JP2012079880A - 接着剤、多層回路基板、半導体用部品および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電気的接続信頼性および封止後の樹脂の耐イオンマイグレーション性に優れる接着剤、多層回路基板、半導体用部品および半導体装置を提供することにある。
【解決手段】 本発明の接着剤は、半田接合される第1の端子を有する面に接着する接着剤であって、エポキシ樹脂と、硬化剤と、カルボキシル基および/またはフェノール性水酸基を有するフラックス活性化合物とを含み、かつ、前記エポキシ樹脂にグリシジルアミン型エポキシ樹脂を含むことを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
この半田接合部によって生じた空隙(ギャップ)を液状封止樹脂(アンダーフィル材)で補強する場合、半田接合後に液状封止樹脂(アンダーフィル材)を供給し、これを硬化することによって半田接合部を補強している。しかしながら、電子部品の薄型化、小型化に伴い、半田接合部は狭ピッチ化/狭ギャップ化しているため、半田接合後に液状封止樹脂(アンダーフィル材)を供給してもギャップ間に液状封止樹脂(アンダーフィル材)が行き渡らなく、完全に充填することが困難になるという問題が生じている。
しかし、この方法では、電気的接続信頼性や封止後の樹脂の耐イオンマイグレーション性を確保することは困難であった。
(1) 半田接合される第1の端子を有する面に接着する接着剤であって、
エポキシ樹脂と、硬化剤と、カルボキシル基および/またはフェノール性水酸基を有するフラックス活性化合物と、を含み、
かつ、前記エポキシ樹脂にグリシジルアミン型エポキシ樹脂を含むことを特徴とする接着剤。
(2) さらに、フィルム形成性樹脂を含み、フィルム状である上記(1)に記載の接着剤。
(3) 前記第1の端子に半田バンプが設けられている上記(1)または(2)に記載の接着剤。
(4) 前記エポキシ樹脂における前記グリシジルアミン型エポキシ樹脂の含有量が、10〜100重量%である上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の接着剤。
(5) 前記フィルム形成性樹脂がフェノキシ樹脂またはアクリルゴムである上記(2)ないし(4)のいずれかに記載の接着剤。
(6) さらに無機充填材を含む上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の接着剤。
(7) 前記第1の端子を有する面と、前記第1の端子に対応する第2の端子を有する面を接着するものである上記(1)ないし(6)のいずれかに記載の接着剤。
(8) 上記(7)に記載の接着剤の硬化物を含むことを特徴とする多層回路基板。
(9) 上記(7)に記載の接着剤の硬化物を含むことを特徴とする半導体用部品。
(10) 上記(7)に記載の接着剤の硬化物を含むことを特徴とする半導体装置。
本発明の接着剤は、半田接合される第1の端子を有する面に接着する接着剤であって、
エポキシ樹脂と、硬化剤と、カルボキシル基および/またはフェノール性水酸基を有するフラックス活性化合物と、を含み、
かつ、前記エポキシ樹脂にグリシジルアミン型エポキシ樹脂を含むことを特徴とする。
また、本発明の多層回路基板は、上記の接着剤の硬化物を含むことを特徴とする。
また、本発明の半導体用部品は、上記の接着剤の硬化物を含むことを特徴とする。
また、本発明の半導体装置は、上記の接着剤の硬化物を含むことを特徴とする。
前記接着剤は、グリシジルアミン型エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂と、硬化剤と、カルボキシル基および/またはフェノール性水酸基を有するフラックス活性化合物と、を含む樹脂組成物で構成されている。これにより、半田接合性に優れるものである。
また、室温で液状のエポキシ樹脂は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂またはビスフェノールF型エポキシ樹脂等が挙げられる。また、これらを組み合わせて用いてもよい。
カルボキシル基を含有するフラックス活性化合物としては、脂肪族酸無水物、脂環式酸無水物、芳香族酸無水物、脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸等が挙げられる。フェノール性水酸基を有するフラックス活性化合物としては、フェノール類が挙げられる。
HOOC−(CH2)n−COOH (1)
上記式(1)において、nは、0以上20以下の整数である。
また、フラックス活性、接着時のアウトガス及び接着剤の硬化後の弾性率やガラス転移温度のバランスから、上記式(1)中のnは、3以上10以下が好ましい。nを3以上とすることにより、接着剤の硬化後の弾性率の増加を抑制し、被接着物との接着性を向上させることができる。また、nを10以下とすることにより、弾性率の低下を抑制し、接続信頼性をさらに向上させることができる。
他の脂肪族カルボン酸としては、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ピバル酸カプロン酸、カプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、オレイン酸、フマル酸、マレイン酸、シュウ酸、マロン酸、琥珀酸等が挙げられる。
このようにフラックス活性を有する硬化剤は、半田接続する際に半田表面の酸化膜を、導電部材と電気的に接合できる程度に還元する作用を示し、その後の硬化反応中に樹脂骨格中に取り込まれることになる。したがって、フラックス洗浄の工程を省略することができる。
また、前記フィルム形成性樹脂として、接着性や他の樹脂との相溶性を向上させる目的で、ニトリル基、エポキシ基、水酸基、カルボキシル基を有するものを用いてもよく、このような樹脂として、たとえばアクリルゴムを用いることができる。
本発明の接着剤が液状接着剤である場合、第1の端子を有する面に接着剤を塗布して用いることができる。
また、ラミネート条件としては、特に限定されず、ボイドなくラミネートできる条件が好ましい。具体的には、60〜150℃×1秒〜120秒間が好ましく、特に80〜120℃×5〜60秒間が好ましい。ラミネート条件が前記範囲内であると、貼着性、樹脂のはみ出しの抑制効果および樹脂の硬化度のバランスに優れた接着フィルムを得ることができる。
また、加圧条件も特に限定されないが、0.2〜2.0MPaが好ましく、特に0.5〜1.5MPaが好ましい。
本発明の接着剤はフラックス活性を有するため、前記第1の端子が半田接合される際に、半田表面の酸化膜を除去し、確実に半田接合を行うことができる。同時に、第1の端子を有する面と、前記第1の端子を有する面と半田接合される面との機械的接着強度を確保するものである。前記第1の端子が半田接合される部位としては、その他の回路や素子の電極、バンプ、パッド部、配線パターン、ピラー、ポスト等が挙げられる。
また、前記第2の端子に半田バンプがもうけられていても良い。特に、半田バンプが設けられていない第1の端子と半田接合する場合、前記第2の端子は半田バンプが設けられていることが好ましい。これにより、第1の端子と第2の端子の半田接合を簡便に行うことができる。
図1に示すように、端子11を有する半導体素子1を用意する(図1(a))。この半導体素子1の端子(第1の端子)11を覆うように、上述したフラックス機能を有する接着剤(接着フィルム)2をラミネートする(図1(b))。
接着剤(接着フィルム)2をラミネートする方法としては、上述したフィルム状の接着剤のラミネート方法を適宜用いることができる。
半田接続する条件は、使用する半田の種類にもよるが、例えば錫−銀の場合、220〜260℃×5〜500秒間加熱して半田接続することが好ましく、特に230〜240℃×10〜100秒間加熱することが好ましい。
この半田接合は、半田が融解した後に、接着剤(接着フィルム)2が硬化するような条件で行うことが好ましい。すなわち、半田接合は、半田を融解させるが、接着剤(接着フィルム)2の硬化反応をあまり進行させないような条件で実施することが好ましい。これにより、半田接続部111の形状を、接続信頼性に優れるような安定した形状とすることができる。
<接着剤の調製>
グリシジルアミン型エポキシ樹脂A:5.51重量部
エポキシ樹脂C:49.61重量部
硬化剤A:23.68重量部
フィルム形成性樹脂:10.00重量部
カルボキシル基および/またはフェノール性水酸基を有するフラックス活性化合物:10.00重量部
硬化促進剤:0.20重量部
シランカップリング剤:1.00重量部
とを、メチルエチルケトン(MEK)に溶解して樹脂ワニスを得た。
得られた樹脂ワニスを、基材ポリエステルフィルム(東レ株式会社製、ルミラー)に厚さ50μmとなるように塗布して、100℃、5分間乾燥して、厚さ25μmのフラックス活性を有する接着剤(接着フィルム)を得た。
半導体素子(サイズ10mm×10mm、厚さ0.3mm)の半田バンプが設けられた第1の端子を有する面に、得られた接着フィルムを真空ロールラミネーターで、100℃でラミネートして、接着フィルム付きの半導体素子を得た。
次に、パッドを有する回路基板のパッドと、第1の端子に設けられた半田バンプとが当接するように位置あわせを行いながら回路基板に半導体素子を100℃、30秒間で仮圧着した。
次に、235℃、30秒間加熱して、半田バンプを溶融させて半田接続を行った。
そして、180℃、60分間加熱して、接着フィルムを硬化させて、半導体素子と、回路基板とが接着剤の硬化物で接着された半導体装置を得た。
樹脂ワニスの調製において、配合量を下記のようにした以外は、実施例1と同様にした。
グリシジルアミン型エポキシ樹脂A:13.20重量部
エポキシ樹脂C:39.59重量部
硬化剤A:26.01重量部
フィルム形成性樹脂:10.00重量部
カルボキシル基および/またはフェノール性水酸基を有するフラックス活性化合物:10.00重量部
硬化促進剤:0.20重量部
シランカップリング剤:1.00重量部
樹脂ワニスの調製において、配合量を下記のようにした以外は、実施例1と同様にした。
グリシジルアミン型エポキシ樹脂A:24.65重量部
エポキシ樹脂C:24.65重量部
硬化剤A:29.49重量部
フィルム形成性樹脂:10.00重量部
カルボキシル基および/またはフェノール性水酸基を有するフラックス活性化合物:10.00重量部
硬化促進剤:0.20重量部
シランカップリング剤:1.00重量部
樹脂ワニスの調製において、配合量を下記のようにした以外は、実施例1と同様にした。
グリシジルアミン型エポキシ樹脂A:43.56重量部
硬化剤A:35.24重量部
フィルム形成性樹脂:10.00重量部
カルボキシル基および/またはフェノール性水酸基を有するフラックス活性化合物:10.00重量部
硬化促進剤:0.20重量部
シランカップリング剤:1.00重量部
樹脂ワニスの調製において、配合量を下記のようにした以外は、実施例1と同様にした。
グリシジルアミン型エポキシ樹脂B:24.65重量部
エポキシ樹脂C:24.65重量部
硬化剤A:29.49重量部
フィルム形成性樹脂:10.00重量部
カルボキシル基および/またはフェノール性水酸基を有するフラックス活性化合物:10.00重量部
硬化促進剤:0.20重量部
シランカップリング剤:1.00重量部
樹脂ワニスの調製において、配合を下記のようにした以外は、実施例1と同様にした。
グリシジルアミン型エポキシ樹脂A:22.19重量部
エポキシ樹脂C:22.19重量部
硬化剤A:26.54重量部
フィルム形成性樹脂:9.00重量部
カルボキシル基および/またはフェノール性水酸基を有するフラックス活性化合物:9.00重量部
硬化促進剤:0.18重量部
シランカップリング剤:0.90重量部
無機充填材:10.00重量部
樹脂ワニスの調製において、配合量を下記のようにした以外は、実施例1と同様にした。
グリシジルアミン型エポキシ樹脂A:12.33重量部
エポキシ樹脂C:12.33重量部
硬化剤A:14.74重量部
フィルム形成性樹脂:5.00重量部
カルボキシル基および/またはフェノール性水酸基を有するフラックス活性化合物:5.00重量部
硬化促進剤:0.10重量部
シランカップリング剤:0.50重量部
無機充填材:50.00重量部
樹脂ワニスの調製において、配合を下記のようにした以外は、実施例1と同様にした。
グリシジルアミン型エポキシ樹脂A:4.93重量部
エポキシ樹脂C:4.93重量部
硬化剤A:5.90重量部
フィルム形成性樹脂:2.00重量部
カルボキシル基および/またはフェノール性水酸基を有するフラックス活性化合物:2.00重量部
硬化促進剤:0.04重量部
シランカップリング剤:0.20重量部
無機充填材:80.00重量部
<接着剤の調製>
グリシジルアミン型エポキシ樹脂A:26.06重量部
エポキシ樹脂C:26.06重量部
硬化剤A:18.34重量部
硬化剤B:18.34重量部
カルボキシル基および/またはフェノール性水酸基を有するフラックス活性化合物:10.00重量部
硬化促進剤:0.20重量部
シランカップリング剤:1.00重量部
を配合し、プラネタリーミキサーと3本ロールを用いて混合し、真空脱泡処理することにより接着剤(液状接着剤)を作製した。
半田バンプが設けられた第1の端子を有する半導体素子(サイズ10mm×10mm、厚さ0.3mm)に、得られた接着ペーストをエアーディスペンサーで、25℃で塗布して、接着剤付きの半導体素子を得た。
次に、パッドを有する回路基板のパッドと、第1の端子に設けられた半田バンプとが当接するように位置あわせを行いながら回路基板に半導体素子を100℃、30秒間で仮圧着した。
次に、235℃、30秒間加熱して、半田バンプを溶融させて半田接続を行った。
その後、180℃、60分間加熱して、接着剤を硬化させて、半導体素子と、回路基板とが接着剤の硬化物で接着された半導体装置を得た。
樹脂ワニスの調製において、グリシジルアミン型エポキシ樹脂を用いずに、配合を下記のようにした以外は、実施例1と同様にした。
エポキシ樹脂C:56.80重量部
硬化剤A:22.00重量部
フィルム形成性樹脂:10.00重量部
カルボキシル基および/またはフェノール性水酸基を有するフラックス活性化合物:10.00重量部
硬化促進剤:0.20重量部
シランカップリング剤:1.00重量部
樹脂ワニスの調製において、カルボキシル基および/またはフェノール性水酸基を有するフラックス活性化合物を用いずに、配合を下記のようにした以外は、実施例1と同様にした。
グリシジルアミン型エポキシ樹脂A:29.65重量部
エポキシ樹脂C:29.65重量部
硬化剤A:29.49重量部
フィルム形成性樹脂:10.00重量部
硬化促進剤:0.20重量部
シランカップリング剤:1.00重量部
樹脂ペーストの調製において、グリシジルアミン型エポキシ樹脂を用いずに、配合を下記のようにした以外は、実施例9と同様にした。
エポキシ樹脂C:60.80重量部
硬化剤A:14.00重量部
硬化剤B:14.00重量部
カルボキシル基および/またはフェノール性水酸基を有するフラックス活性化合物:10.00重量部
硬化促進剤:0.20重量部
シランカップリング剤:1.00重量部
・グリシジルアミン型エポキシ樹脂A:三菱化学(株)製、jER−630、トリグリシジルアミノフェノール、当量90〜105
・グリシジルアミン型エポキシ樹脂B:住友化学(株)製、ELM−100、トリグリシジルアミノクレゾール、エポキシ当量100
・エポキシ樹脂C:DIC(株)製、エピクロン840S、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、エポキシ当量185
・硬化剤A:住友ベークライト(株)製、PR−55617、フェノールノボラック、活性水素当量103
・硬化剤B:明和化成(株)製、MEH−8000H、アリル化フェノールノボラック、活性水素当量141
・フィルム形成性樹脂:三菱化学(株)製、jER−YX6954B35、フェノキシ樹脂
・カルボキシル基および/またはフェノール性水酸基を有するフラックス活性化合物:東京化成工業(株)製、フェノールフタリン
・硬化促進剤:四国化成(株)製、2P4MZ
・シランカップリング剤:信越化学工業(株)製、KBM403、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
・ 無機充填材:アドマテクス(株)製、アドマファインSO−E1、合成球状シリカ、平均粒径0.25μm
各実施例および比較例で得られた半導体装置について、130℃、85%RHの環境下で5Vの電圧を印加しながら、隣接バンプ間の絶縁抵抗値を連続測定し、イオンマイグレーションを評価した。各符号は、以下の通りである。
○:500時間後の絶縁抵抗値が1.0E+06以上であった。
△:100時間〜500時間未満で絶縁抵抗値が1.0E+06以下に低下した。
×:0〜100時間未満で絶縁抵抗値が1.0E+06以下に低下した。
各実施例および比較例で得られた半導体装置それぞれ20個ずつについて、−55℃の条件下に30分、125℃の条件下に30分ずつ交互に晒すことを1サイクルとする、温度サイクル試験を500サイクル行い、試験後の半導体装置について、半導体素子と回路基板の接続抵抗値をデジタルマルチメーターで測定し、電気的接続信頼性を評価した。各符号は、以下の通りである。
○:20個すべての半導体装置の接続抵抗値が10Ω未満であった。
△:1個以上4個以下の半導体装置の接続抵抗値が10Ω以上であった。
×:5個以上の半導体装置の接続抵抗値が10Ω以上であった。
11 端子(第1の端子)
111 半田接続部
2 接着剤(接着フィルム)
3 基板
10 半導体装置
Claims (10)
- 半田接合される第1の端子を有する面に接着する接着剤であって、
エポキシ樹脂と、硬化剤と、カルボキシル基および/またはフェノール性水酸基を有するフラックス活性化合物と、を含み、
かつ、前記エポキシ樹脂にグリシジルアミン型エポキシ樹脂を含むことを特徴とする接着剤。 - さらに、フィルム形成性樹脂を含み、フィルム状である請求項1に記載の接着剤。
- 前記第1の端子に半田バンプが設けられている請求項1または2に記載の接着剤。
- 前記エポキシ樹脂における前記グリシジルアミン型エポキシ樹脂の含有量が、10〜100重量%である請求項1ないし3のいずれかに記載の接着剤。
- 前記フィルム形成性樹脂がフェノキシ樹脂またはアクリルゴムである請求項2ないし4のいずれかに記載の接着剤。
- さらに無機充填材を含む請求項1ないし5のいずれかに記載の接着剤。
- 前記第1の端子を有する面と、前記第1の端子に対応する第2の端子を有する面を接着するものである請求項1ないし6のいずれかに記載の接着剤。
- 請求項7に記載の接着剤の硬化物を含むことを特徴とする多層回路基板。
- 請求項7に記載の接着剤の硬化物を含むことを特徴とする半導体用部品。
- 請求項7に記載の接着剤の硬化物を含むことを特徴とする半導体装置。
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