JP6800140B2 - フリップチップ実装体の製造方法、フリップチップ実装体、および先供給型アンダーフィル用樹脂組成物 - Google Patents
フリップチップ実装体の製造方法、フリップチップ実装体、および先供給型アンダーフィル用樹脂組成物 Download PDFInfo
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Description
〔1〕半導体素子に設けられた接続用銅バンプ電極と、回路基板に設けられた接続用電極とが対向し、半導体素子に設けられた接続用銅バンプ電極と、回路基板に設けられた接続用電極とのはんだ接続により回路基板の上に半導体素子が搭載され、回路基板と半導体素子との空隙が樹脂封止されるフリップチップ実装体の製造方法であって、
(1)半導体素子の接続用銅バンプ電極と、回路基板の接続用電極との少なくとも一方に融点が210〜250℃の高融点はんだ層を設ける工程、
(2)(A)エポキシ樹脂、(B)芳香族アミン硬化剤、(C)無機充填剤、(D)シランカップリング剤、および(E)フラックス剤を含む先供給型アンダーフィル用樹脂組成物を回路基板上へ供給する工程、
(3)半導体素子と回路基板を熱圧着し、半導体素子の接続用銅バンプ電極と回路基板の接続用電極とを、はんだ融点温度以上の温度で1秒以上加熱された後で先供給型アンダーフィル用樹脂組成物の反応率が0.1以上25%以下のときに、はんだ接続する工程、および
(4)圧力:0.6MPa以上の加圧下で、供給した先供給型アンダーフィル用樹脂組成物を硬化させる工程
をこの順に含むことを特徴とする、フリップチップ実装体の製造方法。
〔2〕(B)成分が、化学式(7):
〔3〕(A)成分が、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、アミノフェノール型エポキシ樹脂、およびナフタレン型エポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも1種である、上記〔1〕または〔2〕記載のフリップチップ実装体の製造方法。
〔4〕上記〔1〕〜〔3〕のいずれか記載のフリップチップ実装体の製造方法で製造される、フリップチップ実装体。
〔5〕(A)エポキシ樹脂、(B)芳香族アミン硬化剤、(C)無機充填剤、(D)シランカップリング剤、および(E)フラックス剤を含み、
温度:25℃での粘度が10〜100Pa・sである、上記〔1〕〜〔3〕のいずれか記載のフリップチップ実装体の製造方法に使用される先供給型アンダーフィル用樹脂組成物。
〔6〕(E)成分が、8−キノリノールであり、かつ(E)成分が、先供給型アンダーフィル用樹脂組成物100質量部に対して、0.5〜3質量部である、上記〔5〕記載の先供給型アンダーフィル用樹脂組成物。
〔7〕上記〔5〕または〔6〕記載の先供給型アンダーフィル用樹脂組成物の硬化物を有する、先供給型フリップチップ実装体。
本発明のフリップチップ実装体の製造方法は、半導体素子に設けられた接続用銅バンプ電極と、回路基板に設けられた接続用電極とが対向し、半導体素子に設けられた接続用銅バンプ電極と、回路基板に設けられた接続用電極とのはんだ接続により回路基板の上に半導体素子が搭載され、回路基板と半導体素子との空隙が樹脂封止されるフリップチップ実装体の製造方法であって、
(1)半導体素子の接続用銅バンプ電極と、回路基板の接続用電極との少なくとも一方に融点が210〜250℃のはんだ層を設ける工程、
(2)(A)エポキシ樹脂、(B)芳香族アミン硬化剤、(C)無機充填剤、(D)シランカップリング剤、および(E)フラックス剤を含む先供給型アンダーフィル用樹脂組成物を回路基板上へ供給する工程、
(3)半導体素子と回路基板を熱圧着し、半導体素子の接続用銅バンプ電極と回路基板の接続用電極とを、はんだ融点温度以上の温度で1秒以上加熱された後で先供給型アンダーフィル用樹脂組成物の反応率が0.1以上25%以下のときに、はんだ接続する工程、および
(4)圧力:0.6MPa以上の加圧下で、供給した先供給型アンダーフィル用樹脂組成物を硬化させる工程
をこの順に含むことを特徴とする。
式:{1−(TCB後の発熱量)/(TCB前の発熱量)}×100(%)により、求める。例えば、TCB前のアンダーフィル用樹脂組成物の発熱量が100J/g、TCB後の発熱量が80J/gである場合には、
(1−80/100)×100=20%の反応率になる。解析ソフト(例えば、NETZSCH社製DSCに付属のソフト名:Proteusシリーズ)で発熱量を簡便に表示させることができる。
本発明のアンダーフィル用樹脂組成物は、(A)エポキシ樹脂、(B)芳香族アミン硬化剤、(C)無機充填剤、(D)シランカップリング剤、および(E)フラックス剤を含み、
温度:25℃での粘度が10〜100Pa・sであり、上述のフリップチップ実装体の製造方法に使用される。
本発明のフリップチップ実装体は、上述のフリップチップ実装体の製造方法で製造される。また、本発明のフリップチップ実装体は、上述の先供給型アンダーフィル用樹脂組成物の硬化物を有する。
表1〜4に示す配合で、3本ロールミルを用いて、アンダーフィル用樹脂組成物を調製した。
調製したアンダーフィル用樹脂組成物の粘度を、東機産業製粘度計(型番:TV−20形)を用い、25℃で測定した。表1〜4に、結果を示す。
調製したアンダーフィル用樹脂組成物の評価をするためのテスト用チップを作製した。まず、テスト用チップ(Siサイズ:7.3mm(幅)×7.3mm(長さ)×0.125mm(厚さ)に、接続用銅バンプ電極(バンプ:30μm(幅)×30μm(長さ)×30μm(高さ)のCuピラー上へはんだ層を形成、バンプ数:1048、エリアアレイ配置)と、テストチップを搭載するための有機樹脂基板(基板サイズ:187.5mm(幅)×64.0mm(長さ)×0.36mm(厚さ)、接続用電極:Cu/OSP(Organic Solderbility Preservatives)処理)を準備した。Cuピラー上へ形成したはんだは、Sn−Ag系はんだ(融点:約223℃)であった。
温度プロファイルA:室温から165℃まで30分間で昇温させ、165℃で90分間保持させた後、室温まで降温させた。
温度プロファイルB:室温から165℃まで30分間で昇温させ、165℃で60分間保持させた後、室温まで降温させた。
温度プロファイルC:室温から165℃まで30分間で昇温させ、165℃で30分間保持させた後、室温まで降温させた。
圧力プロファイルA:昇温開始と同時に常圧から圧力を上げ始め、5分以内にオーブン内の圧力を0.7MPaまで上昇させ、加熱時間終了と同時に降圧を開始し、常圧まで圧力を降下させた。
圧力プロファイルB:昇温開始と同時に常圧から圧力を上げ始め、5分以内にオーブン内の圧力を0.6MPaまで上昇させ、加熱時間終了と同時に降圧を開始し、常圧まで圧力を降下させた。
圧力プロファイルC:昇温開始と同時に常圧から圧力を上げ始め、5分以内にオーブン内の圧力を0.5MPaまで上昇させ、加熱時間終了と同時に降圧を開始し、常圧まで圧力を降下させた。
圧力プロファイルD:昇温開始と同時に常圧から圧力を上げ始め、5分以内にオーブン内の圧力を0.3MPaまで上昇させ、加熱時間終了と同時に降圧を開始し、常圧まで圧力を降下させた。
アンダーフィル用樹脂組成物の反応率(単位:%)を測定した。TCBの前後のアンダーフィル用樹脂組成物の示唆走査熱分析(DSC)測定(昇温速度、:10℃/min)を用い、加熱前後の発熱ピーク面積により、式:{1−(TCB後の発熱量)/(TCB前の発熱量)}×100(%)により、求めた。
テストピースは、各実施例、比較例について、7ピースを作製した。
各実施例、比較例で作製したテストピースを、超音波探傷装置を用い、反射法で、ボイド、デラミネーションの発生状態を確認した。この測定は作製したテストピースすべてについて、実施した。C−SAM画像上で、白い影が見えたものを、不良品とした。
作製した7テストピースの内、2テストピースを取り出し、チップ部分のみを研磨して除去した。次に、チップを除去した有機樹脂基板のチップを取り除いた部分を、光学顕微鏡(×100、×200)で観察し、ボイドの存在状態を確認した。ボイドが1箇所以上観察されたものを不良とした。なお、C−SAM試験で、良品、不良品の両モードが確認された場合には、良品、不良品を1テストピースずつ観察した。
作製した7テストピースの内、2テストピースを取り出し、チップと基板の接合部が観察できるように切断した後、研磨して、チップと基板の接合部を露出させた。次に、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて1000倍で、露出した接合部を観察した。このとき、接合部に合金層が形成されていないものを不良とした。なお、C−SAM試験で、良品、不良品の両モードが確認された場合には、良品、不良品を1テストピースずつ観察した。図7に、断面に合金層が形成されたピースの写真を示す。図7からわかるように、合金層は、はんだ中に形成され、特に、銅バンプ電極(図7の下部)とはんだの界面近傍と、接続用電極(図7の上部)とはんだの界面近傍に、形成されていた。
作製した7テストピースを、抵抗値測定パッド間の抵抗値を測定した。テストピースは、デイジーチェーン構造であり、28〜32Ωの抵抗値を示したものを合格とした。
各実施例、比較例で作製したテストピースを、X線検査装置を用いて端子間のはんだブリッジの有無を確認した。この測定は、作製したテストピースすべてで、実施した。X線画像上、はんだが端子間でつながっているものを不良品とした。
初期評価として作製したテストピース(n=3)を、恒温恒湿槽(30℃/60%RH)中、192時間放置した後、260℃のリフロー炉へ、3回繰返し通した。
Claims (6)
- 半導体素子に設けられた接続用銅バンプ電極と、回路基板に設けられた接続用電極とが対向し、半導体素子に設けられた接続用銅バンプ電極と、回路基板に設けられた接続用電極とのはんだ接続により回路基板の上に半導体素子が搭載され、回路基板と半導体素子との空隙が樹脂封止されるフリップチップ実装体の製造方法であって、
(1)半導体素子の接続用銅バンプ電極と、回路基板の接続用電極との少なくとも一方に融点が210〜250℃のはんだ層を設ける工程、
(2)(A)エポキシ樹脂、(B)芳香族アミン硬化剤、(C)無機充填剤、(D)シランカップリング剤、および(E)フラックス剤を含み、(A)成分が、アンダーフィル用樹脂組成物100質量部に対して、16.92〜31.0質量部であり、(B)成分が、(A)成分100質量部に対して、30〜120質量部であり、(C)成分が、(A)成分100質量部に対して、160〜400質量部であり、(D)成分が、成分(A)100質量部に対して、0.05〜2質量部であり、(E)成分が、アンダーフィル用樹脂組成物100質量部に対して、0.5〜3質量部である、先供給型アンダーフィル用樹脂組成物を回路基板上へ供給する工程、
(3)半導体素子と回路基板を熱圧着し、半導体素子の接続用銅バンプ電極と回路基板の接続用電極とを、はんだ融点温度以上の温度で1秒以上加熱された後で先供給型アンダーフィル用樹脂組成物の反応率が0.1以上25%以下のときに、はんだ接続する工程、および
(4)圧力:0.6MPa以上の加圧下で、供給した先供給型アンダーフィル用樹脂組成物を硬化させる工程
をこの順に含むことを特徴とする、フリップチップ実装体の製造方法。 - (B)成分が、化学式(7):
- (A)成分が、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、およびアミノフェノール型エポキシ樹脂である、請求項1または2記載のフリップチップ実装体の製造方法。
- (A)エポキシ樹脂、(B)芳香族アミン硬化剤、(C)無機充填剤、(D)シランカップリング剤、および(E)フラックス剤を含み、(A)成分が、アンダーフィル用樹脂組成物100質量部に対して、0.5〜35質量部であり、(B)成分が、(A)成分100質量部に対して、30〜120質量部であり、(C)成分が、(A)成分100質量部に対して、160〜400質量部であり、(D)成分が、(A)成分100質量部に対して、0.05〜2質量部であり、(E)成分が、アンダーフィル用樹脂組成物100質量部に対して、0.5〜3質量部であり、
温度:25℃での粘度が10〜100Pa・sである、請求項1〜3のいずれか1項記載のフリップチップ実装体の製造方法に使用される先供給型アンダーフィル用樹脂組成物。 - (E)成分が、8−キノリノールである、請求項4記載の先供給型アンダーフィル用樹脂組成物。
- 請求項4または5記載の先供給型アンダーフィル用樹脂組成物の硬化物を有する、先供給型フリップチップ実装体。
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