JPH04351630A - フリップチップ用封止材及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は保存安定性、充填性が良
好であり、また、耐湿性等に優れた硬化物を与えるフリ
ップチップ用封止材及び該封止材の硬化物で封止された
半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】液状エ
ポキシ樹脂及びこれに無機質充填剤等を配合した液状エ
ポキシ樹脂組成物は、一般に他の熱硬化性樹脂に比べて
成形性、接着性、電気特性、機械的特性等に優れている
ため、フリップチップ用封止材として使用されることが
多い。かかるエポキシ樹脂組成物は主剤と硬化剤を別梱
包とし、使用直前に混合する二成分型のものと、主剤、
硬化剤が予め均一混合されている一成分型のものとに分
かれるが、使い易いため、後者の一成分型が主流となっ
ている。この場合、従来のフリップチップ用封止材とし
ての一成分型エポキシ樹脂組成物は、製造してから使用
されるまでの長期間の保存安定性が必要なため、硬化剤
として酸無水物が用いられるのが一般的であり、酸無水
物以外の硬化剤を用いた場合、一成分型としての保存安
定性に劣ってしまう。

【０００３】しかしながら、酸無水物を用いたエポキシ
樹脂組成物は吸湿し易いため、この吸湿により体積膨張
が起こり、フリップチップとしての特性、特にハンダバ
ンプとリード界面の抵抗値を増大させてしまうという問
題がある。

【０００４】また、硬化時の熱変化やフリップチップ使
用環境下での熱変化によりハンダバンプとリード界面の
抵抗値増大という問題があり、更に、フリップチップ封
止では通常２０〜１００μｍの隙間に封止材を充填しな
ければならないが、その粘度が高すぎたり、チクソ性が
高すぎたりして完全な充填が妨げられる場合が多い。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
保存安定性、充填性が良好であり、また、耐湿性等に優
れた硬化物を与える一成分型のフリップチップ用封止材
及び該封止材で封止された半導体装置を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、上
記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、（Ａ）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に
加えて、低応力化剤として （Ｂ）アルケニル基含有エポキシ樹脂のアルケニル基に
下記式（１）で示される有機けい素化合物の≡ＳｉＨ基
が付加されてなるシリコーン変性エポキシ樹脂、

【００
０７】

【化２】 （但し、式中Ｒは置換又は非置換の一価炭化水素基又は
アルコキシ基を示し、ａ及びｂは０．０１≦ａ≦１，１
≦ｂ≦３で示される数である。また、１分子中のけい素
原子の数は２０〜４００の整数であり、１分子中のけい
素原子に直結した水素原子の数は１以上の整数である。 ）を配合すると共に、これらのエポキシ樹脂の硬化剤と
して （Ｃ）上記（Ａ）成分のエポキシ樹脂に対する２５℃に
おける溶解度が０．１％以下のイミダゾール化合物を配
合し、また、無機質充填剤として （Ｄ）平均粒径１０μｍ以下で３０μｍ以上の粗粒含有
率が０．５％以下の溶融シリカを配合し、かつ得られる
組成物の２５℃における粘度を４０００ポイズ以下とし
た場合、得られる一成分型の組成物は保存安定性、充填
剤が良好であり、しかも耐湿性等に優れた硬化物を与え
るため、フリップチップ用封止材として優れたものであ
ることを見い出し、本発明をなすに至ったものである。

【０００８】従って、本発明は上記（Ａ）〜（Ｄ）成分
を必須成分とする２５℃における粘度が４０００ポイズ
以下のフリップチップ用封止材及び該封止材の硬化物で
封止した半導体装置を提供する。

【０００９】以下、本発明について更に詳しく説明する
と、本発明の封止材を構成する（Ａ）成分のエポキシ樹
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
樹脂であって、このエポキシ樹脂は後述するような硬化
剤によって硬化させることが可能な限り分子構造、分子
量等に特に制限はなく、従来から知られている種々のも
のを使用することができ、これには例えばエピクロルヒ
ドリンとビスフェノールをはじめとする各種ノボラック
樹脂とから合成されるエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹
脂或いは塩素や臭素原子等のハロゲン原子を導入したエ
ポキシ樹脂などを挙げることができる。

【００１０】これらのうちで、常温で液状の組成物を得
るためには通常ビスフェノールＡ又はビスフェノールＦ
のグリシジルエーテル誘導体が好適に用いられ、これら
は２５℃における粘度が５００ポイズ以下であることが
好ましい。

【００１１】なお、上記エポキシ樹脂は、その使用にあ
っては必ずしも１種類のみの使用に限定されるものでは
なく、２種もしくはそれ以上を混合して使用してもよい
。

【００１２】また、上記エポキシ樹脂の使用に際して、
モノエポキシ化合物を適宜併用することは差し支えなく
、このモノエポキシ化合物としてはスチレンオキシド、
シクロヘキセンオキシド、プロピレンオキシド、メチル
グリシジルエーテル、エチルグリシジルエーテル、フェ
ニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、
オクチレンオキシド、ドデセンオキシドなどが例示され
る。

【００１３】本発明のフリップチップ用封止材に配合す
る（Ｂ）成分のシリコーン変性エポキシ樹脂は低応力化
に有効であり、アルケニル基含有エポキシ樹脂のアルケ
ニル基に下記式（１）で示される有機けい素化合物の≡
ＳｉＨ基が付加されてなるものを使用する。

【００１４】

【化３】 （但し、式中Ｒは置換又は非置換の一価炭化水素基又は
アルコキシ基を示し、ａ及びｂは０．０１≦ａ≦１，１
≦ｂ≦３で示される数である。また、１分子中のけい素
原子の数は２０〜４００の整数であり、１分子中のけい
素原子に直結した水素原子の数は１以上の整数である。 ）

【００１５】ここで、アルケニル基含有エポキシ樹脂と
しては、アルケニル基含有フェノール樹脂をエピクロロ
ヒドリンによりエポキシ化したり、従来公知のエポキシ
樹脂に２−アリルフェノール等を部分的に反応させたり
することなどにより得ることができ、具体的には下記式
（２）〜（４）の化合物などが挙げられる。

【００１６】

【化４】 （但し、上記式（２）〜（４）において、ｐ，ｑは通常
１≦ｐ≦１０，１≦ｑ≦３で示される整数を表す。）

【
００１７】また、上記式（１）で示されるオルガノポリ
シロキサンとしては、１分子中に少なくとも１個の≡Ｓ
ｉＨ基を持つものであればよいが、特に両末端ハイドロ
ジェンメチルポリシロキサン、両末端ハイドロジェンメ
チルフェニルポリシロキサン、両末端ハイドロジェンメ
チル・（２−トリメトキシシリルエチル）ポリシロキサ
ンが好適である。

【００１８】具体的には下記（５）〜（９）の化合物な
どが挙げられる。

【００１９】

【化５】

【００２０】上記式（１）で表わされるオルガノポリシ
ロキサンの重合度は２０〜４００、特に３０〜２００の
範囲にあることが好ましい。重合度が２０未満では十分
な可撓性を付与することも高いガラス転移点を得ること
もできない場合があり、また重合度が４００を超える場
合には共重合体を得ることが合成技術上極めて困難であ
り、仮りに共重合体が得られたとしても容易に分散させ
ることができない場合がある。一般に、オルガノポリシ
ロキサンは、同一シリコーン含有量の場合、重合度が大
きくなるに従って耐クラック性、高ガラス転移点化には
好結果を与えることができるが、分散性、粒子との密着
性が低下する傾向がある。この分散性、素子との密着性
を改良するために、例えば上記式（９）で示されるよう
な側鎖に下記に示すような基を導入することが有効であ
り、望ましい。

【００２１】

【化６】

【００２２】本発明のエポキシ樹脂組成物に配合する共
重合体は、上記アルケニル基含有エポキシ樹脂と式（１
）の≡ＳｉＨ基を持つオルガノポリシロキサンとを従来
公知の付加触媒、例えば塩化白金酸のような白金系触媒
の存在下で加熱反応させることによって得ることができ
る。

【００２３】（Ｂ）成分のシリコーン変性エポキシ樹脂
の配合量は、特に制限されないが、（Ａ）成分のエポキ
シ樹脂１００部（重量部、以下同様）に対して０．５〜
６０部、特に２〜５０部とすることが好ましい。０．５
部未満の配合量では目的とする十分な低応力性が得られ
ない場合があり、一方６０部を超える配合量では得られ
た組成物の機械的強度が不十分となる場合がある。

【００２４】（Ｃ）成分のイミダゾール化合物は、エポ
キシ樹脂の硬化剤となるもので、本発明においては（Ａ
）成分のエポキシ樹脂に対する２５℃における溶解度が
０．１％以下のものを使用する。即ち、２５℃又はこれ
以下の低温においてはエポキシ樹脂にほとんど溶解しな
いため、硬化剤としての働きをせず、保存安定性が良好
となるものである。

【００２５】かかるイミダゾール化合物としては一般的
に高融点のイミダゾール化合物又はマイクロカプセル品
を使用することができる。具体的には、例えば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’−ウンデシルイミダ
ゾリル−（１）’〕エチル−Ｓ−トリアジン、２−フェ
ニル−４−ベンジル−５−ヒドロキシメチルイミダゾー
ルなどを挙げることができる。

【００２６】また、マイクロカプセル品としては、各種
イミダゾール化合物を封入したものでよく、例えば旭化
成社製の商品名ＨＸ−３７２１、ＨＸ−３７４１等が挙
げられる。

【００２７】（Ｃ）成分の配合量は、（Ａ）成分のエポ
キシ樹脂１００部に対して０．５〜２０部、特に２〜１
０部の範囲とすることが好ましい。０．５部未満の配合
量では十分な硬化性が得られない場合があり、２０部を
超える配合量では得られる組成物の粘度が高くなりすぎ
るおそれがある。

【００２８】（Ｄ）成分の溶融シリカは本発明の組成物
より得られる硬化物の膨張係数を低減させるために必要
なものであり、本発明においては平均粒径が１０μｍ以
下で３０μｍ以上の粗粒含有率が０．５％以下のものを
使用する。平均粒径がこれより大きく、あるいは３０μ
ｍ以上の粗粒含有率がこれより多い場合には、フリップ
チップに用いられる際のチップ−基板間の間隙に十分充
填することが困難であり、本発明の目的を達成すること
ができない。本発明においては、平均粒径が１０μｍ以
下で３０μｍ以上の粗粒含有率が０．５％以下の溶融シ
リカであれば特に制限されず、１種類又は２種類以上を
用いることができるが、得られる組成物の粘度を低下さ
せるため、平均粒径の異なるシリカを２種以上併用する
ことが好ましい。

【００２９】また、（Ｄ）成分の溶融シリカの配合量は
、（Ａ）成分〜（Ｃ）成分の総和１００部に対して３０
〜３００部、特に１００〜２００部とすることが好まし
い。

【００３０】本発明の組成物には更に必要によりその目
的、用途などに応じ、各種の添加剤を配合することがで
きる。例えば接着向上用炭素官能性シラン、カーボンブ
ラック等の顔料、染料、酸化防止剤、表面処理剤（γ−
グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等）、反応性
希釈剤、溶剤、その他の添加剤を配合することは差し支
えない。

【００３１】本発明のフリップチップ用封止材は上述し
た成分を配合し、均一に混合することにより得ることが
できるが、その２５℃における粘度が４０００ポイズ以
下、好ましくは１００〜２０００ポイズとする必要があ
り、粘度がこれより高いとフリップチップ用として必要
な充填性を得ることができない。

【００３２】本発明の封止材を用いてフリップチップの
封止を行なう場合、従来より採用されている成形法、例
えばトランスファ成形、インジェクション成形、注型法
などを採用して行なうことができるが特に注型法が好適
に用いられる。この場合、成形温度は８０〜１８０℃で
３０分〜８時間行なうことが好ましい。

【００３３】

【実施例】以下、参考例としてシリコーン変性エポキシ
樹脂の製造例を示す。

【００３４】〔参考例１〕リフラックスコンデンサー，
温度計，撹拌機及び滴下ロートを具備した内容積１リッ
トルの四つ口フラスコに軟化点８０℃のエポキシ化フェ
ノールノボラック樹脂（エポキシ当量１９５）３００ｇ
を入れ、温度１１０℃で撹拌しながら２−アリルフェノ
ール３２ｇとトリブチルアミン１ｇとの混合物を滴下時
間１０分にて滴下し、更に温度１１０℃にて２時間撹拌
を続けた。得られた内容物から未反応の２−アリルフェ
ノール及びトリブチルアミンを減圧下に留去し、アリル
基含有のエポキシ樹脂（アリル当量１４９０、エポキシ
当量２３５）を得た。

【００３５】次に、上記と同様の四つ口フラスコに、上
記方法で得たアリル基含有のエポキシ樹脂１２０ｇ、メ
チルイソブチルケトン１００ｇ、トルエン２００ｇ、２
％の白金濃度の２−エチルヘキサノール変性塩化白金酸
溶液０．０４ｇをそれぞれ入れ、１時間の共沸脱水を行
ない、還流温度にて表１に示すオルガノポリシロキサン
８０ｇを滴下時間３０分にて滴下し、更に同一温度で４
時間撹拌して反応させた後、得られた内容物を水洗し、
溶剤を減圧下で留去することにより粗反応生成物を得た
。

【００３６】この粗反応生成物１００ｇをアセトン３８
０ｇに溶解し、これに水１４０ｇを加えて放置すること
により、二層分離した溶液を得、この溶液の上層を廃棄
した後、再びアセトン２００ｇを加えて混合し、これに
水５０ｇを加えて放置した。得られた二層分離の溶液よ
りその下層を採取し、アセトン及び水を減圧留去して表
１に示す目的とするシリコーン変性エポキシ樹脂を得た
。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【化７】

【００３９】以下、実施例、比較例を示し、本発明を具
体的に示すが、本発明は下記の実施例に制限されるもの
ではない。

【００４０】〔実施例１〜３、比較例１〜５〕エポキシ
化ビスフェノールＡ（油化シェル社製，商品名エピコー
ト８２８）、参考例で得たシリコーン変性エポキシ樹脂
Ｉ，ＩＩ、表２に示す硬化剤、表３に示す溶融シリカ、
フェニルグリシジルエーテル、ＤＢＵベンジルテトラフ
ェニルボレート（商品名Ｕｃａｔ５００２，サンアプロ
社製）及びγ−グリシドキシトリメトキシシランを表４
に示す配合量で均一に配合し、８種のエポキシ樹脂組成
物を得た。

【００４１】

【表２】

【００４２】

【表３】

【００４３】この組成物の２５℃における粘度は、ＢＨ
型粘度計を用い、４ｒｐｍで製造直後（初期）及び密閉
容器中で２５℃，７日間放置後について測定した。

【００４４】また、上記したエポキシ樹脂組成物を用い
てガラス基板上に１０×１０×０．４ｍｍのシリコンチ
ップをハンダバンプを介して接合させた（基板とチップ
の間隙は５０μｍ）フリップチップを封止（８０℃，３
０分及び１２０℃，４時間硬化）した際の充填性及びリ
ードとハンダバンプ間の抵抗値を調べた。

【００４５】この抵抗値は硬化直後（初期）及び８５℃
，８５％ＲＨの条件で１０００時間劣化させた後（１０
００時間後）の２点測定し、初期値に対して１０００時
間後の値が１４０％未満のものを良好、１４０％以上の
ものを不良とした。結果を表４に併記する。

【００４６】

【表４】

【００４７】表４の結果より明らかなように、本発明の
組成物は保存安定性が良好であり、フリップチップ封止
材として用いた場合、充填性、耐湿性が優れたものであ
った。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のフリップ
チップ用封止材は、保存安定性、充填性が良好であり、
また、耐湿性等に優れた硬化物を与えるもので、フリッ
プチップ封止に要求される条件を満たすものであり、本
発明の封止材で封止した半導体装置は耐湿性等に優れ、
信頼性の高いものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　（Ａ）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、（Ｂ）アルケニル基含有エポ
   キシ樹脂のアルケニル基に下記式（１）で示される有機
   けい素化合物の≡ＳｉＨ基が付加されてなるシリコーン
   変性エポキシ樹脂、 【化１】 （但し、式中Ｒは置換又は非置換の一価炭化水素基又は
   アルコキシ基を示し、ａ及びｂは０．０１≦ａ≦１，１
   ≦ｂ≦３で示される数である。また、１分子中のけい素
   原子の数は２０〜４００の整数であり、１分子中のけい
   素原子に直結した水素原子の数は１以上の整数である。 ） （Ｃ）上記（Ａ）成分のエポキシ樹脂に対する２５℃に
   おける溶解度が０．１％以下のイミダゾール化合物、（
   Ｄ）平均粒径１０μｍ以下で３０μｍ以上の粗粒含有率
   が０．５％以下の溶融シリカ を必須成分とする２５℃における粘度が４０００ポイズ
   以下のフリップチップ用封止材。
2. 【請求項２】　　請求項１記載のフリップチップ用封止
   材の硬化物で封止した半導体装置。