JPH0661303A - ハンダ相互結合物構造とその製造方法 - Google Patents

ハンダ相互結合物構造とその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】集積半導体デバイスを担体基体に結合させるた
めの相互結合物構造、特に改善された疲れ寿命と安定性
を示すハンダ相互係合物接続を形成するための構造に関
する。 【構成】担体基体と半導体デバイスとの間にハンダ結合
物により作られている間隙は環状脂肪族エポキシド及び
／又は硬化性シアネートエステル又はそのプレポリマー
を含む組成物を硬化して得られる組成物で充填されてい
るハンダ相互結合物であって、前記組成物は３１ミクロ
ンの最大粒子サイズを持ち、少なくとも実質的にα粒子
放射がない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は集積半導体デバイスを担体基体に
結合させるための相互結合物構造、特に改善された疲れ
寿命と安定性を示すハンダ相互結合物接続を形成するた
めの構造に関する。特に本発明はハンダバンプ相互結合
を使用する所謂「抑制された崩壊のチップ結合（contro
lled collapse chip connection）「又は「Ｃ４」に関
する。それは又フェースダウン（face down）又はフリ
ップチップ結合とも称する。本発明は相互結合物構造の
製造方法にも関する。
【０００２】抑制された崩壊のチップ結合（Ｃ４）又は
フリップチップ結合はシリコンチップ上の高いＩ／Ｏ
（入力／出力）数と領域配列のハンダバンプをベースセ
ラミックチップ担体例えばアルミナ担体に相互結合させ
るため２０年以上成功裡に使用されてきた。典型的には
９５Pb／５Sn合金であるハンダバンプがセラミックチッ
プ担体ヘチップを接続させる手段を以後の使用と試験の
ため提供する。例えば、半導体チップの担体へのフェー
スダウン結合の抑制された崩壊の結合法（Ｃ４）に関す
る別の議論はMillerに与えられ、本出願人に譲渡された
米国特許第３,４０１,１２６号及び第３,４２９,０４０
号を参照されたい。典型的には金属ハンダの可鍛性パッ
ドを半導体デバイスの接触部に形成させ、又ハンダ接続
部をチップ担体の導電体上に形成させる。
【０００３】デバイス担体ハンダ接続部はハンダ付け不
能バリヤによって囲まれ、半導体デバイス接触部上のハ
ンダが溶融した場合、溶融ハンダの表面張力が接続部の
破壊を防ぎ、それにより半導体デバイスを担体上に懸垂
させて保持する。集積回路半導体デバイス技術の発達と
共に、個々の能動及び受動要素の大きさは極めて小さく
なり、又デバイスの要素の数は劇的に増加した。その結
果著しく多数のＩ／Ｏ末端を持つ大きなサイズのデバイ
スとなった。この傾向は今後も続き、デバイス製造技術
に対するより高度の要求が増加するものと考えられる。
基体へデバイスをハンダ接続する利点は実質的に半導体
デバイスの全上部表面にＩ／Ｏ末端を分布させ得ること
である。これはより一般的には面接続として知られる全
表面のより効率的な使用を可能にする。
【０００４】通常集積回路半導体デバイスは半導体デバ
イスの材料すなわちシリコンの膨張係数と異なる膨張係
数の材料で作られた支持基体上に載っている。典型的に
はデバイスは２.５×１０-6／℃の膨張係数の単結晶シ
リコンで、及び基体はセラミック材料典型的には５.８
×１０-8／℃の膨張係数のアルミナで作られている。作
動時、集積半導体デバイスの能動及び受動要素は不可避
的に熱を発生し、この熱はハンダ結合を経て伝導される
ためデバイスと支持基体の両方に温度変動を生ずる結果
となる。このためデバイスと基体は異なる膨張係数によ
り、温度変動と共に異なる量で膨張し収縮する。このこ
とは比較的堅固なハンダ末端に応力を与える。
【０００５】作動時ハンダ結合にかかる応力は（１）温
度変動の幅、（２）個々の結合の中立又は中央点からの
距離（ＤＮＰ）、及び（３）半導体デバイスと基体の材
料の膨張係数の差異に正比例し、並びにデバイスと支持
基体の間の間隔であるハンダ結合の高さに逆比例する。
ハンダ末端はより高密度へのニーズに対応するため直径
がより小さくなり、全高が減少するという事実が組み合
わさると状況は更に深刻になる。
【０００６】より最近になり、増加した疲れ寿命を持つ
改良されたハンダ相互結合物構造がBeckham等に与えら
れ、本出願人に譲渡された米国特許第４,６０４,６４４
号に開示されており、その開示は参考例としてここに組
み入れる。特に米国特許第４,６０４,６４４号は多数の
ハンダ結合物を持つ支持基体に半導体デバイスを電気的
に接続する構造を開示しており、ここで各ハンダ結合物
はデバイスのハンダ湿潤性パッド及び対応する支持基体
のハンダ湿潤性パッド、デバイスの周辺部分と基体の向
き合う部分の間に置かれた誘電体有機物質に接続し、前
記有機物質はハンダ結合物の少なくとも１つの外側の列
と行を囲むが、誘電体有機物質のないデバイスの中央部
分のハンダ結合物はそのままに残す。
【０００７】米国特許第４,６０４,６４４号に開示され
た好ましい材料はAmoco CorporationからＡＩ−１０の
商標で発売され、商業的に入手可能なポリイミド樹脂か
ら得られる。ＡＩ−１０はｐ,ｐ′ジアミノジフェニル
メタンのようなジアミンを無水トリメリト酸または無水
トリメリト酸のアシルクロリドと反応させて得られる。
ポリマーを更にDow Corningから発売されているγ−ア
ミノプロピルトリエトキシシラン（Ａ１１００）または
β−（３,４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメ
トキシシラン（Ａ−１８６）と反応させる。コーティン
グ物質はＩＢＭＴＤＢ Ｓｅｐｔ． １９７０ ｐ．８２
５に記述されている。
【０００８】誘電体物質は典型的には最初にそれを適当
な溶媒と混合し、次いでそれをデバイスの周辺に沿って
施すことにより適用され、そこで毛細管現象によりデバ
イスと基体の間に引き込まれる。
【０００９】上の方法は極めて好結果が得られるが、疲
れ寿命を延ばす点でなお改良の余地が残されている。
【００１０】本発明はＣ４ハンダ結合物の疲れ寿命を増
加させることに関する。本発明はＣ４結合物並びにデバ
イスの下にピン頭が存在する場合そのすぐれた湿潤と被
覆を示す封入剤を提供する。事実、本発明はチップの下
で完全な被覆を達成することが可能である。本発明で使
用する封入剤は従来の封入剤と比べて均一で適当な流動
を示すが、これに対して従来の封入剤はＣ４結合物又は
ピン頭を適当に被覆しない。
【００１１】特に、本発明は集積半導体デバイスと担体
基体の間に結合を形成するためのハンダ相互結合物に関
する。ハンダ相互結合物は担体基体から半導体デバイス
上の電極に伸びて担体基体と半導体デバイスの間に間隙
を形成する多数のハンダ結合物を含む。間隙は環状脂肪
族ポリエポキシド及び／又はシアネートエステル又はそ
のプレポリマーであるバインダー及び充填剤を含む硬化
性組成物を硬化して得られる組成物で充填される。使用
する環状脂肪族ポリエポキシド、シアネートエステルプ
レポリマーは通常の室温（２５℃）で約１０００センチ
ポイズより大きくない粘度を持つ。充填剤は３１ミクロ
ンの最大粒子サイズを持ち、実質的にα粒子放射（alph
a particle emissions）がない。バインダー（すなわち
エポキシ及び／又はシアネートエステル）の量はバイン
ダーと充填剤の合計の約６０〜約２５重量％であり、従
って充填剤はバインダーと充填剤の合計の約４０〜約７
５重量％である。
【００１２】更に、本発明は半導体デバイスと支持基体
の間のハンダ相互結合物の疲れ寿命を増加する方法に関
する。この方法は支持基体から半導体デバイス上の電極
に伸びて支持基体と半導体デバイスの間に間隙を形成す
る多数のハンダ結合物によりデバイスを基体に付着させ
ることを含む。間隙は上に開示したバインダー充填剤組
成物を充填し、組成物を硬化させる。
【００１３】図面は本発明のハンダ相互結合物の略図で
ある。
【００１４】本発明の理解を容易にするため、図面が参
照される。図面において、１はパッド４と当接するハン
ダバンプ３によりチップ担体２と接続する半導体チップ
を表す。Ｉ／Ｏピン５が担体２から伸びて突き出てお
り、担体の他の側からピンの小部分６が突出し、そこへ
電流が流れる。担体が有機基体の場合、そのようなピン
（６）を必要としない。その代わり、所望の構造に接続
するため導電性回路と相互結合物を基体の縁辺部のよう
な部分に備える。本発明の封入剤７は本質的に空隙のな
いハンダ結合物の封入を実現して高度に信頼できるデバ
イスを保証し、間隙を充填してチップの回りに均質な生
地を形成し、並びにデバイスの下でピン頭をおおう（図
示していない）。
【００１５】本発明の封入剤組成物は環状脂肪族ポリエ
ポキシド、シアネートエステル、シアネートエステルの
プレポリマー又はその混合物からなる群より選ばれるバ
インダーを含まなければならない。
【００１６】環状脂肪族エポキシドは公知であり、環状
オレフィンの酸化により得ることができる。環状エポキ
シドの例は米国特許第３,０２７,３５７号、第２,８９
０,１９４号、第２,８９０,１９７号、及び第４,２９
４,７４６号に示唆されており、この開示は参考例とし
てここに組み入れる。適当な環状脂肪族エポキシドの幾
つかの特別な例はUnion Carbideから商品名ＥＲＬ−４
２２１で入手できる３,４−エポキシシクロヘキシルメ
チル−３,４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレー
ト；ＥＲＬ−４２９９のビス（３,４−エポキシシクロ
ヘキシル）アジペート；及びUnion Carbideから商品名
ＥＲＬ−４２０６で入手できるビニルシクロヘキサンジ
エポキシドである。
【００１７】種々な環状脂肪族エポキシドの議論は「環
状脂肪族エポキシド系物質」（Cycloaliphatic Epoxide
Systems）」（Union Carbide，１９７０年）と称する
刊行物に見出され、その開示は参考例として本明細書に
組み入れる。
【００１８】所望により環状脂肪族エポキシドの混合物
を使用することができる。本発明で使用する好ましい環
状脂肪族エポキシドは３,４−エポキシシクロヘキシル
メチル・３,４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレ
ート（系統的名称：７−オキサビシクロ〔４.１.０〕ヘ
プタン−３−カルボン酸・７−オキサビシクロ〔４.１.
０〕ヘプト−３−イルメチルエステル）である。
【００１９】環状脂肪族エポキシドは２５℃で約１００
０センチポイズより大きくなく、好ましくは約３００〜
約６００センチポイズ、及び最も好ましくは約３００〜
約４５０センチポイズの粘度を持つことが本発明の成功
に最も重要である。
【００２０】本発明により使用することができるシアネ
ートエステルは２つ又はそれ以上の−Ｏ−Ｃ≡Ｎ基を持
ち、環状三量体化により硬化する。
【００２１】シアネートエステルはモノマー又は次に好
ましくはオリゴマーを含むポリマーであり、次の群
【化１】 （式中、Ａは独立に単結合、−ＣＨ（ＣＨ3）−、−Ｓ
Ｏ2−、−Ｏ−、−Ｃ（ＣＦ3）2−、２価アルキレン基
例えば−ＣＨ2−及び−Ｃ（ＣＨ3）2−、鎖中ヘテロ原
子で中断された２価アルキレン基例えばＯ、Ｓ及びＮで
あり、各Ｒは独立に水素、１〜９の炭素原子を含むアル
キルから選ばれ、各ｎは独立に０〜４の整数である）を
含む物質により表わすことができる。
【００２２】本発明に使用することができる特別なシア
ネートエステルは入手可能且つ公知であり、米国特許第
４,１９５,１３２号、同第３,６８１,２９２号、同第
４,７４０,５８４号、同第４,７４５,２１５号、同第
４,４７７,６２９号及び同第４,５４６,１３１号；欧州
特許願ＥＰＯ第１４７５４８／８２号；並びにドイツ特
許出願公開第２６１１７９６号において議論されている
ようなそれを含み、その開示は参考例として本明細書に
組み入れる。
【００２３】芳香族環の間に環状脂肪族ブリッジング基
を含む適当な多芳香族シアネートエステルの例はDow Ch
emical Companyから「Dow ＸＵ−７１７８７．ＯＯＬ c
yanate」の商品名で入手することができる。そのような
議論はBogan等、「低誘電体印刷回路板用の特異な多芳
香族シアネートエステル（Unique Polyaromatic Cyanat
e Ester for Low Dielectrio Circuit Boards）」、Sam
pe Journal，２４巻（６号）（１９８８年１１／１２
月）に見られる。好ましい多官能価シアネートエステル
はHi-Tek PolymersからＡＲＯＣＹ Ｌ−１０の商品名で
入手できるビスフェノールＡＤジシアネート（４,４′
−エチリデンビスフェノールジシアネート）である。
【００２４】本発明により使用する組成物は充填剤及び
特に無機充填剤である。充填剤の粒子サイズは３１ミク
ロンより大きくなく、好ましくは約０.７〜約３１ミク
ロン、最も好ましくは約０.５〜約２０ミクロンでなけ
ればならない。これは組成物がチップと基体担体の間の
間隙を容易に流動するために必要である。間隙は典型的
には約２５〜約１６０ミクロン、好ましくは約７５〜約
１２５ミクロンである。好ましい充填剤は約３〜約５ミ
クロンの平均粒子サイズを持つ。
【００２５】更に充填剤は慣用されるシリカ又は石英充
填剤に通常存在するウラニウム及びトリウムのような放
射性不純物の痕跡量から発生するα粒子放射が少なくと
もほとんどないものでなければならない。使用する充填
剤は０.０１α粒子／cm2-hrより少なく、好ましくは０.
００５α粒子／cm2-hrより少ない放射率を持たなければ
ならない。主として充填剤中のウラニウムとトリウム同
位元素の存在により起こるα粒子放射の存在は電子空孔
対を形成し、これは転じてデバイスに有害となる。好ま
しい充填剤は高純度の溶融シリカ（fused silica）又は
無定形シリカである。使用できる商業的に入手可能な充
填剤はＰＱ Corporationから発売のＤＰ ４９１０であ
る。好ましい充填剤は場合によりカップリング剤で処理
することができる。
【００２６】本発明の組成物は約２５〜約６０重量％好
ましくは約５０〜約６０重量％のバインダー、及び対応
して約４０〜約７５重量％好ましくは約５０〜約６０重
量％の充填剤を含む。これらの量は組成物中のバインダ
ーと充填剤の合計量に基づく。バインダーがポリエポキ
シドを含む場合、本発明に使用する組成物は硬化剤（ha
rdening agent）又は硬化剤（curing agent）を含むこ
とができる。ポリエポキシド用の好ましい硬化剤（hard
ener）は有機カルボン酸無水物である。硬化剤は液体形
体が好ましい。固体硬化剤を使用する場合、組成物に添
加する際融解すべきである。無水物の例は無水メチルテ
トラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水
マレイン酸、無水トリメリト酸、ジ無水ピロメリト酸、
無水テトラヒドロフタル酸、無水フタル酸、無水ノルボ
ルネンジカルボン酸、無水メチルナド酸（nadic methyl
anhydride）及び無水メチルシクロヘキサン−１,２−
ジカルボン酸である。
【００２７】別の無水物は例えばH. Lee及びK. Nevill
e、「エポキシ樹脂ハンドブック（Handbook of Epoxy R
esin）」（McGraw Hill，１９６７年刊）、１２章に記
述されており、その開示は参考例として本明細書に組み
入れる。
【００２８】無水物硬化剤は一般に当量基準で使用する
環状脂肪族エポキシドの約２０〜約１２０％量、好まし
くはエポキシドの約７０〜約１００％量を使用する。
【００２９】好ましくは、硬化剤はポリエポキシ１００
部当たり約８９〜約１１０重量部（phr）の量使用す
る。
【００３０】バインダーと充填剤の外に、組成物はエポ
キシ及び／又はシアネートエステルの重合を促進する触
媒を含むことができる。
【００３１】エポキシ用の適当な触媒はアミン例えば第
三アミンベンジルジメチルアミン、１,３−テトラメチ
ルブタンジアミン、トリス（ジメチルアミノメチル）フ
ェノール、ピリジン及びトリエチレンジアミン並びに酸
性触媒例えばオクタン酸第一スズを含む。
【００３２】適当なシアネートエステル用触媒はルイス
酸例えば塩化アルミニウム、三フッ化ホウ素、塩化第二
鉄、塩化チタン及び塩化亜鉛；弱酸の塩例えば酢酸ナト
リウム、シアン化ナトリウム、シアン酸ナトリウム、チ
オシアン酸カリウム、重炭酸ナトリウム及びホウ酸ナト
リウム（Sodium boronate）である。好ましい触媒は金
属カルボン酸塩と金属キレート例えばコバルト、鉄、亜
鉛及び銅のアセチルアセトネート又はオクタン酸塩又は
ナフテン酸塩である。使用する触媒の量は変動し得る
が、好ましくは全固体バインダー重量に基づいて０.０
５〜０.５重量％である。
【００３３】界面活性剤の約０.５％〜約３％好ましく
は１.２％〜約１.６％を充填剤とエポキシドを混合しや
すくするために使用することができる。適当な界面活性
剤はシラン及び非イオン性界面活性剤を含む。
【００３４】又、本発明の好ましい組成物はコントラス
トを付けるため約０.２％より少ない量の有機染料を含
む。適当な染料はニグロシン及びオラソルブルー（Oras
ol blue）ＧＮである。
【００３５】環状脂肪族エポキシドを使用する組成物に
おいては少量の反応性改質剤を使用するのが好ましい。
反応性改質剤の目的は硬化した組成物に可撓性と耐熱衝
撃性のような望ましい機械的特性を付与することであ
る。使用することができる改質剤の例は脂肪酸、脂肪酸
無水物例えばポリアゼライン酸のポリアンヒドリドと無
水ドデセニルコハク酸、ジオール例えばエチレングリコ
ール、ポリオール、ポリエーテルジオール例えばポリエ
チレングリコールとポリプロピレングリコール、及びヒ
ドロキシル、カルボキシル、エポキシ及び／又はカルボ
ン酸無水物官能性を持つ他の物質である。好ましい反応
性改質剤はエチレングリコールであり、使用する場合約
０.７〜約２phr（エポキシ重量１００部当たり）の量存
在させる。
【００３６】エチレングリコールは無水物とエポキシと
の反応を促進するためのヒドロキシル源として使用す
る。
【００３７】本発明で使用する好ましい組成物は非反応
性有機溶媒を完全ではないまでも実質的に含まない（例
えば、０.２重量％より少ない）。本発明により使用す
る組成物は２５℃の粘度（Brookfield粘度計（円錐と平
板型）、Spindle ５１、２０ＲＰＭ又は同等）が約３,
０００〜約１７,０００センチポイズ、好ましくは約３,
０００〜約１０,０００センチポイズである。組成物は
少なくとも１２時間安定である。組成物は約１５０℃よ
り低く好ましくは約１３０℃〜約１４０℃の温度で約２
〜約６時間好ましくは約４時間で硬化させることができ
る。硬化した組成物は約０.００５より少なく、好まし
くは約０.００４カウント／cm2-hr、及び最も好ましく
は約０.００２カウント／cm2-hrのα粒子放射を持つ。
硬化した組成物は約２５〜約３８ppm／℃の熱膨張係
数、約１３０℃より大きく好ましくは約１４０〜約１６
０℃のガラス転移温度を持つ。硬化した組成物は８５よ
り大きく好ましくは９０より大きいショア（Shore）Ｄ
硬さ、２５℃で２５０,０００psiより大きく好ましくは
７５０,０００psiより大きく弾性率、２５℃で１０13oh
m-cmより大きく好ましくは１０14ohm-cmより大きい体積
抵抗率、２５℃で５.０より小さく好ましくは４.５より
小さい誘電率を持つ。
【００３８】組成物は真空下通常は約５mmHgでダブル遊
星形ミキサー又は高剪断ミキサーを使用して速やかに混
合して製造し、より良好で均質な組成物を得る。
【００３９】組成物は約１５〜約９０psiの圧力下、約
２５〜約４０℃の温度でノズルを経て注入することによ
り適用する。組成物はＣ４結合とピン頭を完全に被覆す
る。所望により、約６０〜約７５℃で組成物は約１５〜
約６０分間、典型的には３０分間加熱することによりプ
レゲル化することができる。
【００４０】次いで組成物は約１３０〜約１５０℃好ま
しくは約１３０〜約１４０℃で約２〜約６時間好ましく
は約４〜約５時間加熱して硬化させる。使用する基体の
性質は有機、無機又は混成であることができ、好ましい
基体はセラミックモジュール又は多層印刷回路板である
ことができる。好ましいセラミック基体は酸化ケイ素及
びケイ酸塩例えばケイ酸アルミニウム、及び酸化アルミ
ニウムである。
【００４１】好ましい印刷回路板は慣用的なＦＲ−４ E
poxy及び高温樹脂例えば高温エポキシ、ポリイミド、シ
アネート（トリアジン）、フルオロポリマー、ベンゾシ
クロブテン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホ
ン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリフ
ェニルキノキサリン、ポリベンゾキサゾール及びポリフ
ェニルベンゾビスチアゾールを基材とするラミネートを
含む。
【００４２】次の限定しない実施例を示して本発明を更
に例証する。
【００４３】実施例１ 約５０重量部の３,４−エポキシシクロヘキシルメチル
−３,４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート（U
nion Carbide ＥＲＬ−４２２１）、約１２６重量部の
ＰＱ Corporationから商品名ＤＰ ４９１０で入手で
き、最高３１ミクロメーターの粒子サイズを持ちα粒子
放射のない溶融シリカ、約４９.５重量部の無水ヘキサ
ヒドロフタル酸、約０.５重量部のベンジルジメチルア
ミン、約１.０重量部のエチレングリコール、約３重量
部のRohm ＆ HaasからのTriton Ｘ−１００（界面活性
剤）、及び約０.０８重量部のニグロシンを含む組成物
を調製する。
【００４４】組成物はピンがそこから突出している２８
mm×２８mmのＡｌ2Ｏ3の基体と、それにハンダバンプで
ハンダ付けされたシリコンチップとの間の約５ミルの間
隙に約３０℃の温度で注入する。組成物は約１３０℃で
約４時間硬化する。硬化した組成物は３５×１０-6／℃
より少ない熱膨張係数を持つ。組成物はピン頭とハンダ
バンプを被覆する。
【００４５】疲れ寿命を試験した構造物は部品を０℃〜
１００℃で１０,０００回以上熱サイクリングしても破
壊を示さない。一方上述のＡＩ−１０を含む従来技術の
組成物を充填した対照部品は約２０００回で破損を示
す。
【００４６】実施例２ 約５０重量部の３,４−エポキシシクロヘキシルメチル
−３,４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート（U
nion Carbide ＥＲＬ−４２２１）、約１２５重量部の
ＰＱ Corporationから商品名ＤＰ ４９１０で入手で
き、最高３１ミクロメーターの粒子サイズを持ち、α粒
子放射のない溶融シリカ、約４９.５重量部の無水メチ
ルヘキサヒドロフタル酸、約０.５重量部のベンジルジ
メチルアミン、約１.０重量部のエチレングリコール、
約３重量部のRohm ＆ HaasからのTriton Ｘ−１００
（界面活性剤）、及び約０.０８重量部のニグロシンを
含む組成物を調製する。
【００４７】組成物はピンがそこから突出している２８
mm×２８mmのＡｌ2Ｏ3の基体と、それにハンダバンプで
ハンダ付けされたシリコンチップとの間の約５ミルの間
隙に約３０℃の温度で注入する。組成物は約１３０℃で
約４時間硬化する。硬化した組成物は３５×１０-6／℃
より少ない熱膨張係数を持つ。組成物はピン頭とハンダ
バンプを被覆する。
【００４８】実施例３ 約４００重量部の３,４−エポキシシクロヘキシルメチ
ル−３,４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート
（Union Carbide ＥＲＬ−４２２１）、約９９０重量部
のＰＱ Corporationから商品名ＤＰ ４９１０で入手で
き、最高３１ミクロメーターの粒子サイズを持ち、α粒
子放射のない溶融シリカ、約３９６重量部の無水ヘキサ
ヒドロフタル酸、約４重量部のエチレングリコール、約
２５.２重量部のRohm ＆ Haasから発売されているTrito
n Ｘ−１００（界面活性剤）、及び約１.４重量部のオ
ラソルブルーＧＮを含む組成物を調製する。組成物を高
剪断ミキサーを使用位、５mmHg以下の真空下で混合す
る。１３０℃で約５時間硬化した組成物は約３３×１０
-6／℃の熱膨張係数を持つ。
【００４９】実施例４ １００重量部のHi-Tek PolymersからＡＲＯＣＹ Ｌ１０
として入手できるビスフェノールＡＤジシアネート、約
１４５重量部のＰＱ Corporationから商品名ＤＰ ４９
１０で入手でき、最高３１ミクロメーターの粒子サイズ
を持ち、α粒子放射のない溶融シリカ、約３重量部のTr
iton Ｘ−１００（非イオン性界面活性剤）、約０.２重
量部のオクタン酸亜鉛（ミネラルスピリット中８％亜
鉛）、及び約０.１重量部のオラソルブルーＧＮを含む
組成物を調製する。
【００５０】組成物はピンがそこから突出している２８
mm×２８mmのＡｌ2Ｏ3の基体と、それにハンダバンプで
ハンダ付けされたシリコンチップとの間の約５ミルの間
隙に約３０℃の温度で注入する。組成物はピン頭とハン
ダバンプを被覆する。組成物は約２００℃で約２時間硬
化する。硬化した組成物は３２×１０-6／℃より少ない
熱膨張係数を持つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハンダ相互結合物の断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体チップ ２ チップ担体 ３ ハンダバンプ ４ パッド ５、６ ピン
フロントページの続き (72)発明者 コスタス・アイ・パパトマス アメリカ合衆国ニユーヨーク州（13760) エンデイコツト．コベントリーロード75 (72)発明者 デイビツド・ウエイ・ワン アメリカ合衆国ニユーヨーク州（13760) ベスタル．オーバーブルツクドライブ800

Claims (40)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 担体基体から半導体デバイス上の電極に
    伸びて担体基体と半導体デバイスとの間に間隙を形成す
    る多数のハンダ結合物からなる集積半導体デバイスと担
    体基体との間に結合を形成するハンダ相互結合物であっ
    て、前記間隙は Ａ． 環状脂肪族ポリエポキシド、シアネートエステ
    ル、シアネートエステルのプレポリマー及びそれらの混
    合物からなる群より選ばれ、室温で約１,０００センチ
    ポイズより大きくない粘度を持つバインダーと、 Ｂ． ３１ミクロンの最大粒子サイズを持ち、実質的に
    α粒子放射のない充填剤とを含み、 バインダーの量はバインダーと充填剤の合計の重量の約
    ６０〜約２５重量％であり、従って、充填剤の量はバイ
    ンダーと充填剤の合計の重量に基づいて約４０〜約７５
    重量％である組成物を硬化して得られる組成物で充填さ
    れているハンダ相互結合物。
  2. 【請求項２】 間隙は約５０〜約１６０ミクロンの広さ
    である請求項１記載のハンダ相互結合物。
  3. 【請求項３】 バインダーは３,４−エポキシシクロヘ
    キシルメチル−３,４−エポキシシクロヘキサンカルボ
    キシレート及びビニルシクロヘキサンジエポキシドから
    なる群より選ばれるポリエポキシドである請求項１記載
    のハンダ相互結合物。
  4. 【請求項４】 バインダーは３,４−エポキシシクロヘ
    キシルメチル−３,４−エポキシシクロヘキサンカルボ
    キシレートを含むポリエポキシドである請求項１記載の
    ハンダ相互結合物。
  5. 【請求項５】 バインダーの粘度は２５℃で約３５〜約
    ５００センチポイズである請求項１記載のハンダ相互結
    合物。
  6. 【請求項６】 充填剤は場合により結合剤で処理してあ
    るシリカ、石英及び溶融シリカからなる群より選ばれる
    無機充填剤である請求項１記載のハンダ相互結合物。
  7. 【請求項７】 充填剤は０.０１α粒子／cm2-hrより少
    ない放射率を持つ請求項１記載のハンダ相互結合物。
  8. 【請求項８】 充填剤は約０.５〜約２０ミクロメータ
    ーの粒子サイズを持つ請求項１記載のハンダ相互結合
    物。
  9. 【請求項９】 バインダーの量は約４３重量％であり、
    及び対応して充填剤の量は約５７重量％である請求項１
    記載のハンダ相互結合物。
  10. 【請求項１０】 組成物は無水有機カルボン酸硬化剤を
    含む請求項１記載のハンダ相互結合物。
  11. 【請求項１１】 硬化剤はヘキサヒドロフタル酸無水物
    又はメチルヘキサヒドロフタル酸無水物又はその混合物
    を含む請求項１０記載のハンダ相互結合物。
  12. 【請求項１２】 硬化剤の量は約８９〜約１１０phrで
    ある請求項１０記載のハンダ相互結合物。
  13. 【請求項１３】 組成物の２５℃の粘度は約３,０００
    〜約１７,０００センチポイズである請求項１記載のハ
    ンダ相互結合物。
  14. 【請求項１４】 組成物は触媒を含む請求項１記載のハ
    ンダ相互結合物。
  15. 【請求項１５】 組成物はエチレングリコールを約０.
    ５〜約２phr量含む請求項１記載のハンダ相互結合物。
  16. 【請求項１６】 組成物は非反応性有機溶媒を含まない
    請求項１記載のハンダ相互結合物。
  17. 【請求項１７】 組成物は接着促進剤を含む請求項１記
    載のハンダ相互結合物。
  18. 【請求項１８】 基体は有機、無機又は混成物質である
    請求項１記載のハンダ相互結合物。
  19. 【請求項１９】 バインダーはシアネートエステルであ
    る請求項１記載のハンダ相互結合物。
  20. 【請求項２０】 シアネートエステルは４,４′−エチ
    リデンビスフェノールジシアネートである請求項１記載
    のハンダ相互結合物。
  21. 【請求項２１】 担体基体から半導体デバイス上の電極
    に伸びて担体基体と半導体デバイスとの間に間隙を形成
    する多数のハンダ結合物により半導体デバイスを担体基
    体に付着させることからなる半導体デバイスと担体基体
    との間のハンダ相互結合物の疲れ寿命を増加させる方法
    であって、前記間隙は Ａ． 環状脂肪族ポリエポキシド、シアネートエステ
    ル、シアネートエステルのプレポリマー及びそれらの混
    合物からなる群より選ばれ、室温で約１,０００センチ
    ポイズより大きくない粘度を持つバインダーと、 Ｂ． ３１ミクロンの最大粒子サイズを持ち、実質的に
    α粒子放射のない充填剤とを含み、 バインダーの量はバインダーと充填剤の合計の重量の約
    ６０〜約２５重量％であり、従って、充填剤の量はバイ
    ンダーと充填剤の合計の重量に基づいて約４０〜約７５
    重量％である組成物を硬化して得られる組成物で充填さ
    れている上記の方法。
  22. 【請求項２２】 間隙は約５０〜約１６０ミクロンの広
    さである請求項２１記載の方法。
  23. 【請求項２３】 バインダーは３,４−エポキシシクロ
    ヘキシルメチル−３,４−エポキシシクロヘキサンカル
    ボキシレート及びビニルシクロヘキサンジエポキシドか
    らなる群より選ばれるポリエポキシドである請求項２１
    記載の方法。
  24. 【請求項２４】 バインダーは３,４−エポキシシクロ
    ヘキシルメチル−３,４−エポキシシクロヘキサンカル
    ボキシレートを含む請求項２１記載の方法。
  25. 【請求項２５】 バインダーの粘度は２５℃で約３５〜
    約５００センチポイズである請求項２１記載の方法。
  26. 【請求項２６】 充填剤は場合により結合剤で処理して
    あるシリカ、石英及び石英ガラスからなる群より選ばれ
    る無機充填剤である請求項２１記載の方法。
  27. 【請求項２７】 充填剤は０.０１α粒子／cm2-hrより
    少ない放射率を持つ請求項２１記載の方法。
  28. 【請求項２８】 充填剤は約０.５〜約２０マイクロメ
    ーターの粒子サイズを持つ請求項２１記載の方法。
  29. 【請求項２９】 バインダーの量は約４３重量％であ
    り、従って充填剤の量は約５７重量％である請求項２１
    記載の方法。
  30. 【請求項３０】 組成物は有機カルボン酸無水物硬化剤
    を含む請求項２１記載の方法。
  31. 【請求項３１】 硬化剤は無水ヘキサヒドロフタル酸又
    は無水メチルヘキサヒドロフタル酸又はその混合物を含
    む請求項３０記載の方法。
  32. 【請求項３２】 硬化剤の量は約８９〜約１１０phrで
    ある請求項３０記載の方法。
  33. 【請求項３３】 組成物の２５℃の粘度は約３,０００
    〜約１７,０００センチポイズである請求項２１記載の
    方法。
  34. 【請求項３４】 組成物は触媒を含む請求項２１記載の
    方法。
  35. 【請求項３５】 組成物はエチレングリコールを約０.
    ５〜約２phr量含む請求項２１記載の方法。
  36. 【請求項３６】 組成物は非反応性有機溶媒を含まない
    請求項２１記載の方法。
  37. 【請求項３７】 組成物は接着促進剤を含む請求項２１
    記載の方法。
  38. 【請求項３８】 基体は有機、無機又は混成物質である
    請求項２１記載の方法。
  39. 【請求項３９】 バインダーはシアネートエステルであ
    る請求項２１記載の方法。
  40. 【請求項４０】 シアネートエステルは４,４′−エチ
    リデンビスフェノールジシアネートである請求項２１記
    載の方法。
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