JP2015078303A - 樹脂組成物、先供給型半導体封止剤および半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】先供給型プロセス用の非エポキシ系樹脂組成物を提供する。【解決手段】樹脂組成物は、（Ａ）ＥＯ変性ビスフェノールＡジメタクリレートと、（Ｂ）トリシクロデカンジメタノールジアクリレートと、（Ｃ）ブタジエンと無水マレインの酸共重合体と、（Ｄ）有機過酸化物と、（Ｅ）シリカフィラーとを含む。【選択図】なし

Description

本発明は、樹脂組成物、先供給型半導体封止剤および半導体装置に関する。

半導体チップ（半導体素子）を基板（またはパッケージ）に実装する手法の一つにフリップチップ実装がある。フリップチップ実装は、半導体チップと基板とをバンプ（はんだボール）を用いて電気的に接続する技術である。バンプの周辺を補強するため、半導体チップと基板の間には樹脂組成物（いわゆるアンダーフィル剤）が充填される。フリップチップ実装においては、従来、半導体チップと基板とを接続した後、半導体チップと基板との間隙（ギャップ）に樹脂組成物を充填させるプロセス（以下「後供給型」プロセスという）が広く用いられている。

製品の小型化や高信頼性化の要求から、ギャップをより狭くすることが求められている。このため、狭ギャップ化を実現するため、銅ピラーを用いたフリップチップ実装が開発されている。しかし、後供給型プロセスでは狭ギャップ化への対応に問題があった。これに対し、近年、基板上に樹脂組成物を塗布し、その上から半導体チップを載せ、その後、樹脂組成物の硬化および半導体チップと基板との接続を行うプロセス（以下「先供給型」プロセスという）が開発されている。先供給型プロセス用の樹脂組成物には、狭いギャップへの対応から低粘性であること、フラックス無しで接合できること等、後供給型プロセス用の樹脂組成物とは異なる特性が求められる。先供給型プロセス用の樹脂組成物として、例えば特許文献１に記載のエポキシ樹脂組成物が知られている。

特開２０１３−７１９４１号公報

エポキシ樹脂組成物は熱膨張係数が相対的に大きいため、接合部に悪影響を与える場合があった。これに対し本発明は、先供給型プロセス用の非エポキシ系樹脂組成物を提供する。

本発明は、（Ａ）１１〜２７質量％の式（１）の化合物（ただし、ｍ＋ｎ＝２．３〜４．０であり、Ｒ１およびＲ２それぞれ水素原子またはメチル基である）と、（Ｂ）８〜２７質量％の式（２）の化合物と、（Ｃ）１．５〜１１質量％のブタジエンと無水マレイン酸の共重合体と、（Ｄ）０．１〜０．６質量％の有機過酸化物と、（Ｅ）５０〜６５質量％のシリカフィラーとを含む樹脂組成物を提供する。

前記（Ｄ）は、式（３）の化合物であってもよい。

前記（Ｄ）は、式（４）の化合物であってもよい。

この樹脂組成物は、（Ｆ）０．１５〜０．４５質量％のシランカップリング剤をさらに含んでもよい。

前記（Ｆ）は、式（５）の化合物および式（６）の化合物の少なくとも１つを含んでもよい。

また、本発明は、上記いずれかの樹脂組成物を含む先供給型半導体封止剤を提供する。

さらに、本発明は、上記の先供給型半導体封止剤を用いて封止された半導体素子を有する半導体装置を提供する。

本発明によれば、非エポキシ系樹脂組成物を用いて半導体素子を封止することができる。

半導体装置を例示する図。 実装試験に用いた基板および半導体チップの概形を例示する図。 実装の温度プロファイルを例示する図。

本発明の樹脂組成物は、（Ａ）ＥＯ変性ビスフェノールＡジメタクリレート（2.2 Bis〔4-(Methacryloxy Ethoxy)Phenyl〕Propane）と、（Ｂ）トリシクロデカンジメタノールジアクリレート（Tricylodecane dimethanol Diacrylate）と、（Ｃ）ブタジエンと無水マレイン酸共重合体と、（Ｄ）有機過酸化物と、（Ｅ）シリカフィラーとを含む。

（Ａ）成分は、式（１）の化合物である。なお、「ＥＯ変性」とはエチレンオキシドユニット（−ＣＨ₂−ＣＨ₂−Ｏ−）のブロック構造を有することを意味する。ここで、Ｒ１およびＲ２それぞれ水素原子（Ｈ）またはメチル基（ＣＨ₃）である。また、ｍ＋ｎ＝２．３〜４．０であることが好ましい。（Ａ）成分は、樹脂組成物の全重量に対し１１〜２７質量％含まれることが好ましい。

（Ｂ）成分は、式（２）の化合物が用いられる。（Ｂ）成分は、樹脂組成物の全重量に対し８〜２７質量％含まれることが好ましい。

（Ｃ）成分は、樹脂組成物の全重量に対し１．５〜１１質量％含まれることが好ましい。

（Ｄ）成分としては、例えば式（３）または式（４）の化合物が用いられる。（Ｄ）成分は、樹脂組成物の全重量に対し０．１〜０．６質量％含まれることが好ましい。

（Ｅ）成分は、樹脂組成物の全重量に対し５０〜６５質量％含まれることが好ましい。

樹脂組成物は、上記の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、および（Ｅ）成分に加えて、（Ｆ）カップリング剤を含んでもよい。（Ｆ）成分としては、例えば、式（５）または式（６）のシランカップリング剤が用いられる。

この樹脂組成物は、例えば、原料を、所定の配合で、ライカイ機、ポットミル、三本ロールミル、回転式混合機、二軸ミキサー等の混合機に投入し、混合することにより製造される。なお、樹脂組成物は、これ以外の方法により製造されてもよい。

この樹脂組成物は、例えば、半導体素子等の電子デバイスの封止、特に、いわゆる先供給型（pre-applied）プロセスにおける電子デバイスの封止に用いられる。先供給型プロセスとは、まず、基板に封止剤を塗布し、その上に半導体素子を載せた後、封止剤の硬化と、半導体素子と基板の接続とを行うプロセスをいう。

図１は、本実施形態に係る樹脂組成物を用いて封止された半導体素子を有する半導体装置１０を例示する図である。半導体装置１０は、半導体チップ１と、基板２とを有する。半導体チップ１および基板２には、それぞれ、銅ピラー３が設けられている。半導体チップ１の銅ピラー３および基板２の銅ピラー３の間には、バンプ（はんだボール）４が設けられている。まず基板２上に、樹脂組成物５が例えばディスペンサーを用いて塗布される。例えばフリップチップボンダーを用いて、半導体チップ１と基板２とが位置合わせさせる。その後、バンプ４の融点以上の温度に加熱しつつ、所定の荷重で半導体チップ１を基板２に押し付ける。こうして、半導体チップ１と基板２とを接続するとともに、軟化した樹脂組成物によりギャップが充填される。なお、図１の構成はあくまで一例であり、本実施形態に係る半導体装置の構成はこれに限定されるものではない。

（１）樹脂組成物の調整
表１〜５は、実施例１〜２３および比較例１〜１０の樹脂組成物の組成、および後述する評価の結果を示す。表１〜５において、樹脂組成物の組成は質量部で表されている。（Ａ）成分としては、ｍ＋ｎの値が異なるものが用いられた。具体的には、（Ａ）成分として、新中村化学工業株式会社製のＢＰＥ−８０Ｎ（ｍ＋ｎ＝２．３）、ＢＰＥ−１００（ｍ＋ｎ＝２．６）、ＢＰＥ−２００（ｍ＋ｎ＝４．０）、およびＢＰＥ−５００（ｍ＋ｎ＝１０）が用いられた。

（Ｂ）成分としては、共栄社化学株式会社製のＤＣＰ−Ａが用いられた。（Ｃ）成分としては、化合物ｃ１またはｃ２が用いられた。化合物ｃ１としては、Ｃｒａｙ Ｖａｌｌｅｙ社製のＲｉｃｏｎ１３０ＭＡ８が用いられた。化合物ｃ２としては、Ｃｒａｙ Ｖａｌｌｅｙ社製のＲｉｃｏｎ１３０ＭＡ１３が用いられた。（Ｄ）成分の式（３）の化合物としては、アルケマ吉富株式会社製のルペロックスＤＣが用いられた。（Ｄ）成分の式（４）の化合物としては、アルケマ吉富株式会社製のルペロックスＦが用いられた。（Ｅ）成分としては、アドマテックス株式会社製のＳＯＥ２が用いられた。（Ｆ）成分の式（５）の化合物としては、信越化学工業株式会社製のＫＢＭ４０３が用いられた。（Ｆ）成分の式（６）の化合物としては、信越化学工業株式会社製のＫＢＭ５０３が用いられた。

（２）実装試験
実施例１〜２３および比較例１〜１０に対し、実装試験を行った。試験に用いた試料は、所定の形状の半導体チップを所定の形状の基板に実装することにより作製した。図２は、試料の作成に用いた基板および半導体チップの概形を示している。実装には、パナソニックファクトリーソリューションズ株式会社製のフリップチップボンダーＦＣＢ３を用いた。実装の条件は以下のとおりである。ステージ温度７０℃、１２５℃で３０分で基板ベーク、半導体チップを基板に載せた後、図３の温度プロファイルに従って樹脂組成物の硬化および半導体チップと基板の接合を行った。荷重は１５Ｎであった。接合後、後硬化として、１６５℃で６０分熱処理した。

上記のように作製した試料について、超音波画像観察、顕微鏡観察、および抵抗値測定により評価した。超音波画像観察は、超音波映像装置（Scanning Acoustic Tomography、ＳＡＴ）により得られた画像を用いて行った。７つの試料を観察し、半導体チップの下に樹脂組成物が全面に充填されているか、およびボイドが発生しているか、という点を確認した。樹脂組成物が全面に充填されていないもの、およびボイドが確認されたものを不良品と判断した。顕微鏡観察については、試料の半導体チップ部分を研磨により除去した後で、開口部を顕微鏡で観察した。開口部にボイドが確認されたものを不良品と判断した。抵抗値測定については、試料の抵抗値測定パッドを用いて抵抗値を測定した。７つの試料を測定し、２８〜３２Ωの抵抗値を示したものを良品と判断し、この範囲外の抵抗値を示したものを不良品と判断した。

（３）吸湿リフロー試験
実施例１〜２３および比較例１〜１０に対し、吸湿リフロー試験を行った。実装性の評価に用いた試料のうち５つ（半導体チップを研磨していないもの）の試料を、温度３０℃、相対湿度６０％の恒温恒湿槽に入れ、１９６時間、吸湿させた。吸湿後、最高温度２６０℃のリフロー炉に、試料を３回繰り返して通過させた後で、超音波画像観察を行った。さらに、吸湿とリフローを同条件で３回繰り返し、超音波画像観察を行った。超音波画像観察においてデラミネーション（樹脂組成物の剥がれ）が起きていたものを不良品と判断した。また、超音波画像観察に加え、抵抗値測定を行った。抵抗値測定においては、実装性の評価における抵抗値測定と同様、２８〜３２Ωの抵抗値を示したものを良品と判断し、この範囲外の抵抗値を示したものを不良品と判断した。

（４）評価結果

表１は、（Ａ）成分において、ｍ＋ｎの値を異ならせた場合の評価結果を示している。ｍ＋ｎ＝１０の（Ａ）成分を用いた試料（比較例１）では、超音波画像観察において不良品が発生したが、それ以外の試料（ｍ＋ｎ＝２．３〜４．０のもの）においては、不良品は発生せず、良好な特性を示した。

表２は、（Ａ）成分の含有量を異ならせた場合の評価結果を示している。（Ａ）成分を１０質量％含む試料（比較例２）については吸湿リフロー試験において不良品が発生した。また、（Ａ）成分を２８質量％含む試料（比較例３）については実装試験において不良品が発生した。それ以外の試料（実施例７〜１３）については不良品は発生せず、良好な特性を示した。

表３は、（Ｃ）成分の含有量を異ならせた場合の評価結果（実施例１４〜１５および比較例４〜５）および（Ｄ）成分の含有量を異ならせた場合の評価結果（実施例１６〜１７および比較例６〜７）を示している。（Ｃ）成分を１．０質量％含む試料（比較例４）については実装試験において不良品が発生した。また、（Ｃ）成分を１２質量％含む試料（比較例５）については吸湿リフロー試験において不良品が発生した。それ以外の試料（実施例１４〜１５）については不良品は発生せず、良好な特性を示した。

（Ｄ）成分を０，０５質量％含む試料（比較例６）および０．６５％含む試料（比較例７）については実装試験において不良品が発生した。それ以外の試料（実施例１６〜１７）については不良品は発生せず、良好な特性を示した。

表４は、（Ｆ）成分の含有量を異ならせた場合の評価結果（実施例１８〜２１）を示している。（Ｆ）成分を添加しない試料（実施例２１）も含め、どの試料でも不良品は発生せず、良好な特性を示した。

表５は、（Ｅ）成分の含有量を異ならせた場合の評価結果（実施例２２〜２３および比較例９〜１０）を示している。（Ｅ）成分を４５質量％含む試料（比較例９）については、吸湿リフロー試験において不良品が発生した。（Ｅ）成分を７０質量％含む試料（比較例１０）については、実装試験において不良品が発生した。それ以外の試料（実施例２２〜２３）については不良品は発生せず、良好な特性を示した。

１…半導体チップ、２…基板、３…銅ピラー、４…バンプ、５…樹脂組成物

Claims (7)

1. （Ａ）１１〜２７質量％の式（１）の化合物（ただし、ｍ＋ｎ＝２．３〜４．０であり、Ｒ１およびＲ２はそれぞれ水素原子またはメチル基である）と、
   

   

   （Ｂ）８〜２７質量％の式（２）の化合物と、
   

   

   （Ｃ）１．５〜１１質量％のブタジエンと無水マレイン酸の共重合体と、
   （Ｄ）０．１〜０．６質量％の有機過酸化物と、
   （Ｅ）５０〜６５質量％のシリカフィラーと
   を含む樹脂組成物。
2. 前記（Ｄ）が、式（３）の化合物である
   

   

   ことを特徴とする請求項１に記載の樹脂組成物。
3. 前記（Ｄ）が、式（４）の化合物である
   

   

   ことを特徴とする請求項１に記載の樹脂組成物。
4. （Ｆ）０．１５〜０．４５質量％のシランカップリング剤をさらに含む
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の樹脂組成物。
5. 前記（Ｆ）が、式（５）の化合物および式（６）の化合物の少なくとも１つを含む
   

   

   

   ことを特徴とする請求項４に記載の樹脂組成物。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の樹脂組成物を含む先供給型半導体封止剤。
7. 請求項６に記載の先供給型半導体封止剤を用いて封止された半導体素子を有する半導体装置。

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