JP2016117853A - アンダーフィル材、電子部品装置の製造方法及び電子部品装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ボイドがアンダーフィル材の硬化物中に存在すると、熱応力により接続信頼性が低下し、水分及びイオン性不純物の浸入により耐湿信頼性が低下することから、アンダーフィル材の硬化物中におけるボイドの発生が抑制されることが求められる。
<1> 電子部品における配線基板と対向する側の面及び前記配線基板における前記電子部品と対向する側の面からなる群より選択される少なくとも一方の面に、アンダーフィル材を付与する付与工程と、前記付与工程の後に、前記電子部品と前記配線基板とを接続部を介して接続し、且つ前記アンダーフィル材を硬化する接続工程と、を有し、前記電子部品と前記配線基板とが前記接続部を介して電気的に接続される電子部品装置の製造方法に用いられるアンダーフィル材であり、
(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物、(B)反応開始剤及び(C)無機充填剤を含有し、且つ前記(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物として、(A1)1分子中にエチレン性不飽和二重結合とウレタン結合とを有する化合物を含む、アンダーフィル材。
<3> 前記(A1)1分子中にエチレン性不飽和二重結合とウレタン結合とを有する化合物が、イソシアネート基を有する化合物と、1分子中に(メタ)アクリロイル基及び水酸基を有する化合物と、の反応物を含む<1>又は<2>に記載のアンダーフィル材。
<6> 前記(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物が、1分子中にエチレン性不飽和二重結合を2つ以上含む化合物を含む<1>〜<5>のいずれか1項に記載のアンダーフィル材。
<7> 前記1分子中にエチレン性不飽和二重結合を2つ以上含む化合物の含有率が、前記(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物の全量に対して30質量%以上である<6>に記載のアンダーフィル材。
<8> 前記1分子中にエチレン性不飽和二重結合を2つ以上含む化合物が、(A2)トリシクロデカンジメチロールジ(メタ)アクリレートを含む<6>又は<7>に記載のアンダーフィル材。
<9> 前記(A2)トリシクロデカンジメチロールジ(メタ)アクリレートの含有率が、前記(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物の全量に対して20質量%以上である<8>に記載のアンダーフィル材。
<10> 前記(B)反応開始剤が、有機過酸化物を含む<1>〜<9>のいずれか1項に記載のアンダーフィル材。
<11> 前記(C)無機充填剤の体積平均粒子径が、0.1μm〜10μmである<1>〜<10>のいずれか1項に記載のアンダーフィル材。
<12> 前記(C)無機充填剤の含有率が、アンダーフィル材の全量に対して10質量%以上である<1>〜<11>のいずれか1項に記載のアンダーフィル材。
前記付与工程の後に、前記電子部品と前記配線基板とを接続部を介して接続し、且つ前記アンダーフィル材を硬化する接続工程と、を有する、
前記電子部品と前記配線基板とが前記接続部を介して電気的に接続される電子部品装置の製造方法。
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本明細書において組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
本明細書において「室温で液体」とは、25℃で流動性を示す状態であることを意味する。
本明細書において「液体」とは、流動性及び粘性を示し、且つ粘性を示す尺度である粘度が25℃において、0.0001Pa・s〜1000Pa・sである物質を意味する。
本明細書において(メタ)アクリロイルオキシ基とは、アクリロイルオキシ基及びメタクリロイルオキシ基の双方、又はアクリロイルオキシ基若しくはメタクリロイルオキシ基のいずれかを意味する。
まず、本発明のアンダーフィル材について説明する。
本発明のアンダーフィル材は、電子部品における配線基板と対向する側の面及び配線基板における電子部品と対向する側の面からなる群より選択される少なくとも一方の面に、アンダーフィル材を付与する付与工程と、付与工程の後に、電子部品と配線基板とを接続部を介して接続し、且つアンダーフィル材を硬化する接続工程と、を有し、電子部品と配線基板とが接続部を介して電気的に接続される電子部品装置の製造方法に用いられるアンダーフィル材であり、(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物、(B)反応開始剤及び(C)無機充填剤を含有し、且つ(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物として、(A1)1分子中にエチレン性不飽和二重結合とウレタン結合とを有する化合物を含む。
その理由は明確ではないが、以下のように推察される。
本発明のアンダーフィル材に含まれる(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物は、ラジカル重合反応により硬化する。ラジカル重合反応はエポキシ開環反応と比較して反応速度が速い。そのため、本発明のアンダーフィル材はエポキシ樹脂及びエポキシ樹脂硬化剤を含有する従来のアンダーフィル材と比較して、反応速度が速く、硬化時間を短縮することが可能であると推察される。アンダーフィル材の硬化時間が短縮することにより、アンダーフィル材等から発生する揮発分が原因となるボイドの発生を抑制することができるものと考えられる。電子部品と配線基板との間にボイドが発生しにくくなることで、電子部品装置の電気的な接続信頼性が向上すると推察される。
また、(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物が、1分子中にエチレン性不飽和二重結合に加えてウレタン結合を有することにより、基材との接着性を向上することができると推察される。更に、基材との接着性が向上することにより、アンダーフィル材と電子部品装置との間に剥離が生じるのを抑制し、電子部品と配線基板との接続性が損なわれることを抑制し、電子部品装置の電気的な接続信頼性を向上することができると考えられる。また、ウレタン結合を有することにより、硬化物の強度が向上し、耐リフロー性が向上することで、電子部品装置の電気的な接続信頼性が向上するものと考えられる。
本発明のアンダーフィル材の粘度は、25℃で0.01Pa・s〜1000Pa・sであることが好ましく、0.1Pa・s〜500Pa・sであることがより好ましく、1.0Pa・s〜100Pa・sであることが更に好ましい。本発明におけるアンダーフィル材の粘度の測定方法は上述の通りである。
25℃に保たれたアンダーフィル材について、レオメーターを用いて5.0s−1のせん断速度及び0.5s−1のせん断速度でそれぞれ測定したときの値の比(せん断速度が0.5s−1で測定したときの粘度)/(せん断速度が5.0s−1で測定したときの粘度)を揺変指数とする。詳細には、「揺変指数」は、せん断粘度として、コーンプレート(直径40mm、コーン角0°)を装着した回転式のせん断粘度計を用いて、温度25℃で測定される。
本発明のアンダーフィル材は、(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物(以下、「成分(A)」とも称する)を含有し、該(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物として、(A1)1分子中にエチレン性不飽和二重結合とウレタン結合とを有する化合物(以下、「化合物(A1)」とも称する)を含む。
(A1)1分子中にエチレン性不飽和二重結合とウレタン結合とを有する化合物は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
(A1)1分子中にエチレン性不飽和二重結合とウレタン結合とを有する化合物が有するエチレン性不飽和二重結合としては、(B)反応開始剤を用いてラジカル反応が可能である官能基であれば特に制限されず、反応性の観点から、(メタ)アクリロイル基であることが好ましく、(メタ)アクリロイルオキシ基であることがより好ましい。
1分子中のエチレン性不飽和二重結合の数は特に限定されず、1以上であり、反応性の観点から、2以上であることが好ましく、アンダーフィル材の硬化物の柔軟性の観点から10以下であることが好ましく、2〜10であることがより好ましい。
2つのウレタン構造を連結する炭化水素基としては、置換基を有していてもよい炭素数1〜18の2価の炭化水素基であることが好ましく、炭素数1〜18の2価の脂肪族炭化水素基、炭素数3〜18の2価の脂環式炭化水素基又は炭素数6〜18の2価の芳香族炭化水素基であることがより好ましく、炭素数1〜18の2価の脂肪族炭化水素基であることが更に好ましい。また、炭素数1〜18の2価の脂肪族炭化水素の炭素数は、1〜14であることがより好ましく、1〜10であることが更に好ましい。
上述の(メタ)アクリロイル基の各々は、炭素数の異なる少なくとも2種の(ポリ)エーテル鎖を介してジウレタン構造と結合していることが好ましい。
炭素数1〜18の2価の炭化水素基の炭素数には置換基の炭素数は含まれない。
炭素数1〜18の2価の脂肪族炭化水素基の具体例としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基、デシレン基、ドデシレン基、ビニレン基、エチリデン基、ビニリデン基、プロペニレン基、ブタジエニレン基等が挙げられる。炭素数1〜18の2価の脂肪族炭化水素基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基又はヘキシレン基が好ましく、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基又はブチレン基がより好ましい。
炭素数3〜18の2価の脂環式脂肪族炭化水素基の具体例としては、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、シクロヘプチレン基、シクロペンテニレン基、シクロヘキセニレン基、シクロヘキシリデン基等が挙げられる。
炭素数6〜18の2価の芳香族炭化水素基の具体的としては、フェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基等が挙げられる。
一般式(I−1)におけるR13は、一般式(I−1)におけるR12と同義であり、好ましい範囲も同じである。R13は、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、ヘキシレン基等のアルキレン基から選ばれる2価の炭化水素基であることがより好ましく、ヘキシレン基であることが更に好ましい。
一般式(I−1)において、qはそれぞれ独立に0〜50の整数を表し、アンダーフィル材の硬化物の柔軟性の観点からは、0〜30の整数を表すことが好ましく、0〜20の整数を表すことが更に好ましい。
また、市販で入手可能な化合物(A1)としては、「UA−4200」、「U−200PA」、「UA−306H」、「U−6LPA」(いずれも新中村化学工業株式会社、商品名)等も挙げられる。
本発明のアンダーフィル材は、成分(A)として、化合物(A1)を含有していれば、本発明の効果が達成される範囲内で、電子部品装置の製造用途に用いられるアンダーフィル材に使用されている他のエチレン性不飽和二重結合を有する化合物を含有していてもよい。
その他のエチレン性不飽和二重結合を有する化合物は、1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
また、電子部品装置に対する接着性の観点から、エポキシ基を少なくとも1つ有する(メタ)アクリル化合物を使用してもよい。例えば、エポキシ基を1つ有する単官能(メタ)アクリル化合物が挙げられる。
ペンテニルジアクリレート、テトラヒドロフルフリルジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパンジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、エチレンオキシド変性ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリシクロデカンジメチロールジアクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールF型ジアクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールA型ジアクリレート、プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA型ジアクリレート等の二官能アクリル化合物、
トリメチロールプロパントリアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、トリス(β−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのトリアクリレート化物等の多官能アクリル化合物、
上記した単官能アクリル化合物、二官能アクリル化合物又は多官能アクリル化合物が有するアクリロイル基を、メタクリロイル基に置換したメタクリル化合物などが挙げられる。
1分子中にエチレン性不飽和二重結合を2つ以上含む化合物の含有率は、成分(A)の全量に対して、95質量%以下であることが好ましく、90質量%以下であることがより好ましい。
1分子中にエチレン性不飽和二重結合を2つ以上含む化合物として(A2)トリシクロデカンジメチロールジ(メタ)アクリレートを使用する場合、(A2)トリシクロデカンジメチロールジ(メタ)アクリレートの含有率は、成分(A)の全量に対して、20質量%以上であることが好ましく、25質量%以上であることがより好ましく、30質量%以上であることが更に好ましい。トリシクロデカンジメチロールジ(メタ)アクリレートの含有量が20質量%以上であると、アンダーフィル材のボイド性及び硬化物の強度が向上する傾向がある。
トリシクロデカンジメチロールジ(メタ)アクリレートの含有率は、成分(A)の全量に対して、80質量%以下であることが好ましく、75質量%以下であることがより好ましく、70質量%以下であることが更に好ましい。
本発明のアンダーフィル材は、反応開始剤を含有する。
本発明において使用可能な反応開始剤は特に制限されず、電子部品装置の製造用途に用いられるアンダーフィル材において、一般的に使用されている反応開始剤を用いることができる。ここで、本発明における反応開始剤とは、エチレン性不飽和二重結合を有する化合物の硬化反応を、熱、光等のエネルギー付与により生じるラジカルにより開始させ得る化合物を意味する。また、本発明のアンダーフィル材が室温で液状となるように、室温(25℃)で固体又は液体のどちらか一方の反応開始剤を用いてもよいし、両方を併用してもよい。
本発明のアンダーフィル材は、無機充填剤を含有する。
本発明において使用可能な無機充填剤は、電子部品装置の製造用途に用いられるアンダーフィル材に、一般的に使用されている無機充填剤であれば特に制限されるものではない。無機充填剤としては、球状シリカ、結晶シリカ等のシリカ、炭酸カルシウム、クレー、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、窒化ホウ素、珪酸カルシウム、チタン酸カリウム、窒化アルミニウム、ベリリア、ジルコニア、ジルコン、フォステライト、ステアタイト、スピネル、ムライト、チタニア等の粉体、これらを球形化したビーズ、ガラス繊維などが挙げられる。更に、難燃効果を有する無機充填剤として、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硼酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛等を使用することができる。これらの無機充填剤は、1種単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明において、シリカが球形であるとは、真球度が0.7以上の条件を満たすことをいう。真球度の測定方法としては、例えば、電子顕微鏡で画像処理を行い、観察される粒子の面積と周囲長から、(真球度)={4π×(面積)÷(周囲長)2}で算出される値とする方法を用いることができる。
無機充填剤の体積平均粒子径が10μm以下であれば、アンダーフィル材の微細間隙への浸透性及び流動性が向上してボイドの発生及びアンダーフィル材の未充填がより起こり難くなる傾向がある。更に、電子部品と配線基板との接続部に無機充填剤が噛み込み難く、接続不良がより発生し難くなる傾向がある。また、無機充填剤の体積平均粒子径が0.1μm以上であれば、アンダーフィル材が過剰に増粘し難くなる傾向がある。
本発明のアンダーフィル材は、(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物、(B)反応開始剤及び(C)無機充填剤に加えて、必要に応じて、更に、各種添加剤を含んでもよい。
本発明のアンダーフィル材は、樹脂成分及び無機充填剤の濡れ性向上の観点から必要に応じてカップリング剤を含有してもよい。本発明において使用可能なカップリング剤は、本発明の効果が達成される範囲内であれば特に制限されるものではない。
本発明のアンダーフィル材は、フラックス機能を付与するために必要に応じてフラックス剤を含有してもよい。
本発明におけるフラックス剤としては、従来から当技術分野で用いられてきたハロゲン化水素酸アミン塩等を用いてもよい。その他、本発明における好ましいフラックス剤としては、電気特性の観点から、ヒドロキシ安息香酸等のフェノール性水酸基とカルボキシ基とを有する化合物、トリメリット酸等のカルボキシ基を含む酸無水物、アビチエン酸、アジピン酸、アスコルビン酸、クエン酸、2−フランカルボン酸、リンゴ酸等の有機酸、1分子にアルコール性水酸基を2個以上含有する化合物などが挙げられる。
本発明のアンダーフィル材は、耐熱衝撃性向上及び電子部品に対する応力低減等の観点から、必要に応じて可とう剤を含有してもよい。可とう剤としては特に制限はない。
シリコーンゴム粒子としては、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリジフェニルシロキサン等の直鎖状のポリオルガノシロキサンを架橋したシリコーンゴム粒子;該シリコーンゴム粒子の表面をシリコーンレジンで被覆したもの、乳化重合等で得られる固形シリコーン粒子のコアとアクリル樹脂等の有機重合体のシェルとを含むコア−シェル重合体粒子などが挙げられる。これらのシリコーンゴム粒子の形状は無定形であっても球形であってもよく、アンダーフィル材の成形性の観点からその粘度を低く抑えるためには、球形のシリコーンゴム粒子を用いることが好ましい。
シリコーンゴム粒子は、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社、信越化学工業株式会社等から市販品が入手可能である。
本発明のアンダーフィル材は、形状保持性を向上させる観点から、必要に応じて揺変付与剤を含有してもよい。揺変付与剤としては、ひまし油に水素を添加することにより得られる水素添加ひまし油化合物、ポリエチレンを酸化処理し極性基を導入することにより得られる酸化ポリエチレン化合物、植物油脂肪酸とアミンより合成されるアマイドワックス化合物、長鎖ポリアミノアマイドと酸ポリマーの塩、不飽和ポリカルボン酸ポリマー、微粉末シリカ等が挙げられる。
シリカ粒子の表面を処理するためのカップリング剤としては、エポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン等の各種シラン化合物、チタン化合物、アルミニウムキレート化合物、アルミニウムジルコニウム化合物などの公知のカップリング剤が挙げられる。これらの中でも、アルキルシランをカップリング剤として用いることが好ましい。
本発明のアンダーフィル材は、フィレット性を向上させる観点から必要に応じて界面活性剤を含有してもよい。
本発明において使用可能な界面活性剤は、電子部品装置の製造用途に用いられるアンダーフィル材において、一般的に使用されている非イオン性の界面活性剤であれば特に制限されるものではない。界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル界面活性剤等のポリオキシアルキレンアルキルエーテル界面活性剤、ソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル界面活性剤、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル界面活性剤、グリセリン脂肪酸エステル界面活性剤、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルアミン界面活性剤、アルキルアルカノールアミド界面活性剤、ポリエーテル変性シリコーン界面活性剤、アラルキル変性シリコーン界面活性剤、ポリエステル変性シリコーン界面活性剤、ポリアクリル界面活性剤などが挙げられ、中でもポリエーテル変性シリコーン界面活性剤及びアラルキル変性シリコーン界面活性剤が、アンダーフィル材の表面張力低減に効果的である傾向にあるため好ましい。
これらの界面活性剤は、市販品として、BYK−307、BYK−333、BYK−377、BYK−323(ビックケミー・ジャパン株式会社商品名)等が入手可能である。
これらのオルガノシロキサンとしては、東レ・ダウコーニング株式会社、商品名BY16−799、BY16−871、BY16−004、信越化学工業株式会社、商品名X−22−1821、KF−8010等が、市販品として入手可能である。
本発明のアンダーフィル材は、耐湿性及び高温放置特性を向上させる観点から、必要に応じてイオントラップ剤を含有してもよい。
(一般式(II−1)中、xは0<x≦0.5であり、mは正数である。)
(一般式(II−2)中、xは0.9≦x≦1.1、yは0.6≦y≦0.8、zは0.2≦z≦0.4である。)
イオントラップ剤は、1種単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
尚、イオントラップ剤の平均粒子径及び最大粒子径は、前記無機充填剤と同様の方法を用いて測定される。
本発明のアンダーフィル材は、上記各種成分を分散し混合できるのであれば、いかなる手法を用いても調製できる。一般的な手法として、成分を秤量し、らいかい機、ミキシングロール、プラネタリミキサ等を用いて混合及び混練し、必要に応じて脱泡することによって、本発明のアンダーフィル材を得ることができる。
本発明の電子部品装置の製造方法(以下、適宜「本発明の製造方法」と称する)は、電子部品と配線基板とが接続部を介して電気的に接続される電子部品装置において、電子部品における配線基板と対向する側の面及び前記配線基板における前記電子部品と対向する側の面からなる群より選択される少なくとも一方の面に、本発明のアンダーフィル材を付与する付与工程と、付与工程の後に、前記電子部品と前記配線基板とを接続部を介して接続し、且つ前記アンダーフィル材を硬化する接続工程と、を有する。
本発明においては、アンダーフィル材が、(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物として、(A1)1分子中にエチレン性不飽和二重結合とウレタン結合とを有する化合物を含有する。かかる構成により、本発明においては、アンダーフィル材の硬化時間の短縮、それによるボイド発生の抑制及び電子部品との高接着性が達成される。これは、アンダーフィル材が、(A1)1分子中にエチレン性不飽和二重結合とウレタン結合とを有する化合物を含有することにより、アンダーフィル材の硬化物の接着性が向上するためであると本発明者らは考えている。
本発明の製造方法における付与工程は、電子部品における配線基板と対向する面及び配線基板における電子部品と対向する側の面からなる群より選択される少なくとも一方の面にアンダーフィル材を付与する工程である。
付与工程に用いるアンダーフィル材は、本発明のアンダーフィル材であり、その詳細については上述の通りである。
接続部の材質は特に制限されず、はんだ等に通常使用される材質から選択することができる。環境問題の観点から、Cuはんだ、Auはんだ、無鉛はんだ等を使用してもよい。バンプは電子部品側に形成されていても、基板側に形成されていてもよい。バンプと回路電極との接続には、Ag−Cu系はんだ、Sn−Cu系はんだ、Sn−Bi系はんだ等のはんだを使用してもよい。
本発明における接続工程は、付与工程の後に、電子部品と配線基板とを接続部を介して接続し、且つ本発明のアンダーフィル材を硬化する工程である。
また、加圧工程及び熱処理工程以外に、接続工程は、露光工程、超音波、マイクロ波、ラジオ波等により衝撃を与える工程などの他の工程を含んでいてもよい。
以下、接続工程について、付与工程及び熱処理工程を含む態様を例に詳細に説明する。
加圧工程は、電子部品と配線基板とが接続部を介して対向している状態で加圧して、電子部品と配線基板との間隙に本発明のアンダーフィル材を充填し、且つ電子部品と基板とを接続部を介して接触させる工程である。
熱処理工程は、電子部品と配線基板とが接続部を介して接触している状態で熱処理して、電子部品と配線基板とを接続部を介して接続し、且つ本発明のアンダーフィル材を硬化する工程である。
接続工程は、必要に応じてアンダーフィル材の硬化をより充分なものとするため、加圧工程及び熱処理工程以外の他の工程として露光工程を含んでいてもよい。露光工程は、熱処理工程における熱処理と共に行なってもよいし、熱処理工程が終了した後に別工程として行なってもよい。
以下、本発明の製造方法の実施形態の一例について、図面を参照しながら説明する。
尚、以下に示す実施形態は、配線基板の電子部品と対向する側の面に本発明のアンダーフィル材を付与する態様の一例である。また、バンプは電子部品側に設けられており、当該バンプを介して電子部品と配線基板とが接続される。しかしながら、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
本実施形態では、図1に示す通り、はんだバンプ(接続部)2を備える半導体チップ(電子部品)1、接続パッド3及びソルダーレジスト4を備える配線基板5並びにアンダーフィル材6を使用している。
以上の工程を経ることで、本発明の電子部品装置が製造される。
本発明の製造方法により製造される電子部品装置及び本発明のアンダーフィル材を用いて製造される電子部品装置としては、リードフレーム、配線済みのテープキャリア、リジッド及びフレキシブル配線板、ガラス、シリコンウエハ等の支持部材(配線基板)に、半導体チップ、トランジスタ、ダイオード、サイリスタ等の能動素子、コンデンサ、抵抗体、抵抗アレイ、コイル、スイッチ等の受動素子などの電子部品を搭載し、必要な部分を本発明のアンダーフィル材で封止して得られる電子部品装置などが挙げられる。
本発明のアンダーフィル材は、硬化時間を短縮することが可能であり、且つボイドの発生を抑制できることから、バンプのピッチ幅の狭いフリップチップボンディング用途にも好適に用いることができる。本発明のアンダーフィル材は、例えば、バンプのピッチ幅が10μm〜200μmのバンプ接続に特に好適である。
(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物
(A1)1分子中にエチレン性不飽和二重結合とウレタン結合とを有する化合物
・アクリル化合物1:前記一般式(I−1)において、R11がいずれもメチル基であり、R12がいずれもエチレン基であり、pがいずれも4であり、qがいずれも1であり、R13がヘキシレン基である化合物(新中村化学工業株式会社、商品名「UA−11」)
・アクリル化合物2:前記一般式(I−1)において、R11がいずれもメチル基であり、R12がいずれもイソプロピレン基であり、pがいずれも1であり、qがいずれも9であり、R13がヘキシレン基である化合物(新中村化学工業株式会社、商品名「UA−13」)
・アクリル化合物3:理論分子量が1300であり、1分子中にウレタン結合を有する二官能アクリル化合物(新中村化学工業株式会社、商品名「UA−4200」)
・アクリル化合物4:理論分子量が2700であり、1分子中にウレタン結合を有する二官能アクリル化合物(新中村化学工業株式会社、商品名「U−200PA」)
・アクリル化合物5:ペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマー(共栄社化学株式会社、商品名「UA−306H」)
・アクリル化合物6:理論分子量が800であり、1分子中にウレタン結合を有する六官能アクリル化合物(新中村化学工業株式会社、商品名「U−6LPA」)
・アクリル化合物7:トリシクロデカンジメチロールジアクリレート(新中村化学工業株式会社、商品名「A−DCP」)
・アクリル化合物8:トリシクロデカンジメチロールジメタクリレート(新中村化学工業株式会社、商品名「DCP」)
・アクリル化合物10:ビスフェノールA型エチレンオキサイド変性ジアクリレート(日立化成株式会社、商品名「FA−321A」)
・アクリル化合物11:ビスフェノールA型エチレンオキサイド変性ジメタクリレート(日立化成株式会社、商品名「FA−320M」)
・アクリル化合物12:4−ヒドロキシブチルアクリレートグリシジルエーテル(日本化成株式会社、商品名「4−HBAGE」)
・アリルナジイミド化合物:ビス{4−(アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2,3−ジカルボキシイミド)フェニル}メタン(丸善石油化学株式会社、商品名「BANI−M」)
・反応開始剤:ジクミルパーオキサイド(化薬アクゾ株式会社、商品名「Perkadox BC−FF」)
・無機充填剤:体積平均粒子径0.5μm、最大粒子径5μm、表面をカップリング剤処理した球状シリカ粒子(株式会社アドマテックス、商品名「SE−2050−SEJ」)
・エポキシ樹脂:エポキシ当量160g/eqのビスフェノールF型エポキシ樹脂(新日鉄住金化学株式会社、商品名「YDF−8170C」)
・エポキシ硬化剤:無水酸当量234g/eqの環状酸無水物(三菱化学株式会社、商品名「YH306」)
・硬化触媒:2−エチル−4−メチルイミダゾール
・フラックス剤:アジピン酸
・可とう剤:カルボキシ基末端ブタジエン−アクリロニトリル−メタクリル酸−ジビニルベンゼン共重合体(ピイ・ティ・アイ・ジャパン株式会社、商品名「CTBNX 1009SP」)
・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
・揺変付与剤:体積平均粒子径12nmのシリカ粒子(日本アエロジル株式会社、商品名「R−805」)
200℃の熱板上に0.5gのアンダーフィル材を滴下し、スパチュラで広がりすぎないようにかき混ぜた。滴下した後、アンダーフィル材の粘度が上がり、スパチュラを上に持ち上げた時に糸引き無くアンダーフィル材が切断されるまでの時間をゲル化時間(秒)とした。
レオメーター(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン株式会社、商品名「AR2000」)を用い、25℃に保たれたアンダーフィル材について、せん断速度が5.0s−1で測定したときの値を粘度(Pa・s)とした。尚、レオメーターとして、コーンプレート(直径40mm、コーン角0°)を装着したものを用い、温度25℃で測定した。
シリコンウエハ上にSiN膜を成膜し、その表面にアンダーフィル材を直径3mm高さ3mmに成形した試験片を作製し、ボンドテスター(DAGE社、商品名「DS100」)を用いて、ヘッドスピード50μm/sec、25℃の条件でせん断応力をかけ、試験片がSiN膜から剥離する強度(MPa)を測定した。測定値を接着性とした。
配線基板(サイズ:14mm×14mm×0.30mm、コア層:E−679FG(日立化成株式会社商品名)、ソルダーレジスト:AUS−308(太陽ホールディングス株式会社商品名)及び基板メッキ:Ni(5.0μm)+Pd(0.30μm)+Au(0.35μm))のチップ搭載部に、ディスペンサー(ニードル径0.3mm)を用いて、アンダーフィル材を1つのクロス形状にし、更に他のクロス形状を45°ずらして重ねた形状になるように約3mg塗布した。50℃に加熱したステージ上にアンダーフィル材を塗布した配線基板を置き、チップ(サイズ:7.3mm×7.3mm×0.15mm、バンプ:銅(高さ30μm)、はんだ(材質:SnAg、高さ:15μm)及びバンプピッチ:80μm、バンプ数:328)を搭載し、加重:7.5N、温度/時間:260℃/5秒の条件で熱圧着を行い、その後、165℃、30分の条件でアンダーフィル材を硬化することで半導体装置を得た。
−評価基準−
A:ボイド面積が全面積の1%以下
B:ボイド面積が全面積の1%を超え5%以下
C:ボイド面積が全面積の5%を超え20%以下
D:ボイド面積が全面積の20%を超える
上記方法にて作製した半導体装置を、120℃で12時間加熱乾燥した後、30℃、70%RHの条件下で192時間吸湿させた。その後、遠赤外線加熱方式のリフロー炉(予熱150℃〜180℃で50秒、ピーク温度:260℃、250℃以上の加熱時間40秒)中を3回通した後、超音波探傷装置を用いて観察を行った。その後、アンダーフィル材とチップ及び基板との剥離の有無並びにアンダーフィル材のクラックの有無を確認し、(不良パッケージ数)/(評価パッケージ数)を耐リフロー性とした。
実施例1〜16と、成分(A)を含まないアンダーフィル材を使用した比較例1を比較すると、実施例1〜16では、ゲル化時間が短く、硬化時間の短縮が可能であり、ボイドの発生が少ないことが分かる。これは実施例1〜16のアンダーフィル材が(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物と(B)反応開始剤とを含有しているためであると考えられる。
また、実施例10〜12を比較すると、実施例12、実施例11、実施例10の順で接着性が向上している。これは、アンダーフィル材に含まれる(A2)アクリル化合物7の含有量が実施例12、実施例11、実施例10の順で多く、硬化物の硬化収縮性が向上したためであると考えられる。
2 はんだバンプ(接続部)
3 接続パッド
4 ソルダーレジスト
5 配線基板
6 アンダーフィル材
Claims (14)
- 電子部品における配線基板と対向する側の面及び前記配線基板における前記電子部品と対向する側の面からなる群より選択される少なくとも一方の面に、アンダーフィル材を付与する付与工程と、前記付与工程の後に、前記電子部品と前記配線基板とを接続部を介して接続し、且つ前記アンダーフィル材を硬化する接続工程と、を有し、前記電子部品と前記配線基板とが前記接続部を介して電気的に接続される電子部品装置の製造方法に用いられるアンダーフィル材であり、
(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物、(B)反応開始剤及び(C)無機充填剤を含有し、且つ前記(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物として、(A1)1分子中にエチレン性不飽和二重結合とウレタン結合とを有する化合物を含む、アンダーフィル材。 - 前記(A1)1分子中にエチレン性不飽和二重結合とウレタン結合とを有する化合物が、(メタ)アクリロイル基とウレタン結合とを有する化合物を含む請求項1に記載のアンダーフィル材。
- 前記(A1)1分子中にエチレン性不飽和二重結合とウレタン結合とを有する化合物が、イソシアネート基を有する化合物と、1分子中に(メタ)アクリロイル基及び水酸基を有する化合物と、の反応物を含む請求項1又は請求項2に記載のアンダーフィル材。
- 前記(A1)1分子中にエチレン性不飽和二重結合とウレタン結合とを有する化合物が、下記一般式(I−1)で表される化合物を含む請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のアンダーフィル材。
(一般式(I−1)中、R11はそれぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表し、R12はそれぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数1〜18の2価の炭化水素基を表し、R13は置換基を有していてもよい炭素数1〜18の2価の炭化水素基を表し、pはそれぞれ独立に、0〜50の整数を表し、qはそれぞれ独立に、0〜50の整数を表す。) - 前記(A1)1分子中にエチレン性不飽和二重結合とウレタン結合とを有する化合物の含有率が、前記(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物の全量に対して5質量%以上である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のアンダーフィル材。
- 前記(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物が、1分子中にエチレン性不飽和二重結合を2つ以上含む化合物を含む請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のアンダーフィル材。
- 前記1分子中にエチレン性不飽和二重結合を2つ以上含む化合物の含有率が、前記(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物の全量に対して30質量%以上である請求項6に記載のアンダーフィル材。
- 前記1分子中にエチレン性不飽和二重結合を2つ以上含む化合物が、(A2)トリシクロデカンジメチロールジ(メタ)アクリレートを含む請求項6又は請求項7に記載のアンダーフィル材。
- 前記(A2)トリシクロデカンジメチロールジ(メタ)アクリレートの含有率が、前記(A)エチレン性不飽和二重結合を有する化合物の全量に対して20質量%以上である請求項8に記載のアンダーフィル材。
- 前記(B)反応開始剤が、有機過酸化物を含む請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載のアンダーフィル材。
- 前記(C)無機充填剤の体積平均粒子径が、0.1μm〜10μmである請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載のアンダーフィル材。
- 前記(C)無機充填剤の含有率が、アンダーフィル材の全量に対して10質量%以上である請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載のアンダーフィル材。
- 電子部品における配線基板と対向する側の面及び前記配線基板における前記電子部品と対向する側の面からなる群より選択される少なくとも一方の面に、請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載のアンダーフィル材を付与する付与工程と、
前記付与工程の後に、前記電子部品と前記配線基板とを接続部を介して接続し、且つ前記アンダーフィル材を硬化する接続工程と、を有する、
前記電子部品と前記配線基板とが前記接続部を介して電気的に接続される電子部品装置の製造方法。 - 請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載のアンダーフィル材を用いて製造される電子部品装置。
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