JP3911088B2

JP3911088B2 - Semiconductor device

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Publication number: JP3911088B2
Application number: JP11743198A
Authority: JP
Inventors: 誠桑村; 昌紀水谷; 弘司野呂; 達志伊藤
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1997-04-28
Filing date: 1998-04-27
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2018-04-27
Also published as: JPH1117075A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子をフェースダウン構造でマザーボード、あるいはドーターボード等の配線回路基板上に実装した方式による半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近の半導体デバイスの性能向上に伴う要求として、半導体素子をフェースダウン構造で、配線回路が形成されたマザーボード、あるいはドーターボード等の配線回路基板に実装される方法（フリップチップ方式、ダイレクトチップアタッチ方式等）が注目されている。これは、従来から用いられている方式、例えば、半導体素子から金ワイヤーでリードフレーム上にコンタクトをとりパッケージングされた形態でマザーボード、あるいはドーターボード等の配線回路基板に実装する方法では、配線による情報伝達の遅れ、クロストークによる情報伝達エラー等が生ずるという問題が発生していることに起因する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、上記フリップチップ方式、ダイレクトチップアタッチ方式等においては、互いの線膨脹係数が異なる半導体素子と上記配線回路基板をダイレクトに電気接続を行うことから、接続部分の信頼性が問題となっている。この対策としては、半導体素子と上記配線回路基板との空隙にアンダーフィル材と呼ばれる液状樹脂材料を注入し硬化させて樹脂硬化体を形成し、電気接続部に集中する応力を上記樹脂硬化体にも分散させることにより接続信頼性を向上させる方法が採られている。しかしながら、上記フリップチップ方式の配線回路基板に設けられた電極と、半導体素子に設けられた電極との電気的接続は、通常、両者の金属溶融によって行われるため、電気接続部に集中する応力を上記アンダーフィル材によって緩和するという効果は充分とはいえず、例えば、冷熱サイクル等のストレス試験において、上記電極に亀裂が発生する等の問題が生じるのが現状である。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、上記半導体素子と配線回路基板および接続用電極部に生ずる応力の緩和効果に優れ、半導体素子と配線回路基板との電気的接続信頼性に優れた半導体装置の提供をその目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置は、複数の接続用電極部が設けられた配線回路基板面に、上記接続用電極部に対応するジョイントボールまたはジョイントバンプを有する接続用電極部が設けられた半導体素子が、上記配線回路基板面に設けられた接続用電極部と半導体素子面に設けられた接続用電極部とが直接当接状態で搭載され、上記配線回路基板と半導体素子との間の空隙が、上記両電極部の直接当接時には加熱溶融状または液状である、下記の（ａ）からなる封止樹脂層によって封止され、上記両電極部の当接状態が保持されてなる半導体装置であって、上記封止樹脂層が、下記の硬化物特性（Ｘ）を備えているという構成をとる。
（ａ）エポキシ樹脂のベースポリマーおよび硬化剤を必須成分とし、アクリロニトリル−ブタジエン系共重合体を、２０重量％を超え７０重量％以下含む熱硬化性樹脂組成物。
（Ｘ）２５℃における引張弾性率が０．５〜５００ＭＰａである。
【０００６】
すなわち、本発明の半導体装置では、半導体素子の、ジョイントボールまたはジョイントバンプを有する接続用電極部が、配線回路基板の接続用電極部に当接するという物理的接触により電気的接続がなされ、上記素子と基板との空隙が、上記両電極部の直接当接時には加熱溶融状または液状である、封止樹脂層で封止されているため、上記両電極部の当接が適正になされている。そして、上記封止樹脂層を形成する熱硬化性樹脂組成物として、アクリロニトリル−ブタジエン系共重合体をかなりの量含有する上記（ａ）からなるものを用い、封止樹脂層の引張弾性率を上記（Ｘ）のように０．５〜５００ＭＰａに設定することにより、配線回路基板、半導体素子および接続用電極部に発生する応力を緩和し、配線回路基板および半導体素子の反りを低減させ、上記両電極の当接状態を維持させる。それにより、電気的接続信頼性が向上する。また、半導体素子のクラック発生の防止等も実現できる。また、配線回路基板面に設けられた接続用電極部と半導体素子面に設けられた接続用電極部との電気的接続を、従来のように金属溶融によって行わず、単に直接当接させるだけの物理的接触によって行うため、配線回路基板と半導体素子の各線膨張係数の差異等によって生じる電極部に加わる応力を抑制することができる。
【０００７】
さらに、本発明者らは、本発明を見出す過程において、上記特定の硬化物特性（Ｘ）を有する封止樹脂層を形成する材料として、特定のビフェニル型エポキシ樹脂を用い、必要に応じてアクリロニトリル−ブタジエン系共重合体としてメタクリル酸ないしアクリル酸変性のアクリロニトリル−ブタジエン系共重合体を用い、場合によりさらに特定のフェノール樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物を用いると、低吸湿性や高接着性においてより優れた封止樹脂層が形成され、結果、吸湿後のベーパーフェーズソルダリング（ＶＰＳ）等のストレス試験に対してさらに安定した電気的接続の付与がなされることを突き止めた。
【０００８】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【０００９】
本発明の半導体装置の一例を図１に基づいて説明する。１は配線回路基板であり、この配線回路基板１の片面には複数の接続用電極部２が設けられている。そして、上記接続用電極部２上に、これと対応して半導体素子５面に設けられた接続用電極部３を直接当接させた状態で半導体素子５が搭載されたフェイスダウン構造をとる半導体装置である。さらに、上記配線回路基板１と半導体素子３との間には封止樹脂層４が形成されている。
【００１０】
上記配線回路基板１面に設けられた接続用電極部２と、半導体素子５面に設けられた接続用電極部３との電気的接続は、両者を単に直接当接した状態（物理的接触）により電気的接続を行っているのであって、従来のように両者を加熱して溶融させることにより溶融接続したものではない。
【００１１】
本発明において、接続用電極部とは、周知の電極のみでもよいが、電極とジョイントボール，ジョイントバンプ等の電極に配備される導電体を含む概念である。したがって、一般的に配線回路基板の接続用電極部と半導体素子の接続用電極部とは、両者とも電極のみで連絡されていてもよいが、通常、少なくとも一方が電極とジョイントボール（あるいはジョイントバンプ）からなる電極部であるようにして両者の電極部が連絡される。
【００１２】
上記複数の接続用電極部２および接続用電極部３の材質としては、特に限定するものではないが、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、錫、鉛、半田、およびこれらの合金があげられる。また、上記接続用電極部の形状としては、特に限定するものではないが、配線回路基板および半導体素子の双方の接続用電極部２，３間の封止樹脂を押し出す効果の高いものが好ましく、電極部表面に凹部の少ないものが好ましい。
【００１３】
また、上記配線回路基板１の材質としては、特に限定するものではないが、大別してセラミック基板、プラスチック基板があり、上記プラスチック基板としては、例えば、エポキシガラス基板、ビスマレイミドトリアジン基板、ポリフェニレンエーテル基板等があげられる。
【００１４】
つぎに、本発明の半導体装置の配線回路基板１と半導体素子５との空隙に形成される上記封止樹脂層４について説明する。
【００１５】
本発明において、上記封止樹脂層４形成材料としては、エポキシ樹脂のベースポリマーおよび硬化剤を必須成分とし、アクリロニトリル−ブタジエン系共重合体を、２０重量％を超え７０重量％以下含む熱硬化性樹脂組成物を用いる。この組成物は、液状、シート状等の固形状等で使用に供される。
【００１６】
上記エポキシ樹脂としては、特に限定するものではなく、各種エポキシ樹脂があげられる。例えば、常温で固体を示すエポキシ樹脂として、ビフェニル型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等があげられ、これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。特に好ましくは、濡れ性が良くなるという観点から、具体的に下記の一般式（１）で表される構造のビフェニル型エポキシ樹脂があげられる。このビフェニル型エポキシ樹脂は、グリシジル基を有するフェニル環に、下記のＲ₁〜Ｒ₄で表される炭素数１〜４のアルキル基が付加されたものである。そのため、このビフェニル型エポキシ樹脂を含有するエポキシ樹脂組成物によって形成された封止樹脂層は、撥水性および低吸湿性を発揮することができる。
【００１７】
【化３】

【００１８】
上記一般式（１）中のＲ₁〜Ｒ₄で表される炭素数１〜４のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等の直鎖状または分岐状の低級アルキル基があげられ、特にメチル基が好ましく、上記Ｒ₁〜Ｒ₄は互いに同一であっても異なっていてもよい。なかでも、上記Ｒ₁〜Ｒ₄が全てメチル基である下記の式（３）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂を用いることが特に好適である。
【００１９】
【化４】

【００２０】
上記一般式（１）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量が１７７〜２４０ｇ／ｅｑで、軟化点が８０〜１３０℃のものを用いることが好ましく、なかでも、エポキシ当量が１７７〜２２０ｇ／ｅｑで、軟化点が８０〜１２０℃のものを用いることが特に好ましい。
【００２１】
上記ビフェニル型エポキシ樹脂とともに、他のエポキシ樹脂を併用する場合には、上記ビフェニル型エポキシ樹脂の含有量を、エポキシ樹脂成分全体の３０重量％（以下「％」と略す）以上となるよう設定することが好ましく、なかでも、５０％以上となるよう設定することが好ましい。
【００２２】
また、上記エポキシ樹脂組成物には、エポキシ樹脂の硬化剤を配合する。このような硬化剤としては、特に限定するものではなく通常用いられている各種硬化剤、例えば、フェノール樹脂、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸等の酸無水物、アミン化合物等があげられ、信頼性の点から、特にフェノール樹脂が好適に用いられる。なかでも、接着性等の点から、ノボラック型フェノール樹脂を用いることがより好ましい。そして、より一層良好な接着力、耐湿性等の点から、特に下記の一般式（２）で表されるフェノール樹脂を用いることが好適である。
【００２３】
【化５】

【００２４】
上記一般式（２）中の繰り返し数ｍは、０または正の整数を示すが、特にｍは０〜１０の整数であることが好ましく、なかでもｍは０〜８の整数であることがより好適である。
【００２５】
上記一般式（２）で表されるフェノール樹脂は、例えば、アラルキルエーテルとフェノールとを、フリーデルクラフツ触媒で反応させることにより得られる。
【００２６】
上記フェノール樹脂としては、特に、水酸基当量が１４７〜２５０ｇ／ｅｑ、軟化点が６０〜１２０℃のものが好ましく、なかでも、水酸基当量が１４７〜２２０ｇ／ｅｑ、軟化点が６０〜１１０℃のものが好適である。
【００２７】
上記フェノール樹脂のエポキシ樹脂に対する配合割合は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量当たり、上記フェノール樹脂中の水酸基が０．７〜１．３当量となるように配合することが好適であり、なかでも０．９〜１．１当量となるように配合することがより好適である。
【００２８】
さらに、本発明では、上記エポキシ樹脂および硬化剤とともにアクリロニトリル−ブタジエン系共重合体を用いる。上記アクリロニトリル−ブタジエン系共重合体としては、アクリロニトリル共重合体（ＮＢＲ）の含有量が１００％である場合のみならず、このＮＢＲに他の共重合成分が含まれている場合をも含む広い意味での共重合体をいう。他の共重合成分としては、例えば、水添アクリロニトリル−ブタジエンゴム、アクリル酸、アクリル酸エステル、スチレン、メタクリル酸等があげられ、なかでも、金属、プラスチックとの接着力に優れる等の点で、アクリル酸、メタクリル酸が好適である。すなわち、アクリロニトリル−ブタジエン−メタクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−アクリル酸共重合体が好適に用いられる。また、上記ＮＢＲにおけるアクリロニトリルの結合量は、特に、１０〜５０％が好ましく、なかでも、１５〜４０％のものが特に好適である。
【００２９】
本発明において、エポキシ樹脂組成物中における上記アクリロニトリル−ブタジエン系共重合体の配合割合は、２０％を超え７０％以下である。すなわち、上記アクリロニトリル−ブタジエン系共重合体の配合割合が２０％以下であれば、半導体素子の封止用途において、半導体素子と配線回路基板および接続用電極部に発生する応力の緩和作用が小さくなって電極部と電極部との当接状態の維持が困難になり、冷熱サイクル下、高温高湿下の各ストレス試験において、優れた耐久性を発揮することが難かしくなる。逆に、７０％を超えると高温下での固着力が低下するからである。
【００３０】
本発明では、上記エポキシ樹脂組成物には、上記エポキシ樹脂、硬化剤、アクリロニトリル−ブタジエン系共重合体とともに、必要に応じて他の添加剤を適宜配合することもできる。
【００３１】
上記他の添加剤としては、例えば、硬化促進剤があげられる。このような硬化促進剤としては、従来からエポキシ樹脂の硬化促進剤として知られている種々の硬化促進剤が使用可能であり、例えば、アミン系、リン系、ホウ素系、リン−ホウ素系等の硬化促進剤があげられる。なかでも、トリフェニルホスフィン、ジアザビシクロウンデセン等が好適である。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００３２】
さらに、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、表面調整剤、酸化防止剤等の有機材料、アルミナ、シリカ、窒化珪素等の各種無機質充填剤、銅、銀、アルミニウム、ニッケル、半田等の金属粒子の無機材料、その他、顔料、染料等を用いることができる。上記無機材料の配合割合は、特に限定されるものではないが、全配合物（エポキシ樹脂組成物全体）中の８５％以下に設定することが好ましく、より好ましくは８０％以下である。すなわち、上記配合割合を超えて多量に配合すると、半導体素子の電極と配線回路基板の電極との電気的接合が良好に行われなくなり不都合が生じ易くなるからである。
【００３３】
本発明の半導体装置の封止樹脂層形成材料の製造方法について述べる。例えば、シート状封止材料は、つぎのようにして製造することができる。まず、エポキシ樹脂をはじめ、前述の各成分を所定量配合したエポキシ樹脂組成物を調製する。そして、このエポキシ樹脂組成物を、トルエン、メチルエチルケトン、酢酸エチル等の溶剤に混合溶解し、この混合溶液を離型処理したポリエステルフィルム等の基材フィルム上に塗布する。つぎに、この塗布した基材フィルムを５０〜１６０℃で乾燥させ、トルエン等の溶剤を除去することにより、上記基材フィルム上に目的とするシート状の封止材料を製造することができる。また、他の方法として、トルエン等の溶剤を用いることなく加熱溶融して押し出すことによっても、目的とするシート状の封止材料を製造することができる。
【００３４】
このようにして得られたシート状封止材料としては、つぎのような特性を有していることが好ましい。すなわち、１７５℃におけるゲルタイムが５〜３００秒であることが好ましい。すなわち、５秒より短いと保存安定性に劣り、３００秒を超えると生産性に劣る傾向がみられるからである。なお、上記ゲルタイムは熱板上にて測定した。
【００３５】
また、液状の場合は、エポキシ樹脂をはじめ、前述の各成分を所定量配合し混合することにより液状のエポキシ樹脂組成物が得られる。
【００３６】
このようにして得られた液状のエポキシ樹脂組成物としては、粘性を有しており、２５℃における粘度が１〜５０００ｐｏｉｓｅ（Ｅ型粘度計、回転数：１ｒｐｍ）のものが好ましい。また、上記シート状封止材料と同様、１７５℃におけるゲルタイムが５〜３００秒であることが好ましい。
【００３７】
このようにして得られる本発明のシート状封止材料を硬化してなる硬化物は、例えば、つぎのようにして製造することができる。すなわち、上記方法により得られたシート状封止材料を１００〜２２５℃、好ましくは１２０〜２００℃で、３〜３００分間、好ましくは５〜１８０分間加熱硬化することにより、目的とする硬化物を製造することができる。なお、上記硬化条件は、後述の半導体装置の製法における封止樹脂層の形成時の加熱硬化条件と同様である。
【００３８】
そして、得られた硬化物は、つぎのような硬化物特性（Ｘ）を備えていなければならない。
（Ｘ）２５℃における引張弾性率が０．５〜５００ＭＰａである。
【００３９】
より好ましくは２５℃における引張弾性率が１〜２００ＭＰａである。このような範囲に設定することにより、冷熱サイクル下において、半導体素子、配線回路基板、接続用電極部にかかる応力をバランスよく緩和することができる。すなわち、２５℃における引張弾性率が０．５ＭＰａ未満では、半導体素子と配線回路基板間の充分な固着力が得られず、２５℃における引張弾性率が５００ＭＰａを超えると、応力緩和効果に劣り、半導体素子にクラックが発生する場合が生じるからである。
【００４０】
なお、上記２５℃における引張弾性率は、ＪＩＳＫ６９００に準じて測定される値であって、具体的には、万能引張試験機（オートグラフ、島津製作所社製）によって測定される。
【００４１】
本発明の半導体装置は、先に述べたように、配線回路基板上に、配線回路基板に設けられた接続用電極部、および、半導体素子に設けられた接続用電極部を介して半導体素子が搭載され、上記配線回路基板と半導体素子との間の空隙が封止樹脂層によって封止されたフェイスダウン構造を有するものであって、このような半導体装置の製法の一例を以下に説明するが、これに限定するものではない。
【００４２】
まず、封止樹脂層形成材料としてシート状封止材料を用いた場合について述べる。すなわち、図２に示すように、複数の接続用電極部２が設けられた配線回路基板１上に、上記接続用電極部２を介して固形のシート状封止材料１０を載置する。ついで、図３に示すように、上記シート状封止材料１０上の所定位置に、複数の球状の接続用電極部３が設けられた半導体素子５を配置し、加熱および加圧することによって上記両接続用電極部２，３間に存在するシート状封止材料１０を加熱溶融し押し出して、両接続用電極部２，３を当接して電気的接続を行うとともに、溶融したシート状封止材料１０の硬化を行って封止樹脂層４を形成することにより、配線回路基板１と半導体素子５の電気的接続および固着を完了する。このようにして、図１に示す半導体装置を製造する。
【００４３】
上記シート状封止材料１０の大きさとしては、上記搭載される半導体素子５の大きさ（面積）により適宜に設定され、通常、半導体素子５の大きさ（面積）とほぼ同じに設定することが好ましい。
【００４４】
また、上記シート状封止材料１０の厚みは、特に限定されるものではないが、半導体素子５と配線回路基板１との空隙を充填し、かつ、接続用電極部２，３間の電気的接続を妨げないように適宜に設定することができ、通常、５〜２００μｍ、好ましくは１０〜１２０μｍに設定される。
【００４５】
一方、封止樹脂層形成材料として液状封止材料を用いた場合について述べる。すなわち、図４に示すように、複数の接続用電極部２が設けられた配線回路基板１上に、液状封止材料１１を設置する。ついで、図５に示すように、上記液状封止材料１１上の所定位置に、接続用電極部３が設けられた半導体素子５を配置し、加圧することによって上記両接続用電極部２，３間に存在する液状封止材料１１を押し出し、両接続用電極部２，３を当接して電気的接続を行うとともに、上記液状封止材料１１の硬化を行って封止樹脂層４を形成することにより、配線回路基板１と半導体素子５の電気的接続および固着を完了する。このようにして、図１に示す半導体装置を製造する。
【００４６】
上記封止材料（シート状および液状とも）を上記半導体素子５と上記配線回路基板１との間の空隙内に充填する際には、上記のように加圧することが好ましく、その加圧条件としては、接続用電極部２，３の材質および個数等や、温度によって適宜に設定されるが、具体的には０．０１〜０．５ｋｇｆ／個の範囲に設定され、好ましくは０．０２〜０．３ｋｇｆ／個の範囲に設定される。
【００４７】
上記半導体装置の製法では、配線回路基板１を下方にして、その上方に半導体素子５を搭載するという位置関係に基づいて説明したが、これに限定するものではなく、反対の位置関係、すなわち、半導体素子５を下方にして、その上方に配線回路基板１を搭載するという位置関係であってもよい。
【００４８】
そして、上記半導体装置の製法においては、配線回路基板１に設けられた接続用電極部２、および、半導体素子５に設けられた接続用電極部３の、各接続用電極部２，３が溶融する温度未満に設定して行われる。このような温度設定によって、両接続用電極部２，３が溶融せずに直接当接状態となり電気的接続が行われる。そして、加熱方法としては、赤外線リフロー炉、乾燥機、温風機、熱板等があげられる。
【００４９】
すなわち、本発明の半導体装置の特徴の一つは、半導体素子５と配線回路基板１との電気的接続が、上記のように、両接続用電極部２，３の直接当接によってなされている点にある。通常のフリップチップ方式の半導体装置においては、予め配線回路基板１と半導体素子５との電気的接続を行い、その後、アンダーフィルと呼ばれる樹脂封止を行う工程順序をとる。このため、配線回路基板１と半導体素子５との電気的接続は、両接続用電極部２，３の溶融による金属接合によることが不可欠となる。これに対して、本発明の半導体装置は、配線回路基板１と半導体素子５との電気的接続（両接続用電極部２，３の当接）と、配線回路基板１と半導体素子５との固着とを同一工程にて行うため、両接続用電極部２，３を溶融接合する必要がない。したがって、本発明の半導体装置は、配線回路基板１の線膨張係数と半導体素子５の線膨張係数の差異等によって生じる両電極部２，３に加わる応力を抑制するという優れた効果を備えている。
【００５０】
また、本発明の半導体装置のもう一つの特徴は、先に述べたように、上記形成された封止樹脂層４が、前記ブタジエンを共重合成分とするアクリロニトリル−ブタジエン系共重合体をかなりの量含有する熱硬化性樹脂組成物を用いてなることによって、下記の硬化物特性（Ｘ）を備えていることである。
（Ｘ）２５℃における引張弾性率が０．５〜５００ＭＰａである。
【００５１】
このように上記２５℃での引張弾性率を特定範囲に規定することにより、配線回路基板１、半導体素子５および接続用電極部２，３に発生する応力を緩和し、配線回路基板１および半導体素子５の反りを低減し、半導体素子５のクラックの発生を防止し、さらに配線回路基板１に設けられた接続用電極部２と半導体素子５に設けられた接続用電極部３との電気的接続信頼性が向上する。
【００５２】
すなわち、封止樹脂層４の２５℃における引張弾性率の範囲を規定することにより、配線回路基板１の線膨張係数と半導体素子５の線膨張係数の差異によって生じる、配線回路基板１および半導体素子５の反りを低減することが可能となり、反りにともなって発生する両接続用電極部２，３の抵抗増大を抑制する効果を発揮する。さらに、配線回路基板１および半導体素子５の反りによって発生するクラック等の欠陥を抑えることも可能となる。
【００５３】
さらに、上記硬化物特性に加えて、上記封止樹脂層４としては、吸水率が１．５％以下であることが好ましい。より好ましくは吸水率が１．２％である。また、上記封止樹脂層４に含まれるイオン性不純分（例えば、Ｎａ⁺，Ｋ⁺，ＮＨ₃ ⁺，Ｃｌ^-，ＳＯ₄ ^2-）が各５０ｐｐｍ以下であることが好ましい。上記吸水率の測定は、その硬化物を８５℃×８５％ＲＨで１６８時間放置した後、微量水分測定器（平沼水分測定装置ＡＱ−５、平沼産業社製）にて行った。また、上記イオン性不純分の測定は、硬化物を粉砕し、１２１℃の純水にて２４時間抽出し、イオンクロマトグラフィーによって測定した。
【００５４】
そして、上記のようにして製造された半導体装置において、半導体素子５の大きさは、通常、幅２〜２０ｍｍ×長さ２〜３０ｍｍ×厚み０．１〜２ｍｍに設定される。また、半導体素子５を搭載する配線回路が形成された配線回路基板１の大きさは、通常、幅１０〜７０ｍｍ×長さ１０〜７０ｍｍ×厚み０．０５〜３．０ｍｍに設定される。そして、溶融した封止用樹脂が充填される、半導体素子５と配線回路基板１の空隙の両者間の距離は、通常、５〜２００μｍである。
【００５５】
本発明の半導体装置において、シート状あるいは液状の封止樹脂層形成材料を介して、半導体素子と配線回路基板の両電極部を直接当接させ、上記封止樹脂層形成材料を加熱して、好ましくは加熱とともに加圧して硬化させることは前述のとおりである。
【００５６】
上記加圧は、好ましくは半田等の接続用電極部を偏平化しつつ、または偏平化した後、封止用樹脂を硬化させる。
【００５７】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００５８】
まず、実施例に先立って、下記に示す各成分を準備した。
【００５９】
〔エポキシ樹脂ａ１〕
下記の構造式で表されるビフェニル型エポキシ樹脂
【００６０】
【化６】

【００６１】
〔エポキシ樹脂ａ２〕
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量：１９５ｇ／ｅｑ、軟化点：８０℃）
【００６２】
〔エポキシ樹脂ａ３〕
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量：１８５ｇ／ｅｑ）
【００６３】
〔アクリロニトリル−ブタジエン系共重合体〕
アクリロニトリル−ブタジエン−メタクリル酸共重合体〔ムーニー粘度：５０、結合アクリロニトリル含量：３０％、結合カルボキシル基量：０．０５ｅｐｈｒ（ゴム１００ｇ当たりのモル数）〕
【００６４】
〔液状アクリロニトリル−ブタジエンゴム〕
液状ＮＢＲ〔粘度：１０００ｐｏｉｓｅ（ａｔ２５℃）〕
【００６５】
〔フェノール樹脂〕
下記の構造式で表されるフェノール樹脂（水酸基当量：１７５ｇ／ｅｑ、軟化点７５℃）
【００６６】
【化７】

【００６７】
〔メチルテトラヒドロ無水フタル酸〕
酸無水物当量：１６５
【００６８】
〔硬化促進剤ｄ１〕
トリフェニルホスフィン
【００６９】
〔硬化促進剤ｄ２〕
２−エチル−４−メチルイミダゾール
【００７０】
〔無機質充填剤〕
球状シリカ（平均粒径：３μｍ、最大粒径：３０μｍ）
【００７１】
【実施例１〜９、比較例１〜６】
〔シート状封止材料の作製：実施例１〜５、比較例１〜５〕
下記の表１〜表３に示す各成分を、同表に示す割合で配合しエポキシ樹脂組成物を調製した。このエポキシ樹脂組成物をメチルエチルケトンに混合溶解し、この混合溶液を離型処理したポリエステルフィルム上に塗布した。つぎに、上記混合溶液を塗布したポリエステルフィルムを１２０℃で乾燥させ、メチルエチルケトンを除去することにより、上記ポリエステルフィルム上に目的とする厚み１００μｍのシート状封止材料を作製した。
【００７２】
〔液状封止材料の作製：実施例６〜９、比較例６〕
下記の表１〜表３に示す割合で配合して混合することにより目的とする液状封止材料を作製した。
【００７３】
【表１】

【００７４】
【表２】

【００７５】
【表３】

【００７６】
このようにして得られた各実施例および比較例のシート状封止材料、液状封止材料を用い、前述の半導体装置の製法に従って半導体装置を製造した。すなわち、シート状封止材料を用いる場合は、図２に示すように、接続用電極部２（材質：半田、融点：１８３℃、形状：直径１５０μｍ×高さ３０μｍの円柱形）が設けられた配線回路基板１（厚み１ｍｍのガラスエポキシ基板）上に、上記シート状封止材料１０を載置した後、図３に示すように、上記シート状封止材料１０上の所定の位置に、接続用電極部３（材質：半田、融点：２６０℃、形状：直径１００μｍ×高さ９０μｍの球形）を設けた半導体素子５（厚み：３５０μｍ、大きさ：１３ｍｍ×９ｍｍ）を載置した。その後、加熱温度１５０℃×荷重０．１ｋｇｆ／電極個数×１分の条件でシート状封止材料を加熱溶融して、配線回路基板１と半導体素子５との空隙内に溶融状態の樹脂を充填して仮固着するとともに上記双方の接続用電極部２，３を直接当接し、その後、熱硬化（条件：１５０℃×６０分）することにより、図１に示すように、上記空隙が封止樹脂層４で樹脂封止された半導体装置を各例８個ずつ作製した。
【００７７】
また、液状封止材料を用いる場合は、図４に示すように、接続用電極部２（材質：半田、融点：１８３℃、形状：直径１５０μｍ×高さ３０μｍの円柱形）が設けられた配線回路基板１（厚み１ｍｍのガラスエポキシ基板）上に液状封止材料１１を設置した後、図５に示すように、上記液状封止材料１１上の所定位置に、接続用電極部３（材質：半田、融点：２６０℃、形状：直径１００μｍ×高さ９０μｍの球形）を設けた半導体素子５（厚み：３５０μｍ、大きさ：１３ｍｍ×９ｍｍ）を載置した。その後、加熱温度１５０℃×荷重０．１ｋｇｆ／電極個数×１分の条件で配線回路基板１と半導体素子５との空隙内に樹脂を充填して上記液状封止材料をゲル化させ仮固着するとともに上記双方の接続用電極部２，３を直接当接し、その後、熱硬化（条件：１５０℃×６０分）させることにより、図１に示すように、上記空隙が封止樹脂層４で樹脂封止された半導体装置を各例８個ずつ作製した。
【００７８】
得られた半導体装置全てについて、初期の通電試験を２５℃にて行い、さらに、その半導体装置を各例４個ずつ用いて、サーマルショックテスト〔ＴＳＴ試験（条件：−５５℃×５分⇔１２５℃×５分）５００サイクルを行った（各例４個ずつ）後に、再度、通電試験および半導体素子のクラックの有無検査を行い、その結果を下記の表４〜表６に示した。
【００７９】
また、上記ＴＳＴ試験を行わなかった各例４個のサンプルについて、ＰＣＴ（プレッシャークッカーテスト）１２１℃×１００％ＲＨの環境下で１６８時間保管した後、通電試験を行った。その結果を下記の表４〜表６に併せて示した。
【００８０】
一方、上記各実施例および比較例で得られたシート状封止材料および液状封止材料のみを１５０℃×６０分の条件で加熱して硬化物を得た。この各硬化物の２５℃における引張弾性率を、万能引張試験機（オートグラフ、島津製作所社製）を用いて測定した。これらの結果を下記の表４〜表６に併せて示した。
【００８１】
【表４】

【００８２】
【表５】

【００８３】
【表６】

【００８４】
上記表４〜表６の結果、実施例品に関しては、初期の通電試験、および、ＴＳＴ試験後の通電試験、ＴＳＴ試験後の半導体チップクラック状態、ＰＣＴ後の通電試験の各試験の全てにおいて不良が全く発生しなかったことが確認された。これに対して、比較例品は、上記各試験項目の少なくともいずれかにおいて、不良が発生していることが確認された。このことから、実施例品は、初期通電試験や、ＴＳＴ試験およびＰＣＴ等のストレス試験に対して安定した通電を確保していることが明らかである。
【００８５】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、複数の接続用電極部を介在して接続された、配線回路基板と半導体素子との間の空隙に、エポキシ樹脂のベースポリマーおよび硬化剤を必須成分とし、アクリロニトリル−ブタジエン系共重合体を、２０％を超え７０％以下含む熱硬化性樹脂組成物からなり、上記両電極部の直接当接時には加熱溶融状または液状である封止樹脂層を形成し、かつ封止樹脂層の硬化物特性（Ｘ）を特定している。そのため、配線回路基板、半導体素子および接続用電極部に発生する応力が緩和され、配線回路基板および半導体素子の反りが低減して、上記両電極の当接状態が維持され電気的接続信頼性が向上する。また、半導体素子のクラックの発生防止も実現できる。また、配線回路基板面に設けられた接続用電極部と半導体素子面に設けられた接続用電極部との電気的接続を、従来のように金属溶融によって行わず、単に直接当接させるだけの物理的接触によって行うため、配線回路基板と半導体素子の各線膨張係数の差異等によって生じる電極部に加わる応力を抑制することができる。
【００８６】
そして、上記特定の硬化物特性（Ｘ）を有する封止樹脂層を形成する材料として、特定のビフェニル型エポキシ樹脂を用い、必要に応じてアクリロニトリル−ブタジエン系共重合体としてメタクリル酸ないしアクリル酸変性のものを用い、場合により、さらに特定のフェノール樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物を用いると、低吸湿性や高接着性においてより優れた封止樹脂層が形成され、結果、ＰＣＴ等のストレス試験に対してさらに安定した電気的接続の付与がなされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の一例を示す断面図である。
【図２】上記半導体装置の製造工程を示す説明断面図である。
【図３】上記半導体装置の製造工程を示す説明断面図である。
【図４】上記半導体装置の他の製造工程を示す説明断面図である。
【図５】上記半導体装置の他の製造工程を示す説明断面図である。
【符号の説明】
１配線回路基板
２接続用電極部
３接続用電極部
４封止樹脂層
５半導体素子
１０シート状封止材料
１１液状封止材料[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a semiconductor device in which a semiconductor element is mounted on a printed circuit board such as a mother board or a daughter board in a face-down structure.
[0002]
[Prior art]
  As a recent requirement for improving the performance of semiconductor devices, semiconductor devices are mounted face down on a printed circuit board such as a mother board or daughter board with a face-down structure (flip chip method, direct chip attach method). Etc.) are attracting attention. This is due to the wiring used in a conventional method, for example, a method in which a semiconductor element is contacted on a lead frame with a gold wire and packaged in a packaged circuit board such as a mother board or a daughter board. This is due to the occurrence of problems such as delays in information transmission and information transmission errors due to crosstalk.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
  On the other hand, in the flip chip method, the direct chip attach method, etc., the reliability of the connecting portion is a problem because the wiring circuit board is directly electrically connected to the semiconductor elements having different linear expansion coefficients. . As a countermeasure, a liquid resin material called an underfill material is injected into the gap between the semiconductor element and the printed circuit board and cured to form a cured resin body, and stress concentrated on the electrical connection portion is applied to the cured resin body. Also, a method of improving connection reliability by dispersing the network is adopted. However, since the electrical connection between the electrode provided on the flip-chip type printed circuit board and the electrode provided on the semiconductor element is normally performed by melting both metals, stress concentrated on the electrical connection portion is applied. The effect of mitigating with the underfill material cannot be said to be sufficient. For example, in a stress test such as a thermal cycle, there is a problem that a crack occurs in the electrode.
[0004]
  The present invention has been made in view of such circumstances, and is excellent in the effect of alleviating stress generated in the semiconductor element, the printed circuit board, and the connecting electrode portion, and in the reliability of electrical connection between the semiconductor element and the printed circuit board. The object is to provide an excellent semiconductor device.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention corresponds to the connection electrode portion on a printed circuit board surface provided with a plurality of connection electrode portions.Has joint balls or joint bumpsThe semiconductor element provided with the connection electrode portion is mounted in a state where the connection electrode portion provided on the wiring circuit board surface and the connection electrode portion provided on the semiconductor element surface are in direct contact with each other, and The gap between the substrate and the semiconductor elementIn the direct contact between the two electrode parts, it is in a molten state or in a liquid state,A semiconductor device sealed with a sealing resin layer comprising the following (a), wherein the contact state of the two electrode portions is maintained, wherein the sealing resin layer has the following cured product characteristics (X) It is configured to have.
(A) an epoxy resin base polymer and a curing agent as essential componentsAnd containing acrylonitrile-butadiene copolymer in excess of 20% by weight and 70% by weight or less.Thermosetting resin composition.
(X) The tensile elastic modulus at 25 ° C. is 0.5 to 500 MPa.
[0006]
  That is, the present inventionSemiconductor devicesThenThe connection electrode part having a joint ball or joint bump of a semiconductor element is a printed circuit board.Connecting electrode partThe electrical connection is made by physical contact of abutting on the substrate, and the gap between the element and the substrate is heated or melted or liquid at the time of direct contact between the two electrode parts.Sealing resin layerThe two electrode portions are properly in contact with each other. And as a thermosetting resin composition which forms the said sealing resin layer, what used said (a) containing a considerable quantity of acrylonitrile-butadiene-type copolymers is used, and the tensile elasticity modulus of a sealing resin layer is set. Set to 0.5-500 MPa as in (X) aboveBy doing so, the stress generated in the wiring circuit board, the semiconductor element, and the connecting electrode portion is relieved, and the warpage of the wiring circuit board and the semiconductor element is reduced.TheReductionAnd the contact state of the two electrodes is maintained. Thereby,Electrical connection reliability is improved.In addition, it is possible to prevent the occurrence of cracks in the semiconductor element.In addition, the electrical connection between the connection electrode portion provided on the printed circuit board surface and the connection electrode portion provided on the semiconductor element surface is not performed by metal melting as in the prior art, but is simply brought into direct contact. Since the contact is performed by physical contact, it is possible to suppress the stress applied to the electrode portion caused by differences in linear expansion coefficients between the printed circuit board and the semiconductor element.
[0007]
  In addition, the inventors of the present inventionTheIn the process of finding out, as a material for forming a sealing resin layer having the specific cured product characteristic (X),specificBiphenyl type epoxy resinUsing Depending on the acrylonitrile-butadiene copolymer, methacrylic acid or acrylic acid modifiedAcrylonitrile-butadiene copolymerUsing the bodyIn some cases, when an epoxy resin composition using a specific phenol resin is used, a sealing resin layer that is more excellent in low moisture absorption and high adhesiveness is formed. As a result, vapor phase soldering (VPS) after moisture absorption It has been found that a more stable electrical connection can be applied to a stress test such as the above.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Next, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0009]
  An example of the semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIG. Reference numeral 1 denotes a wired circuit board, and a plurality of connection electrode portions 2 are provided on one surface of the wired circuit board 1. Then, a semiconductor having a face-down structure in which the semiconductor element 5 is mounted in a state where the connection electrode part 3 provided on the surface of the semiconductor element 5 corresponding to the connection electrode part 2 is in direct contact with the connection electrode part 2. Device. Further, a sealing resin layer 4 is formed between the printed circuit board 1 and the semiconductor element 3.
[0010]
  The electrical connection between the connection electrode portion 2 provided on the surface of the printed circuit board 1 and the connection electrode portion 3 provided on the surface of the semiconductor element 5 is in a state in which both are in direct contact (physical contact). Therefore, the electrical connection is not performed by heating and melting the two as in the prior art.
[0011]
  In the present invention, the connection electrode portion may be only a well-known electrode, but is a concept including an electrode and a conductor provided on an electrode such as a joint ball or a joint bump. Therefore, in general, the connection electrode portion of the printed circuit board and the connection electrode portion of the semiconductor element may both be connected only by the electrode, but usually at least one of the electrode and the joint ball (or joint bump) The electrode parts are connected to each other as if they were electrode parts.
[0012]
  The material of the plurality of connection electrode portions 2 and the connection electrode portions 3 is not particularly limited. For example, gold, silver, copper, aluminum, nickel, chromium, tin, lead, solder, and these Alloy. Further, the shape of the connection electrode part is not particularly limited, but preferably has a high effect of extruding the sealing resin between the

connection electrode parts

2 and 3 of both the printed circuit board and the semiconductor element. A thing with few recessed parts on the electrode part surface is preferable.
[0013]
  Further, the material of the wired circuit board 1 is not particularly limited, but is roughly classified into a ceramic substrate and a plastic substrate. Examples of the plastic substrate include an epoxy glass substrate, a bismaleimide triazine substrate, and a polyphenylene ether substrate. Etc.
[0014]
  Next, the sealing resin layer 4 formed in the gap between the printed circuit board 1 and the semiconductor element 5 of the semiconductor device of the present invention will be described.
[0015]
  In the present invention, the sealing resin layer 4 forming material includes an epoxy resin base polymer and a curing agent as essential components.And containing acrylonitrile-butadiene copolymer in excess of 20% by weight and 70% by weight or less.A thermosetting resin composition is used.This composition is, Liquid form, solid form such as sheetUsed inIt is.
[0016]
  The epoxy resin is not particularly limited and includes various epoxy resins. For example, as an epoxy resin which shows solid at room temperature, biphenyl type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin and the like can be mentioned, and these are used alone or in combination of two or more. . Particularly preferred is a biphenyl type epoxy resin having a structure represented by the following general formula (1) from the viewpoint of improving wettability. This biphenyl type epoxy resin has the following R on the phenyl ring having a glycidyl group.₁~ R_FourTo which an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is added. Therefore, the sealing resin layer formed by the epoxy resin composition containing this biphenyl type epoxy resin can exhibit water repellency and low moisture absorption.
[0017]
[Chemical Formula 3]

[0018]
R in the general formula (1)₁~ R_FourAs the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms represented by the formula, linear or branched such as methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, and tert-butyl group A lower alkyl group, particularly a methyl group,₁~ R_FourMay be the same as or different from each other. Above all, the above R₁~ R_FourIt is particularly preferable to use a biphenyl type epoxy resin represented by the following formula (3) in which all are methyl groups.
[0019]
[Formula 4]

[0020]
  As the biphenyl type epoxy resin represented by the general formula (1), one having an epoxy equivalent of 177 to 240 g / eq and a softening point of 80 to 130 ° C. is preferably used. It is particularly preferable to use a material having a softening point of 80 to 120 ° C. at 220 g / eq.
[0021]
  When other epoxy resins are used in combination with the biphenyl type epoxy resin, the content of the biphenyl type epoxy resin is set to be 30% by weight (hereinafter abbreviated as “%”) or more of the entire epoxy resin component. It is preferable to set the value to be 50% or more.
[0022]
  The epoxy resin composition is blended with an epoxy resin curing agent. Examples of such curing agents include, but are not limited to, various commonly used curing agents such as phenol resins, acid anhydrides such as methylhexahydrophthalic anhydride, amine compounds, and the like. In particular, phenol resin is preferably used. Especially, it is more preferable to use a novolak type phenol resin from the point of adhesiveness. And it is suitable to use especially the phenol resin represented by following General formula (2) from points, such as much more favorable adhesive force and moisture resistance.
[0023]
[Chemical formula 5]

[0024]
  The number of repetitions m in the general formula (2) is 0 or a positive integer. Particularly, m is preferably an integer of 0 to 10, more preferably m is an integer of 0 to 8. Is preferred.
[0025]
  The phenol resin represented by the general formula (2) is obtained, for example, by reacting aralkyl ether and phenol with a Friedel-Crafts catalyst.
[0026]
  As the phenol resin, those having a hydroxyl group equivalent of 147 to 250 g / eq and a softening point of 60 to 120 ° C. are particularly preferable. Is preferred.
[0027]
  The blending ratio of the phenol resin to the epoxy resin is preferably such that the hydroxyl group in the phenol resin is 0.7 to 1.3 equivalents per equivalent of epoxy group in the epoxy resin. It is more suitable to mix | blend so that it may become 0.9-1.1 equivalent.
[0028]
  further,In the present invention,Using acrylonitrile-butadiene copolymer with the epoxy resin and curing agentTheThe acrylonitrile-butadiene-based copolymer has a broad meaning including not only the case where the content of acrylonitrile copolymer (NBR) is 100% but also the case where other copolymerization components are contained in this NBR. Refers to a copolymer in Other copolymer components include, for example, hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber, acrylic acid, acrylic acid ester, styrene, methacrylic acid, etc., among others, in terms of excellent adhesion to metals, plastics, etc. Acrylic acid and methacrylic acid are preferred. That is, an acrylonitrile-butadiene-methacrylic acid copolymer and an acrylonitrile-butadiene-acrylic acid copolymer are preferably used. Further, the amount of acrylonitrile bound in the NBR is particularly preferably 10 to 50%, and particularly preferably 15 to 40%.
[0029]
  In the present invention, the epoxy resin compositionInsideThe blending ratio of the acrylonitrile-butadiene copolymer inMore than 20% and less than 70%It is. That is, the blending ratio of the acrylonitrile-butadiene copolymer is 20%Less thanIf so, in the sealing application of the semiconductor element,Reducing the stress that occurs in the semiconductor element, the printed circuit board, and the connecting electrode part is reduced, making it difficult to maintain the contact state between the electrode part and the electrode part.Demonstrate excellent durability in stress tests under high-temperature and high-humidity conditions under a cold cycle.Becomes difficult.vice versa,7If it exceeds 0%, the adhesive strength at high temperatures decreases.RukaThat's it.
[0030]
  In this invention, the said epoxy resin composition can also mix | blend other additives suitably as needed with the said epoxy resin, a hardening | curing agent, and an acrylonitrile-butadiene type copolymer.
[0031]
  As said other additive, a hardening accelerator is mention | raise | lifted, for example. As such a curing accelerator, various curing accelerators conventionally known as epoxy resin curing accelerators can be used, for example, amine-based, phosphorus-based, boron-based, phosphorus-boron-based, etc. Examples thereof include a curing accelerator. Of these, triphenylphosphine, diazabicycloundecene and the like are preferable. These may be used alone or in combination of two or more.
[0032]
  Furthermore, organic materials such as silane coupling agents, titanium coupling agents, surface conditioners and antioxidants, various inorganic fillers such as alumina, silica and silicon nitride, metal particles such as copper, silver, aluminum, nickel and solder Other inorganic materials, pigments, dyes, and the like can be used. The blending ratio of the inorganic material is not particularly limited, but is preferably set to 85% or less, more preferably 80% or less in the entire blend (the entire epoxy resin composition). That is, if a large amount is blended exceeding the above blending ratio, the electrical connection between the electrode of the semiconductor element and the electrode of the printed circuit board is not performed well, and inconvenience is likely to occur.
[0033]
  A method for producing a sealing resin layer forming material for a semiconductor device of the present invention will be described. For example, the sheet-like sealing material can be manufactured as follows. First, an epoxy resin composition containing a predetermined amount of each of the above-described components including an epoxy resin is prepared. Then, this epoxy resin composition is mixed and dissolved in a solvent such as toluene, methyl ethyl ketone, and ethyl acetate, and this mixed solution is applied onto a base film such as a polyester film subjected to a release treatment. Next, the applied base film is dried at 50 to 160 ° C., and a solvent such as toluene is removed to produce a target sheet-shaped sealing material on the base film. As another method, the target sheet-shaped sealing material can also be produced by heating and melting and extruding without using a solvent such as toluene.
[0034]
  The sheet-like sealing material thus obtained preferably has the following characteristics. That is, the gel time at 175 ° C. is preferably 5 to 300 seconds. That is, if it is shorter than 5 seconds, the storage stability tends to be inferior, and if it exceeds 300 seconds, the productivity tends to be inferior. The gel time was measured on a hot plate.
[0035]
  In the case of a liquid, a liquid epoxy resin composition can be obtained by mixing and mixing a predetermined amount of each of the above-described components including an epoxy resin.
[0036]
  The liquid epoxy resin composition thus obtained has viscosity and preferably has a viscosity at 25 ° C. of 1 to 5000 poise (E-type viscometer, rotation speed: 1 rpm). Moreover, it is preferable that the gel time in 175 degreeC is 5-300 second like the said sheet-like sealing material.
[0037]
  A cured product obtained by curing the sheet-like sealing material of the present invention thus obtained can be produced, for example, as follows. That is, the target cured product is obtained by heat curing the sheet-like sealing material obtained by the above method at 100 to 225 ° C., preferably 120 to 200 ° C. for 3 to 300 minutes, preferably 5 to 180 minutes. Can be manufactured. In addition, the said hardening conditions are the same as the heat-hardening conditions at the time of formation of the sealing resin layer in the manufacturing method of the semiconductor device mentioned later.
[0038]
  And the obtained hardened | cured material must be equipped with the following hardened | cured material characteristics (X).
(X) The tensile elastic modulus at 25 ° C. is 0.5 to 500 MPa.
[0039]
  More preferably, the tensile elastic modulus at 25 ° C. is 1 to 200 MPa. By setting to such a range, the stress applied to the semiconductor element, the printed circuit board, and the connection electrode portion can be relaxed in a well-balanced manner under a thermal cycle. That is, when the tensile elastic modulus at 25 ° C. is less than 0.5 MPa, sufficient adhesion between the semiconductor element and the printed circuit board cannot be obtained, and when the tensile elastic modulus at 25 ° C. exceeds 500 MPa, the stress relaxation effect is inferior. This is because a crack may occur in the semiconductor element.
[0040]
  The tensile modulus at 25 ° C. is a value measured according to JIS K 6900, and is specifically measured by a universal tensile tester (Autograph, manufactured by Shimadzu Corporation).
[0041]
  As described above, in the semiconductor device of the present invention, the semiconductor element is disposed on the wiring circuit board via the connection electrode portion provided on the wiring circuit board and the connection electrode portion provided on the semiconductor element. An example of a method for manufacturing such a semiconductor device will be described below, which is mounted and has a face-down structure in which a gap between the printed circuit board and the semiconductor element is sealed with a sealing resin layer. However, the present invention is not limited to this.
[0042]
  First, the case where a sheet-like sealing material is used as the sealing resin layer forming material will be described. That is, as shown in FIG. 2, a solid sheet-like sealing material 10 is placed on the printed circuit board 1 provided with a plurality of connection electrode portions 2 via the connection electrode portions 2. Next, as shown in FIG. 3, a semiconductor element 5 provided with a plurality of spherical connection electrode portions 3 is disposed at a predetermined position on the sheet-shaped sealing material 10, and both the above-described two are heated and pressurized. The sheet-shaped sealing material 10 existing between the

connection electrode portions

2 and 3 is heated and melted and extruded, and the

connection electrode portions

2 and 3 are brought into contact with each other for electrical connection. 10 is cured to form the sealing resin layer 4, thereby completing the electrical connection and fixation between the printed circuit board 1 and the semiconductor element 5. In this way, the semiconductor device shown in FIG. 1 is manufactured.
[0043]
The size of the sheet-shaped sealing material 10 is appropriately set according to the size (area) of the semiconductor element 5 to be mounted, and is usually set to be approximately the same as the size (area) of the semiconductor element 5. Is preferred.
[0044]
Further, the thickness of the sheet-shaped sealing material 10 is not particularly limited, but the gap between the semiconductor element 5 and the printed circuit board 1 is filled, and the electrical connection between the connecting

electrode portions

2 and 3 is made. It can set suitably so that a connection may not be prevented, Usually, 5-200 micrometers, Preferably it sets to 10-120 micrometers.
[0045]
On the other hand, the case where a liquid sealing material is used as the sealing resin layer forming material will be described. That is, as shown in FIG. 4, the liquid sealing material 11 is installed on the printed circuit board 1 provided with the plurality of connection electrode portions 2. Next, as shown in FIG. 5, the semiconductor element 5 provided with the connection electrode portion 3 is arranged at a predetermined position on the liquid sealing material 11 and pressed to thereby form both the

connection electrode portions

2 and 3. The liquid sealing material 11 existing between them is extruded, and both the connecting

electrode portions

2 and 3 are brought into contact with each other for electrical connection, and the liquid sealing material 11 is cured to form the sealing resin layer 4. Thus, the electrical connection and fixation between the printed circuit board 1 and the semiconductor element 5 are completed. In this way, the semiconductor device shown in FIG. 1 is manufactured.
[0046]
When filling the sealing material (both in sheet form and in liquid form) into the gap between the semiconductor element 5 and the printed circuit board 1, it is preferable to apply pressure as described above. Is appropriately set depending on the material and the number of the connecting

electrode portions

2 and 3 and the temperature, and specifically is set in a range of 0.01 to 0.5 kgf / piece, preferably 0.02 to The range is set to 0.3 kgf / piece.
[0047]
In the manufacturing method of the semiconductor device described above, the wiring circuit board 1 is directed downward, and the semiconductor element 5 is mounted thereon. However, the present invention is not limited to this, and the opposite positional relationship, that is, The positional relationship may be such that the semiconductor element 5 is directed downward and the printed circuit board 1 is mounted thereon.
[0048]
In the manufacturing method of the semiconductor device, the

connection electrode portions

2 and 3 of the connection electrode portion 2 provided on the printed circuit board 1 and the connection electrode portion 3 provided on the semiconductor element 5 are melted. It is done by setting it below the temperature to be. By such temperature setting, both

connection electrode portions

2 and 3 are brought into a direct contact state without melting and electrical connection is performed. And as a heating method, an infrared reflow oven, a dryer, a warm air machine, a hot plate, etc. are mention | raise | lifted.
[0049]
That is, one of the features of the semiconductor device of the present invention is that the electrical connection between the semiconductor element 5 and the printed circuit board 1 is made by direct contact between the

connection electrode portions

2 and 3 as described above. In the point. In a normal flip chip type semiconductor device, the wiring circuit board 1 and the semiconductor element 5 are electrically connected in advance, and then a resin sealing called underfill is performed. For this reason, the electrical connection between the printed circuit board 1 and the semiconductor element 5 is indispensable by metal bonding by melting both the connecting

electrode portions

2 and 3. On the other hand, the semiconductor device of the present invention has an electrical connection between the wiring circuit board 1 and the semiconductor element 5 (abutment between both connection electrode portions 2 and 3), and Since the fixing is performed in the same process, it is not necessary to melt-bond both the connecting

electrode portions

2 and 3. Therefore, the semiconductor device of the present invention has an excellent effect of suppressing the stress applied to both

electrode portions

2 and 3 caused by the difference between the linear expansion coefficient of the printed circuit board 1 and the linear expansion coefficient of the semiconductor element 5. .
[0050]
Another feature of the semiconductor device of the present invention is that, as described above, the formed sealing resin layer 4 isBy using a thermosetting resin composition containing a considerable amount of an acrylonitrile-butadiene copolymer having the butadiene as a copolymer component,The following cured product characteristics (X) are provided.
(X) The tensile elastic modulus at 25 ° C. is 0.5 to 500 MPa.
[0051]
Thus, by regulating the tensile elastic modulus at 25 ° C. within a specific range, the stress generated in the wiring circuit board 1, the semiconductor element 5 and the

connection electrode portions

2 and 3 is relieved, and the wiring circuit board 1 and the semiconductor The warpage of the element 5 is reduced, the occurrence of cracks in the semiconductor element 5 is prevented, and the electrical connection between the connection electrode part 2 provided on the printed circuit board 1 and the connection electrode part 3 provided on the semiconductor element 5 Connection reliability is improved.
[0052]
That is, by defining the range of the tensile elastic modulus at 25 ° C. of the sealing resin layer 4, the printed circuit board 1 and the semiconductor element that are generated due to the difference between the linear expansion coefficient of the printed circuit board 1 and the linear expansion coefficient of the semiconductor element 5. 5 can be reduced, and an effect of suppressing an increase in resistance of the connecting

electrode portions

2 and 3 generated along with the warp is exhibited. Furthermore, it is possible to suppress defects such as cracks caused by warping of the printed circuit board 1 and the semiconductor element 5.
[0053]
  Furthermore, in addition to the cured product characteristics, the sealing resin layer 4 preferably has a water absorption of 1.5% or less. More preferably, the water absorption is 1.2%. Further, ionic impurities contained in the sealing resin layer 4 (for example, Na⁺, K⁺, NH_Three ⁺, Cl^-, SO_Four ^2-) Is preferably 50 ppm or less. The water absorption was measured by leaving the cured product at 85 ° C. and 85% RH for 168 hours, and then using a trace moisture measuring device (Hiranuma moisture measuring device AQ-5, manufactured by Hiranuma Sangyo Co., Ltd.). The ionic impurities were measured by pulverizing the cured product, extracting with pure water at 121 ° C. for 24 hours, and measuring by ion chromatography.
[0054]
  And in the semiconductor device manufactured as mentioned above, the magnitude | size of the semiconductor element 5 is normally set to 2-20 mm in width x 2-30 mm in length x 0.1-2 mm in thickness. In addition, the size of the printed circuit board 1 on which the wiring circuit on which the semiconductor element 5 is mounted is normally set to a width of 10 to 70 mm, a length of 10 to 70 mm, and a thickness of 0.05 to 3.0 mm. And the distance between both the semiconductor element 5 and the space | gap of the printed circuit board 1 with which the fuse | melting resin for a filling is filled is 5 to 200 micrometers normally.
[0055]
  In the semiconductor device of the present invention, both the electrode portions of the semiconductor element and the printed circuit board are brought into direct contact via the sheet-like or liquid sealing resin layer forming material, and the sealing resin layer forming material is heated, Preferably, the curing is carried out by applying pressure with heating as described above.
[0056]
  The pressurization preferably cures the sealing resin while flattening or flattening the connecting electrode portion such as solder.
[0057]
  Next, examples will be described together with comparative examples.
[0058]
  First, prior to the examples, the following components were prepared.
[0059]
[Epoxy resin a1]
  Biphenyl type epoxy resin represented by the following structural formula
[0060]
[Chemical 6]

[0061]
[Epoxy resin a2]
  Cresol novolac type epoxy resin (epoxy equivalent: 195 g / eq, softening point: 80 ° C.)
[0062]
[Epoxy resin a3]
  Bisphenol A type epoxy resin (epoxy equivalent: 185 g / eq)
[0063]
[Acrylonitrile-butadiene copolymer]
  Acrylonitrile-butadiene-methacrylic acid copolymer [Mooney viscosity: 50, bound acrylonitrile content: 30%, bound carboxyl group content: 0.05 ephr (number of moles per 100 g of rubber)]
[0064]
[Liquid acrylonitrile-butadiene rubber]
  Liquid NBR [Viscosity: 1000 poise (at 25 ° C)]
[0065]
[Phenolic resin]
  Phenol resin represented by the following structural formula (hydroxyl equivalent: 175 g / eq, softening point: 75 ° C.)
[0066]
[Chemical 7]

[0067]
[Methyltetrahydrophthalic anhydride]
  Acid anhydride equivalent: 165
[0068]
[Curing accelerator d1]
  Triphenylphosphine
[0069]
[Curing accelerator d2]
  2-ethyl-4-methylimidazole
[0070]
[Inorganic filler]
  Spherical silica (average particle size: 3 μm, maximum particle size: 30 μm)
[0071]
Examples 1-9, Comparative Examples 1-6
[Preparation of sheet-like sealing material: Examples 1 to 5, Comparative Examples 1 to 5]
  The components shown in Tables 1 to 3 below were blended in the proportions shown in the same table to prepare epoxy resin compositions. This epoxy resin composition was mixed and dissolved in methyl ethyl ketone, and this mixed solution was applied onto a release-treated polyester film. Next, the polyester film coated with the mixed solution was dried at 120 ° C., and methyl ethyl ketone was removed, thereby producing a target sheet-shaped sealing material having a thickness of 100 μm on the polyester film.
[0072]
[Production of liquid sealing material: Examples 6 to 9, Comparative Example 6]
  The liquid sealing material made into the objective was produced by mix | blending and mixing in the ratio shown in the following Table 1-Table 3. FIG.
[0073]
[Table 1]

[0074]
[Table 2]

[0075]
[Table 3]

[0076]
Using the thus obtained sheet-like sealing materials and liquid sealing materials of the comparative examples, a semiconductor device was manufactured according to the above-described method for manufacturing a semiconductor device. That is, when a sheet-like sealing material is used, as shown in FIG. 2, a connection electrode portion 2 (material: solder, melting point: 183 ° C., shape: columnar shape with a diameter of 150 μm × height of 30 μm) is provided. After placing the sheet-like sealing material 10 on the printed circuit board 1 (glass epoxy board having a thickness of 1 mm), as shown in FIG. 3, the sheet-like sealing material 10 is connected to a predetermined position on the sheet-like sealing material 10. A semiconductor element 5 (thickness: 350 μm, size: 13 mm × 9 mm) provided with the electrode part 3 (material: solder, melting point: 260 ° C., shape: sphere having a diameter of 100 μm × height of 90 μm) was placed. Thereafter, the sheet-shaped sealing material is heated and melted under the conditions of a heating temperature of 150 ° C., a load of 0.1 kgf / the number of electrodes × 1 minute, and a molten resin is filled in the gap between the wiring circuit board 1 and the semiconductor element 5. Then, the gaps are sealed as shown in FIG. 1 by temporarily adhering both the connecting

electrode portions

2 and 3 and then thermosetting (condition: 150 ° C. × 60 minutes). Eight semiconductor devices each were sealed with the resin layer 4 in each example.
[0077]
When a liquid sealing material is used, as shown in FIG. 4, a wiring provided with a connecting electrode portion 2 (material: solder, melting point: 183 ° C., shape: 150 μm diameter × 30 μm high columnar shape) After the liquid sealing material 11 is placed on the circuit board 1 (glass epoxy board having a thickness of 1 mm), as shown in FIG. 5, the connecting electrode portion 3 (material: material: at a predetermined position on the liquid sealing material 11). A semiconductor element 5 (thickness: 350 μm, size: 13 mm × 9 mm) provided with solder, melting point: 260 ° C., shape: spherical shape having a diameter of 100 μm × height of 90 μm was placed. Thereafter, a resin is filled in the gap between the printed circuit board 1 and the semiconductor element 5 under the conditions of a heating temperature of 150 ° C., a load of 0.1 kgf / number of electrodes × 1 minute, and the liquid sealing material is gelled and temporarily fixed. In addition, both the connecting

electrode portions

2 and 3 are directly brought into contact with each other, and then thermally cured (conditions: 150 ° C. × 60 minutes), so that the gap is sealed with the sealing resin layer 4 as shown in FIG. Eight sealed semiconductor devices were produced in each example.
[0078]
  For all of the obtained semiconductor devices, an initial energization test was performed at 25 ° C., and furthermore, each of the four semiconductor devices was used for a thermal shock test [TST test (condition: −55 ° C. × 5 minutes × 125). After 500 cycles (° C. × 5 minutes) (4 for each example), the current test and the presence / absence of cracks in the semiconductor element were again performed, and the results are shown in Tables 4 to 6 below.
[0079]
  In addition, the four samples of each example that were not subjected to the TST test were stored in a PCT (pressure cooker test) 121 ° C. × 100% RH environment for 168 hours, and then an energization test was performed. The results are shown in Tables 4 to 6 below.
[0080]
  On the other hand, only the sheet-like sealing material and the liquid sealing material obtained in each of the above Examples and Comparative Examples were heated under the conditions of 150 ° C. × 60 minutes to obtain a cured product. The tensile elastic modulus at 25 ° C. of each cured product was measured using a universal tensile tester (Autograph, manufactured by Shimadzu Corporation). These results are also shown in Tables 4 to 6 below.
[0081]
[Table 4]

[0082]
[Table 5]

[0083]
[Table 6]

[0084]
  As a result of the above-mentioned Tables 4 to 6, regarding the example products, the initial energization test, the energization test after the TST test, the semiconductor chip crack state after the TST test, and the energization test after the PCT are all defective. It was confirmed that no occurred. On the other hand, it was confirmed that the comparative product was defective in at least one of the above test items. From this, it is clear that the example products ensure stable energization with respect to the initial energization test, stress tests such as TST test and PCT.
[0085]
【The invention's effect】
  As described above, in the present invention, in the gap between the printed circuit board and the semiconductor element connected via the plurality of connection electrode portions.,Epoxy resin base polymer and curing agent as essential componentsMore than 20% and not more than 70% acrylonitrile-butadiene copolymerFrom thermosetting resin compositionWhen the two electrode parts are in direct contact with each other, they are heated and melted or liquid.Sealing resin layerTheFormationAndSealing resinLayer hardnessChemical properties (X)Specificdo itYes. for that reason, Stress generated in printed circuit board, semiconductor element and connecting electrodeButRelaxationIs, Warping of printed circuit boards and semiconductor elementsButReductionThus, the contact state of the two electrodes is maintained.Electrical connection reliability is improved.In addition, the occurrence of cracks in the semiconductor element can be prevented.In addition, the electrical connection between the connection electrode portion provided on the printed circuit board surface and the connection electrode portion provided on the semiconductor element surface is not performed by metal melting as in the prior art, but is simply brought into direct contact. Since the contact is performed by physical contact, it is possible to suppress the stress applied to the electrode portion caused by differences in linear expansion coefficients between the printed circuit board and the semiconductor element.
[0086]
  And as a material which forms the sealing resin layer which has the said specific hardened | cured material characteristic (X),specificBiphenyl type epoxy resinAs neededAcrylonitrile-butadiene copolymer andUsing methacrylic acid or acrylic acid modified one, In some cases,Furthermore, when an epoxy resin composition using a specific phenol resin is used, a sealing resin layer that is superior in terms of low hygroscopicity and high adhesiveness is formed. Connection is granted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a semiconductor device of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device.
FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device.
FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view showing another manufacturing process of the semiconductor device.
FIG. 5 is an explanatory cross-sectional view showing another manufacturing process of the semiconductor device.
[Explanation of symbols]
  1 Wiring circuit board
  2 Connecting electrode
  3 Connecting electrodes
  4 Sealing resin layer
  5 Semiconductor elements
  10 Sheet-like sealing material
  11 Liquid sealing material

Claims

A semiconductor element in which a connection electrode portion having a joint ball or a joint bump corresponding to the connection electrode portion is provided on the wiring circuit substrate surface provided with a plurality of connection electrode portions is provided on the wiring circuit substrate surface. The connecting electrode portion provided on the surface of the semiconductor element and the connecting electrode portion provided on the semiconductor element surface are mounted in a direct contact state, and the gap between the wiring circuit board and the semiconductor element is directly contacted between the two electrode portions. A semiconductor device which is sealed by a sealing resin layer consisting of the following (a) , sometimes in the form of heat melt or liquid, and the contact state of the two electrode portions is maintained, wherein the sealing resin layer is A semiconductor device comprising the following cured product characteristic (X).
(A) A thermosetting resin composition comprising an epoxy resin base polymer and a curing agent as essential components, and an acrylonitrile-butadiene copolymer in an amount of more than 20% by weight and not more than 70% by weight .
(X) The tensile elastic modulus at 25 ° C. is 0.5 to 500 MPa.

Epoxy resin, the semiconductor device according to claim 1, wherein a biphenyl type epoxy resin represented by the following general formula (1).

On KIA acrylonitrile - butadiene copolymer, acrylonitrile - butadiene - semiconductor device according to claim 1 or 2 wherein the methacrylic acid copolymer.

On KIA acrylonitrile - butadiene copolymer, acrylonitrile - butadiene - semiconductor device according to claim 1 or 2 wherein the acrylic acid copolymer.

The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4 thermosetting resin composition is one that contains a phenolic resin represented by the following Symbol of the general formula (2) above (a).