲は５０〜８０℃、ＣＴＥ２の温度範囲は２００〜２３０℃である。

［接着力テスト］
ＰＩ膜コートしたシリコンチップ上に上面の直径２ｍｍ、下面の直径５ｍｍ、高さ３ｍｍの円錐台形状の試験片を載せ、１２０℃で０．５時間、次いで１６５℃で３時間硬化させた。硬化後、得られた試験片の剪断接着力を測定し、初期値とした。更に、硬化させた試験片をＰＣＴ（１２１℃／２．１ａｔｍ）で３３６時間吸湿させた後、接着力を測定した。いずれの場合も試験片の個数は５個で行い、その平均値を接着力として表記した。

［ＰＣＴ剥離テスト］
ＰＩ膜コートした１０ｍｍ×１０ｍｍのシリコンチップを３０ｍｍ×３０ｍｍのＦＲ−４基板にギャップ約５０μｍとなるように設置したフリップチップ型パッケージを用い、生じた隙間に樹脂組成物を侵入させて１２０℃／０．５時間＋１６５℃／３時間の条件で硬化させ、３０℃／６５％ＲＨ／１９２時間後に最高温度２６５℃に設定したＩＲリフローにて５回処理した後の剥離、更にＰＣＴ（１２１℃／２．１ａｔｍ）の環境下に置き、３３６時間後の剥離をＣ−ＳＡＭ（ＳＯＮＩＸ社製）で確認した。

［熱衝撃テスト］
ＰＩ膜コートした１０ｍｍ×１０ｍｍのシリコンチップを３０ｍｍ×３０ｍｍのＦＲ−４基板にギャップ約５０μｍとなるように設置したフリップチップ型パッケージを用い、生じた隙間に樹脂組成物を侵入させて１２０℃／０．５時間＋１６５℃／３時間の条件で硬化させ、３０℃／６５％ＲＨ／１９２時間後に最高温度２６５℃に設定したＩＲリフローにて５回処理した後、−６５℃／３０分、１５０℃／３０分を１サイクルとし、２５０，５００，７５０，１０００サイクル後の剥離、クラックを確認した。

カルビトールアセテート：沸点２１７℃
硬化剤Ａ：ジエチルトルエンジアミン（分子量：１７８）
Ｃ−３００Ｓ：テトラエチルジアミノフェニルメタン（日本化薬（株）製）
ＲＥ３０３Ｓ−Ｌ：ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（日本化薬（株）製）
エピコート６３０Ｈ：３官能型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製）

ＫＢＭ４０３：シランカップリング剤、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（
信越化学工業（株）製）

本発明の封止材を用いたフリップチップ型半導体装置の一例を示す断面図である。

符号の説明

１ 有機基板
２ バンプ
３ 半導体チップ
４ アンダーフィル材
５ フィレット材

Claims (7)

1. （Ａ）液状エポキシ樹脂、（Ｂ）下記一般式（１）で表される芳香族アミン化合物を５質量％以上含有する芳香族アミン系硬化剤、（Ｃ）無機充填剤を含有するエポキシ樹脂組成物において、無機充填剤として、粒子径１０μｍ以上の粒子の含有率が５，０００ｐｐｍ以下、かつ平均粒子径が１〜５μｍであり、０．２μｍ以下の粒子の割合が０．２〜２０質量％である高流動性球状シリカ粉末粒子を使用すると共に、このシリカ粉末粒子のエポキシ樹脂組成物中の含有率が６０〜８５質量％であることを特徴とする半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物。
   

   

   （式中、Ｒ¹〜Ｒ³は独立に炭素数１〜６の一価炭化水素基、ＣＨ₃Ｓ−及びＣ₂Ｈ₅Ｓ−から選ばれる基である。）
2. 更に、沸点が１３０℃以上２５０℃以下の有機溶剤を（Ａ）液状エポキシ樹脂と（Ｂ）芳香族アミン系硬化剤の合計量１００質量部に対して０．５〜１０質量部含有する請求項１記載の液状エポキシ樹脂組成物。
3. 上記有機溶剤が、エステル系有機溶剤である請求項２記載の液状エポキシ樹脂組成物。
4. 上記エステル系有機溶剤が、下記一般式（２）
   Ｒ⁴ＣＯＯ−［Ｒ⁵−Ｏ］_n−Ｒ⁶ （２）
   （式中、Ｒ⁴、Ｒ⁶は炭素数１〜６の一価炭化水素基、Ｒ⁵は炭素数１〜６のアルキレン基である。ｎは０〜３の整数である。）
   で表されるエステル系有機溶剤である請求項３記載の液状エポキシ樹脂組成物。
5. （Ａ）液状エポキシ樹脂と（Ｂ）芳香族アミン系硬化剤との当量比［（Ａ）液状エポキシ樹脂のエポキシ当量／（Ｂ）芳香族アミン系硬化剤のアミン当量］が、０．７以上１．２以下である請求項１乃至４のいずれか１項記載の液状エポキシ樹脂組成物。
6. 更に、アルケニル基含有エポキシ樹脂又はアルケニル基含有フェノール樹脂のアルケニル基と、下記平均組成式（３）
   Ｈ_aＲ⁷ _bＳｉＯ_(4-a-b)/2 （３）
   （式中、Ｒ⁷は脂肪族不飽和基を除く置換又は非置換の一価炭化水素基、ａは０．０１〜０．１、ｂは１．８〜２．２、１．８１≦ａ＋ｂ≦２．３を満足する正数である。）
   で表される１分子中の珪素原子の数が２０〜４００であり、かつ珪素原子に直接結合した水素原子（ＳｉＨ基）の数が１〜５であるオルガノポリシロキサンのＳｉＨ基との付加反応により得られる共重合体からなるシリコーン変性樹脂を含有する請求項１乃至５のいずれか１項記載の液状エポキシ樹脂組成物。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項記載の液状エポキシ樹脂組成物の硬化物をアンダーフィル材として封止したフリップチップ型半導体装置。
   

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