JPWO2015079708A1 - エポキシ樹脂組成物、半導体封止剤および半導体装置 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物、半導体封止剤および半導体装置 Download PDF

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    • H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/16227—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the bump connector connecting to a bond pad of the item
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    • H01L2224/29298—Fillers
    • H01L2224/29299—Base material
    • H01L2224/29386—Base material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
    • H01L2224/29387—Ceramics, e.g. crystalline carbides, nitrides or oxides
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    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
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    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203—Bump and layer connectors
    • H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/8119—Arrangement of the bump connectors prior to mounting
    • H01L2224/81193—Arrangement of the bump connectors prior to mounting wherein the bump connectors are disposed on both the semiconductor or solid-state body and another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
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    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/831—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector the layer connector being supplied to the parts to be connected in the bonding apparatus
    • H01L2224/83102—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector the layer connector being supplied to the parts to be connected in the bonding apparatus using surface energy, e.g. capillary forces
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    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
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Abstract

エポキシ樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）硬化剤と、（Ｃ）０．１〜１０質量％の、平均粒径１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のシリカフィラーと、（Ｄ）４７〜７５質量％の、平均粒径０．３μｍ以上２μｍ以下のシリカフィラーと、（Ｅ）０．１〜８質量％のエラストマーとを有し、前記（Ｃ）成分および前記（Ｄ）成分を、合計で５０．１〜７７質量％含む。

Description

＜クロス・リファレンス＞
本願は、２０１３年１１月２９日に出願された日本特許出願「特願２０１３−２４７５６７」に基づく優先権を主張すると共に、参照によりその内容を組み込む。
本発明は、エポキシ樹脂組成物、半導体封止剤、および半導体装置に関する。
半導体チップ（半導体素子）を配線基板に実装する技術に、フリップチップ実装がある。フリップチップ実装は、半導体チップの表面に突起状電極（バンプ）を形成することにより、この表面を配線基板に向けて直接接続させる実装方法である。接続した半導体チップおよび配線基板、およびバンプを保護するため、アンダーフィル剤と呼ばれる封止樹脂が半導体チップと配線基板との間に充填される。
アンダーフィル剤には主にエポキシ樹脂が用いられる。エポキシ樹脂、半導体チップ、および配線基板は、それぞれ異なる線膨張係数を有する。そのため、接続部が応力を吸収できないと、当該接続部にクラックが発生することがある。このクラックの発生を抑えるため、アンダーフィル剤には、二酸化ケイ素などの線膨張係数の比較的小さいフィラーを分散させている。
ところで、近年では、フリップチップ実装において、金属ピラーによるバンプが用いられるようになった。例えば銅ピラーバンプは、従来のハンダバンプと比較して、以下のような種々の利点を有する。すなわち、銅ピラーバンプは、バンプのピッチを小さくでき、鉛の使用量を低減できるので環境に与える影響が小さく、熱伝導性が高いので放熱特性に優れており、さらに電気伝導度が高いので寄生抵抗を低減できる。しかし、金属ピラーバンプを用いると、アンダーフィル剤中のフィラーが分離することがある。これは、ピラーに用いる金属と、ハンダに用いる金属との間に生じた電位差により、アンダーフィル剤中をフィラーが泳動することにより、フィラーの分離が生じるもの、と考えられている。
そこで、アンダーフィル剤におけるフィラーの分離を抑える（フィラーの分散を促す）技術が検討されている。特許文献１では、金属ピラーの表面がハンダで被膜される。これにより、アンダーフィル中のフィラーの分散を促進し、かつ、フリップチップ実装の接続信頼性を向上する、電子部品の実装方法が開示されている。
国際公開第２０１０／１０３９３４号公報
本発明は、例えば、金属ピラーの表面をハンダで被膜するような特別な工程を用いずに、フィラーの分散を促進する樹脂組成物を提供する。
本発明に係るエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）硬化剤と、（Ｃ）０．１〜１０質量％の、平均粒径１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のシリカフィラーと、（Ｄ）４７〜７５質量％の、平均粒径０．３μｍ以上２μｍ以下のシリカフィラーと、（Ｅ）０．１〜８質量％のエラストマーとを含み、前記（Ｃ）成分および前記（Ｄ）成分を、合計で５０．１〜７７質量％含むことを特徴とする。
前記（Ｃ）成分および前記（Ｄ）成分のうちの少なくとも一方がシランカップリング剤で表面処理されていてもよい。
前記（Ｄ）成分が、次式（１）に示す構造式で表されるアミノシランにより、表面処理されていてもよい。
前記（Ａ）成分のエポキシ基１当量に対し、前記（Ｂ）成分が、０．５当量以上１．８当量以下含まれてもよい。
前記（Ｂ）成分が、酸無水物硬化剤、フェノール樹脂硬化剤、またはアミン硬化剤であってもよい。
前記（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、ナフタレン型エポキシ樹脂、アミノフェノール型エポキシ樹脂のうちの少なくともひとつを含んでもよい。
また、上述の態様において、前記（Ｅ）成分が、ブタジエン系エラストマー、シリコーン系エラストマー、アクリルコポリマー、スチレンブタジエン系エラストマー、ブタジエン・アクリロニトリル・２，３−エポキシプロピルメタクリラート・ジビニルベンゼン共重合物、ブタジエン・アクリロニトリル・メタクリル酸・ジビニルベンゼン共重合物、アミノ基末端ブタジエン・アクリロニトリル共重合物、およびカルボキシル基末端ブタジエン・アクリロニトリル共重合物のうちの少なくとも一つを含んでもよい。
この樹脂組成物は、前記（Ａ）成分の少なくとも一部に前記（Ｃ）成分を混合することにより、マスターバッチを生成し、当該マスターバッチに他の成分を混合して製造されてもよい。
また、本発明は、上述のエポキシ樹脂組成物を用いた半導体封止剤を提供する。
上記半導体封止剤は、２種以上の金属または合金により形成された、半導体装置の導通部分を封止してもよい。
前記２種以上の金属または合金が、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｏ，Ｃｄ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｓｂ，およびＺｎのうちから選択される、２種以上の金属または当該金属を基にする合金であってもよい。
封止する前記半導体装置の導通部分が、２種の金属または合金であり、前記導通部分を封止した前記エポキシ樹脂組成物の断面を、前記２種の金属または合金の間の境界に基づいて２つの領域に区画し、当該各領域における前記（Ｃ）成分および前記（Ｄ）成分の占有率を用いて、次式により算出されるフィラー分散指数が５０以上１５０以下であってもよい。
フィラー分散指数＝１００×（領域Ｒａの占有率）／（領域Ｒｂの占有率）
さらに、本発明は、上述の半導体封止剤を用いた半導体装置を提供する。
本発明により、フィラーの分散を促進することができる。
図１は、フィラーの分散指数の評価を説明するための図である。 図２は、図１に示す領域ＩＩを拡大した図である。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）小径シリカフィラー、（Ｄ）大径シリカフィラー、および（Ｅ）エラストマーを含む。
（Ａ）成分の例として、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、ナフタレン型エポキシ樹脂、アミノフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、シロキサン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ヒダントイン型エポキシ樹脂、およびナフタレン環含有エポキシ樹脂が挙げられる。エポキシ樹脂組成物において、ここで例示した化合物は単独で用いられてもよいし、２つ以上のものが混合して用いられてもよい。
（Ｂ）成分の例として、酸無水物系硬化剤、フェノール樹脂系硬化剤、およびアミン系硬化剤が挙げられる。（Ｂ）成分は、（Ａ）成分のエポキシ基１当量に対し、０．５当量以上１．８当量以下含まれていることが好ましい。
（Ｃ）成分および（Ｄ）成分の例として、非晶質シリカ、結晶性シリカ、溶融シリカ、粉砕シリカ、およびナノシリカが挙げられる。（Ｃ）成分および（Ｄ）成分の形状は、特に限定されず、粒状、粉末状、およびりん片等のうちのいずれの形態であってもよい。そして、本発明におけるシリカフィラーの平均粒径とは、シリカフィラーの形状にかかわらず、レーザー回折法または電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）によって測定した体積基準のＤ５０（メジアン径）をいう。
（Ｃ）成分の平均粒径は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。（Ｄ）成分の平均粒径は、０．３μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ｃ）成分を、０．１質量％以上１０質量％以下含み、かつ、（Ｄ）成分を、４７質量％以上７５質量％以下含むことが好ましい。さらに、本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ｃ）成分および（Ｄ）成分を、合計で５０．１質量％以上７７質量％以下含むことが好ましい。より好ましい（Ｃ）成分と（Ｄ）成分との合計の範囲は、５２質量％以上７７質量％以下の範囲である。
なお、（Ｃ）成分および（Ｄ）成分のうちの少なくとも一方が、シランカップリング剤で表面処理されていてもよい。表面処理に用いられるシランカップリング剤としては、エポキシ系、メタクリル系、アミノ系、ビニル系、グリシドキシ系、およびメルカプト系など各種のシランカップリング剤が挙げられる。このうち、（Ｄ）成分の表面処理には、次式（１）に示す構造のアミノシランが用いられることが好ましい。
（Ｅ）成分の例として、ブタジエン系エラストマー、シリコーン系エラストマー、アクリルコポリマー、スチレンブタジエン系エラストマー、ブタジエン・アクリロニトリル・２，３−エポキシプロピルメタクリラート・ジビニルベンゼン共重合物、ブタジエン・アクリロニトリル・メタクリル酸・ジビニルベンゼン共重合物、アミノ基末端ブタジエン・アクリロニトリル共重合物、およびカルボキシル基末端ブタジエン・アクリロニトリル共重合物が挙げられる。（Ｅ）成分として、ここで例示した化合物が単独で用いられてもよいし、２つ以上の化合物が混合して用いられてもよい。つまり、（Ｅ）成分は、上述した化合物のうちの少なくともひとつを含むエラストマーであればよい。（Ｅ）成分は０．１質量％以上８質量％以下含まれることが好ましい。
エポキシ樹脂組成物は、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、および（Ｅ）成分に加えて、イオントラップ剤、顔料、染料、消泡剤、応力緩和剤、ｐＨ調整剤、促進剤、界面活性剤、およびカップリング剤等の添加剤を含んでもよい。
エポキシ樹脂組成物は、半導体素子等の電子デバイスをフリップチップ実装またはＢＧＡ（Ball Grid Array）／ＣＳＰ（Chip Size Package）実装する際の、半導体封止剤（アンダーフィル剤）として用いられる。このエポキシ樹脂組成物は、電子デバイスを基板やパッケージに接着する際の、接着剤として用いられてもよい。
フリップチップ実装またはＢＧＡ／ＣＳＰ実装の際、まず半導体素子と基板（またはパッケージ）とが接合される。次に、半導体素子と基板との隙間に、半導体封止剤が注入される。具体的には、半導体素子の外周に沿って半導体封止剤が塗布される。半導体封止剤は、毛細管現象により間隙内に広がる。したがって、半導体封止剤はこのプロセスが行われる温度で液状であることが好ましい。注入された半導体封止剤は、加熱（例えば８０〜１６５℃）により熱硬化させる。
図１は、本発明に係る半導体封止剤を用いて封止された、半導体装置を例示する図である。図１には、金属ピラーを用いたフリップチップ実装の例が示されている。なお図１は、半導体装置の断面を示している。
基板１の上には、電極２が形成されている。電極２以外の箇所には、絶縁膜３が形成されている。電極２の上に、ハンダバンプ４が配置される。また、半導体チップ５の上（図では下向き）には、電極７が形成されている。半導体チップ５の全体はパッシベーション９で覆われている。電極７に相当する位置には、開口が設けられている。電極７の上には、金属ピラーの一種である銅ピラー８が形成されている。
銅ピラー８は銅（Ｃｕ）または銅を主体とする合金で形成されている。ハンダバンプ４は、錫（Ｓｎ）を主体とする合金で形成されている。なお、ハンダバンプおよび金属ピラーの材料は、ここで例示したものに限定されない。ハンダバンプおよび金属ピラーは、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｏ，Ｃｄ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｓｂ，およびＺｎから選択される２種以上の金属、またはその金属を基にした合金、により形成される。このように、本実施形態に係る半導体封止剤は、導通部分が２種以上の金属、またはその金属を基にした合金、により形成される、半導体装置の導通部分の封止に用いられる。
エポキシ樹脂組成物は、例えば、（Ａ）成分〜（Ｅ）成分およびその他の添加剤等を同時にまたは別々に、必要により加熱処理を加えながら、撹拌、溶融、混合、あるいは分散させることにより製造される。これらの混合、撹拌、および分散等の方法は、特に限定されるものではない。撹拌および加熱装置を備えたライカイ機、３本ロールミル、ボールミル、プラネタリーミキサー、あるいはビーズミル等を使用することができる。また、これら装置を組み合わせて使用してもよい。ここで、（Ａ）成分と（Ｃ）成分とを混合することにより、マスターバッチを調製してもよい。得られたマスターバッチを他の成分と混合することにより、エポキシ樹脂組成物を製造することができる。
（１）エポキシ樹脂組成物の調製
表１〜１０は、実施例１〜３７および比較例１〜９で、封止剤として用いられたエポキシ樹脂組成物の組成を示す。また、これらの表は、後述する、封止剤としてのエポキシ樹脂組成物の評価結果をも示す。表１〜１０において、エポキシ樹脂組成物の組成は、等量比を除いて、質量部（質量部の合計が１００なので質量％に相当）で表されている。
表中の（Ａ）成分としては、エポキシ樹脂ａ１〜ａ５のうちの少なくとも１つが用いられた。エポキシ樹脂ａ１として、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の一種である新日鐵住金化学株式会社製のＹＤＦ８１７０が用いられた。エポキシ樹脂ａ２として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の一種であるＤＩＣ株式会社製の８５０ＣＲＰが用いられた。エポキシ樹脂ａ３として、ナフタレン型エポキシ樹脂の一種であるＤＩＣ株式会社製のＨＰ−４０３２Ｄが用いられた。エポキシ樹脂ａ４として、アミノフェノール型エポキシ樹脂の一種である三菱化学株式会社製のｊｅｒ６３０が用いられた。エポキシ樹脂ａ５として、環状脂肪族型エポキシ樹脂の一種である新日鐵住金化学株式会社製のＺＸ１６５８ＧＳが用いられた。
表中の（Ｂ）成分としては、硬化剤ｂ１〜ｂ５のうちの少なくとも１つが用いられた。硬化剤ｂ１として、アミン硬化剤である日本化薬株式会社製のカヤハードＡＡが用いられた。硬化剤ｂ２として、アミン硬化剤である株式会社アデカ製のＥＨ１０５Ｌが用いられた。硬化剤ｂ３として、アミン硬化剤であるアルベマール（Albermarle）社製のＥＴＨＡＣＵＲＥ１００が用いられた。硬化剤ｂ４として、酸無水物硬化剤である三菱化学株式会社製のＹＨ３０７が用いられた。硬化剤ｂ５として、フェノール樹脂硬化剤である明和化成株式会社製のＭＥＨ−８００５が用いられた。
表中の（Ｃ）成分としては、株式会社アドマテックス製のＹＡ０１０Ｃ（平均粒径：１０ｎｍ）、ＹＡ０５０Ｃ（平均粒径：５０ｎｍ）、およびＹＣ１００Ｃ（平均粒径：１００ｎｍ）のうちのいずれかが用いられた。上記フィラーの平均粒径は、メジアン径（Ｄ５０）である。また、この平均粒径は、電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）によって測定された値である。
表中の（Ｄ）成分としては、宇部エクシモ株式会社製のハイプレシカ ０．２μｍ（平均粒径：０．２μｍ）、株式会社アドマテックス製のＳＥ−１０５０（平均粒径：０．３μｍ）、ＳＥ−２３００（平均粒径：０．６μｍ）、ＳＥ−４０５０（平均粒径：１μｍ）、およびＳＥ−６０５０（平均粒径：２μｍ）のうちのいずれかが用いられた。上記平均粒径は、メジアン径（Ｄ５０）である。また、この平均粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布計によって測定された値である。
上記（Ｄ）成分の表面処理剤としては、表面処理剤ｆ１〜ｆ３のうちのいずれかが用いられた。表面処理剤ｆ１としては、信越化学工業株式会社製のＫＢＭ４０３（３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン）が用いられた。表面処理剤ｆ２としては、信越化学工業株式会社製のＫＢＭ５０３（３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン）が用いられた。表面処理剤ｆ３としては、信越化学工業株式会社製のＫＢＥ９１０３（３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン、式（１）の化合物）が用いられた。
表中の（Ｅ）成分としては、エラストマーｅ１〜ｅ９のうちの少なくとも１つが用いられた。エラストマーｅ１として、ブタジエン系エラストマーの一種である、株式会社カネカ製ＭＸ１３７が用いられた。エラストマーｅ２として、シリコーン系エラストマーの一種である、株式会社カネカ製ＭＸ９６５が用いられた。エラストマーｅ３として、スチレンブタジエン系エラストマーの一種である、株式会社カネカ製ＭＸ１３５が用いられた。エラストマーｅ４として、アクリルコポリマーの一種である、ＡＲＫＥＭＡ株式会社製Ｍ５２Ｎが用いられた。エラストマーｅ５として、ブタジエン・アクリロニトリル・２，３エポキシプロピルメタクリラート・ジビニルベンゼン共重合物の一種である、ＪＳＲ株式会社製ＸＥＲ−８１が用いられた。エラストマーｅ６として、ブタジエン・アクリロニトリル・メタクリル酸・ジビニルベンゼン共重合物の一種である、ＪＳＲ株式会社製ＸＥＲ−９１が用いられた。エラストマーｅ７として、アミノ基末端ブタジエン・アクリロニトリル共重合物の一種である、宇部興産株式会社製ＡＴＢＮが用いられた。エラストマーｅ８として、カルボキシル基末端ブタジエン・アクリロニトリル共重合物の一種である、宇部興産株式会社製ＣＴＢＮが用いられた。エラストマーｅ９として、シリコーン系エラストマーの一種である、信越シリコーン株式会社製ＫＭＰ−６０５が用いられた。
上記（Ａ）〜（Ｅ）成分のほか、硬化促進剤として、四国化成株式会社製の２Ｐ４ＭＺが用いられた。
（２）評価
実施例１〜３７および比較例１〜９で用いられたエポキシ樹脂組成物を試料として、以下の評価を行った。
（２−１）分散指数の評価
図２は、半導体装置の断面写真を例示する図である。この図は、図１に「ＩＩ」で示された領域（領域ＩＩ）の断面写真である。図１の領域ＩＩには、配線基板１、チップ基板５、銅ピラー８、およびハンダ４に挟まれた空間に流し込まれたのち、硬化したアンダーフィル剤１０の断面が含まれる。この領域ＩＩを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などを用いて撮影した。その撮影画像を、画像処理ソフトウェアによって、以下のようにコンピュータにより分析する。すなわち、まず、この撮影画像のうち、アンダーフィル剤１０の領域がユーザなどによって指定される。指定されたその領域の輝度分布の中央値を基準として、二値化処理が行われる。ここで、二値化された画像のうち、白い部分がフィラーを示しており、黒い部分がフィラー以外の樹脂成分を示している。次に、指定された領域は、銅ピラー８とハンダ４との境界線Ｌの延長線を境として、銅ピラー８側の領域Ｒａ、およびハンダ４側の領域Ｒｂの２つに区画される。そして、銅ピラー８側の領域Ｒａ、およびハンダ４側の領域Ｒｂの各画像に基づいて、それぞれの領域中のシリカフィラーの占有率が算出される。分散指数は次式によって算出される。
分散指数＝１００×（領域Ｒａの占有率）／（領域Ｒｂの占有率）
分散指数は、１００のとき各領域で均一にフィラーが分布していることを示す。分散指数が１００より小さいときは、フィラーが領域Ｒｂに偏っていることを示す。分散指数が小さいとフィラーが領域Ｒｂに大きく偏っていることを示す。分散指数が大きくなって１００に近づいていくと、フィラーの分布がより均一な状態に近づいていることを示す。ここでは、分散指数が５０以下のとき、その試料のフィラー分布の均一性を不良と判断した。なお、画像処理には、アメリカ国立衛生研究所（ＮＩＨ：National Institutes of Health）のＩｍａｇｅＪが用いられた。
（２−２）粘度の評価
ブルックフィールド回転粘度計を用いて、５０ｒｐｍで、２５℃における、上記エポキシ樹脂組成物の粘度を測定した。
（２−３）ＴＩ（チクソトロピックインデックス）値
５ｒｐｍおよび５０ｒｐｍで、上記エポキシ樹脂組成物の粘度を測定した。測定された５ｒｐｍにおける粘度の値を５０ｒｐｍにおける粘度の値で除した値をＴＩ値とした。
（２−４）注入性の評価
１１０℃において、２０μｍのギャップ（間隙）に評価用試料を注入した。注入された評価用試料が入口から２０ｍｍの位置に到達するまでの時間を測定した。到達までの時間が短いほど注入性が良いことを示している。なお、表中の注入性の欄にある「−」の記載は、評価用試料が２０ｍｍの位置まで到達しなかったこと（すなわち不良であること）を意味する。
（２−５）接着強度の評価
ＦＲ−４上に評価用試料を約０．５ｍｇポッティングした。この上に２ｍｍ角シリコンチップを載せ、室温で５分間放置した。その後、送風乾燥機を用いて、１５０℃で１２０分の条件で、評価用試料を硬化させた。このようにして得られた試験片について、接着強度を卓上型強度測定機（アイコーエンジニアリング株式会社製１６０５ＨＴＰ）を用いて測定した。なお、１０回の測定により得られた測定値の平均値を検査値とした。
（３）評価結果
（３−１）エラストマー量について
表１は、実施例１〜５、並びに比較例１および２のエポキシ樹脂組成物の組成、並びに評価の結果を示す。以下、表において、エポキシ樹脂組成物の組成は質量部（質量％）で表されている。表１は、（Ｅ）成分の含有量が変化している例を示している。（Ｃ）成分および（Ｅ）成分のうちのいずれをも含まない比較例１では、分散指数が３８であった。一方、（Ｃ）成分および（Ｅ）成分を含む実施例１〜５では、分散指数が５０以上となった。（Ｅ）成分の含有量が増えると、分散指数が１００に近づいていった。すなわち、（Ｅ）成分の含有量が増えると、フィラー分布の均一性が改善された。ただし、（Ｅ）成分の含有量が８．３質量％（比較例２）になると注入性試験で不良が発生した。
（３−２）エラストマーの種類について
表２は、実施例３および６〜１３のエポキシ樹脂組成物の組成、並びに評価の結果を示す。表２は、（Ｅ）成分の種類が変化している例を示している。（Ｅ）成分としてエラストマーｅ１〜ｅ９のいずれを用いても、フィラー分布の均一性が改善されている。
（３−３）小径シリカフィラーの量について
表３は、実施例３および１４〜１６、並びに比較例３および４のエポキシ樹脂組成物の組成、並びに評価の結果を示す。表３は、（Ｃ）成分の含有量が変化している例を示している。（Ｃ）成分の含有量が０．０５質量％（比較例３）だと、分散指数が４４であり、フィラー分布の均一性が不良であった。（Ｃ）成分の含有量が増えると、分散指数が１００に近づいていき、フィラー分布の均一性が改善された。したがって、（Ｃ）成分の含有量は０．１質量％以上であることが好ましい。ただし、（Ｃ）成分の含有量が１１質量％になると、粘度が１３２Ｐａ・ｓとなった。よって、封止剤としての適度な粘度の観点から（Ｃ）成分の含有量は１０質量％以下であることが好ましい。
（３−４）小径シリカフィラーの平均粒径について
表４は、実施例３，１７，１８および比較例５のエポキシ樹脂組成物の組成、並びに評価の結果を示す。表４は、（Ｃ）成分の平均粒径が変化している例を示している。なお比較例５においては、（Ｃ）成分の代わりに平均粒径０．２μｍ（すなわち２００ｎｍ）の（Ｄ）成分を用いている。（Ｃ）成分が含まれない場合（比較例５）、分散指数で不良が発生する。（Ｃ）成分が含まれると、分散指数が改善する。このとき、（Ｃ）成分の平均粒径が小さくなるほど、分散指数がより改善する。すなわち、（Ｃ）成分の平均粒径が１０〜１００ｎｍの範囲で、分散指数が改善した。
（３−５）大径シリカフィラーの平均粒径について
表５は、実施例３，１９，２０および比較例６のエポキシ樹脂組成物の組成、並びに評価の結果を示す。表５は、（Ｄ）成分の平均粒径が変化している例を示している。（Ｄ）成分の平均粒径が０．２〜２μｍの範囲では、分散指数試験で不良は観測されなかった。（Ｄ）成分の平均粒径が小さくなるにつれ分散指数は改善する。逆に、粘度は悪化する。（Ｄ）成分の平均粒径が０．２μｍ（比較例６）のとき、１９５Ｐａ・ｓの高い粘度を示した。したがって封止剤としての適度な粘度の観点から、（Ｄ）成分の平均粒径は０．３μｍ以上であることが好ましい。
（３−６）大径シリカフィラーの量について
表６は、実施例３、２１〜２４および比較例７〜９のエポキシ樹脂組成物の組成、並びに評価の結果を示す。表６は、（Ｄ）成分の含有量が変化している例を示している。（Ｄ）成分の含有量が５２〜７５質量％の範囲では分散指数が改善した。しかし、（Ｄ）成分の含有量が多くなると注入性が悪化した。特に、（Ｄ）成分の含有量が７６質量％（比較例９）になると、注入性試験で不良が観測された。したがって、封止剤としての適度な注入性の観点から、（Ｄ）成分の含有量は７５％以下であることが好ましい。 なお、（Ｃ）成分の含有量と、（Ｄ）成分の含有量と、の合計が５０．１質量％よりも少ない場合（比較例７および８）、エポキシ樹脂組成物の分散指数の値が５０よりも小さくなることが確認された。
（３−７）大径シリカフィラーの表面処理について
表７は、実施例３および２５〜２７のエポキシ樹脂組成物の組成、並びに評価の結果を示す。表７は、（Ｄ）成分の表面処理が変化している例を示している。（Ｄ）成分が、エポキシ基、メタクリル基、およびアミノ基のうちのいずれかを有するシランカップリング剤を用いて表面処理されても、また、表面処理されていなくても、分散指数試験で不良は発生しなかった。
（３−８）硬化剤の当量比について
表８は、実施例３、２８および２９のエポキシ樹脂組成物の組成、並びに評価の結果を示す。表８は、（Ａ）成分に対する（Ｂ）成分の当量比が変化している例を示している。（Ａ）成分のエポキシ基１当量に対する（Ｂ）成分の当量比が０．５当量以上１．８当量以下の範囲で、分散指数試験に不良は発生しなかった。
（３−９）エポキシ樹脂の種類について
表９は、実施例３および３０〜３３のエポキシ樹脂組成物の組成、並びに評価の結果を示す。表９は、（Ａ）成分の種類、および、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との含有比が変化している例を示している。（Ａ）成分がエポキシ樹脂ａ１〜ａ５のうちのいずれであっても、分散指数試験で不良は観測されなかった。
（３−１０）硬化剤の種類について
表１０は、実施例３、および実施例３４〜３７のエポキシ樹脂組成物の組成、並びに評価の結果を示す。表１０は、（Ｂ）成分の種類、および、（Ａ）成分と（Ｂ）成分との含有比が変化している例を示している。（Ｂ）成分が硬化剤ｂ１〜ｂ５のうちのいずれであっても、分散指数試験で不良は発生しなかった。
さらに、本発明に係るエポキシ樹脂組成物は、以下の第１ないし８のエポキシ樹脂組成物であってもよい。
上記第１のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）硬化剤と、（Ｃ）０．１〜１０質量％の、平均粒径１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のシリカフィラーと、（Ｄ）４７〜７５質量％の、平均粒径０．３μｍ以上２μｍ以下のシリカフィラーと、（Ｅ）０．１〜８質量％のエラストマーとを有し、前記（Ｃ）成分および前記（Ｄ）成分を、合計で４７．１〜７７質量％含むことを特徴するエポキシ樹脂組成物である。
上記第２のエポキシ樹脂組成物は、上記（Ｃ）成分および上記（Ｄ）成分の少なくとも一方がシランカップリング剤で表面処理されていることを特徴とする上記第１のエポキシ樹脂組成物である。
上記第３のエポキシ樹脂組成物は、上記（Ｄ）成分が、次式（１）に示す構造のアミノシランで表面処理されていることを特徴とする上記第１または２のエポキシ樹脂組成物である。
上記第４のエポキシ樹脂組成物は、上記（Ａ）成分のエポキシ基１当量に対し、上記（Ｂ）成分が、０．５〜１．８当量含まれることを特徴とする上記第１ないし３のいずれかのエポキシ樹脂組成物である。
上記第５のエポキシ樹脂組成物は、前記（Ｂ）成分が、酸無水物硬化剤、フェノール樹脂硬化剤、またはアミン硬化剤であることを特徴とする上記第１ないし４のいずれかのエポキシ樹脂組成物である。
上記第６のエポキシ樹脂組成物は、前記（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、ナフタレン型エポキシ樹脂、アミノフェノール型エポキシ樹脂の少なくとも一つを含むことを特徴とする上記第１ないし５のいずれかのエポキシ樹脂組成物である。
上記第７のエポキシ樹脂組成物は、上記（Ｅ）成分が、ブタジエン系エラストマー、シリコーン系エラストマー、アクリルコポリマー、スチレンブタジエン系エラストマー、ブタジエン・アクリロニトリル・２，３−エポキシプロピル＝メタクリラート・ジビニルベンゼン共重合物、ブタジエン・アクリロニトリル・メタクリル酸・ジビニルベンゼン共重合物、アミノ基末端ブタジエン・アクリロニトリル共重合体、カルボキシル基末端ブタジエン・アクリロニトリル共重合体、の少なくとも一つを含むことを特徴とする上記第１ないし６のいずれかのエポキシ樹脂組成物である。
上記第８のエポキシ樹脂組成物は、上記（Ａ）エポキシ樹脂の少なくとも一部に上記（Ｃ）平均粒径１０〜１００ｎｍのシリカフィラーを混合してマスターバッチを生成し、当該マスターバッチに他の成分を混合して製造されることを特徴とする上記第１ないし７のいずれかのエポキシ樹脂組成物である。
さらに、本発明に係る半導体封止剤は、以下の第１ないし４の半導体封止剤であってもよい。
上記第１の半導体封止剤は、上記第１ないし８のいずれかのエポキシ樹脂組成物を用いた半導体封止剤である。
上記第２の半導体封止剤は、封止する前記半導体装置の導通部分が、２種以上の金属または合金であることを特徴とする上記第１の半導体封止剤である。
上記第３の半導体封止剤は、封止する前記半導体装置の導通部分が、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｏ，Ｃｄ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｓｂ，Ｚｎから選択される２種以上の金属または当該金属を基にする合金により形成されることを特徴とする上記第２の半導体封止剤である。
上記第４の半導体封止剤は、封止する前記半導体装置の導通部分が、２種の金属または合金であり、前記導通部分を封止した前記エポキシ樹脂組成物の断面を、前記２種の金属または合金の境界に沿って２つの領域に区画し、当該各領域における前記（Ｃ）成分および前記（Ｄ）成分の面積の比に応じて算出されるフィラー分散指数が５０以上１５０以下であることを特徴とする上記第１の半導体封止剤である。
さらに、本発明に係る半導体装置は、上記第１ないし４のいずれかの半導体封止剤を用いた半導体装置である。
１…配線基板、１０…アンダーフィル剤、２…電極端子、３…絶縁膜、４…ハンダ、５…チップ基板、７…電極端子、８…銅ピラー、９…パッシベーション、Ｌ…境界線。

Claims (13)

  1. （Ａ）エポキシ樹脂と、
    （Ｂ）硬化剤と、
    （Ｃ）０．１〜１０質量％の、平均粒径１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のシリカフィラーと、
    （Ｄ）４７〜７５質量％の、平均粒径０．３μｍ以上２μｍ以下のシリカフィラーと、
    （Ｅ）０．１〜８質量％のエラストマーと
    を含み、
    前記（Ｃ）成分および前記（Ｄ）成分を、合計で５０．１〜７７質量％含む
    ことを特徴するエポキシ樹脂組成物。
  2. 前記（Ｃ）成分および前記（Ｄ）成分のうちの少なくとも一方が、シランカップリング剤で表面処理されている
    ことを特徴とする請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
  3. 前記（Ｄ）成分が、次式（１）に示す構造式で表されるアミノシランにより、表面処理されている
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のエポキシ樹脂組成物。
  4. 前記（Ａ）成分のエポキシ基１当量に対し、前記（Ｂ）成分が、０．５〜１．８当量含まれる
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のエポキシ樹脂組成物。
  5. 前記（Ｂ）成分が、酸無水物硬化剤、フェノール樹脂硬化剤、またはアミン硬化剤である
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のエポキシ樹脂組成物。
  6. 前記（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、ナフタレン型エポキシ樹脂、アミノフェノール型エポキシ樹脂のうちの少なくとも一つを含む
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のエポキシ樹脂組成物。
  7. 前記（Ｅ）成分が、ブタジエン系エラストマー、シリコーン系エラストマー、アクリルコポリマー、スチレンブタジエン系エラストマー、ブタジエン・アクリロニトリル・２，３−エポキシプロピルメタクリラート・ジビニルベンゼン共重合物、ブタジエン・アクリロニトリル・メタクリル酸・ジビニルベンゼン共重合物、アミノ基末端ブタジエン・アクリロニトリル共重合物、およびカルボキシル基末端ブタジエン・アクリロニトリル共重合物、のうちの少なくとも一つを含む
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のエポキシ樹脂組成物。
  8. 前記（Ａ）成分の少なくとも一部に前記（Ｃ）成分を混合することにより、マスターバッチを生成し、当該マスターバッチに他の成分を混合して製造される
    ことを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物。
  9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物を用いた半導体封止剤。
  10. ２種以上の金属または合金により形成された、半導体装置の導通部分を封止する
    ことを特徴とする請求項９に記載の半導体封止剤。
  11. 前記２種以上の金属または合金が、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｏ，Ｃｄ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｓｂ，およびＺｎのうちから選択される、２種以上の金属または当該金属を基にする合金である
    ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体封止剤。
  12. 封止する前記半導体装置の導通部分が、２種の金属または合金であり、
    前記導通部分を封止した前記エポキシ樹脂組成物の断面を、前記２種の金属または合金の間の境界に基づいて２つの領域に区画し、当該各領域における前記（Ｃ）成分および前記（Ｄ）成分の占有率を用いて、次式により算出されるフィラー分散指数が５０以上１５０以下である
    ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体封止剤。
    フィラー分散指数＝１００×（領域Ｒａの占有率）／（領域Ｒｂの占有率）
  13. 請求項９ないし１２のいずれか一項に記載の半導体封止剤を用いた半導体装置。
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