JP6332488B2 - 液状エポキシ樹脂組成物の選択方法及び製造方法、並びに電子部品装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
従って、アンダーフィル用エポキシ樹脂組成物を選択する際には、良好な流動性を得るために、これら課題を同時に解決する必要があった。
そこで本発明者は、広い面積、狭い間隙への含浸性に優れ、ボイドの発生が少ない樹脂組成物の選択項目として、含浸処理する際における樹脂組成物の粘度と表面張力に着目し検討を行った。
前記電子部品装置の製造方法は、前記基板と前記半導体素子との間隙が80μm以下であり、バンプ間隔が180μm以下であることが好ましい。
基板と、前記基板の回路形成面上に複数のバンプを介してフリップチップ実装された半導体素子と、前記基板と半導体素子との間隙に充填され、前記選択方法で選択された液状エポキシ樹脂組成物の硬化物とを有し、前記基板及び半導体素子の間隙が80μm以下であり、前記バンプの間隔が180μm以下である電子部品装置である。
前記液状エポキシ樹脂組成物は、体積平均粒径が0.3μm以上2.0μm以下である無機充填剤を60質量%以上75質量%以下の範囲で含むことが好ましい。
本発明のフリップチップ封止用の液状エポキシ樹脂組成物の選択方法は、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機充填剤を含有する液状エポキシ樹脂組成物を複数種準備する工程と、前記液状エポキシ樹脂組成物のそれぞれについて、基板と半導体素子との間隙に含浸するときの温度(以下、「含浸温度」ともいう)における粘度及び表面張力をそれぞれ測定する工程と、測定された前記粘度が0.13Pa・s以下であり、測定された前記表面張力が25mN/m以上である液状エポキシ樹脂組成物を選択する工程とを有する。
また前記液状エポキシ樹脂組成物は、半導体素子等の実装部品を、基板の回路形成面にフェイスダウンで実装した後、アンダーフィルを形成するフリップチップ封止用に用いられる。半導体素子のフリップチップ封止は具体的には以下のようにして行なわれる。
一方、回路が形成される基板としては、FR4やFR5などの繊維基材を含む有機基板、あるいは繊維基材を含まないビルドアップ型の有機基板、さらにポリイミドやポリエステルなどの有機フィルム、アルミナやガラスやシリコンなどの無機基板等の基材に、接続用の電極を含む導体配線が形成された配線板を挙げることができる。
次いで半導体素子と基板との間隙に含浸された液状エポキシ樹脂組成物を硬化して半導体素子を樹脂封止する。液状エポキシ樹脂組成物の硬化方法は、液状エポキシ樹脂組成物の構成に応じて適宜選択することができる。例えば100℃〜180℃で0.1時間〜5.0時間、熱処理する方法を挙げることができる。
ここで含浸温度とは、液状エポキシ樹脂組成物を基板と半導体素子との間隙に含浸処理する際に、基板及び半導体素子を予備加熱する温度であり、含浸処理中における液状エポキシ樹脂組成物の温度を意味する。
本発明において選択される液状エポキシ樹脂組成物は、前記含浸温度における粘度が0.13Pa・s以下である。含浸温度における粘度が1.3Pa・sを超えると、含浸処理の際にバンプ周辺に空気の巻き込みが発生する場合があり、これによりボイドの発生を充分に抑制するができない。さらに含浸処理に要する時間が増加する傾向がある。
前記エポキシ樹脂としては特に制限はなく、通常用いられるエポキシ樹脂から適宜選択することができる。中でも常温で液状のエポキシ樹脂の少なくとも1種を含むことが好ましい。エポキシ樹脂としては例えば、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、及び脂環族エポキシ樹脂などを挙げることができる。なかでも、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AD型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂、及び水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、並びにグリシジルアミン型エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましく、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種を用いることがより好ましい。これらのエポキシ樹脂は1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
さらには粘度調整のためエポキシ基を有する反応性希釈剤を混合してもよい。エポキシ基を有する反応性希釈剤としては例えばn−ブチルグリシジルエーテル、バーサティック酸グリシジルエーテル、スチレンオキサイド、エチルヘキシルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、ブチルフェニルグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテルが挙げられる。これらの内の1種類あるいは複数種を併用してもよい。
前記液状エポキシ樹脂組成物に用いるこれらのエポキシ樹脂は、十分に精製されたもので、イオン性不純物が少ないものが好ましい。例えば、遊離Naイオン、遊離Clイオンは500ppm以下であることが好ましい。
前記液状エポキシ樹脂組成物は、硬化剤の少なくとも1種を含む。前記硬化剤としては特に制限はなく、エポキシ樹脂の硬化剤として一般に使用されている酸無水物、フェノール樹脂、芳香族アミン、各種イミダゾール誘導体などから適宜選択することができる。なかでも、低粘度化の観点からは酸無水物が好ましい。また保存安定性の観点からはフェノール樹脂及びイミダゾール誘導体が好ましい。また耐湿接着性の観点からは芳香族アミンが好ましい。
またエポキシ樹脂組成物が液状であれば、硬化剤は固形の化合物を使用してもよいし液状及び固形の化合物を併用してもよい。
前記フェノール樹脂としては、分子中に2個以上のフェノール性水酸基を有するものであれば特に制限はなく、例えば、フェノール、クレゾール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、フェニルフェノール、アミノフェノール等のフェノール類及びα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類からなる群より選ばれる少なくとも1種と、ホルムアルデヒド等のアルデヒド基を有する化合物とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるノボラック型フェノール樹脂、アリル化ビスフェノールA、アリル化ビスフェノールF、アリル化ナフタレンジオール、フェノールノボラック、フェノール等のフェノール類及びナフトール類からなる群より選ばれる少なくとも1種と、ジメトキシパラキシレン又はビス(メトキシメチル)ビフェニルとから合成されるフェノール・アラルキル樹脂、ナフトール・アラルキル樹脂などが挙げられる。これらは1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
一方、イミダゾール誘導体はエポキシ樹脂の重合触媒として働くため、その含有量は組成物の硬化速度及びポットライフを考慮して決められる。
前記液状エポキシ樹脂組成物は、無機充填剤の少なくとも1種を含む。前記無機充填剤としては、例えば、溶融シリカ、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、及び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。これらの無機充填剤は1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
無機充填材としては、なかでもシリカが好ましく、流動性の観点からは球形シリカがより好ましい。
無機充填剤の平均粒径は、平均粒子径としてレーザー散乱回折法粒度分布測定装置等により測定することができる。
前記液状エポキシ樹脂組成物が硬化促進剤を含む場合、その含有率はエポキシ樹脂に対して0.1質量%〜10質量%とすることができる。
前記液状エポキシ樹脂組成物がカップリング剤を含む場合、その含有率は無機充填剤に対して0.1質量%〜5質量%とすることができる。
有機溶剤としては例えば、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル等を挙げることができる。
前記液状エポキシ樹脂組成物が有機溶剤を含む場合、有機溶剤の含有率は特に制限されない。例えば液状エポキシ樹脂組成物の総量中に0.1質量%〜5質量%とすることができ、0.1質量%〜1質量%であることが好ましい。
ここで界面活性剤を実質的に含まないとは、界面活性剤の含有量が、前記含浸温度における表面張力に対する常温における表面張力の比(常温/含浸温度)が1.25以下となるような含有量未満であることを意味する。
イオントラップ剤としては特に制限されず、通常用いられるものから適宜選択して用いることができる。中でもイオンとラップ剤は、下記組成式(1)で表される化合物及び組成式(2)で表される化合物の少なくとも1種であることが好ましい。
Mg1−XAlX(OH)2(CO3)X/2・mH2O ・・・(1)
(0<X≦0.5、mは正の数)
BiOx(OH)y(NO3)z ・・・(2)
(0.9≦x≦1.1、 0.6≦y≦0.8、 0.2≦z≦0.4)
またイオントラップ剤の体積平均粒径は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。
本発明の液状エポキシ樹脂組成物の製造方法は、前記選択方法により選択された液状エポキシ樹脂組成物の組成に基づいて、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機充填剤を混合する混合工程を有し、必要に応じてその他の工程を有して構成される。本発明の製造方法で製造される液状エポキシ樹脂組成物は、含浸温度における粘度と表面張力が所定の範囲となる。そのためフリップチップ封止用に用いる場合に、広い面積、狭い間隙への含浸性に優れ、ボイドの発生が少なく、硬化後の耐リフロー性及び耐温度サイクル性に優れる。
本発明の電子部品の製造方法は、前記液状エポキシ樹脂組成物の選択方法で選択された液状エポキシ樹脂組成物を、前記含浸温度で、基板と前記基板の回路形成面上にバンプを介してフリップチップ実装された半導体素子との間隙に含浸する含浸工程、及び含浸された前記液状エポキシ樹脂組成物を硬化する硬化工程を有し、必要に応じてその他の工程を含んで構成される。
前記液状エポキシ樹脂組成物の選択方法で選択された液状エポキシ樹脂組成物を用いることで、半導体素子が広い面積を有していたり、基板と半導体素子の間隙やバンプ間隔が狭い場合であったりしても、優れた含浸性を示し、ボイドの発生が抑制される。これにより封止後の電子部品装置の耐リフロー性及び耐温度サイクル性に優れる
本発明の電子部品装置は、基板と、前記基板の回路形成面上にバンプを介してフリップチップ実装された半導体素子と、前記基板及び半導体素子の間隙に充填され、前記液状エポキシ樹脂組成物の選択方法で選択された液状エポキシ樹脂組成物の硬化物と、を有し、前記基板及び半導体素子の間隙が80μm以下であり、前記バンプの間隔が180μm以下である。
基板と半導体素子との間隙に前記液状エポキシ樹脂組成物の選択方法で選択された液状エポキシ樹脂組成物が含浸されることでボイドの発生が抑制される。またこれが硬化物として充填されていることで、耐リフロー性及び耐温度サイクル性に優れた電子部品装置が構成される。
エポキシ1:東都化成社製、商品名「YDF−8170C」
エポキシ2:三菱化学社製、商品名[E630」
エポキシ3:DIC社製、商品名「HP4032D」
(B)硬化剤としては、液状アミン:三菱化学社製、商品名「エピキュアW」を用いた。
(C)無機充填剤としては、球状溶融シリカ(体積平均粒子径1μm)を用いた。
また可撓化剤としては、シリコーン微粒子:東レ社製、商品名「トレフィルE601」を用い、界面活性剤として以下の界面活性剤を用いた。
界面活性剤1:東レ社製、商品名「SH8400」
界面活性剤2:信越化学工業社製、商品名「KF6012」
表1に示す配合部数で計量した各素材を真空擂潰機に入れ、混練して液状エポキシ樹脂組成物をそれぞれ得た。なお、無機充填剤の括弧内の数値は、樹脂組成物の総量中における無機充填剤の含有率(質量%)である。
得られた液状エポキシ樹脂組成物について、以下のようにして含浸温度における粘度と表面張力を測定した。評価結果を表1に示した。
レオメータAR2000(TA−インスツルメンツ製)を用いて、液状エポキシ樹脂組成物の含浸温度での粘度を、φ60mmのパラレルプレートを用いてせん断応力2Paの条件で測定した。
表面張力測定計DCAT11(営弘精機製)を用いて、白金イリジウムプレート法で液状エポキシ樹脂組成物の含浸温度での表面張力を測定した。
液状エポキシ樹脂組成物が含浸された評価用パッケージを165℃に加熱した高温槽中で2時間加熱して液状エポキシ樹脂組成物を硬化させ、目的とする樹脂封止型半導体装置である電子部品装置を得た。
得られた電子部品装置について、以下のようにしてボイド観察及び信頼性評価を行なった。評価結果を表1に示した。
上記で得られた電子部品装置の内部を超音波探傷装置Insight300(インサイト製)で観察し、ボイドの有無を調べ、以下の評価基準に従って評価した。
−評価基準−
A:ボイドが観察されなかった。
B:観察されたボイドの直径が100μm未満で、且つ観察されたボイドの回路基板上への投影面積が、シリコンチップ面積の1%未満であった。
C:観察されたボイドの直径が100μm以上で、又は観察されたボイドの回路基板上への投影面積が、シリコンチップ面積の1%以上であった。
(a)耐リフロー性
上記で得られた電子部品装置を120℃で12時間加熱乾燥した後、30℃、60%RH下で192時間吸湿させた。次いで遠赤外線加熱方式のリフロー炉(265℃加熱時間10秒)中を5回通した。その後、電子部品装置の内部を超音波探傷装置で観察し、液状エポキシ樹脂組成物の硬化物とシリコンチップ及び回路基板との剥離の有無と、液状エポキシ樹脂組成物の硬化物におけるクラックの有無とを調べた。
硬化物の剥離又は硬化物のクラックが観察されたパッケージを不良パッケージとし、不良パッケージ数/評価パッケージ数として耐リフロー性を評価した
上記で得られた電子部品装置を−55℃〜125℃、各30分のヒートサイクルで1000サイクル処理した。その後、導通試験を行ってアルミ配線及びバンプの断線不良の発生の有無を調べるとともに、シリコンチップのクラック有無及びシリコンチップと液状エポキシ樹脂組成物の硬化物との剥離の有無を超音波探傷装置で観察した。
断線不良又はシリコンチップのクラック若しくは剥離が観察されたパッケージを不良パッケージとし、不良パッケージ数/評価パッケージ数として耐温度サイクル性を評価した。
液状エポキシ樹脂組成物の組成を表2に示したように変更したこと以外は、上記と同様にして、液状エポキシ樹脂組成物を作製した。得られた液状エポキシ樹脂組成物の含浸温度における粘度及び表面張力を表2に示した。
また得られた液状エポキシ樹脂組成物を用いて、上記と同様にして電子部品装置を作製し、同様にして評価した。結果を表2に示した。
Claims (8)
- (A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤及び(C)無機充填剤を含有する液状エポキシ樹脂組成物を複数種準備する工程と、
前記液状エポキシ樹脂組成物のそれぞれについて、基板と半導体素子との間隙に含浸するときの温度における粘度及び表面張力を測定する工程と、
測定された前記粘度が0.102Pa・s以上0.13Pa・s以下であり、測定された前記表面張力が25mN/m以上である液状エポキシ樹脂組成物を選択する工程と、
を有し、
前記粘度が、φ60mmのパラレルプレートを備えたレオメータを用いてせん断応力2Paの条件で測定され、前記表面張力が、白金イリジウムプレート法により測定されるフリップチップ封止用の液状エポキシ樹脂組成物の選択方法。 - 前記液状エポキシ樹脂組成物は、平均粒径が0.3μm以上2.0μm以下である無機充填剤を60質量%以上75質量%以下の範囲で含む請求項1に記載の選択方法。
- 請求項1又は請求項2に記載の選択方法で選択された液状エポキシ樹脂組成物の組成に基づいて、(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤及び(C)無機充填剤を混合する工程を有するフリップチップ封止用の液状エポキシ樹脂組成物の製造方法。
- 請求項1又は請求項2に記載の選択方法で選択された液状エポキシ樹脂組成物を、粘度及び表面張力を測定したときの温度で、基板と前記基板の回路形成面上に複数のバンプを介してフリップチップ実装された半導体素子との間隙に含浸する工程、及び
含浸された前記液状エポキシ樹脂組成物を硬化する工程
を有する電子部品装置の製造方法。 - 前記基板と前記半導体素子との間隙が80μm以下であり、バンプ間隔が180μm以下である請求項4に記載の電子部品装置の製造方法。
- 基板と、
前記基板の回路形成面上に複数のバンプを介してフリップチップ実装された半導体素子と、
前記基板と半導体素子との間隙に充填され、請求項1又は請求項2に記載の選択方法で選択された液状エポキシ樹脂組成物の硬化物と、
を有し、前記基板及び半導体素子の間隙が80μm以下であり、前記バンプの間隔が180μm以下である電子部品装置。 - 前記液状エポキシ樹脂組成物は、平均粒径が0.3μm以上2.0μm以下である無機充填剤を60質量%以上75質量%以下の範囲で含む請求項6に記載の電子部品装置。
- (A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤及び(C)無機充填剤を含有し、
基板と半導体素子との間隙に含浸するときの温度における粘度及び表面張力を測定した際、測定された前記粘度が0.102Pa・s以上0.13Pa・s以下であり、測定された前記表面張力が25mN/m以上であり、
前記粘度が、φ60mmのパラレルプレートを備えたレオメータを用いてせん断応力2Paの条件で測定され、前記表面張力が、白金イリジウムプレート法により測定される液状エポキシ樹脂組成物。
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