JPH05206326A - 樹脂封止半導体装置 - Google Patents

樹脂封止半導体装置

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JPH05206326A
JPH05206326A JP3115786A JP11578691A JPH05206326A JP H05206326 A JPH05206326 A JP H05206326A JP 3115786 A JP3115786 A JP 3115786A JP 11578691 A JP11578691 A JP 11578691A JP H05206326 A JPH05206326 A JP H05206326A
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Japan
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epoxy resin
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Hiroki Hirayama
浩樹 平山
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    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151Die mounting substrate
    • H01L2924/1515Shape
    • H01L2924/15151Shape the die mounting substrate comprising an aperture, e.g. for underfilling, outgassing, window type wire connections

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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 フリップチップと基板との空間に樹脂を充填
してフリップチップ製品を封止するのに、従来のビスフ
ェノール型エポキシ樹脂コンポジットでは粘度が高すぎ
て、未充填部の発生や、剥離変形等が発生していた。本
発明は、この欠陥を無くし、信頼性のある樹脂封止半導
体装置を提供する。 【構成】 ビスフェノール型エポキシ樹脂コンポジット
の成分を、ビスフェノール型エポキシ樹脂、アミン硬化
剤、シラン系カップリング剤、カーボン顔料、反応性希
釈剤、レベリング剤、平均粒度が2〜4μm、最大粒度
が30μmの球状シリカとし、これに、反応性希釈剤と
平均粒度1.5〜4.5μmの球状シリカを添加したも
のを半導体の封止に用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ビスフェノール型エポ
キシ樹脂コンポジットを用いた樹脂封止半導体装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】IC、LSI、トランジスタ、ダイオー
ド等の半導体装置は、封止材料によって機密封止されて
いる。従来、封止材料として、エポキシ樹脂を用いたエ
ポキシコンポジット封止材は、ガラス、金属、セラミッ
クスを用いた封止方式であるハーメチックシール方式に
比べ、低価格であること、大量生産が可能であること、
等から半導体装置、電子部品等の封止材として広く用い
られている。
【0003】一方、半導体装置としてフリップチップ製
品があり、開発当初は、ワイヤボンディングに起因する
不良の低減を目的としていたが、最近ではパケージの小
型化、薄型化、等の実装密度の向上のための要求を満た
すものとして有効とされ、その開発が著しい。そしてこ
のフリップチップ製品においても、エポキシ樹脂コンポ
ジット封止材を用いて封止が行なわれていた。
【0004】特に、フリップチップ製品を封止するの
に、従来、ビスフェノール型エポキシ樹脂、アミン系硬
化剤、シラン系カップリング剤、カーボン顔料、レベリ
ング剤等を含んだビスフェノール型エポキシ樹脂コンポ
ジットが提案されていた。このコンポジット成分のう
ち、ビスフェノール型エポキシ樹脂は液状樹脂であり、
取扱やすく、充填性も良好で、硬化した場合、弾性率が
低く柔らかい樹脂であることから、基板とフリップチッ
プとの接続部分であるバンプ部に剥離、変形等の少ない
封止樹脂として提案されていた。
【0005】また、アミン硬化剤は、ビスフェノール型
エポキシ樹脂と組み合わせることによって、封止対象と
の接着性を改善するものであった。また、このアミン硬
化剤は、酸無水物系の硬化剤にくらべて接着力が大き
く、ヒートサイクル試験時の耐加水分解性も優れている
ので、耐久性の良いものであった。次に、シラン系カッ
プリング剤は、SiO2 を持つような無機質である半導
体チップとの接着性向上のために使用されているもので
あった。次に、カーボンは例えば、通常良く用いられて
おり、光感受性の素子等を遮光するために添加するもの
であった。次に、レベリング剤は、コンポジットの粘度
を調整したり、形状平面性を調整する役目を果たしてい
た。また、フィラーは、硬化したコンポジット全体の線
膨張係数を、素子等と基板の接続のための半田の線膨張
係数に近づけるために添加するものであった。
【0006】そのフリップチップ製品の構成は図3に示
すように、基板、フリップチップ、ハンダバンプ(接続
部)、封止樹脂からなっている。このフリップチップの
実装方法は、フリップチップ上のパッド部にハンダバン
プを形成した後、基板上にマウントして熱圧着によって
固着して行っている。そして、このフリップチップ実装
品の封止には図3に示すように、基板とフリップチップ
との間の空間にA部あるいはB部から液状樹脂、例え
ば、ビスフェノール型エポキシ樹脂コンポジット封止材
をディスペンサー、注射器等により滴下し、封止される
べき部分を充填して、その樹脂の表面張力によって封止
部の形を保ち、これを硬化させて封止していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ビスフェノール型エポキシ樹脂コンポジットにより封止
したフリップチップ製品においては次のような問題点が
あった。従来のビスフェノール型エポキシ樹脂コンポジ
ットは、基板とフリップチップとの結合部である半田バ
ンプ部の剥離、変形等を防止するために、コンポジット
成分にフィラーを加えて、コンポジット全体の線膨張係
数を半田の線膨張係数に近づけているが、このフィラー
の添加のために全体の粘度が高くなりすぎて次のような
不都合を発生していた。
【0008】図3に示すA部あるいはB部より樹脂をフ
リップチップと基板との間の空間に充填した場合、従来
のビスフェノール型エポキシ樹脂コンポジットでは粘度
が高いために流れ込みが悪く、その充填に時間がかかっ
ていた。また、そのような封止樹脂では、充填空間部に
樹脂が完全に充填されるのが困難なために、未充填部分
が発生していた。
【0009】また、未充填部の発生をなくすために、フ
ィラーの添加量を少なくしてコンポジットの粘度を調整
すると、封止樹脂の線膨張計数と半田の線膨張計数とが
異なることになり、このような樹脂封止半導体装置にヒ
ートサイクル試験を行なうと、バンプ部(電極接続部)
とフリップチップのパッド部に剥離、変形等が発生し、
これに伴って電気的不良、例えばオープン不良が生じ、
半導体装置の信頼性において、問題があった。
【0010】そこで本発明は、前記従来技術が持ってい
た封止樹脂の充填時間に関する問題、未充填部発生の問
題、およびバンプ部とチップ(パッド部)間の剥離、変
形に伴う電気的接続不良の発生の問題を同時に解決し、
充填性の向上および耐ヒートサイクル性の向上等の信頼
性の優れた樹脂封止半導体装置を提供することを目的と
する。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決するために、ビスフェノール型エポキシ樹脂コンポ
ジットを用いて半導体を樹脂封止した樹脂封止半導体装
置において、ビスフェノール型エポキシ樹脂コンポジッ
トに反応性希釈剤と平均粒度が1.5〜4.5μmの球
状シリカを含むことを特徴とする樹脂封止半導体装置と
したものである。
【0012】また、本発明は、ビスフェノール型エポキ
シ樹脂コンポジットが、ビスフェノール型エポキシ樹
脂、アミン系硬化剤、シラン系カップリング剤、カーボ
ン顔料、反応性希釈剤、レベリング剤、平均粒度が2〜
4μm,最大粒度が30μmの球状シリカ等の成分を含
むことを特徴とする樹脂封止半導体装置としたものであ
る。
【0013】さらに、詳細に各構成を示せば、前記ビス
フェノール型エポキシ樹脂は、例えば、図2(1)の式
に示すものを用いることができる。前記アミン硬化剤
は、例えば、図2(2)の式に示すものを使用すること
ができる。前記シラン系カップリング剤は、例えば、図
2(3)の式に示すものを使用することができる。
【0014】前記反応性希釈剤は、図2(4)の式に示
すものを使用することができる。前記カーボン顔料及び
レベリング剤は通常使用されているものを使用すること
ができる。前記球状シリカは平均粒度は特に、3±1μ
mで最大粒度は30μmのものが好ましい。また、硬化
物中の球状シリカの重量%は67.5重量%程度が好ま
しい。しかしながら、使用したコンポジットの種類によ
って変動があるので、目的とする線膨張係数が得られる
ように、適宜、球状シリカの添加量を決定する必要があ
る。
【0015】
【作用】本発明の樹脂封止半導体装置は封止材料に、ビ
スフェノール型エポキシ樹脂コンポジットを用い、その
コンポジットに反応性希釈剤を含ませたので、反応性希
釈剤はコンポジットの粘度を下げることができる。しか
も、コンポジットに含ませる球状シリカの平均粒径を
1.5〜4.5μmとすることにより、樹脂の流動性が
最大となるようにし、しかも、コンポジットの線膨張率
を、基板とフリップチップを結合している半田の線膨張
率と近似させることができる。そのために、充填性が良
く、しかも、それによって未充填部の発生もなく、更に
封止樹脂の硬化後の基板とフリップチップスとの間に歪
みが生じないので、バンプ部とフリップチップのパッド
部に剥離、変形等が発生しない。
【0016】
【実施例1】本実施例で使用するビスフェノール型エポ
キシ樹脂コンポジットを構成する各材料及びそれらの配
合割合は次のとおりである。硬化物中のマトリクス部の
配合割合として、ビスフェノール型エポキシ樹脂24.
2重量%、アミン系硬化剤3.2重量%、シラン系カッ
プリング剤0.9重量%、カーボン顔料0.05重量
%、反応性希釈剤2.1重量%、レベリング剤0.05
重量%となるようにし、硬化物中のフィラーの配合割合
としてシラン系カップリング剤で処理した球状シリカ6
7.5重量%とした。そして、これらの材料を溶剤ジア
セトンアルコールに溶解して、ビスフェノール型エポキ
シ樹脂コンポジットを調製した。マトリクス部を14±
5重量部、フィラー部56±3重量部、溶剤部30±5
重量部とした。
【0017】次に、フリップチップ上のパッド部にハン
ダバンプを形成した後、回路基板上にマウントして熱圧
着によって固着した。次に、図3に示すように、基板と
フリップチップとの間の空間のA部から前記配合のビス
フェノール型エポキシ樹脂コンポジットをディスペンサ
ーにより滴下し、封止されるべき部分を充填して、これ
を硬化させた。
【0018】図1の表1に本発明の樹脂コンポジット組
成と比較例として用いた樹脂コンポジット組成との比
較、及びそれらの樹脂コンポジット組成を用いて樹脂封
止した場合の機械的特性の比較を示す。図1の表1より
明らかなように、本実施例のコンポジットは比較例のコ
ンポジットに較べて線膨張係数が2.4×10-5と低
く、加えてハンダの線膨張係数(2.6×10-5/℃)
に近づいている。このような線膨張係数を得るには、球
状シリカの充填量を硬化樹脂中の67.5重量%前後と
することが好ましい。
【0019】図4に、上記ビスフェノール型エポキシ樹
脂コンポジットのうち、フィラーとして用いる球状シリ
カの平均粒度を1.0、2.0、3.0、4.0、5.
0、8.0μmと各種変化させて樹脂流動長さの関係を
測定して得たグラフを示す。図4からは、平均粒径1.
5〜4.5μmのものが好ましく、特に3±1μmのも
のが優れた流動特性を示すことがわかる。
【0020】このように、フィラー部として球状シリカ
を用い、平均粒度3±1μm、最大粒度30μmと調製
することにより流動性及び細部の充填性が良好であり、
充填時間が短縮され、しかも未充填部の発生が無い。次
に図1の表2に本発明のビスフェノール型エポキシ樹脂
コンポジットを封止材として用いたフリップチップ製品
の耐ヒートサイクル性試験結果条件の比較を示す。ヒー
トサイクルの条件は、−65℃/30分〜室温/5分〜
150℃/30分とした。比較例では、200サイクル
時点で不良が発生しているのに対して本発明のビスフェ
ノール型エポキシ樹脂コンポジットでは、1000サイ
クル時点においても不良は発生していない。
【0021】本発明は、上記実施例に限定されることな
く本発明の趣旨にしたがって、種々の応用が可能であ
る。例えば、封止する対象は半導体チップのすべてに適
用可能である。
【0022】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明はビス
フェノール型エポキシ樹脂コンポジットを用いて半導体
を樹脂封止した樹脂封止半導体装置において、ビスフェ
ノール型エポキシ樹脂コンポジットに反応性希釈剤と球
状シリカを含むことを特徴とする樹脂封止半導体装置と
することにより、基板〜チップ間に充填される樹脂コン
ポジットの未充填部の発生がなくなり、封止樹脂の膨
張、収縮を著しく低減でき、またハンダ電極の線膨張率
と封止樹脂の線膨張係数を極力近づけることができ、加
えて細部充填性が向上するために、これにより耐ヒート
サイクル性試験時に生じるチップと基板間の樹脂の膨張
及び収縮を低減することが可能となり、さらにバンプ部
の剥離、変形等による電気的不良を排除することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のビスフェノール型エポキシ樹脂コンポ
ジットと従来のコンポジットとの組成、機械的特性及び
耐ヒートサイクル性との比較を示す。
【図2】本発明で使用するビスフェノール型エポキシ樹
脂コンポジットを構成する材料の化学式を示す。
【図3】フリップチップ実装品の樹脂封止方法を示す。
【図4】球状シリカの平均粒度と樹脂流動長さの関係を
示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C08L 63/00 NKX 8830−4J

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ビスフェノール型エポキシ樹脂コンポジ
    ットを用いて半導体を樹脂封止した樹脂封止半導体装置
    において、ビスフェノール型エポキシ樹脂コンポジット
    に反応性希釈剤と平均粒度1.5〜4.5μmの球状シ
    リカを含むことを特徴とする樹脂封止半導体装置。
  2. 【請求項2】 ビスフェノール型エポキシ樹脂コンポジ
    ットを用いて半導体を樹脂封止した樹脂封止半導体装置
    において、ビスフェノール型エポキシ樹脂コンポジット
    が次の(1)〜(7)の成分を含むことを特徴とする樹
    脂封止半導体装置。 (1)ビスフェノール型エポキシ樹脂、 (2)アミン系硬化剤、 (3)シラン系カップリング剤、 (4)カーボン顔料、 (5)反応性希釈剤、 (6)レベリング剤、 (7)平均粒度が2〜4μm、最大粒度が30μmの球
    状シリカ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10158366A (ja) * 1996-12-05 1998-06-16 Sumitomo Bakelite Co Ltd 液状注入封止アンダーフィル材料
JP2001332663A (ja) * 2000-05-24 2001-11-30 Mitsui High Tec Inc フリップ・チップ実装用バインダー及びこれを用いた半導体装置の製造方法
KR20030056495A (ko) * 2001-12-28 2003-07-04 주식회사 효성 몰드변압기용 에폭시 수지 조성물 및 그의 제조방법

Cited By (3)

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JP2001332663A (ja) * 2000-05-24 2001-11-30 Mitsui High Tec Inc フリップ・チップ実装用バインダー及びこれを用いた半導体装置の製造方法
KR20030056495A (ko) * 2001-12-28 2003-07-04 주식회사 효성 몰드변압기용 에폭시 수지 조성물 및 그의 제조방법

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