JP4876935B2 - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ＣＳＰ／ＢＧＡ等の半導体素子を基板に実装して形成された半導体装置を製造するのに用いられるエポキシ樹脂組成物及び半導体装置に関するものである。
ＣＳＰ／ＢＧＡ等の半導体素子を基板に実装して形成された半導体装置の分野においては、今後ますます狭ピッチ化が進み、半田接合強度が低下するため、アンダーフィル樹脂の重要性が高まりつつある。一方で、従来のキャピラリーフローアンダーフィル樹脂では充填工程やその後の硬化工程に時間を要する等の問題がある。
そこで、プリント基板上に部品を搭載する前に塗布し、半田接合と樹脂の硬化を同時に完了することで上記のような問題に対応可能なリフロー同時硬化型樹脂を用いた実装工法が注目を集めている（例えば、特許文献１、２参照。）。
図５はこの実装工法の一例を示すものであり、この工法では、まず図５（ａ）のように金属電極パッド２が設けられた基板３に、図５（ｂ）のようにソルダレジスト４を介してアンダーフィル樹脂５（リフロー同時硬化型樹脂）を塗布する。そして図５（ｂ）のように、半田バンプ７が設けられた半導体素子６と基板３とでアンダーフィル樹脂５を挟み込んで、リフロー加熱することによって、半田バンプ７を金属電極パッド２に接合すると共にアンダーフィル樹脂５を硬化させると、図５（ｃ）のように基板３に半導体素子６が実装された半導体装置Ａを得ることができるものである。
しかしながら、この工法においてはリフロー前にアンダーフィル樹脂を基板上に塗布するため、基板上のソルダレジスト中の未硬化低分子成分や吸湿水がリフロー温度下では硬化前のアンダーフィル樹脂中に湧き上がって浸入し、その結果、硬化後において残留ボイドとなったり、電気的な接合自体がこのボイドにより妨げられるという不具合が生じる。
こうした不具合に対しては、基板や実装部品をあらかじめベーキングしたり、アンダーフィル樹脂の塗布方法や形状を工夫することで、ボイドの発生を低減することは可能である。
ところが、あらかじめベーキングする方法ではベーキング後から実際に使用するまで時間をかけすぎた場合には再び基板が吸湿したり、ベーキング温度や時間が適切でなければ部品や基板の金属電極が熱による酸化を受けたりするおそれがある。また、ベーキングの工程自体を実装直前に入れることがスループットを大きく低下させるため好ましくない。一方、部品の辺部にアンダーフィル樹脂を塗布してリフロー中にこの樹脂を充填させることでボイドを排出しやすくする方法（例えば、非特許文献１参照。）や、塗布形状を工夫することで可能な限りアンダーフィル樹脂中にボイドを残存させない方法が挙げられるが、このような方法では効果が大きくない上に、部品のサイズや電極数などの構成による影響を受けやすいため汎用性に欠けるという問題がある。
特開２００５−１４６１２１号公報
特開２００４−２０４０４７号公報
Michael Colella,Daniel BaldwinPh.D.,「Near Void Free Hybrid No-Flow Underfill FlipChip Process Technology」,2004 Electronic Components andTechnology Conference
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、半導体素子と基板との間に充填されるアンダーフィル樹脂内においてボイドの発生を防止することができるエポキシ樹脂組成物及び半導体装置を提供することを目的とするものである。
本発明に係るエポキシ樹脂組成物は、金属電極パッド２が設けられた基板３に直接又はソルダレジスト４を介してエポキシ樹脂組成物１を塗布・硬化させ、さらにこの面にアンダーフィル樹脂５を塗布すると共に、このアンダーフィル樹脂５を挟み込んで、半導体素子６に設けられた半田バンプ７を前記金属電極パッド２に接合することによって、前記基板３に前記半導体素子６を実装して形成された半導体装置Ａを製造するのに用いられる前記エポキシ樹脂組成物１であって、エポキシ樹脂及び硬化剤を含有すると共に、多孔質二酸化珪素が前記エポキシ樹脂組成物１全量に対して０．１〜１５質量％含有されていることを特徴とするものである。
前記エポキシ樹脂組成物において、前記多孔質二酸化珪素がノニオン型吸水性樹脂を内包していることが好ましい。
前記エポキシ樹脂組成物において、フッ素系樹脂又はシリコーン系樹脂が前記エポキシ樹脂組成物１全量に対して１〜３０質量％含有されていることが好ましい。
前記エポキシ樹脂組成物において、前記フッ素系樹脂がフッ素系アクリル系共重合物であることが好ましい。
本発明に係る半導体装置Ａは、金属電極パッド２が設けられた基板３に直接又はソルダレジスト４を介して前記エポキシ樹脂組成物１を塗布・硬化させ、さらにこの面にアンダーフィル樹脂５を塗布すると共に、このアンダーフィル樹脂５を挟み込んで、半導体素子６に設けられた半田バンプ７を前記金属電極パッド２に接合することによって、前記基板３に前記半導体素子６を実装して成ることを特徴とするものである。
本発明に係るエポキシ樹脂組成物によれば、基板中の水分やソルダレジスト中の未反応低分子量成分を多孔質二酸化珪素で吸着捕捉することによって、水分や未反応低分子量成分に起因するボイドが、半導体素子と基板との間を充填しているアンダーフィル樹脂内に発生するのを防止することができるものである。
本発明に係る半導体装置によれば、基板中の水分やソルダレジスト中の未反応低分子量成分を多孔質二酸化珪素で吸着捕捉することによって、半導体素子と基板との間を充填しているアンダーフィル樹脂中に水分や未反応低分子量成分が浸入するのを阻止することができ、水分や未反応低分子量成分に起因するボイドの発生を防止することができるものである。
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明に係るエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂及び硬化剤を含有するものであり、図１や図３に示すような半導体装置Ａを製造するのに用いられるものである。まずこれらの半導体装置Ａの製造方法について説明した後、エポキシ樹脂組成物１の内容について説明する。
図１に示す半導体装置Ａを製造するにあたっては、まず図１（ａ）に示すように、金属電極パッド２が設けられた基板３の表面にソルダレジスト４をスクリーン印刷によって塗布し、これを硬化させる。ここで、基板３としては、例えば、ガラスエポキシ基板、ビスマレイミドトリアジン基板、ポリイミド基板等のプラスチック基板や、セラミック基板等を用いることができる。また基板３に塗布されるソルダレジスト４は、基板３の表面を保護するものであり、特に限定されるものではない。
次に図１（ｂ）に示すように、ソルダレジスト４を介して基板３の表面にエポキシ樹脂組成物１をスクリーン印刷によって塗布し、これを例えば１００〜１５０℃、０．５〜３時間の条件で硬化させる。このときエポキシ樹脂組成物１は、図２（ａ）のようにソルダレジスト４の塗布面全体を覆い隠すように塗布したり、図２（ｂ）のようにソルダレジスト４の塗布面の中央部に部分的に塗布したりすることができる。なお、図２では金属電極パッド２は、矩形の四辺に沿って配置されているが、格子状に配置されていてもよい。
その後、図１（ｃ）に示すように、硬化したエポキシ樹脂組成物１の表面にさらにアンダーフィル樹脂５をディスペンサー等で塗布する。このとき塗布されるアンダーフィル樹脂５は、特に限定されるものではない。
そして、図１（ｃ）に示すように、ＣＳＰ／ＢＧＡ等の半導体素子６と基板３とでこのアンダーフィル樹脂５を挟み込んで、リフロー加熱することによって、半導体素子６に設けられた半田バンプ７を金属電極パッド２に接合すると共に、アンダーフィル樹脂５を硬化させる。そうすると、図１（ｄ）のように基板３に半導体素子６が実装されて形成された半導体装置Ａを得ることができるものである。
一方、図３に示す半導体装置Ａを製造するにあたっては、まず図３（ａ）に示すように、金属電極パッド２が設けられた基板３の表面にソルダレジスト４をスクリーン印刷によって塗布し、これを硬化させる。
次にレーザ加工によって、図３（ｂ）に示すように、硬化したソルダレジスト４の一部を除去する。具体的には、後に半導体素子６を実装した場合にこの半導体素子６と基板３との間に位置するようなソルダレジスト４を除去する。なお、図４（ａ）のように矩形の四辺に沿って金属電極パッド２が配置された基板３にソルダレジスト４を塗布・硬化させた場合には、図４（ｂ）のように金属電極パッド２で囲まれた部分のソルダレジスト４のみを除去してもよい。
次に図３（ｃ）に示すように、ソルダレジスト４が除去されて基板３の表面が露出した箇所に直接エポキシ樹脂組成物１をスクリーン印刷によって塗布し、これを例えば１００〜１５０℃、０．５〜３時間の条件で硬化させる。なお、図４（ｂ）のように金属電極パッド２で囲まれた部分のソルダレジスト４を除去した場合には、図４（ｃ）のようにこの除去した箇所にエポキシ樹脂組成物１を塗布すればよい。
その後、図３（ｄ）に示すように、硬化したエポキシ樹脂組成物１の表面にさらにアンダーフィル樹脂５をディスペンサー等で塗布する。このとき塗布されるアンダーフィル樹脂５も、特に限定されるものではない。
そして、図３（ｄ）に示すように、ＣＳＰ／ＢＧＡ等の半導体素子６と基板３とでこのアンダーフィル樹脂５を挟み込んで、リフロー加熱することによって、半導体素子６に設けられた半田バンプ７を金属電極パッド２に接合すると共に、アンダーフィル樹脂５を硬化させる。そうすると、図３（ｅ）のように基板３に半導体素子６が実装されて形成された半導体装置Ａを得ることができるものである。
上記のように用いられるエポキシ樹脂組成物１において、エポキシ樹脂としては、１分子中に２個以上のエポキシ基を有する化合物であれば特に限定されるものではないが、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、ビフェニル型エポキシ樹脂、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂、これらの水素添加型エポキシ樹脂等を用いることができる。
また硬化剤としては、エポキシ樹脂と反応可能なものであれば特に限定されるものではないが、例えば、酸無水物、アミン類、イミダゾール類、フェノール樹脂、ポリチオール、シアネート等を用いることができる。このような硬化剤と共に硬化促進剤として、アミン類、ポリアミド類、イミダゾール類、ルイス酸等を用いることができる。
そして本発明に係るエポキシ樹脂組成物には、多孔質二酸化珪素（ＳｉＯ２）がエポキシ樹脂組成物１全量に対して０．１〜１５質量％含有されている。このように、所定量の多孔質二酸化珪素が含有されていることによって、図１（ｄ）や図３（ｅ）に示すような半導体装置Ａにおいてエポキシ樹脂組成物１の硬化物はボイド抑制層としての機能を果たすことができる。すなわち、基板３及びソルダレジスト４中の水分や未反応低分子量成分を多孔質二酸化珪素で吸着捕捉することによって、水分や未反応低分子量成分に起因するボイドが、半導体素子６と基板３との間を充填しているアンダーフィル樹脂５内に発生するのを防止することができるものである。ここで、未反応低分子量成分とは、ソルダレジスト４の種類にもよるが、例えば、主剤であるエポキシ樹脂や硬化剤の低分子量モノマー成分、希釈用溶剤等の配合段階で含有されている原材料成分のほか、ソルダレジスト４中に充填材として含有されている水酸化アルミニウムのような水酸化物の結晶水が熱解離して放出される水分等を意味する。そして本発明では上記のようにしてボイドの発生を防止することができるので、電気的な接続信頼性や温度サイクル性の低下も防止することができるものである。しかし、多孔質二酸化珪素の含有量が０．１質量％未満であると、水分や未反応低分子量成分を吸着捕捉する能力が不十分であり、逆に、多孔質二酸化珪素の含有量が１５質量％を超えると、外気の水分まで余計に取り込んでしまうおそれがある。
ここで、多孔質二酸化珪素はノニオン型吸水性樹脂を内包しているのが好ましい。このようにノニオン型吸水性樹脂を内包する多孔質二酸化珪素としては、例えば、エネックス（株）製「ＡｑｕａＲｅｓｉｎＭＣ５」等を用いることができる。このような多孔質二酸化珪素を用いると、内包されているノニオン型吸水性樹脂によって、水分や未反応低分子量成分を吸着捕捉する能力を高く得ることができると共に、吸着捕捉前後において膨潤等の影響を少なくすることができ、寸法安定性を高めることができるものである。
またエポキシ樹脂組成物１には、フッ素系樹脂とシリコーン系樹脂の両方又は一方がエポキシ樹脂組成物１全量に対して１〜３０質量％含有されているのが好ましい。フッ素系樹脂やシリコーン系樹脂が含有されていると、これらの撥水作用によって、半導体素子６と基板３との間を充填しているアンダーフィル樹脂５中に水分が浸入するのを阻止することができるものである。しかし、フッ素系樹脂とシリコーン系樹脂の両方又は一方の含有量が１質量％未満であると、十分な撥水作用が得られないおそれがあり、逆に、フッ素系樹脂とシリコーン系樹脂の両方又は一方の含有量が３０質量％を超えると、エポキシ樹脂組成物１を構成する成分相互の相溶性が低下するおそれがある。
ここで、フッ素系樹脂としては、例えば、フッ素系アクリル系共重合物（東亞合成（株）製「ザフロンＳＺ−１０」「ザフロンＳＺ−５０」「ＸＣＳ３０００」、（株）ジェムコ製「ＥＦ−３５２」「ＥＦ−８０２」）、パーフルオロアルキルエチレンオキシド付加物（ダイキン工業（株）製「ＤＳ−４０１」）、フッ素系エポキシ変性物（（株）ジェムコ製「ＭＦ−１３０」、ジャパンエポキシレジン（株）製「ＹＬ７４５５」）、含フッ素アルコール誘導体（（株）ジェムコ製「ＭＦ−１００」）、ノニオン性界面活性剤（住友スリーエム（株）製「ＦＣ−４４３０」、大日本インキ化学工業（株）製「Ｆ−４７７」）等を用いることができる。
特にフッ素系樹脂はフッ素系アクリル系共重合物であることが好ましい。フッ素系アクリル系共重合物は、β−（パーフルオロオクチル）エチルアクリレートと、メチル（メタ）アクリレート、エチル（エタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレート等のアクリル系単量体との重合物であって、他のフッ素系樹脂やシリコーン系樹脂よりも高い撥水性を有するので、これによってアンダーフィル樹脂５への水分の浸入を阻止する効果を向上させることができるものである。また、アクリル系単量体の分子量を適宜に選択することによって、エポキシ樹脂組成物１を構成する各成分との相溶性を調整することができるものである。
一方、シリコーン系樹脂としては、例えば、アミノ・ポリエーテル変性物（信越化学工業（株）製「Ｘ−２２−３９３９Ａ」）、エポキシ変性物（信越化学工業（株）製「Ｘ−２２−２０００」）、エポキシ・ポリエーテル変性物（信越化学工業（株）製「ＫＦ−１００２」「Ｘ−２２−１６３Ｃ」）、アルキル変性物（信越化学工業（株）製「ＫＦ−４７０１」）、フェニル変性物（信越化学工業（株）製「ＫＦ−５０−３０００ｃｓ」）等を用いることができる。
またエポキシ樹脂組成物１には、本発明の目的を損なわない限り、必要に応じて、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素等の無機充填材、分散安定剤、難燃剤、低弾性化剤、密着性付与剤、チクソ性付与剤、着色剤、希釈剤、消泡剤、カップリング剤等を配合することができる。
そしてエポキシ樹脂組成物１は、上述したエポキシ樹脂、硬化剤、多孔質二酸化珪素、必要に応じてその他の成分を配合し、これを分散・混合することによって、製造することができる。このときエポキシ樹脂組成物１の印刷性を向上させるために有機溶剤を添加してもよい。有機溶剤としては、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、アセトン、メチルセロソルブ、ブチルカルビトール等を用いることができる。有機溶剤は１種のみを用いたり２種以上を混合して用いたりすることができる。
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
エポキシ樹脂として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂であるジャパンエポキシレジン（株）製「エピコート８２５」（エポキシ当量１７２）、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂である住友化学（株）製「ＥＳＣＮ−１９５ＸＬ」（エポキシ当量１９５）、ナフタレン環含有エポキシ樹脂である大日本インキ化学工業（株）製「エピクロンＨＰ−４０３２Ｄ」（エポキシ当量１４３）、ブロム含有エポキシ樹脂である阪本薬品工業（株）製「ＳＲ−ＢＳＰ」（エポキシ当量３３７）を用いた。
また硬化剤として、フェノール樹脂である明和化成（株）製「ＭＥＨ８０００Ｈ」（水酸基当量１４１）、イミダゾールである四国化成工業（株）製「キュアゾール１Ｂ２ＰＺ」（分子量２３４）、シアネートである旭チバ（株）製「Ａｒｏｃｙ Ｌ１０」を用いた。
また硬化促進剤として、アミン類である味の素（株）製「アミキュアＰＮ２３」を用いた。
また多孔質二酸化珪素として、ノニオン型吸水性樹脂を内包しているものであるエネックス（株）製「ＡｑｕａＲｅｓｉｎＭＣ５」（核：二酸化珪素、被内包物：ノニオン型吸水性樹脂、内包率：５％）、ノニオン型吸水性樹脂を内包していないもの（平均粒径３μｍ、最大粒径１０μｍ、比表面積２４０ｍ２／ｇ）を用いた。
またフッ素系樹脂として、フッ素系アクリル系共重合物である（株）ジェムコ製「ＥＦ−３５２」を用いた。
またシリコーン系樹脂として、エポキシ変性されたものである信越化学工業（株）製「Ｘ−２２−２０００」（エポキシ当量６２０）を用いた。
また無機充填材として、溶融シリカであるＭＲＣユニテック製「ＱＳ３」（平均粒径３μｍ、真比重２．２）を用いた。
また分散安定剤として、ダイキン工業（株）製「ＤＳ−４５１ パーフルオロアルキルオリゴマー」を用いた。
また有機溶剤として、三協化学製「メチルセロソルブ」「ブチルカルビトール」を用いた。
そして、上記のものを用いて下記製造方法Ａ、Ｂ、Ｃのいずれかの方法によって実施例１〜１０及び比較例１、２のエポキシ樹脂組成物を製造した。
（製造方法Ａ）
エポキシ樹脂、硬化剤、多孔質二酸化珪素、その他の成分を下記［表１］に示す配合量（質量％）で配合し、これをホモディスパー（特殊機化工業製）にて３００〜５００ｒｐｍの条件で分散・混合することによって、エポキシ樹脂組成物を製造した。
エポキシ樹脂、硬化剤、多孔質二酸化珪素、その他の成分を下記［表１］に示す配合量（質量％）で配合し、これをホモディスパー（特殊機化工業製）にて３００〜５００ｒｐｍの条件で分散・混合することによって、エポキシ樹脂組成物を製造した。
（製造方法Ｂ）
エポキシ樹脂、硬化剤、多孔質二酸化珪素、その他の成分を下記［表１］に示す配合量（質量％）で配合し、これをプラネタリーミキサーで混合し、さらに３本ロールにて分散することによって、エポキシ樹脂組成物を製造した。
エポキシ樹脂、硬化剤、多孔質二酸化珪素、その他の成分を下記［表１］に示す配合量（質量％）で配合し、これをプラネタリーミキサーで混合し、さらに３本ロールにて分散することによって、エポキシ樹脂組成物を製造した。
（製造方法Ｃ）
エポキシ樹脂、硬化剤、多孔質二酸化珪素、その他の成分を下記［表１］に示す配合量（質量％）で配合し、これをビューラー（株）製ビーズミルにて分散・混合した後、さらにホモディスパー（特殊機化工業製）にて３００〜５００ｒｐｍの条件で分散・混合することによって、エポキシ樹脂組成物を製造した。
エポキシ樹脂、硬化剤、多孔質二酸化珪素、その他の成分を下記［表１］に示す配合量（質量％）で配合し、これをビューラー（株）製ビーズミルにて分散・混合した後、さらにホモディスパー（特殊機化工業製）にて３００〜５００ｒｐｍの条件で分散・混合することによって、エポキシ樹脂組成物を製造した。
そして、上記のようにして得られた各エポキシ樹脂組成物について下記のような試験を行った。
（１）初期接続性
サイズ３２ｍｍ×１１５ｍｍ×０．８ｍｍでディジーチェーン電極を有するＦＲ−４グレード回路基板（評価基板）のＢＧＡ搭載部のソルダレジストを電極周辺部を残して除去し、この箇所にエポキシ樹脂組成物（コーティング材）を印刷により塗布・硬化した。なお、評価基板はあらかじめ１２０℃で一旦ベーキングした後、３０℃、６０％ＲＨの雰囲気下に２４時間放置したものを使用した。実装部品にはＰＫＧサイズ０．５ピッチでペリフェラル配列にＳｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｃｕの電極を有するミニＢＧＡを用いた。そして、回路基板のＢＧＡ搭載部に松下電工（株）製リフロー硬化型先塗アンダーフィルをディスペンサーにて約０．０１ｇ塗布した後、回路基板の基板電極と半導体素子の金属バンプとを位置合わせし、ソーク温度１５０℃で１２０秒、最高温度２４０℃（２２０℃以上で３０秒）に設定したリフローで電極接合及び樹脂硬化を行って半導体装置を得た。各実施例及び比較例ごとに上記のような半導体装置を２０個製造し、各半導体装置における回路基板の導体配線に形成された測定用端子にデジタルマルチメーターのプローブを当てて電気的動作確認を行った。そして、各実施例及び比較例ごとに２０個の半導体装置のうち断線不良が発生したものの個数にて、初期接続性を評価した。
サイズ３２ｍｍ×１１５ｍｍ×０．８ｍｍでディジーチェーン電極を有するＦＲ−４グレード回路基板（評価基板）のＢＧＡ搭載部のソルダレジストを電極周辺部を残して除去し、この箇所にエポキシ樹脂組成物（コーティング材）を印刷により塗布・硬化した。なお、評価基板はあらかじめ１２０℃で一旦ベーキングした後、３０℃、６０％ＲＨの雰囲気下に２４時間放置したものを使用した。実装部品にはＰＫＧサイズ０．５ピッチでペリフェラル配列にＳｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｃｕの電極を有するミニＢＧＡを用いた。そして、回路基板のＢＧＡ搭載部に松下電工（株）製リフロー硬化型先塗アンダーフィルをディスペンサーにて約０．０１ｇ塗布した後、回路基板の基板電極と半導体素子の金属バンプとを位置合わせし、ソーク温度１５０℃で１２０秒、最高温度２４０℃（２２０℃以上で３０秒）に設定したリフローで電極接合及び樹脂硬化を行って半導体装置を得た。各実施例及び比較例ごとに上記のような半導体装置を２０個製造し、各半導体装置における回路基板の導体配線に形成された測定用端子にデジタルマルチメーターのプローブを当てて電気的動作確認を行った。そして、各実施例及び比較例ごとに２０個の半導体装置のうち断線不良が発生したものの個数にて、初期接続性を評価した。
（２）残留・発生ボイド量評価
初期接続性の評価に用いたものと同一条件で製造した半導体装置の半導体素子側から研削し、半導体素子と回路基板との間に形成された硬化樹脂層におけるボイドの発生の有無を断面観察により確認した。そして、硬化樹脂中に残留するボイドの大きさが３０μｍ未満であって、かつ全残留ボイドの合計面積が半導体素子の面積に対して５％未満であるものを「○」、硬化樹脂中に残留するボイドの大きさが３０μｍ未満であって、かつ全残留ボイドの合計面積が半導体素子の面積に対して５％以上３０％未満であるものを「△」、硬化樹脂中に残留するボイドの大きさを問わず、全残留ボイドの合計面積が半導体素子の面積に対して３０％以上であるものを「×」と評価した。
初期接続性の評価に用いたものと同一条件で製造した半導体装置の半導体素子側から研削し、半導体素子と回路基板との間に形成された硬化樹脂層におけるボイドの発生の有無を断面観察により確認した。そして、硬化樹脂中に残留するボイドの大きさが３０μｍ未満であって、かつ全残留ボイドの合計面積が半導体素子の面積に対して５％未満であるものを「○」、硬化樹脂中に残留するボイドの大きさが３０μｍ未満であって、かつ全残留ボイドの合計面積が半導体素子の面積に対して５％以上３０％未満であるものを「△」、硬化樹脂中に残留するボイドの大きさを問わず、全残留ボイドの合計面積が半導体素子の面積に対して３０％以上であるものを「×」と評価した。
また、実装部品の代わりにカバーガラス（ガラスチップ）を搭載して上面よりリフローシミュレーターと呼ばれる高温観察装置にてリフロープロファイルを作成することによって、残留ボイドとは別に発生ボイドの量をリアルタイムに観察した。そして、１０個未満のボイドがガラスカバーの端部に向かって湧き上がるのが観察されたものを「◎」、１０個以上５０個未満のボイドがガラスカバーの端部に向かって湧き上がるのが観察されたものを「○」、５０個以上のボイドが連続的に吹き上がったものを「△」、ボイドが連続的に発生し、カバーガラスを押しのけてフローしてしまったために以降の評価ができなかったものを「×」と評価した。
（３）温度サイクル性
初期接続性の評価に用いたものと同一条件で製造した半導体装置のうち電気的動作が良好であったものを１０個取り出し、これらの温度サイクル性を評価した。これらの半導体装置に−５５℃で３０分間、１２５℃で３０分間を１サイクルとする気相中での温度サイクルを与え、２０００サイクルまで１００サイクルごとに半導体装置の動作確認を導通確認により行い、１０％以上抵抗値が上昇したものを動作不良と判定した。そして、１０個の半導体装置のうち動作不良が発生した個数が５個に達したときのサイクル数にて評価を行った。
初期接続性の評価に用いたものと同一条件で製造した半導体装置のうち電気的動作が良好であったものを１０個取り出し、これらの温度サイクル性を評価した。これらの半導体装置に−５５℃で３０分間、１２５℃で３０分間を１サイクルとする気相中での温度サイクルを与え、２０００サイクルまで１００サイクルごとに半導体装置の動作確認を導通確認により行い、１０％以上抵抗値が上昇したものを動作不良と判定した。そして、１０個の半導体装置のうち動作不良が発生した個数が５個に達したときのサイクル数にて評価を行った。
上記（１）〜（３）の試験結果を下記［表１］に示す。
上記［表１］にみられるように、いずれの実施例も各比較例に比べてボイドの量が少なく、また初期接続性及び温度サイクル性に優れていることが確認される。
Ａ 半導体装置
１ エポキシ樹脂組成物
２ 金属電極パッド
３ 基板
４ ソルダレジスト
５ アンダーフィル樹脂
６ 半導体素子
７ 半田バンプ
１ エポキシ樹脂組成物
２ 金属電極パッド
３ 基板
４ ソルダレジスト
５ アンダーフィル樹脂
６ 半導体素子
７ 半田バンプ
Claims (5)
- 金属電極パッドが設けられた基板に直接又はソルダレジストを介してエポキシ樹脂組成物を塗布・硬化させ、さらにこの面にアンダーフィル樹脂を塗布すると共に、このアンダーフィル樹脂を挟み込んで、半導体素子に設けられた半田バンプを前記金属電極パッドに接合することによって、前記基板に前記半導体素子を実装して形成された半導体装置を製造するのに用いられる前記エポキシ樹脂組成物であって、エポキシ樹脂及び硬化剤を含有すると共に、多孔質二酸化珪素が前記エポキシ樹脂組成物全量に対して０．１〜１５質量％含有されていることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
- 前記多孔質二酸化珪素がノニオン型吸水性樹脂を内包していることを特徴とする請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
- フッ素系樹脂又はシリコーン系樹脂が前記エポキシ樹脂組成物全量に対して１〜３０質量％含有されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記フッ素系樹脂がフッ素系アクリル系共重合物であることを特徴とする請求項３に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 金属電極パッドが設けられた基板に直接又はソルダレジストを介して請求項１乃至４のいずれか１項に記載のエポキシ樹脂組成物を塗布・硬化させ、さらにこの面にアンダーフィル樹脂を塗布すると共に、このアンダーフィル樹脂を挟み込んで、半導体素子に設けられた半田バンプを前記金属電極パッドに接合することによって、前記基板に前記半導体素子を実装して成ることを特徴とする半導体装置。
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