JP6443853B2 - 封止材組成物、それを用いた半導体装置 - Google Patents
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Description
上述したように、コンプレッションモールド法の実施時には、モールド樹脂とモールド金型との間に離型フィルムを介在させて、モールド樹脂がモールド金型に付着しないようにしている。このため、コンプレッションモールド法で使用するモールド樹脂は、離型フィルムの剥離温度より低温で硬化することが求められる。具体的には、後述する実施例に記載の手順による、150℃におけるゲルタイムが120sec以内であることが求められる。
また、再配線時やボールマウント時に影響が生じないように、コンプレッションモールド法の実施後にそりが小さいことが求められる。
また、半導体パッケージの最外面となるモールド樹脂には難燃性も求められる。具体的には、UL規格による難燃性でV−0相当の難燃性を有することが求められる。
フリップチップ型の半導体装置は、バンプ電極を介して基板上の電極部と半導体素子とが接続された構造を持っている。この構造の半導体装置は、温度サイクル等の熱付加が加わった際に、エポキシ樹脂等の有機材料製の基板と、半導体素子と、の熱膨張係数の差によってバンプ電極に応力がかかり、バンプ電極にクラック等の不良が発生することが問題となっている。この不良発生を抑制するために、アンダーフィルと呼ばれる液状封止材を用いて、半導体素子と基板との間のギャップを封止し、両者を互いに固定することによって、耐サーマルサイクル性を向上させることが広く行われている(特許文献6参照)。
アンダーフィルの供給方法としては、半導体素子と、基板上の電極部と、を接続させた後、半導体素子の外周に沿ってアンダーフィルを塗布(ディスペンス)し、毛細管現象を利用して、両者の間隙にアンダーフィルを注入するキャピラリフロータイプのアンダーフィルが一般的である。アンダーフィルの注入後、該アンダーフィルを加熱硬化させることで両者の接続部位を補強する。
キャピラリフロータイプのアンダーフィル材、上述した流動性、低温での硬化性、および、硬化後のそりが小さいことが求められる。
(A)下記式(1)で示される化合物、
(C)下記式(2)で示される化合物、
および、(D)金属錯体触媒を含有し、
前記(A)、(B)成分の含有割合が質量部で90:10〜50:50であり、前記(A)、(B)成分の合計100質量部に対して、前記(C)成分を0.5〜9質量部含有し、前記(D)成分を0.1〜1.5質量部含有することを特徴とする封止剤組成物を提供する。
本発明の封止材組成物は、以下に示す(A)〜(D)成分を必須成分として含有する。
(B)成分は、(A)成分とともに本発明の封止材組成物の主剤をなす成分である。
上述したように、式(1)の化合物は、常温における粘度が低いため、封止材組成物の流動性に寄与する。しかしながら、式(1)の化合物のみを主剤として使用した場合、保存時に封止材組成物が結晶化する問題がある。
そのため、本発明の封止材組成物では、本発明の封止材組成物の主剤として、(A)成分とともに、(B)成分として、式(1)の化合物以外のシアネートエステル、および、液状エポキシ樹脂からなる群から選択される少なくとも一種を使用する。
(B)成分として使用する、本発明における液状エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の平均分子量が約400以下のもの;p−グリシジルオキシフェニルジメチルトリスビスフェノールAジグリシジルエーテルのような分岐状多官能ビスフェノールA型エポキシ樹脂;ビスフェノールF型エポキシ樹脂;フェノールノボラック型エポキシ樹脂の平均分子量が約570以下のもの;ビニル(3,4−シクロヘキセン)ジオキシド、3,4−エポキシシクロヘキシルカルボン酸(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチル、アジピン酸ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)5,1−スピロ(3,4−エポキシシクロヘキシル)−m−ジオキサンのような脂環式エポキシ樹脂;3,3´,5,5´−テトラメチル−4,4´−ジグリシジルオキシビフェニルのようなビフェニル型エポキシ樹脂;ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジル、3−メチルヘキサヒドロフタル酸ジグリシジル、ヘキサヒドロテレフタル酸ジグリシジルのようなグリシジルエステル型エポキシ樹脂;ジグリシジルアニリン、ジグリシジルトルイジン、トリグリシジル−p−アミノフェノール、テトラグリシジル−m−キシリレンジアミン、テトラグリシジルビス(アミノメチル)シクロヘキサンのようなグリシジルアミン型エポキシ樹脂;ならびに1,3−ジグリシジル−5−メチル−5−エチルヒダントインのようなヒダントイン型エポキシ樹脂;ナフタレン環含有エポキシ樹脂が例示される。また、1,3−ビス(3−グリシドキシプロピル)−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサンのようなシリコーン骨格をもつエポキシ樹脂も使用することができる。さらに、(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテル、(ポリ)プロピレングリコールジグルシジルエーテル、ブタ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、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテルのようなジエポキシド化合物;トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテルのようなトリエポキシド化合物等も例示される。
(B)成分としてのシアネートエステルは、単独で使用してもよく、2種以上併用してもよい。(B)成分としての液状エポキシ樹脂も、単独で使用してもよく、2種以上併用してもよい。また、(B)成分として、シアネートエステルと液状エポキシ樹脂を併用してもよい。
一方、(A)成分の含有割合が50:50より少ないと、封止材組成物の常温における粘度が高くなるため、コンプレッションモールド法で使用するモールド樹脂やキャピラリフロータイプのアンダーフィルとして使用する際に流動性が低下する。
(A)、(B)成分の含有割合は、90:10〜70:30であることが好ましく、90:10〜80:20であることがより好ましい。
上述したように、シアネートエステルを主成分とし、金属錯体触媒を用いる特許文献1
に記載の液状樹脂組成物は、低温での硬化性は十分ではなかった。これに対し、本発明の封止材組成物では、(D)成分の金属錯体触媒に加えて、(C)成分が酸発生剤として作用する、式(2)の化合物を特定量含有することにより、低温での硬化性が向上している。
(C)成分の含有量は、(A)、(B)成分の合計100質量部に対して0.5〜5質量部であることが好ましい。
(D)成分の金属錯体触媒は、(A)、(B)成分の硬化反応の触媒である。(D)成分の金属錯体触媒としては、コバルト、チタン、銅、亜鉛、鉄、ニッケル、マンガン、および、スズからなる群から選択される少なくとも一種の金属を含む有機金属錯体又は有機金属塩が好ましい。これらの中でも、コバルト、チタン、および、亜鉛からなる群から選択される少なくとも一種の金属を含む有機金属錯体又は有機金属塩が好ましく、コバルトを含む有機金属錯体又は有機金属塩が好ましい。
本発明の樹脂組成物において、(D)成分の含有量は、(A)、(B)成分の合計100質量部に対して0.1〜1.5質量部である。(D)成分の含有量が、0.1質量部より少ない場合、(A)、(B)成分の硬化反応を促進する作用が十分発揮されず、低温での硬化性が低下する。一方、(D)成分の含有量が、1.5質量部より多い場合、封止材組成物の貯蔵安定性が低下し、ポットライフが短くなる。
(D)成分の含有量は、(A)、(B)成分の合計100質量部に対して0.1〜1質量部であることが好ましく、0.1〜0.5質量部であることがより好ましい。
本発明の封止材組成物を、コンプレッションモールド法で使用するモールド樹脂、または、キャピラリフロータイプのアンダーフィルとして使用する場合は、(E)成分として、フィラーを含有させることが好ましい。
(E)成分として、フィラーを含有させることで、本発明の封止材組成物を、コンプレッションモールド法で使用するモールド樹脂、または、キャピラリフロータイプのアンダーフィルとして使用した場合に、封止した部位の耐湿性および耐サーマルサイクル性、特に耐サーマルサイクル性が向上する。フィラーの使用により耐サーマルサイクル性が向上するのは、線膨張係数を下げることにより、基板などの媒体との線膨張係数の差を抑制できるからである。なお、基板などの媒体との線膨張係数の差が抑制されることにより、封止材組成物の硬化後のそりも小さくなる。
これらの中でも、シリカ、特に、非晶質の球状シリカが、本発明の封止材組成物を、コンプレッションモールド法で使用するモールド樹脂として使用した際に流動性に優れ、硬化物の線膨張係数を低減できることから望ましい。
また、フィラーは、シランカップリング剤等で表面処理が施されたものであってもよい。表面処理が施されたフィラーを使用した場合、フィラーの凝集を防止する効果が期待される。これにより、本発明の封止材組成物の保存安定性の向上が期待される。
フィラーの含有量が30質量%未満だと、フィラーの添加により線膨張係数を下げる効果が不十分であり、本発明の封止材組成物をコンプレッションモールド法で使用するモールド樹脂として使用した場合に、耐サーマルサイクル性を向上させる効果が不十分となるおそれがある。
一方、フィラーの含有量が90質量%超だと、本発明の封止材組成物をコンプレッションモールド法で使用するモールド樹脂として使用する際に、モールド樹脂の流動性が低下するおそれがある。
本発明の封止材組成物は、上記(A)〜(E)成分以外の成分を必要に応じてさらに含有してもよい。このような成分の具体例としては、シランカップリング剤、カーボン等の着色剤、レベリング剤、イオントラップ剤、消泡剤などを配合することができる。各配合剤の種類、配合量は常法通りである。
本発明の封止材組成物は、上記(A)〜(D)成分、および、含有させる場合はさらに(E)成分、ならびに、さらに必要に応じて配合するその他の配合剤を所定量配合した後、ハイブリッドミキサやロールミルにて各成分を分散させ、その後、ハードミキサにて撹拌脱泡することにより調製される。
各成分の配合は同時に実施しても、一部成分を先に配合し、残りの成分を後から配合するなど、適宜変更しても差支えない。たとえば、(A)、(B)成分を配合した後、(D)成分を配合し、次に(C)成分を配合して、さらに、(E)成分を配合してもよい。
本発明の封止材組成物は、回転粘度計を用いて測定される、10rpmで25℃における粘度が300000mPa・s以下であることがより好ましい。
本発明の封止材組成物のモールド樹脂として、コンプレッションモールド法で使用する場合、以下の手順を実施する。
内面に離型フィルムが張設された下金型上に半導体ウエハを配置する。下金型上に配置された半導体ウエハ上に、本発明の封止材組成物を、モールド樹脂として常温で塗布する。次に、半導体ウエハの上方に位置する、内面に離型フィルムが張設された上金型と、下金型と、で、半導体ウェハをクランプして圧縮成形する。この状態で、離型フィルムの剥離温度より低温で、本発明の封止材組成物を加熱硬化させる。この際の加熱硬化条件は150℃以下で15分以内であることが好ましい。
下記表に示す配合割合となるように、各原料を配合した後、3本ロールミルにて各成分を分散させ、その後、ハードミキサにて撹拌脱泡することにより、実施例1〜12、参考例9、比較例1〜7の封止材組成物を調製した。ここで、(A)、(B)成分を配合した後、(D)成分を配合し、150℃で30min溶解させる。次に(C)成分を配合し、50℃で30min溶解させる。実施例10〜12については、さらに、(E)成分を配合する。
なお、表中の各組成に関する数値は質量部を表している。
(B)−1:ノボラック型シアネートエステル(商品名プリマセット(Primaset)PT30(Lonza Group Ltd.製)
(B)−2:ビスフェノールF型エポキシ樹脂(商品名YDF8170(新日鐵化学株式会社製)
(C)−2:4−アセトキシフェニルベンジルメチルスルホニウム トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロホスフェート
(D)−1:Co(III)アセチルアセトナート
(D)−2:ジブトキシチタンビスアセチルアセトナート(商品名ナーセムチタン(日本化学産業株式会社製))
(粘度)
トキメック社製回転粘度計TVE−22Hを用いて、10rpmで25℃における粘度(mPa・s)を測定して初期粘度とした。次に、封止材組成物を密閉容器に入れて25℃、湿度50%の環境にて24時間保管した時点における粘度を同様の手順で測定した。また、調製直後の粘度に対する24時間保管後の粘度の増加率を算出した。なお、(E)成分として、シリカフィラーを含有する実施例10〜12は、ブルックフィールド社製回転粘度計DV−1(スピンドルSC4−14使用)を用いて、上記と同様の手順で初期粘度および24時間保管後の粘度を測定した。
150±2℃の熱板上に液状封止材を約5mmφの大きさに滴下し、糸引きがなくなるまでの時間を、ストップウォッチにより測定した。
(B)成分を含有しない比較例4、(A)成分の含有割合が90:10より多い比較例5は、調製後の封止材組成物で結晶化が起こり、24時間保管後の粘度を測定できなかった。
(D)成分を含有しない比較例7は、150℃におけるゲルタイムが120sec超であり、低温での硬化性に劣る。
Claims (3)
- (A)下記式(1)で示される化合物、
(C)下記式(2)で示される化合物、
および、(D)金属錯体触媒を含有し、
前記(A)、(B)成分の含有割合が質量部で90:10〜50:50であり、前記(A)、(B)成分の合計100質量部に対して、前記(C)成分を0.5〜9質量部含有し、前記(D)成分を0.1〜1.5質量部含有することを特徴とする封止材組成物。 - さらに、(E)フィラーを含有する、請求項1に記載の封止材組成物。
- 半導体装置の製造時に、請求項1または2に記載の封止材組成物を用いることを特徴とする半導体装置。
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