JP2008214381A - One-pack epoxy resin composition - Google Patents

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JP2008214381A JP2007049630A JP2007049630A JP2008214381A JP 2008214381 A JP2008214381 A JP 2008214381A JP 2007049630 A JP2007049630 A JP 2007049630A JP 2007049630 A JP2007049630 A JP 2007049630A JP 2008214381 A JP2008214381 A JP 2008214381A
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Tatsuya Ohori
達也 大堀
Katsushi Suga
克司 菅
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a one-pack epoxy resin composition for underfill sealing having sufficient repairing properties and excellent reworkability of a wiring substrate and exhibiting performance-improving effects as compared with those of a conventional technique in productivity, solvent cleaning properties, connection durability etc. <P>SOLUTION: The one-pack epoxy resin composition is used for the underfill sealing of a space between the wiring substrate and a semiconductor element electrically connected to the wiring substrate or a carrier substrate for holding the semiconductor element. The one-pack epoxy resin composition comprises an epoxy resin, an acid anhydride and a carboxylic acid represented by general formula (1): R<SP>1</SP>-O-CO-R<SP>2</SP>-COOH (wherein, R<SP>1</SP>is a 1-20C alkyl group or a 1-20C fluorinated alkyl group which may contain an ether bond, or an ester bond or a 6-20C aromatic hydrocarbon group; and R<SP>2</SP>represents a 1-20C chain or a cyclic bivalent hydrocarbon group). <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体素子と配線基板との間又は半導体素子を保持するキャリア基板と配線基板との間をアンダーフィル封止するためのリペア性に優れた一液性エポキシ樹脂組成物に関する。   The present invention relates to a one-component epoxy resin composition excellent in repairability for underfill sealing between a semiconductor element and a wiring board or between a carrier substrate holding a semiconductor element and a wiring board.

半導体素子は一般にハンダボール等のソルダバンプを介して配線基板に実装される。また、LSI等の半導体素子を微細な配線を施したキャリア基板と称される小型基板に搭載したもの(これをCSPと一般に称する。)をより大きな配線基板にソルダバンプを介して実装することも行われている。半導体素子や半導体素子を搭載したキャリア基板は配線基板とソルダバンプによって電気的・機械的に接続されるが、ソルダバンプによって生じる配線基板と半導体素子又はキャリア基板との間の隙間はエポキシ樹脂等の封止樹脂によってアンダーフィル封止されるのが一般的である。   A semiconductor element is generally mounted on a wiring board through solder bumps such as solder balls. In addition, a semiconductor device such as an LSI mounted on a small substrate called a carrier substrate with fine wiring (this is generally referred to as CSP) may be mounted on a larger wiring substrate via solder bumps. It has been broken. A semiconductor element or a carrier substrate on which a semiconductor element is mounted is electrically and mechanically connected by a wiring board and a solder bump, but a gap between the wiring board and the semiconductor element or the carrier board generated by the solder bump is sealed with an epoxy resin or the like. Generally, it is underfill sealed with a resin.

この場合において、実装後に半導体素子の不良や配線基板との接続不良等が検査等により発見された場合、配線基板上の半導体素子や半導体素子を保持するキャリア基板を配線基板から取り外し(これをリペアと称する。)、代わりに新たな半導体素子等を取り付けて配線基板を再生する(これをリワークと称する。)ことが生産工程の歩留りやコストの観点から望まれる。このためには、封止樹脂が、硬化後においても半導体素子等を取り外すことができ、取り外した後の配線基板上に残存する樹脂残渣を配線基板に瑕疵を発生させることなしに除去できる(このような特性をリペア性を有すると称する。)ものであることが望ましい。   In this case, when a defect in the semiconductor element or a connection failure with the wiring board is found after inspection after mounting, the semiconductor element on the wiring board or the carrier substrate holding the semiconductor element is removed from the wiring board (repair this). Instead, it is desired from the viewpoint of production process yield and cost to regenerate the wiring board by attaching a new semiconductor element or the like (referred to as rework). For this purpose, the sealing resin can remove the semiconductor element or the like even after curing, and the resin residue remaining on the removed wiring board can be removed without causing wrinkles on the wiring board (this Such characteristics are referred to as having repairability.)

リペア性を付与した封止樹脂としては、例えば、特許文献1には、含フッ素芳香族ジアミンを硬化剤として使用した有機溶剤で膨潤が起こりやすいエポキシ樹脂組成物が開示されている。しかし、含フッ素芳香族ジアミンはエポキシ樹脂との反応性が低く、硬化には長時間(例えば、150℃で4時間程度)が必要であり半導体装置の生産性に問題がある。特許文献2には、(メタ)アクリル酸エステル類、芳香族又は脂肪族エステル類のような可塑剤を配合したエポキシ樹脂組成物が開示されている。しかし、このような可塑剤の使用はブリードアウトの問題や半導体装置の特性劣化を誘発する虞がある。また、粘度上昇のため無機充填剤を充分に配合できない。特許文献3には、可塑化成分としてキシレン樹脂を使用した酸無水物硬化系エポキシ樹脂組成物が開示されている。しかしながら、この組成物はリペア性、溶剤洗浄性、接続耐久性等において性能向上効果が充分ではなく、満足のいくリワーク性を発揮しない。
特開2002−60594号公報 特開平10−204259号公報 特開2004−210965号公報
For example, Patent Document 1 discloses an epoxy resin composition that easily swells with an organic solvent using a fluorine-containing aromatic diamine as a curing agent. However, the fluorine-containing aromatic diamine has low reactivity with the epoxy resin and requires a long time for curing (for example, about 4 hours at 150 ° C.), which causes a problem in productivity of the semiconductor device. Patent Document 2 discloses an epoxy resin composition containing a plasticizer such as (meth) acrylic acid esters, aromatic or aliphatic esters. However, the use of such a plasticizer may cause a bleed-out problem and deterioration of characteristics of the semiconductor device. In addition, the inorganic filler cannot be blended sufficiently due to an increase in viscosity. Patent Document 3 discloses an acid anhydride curable epoxy resin composition using a xylene resin as a plasticizing component. However, this composition does not exhibit a satisfactory performance improvement effect in terms of repairability, solvent washability, connection durability, etc., and does not exhibit satisfactory reworkability.
JP 2002-60594 A JP-A-10-204259 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-210965

従って、本発明は、充分なリペア性を有し、配線基板のリワーク性に優れ、しかも生産性、溶剤洗浄性、接続耐久性等において従来技術に比べて性能向上効果を発揮することができるアンダーフィル封止用一液性エポキシ樹脂組成物を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has sufficient repairability, excellent reworkability of the wiring board, and can exhibit performance improvement effects compared to the prior art in productivity, solvent cleaning properties, connection durability, and the like. An object is to provide a one-component epoxy resin composition for fill sealing.

本発明者は鋭意検討を行った結果、特定構造のモノカルボン酸化合物を配合した酸無水物硬化系エポキシ樹脂組成物を使用することにより、上記課題を解決しうることを見いだし本発明を完成した。   As a result of intensive studies, the present inventor has found that the above problems can be solved by using an acid anhydride-cured epoxy resin composition containing a monocarboxylic acid compound having a specific structure, and has completed the present invention. .

すなわち、本発明は、配線基板と、前記配線基板に電気的に接続された、半導体素子又は半導体素子を保持するキャリア基板、との間を、アンダーフィル封止するために用いられる、エポキシ樹脂、酸無水物、及び、下記一般式(1)で表されるカルボン酸を含有する一液性エポキシ樹脂組成物である。
−O−CO−R−COOH (1)
式中、Rは、炭素数1〜20の、エーテル結合若しくはエステル結合を含んでいてもよいアルキル基(ただし、アルキル基の水素原子の全部又は一部がフッ素原子で置換されていてもよい)、又は、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基を表す。Rは、炭素数1〜20の鎖状又は環状の2価の炭化水素基を表す。
That is, the present invention relates to an epoxy resin used for underfill sealing between a wiring board and a semiconductor element or a carrier substrate that holds the semiconductor element that is electrically connected to the wiring board. It is a one-component epoxy resin composition containing an acid anhydride and a carboxylic acid represented by the following general formula (1).
R 1 —O—CO—R 2 —COOH (1)
In the formula, R 1 is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms and optionally containing an ether bond or an ester bond (however, all or part of the hydrogen atoms of the alkyl group may be substituted with fluorine atoms). Or a monovalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms. R 2 represents a linear or cyclic divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.

本発明は、上述の構成により、以下の効果を発揮する。
(1)リペア性、溶剤洗浄性、接続耐久性、作業性等において従来品に比べて性能向上効果が見られる。
(2)可塑化成分のブリードアウトがなく、また、無機充填剤も充分量配合することができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
The present invention exhibits the following effects by the above-described configuration.
(1) The performance improvement effect is seen compared with the conventional product in repair property, solvent washability, connection durability, workability, and the like.
(2) There is no bleed out of the plasticizing component, and a sufficient amount of inorganic filler can be blended.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明の組成物におけるエポキシ樹脂としては、1分子中に2個以上のエポキシ基を有するモノマー、オリゴマー又はポリマーであれば特に限定されない。上記エポキシ樹脂は、常温で液状でないものでもよいが、常温で液状のものが好ましい。上記エポキシ樹脂としては、具体的には、例えば、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、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、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、イソシアヌル酸型エポキシ樹脂等を挙げることができる。   The epoxy resin in the composition of the present invention is not particularly limited as long as it is a monomer, oligomer or polymer having two or more epoxy groups in one molecule. The epoxy resin may not be liquid at normal temperature, but is preferably liquid at normal temperature. Specific examples of the epoxy resin include hydroquinone type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol AD type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, and cresol novolak type. Examples thereof include an epoxy resin, a naphthol type epoxy resin, a triphenolmethane type epoxy resin, a dicyclopentadiene-modified phenol type epoxy resin, an isocyanuric acid type epoxy resin, and the like.

また、上記エポキシ樹脂に加えて、1分子中に1個以上のエポキシ基を有し、常温で低粘度の化合物を反応性希釈剤として使用してもよい。このような化合物としては、例えば、t−ブチルフェニルグリシジルエーテル、グリセロールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオ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、1,9−ノナンジオールジグリシジルエーテル等を挙げることができる。   In addition to the epoxy resin, a compound having one or more epoxy groups in one molecule and having a low viscosity at room temperature may be used as a reactive diluent. Examples of such compounds include t-butylphenyl glycidyl ether, glycerol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ether, 1,4-butanediol diglycidyl ether, and 1,6-hexanediol diester. Examples thereof include glycidyl ether and 1,9-nonanediol diglycidyl ether.

上記1分子中に1個以上のエポキシ基を有し、常温で低粘度の化合物の配合量は、上記エポキシ樹脂との合計量に対して50重量%未満であることが好ましい。より好ましくは5〜30重量%である。   The compounding amount of the compound having one or more epoxy groups in one molecule and having a low viscosity at room temperature is preferably less than 50% by weight based on the total amount with the epoxy resin. More preferably, it is 5 to 30% by weight.

なお、上記エポキシ樹脂、及び、上記1分子中に1個以上のエポキシ基を有し、常温で低粘度の化合物としては、不純物イオン濃度の低いものが好ましい。   As the epoxy resin and the compound having one or more epoxy groups in one molecule and having a low viscosity at room temperature, those having a low impurity ion concentration are preferable.

本発明の組成物における酸無水物としては、エポキシ樹脂の硬化剤として用いられる酸無水物であれば特に限定されず、例えば、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水ドデセニルコハク酸、無水ジクロルコハク酸、無水メチルナジック酸、無水ピロメリット酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキセンジカルボン酸無水物、エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチルブテニルテトラヒドロ無水フタル酸、アルキルスチレン−無水マレイン酸共重合体、テトラブロム無水フタル酸、ポリアゼライン酸無水物、無水クロレンディク酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸等が挙げられる。これらの中でも、作業性や硬化後の特性等の観点から、常温で液状であるものが好ましく、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸が特に好ましい。   The acid anhydride in the composition of the present invention is not particularly limited as long as it is an acid anhydride used as a curing agent for an epoxy resin. For example, phthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, methyltetrahydroanhydride Phthalic acid, maleic anhydride, succinic anhydride, dodecenyl succinic anhydride, dichlorosuccinic anhydride, methyl nadic acid anhydride, pyromellitic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, methylcyclohexenedicarboxylic anhydride, endomethylenetetrahydrophthalic anhydride, Methylendomethylenetetrahydrophthalic anhydride, methylbutenyltetrahydrophthalic anhydride, alkylstyrene-maleic anhydride copolymer, tetrabromophthalic anhydride, polyazeline acid anhydride, chlorendic acid anhydride, benzophenone anhydride A carboxylic acid. Among these, those which are liquid at normal temperature are preferable from the viewpoints of workability and characteristics after curing, and methyltetrahydrophthalic anhydride and methylhexahydrophthalic anhydride are particularly preferable.

酸無水物の配合量は、下記に詳述する一般式(1)で表されるカルボン酸の酸当量と合わせて、エポキシ樹脂1当量に対して、0.8〜1.2当量配合することが好ましい。さらに好ましくは0.9当量〜1.1当量である。合わせた配合量が0.8当量未満では機械的強度が充分でないことがある。また、1.2当量を超えると、組成物の粘度が低下するようになり、未硬化部分を生じやすく、機械的強度が低下することがある。   The blending amount of the acid anhydride is 0.8 to 1.2 equivalents per 1 equivalent of the epoxy resin, together with the acid equivalent of the carboxylic acid represented by the general formula (1) described in detail below. Is preferred. More preferably, it is 0.9 equivalent-1.1 equivalent. If the combined amount is less than 0.8 equivalent, the mechanical strength may not be sufficient. On the other hand, when the amount exceeds 1.2 equivalents, the viscosity of the composition is lowered, an uncured portion is likely to be formed, and the mechanical strength may be lowered.

本発明の組成物におけるカルボン酸は、下記一般式(1)で表される。
−O−CO−R−COOH (1)
式中、Rは、炭素数1〜20の、エーテル結合若しくはエステル結合を含んでいてもよいアルキル基(ただし、アルキル基の水素原子の全部又は一部がフッ素原子で置換されていてもよい)、又は、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基を表す。Rは、炭素数1〜20の鎖状又は環状の2価の炭化水素基[例えば、C1〜C20アルキレン(例えば、メチレン、エチレン、トリメチレン、テトラメチレン、プロピレン等)等の鎖状炭化水素基、C6〜C20の脂環式又は芳香族炭化水素基(例えば、低級アルキル置換基を有していてもよい、シクロヘキサン環、ジシクロペンタン環、シクロヘキセン環、又は、ベンゼン環構造を有する炭化水素基)等]を表す。
The carboxylic acid in the composition of the present invention is represented by the following general formula (1).
R 1 —O—CO—R 2 —COOH (1)
In the formula, R 1 is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms and optionally containing an ether bond or an ester bond (however, all or part of the hydrogen atoms of the alkyl group may be substituted with fluorine atoms). Or a monovalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms. R 2 is a linear or cyclic divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms [for example, C 1 to C 20 alkylene (for example, methylene, ethylene, trimethylene, tetramethylene, propylene, etc.), etc. , C6-C20 alicyclic or aromatic hydrocarbon group (for example, a hydrocarbon group having a cyclohexane ring, dicyclopentane ring, cyclohexene ring, or benzene ring structure, which may have a lower alkyl substituent) ) Etc.].

上記カルボン酸としては、例えば、RがC1〜C20、好ましくはC3〜C14、より好ましくはC3〜C10のアルキル基、一つ又は複数のエーテル結合を含むアルキル基(例えば、C3〜C10のアルキル基が一つ又は複数のエーテル結合若しくはエステル結合で結合されたもの、例えば、−CHCHOCHCHOCH等)、アルキル基の水素原子の全部又は一部がフッ素原子で置換された基(例えば、C3〜C10のアルキル基の水素原子の全部又は一部がフッ素原子で置換された基、例えば、−CHCFCF、−CHCFCFCFCFCFH等)、フェニル基等であり、Rが脂環式炭化水素基又は芳香族炭化水素基、例えば低級アルキル置換基を有していてもよい、シクロヘキサン環、ジシクロペンタン環、シクロヘキセン環、ビシクロヘプタン環、ビシクロヘプテン環又は、ベンゼン環構造を有する環状の2価の炭化水素基、具体的には、例えば、メチル基やエチル基を置換基として有していてもよいシクロヘキサン環、ジシクロペンタン環、シクロヘキセン環、ビシクロヘプタン環、ビシクロヘプテン環、又は、ベンゼン環構造を有する炭化水素基等であり、RとRがこれらの基のいずれかの組合せで得られるカルボン酸はいずれも好適に使用することができる。このようなカルボン酸は、例えば、フタル酸又は水添フタル酸等の芳香族ジカルボン酸等のエステル化により得ることができる。 Examples of the carboxylic acid include an alkyl group in which R 1 is C1 to C20, preferably C3 to C14, more preferably C3 to C10, and an alkyl group including one or more ether bonds (for example, a C3 to C10 alkyl group). A group in which one or a plurality of ether bonds or ester bonds are bonded (for example, —CH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 OCH 3, etc.), or all or part of the hydrogen atoms of the alkyl group are substituted with fluorine atoms A group (for example, a group in which all or part of the hydrogen atoms of a C3-C10 alkyl group are substituted with a fluorine atom, for example, —CH 2 CF 2 CF 3 , —CH 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 H, etc.), a phenyl group, R 2 is an alicyclic hydrocarbon group or aromatic hydrocarbon group may have, for example, lower alkyl substituent, Shikurohe A cyclic divalent hydrocarbon group having a sun ring, dicyclopentane ring, cyclohexene ring, bicycloheptane ring, bicycloheptene ring or benzene ring structure, specifically, for example, a methyl group or an ethyl group as a substituent. A hydrocarbon group having a cyclohexane ring, a dicyclopentane ring, a cyclohexene ring, a bicycloheptane ring, a bicycloheptene ring, a benzene ring structure, or the like, and R 1 and R 2 are any of these groups Any of the carboxylic acids obtained in combination can be suitably used. Such a carboxylic acid can be obtained, for example, by esterification of an aromatic dicarboxylic acid such as phthalic acid or hydrogenated phthalic acid.

上記カルボン酸の配合量としては、上述のとおり酸無水物とカルボン酸との合計量が上記の範囲であって、かつ、カルボン酸のモル数/酸無水物のモル数=0.1〜0.5、より好ましくは0.2〜0.4となる割合であることが好ましい。   As described above, the total amount of the acid anhydride and the carboxylic acid is within the above range, and the number of moles of the carboxylic acid / number of moles of the acid anhydride = 0.1-0. 0.5, more preferably a ratio of 0.2 to 0.4.

本発明の組成物には、必要に応じて反応促進剤を使用することができる。反応促進剤としては、一液性の観点から潜在性促進剤が好ましく、このようなものとしては、例えば、アダクト系化合物を挙げることができ、具体的には、例えば、アミキュアPN−23(商品名)、アミキュアMY−24(商品名)、フジキュアFX−1000(商品名)などが挙げられる。その使用量は、エポキシ樹脂100重量部あたり1〜10重量部程度である。   In the composition of the present invention, a reaction accelerator can be used as necessary. As the reaction accelerator, a latent accelerator is preferable from the viewpoint of a one-component property. Examples of such a reaction accelerator include adduct compounds. Specifically, for example, Amicure PN-23 (commodity) Name), Amicure MY-24 (trade name), Fuji Cure FX-1000 (trade name), and the like. The amount used is about 1 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the epoxy resin.

本発明の組成物には、無機充填剤を配合することができる。無機充填剤は、平均粒径が0.1〜10μmが好ましく、より好ましくは0.3〜4μmである。平均粒径が0.1μm未満であると組成物の粘度が増大してチキソトロピーが発生し、浸入速度が低下する。平均粒径が10μmを超えると、アンダーフィル時に半導体素子と基板との間の隙間が目詰まりする虞がある。   An inorganic filler can be blended in the composition of the present invention. The inorganic filler preferably has an average particle diameter of 0.1 to 10 μm, more preferably 0.3 to 4 μm. When the average particle size is less than 0.1 μm, the viscosity of the composition increases, thixotropy occurs, and the infiltration rate decreases. If the average particle size exceeds 10 μm, the gap between the semiconductor element and the substrate may be clogged during underfill.

また、無機充填剤の比表面積は0.5〜10m/gであることが好ましく、1〜8m/gがより好ましい。比表面積が0.5m/g未満であると、浸入速度は速くなるものの、充填材と液状成分との分離が発生し、硬化物の機械強度の向上、発生応力の低減効果が安定に発揮できない。比表面積が10m/gを超えると、チキソトロピーが発生し、浸入速度が低下する虞がある。 Moreover, it is preferable that the specific surface area of an inorganic filler is 0.5-10 m < 2 > / g, and 1-8 m < 2 > / g is more preferable. When the specific surface area is less than 0.5 m 2 / g, the infiltration rate is increased, but the separation of the filler and the liquid component occurs, and the effect of improving the mechanical strength of the cured product and reducing the generated stress is stably exhibited. Can not. If the specific surface area exceeds 10 m 2 / g, thixotropy occurs and the infiltration rate may be reduced.

上記無機充填剤としては、具体的には、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、合成シリカ(例えば、気相法、ゾルゲル法、ナトリウムシリケート法等の方法によるもの。)、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミ等を挙げることができる。これらのうち、合成シリカが純度の点で好ましく、さらに、球状のものが、添加時の粘度が低いので、優れた隙間への浸入性を得る観点から、好ましい。   Specific examples of the inorganic filler include, for example, fused silica, crystalline silica, synthetic silica (for example, a gas phase method, a sol-gel method, a sodium silicate method, etc.), alumina, silicon nitride, and aluminum nitride. Etc. Among these, synthetic silica is preferable in terms of purity, and spherical ones are preferable from the viewpoint of obtaining excellent penetration into gaps because the viscosity upon addition is low.

本発明の組成物中、上記無機充填剤の添加量は、組成物中、30〜80重量%であることが好ましい。30重量%未満であると熱膨張係数が大きくなり、半導体素子やバンプとアンダーフィル樹脂との界面での応力が大きくなって、剥離、クラックのおそれが増す。80重量%を超えると組成物の粘度が増加し、浸入速度が低下するおそれがある。より好ましくは50〜65重量%である。   In the composition of the present invention, the amount of the inorganic filler added is preferably 30 to 80% by weight in the composition. If it is less than 30% by weight, the coefficient of thermal expansion increases, the stress at the interface between the semiconductor element or bump and the underfill resin increases, and the risk of peeling and cracking increases. If it exceeds 80% by weight, the viscosity of the composition increases, and the infiltration rate may decrease. More preferably, it is 50 to 65% by weight.

本発明の組成物には、本発明の目的を阻害しないかぎり、必要に応じてその他の添加物を使用することができる。上記その他の添加物としては、例えば、シランカップリング剤、カーボンブラック(着色剤)、消泡剤、レベリング剤、アクリル樹脂、キシレン樹脂、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体等を挙げることができる。   In the composition of the present invention, other additives can be used as necessary as long as the object of the present invention is not impaired. As said other additive, a silane coupling agent, carbon black (coloring agent), an antifoamer, a leveling agent, an acrylic resin, a xylene resin, a butadiene-acrylonitrile copolymer etc. can be mentioned, for example.

上記その他の添加物の配合量は、添加物の種類にもよるが、概ね、本発明の組成物中、0.5〜10重量%が好ましい。   The blending amount of the above other additives depends on the kind of the additive, but is generally preferably 0.5 to 10% by weight in the composition of the present invention.

本発明の組成物は、上述の各成分を、所定量、例えば、エポキシ樹脂100重量部に対して、酸無水物40〜110重量部、及び、一般式(1)で表されるカルボン酸10〜50重量部、必要により無機充填剤を、混合機で充分混合することにより好適に製造することができる。上記混合機としては、例えば、3本ロールミル、2軸ミキサー、回転式混合機、ポットミル、プラネタリーミキサー等を挙げることができる。   In the composition of the present invention, each of the above-described components is added to a predetermined amount, for example, 40 to 110 parts by weight of an acid anhydride and 100% by weight of the carboxylic acid 10 represented by the general formula (1) per 100 parts by weight of the epoxy resin. -50 parts by weight, and if necessary, an inorganic filler can be suitably produced by sufficiently mixing with a mixer. Examples of the mixer include a three roll mill, a twin screw mixer, a rotary mixer, a pot mill, and a planetary mixer.

本発明の組成物は、半導体素子又は半導体素子を保持するキャリア基板と配線基板との接続部であるバンプを保護するために、半導体素子やキャリア基板と配線基板との隙間に充填して封止することにより、フリップチップを使用した半導体装置、ハンダボールをグリッド状に並べたICのパッケージであるBGAやCSPの実装等において、バンプ接続強度の補強のためのアンダーフィル樹脂として使用して半導体装置を製造することができる。このような半導体装置としては、例えば、モバイル機器、車載機器等に使用される各種半導体装置が挙げられる。本発明の組成物は、常温で液状とすることができるので、ディスペンサーを使用して常温(25℃程度)で充填を行うことができるが、一般には、樹脂の充填は、常温〜120℃程度で行うことができる。この際、チップの周囲の側部がスカート状に広がり、いわゆるフィレットが形成されることが好ましい。硬化条件としては、例えば、120〜170℃、1〜10時間が適用できるが、1〜2時間程度の短時間硬化が好ましい。   The composition of the present invention fills and seals a gap between a semiconductor element or a carrier substrate and a wiring board in order to protect a bump which is a connection part between the semiconductor element or a carrier substrate holding the semiconductor element and the wiring board. As a result, a semiconductor device using a flip chip is used as an underfill resin for reinforcing bump connection strength in mounting of BGA and CSP, which are IC packages in which solder balls are arranged in a grid. Can be manufactured. Examples of such a semiconductor device include various semiconductor devices used for mobile devices, in-vehicle devices, and the like. Since the composition of the present invention can be made liquid at room temperature, it can be filled at room temperature (about 25 ° C.) using a dispenser. In general, the resin is filled at room temperature to about 120 ° C. Can be done. At this time, it is preferable that a side portion around the chip spreads in a skirt shape to form a so-called fillet. As curing conditions, for example, 120 to 170 ° C. and 1 to 10 hours can be applied, but short-time curing of about 1 to 2 hours is preferable.

本発明の組成物を使用した半導体装置をリペアする際には、一般的には、つぎのようにする。すなわち、熱盤等を用いて半導体素子又はキャリア基板又は配線基板のリペアすべき箇所を、はんだの融点以上すなわち220〜260℃程度になるように加熱することにより、配線基板から半導体素子又はキャリア基板を容易に引き剥がすことが可能となる。この際、本発明の組成物は1官能のカルボン酸を含んでいるので、硬化物の架橋度を適度に抑えることができるので、配線基板からの引き剥がしが容易である。その後、配線基板上のエポキシ樹脂残渣を、好ましくは70〜150℃程度の温度で有機溶剤(例えば、N−メチルピロリドン等)に30分〜2時間程度浸漬し、膨潤させ、除去することにより、配線基板を再生することができる。この際、本発明の組成物は、上記カルボン酸を含んでいるので、可塑化効果により容易に樹脂残渣を除去することができる。また、取り外した半導体素子も、必要に応じて、有機溶剤により残ったエポキシ樹脂を除去すれば再使用可能となる。   When a semiconductor device using the composition of the present invention is repaired, generally, the following is performed. That is, by using a hot platen or the like to heat a portion to be repaired of the semiconductor element or carrier substrate or wiring board so as to be higher than the melting point of the solder, that is, about 220 to 260 ° C. Can be easily peeled off. At this time, since the composition of the present invention contains a monofunctional carboxylic acid, the degree of cross-linking of the cured product can be moderately suppressed, so that it can be easily peeled off from the wiring board. Thereafter, the epoxy resin residue on the wiring board is preferably immersed in an organic solvent (for example, N-methylpyrrolidone) at a temperature of about 70 to 150 ° C. for about 30 minutes to 2 hours, swollen and removed, The wiring board can be regenerated. Under the present circumstances, since the composition of this invention contains the said carboxylic acid, a resin residue can be easily removed by the plasticization effect. Further, the removed semiconductor element can be reused if necessary by removing the remaining epoxy resin with an organic solvent.

以下に実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1〜11、比較例1〜2
表1の配合により各成分を全量仕込み、室温にてプラネタリーミキサーを用いて約2時間混合した。その後、3本ロールにて更に固形物を均一に分散させ、一液性エポキシ樹脂組成物を調製した。表1における成分は以下のとおり。
エポキシ樹脂:高純度ビスフェノールA型エポキシ樹脂、エポキシ当量185g/eq、粘度10Pas、加水分解性塩素含有量20ppm
酸無水物:4−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、酸無水物当量170g/eq、粘度70mPas
キシレン樹脂:フドー社製ニカノールLLL
反応促進剤:アミキュアMY24(味の素ファインテクノ社製)
無機充填剤:球状合成シリカ、平均粒径0.5μm、比表面積5.5m/g
カルボン酸化合物1〜10:下記の化合物(1)(酸当量242g/eq)、化合物(2)(酸当量270g/eq)、化合物(3)(酸当量298g/eq)、化合物(4)(酸当量276g/eq)、化合物(5)(酸当量288g/eq)、化合物(6)(酸当量313g/eq)、化合物(7)(酸当量392g/eq)、化合物(8)(酸当量268g/eq)、化合物(9)(酸当量282g/eq)、化合物(10)(酸当量336g/eq)。ただし、化合物(10)中、Ra+Rb+Rc=C12である。
Examples 1-11, Comparative Examples 1-2
All components were charged according to the formulation shown in Table 1 and mixed at room temperature for about 2 hours using a planetary mixer. Thereafter, the solid was further uniformly dispersed with three rolls to prepare a one-component epoxy resin composition. The components in Table 1 are as follows.
Epoxy resin: High-purity bisphenol A type epoxy resin, epoxy equivalent 185 g / eq, viscosity 10 Pas, hydrolyzable chlorine content 20 ppm
Acid anhydride: 4-methylhexahydrophthalic anhydride, acid anhydride equivalent 170 g / eq, viscosity 70 mPas
Xylene resin: Nikanol LLL manufactured by Fudou
Reaction accelerator: Amicure MY24 (Ajinomoto Fine Techno Co., Ltd.)
Inorganic filler: spherical synthetic silica, average particle size 0.5 μm, specific surface area 5.5 m 2 / g
Carboxylic acid compounds 1 to 10: Compound (1) below (acid equivalent 242 g / eq), compound (2) (acid equivalent 270 g / eq), compound (3) (acid equivalent 298 g / eq), compound (4) ( Acid equivalent 276 g / eq), compound (5) (acid equivalent 288 g / eq), compound (6) (acid equivalent 313 g / eq), compound (7) (acid equivalent 392 g / eq), compound (8) (acid equivalent) 268 g / eq), compound (9) (acid equivalent 282 g / eq), compound (10) (acid equivalent 336 g / eq). However, in the compound (10) is Ra + Rb + Rc = C 6 H 12.

Figure 2008214381
Figure 2008214381

評価方法
得られたエポキシ樹脂組成物を以下の方法で評価した。結果を表1に示した。
模擬半導体チップ及び配線基板として以下のものを使用した。
模擬半導体チップ:ポリイミドパッシベーション膜付き、15×15×0.4mm
バンプ:Ag/Sn鉛フリー半田バンプ、直径400μm、800μmピッチ、バンプ数256
配線基板:20×20×0.8mm、ガラスエポキンFR4、ソルダーレジストはタムラ社製DSR2200SPM103Nを使用
評価項目
ギャップ浸入性:80℃の熱板上にて、樹脂がギャップに浸入完了するまでの時間を測定した。60秒以内に浸入完了するものを○、60秒以上かかるものを×として評価した。
粘度変化率:25℃、24時間放置後の組成物粘度を初期粘度で割った値を粘度変化率とする。粘度は25℃において、HBT型回転粘度計にて測定した。なお、粘度変化率が2.0以下であれば一液性エポキシ樹脂として使用可能である。
リペア性:浸入させた樹脂を150℃、1時間で硬化させた後、260℃の熱板上で15秒加熱後にすばやくチップと基板間にペーパーナイフを差込みチップを剥離させた。基板上にアンダーフィル樹脂の残留が殆どなく、かつ基板上のソルダーレジストを引き剥がさないものを◎、基板上にアンダーフィル樹脂の残留がチップ面積の30%以下で、かつ基板上のソルダーレジストを引き剥がさないものを○、基板上にアンダーフィル樹脂の残留がチップ面積の30%以上であるか又は基板上のソルダーレジストを引き剥がすものを×とした。
溶剤洗浄性:リペア試験後にアンダーフィル樹脂が付着残留したチップをN−メチルピロリドンに浸漬し、120℃、1時間後のはく離性を観察した。樹脂がチップ接着面全面できれいにチップから剥離したものを◎、樹脂がチップ接着面の面積の90%以上でチップから剥離し、残留分も綿棒で軽く擦ることにより除去できるものを○、樹脂がチップ接着面の面積の10%以上、50%未満でチップに残留したものを△、樹脂がチップ接着面の面積の50%以上でチップに残留したものを×とした。
接続耐久性:樹脂を浸入させ150℃、1時間にて硬化させた試料にて熱サイクル試験(−55℃15分/125℃15分を1000サイクル)を実施した。熱サイクル試験後に超音波探傷検査機(SAT)及び断面のSEM観察にて界面剥離及び樹脂とハンダバンプのクラック等を観察した。剥離及びクラックがないものを○とし、そうでないものを×とした。
Evaluation Method The obtained epoxy resin composition was evaluated by the following method. The results are shown in Table 1.
The following were used as a simulated semiconductor chip and wiring board.
Simulated semiconductor chip: with polyimide passivation film, 15 x 15 x 0.4 mm
Bump: Ag / Sn lead-free solder bump, diameter 400 μm, 800 μm pitch, number of bumps 256
Wiring board: 20 × 20 × 0.8 mm, Glass Epochin FR4, Solder resist uses Tamura's DSR2200SPM103N Evaluation item Gap penetration: Measures the time until the resin has entered the gap on a hot plate at 80 ° C did. The case where the intrusion was completed within 60 seconds was evaluated as ○, and the case where it took 60 seconds or more was evaluated as ×.
Viscosity change rate: A value obtained by dividing the composition viscosity after standing for 24 hours at 25 ° C. by the initial viscosity is defined as a viscosity change rate. The viscosity was measured at 25 ° C. with an HBT type rotational viscometer. In addition, if a viscosity change rate is 2.0 or less, it can be used as a one-component epoxy resin.
Repairability: The cured resin was cured at 150 ° C. for 1 hour, then heated on a hot plate at 260 ° C. for 15 seconds, and then a paper knife was quickly inserted between the chip and the substrate to separate the chip. A substrate that has almost no residual underfill resin on the substrate and that does not peel off the solder resist on the substrate. The residual underfill resin on the substrate is 30% or less of the chip area, and the solder resist on the substrate is not removed. The ones that were not peeled off were marked with ◯, and the ones where the underfill resin remained on the substrate was 30% or more of the chip area or the solder resist on the substrate was peeled off.
Solvent detergency: The chip on which the underfill resin adhered and remained after the repair test was immersed in N-methylpyrrolidone, and the peelability after 1 hour at 120 ° C. was observed. The resin is peeled off from the chip cleanly on the entire chip bonding surface, and the resin is peeled off from the chip at 90% or more of the area of the chip bonding surface, and the residue can be removed by lightly rubbing with a cotton swab. The case where 10% or more and less than 50% of the area of the chip adhesion surface remained on the chip was indicated by Δ, and the case where the resin remained on the chip at 50% or more of the area of the chip adhesion surface was indicated by x.
Connection durability: A thermal cycle test (1000 cycles of −55 ° C. for 15 minutes / 125 ° C. for 15 minutes) was performed on a sample that had been infiltrated with resin and cured at 150 ° C. for 1 hour. After the thermal cycle test, interfacial peeling and cracks between the resin and solder bumps were observed by an ultrasonic flaw detector (SAT) and SEM observation of the cross section. Those without peeling and cracks were marked with ◯, and those with no peeling were marked with x.

Figure 2008214381
Figure 2008214381

実施例1〜11はいずれも、従来技術に相当する比較例1、比較例2に比べてリペア性、溶剤洗浄性、接続耐久性等において、性能向上効果があった。なお、比較例2はキシレン樹脂を含有しており、比較例1よりもリペア性等において性能が優れているが、本発明の組成物はこれらの性能において明瞭に一層の性能向上効果が見られた。   In each of Examples 1 to 11, compared with Comparative Examples 1 and 2 corresponding to the prior art, there was a performance improvement effect in repairability, solvent cleaning properties, connection durability, and the like. Incidentally, Comparative Example 2 contains a xylene resin, and the performance is superior in terms of repairability and the like than Comparative Example 1, but the composition of the present invention clearly shows further performance improvement effects in these performances. It was.

Claims (5)

配線基板と、前記配線基板に電気的に接続された、半導体素子又は半導体素子を保持するキャリア基板、との間を、アンダーフィル封止するために用いられる、エポキシ樹脂、酸無水物、及び、下記一般式(1)で表されるカルボン酸を含有する一液性エポキシ樹脂組成物。
−O−CO−R−COOH (1)
(式中、Rは、炭素数1〜20の、エーテル結合若しくはエステル結合を含んでいてもよいアルキル基(ただし、アルキル基の水素原子の全部又は一部がフッ素原子で置換されていてもよい)、又は、炭素数6〜20の1価の芳香族炭化水素基を表す。Rは、炭素数1〜20の鎖状又は環状の2価の炭化水素基を表す。)
An epoxy resin, an acid anhydride, and an epoxy resin used for underfill sealing between a wiring board and a semiconductor element or a carrier board that holds the semiconductor element that is electrically connected to the wiring board, and A one-component epoxy resin composition containing a carboxylic acid represented by the following general formula (1).
R 1 —O—CO—R 2 —COOH (1)
(In the formula, R 1 is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms and optionally containing an ether bond or an ester bond (provided that all or part of the hydrogen atoms of the alkyl group may be substituted with fluorine atoms). Or a monovalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms, and R 2 represents a linear or cyclic divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.)
は、脂環式炭化水素基又は芳香族炭化水素基である請求項1記載の組成物。 The composition according to claim 1, wherein R 2 is an alicyclic hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group. は、低級アルキル置換基を有していてもよい、シクロヘキサン環、ジシクロペンタン環、シクロヘキセン環、又は、ベンゼン環構造を有する環状の2価の炭化水素基である請求項2記載の組成物。 The composition according to claim 2, wherein R 2 is a cyclic divalent hydrocarbon group having a cyclohexane ring, a dicyclopentane ring, a cyclohexene ring, or a benzene ring structure, which may have a lower alkyl substituent. object. エポキシ樹脂100重量部に対して、酸無水物40〜110重量部、及び、一般式(1)で表されるカルボン酸10〜50重量部を含有する請求項1〜3のいずれか記載の組成物。 The composition according to any one of claims 1 to 3, comprising 40 to 110 parts by weight of an acid anhydride and 10 to 50 parts by weight of a carboxylic acid represented by the general formula (1) with respect to 100 parts by weight of the epoxy resin. object. さらに、無機充填剤を30〜80重量%含有する請求項1〜4のいずれか記載の組成物。
Furthermore, the composition in any one of Claims 1-4 which contains 30-80 weight% of inorganic fillers.
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