JP5963131B2

JP5963131B2 - 液状エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Info

Publication number: JP5963131B2
Application number: JP2012054530A
Authority: JP
Inventors: 敦木佐貫
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2032-03-12
Also published as: JP2013189489A

Description

本発明は、液状エポキシ樹脂組成物及び半導体装置に関する。

近年、樹脂封止型の半導体装置は、高密度化、高集積度化、動作の高速化等の傾向にあり、従来型のパッケージよりもさらに小型化、薄型化できる半導体チップのパッケージが要求されており、このような要求に対応するものとしてフリップチップパッケージが注目されている。

フリップチップパッケージでは、半導体チップを配線基板にフェースダウンで接続、搭載する。さらに半導体チップと配線基板の隙間には、はんだ接合部を保護するアンダーフィルと呼ばれる樹脂が塗布、充填される。

従来より、フリップチップパッケージに用いられるアンダーフィル材として、液状エポキシ樹脂組成物が代表的なものとして用いられている。

このようなアンダーフィル材として用いられる液状エポキシ樹脂組成物においては、封止した半導体装置の外力による応力を緩和することを目的として、低弾性化、高靭性化のために、シリコーン樹脂からなるシリコーンパウダーを分散させたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１８９８２７号公報

一方、このような液状エポキシ樹脂組成物においては、塗布、充填時の作業性の点から、液状エポキシ樹脂組成物の低粘度化が要求されている。

しかしながら、一般的にシリコーンパウダーを低弾性化、高靭性化のための変性材として用いる場合、目標の低弾性率、高靭性となるまでシリコーンパウダーを混合すると、液状エポキシ樹脂組成物の粘度が増加してしまい、塗布、充填時の作業性を悪化させるという問題があった。

そのため、少量の変性材等の添加で弾性率を低下させ、高靭性が得られる低粘度の液状エポキシ樹脂組成物が求められていた。

本発明は以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、低粘度であって、塗布、充填時の作業性が良好である液状エポキシ樹脂組成物及び、低弾性、高靭性の特性を有する半導体装置を提供することを課題としている。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。

即ち、本発明の液状エポキシ樹脂成組成物は、常温で液状のエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、改質材及びフィラーを含む液状エポキシ樹脂組成物であって、前記硬化剤が酸無水物系硬化剤であり、前記硬化促進剤がイミダゾール系硬化促進剤であり、前記改質材が数平均分子量１３万以上のポリビニルアセタール樹脂系改質材であり、前記フィラーが平均粒子径０．２〜１００μｍであり、その配合量が、液状エポキシ樹脂組成物全量に対して５〜６０質量％であり、前記ポリビニルアセタール樹脂系改質材がポリビニルブチラールであり、その配合量が、前記液状のエポキシ樹脂の配合量に対して１〜８．７５質量％であることを特徴とする。

また、この液状エポキシ樹脂組成物においては、前記硬化剤及び硬化促進剤の粘度が、常温で０．０１〜５Ｐａ・ｓであることが好ましい。

また、この液状エポキシ樹脂組成物においては、前記液状のエポキシ樹脂の粘度が、常温で０．０１〜２０Ｐａ・ｓであることが好ましい。

さらに、本発明の半導体装置は、前記の液状エポキシ樹脂組成物で封止されていることを特徴とする。

本発明の液状エポキシ樹脂組成物は低粘度であって塗布、充填時の作業性が良好であり、この液状エポキシ樹脂組成物を用いて成形した半導体装置は、優れた低弾性及び高靭性の特性を有する半導体装置とすることができる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明で用いられる常温で液状のエポキシ樹脂（以下、液状のエポキシ樹脂という）は、１分子内に２官能基以上のエポキシ基を有するものであり、その具体例としては、以下のようなものが例示される。

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、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有する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、脂環式エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂、脂肪族系エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレート等。

これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、これらのエポキシ樹脂は、常温で液状である範囲において固体のエポキシ樹脂を適宜併用することができる。

さらに、前記の液状のエポキシ樹脂は、常温での粘度が０．０１〜２０Ｐａ・ｓ、好ましくは１〜１０Ｐａ・ｓの範囲のものを好適に用いることができる。

常温でこの範囲の粘度の液状のエポキシ樹脂を用いることにより、液状エポキシ樹脂組成物の粘度を低粘度とすることができ、塗布、充填時の作業性を良好なものとすることができる。

なお、本発明で用いる常温とは１８〜３０℃を意味する。

本発明で用いられる硬化剤は、酸無水物系硬化剤であり、その具体例としては、以下のようなものが例示される。

無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチル無水ハイミック酸、無水ナジック酸、無水トリメリット酸等の酸無水物等。

これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

硬化剤の配合量は、好ましくは、硬化剤の液状のエポキシ樹脂に対する化学量論上の当量比（硬化剤当量／エポキシ基当量）が０．６〜１．４となる量であり、より好ましくは当量比が０．７５〜１．０となる量である。

当量比がこの範囲内であると、液状のエポキシ樹脂に対する硬化剤の適正な配合量とすることができ、硬化不足、硬化物の耐熱性低下、硬化物の強度低下、硬化物の吸湿量の増加等を生じることがないため好ましい。

また、本発明で用いられる硬化促進剤としては、イミダゾール系硬化促進剤が用いられ、これらの具体例としては、以下のものが例示される。

２−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール等。

硬化促進剤の配合量は、液状エポキシ樹脂組成物全量に対して０．１〜５０質量％、好ましくは２〜１０質量％である。硬化促進剤の配合量がこの範囲内であると、設定した加熱条件下で、適正な硬化を行うことができるため好ましい。

前記の硬化剤及び硬化促進剤は、常温での粘度が０．０１〜５Ｐａ・ｓ、好ましくは０．１〜２Ｐａ・ｓの範囲のものを好適に用いることができる。

常温でこの範囲の硬化剤及び硬化促進剤を用いることにより、液状エポキシ樹脂組成物の粘度を低粘度とすることができ、塗布、充填時の作業性を良好なものとすることができる。

本発明で用いられる改質材としては、ポリビニルアセタール樹脂系改質材が用いられる。

このポリビニルアセタール樹脂系改質材の数平均分子量は、１３万以上、好ましくは１３万〜１４万の範囲のものを好適に用いることができる。

また、ポリビニルアセタール樹脂系改質材の配合量は、液状のエポキシ樹脂に対して１〜２０質量％、好ましくは１．５〜１８質量％の範囲である。

ポリビニルアセタール樹脂系改質材の数平均分子量と、液状のエポキシ樹脂に対する配合量を上記の範囲とすることにより、低粘度の液状エポキシ樹脂組成物とすると共に、硬化物を低弾性、高靭性とすることができる。

本発明で用いられるフィラーとしては、通常、エポキシ樹脂組成物のフィラーとして用いられるものであれば特に制限なく用いることができ、その具体例としては、溶融シリカ、結晶シリカ、微粉シリカ、アルミナ、窒化珪素、マグネシア等が挙げられる。

これらの中でも、溶融シリカは、熱膨張率が小さい点、優れた熱衝撃性の点から、特に好適に用いることができる。また、これらフィラーは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

フィラーの平均粒子径は０．２〜１００μｍ、好ましくは１０〜５０μｍである。なお、平均粒子径はレーザー回折散乱法等により測定することができる。

フィラーの配合量は、液状エポキシ樹脂組成物全量に対して５〜６０質量％、好ましくは１０〜４０質量％である。

配合量がこの範囲内であると、液状エポキシ樹脂組成物を適正な粘度にすることができ、熱膨張係数を小さくすることができるため、取扱い性及び半導体装置の高信頼性の点で好ましい。

本発明の液状エポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲内において、さらに他の成分を配合することができる。このような他の成分の具体例としては、難燃剤、顔料、溶剤、反応性希釈剤、レベリング剤等が挙げられる。

本発明の液状エポキシ樹脂組成物を製造するには、まず、液状のエポキシ樹脂、改質材及び必要に応じて他の成分を同時にまたは別々に配合し、必要に応じて加熱処理や冷却処理を行いながら、撹拌、溶解、混合、分散を行う。

次いで、この混合物にフィラーを加え、必要に応じて加熱処理や冷却処理を行いながら、再度、撹拌、溶解、混合、分散を行うことにより、液状エポキシ樹脂組成物の主剤を得る。

そして、この液状エポキシ樹脂組成物の主剤に対して、使用前に硬化剤、硬化促進剤を配合して混合することにより本発明の液状エポキシ樹脂組成物とすることができる。

上記の撹拌、溶解、混合、分散には、ディスパー、プラネタリーミキサー、ボールミル、３本ロール等を組み合わせて用いることができる。

本発明の半導体装置は、このようにして得られた液状エポキシ樹脂組成物により、ＩＣチップ、ＬＳＩチップ等の半導体チップと回路基板（インターポーザ）との間を封止することにより製造することができる。

例えば、セラミック基板やＦＲグレード等の回路基板の回路パターン面に多数のバンプ電極を介して半導体チップが搭載されたもののバンプ電極間の間隙に本発明の液状エポキシ樹脂組成物をディスペンサー等を用いて塗布、充填した後、加熱硬化し、次いで半導体チップ全体の封止を行う等の後工程を経て、フリップチップ実装による半導体装置を製造することができる。

なお、加熱硬化の条件は、特に限定されるものではなく、液状エポキシ樹脂組成物の配合組成等に応じて適宜に変更すればよいが、例えば７０〜１８０℃、０．０５〜３時間とすることができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

実施例１、２、参考例及び比較例１〜３において、表１に示す液状エポキシ樹脂組成物の配合成分として以下のものを用いた。なお、表１に示す配合量は質量部を表す。

液状のエポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂）：エピコート８２８（ジャパン・エポキシレジン（株）社製、エポキシ当量１８９、常温での粘度１３０Ｐａ・ｓ）
反応性希釈剤（２−エチルヘキシルグリシジルエーテル）：ＥＸ−１２１（ナガセケムテックス（株）社製）

硬化剤（酸無水物系硬化剤）メチルテトラヒドロ無水フタル酸：ＭＨ−７００（新日本理化（株）製、酸無水物当量１６６、常温での粘度５０ｍＰａ・ｓ）
硬化剤（アミン系硬化剤）液状芳香族アミン：エポミックＱ−６４０（三井化学（株）社製）、

硬化促進剤（イミダゾール系硬化促進剤）：１Ｍ２ＰＺ（四国化成（株）社製）
改質材（ポリビニルアセタール樹脂）：ＫＳ−５（積水化学工業（株）社製、数平均分子量１３万）
変性材（シリコーンパウダー）：ＥＰ−５５００（東レ・ダウコーニング（株）社製）
フィラー（溶融シリカ）：ＳＥ１５（トクヤマ（株）社製、平均粒径１５μｍ）

まず、表１に示すフィラー及び硬化剤、硬化促進剤以外の成分を配合し、３本ロールにて混合を行い、次いで、この混合物にフィラーを加え、プラネタリーミキサーを用いて、再度、撹拌、混合して、液状エポキシ樹脂組成物の主剤を得た。

このようにして得られた液状エポキシ樹脂組成物の主剤と、硬化剤及び硬化促進剤を測定の直前に混合したエポキシ樹脂組成物の粘度と、その硬化物の耐衝撃性、弾性率について評価を行った。

[粘度]
上記の実施例及び比較例の各液状エポキシ樹脂組成物の主剤と硬化剤、硬化促進剤を混合して液状エポキシ樹脂組成物とし、これを２００ｃｃの瓶に秤量し、室温（２５℃）にてＢ型粘度計を用いて粘度を測定した。粘度の測定は（Ｎｏ．７ロータを用いて２０ｒｐｍ）の条件とし、評価は下記基準に従って評価した。

○：５０Ｐａ・ｓ未満
△：５０Ｐａ・ｓ以上、１００Ｐａ・ｓ未満
×：１００Ｐａ・ｓ以上

［耐衝撃性］
上記の実施例及び比較例の各液状エポキシ樹脂組成物を、ガラス板で挟み込み、１５０℃、２時間の条件で硬化物試料を作製した。硬化物試料の形状は、長さ５８ｍｍ、厚み７ｍｍ、幅１４ｍｍとした。

この硬化物試料を用いて、ＪＩＳＫ７１１１に準拠してシャルピー衝撃強度を測定し、下記基準に従って評価した。

○：１０ｋＪ／ｍ²以上
△：５ｋＪ／ｍ²以上、１０ｋＪ／ｍ²未満
×：５ｋＪ／ｍ²未満

[弾性率]
上記の耐衝撃性試験で作成した各硬化物試料について、一般的な３点曲げ弾性率試験により弾性率を測定し、下記基準に従って評価した。

○：５ＧＰａ未満
△：５ＧＰａ以上１０Ｐａ未満
×：１０ＧＰａ以上

上記の粘度、耐衝撃性、弾性率の評価結果を表１に示す。

表１より、硬化剤として酸無水物系硬化剤を用い、改質材としてポリビニルアセタール樹脂を用いた実施例１、２では、粘度、耐衝撃性、弾性率ともに良好な結果であった。

なお、実施例１、２に比べて改質材を多く配合した参考例の粘度は△であった。

これに対して、硬化剤としてアミン系硬化剤を用い、変性材としてシリコーンパウダーを用いた比較例１〜３では、耐衝撃性及び弾性率について良好な結果が得られなかった。

また、シリコーンパウダーを多く配合した比較例３では粘度が高くなり、液状エポキシ樹脂組成物としての作業性が劣ることが確認された。

これらの結果から、硬化剤として酸無水物系硬化剤を用い、改質材としてポリビニルアセタール樹脂を用いた実施例１、２の液状エポキシ樹脂組成物は、作業性が良好な粘度を有し、優れた耐衝撃性、弾性率を有することが確認された。

Claims

常温で液状のエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、改質材及びフィラーを含む液状エポキシ樹脂組成物であって、前記硬化剤が酸無水物系硬化剤であり、前記硬化促進剤がイミダゾール系硬化促進剤であり、前記改質材が数平均分子量１３万以上のポリビニルアセタール樹脂系改質材であり、前記フィラーが平均粒子径０．２〜１００μｍであり、その配合量が、液状エポキシ樹脂組成物全量に対して５〜６０質量％であり、前記ポリビニルアセタール樹脂系改質材がポリビニルブチラールであり、その配合量が、前記液状のエポキシ樹脂の配合量に対して１〜８．７５質量％であることを特徴とする液状エポキシ樹脂組成物。
前記硬化剤及び硬化促進剤の粘度が、常温で０．０１〜５Ｐａ・ｓであることを特徴とする請求項１に記載の液状エポキシ樹脂組成物。
前記液状のエポキシ樹脂の粘度が、常温で０．０１〜２０Ｐａ・ｓであることを特徴とする請求項１又は２に記載の液状エポキシ樹脂組成物。
請求項１から３のいずれか一項に記載の液状エポキシ樹脂組成物で封止されていることを特徴とする半導体装置。