JP2013151589A - 樹脂組成物、半導体装置、多層回路基板および電子部品 - Google Patents

樹脂組成物、半導体装置、多層回路基板および電子部品 Download PDF

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Abstract

【課題】回路部材同士を良好に電気的に接続可能な樹脂組成物を提供すること、および、このような樹脂組成物を用いた半導体装置、多層回路基板および電子部品を提供すること。
【解決手段】本発明の樹脂組成物は、回路部材同士を接着するとともにそれぞれの回路部材が有する回路電極同士を電気的に接続するために用いられ、フラックス機能を有する樹脂組成物であって、エポキシ樹脂と、フラックス活性を有する化合物と、平均粒径0.2μm以下の無機充填材と、を含むことを特徴とする。無機充填材の含有量は、15〜75重量%であるのが好ましい。また、樹脂組成物を用いて膜厚100μmで形成した塗膜に含まれる樹脂組成物成分の硬化反応率が40%以下の状態における当該塗膜の可視光の透過率は、30%以上であることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、樹脂組成物、半導体装置、多層回路基板および電子部品に関する。
近年の電子機器の高機能化および軽薄短小化の要求に伴い、これらの電子機器に使用される半導体パッケージも、従来にも増して、小型化かつ多ピン化が進んできている。これら電子部品の電気的な接続を得るためには、半田接合が用いられている。この半田接合としては、例えば半導体チップ同士の導通接合部、フリップチップで搭載したパッケージのような半導体チップと回路基板間との導通接合部、回路基板同士の導通接合部等が挙げられる。この半田接合部には、電気的な接続強度および機械的な接続強度を確保するために、一般的にアンダーフィル材と呼ばれる封止樹脂が注入されている(アンダーフィル封止)。
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。
このような問題に対して、フラックス機能を有する樹脂組成物を介して、半田接合と接着とを一括で行う方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来の樹脂組成物では、回路部材同士を接合する際に、位置ずれが生じてしまい、接合不良が発生するといった問題があった。
特開2007−107006号公報
本発明の目的は、回路部材同士を良好に電気的に接続可能な樹脂組成物を提供すること、および、このような樹脂組成物を用いた半導体装置、多層回路基板および電子部品を提供することにある。
このような目的は、下記(1)〜(9)に記載の本発明により達成される。
(1) 回路部材同士を接着するとともにそれぞれの回路部材が有する回路電極同士を電気的に接続するために用いられ、フラックス機能を有する樹脂組成物であって、
エポキシ樹脂と、
フラックス活性を有する化合物と、
平均粒径0.2μm以下の無機充填材と、を含むことを特徴とする樹脂組成物。
(2) 前記無機充填材の含有量は、15〜75重量%である上記(1)に記載の樹脂組成物。
(3) 樹脂組成物を用いて膜厚100μmで形成した塗膜に含まれる樹脂組成物成分の硬化反応率が40%以下の状態における当該塗膜の可視光の透過率は、30%以上である上記(1)または(2)に記載の樹脂組成物。
(4) 前記エポキシ樹脂の含有量は、15〜70重量%である上記(1)ないし(3)のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
(5) 前記エポキシ樹脂は、25℃で液状のエポキシ樹脂を含むものである上記(1)ないし(4)のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
(6) 前記フラックス活性を有する化合物は、1分子中に2個のフェノール性水酸基と、少なくとも1個の芳香族に直接結合したカルボキシル基とを含む化合物である上記(1)ないし(5)のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
(7) 上記(1)ないし(6)のいずれか1項に記載の樹脂組成物の硬化物を有することを特徴とする半導体装置。
(8) 上記(1)ないし(6)のいずれか1項に記載の樹脂組成物の硬化物を有することを特徴とする多層回路基板。
(9) 上記(1)ないし(6)のいずれか1項に記載の樹脂組成物の硬化物を有することを特徴とする電子部品。
本発明によれば、回路部材同士を良好に電気的に接続可能な樹脂組成物を提供すること、および、このような樹脂組成物を用いた半導体装置、多層回路基板および電子部品を提供することができる。
半導体装置の製造方法の一例を示す断面図である。 多層回路基板の製造方法の一例を示す断面図である。
以下、本発明について詳細に説明する。
《樹脂組成物》
まず、本発明の樹脂組成物について説明する。
本発明の樹脂組成物は、例えば、基板、半導体チップ、半導体パッケージ等の半田接合が考えられる回路部材同士を電気的に接続する際に用いられるものである。また、本発明の樹脂組成物は、フラックス機能を有している。なお、本明細書中において、回路部材とは、例えば、配線回路が形成された、半導体ウエハ、リジット基板、フレキシブル基板、リジットフレキシブル基板等のことをいう。
本発明の樹脂組成物は、フラックス機能を有するものであり、エポキシ樹脂と、フラックス活性を有する化合物と、平均粒径0.2μm以下の無機充填材とを含んでいる。
ところで、従来の樹脂組成物では、回路部材同士を接合する際に、回路部材同士の間に付与した樹脂組成物によって、回路部材の接合位置が十分に視認することができず、位置ずれが生じてしまい、接合不良が発生するといった問題があった。
これに対して、本発明のように、無機充填材として平均粒径0.2μm以下のものを用いることにより、本発明の樹脂組成物を回路部材に付与した際の回路部材の接合箇所の視認性が向上し、位置合わせが容易になるとともに、フラックス機能により、回路部材同士を良好に電気的に接続することができる。
また、樹脂組成物を用いて膜厚100μmで形成した塗膜に含まれる樹脂組成物成分の硬化反応率が40%以下の状態における当該塗膜の可視光の透過率は、30%以上であるのが好ましく、40%以上であるのがより好ましい。これにより、樹脂組成物を回路部材に付与した際の回路部材の接合箇所の視認性がさらに良好なものとなり、位置合わせがさらに容易になるとともに、フラックス機能により、回路部材同士を良好に電気的に接続することができる。
以下、各成分について詳細に説明する。
[エポキシ樹脂]
本発明の樹脂組成物には、エポキシ樹脂が含まれている。エポキシ樹脂を含むことにより、硬化後の樹脂組成物の耐熱性を優れたものとすることができる。エポキシ樹脂としては、1分子中にエポキシ基が2個以上であるものを使用することができる。
具体的には、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、クレゾールナフトール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ナフタレン骨格型エポキシ樹脂等、ジアリルビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールAジグリシジルエーテル型エポキシ、ビスフェノールFジグリシジルエーテル型エポキシ、ビスフェノールSジグリシジルエーテル型エポキシ、o−アリルビスフェノールA型ジグリシジルエーテル、3,3',5,5'−テトラメチル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、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、1,6−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、フェノールノボラック型エポキシ、臭素型クレゾールノボラック型エポキシ、ビスフェノールDジグリシジルエーテル型エポキシ,1,6ナフタレンジオールのグリシジルエーテル、アミノフェノール類のトリグリシジルエーテルなどのエポキシ樹脂が挙げられる。これらは単独で用いても複数組み合わせて用いても良い。また、信頼性の優れたプリアプライド用封止樹脂組成物を得るために、エポキシ樹脂の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。
エポキシ樹脂は、25℃で液状のものを含んでいるのが好ましい。これにより、樹脂組成物の回路部材間への付与性を向上させることができる。また、回路部材同士を接合する際に、回路部材上の複数の配線回路等によって生じる凹凸(ギャップ)をより効果的に埋め込むことができる。また、樹脂組成物をフィルム状にした場合、フィルムに柔軟性および屈曲性を付与することができるため、ハンドリング性に優れたフィルムを得ることができる。また、回路部材同士の電気的接続をより良好なものとすることができる。25℃において液状のエポキシ樹脂の具体例としては、ビスフェノールAジグリシジルエーテル型エポキシ、ビスフェノールFジグリシジルエーテル型エポキシ、ビスフェノールSジグリシジルエーテル型エポキシ、o−アリルビスフェノールA型ジグリシジルエーテル、3,3’,5,5’−テトラメチル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、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、1,6−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、フェノールノボラック型エポキシ、臭素型クレゾールノボラック型エポキシ、ビスフェノールDジグリシジルエーテル型エポキシ、1,6ナフタレンジオールのグリシジルエーテル、アミノフェノール類のトリグリシジルエーテル、エポキシ基を分子内に一つ有するモノエポキシ化合物等が挙げられる。
前記エポキシ樹脂としては、例えば、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、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの中でも、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂を用いるのが好ましい。これにより、回路部材同士を接合する際にさらに容易に位置合わせを行うことができるとともに、樹脂組成物の、回路部材に対する密着性、さらに、樹脂組成物の硬化後の機械特性を優れたものとすることができる。
また、25℃で液状であるエポキシ樹脂としては、より好ましくは、25℃における粘度が、500〜50,000mPa・sであるもの、さらに好ましくは、800〜40,000mPa・sであるものが挙げられる。25℃における粘度を上記下限値以上とすることで、硬化後の機械特性が十分に得られない場合がある。また、25℃における粘度を上記上限値以下とすることで、回路部材上の複数の配線回路等によって生じる凹凸(ギャップ)を十分に埋め込むことが困難となる場合がある。
また、20℃における屈折率が1.6以下であるエポキシ樹脂が含まれているのが好ましく、1.45〜1.55であるエポキシ樹脂が含まれているのがより好ましい。これにより、回路部材同士を接合する際により容易に位置合わせを行うことができる。
樹脂組成物中におけるエポキシ樹脂の含有量は、特に限定されないが、15〜75重量%であるのが好ましく、25〜45重量%であるのがより好ましい。これにより、回路部材の接合箇所をより視認しやすくなり、位置合わせを容易に行うことができるととに、硬化後の機械特性を特に優れたものとすることができる。
[フラックス活性を有する化合物]
本発明の樹脂組成物は、フラックス活性を有する化合物(以下、フラックス活性化合物とも記載する。)を含むことにより、回路部材の端子の半田表面の酸化膜を除去すること、回路部材同士を確実に半田接合することができるため、接続信頼性の高い多層回路基板、電子部品、半導体装置等を得ることができる。
フラックス活性化合物としては、半田表面の酸化膜を除去する働きがあれば、特に限定されるものではないが、カルボキシル基またはフェノール性水酸基のいずれか、あるいは、カルボキシル基およびフェノール水酸基の両方を備える化合物が好ましい。
フラックス活性化合物の配合量は、1〜30重量%であるのが好ましく、3〜20重量%であるのがより好ましい。フラックス活性化合物の配合量が、上記範囲であることにより、フラックス活性を向上させることができるとともに、樹脂組成物を硬化した際に、未反応のエポキシ樹脂やフラックス活性化合物が残存するのを防止することができ、耐マイグレーション性を向上することができる。
また、エポキシ樹脂の硬化剤として作用する化合物の中には、フラックス活性を有する化合物が存在する(以下、このような化合物を、フラックス活性を有する硬化剤とも記載する。)。例えば、エポキシ樹脂の硬化剤として作用する、脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸等は、フラックス作用も有している。本発明では、このような、フラックスとしても作用し、エポキシ樹脂の硬化剤としても作用するようなフラックス活性を有する硬化剤を、好適に用いることができる。
なお、カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物とは、分子中にカルボキシル基が1つ以上存在するものをいい、液状であっても固体であってもよい。また、フェノール性水酸基を備えるフラックス活性化合物とは、分子中にフェノール性水酸基が1つ以上存在するものをいい、液状であっても固体であってもよい。また、カルボキシル基およびフェノール性水酸基を備えるフラックス活性化合物とは、分子中にカルボキシル基およびフェノール性水酸基がそれぞれ1つ以上存在するものをいい、液状であっても固体であってもよい。
これらのうち、カルボキシル基を備え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。
前記カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る脂肪族酸無水物としては、無水コハク酸、ポリアジピン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物、ポリセバシン酸無水物等が挙げられる。
前記カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る脂環式酸無水物としては、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、無水メチルハイミック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラ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等が挙げられる。
前記カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る芳香族酸無水物としては、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールビストリメリテート、グリセロールトリストリメリテート等が挙げられる。
前記カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る脂肪族カルボン酸としては、例えば、下記一般式(2)で示される化合物や、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。
HOOC−(CH−COOH (2)
(式(2)中、nは、1以上20以下の整数を表す。)
前記カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物に係る芳香族カルボン酸としては、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ヘミメリット酸、トリメリット酸、トリメシン酸、メロファン酸、プレーニト酸、ピロメリット酸、メリット酸、キシリル酸、ヘメリト酸、メシチレン酸、プレーニチル酸、トルイル酸、ケイ皮酸、サリチル酸、2,3−ジヒドロキシ安息香酸、2,4−ジヒドロキシ安息香酸、ゲンチジン酸(2,5−ジヒドロキシ安息香酸)、2,6−ジヒドロキシ安息香酸、3,5−ジヒドロキシ安息香酸、浸食子酸(3,4,5−トリヒドロキシ安息香酸)、1,4−ジヒドロキシ−2−ナフトエ酸、3,5−ジヒドロキシ−2−ナフトエ酸等のナフトエ酸誘導体、フェノールフタリン、ジフェノール酸等が挙げられる。
これらの前記カルボキシル基を備えるフラックス活性化合物のうち、フラックス活性化合物が有する活性度、樹脂組成物の硬化時におけるアウトガスの発生量、および硬化後の樹脂組成物の弾性率やガラス転移温度等のバランスが良い点で、前記一般式(2)で示される化合物が好ましい。そして、前記一般式(1)で示される化合物のうち、式(2)中のnが3〜10である化合物が、硬化後の樹脂組成物における弾性率が増加するのを抑制することができるとともに、半導体チップ、基板等の回路部材同士の接着性を向上させることができる点で、特に好ましい。
前記一般式(2)で示される化合物のうち、式(2)中のnが3〜10である化合物としては、例えば、n=3のグルタル酸(HOOC−(CH−COOH)、n=4のアジピン酸(HOOC−(CH−COOH)、n=5のピメリン酸(HOOC−(CH−COOH)、n=8のセバシン酸(HOOC−(CH−COOH)およびn=10のHOOC−(CH10−COOH−等が挙げられる。
前記フェノール性水酸基を備え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、具体的には、例えば、フェノール、o−クレゾール、2,6−キシレノール、p−クレゾール、m−クレゾール、o−エチルフェノール、2,4−キシレノール、2,5キシレノール、m−エチルフェノール、2,3−キシレノール、メジトール、3,5−キシレノール、p−ターシャリブチルフェノール、カテコール、p−ターシャリアミルフェノール、レゾルシノール、p−オクチルフェノール、p−フェニルフェノール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAF、ビフェノール、ジアリルビスフェノールF、ジアリルビスフェノールA、トリスフェノール、テトラキスフェノール等のフェノール性水酸基を含有するモノマー類等が挙げられる。
上述したようなカルボキシル基またはフェノール水酸基のいずれか、あるいは、カルボキシル基およびフェノール水酸基の両方を備える化合物は、エポキシ樹脂との反応で三次元的に取り込まれる。
そのため、硬化後のエポキシ樹脂の三次元的なネットワークの形成を向上させるという観点からは、フラックス活性化合物としては、フラックス作用を有し且つエポキシ樹脂の硬化剤として作用するフラックス活性を有する硬化剤を用いるのが好ましい。フラックス活性を有する硬化剤としては、例えば、1分子中に、エポキシ樹脂に付加することができる2つ以上のフェノール性水酸基と、フラックス作用(還元作用)を示す芳香族に直接結合した1つ以上のカルボキシル基とを備える化合物が挙げられる。このようなフラックス活性を有する硬化剤としては、2,3−ジヒドロキシ安息香酸、2,4−ジヒドロキシ安息香酸、ゲンチジン酸(2,5−ジヒドロキシ安息香酸)、2,6−ジヒドロキシ安息香酸、3,4−ジヒドロキシ安息香酸、没食子酸(3,4,5−トリヒドロキシ安息香酸)等の安息香酸誘導体;1,4−ジヒドロキシ−2−ナフトエ酸、3,5−ジヒドロキシ−2−ナフトエ酸、3,7−ジヒドロキシ−2−ナフトエ酸等のナフトエ酸誘導体;フェノールフタリン;およびジフェノール酸等が挙げられ、これらは1種単独または2種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、半田表面の酸化膜を除去する効果とエポキシ樹脂との反応性に優れる、2,3−ジヒドロキシ安息香酸、ゲンチジン酸、フェノールフタリンを用いるのが好ましい。
また、樹脂組成物中、フラックス活性を有する硬化剤の配合量は、1〜30重量%が好ましく、3〜20重量%が特に好ましい。樹脂組成物中のフラックス活性を有する硬化剤の配合量が、上記範囲であることにより、樹脂組成物のフラックス活性を向上させることができるとともに、樹脂組成物中に、エポキシ樹脂と未反応のフラックス活性を有する硬化剤が残存するのが防止される。なお、未反応のフラックス活性を有する硬化剤が残存すると、マイグレーションが発生する。
エポキシ樹脂とフラックス活性化合物との配合比は、特に限定されないが、(エポキシ樹脂/フラックス活性化合物)が0.5〜12.0であることが好ましく、2.0〜10.0であることが特に好ましい。(エポキシ樹脂/フラックス活性化合物)を上記下限値以上とすることで、樹脂組成物を硬化させる際に、未反応のフラックス活性化合物を低減することができるため、耐マイグレーション性を向上することができる。また、上記上限値以下とすることで、樹脂組成物を硬化させる際に、未反応のエポキシ樹脂を低減することができるため、耐マイグレーション性を向上することができる。
[無機充填材]
本発明の樹脂組成物は、無機充填材を含んでいる。これにより、硬化後の樹脂組成物の線膨張係数を低下することができ、それによって信頼性を向上することができる。
また、本発明の樹脂組成物中に含まれる無機充填材は、平均粒径が0.2μm以下のものである。このようなサイズの無機充填材を含むことにより、樹脂組成物を光が透過する際に、可視光の透過を無機充填材が阻害するのを低減することができ、その結果、樹脂組成物を回路部材に付与した際の回路部材の接合箇所の視認性がさらに良好なものとなり、位置合わせがさらに容易になるとともに、フラックス機能により、回路部材同士を良好に電気的に接続することができる。
無機充填材としては、上記条件を満足するものであれば、特に限定されず、例えば、銀、酸化チタン、シリカ、マイカ等を挙げることができる。これらの中でもシリカを用いるのが好ましい。これにより、樹脂組成物を回路部材に付与した際の回路部材の接合箇所の視認性を良好なものとしつつ、硬化後の樹脂組成物の熱特性に優れたものとすることができる。
また、シリカフィラーの形状としては、破砕シリカと球状シリカがあるが、球状シリカが好ましい。
前記無機充填材の平均粒径は、特に限定されないが、0.2μm以下であるのが好ましく、0.01〜0.2μmであるのがより好ましく、0.1〜0.2μmであるのがさらに好ましい。上記範囲とすることで、樹脂組成物を回路部材に付与した際の回路部材の接合箇所の視認性を良好なものとしつつ、回路部材同士の接合時の樹脂組成物の低粘度化が図れ、接合を良好に行うことができる。また、樹脂組成物内でフィラーの凝集を抑制し、外観を向上させることができる。
前記無機充填材の含有量は、特に限定されないが、樹脂組成物全体に対して15〜70重量%であるのが好ましく、20〜70重量%であるのがより好ましい。これにより、樹脂組成物を回路部材に付与した際の回路部材の接合箇所の視認性を良好なものとしつつ、硬化後の樹脂組成物の熱特性に優れたものとすることができる。また、上記範囲とすることで、硬化後の樹脂組成物と回路部材との間の線膨張係数差が小さくなり、熱衝撃の際に発生する応力を低減させることができるため、回路部材の剥離をさらに確実に抑制することができる。さらに、硬化後の樹脂組成物の弾性率が高くなりすぎるのを抑制することができるため、半導体装置の信頼性が上昇する。
[その他の成分]
また、本発明の樹脂組成物は、上記以外の成分を含んでいてもよい。
例えば、本発明の樹脂組成物は、重量平均分子量が300〜1500であるフェノール系硬化剤を含んでいてもよい。これにより、樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度を高めること、および、アウトガスとなるフェノール系ノボラック樹脂の量を低減することができ、さらに、耐イオンマイグレーション性を向上させることが可能となる。また、樹脂組成物に適度な柔軟性を付与することができる。また、回路部材同士の電気的接続をより良好なものとすることができる。
前記フェノール系硬化剤としては、特に限定されず、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールA型ノボラック樹脂、ビスフェノールF型ノボラック樹脂、ビスフェノールAF型ノボラック樹脂等が挙げられる。中でも、上述したような関係をより容易に満足させることができるとともに、また、接着フィルム1の硬化物のガラス転移温度を効果的に高めることができ、アウトガスとなるフェノール系ノボラック樹脂の量を低減することができる、フェノールノボラッック樹脂、クレゾールノボラック樹脂を用いるのが好ましい。
樹脂組成物中における前記フェノール系硬化剤の含有量は、特に限定されるわけではないが、3〜30重量%であるのが好ましく、5〜25重量%であるのがより好ましい。フェノール系硬化剤の含有量を上記範囲とすることで、樹脂組成物によって、回路部材上の複数の配線回路等によって生じる凹凸(ギャップ)をより効果的に埋め込むことができる。また、樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度を効果的に高めること、さらに、アウトガスとなるフェノール系ノボラック樹脂の量を効果的に低減することを両立することができる。
前記フェノール系硬化剤中の1核体から3核体の合計の含有量が30%より小さい(4核体以上の合計の含有量が70%以上)場合、エポキシ樹脂との反応性が低下し、樹脂組成物の硬化物中に未反応のフェノール系ノボラック樹脂が残留するため、耐マイグレーション性が低下してしまう場合がある。また、前記化合物(A)中の1核体から3核体の合計の含有量が70%より大きい(4核体以上の合計の含有量が30%以下)場合、樹脂組成物(接着フィルム1)を硬化させる際のアウトガス量が増大し、半導体チップ、基板等の回路部材の表面を汚染してしまったり、耐マイグレーション性が低下してしまったりといった問題が生じる場合がある。
前記フェノール系硬化剤中の2核体と3核体の合計の含有量は、特に限定されないが、30〜70%であるのが好ましい。これにより、樹脂組成物を硬化させる際のアウトガス量が増大し、半導体チップ、回路基板等の回路部材の表面を汚染してしまうことをより効果的に防止することができる。
前記フェノール系硬化剤中の1核体の含有量は、特に限定されないが、1%以下であることが好ましく、0.8%以下であることが特に好ましい。前記1核体の含有量を、上記範囲とすることで、樹脂組成物を硬化する際のアウトガス量を低減することができ、半導体チップ、回路基板等の回路部材の汚染を抑制することができ、さらに、耐マイグレーション性を向上することができる。
前記フェノール系硬化剤の重量平均分子量は、特に限定されないが、300〜1,500であることが好ましく、400〜1400であることが特に好ましい。これにより、樹脂組成物を硬化させる際のアウトガス量が増大し、半導体チップ、回路基板等の回路部材の表面を汚染してしまうことをより効果的に防止することができる。ここで、重量平均分子量は、GPC(ゲル浸透クロマトグラム)により測定することができる。
また、樹脂組成物は、硬化促進剤をさらに含んでもよい。硬化促進剤は硬化性樹脂の種類等に応じて適宜選択することができる。硬化促進剤としては、例えば融点が150℃以上のイミダゾール化合物を使用することができる。使用される硬化促進剤の融点が150℃以上であると、樹脂組成物の硬化が完了する前に、半田バンプを構成する半田成分が半導体チップに設けられた内部電極表面に移動することができ、内部電極間の電気的接続を良好なものとすることができる。融点が150℃以上のイミダゾール化合物としては、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルヒドロキシイミダゾール、2−フェニル−4−メチルヒドロキシイミダゾール等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
樹脂組成物中の前記硬化促進剤の含有量は、特に限定されないが、0.005〜10重量%であるのが好ましく、0.01〜5重量%であるのがより好ましい。これにより、硬化促進剤としての機能を更に効果的に発揮させて、樹脂組成物の硬化性を向上させることができるとともに、半田バンプを構成する半田成分の溶融温度における樹脂の溶融粘度が高くなりすぎず、良好な半田接合構造が得られる。また、樹脂組成物の保存性を更に向上させることができる。
これらの硬化促進剤は、1種で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
また、本発明の樹脂組成物は、シランカップリング剤を更に含んでもよい。シランカップリング剤を含むことにより、半導体チップ、基板等の回路部材に対する樹脂組成物の密着性を高めることができる。シランカップリング剤としては、例えば、エポキシシランカップリング剤、芳香族含有アミノシランカップリング剤等が使用できる。これらは1種で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。シランカップリング剤の配合量は、適宜選択すればよいが、前記樹脂組成物全体に対して、好ましくは0.01〜10重量%であり、より好ましくは0.05〜5重量%であり、更に好ましくは0.1〜2重量%である。
また、本発明の樹脂組成物を接着フィルムとして用いる場合、本発明の樹脂組成物は、成膜性樹脂を含んでいてもよい。
成膜性樹脂としては、例えば、(メタ)アクリル系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、シロキサン変性ポリイミド樹脂、ポリブタジエン、ポリプロピレン、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体、ポリアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ポリアミド樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−アクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリ酢酸ビニル、ナイロン等を挙げることができる。これらは、1種で用いても、2種以上を併用してもよい。中でも、(D)成膜性樹脂としては、(メタ)アクリル系樹脂、フェノキシ樹脂およびポリイミド樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を用いるのが好ましい。
成膜性樹脂の重量平均分子量は、特に限定されないが、1万以上が好ましく、より好ましくは2万〜100万、更に好ましくは3万〜90万である。重量平均分子量が前記範囲であると、樹脂組成物の成膜性をより向上させることができる。
樹脂組成物を接着フィルムとして用いる場合、成膜性樹脂の含有量は、特に限定されないが、樹脂組成物中の10〜50重量%であるのが好ましく、15〜40重量%であるのがより好ましく、20〜35重量%がさらに好ましい。含有量が前記範囲内であると、樹脂組成物の流動性を抑制することができ、接着フィルムの取り扱いが容易になる。
樹脂組成物を接着フィルムとして用いる場合、接着フィルムの厚さは、特に限定されないが、1〜300μmであることが好ましく、5〜200μmであることがより好ましい。厚さが前記範囲内であると、回路部材同士の間隙に樹脂成分を十分に充填することができ、樹脂成分の硬化後の機械的接着強度を確保することができる。
なお、樹脂組成物がフィルム状である場合、25℃においてフィルム状であるのが好ましい。これにより、フィルムの取り扱い性が向上する。
《半導体装置の製造方法および半導体装置》
次に、本発明の樹脂組成物を用いた半導体装置の製造方法および半導体装置について説明する。
図1は、半導体装置の製造方法の一例を示す断面図である。
図1に示すように、基材41、配線回路42、絶縁部43、パッド部44を有する回路基板4(回路部材)を用意する(図1(a))。
回路基板4の配線回路42の平均厚さは、1〜30μmであるのが好ましく、5〜20μmであるのがより好ましい。これにより、樹脂組成物1によって、回路基板4上の複数の配線回路42によって生じる凹凸(ギャップ)をより確実に埋め込むことができる。
また、隣接する配線回路42の中心間距離は、1〜500μmであるのが好ましく、5〜300μmであるのがより好ましい。これにより、樹脂組成物1によって、回路基板4と半導体チップ5(他の回路部材)との間に生じる凹凸(ギャップ)を確実に埋め込むことができる。
一方、複数の半田バンプ51を備えた半導体ウエハーを用意する。
この半導体ウエハーの半田バンプ51が設けられた面の全面を覆うように、樹脂組成物1(本発明の樹脂組成物)を付与する。ウエハー上に塗布する方法としては、メタルマスクやメッシュマスクを用いた印刷法、スピンコート法、またはリリースフィルム上にシート化したものを貼り付ける方法等を用いることができる。
次に樹脂組成物からなる塗布膜付き半導体ウエハーを、ダイシングにより個片化し、半導体チップ5(他の回路部材)を得る。当該工程においては、一般的なダイシング装置を使用し、乾式又は湿式ダイシングを行うことによって個片化することが可能である。
次に、半導体チップ5の半田バンプ51と、回路基板4のパッド部44とを位置合わせしながら(図1(b))、半導体チップ5と回路基板4とを樹脂組成物1を介して仮圧着し、回路基板4上に半導体チップ5を固定する(図1(c))。なお、樹脂組成物1は本発明の樹脂組成物であることから、位置合わせを容易に行うことができる。
仮圧着する方法としては、特に限定されないが、圧着機、フリップチップボンダー等を用い行うことができる。仮圧着する条件は、特に限定されないが、温度は60〜200℃が好ましく、80〜180℃が特に好ましい。また、時間は0.1〜60秒が好ましく、1〜60秒が特に好ましい。さらに、圧力は0.1〜2.0MPaが好ましく、0.3〜1.5MPaが特に好ましい。これにより、半導体チップ5を回路基板4に確実に仮圧着することができる。
次に、半田バンプ51を溶融してパッド部44と半田接合する半田接続部511を形成する(図1(d))。
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Sn3.5Agの場合、温度は220〜260℃が好ましく、230〜250℃が特に好ましい。また、時間は5〜500秒が好ましく、10〜100秒が特に好ましい。さらに、圧力は0.1〜2.0MPaが好ましく、0.3〜1.5MPaが特に好ましい。半田接続する条件は、使用する半田により、適宜選択することができる。
この半田接合は、半田バンプ51が溶融した後に、樹脂組成物1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、半田バンプ51を溶融させるが、樹脂組成物1の硬化反応があまり進行しないような条件で実施することが好ましい。これにより、半田接続する際の半田接続部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。
次に、樹脂組成物1を加熱して硬化させる。硬化させる条件は、特に限定されないが、温度は130〜220℃が好ましく、140〜160℃が特に好ましい。また、時間は30〜500分が好ましく、60〜180分が特に好ましい。さらに、加圧雰囲気下で接着フィルム1を硬化させてもよい。加圧方法としては、特に限定されないが、オーブン中に窒素、アルゴン等の加圧流体を導入することにより行うことができる。前記加圧力は、0.1〜10MPaが好ましく、0.5〜5MPaが特に好ましい。これにより、樹脂組成物1中のボイドを低減することができる。
次に、マザーボードに半導体装置を実装するためのバンプ45を形成する(図1(e))。バンプ45は導電性を有する金属材料であれば、特に制限されないが、導電性と応力緩和性に優れる半田が好ましい。また、バンプ45の形成方法は、特に制限されないが、フラックスを利用して半田ボールを接続することにより形成することができる。
このようにして、図1(e)に示すような、回路基板4と半導体チップ5とが樹脂組成物の硬化物1’で接着された半導体装置10を得ることができる。半導体装置10は、上述したような樹脂組成物1の硬化物1’で接着されているので電気的接続信頼性に優れている。
なお、上記説明では、半導体ウエハーに本発明の樹脂組成物を付与する場合について説明したが、これに限定されず、回路基板4上に付与してもよいし、半導体ウエハーおよび回路基板4の双方に付与してもよい。
《多層回路基板の製造方法および多層回路基板》
次に、本発明の樹脂組成物を用いた多層回路基板の製造方法および多層回路基板について説明する。
図2は、多層回路基板の製造方法の一例を示す断面図である。
まず、基材61、配線回路62、絶縁部63、パッド部64を有する回路基板6(回路部材)を用意する(図2(a))。
一方、基材71、配線回路72、絶縁部73、半田バンプ75、パッド部74を有する回路基板7(他の回路部材)を用意し、回路基板7全面を覆うように、樹脂組成物1を上記と同様にして付与した後(図2(b))、上記回路基板6のパッド部64と、回路基板7の半田バンプ75とを位置合わせしながら、回路基板6と回路基板7とを上記と同様の条件にて仮圧着する(図2(c))。
次に、上述した半田接合の条件と同様の条件で、半田バンプ75を溶融して各パッド部64と半田接合する半田接合部711を形成する(図2(d))。
その後、上述した樹脂組成物1の硬化条件と同様の条件で、樹脂組成物1を硬化させ、図2(e)に示すような、回路基板6、回路基板7とが樹脂組成物1の硬化物1’で接着された多層回路基板100を得ることができる。多層回路基板100は、上述したような樹脂組成物1の硬化物1’で接着されているので電気的接続信頼性に優れている。
本実施形態では、回路基板を2層積層する実施形態について記載したが、積層する基板の数は3層以上でも構わない。
また、上記同様の方法により、半導体チップと半導体チップとを樹脂組成物1の硬化物1’で接着されている電子部品を得ることができる。
以上、本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、半導体装置、多層回路基板、電子部品の製造方法は、上記方法に限定されない。
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
各実施例および各比較例の樹脂組成物を、それぞれ、以下のようにして製造した。
(実施例1)
エポキシ樹脂としてビスフェノールF型エポキシ樹脂(商品名:EXA−830LVP、DIC社製、エポキシ当量165)25重量部、ビフェニル型エポキシ樹脂(商品名:NC−3000、日本化薬社製、エポキシ当量272)75重量部、溶剤としてエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート(東京化成工業製、沸点192℃)40重量部、という配合量になるように事前に予備混合させた。この予備混合物に、硬化剤としてゲンチジン酸(融点202℃)30重量部、カップリング剤として第2級アミン系シランカップリング剤(N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、商品名:KBM−573、信越化学工業社製)1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(商品名:2P4MZ、四国化成工業社製)0.1重量部、フィラーとしてシリカ(商品名:サンシール、株式会社トクヤマ製、平均粒径0.15μm)200重量部を秤量して加え、3本ロールにて分散混練し、真空下脱泡処理をして樹脂組成物を得た。
(実施例2)
フィラーとしてシリカ(商品名:サンシール、株式会社トクヤマ製、平均粒径0.1μm)を使用した以外は、前記実施例1と同様にして樹脂組成物を製造した。
(実施例3)
フィラーとしてシリカ(商品名:サンシール、株式会社トクヤマ製、平均粒径0.2μm)を使用した以外は、前記実施例1と同様にして樹脂組成物を製造した。
(実施例4)
エポキシ樹脂としてビスフェノールF型エポキシ樹脂(商品名:EXA−830LVP、DIC社製、エポキシ当量165)25重量部、ビフェニル型エポキシ樹脂(商品名:NC−3000、日本化薬社製、エポキシ当量272)75重量部、溶剤としてエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート(東京化成工業製、沸点192℃)20重量部、という配合量になるように事前に予備混合させた。この予備混合物に、硬化剤としてゲンチジン酸(融点202℃)30重量部、カップリング剤として第2級アミン系シランカップリング剤(N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、商品名:KBM−573、信越化学工業社製)1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(商品名:2P4MZ、四国化成工業社製)0.1重量部、フィラーとしてシリカ(商品名:サンシール、株式会社トクヤマ製、平均粒径0.15μm)90重量部を秤量して加え、3本ロールにて分散混練し、真空下脱泡処理をして樹脂組成物を得た。
(実施例5)
エポキシ樹脂としてビスフェノールF型エポキシ樹脂(商品名:EXA−830LVP、DIC社製、エポキシ当量165)50重量部、ビフェニル型エポキシ樹脂(商品名:NC−3000、日本化薬社製、エポキシ当量272)50重量部、溶剤としてエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート(東京化成工業製、沸点192℃)50重量部、という配合量になるように事前に予備混合させた。この予備混合物に、硬化剤としてゲンチジン酸(融点202℃)25重量部、カップリング剤として第2級アミン系シランカップリング剤(N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、商品名:KBM−573、信越化学工業社製)1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(商品名:2P4MZ、四国化成工業社製)0.1重量部、フィラーとしてシリカ(商品名:サンシール、株式会社トクヤマ製、平均粒径0.15μm)300重量部を秤量して加え、3本ロールにて分散混練し、真空下脱泡処理をして樹脂組成物を得た。
(比較例1)
フィラーとしてシリカ(商品名:SO−E2、株式会社アドマテックス製、平均粒径0.5μm)を使用した以外は、前記実施例1と同様にして樹脂組成物を製造した。
(比較例2)
フィラーとしてシリカ(商品名:SO−E3、株式会社アドマテックス製、平均粒径1μm)を使用した以外は、前記実施例1と同様にして樹脂組成物を製造した。
(比較例3)
フィラーとしてシリカ(商品名:サンシール、株式会社トクヤマ製、平均粒径0.3μm)を使用した以外は、前記実施例1と同様にして樹脂組成物を製造した。
各実施例および比較例の樹脂組成物の組成を表1に示した。また、樹脂組成物を用いて膜厚100μmで形成した塗膜に含まれる樹脂組成物成分の硬化反応率が40%以下の状態における当該塗膜の可視光の透過率を合わせて示した。
Figure 2013151589
[2]加熱前後のフラックス活性の評価
[2.1]加熱前のフラックス活性の評価
上記各実施例および比較例の樹脂組成物を、Cu板小片(平井精密工業社製)におよそ50℃で貼り付けた。接着フィルムの上にφ500μmの半田ボール(Sn−3Ag−0.5Cu、千住金属工業社製)を5つ載せ、圧着装置(筑波メカニクス社製)を用い、50N、80℃で7秒圧着した。その後Cu板小片を230度のホットプレートの上に10秒のせた。顕微鏡を用い、半田ボールの高さXを計測した。半田濡れ広がり率=(0.5−X/0.5)×100として値を算出し、以下の判断基準に従い評価した。
◎ :半田濡れ広がり率が60%以上である。
○ :半田濡れ広がり率が40%以上60%未満である。
△ :半田濡れ広がり率が20%以上40%未満である。
× :半田濡れ広がり率が20%よりも小さい。
[2.2]加熱後のフラックス活性の評価
上記各実施例および比較例の接着フィルムをオーブン(ESPEC DESK−TOP TYPE HI−TEMP CHAMBER ST−120)を用いて指定の温度、時間の熱処理を行った。その後、上記と同様にしてサンプルの作成を行い、半田濡れ広がり率を算出し、上記と同様にして評価した。
この結果を、表1に示した。
[3]半導体装置の製造
上記各実施例および各比較例で得られた樹脂組成物を、25℃の温度条件下、半導体バンプを有する半導体ウエハー(厚さ0.3mm、サイズ6インチ)上に滴下し、スピンコーターを用いて、塗布膜を作成した。次いで、90℃に設定したオーブンに90分入れ、加熱乾燥させ、厚さ100μmの樹脂組成物の層を形成した。
次に、Disco社製ダイシング装置を使用し、湿式ダイシングを行い、10mm角チップ(半導体チップ)に個片化した。
一方、複数の配線回路とパッド部とを有する回路基板(サイズ20mm×20mm、配線回路の平均厚さ12μm、隣接する配線回路の間隔50μm)を用意した。
次に、上記樹脂組成物が塗付された半田バンプを有する上記半導体チップを、上記回路基板のパッド部と、半田バンプとを目視にて位置あわせを行い、130℃15秒間、5kgf/chipの圧力でチップを仮搭載させた後、半田を溶融させるために250℃5秒間加熱することによりフリップチップ接合及び樹脂封止を行った。接続後のフリップチップは150℃120分にて後硬化させ、半導体チップと、回路基板とが樹脂組成物の硬化物で接着された半導体装置を得た。
[4]接続信頼性
各実施例および各比較例の樹脂組成物を用いて得られた半導体装置それぞれ20個ずつ(各貼り付け温度毎)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100サイクル行い、試験後の半導体装置について、半導体チップ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、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以下であった。
× :1個以上の半導体装置の接続抵抗値が10Ω以上であった。
この結果を、表1に合わせて示した。
表1から明らかなように、本発明に係る樹脂組成物は、加熱によってフラックス機能が損なわれず、良好なフラックス活性を示すものであった。また、本発明に係る樹脂組成物を用いて製造された半導体装置は接続信頼性が特に高いものであった。これに対して、比較例では、半導体チップと回路基板との位置合わせがうまくいかず、満足行く結果が得られなかった。
1 樹脂組成物
1’ 硬化物
4 回路基板
41 基材
42 配線回路
43 絶縁部
44 パッド部
45 バンプ
5 半導体チップ
51 半田バンプ
511 半田接続部
6 回路基板
61 基材
62 配線回路
63 絶縁部
64 パッド部
7 基板
71 基材
72 配線回路
73 絶縁部
74 パッド部
75 半田バンプ
711 半田接合部
10 半導体装置
100 多層回路基板

Claims (9)

  1. 回路部材同士を接着するとともにそれぞれの回路部材が有する回路電極同士を電気的に接続するために用いられ、フラックス機能を有する樹脂組成物であって、
    エポキシ樹脂と、
    フラックス活性を有する化合物と、
    平均粒径0.2μm以下の無機充填材と、を含むことを特徴とする樹脂組成物。
  2. 前記無機充填材の含有量は、15〜75重量%である請求項1に記載の樹脂組成物。
  3. 樹脂組成物を用いて膜厚100μmで形成した塗膜に含まれる樹脂組成物成分の硬化反応率が40%以下の状態における当該塗膜の可視光の透過率は、30%以上である請求項1または2に記載の樹脂組成物。
  4. 前記エポキシ樹脂の含有量は、15〜70重量%である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  5. 前記エポキシ樹脂は、25℃で液状のエポキシ樹脂を含むものである請求項1ないし4のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  6. 前記フラックス活性を有する化合物は、1分子中に2個のフェノール性水酸基と、少なくとも1個の芳香族に直接結合したカルボキシル基とを含む化合物である請求項1ないし5のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  7. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の樹脂組成物の硬化物を有することを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の樹脂組成物の硬化物を有することを特徴とする多層回路基板。
  9. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の樹脂組成物の硬化物を有することを特徴とする電子部品。
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