JP6540858B2 - アンダーフィル材及び該アンダーフィル材により封止する電子部品とその製造方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Mg1−xAlx(OH)2(CO3)x/2・mH2O ・・・(V)
(0<X≦0.5、mは正の数)
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(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。
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。
Claims (12)
- (A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)無機充填材を含み、前記(C)無機充填材の含有量が、アンダーフィル材全体の67質量%以上85質量%未満であり、前記(C)無機充填材の粒度分布は、0.1〜1μmと1〜2μmとにそれぞれピークを有し、かつ110℃における粘度が0.2Pa・s以下であり、溶剤を含まないか又は溶剤量がアンダーフィル材全体の7質量%以下である、アンダーフィル材。
- さらに、90〜120℃における粘度が0.2Pa・s以下である、請求項1に記載のアンダーフィル材。
- 前記(C)無機充填材の含有量が70〜80質量%である、請求項1又は2に記載のアンダーフィル材。
- 前記(A)エポキシ樹脂は、(D)25℃における粘度が60mPa・s以下のエポキシ樹脂を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のアンダーフィル材。
- 前記(D)25℃における粘度が60mPa・s以下のエポキシ樹脂として、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、請求項4に記載のアンダーフィル材。
- 前記(B)硬化剤が液状の芳香族アミン系硬化剤である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のアンダーフィル材。
- 前記(C)成分の平均粒径が1.6μm未満である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のアンダーフィル材。
- 前記アンダーフィル材は、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、熱重量測定装置(TGA)で測定したときに5%以下である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のアンダーフィル材。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載のアンダーフィル材により封止する電子部品。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の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。
- 半導体素子と配線基板との間隙(ギャップ)が50μm以下である電子部品の製造方法であって、前記アンダーフィル材をディスペンス方式にて前記間隙に充填して前記電子部品を封止する、請求項10に記載の電子部品の製造方法。
- 半導体素子と配線基板との間隙(ギャップ)が25μm以下である電子部品の製造方法であって、前記アンダーフィル材をディスペンス方式にて前記間隙に充填して前記電子部品を封止する、請求項11に記載の電子部品の製造方法。
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