JPH10231351A - 液状注入封止アンダーフィル材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱ストレスに耐えうる低応力性とリワーク性
を兼ね備えた注入封止アンダーフィル材料を提供する。 【解決手段】常温で液状のエポキシ樹脂、硬化剤、球状
無機フィラーからなり、エポキシ樹脂が全エポキシ樹脂
中に式（１）で示されるエポキシ樹脂が５重量％から３
０重量％含み、且つ式（１）で示されるエポキシ樹脂は
少なくともｍ＝１以上の成分が１０重量％から６０重量
％含むことを特徴とする液状注入封止アンダーフィル材
料。 【化１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低応力性、リワー
ク性に優れた半導体の注入封止に用いられる液状注入封
止アンダーフィル材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣチップの高密度化、高集積化に伴
い、配線が短く、高周波用、多ピン化に適するフリップ
実装方式のパッケージ形態が多くなってきている。同実
装は、ほぼチップサイズの大きさでプリント基板にチッ
プを直接搭載できることから、小型、軽量、薄型化が可
能となる。ベアチップのプリント基板への実装技術は確
立されてきたが、熱膨張によるチップと基板との寸法差
が有るため、注入封止アンダーフィル材料による充填補
強が必要となる。このフリップ実装型半導体封止には液
状の封止材料が用いられているが、セラミックスによる
気密封止型に比べて信頼性の点で充分でないためにプラ
スチックパッケージの普及が遅れていた。フリップ実装
型半導体の信頼性低下の原因としては、 （１）注入封止アンダーフィル材料を通して外気から湿
気が侵入する。 （２）有機配線基板から湿気が侵入する。 （３）半田バンプから不純物が侵入する。 （４）大気圧下で注入封止アンダーフィル材料をパッケ
ージ内へ流動させる際に気泡が生じ、熱ストレスが加わ
った際にクラックが発生する。 （５）封止材料、半導体チップ、有機基板および半田バ
ンプとの線熱膨張係数が異なるために、熱ストレスが加
わった際に界面で剥離が生じる。これにより湿気の侵入
並びにチップへの機械的損傷が発生する。 等が挙げられる。液状注入封止アンダーフィル材料の実
用化に際して、以上の問題はクリアされなければならな
い。更に、１つの基板上に２個以上のチップを実装した
タイプのいわゆるマルチチップモジュール（ＭＣＭ）の
用途には、今後前記フリップチップ実装型が増加するこ
とが予想されている。ＭＣＭでは、アンダーフィル樹脂
封止後に不良が発見された場合、例えば接続材料（半
田）の融点以上に加熱しチップを取り外し（リワー
ク）、再実装する場合がある。一般にリワーク性が高
い、すなわち取り外しが容易な注入封止アンダーフィル
材料ほど、実用温度領域でのチップおよび有機基板に対
する密着性までもが低下し、上記（５）の問題が発生し
易くなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来の注入封
止アンダーフィル材料の上記の問題を解決するためにな
されたものであり、その目的とするところは熱ストレス
に耐えうる低応力性とリワーク性を兼ね備えた注入封止
アンダーフィル材料を提供するに有る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、常温で液状の
エポキシ樹脂、硬化剤、球状無機フィラーからなり、エ
ポキシ樹脂が全エポキシ樹脂中に式（１）で示されるエ
ポキシ樹脂が５重量％から３０重量％含み、且つ式
（１）で示されるエポキシ樹脂は少なくともｍ＝１以上
の成分が１０重量％から６０重量％含むことを特徴とす
る液状注入封止アンダーフィル材料である。

【０００５】

【化１】

【０００６】本材料を用いることにより有機プリント配
線基板を用いたフリップチップ実装型半導体のリワーク
性および信頼性を大幅に向上させることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に用いられる常温で液状の
エポキシ樹脂は、全エポキシ樹脂中に式（１）で示され
るエポキシ樹脂が５重量％から３０重量％含み、且つ式
（１）で示されるエポキシ樹脂は少なくともｍ＝１以上
の成分が１０重量％から６０重量％含む。ここで全エポ
キシ樹脂中に式（１）で示されるエポキシ樹脂が５重量
％以下では接着力が強くリワーク性は発現せず、３０重
量％以上では低応力性を示すが接着性が著しく低下す
る。また、式（１）で示されるエポキシ樹脂に含まれる
ｍ＝１以上の成分が１０重量％未満だと、リワーク性が
発現しない、６０重量％より多く含むとブリードが起こ
り接着性が著しく低下する。後者の場合、例えばフェノ
ール類などであらかじめ変性し相溶性を高くすること
で、ブリードを抑えることもできる。エポキシ樹脂成分
は２５℃における粘度が５００ＰＡ・ｓ以下であること
が好ましい。エポキシ樹脂成分の粘度が５００Ｐａ・ｓ
より高いと組成物の粘度が高くなり、フリップチップ実
装型パッケージ中へのアンダーフィル材料を流動注入す
る際、気泡を巻き込んだり、コーナー端部への充填良が
発生し易くなり信頼性低下につながり、好ましくない。

【０００８】エポキシ樹脂の粘度測定には、室温で液状
のエポキシ樹脂の場合、２５゜Ｃにおいて東機産業
（株）・製Ｅ型粘度計、ブルックフィールド粘度計で測
定する。この要件を満たすエポキシ樹脂で有れば特に限
定される物ではないが、式（１）で示されるエポキシ樹
脂以外の樹脂として例えばビスフェノールＡ、ビスフェ
ノールＦ、フェノールノボラックとエピクロルヒドリン
との反応で得られるポリグリシジルエーテルで常温の
物、ビニルシクロヘキセンジオキシド、ジシクロペンタ
ジエンオキシド、アリサイクリックジエポキシ−アジペ
イドの様な脂環式エポキシ、更にｎ−ブチルグリシジル
エーテル、パーサティック酸グリシジルエステル、スチ
レンオキサイドフェニルグリシジルエーテル、ブチルフ
ェニルグリシジルエーテル、クレグリシジルエーテル、
ジシクロペンタジエンジエポキシドの様な通常エポキシ
樹脂の希釈材として用いられるものがある。これらは単
独でも混合しても差し支えない。また、信頼性の優れた
液状注入封止アンダーフィル材料を得るために、使用に
耐えるエポキシ樹脂はNa⁺、Cl^-等のイオン性不純物はで
きるだけ少ないものが好ましい。

【０００９】本発明に用いられる硬化剤はフリップチッ
プとしての信頼性、ポットライフ、液状樹脂粘度に影響
しないものであれば特に限定されないが、活性水素を分
子内に有するものが望ましい。その例としてはフェノー
ル類（例えばビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビ
スフェノールＡＰ、ビスフェノールＳ、ビスフェノール
Ｚ、ジメチルビスフェノールＡ、ジメチルビスフェノー
ルＦ、テトラメチルビスフェノールＡ、テトラメチルビ
スフェノールＦ、ビフェノール、テトラメチルビフェノ
ール、ジヒドロキシジフェニルエーテル、ジヒドロキシ
ベンゾフェノン、ｏ−ヒドロキシフェノール、ｍ−ヒド
ロキシフェノール、ｐ−ヒドロキシフェノール、フェノ
ールノボラック樹脂やオルソクレゾールノボラック樹脂
等のポリフェノール類、トリヒドロキシフェニルメタン
やトリヒドロキシフェニルメタンなどのトリスフェノー
ル類）、一級アミン、芳香族ポリアミン類、イミダゾー
ル等が挙げられる。これらは単独でも混合しても差し支
えない。また、信頼性の優れた液状注入封止アンダーフ
ィル材料を得るために、使用に耐えるアミン系硬化剤は
Na+、Cl-等のイオン性不純物はできるだけ少ないものが
好ましい。

【００１０】本発明に用いられる球状無機フィラーは、
その平均粒径が１０μｍ以下、最大粒径が３０μｍ以下
であることが好ましい。無機フィラーには、窒化アル
ミ、アルミナ、シリカなどがあるが、熱放散性とコスト
の面からシリカ粒子が好ましく、低放射線であればより
好ましい。形状は球状、破砕状、フレーク状等がある
が、フィラーの高充填化により線膨張係数の低減化が図
られる為、球状が最も良い。球状無機フィラーの添加量
は、全組成物に対して50〜80重量％が望ましい。５０重
量％未満だと、上述の線膨張係数の低減効果は小さく、
８０重量％を越えると結果として得られる組成物の粘度
が高くなり過ぎ、流動特性が悪化するため好ましくな
い。

【００１１】液状注入封止アンダーフィル材料の流動特
性はフィラーの粒度分布にも大きく依存する。一般に分
布が広く、粒径の大きいフィラーほど、組成物の粘度が
低く流動性がよい。しかし、低粘度化を目的に大きな粒
径を含むフィラーを用いると、硬化中に粒径の大きなフ
ィラー沈降し、間隙中の線熱膨張係数が不均一となり、
信頼性の面で好ましくない。また液状注入封止アンダー
フィル材料は有機基板とチップ間の間隙(Stand OFF：２
５〜１５０μｍ)を流動する必要から、フィラー粒径はS
tand OFFよりも小さくなければならない。逆に粒径が小
さすぎると比表面積が増大するため、フィラーの充填量
を高くすることができない。以上の要件を満たすには平
均粒径が０．５μｍから１０μｍ、且つ最大粒径が３０
μｍ以下のフィラーである必要がある。より好ましくは
平均粒径が３〜９μｍ、且つ最大粒径が２０μｍ以下の
粒度分布のフィラーを用いた方が良い。また、フィラー
は請求項の範囲で有れば単独で用いても、混合して粒度
分布に二峰性を持たせたものでも差し支えない。

【００１２】本発明の液状注入封止アンダーフィル材料
には、前記の必須成分の他に必要に応じて他の樹脂や反
応を促進するための触媒、希釈剤、顔料、カップリング
剤、難燃剤、レベリング剤、消泡剤等の添加物を用いて
も差し支えない 液状注入封止アンダーフィル材料は、
例えば各成分、添加物等を三本ロール、二本熱ロール、
真空混合機にて分散混練し、真空下脱泡処理して製造す
る。

【００１３】

【実施例】本発明を実施例で具体的に説明する。実施例
１−７、比較例１−７で具体的に説明する。表１及び表
２の処方に従って秤量し、３本ロールにて、分散混練し
真空下脱泡処理をして液状注入封止アンダーフィル材料
を作製し、以下の特性評価を行った。 （１）接着強度−有機基板としてビスマレイミド−トリ
アジン（ＢＴ）レジン製基板上にソルダーレジスト（太
陽インキ社製ＰＳＲ−４０００／ＣＡ−４０）を形成し
た表面に液状注入封止アンダーフィル材料を塗布し、２
×２ｍｍ角のシリコンチップを積載し、１５０度、１２
０分で硬化し、１５０度及び２５０度における熱時接着
力をプッシュプルゲージで測定した。 （２）低応力性製試験−（１）と同様に１５×６×０．
３ｍｍ（厚さ）のシリコンチップを厚さ０．５ｍｍの有
機基板に１５０度、１２０分で硬化封止し、低応力性の
尺度としてチップの長手方向を表面粗さ計を用いて上下
方向の変位の最大値を求め、代用特性とした。 （３）充填性試験−８０℃の熱盤上で液状注入封止アン
ダーフィル材料をフリップチップ実装パッケージに５分
間注入させた後、１５０℃で２時間、オーブン中で硬化
して半導体パッケージを得た。超音波探傷機(以下、Ｓ
ＡＴという)にて、パッケージ内部の充填性を確認し
た。 （４）信頼性試験−（３）で作製した半導体パッケージ
にＰＣＴ処理(１２５℃／２.３atm)、Ｔ／Ｃ処理(−６
５℃／３０分←→１５０℃／３０分 400サイクル)を施
して、ＳＡＴにて半導体チップとプリント基板界面との
剥離、クラックの有無を確認した。 （４）リワーク性の評価試験−（３）と同様に半導体パ
ッケージを作製し、２５０℃の熱盤上で半導体パッケー
ジを５分間加熱後チップを剥がし、完全に剥離したもの
を「良好」、有機基板表面に封止樹脂が残存したものを
「不良」とした。各評価ごとに用いたフリップチップ実
装パッケージの数は１０個である。なお、チップの大き
さは15mm角で、基板との間隙は100μｍである（低応力
試験を除く）。

【００１４】

【表１】

【００１５】表の組成の欄の数値は重量部である。 ＊１ 液状エポキシ樹脂Ａ：ビスフェノールＦ型エポキ
シ樹脂（当量170) ＊２ 液状エポキシ樹脂Ｂ：式（１）のエポキシ樹脂で
ｎ＝０のもの(当量181) ＊３ 液状エポキシ樹脂Ｃ：式（１）のエポキシ樹脂で
ｎ＝１のもの(当量３２９） ＊４ 液状エポキシ樹脂Ｄ：式（１）のエポキシ樹脂で
ｎ＝２のもの（当量477) ＊５ 液状エポキシ樹脂Ｅ：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ン酸エ
ステル（当量126） ＊６ 液状エポキシ樹脂Ｆ：式（１）の脂環式エポキシ
樹脂でｎ＝０のもの(当量192) ＊７ 液状エポキシ樹脂Ｇ：式（１）の脂環式エポキシ
樹脂でｎ＝１のもの(当量340) ＊８ 硬化剤 ：アルキル化ジアミノジフェニルメタン
硬化剤（当量65） ＊９ 硬化剤 ：メチルヘキサヒドロフタル酸無水物 ＊１０シリカ ：合成球状シリカで平均粒径1.7μm、最
大粒径8.0μm ＊１１シリカ ：溶融球状シリカで平均粒径4.9μm、最
大粒径16μm ＊１２シリカ ：溶融球状シリカで平均粒径7.9μm、最
大粒径40μm ＊１３シリカ ：溶融球状シリカで平均粒径0.3μm、最
大粒径4.0μｍ

【００１６】

【表２】 ＊ １４ ：比較例６及び７については流動性不良のた
め、信頼性試験並びにリワーク性試験は実施していな
い。

【００１７】比較例１では全エポキシ樹脂中に含まれる
式（１）のエポキシ樹脂が少ないために、２００℃での
接着強度が高く、且つリワーク性に劣る。比較例２では
全エポキシ樹脂中に含まれる式（１）のエポキシ樹脂が
過剰であるために、低応力性とリワーク性に優れてはい
るものの、１５０度での接着強度が低く且つ信頼性に欠
ける。比較例３は式（１）で示されるエポキシ樹脂中に
ｍ＝１以上の成分が少ないために２５０℃での接着強度
が高く、且つリワーク性に劣る。比較例４、及び５では
式（１）で示されるエポキシ樹脂中にｍ＝１以上の成分
が過剰であるために低応力性を示すが接着性が低く、実
用レベルにない。比較例６ではフィラーの最大粒径が大
きい為にパッケージのギャップへの流動性が悪い。比較
例７はフィラーの平均粒径が小さいために高粘度で流動
性が悪い。

【００１８】

【発明の効果】本発明の液状注入封止アンダーフィル材
料を用いて封止を行うと、熱ストレスに耐えうる低応力
性を示す高信頼性半導体パッケージを得られ、且つその
良好なリワーク性により歩留まりの向上が可能となり、
本発明の工業的メリットは大である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 常温で液状のエポキシ樹脂、硬化剤、球
   状無機フィラーからなり、エポキシ樹脂が全エポキシ樹
   脂中に式（１）で示されるエポキシ樹脂が５重量％から
   ３０重量％含み、且つ式（１）で示されるエポキシ樹脂
   は少なくともｍ＝１以上の成分が１０重量％から６０重
   量％含むことを特徴とする液状注入封止アンダーフィル
   材料。 【化１】
2. 【請求項２】 球状無機フィラーの平均粒径が０．５μ
   ｍから１０μｍ、かつ最大粒径が３０μｍ以下であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の液状注入封止アンダーフ
   ィル材料。