JPWO2017110052A1 - ペースト状熱硬化性樹脂組成物、半導体部品、半導体実装品、半導体部品の製造方法、半導体実装品の製造方法 - Google Patents

ペースト状熱硬化性樹脂組成物、半導体部品、半導体実装品、半導体部品の製造方法、半導体実装品の製造方法 Download PDF

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Abstract

半田付けの際に半田粉の溶融及び凝集を阻害しないペースト状熱硬化性樹脂組成物を提供する。本発明のペースト状熱硬化性樹脂組成物は、半田粉と、熱硬化性樹脂バインダーと、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有し、半田粉の融点が100℃以上240℃以下であり、熱硬化性樹脂バインダーが、2官能以上のオキセタン化合物及び/又は2個以上のベンゾオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含む。

Description

本発明は、半田粉を含有するペースト状熱硬化性樹脂組成物、半導体部品、半導体実装品、半導体部品の製造方法、及び半導体実装品の製造方法に関する。
従来、電子部品の実装方法として、バンプ付きの電子部品を基板にはんだ接合することにより実装する方法が使用されている。電子部品のバンプを基板の電極にはんだ接合するだけでは接合性が低下するので、樹脂補強材によって電子部品を部分的に基板に固着して補強することが行われている(例えば、特許文献1を参照)。
はんだ粒子を含有する熱硬化性樹脂組成物を用いて、半導体部品と回路基板とを接合する方法が知られている(例えば、特許文献2を参照)。この方法では、はんだ粒子が溶融一体化したはんだ部の周囲を樹脂硬化部が被覆するので、半導体部品の実装構造の耐落下衝撃性が向上している。
パッケージ部品と実装基板とを接合するはんだボールの周囲を囲むように熱硬化性樹脂組成物を硬化させることにより、パッケージ部品と実装基板との接合強度を向上させる方法も知られている(例えば、特許文献3を参照)。
国際公開第2012/042809号 特開2011−176050号公報 特開2012−84845号公報
本発明に係るペースト状熱硬化性樹脂組成物は、半田粉と、熱硬化性樹脂バインダーと、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する。半田粉の融点が100℃以上240℃以下であり、熱硬化性樹脂バインダーが、主剤及び硬化剤を含み、主剤が、2官能以上のオキセタン化合物を含む。あるいは、硬化剤が、2個以上のベンゾオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含む。
本発明によれば、半田粉の融点の高低にかかわりなく、半田付けの際に半田粉が溶融して凝集することを阻害しないようにすることができる。
本発明に係る半導体部品は、半導体パッケージと、第1面に第1パッドが形成された第1基板と、半導体パッケージと第1パッドとを電気的に接続する第1半田接合部と、第1半田接合部に接触して形成され、第1半田接合部を補強する第1樹脂補強部とを備える。第1樹脂補強部が、少なくとも2官能以上のオキセタン化合物と2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物のうちの一つを含む第1熱硬化性樹脂バインダーの硬化物で形成されている。
本発明に係る半導体実装品は、半導体パッケージと、第1面に第1パッド、第1面の反対側の第2面にランドが形成された第1基板と、半導体パッケージと第1パッドとを電気的に接続する第1半田接合部と、第1半田接合部に接触して形成され、第1半田接合部を補強する第1樹脂補強部とを備える。また、一面に第2パッドが形成された第2基板と、ランドと第2パッドとを電気的に接続する第2半田接合部と、第2半田接合部に接触して形成され、第2半田接合部を補強する第2樹脂補強部とを備える。第1樹脂補強部が、少なくとも2官能以上のオキセタン化合物と2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物のうちの一つを含む第1熱硬化性樹脂バインダーの硬化物で形成されている。第2樹脂補強部が、少なくとも2官能以上のオキセタン化合物と2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物のうちの一つを含む第2熱硬化性樹脂バインダーの硬化物で形成されている。
本発明に係る半導体部品の製造方法は、以下の工程A1〜D1を含む。工程A1:第2面に第1半田バンプが形成された半導体パッケージと、第2面の反対側の第1面に第1パッドが形成された第1基板とを準備する工程、工程B1:融点が100℃以上240℃以下である半田粉と、少なくとも2官能以上のオキセタン化合物と2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物のうちの一つと、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物を、第1パッドに印刷する工程、工程C1:第1半田バンプを第1パッドに配置する工程、工程D1:ピーク温度が220℃以上260℃以下となるように、半導体パッケージ及び第1基板を4分以上加熱してリフロー半田付けを行う工程。
本発明に係る半導体実装品の製造方法は、以下の工程A2〜H2を含む。工程A2:一面に第1半田バンプが形成された半導体パッケージと、第1面に第1パッド、第1面の反対側の第2面にランドが形成された第1基板と、一面に第2パッドが形成された第2基板とを準備する工程、工程B2:融点が100℃以上240℃以下である半田粉と、少なくとも2官能以上のオキセタン化合物と2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物のうちの一つと、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物を、第1パッドに印刷する工程、工程C2:第1半田バンプを第1パッドに配置する工程、工程D2:ピーク温度が220℃以上260℃以下となるように、半導体パッケージ及び第1基板を4分以上加熱してリフロー半田付けを行う工程、工程E2:ランドに第2半田バンプを形成する工程、工程F2:融点が100℃以上240℃以下である半田粉と、少なくとも2官能以上のオキセタン化合物と2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物のうちの一つと、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物を、第2パッドに印刷する工程、工程G2:第2半田バンプを第2パッドに配置する工程、工程H2:ピーク温度が220℃以上260℃以下となるように、半導体パッケージ、第1基板及び第2基板を4分以上加熱してリフロー半田付けを行う工程。
本発明によれば、半田粉の凝集状態が良好である。
図1は、本発明の実施の形態2に係る半導体部品を示すと共に、本発明の実施の形態2に係る半導体実装品の製造方法における工程E2を示す概略断面図である。 図2Aは、図1に示す半導体部品の一部を示す概略断面図である。 図2Bは、図1に示す半導体部品の他の一部を示す概略断面図である。 図3は、図1に示す半導体部品の製造方法における工程A1、及び半導体実装品の製造方法における工程A2を示す概略断面図である。 図4は、図1に示す半導体部品の製造方法における工程B1、及び半導体実装品の製造方法における工程B2を示す概略断面図である。 図5は、図1に示す半導体部品の製造方法における工程C1及び工程D1、並びに半導体実装品の製造方法における工程C2及びD2を示す概略断面図である。 図6Aは、図5の一部を拡大した概略断面図である。 図6Bは、図1に示す半導体部品の一部を示す概略断面図である。 図6Cは、図1に示す半導体部品の他の一部を示す概略断面図である。 図7は、本発明の実施の形態2に係る半導体実装品を示す概略断面図である。 図8は、図7に示す半導体実装品の製造方法における工程F2を示す概略断面図である。 図9は、図7に示す半導体実装品の製造方法における工程G2及び工程H2を示す概略断面図である。 図10は、本発明の実施の形態3に係る半導体部品を示すと共に、本発明の実施の形態3に係る半導体実装品の製造方法における工程E2を示す概略断面図である。 図11Aは、図10に示す半導体部品の一部を示す概略断面図である。 図11Bは、図10に示す半導体部品の他の一部を示す概略断面図である。 図12は、図10に示す半導体部品の製造方法における工程A3、及び半導体実装品の製造方法における工程A4を示す概略断面図である。 図13は、図10に示す半導体部品の製造方法における工程B3、及び半導体実装品の製造方法における工程B4を示す概略断面図である。 図14は、図10に示す半導体部品の製造方法における工程C3及び工程D3、並びに半導体実装品の製造方法における工程C4及びD4を示す概略断面図である。 図15Aは、図14の一部を拡大した概略断面図である。 図15Bは、図10に示す半導体部品の一部を示す概略断面図である。 図15Cは、図10に示す半導体部品の他の一部を示す概略断面図である。 図16は、本発明の実施の形態3に係る半導体実装品を示す概略断面図である。 図17は、図16に示す半導体実装品の製造方法における工程F4を示す概略断面図である。 図18は、図16に示す半導体実装品の製造方法における工程G4及び工程H4を示す概略断面図である。
本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来の装置における問題点を簡単に説明する。
特許文献2のように半田粉を含有するペースト状熱硬化性樹脂組成物については、次のような問題点がある。半田付けの際に半田粉は溶融し、半田同士が凝集して一体化(メタライズ)する。Sn−Ag−Cu系のように比較的融点の高い半田粉を用いる場合に、一般的なエポキシ樹脂を熱硬化性樹脂バインダーとして用いると、この熱硬化性樹脂バインダーが上記の半田同士の凝集を阻害するようになる。このように半田粉の自己凝集が阻害されてしまうと、電気的な導通不良が発生する。
上記の原因の1つとして、溶融した半田同士が凝集する速度に比べて、熱硬化性樹脂バインダーの硬化速度が速すぎることが挙げられる。この場合、半田粉が溶融して自己凝集するよりも速く、熱硬化性樹脂バインダーの硬化反応が終了し得るため、熱硬化性樹脂バインダーの硬化物が半田粉同士の間に絶縁物として形成されてしまうと考えられる。
半田粉の自己凝集が阻害される別の原因として、半田粉の融点に比べて、熱硬化性樹脂バインダーの硬化開始温度が低すぎることが挙げられる。この場合、半田付けの際の加熱により、先に熱硬化性樹脂バインダーの硬化開始温度に達し、その後、半田粉の融点に達することが起こり得る。そのため、半田粉が溶融する前に、熱硬化性樹脂バインダーが先に硬化し始めて、半田粉同士の間に電気的な絶縁物が形成されてしまうと考えられる。
これまでの技術では、熱硬化性樹脂バインダーの硬化速度を遅くしたり、熱硬化性樹脂バインダーの硬化開始温度を高めたりすることが困難である。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、半田粉の融点の高低にかかわりなく、半田付けの際に半田粉が溶融して凝集することを阻害しないようにすることができるペースト状熱硬化性樹脂組成物を提供することを目的とする。
以下、本発明の実施の形態を説明する。
(実施の形態1)
[ペースト状熱硬化性樹脂組成物]
本実施の形態のペースト状熱硬化性樹脂組成物は、半田粉と、熱硬化性樹脂バインダーと、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する。以下ではペースト状熱硬化性樹脂組成物を構成するこれらの成分について説明する。
(半田粉)
半田粉の具体例として、Sn−Ag−Cu系(SAC系)、Sn−Bi系、Sn−Pb系、Pb−Sn−Sb系、Sn−Sb系、Sn−Pb−Bi系、Sn−Cu系、Sn−Pb−Cu系、Sn−In系、Sn−Ag系、Sn−Pb−Ag系、及びPb−Ag系の半田粉が挙げられる。鉛は人体及び環境に有害であるので鉛フリーはんだが好ましい。鉛フリーはんだの具体例として、Sn−Ag−Cu系、Sn−Bi系、Sn−Zn−Bi系、Sn−Sb系、Sn−Cu系、Sn−In系、Sn−Ag−In−Bi系、Sn−Ag系、Sn−Zn−Al系の半田粉が挙げられる。半田粉を構成する各金属の含有率は特に限定されない。
半田粉の融点は100℃以上240℃以下であることが好ましく、130℃以上240℃以下であることがより好ましい。半田粉の融点が100℃未満である場合、半田自身が弱くなり、溶融一体化しても十分な強度が得られないおそれがある。半田粉の融点が240℃を超える場合、240℃を超える温度で硬化反応を開始する熱硬化性樹脂バインダーは今のところ見つかっていないので、現状の熱硬化性樹脂バインダーを使用すると、半田付けの際に半田粉の自己凝集が阻害される可能性が高い。
上述のように半田粉は、Sn−Ag−Cu系半田の粉末であってよい。Sn−Ag−Cu系半田の融点は218〜219℃である。このようにSn−Ag−Cu系半田は融点が高く、ぬれ性があまり良くないという欠点があるが、信頼性が高いという利点がある。上記のような欠点を有するSn−Ag−Cu系半田の粉末であっても、本実施の形態のペースト状熱硬化性樹脂組成物において半田粉として用いるようにすれば、上記の欠点を克服しつつ、信頼性が高いという利点をそのまま得ることができる。
上述のように、半田粉は、Sn−Bi系半田の粉末であってもよい。Sn−Bi系半田の融点は138〜139℃である。このようにSn−Bi系半田は融点が低く、ぬれ性が良好であるという利点があり、本実施の形態のペースト状熱硬化性樹脂組成物において半田粉として用いるようにすれば、上記の利点をそのまま得ることができる。
半田粉の平均粒径は3μm以上30μm以下であることが好ましく、10μm以上25μm以下であることがより好ましい。ここで、平均粒径は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値50%での粒径を意味する。半田粉の平均粒径が3μm以上であることによって、ペースト状熱硬化性樹脂組成物の粘度及びチクソ性が高くなり過ぎることを抑制することができる。半田粉の平均粒径が30μm以下であることによって、ファインピッチの印刷を容易に行うことができる。半田粉の粒度分布は、ペースト状熱硬化性樹脂組成物の用途に応じて適宜定められる。例えば、印刷用途では、印刷性を重視して、比較的広い粒度分布の半田粉を用い、ディスペンス用途では、ノズル径に応じた比較的狭い粒度分布の半田粉を用いることが好ましい。
ペースト状熱硬化性樹脂組成物の全質量に対して、半田粉の含有量は20質量%以上90質量%以下であることが好ましく、40質量%以上85質量%以下であることがより好ましい。半田粉の含有量が20質量%以上であることによって、半田粉の溶融時における自己凝集が阻害されにくくなったり、凝固した後における導電性の低下を抑制したりすることができる。半田粉の含有量が90質量%以下であることによって、熱硬化性樹脂組成物をペースト状にすることができる。
(熱硬化性樹脂バインダー)
熱硬化性樹脂バインダーは、半田粉を粘性のあるペーストにするために練り込む場合の半田粉間のつなぎとなるものである。このような熱硬化性樹脂バインダーは、主剤及び硬化剤を含む。以下では主剤及び硬化剤について説明する。
<主剤>
主剤は、2官能以上のオキセタン化合物を含む。2官能以上のオキセタン化合物は、オキセタン環を2つ以上持っている化合物である。オキセタン環は、酸素を1つ含む飽和の4員環である。以下では、特に断らない限り、単にオキセタン化合物といえば、2官能以上のオキセタン化合物を意味する。オキセタン化合物の4員環が開環して架橋することにより硬化反応が進行する。4員環は3員環に比べて開環する速度が遅いため、3員環を有する主剤に比べて4員環を有する主剤の方が硬化反応の速度を遅くすることができる。具体的には、3員環を有する化合物の代表例としてエポキシ化合物が挙げられる。このエポキシ化合物を主剤として使用する場合に比べて、オキセタン化合物を主剤として使用する方が、熱硬化性樹脂バインダーの硬化速度を遅くすることができる。このように硬化速度が遅くなると、半田粉の溶融時における自己凝集を熱硬化性樹脂バインダーが阻害しないようにすることができ、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。また、固形である半田粉がペースト状熱硬化性樹脂組成物の全質量に占める割合が比較的多くなることがある。このため、ペースト状の形態を保持する観点から、オキセタン化合物は常温(例えば20℃以上40℃以下)で液状であることが好ましい。なお、オキセタン環を1つのみ持つ1官能のオキセタン化合物が主剤に含まれていてもよい。
オキセタン化合物は、下記式(O1)〜(O3)からなる群より選ばれた1種以上の化合物であることが好ましい。
Figure 2017110052
式(O1)のオキセタン化合物は、4,4’−ビス[(3−エチル−3−オキセタニル)メトキシメチル]ビフェニルである。式(O1)のオキセタン化合物は、2つのベンゼンが単結合でつながった構造(ビフェニル骨格)を持っており、このビフェニル骨格は、ビスフェノールの基本骨格と類似している。そのため、式(O1)のオキセタン化合物は、ビスフェノールF型などのエポキシ化合物との相溶性が良好である。
式(O2)のオキセタン化合物は、ビス[(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル]ベンゼン−1,3−ジカルボキシレートである。
式(O3)のオキセタン化合物は、キシリレンビスオキセタンである。
主剤の全質量に対して、オキセタン化合物は50質量%以上であることが好ましく、100質量%でもよい。オキセタン化合物が50質量%以上を占めていれば、主剤にオキセタン化合物以外の成分が含まれていても、オキセタン化合物以外の成分の影響を受けにくくなり、熱硬化性樹脂バインダーの硬化速度を遅くすることができる。
主剤が、さらに2官能以上のエポキシ化合物を含むことが好ましい。2官能以上のエポキシ化合物は、エポキシ基を2つ以上持つ化合物である。エポキシ基は、3員環のエーテルであるオキサシクロプロパン(オキシラン)である。以下では、特に断らない限り、単にエポキシ化合物といえば、2官能以上のエポキシ化合物を意味する。上述のように、硬化反応の過程において、オキセタン化合物の4員環の開環速度は遅く、エポキシ化合物の3員環の開環速度は速い。そのため、オキセタン化合物とエポキシ化合物の量を調整して両者を併用すれば、熱硬化性樹脂バインダーの硬化速度を遅めにしたり速めにしたりして調整することができる。さらにエポキシ化合物が含まれていると、最終的に熱硬化性樹脂バインダーの未硬化部分の発生を抑制し、硬化物の強度を高めることもできる。オキセタン化合物とエポキシ化合物を併用する場合、相溶性を高めるため、両者の構造は類似していることが好ましい。例えば、上述のようにビフェニル骨格を持つオキセタン化合物は、ビスフェノールF型などのエポキシ化合物との相溶性が良好である。
<硬化剤>
硬化剤は、2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含む。オキサジン環は、下記式(B0)の矢印の左側に示すように、1つの酸素原子と1つの窒素原子を含む6員環の複素環である。以下では、特に断らない限り、単にベンゾオキサジン化合物といえば、2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を意味する。下記式(B0)に示すように、ベンゾオキサジン化合物は加熱されて200℃前後になると、オキサジン環の−O−CH−間の結合が切断されて開環し、フェノール性水酸基及び第三級アミンが生成する。このようにして生成された第三級アミンが硬化促進剤として働くので、他の硬化促進剤の添加は不要である。フェノール性水酸基は主剤と反応して硬化反応が進行し、硬化物の架橋密度を上げることができる。このように硬化剤がベンゾオキサジン化合物を含む場合、200℃前後にならないとオキサジン環が開環しないので、硬化反応の開始温度を高めることができる。従来は半田粉の融点に比べて熱硬化性樹脂バインダーの硬化開始温度が著しく低かったため、先に熱硬化性樹脂バインダーが硬化反応を開始し、半田粉の溶融時における自己凝集を阻害していた。しかし、硬化開始温度が200℃前後であれば、半田粉の融点が240℃であっても、半田粉の溶融時における自己凝集を熱硬化性樹脂バインダーが阻害しないようにすることができ、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。つまり、半田粉の融点に到達した時点では、半田の自己凝集を阻害するほど熱硬化性樹脂バインダーの硬化反応は進行していない。しかも、硬化剤がベンゾオキサジン化合物を含む場合、主剤と硬化剤とを常温で混合しただけでは硬化反応は進行しにくくなるので、ポットライフを長くすることができる。なお、一般的な硬化剤としてジシアンジアミドが知られているが、ジシアンジアミド単独では硬化反応が進行しないので、硬化促進剤の添加が必要となる。しかし、ジシアンジアミドに硬化促進剤を添加すると硬化反応が急速に進行するため、ベンゾオキサジン化合物と同様の効果を得ることは困難である。
Figure 2017110052
ベンゾオキサジン化合物は、下記式(B1)〜(B3)からなる群より選ばれた1種以上の化合物であることが好ましい。
Figure 2017110052
式(B1)のベンゾオキサジン化合物は、P−d型のベンゾオキサジン化合物である。式(B1)のベンゾオキサジン化合物は、オキサジン環が開環しても、アニリンを発生させないので、硬化物の耐湿性の低下を抑制することができる。
式(B2)のベンゾオキサジン化合物は、ビスフェノールF型のベンゾオキサジン化合物である。式(B3)のベンゾオキサジン化合物は、ビスフェノールS型のベンゾオキサジン化合物である。式(B2)と式(B3)のベンゾオキサジン化合物は、化学構造的に式(O1)のオキセタン化合物及びビスフェノールF型などのエポキシ化合物と類似しているため、これらの化合物との相溶性が良好である。
主剤100質量部に対して、ベンゾオキサジン化合物が10質量部以上40質量部以下であることが好ましい。ベンゾオキサジン化合物が10質量部以上であることによって、最終的に熱硬化性樹脂バインダーの未硬化部分の発生を抑制し、熱硬化性樹脂バインダーの硬化物の強度を高めることができる。ベンゾオキサジン化合物が40質量部以下であることによって、熱硬化性樹脂バインダーが急速に硬化することを抑制することができ、半田粉の溶融時における自己凝集を阻害しないようにすることができる。
(活性剤)
活性剤は、フラックスとも呼ばれる。活性剤は、特に半田粉の溶融時において、半田粉の個々の粒子の表面を覆っている酸化膜を除去し、酸化を抑制し、かつ、表面張力を下げてぬれ性を促進させるための溶剤である。このような働きを有するものであれば、活性剤は特に限定されない。活性剤は、好ましくは、グルタル酸及びトリエタノールアミンからなる群より選ばれた1種以上の化合物を含む。活性剤は、より好ましくは、相乗効果の観点から、グルタル酸及びトリエタノールアミンの両方を含む。これらの活性剤は、半田粉の融点が240℃でも分解せずに安定しており、このような高温でも上記の働きを維持することができる。しかもこれらの活性剤は、半田付け後に変性物(フラックス残渣)として残存しにくく、ペースト状熱硬化性樹脂組成物の粘度を低くするのにも有効である。
(チクソ性付与剤)
チクソ性付与剤は、ペースト状熱硬化性樹脂組成物にチクソ性を付与する添加剤である。チクソ性は、ペースト状熱硬化性樹脂組成物の印刷時に重要となる性質の1つである。チクソ性がペースト状熱硬化性樹脂組成物に付与されていると、例えば、スクリーン印刷による印刷後において、印刷面からスクリーン版を離す際に、糸引きが発生することを抑制することができる。チクソ性付与剤は特に限定されない。好ましくは、チクソ性付与剤は、アミド系ワックスを含む。アミド系ワックスの具体例として、N−ヒドロキシエチル−12−ヒドロキシステアリルアミドが挙げられる。
[ペースト状熱硬化性樹脂組成物の製造方法]
本実施の形態のペースト状熱硬化性樹脂組成物は、次のようにして製造することができる。
まず、チクソ性付与剤と、主剤となるオキセタン化合物と、必要に応じてその他の主剤(例えばエポキシ化合物)とを配合し、加温してチクソ性付与剤を溶解させることにより、第1混合物を得る。
次に、第1混合物に、活性剤と硬化剤(例えばベンゾオキサジン化合物)とを配合し、これをプラネタリーミキサー等の混練機で混練することにより、第2混合物を得る。なお、活性剤及び硬化剤については、固形の場合、均一に分散させる観点から、例えば、規格番号JIS Z 8801、目開き125μm、線径90μm、平織の篩を通過したものを用いることが好ましい。
最後に、第2混合物に半田粉を配合し、これを引き続き上記の混練機で混練することにより、ペースト状熱硬化性樹脂組成物を得ることができる。
以上のように、本実施の形態のペースト状熱硬化性樹脂組成物は、半田粉と、熱硬化性樹脂バインダーと、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する。半田粉の融点が100℃以上240℃以下である。熱硬化性樹脂バインダーが、主剤及び硬化剤を含む。主剤が、2官能以上のオキセタン化合物を含む。
これにより、半田粉の融点の高低にかかわりなく、半田付けの際に半田粉が溶融して凝集することを阻害しないようにすることができる。
また、オキセタン化合物が、下記式(O1)〜(O3)からなる群より選ばれた1種以上の化合物であってもよい。
Figure 2017110052
また、主剤の全質量に対して、オキセタン化合物が50質量%以上であってもよい。
また、硬化剤が、2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含んでもよい。
また、半田粉が、Sn−Ag−Cu系半田の粉末であってもよい。
また、半田粉が、Sn−Bi系半田の粉末であってもよい。
また、半田粉の平均粒径が3μm以上30μm以下であってもよい。
また、主剤が、2官能以上のエポキシ化合物を含んでもよい。
また、活性剤が、グルタル酸及びトリエタノールアミンからなる群より選ばれた1種以上の化合物を含んでもよい。
また、チクソ性付与剤が、アミド系ワックスを含んでもよい。
また、本実施の形態のペースト状熱硬化性樹脂組成物は、半田粉と、熱硬化性樹脂バインダーと、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する。半田粉の融点が100℃以上240℃以下である。熱硬化性樹脂バインダーが、主剤及び硬化剤を含む。硬化剤が、2個以上のベンゾオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含む。
これにより、半田粉の融点の高低にかかわりなく、半田付けの際に半田粉が溶融して凝集することを阻害しないようにすることができる。
また、ベンゾオキサジン化合物が、下記式(B1)〜(B3)からなる群より選ばれた1種以上の化合物であってもよい。
Figure 2017110052
また、主剤100質量部に対して、ベンゾオキサジン化合物が10質量部以上40質量部以下であってもよい。
また、主剤が、2官能以上のオキセタン化合物を含んでもよい。
(実施の形態2)
[半導体部品]
図1は、本発明の実施の形態2に係る半導体部品2を示す概略断面図である。半導体部品2は、半導体パッケージ5と、第1基板31と、第1半田接合部41と、第1樹脂補強部51とを備えている。以下では半導体部品2を構成するこれらの要素について説明する。なお、半導体部品2において、半導体パッケージ5を上、第1基板31を下にして上下方向を規定するが、これは、説明する上での便宜的な規定に過ぎない。さらに「第1」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではない。
(半導体パッケージ)
半導体パッケージ5は特に限定されない。半導体パッケージ5の具体例として、BGA(ball grid array)、CSP(chip size package)が挙げられる。
(第1基板)
第1基板31は、プリント配線板であり、特に限定されない。第1基板31の上面には第1パッド21が形成されている。第1パッド21は、少なくとも1つ以上形成されている。後述の第2基板32に半導体部品2を実装する場合には、第1基板31は、インターポーザであってよい。この場合、第1基板31の下面にランド61が形成され、ランド61に第2半田バンプ8が形成されていることが好ましい。このようなインターポーザとしての第1基板31によって、半導体部品2における半導体パッケージ5の配線ピッチを第2基板32の配線ピッチに変換することができる。
(第1半田接合部)
第1半田接合部41は、半導体パッケージ5と、第1基板31の上面の第1パッド21とを電気的に接合している。
第1半田接合部41の融点は、100℃以上240℃以下であることが好ましく、130℃以上240℃以下であることがより好ましい。第1半田接合部41の融点が100℃未満である場合、半田自身が弱くなり、十分な強度が得られないおそれがある。第1半田接合部41の融点が240℃を超える場合、第1樹脂補強部51を形成する、後述の第1熱硬化性樹脂バインダーが、半田付けの際に半田粉の自己凝集を阻害する可能性が高くなる。
第1半田接合部41は、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されていることが好ましい。このような半田であれば、第1半田接合部41の接合強度を高め、クラックなどの欠陥の発生を抑制することができる。
(第1樹脂補強部)
第1樹脂補強部51は、第1半田接合部41に接触して形成され、第1半田接合部41を補強している。第1樹脂補強部51は、半導体パッケージ5の下面及び第1基板31の上面の少なくともいずれかと接触している。
第1樹脂補強部51は、第1熱硬化性樹脂バインダーの硬化物で形成されている。第1熱硬化性樹脂バインダーは、実施の形態1のペースト状熱硬化性樹脂組成物における熱硬化性樹脂バインダーと同様である。つまり、第1熱硬化性樹脂バインダーは、2官能以上のオキセタン化合物を含んでいる。そのため、半田付けのための加熱時には、半田粉が溶融して一体化する速度に比べて、第1熱硬化性樹脂バインダーの硬化速度が遅くなる。このようにして第1熱硬化性樹脂バインダーが、半田粉の溶融時における自己凝集を阻害しないようにすることができる。溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。こうして、第1半田接合部41が形成される。形成された第1半田接合部41における半田粉の凝集状態は良好である。
第1熱硬化性樹脂バインダーは、さらに2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含んでいることが好ましい。これにより、半田付けのための加熱時には、第1熱硬化性樹脂バインダーの硬化開始温度が高くなる。このことは、半田粉の融点に比べて第1熱硬化性樹脂バインダーの硬化開始温度が高いことを必ずしも意味するのではなく、半田粉の融点に比べて第1熱硬化性樹脂バインダーの硬化開始温度が低すぎないことを意味する。第1熱硬化性樹脂バインダーの硬化反応の進行具合にもよるが、一応の目安として、半田粉の融点が高く、第1熱硬化性樹脂バインダーの硬化開始温度が低い場合、両者の差は40℃以内であることが好ましい。このようにして、第1熱硬化性樹脂バインダーが、半田粉の溶融時における自己凝集を阻害しないようにすることができ、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。第1半田接合部41における半田粉の凝集状態はより良好となる。
第1熱硬化性樹脂バインダーは、さらに2官能以上のエポキシ化合物を含んでいることが好ましい。これにより、最終的に第1熱硬化性樹脂バインダーの未硬化部分の発生を抑制し、第1熱硬化性樹脂バインダーの硬化物である第1樹脂補強部51の強度を高めることができる。
図2Aは、図1に示す半導体部品2の一部を示す概略断面図である。図2Aに示すように、第1半田接合部41が外部に露出しないように、第1半田接合部41の側面全体が第1樹脂補強部51で被覆されていてもよい。この場合、第1樹脂補強部51は、半導体パッケージ5の下面及び第1基板31の上面とも接触しているため、第1樹脂補強部51による第1半田接合部41の補強効果が向上する。
図2Bは、図1に示す半導体部品2の他の一部を示す概略断面図である。図2Bに示すように、第1半田接合部41の一部が外部に露出するように、第1樹脂補強部51に隙間9が設けられていてもよい。第1半田接合部41は、融点以上に加熱されると再度溶融して膨張するため、第1半田接合部41の側面全体が第1樹脂補強部51で被覆されていると、溶融した半田の行き場がなくなり、第1樹脂補強部51が破裂して半田フラッシュ又は半田ブリッジが発生するおそれがある。図2Bのように、第1樹脂補強部51に隙間9が設けられていると、第1半田接合部41が溶融しても、体積が増加した分の半田は隙間9を通って一旦外部に出る。その後、融点未満の温度に冷却されると、外部に出ていた半田は隙間9を通って元の場所に戻って第1半田接合部41を再度形成するので、半田フラッシュ及び半田ブリッジの発生が抑制される。図2Bでは、第1樹脂補強部51が半導体パッケージ5の下面に接触しないようにして隙間9が設けられているが、隙間9の形成箇所は特に限定されない。なお、一旦形成された第1半田接合部41が再度融点以上に加熱されないのであれば、第1樹脂補強部51に隙間9が設けられていなくてもよい。例えば、1次実装後に2次実装を行う場合には、1次実装した箇所が2次実装時に再度加熱され得るので、1次実装では図2Bに示す形態が採用されることが好ましい。
[半導体部品の製造方法]
本実施の形態の半導体部品2の製造方法は、工程A1〜工程D1を含む。以下では各工程について順に説明する。
(工程A1)
図3は、図1に示す半導体部品2の製造方法における工程A1を示す概略断面図である。工程A1では、図3に示すように、半導体パッケージ5と、第1基板31とを準備する。
半導体パッケージ5は、上述のように具体的にはチップサイズパッケージ(chip size package(CSP))などである。半導体パッケージ5の下面には第1半田バンプ6が形成されている。第1半田バンプ6は、少なくとも1つ以上形成されている。第1半田バンプ6は、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されていることが好ましい。このような半田であれば、第1半田接合部41の接合強度を高め、クラックなどの欠陥の発生を抑制することができる。
第1基板31は、上述のように具体的にはプリント配線板である。第1基板31の上面には第1パッド21が形成されている。第1パッド21は、第1半田バンプ6と同数形成されている。第1半田バンプ6と第1パッド21とは、半導体パッケージ5の下面と第1基板31の上面とを対向させたときに1対1に対応するように形成されている。第1基板31の下面にはランド61が形成されていてもよい。ランド61は、2次実装に利用することができる。
(工程B1)
図4は、図1に示す半導体部品2の製造方法における工程B1を示す概略断面図である。工程B1では、図4に示すように、第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物11を第1基板31の第1パッド21に塗布する。第1基板31に複数の第1パッド21が形成されている場合には、第1パッド21ごとに第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物11を塗布することが好ましい。
ここで、第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物11は、実施の形態1のペースト状熱硬化性樹脂と同様である。すなわち、第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物11は、半田粉と、第1熱硬化性樹脂バインダーと、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する。第1熱硬化性樹脂バインダーは、主剤及び硬化剤を含む。主剤は、オキセタン化合物を含む。
このように、第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物11は、融点が100℃以上240℃以下である半田粉と、2官能以上のオキセタン化合物と、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する。オキセタン化合物が含有されていることにより、第1熱硬化性樹脂バインダーの硬化速度を遅くすることができる。したがって、半田粉の溶融時における自己凝集を第1熱硬化性樹脂バインダーが阻害しないようにすることができ、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。
半田粉は、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田の粉末で形成されていてもよい。
第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物11は、さらに2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含有することが好ましい。これにより、溶融した半田の自己凝集による一体化をさらに促進することができる。
第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物11は、さらに2官能以上のエポキシ化合物を含有することが好ましい。このように、さらにエポキシ化合物が含有されていると、最終的に第1熱硬化性樹脂バインダーの未硬化部分の発生を抑制し、硬化物の強度を高めることができる。
第1基板31の第1パッド21への第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物11の塗布の方法は特に限定されない。塗布方法の具体例として、スクリーン印刷、及びディスペンス法が挙げられる。
(工程C1)
図5は、図1に示す半導体部品2の製造方法における工程C1及び工程D1を示す概略断面図である。工程C1では、図5に示すように、半導体パッケージ5の第1半田バンプ6を第1基板31の第1パッド21に配置する。このとき第1半田バンプ6と第1パッド21との間に第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物11が介在している。
(工程D1)
工程D1では、図5に示す状態で、ピーク温度が220℃以上260℃以下となるように、半導体パッケージ5及び第1基板31を4分以上加熱してリフロー半田付けを行う。加熱時間の上限は特に限定されないが、例えば10分であり、特にピーク温度での加熱時間の上限は例えば1分である。図6Aは、図5の一部を拡大した概略断面図である。半田粉4及び第1熱硬化性樹脂バインダー7を含有する第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物11が第1パッド21に塗布され、第1半田バンプ6と接触している。活性剤及びチクソ性付与剤は図示省略されている。ピーク温度は、基本的には第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物11に含有される半田粉4の融点より20〜30℃高い温度に設定される。
ここで、第1半田バンプ6及び半田粉4の材質によって、(1)第1半田バンプ6の融点と半田粉4の融点とが同じである場合、(2)第1半田バンプ6の融点が低く、半田粉4の融点が高い場合、(3)第1半田バンプ6の融点が高く、半田粉4の融点が低い場合の3つの場合が想定される。
図6Bは、図1に示す半導体部品2の一部を示す概略断面図である。(1)及び(2)の場合、ピーク温度を半田粉4の融点より20〜30℃高い温度に設定すれば、第1半田バンプ6も溶融させることができる。そのため、図6Aに示す状態から、図6Bに示すように、第1半田バンプ6及び半田粉4の両方が溶融して渾然一体となって強固な第1半田接合部41が形成される。しかも、第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物11にはオキセタン化合物が含有されているので、第1半田バンプ6及び半田粉4の溶融時における自己凝集を阻害しないようにすることができ、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。
図6Cは、図1に示す半導体部品2の他の一部を示す概略断面図である。(3)の場合、ピーク温度を半田粉4の融点より20〜30℃高い温度に設定しても、第1半田バンプ6が溶融しないことがある。この場合の一例として、第1半田バンプ6がSn−Ag−Cu系半田(融点218〜219℃)で形成されており、半田粉4がSn−Bi系半田(融点138〜139℃)の粉末である場合が挙げられる。この場合、ピーク温度を160℃に設定しても、第1半田バンプ6は溶融しない。そのため、図6Aに示す状態から、図6Cに示すように、半田粉4のみが溶融して、くびれた部分を有する第1半田接合部41が形成される。このくびれた部分において、第1半田バンプ6と、半田粉4が溶融後に一体化した半田との界面が存在する。図6Bに示す第1半田接合部41に比べて、図6Cに示す第1半田接合部41はくびれた部分があるため強度的には弱くなる。しかし、第1樹脂補強部51で補強されているため、総合的には信頼性に特に問題はない。好ましくは、(3)の場合には、ピーク温度を第1半田バンプ6の融点より20〜30℃高い温度に設定する。このようにすれば、第1半田バンプ6及び半田粉4の両方が溶融するので、図6Bに示す強固な第1半田接合部41を形成することができる。例えば、第1半田バンプ6がSn−Ag−Cu系半田(融点218〜219℃)で形成されており、半田粉4がSn−Bi系半田(融点138〜139℃)の粉末である場合には、ピーク温度を240℃に設定すればよい。なお、第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物11にはオキセタン化合物が含有されているので、ピーク温度が半田粉4の融点以上であれば、半田粉4の溶融時における自己凝集を阻害しないようにすることができる。これにより、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。好ましくは、上述のようにピーク温度を第1半田バンプ6の融点より20〜30℃高い温度に設定する。このようにすると、第1半田バンプ6及び半田粉4の両方が溶融し、これらの溶融時における自己凝集を阻害しないようにすることができる。これにより、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなり、くびれた部分のない強固な第1半田接合部41を形成することができる。
ピーク温度に至るまでの昇温速度は、1℃/秒以上4℃/秒以下であることが好ましい。昇温速度が1℃/秒以上であることによって、半田粉4の融点に到達する前に、第1熱硬化性樹脂バインダー7の硬化反応が進行して、粘度が上昇することを抑制することができる。これにより、溶融した半田の自己凝集による一体化をさらに促進することができる。昇温速度が4℃/秒以下であることによって、活性剤の還元作用で半田粉4の酸化膜を除去する時間を十分に確保することができる。これにより、半田のぬれ性をさらに促進することができる。加熱開始温度は通常は常温であるが、特に限定されない。
リフロー半田付けが終了すると、図1に示すような半導体部品2を得ることができる。半導体部品2の第1基板31の下面のランド61に、第2半田バンプ8を形成しているが、2次実装しない場合には、ランド61及び第2半田バンプ8は不要である。第1樹脂補強部51には活性剤及びチクソ性付与剤が残存していないことが好ましい。しかし、信頼性を損なわなければ、微量の活性剤及びチクソ性付与剤が残存していてもよい。したがって、これらを洗浄により除去する必要はない。
上述のように、本実施の形態においては、第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物11がオキセタン化合物を含有しているので、半田粉4の融点の高低にかかわりなく、半田付けの際に半田粉4が溶融して凝集することを阻害しないようにすることができる。
[半導体実装品]
図7は、本発明の実施の形態2に係る半導体実装品3を示す概略断面図である。半導体実装品3は、半導体パッケージ5と、第1基板31と、第1半田接合部41と、第1樹脂補強部51と、第2基板32と、第2半田接合部42と、第2樹脂補強部52とを備えている。半導体実装品3を構成するこれらの要素について説明する。なお、半導体実装品3において、半導体パッケージ5を上、第2基板32を下にして上下方向を規定するが、これは、説明する上での便宜的な規定に過ぎない。さらに「第1」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではない。
(半導体パッケージ)
半導体パッケージ5は特に限定されない。半導体パッケージ5の具体例として、BGA、CSPが挙げられる。
(第1基板及び第2基板)
第1基板31及び第2基板32は、プリント配線板であり、特に限定されない。第1基板31の上面には第1パッド21が形成されている。第1パッド21は、少なくとも1つ以上形成されている。第1基板31の下面にはランド61が形成されている。ランド61は、少なくとも1つ以上形成されている。第1基板31は、インターポーザとして機能するので、半導体パッケージ5の配線ピッチを第2基板32の配線ピッチに変換することができる。第2基板32の上面には第2パッド22が形成されている。第2パッド22は、第1基板31のランド61と同数形成されている。第2基板32は、マザーボード又はメインボードとなり得る。
(第1半田接合部及び第2半田接合部)
第1半田接合部41は、半導体パッケージ5と、第1基板31の上面の第1パッド21とを電気的に接合している。
第2半田接合部42は、第1基板31の下面のランド61と第2基板32の上面の第2パッド22とを電気的に接合している。
第1半田接合部41及び第2半田接合部42の融点は、100℃以上240℃以下であることが好ましく、130℃以上240℃以下であることがより好ましい。第1半田接合部41及び第2半田接合部42の融点が100℃未満である場合、半田自身が弱くなり、十分な強度が得られないおそれがある。第1半田接合部41及び第2半田接合部42の融点が240℃を超える場合、第1樹脂補強部51を形成する、後述の第1熱硬化性樹脂バインダーと第2樹脂補強部52を形成する、後述の第2熱硬化性樹脂バインダーとが、半田付けの際に半田粉の自己凝集を阻害する可能性が高くなる。
第1半田接合部41及び第2半田接合部42は、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されていることが好ましい。このような半田であれば、第1半田接合部41及び第2半田接合部42の接合強度を高め、クラックなどの欠陥の発生を抑制することができる。
(第1樹脂補強部及び第2樹脂補強部)
第1樹脂補強部51は、第1半田接合部41に接触して形成され、第1半田接合部41を補強している。第1樹脂補強部51は、半導体パッケージ5の下面及び第1基板31の上面の少なくともいずれかと接触している。
第2樹脂補強部52は、第2半田接合部42に接触して形成され、第2半田接合部42を補強している。第2樹脂補強部52は、第1基板31の下面及び第2基板32の上面の少なくともいずれかと接触している。
第1樹脂補強部51は、第1熱硬化性樹脂バインダーの硬化物で形成されている。第2樹脂補強部52は、第2熱硬化性樹脂バインダーの硬化物で形成されている。第1熱硬化性樹脂バインダー及び第2熱硬化性樹脂バインダーは、上述のペースト状熱硬化性樹脂組成物における熱硬化性樹脂バインダーと同様である。つまり、第1熱硬化性樹脂バインダー及び第2熱硬化性樹脂バインダーは、2官能以上のオキセタン化合物を含んでいる。そのため、半田付けのための加熱時には、半田粉が溶融して一体化する速度に比べて、第1熱硬化性樹脂バインダー及び第2熱硬化性樹脂バインダーの硬化速度が遅くなる。このようにして第1熱硬化性樹脂バインダー及び第2熱硬化性樹脂バインダーが、半田粉の溶融時における自己凝集を阻害しないようにすることができる。溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。第1半田接合部41及び第2半田接合部42における半田粉の凝集状態は良好である。なお、第1熱硬化性樹脂バインダー及び第2熱硬化性樹脂バインダーの構成成分の具体的な種類及び含有量は同じでも異なっていてもよい。
第1熱硬化性樹脂バインダー及び第2熱硬化性樹脂バインダーの一方又は両方は、さらに2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含んでいることが好ましい。これにより、半田付けのための加熱時には、第1熱硬化性樹脂バインダー及び第2熱硬化性樹脂バインダーの一方又は両方の硬化開始温度が高くなる。このことは、例えば第1熱硬化性樹脂バインダーがベンゾオキサジン化合物を含む場合に、半田粉の融点に比べて第1熱硬化性樹脂バインダーの硬化開始温度が高いことを必ずしも意味するのではなく、半田粉の融点に比べて第1熱硬化性樹脂バインダー7の硬化開始温度が低すぎないことを意味する。第1熱硬化性樹脂バインダーの硬化反応の進行具合にもよるが、一応の目安として、半田粉の融点が高く、第1熱硬化性樹脂バインダーの硬化開始温度が低い場合、両者の差は40℃以内であることが好ましい。第2熱硬化性樹脂バインダーがベンゾオキサジン化合物を含む場合も同様である。このようにして、半田粉の溶融時における自己凝集の阻害を抑制する効果をさらに高めることができ、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。第1半田接合部41及び第2半田接合部42における半田粉の凝集状態はより良好となる。
第1熱硬化性樹脂バインダー及び第2熱硬化性樹脂バインダーの一方又は両方は、さらに2官能以上のエポキシ化合物を含んでいることが好ましい。第1熱硬化性樹脂バインダーがエポキシ化合物を含んでいる場合には、最終的に第1熱硬化性樹脂バインダーの未硬化部分の発生を抑制し、第1熱硬化性樹脂バインダーの硬化物である第1樹脂補強部51の強度を高めることができる。同様に、第2熱硬化性樹脂バインダーがエポキシ化合物を含んでいる場合には、最終的に第2熱硬化性樹脂バインダーの未硬化部分の発生を抑制し、第2熱硬化性樹脂バインダーの硬化物である第2樹脂補強部52の強度を高めることができる。
図2Aと同様に、第1半田接合部41が外部に露出しないように、第1半田接合部41の側面全体が第1樹脂補強部51で被覆されていてもよい。この場合、第1樹脂補強部51は、半導体パッケージ5の下面及び第1基板31の上面と接触しているため、第1樹脂補強部51による第1半田接合部41の補強効果が向上する。第2樹脂補強部52についても第1樹脂補強部51と同様である。
図2Bと同様に、第1半田接合部41の一部が外部に露出するように、第1樹脂補強部51に隙間9が設けられていてもよい。第1半田接合部41が溶融して体積が増加する場合、増加した分の半田は、隙間9を通って一旦外部に出た後、第1半田接合部41の融点未満の温度で再度隙間9を通って元の場所に戻るので、半田フラッシュ及び半田ブリッジの発生が抑制される。第2樹脂補強部52についても第1樹脂補強部51と同様である。なお、第2半田接合部42が再度融点以上に加熱されないのであれば、第2半田接合部42については、図2Bに示す形態ではなく、図2Aに示す形態が採用されることが好ましい。
[半導体実装品の製造方法]
本実施の形態の半導体実装品3の製造方法は、工程A2〜工程H2を含む。以下では各工程について順に説明する。
(工程A2)
図3は、図1に示す半導体実装品3の製造方法における工程A2を示す概略断面図である。工程A2は、図3に示すように、上述の半導体部品2の製造方法における工程A1とほぼ同じであるが、2次実装を行うため、第1基板31の下面にはランド61が形成されている。ランド61は、少なくとも1つ以上形成されている。
(工程B2)
図4は、図1に示す半導体実装品3の製造方法における工程B2を示す概略断面図である。工程B2は、図4に示すように、上述の半導体部品2の製造方法における工程B1と同じである。
(工程C2及び工程D2)
図5は、図1に示す半導体実装品3の製造方法における工程C2及びD2を示す概略断面図である。工程C2及び工程D2は、図5に示すように、上述の半導体部品2の製造方法における工程C1及び工程D1と同じである。工程A2〜工程D2は1次実装の工程であり、工程D2の終了により1次実装が終了する。1次実装後に既述の半導体部品2が得られる。
(工程E2)
工程E2では、図1に示すように、第1基板31の下面のランド61に第2半田バンプ8を形成する。第1基板31に複数のランド61が形成されている場合には、ランド61ごとに第2半田バンプ8を形成する。第2半田バンプ8は、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されていることが好ましい。このような半田であれば、第2半田接合部42の接合強度を高め、クラックなどの欠陥の発生を抑制することができる。
(工程F2)
図8は、図7に示す半導体実装品3の製造方法における工程F2を示す概略断面図である。工程F2では、図8に示すように、第2基板32を準備する。第2基板32は、上述のように具体的にはプリント配線板である。第2基板32の上面には第2パッド22が形成されている。第2パッド22は、第2半田バンプ8と同数形成されている。第2半田バンプ8と第2パッド22とは、第1基板31の下面と第2基板32の上面とを対向させたときに1対1に対応するように形成されている。
さらに工程F2では、第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物12を第2基板32の第2パッド22に塗布する。第2基板32に複数の第2パッド22が形成されている場合には、第2パッド22ごとに第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物12を塗布することが好ましい。
ここで、第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物12は、上述のペースト状熱硬化性樹脂と同様である。すなわち、第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物12は、半田粉と、第2熱硬化性樹脂バインダーと、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する。第2熱硬化性樹脂バインダーは、主剤及び硬化剤を含む。主剤は、オキセタン化合物を含む。
このように、第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物12は、融点が100℃以上240℃以下である半田粉と、2官能以上のオキセタン化合物と、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する。オキセタン化合物が含有されていることにより、第2熱硬化性樹脂バインダーの硬化速度を遅くすることができる。したがって、半田粉の溶融時における自己凝集を第2熱硬化性樹脂バインダーが阻害しないようにすることができ、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。なお、第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物11及び第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物12の構成成分の具体的な種類及び含有量は同じでも異なっていてもよい。
半田粉は、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田の粉末で形成されていてもよい。
第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物12は、さらに2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含有することが好ましい。これにより、溶融した半田の自己凝集による一体化をさらに促進することができる。
第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物11は、さらに2官能以上のエポキシ化合物を含有することが好ましい。このように、さらにエポキシ化合物が含有されていると、最終的に第2熱硬化性樹脂バインダーの未硬化部分の発生を抑制し、硬化物の強度を高めることができる。
第2基板32の第2パッド22への第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物12の塗布の方法は特に限定されない。塗布方法の具体例として、スクリーン印刷、及びディスペンス法が挙げられる。
(工程G2)
図9は、図7に示す半導体実装品3の製造方法における工程G2及び工程H2を示す概略断面図である。工程G2では、図9に示すように、第1基板31の第2半田バンプ8を第2基板32の第2パッド22に配置する。このとき第2半田バンプ8と第2パッド22との間に第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物12が介在している。
(工程H2)
工程H2では、図9に示す状態で、ピーク温度が220℃以上260℃以下となるように、半導体パッケージ5、第1基板31及び第2基板32を4分以上加熱してリフロー半田付けを行う。加熱時間の上限は特に限定されないが、例えば10分であり、特にピーク温度での加熱時間の上限は例えば1分である。ピーク温度は、基本的には第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物12に含有される半田粉の融点より20〜30℃高い温度に設定される。
ここで、第2半田バンプ8及び半田粉の材質によって、(1)第2半田バンプ8の融点と半田粉の融点とが同じである場合、(2)第2半田バンプ8の融点が低く、半田粉の融点が高い場合、(3)第2半田バンプ8の融点が高く、半田粉の融点が低い場合の3つの場合が想定される。
(1)及び(2)の場合、ピーク温度を半田粉の融点より20〜30℃高い温度に設定すれば、第2半田バンプ8も溶融させることができる。そのため、第2半田バンプ8及び半田粉の両方が溶融して渾然一体となって強固な第2半田接合部42が形成される。しかも、第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物12にはオキセタン化合物が含有されているので、第2半田バンプ8及び半田粉の溶融時における自己凝集を阻害しないようにすることができ、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。
(1)及び(2)の場合において、第2ペースト状樹脂組成物12における半田粉の融点よりも、1次実装で形成された第1半田接合部41の融点の方が高いときには、半田粉の融点以上で、かつ、第1半田接合部41の融点未満の温度をピーク温度としてもよい。このようなピーク温度であれば、2次実装の際に第1半田接合部41が再度溶融しないので、半田フラッシュ及び半田ブリッジの発生をさらに抑制することができる。
(3)の場合、ピーク温度を半田粉の融点より20〜30℃高い温度に設定しても、第2半田バンプ8が溶融しないことがある。この場合の一例として、第2半田バンプ8がSn−Ag−Cu系半田(融点218〜219℃)で形成されており、半田粉がSn−Bi系半田(融点138〜139℃)の粉末である場合が挙げられる。この場合、ピーク温度を160℃に設定しても、第2半田バンプ8は溶融しない。そのため、半田粉のみが溶融して、くびれた部分を有する第2半田接合部42が形成される。このくびれた部分において、第2半田バンプ8と、半田粉が溶融後に一体化した半田との界面が存在する。第2半田接合部42にくびれた部分があると強度的には弱くなる。しかし、第2樹脂補強部52で補強されているため、総合的には信頼性に特に問題はない。好ましくは、(3)の場合には、ピーク温度を第2半田バンプ8の融点より20〜30℃高い温度に設定する。このようにすれば、第2半田バンプ8及び半田粉の両方が溶融するので、くびれた部分のない強固な第2半田接合部42を形成することができる。例えば、上述のように第2半田バンプ8がSn−Ag−Cu系半田(融点218〜219℃)で形成されており、半田粉がSn−Bi系半田(融点138〜139℃)の粉末である場合には、ピーク温度を240℃に設定すればよい。なお、第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物12にはオキセタン化合物が含有されているので、ピーク温度が半田粉の融点以上であれば、半田粉の溶融時における自己凝集を阻害しないようにすることができる。これにより、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。好ましくは、上述のようにピーク温度を第2半田バンプ8の融点より20〜30℃高い温度に設定する。このようにすると、第2半田バンプ8及び半田粉の両方が溶融し、これらの溶融時における自己凝集を阻害しないようにすることができる。これにより、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなり、くびれた部分のない強固な第2半田接合部42を形成することができる。
(3)の場合において、第2半田バンプ8の融点よりも、1次実装で形成された第1半田接合部41の融点の方が高いときには、半田粉の融点以上(好ましくは第2半田バンプ8の融点以上)で、かつ、第1半田接合部41の融点未満の温度をピーク温度としてもよい。このようなピーク温度であれば、2次実装の際に第1半田接合部41が再度溶融しないので、半田フラッシュ及び半田ブリッジの発生をさらに抑制することができる。
ピーク温度に至るまでの昇温速度は、1℃/秒以上4℃/秒以下であることが好ましい。昇温速度が1℃/秒以上であることによって、半田粉の融点に到達する前に、第2熱硬化性樹脂バインダーの硬化反応が進行して、粘度が上昇することを抑制することができる。これにより、溶融した半田の自己凝集による一体化をさらに促進することができる。昇温速度が4℃/秒以下であることによって、活性剤の還元作用で半田粉の酸化膜を除去する時間を十分に確保することができる。これにより、半田のぬれ性をさらに促進することができる。加熱開始温度は通常は常温であるが、特に限定されない。
リフロー半田付けが終了すると、図7に示すような半導体実装品3を得ることができる。すなわち、工程E2〜工程H2は2次実装の工程であり、工程H2の終了により2次実装が終了する。2次実装後に既述の半導体実装品3が得られる。第2樹脂補強部52には活性剤及びチクソ性付与剤が残存していないことが好ましい。しかし、信頼性を損なわなければ、微量の活性剤及びチクソ性付与剤が残存していてもよい。したがって、これらを洗浄により除去する必要はない。
上述のように、本実施の形態においては、第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物12がオキセタン化合物を含有しているので、半田粉の融点の高低にかかわりなく、半田付けの際に半田粉が溶融して凝集することを阻害しないようにすることができる。
以上のように、本実施の形態の半導体部品2は、半導体パッケージ5と、上面に相当する第1面に第1パッド21が形成された第1基板31と、半導体パッケージ5と第1パッド21とを電気的に接続する第1半田接合部41と、第1半田接合部41に接触して形成され、第1半田接合部41を補強する第1樹脂補強部51とを備える。第1樹脂51が、2官能以上のオキセタン化合物を含む第1熱硬化性樹脂バインダーの硬化物で形成されている。
これにより、半田粉の凝集状態が良好である。
また、第1熱硬化性樹脂バインダーが、2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含んでもよい。
また、第1半田接合部41の融点が100℃以上240℃以下であってもよい。
また、第1半田接合部41が、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されていてもよい。
また、第1熱硬化性樹脂バインダーが、2官能以上のエポキシ化合物を含んでもよい。
また、本実施の形態の半導体実装品3は、半導体パッケージ5と、上面に相当する第1面に第1パッド21、第1面の反対側の下面に相当する第2面にランド61が形成された第1基板31と、半導体パッケージ5と第1パッド21とを電気的に接続する第1半田接合部41とを備える。また、第1半田接合部41に接触して形成され、第1半田接合部41を補強する第1樹脂補強部51と、上面に相当する一面に第2パッド22が形成された第2基板32とを備える。また、ランド61と第2パッド22とを電気的に接続する第2半田接合部42と、第2半田接合部42に接触して形成され、第2半田接合部42を補強する第2樹脂補強部52とを備える。これにより、半田粉の凝集状態が良好である。
また、第1熱硬化性樹脂バインダー及び第2熱硬化性樹脂バインダーの一方又は両方が、2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含んでもよい。
また、第1半田接合部41及び第2半田接合部42の融点が100℃以上240℃以下であってもよい。
また、第1半田接合部41及び第2半田接合部42が、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されていてもよい。
また、第1熱硬化性樹脂バインダー及び第2熱硬化性樹脂バインダーの一方又は両方が、2官能以上のエポキシ化合物を含んでもよい。
また、本実施の形態の半導体部品2の製造方法は、以下の工程A1〜D1を含む。工程A1:下面に相当する第2面に第1半田バンプ6が形成された半導体パッケージ5と、第2面の反対側の上面に相当する第1面に第1パッド21が形成された第1基板31とを準備する工程、工程B1:融点が100℃以上240℃以下である半田粉と、2官能以上のオキセタン化合物と、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物を、第1パッド21に印刷する工程、工程C1:第1半田バンプ6を第1パッド21に配置する工程、工程D1:ピーク温度が220℃以上260℃以下となるように、半導体パッケージ5及び第1基板31を4分以上加熱してリフロー半田付けを行う工程。これにより、半田粉の凝集状態が良好である。
また、第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物が、2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含有してもよい。
また、第1半田バンプ6が、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されていてもよい。
また、半田粉が、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田の粉末で形成されていてもよい。
また、第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物が、2官能以上のエポキシ化合物を含有してもよい。
また、ピーク温度に至るまでの昇温速度が1℃/秒以上4℃/秒以下であってもよい。
また、本実施の形態の半導体実装品3の製造方法は、以下の工程A2〜H2を含む。工程A2:下面に相当する一面に第1半田バンプ6が形成された半導体パッケージ5と、上面に相当する第1面に第1パッド21、第1面の反対側の下面に相当する第2面にランド61が形成された第1基板31と、上面に相当する一面に第2パッド22が形成された第2基板32とを準備する工程、工程B2:融点が100℃以上240℃以下である半田粉と、2官能以上のオキセタン化合物と、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物を、第1パッド21に印刷する工程、工程C2:第1半田バンプ6を第1パッド21に配置する工程、工程D2:ピーク温度が220℃以上260℃以下となるように、半導体パッケージ5及び第1基板を4分以上加熱してリフロー半田付けを行う工程、工程E2:ランド61に第2半田バンプ8を形成する工程、工程F2:融点が100℃以上240℃以下である半田粉と、2官能以上のオキセタン化合物と、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物を、第2パッド22に印刷する工程、工程G2:第2半田バンプ8を第2パッド22に配置する工程、工程H2:ピーク温度が220℃以上260℃以下となるように、半導体パッケージ5、第1基板31及び第2基板32を4分以上加熱してリフロー半田付けを行う工程。これにより、半田粉の凝集状態が良好である。
また、第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物及び第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物の一方又は両方が、2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含有してもよい。
また、第1半田バンプ6及び第2半田バンプ8の一方又は両方が、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されていてもよい。
また、半田粉が、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田の粉末で形成されていてもよい。
また、第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物及び第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物の一方又は両方が、2官能以上のエポキシ化合物を含有してもよい。
また、ピーク温度に至るまでの昇温速度が1℃/秒以上4℃/秒以下であってもよい。
(実施の形態3)
[半導体部品]
図10は、本発明の実施の形態3に係る半導体部品82を示す概略断面図である。半導体部品82は、半導体パッケージ85と、第3基板33と、第3半田接合部43と、第3樹脂補強部53とを備えている。以下では半導体部品82を構成するこれらの要素について説明する。なお、半導体部品82において、半導体パッケージ85を上、第3基板33を下にして上下方向を規定するが、これは、説明する上での便宜的な規定に過ぎない。さらに「第3」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではない。
(半導体パッケージ)
半導体パッケージ85は特に限定されない。半導体パッケージ85の具体例として、BGA、CSPが挙げられる。
(第3基板)
第3基板33は、プリント配線板であり、特に限定されない。第3基板33の上面には第3パッド23が形成されている。第3パッド23は、少なくとも1つ以上形成されている。後述の第4基板34に半導体部品82を実装する場合には、第3基板33は、インターポーザであってよい。この場合、第3基板33の下面にランド63が形成され、ランド63に第4半田バンプ88が形成されていることが好ましい。このようなインターポーザとしての第3基板33によって、半導体部品82における半導体パッケージ85の配線ピッチを第4基板34の配線ピッチに変換することができる。
(第3半田接合部)
第3半田接合部43は、半導体パッケージ85と、第3基板33の上面の第3パッド23とを電気的に接合している。
第3半田接合部43の融点は100℃以上240℃以下であることが好ましく、130℃以上240℃以下であることがより好ましい。第3半田接合部43の融点が100℃未満である場合、半田自身が弱くなり、十分な強度が得られないおそれがある。第3半田接合部43の融点が240℃を超える場合、第3樹脂補強部53を形成する、後述の第3熱硬化性樹脂バインダーが、半田付けの際に半田粉の自己凝集を阻害する可能性が高くなる。
第3半田接合部43は、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されていることが好ましい。このような半田であれば、第3半田接合部43の接合強度を高め、クラックなどの欠陥の発生を抑制することができる。
(第3樹脂補強部)
第3樹脂補強部53は、第3半田接合部43に接触して形成され、第3半田接合部43を補強している。第3樹脂補強部53は、半導体パッケージ85の下面及び第3基板33の上面の少なくともいずれかと接触している。
第3樹脂補強部53は、第3熱硬化性樹脂バインダーの硬化物で形成されている。第3熱硬化性樹脂バインダーは、実施の形態1述のペースト状熱硬化性樹脂組成物における熱硬化性樹脂バインダーと同様である。つまり、第3熱硬化性樹脂バインダーは、さらに2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含んでいる。これにより、半田付けのための加熱時には、第3熱硬化性樹脂バインダーの硬化開始温度が高くなる。このことは、半田粉の融点に比べて第3熱硬化性樹脂バインダーの硬化開始温度が高いことを必ずしも意味するのではなく、半田粉の融点に比べて第3熱硬化性樹脂バインダーの硬化開始温度が低すぎないことを意味する。第3熱硬化性樹脂バインダーの硬化反応の進行具合にもよるが、一応の目安として、半田粉の融点が高く、第3熱硬化性樹脂バインダーの硬化開始温度が低い場合、両者の差は40℃以内であることが好ましい。このようにして第3熱硬化性樹脂バインダーが、半田粉の溶融時における自己凝集を阻害しないようにすることができ、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。第3半田接合部43における半田粉の凝集状態は良好である。
第3熱硬化性樹脂バインダーは、さらに2官能以上のオキセタン化合物を含んでいることが好ましい。これにより、半田付けのための加熱時には、半田粉が溶融して一体化する速度に比べて、第3熱硬化性樹脂バインダーの硬化速度が遅くなる。このようにして第3熱硬化性樹脂バインダーが、半田粉の溶融時における自己凝集を阻害しないようにすることができ、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。このように一体化して第3半田接合部43が形成される。第3半田接合部43における半田粉の凝集状態はより良好となる。
第3熱硬化性樹脂バインダーは、さらに2官能以上のエポキシ化合物を含んでいることが好ましい。これにより、最終的に第3熱硬化性樹脂バインダーの未硬化部分の発生を抑制し、第3熱硬化性樹脂バインダーの硬化物である第3樹脂補強部53の強度を高めることができる。
図11Aは、図10に示す半導体部品82の一部を示す概略断面図である。図11Aに示すように、第3半田接合部43が外部に露出しないように、第3半田接合部43の側面全体が第3樹脂補強部53で被覆されていてもよい。この場合、第3樹脂補強部53は、半導体パッケージ85の下面及び第3基板33の上面とも接触しているため、第3樹脂補強部53による第3半田接合部43の補強効果が向上する。
図11Bは、図10に示す半導体部品82の他の一部を示す概略断面図である。図11Bに示すように、第3半田接合部43の一部が外部に露出するように、第3樹脂補強部53に隙間89が設けられていてもよい。第3半田接合部43は、融点以上に加熱されると再度溶融して膨張するため、第3半田接合部43の側面全体が第3樹脂補強部53で被覆されていると、溶融した半田の行き場がなくなり、第3樹脂補強部53が破裂して半田フラッシュ又は半田ブリッジが発生するおそれがある。図11Bのように第3樹脂補強部53に隙間89が設けられていると、第3半田接合部43が溶融しても、体積が増加した分の半田は隙間89を通って一旦外部に出る。その後、融点未満の温度に冷却されると、外部に出ていた半田は隙間89を通って元の場所に戻って第3半田接合部43を再度形成するので、半田フラッシュ及び半田ブリッジの発生が抑制される。図11Bでは、第3樹脂補強部53が半導体パッケージ85の下面に接触しないようにして隙間89が設けられているが、隙間89の形成箇所は特に限定されない。なお、一旦形成された第3半田接合部43が再度融点以上に加熱されないのであれば、第3樹脂補強部53に隙間89が設けられていなくてもよい。例えば、1次実装後に2次実装を行う場合には、1次実装した箇所が2次実装時に再度加熱され得るので、1次実装では図11Bに示す形態が採用されることが好ましい。
[半導体部品の製造方法]
本実施の形態の半導体部品82の製造方法は、工程A3〜工程D3を含む。以下では各工程について順に説明する。
(工程A3)
図12は、図10に示す半導体部品82の製造方法における工程A3を示す概略断面図である。工程A3では、図12に示すように、半導体パッケージ85と、第3基板33とを準備する。
半導体パッケージ85は、上述のように具体的にはチップサイズパッケージなどである。半導体パッケージ85の下面には第3半田バンプ86が形成されている。第3半田バンプ86は、少なくとも1つ以上形成されている。第3半田バンプ86は、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されていることが好ましい。このような半田であれば、第3半田接合部43の接合強度を高め、クラックなどの欠陥の発生を抑制することができる。
第3基板33は、上述のように具体的にはプリント配線板である。第3基板33の上面には第3パッド23が形成されている。第3パッド23は、第3半田バンプ86と同数形成されている。第3半田バンプ86と第3パッド23とは、半導体パッケージ85の下面と第3基板33の上面とを対向させたときに1対1に対応するように形成されている。第3基板33の下面にはランド63が形成されていてもよい。ランド63は、2次実装に利用することができる。
(工程B3)
図13は、図10に示す半導体部品の製造方法における工程B3を示す概略断面図である。工程B3では、図13に示すように、第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物13を第3基板33の第3パッド23に塗布する。第3基板33に複数の第3パッド23が形成されている場合には、第3パッド23ごとに第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物13を塗布することが好ましい。
ここで、第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物13は、実施の形態1のペースト状熱硬化性樹脂と同様である。すなわち、第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物13は、半田粉と、第3熱硬化性樹脂バインダーと、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する。第3熱硬化性樹脂バインダーは、主剤及び硬化剤を含む。硬化剤は、ベンゾオキサジン化合物を含む。
このように、第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物13は、融点が100℃以上240℃以下である半田粉と、2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物と、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する。ベンゾオキサジン化合物が含有されていることにより、第3熱硬化性樹脂バインダーの硬化反応の開始温度を高めることができる。したがって、半田粉の溶融時における自己凝集を第3熱硬化性樹脂バインダーが阻害しないようにすることができ、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。
半田粉は、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田の粉末で形成されていてもよい。
第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物13は、さらに2官能以上のオキセタン化合物を含有することが好ましい。これにより、溶融した半田の自己凝集による一体化をさらに促進することができる。
第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物13は、さらに2官能以上のエポキシ化合物を含有することが好ましい。このように、さらにエポキシ化合物が含有されていると、最終的に第3熱硬化性樹脂バインダーの未硬化部分の発生を抑制し、硬化物の強度を高めることができる。
第3基板33の第3パッド23への第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物13の塗布の方法は特に限定されない。塗布方法の具体例として、スクリーン印刷、及びディスペンス法が挙げられる。
(工程C3)
図14は、図10に示す半導体部品の製造方法における工程C3及び工程D3を示す概略断面図である。工程C3では、図14に示すように、半導体パッケージ85の第3半田バンプ86を第3基板33の第3パッド23に配置する。このとき第3半田バンプ86と第3パッド23との間に第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物13が介在している。
(工程D3)
工程D3では、図14に示す状態で、ピーク温度が220℃以上260℃以下となるように、半導体パッケージ85及び第3基板33を4分以上加熱してリフロー半田付けを行う。加熱時間の上限は特に限定されないが、例えば10分であり、特にピーク温度での加熱時間の上限は例えば1分である。図15Aは、図14の一部を拡大した概略断面図である。半田粉84及び第3熱硬化性樹脂バインダー87を含有する第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物13が第3パッド23に塗布され、第3半田バンプ86と接触している。活性剤及びチクソ性付与剤は図示省略されている。ピーク温度は、基本的には第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物13に含有される半田粉84の融点より20〜30℃高い温度に設定される。
ここで、第3半田バンプ86及び半田粉84の材質によって、(1)第3半田バンプ86の融点と半田粉84の融点とが同じである場合、(2)第3半田バンプ86の融点が低く、半田粉84の融点が高い場合、(3)第3半田バンプ86の融点が高く、半田粉84の融点が低い場合の3つの場合が想定される。
図15Bは、図10に示す半導体部品82の一部を示す概略断面図である。(1)及び(2)の場合、ピーク温度を半田粉84の融点より20〜30℃高い温度に設定すれば、第3半田バンプ86も溶融させることができる。そのため、図15Aに示す状態から、図15Bに示すように、第3半田バンプ86及び半田粉84の両方が溶融して渾然一体となって強固な第3半田接合部43が形成される。しかも、第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物13にはベンゾオキサジン化合物が含有されているので、第3半田バンプ86及び半田粉84の溶融時における自己凝集を阻害しないようにすることができ、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。
図15Cは、図10に示す半導体82の他の一部を示す概略断面図である。(3)の場合、ピーク温度を半田粉84の融点より20〜30℃高い温度に設定しても、第3半田バンプ86が溶融しないことがある。この場合の一例として、第3半田バンプ86がSn−Ag−Cu系半田(融点218〜219℃)で形成されており、半田粉84がSn−Bi系半田(融点138〜139℃)の粉末である場合が挙げられる。この場合、ピーク温度を160℃に設定しても、第3半田バンプ86は溶融しない。そのため、図15Aに示す状態から、図15Cに示すように、半田粉84のみが溶融して、くびれた部分を有する第3半田接合部43が形成される。このくびれた部分において、第3半田バンプ86と、半田粉84が溶融後に一体化した半田との界面が存在する。図15Bに示す第3半田接合部43に比べて、図15Cに示す第3半田接合部43はくびれた部分があるため強度的には弱くなる。しかし、第3樹脂補強部53で補強されているため、総合的には信頼性特に問題はない。好ましくは、(3)の場合には、ピーク温度を第3半田バンプ86の融点より20〜30℃高い温度に設定する。このようにすれば、第3半田バンプ86及び半田粉84の両方が溶融するので、図15Bに示す強固な第3半田接合部43を形成することができる。例えば、第3半田バンプ86がSn−Ag−Cu系半田(融点218〜219℃)で形成されており、半田粉84がSn−Bi系半田(融点138〜139℃)の粉末である場合には、ピーク温度を240℃に設定すればよい。なお、第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物13にはベンゾオキサジン化合物が含有されているので、ピーク温度が半田粉84の融点以上であれば、半田粉84の溶融時における自己凝集を阻害しないようにすることができる。これにより、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。好ましくは、上述のようにピーク温度を第3半田バンプ86の融点より20〜30℃高い温度に設定する。このようにすると、第3半田バンプ86及び半田粉84の両方が溶融し、これらの溶融時における自己凝集を阻害しないようにすることができる。これにより、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなり、くびれた部分のない強固な第3半田接合部43を形成することができる。
ピーク温度に至るまでの昇温速度は1℃/秒以上4℃/秒以下であることが好ましい。昇温速度が1℃/秒以上であることによって、半田粉84の融点に到達する前に第3熱硬化性樹脂バインダー87の硬化反応が進行して粘度が上昇することを抑制することができる。これにより、溶融した半田の自己凝集による一体化をさらに促進することができる。昇温速度が4℃/秒以下であることによって、活性剤の還元作用で半田粉84の酸化膜を除去する時間を十分に確保することができる。これにより、半田のぬれ性をさらに促進することができる。加熱開始温度は通常は常温であるが特に限定されない。
リフロー半田付けが終了すると、図10に示すような半導体部品82を得ることができる。この半導体部品82の第3基板33の下面のランド63に、第4半田バンプ88を形成しているが、2次実装しない場合には、ランド63及び第4半田バンプ88は不要である。第3樹脂補強部53には活性剤及びチクソ性付与剤が残存していないことが好ましい。しかし、信頼性を損なわなければ、微量の活性剤及びチクソ性付与剤が残存していてもよい。したがって、これらを洗浄により除去する必要はない。
上述のように、本実施の形態においては、第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物13がベンゾオキサジン化合物を含有しているので、半田粉84の融点の高低にかかわりなく、半田付けの際に半田粉84が溶融して凝集することを阻害しないようにすることができる。
[半導体実装品]
図16は、本発明の実施の形態3に係る半導体実装品83の一例を示す概略断面図である。半導体実装品83は、半導体パッケージ85と、第3基板33と、第3半田接合部43と、第3樹脂補強部53と、第4基板34と、第4半田接合部44と、第4樹脂補強部54とを備えている。半導体実装品83を構成するこれらの要素について説明する。なお、半導体実装品83において、半導体パッケージ85を上、第4基板34を下にして上下方向を規定するが、これは、説明する上での便宜的な規定に過ぎない。さらに「第3」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではない。
(半導体パッケージ)
半導体パッケージ85は特に限定されない。半導体パッケージ85の具体例として、BGA、CSPが挙げられる。
(第3基板及び第4基板)
第3基板33及び第4基板34は、プリント配線板であり、特に限定されない。第3基板33の上面には第3パッド23が形成されている。第3パッド23は、少なくとも1つ以上形成されている。第3基板33の下面にはランド63が形成されている。ランド63は、少なくとも1つ以上形成されている。第3基板33は、インターポーザとして機能するので、半導体パッケージ85の配線ピッチを第4基板34の配線ピッチに変換することができる。第4基板34の上面には第4パッド24が形成されている。第4パッド24は、第3基板33のランド63と同数形成されている。第4基板34は、マザーボード又はメインボードとなり得る。
(第3半田接合部及び第4半田接合部)
第3半田接合部43は、半導体パッケージ85と、第3基板33の上面の第3パッド23とを電気的に接合している。
第4半田接合部44は、第3基板33の下面のランド63と第4基板34の上面の第4パッド24とを電気的に接合している。
第3半田接合部43及び第4半田接合部44の融点は100℃以上240℃以下であることが好ましく、130℃以上240℃以下であることがより好ましい。第3半田接合部43及び第4半田接合部44の融点が100℃未満である場合、半田自身が弱くなり、十分な強度が得られないおそれがある。第3半田接合部43及び第4半田接合部44の融点が240℃を超える場合、第3樹脂補強部53を形成する、後述の第3熱硬化性樹脂バインダーと第4樹脂補強部54を形成する、後述の第4熱硬化性樹脂バインダーとが、半田付けの際に半田粉の自己凝集を阻害する可能性が高くなる。
第3半田接合部43及び第4半田接合部44は、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されていることが好ましい。このような半田であれば、第3半田接合部43及び第4半田接合部44の接合強度を高め、クラックなどの欠陥の発生を抑制することができる。
(第3樹脂補強部及び第4樹脂補強部)
第3樹脂補強部53は、第3半田接合部43に接触して形成され、第3半田接合部43を補強している。第3樹脂補強部53は、半導体パッケージ85の下面及び第3基板33の上面の少なくともいずれかと接触している。
第4樹脂補強部54は、第4半田接合部44に接触して形成され、第4半田接合部44を補強している。第4樹脂補強部54は、第3基板33の下面及び第4基板34の上面の少なくともいずれかと接触している。
第3樹脂補強部53は、第3熱硬化性樹脂バインダーの硬化物で形成されている。第4樹脂補強部54は、第4熱硬化性樹脂バインダーの硬化物で形成されている。第3熱硬化性樹脂バインダー及び第4熱硬化性樹脂バインダーは、上述のペースト状熱硬化性樹脂組成物における熱硬化性樹脂バインダーと同様である。つまり、第3熱硬化性樹脂バインダー及び第4熱硬化性樹脂バインダーは、さらに2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含んでいる。これにより、半田付けのための加熱時には、第3熱硬化性樹脂バインダー及び第4熱硬化性樹脂バインダーの一方又は両方の硬化開始温度が高くなる。このことは、例えば第3熱硬化性樹脂バインダーがベンゾオキサジン化合物を含む場合に、半田粉の融点に比べて第3熱硬化性樹脂バインダーの硬化開始温度が高いことを必ずしも意味するのではなく、半田粉の融点に比べて第3熱硬化性樹脂バインダーの硬化開始温度が低すぎないことを意味する。第3熱硬化性樹脂バインダーの硬化反応の進行具合にもよるが、一応の目安として、半田粉84の融点が高く、第3熱硬化性樹脂バインダーの硬化開始温度が低い場合、両者の差は40℃以内であることが好ましい。第4熱硬化性樹脂バインダーがベンゾオキサジン化合物を含む場合も同様である。このようにして半田粉の溶融時における自己凝集の阻害を抑制する効果をさらに高めることができ、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。第3半田接合部43及び第4半田接合部44における半田粉の凝集状態は良好である。
第3熱硬化性樹脂バインダー及び第4熱硬化性樹脂バインダーの一方又は両方は、さらに2官能以上のオキセタン化合物を含んでいることが好ましい。これにより、半田付けのための加熱時には、半田粉が溶融して一体化する速度に比べて、第3熱硬化性樹脂バインダー及び第4熱硬化性樹脂バインダーの硬化速度が遅くなる。このようにして、第3熱硬化性樹脂バインダー及び第4熱硬化性樹脂バインダーが、半田粉の溶融時における自己凝集を阻害しないようにすることができ、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。第3半田接合部43及び第4半田接合部44における半田粉の凝集状態はより良好となる。なお、第3熱硬化性樹脂バインダー及び第4熱硬化性樹脂バインダーの構成成分の具体的な種類及び含有量は同じでも異なっていてもよい。
第3熱硬化性樹脂バインダー及び第4熱硬化性樹脂バインダーの一方又は両方は、さらに2官能以上のエポキシ化合物を含んでいることが好ましい。第3熱硬化性樹脂バインダーがエポキシ化合物を含んでいる場合には、最終的に第3熱硬化性樹脂バインダー87の未硬化部分の発生を抑制し、第3熱硬化性樹脂バインダーの硬化物である第3樹脂補強部53の強度を高めることができる。同様に、第4熱硬化性樹脂バインダーがエポキシ化合物を含んでいる場合には、最終的に第4熱硬化性樹脂バインダーの未硬化部分の発生を抑制し、第4熱硬化性樹脂バインダーの硬化物である第4樹脂補強部54の強度を高めることができる。
図11Aと同様に、第3半田接合部43が外部に露出しないように、第3半田接合部43の側面全体が第3樹脂補強部53で被覆されていてもよい。この場合、第3樹脂補強部53は、半導体パッケージ85の下面及び第3基板33の上面と接触しているため、第3樹脂補強部53による第3半田接合部43の補強効果が向上する。第4樹脂補強部54についても第3樹脂補強部53と同様である。
図11Bと同様に、第3半田接合部43の一部が外部に露出するように、第3樹脂補強部53に隙間89が設けられていてもよい。第3半田接合部43が溶融して体積が増加する場合、増加した分の半田は、隙間89を通って一旦外部に出た後、第3半田接合部43の融点未満の温度で再度隙間89を通って元の場所に戻るので、半田フラッシュ及び半田ブリッジの発生が抑制される。第4樹脂補強部54についても第3樹脂補強部53と同様である。なお、第4半田接合部44が再度融点以上に加熱されないのであれば、第4半田接合部44については、図11Bに示す形態ではなく、図11Aに示す形態が採用されることが好ましい。
[半導体実装品の製造方法]
本実施の形態の半導体実装品83の製造方法は、以下の工程A4〜工程H4を含む。以下では各工程について順に説明する。
(工程A4)
図12は、図10に示す半導体実装品83の製造方法における工程A4を示す概略断面図である。工程A4は、図12に示すように、上述の半導体部品82の製造方法における工程A3とほぼ同じであるが、2次実装を行うため、第3基板33の下面にはランド63が形成されている。ランド63は、少なくとも1つ以上形成されている。
(工程B4)
図13は、図10に示す半導体実装品83の製造方法における工程B4を示す概略断面図である。工程B4は、図13に示すように、上述の半導体部品82の製造方法における工程B3と同じである。
(工程C4及び工程D4)
図14は、図10に示す半導体実装品83の製造方法における工程C4及びD4を示す概略断面図である。工程C4及び工程D4は、図14に示すように、上述の半導体部品82の製造方法における工程C3及び工程D3と同じである。工程A4〜工程D4は1次実装の工程であり、工程D4の終了により1次実装が終了する。1次実装後に既述の半導体部品82が得られる。
(工程E4)
工程E4では、図10に示すように、第3基板33の下面のランド63に第4半田バンプ88を形成する。第3基板33に複数のランド63が形成されている場合には、ランド63ごとに第4半田バンプ88を形成する。第4半田バンプ88は、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されていることが好ましい。このような半田であれば、第4半田接合部44の接合強度を高め、クラックなどの欠陥の発生を抑制することができる。
(工程F4)
図17は、図16に示す半導体実装品83の製造方法における工程F4を示す概略断面図である。工程F4では、図17に示すように、第4基板34を準備する。第4基板34は、上述のように具体的にはプリント配線板である。第4基板34の上面には第4パッド24が形成されている。第4パッド24は、第4半田バンプ88と同数形成されている。第4半田バンプ88と第4パッド24とは、第3基板33の下面と第4基板34の上面とを対向させたときに1対1に対応するように形成されている。
さらに工程F4では、第4ペースト状熱硬化性樹脂組成物14を第4基板34の第4パッド24に塗布する。第4基板34に複数の第4パッド24が形成されている場合には、第4パッド24ごとに第4ペースト状熱硬化性樹脂組成物14を塗布することが好ましい。
ここで、第4ペースト状熱硬化性樹脂組成物14は、上述のペースト状熱硬化性樹脂と同様である。すなわち、第4ペースト状熱硬化性樹脂組成物14は、半田粉と、第4熱硬化性樹脂バインダーと、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する。第4熱硬化性樹脂バインダーは、主剤及び硬化剤を含む。硬化剤は、ベンゾオキサジン化合物を含む。
このように、第4ペースト状熱硬化性樹脂組成物14は、融点が100℃以上240℃以下である半田粉と、2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物と、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する。ベンゾオキサジン化合物が含有されていることにより、第4熱硬化性樹脂バインダーの硬化反応の開始温度を高めることができる。したがって、半田粉の溶融時における自己凝集を第4熱硬化性樹脂バインダーが阻害しないようにすることができ、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。なお、第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物13及び第4ペースト状熱硬化性樹脂組成物14の構成成分の具体的な種類及び含有量は同じでも異なっていてもよい。
半田粉は、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田の粉末で形成されていてもよい。
第4ペースト状熱硬化性樹脂組成物14は、さらに2官能以上のオキセタン化合物を含有することが好ましい。これにより、溶融した半田の自己凝集による一体化をさらに促進することができる。
第4ペースト状熱硬化性樹脂組成物14は、さらに2官能以上のエポキシ化合物を含有することが好ましい。このように、さらにエポキシ化合物が含有されていると、最終的に第4熱硬化性樹脂バインダーの未硬化部分の発生を抑制し、硬化物の強度を高めることができる。
第4基板34の第4パッド24への第4ペースト状熱硬化性樹脂組成物14の塗布の方法は特に限定されない。塗布方法の具体例として、スクリーン印刷、及びディスペンス法が挙げられる。
(工程G4)
図18は、図16に示す半導体実装品83の製造方法における工程G4及び工程H4を示す概略断面図である。工程G4では、図18に示すように、第3基板33の第4半田バンプ88を第4基板34の第4パッド24に配置する。このとき第4半田バンプ88と第4パッド24との間に第4ペースト状熱硬化性樹脂組成物14が介在している。
(工程H4)
工程H4では、図18に示す状態で、ピーク温度が220℃以上260℃以下となるように、半導体パッケージ85、第3基板33及び第4基板34を4分以上加熱してリフロー半田付けを行う。加熱時間の上限は特に限定されないが、例えば10分であり、特にピーク温度での加熱時間の上限は例えば1分である。ピーク温度は、基本的には第4ペースト状熱硬化性樹脂組成物14に含有される半田粉の融点より20〜30℃高い温度に設定される。
ここで、第4半田バンプ88及び半田粉の材質によって、(1)第4半田バンプ88の融点と半田粉の融点とが同じである場合、(2)第4半田バンプ88の融点が低く、半田粉の融点が高い場合、(3)第4半田バンプ88の融点が高く、半田粉の融点が低い場合の3つの場合が想定される。
(1)及び(2)の場合、ピーク温度を半田粉の融点より20〜30℃高い温度に設定すれば、第4半田バンプ88も溶融させることができる。そのため、第4半田バンプ88及び半田粉の両方が溶融して渾然一体となって強固な第4半田接合部44が形成される。しかも第4ペースト状熱硬化性樹脂組成物14にはベンゾオキサジン化合物が含有されているので、第4半田バンプ88及び半田粉の溶融時における自己凝集を阻害しないようにすることができ、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。
(1)及び(2)の場合において、第2ペースト状樹脂組成物12における半田粉の融点よりも、1次実装で形成された第3半田接合部43の融点の方が高いときには、半田粉の融点以上で、かつ、第3半田接合部43の融点未満の温度をピーク温度としてもよい。このようなピーク温度であれば、2次実装の際に第3半田接合部43が再度溶融しないので、半田フラッシュ及び半田ブリッジの発生をさらに抑制することができる。
(3)の場合、ピーク温度を半田粉の融点より20〜30℃高い温度に設定しても、第4半田バンプ88が溶融しないことがある。この場合の一例として、第4半田バンプ88がSn−Ag−Cu系半田(融点218〜219℃)で形成されており、半田粉がSn−Bi系半田(融点138〜139℃)の粉末である場合が挙げられる。この場合、ピーク温度を160℃に設定しても、第4半田バンプ88は溶融しない。そのため、半田粉のみが溶融して、くびれた部分を有する第4半田接合部44が形成される。このくびれた部分において、第4半田バンプ88と、半田粉が溶融後に一体化した半田との界面が存在する。第4半田接合部44にくびれた部分があると強度的には弱くなる。しかし、第4樹脂補強部54で補強されているため、総合的には信頼性において特に問題はない。好ましくは、(3)の場合には、ピーク温度を第4半田バンプ88の融点より20〜30℃高い温度に設定する。このようにすれば、第4半田バンプ88及び半田粉の両方が溶融するので、くびれた部分のない強固な第4半田接合部44を形成することができる。例えば、上述のように第4半田バンプ88がSn−Ag−Cu系半田(融点218〜219℃)で形成されており、半田粉がSn−Bi系半田(融点138〜139℃)の粉末である場合には、ピーク温度を240℃に設定すればよい。なお、第4ペースト状熱硬化性樹脂組成物14にはベンゾオキサジン化合物が含有されているので、ピーク温度が半田粉の融点以上であれば、半田粉の溶融時における自己凝集を阻害しないようにすることができる。これにより、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなる。好ましくは、上述のようにピーク温度を第4半田バンプ88の融点より20〜30℃高い温度に設定する。このようにすると、第4半田バンプ88及び半田粉84の両方が溶融し、これらの溶融時における自己凝集を阻害しないようにすることができる。これにより、溶融した半田が自己凝集して一体化しやすくなり、くびれた部分のない強固な第4半田接合部44を形成することができる。
(3)の場合において、第4半田バンプ88の融点よりも、1次実装で形成された第3半田接合部43の融点の方が高いときには、半田粉の融点以上(好ましくは第4半田バンプ88の融点以上)で、かつ、第3半田接合部43の融点未満の温度をピーク温度としてもよい。このようなピーク温度であれば、2次実装の際に第3半田接合部43が再度溶融しないので、半田フラッシュ及び半田ブリッジの発生をさらに抑制することができる。
ピーク温度に至るまでの昇温速度は1℃/秒以上4℃/秒以下であることが好ましい。昇温速度が1℃/秒以上であることによって、半田粉の融点に到達する前に、第4熱硬化性樹脂バインダーの硬化反応が進行して粘度が上昇することを抑制することができる。これにより、溶融した半田の自己凝集による一体化をさらに促進することができる。昇温速度が4℃/秒以下であることによって、活性剤の還元作用で半田粉の酸化膜を除去する時間を十分に確保することができる。これにより、半田のぬれ性をさらに促進することができる。加熱開始温度は通常は常温であるが、特に限定されない。
リフロー半田付けが終了すると、図16に示すような半導体実装品83を得ることができる。すなわち、工程E4〜工程H4は2次実装の工程であり、工程H4の終了により2次実装が終了する。2次実装後に既述の半導体実装品83が得られる。第4樹脂補強部54には活性剤及びチクソ性付与剤が残存していないことが好ましい。しかし、信頼性を損なわなければ、微量の活性剤及びチクソ性付与剤が残存していてもよい。したがって、これらを洗浄により除去する必要はない。
上述のように、本実施の形態においては、第4ペースト状熱硬化性樹脂組成物14がベンゾオキサジン化合物を含有しているので、半田粉の融点の高低にかかわりなく、半田付けの際に半田粉が溶融して凝集することを阻害しないようにすることができる。
以上のように、本実施の形態の半導体部品82は、半導体パッケージ85と、上面に相当する第1面に第3パッド23が形成された第3基板33と、半導体パッケージ85と第3パッド23とを電気的に接続する第3半田接合部43とを備える。また、第3半田接合部43に接触して形成され、第3半田接合部43を補強する第3樹脂補強部53を備える。また、第3樹脂補強部53が、2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含む第3熱硬化性樹脂バインダーの硬化物で形成されている。これにより、半田粉の凝集状態が良好である。
また、第3熱硬化性樹脂バインダーが、2官能以上のオキセタン化合物を含んでもよい。
また、第3半田接合部43の融点が100℃以上240℃以下であってもよい。
また、第3半田接合部43が、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されていてもよい。
また、第3熱硬化性樹脂バインダーが、2官能以上のエポキシ化合物を含んでもよい。
また、本実施の形態の半導体実装品83は、半導体パッケージ85と、上面に相当する第1面に第3パッド23、第1面の反対側の下面に相当する第2面にランド63が形成された第3基板33とを備える。また、半導体パッケージ85と第3パッド23とを電気的に接続する第3半田接合部43と、第3半田接合部43に接触して形成され、第3半田接合部43を補強する第3樹脂補強部53とを備える。また、上面に相当する一面に第4パッド24が形成された第4基板34と、ランド63と第4パッド24とを電気的に接続する第4半田接合部44と、第4半田接合部44に接触して形成され、第4半田接合部44を補強する第4樹脂補強部54とを備える。また、第3樹脂補強部53が、2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含む。また、第3熱硬化性樹脂バインダーの硬化物で形成されており、第4樹脂補強部54が、2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含む第4熱硬化性樹脂バインダーの硬化物で形成されている。これにより、半田粉の凝集状態が良好である。
また、第3熱硬化性樹脂バインダー及び第4熱硬化性樹脂バインダーの一方又は両方が、2官能以上のオキセタン化合物を含んでもよい。
また、第3半田接合部43及び第4半田接合部44の融点が100℃以上240℃以下であってもよい。
また、第3半田接合部43及び第4半田接合部44が、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されていてもよい。
また、第3熱硬化性樹脂バインダー及び第4熱硬化性樹脂バインダーの一方又は両方が、2官能以上のエポキシ化合物を含んでもよい。
また、本実施の形態の半導体部品82の製造方法は、以下の工程A3〜D3を含む。工程A3:下面に相当する第2面に第3半田バンプ85が形成された半導体パッケージ85と、第2面の反対側の上面に相当する第1面に第3パッド23が形成された第3基板33とを準備する工程、工程B3:融点が100℃以上240℃以下である半田粉と、2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物と、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物を、第3パッド23に印刷する工程、工程C3:第3半田バンプ86を第3パッド23に配置する工程、工程D3:ピーク温度が220℃以上260℃以下となるように、半導体パッケージ85及び第3基板33を4分以上加熱してリフロー半田付けを行う工程。これにより、半田粉の凝集状態が良好である。
また、第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物が、2官能以上のオキセタン化合物を含有してもよい。
また、第3半田バンプ86が、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されていてもよい。
また、半田粉が、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田の粉末で形成されていてもよい。
また、第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物が、2官能以上のエポキシ化合物を含有してもよい。
また、ピーク温度に至るまでの昇温速度が1℃/秒以上4℃/秒以下であってもよい。
また、本実施の形態の半導体実装品83の製造方法は、以下の工程A4〜H4を含む。工程A4:下面に相当する一面に第3半田バンプ86が形成された半導体パッケージ85と、上面に相当する第1面に第3パッド23、第1面の反対側の下面に相当する第2面にランド63が形成された第3基板33と、上面に相当する第3面に第4パッド24が形成された第4基板34とを準備する工程、工程B4:融点が100℃以上240℃以下である半田粉と、2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物と、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物を、第3パッド23に印刷する工程、工程C4:第3半田バンプ86を第3パッド23に配置する工程、工程D4:ピーク温度が220℃以上260℃以下となるように、半導体パッケージ85及び第3基板33を4分以上加熱してリフロー半田付けを行う工程、工程E4:ランド63に第4半田バンプ88を形成する工程、工程F4:融点が100℃以上240℃以下である半田粉と、2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物と、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する第4ペースト状熱硬化性樹脂組成物を、第4パッド88に印刷する工程、工程G4:第4半田バンプ88を第4パッド24に配置する工程、工程H4:ピーク温度が220℃以上260℃以下となるように、半導体パッケージ85、第3基板33及び第4基板34を4分以上加熱してリフロー半田付けを行う工程。これにより、半田粉の凝集状態が良好である。
また、第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物及び第4ペースト状熱硬化性樹脂組成物の一方又は両方が、2官能以上のオキセタン化合物を含有してもよい。
また、第3半田バンプ86及び第4半田バンプ88の一方又は両方が、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されていてもよい。
また、半田粉が、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田の粉末で形成されていてもよい。
また、第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物及び第4ペースト状熱硬化性樹脂組成物の一方又は両方が、2官能以上のエポキシ化合物を含有してもよい。
また、ピーク温度に至るまでの昇温速度が1℃/秒以上4℃/秒以下であってもよい。
以下、本発明を実施例を用いて具体的に説明する。
[ペースト状熱硬化性樹脂組成物]
ペースト状熱硬化性樹脂組成物の構成成分として以下のものを用いる。
(半田粉)
・Sn−Ag−Cu系半田の粉末(SAC305(Sn−3.0Ag−0.5Cu))
・Sn−Bi系半田の粉末(Sn−58Bi)
(熱硬化性樹脂バインダー)
<主剤>
・式(O1)のオキセタン化合物(宇部興産株式会社製「ETERNACOLL OXBP」(略号OXBP))
・式(O2)のオキセタン化合物(宇部興産株式会社製「ETERNACOLL OXIPA」(略号OXIPA))
・式(O3)のオキセタン化合物(東亞合成株式会社製「OXT−121」(略号XDO))
・エポキシ化合物(三菱化学株式会社製「エピコート806」(ビスフェノールF型エポキシ樹脂))
<硬化剤>
・式(B1)のベンゾオキサジン化合物(四国化成工業株式会社製「P−d型」)
・式(B2)のベンゾオキサジン化合物(小西化学工業株式会社製「BF−BXZ」(ビスフェノールFタイプ))
・式(B3)のベンゾオキサジン化合物(小西化学工業株式会社製「BS−BXZ」(ビスフェノールSタイプ))
(硬化促進剤)
・2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール(四国化成工業株式会社製「2PHZ−PW」)
(活性剤)
・グルタル酸
・トリエタノールアミン
(チクソ性付与剤)
・アミド系ワックス(伊藤製油株式会社製「ITOHWAX J−420」(N−ヒドロキシエチル−12−ヒドロキシステアリルアミド))
(実施例1〜17)
実施例1〜17のペースト状熱硬化性樹脂組成物は、次のようにして製造する。各構成成分の含有量は(表1)に示す通りである。
チクソ性付与剤と、オキセタン化合物とエポキシ化合物(実施例10では不使用)とを配合し、加温してチクソ性付与剤を溶解させることにより、第1混合物を得る。
第1混合物に活性剤と、硬化剤とを配合し、これをプラネタリーミキサーで混練することにより、第2混合物を得る。なお、活性剤及び硬化剤については、120メッシュの篩を通過したものを用いる。
第2混合物に半田粉を配合し、これを引き続きプラネタリーミキサーで混練することにより、ペースト状熱硬化性樹脂組成物を得る。
(比較例1)
比較例1のペースト状熱硬化性樹脂組成物は、次のようにして製造する。各構成成分の含有量は(表1)に示す通りである。
チクソ性付与剤と、エポキシ化合物を配合し、加温してチクソ性付与剤を溶解させることにより、第1混合物を得る。
第1混合物に活性剤と、硬化促進剤とを配合し、これをプラネタリーミキサーで混練することにより、第2混合物を得る。なお、活性剤及び硬化促進剤については、120メッシュの篩を通過したものを用いる。
第2混合物に半田粉を配合し、これを引き続きプラネタリーミキサーで混練することにより、ペースト状熱硬化性樹脂組成物を得る。
(ソルダボール試験)
上記のようにして得られるペースト状熱硬化性樹脂組成物を試料として用いて、規格番号JIS Z 3284の附属書11に規定されたソルダボール試験を行う。ソルダバスの温度は240℃に設定し、加熱時間は6分とする。半田の凝集度合いを以下のレベル1〜5に分け、レベル1〜3を「GD」、レベル4を「OK」、レベル5を「NG」として評価する。
<レベル1>
半田粉が溶融して、半田は一つの大きな球となり、周囲にソルダボールがない。
<レベル2>
半田粉が溶融して、半田は一つの大きな球となり、周囲に直径75μm以下のソルダボールが三つ以下ある。
<レベル3>
半田粉が溶融して、半田は一つの大きな球となり、周囲に直径75μm以下のソルダボールが四つ以上あり、半連続の環状に並んではいない。
<レベル4>
半田粉が溶融して、半田は一つの大きな球となり、周囲に多数の細かい球が半連続の環状に並んでいる。
<レベル5>
上記以外のもの。
(樹脂硬化度合い)
ソルダボール試験後の樹脂の硬化度合いを以下のレベル1〜3に分け、レベル1を「GD」、レベル2を「OK」、レベル3を「NG」として評価する。
<レベル1>
十分に硬化している。
<レベル2>
未硬化部分がわずかに残っている。
<レベル3>
未硬化部分が残っており、タック性がある。
Figure 2017110052
(表1)から明らかなように、オキセタン化合物を使用しないで硬化促進剤を使用する比較例1では、溶融した半田粉の凝集が阻害されているのに対して、オキセタン化合物を使用する実施例1〜17では、溶融した半田粉の凝集が阻害されにくいことが確認される。
(表1)から明らかなように、ベンゾオキサジン化合物を使用しないで硬化促進剤を使用する比較例1では、溶融した半田粉の凝集が阻害されているのに対して、ベンゾオキサジン化合物を使用して硬化促進剤を使用しない実施例1〜17では、溶融した半田粉の凝集が阻害されにくいことが確認される。
実施例1、10、11と実施例12との対比から、主剤の全質量に対して、オキセタン化合物が50質量%以上であることが好ましいことが確認される。すなわち、実施例1、10、11では、オキセタン化合物による硬化反応の遅延が優勢となり、溶融した半田粉の凝集が阻害されにくくなっている。これに対して、実施例12では、エポキシ化合物による硬化反応の促進が若干優勢となり、溶融した半田粉の凝集がわずかに阻害されている。
実施例15の評価結果から、主剤100質量部に対して、ベンゾオキサジン化合物が10質量部未満であると、熱硬化性樹脂バインダーの硬化物にわずかに未硬化部分が発生することが確認される。
実施例16の評価結果から、主剤100質量部に対して、ベンゾオキサジン化合物が40質量部を超えると、熱硬化性樹脂バインダーの硬化が若干速くなり、溶融した半田粉の凝集がわずかに阻害されることが確認される。
本発明のペースト状熱硬化性樹脂組成物は、半導体部品及び半導体実装品などに有用である。
2 半導体部品
3 半導体実装品
4 半田粉
5 半導体パッケージ
6 第1半田バンプ
7 第1熱硬化性樹脂バインダー
8 第2半田バンプ
9 隙間
11 第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物
12 第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物
13 第3ペースト状熱硬化性樹脂組成物
14 第4ペースト状熱硬化性樹脂組成物
21 第1パッド
22 第2パッド
23 第3パッド
24 第4パッド
31 第1基板
32 第2基板
33 第3基板
34 第4基板
41 第1半田接合部
42 第2半田接合部
43 第3半田接合部
44 第4半田接合部
51 第1樹脂補強部
52 第2樹脂補強部
53 第3樹脂補強部
54 第4樹脂補強部
61 ランド
63 ランド
82 半導体部品
83 半導体実装品
84 半田粉
85 半導体パッケージ
86 第3半田バンプ
87 第3熱硬化性樹脂バインダー
88 第4半田バンプ
89 隙間

Claims (38)

  1. 半田粉と、
    熱硬化性樹脂バインダーと、
    活性剤と、
    チクソ性付与剤とを含有するペースト状熱硬化性樹脂組成物であって、
    前記半田粉の融点が100℃以上240℃以下であり、
    前記熱硬化性樹脂バインダーが、主剤及び硬化剤を含み、
    前記主剤が、2官能以上のオキセタン化合物を含む
    ペースト状熱硬化性樹脂組成物。
  2. 前記オキセタン化合物が、下記式(O1)〜(O3)からなる群より選ばれた1種以上の化合物である
    請求項1に記載のペースト状熱硬化性樹脂組成物。
    Figure 2017110052
  3. 前記主剤の全質量に対して、前記オキセタン化合物が50質量%以上である
    請求項1に記載のペースト状熱硬化性樹脂組成物。
  4. 前記硬化剤が、2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含む
    請求項1に記載のペースト状熱硬化性樹脂組成物。
  5. 前記半田粉が、Sn−Ag−Cu系半田の粉末である
    請求項1に記載のペースト状熱硬化性樹脂組成物。
  6. 前記半田粉が、Sn−Bi系半田の粉末である
    請求項1に記載のペースト状熱硬化性樹脂組成物。
  7. 前記半田粉の平均粒径が3μm以上30μm以下である
    請求項1に記載のペースト状熱硬化性樹脂組成物。
  8. 前記主剤が、2官能以上のエポキシ化合物を含む
    請求項1に記載のペースト状熱硬化性樹脂組成物。
  9. 前記活性剤が、グルタル酸及びトリエタノールアミンからなる群より選ばれた1種以上の化合物を含む
    請求項1に記載のペースト状熱硬化性樹脂組成物。
  10. 前記チクソ性付与剤が、アミド系ワックスを含む
    請求項1に記載のペースト状熱硬化性樹脂組成物。
  11. 半田粉と、
    熱硬化性樹脂バインダーと、
    活性剤と、
    チクソ性付与剤とを含有するペースト状熱硬化性樹脂組成物であって、
    前記半田粉の融点が100℃以上240℃以下であり、
    前記熱硬化性樹脂バインダーが、主剤及び硬化剤を含み、
    前記硬化剤が、2個以上のベンゾオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物を含む
    ペースト状熱硬化性樹脂組成物。
  12. 前記ベンゾオキサジン化合物が、下記式(B1)〜(B3)からなる群より選ばれた1種以上の化合物である
    請求項11に記載のペースト状熱硬化性樹脂組成物。
    Figure 2017110052
  13. 前記主剤100質量部に対して、前記ベンゾオキサジン化合物が10質量部以上40質量部以下である
    請求項11に記載のペースト状熱硬化性樹脂組成物。
  14. 前記主剤が、2官能以上のオキセタン化合物を含む
    請求項11に記載のペースト状熱硬化性樹脂組成物。
  15. 前記半田粉が、Sn−Ag−Cu系半田の粉末である
    請求項11に記載のペースト状熱硬化性樹脂組成物。
  16. 前記半田粉が、Sn−Bi系半田の粉末である
    請求項11に記載のペースト状熱硬化性樹脂組成物。
  17. 前記半田粉の平均粒径が3μm以上30μm以下である
    請求項11に記載のペースト状熱硬化性樹脂組成物。
  18. 前記主剤が、2官能以上のエポキシ化合物を含む
    請求項11に記載のペースト状熱硬化性樹脂組成物。
  19. 前記活性剤が、グルタル酸及びトリエタノールアミンからなる群より選ばれた1種以上の化合物を含む
    請求項11に記載のペースト状熱硬化性樹脂組成物。
  20. 前記チクソ性付与剤が、アミド系ワックスを含む
    請求項11に記載のペースト状熱硬化性樹脂組成物。
  21. 半導体パッケージと、
    第1面に第1パッドが形成された第1基板と、
    前記半導体パッケージと前記第1パッドとを電気的に接続する第1半田接合部と、
    前記第1半田接合部に接触して形成され、前記第1半田接合部を補強する第1樹脂補強部とを備え、
    前記第1樹脂補強部が、少なくとも2官能以上のオキセタン化合物と2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物のうちの一つを含む第1熱硬化性樹脂バインダーの硬化物で形成されている
    半導体部品。
  22. 前記第1半田接合部の融点が100℃以上240℃以下である
    請求項21に記載の半導体部品。
  23. 前記第1半田接合部が、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されている
    請求項21に記載の半導体部品。
  24. 前記第1熱硬化性樹脂バインダーが、2官能以上のエポキシ化合物を含む
    請求項21に記載の半導体部品。
  25. 半導体パッケージと、
    第1面に第1パッド、前記第1面の反対側の第2面にランドが形成された第1基板と、
    前記半導体パッケージと前記第1パッドとを電気的に接続する第1半田接合部と、
    前記第1半田接合部に接触して形成され、前記第1半田接合部を補強する第1樹脂補強部と、
    一面に第2パッドが形成された第2基板と、
    前記ランドと前記第2パッドとを電気的に接続する第2半田接合部と、
    前記第2半田接合部に接触して形成され、前記第2半田接合部を補強する第2樹脂補強部とを備え、
    前記第1樹脂補強部が、少なくとも2官能以上のオキセタン化合物と2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物のうちの一つを含む第1熱硬化性樹脂バインダーの硬化物で形成されており、
    前記第2樹脂補強部が、少なくとも2官能以上のオキセタン化合物と2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物のうちの一つを含む第2熱硬化性樹脂バインダーの硬化物で形成されている
    半導体実装品。
  26. 前記第1半田接合部及び前記第2半田接合部の融点が100℃以上240℃以下である
    請求項25に記載の半導体実装品。
  27. 前記第1半田接合部及び前記第2半田接合部が、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されている
    請求項25に記載の半導体実装品。
  28. 前記第1熱硬化性樹脂バインダー及び前記第2熱硬化性樹脂バインダーの一方又は両方が、2官能以上のエポキシ化合物を含む
    請求項25に記載の半導体実装品。
  29. 以下の工程A1〜D1を含む半導体部品の製造方法。
    工程A1:第2面に第1半田バンプが形成された半導体パッケージと、前記第2面の反対側の第1面に第1パッドが形成された第1基板とを準備する工程、
    工程B1:融点が100℃以上240℃以下である半田粉と、少なくとも2官能以上のオキセタン化合物と2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物のうちの一つと、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物を、前記第1パッドに印刷する工程、
    工程C1:前記第1半田バンプを前記第1パッドに配置する工程、
    工程D1:ピーク温度が220℃以上260℃以下となるように、前記半導体パッケージ及び前記第1基板を4分以上加熱してリフロー半田付けを行う工程。
  30. 前記第1半田バンプが、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されている
    請求項29に記載の半導体部品の製造方法。
  31. 前記半田粉が、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田の粉末で形成されている
    請求項29に記載の半導体部品の製造方法。
  32. 前記第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物が、2官能以上のエポキシ化合物を含有する
    請求項29に記載の半導体部品の製造方法。
  33. 前記ピーク温度に至るまでの昇温速度が1℃/秒以上4℃/秒以下である
    請求項29に記載の半導体部品の製造方法。
  34. 以下の工程A2〜H2を含む半導体実装品の製造方法。
    工程A2:一面に第1半田バンプが形成された半導体パッケージと、第1面に第1パッド、前記第1面の反対側の第2面にランドが形成された第1基板と、一面に第2パッドが形成された第2基板とを準備する工程、
    工程B2:融点が100℃以上240℃以下である半田粉と、少なくとも2官能以上のオキセタン化合物と2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物のうちの一つと、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物を、前記第1パッドに印刷する工程、
    工程C2:前記第1半田バンプを前記第1パッドに配置する工程、
    工程D2:ピーク温度が220℃以上260℃以下となるように、前記半導体パッケージ及び前記第1基板を4分以上加熱してリフロー半田付けを行う工程、
    工程E2:前記ランドに第2半田バンプを形成する工程、
    工程F2:融点が100℃以上240℃以下である半田粉と、少なくとも2官能以上のオキセタン化合物と2個以上のオキサジン環を有するベンゾオキサジン化合物のうちの一つと、活性剤と、チクソ性付与剤とを含有する第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物を、前記第2パッドに印刷する工程、
    工程G2:前記第2半田バンプを前記第2パッドに配置する工程、
    工程H2:ピーク温度が220℃以上260℃以下となるように、前記半導体パッケージ、前記第1基板及び前記第2基板を4分以上加熱してリフロー半田付けを行う工程。
  35. 前記第1半田バンプ及び前記第2半田バンプの一方又は両方が、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田で形成されている
    請求項34に記載の半導体実装品の製造方法。
  36. 前記半田粉が、Sn−Ag−Cu系半田及びSn−Bi系半田からなる群より選ばれた1種以上の半田の粉末で形成されている
    請求項34に記載の半導体実装品の製造方法。
  37. 前記第1ペースト状熱硬化性樹脂組成物及び前記第2ペースト状熱硬化性樹脂組成物の一方又は両方が、2官能以上のエポキシ化合物を含有する
    請求項34に記載の半導体実装品の製造方法。
  38. 前記ピーク温度に至るまでの昇温速度が1℃/秒以上4℃/秒以下である
    請求項34に記載の半導体実装品の製造方法。
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