JP5296996B2 - 熱硬化性樹脂組成物及び電子デバイス - Google Patents

Description

本発明は、アンダーフィル形成用の熱硬化性樹脂組成物、及びそれを用いて製造された電子デバイスに関する。更に詳しくは、電気的コンポーネントの回路基板へのフェイスダウン実装にあたり、電極接合とアンダーフィル形成とを一括で行うことができる熱硬化性樹脂組成物及びこの熱硬化性樹脂組成物を用いて製造された電子デバイスに関するものである。

従来、ＣＳＰやＢＧＡ等の実装部品（電気的コンポーネント）を回路基板へ実装するにあたり、実装部品の回路基板への実装面積の極小化に伴い、フリップチップ実装が広く行われている。このフリップチップ実装では、実装部品を回路基板上にフェイスダウンで配置して、実装部品の金属バンプと回路基板上の電極とをリフロー処理等にて接合した後、この実装部品と回路基板の間にアンダーフィル樹脂を充填・硬化して封止することではんだ結合の信頼性を確保するという、いわゆるキャピラリーフローアンダーフィル工法が行われていた。

しかし、当該工法ではアンダーフィル樹脂の充填工程やその後の硬化工程等に時間を要する等の問題があることから、近年、電極接合前に実装部品と回路基板との間にアンダーフィル樹脂を介在させ、これをリフロー処理等することにより電極接合と樹脂封止とを一括で行う実装方式が注目を集めてきている（特許文献１参照）。

しかし、このような一括工法では、回路基板上に形成されたソルダーレジスト中に未硬化低分子量成分が残留していたり、回路基板が吸湿していたりすると、リフロー処理中に前記未硬化低分子量成分や水が硬化前のアンダーフィル樹脂へ向かって湧き上がり、硬化後のアンダーフィル樹脂中に残留ボイドが発生するという問題がある。この残留ボイドは実装部品と回路基板との間の電気的接合を妨げる原因となる。

こうした不具合に対しては、回路基板や実装部品を予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対処することは可能であるが、事前にベーキングを施す場合にはベーキングを施してから実装を行うまでの間に回路基板が再び吸湿したり、ベーキング温度や時間が不適切であれば実装部品や回路基板の金属電極等が酸化したり、実装部品や回路基板に反りが生じたりするおそれがある。また、ベーキング処理を追加することで生産効率が大きく低下するという問題もある。

また、実装部品の辺部にアンダーフィル樹脂を塗布し、リフロー処理中にアンダーフィル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や、アンダーフィル樹脂の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ようにする方法も提案されているが、効果が大きくない上に、実装部品のサイズや電極数等の構成による影響を受けやすいため汎用性に欠けるものであった。
特開２００３−１６０６３９号公報

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、実装部品等の電気的コンポーネントを回路基板にフェイスダウンで実装すると共にアンダーフィルを形成して電子デバイスを作製するにあたり、電極接合とアンダーフィルの形成とを一括で行う場合に、回路基板中の吸湿水やこの回路基板上のソルダーレジスト中に残留する未硬化低分子量成分等によってアンダーフィル中にボイドが残留することを抑制することができ、汎用性の高いアンダーフィル用熱硬化性樹脂組成物及びこれを用いて作製された電子デバイスを提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、電気的コンポーネントを回路基板にフェースダウンで実装する際のアンダーフィルの形成に用いられる熱硬化性樹脂組成物であって、１８０℃でのゲル化時間が５０〜３５０秒の範囲であることと、１６０℃で３分間加温時の粘度が０．５〜１０Ｐａ・ｓであることのうち、少なくとも一方を満たすことを特徴とする。

請求項１に係る発明は、２５℃での表面張力が４５ｍＮ／ｍ以下であることと、２５℃でのラメラ長が５ｍｍ以下であることとを満たすことを特徴とする。

請求項１に係る発明は、フラックス活性剤としてフェニルアラニン、アビエチン酸、アジピン酸及びセバシン酸から選択される少なくとも一種を含有することを特徴とする。

請求項１に係る発明は、フラックス活性剤を２〜２０質量％の範囲で含有することを特徴とする。

請求項１に係る発明は、消泡剤としてシリコーン系消泡剤、フッ素系消泡剤、アクリル系消泡剤から選択される少なくとも一種を０．０１〜２質量％の範囲で含有することを特徴とする。

請求項１に係る発明は、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を含有することを特徴とする。

請求項１に係る発明は、エポキシ樹脂として、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、ナフタレン環含有エポキシ樹脂及びこれらの水素添加型エポキシ樹脂から選択される少なくとも一種を含有することを特徴とする。

請求項１に係る発明は、硬化剤としてメチルヘキサヒドロ無水フタル酸、下記化学式（Ａ）で表される化合物、及び下記（Ｂ）で表される化合物から選択される少なくとも一種を含有することを特徴とする。

請求項１に係る発明は、エポキシ樹脂と硬化剤との当量比が１００：６０〜１００：１２０の範囲であることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、無機充填材として最大粒径が５μｍ以下である、球状非晶質シリカ及びアルミナの少なくとも一方を、４０質量％以下含有することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、電気的コンポーネントを回路基板にフェースダウンで実装して電気的コンポーネントのバンプを回路基板の電極に接続した電子デバイスであって、電気的コンポーネントと回路基板との間に請求項１又は２に記載の熱硬化性樹脂組成物にて形成されたアンダーフィルが充填されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３において、上記バンプがはんだで形成されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、電気的コンポーネントを回路基板にフェイスダウンで実装するにあたり、電気的コンポーネントと回路基板を電気的に接続する前に両者の間に熱硬化性樹脂組成物を介在させ、この状態でリフロー処理等の熱処理を施すことにより、実装部品と回路基板との間の電気的接続と、アンダーフィルの形成とを一括して行う場合に、熱硬化性樹脂組成物が硬化する過程において、前記熱処理中に気化した水分や未反応低分子量成分等の気化成分が回路基板から熱硬化性樹脂組成物中に浸入することを防止してアンダーフィル中のボイドの残留を抑制して電気的コンポーネントと回路基板との間の電気的接合を妨げることを防止すると共に、実装部品と回路基板とが接合される前に熱硬化性樹脂組成物が硬化することを防止して導通不良の発生を抑制することができるものである。

請求項１に係る発明によれば、熱処理中に気化成分が熱硬化性樹脂組成物中に浸入したとしても、この気化成分が実装部品と回路基板との間において端縁側に向けて移動しやすくなると共に実装部品の端縁付近から熱硬化性樹脂組成物の外部に向けて移動しやすくなり、熱硬化性樹脂組成物中からボイドがスムーズに排出してボイドの残留を更に抑制することができるものである。

請求項１に係る発明によれば、熱硬化性樹脂組成物にフラックス活性を付与することができて、電気的コンポーネントの回路基板への実装時に予めフラックス処理を施す必要がなく、熱処理と同時に金属表面の酸化膜除去等の処理が施され、電気的な接続信頼性を確保することができるものである。

請求項１に係る発明によれば、熱硬化性樹脂組成物に対して充分なフラックス活性を付与することができると共に、硬化物の絶縁信頼性の低下を防止することができるものである。

請求項１に係る発明によれば、硬化物の密着性の低下を防止すると共に消泡剤に起因するボイドの発生を抑制しつつ、消泡剤によって熱硬化性樹脂組成物の表面張力を低減させ、或いはラメラ長を低減させることができるものである。

請求項１に係る発明によれば、電気絶縁性及び機械的強度に優れた硬化物を得ることができる。

請求項１に係る発明によれば、使用するエポキシ樹脂組成物の種類や含有量を調整することで、熱硬化性樹脂組成物のレオロジー特性を調整することができる。

請求項１に係る発明によれば、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸及び式（Ａ）で示される酸無水物を用いることにより熱硬化性樹脂組成物にフラックス活性を付与することができると共に、別途にフラックス活性剤を使用する場合にそのフラックス活性剤の添加量を抑制して、フラックス活性剤の含有量が過剰になることによる硬化物の脆化や電気絶縁性の低下を防止することができるものであり、また式（Ｂ）で示されるフェノール樹脂を用いることにより熱処理時の硬化剤の揮発を抑制してこの硬化剤に起因するボイドの発生を抑制することができるものである。

請求項１に係る発明によれば、熱処理時に硬化剤が揮発したとしても硬化特性を十分に発現し、熱硬化性樹脂組成物にて形成されるアンダーフィルが封止材及び補強材としての機能を十分に発現するようになるものである。

請求項２に係る発明によれば、回路基板と電気的コンポーネントとの間の電気接続性を妨げることなく、硬化物の低線膨張率化を図ることができ、温度サイクル性等の信頼性を向上することができるものである。

請求項３に係る発明によれば、アンダーフィルにおけるボイドの残留が抑制され、電気的コンポーネントと回路基板との間の電気的接続が良好なものである。

請求項４に係る発明によれば、はんだからなる金属バンプの溶融により、電気的コンポーネントと回路基板との間に電気的結合を確保することができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明に係る熱硬化性樹脂組成物は、半導体チップ等の実装部品（電気的コンポーネント）を、回路基板にフェイスダウンで実装するにあたり、アンダーフィルを形成するために用いられる。特に、実装部品と回路基板を電気的に接続する前に両者の間に熱硬化性樹脂組成物を介在させ、この状態でリフロー処理等の熱処理を施すことにより、実装部品と回路基板との間の電気的接続と、アンダーフィルの形成とを一括して行う場合に用いられる。

具体的には、例えばまず金属バンプが形成された実装部品の回路基板側の面と、回路基板の実装部品側の面のうち少なくとも一方の面に、アンダーフィル形成用の熱硬化性樹脂組成物を塗布する。ここで上記の実装部品としては、樹脂などによってパッケージングされていないダイ（チップ）そのものや、ＣＳＰやＢＧＡと呼ばれている半導体パッケージを用いることができる。この実装部品の一面に設けられた金属バンプは、はんだ等にて形成することができる。一方、回路基板としては、ＦＲ４やＦＲ５などの繊維基材を含む有機基板、あるいは繊維基材を含まないビルドアップ型の有機基板、さらにポリイミドやポリエステルなどの有機フィルム、アルミナやガラスなどの無機基板等の基材に、接続用の電極を含む導体配線が形成された配線板を挙げることができる。

次いで、実装部品と回路基板とを、塗布した熱硬化性樹脂組成物を挟み込むようにして対向させると共に、実装部品の金属バンプと回路基板の電極との位置合わせを行い双方を接触させる。この状態で、リフロー加熱を行う。このリフロー加熱は、金属バンプと電極とのいずれか低い方の溶融温度以上となるように加温して行う。このときの温度プロファイル、すなわちリフロープロファイルとしては、金属バンプや電極を構成する金属の種類や組成より様々なパターンがある。例えば、金属バンプがＳｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｃｕ等の鉛フリーはんだにて形成され、この金属バンプを溶融させる場合には、室温から９０秒間かけて１５０℃に到達させ、次の９０秒間で２００℃に到達させた後、２００℃以上の状態に６０秒間で２２０℃以上の状態に３０秒間維持し、その間における最高温度が２５０℃となるようなパターンを挙げることができる。そしてこのような温度プロファイルに基づいてリフロー加熱を行うことによって、金属バンプ又は電極のうち少なくともいずれか一方が溶融して他方に溶着されると共に、熱硬化性樹脂組成物の硬化反応が進行するものである。そして、上記のようなリフロー工程の終了時には、実装部品と回路基板とが金属バンプによって電気的に接続されていると共に、熱硬化性樹脂組成物が硬化してアンダーフィルが形成される。また、熱硬化性樹脂組成物の硬化をより完全にするために、さらに後硬化（アフターベーク）を行っても良い。このときの条件としては、１２０〜１７０℃の温度で、３０分間〜３時間が好ましい。

このような一括工法においては、既述のように回路基板が吸湿した水分や回路基板に形成されたソルダーレジスト中に残存する未反応低分子量成分が気化するおそれがある。このとき気化温度の違いにより、まず水分の気化が生じた後、未反応低分子量成分の気化が生じるといったように、不連続で気化が生じる場合が多い。本発明ではこの熱処理の過程において、前記気化した水や未反応低分子量成分等（以下、気化成分という）が熱硬化性樹脂組成物に浸入することを防止し、或いはこの気化成分を熱硬化性樹脂組成物中から効率よく排出して、アンダーフィル中にボイドが残存することを防止するものである。

アンダーフィルの形成に用いる熱硬化性樹脂組成物としては、１８０℃でのゲル化時間（ゲルタイム）が５０〜３５０秒の範囲であることと、常温の状態から１６０℃で３０分間加熱した状態での粘度（１６０℃熱時粘度）が、０．５Ｐａ・ｓ以上であることのうち、少なくとも一方を満たすものを用いる。

１８０℃でのゲル化時間（ゲルタイム）が５０〜３５０秒の範囲であると、上記熱処理時に硬化反応を速やかに進行させて、外部から熱硬化性樹脂組成物中にボイドが浸入することを防止することができる。このゲル化時間が５０秒に満たないと、ボイドの残留は抑制できるが、金属バンプと電極とが接合される前に熱硬化性樹脂組成物が硬化することで導通不良が生じるおそれがある。また、３５０秒を超える場合は、未硬化状態の熱硬化性樹脂組成物に向けて気化成分が浸入しやすくなり、ボイドの残留が生じやすくなると共に、気化成分の発生量が多い場合には実装部品の浮き上がりや位置ずれが生じやすくなって金属バンプと電極との接合が不安定になり導通信頼性が低下するおそれがある。

この熱硬化性樹脂組成物のゲルタイムの調整は、熱硬化性樹脂組成物の組成を適宜調整することにより行うことができるが、例えば後述するように熱硬化性樹脂組成物中に硬化促進剤を含有させると共にその含有量を調整するなどして行うことができる。

また、１６０℃熱時粘度が、０．５Ｐａ・ｓ以上であると、加熱時の粘度を一定以上に維持することで、加熱時に外部から熱硬化性樹脂組成物中にボイドが浸入することを防止することができる。すなわち、熱硬化性樹脂組成物の粘度が０．５Ｐａ・ｓより低い場合は回路基板側から熱硬化性樹脂組成物に向けて湧き上がる気化成分が熱硬化性樹脂組成物に浸入しやすくなるが、この粘度が０．５Ｐａ・ｓ以上の状態では熱硬化性樹脂組成物への気化成分の浸入が抑制される。そのため、上記熱処理の工程の初期において、熱硬化性樹脂組成物の硬化開始前に水分の気化が生じるなどして気化成分が発生しても、熱硬化性樹脂組成物が高粘度に維持されることにより未硬化状態の熱硬化性樹脂組成物にボイドが浸入することを防止することができる。また、この１６０℃熱時粘度は、電極接合に必須なはんだ濡れ性を得るためには、１０Ｐａ・ｓ以下である必要があり、また１６０℃に加熱した際に０．５Ｐａ・ｓ以上１０Ｐａ・ｓ以下の粘度域に保持された状態が、はんだ濡れ性を得ることができる程度に十分な時間維持されることが望ましい。

このような熱硬化性樹脂組成物の粘度調整は、熱硬化性樹脂組成物の組成を適宜調整することにより行うことができるが、例えば熱硬化性樹脂の分子量を調整したり、硬化促進剤の種類を適宜選択したりすることで行うことができる。すなわち、分子量の大きな熱硬化性樹脂を用いれば熱硬化性樹脂組成物の初期粘度を増大させることができる。また、硬化促進剤の種類を選択することで反応に伴う増粘挙動を変更することができる。

また、熱硬化性樹脂組成物は、２５℃での表面張力が４５ｍＮ／ｍ以下であることと、２５℃でのラメラ長が５ｍｍ以下であることのうち、少なくとも一方を満たすものであることが好ましい。前記表面張力は、Ｋｒｕｓｓ社製の自動表面張力計を用いて、表面張力ピークトップ（最大表面張力）として測定される。この場合、発生した気化成分が熱硬化性樹脂組成物中に浸入したとしても、実装部品と回路基板との間において端縁側に向けて移動しやすくなると共に実装部品の端縁付近から熱硬化性樹脂組成物の外部に向けて移動しやすくなり、熱硬化性樹脂組成物中からボイドがスムーズに排出されることとなる。

ここで、熱硬化性樹脂組成物が潜在性を有する場合、たとえ１６０℃熱時粘度が上記のようなものであっても、硬化開始前に粘度が低下する場合があり、このとき熱硬化性樹脂組成物中に気化成分が浸入してボイドが発生する可能性がある。しかし、熱硬化性樹脂組成物の表面張力或いはラメラ長が上記範囲であると、熱硬化性樹脂組成物中にボイドが生じても速やかに熱硬化性樹脂組成物の外部に排出され、アンダーフィルにおけるボイドの残留が防止されるものである。

この表面張力の下限は特に制限されないが、アンダーフィルにフィレットを良好に形成する上では、表面張力は３０Ｎｍ／ｍ以上であることが好ましく、また同様の理由から、ラメラ長は１．５ｍｍ以上であることが好ましい。

このような熱硬化性樹脂組成物の表面張力やラメラ長の調整は、熱硬化性樹脂組成物の組成を適宜調整することにより行うことができるが、例えば後述するように熱硬化性樹脂組成物中に消泡剤を含有させると共にその含有量を調整することで行うことができる。

熱硬化性樹脂組成物は上記のようなレオロジー特性を有している限りにおいて、室温で液状である適宜の熱硬化性樹脂組成物を適用することができるが、特にフラックス活性が付与されたものであることが好ましい。この場合、予めフラックス処理を施す必要がなく、上記熱処理と同時に金属表面の酸化膜除去等の処理が施され、電気的な接続信頼性を確保することができる。特にゲル化時間の短縮を図る本発明では熱硬化性樹脂組成物に高いフラックス活性を付与することにより、熱処理時における熱硬化性樹脂組成物が硬化するまでの短時間に酸化膜を除去するようにし、接続信頼性を向上することが好ましい。

熱硬化性樹脂組成物へのフラックス活性の付与は、熱硬化性樹脂組成物中に適宜のフラックス活性剤を含有させることで行うことができる。このようなフラックス活性剤としては、フェニルアラニン、アビエチン酸、アジピン酸、セバシン酸から選択される少なくとも一種を用いることが好ましい。また、これら以外に、融点の異なる有機酸を適宜用いて幅広い温度域でフラックス活性を発現させても良い。また、ハロゲン化化合物を少量添加することでフラックス活性を向上させることもできるが、この場合は硬化後の絶縁信頼性を損なわない範囲での添加量に留めることが必要とされる。

フラックス活性剤の含有量は適宜調整されるが、熱硬化性樹脂組成物に高いフラックス活性を付与するためには、組成物全量に対して２〜２０質量％の範囲であることが好ましい。この含有量が２質量％に満たないと熱硬化性樹脂組成物に十分なフラックス活性を付与することが困難となる。また含有量が２０質量％を超えると、熱硬化性樹脂組成物の硬化物が脆くなったり、絶縁信頼性が損なわれたりするおそれがある。

このような熱硬化性樹脂組成物に用いられる熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂等の適宜のものを挙げることができる。

エポキシ樹脂を用いる場合、室温における組成物が液状となるものであれば特に限定されるものではなく、市販されている液体エポキシ樹脂や固体エポキシ樹脂を適宜使用することができる。固体エポキシ樹脂を使用する場合は、有機溶剤などに溶解させるなどして液状のエポキシ樹脂組成物を調製することができる。エポキシ樹脂としては、具体的にはビスフェノール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、ナフタレン環含有エポキシ樹脂及びこれらの水素添加型エポキシ樹脂、並びに脂環式エポキシ樹脂から選択される一種以上のものを用いることができる。これらのエポキシ樹脂の種類及び使用量を調整することで、上記のような熱硬化性樹脂組成物のレオロジー特性を調整することができる。

熱硬化性樹脂が熱硬化性樹脂の場合には、適宜の硬化剤を含有させることができる。熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合、硬化剤としては、エポキシ樹脂と反応可能な適宜のものを用いることができ、例えば酸無水物、アミン類、イミダゾール類、フェノールポリチオール、イソシアネート等を挙げることができが、特にメチルヘキサヒドロ無水フタル酸、上記化学式（Ａ）で表される化合物、及び上記（Ｂ）で表されるフェノール樹脂とから選択される一種以上のものを用いることが好ましい。

上記メチルヘキサヒドロ無水フタル酸及び式（Ａ）で表される酸無水物を用いた場合は、この硬化剤自体が一種の有機酸であるため、フラックス活性を発揮し、熱硬化性樹脂組成物に金属被膜を取り除く機能が付与される。このため、熱硬化性樹脂組成物にフラックス活性を付与するにあたり、別途に添加する上記フラックス活性剤の添加量を抑制することができ、フラックス活性剤の含有量が過剰になることによる硬化物の脆化や電気的な絶縁信頼性の低下を抑制しつつ、熱硬化性樹脂組成物に高いフラックス活性を付与することができる。また、上記式（Ｂ）で表されるフェノール樹脂の場合には、熱処理時に揮発しにくく、ボイドの発生を更に低減することができる。

硬化剤の含有量は適宜調整されるが、熱硬化性樹脂と硬化剤との当量比が１００：６０〜１００：１２０の範囲となるようにすることが好ましい。この場合、上記熱処理時に硬化剤が揮発したとしても硬化特性を十分に発現し、熱硬化性樹脂組成物にて形成されるアンダーフィルが封止材及び補強材としての機能を十分に発現するようになる。これに対し、硬化剤の含有量が前記範囲を超えて多くなると硬化剤の揮発が生じても熱硬化性樹脂に対する硬化剤の量が過剰となって硬化物の絶縁信頼性や機械的特性が低下するなどの不具合が生じるおそれがあり、また硬化剤の含有量が前記範囲よりも少なくなると熱硬化性樹脂組成物の硬化時にエポキシ樹脂等の自己重合が進行し、十分な密着強度が得られないおそれがある。

また、熱硬化性樹脂組成物中にはアミン類、ポリアミド類、イミダゾール類、ルイス酸等の硬化促進剤を含有させることもできる。このとき、硬化促進剤の含有量を調整することにより、熱硬化性樹脂組成物のゲル化時間を既述の範囲に制御することができる。ゲル化時間を既述のような特定の範囲となるようにするための硬化促進剤の含有量は、熱硬化性樹脂組成物中に含有されている硬化促進剤以外の成分の種類及び含有量により異なり、画一的に設定することはできない。例えば後述する実施例１においては、硬化促進剤の含有量は０．９重量％であり、このときのゲル化時間は１８８秒であるが、この硬化促進剤の含有量を２．０重量％とすると、ゲル化時間は９５秒となる。このように硬化促進剤の含有量を増減させることで、ゲル化時間の調整を適宜行うことができる。

また、熱硬化性樹脂組成物中には消泡剤として、シリコーン系消泡剤、フッ素系消泡剤、アクリル系消泡剤から選択される少なくとも一種を含有させることが好ましい。この場合、熱硬化性樹脂組成物の表面張力を低下させ、或いはラメラ長を低減して、表面張力やラメラ長を既述の範囲に調整することができる。この消泡剤の含有量は、熱硬化性樹脂組成物の組成に応じ、この熱硬化性樹脂組成物に要求される表面張力やラメラ長の値に応じて適宜設定されるが、組成物全量に対して０．０１〜２質量％の範囲とすることが好ましい。この含有量が０．０１質量％に満たないと熱硬化性樹脂組成物の表面張力又はラメラ長を十分に低減することができず、またこの含有量が２質量％を超えると硬化物の密着性を低下させるおそれが生じると共に、この消泡剤自体がボイド発生の原因となるおそれがある。

また、熱硬化性樹脂組成物中には無機充填剤を含有させることもできる。無機充填剤としては球状非晶質シリカとアルミナのうち少なくとも一方を用いることが好ましく、このとき無機充填剤の最大粒径は５μｍ以下であることが好ましい。またこの無機充填材の含有量は、組成物全量に対して４０質量％以下であることが好ましい。

このような無機充填剤を含有させると、回路基板と実装部品との間の電気接続性を妨げることなく、硬化物の低線膨張率化を図ることができ、温度サイクル性等の信頼性を向上することができる。

ここで、球状非晶質シリカは球状であることから、熱硬化性樹脂組成物の粘度を低減し、金属バンプと回路基板の電極との接合不良を低減することができる。また、アルミナ粒子を用いる場合も、球状非晶質シリカと同様の効果が得られることから、板状や破砕状のものよりも球状あるいは球状に近い正多面体状のものが好適である
これに対して、上記最大粒径が５μｍを超えると無機充填材が金属バンプと回路基板の電極との間に挟まれスペーサーとなり、或いは上記含有量が４０質量％を超えると熱硬化性樹脂組成物の粘度が高くなって、実装部品と回路基板との間に導通不良が生じるおそれがある。

上記最大粒径の下限は特に制限されないが、１．０μｍに満たないと市販品として入手することが困難となり、またこのような最大粒径が１．０μｍに満たない場合には粒子同士の凝集がほぐれにくくなるという問題も発生し得る。また、上記含有量の下限も特に制限されないが、硬化剤の十分な低線膨張率化のためには２０重量％以上であることが好ましい。

また、熱硬化性樹脂組成物中には、本発明の目的を損なわない限り、必要に応じて適宜の添加物を含有させることもできる。このような添加剤としては、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、カップリング剤、撥水剤、多孔質二酸化ケイ素にノニオン系吸水性樹脂を内包した低分子量成分吸着剤等を挙げることができる。

このような各成分を所定の割合で配合し、ビーズミル、バスケットミル等の混合分散装置などを用いて混合するなどして、熱硬化性樹脂組成物を調製することができる。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１〜１８、比較例１，２）
表１に示す成分を混合して、各実施例及び比較例の熱硬化性樹脂組成物を調製した。このとき、下記製造方法Ａ〜Ｃのいずれかの方法を採用した。各実施例及び比較例で採用した方法を表１に併せて示す。

・製造方法Ａ
各成分を表１に示す配合量で配合し、これを特殊機化工業株式会社（現プライミクス株式会社）製のホモディスパーにて３００〜５００ｒｐｍの条件で分散・混合することによって、熱硬化性樹脂組成物を調製した。

・製造方法Ｂ
各成分を表１に示す配合量で配合し、これをプラネタリーミキサーで混合し、更に三本ロールで分散することによって、熱硬化性樹脂組成物を調製した。

・製造方法Ｃ
各成分を表１に示す配合量で配合し、これをビューラー株式会社製のビーズミルにて分散混合した後、更に特殊機化工業株式会社（現プライミクス株式会社）製のホモディスパーにて３００〜５００ｒｐｍの条件で分散・混合することによって、熱硬化性樹脂組成物を調製した。

（評価試験）
得られた各実施例及び比較例の熱硬化性樹脂組成物につき、次の評価試験を行った。

・ゲル化時間測定
各実施例及び比較例で得られた熱硬化性樹脂組成物を、１８０℃±２℃の温度に設定したホットプレート上に１ｇ載置し、これを１秒間隔で攪拌して、攪拌不能となるまでに要した時間を測定した。

・粘度測定
各実施例及び比較例で得られた熱硬化性樹脂組成物の、１６０℃で３分間加熱した状態での粘度を、ＨＡＡＫ社製のレオメータ「ＲＳ−７５」を用いて測定した。このときロータはディスポーザブルＰＰ２０−Ｅを用い、回転数１Ｈｚとした。

・表面張力及びラメラ長測定
各実施例及び比較例で得られた熱硬化性樹脂組成物につき、Ｋｒｕｓｓ社製の自動表面張力計「Ｋ１００」を用いて、２５℃における表面張力及びラメラ長を測定した。

・初期接続性評価
実装部品としては、パッケージサイズ１２ｍｍ×１２ｍｍ×０・８ｍｍｔのミニＢＧＡを用い、これにＳｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｃｕからなる２７０個の金属バンプをペリフェラル配列で、端子ピッチ０．５ｍｍで形成した。

回路基板として、３２ｍｍ×１１５ｍｍ×０．８ｍｍの寸法のＦＲ−４グレードのプリント配線板を用いた。この回路基板には、上記実装部品の金属バンプとの間でデイジーチェーンを形成する電極を有する導体配線を設けた。

上記回路基板の金属バンプを形成した面に、各実施例及び比較例で得られた熱硬化性樹脂組成物を約０．０１ｇ塗布し、実装部品を回路基板上に配置すると共に金属バンプと電極とを位置合わせし、ソーク温度１５０℃、ソーク時間１２０秒、最高温度２４０℃（２２０℃以上３０秒）に設定したリフロー炉で電極接合及び樹脂硬化を一括して行って、半導体装置を得た。この半導体装置には１２０℃でベーキングを施した後、室温で２４時間放置した。

このような試験用半導体装置を、各実施例及び比較例ごとに２０個ずつ作製し、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のプローブをあてて、電気的動作確認を行い、初期接続性を評価した。そして、各実施例及び比較例ごとに２０個の半導体装置に対する断線不良が発生した個数にて、初期接続性を評価した。

・ボイド量評価
各実施例及び比較例につき、上記初期接続性評価の場合と同一の評価用半導体装置を作製し、この半導体装置を実装部品側から研削して、アンダーフィルの断面に現れるボイドを観察した。

そして、アンダーフィルに残留したボイドの大きさが１００μｍ未満で且つ残留ボイドの合計面積が実装部品の面積の５％未満であれば「○」、ボイドの大きさが１００μｍ未満で且つ前記合計面積が５％以上３０％未満であれば「△」、ボイドの大きさが１００μｍ以上、又は前記合計面積が３０％以上であれば「×」と評価した。

また、実装部品に代えて、これと同一寸法のカバーガラスを用い、上記評価用半導体装置と同一条件で試験用サンプルを作製した。この試験用サンプルの作製時におけるリフロー炉での熱処理の間、カバーガラスの上面側から高温観察装置（リフローシュミレータ）を用いて、熱硬化性樹脂組成物内における、ガラス基板の端部に向かって湧き上がるボイドをリアルタイムで観察した。

この結果、熱硬化性樹脂組成物内におけるガラス基板の端部に向かって湧き上がるボイドの総数が１０個未満の場合を「○」、１０個以上５０個未満の場合を「△」、５０個以上の場合を「×」と評価した。

・温度サイクル性評価
各実施例及び比較例につき、上記初期接続性評価に供した評価用の半導体装置から、導通不良の発生していない１０個のサンプル（導通不良の発生していないサンプル数が１０個に達しない場合は、導通不良の発生していない全てのサンプル）を評価対象とした。

これらのサンプルに−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、動作不良が発生した個数が半数以上に達したときのサイクル数にて評価を行った。

以上の結果を表１に併せて示す。

Claims (4)

1. 電気的コンポーネントを回路基板にフェースダウンで実装する際のアンダーフィルの形成に用いられる熱硬化性樹脂組成物であって、
   エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、消泡剤、及びフラックス活性剤を含有し、
   前記エポキシ樹脂として、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、ナフタレン環含有エポキシ樹脂及びこれらの水素添加型エポキシ樹脂から選択される少なくとも一種を含有し、
   前記硬化剤としてメチルヘキサヒドロ無水フタル酸、下記化学式（Ａ）で表される化合物、及び下記（Ｂ）で表される化合物から選択される少なくとも一種を含有し、
   

   

   前記エポキシ樹脂と前記硬化剤との当量比が１００：６０〜１００：１２０の範囲であり、
   前記消泡剤としてシリコーン系消泡剤、フッ素系消泡剤、アクリル系消泡剤から選択される少なくとも一種を０．０１〜２質量％の範囲で含有し、
   前記フラックス活性剤としてフェニルアラニン、アビエチン酸、アジピン酸及びセバシン酸から選択される少なくとも一種を２〜２０質量％の範囲で含有し、
   １８０℃でのゲル化時間が５０〜３５０秒の範囲にあることと、１６０℃で３分間加温時の粘度が０．５〜１０Ｐａ・ｓであることと、２５℃での表面張力が４５ｍＮ／ｍ以下であることと、２５℃でのラメラ長が５ｍｍ以下であることとを満たすことを特徴とする熱硬化性樹脂組成物。
2. 無機充填材として最大粒径が５μｍ以下である、球状非晶質シリカ及びアルミナの少なくとも一方を、４０質量％以下含有することを特徴とする請求項１に記載の熱硬化性樹脂組成物。
3. 電気的コンポーネントを回路基板にフェースダウンで実装して電気的コンポーネントのバンプを回路基板の電極に接続した電子デバイスであって、電気的コンポーネントと回路基板との間に請求項１又は２に記載の熱硬化性樹脂組成物にて形成されたアンダーフィルが充填されていることを特徴とする電子デバイス。
4. 上記バンプがはんだで形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電子デバイス。