JP5115900B2 - 液状樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置 - 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−圧着型のいわゆるバ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。
[1]液状型封止樹脂に用いる液状樹脂組成物であって、少なくとも
(A)エポキシ樹脂、
(B)フィラー、
(C)ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物である第一の硬化促進剤、および
(D)イミダゾール化合物である第二の硬化促進剤
を含むことを特徴とする液状樹脂組成物。
[2]前記第一の硬化促進剤(C)がトリフェニルホスフィンと1,4−ベンゾキノンとの付加物である上記[1]に記載の液状樹脂組成物。
[3]前記第一の硬化促進剤(C)の配合量が、全硬化促進剤に対して10〜80重量%である上記[1]又は[2]に記載の液状樹脂組成物。
[4]さらに硬化剤(E)を含む上記[1]ないし[3]のいずれかに記載の液状樹脂組成物。
[5]前記硬化剤(E)が、少なくともフラックス活性を有する硬化剤を含むものである[4]に記載の液状樹脂組成物。
[6]上記[1]ないし[5]のいずれかに記載の液状樹脂組成物を用いて作製されたことを特徴とする半導体装置。
また、信頼性の優れた液状樹脂組成物を得るために、エポキシ樹脂のNa+、Cl-等のイオン性不純物はできるだけ少ないものが好ましい。
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。
また、第一の硬化促進剤と第二の硬化促進剤の融点が異なるものが好ましい。
2種の硬化促進剤を用いた場合に、第一の硬化促進剤(C)の融点を、第二の硬化促進剤(D)の融点より高くすることにより、より低温で第二の硬化促進剤(C)を作用させることができる。好ましくは、30℃以上であり、より好ましくは60℃以上である。このように高い融点の第一の硬化促進剤(C)を用いることで、リフロー処理工程における220℃以上の半田接合温度領域において硬化促進作用が発現し、半田接合を行いその後の樹脂組成物の硬化を速やかに行うことが可能となる。
また、エポキシ樹脂への溶解及び樹脂組成物全体のフラックス活性を助けるために2種類の硬化剤(E1,E2)を用いることが好ましい。2種類の硬化剤は融点の異なるものがより好ましい。
第一の硬化剤(E1)と融点の異なる第二の硬化剤(E2)としては、例えばo−フタル酸、トリメリット酸、ヘキサヒドロフタル酸、メチルヘキサヒドロフタル酸、4−ヒドロキシ(o−フタル酸)、3−ヒドロキシ(o−フタル酸)、テトラヒドロフタル酸、マレイン酸、アルキレン基を含むものとしてはコハク酸、マロン酸、グルタル酸、リンゴ酸、セバシン酸、アジピン酸、アゼライン酸、スベリン酸、ピメリン酸、1,9−ノナンジカルボン酸、ドデカン二酸等が挙げられるがこの限りではない。これらの中でも、セバシン酸が好ましい。
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。樹脂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,ホットプレート等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>
エポキシ樹脂(A)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(B)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、第一の硬化促進剤(C)としてトリフェニルホスフィンと1,4−ベンゾキノンとの付加物(融点270℃)0.15重量部、第二の硬化促進剤(D)として2−フェニル−4−メチルイミダゾール(融点174〜184℃)0.2重量部、第一の硬化剤(E1)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(E2)として予め80℃、5Torrで3時間真空乾燥したセバシン酸(融点134℃)5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を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、下記の試験を行った。
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を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(チップクラックまた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)
・シリカ:アドマテックス(株)製、SO−25H
・トリフェニルホスフィンと1,4−ベンゾキノンとの付加物(融点270℃)
・2P4MZ:四国化成工業(株)製、2−フェニル−4−メチルイミダゾール(融点174〜184℃)
・2PHZ:四国化成工業(株)製、2−フェニル−4,5ジヒドロキシメチルイミダゾール(融点213〜225℃)
・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202℃)
・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℃)
・セバシン酸:東京化成工業(株)製、セバシン酸(融点134℃)
・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)
実施例1における第一の硬化促進剤(C)と第二の硬化促進剤(D)との配合量を変えた以外は実施例1と同様に液状樹脂組成物を作製し、試験を行った。
<実施例4>
実施例1において硬化剤(E)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、セバシン酸5重量部とした以外は実施例1と同様に液状樹脂組成物を作製し、試験を行った。
<実施例5>
実施例1においてエポキシ樹脂(A)のビスフェノールF型エポキシ樹脂を80重量部、ビスフェノール型エポキシ樹脂を10重量部とした以外は実施例1と同様に液状樹脂組成物を作製し、試験を行った。
<実施例6>
実施例1において第二の硬化促進剤(D)を2PHZ0.2重量部とした以外は実施例1と同様に液状樹脂組成物を作製し、試験を行った。
実施例1において第一の硬化促進剤(C)を配合しない以外は実施例1と同様に液状樹脂組成物を作製し、試験を行った。
<比較例2>
実施例1において第二の硬化促進剤(D)を配合しない以外は実施例1と同様に液状樹脂組成物を作製し、試験を行った。
<比較例3、4>
比較例2において第一の硬化促進剤(C)の配合量を変えた以外は比較例2と同様に液状樹脂組成物を作製し、試験を行った。
比較例2〜4では、第二の硬化促進剤が配合されていないため、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。
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 (6)
- 液状型封止樹脂に用いる液状樹脂組成物であって、少なくとも
(A)エポキシ樹脂、
(B)フィラー、
(C)ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物である第一の硬化促進剤、および
(D)イミダゾール化合物である第二の硬化促進剤
を含むことを特徴とする液状樹脂組成物。 - 前記第一の硬化促進剤(C)がトリフェニルホスフィンと1,4−ベンゾキノンとの付加物である請求項1に記載の液状樹脂組成物。
- 前記第一の硬化促進剤(C)の配合量が、全硬化促進剤に対して10〜80重量%である請求項1又は2に記載の液状樹脂組成物。
- さらに硬化剤(E)を含む請求項1ないし3のいずれかに記載の液状樹脂組成物。
- 前記硬化剤(E)が、少なくともフラックス活性を有する硬化剤を含むものである請求項4に記載の液状樹脂組成物。
- 請求項1ないし5のいずれかに記載の液状樹脂組成物を用いて作製されたことを特徴とする半導体装置。
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