JP4940768B2 - 液状樹脂組成物及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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しかし該方法は、リフロー炉と呼ばれるコンベア式の加熱炉を用いて半田接続させるため、チップの自重により回路基板に接触させる。通常CUFは高信頼性化のため、ある程度の割合で無機フィラーを含有しているが、NUFの場合その無機フィラーが自重での接触を妨げる危険性があるため、フィラー充填していないものが多く検討されている。一方で、フィラー充填型のNUFも検討はされているが(例えば、特許文献2参照)、加熱−圧着型のいわゆるパルスヒート型実装方式に限る場合が多く、フィラー充填型NUFを用いたリフロー炉実装タイプにおいては十分なものがなかった。
ジカルボン酸類等(例えば、特許文献4参照)である。これらの化合物はエポキシ樹脂の硬化剤として機能し且つカルボン酸がフラックス活性を示す。該硬化剤は反応すると熱硬化性樹脂のマトリックスとなるため前記電気特性に関する問題を抑えることができる。
また、一般に鉛フリー半田は酸化され易いため、該硬化剤のフラックス活性では十分でなく、検討の余地があった。
(1)ノーフロー型アンダーフィル材に用いる液状樹脂組成物であって、
(A)フラックス活性を有する第一の硬化剤と、
(B)第一の硬化剤と異なるフラックス活性を有する第二の硬化剤と、
(C)エポキシ樹脂と、
(D)フィラーと、を含み
前記フラックス活性を有する第一の硬化剤(A)が、2,3−ジヒドロキシ安息香酸、2,4−ジヒドロキシ安息香酸、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、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、フェノールフタリン、又はジフェノール酸であり、
前記フラックス活性を有する第二の硬化剤(B)が、セバシン酸であることを特徴とする液状樹脂組成物。
(2)前記第一の硬化剤(A)と第二の硬化剤(B)の融点の差が30℃以上ある(1)に記載の液状樹脂組成物。
(3)前記第一の硬化剤(A)に対する第二の硬化剤(B)の配合比が0.01〜0.5である(1)又は(2)に記載の液状樹脂組成物。
(4)(1)〜(3)のいずれかに記載の液状樹脂組成物がノーフロー型アンダーフィル材として用いて半導体装置の組立を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
その例としては、2,3−ジヒドロキシ安息香酸、2,4−ジヒドロキシ安息香酸、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、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、フェノールフタリン、ジフェノール酸等が挙げられ、これらは単独もしくは複数添加することができる。何れもフラックス作用を有することが本発明に利用するための条件である。また、これらの化合物は何れも吸湿し易くボイドの原因となるため製造する際は前もって乾燥を行うことが好ましい。これらの中で好ましくは、2,3−ジヒドロキシ安息香酸、2,4−ジヒドロキシ安息香酸、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等である。
好ましく、より好ましくは150℃以下である。融点の差が30℃未満では硬化剤(B)の添加効果であるフラックス活性作用が発現し難くなり好ましくない。融点の差が150℃を超えると、硬化剤(B)によるエポキシ樹脂の反応が早い段階で起こるため、樹脂組成物の粘度が上昇し半田の接続性に支障をきたす場合がある。
また、加熱時の硬化反応を抑制し,半田接続部分の接続を阻害させないため、上記のエポキシ樹脂以外に硬化開始温度の高いエポキシ樹脂を併用することが好ましい。例えば、ジアリルビスフェノールA型ジグリシジルエーテル、シリコーン変性エポキシ樹脂等が挙げられる。
上記の液状樹脂組成物を塗布する方法は、ディスペンス法,印刷法等があり特に制限されない。液状樹脂組成物を予備加熱する場合の条件は、40〜100℃、時間は1つのパッケージあたり1〜5分程度で搭載が行われる。電極の電気接合の為の加熱は,リフローやパルスヒート加熱,ホットプレートなどによる直接加熱のような方法等が挙げられ,特に制限されない。
半導体素子の製造及び半導体装置のその他の製造工程は従来の公知の方法を用いることが出来る。
<実施例1>
第一の硬化剤(A)の成分として予め130℃、5torrで3時間真空乾燥したジヒドロキシ安息香酸(融点202℃)30重量部、第二の硬化剤(B)として予め80℃、5torrで3時間真空乾燥したセバシン酸(融点135℃)5重量部、エポキシ樹脂(C)の成分としてビスフェノールF型エポキシ樹脂(エポキシ当量161)90重量部、ジアリルビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量210)10重量部、シリコーン変性エポキシ樹脂の反応物5重量部、フィラー(D)の成分としてシリカを液状樹脂組成物の50重量%となる重量部、硬化促進剤として2−フェニル−4−メチルイミダゾール0.2重量部、低応力材としてアクリロニトリルブタジエンゴム2重量部を秤量し3本ロールにて分散混練し、真空下脱泡処理をして液状樹脂組成物を得た。
次に、得られた液状樹脂組成物を回路基板に塗布し、上部よりフリップチップボンダー用いて位置決めを行いながらフリップチップを設置した。次に図1で示された温度プロファイルを有するリフロー加熱炉を用いて半田を溶融、接続を行った。接続率はデイジーチェーンでつながったブロック単位で確認し、すなわち一つでも接続不良が出た場合は導通しないため、接続率は導通が取れたものを良品としてカウントした。その後、後硬化として150℃、90分にて封止樹脂を硬化させ、パッケージを作製し、下記試験を行った。
半田:錫−銀(融点:221℃)
バンプ数:900バンプ
バンプ高さ:80μm
チップサイズ:10mm角
パッシベーション:ポリイミド
チップ厚み:525μm
使用した回路基板
BT(ビスマレイミド/トリアジン)樹脂基板(接続パッド:表面は金メッキ)
上述の方法により、半田バンプ接続を行った10個の回路基板をハンドプローブ型のテスター用いて導通をチェックし、導通が取れたものを良品とした(導通不良パッケージ数/総パッケージ数)。
(2)ボイド、初期剥離観察
半田バンプ接続を行い、封止樹脂を硬化させたパッケージ10個について、超音波探傷装置(SAT)を用いてボイド、剥離を観察した。界面の剥離状態は一箇所でも剥離が生じたパッケージを不良とした(ボイド又は剥離発生パッケージ数/総パッケージ数)。
(3)耐リフロー試験
半田バンプ接続を行い、硬化させた接続率100%のパッケージ10個を選び、30℃、60%、72時間吸湿させたあと最大温度260℃のリフローに3回通過させ、封止樹脂外観クラック、界面の剥離状態をSATで調べた。界面の剥離状態は一箇所でも剥離が生じたパッケージを不良とした(剥離発生パッケージ数/総パッケージ数)。
(4)温度サイクル(T/C)試験
耐リフロー試験を行ったパッケージ10個のうち不良でないものを引き続き−55℃、30分/−125℃、30分の条件でT/C試験を行った。クラック、剥離の状態を250サイクルおき最大1000サイクル観察した。界面の剥離状態は一箇所でも剥離が生じたパッケージを不良とした(チップクラック又は剥離発生パッケージ数/総パッケージ数
)。
ビスフェノールF型エポキシ樹脂:大日本インキ化学工業(株)製、EXA−830LVP(エポキシ当量161)
ジアリルビスフェノールA型エポキシ樹脂:日本化薬(株)製、RE−810NM(エポキシ当量210)
シリコーン変性エポキシ樹脂:東芝シリコーン(株)製,商品名TSL−9906とビスフェノールAの5:1の反応物
ビフェニル型エポキシ樹脂:日本化薬(株)製、NC3000(エポキシ当量272)
ジヒドロキシ安息香酸:みどり化学(株)製、2,5−ジヒドロキシ安息香酸(融点200〜205℃)
セバシン酸:東京化成工業(株)製、セバシン酸(融点134℃)
2P4MZ:四国化成工業(株)製、2−フェニル−4−メチルイミダゾール
ブタジエンニトリルゴム:宇部興産(株)製、CTBN1008SP(カルボキシル基末端ブタジエンアクリルゴム)
シリカ:アドマテックス(株)製、SO−25H
フェノールフタリン:東京化成工業(株)製、フェノールフタリン(融点235℃)
実施例1における第二の硬化剤(B)のセバシン酸の添加量を2重量部とした以外は実施例1と同様に試験を行った。
<実施例3>
実施例1における第二の硬化剤(B)のセバシン酸の添加量を7重量部とした以外は実施例1と同様に試験を行った。
<実施例4>
実施例1においてエポキシ樹脂(C)のビスフェノールF型エポキシを80重量部、ビフェニル型エポキシを10重量部とした以外は実施例1と同様に試験を行った。
<実施例5>
実施例1において第一の硬化剤(A)をジヒドロキシ安息香酸20重量部、フェノールフタリン10重量部とした以外は実施例1と同様に試験を行った。
実施例1においてフィラー(D)を添加しないとした以外は実施例1と同様に試験を行った。
<比較例2>
実施例1において第二の硬化剤(B)を添加しないした以外は実施例1と同様に試験を行った。
<比較例3>
実施例1において第一の硬化剤(A)フェノールフタリン40重量部、第二の硬化剤(B)セバシン酸を添加しないとした以外は実施例1と同様に試験を行った。
<比較例4>
実施例1において第一の硬化剤(A)を添加せず、第二の硬化剤(B)セバシン酸を35重量部とした以外は実施例1と同様に試験を行った。
実施例1〜5、比較例1〜4の評価結果を表1に示す。
比較例2及び3では、第二の硬化剤が添加されていないため、リフロー炉加熱中での効率的な半田酸化膜除去が行われなかったためか、初期接続性に劣った。
比較例4では第一の硬化剤が添加されておらず、第二の硬化剤の割合が大きく、接続性は良好であったが、その分硬化物特性、特に熱的特性が低下し、高温時でのバンプ保護性が低下したためか耐リフロー試験性や温度サイクル試験性に劣った。
Claims (4)
- ノーフロー型アンダーフィル材に用いる液状樹脂組成物であって、
(A)フラックス活性を有する第一の硬化剤と、
(B)第一の硬化剤と異なるフラックス活性を有する第二の硬化剤と、
(C)エポキシ樹脂と、
(D)フィラーと、を含み、
前記フラックス活性を有する第一の硬化剤(A)が、2,3−ジヒドロキシ安息香酸、2,4−ジヒドロキシ安息香酸、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、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、フェノールフタリン、又はジフェノール酸であり、
前記フラックス活性を有する第二の硬化剤(B)が、セバシン酸であることを特徴とする液状樹脂組成物。 - 前記第一の硬化剤(A)と第二の硬化剤(B)の融点の差が30℃以上ある請求項1に記載の液状樹脂組成物。
- 前記第一の硬化剤(A)に対する第二の硬化剤(B)の配合比が0.01〜0.5である請求項1又は2に記載の液状樹脂組成物。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の液状樹脂組成物がノーフロー型アンダーフィル材として用いて半導体装置の組立を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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