JP6331570B2 - Underfill material, electronic component sealed with underfill material, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、フリップチップ型半導体装置用に特に好適なアンダーフィル材、及びこの組成物で封止されたフリップチップ型半導体装置等の電子部品とその製造方法に関する。 The present invention relates to an underfill material particularly suitable for a flip chip type semiconductor device, an electronic component such as a flip chip type semiconductor device sealed with this composition, and a method for manufacturing the same.
従来から、トランジスタ、IC等の電子部品装置の素子封止の分野では生産性、コスト等の面から樹脂封止が主流となり、エポキシ樹脂組成物が広く用いられている。この理由としては、エポキシ樹脂が作業性、成形性、電気特性、耐湿性、耐熱性、機械特性、インサート品との接着性等の諸特性にバランスがとれているためである。COB(Chip on Board)、COG(Chip on Glass)、TCP(Tape Carrier Package)等のベアチップ実装した半導体装置においては電子部品用液状樹脂組成物が封止材として広く使用されている。また、半導体素子をセラミック、ガラス/エポキシ樹脂、ガラス/イミド樹脂またはポリイミドフィルム等を基板とする配線基板上に直接バンプ接続してなる半導体装置(フリップチップ)では、バンプ接続した半導体素子と配線基板の間隙(ギャップ)を充填するアンダーフィル材として電子部品用液状樹脂組成物が使用されている。これらの電子部品用液状樹脂組成物は電子部品を温湿度や機械的な外力から保護するために重要な役割を果たしている。 Conventionally, in the field of element sealing of electronic component devices such as transistors and ICs, resin sealing has been the mainstream in terms of productivity and cost, and epoxy resin compositions have been widely used. This is because the epoxy resin is balanced in various properties such as workability, moldability, electrical properties, moisture resistance, heat resistance, mechanical properties, and adhesiveness with inserts. Liquid resin compositions for electronic components are widely used as sealing materials in semiconductor devices mounted on bare chips such as COB (Chip on Board), COG (Chip on Glass), and TCP (Tape Carrier Package). Further, in a semiconductor device (flip chip) in which a semiconductor element is directly bump-connected to a wiring board using ceramic, glass / epoxy resin, glass / imide resin or polyimide film as a substrate, the bump-connected semiconductor element and wiring board A liquid resin composition for electronic parts is used as an underfill material for filling the gap. These liquid resin compositions for electronic parts play an important role in protecting electronic parts from temperature and humidity and mechanical external force.
フリップチップ実装を行なう場合、素子と基板はそれぞれ熱膨張係数が異なるため、接合部に熱応力が発生し接続信頼性の確保が重要な課題である。また、ベアチップは回路形成面が十分に保護されていないため、水分やイオン性不純物が浸入し易く耐湿信頼性の確保も重要な課題である。また、チップ保護のために、チップ側面にフィレットを形成するが、アンダーフィル材とチップとの熱膨張差に起因した熱応力によって、樹脂がクラックを生じ結果として最悪の場合チップを破壊する恐れがある。アンダーフィル材の選定によっては温度サイクル試験などで繰り返し熱衝撃を受ける場合に接続部の保護が不十分なため、低サイクルで接合部が疲労破壊することがある。また、アンダーフィル材中にボイドが存在すると、バンプの保護が不十分なため、同様に低サイクルで接合部が疲労破壊することがある。 When flip chip mounting is performed, the thermal expansion coefficient differs between the element and the substrate, so that thermal stress is generated at the joint, and ensuring connection reliability is an important issue. In addition, since the circuit formation surface of the bare chip is not sufficiently protected, it is an important issue to ensure moisture resistance reliability because moisture and ionic impurities are likely to enter. In addition, a fillet is formed on the side surface of the chip to protect the chip, but the thermal stress caused by the difference in thermal expansion between the underfill material and the chip may cause the resin to crack and in the worst case, destroy the chip. is there. Depending on the selection of the underfill material, the joint may not be sufficiently protected when subjected to repeated thermal shocks in a temperature cycle test or the like, and the joint may be fatigued at low cycles. Further, if voids are present in the underfill material, the bumps are not sufficiently protected, and the joint portion may be similarly fatigued at low cycles.
耐湿接着力、低応力性に優れた封止用エポキシ樹脂組成物、及びこれにより封止された素子を備えた信頼性(耐湿性、耐熱衝撃性)の高い電子部品装置を提供するため、(A)エポキシ樹脂、(B)アミン系硬化剤、(C)フィラー、(D)コアシェルゴム、(E)反応性希釈剤を含有してなる半導体樹脂封止材、及びこの半導体樹脂封止材により封止された素子を備えた電子部品装置が開示されている(例えば特許文献1参照)。 In order to provide an epoxy resin composition for sealing excellent in moisture-resistant adhesive strength and low stress resistance, and an electronic component device having high reliability (moisture resistance and thermal shock resistance) provided with an element sealed thereby ( A) an epoxy resin, (B) an amine curing agent, (C) a filler, (D) a core shell rubber, (E) a semiconductor resin encapsulant containing a reactive diluent, and this semiconductor resin encapsulant An electronic component device having a sealed element is disclosed (for example, see Patent Document 1).
上記の技術課題の一つである熱応力の低減に対しては、アンダーフィル材に無機充填材を多量に配合することで、アンダーフィル材と半導体チップ、基板及びバンプと線膨張整数を近づけることが有効である。しかしながら、このような無機充填材を高充填したアンダーフィル材においては、上記のような応力特性において優れるものの、無機充填材の高充填化により粘度が高くなり、半導体チップと基板の隙間に侵入する(浸透)速度が著しく低下し、生産性が非常に悪くなる傾向にある。また、アンダーフィル材を充填する際の粘度が高くなることでボイドが発生するといった問題点が懸念される。 To reduce thermal stress, which is one of the above technical issues, by mixing a large amount of inorganic filler in the underfill material, the underfill material, the semiconductor chip, the substrate, the bump, and the linear expansion integer are brought closer to each other. Is effective. However, underfill materials that are highly filled with such inorganic fillers are excellent in the stress characteristics as described above, but the viscosity increases due to the high filling of the inorganic fillers and enters the gap between the semiconductor chip and the substrate. (Penetration) speed is remarkably reduced and productivity tends to be very poor. Moreover, there is a concern that a void is generated due to an increase in viscosity when filling the underfill material.
一方、樹脂組成物の粘度を下げるには、希釈剤の使用が有効な方法である。このような目的で用いられる希釈剤は、非反応性のものと反応性のものとに分けることができる。非反応性の希釈剤としては、トルエン、メチルエチルケトンなどの有機溶剤が用いられるが、これらの有機溶剤は沸点が低い。そのため、非反応性の希釈剤を用いてアンダーフィル材の粘度を下げようとすると、ボイド発生の原因となるおそれがある。 On the other hand, the use of a diluent is an effective method for reducing the viscosity of the resin composition. Diluents used for such purposes can be divided into non-reactive and reactive. As the non-reactive diluent, an organic solvent such as toluene or methyl ethyl ketone is used, but these organic solvents have a low boiling point. Therefore, if an attempt is made to lower the viscosity of the underfill material using a non-reactive diluent, there is a risk of causing voids.
また反応性の希釈剤は分子内に反応基、例えば、エポキシ基を持つことにより、硬化剤と反応し硬化物の一部となるため、上記のようなボイド発生といった問題は起こらず、物性低下は比較的少ないものが多い。反応性希釈剤の代表的なものとしては、各種のモノエポキシ化合物や多価アルコールのグリシジルエーテル化合物があり、前記特許文献1にも例示されている。 The reactive diluent has a reactive group in the molecule, for example, an epoxy group, so that it reacts with the curing agent and becomes a part of the cured product. There are many relatively few things. Typical examples of the reactive diluent include various monoepoxy compounds and glycidyl ether compounds of polyhydric alcohols, which are also exemplified in Patent Document 1.
しかしながら、これらの反応性希釈剤を使用した場合、アンダーフィル材の硬化物のガラス転移温度(Tg)や靱性が低下する傾向にあり、単に前記の反応性希釈剤を使用するだけでは、この問題点を解決することが困難であり、その改善が望まれる。 However, when these reactive diluents are used, the glass transition temperature (Tg) and toughness of the cured product of the underfill material tend to be reduced. This problem cannot be solved by simply using the reactive diluent. It is difficult to solve the point, and improvement is desired.
最近の半導体チップの高集積化、多機能化に伴いチップサイズが大きくなってきている一方、多ピン化によってバンプの小型化、狭ピッチ化、狭ギャップ化が進んでいる。狭ギャップ、例えば、50μm以下のギャップをアンダーフィルする場合には、ボイドが発生しやすくなっている。また、搭載機器の小型化に伴いチップ厚の薄型化が行われており、チップ厚の薄型化によって半導体装置の高い信頼性(耐湿性、耐温度サイクル性)を確保することがますます難しくなってきている。 The chip size has increased with the recent high integration and multi-functionalization of semiconductor chips, while the bumps have been reduced in size, pitch and narrow gap due to the increase in the number of pins. When underfilling a narrow gap, for example, a gap of 50 μm or less, voids are likely to occur. In addition, the chip thickness has been reduced with the miniaturization of the mounted equipment, and it has become increasingly difficult to ensure high reliability (humidity resistance, temperature cycle resistance) of semiconductor devices due to the reduction in chip thickness. It is coming.
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、狭ギャップ(例えば、50μm以下のギャップ)での流動性が良好であり、さらに、浸透速度が速く、また、成形時のボイドの発生を抑制できるアンダーフィル材、及びこれにより封止された信頼性(耐湿性、耐温度サイクル性)の高いフリップチップ型半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, has good fluidity in a narrow gap (for example, a gap of 50 μm or less), has a high penetration rate, and generates voids during molding. An object of the present invention is to provide an underfill material that can be suppressed, and a flip-chip type semiconductor device that is sealed thereby and has high reliability (moisture resistance and temperature cycle resistance).
本発明は、電子部品に用いられるアンダーフィル材であって、(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)無機充填材を含み、前記(C)無機充填材の平均粒径及び含有量が、それぞれ5μm未満及びアンダーフィル材全体の67質量%以上85質量%未満であり、かつ110℃における粘度が0.2Pa・s以下である、アンダーフィル材に関する。無機充填材をアンダーフィル材全体の67質量%以上85質量%未満の配合量とすることで、信頼性(耐湿性、耐温度サイクル性)の高い電子部品を得ることができる。無機充填材を上記範囲とすることにより、アンダーフィル材の線膨張係数を半導体チップ等の周辺部材のそれと同程度に下げることができ、その結果、応力を緩和させることができると考えられる。さらに、110℃における粘度を0.2Pa・s以下とすることで、半導体素子と配線基板との間隙が50μm以下と狭くなっても浸透速度を速くすることができるため、浸透時間を短くすることができ、かつ、ボイドの発生を抑制することができる。
また、本発明は、さらに、90〜120℃における粘度が0.2Pa・s以下である前記アンダーフィル材に関する。90〜120℃における粘度が0.2Pa・s以下とすることにより、浸透時間をより短くし、かつ、ボイドの発生を十分に抑制することができるだけでなく、充填作業の温度範囲についてプロセスウィンドウ(窓)を広くすることができる。
また、本発明は、(C)無機充填材の含有量が70〜80質量%とすることで、アンダーフィル材の線膨張係数の低減による応力緩和、浸透時間の短縮化及びボイド発生の低減を同時に達成することが容易になる。
また、本発明は、アンダーフィル材の低粘度化及びアンダーフィル材を用いて封止する半導体装置の高信頼性化に関して、25℃における粘度が60mPa・s以下の反応性エポキシ樹脂を含み、さらに、エポキシ樹脂の硬化剤として液状の芳香族アミン系硬化剤を用いても良い。
また、本発明は、前記(C)成分の粒度分布が0.1〜1μmと1〜2μmの間にそれぞれピークがある無機充填材の何れか、又は両者を同時に含む前記アンダーフィル材に関する。この粒度分布を有する無機充填材を用いることで、無機充填材の量に起因する粘度の増加を十分に抑制することができ、半導体素子と配線基板とのギャップが25μm以下と非常に狭い場合でもボイドの発生が抑制された低粘度のアンダーフィル材とすることができる。
また、本発明は、前記(C)成分の平均粒径が1.6μm未満である前記アンダーフィル材に関する。これにより、狭ギャップへの充填性に優れ、ボイドの発生を抑制したアンダーフィル材とすることができる。
また、本発明は、前記アンダーフィル材を熱重量測定装置(TGA)にて測定する際に、前記アンダーフィル材の硬化条件に従って、所定の温度で所定の時間で放置した後の重量減少率が5%以下である前記アンダーフィル材に関する。これにより、ボイドの発生をより十分に抑制することができる。
また、本発明は、前記アンダーフィル材により封止する電子部品に関する。
また、本発明は、前記アンダーフィル材をディスペンス方式、注型方式又は印刷方式にて電子部品を封止する、電子部品の製造方法、特に、狭ギャップを有するフリップチップ型半導体装置において、ディスペンス方式で封止する電子部品の製造方法に関する。
The present invention is an underfill material used for an electronic component, which includes (A) an epoxy resin, (B) a curing agent, (C) an inorganic filler, and (C) an average particle diameter and content of the inorganic filler The present invention relates to an underfill material having an amount of less than 5 μm and 67% by mass or more and less than 85% by mass of the entire underfill material, and a viscosity at 110 ° C. of 0.2 Pa · s or less. By setting the inorganic filler to a blending amount of 67% by mass or more and less than 85% by mass of the entire underfill material, an electronic component having high reliability (moisture resistance and temperature cycle resistance) can be obtained. By setting the inorganic filler within the above range, it is considered that the linear expansion coefficient of the underfill material can be lowered to the same level as that of the peripheral member such as a semiconductor chip, and as a result, the stress can be relaxed. Furthermore, by setting the viscosity at 110 ° C. to 0.2 Pa · s or less, the penetration speed can be increased even if the gap between the semiconductor element and the wiring board is reduced to 50 μm or less, so the penetration time is shortened. And generation of voids can be suppressed.
The present invention further relates to the underfill material having a viscosity at 90 to 120 ° C. of 0.2 Pa · s or less. By setting the viscosity at 90 to 120 ° C. to 0.2 Pa · s or less, not only can the permeation time be shortened and the generation of voids can be sufficiently suppressed, but the process window ( Windows) can be widened.
In addition, the present invention can reduce stress by reducing the linear expansion coefficient of the underfill material, shorten the permeation time, and reduce the generation of voids by setting the content of the (C) inorganic filler to 70 to 80% by mass. It becomes easier to achieve at the same time.
The present invention also includes a reactive epoxy resin having a viscosity at 25 ° C. of 60 mPa · s or less for reducing the viscosity of the underfill material and increasing the reliability of the semiconductor device sealed with the underfill material. A liquid aromatic amine curing agent may be used as a curing agent for the epoxy resin.
Moreover, this invention relates to the said underfill material which contains either the inorganic filler which has a peak between 0.1-1 micrometer and 1-2 micrometers respectively, and the particle size distribution of the said (C) component simultaneously. By using an inorganic filler having this particle size distribution, an increase in viscosity due to the amount of the inorganic filler can be sufficiently suppressed, even when the gap between the semiconductor element and the wiring board is as narrow as 25 μm or less. A low-viscosity underfill material in which generation of voids is suppressed can be obtained.
Moreover, this invention relates to the said underfill material whose average particle diameter of the said (C) component is less than 1.6 micrometers. Thereby, it can be set as the underfill material which was excellent in the filling property to a narrow gap, and suppressed generation | occurrence | production of a void.
Further, according to the present invention, when the underfill material is measured with a thermogravimetric measuring device (TGA), the weight reduction rate after being left at a predetermined temperature for a predetermined time according to the curing condition of the underfill material is It is related with the said underfill material which is 5% or less. Thereby, generation | occurrence | production of a void can be suppressed more fully.
The present invention also relates to an electronic component sealed with the underfill material.
In addition, the present invention provides a method for manufacturing an electronic component in which the underfill material is sealed by a dispensing method, a casting method, or a printing method, and particularly in a flip chip type semiconductor device having a narrow gap, a dispensing method. The present invention relates to a method for manufacturing an electronic component to be sealed.
本発明は、狭ギャップ(例えば、50μm以下のギャップ)での流動性が良好であり、さらに、浸透速度が速く、また、成形時のボイドの発生を抑制したアンダーフィル材、及びこれにより封止された信頼性(耐湿性、耐温度サイクル性)の高いフリップチップ型半導体装置を提供することができる。 The present invention has an excellent fluidity in a narrow gap (for example, a gap of 50 μm or less), a high penetration rate, and an underfill material that suppresses generation of voids during molding, and sealing by this It is possible to provide a flip-chip type semiconductor device with high reliability (moisture resistance and temperature cycle resistance).
本発明は、電子部品に用いられるアンダーフィル材であって、(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)無機充填材を含み、前記(C)無機充填材の平均粒径及び含有量が、それぞれ5μm未満及びアンダーフィル材全体の67質量%以上85質量%未満であり、かつ110℃における粘度が0.2Pa・s以下である、アンダーフィル材に関する。上記構成を採ることにより、信頼性(耐湿性、耐温度サイクル性)に優れ、浸透時間が短く、かつボイドの発生がないアンダーフィル材および半導体素子と配線基板との間隙(ギャップ)が50μm以下である高信頼性のフリップチップ型半導体装置を提供できる。その理由として、本願発明者らは以下のように考える。 The present invention is an underfill material used for an electronic component, which includes (A) an epoxy resin, (B) a curing agent, (C) an inorganic filler, and (C) an average particle diameter and content of the inorganic filler The present invention relates to an underfill material having an amount of less than 5 μm and 67% by mass or more and less than 85% by mass of the entire underfill material, and a viscosity at 110 ° C. of 0.2 Pa · s or less. By adopting the above configuration, the underfill material with excellent reliability (moisture resistance and temperature cycle resistance), short permeation time, and no voids, and the gap (gap) between the semiconductor element and the wiring board is 50 μm or less. A highly reliable flip chip type semiconductor device can be provided. The reason for this is as follows.
本発明のアンダーフィル材は、多量のシリカを含有することで熱膨張係数を小さくでき、半導体チップ、配線基板及び両者を接合するためのバンプに線膨張係数を近づけることによって応力緩和を図ることができるため、信頼性(耐湿性、耐温度サイクル性)の高い電子部品を得ることができる。半導体チップ、配線基板及びバンプの線膨張係数は、汎用的にはそれぞれ6ppm/℃、7〜20ppm/℃及び15〜24ppm/℃の範囲であり、一律には決まらないが、アンダーフィル材の線膨張係数を25ppm/℃未満にすることによって半導体装置の高信頼性化を図ることができる。この線膨張係数を実現するには、無機充填材をアンダーフィル材全体の67質量%以上を含むことが必要である。さらに、半導体装置の信頼性は、アンダーフィル材の線膨張係数を20ppm/℃以下にすることによって一層の向上が図られるため、無機充填材の含有量はアンダーフィル材全体の70質量%以上であることが好ましい。 The underfill material of the present invention can reduce the thermal expansion coefficient by containing a large amount of silica, and can relieve stress by bringing the linear expansion coefficient close to the semiconductor chip, the wiring board, and the bumps for joining the two. Therefore, an electronic component with high reliability (moisture resistance and temperature cycle resistance) can be obtained. The linear expansion coefficients of semiconductor chips, wiring boards and bumps are generally in the range of 6 ppm / ° C., 7 to 20 ppm / ° C. and 15 to 24 ppm / ° C., respectively. By setting the expansion coefficient to less than 25 ppm / ° C., high reliability of the semiconductor device can be achieved. In order to realize this linear expansion coefficient, it is necessary that the inorganic filler contains 67% by mass or more of the entire underfill material. Furthermore, since the reliability of the semiconductor device can be further improved by setting the linear expansion coefficient of the underfill material to 20 ppm / ° C. or less, the content of the inorganic filler is 70% by mass or more of the entire underfill material. Preferably there is.
一方、アンダーフィル材として本発明は、110℃の粘度が0.2Pa・s以下である。これにより、狭ギャップへの浸透性及び流動性が向上し、浸透速度を速くすることができるため、浸透時間を短くすることができ、かつ、ボイドの発生を抑制することができる。ここで、浸透速度を速くして含浸時間の短縮化を行うという観点からは、110℃の粘度は0.15Pa・s以下であることが好ましい。さらに、アンダーフィル材の含浸時間を短縮化(例えば、110℃において100秒以下)して作業性を向上させることを重点的に考える場合は、110℃の粘度は0.10Pa・s以下であることがより好ましい。下限値として、ボイド発生の抑制の観点から、0.05Pa・s以上であることが好ましく、ボイド発生の抑制効果を高めるために0.08Pa・s以上であることがより好ましい。 On the other hand, in the present invention as an underfill material, the viscosity at 110 ° C. is 0.2 Pa · s or less. Thereby, the permeability and fluidity into the narrow gap are improved and the penetration speed can be increased, so that the penetration time can be shortened and the generation of voids can be suppressed. Here, from the viewpoint of shortening the impregnation time by increasing the permeation rate, the viscosity at 110 ° C. is preferably 0.15 Pa · s or less. Furthermore, when the emphasis is on improving workability by shortening the impregnation time of the underfill material (for example, 100 seconds or less at 110 ° C.), the viscosity at 110 ° C. is 0.10 Pa · s or less. It is more preferable. The lower limit is preferably 0.05 Pa · s or more from the viewpoint of suppressing the generation of voids, and more preferably 0.08 Pa · s or more in order to enhance the effect of suppressing the generation of voids.
また、110℃の粘度だけでなく、90〜120℃における粘度にも着目することによってアンダーフィル材を浸透・充填させるときの作業温度範囲が広がり作業がしやすくなるため、90〜120℃の粘度が0.2Pa・s以下であることが好ましい。これにより、浸透時間をより短くすることができ、かつ、ボイドの発生を十分に抑制することができる。110℃の場合と同じように、浸透速度を速くして含浸時間の短縮化を行うという観点から、90〜120℃の粘度は0.15Pa・s以下であることがより好ましく、0.10Pa・s以下であることが特に好ましい。粘度の下限値も、ボイド発生の抑制の観点から、90〜120℃において0.05Pa・s以上であることが好ましい。 In addition, the viscosity of 90 to 120 ° C. increases the working temperature range when the underfill material is infiltrated and filled by paying attention not only to the viscosity at 110 ° C. but also the viscosity at 90 to 120 ° C. Is preferably 0.2 Pa · s or less. Thereby, the permeation time can be further shortened, and generation of voids can be sufficiently suppressed. From the viewpoint of shortening the impregnation time by increasing the permeation rate as in the case of 110 ° C., the viscosity at 90 to 120 ° C. is more preferably 0.15 Pa · s or less, and 0.10 Pa · It is particularly preferred that it is s or less. The lower limit of the viscosity is also preferably 0.05 Pa · s or more at 90 to 120 ° C. from the viewpoint of suppressing the generation of voids.
本発明のアンダーフィル材は、110℃のときの粘度、又は、プロセスウィンドウを広げるために90〜120℃の範囲における粘度を、本発明における電子部品用液状樹脂組成物の浸透性及び流動性の目安として用いる。110℃、好ましくは90〜120℃の粘度に着目するのは、フリップチップ半導体装置の製造において、これらの温度範囲が液状樹脂組成物を微細間隙に注入するときに実用的に採用できる最高の温度範囲であり、半導体素子と基板との間隙が100μm以下、特に、より狭い間隙である50μm以下、さらに狭い25μm以下を有する電子部品において、ボイドを十分に抑制した上で迅速に、且つ確実に充填できるアンダーフィル材の浸透性及び流動性を最も反映する物性値であるためである。フリップ半導体装置は、半導体素子と配線基板との狭ギャップ化が益々進展しており、50μm以下の狭ギャップ化に対して使用できるアンダーフィル材が強く求められている。本発明は、この要求に十分に応えるために、アンダーフィル材の流動性を反映する物性値に着目すると共に、その物性値を規定したことに特徴を有する。 The underfill material of the present invention has a viscosity at 110 ° C., or a viscosity in the range of 90 to 120 ° C. in order to widen the process window, and the permeability and fluidity of the liquid resin composition for electronic components in the present invention. Use as a guide. Focusing on the viscosity of 110 ° C., preferably 90 to 120 ° C., is the highest temperature that can be practically employed when injecting the liquid resin composition into the fine gap in the production of flip chip semiconductor devices. In electronic parts having a gap between the semiconductor element and the substrate of 100 μm or less, particularly a narrower gap of 50 μm or less, and a narrower 25 μm or less, the voids are sufficiently suppressed and the filling is performed quickly and reliably. This is because the physical property value most reflects the permeability and fluidity of a possible underfill material. In the flip semiconductor device, the narrowing of the gap between the semiconductor element and the wiring board is progressing, and an underfill material that can be used for narrowing the gap of 50 μm or less is strongly demanded. In order to fully meet this requirement, the present invention is characterized in that the physical property value reflecting the fluidity of the underfill material is noted and the physical property value is defined.
上記で規定する粘度は、温度90〜120℃においてレオメータAR2000(TAインスツルメント)を用い、40mmパラレルプレート、せん断速度32.5(1/s)の条件のもとに各温度で測定する。 The viscosity specified above is measured at a temperature of 90 to 120 ° C. using a rheometer AR2000 (TA instrument) under the conditions of a 40 mm parallel plate and a shear rate of 32.5 (1 / s).
また、本発明においては、レオメータによる粘度測定方法の他にも、E型回転粘度計を所定の温度で1分間、所定の回転数(rpm、1/60sec−1)で回転させた時の測定値に、所定の換算係数を乗じた値を粘度として定義して規定しても良い。測定値は、所定の温度±1℃に保たれた液体について、コーン角度3゜、コーン半径10mmのコーンロータを装着したE型回転粘度計を用いて得られる。前記回転数及び換算係数は、測定対象の液体の粘度によって異なる。具体的には、測定対象の液体の粘度を予め大まかに推定し、推定値に応じて回転数及び換算係数を決定する。測定対象の液体の粘度の推定値が0〜1.25Pa・sの場合は回転数を100rpm、換算係数を0.0125とし、粘度の推定値が1.25〜2.5Pa・sの場合は回転数を50rpm、換算係数を0.025とし、粘度の推定値が2.5〜6.25Pa・sの場合は回転数を20rpm、換算係数を0.0625とし、粘度の推定値が6.25〜12.5Pa・sの場合は回転数を10rpm、換算係数を0.125とする。ここで、E型回転粘度計によって測定される粘度は、前記のレオメータによる粘度とは絶対値が同じでないため、前記のレオメータによる粘度に換算することによって、本発明によるアンダーフィル材の粘度を規定することができる。 In the present invention, in addition to the viscosity measurement method using a rheometer, measurement is performed when an E-type rotational viscometer is rotated at a predetermined temperature for 1 minute at a predetermined rotation speed (rpm, 1/60 sec −1 ). A value obtained by multiplying the value by a predetermined conversion factor may be defined and defined as the viscosity. The measured value is obtained by using an E-type rotational viscometer equipped with a cone rotor having a cone angle of 3 ° and a cone radius of 10 mm for a liquid maintained at a predetermined temperature ± 1 ° C. The rotation speed and the conversion factor differ depending on the viscosity of the liquid to be measured. Specifically, the viscosity of the liquid to be measured is roughly estimated in advance, and the rotation speed and the conversion coefficient are determined according to the estimated value. When the estimated value of the viscosity of the liquid to be measured is 0 to 1.25 Pa · s, the rotational speed is 100 rpm, the conversion factor is 0.0125, and when the estimated value of the viscosity is 1.25 to 2.5 Pa · s. When the rotational speed is 50 rpm, the conversion coefficient is 0.025, and the estimated viscosity value is 2.5 to 6.25 Pa · s, the rotational speed is 20 rpm, the conversion coefficient is 0.0625, and the estimated viscosity value is 6. In the case of 25 to 12.5 Pa · s, the rotation speed is 10 rpm and the conversion coefficient is 0.125. Here, since the absolute value of the viscosity measured by the E-type rotational viscometer is not the same as the viscosity measured by the rheometer, the viscosity of the underfill material according to the present invention is defined by converting to the viscosity measured by the rheometer. can do.
本発明のアンダーフィル材は、110℃の粘度、好ましくは90〜120℃の粘度を上記の0.2Pa・s以下にすることによって浸透速度を速くするとともに、浸透時にボイド発生を抑えるために、(C)無機充填材として、平均粒径が5μm未満であり、その含有量を85質量%未満にする必要がある。平均粒径が5μm以上であると、ボイド発生が顕著になるだけでなく、無機充填材の凝集等によって50μm以下の狭ギャップへアンダーフィル材を完全に浸透させることが難しくなる。また、アンダーフィル材全体に対して、平均粒径が5μm未満の無機充填材を85質量%以上含むと、無機充填材の粒径の最適化を行っても、温度90〜120℃の粘度を0.2Pa・s以下にすることができず、アンダーフィル材の浸透性の大幅な低下を招く。特に、50μm以下の狭ギャップを有する半導体装置では、浸透時間に関係なく、半導体素子の末端までアンダーフィル材を充填して封止することができないという問題が生じる。さらに、平均粒径が5μm未満の無機充填材の含有量は、アンダーフィル材を浸透させたときに半導体素子の周辺端部に均一なフィレットを形成して半導体装置の一層の高信頼性化を図るという観点から、80質量%以下であることが好ましい。 The underfill material of the present invention has a viscosity of 110 ° C., preferably a viscosity of 90 to 120 ° C., which is not higher than 0.2 Pa · s in order to increase the permeation rate and to suppress void generation during permeation. (C) As an inorganic filler, an average particle diameter is less than 5 micrometers, and it is necessary to make the content less than 85 mass%. When the average particle size is 5 μm or more, not only the generation of voids becomes significant, but it becomes difficult to completely penetrate the underfill material into a narrow gap of 50 μm or less due to aggregation of the inorganic filler. In addition, when the inorganic filler having an average particle size of less than 5 μm is contained in an amount of 85% by mass or more with respect to the entire underfill material, the viscosity at a temperature of 90 to 120 ° C. is obtained even when the particle size of the inorganic filler is optimized. It cannot be made 0.2 Pa · s or less, and the permeability of the underfill material is greatly reduced. In particular, a semiconductor device having a narrow gap of 50 μm or less has a problem that the underfill material cannot be filled and sealed to the end of the semiconductor element regardless of the permeation time. Furthermore, the content of the inorganic filler having an average particle size of less than 5 μm makes the semiconductor device more reliable by forming a uniform fillet at the peripheral edge of the semiconductor element when the underfill material is infiltrated. From the viewpoint of achieving, it is preferably 80% by mass or less.
本発明のアンダーフィル材は、50μm以下のギャップを有する半導体装置へ適用できるが、さらに、ギャップが25μm以下と狭い半導体装置に対しては、(C)無機充填材の平均粒径は2μm以下が好ましく、1.6μm未満であることがより好ましい。しかしながら、アンダーフィル材の粘度は、無機充填材の平均粒径が数ミクロン以下と小さくなるに伴い、粘度が上昇してアンダーフィル材の流動性と浸透性が低下する傾向にある。 The underfill material of the present invention can be applied to a semiconductor device having a gap of 50 μm or less. Furthermore, for a semiconductor device having a narrow gap of 25 μm or less, (C) the average particle size of the inorganic filler is 2 μm or less. Preferably, it is less than 1.6 μm. However, the viscosity of the underfill material tends to lower the fluidity and permeability of the underfill material as the average particle size of the inorganic filler decreases to a few microns or less.
そこで、無機充填材の平均粒径を1.6μm未満と小さくしつつ、アンダーフィル材の流動性と浸透性を向上できる組成について最適化の検討を行った。その結果、粒度分布において0.1〜1μmと1〜2μmの間にそれぞれピークがある無機充填材の少なくともどちらか一方を使用することが好ましく、さらに、両者を含むことによって、25μm以下の狭ギャップを有する半導体装置にも適用可能なアンダーフィル材が得られることが分かった。なお、平均粒径及び含有量の範囲については、本発明で好適に使用する無機充填材の種類とともに、後程、詳細に述べる。 Therefore, optimization of the composition that can improve the fluidity and permeability of the underfill material while reducing the average particle size of the inorganic filler to less than 1.6 μm was investigated. As a result, it is preferable to use at least one of inorganic fillers each having a peak between 0.1 to 1 μm and 1 to 2 μm in the particle size distribution. Further, by including both, a narrow gap of 25 μm or less is used. It has been found that an underfill material that can be applied to a semiconductor device having the above can be obtained. In addition, about the range of an average particle diameter and content, it mentions later in detail with the kind of inorganic filler used suitably by this invention.
本発明においては、アンダーフィル材の低粘度化を図るための処方として、エポキシ樹脂組成物に含まれる組成として、低粘度のエポキシ樹脂、具体的には25℃における粘度が60mPa・s以下の液状のエポキシ樹脂を希釈剤として含むことが好ましい。ここで含まれる低粘度の液状エポキシ樹脂としては、アンダーフィル材のガラス転移温度の低下を抑えるとともに、加熱重量減少を小さくして耐熱性を保持させるため、アルキレン基又はエーテル基を含有する2官能性以上の脂肪族エポキシ樹脂を含むことがより好ましい。 In the present invention, as a prescription for reducing the viscosity of the underfill material, the composition contained in the epoxy resin composition is a low-viscosity epoxy resin, specifically, a liquid having a viscosity at 25 ° C. of 60 mPa · s or less. It is preferable to contain this epoxy resin as a diluent. The low-viscosity liquid epoxy resin contained here is a bifunctional compound containing an alkylene group or an ether group in order to suppress the decrease in the glass transition temperature of the underfill material and to keep the heat resistance by reducing the decrease in heating weight. It is more preferable to include an aliphatic epoxy resin that is higher than or equal to the nature of the resin.
アンダーフィル材の低粘度化を図る別の手法としては、未反応性の溶剤を使用する場合もある。しかしながら、溶剤の含有量が多い場合には、50μm以下、特に25μm以下のギャップを有する半導体装置の封止を行うと、ボイドの発生が顕著になり、半導体装置の信頼性低下が大きな問題となった。この問題は、溶剤だけに限らず、樹脂組成物にすでに含まれている揮発性の低分子量不純物成分やアンダーフィル材の熱硬化時に生まれる揮発性の分解生成物が存在する場合でも、同様に起きる。この考えに基づいて検討を行った結果、アンダーフィル材の硬化条件に従って、所定の温度で所定の時間で放置した後の重量減少率は、アンダーフィル材によって充填した封止部分に発生するボイドの程度と相関性を有することが分かった。そこで、本発明においては、ボイド発生を予測できる物理量としてアンダーフィル材の加熱重量減少率を規定する。本発明のアンダーフィル材を25μm以下の狭ギャップを有する半導体装置に適用する場合、アンダーフィル材の重量減少率は、熱重量測定装置(TGA)で測定したときに5%以下であることが好ましい。 As another method for reducing the viscosity of the underfill material, an unreactive solvent may be used. However, when the content of the solvent is large, when a semiconductor device having a gap of 50 μm or less, particularly 25 μm or less is sealed, voids become prominent and the reliability of the semiconductor device is seriously deteriorated. It was. This problem occurs not only in the solvent, but also in the case where there are volatile low-molecular-weight impurity components already contained in the resin composition and volatile decomposition products produced during thermal curing of the underfill material. . As a result of investigation based on this idea, the weight reduction rate after being left at a predetermined temperature for a predetermined time in accordance with the curing conditions of the underfill material is the amount of voids generated in the sealed portion filled with the underfill material. It was found to correlate with the degree. Therefore, in the present invention, the heating weight reduction rate of the underfill material is defined as a physical quantity that can predict the generation of voids. When the underfill material of the present invention is applied to a semiconductor device having a narrow gap of 25 μm or less, the weight reduction rate of the underfill material is preferably 5% or less when measured with a thermogravimetric apparatus (TGA). .
本発明のアンダーフィル材に含まれる各成分について以下に説明する。 Each component contained in the underfill material of the present invention will be described below.
[(A)エポキシ樹脂]
前記アンダーフィル材は(A)エポキシ樹脂を含む。前記(A)エポキシ樹脂は、1分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂であることが好ましく、一般に使用されているエポキシ樹脂を特に制限なく用いることができる。
[(A) Epoxy resin]
The underfill material includes (A) an epoxy resin. The (A) epoxy resin is preferably an epoxy resin having two or more epoxy groups in one molecule, and generally used epoxy resins can be used without particular limitation.
前記エポキシ樹脂は、アンダーフィル材が全体として常温で液体であれば、エポキシ樹脂自体が常温で固形、液体のどちらか一方であってもよく、両者を併用してもよい。中でも、アンダーフィル材の低粘度化の観点からは常温で液体のエポキシ樹脂が好ましい。本明細書において「常温で液体」とは25℃で流動性を示す状態であることを意味する。さらに本明細書において「液体」とは流動性と粘性を示し、かつ粘性を示す尺度である粘度が25℃において0.0001Pa・s〜10Pa・sである物質を意味する。 If the underfill material is liquid at room temperature as a whole, the epoxy resin itself may be either solid or liquid at room temperature, or both may be used in combination. Among these, an epoxy resin that is liquid at room temperature is preferable from the viewpoint of lowering the viscosity of the underfill material. In this specification, “liquid at room temperature” means a state in which fluidity is exhibited at 25 ° C. Further, in the present specification, “liquid” means a substance that exhibits fluidity and viscosity and has a viscosity of 0.0001 Pa · s to 10 Pa · s at 25 ° C. as a measure of viscosity.
本発明で使用できるエポキシ樹脂としては、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールS、水添ビスフェノールA等のジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を代表とするフェノール類とアルデヒド類のノボラック樹脂をエポキシ化したもの、フタル酸、ダイマー酸等の多塩基酸とエピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂、p―アミノフェノール、ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸等のアミン化合物とエピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂、オレフィン結合を過酢酸等の過酸により酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂、脂環族エポキシ樹脂などが挙げられ、これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。それらの中では、粘度、使用実績及び材料価格の観点から、ジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂であることが好ましく、中でも、流動性の観点からは液状のビスフェノール型エポキシ樹脂が好ましく、耐熱性、接着性及び流動性の観点から液状のグリシジルアミン型エポキシ樹脂が好ましい。 Examples of epoxy resins that can be used in the present invention include phenols and aldehydes typified by diglycidyl ether type epoxy resins such as bisphenol A, bisphenol F, bisphenol AD, bisphenol S, hydrogenated bisphenol A, and orthocresol novolac type epoxy resins. Reaction of epichlorohydrin with epoxidized novolak resin, glycidyl ester type epoxy resin obtained by reaction of polybasic acid such as phthalic acid and dimer acid and epichlorohydrin, p-aminophenol, diaminodiphenylmethane, isocyanuric acid and the like Glycidylamine-type epoxy resins obtained by oxidation, linear aliphatic epoxy resins obtained by oxidizing olefinic bonds with peracids such as peracetic acid, and alicyclic epoxy resins. May be used in combination or two or more kinds thereof may be used in. Among them, diglycidyl ether type epoxy resins and glycidyl amine type epoxy resins are preferable from the viewpoints of viscosity, actual use and material price, and liquid bisphenol type epoxy resins are preferable from the viewpoint of fluidity. From the viewpoints of heat resistance, adhesiveness and fluidity, liquid glycidylamine type epoxy resins are preferred.
上記した2種のエポキシ樹脂はいずれか1種を単独で用いても2種以上を組合せて用いてもよいが、その配合量は、その性能を発揮するために液状エポキシ樹脂全量に対して合わせて20重量%以上とすることが好ましく、30重量%以上がより好ましく、50重量%以上とすることがさらに好ましい。上限値としては、特に制限はなく、粘度、ガラス転移温度及び耐熱性等の観点から所望の性状及び特性が得られる範囲で決めることができる。 The above two types of epoxy resins may be used alone or in combination of two or more, but the blending amount is matched to the total amount of the liquid epoxy resin in order to exhibit its performance. It is preferably 20% by weight or more, more preferably 30% by weight or more, and further preferably 50% by weight or more. There is no restriction | limiting in particular as an upper limit, From a viewpoint, such as a viscosity, a glass transition temperature, and heat resistance, it can determine in the range from which a desired property and characteristic are acquired.
また、本発明のアンダーフィル材には、本発明の効果が達成される範囲内であれば固形エポキシ樹脂を併用することもできるが、成形時の流動性の観点から併用する固形エポキシ樹脂はエポキシ樹脂全量に対して20重量%以下とすることが好ましい。さらに、これらのエポキシ樹脂の純度、特に加水分解性塩素量はICなど素子上のアルミ配線腐食に係わるため少ない方が好ましく、耐湿性の優れたアンダーフィル材を得るためには500ppm以下であることが好ましい。ここで、加水分解性塩素量とは試料のエポキシ樹脂1gをジオキサン30mlに溶解し、1N−KOHメタノール溶液5mlを添加して30分間リフラックス後、電位差滴定により求めた値を尺度としたものである。 In addition, the underfill material of the present invention can be used in combination with a solid epoxy resin as long as the effect of the present invention is achieved, but the solid epoxy resin used in combination from the viewpoint of fluidity during molding is an epoxy. The content is preferably 20% by weight or less based on the total amount of the resin. Furthermore, the purity of these epoxy resins, particularly the amount of hydrolyzable chlorine, is preferably less because it involves corrosion of aluminum wiring on ICs and other elements, and in order to obtain an underfill material with excellent moisture resistance, it should be 500 ppm or less. Is preferred. Here, the amount of hydrolyzable chlorine is a value obtained by dissolving 1 g of an epoxy resin of a sample in 30 ml of dioxane, adding 5 ml of a 1N-KOH methanol solution and refluxing for 30 minutes, and then obtaining by potentiometric titration. is there.
[(B)硬化剤]
本発明に用いられる(B)成分の硬化剤は、一般に使用されているエポキシ樹脂の硬化剤を特に制限なく用いることができる。中でも、耐温度サイクル性及び耐湿性等に優れ、半導体装置の信頼性を向上できるという観点から芳香族アミンであることが好ましく、常温で液状の芳香族アミンであることがより好ましい。常温で液状の芳香環を有するアミンとしては、ジエチルトルエンジアミン、1−メチル−3,5−ジエチル−2,4−ジアミノベンゼン、1−メチル−3,5−ジエチル−2,6−ジアミノベンゼン、1,3,5−トリエチル−2,6−ジアミノベンゼン、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,5,3’,5’−テトラメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、ジメチルチオトルエンジアミン等が挙げられる。これらの液状芳香族アミン化合物は、市販品として、JERキュアW(ジャパンエポキシレジン株式会社、商品名)、カヤハードA−A、カヤハードA−B、カヤハードA−S(日本化薬株式会社、商品名)、トートアミンHM−205(東都化成株式会社、商品名)、アデカハードナーEH−101(株式会社ADEKA、商品名)、エポミックQ−640、エポミックQ−643(三井化学株式会社、商品名)、DETDA80(Lonza社、商品名)等が入手可能で、これらは単独で用いても2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
[(B) Curing agent]
As the curing agent of the component (B) used in the present invention, a generally used curing agent for epoxy resin can be used without particular limitation. Among these, an aromatic amine is preferable from the viewpoint of excellent temperature cycle resistance and moisture resistance, and the reliability of the semiconductor device can be improved, and an aromatic amine that is liquid at room temperature is more preferable. Examples of the amine having a liquid aromatic ring at room temperature include diethyltoluenediamine, 1-methyl-3,5-diethyl-2,4-diaminobenzene, 1-methyl-3,5-diethyl-2,6-diaminobenzene, 1,3,5-triethyl-2,6-diaminobenzene, 3,3′-diethyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,5,3 ′, 5′-tetramethyl-4,4′-diaminodiphenylmethane , dimethylthiotoluenediamine, and the like. These liquid aromatic amine compounds are commercially available products such as JER Cure W (Japan Epoxy Resin Co., Ltd., trade name), Kayahard AA, Kayahard AB, Kayahard AS (Nippon Kayaku Co., Ltd., trade name). ), Totoamine HM-205 (Toto Kasei Co., Ltd., trade name), Adeka Hardener EH-101 (ADEKA Corporation, trade name), Epomic Q-640, Epomic Q-643 (Mitsui Chemicals, trade name), DETDA80 (Lonza, trade name) and the like are available, and these may be used alone or in combination of two or more.
そのなかでも保存安定性の観点から、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、エチルトルエンジアミンおよびジメチルチオトルエンジアミンが好ましく、硬化剤はこれらのいずれか又はこれらの混合物を主成分とすることが好ましい。ジエチルトルエンジアミンとしては、3,5−ジエチルトルエン−2,4−ジアミン及び3,5−ジエチルトルエン−2,6−ジアミンが挙げられ、これらを単独で用いても混合物を用いてもよいが、3,5−ジエチルトルエン−2,4−ジアミンを60重量%以上含むものが好ましい。 Among these, from the viewpoint of storage stability, 3,3′-diethyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, ethyltoluenediamine and dimethylthiotoluenediamine are preferable, and the curing agent is mainly composed of any one of these or a mixture thereof. It is preferable that Examples of diethyltoluenediamine include 3,5-diethyltoluene-2,4-diamine and 3,5-diethyltoluene-2,6-diamine, and these may be used alone or as a mixture. Those containing 60% by weight or more of 3,5-diethyltoluene-2,4-diamine are preferred.
また、本発明のアンダーフィル材には、上記の液状芳香族アミンを含むアミン系硬化剤以外に、フェノール性硬化剤、酸無水物等の一般に使用されている硬化剤を併用することができ、固形硬化剤も併用することもできる。それらの中で、液状芳香族アミン化合物を含むアミン系硬化剤が半導体装置の高信頼性化に対して最も優れた効果を有する。 Moreover, in the underfill material of the present invention, in addition to the amine-based curing agent containing the above liquid aromatic amine, a commonly used curing agent such as a phenolic curing agent or an acid anhydride can be used in combination. A solid curing agent can also be used in combination. Among them, an amine-based curing agent containing a liquid aromatic amine compound has the most excellent effect for increasing the reliability of a semiconductor device.
硬化剤の配合量は(A)成分を含むエポキシ樹脂と(B)成分を含む硬化剤との当量比は特に制限はないが、それぞれの未反応分を少なく抑えるために、エポキシ樹脂に対して硬化剤を0.7当量以上1.6当量以下の範囲に設定することが好ましく、0.8当量以上1.4当量以下がより好ましく、0.9当量以上1.2当量以下がさらに好ましい。 The compounding amount of the curing agent is not particularly limited as to the equivalent ratio of the epoxy resin containing the component (A) and the curing agent containing the component (B), but in order to keep each unreacted component small, The curing agent is preferably set in the range of 0.7 equivalents to 1.6 equivalents, more preferably 0.8 equivalents to 1.4 equivalents, and even more preferably 0.9 equivalents to 1.2 equivalents.
[(C)無機充填材]
また本発明で用いられる(C)成分の無機充填材としては、球状シリカ、結晶シリカ等のシリカ、炭酸カルシウム、クレー、酸化アルミナ等のアルミナ、窒化珪素、炭化珪素、窒化ホウ素、珪酸カルシウム、チタン酸カリウム、窒化アルミ、ベリリア、ジルコニア、ジルコン、フォステライト、ステアタイト、スピネル、ムライト、チタニア等の粉体、又はこれらを球形化したビーズ、ガラス繊維などが挙げられる。さらに、難燃効果のある無機充填材としては水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硼酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛等が挙げられる。これらの無機充填材は単独で用いても2種類以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、入手のし易さ、化学的安定性及び材料コストの観点からシリカが好ましく、アンダーフィル材の微細間隙への流動性・浸透性の観点から、球状シリカが特に好ましく用いられる。球状シリカとしては、例えば、爆燃法によって得られるシリカや溶融シリカが挙げられる。また、本発明における無機充填材は表面が表面処理されていてもよく、後述のシランカップリング剤を用いて表面処理されていてもよい。
[(C) Inorganic filler]
The inorganic filler of component (C) used in the present invention includes silica such as spherical silica and crystalline silica, alumina such as calcium carbonate, clay and alumina, silicon nitride, silicon carbide, boron nitride, calcium silicate and titanium. Examples thereof include powders such as potassium acid, aluminum nitride, beryllia, zirconia, zircon, fosterite, steatite, spinel, mullite, and titania, or beads and glass fibers formed by spheroidizing them. Furthermore, examples of the inorganic filler having a flame retardant effect include aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, zinc borate, and zinc molybdate. These inorganic fillers may be used alone or in combination of two or more. Among these, silica is preferable from the viewpoint of easy availability, chemical stability, and material cost, and spherical silica is particularly preferably used from the viewpoint of fluidity and permeability into the fine gaps of the underfill material. Examples of the spherical silica include silica obtained by a deflagration method and fused silica. Moreover, the surface of the inorganic filler in the present invention may be surface-treated or may be surface-treated using a silane coupling agent described later.
本発明における無機充填材の平均粒子径は、上記で概説したように、5μm未満であることが好ましい。これにより、狭ギャップへの充填性に優れるアンダーフィル材とすることができる。中でも、ギャップが50μm以下と狭い半導体装置に対しては、無機充填材の平均粒径は2μm以下が好ましく、特に、ギャップが25μm以下とさらに狭い半導体装置においては、平均粒径は1.6μm未満であることがより好ましい。 The average particle size of the inorganic filler in the present invention is preferably less than 5 μm as outlined above. Thereby, it can be set as the underfill material excellent in the filling property to a narrow gap. In particular, for a semiconductor device having a narrow gap of 50 μm or less, the average particle size of the inorganic filler is preferably 2 μm or less. Particularly, in a semiconductor device having a narrower gap of 25 μm or less, the average particle size is less than 1.6 μm. It is more preferable that
本発明において、無機充填材の「平均粒子径」とは、下記の方法を用いて粒子径を階級、体積を度数とし、度数の累積で表記された積算分布において、積算分布が50%となる粒子径(体積平均粒子径)を意味する。無機充填材の粒子径を測定する方法としては、例えば、レーザー回折、動的光散乱、小角X線散乱等の装置を用い、同時に多数の粒子を測定する方法、透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡等を用いて画像化し、粒子1つ1つの粒子径を測定する方法などがあげられる。液相遠心沈降、フィールドフロー分別、粒子径排除クロマトグラフィ、流体力学クロマトグラフィ等の方法を用い、粒子を測定する前に100μm以上の粒子を分離する前処理を行ってもよい。また測定試料がアンダーフィル材の硬化物である場合は、例えば、マッフル炉等で800℃以上の高温で処理した後に残渣として得られる灰分を上記の方法で測定することができる。 In the present invention, the “average particle size” of the inorganic filler means that the cumulative distribution is 50% in the cumulative distribution represented by the cumulative frequency, where the particle size is class and the volume is frequency using the following method. It means particle diameter (volume average particle diameter). As a method of measuring the particle size of the inorganic filler, for example, a method of measuring a large number of particles simultaneously using a device such as laser diffraction, dynamic light scattering, small angle X-ray scattering, a transmission electron microscope, scanning electron Examples thereof include a method of imaging using a microscope, an atomic force microscope, etc., and measuring the particle diameter of each particle. Using a method such as liquid phase centrifugation, field flow fractionation, particle size exclusion chromatography, fluid dynamics chromatography or the like, a pretreatment for separating particles of 100 μm or more may be performed before measuring the particles. Moreover, when a measurement sample is the hardened | cured material of an underfill material, the ash obtained as a residue after processing at high temperature of 800 degreeC or more with a muffle furnace etc. can be measured by said method.
本発明における無機充填材の配合量は、アンダーフィル材全体の67質量%以上85質量%未満である。これにより、充填して硬化後のアンダーフィル材のボイド発生を低減できるだけでなく、線膨張係数を半導体チップ等の周辺部材のそれと同程度に下げることができ、応力を緩和させることができるため、信頼性(耐湿性、耐温度サイクル性)の高い電子部品を得ることができる。中でも、アンダーフィル材を浸透させたときに半導体素子の周辺端部に均一なフィレットを形成して半導体装置の一層の高信頼性化を図るという観点から、アンダーフィル材の浸透性を高めるために平均粒径が5μm未満の無機充填材の含有量が80質量%以下であることが好ましい。また、半導体装置の高信頼性化は、アンダーフィル材の線膨張係数をより低減することによって一層の向上が図られるため、無機充填材の含有量はアンダーフィル材全体の70質量%以上であることが好ましい。 The compounding quantity of the inorganic filler in this invention is 67 mass% or more and less than 85 mass% of the whole underfill material. As a result, not only can void generation in the underfill material after filling and curing be reduced, but also the linear expansion coefficient can be reduced to the same level as that of peripheral members such as semiconductor chips, and stress can be relaxed. An electronic component having high reliability (moisture resistance and temperature cycle resistance) can be obtained. Above all, in order to increase the permeability of the underfill material from the viewpoint of further improving the reliability of the semiconductor device by forming a uniform fillet at the peripheral edge of the semiconductor element when the underfill material is infiltrated The content of the inorganic filler having an average particle size of less than 5 μm is preferably 80% by mass or less. Further, since the reliability of the semiconductor device is further improved by further reducing the linear expansion coefficient of the underfill material, the content of the inorganic filler is 70% by mass or more of the entire underfill material. It is preferable.
また、本発明における(C)無機充填材は、上記で述べたように、2μm以下が好ましく、1.6μm未満であることがより好ましく、それを実現するために、粒度分布が0.1〜1μmの間にピークがある無機充填材及び1〜2μmの間にピークがある無機充填材の少なくともいずれかを含むことが好ましい。上記構成を採ることにより、無機充填材の凝集を抑制できるため狭ギャップを有する半導体装置の充填封止を容易に行うことができ、また、無機充填材によるアンダーフィル材の粘度の上昇を抑制することができるため、狭ギャップを有する半導体装置への良好な浸透性を実現することができる。 In addition, as described above, the (C) inorganic filler in the present invention is preferably 2 μm or less, more preferably less than 1.6 μm. It is preferable to include at least one of an inorganic filler having a peak between 1 μm and an inorganic filler having a peak between 1 and 2 μm. By adopting the above configuration, since aggregation of the inorganic filler can be suppressed, the semiconductor device having a narrow gap can be easily filled and sealed, and an increase in the viscosity of the underfill material due to the inorganic filler is suppressed. Therefore, good penetrability into a semiconductor device having a narrow gap can be realized.
さらに、無機充填材の平均粒径を1.6μm未満と小さくしつつ、アンダーフィル材の流動性と浸透性を向上するには、粒度分布において0.1〜1μmと1〜2μmの間にそれぞれピークを有する無機充填材の両者を含むことによって、25μm以下の狭ギャップを有する半導体装置にも適用できるアンダーフィル材が得られる。両者の無機充填材を併用するときは、(0.1〜1μmにピークを有する無機充填材)/(1〜2μmにピークを有する無機充填材)=1/99〜30/70の範囲にある配合比率が好ましい。両者の配合比率が1/99以上30/70以下とすることにより、良好な粘度の低減効果を得ることができる。 Furthermore, in order to improve the fluidity and permeability of the underfill material while reducing the average particle size of the inorganic filler to less than 1.6 μm, the particle size distribution is between 0.1 and 1 μm, respectively. By including both of the inorganic fillers having a peak, an underfill material applicable to a semiconductor device having a narrow gap of 25 μm or less can be obtained. When both inorganic fillers are used in combination, (inorganic filler having a peak at 0.1 to 1 μm) / (inorganic filler having a peak at 1 to 2 μm) = 1/99 to 30/70. A blending ratio is preferred. When the blending ratio of both is 1/99 or more and 30/70 or less, a favorable viscosity reduction effect can be obtained.
以上のように、本発明においては、0.1〜1μmと1〜2μmの間にそれぞれピークがある無機充填材の少なくともどちらかを使用すること、より好ましくは両者を併用することにより、無機充填材の量に起因する粘度の増加を十分に抑制することができ、低粘度のアンダーフィル材とすることができる。 As described above, in the present invention, it is preferable to use at least one of the inorganic fillers having a peak between 0.1 to 1 μm and 1 to 2 μm, and more preferably to use both in combination. An increase in viscosity due to the amount of the material can be sufficiently suppressed, and a low-viscosity underfill material can be obtained.
[(D)25℃における粘度が60mPa・s以下のエポキシ樹脂]
本発明で用いられる(D)25℃における粘度が60mPa・s以下のエポキシ樹脂は、通常、液状エポキシ樹脂組成物の粘度を低減するために使用される反応性希釈剤と同じ作用を有する。ここで、25℃の粘度は、上記で示したように、E型粘度計で測定した値である。(D)エポキシ樹脂としては、分子内にエポキシ基を持つことにより、硬化剤と反応してアンダーフィル硬化物の構造内に組込まれるものであり、例えば、アルキルモノグリシジルエーテルやアルキルフェノールモノクリシジルエーテル等のモノエポキシ化合物や多価アルコールのグリシジルエーテル化合物が使用できる。25℃における粘度が60mPa・s以下である場合、アンダーフィル材の低粘度化の効果を期待することができ、また、ガラス転移温度の低下や樹脂硬化物の靭性の低下等の問題も発生しにくい。
[(D) Epoxy resin having a viscosity at 25 ° C. of 60 mPa · s or less]
The (D) epoxy resin having a viscosity at 25 ° C. of 60 mPa · s or less used in the present invention usually has the same action as the reactive diluent used to reduce the viscosity of the liquid epoxy resin composition. Here, the viscosity at 25 ° C. is a value measured with an E-type viscometer as described above. (D) The epoxy resin has an epoxy group in the molecule, and reacts with the curing agent to be incorporated into the structure of the underfill cured product. For example, alkyl monoglycidyl ether or alkylphenol monocrisydyl ether Monoepoxy compounds such as polyglycols and glycidyl ether compounds of polyhydric alcohols can be used. When the viscosity at 25 ° C. is 60 mPa · s or less, the effect of lowering the viscosity of the underfill material can be expected, and problems such as a decrease in glass transition temperature and a decrease in toughness of the cured resin occur. Hateful.
本発明では、(D)25℃における粘度が60mPa・s以下のエポキシ樹脂の中でも、アルキレン基又はエーテル基を含有する2官能性以上の脂肪族エポキシ樹脂を使用することが好ましい。これらのエポキシ樹脂は、1分子中に2以上のグリシジルエーテル基を含むため、硬化時に三次元的に架橋を形成し、ガラス転移温度の低下を抑えるだけでなく、樹脂硬化物を強靱化できるという利点を有する。アルキレン基又はエーテル基を含有する2官能性以上の脂肪族エポキシ樹脂としては、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテルやポリプロピレンジグリシジルエーテル等のアルキルジグリシジルエーテル及び1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル等の多価アルコールのジグリシジルエーテルなどが挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、他のエポキシ樹脂と同様に、加水分解性塩素量が500ppm以下である高純度のものが、半導体装置の耐湿信頼性の向上の観点から好ましい。 In the present invention, (D) among epoxy resins having a viscosity at 25 ° C. of 60 mPa · s or less, it is preferable to use a bifunctional or higher aliphatic epoxy resin containing an alkylene group or an ether group. Since these epoxy resins contain two or more glycidyl ether groups in one molecule, they form a three-dimensional cross-link at the time of curing, and can not only suppress a decrease in glass transition temperature, but also toughen the resin cured product. Have advantages. Bifunctional or higher aliphatic epoxy resins containing an alkylene group or an ether group include polyvalent polyhydrides such as alkyl diglycidyl ethers such as polyethylene glycol diglycidyl ether and polypropylene diglycidyl ether, and 1,6-hexanediol diglycidyl ether. And diglycidyl ether of alcohol. These epoxy resins, like other epoxy resins, are preferably high-purity ones having a hydrolyzable chlorine content of 500 ppm or less from the viewpoint of improving the moisture resistance reliability of the semiconductor device.
これら(D)25℃における粘度が60mPa・s以下のエポキシ樹脂の配合量は、エポキシ樹脂全量100質量部としたときに、5〜40質量%が好ましく、10〜30質量%がより好ましい。配合量を5質量%以上とすることにより、アンダーフィル材の低粘度化を期待することができ、また、40質量%以下とすることにより、ガラス転移温度及び樹脂硬化物の靭性の低下の問題も発生しにくい。 The blending amount of these (D) epoxy resins having a viscosity at 25 ° C. of 60 mPa · s or less is preferably 5 to 40% by mass, and more preferably 10 to 30% by mass when the total amount of the epoxy resin is 100 parts by mass. By setting the blending amount to 5% by mass or more, it is possible to expect a lower viscosity of the underfill material, and by setting it to 40% by mass or less, there is a problem of a decrease in glass transition temperature and toughness of the cured resin product. Is less likely to occur.
[その他成分]
本発明のアンダーフィル材には耐熱衝撃性向上、半導体素子への応力低減などの観点から各種可撓剤を配合することができる。可撓剤としては、特に制限は無いがゴム粒子が好ましく、それらを例示すればスチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、ブタジエンゴム(BR)、ウレタンゴム(UR)、アクリルゴム(AR)等のゴム粒子が挙げられる。なかでも耐熱性、耐湿性の観点からアクリルゴムからなるゴム粒子が好ましく、コアシェル型アクリル系重合体、すなわちコアシェル型アクリルゴム粒子がより好ましい。
[Other ingredients]
Various flexible agents can be blended with the underfill material of the present invention from the viewpoint of improving thermal shock resistance and reducing stress on the semiconductor element. The flexible agent is not particularly limited, but rubber particles are preferable. Examples thereof include styrene-butadiene rubber (SBR), nitrile-butadiene rubber (NBR), butadiene rubber (BR), urethane rubber (UR), and acrylic. Examples thereof include rubber particles such as rubber (AR). Among these, rubber particles made of acrylic rubber are preferable from the viewpoint of heat resistance and moisture resistance, and core-shell type acrylic polymers, that is, core-shell type acrylic rubber particles are more preferable.
また、上記以外のゴム粒子としてシリコーンゴム粒子も好適に用いることができ、それらを例示すれば、直鎖状のポリジメチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリジフェニルシロキサン等のポリオルガノシロキサンを架橋したシリコーンゴム粒子、シリコーンゴム粒子の表面をシリコーンレジンで被覆したもの、乳化重合等で得られる固形シリコーン粒子のコアとアクリル樹脂等の有機重合体のシェルからなるコア−シェル重合体粒子などが挙げられる。これらのシリコーン重合体粒子の形状は無定形であっても球形であっても使用することができるが、アンダーフィル材の成形性に関わる粘度を低く抑えるためには球形のものを用いることが好ましい。これらのシリコーン重合体粒子は東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社、信越化学株式会社等から市販品が入手可能である。 Silicone rubber particles can also be suitably used as the rubber particles other than those described above. For example, silicones obtained by crosslinking polyorganosiloxanes such as linear polydimethylsiloxane, polymethylphenylsiloxane, polydiphenylsiloxane, etc. Examples thereof include rubber particles, those obtained by coating the surface of silicone rubber particles with a silicone resin, and core-shell polymer particles comprising a core of solid silicone particles obtained by emulsion polymerization or the like and a shell of an organic polymer such as an acrylic resin. The shape of these silicone polymer particles can be used regardless of whether they are amorphous or spherical, but it is preferable to use a spherical one in order to keep the viscosity related to the moldability of the underfill material low. . These silicone polymer particles are commercially available from Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd. and Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
また、界面活性剤としてシリコーン変性エポキシ樹脂を添加することができる。シリコーン変性エポキシ樹脂はエポキシ基と反応する官能基を有するオルガノシロキサンとエポキシ樹脂との反応物として得ることができるが、常温で液状であることが好ましい。ここでエポキシ基と反応する官能基を有するオルガノシロキサンを例示すれば、アミノ基、カルボキシル基、水酸基、フェノール性水酸基、メルカプト基等を1分子中に1個以上有するジメチルシロキサン、ジフェニルシロキサン、メチルフェニルシロキサン等が挙げられる。該オルガノシロキサンの重量平均分子量としては500以上5000以下の範囲が好ましい。この理由としては500未満では樹脂系との相溶性が良くなり過ぎて添加剤としての効果が発揮されず、5000を超えると樹脂系に非相溶となるためシリコーン変性エポキシ樹脂が成形時に分離・しみ出しを発生し、接着性や外観を損なうためである。シリコーン変性エポキシ樹脂を得るためのエポキシ樹脂としてはアンダーフィル材の樹脂系に相溶するものであれば特に制限は無く、電子部品用液状樹脂組成物に一般に使用されているエポキシ樹脂を用いることができ、たとえば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールS、ナフタレンジオール、水添ビスフェノールA等とエピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂をはじめとするフェノール類とアルデヒド類とを縮合又は共縮合させて得られるノボラック樹脂をエポキシ化したノボラック型エポキシ樹脂、フタル酸、ダイマー酸等の多塩基酸とエピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸等のポリアミンとエピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂、オレフィン結合を過酢酸等の過酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂、脂環族エポキシ樹脂などが挙げられ、これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよいが、常温液状のものが好ましい。 Further, a silicone-modified epoxy resin can be added as a surfactant. The silicone-modified epoxy resin can be obtained as a reaction product of an organosiloxane having a functional group that reacts with an epoxy group and an epoxy resin, but is preferably liquid at room temperature. Examples of organosiloxanes having functional groups that react with epoxy groups are dimethylsiloxane, diphenylsiloxane, methylphenyl having at least one amino group, carboxyl group, hydroxyl group, phenolic hydroxyl group, mercapto group, etc. in one molecule. Examples thereof include siloxane. The weight average molecular weight of the organosiloxane is preferably in the range of 500 or more and 5000 or less. The reason for this is that if it is less than 500, the compatibility with the resin system becomes too good and the effect as an additive is not exhibited, and if it exceeds 5000, it becomes incompatible with the resin system. This is because exudation occurs and the adhesiveness and appearance are impaired. The epoxy resin for obtaining the silicone-modified epoxy resin is not particularly limited as long as it is compatible with the resin system of the underfill material, and an epoxy resin generally used in a liquid resin composition for electronic parts may be used. For example, bisphenol A, bisphenol F, bisphenol AD, bisphenol S, naphthalene diol, hydrogenated bisphenol A, etc. and phenols such as glycidyl ether type epoxy resin and orthocresol novolac type epoxy resin obtained by reaction of epichlorohydrin with Epoxy epoxidized novolak resin obtained by condensation or co-condensation with aldehydes, glycidyl ester epoxy obtained by reaction of polybasic acids such as phthalic acid and dimer acid with epichlorohydrin Glycidylamine type epoxy resin obtained by reaction of polyamine such as fat, diaminodiphenylmethane, isocyanuric acid and epichlorohydrin, linear aliphatic epoxy resin obtained by oxidizing olefin bond with peracid such as peracetic acid, alicyclic epoxy resin These may be used alone, or two or more of these may be used in combination, but those at room temperature are preferred.
界面活性剤の添加量はアンダーフィル材全体に対して、0.01重量%以上1.5重量%以下が好ましく、0.05重量%以上1重量%以下がより好ましい。0.01重量%より少ないと十分な添加効果が得られず、1.5重量%より多いと硬化時に硬化物表面からの染み出しが発生して接着力が低下する傾向がある。 The addition amount of the surfactant is preferably 0.01% by weight or more and 1.5% by weight or less, and more preferably 0.05% by weight or more and 1% by weight or less with respect to the entire underfill material. When the amount is less than 0.01% by weight, a sufficient effect of addition cannot be obtained.
本発明のアンダーフィル材には、必要に応じて(A)成分の液状エポキシ樹脂と(B)成分を含む硬化剤の反応を促進する硬化促進剤を用いることができる。硬化促進剤には特に制限はなく、従来公知のものを用いることができるが、これらを例示すれば1,8−ジアザ−ビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7、1,5−ジアザ−ビシクロ(4,3,0)ノネン、5、6−ジブチルアミノ−1,8−ジアザ−ビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7等のシクロアミジン化合物、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等の三級アミン化合物、2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジルー2−フェニルイミダゾール、1−ベンジルー2−メチルイミダゾール、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、2,4−ジアミノ−6−(2’−メチルイミダゾリル−(1’))−エチル−s−トリアジン、2−ヘプタデシルイミダゾール等のイミダゾール化合物、トリブチルホスフィン等のトリアルキルホスフィン、ジメチルフェニルホスフィン等のジアルキルアリールホスフィン、メチルジフェニルホスフィン等のアルキルジアリールホスフィン、トリフェニルホスフィン、アルキル基置換トリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、及びこれらの化合物に無水マレイン酸、1,4−ベンゾキノン、2,5−トルキノン、1,4−ナフトキノン、2,3−ジメチルベンゾキノン、2,6−ジメチルベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−5−メチル−1,4−ベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−1,4−ベンゾキノン、フェニル−1,4−ベンゾキノン等のキノン化合物、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂等のπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有する化合物、及びこれらの誘導体などが挙げられ、さらには2−エチル−4−メチルイミダゾールテトラフェニルボレート、N−メチルモルホリンテトラフェニルボレート等のフェニルボロン塩等などが挙げられ、これらの1種を単独で用いても2種以上を組合わせて用いてもよい。また、潜在性を有する硬化促進剤として、常温固体のアミノ基を有する化合物をコアとして、常温固体のエポキシ化合物のシェルを被覆してなるコア−シェル粒子が挙げられ、市販品としてアミキュア(味の素株式会社、商品名)や、マイクロカプセル化されたアミンをビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂に分散させたノバキュア(旭化成ケミカルズ株式会社、商品名)などが使用できる。 In the underfill material of the present invention, a curing accelerator that accelerates the reaction of the liquid epoxy resin of the component (A) and the curing agent containing the component (B) can be used as necessary. There are no particular limitations on the curing accelerator, and conventionally known ones can be used. For example, 1,8-diaza-bicyclo (5,4,0) undecene-7,1,5-diaza- Cycloamidine compounds such as bicyclo (4,3,0) nonene, 5,6-dibutylamino-1,8-diaza-bicyclo (5,4,0) undecene-7, triethylenediamine, benzyldimethylamine, triethanolamine , Tertiary amine compounds such as dimethylaminoethanol, tris (dimethylaminomethyl) phenol, 2-methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole, 1-benzyl- 2-phenylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 2-phenyl-4,5 Dihydroxymethylimidazole, 2-phenyl-4-methyl-5-hydroxymethylimidazole, 2,4-diamino-6- (2′-methylimidazolyl- (1 ′))-ethyl-s-triazine, 2-heptadecylimidazole Imidazole compounds such as tributylphosphine, dialkylarylphosphine such as dimethylphenylphosphine, alkyldiarylphosphine such as methyldiphenylphosphine, organic phosphines such as triphenylphosphine, alkyl group-substituted triphenylphosphine, and the like Compounds include maleic anhydride, 1,4-benzoquinone, 2,5-toluquinone, 1,4-naphthoquinone, 2,3-dimethylbenzoquinone, 2,6-dimethylbenzoquinone, 2,3-dimethoxy-5 A quinone compound such as til-1,4-benzoquinone, 2,3-dimethoxy-1,4-benzoquinone and phenyl-1,4-benzoquinone, and a compound having a π bond such as diazophenylmethane and phenol resin are added. Examples thereof include compounds having intramolecular polarization, and derivatives thereof, and further, phenylboron salts such as 2-ethyl-4-methylimidazole tetraphenylborate and N-methylmorpholine tetraphenylborate, and the like. One kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination. Moreover, as a curing accelerator having a potential, core-shell particles formed by coating a shell having a normal temperature solid amino group as a core and a shell of a normal temperature solid epoxy compound can be cited. Amicure (Ajinomoto Co., Inc.) is commercially available. Company, product name), Novacure (Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd., trade name) in which a microencapsulated amine is dispersed in a bisphenol A type epoxy resin or a bisphenol F type epoxy resin can be used.
硬化促進剤の配合量は、硬化促進効果が達成される量であれば特に制限されるものではないが、(A)液状エポキシ樹脂に対して0.1重量%以上40重量%以下が好ましく、より好ましくは1重量%以上20重量%以下である。0.1重量%未満では短時間での硬化性に劣る傾向があり、40重量%を超えると硬化速度が速すぎて制御が困難になったりポットライフ、シェルライフ等の保存安定性が劣ったりする傾向がある。 The blending amount of the curing accelerator is not particularly limited as long as the curing accelerating effect is achieved, but (A) 0.1 wt% or more and 40 wt% or less is preferable with respect to the liquid epoxy resin, More preferably, it is 1 to 20% by weight. If it is less than 0.1% by weight, it tends to be inferior in curability in a short time, and if it exceeds 40% by weight, the curing rate is too fast and it becomes difficult to control, and the storage stability such as pot life and shell life is inferior. Tend to.
本発明のアンダーフィル材には必要に応じて、樹脂と無機充填材或いは樹脂と電子部品の構成部材との界面接着を強固にする目的でカップリング剤を使用することができる。これらのカップリング剤には特に制限はなく、従来公知のものを用いることができるが、たとえば、1級及び/又は2級及び/又は3級アミノ基を有するシラン化合物、エポキシシラン、メルカプトシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン等の各種シラン系化合物、チタン系化合物、アルミニウムキレート類、アルミニウム/ジルコニウム系化合物等が挙げられる。これらを例示すると、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリエトキシシラン、γ−(N,N−ジメチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(N,N−ジエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(N,N−ジブチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(N−メチル)アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ−(N−エチル)アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ−(N,N−ジメチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−(N,N−ジエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−(N,N−ジブチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−(N−メチル)アニリノプロピルトリエトキシシラン、γ−(N−エチル)アニリノプロピルトリエトキシシラン、γ−(N,N−ジメチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(N,N−ジエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(N,N−ジブチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(N−メチル)アニリノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(N−エチル)アニリノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(トリメトキシシリルプロピル)エチレンジアミン、N−(ジメトキシメチルシリルイソプロピル)エチレンジアミン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン等のシラン系カップリング剤、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリス(ジオクチルパイロホスフェート)チタネート、イソプロピルトリ(N−アミノエチル−アミノエチル)チタネート、テトラオクチルビス(ジトリデシルホスファイト)チタネート、テトラ(2,2−ジアリルオキシメチル−1−ブチル)ビス(ジトリデシル)ホスファイトチタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)オキシアセテートチタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)エチレンチタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、イソプロピルジメタクリルイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルイソステアロイルジアクリルチタネート、イソプロピルトリ(ジオクチルホスフェート)チタネート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート、テトライソプロピルビス(ジオクチルホスファイト)チタネート等のチタネート系カップリング剤などが挙げられ、これらの1種を単独で用いても2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 If necessary, a coupling agent can be used for the underfill material of the present invention for the purpose of strengthening the interfacial adhesion between the resin and the inorganic filler or between the resin and the component of the electronic component. These coupling agents are not particularly limited and conventionally known ones can be used. For example, silane compounds having primary and / or secondary and / or tertiary amino groups, epoxy silane, mercaptosilane, Examples thereof include various silane compounds such as alkyl silane, ureido silane, and vinyl silane, titanium compounds, aluminum chelates, and aluminum / zirconium compounds. Examples of these are vinyltrichlorosilane, vinyltriethoxysilane, vinyltris (β-methoxyethoxy) silane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, γ-glycol. Sidoxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, vinyltriacetoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, γ-aminopropyl Triethoxysilane, γ-aminopropylmethyldiethoxysilane, γ-anilinopropyltrimethoxysilane, γ-anilinopropyltriethoxysilane, γ- (N, N-dimethyl) aminopropyltrimethoxy Silane, γ- (N, N-diethyl) aminopropyltrimethoxysilane, γ- (N, N-dibutyl) aminopropyltrimethoxysilane, γ- (N-methyl) anilinopropyltrimethoxysilane, γ- (N -Ethyl) anilinopropyltrimethoxysilane, γ- (N, N-dimethyl) aminopropyltriethoxysilane, γ- (N, N-diethyl) aminopropyltriethoxysilane, γ- (N, N-dibutyl) amino Propyltriethoxysilane, γ- (N-methyl) anilinopropyltriethoxysilane, γ- (N-ethyl) anilinopropyltriethoxysilane, γ- (N, N-dimethyl) aminopropylmethyldimethoxysilane, γ- (N, N-diethyl) aminopropylmethyldimethoxysilane, γ- (N, N-dibutyl) aminopropy Rumethyldimethoxysilane, γ- (N-methyl) anilinopropylmethyldimethoxysilane, γ- (N-ethyl) anilinopropylmethyldimethoxysilane, N- (trimethoxysilylpropyl) ethylenediamine, N- (dimethoxymethylsilylisopropyl) ) Silane coupling agents such as ethylenediamine, methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, methyltriethoxysilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane, hexamethyldisilane, vinyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, isopropyl Triisostearoyl titanate, isopropyl tris (dioctyl pyrophosphate) titanate, isopropyl tri (N-aminoethyl-aminoethyl) titanate, tetraoctane Rubis (ditridecylphosphite) titanate, tetra (2,2-diallyloxymethyl-1-butyl) bis (ditridecyl) phosphite titanate, bis (dioctylpyrophosphate) oxyacetate titanate, bis (dioctylpyrophosphate) ethylene titanate, Isopropyltrioctanoyl titanate, isopropyldimethacrylisostearoyl titanate, isopropyltridodecylbenzenesulfonyl titanate, isopropylisostearoyl diacryl titanate, isopropyltri (dioctylphosphate) titanate, isopropyltricumylphenyl titanate, tetraisopropylbis (dioctylphosphite) titanate And titanate coupling agents such as A seed may be used independently or may be used in combination of 2 or more types.
また、本発明のアンダーフィル材には、必要に応じて下記組成式(V)(VI)で表されるイオントラップ剤をIC等の半導体素子の耐マイグレーション性、耐湿性及び高温放置特性を向上させる観点から含有することができる。
Mg1−xAlx(OH)2(CO3)x/2・mH2O ・・・(V)
(0<X≦0.5、mは正の数)
BiOx(OH)y(NO3)2 ・・・(VI)
(0.9≦x≦1.1、 0.6≦y≦0.8、 0.2≦z≦0.4)
In addition, in the underfill material of the present invention, if necessary, an ion trap agent represented by the following composition formula (V) (VI) can be used to improve the migration resistance, moisture resistance, and high temperature storage characteristics of semiconductor elements such as ICs. From the viewpoint of making it possible to contain.
Mg 1-x Al x (OH) 2 (CO 3 ) x / 2 · mH 2 O (V)
(0 <X ≦ 0.5, m is a positive number)
BiO x (OH) y (NO 3 ) 2 (VI)
(0.9 ≦ x ≦ 1.1, 0.6 ≦ y ≦ 0.8, 0.2 ≦ z ≦ 0.4)
これらイオントラップ剤の添加量としては0.1重量%以上3.0重量%以下が好ましく、さらに好ましくは0.3重量%以上1.5重量%以下である。イオントラップ剤の平均粒径は0.1μm以上3.0μm以下が好ましく、最大粒径は10μm以下が好ましい。なお、上記式(V)の化合物は市販品として協和化学工業株式会社の商品名DHT−4Aとして入手可能である。また、上記式(VI)の化合物は市販品としてIXE500(東亞合成株式会社、商品名)として入手可能である。また必要に応じてその他の陰イオン交換体を添加することもできる。陰イオン交換体としては特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。たとえば、マグネシウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、アンチモン等から選ばれる元素の含水酸化物などが挙げられ、これらを単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 The addition amount of these ion trapping agents is preferably 0.1% by weight or more and 3.0% by weight or less, more preferably 0.3% by weight or more and 1.5% by weight or less. The average particle size of the ion trapping agent is preferably 0.1 μm or more and 3.0 μm or less, and the maximum particle size is preferably 10 μm or less. In addition, the compound of the said formula (V) is available as a brand name DHT-4A of Kyowa Chemical Industry Co. , Ltd. as a commercial item. The compound of the above formula (VI) is commercially available as IXE500 (Toagosei Co., Ltd., trade name). Further, other anion exchangers can be added as necessary. There is no restriction | limiting in particular as an anion exchanger, A conventionally well-known thing can be used. Examples thereof include hydrated oxides of elements selected from magnesium, aluminum, titanium, zirconium, antimony, and the like, and these can be used alone or in combination of two or more.
本発明のアンダーフィル材には、その他の添加剤として、染料、カーボンブラック等の着色剤、溶剤等の希釈剤、レベリング剤、消泡剤などを必要に応じて配合することができる。 In the underfill material of the present invention, as other additives, coloring agents such as dyes and carbon black, diluents such as solvents, leveling agents, antifoaming agents, and the like can be blended as necessary.
本発明のアンダーフィル材に含まれる上記の各種添加剤は、硬化時に揮発成分を発生すると、50μm以下、特に25μm以下の狭ギャップを有する半導体装置の封止のときにボイドの発生が顕著になり、半導体装置の信頼性低下が大きな問題となる。特に、アンダーフィル材の低粘度化を行うために配合する溶剤は、揮発性が高く、ボイド発生の主な要因の一つである。したがって、上記で述べたように、ボイド発生を予測できる物理量としてアンダーフィル材の加熱重量減少率に着目し、アンダーフィル材の重量減少率を、50μm以下、特に25μm以下の狭ギャップを有する半導体装置に適用する場合には、熱重量測定装置(TGA)で測定したときに5%以下であることが好ましい。ここで、熱重量測定装置(TGA)によって測定する重量減少率は、アンダーフィル材の硬化条件に従って、所定の温度で所定の時間で放置した後の値である。本発明においては、アンダーフィル材の硬化条件として、下記の実施例に示すように、例えば150℃2時間を採用する場合は、その条件で測定したときの値を重量減少率として規定する。 When the above-mentioned various additives contained in the underfill material of the present invention generate a volatile component at the time of curing, generation of voids becomes significant when sealing a semiconductor device having a narrow gap of 50 μm or less, particularly 25 μm or less. Therefore, a decrease in the reliability of the semiconductor device becomes a big problem. In particular, the solvent blended to reduce the viscosity of the underfill material is highly volatile and is one of the main causes of void generation. Therefore, as described above, paying attention to the heating weight reduction rate of the underfill material as a physical quantity that can predict the occurrence of voids, the semiconductor device having a narrow gap with the weight reduction rate of the underfill material of 50 μm or less, particularly 25 μm or less. When it is applied to, it is preferably 5% or less when measured with a thermogravimetric apparatus (TGA). Here, the weight reduction rate measured by the thermogravimetric measuring device (TGA) is a value after being allowed to stand at a predetermined temperature for a predetermined time in accordance with the curing condition of the underfill material. In the present invention, as shown in the following examples, for example, when 150 ° C. for 2 hours is adopted as the curing condition for the underfill material, the value measured under that condition is defined as the weight reduction rate.
本発明のアンダーフィル材は、上記各種成分を均一に分散混合できるのであれば、いかなる手法を用いても調製できるが、一般的な手法として、所定の配合量の成分を秤量し、らいかい機、ミキシングロール、プラネタリミキサ等を用いて混合、混練し、必要に応じて脱泡することによって得ることができる。 The underfill material of the present invention can be prepared by any method as long as the above various components can be uniformly dispersed and mixed. However, as a general method, a predetermined amount of components are weighed, It can be obtained by mixing, kneading using a mixing roll, a planetary mixer or the like, and defoaming as necessary.
本発明のアンダーフィル材を用いて素子を封止する方法としては、ディスペンス方式、注型方式、印刷方式等が挙げられる。 Examples of a method for sealing an element using the underfill material of the present invention include a dispensing method, a casting method, a printing method, and the like.
次に実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited to these Examples.
実施例および比較例において行った特性試験の試験方法を以下にまとめて示す。なお、使用したアンダーフィル材の諸特性及び含浸時間、ボイドの観察、各種信頼性の評価は以下の方法及び条件で行った。信頼性の評価に使用した半導体装置の諸元は、チップサイズ20×20×0.55tmm(回路:アルミのデイジーチェーン接続、パッシベーション:ポリイミド膜HD4000,日立化成デュポンマイクロシステムズ製商品名)、バンプ:はんだボール(Sn−Ag−Cu、Φ80μm、 7,744pin、)、バンプピッチ:190μm、基板:FR−5(ソルダーレジストSR7200,日立化成株式会社の商品名、60×60×0.8tmm)、チップ/基板間のギャップ:50μmである。また、チップ/基板間のギャップが50μmよりもさらに狭い25μmについても試験を行った。25μmのギャップは、半導体素子の配線部分に銅(Cu)ピラーを形成し、それと配線基板とをはんだ又は金−金による接合を行ったものである。 The test methods of the characteristic tests performed in the examples and comparative examples are summarized below. In addition, various characteristics of the used underfill material, impregnation time, observation of voids, and evaluation of various reliability were performed by the following methods and conditions. The specifications of the semiconductor device used for the reliability evaluation are as follows: chip size 20 × 20 × 0.55 tmm (circuit: daisy chain connection of aluminum, passivation: polyimide film HD4000, product name manufactured by Hitachi Chemical DuPont Microsystems), bump: Solder balls (Sn—Ag—Cu, Φ80 μm, 7,744 pin), bump pitch: 190 μm, substrate: FR-5 (solder resist SR7200, trade name of Hitachi Chemical Co., Ltd., 60 × 60 × 0.8 tmm), chip / Gap between substrates: 50 μm. The test was also conducted on 25 μm where the chip / substrate gap was narrower than 50 μm. The gap of 25 μm is obtained by forming a copper (Cu) pillar in the wiring portion of the semiconductor element and bonding it to the wiring board with solder or gold-gold.
半導体装置は、アンダーフィル材をディスペンス方式でアンダーフィルし、150℃の硬化温度で、2時間硬化することで作製した。また、各種試験片の硬化条件も同様な条件で行った。
(1)粘度
アンダーフィル材の25℃における粘度は、E型粘度計(コーン角度3°、回転数5rpm)を用いて測定した。またアンダーフィル材の30−140℃における粘度は、AR2000(TAインスツルメント)を用い、40mmパラレルプレート、せん断速度32.5(1/s)で各温度における粘度を測定した。
(2)重量減少率
アンダーフィル材の約10mgを熱重量測定装置であるTA−2950型熱天秤(TAインスツルメント)の試料容器内に装着した後、150℃2時間放置後の重量減少率を測定した。この重量減少率は、初期重量に対する重量減少の比率として%で表示した。
(3)含浸時間
半導体装置を110℃に加熱したホットプレート上に置き、デイスペンサーを用いてアンダーフィル材の所定量をチップの側面(1辺)に滴下し、樹脂組成物が対向する側面に浸透するまでの時間を測定した。
(4)ボイド観察
アンダーフィル材をアンダーフィルして作製した半導体装置の内部を超音波探傷装置AT−5500(日立建機株式会社)で観察し、ボイドの有無を調べた。
(5)耐温度サイクル性
アンダーフィル材をアンダーフィルして作製した半導体装置を−55℃〜125℃、各30分のヒートサイクルで2000サイクル処理し、1000サイクルごとに導通試験を行いアルミ配線及びパッドの断線不良を調べ、不良パッケージ数/評価パッケージ数で評価した。
(6)耐湿信頼性
アンダーフィル材をアンダーフィルして作製した半導体装置を130℃、85%RHのHAST条件下で200h処理後、アルミ配線及びパッドの断線有無を導通試験より確認し、不良パッケージ数/評価パッケージ数で評価した。
(7)平均粒径の測定無機充填材の平均粒子径は以下のように測定した。
(7−1)試料の調製
溶媒(水)に、無機充填材を5質量%で添加し、超音波ホモジナイザーで30分振動し、分散させ、試料を調製した。
(7−2)測定
レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置LA−920(株式会社堀場製作所、商品名)にて測定した。測定条件は、分散媒の屈折率を1.00(水の場合)、無機充填材の屈折率を1.47(シリカ粒子の場合)として、測定した。
(7−3)平均粒径の算出
粒度分布における積算値50%(体積基準)での粒径を平均粒子径とした。
(8)シリカのピークの測定
アンダーフィル材に使用するシリカを配合と同じ割合で混合し、LA−920型 レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(HORIBA)を用いて粒度分布を測定した。なお粒度分布のピークとは頂点のことを示す。
The semiconductor device was manufactured by underfilling an underfill material by a dispense method and curing at 150 ° C. for 2 hours. The curing conditions for various test pieces were also the same.
(1) Viscosity The viscosity of the underfill material at 25 ° C. was measured using an E-type viscometer (cone angle 3 °, rotation speed 5 rpm). Moreover, the viscosity at 30-140 degreeC of the underfill material measured the viscosity in each temperature by 40 mm parallel plate and shear rate 32.5 (1 / s) using AR2000 (TA instrument).
(2) Weight reduction rate After about 10 mg of the underfill material is mounted in a sample container of a TA-2950 type thermobalance (TA instrument) which is a thermogravimetric measuring device, the weight reduction rate after being left at 150 ° C. for 2 hours. Was measured. This weight loss rate was expressed in% as the ratio of weight loss to initial weight.
(3) Impregnation time The semiconductor device is placed on a hot plate heated to 110 ° C., and a predetermined amount of underfill material is dropped on the side surface (one side) of the chip using a dispenser, and the resin composition is placed on the side surface facing the resin composition. The time until penetration was measured.
(4) Void Observation The inside of a semiconductor device produced by underfilling an underfill material was observed with an ultrasonic flaw detector AT-5500 (Hitachi Construction Machinery Co., Ltd.) to examine the presence or absence of voids.
(5) Thermal cycle resistance The semiconductor device produced by underfilling the underfill material is treated for 2000 cycles at a heat cycle of −55 ° C. to 125 ° C. for 30 minutes each, and a continuity test is performed every 1000 cycles to obtain aluminum wiring and The disconnection defect of the pad was examined and evaluated by the number of defective packages / number of evaluation packages.
(6) Moisture resistance reliability After the semiconductor device manufactured by underfilling the underfill material for 200 hours under the HAST condition of 130 ° C. and 85% RH, the presence or absence of disconnection of the aluminum wiring and the pad is confirmed by the continuity test, and the defective package Evaluation was performed by number / number of evaluation packages.
(7) Measurement of average particle diameter The average particle diameter of the inorganic filler was measured as follows.
(7-1) Preparation of sample An inorganic filler was added to a solvent (water) at 5% by mass, and the mixture was vibrated with an ultrasonic homogenizer for 30 minutes and dispersed to prepare a sample.
(7-2) Measurement The measurement was performed with a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer LA-920 (Horiba, Ltd., trade name). The measurement conditions were such that the dispersion medium had a refractive index of 1.00 (in the case of water) and the inorganic filler had a refractive index of 1.47 (in the case of silica particles).
(7-3) Calculation of average particle diameter The particle diameter at an integrated value of 50% (volume basis) in the particle size distribution was taken as the average particle diameter.
(8) The silica used in the measurement underfill material of peak silica were mixed at the same rate as formulation, a particle size distribution was measured using LA-920 type laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer (HORIBA). The peak in the particle size distribution indicates the apex.
(実施例1〜16、比較例1〜6)
液状エポキシ樹脂として、ビスフェノールFをエポキシ化して得られるエポキシ当量160の液状ジエポキシ樹脂(液状エポキシ1)、アミノフェノールをエポキシ化して得られるエポキシ当量95の3官能液状エポキシ樹脂(液状エポキシ2)、エポキシ当量120のエポキシ樹脂3(三菱化学株式会社の商品名YED216D、25℃の粘度:10〜16mPa・s)、硬化剤として活性水素当量45のジエチルトルエンジアミン(液状アミン1)、活性水素当量63のジエチル−ジアミノ−ジフェニルメタン(液状アミン2)、活性水素117の酸無水物(三菱化学株式会社の商品名YH306)、活性水素140のフェノール系硬化剤(明和化成株式会社の商品名MEH8000H)、無機充填材1として平均粒径1.6μm、比表面積3.5m2/gの球状シリカ、無機充填材2として平均粒径0.6μm、比表面積6.0m2/gの球状シリカ、無機充填材3として平均粒径3.0μm、比表面積1.0m2/gの球状シリカ、無機充填材4として、平均粒径5μm、比表面積が約0.5m2/gの球状シリカを使用した。
(Examples 1-16, Comparative Examples 1-6)
As a liquid epoxy resin, a liquid diepoxy resin having 160 epoxy equivalent obtained by epoxidizing bisphenol F (liquid epoxy 1), a trifunctional liquid epoxy resin having 95 epoxy equivalent obtained by epoxidizing aminophenol (liquid epoxy 2), epoxy Equivalent epoxy resin 3 (trade name YED216D of Mitsubishi Chemical Corporation, viscosity at 25 ° C .: 10 to 16 mPa · s), diethyltoluenediamine (liquid amine 1) of active hydrogen equivalent 45 as a curing agent, active hydrogen equivalent of 63 Diethyl-diamino-diphenylmethane (liquid amine 2), acid anhydride of active hydrogen 117 (trade name YH306 from Mitsubishi Chemical Corporation), phenolic curing agent of active hydrogen 140 (trade name MEH8000H from Meiwa Kasei Co., Ltd.), inorganic filling Material 1 average particle size 1.6μm, ratio table Spherical silica product 3.5 m 2 / g, an average particle diameter of 0.6μm as an inorganic filler 2, a specific surface area of 6.0 m 2 / g of spherical silica, average particle size 3.0μm as the inorganic filler 3, a specific surface area 1 As spherical silica of 0.0 m 2 / g and inorganic filler 4, spherical silica having an average particle diameter of 5 μm and a specific surface area of about 0.5 m 2 / g was used.
その他に、硬化促進剤として2−フェニル−4−メチル−ヒドロキシイミダゾール、溶剤としてエチレングリコールエチルエーテル、可撓化剤としてジメチル型固形シリコーンゴム粒子の表面がエポキシ基で修飾された、平均粒径2μmの球状のシリコーン粒子、シランカップリング剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、着色剤としてカーボンブラック(三菱化学株式会社の商品名MA‐100)、イオントラップ剤としてビスマス系イオントラップ剤(東亞合成株式会社の商品名IXE−500)を用意した。なお、溶剤の配合量は、溶剤を含むアンダーフィル材全体を100質量部としたときの質量%で表している。 In addition, 2-phenyl-4-methyl-hydroxyimidazole as a curing accelerator, ethylene glycol ethyl ether as a solvent, and the surface of dimethyl type solid silicone rubber particles as a flexibilizer were modified with an epoxy group, average particle diameter of 2 μm Spherical silicone particles, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane as a silane coupling agent, carbon black as a colorant (trade name: MA-100, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), bismuth ion trapping agent (Dongguan as an ion trapping agent) A product name IXE-500) of Synthetic Co., Ltd. was prepared. In addition, the compounding quantity of a solvent is represented by the mass% when the whole underfill material containing a solvent is 100 mass parts.
下記の表1、表2及び表3に示す組成で配合し、三本ロール及び真空擂潰機にて混練分散した後、実施例1〜16及び比較例1〜6の電子部品用液状樹脂組成物を作製した。なお表中の配合単位は重量部であり、空欄は配合無しを表す。また、表中の無機充填材において、0.1−1μmのピーク又は1−2μmのピークを有するものを(○)で、有しないものを(×)で示している。 After blending with the compositions shown in Table 1, Table 2 and Table 3 below, and kneading and dispersing with a three roll and vacuum crusher, Examples 1-16 and Comparative Examples 1-6 Liquid Resin Composition for Electronic Components A product was made. In the table, the blending unit is parts by weight, and the blank represents no blending. In addition, among the inorganic fillers in the table, those having a 0.1-1 μm peak or 1-2 μm peak are indicated by (◯), and those not having are indicated by (×).
上記の表1、表2及び表3に示す組成で作製した各アンダーフィル材について、粘度、重量減少率及び半導体装置による評価結果を、それぞれ下記の表4、表5及び表6に示す。 About each underfill material produced by the composition shown in the above Table 1, Table 2 and Table 3, the viscosity, the weight reduction rate and the evaluation result by the semiconductor device are shown in the following Table 4, Table 5 and Table 6, respectively.
表4及び表5に示すように、実施例1〜16は、半導体素子と配線基板とのギャップが50μmにおいて成形時のボイド発生がなく、各種信頼性に優れている。一方、表6に示すように、無機充填材を65質量%含有する比較例1〜3では、成形時のボイド発生が見られるだけでなく、信頼性が著しく低下している。また、無機充填材の含有量が85質量%である比較例4では110℃における粘度が高く、チップと基板との間にアンダーフィル材を充填できなかった。無機充填材の含有量が75質量%であっても、110℃における粘度が0.36Pa・sである比較例5も、同様に110℃における粘度が高いためにチップと基板との間にアンダーフィル材の充填ができなかった。さらに、平均粒径が5μmである無機充填材を含有する比較例6は、無機充填材の含有量が70質量%であるものの、粒径が大きいため、成形時にボイドが発生しており、半導体装置の各種信頼性もやや低下した。 As shown in Tables 4 and 5, Examples 1 to 16 are excellent in various reliability because no void is generated during molding when the gap between the semiconductor element and the wiring board is 50 μm. On the other hand, as shown in Table 6, in Comparative Examples 1 to 3 containing 65% by mass of the inorganic filler, not only the generation of voids during molding is observed, but also the reliability is significantly lowered. Further, in Comparative Example 4 in which the content of the inorganic filler was 85% by mass, the viscosity at 110 ° C. was high, and the underfill material could not be filled between the chip and the substrate. Even in the case where the content of the inorganic filler is 75% by mass, Comparative Example 5 in which the viscosity at 110 ° C. is 0.36 Pa · s is similarly high in the viscosity at 110 ° C. The filling material could not be filled. Furthermore, in Comparative Example 6 containing an inorganic filler having an average particle diameter of 5 μm, although the content of the inorganic filler is 70% by mass, since the particle diameter is large, voids are generated during molding. Various reliability of the equipment was also slightly reduced.
このように、本発明のアンダーフィル材は、無機充填材の含有量を67質量%以上85質量%未満に規定する必要がある。さらに、表4(実施例2〜8)及び表5に示すように、無機充填材の含有量を70〜80質量%の範囲にすることによって、浸透性及び半導体装置の各種信頼性の両者をバランス良く向上させることができる。また、本発明のアンダーフィル材は、110℃における粘度を0、2Pa・s以下に低減する必要があり、その方法の一つとして反応性希釈剤として作用する低粘度の液状エポキシ樹脂を含むことが好ましい。 Thus, the underfill material of the present invention needs to regulate the content of the inorganic filler to 67% by mass or more and less than 85% by mass. Furthermore, as shown in Table 4 (Examples 2 to 8) and Table 5, by setting the content of the inorganic filler in the range of 70 to 80% by mass, both permeability and various reliability of the semiconductor device are achieved. The balance can be improved. In addition, the underfill material of the present invention needs to reduce the viscosity at 110 ° C. to 0 or 2 Pa · s or less, and includes a low-viscosity liquid epoxy resin that acts as a reactive diluent as one of the methods. Is preferred.
本発明の実施例において、実施例1〜8は、粒度分布が0.1〜1μmと1〜2μmの間にそれぞれピークがある無機充填材の両者を含むため、半導体素子と配線基板とのギャップが50μm及び25μmの両者において、成形時のボイド発生が観測されなかった。それに対して、0.1〜1μmと1〜2μmの間にそれぞれピークがある無機充填材の両者を同時に含まないアンダーフィル材は、50μmのギャップにおいてはボイド発生を抑制できるものの、それより狭い25μmのギャップではボイド発生が観測された(実施例9〜16)。その中で、実施例11〜13は、0.1〜1μm又は1〜2μmの間にそれぞれピークがある無機充填材のどちらかを単独で含むアンダーフィル材であり、平均粒径が1.6μm以下と小さいものの、25μmの狭ギャップではボイド発生の抑制効果が十分に現れてこなかった。この原因の詳細は不明であるが、流動分布が狭くなると無機充填材の粒子径が揃って粒子間に存在する樹脂の量が増えるようになるため、無機充填材と樹脂とが一体化して流動するという機能が発現されにくくなり、ボイドの発生確率が高くなったのではないかと考えている。 In Examples of the present invention, Examples 1 to 8 include both inorganic fillers having a particle size distribution of 0.1 to 1 μm and a peak between 1 to 2 μm, and therefore a gap between the semiconductor element and the wiring board. In both 50 μm and 25 μm, generation of voids during molding was not observed. In contrast, an underfill material that does not contain both inorganic fillers having a peak between 0.1 to 1 μm and 1 to 2 μm at the same time can suppress the generation of voids at a gap of 50 μm, but is narrower than 25 μm. In the gap, void generation was observed (Examples 9 to 16). Among them, Examples 11 to 13 are underfill materials each independently containing either an inorganic filler having a peak between 0.1 to 1 μm or 1 to 2 μm, and the average particle diameter is 1.6 μm. Although it was as small as the following, the effect of suppressing the generation of voids did not sufficiently appear in a narrow gap of 25 μm. Details of the cause are unknown, but when the flow distribution is narrowed, the particle size of the inorganic filler becomes uniform and the amount of resin existing between the particles increases, so the inorganic filler and the resin are integrated and flow. I think that the function to do is less likely to be expressed, and the probability of voids has increased.
また、実施例4と実施例15、16を対比すると、熱天秤による重量減少率が5質量%を超えると、アンダーフィル材の各成分の種類と配合量を最適化しても、揮発量が多いために25μmの狭ギャップではボイド発生は抑制されず、半導体装置の信頼性も低下する傾向にあることが分かる。したがって、本発明のアンダーフィル材は、硬化条件に従って、所定の温度で所定の時間で放置した後の重量減少率が5%以下であることが好ましい。 Moreover, when Example 4 and Examples 15 and 16 are compared, if the weight reduction rate by the thermobalance exceeds 5% by mass, the amount of volatilization is large even if the type and amount of each component of the underfill material are optimized. Therefore, it can be seen that void generation is not suppressed in a narrow gap of 25 μm, and the reliability of the semiconductor device tends to decrease. Therefore, the underfill material of the present invention preferably has a weight reduction rate of 5% or less after being left at a predetermined temperature for a predetermined time according to curing conditions.
さらに、表4において実施例4、5と実施例6、7を対比すると、エポキシ樹脂系アンダーフィル材に使用する硬化剤は、液状の芳香族アミン化合物が、酸無水物又はファノール樹脂の硬化剤よりも、半導体装置の耐温度サイクル信頼性を向上できることが分かる。したがって、本発明において半導体装置の高信頼性化を優先的に考える場合には、液状の芳香族アミン硬化剤を使用することが好ましい。 Further, in Table 4, when Examples 4 and 5 are compared with Examples 6 and 7, the curing agent used for the epoxy resin-based underfill material is a liquid aromatic amine compound, an acid anhydride or a phenolic resin curing agent. It can be seen that the temperature cycle reliability of the semiconductor device can be improved. Therefore, in the present invention, it is preferable to use a liquid aromatic amine curing agent when priority is given to increasing the reliability of the semiconductor device.
以上のように、本発明のアンダーフィル材は、狭ギャップでの流動性が良好であり、また、さらに、浸透速度が速く、また、成形時のボイドの発生を抑制できる。さらに、本発明のアンダーフィル材により封止されたフリップチップ型半導体装置は、耐湿性、耐温度サイクル性等の各種の信頼性の向上を図ることができる。また、本発明のアンダーフィル材は、フリップチップ型半導体装置だけなく、その以外の半導体装置のアンダーフィル材又は封止材としての適用が可能であるため、その有用性は極めて高い。 As described above, the underfill material of the present invention has good fluidity in a narrow gap, has a high penetration rate, and can suppress the generation of voids during molding. Furthermore, the flip chip type semiconductor device sealed with the underfill material of the present invention can improve various reliability such as moisture resistance and temperature cycle resistance. In addition, the underfill material of the present invention can be used as an underfill material or a sealing material for not only flip-chip type semiconductor devices but also other semiconductor devices, so that its usefulness is extremely high.
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