JP5022755B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂組成物、半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
マイグレーション防止剤が液状または溶液の場合は、均一分散が可能であるが、エポキシ樹脂との均一性が増すため、反応が速く進行し、一液型封止用樹脂組成物として使用しにくいという新たな問題があった。
本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物の主要成分は、エポキシ樹脂(A)、芳香族アミン(B)、金属錯体(C)、カップリング剤(D)およびシラン化合物(E)である。該エポキシ樹脂組成物の粘度は、100℃において0.5〜70.0mPa・s、好ましくは0.5〜65.0mPa・s、より好ましくは0.5〜60.0mPa・sである。70.0mPa・s以上になると注入時間が長くなり過ぎたり、未注入部分が発生したりして、生産効率の低下と外観、信頼性の劣化が起こる。0.5mPa・s未満になると、注入部分以外への流れ出しや形状保持力の低下が起こり、汚染や外観、信頼性の劣化が起こる。
エポキシ樹脂(A)は半導体封止用組成物の主剤、基剤である。エポキシ樹脂(A)は、組成物として狭ピッチ配線部や狭ギャップ部へ侵入できる粘度に調整可能な範囲であれば液状、固形いずれでも構わないが、低粘度化しやすい液状樹脂であることが好ましい。エポキシ樹脂(A)は単独でも複数を併用することもできる。
芳香族アミン(B)はエポキシ樹脂の硬化剤である。芳香族アミン(B)は、組成物として狭ピッチ配線部や狭ギャップ部へ侵入できる粘度に調整可能な範囲であれば液状、固形いずれでも構わないが、侵入速度などの観点から組成物を低粘度化しやすい液状芳香族アミンであることが好ましい。芳香族アミン(B)はアルキレンジアニリン構造を有し、芳香環に少なくとも一つの置換基がある芳香族アミンが好ましい。置換基はメチル基、エチル基などのアルキル基、メトキシ基などのアルコキシ基であることが好ましい。芳香族アミン(B)はそれを生成する際に副生するオリゴマーなどを含有していても差支えない。芳香族アミン(B)は単独でも複数を併用することもできる。
金属錯体は(C)エポキシ樹脂(A)の硬化を促進する触媒成分である。金属錯体は、硬化促進作用を有するものであれば特に限定されないが、所望の加熱温度における硬化促進作用を発現し、一液型組成物として使用可能であり、耐マイグレーション性を阻害しないものが好ましい。金属としてはアルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、銅などが挙げられるが、アルミニウムが好ましい。
配位子としては、アセチルアセトナート、ピリジン、トリフェニルホスフィン、エチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸などが挙げられるが、アセチルアセトナートが好ましい。
カップリング剤(D)は主にエポキシ樹脂(A)の硬化を促進する触媒の1成分として作用する。カップリング剤(D)はエポキシ樹脂組成物の硬化物の膨れなどの外観不良や一液安定性を損なわないものであれば、特に限定されず、シランカップリング剤、チタンカップリング剤などが用いられる。シランカップリング剤はケチミン構造を有するものが好ましい。勿論、カップリング剤(D)を併用することができる。
シラン化合物(E)は主にエポキシ樹脂(A)の硬化を促進する触媒の1成分として作用する。シラン化合物(E)はエポキシ樹脂組成物の硬化物の膨れなどの外観不良や一液安定性を損なわないものであれば、特に限定されないが、フェニル基を有するシラン化合物、および、アルコキシ基を含有するシラン化合物が好ましい。なお、該シラン化合物(E)はシランカップリング剤を含まない。勿論、シラン化合物(E)を併用してもよい。
なお、カップリング剤(D)とシラン化合物(E)の質量比は65/35〜35/65、好ましくは55/45〜45/55である。該質量比を逸脱するとエポキシ樹脂組成物の硬化性の低下が起こり、半導体装置の外観不良や保存安定性の低下が起きる。
前記必須成分(A)〜(E)を含有するエポキシ樹脂組成物に、レベリング剤、着色剤、イオントラップ剤、消泡剤、充填剤などを配合することができる。各配合物の種類、配合量は常法通りである。また、オキタセン、アクリレート、ビスマレイミドなどの熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、エラストマーなどを配合してもよい。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、成分(A)〜(E)およびその他の配合物を混合し、攪拌して調製される。混合攪拌は、ロールミルを用いて行うことができるが、勿論、これに限定されない。エポキシ樹脂(A)が固形の場合には、加熱などにより液状化ないし流動化し混合することが好ましい。
各成分を同時に混合しても、一部成分を先に混合し、残り成分を後から混合するなど、適宜変更しても差支えない。
半導体装置は、図1にその1例の断面図を示すように、基材(フレキシブルフィルム)1に複数の配線5(バリア層2、導体層3およびスズめっき層4からなる)が配置された配線基板6と、該配線基板6に搭載された半導体チップ7を封止剤8で結合した構造を基本とする。配線基板6は、基材1に複数の配線5、ソルダーレジスト9をこの順に積層した構造であり、配線5の一端は搭載する半導体チップ7に、他端を外部機器に接続できるようになっている。ソルダーレジスト9は、基材1の上に配線5を覆って保護することにより、ショートや断線を防止する。なお、基板1がフレキシブルフィルムの場合がCOFである。
半導体チップの実装は例えば、以下の手順で実施される。
(1)フレキシブル配線基板6を、金ブンプ(突起電極)10を有する半導体チップ7と接合する。なお、配線5の表面の半導体チップ7との接合に関与しない部分を、ソルダーレジスト9が被覆保護している。
(2)該接合後、半導体チップ7とフレキシブル配線基板6との間に封止剤8(封止用エポキシ樹脂組成物)を充填し、加熱硬化して、半導体装置11を製造する。
表1に示す成分を、表1に示す量で量り取り、一挙に混合した混合物を三本ロールミル混練し、均一なエポキシ樹脂組成物を得た。ついで、該組成物を減圧下に置き、組成物中の気泡を除去し、評価用試料にした。該組成物および該組成物の硬化物(半導体装置)の安定性、耐マイグレーションおよび外観を下記の装置、方法を用いて評価した。なお、耐マイグレーション性は、絶縁性をもって代用評価した。
E型粘度計(東機産業(株)製、型式TVE-22H形)を用いて、液温25℃、10rpmで評価用試料の粘度を測定した。その後、評価用試料を密閉容器中に室温(25℃)で24時間放置した。再度評価用の試料の粘度を測定した。該放置前後の粘度から増粘比を求めた。該増粘比が2.0未満の場合を、安定性が良好で合格(○)、2.0以上の場合を安定性が不良で不合格(×)とした。
評価用試料を、ポリイミドフィルムの上に搭載したシリコンチップ(2×20×0.75mm)の長辺側面に接するように10mg塗布して、該評価用試料をシリコンチップの下に注入し封止した試験片を製造した。該試験片をオーブンへ入れ、150℃で加熱し、エポキシ樹脂を硬化させた。加熱後の試験片を垂直に立てて、評価用試料の垂れ下がり状態を目視観察した。時間が10分未満の場合を、硬化性良好と見て合格(○)、10分以上の場合を、硬化性不良と見て不合格(×)とした。
ポリイミドフィルムの上に形成された櫛歯型電極(材質:銅の上にスズめっき、パターンピッチ:30μm、電極幅:15μm)の上に評価用試料を塗布し、150℃で90分間加熱し、硬化させて試験片を製造した。加熱後の試験片を85℃、湿度85%の槽(エスペック(株)製、型式SH-641)へ入れ、電極間に60Vの直流電圧を印加して、電極間の抵抗を測定した。抵抗が1×108Ω以上で500時間以上持続した場合を、絶縁性良好と見て合格(○)、抵抗が1×108Ω以上で500時間未満の持続の場合を、絶縁性不良と見て不合格(×)とした。そして、絶縁性が合格の場合を、実使用に支障がない絶縁性保持特性があると判定した。
評価用試料の約5gを金属ケース(50mmφ)に量り取り、150℃で90分間加熱し、硬化させて、試験片を作製した。該試験片の硬化状態(皺、ボイド)を目視観察した。
また、ガラス基板を50μmのギャップを空けて張り合わせ、該ギャップの中に評価用試料を毛管作用により注入し、その後、150℃で90分間加熱し硬化させ、試験片を作製した。該試験片の硬化状態を目視観察し、ボイドの有無を確認した。いずれにおいても皺、ボイドがない場合を、外観良好と見て合格(○)とし、いずれか一方に皺、ボイドがある場合を、外観不良と見て不合格(×)とした。
実施例1と比較例2との対比からシラン(E)の有無が組成物の安定性と硬化性に違いをもたらすことが明らかである。
実施例1と比較例3〜4との対比からシラン(E)の有無が組成物の硬化性に違いをもたらすことが明らかである。
実施例1と比較例5との対比からカップリング剤(D)の有無が硬化物の外観に違いをもたらすことが明らかである。
実施例5と比較例6との対比から金属錯体(C)の量が少ないと組成物の硬化性と絶縁性に劣ることが明らかである。
実施例6と比較例7との対比から金属錯体(C)の量が多いと組成物の安定性に劣ることが明らかである。
実施例8と比較例10との対比からシラン(E)の有無が組成物の硬化性に差をもたらすことが明らかである。
実施例8と比較例11との対比からシラン(E)の有無が組成物の硬化性と絶縁性に差をもたらすことが明らかである。
実施例8と比較例12との対比から芳香族アミン(B)および金属錯体(C)の有無が組成物の安定性と絶縁性に差をもたらすことが明らかである。
5 配線
6 配線基板
7 半導体チップ(素子)
8 エポキシ樹脂組成物(封止剤)
9 ソルダーレジスト
Claims (3)
- エポキシ樹脂(A)、芳香族アミン(B)、金属錯体(C)、カップリング剤(D)およびシラン化合物(E)を含み、
前記エポキシ樹脂(A)が、液状ビスフェノールAエポキシ樹脂、液状ビスフェノールFエポキシ樹脂、液状パラアミノフェノール型エポキシ樹脂、1,3−ビス(3−グリシドキシプロピル)−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、液状ビスフェノールAエポキシ樹脂の水素化物、(3’,4’−エポキシシクロヘキサン)メチル−3,4−エポキシシクロヘキシルカルボキシレート、および、1,2:8,9−ジエポキシリモネンからなる群から選択される少なくとも1つであり、
前記芳香族アミン(B)が4,4’−メチレンビス(2−エチルアニリン)であり、
前記金属錯体(C)がアルミニウムトリスアセチルアセトネートであり、
前記カップリング剤(D)が3(または2)−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチルブチリデン)プロピルアミンの加水分解縮合物および/またはN−(1,3−ジメチルブチリデン)−3−(トリエトキシシリル)−1−プロパンアミンであり、
前記シラン化合物(E)がジフェニルジアルコキシシランであり、
エポキシ樹脂(A)と芳香族アミン(B)の合計量100質量部に対して金属錯体(C)が0.2〜3.0質量部、カップリング剤(D)およびシラン化合物(E)が合わせて3.0〜5.5質量部であり、シランカップリング剤(D)とシラン化合物(E)の質量比が65/35〜35/65であり、100℃における粘度が0.5〜70.0mPa・sであるCOF型半導体封止用エポキシ樹脂組成物。 - 請求項1に記載のCOF型半導体封止用エポキシ樹脂組成物で封止されてなるCOF型半導体装置。
- 請求項1に記載のCOF型半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いてCOF型半導体を封止する半導体の製造方法。
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