KR20210099042A - 언더필재, 반도체 패키지 및 반도체 패키지의 제조 방법 - Google Patents

언더필재, 반도체 패키지 및 반도체 패키지의 제조 방법 Download PDF

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KR20210099042A
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코지 호리
토모키 히라이
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쇼와덴코머티리얼즈가부시끼가이샤
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Abstract

언더필재(underfill material)는, 에폭시 수지와, 고무 성분을 포함하며, 상기 에폭시 수지가, 1분자 중에 2개의 에폭시기를 갖고, 분자량이 650 이하이고, 또한 상기 에폭시기 이외의 고리(環) 구조를 포함하지 않는 에폭시 화합물을 포함한다.

Description

언더필재, 반도체 패키지 및 반도체 패키지의 제조 방법
[0001] 본 발명은, 언더필재(underfill material), 반도체 패키지 및 반도체 패키지의 제조 방법에 관한 것이다.
[0002] 반도체 장치의 실장(實裝; mounting) 기술에 있어서는, 기판과 반도체 소자와의 사이의 공극(空隙)을 충전(充塡)하기 위해 언더필재라 불리는 액상의 경화성 수지 조성물이 널리 이용되고 있다. 언더필재는, 경화 시의 수축, 리플로(reflow) 시의 가열 등에 의해, 언더필재의 경화물의 내부에 잔류 응력이 생겨 박리, 크랙 등이 발생하는 원인이 될 우려가 있다. 경화물 중에 생기는 응력을 완화하는 수법으로서는, 언더필재에 고무 성분을 첨가하여 경화물의 탄성률을 저감하는 수법이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
국제 공개 제2006/019041호
[0004] 고무 성분을 첨가한 언더필재는, 경화물의 탄성률이 저감되는 한편, 기판과 반도체 소자 간의 열팽창률의 차(差)가 커져 시일(seal)부의 박리, 크랙 등이 발생하는 원인이 될 우려가 있다. 따라서, 언더필재의 경화물의 열팽창률을 기판 또는 반도체 소자의 열팽창률에 근접시키는 것이 시일부의 신뢰성 확보의 관점에서 중요하다.
[0005] 언더필재의 열팽창률을 원하는 값으로 조절하는 수법으로서는, 충전재의 함유량을 증감시키는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 언더필재 중의 충전재의 양을 증가시키면 경화 전의 유동성이 저하되는 경향이 있으며, 이 점이 기술적인 제약이 되어 충전재의 함유량만으로 열팽창률을 조절하는 것을 곤란하게 하고 있다.
따라서, 언더필재의 경화 전의 유동성을 유지하면서 경화 후의 열팽창률을 원하는 값으로 제어할 수 있는 기술의 개발이 요망되고 있다.
[0006] 본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 경화 후의 탄성률이 낮고, 또한 경화 전의 유동성을 유지하면서 경화 후의 열팽창률을 저감할 수 있는 언더필재, 그리고 이 언더필재를 이용하여 얻어지는 반도체 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
[0007] 상기 과제를 해결하기 위한 수단에는, 이하의 실시양태가 포함된다.
＜1＞ 에폭시 수지와, 고무 성분을 포함하며, 상기 에폭시 수지가, 1분자 중에 2개의 에폭시기를 갖고, 분자량이 650 이하이고, 또한 상기 에폭시기 이외의 고리 구조를 포함하지 않는 에폭시 화합물을 포함하는, 언더필재.
＜2＞ 상기 에폭시 화합물은 하기 일반식 (1)로 나타내어지는 화합물을 포함하는, ＜1＞에 기재된 언더필재.
[0008]
Figure pct00001
[0009] 〔일반식 (1)에 있어서, R은 고리 구조를 포함하지 않는 2가(二價)의 기이다.〕
＜3＞ 상기 고무 성분이 입자 형상(粒子狀)인, ＜1＞ 또는 ＜2＞에 기재된 언더필재.
＜4＞ 상기 고무 성분이, 코어(core)부와 쉘(shell)부를 갖는 코어-쉘형 고무 입자를 포함하는, ＜1＞∼＜3＞ 중 어느 한 항에 기재된 언더필재.
＜5＞ 상기 코어-쉘형 고무 입자가, 폴리실록산을 포함하는 코어부와, 중합체를 포함하는 쉘부를 갖는 코어-쉘형 고무 입자인, ＜4＞에 기재된 언더필재.
＜6＞ 상기 쉘부의 상기 중합체가 (메타)아크릴 수지를 포함하는, ＜5＞에 기재된 언더필재.
＜7＞ 레이저 산란 회절법에 의해 측정되는 상기 코어-쉘형 고무 입자의 체적 평균 입자직경(粒子徑)이 0.05㎛∼1.0㎛인, ＜4＞∼＜6＞ 중 어느 한 항에 기재된 언더필재.
＜8＞ 추가로 경화제를 포함하며, 상기 고무 성분의 함유량이, 상기 에폭시 수지 및 상기 경화제의 합계 100질량부에 대해 0.1∼15질량부인, ＜1＞∼＜7＞ 중 어느 한 항에 기재된 언더필재.
＜9＞ 추가로 충전재를 포함하며, 상기 충전재의 함유율이 상기 언더필재 전체의 50질량％ 이상인, ＜1＞∼＜8＞ 중 어느 한 항에 기재된 언더필재.
＜10＞ 레오미터(rheometer)를 이용하여, 40㎜의 평행판(parallel plate), 전단 속도 32.5(1/s)의 조건으로 측정되는 110℃에 있어서의 점도가 1.0㎩·s 이하인, ＜1＞∼＜9＞ 중 어느 한 항에 기재된 언더필재.
＜11＞ 기판과, 상기 기판 상에 배치된 반도체 소자와, 상기 반도체 소자를 시일하고 있는 ＜1＞∼＜10＞ 중 어느 한 항에 기재된 언더필재의 경화물을 구비하는, 반도체 패키지.
＜12＞ 기판과, 상기 기판 상에 배치된 반도체 소자와의 사이의 공극(空隙)을 ＜1＞∼＜10＞ 중 어느 한 항에 기재된 언더필재로 충전하는 공정과, 상기 언더필재를 경화하는 공정을 갖는, 반도체 패키지의 제조 방법.
[0010] 본 발명에 의하면, 경화 후의 탄성률이 낮고, 또한 경화 전의 유동성을 유지하면서 경화 후의 열팽창률을 저감할 수 있는 언더필재, 그리고 이를 이용하여 얻어지는 반도체 패키지 및 그 제조 방법이 제공된다.
[0011] 이하에서는, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 상세히 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 이하의 실시형태에 있어서, 그 구성 요소(요소 스텝 등도 포함함)는, 특별히 명시한 경우를 제외하고는, 필수적인 것은 아니다. 수치 및 그 범위에 대해서도 마찬가지이며, 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
[0012] 본 개시(開示)에 있어서 「공정」이라는 말에는, 다른 공정으로부터 독립된 공정뿐만 아니라, 다른 공정과 명확하게 구별할 수 없는 경우라 하더라도 그 공정의 목적이 달성된다면, 해당 공정도 포함된다.
본 개시에 있어서 「∼」를 이용하여 나타내어진 수치 범위에는, 「∼」의 전후에 기재되는 수치가 각각 최소치 및 최대치로서 포함된다.
본 개시 중에 단계적으로 기재되어 있는 수치 범위에 있어서, 하나의 수치 범위로 기재된 상한치 또는 하한치는, 다른 단계적인 기재의 수치 범위의 상한치 또는 하한치로 치환해도 된다. 또한, 본 개시 중에 기재되어 있는 수치 범위에 있어서, 그 수치 범위의 상한치 또는 하한치는, 실시예에 기재되어 있는 값으로 치환해도 된다.
본 개시에 있어서 각 성분은 해당하는 물질을 복수 종(種) 포함하고 있어도 된다. 조성물 중에 각 성분에 해당하는 물질이 복수 종 존재하는 경우, 각 성분의 함유율 또는 함유량은, 특별히 언급하지 않는 한, 조성물 중에 존재하는 해당 복수 종의 물질의 합계의 함유율 또는 함유량을 의미한다.
본 개시에 있어서 각 성분에 해당하는 입자는 복수 종이 포함되어 있어도 된다. 조성물 중에 각 성분에 해당하는 입자가 복수 종 존재하는 경우, 각 성분의 입자직경은, 특별히 언급하지 않는 한, 조성물 중에 존재하는 해당 복수 종의 입자의 혼합물에 대한 값을 의미한다.
본 개시에 있어서 「(메타)아크릴」은 아크릴 또는 메타크릴 중 적어도 하나(一方)를 의미하고, 「(메타)아크릴레이트」는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 중 적어도 하나를 의미하고, 「(메타)아크릴로일」은 아크릴로일 또는 메타크릴로일 중 적어도 하나를 의미하고, 「(메타)아크릴옥시」는 아크릴옥시 또는 메타크릴옥시 중 적어도 하나를 의미한다.
[0013] ＜언더필재＞
본 개시의 언더필재는, 에폭시 수지와, 고무 성분을 포함하며, 상기 에폭시 수지가, 1분자 중에 2개의 에폭시기를 갖고, 분자량이 650 이하이고, 또한 고리 구조를 포함하지 않는 에폭시 화합물(이하, 특정 에폭시 화합물이라고도 함)을 포함하는, 언더필재이다.
[0014] 상기 언더필재는, 고무 성분을 포함한다. 이에 따라, 경화 후의 탄성률이 저감되어, 경화물 중에 생기는 응력 완화능이 우수하다. 상기 언더필재는, 추가로 에폭시 수지로서 특정 에폭시 화합물을 포함한다. 이에 따라, 언더필재의 점도가 저하되어 양호한 유동성이 확보된다. 또한, 언더필재의 점도가 저하됨으로써, 충전재의 함유량을 증가시키더라도 점도의 상승이 억제되어, 우수한 유동성이 유지된다. 즉, 특정 에폭시 화합물을 포함하지 않는 언더필재에 비해, 경화 전의 유동성을 손상시키지 않고 충전재의 양을 변화시켜서 경화 후의 열팽창률을 원하는 값으로 조절할 수 있다.
[0015] (고무 성분)
언더필재에 포함되는 고무 성분은, 특별히 제한되지 않는다. 고무 성분으로서 구체적으로는, 열가소성 엘라스토머, NR(천연 고무), NBR(아크릴로니트릴-부타디엔 고무), 아크릴 고무, 우레탄 고무, 실리콘 고무 등을 들 수 있다. 고무 성분은, 1종을 단독으로 이용해도 되고 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다.
[0016] 고무 성분은 입자 형상이어도 되고, 액상이어도 된다. 언더필재의 점도 상승을 억제하는 관점에서는, 입자 형상(고무 입자)인 것이 바람직하다. 고무 입자는 무정형(無定形)이어도 되고 구형(球形)이어도 된다. 언더필재의 점도를 낮게 억제하는 관점에서는, 구형인 것이 바람직하다.
[0017] 고무 입자의 크기는, 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 레이저 산란 회절법에 의해 측정되는 체적 평균 입자직경이 0.05㎛∼1.0㎛의 범위인 것이 바람직하고, 0.05㎛∼0.5㎛의 범위인 것이 보다 바람직하며, 0.05㎛∼0.2㎛의 범위인 것이 더욱 바람직하다.
[0018] 고무 입자의 체적 평균 입자직경은, 레이저 산란 회절식 입도 분포 측정 장치에 의해 얻어지는 체적 기준의 입도 분포에 있어서 소직경(小徑)측에서의 체적의 누적이 50％가 될 때의 입자직경(D50)으로서 측정할 수 있다.
[0019] －코어-쉘형 고무 입자－
고무 입자는, 재질이 상이한 코어부와 쉘부를 갖는 것(이하, 코어-쉘형 고무 입자라고도 함)이어도 된다. 코어-쉘형 고무 입자의 쉘부는, 코어부의 적어도 일부를 피복(被覆)하고 있으면 되며, 코어부 전체를 피복하고 있어도 된다.
[0020] 코어-쉘형 고무 입자에 있어서의 쉘부의 비율은, 코어부를 쉘부로 피복할 수 있고, 또한, 작을수록 바람직하다. 이러한 관점에서 보면, 코어-쉘형 고무 입자에 있어서의 코어부와 쉘부의 질량비(코어부：쉘부)는 1：1∼5：1의 범위인 것이 바람직하다.
[0021] 이하에서는, 코어-쉘형 고무 입자의 일례로서, 폴리실록산을 포함하는 코어부와, 중합체를 포함하는 쉘부를 갖는 코어-쉘형 고무 입자에 대해 설명한다.
상기 구성의 코어-쉘형 고무 입자에 있어서, 코어부에 포함되는 폴리실록산은 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 폴리알킬하이드로겐실록산, 폴리디알킬실록산, 폴리아릴하이드로겐실록산, 폴리디아릴실록산, 폴리알킬아릴실록산, 및 이들의 공중합체를 들 수 있다. 그 중에서도, 직쇄(直鎖) 형상의 폴리실록산은 폴리디알킬실록산을 포함하는 것이 바람직하고, 폴리디C1-5알킬실록산을 포함하는 것이 보다 바람직하며, 폴리디메틸실록산을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
[0022] 코어부의 폴리실록산은, 가교(架橋) 구조를 갖는 것이 바람직하다. 폴리실록산이 가교 구조를 가짐으로써, 저(低)탄성의 코어부가 형성되어, 열사이클(thermal cycle) 시의 응력을 완화하기 쉬워지는 것으로 생각된다. 가교 구조를 갖는 폴리실록산은, 직쇄 형상의 폴리실록산을 형성하는 실록산 성분, 즉, ［RR′SiO2/2］ 단위를 갖는 이관능 실록산 성분과, 가교 성분으로부터 형성된다. 가교 성분으로서는, 삼관능성 실록산 단위(［RSiO3/2］)를 갖는 삼관능 실록산 성분 및 사관능성 실록산 단위(［SiO4/2］)를 갖는 사관능 실록산 성분으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 이용하는 것이 바람직하다. ［RR′SiO2/2］ 및 ［RSiO3/2］에 있어서의 R 및 R′는, 각각 독립적으로 1가(一價)의 유기기를 나타내며, 수소, 알킬기, 또는 아릴기인 것이 바람직하고, 탄소수 1∼5의 알킬기인 것이 보다 바람직하고, 메틸기인 것이 더욱 바람직하다. 본 개시에 있어서 실록산 성분이란, 폴리실록산을 형성하는 실록산 단위를 말한다.
[0023] 폴리실록산이 가교 구조를 갖는 경우, 폴리실록산을 구성하는 전체 실록산 성분 중의 가교 성분의 비율은 특별히 제한되지 않는다. 상기 비율을 조절함으로써, 코어부의 경도를 조절할 수 있다. 상기 비율은, 0.5몰％∼20몰％인 것이 바람직하고, 2몰％∼10몰％인 것이 보다 바람직하다. 상기 비율이 0.5몰％ 이상이면, 미반응 실록산 성분을 억제할 수 있는 경향이 있다. 상기 비율이 20몰％ 이하이면, 탄성률이 저하되어, 경화물의 열사이클 시의 응력을 효율적으로 저감할 수 있는 경향이 있다. 또한, 폴리실록산을 구성하는 전체 실록산 성분 중의 삼관능 실록산 성분의 비율은, 2몰％∼10몰％인 것이 바람직하고, 사관능 실록산 성분의 비율은, 2몰％∼10몰％인 것이 바람직하다.
[0024] 폴리실록산은, 일부에 에틸렌성 이중 결합을 갖는 치환기를 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 예컨대, 코어부의 폴리실록산을 중합시킨 후, 쉘부를 형성할 때, 코어부에 포함되는 에틸렌성 이중 결합과 쉘부를 구성하는 중합체가 비닐 중합에 의해 그래프트화되어, 코어부와 쉘부를 강고하게 결합시킬 수 있다. 에틸렌성 이중 결합을 갖는 치환기로서는, 예컨대, 비닐기, 알릴기, (메타)아크릴로일기, (메타)아크릴옥시기, 및 이들 치환기를 말단에 갖는 알킬기를 들 수 있다.
[0025] 폴리실록산이 일부에 에틸렌성 이중 결합을 갖는 치환기를 갖는 경우, 에틸렌성 이중 결합을 갖는 치환기를 갖는 실록산 성분의 비율은, 전체 실록산 성분 중, 1몰％∼10몰％인 것이 바람직하다. 상기 비율이 1몰％ 이상이면, 그래프트화의 효과가 충분히 얻어지는 경향이 있고, 10몰％ 이하이면, 그래프트화의 영향으로 인한 코어부의 내열성, 탄성률 등의 물성 저하가 억제되는 경향이 있다.
[0026] 탄성률의 저감 효과 및 유동성의 관점에서 보면, 코어부에 포함되는 폴리실록산의 비율은, 코어부 및 쉘부의 총 질량에 대해 50질량％∼70질량％인 것이 바람직하다.
[0027] 쉘부에 포함되는 중합체는, 코어부를 피복하여 쉘부를 형성하는 것이 가능한 중합체인 한 특별히 한정되지 않으며, 실리콘 수지, (메타)아크릴 수지 등의 유기 중합체를 들 수 있다. 그 중에서도, 쉘부의 중합체는 (메타)아크릴 수지를 포함하는 것이 바람직하다.
[0028] (메타)아크릴 수지로서는, (메타)아크릴산 수지, (메타)아크릴산에스테르 수지 등을 들 수 있으며, (메타)아크릴산에스테르 수지를 포함하는 것이 바람직하다. (메타)아크릴산에스테르 수지는, 알킬(메타)아크릴레이트 수지를 포함하는 것이 바람직하고, C1-5알킬(메타)아크릴레이트 수지를 포함하는 것이 보다 바람직하며, 메틸(메타)아크릴레이트 수지를 포함하는 것이 더욱 바람직하다. (메타)아크릴 수지는, 1종의 (메타)아크릴 단량체의 중합체여도 되고, 2종 이상의 (메타)아크릴 단량체의 공중합체여도 된다.
[0029] 쉘부에 포함되는 중합체는, 측쇄의 일부에 에폭시기를 갖고 있어도 된다. 예컨대, 쉘부의 재료는, 측쇄의 일부에 에폭시기를 갖는 상술한 (메타)아크릴 수지인 것이 바람직하다. 쉘부에 포함되는 중합체가 측쇄의 일부에 에폭시기를 가지면, 조성물 중의 에폭시 수지와의 상용성(相溶性)이 향상되어, 경화 후의 파괴 인성(破壞靭性) 및 접착성, 그리고 가용 시간(pot life)이 우수한 경향이 있다.
[0030] 쉘부에 포함되는 중합체가 측쇄의 일부에 에폭시기를 갖는 경우, 중합체의 전체 구성 단위 중의 에폭시기를 갖는 구성 단위의 비율은 특별히 제한되지 않으며, 10질량％ 이상인 것이 바람직하고, 20질량％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 25질량％ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 30질량％ 이상인 것이 특히 바람직하다. 탄성률 저감 및 유동성의 관점에서 보면, 상기 비율은 50질량％ 이하인 것이 바람직하고, 40질량％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 35질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
[0031] 측쇄의 일부에 에폭시기를 갖는 (메타)아크릴 수지로서는, 예컨대, 글리시딜(메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸(메타)아크릴레이트글리시딜에테르, 글리시딜메틸(메타)아크릴레이트 등을 구성 단위에 포함하는 (메타)아크릴 수지를 들 수 있다.
[0032] 그 중에서도, 코어-쉘형 고무 입자로서는, 폴리실록산을 포함하는 코어부와, (메타)아크릴 수지를 포함하는 쉘부를 갖는 코어-쉘형 고무 입자가 바람직하다.
[0033] 언더필재에 포함되는 고무 성분의 양은, 특별히 제한되지 않는다. 경화물의 저탄성화와 다른 특성의 밸런스의 관점에서 보면, 고무 성분의 양은, 수지 성분(에폭시 수지와 경화제를 포함하는 경우는, 그 합계) 100질량부에 대해 0.1질량부∼30질량부인 것이 바람직하고, 1질량부∼15질량부인 것이 보다 바람직하고, 3질량부∼15질량부인 것이 더욱 바람직하고, 3질량부∼10질량부인 것이 특히 바람직하다.
[0034] 또한, 고무 성분 중에서도, 상술한 코어-쉘형 고무 입자를 이용하면, 언더필재의 고온 내성을 향상시킬 수 있음을 발견하였다. 최근, 차량탑재용(車載用)의 반도체 장치에 대응 가능한 언더필재의 수요가 증가하고 있다. 일반적으로, 언더필재를 이용하여 반도체 소자와 배선 기판 사이의 틈(間隙)을 시일하는 경우, 반도체 소자의 보호를 위해, 반도체 소자의 측면에 필렛(fillet)이 형성된다. 그러나, 배선 기판과 반도체 소자의 열팽창 차(差)에 기인한 열응력에 의해, 필렛에 크랙이 발생하거나, 반도체 소자가 파괴되거나 할 우려가 있다. 또한, 언더필재의 선정(選定)에 따라서는, 온도 사이클 등에 있어서 반복적으로 열충격을 받는 경우에, 접속부의 보호가 불충분해져, 낮은 사이클에서도 접합부가 피로 파괴(疲勞破壞: 피로에 의한 파괴)되는 경우가 있다. 또한, 언더필재 중에 공동(void)이 존재하면, 범프(bump)의 보호가 불충분해지기 때문에, 마찬가지로 낮은 사이클에서 접합부가 피로 파괴되는 경우가 있다. 이 때문에, 차량탑재용의 언더필재에는, 특히 우수한 고온 내성을 가질 것이 요망되고 있으며, 본 개시의 언더필재에 코어-쉘형 고무 입자를 적용하는 것은, 고온 내성을 향상시키는 데 있어서 특히 유용하다.
[0035] 코어-쉘형 고무 입자를 이용함으로써, 언더필재의 고온 내성을 향상시킬 수 있는 이유는 반드시 명확한 것은 아니지만, 이하와 같이 생각할 수 있다. 언더필재에 있어서, 수지 중에 코어-쉘형 고무 입자가 존재함으로써, 고온하에서 작은 크랙이 발생하더라도, 크랙의 진전이 억제되는 것이라고 생각된다. 또한, 일반적으로 수지 경화물에 있어서 수지의 가교 밀도가 낮은 곳(個所)에서는 기계적 강도가 비교적 약해져 있는데, 해당 가교 밀도가 낮은 곳에 있어서도 코어-쉘형 고무 입자가 존재함에 의해 크랙의 억제 효과가 현저해지고, 그 결과, 고온 내성을 효율적으로 향상시킬 수 있는 것이라고 생각된다. 또한, 언더필재 중에 코어-쉘형 고무 입자가 존재하면, 경화물 중에 생기는 응력 완화능이 우수한 것도 하나의 요인이라고 생각된다.
또한, 본 개시의 언더필재는, 비교적 분자량이 낮은 특정 에폭시 수지를 포함하고 있는데, 코어-쉘형 고무 입자가 존재하면, 크랙의 진전이 억제됨으로써 특히 양호한 고온 내성을 나타낼 수 있는 것으로 생각된다.
[0036] 언더필재의 고온 내성의 관점에서 보았을 때 바람직한 코어-쉘형 고무 입자의 구조는, 상술한 코어-쉘형 고무 입자와 동일하다. 그 중에서도, 고온 내성의 관점에서 보면, 코어-쉘형 고무 입자는, 폴리실록산을 포함하는 코어부와, (메타)아크릴 수지를 포함하는 쉘부를 갖는 코어-쉘형 고무 입자인 것이 바람직하다.
[0037] 또한, 언더필재의 고온 내성의 관점에서 보면, 레이저 산란 회절법에 의해 측정되는 상기 코어-쉘형 고무 입자(바람직하게는 폴리실록산을 포함하는 코어부와, (메타)아크릴 수지를 포함하는 쉘부를 갖는 코어-쉘형 고무 입자)의 체적 평균 입자직경은, 0.05㎛∼1.0㎛의 범위인 것이 바람직하고, 0.05㎛∼0.5㎛의 범위인 것이 보다 바람직하고, 0.05㎛∼0.2㎛의 범위인 것이 특히 바람직하다. 코어-쉘형 고무 입자의 체적 평균 입자직경이 상기의 범위이면, 비교적 입자직경이 작기 때문에, 코어-쉘형 고무 입자가 수지 성분 전체에 분산되기 쉽고, 그 결과 고온하에 있어서의 크랙 발생이 양호하게 억제되는 것이라고 생각된다.
[0038] 언더필재의 고온 내성의 관점에서 보면, 언더필재에 포함되는 코어-쉘형 고무 입자(바람직하게는 폴리실록산을 포함하는 코어부와, (메타)아크릴 수지를 포함하는 쉘부를 갖는 코어-쉘형 고무 입자)의 양은, 수지 성분(에폭시 수지와 경화제를 포함하는 경우는, 그 합계) 100질량부에 대해 0.1질량부∼30질량부인 것이 바람직하고, 1질량부∼15질량부인 것이 보다 바람직하고, 3질량부∼15질량부인 것이 더욱 바람직하고, 3질량부∼10질량부인 것이 특히 바람직하다.
[0039] 고무 성분이 상술한 코어-쉘형 고무 입자를 포함하는 경우, 고무 성분의 전체 질량에 대한 코어-쉘형 고무 입자(바람직하게는 폴리실록산을 포함하는 코어부와, (메타)아크릴 수지를 포함하는 쉘부를 갖는 코어-쉘형 고무 입자)의 함유율은 특별히 제한되지 않으며, 언더필재의 고온 내성의 관점에서 보면, 70질량％ 이상인 것이 바람직하고, 80질량％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 90질량％ 이상인 것이 더욱 바람직하다.
[0040] (에폭시 수지)
언더필재는 에폭시 수지를 포함하며, 에폭시 수지는, 1분자 중에 2개의 에폭시기를 갖고, 분자량이 650 이하이고, 또한 상기 에폭시기 이외의 고리 구조를 포함하지 않는 에폭시 화합물(특정 에폭시 화합물)을 포함한다.
[0041] 언더필재가 에폭시 수지로서 특정 에폭시 화합물을 포함함으로써, 경화 전의 점도를 낮출 수 있다. 그 결과, 언더필재의 유동성을 손상시키지 않으면서 충전재의 양을 많게 할 수가 있다. 또한, 특정 에폭시 화합물은 1분자 중에 2개의 에폭시기를 갖고 있어, 1분자 중에 1개 또는 3개 이상의 에폭시기를 갖고 있는 에폭시기에 비해, 경화 전의 점도 저감 효과와 경화 후의 제(諸) 특성의 밸런스가 우수하다.
[0042] 특정 에폭시 화합물의 분자량은, 650 이하이면 되고, 500 이하인 것이 바람직하며, 400 이하인 것이 보다 바람직하다. 특정 에폭시 화합물의 분자량의 하한치는 특별히 제한되지 않지만, 경화물의 특성의 관점에서 보면, 50 이상인 것이 바람직하고, 100 이상인 것이 보다 바람직하다.
[0043] 특정 에폭시 화합물의 분자량은, JIS K 7236：2001(또는 ISO 3001：1999)에 준거한 방법으로 측정되는 에폭시 당량(g/eq)에 2를 곱하여 얻어진다.
[0044] 특정 에폭시 화합물이 포함하지 않는 「고리 구조」로서는, 벤젠 고리, 나프탈렌 고리, 헤테로 고리 등의 방향 고리(芳香環), 시클로알칸 등의 고리 형상(環狀) 포화 탄화수소 등을 들 수 있다.
[0045] 특정 에폭시 화합물은, 하기 일반식 (1)로 나타내어지는 화합물이어도 된다.
[0046]
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[0047] 일반식 (1)에 있어서, R은 고리 구조를 포함하지 않는 2가의 기이다. R로서 바람직하게는 알킬렌기, 알킬렌옥시기, 이들의 조합 등을 들 수 있다. 그 중에서도 R은 알킬렌기가 바람직하고, 사슬 형상(鎖狀)(분기(分岐)를 포함하지 않음)의 알킬렌기가 보다 바람직하다.
[0048] R로 나타내어지는 2가의 기의 탄소수는 특별히 제한되지 않지만, 1∼8인 것이 바람직하고, 1∼6인 것이 보다 바람직하다.
[0049] (특정 에폭시 화합물 이외의 에폭시 수지)
경화 전의 점도 저감 효과와 경화 후의 제 특성의 밸런스의 관점에서 보면, 에폭시 수지는, 특정 에폭시 화합물과, 특정 에폭시 화합물 이외의 에폭시 수지를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 특정 에폭시 화합물의 함유율은, 에폭시 수지 전체의 1.0질량％∼50.0질량％인 것이 바람직하고, 1.0질량％∼30.0질량％인 것이 보다 바람직하다.
[0050] 에폭시 수지가 특정 에폭시 화합물 이외의 에폭시 수지를 포함하는 경우, 그 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 비스페놀형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시 수지, 수소 첨가(水添) 비스페놀형 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 알코올에테르형 에폭시 수지, 고리 형상 지방족형 에폭시 수지, 플루오렌형 에폭시 수지, 및 실록산계 에폭시 수지를 들 수 있다. 특정 에폭시 화합물 이외의 에폭시 수지는, 1종을 단독으로 이용해도 되고 2종 이상을 병용해도 된다.
[0051] 상기 에폭시 수지 중에서도, 비스페놀형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지 및 삼관능 이상의 글리시딜아민형 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하고, 비스페놀형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지 및 삼관능 이상의 글리시딜아민형 에폭시 수지를 각각 포함하는 것도 바람직하다.
[0052] 비스페놀형 에폭시 수지의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 AD형 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 언더필재로서 사용하기 위해서는, 비스페놀형 에폭시 수지는 상온(25℃, 이하 동일)에서 액상인 것이 바람직하고, 상온에서 액상인 비스페놀 F형 에폭시 수지인 것이 보다 바람직하다. 상온에서 액상인 비스페놀형 에폭시 수지는, 시판품(市販品)으로서도 입수가 가능하다.
[0053] 비스페놀형 에폭시 수지가 에폭시 수지 전체에 있어서 차지하는 비율은 특별히 제한되지 않으며, 언더필재의 원하는 특성에 따라 선택할 수 있다. 예컨대, 10질량％∼90질량％의 범위로부터 선택할 수 있으며, 30질량％∼80질량％여도 되고, 40질량％∼70질량％여도 된다. 또한, 하나의 실시형태에서는, 비스페놀형 에폭시 수지가 에폭시 수지 전체에 있어서 차지하는 비율은 70질량％∼98질량％여도 되고, 80질량％∼97질량％여도 된다.
[0054] 나프탈렌형 에폭시 수지의 종류는, 특별히 제한되지 않는다. 언더필재에 사용하는 나프탈렌형 에폭시 수지는, 상온에서 액상인 것이 바람직하다. 상온에서 액상인 나프탈렌형 에폭시 수지로서는, 1,6-비스(글리시딜옥시)나프탈렌을 들 수 있다. 1,6-비스(글리시딜옥시)나프탈렌은 시판품으로서도 입수가 가능하다.
[0055] 언더필재가 에폭시 수지로서 나프탈렌형 에폭시 수지를 포함하는 경우, 그 비율은 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 경화물의 열팽창률 상승을 억제하는 관점에서 보면 에폭시 수지 전체에 있어서 차지하는 비율이 5질량％ 이상인 것이 바람직하고, 10질량％ 이상이어도 된다. 언더필재로서의 특성의 밸런스라는 관점에서 보면 50질량％ 이하인 것이 바람직하고, 40질량％ 이하여도 되며, 30질량％ 이하여도 된다.
[0056] 삼관능 이상의 글리시딜아민형 에폭시 수지의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 언더필재로서 사용하는 삼관능 이상의 글리시딜아민형 에폭시 수지는, 상온에서 액상인 것이 바람직하다.
[0057] 상온에서 액상인 삼관능 이상의 글리시딜아민형 에폭시 수지로서는, 트리글리시딜-p-아미노페놀을 들 수 있다. 트리글리시딜-p-아미노페놀은 시판품으로서도 입수가 가능하다.
[0058] 언더필재가 에폭시 수지로서 삼관능 이상의 글리시딜아민형 에폭시 수지를 포함하는 경우, 그 비율은 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 내열성 향상의 관점에서 보면 에폭시 수지 전체에 있어서 차지하는 비율이 10질량％ 이상인 것이 바람직하고, 15질량％ 이상이어도 되고, 20질량％ 이상이어도 된다. 한편, 언더필재로서의 특성의 밸런스라는 관점에서 보면 50질량％ 이하인 것이 바람직하고, 40질량％ 이하여도 된다.
[0059] 언더필재에 포함되는 에폭시 수지는, 상온에서 액상인 에폭시 수지와, 상온에서 고체인 에폭시 수지를 포함해도 된다. 이 경우, 충분히 낮은 점도를 유지하는 관점에서 보면, 상온에서 고체인 에폭시 수지의 비율은 에폭시 수지 전체의 20질량％ 이하인 것이 바람직하다.
[0060] (경화제)
언더필재는, 에폭시 수지의 경화제를 포함해도 된다. 경화제의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 언더필재의 원하는 특성 등에 따라 선택할 수 있다. 예컨대, 아민 경화제, 페놀 경화제, 산무수물 경화제, 폴리메르캅탄 경화제, 폴리아미노아미드 경화제, 이소시아네이트 경화제, 블록 이소시아네이트 경화제 등을 들 수 있다. 경화제는, 1종을 단독으로 이용해도 되고 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다.
[0061] 언더필재에 사용하는 경화제는, 상온에서 액상인 것이 바람직하고, 피착체(被着體)에 대한 접착성의 관점에서 보면, 아민 경화제인 것이 바람직하다. 아민 경화제로서는, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, n-프로필아민, 2-히드록시에틸아미노프로필아민, 시클로헥실아민, 4,4′-디아미노-디시클로헥실메탄 등의 지방족 아민 화합물, 디에틸톨루엔디아민, 3,3′-디에틸-4,4′-디아미노디페닐메탄, 2-메틸아닐린 등의 방향족 아민 화합물, 이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-에틸이미다졸, 2-이소프로필이미다졸 등의 이미다졸 화합물, 이미다졸린, 2-메틸이미다졸린, 2-에틸이미다졸린 등의 이미다졸린 화합물 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 방향족 아민 화합물이 바람직하다.
[0062] 에폭시 수지와 경화제의 배합비는, 각각의 미반응분을 적게 억제하는 관점에서는, 에폭시 수지의 에폭시기의 수에 대한 경화제의 관능기(아민 경화제의 경우는 활성 수소)의 수의 비(경화제의 관능기 수/에폭시 수지의 에폭시기 수)가 0.5∼2.0의 범위 내가 되도록 설정되는 것이 바람직하고, 0.6∼1.3의 범위 내가 되도록 설정되는 것이 보다 바람직하다. 성형성과 내리플로성(reflow-resistant property)의 관점에서 보면, 0.8∼1.2의 범위 내가 되도록 설정되는 것이 더욱 바람직하다.
[0063] (충전재)
언더필재는, 충전재를 포함해도 된다. 언더필재가 충전재를 포함함으로써, 경화 후의 열팽창률을 원하는 값으로 조절하기 쉬워진다. 또한, 열전도성 등의 제 특성을 향상시킬 수 있다.
[0064] 충전재의 종류는, 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로는, 실리카, 알루미나, 탄산칼슘, 규산지르코늄, 규산칼슘, 질화규소, 질화알루미늄, 질화붕소, 베릴리아(beryllia), 지르코니아, 지르콘, 포스테라이트, 스테어타이트, 스피넬, 멀라이트, 티타니아, 탤크, 클레이, 마이카(mica)　등의 무기 재료를 들 수 있다. 또한, 난연 효과를 갖는 충전재를 이용해도 된다. 난연 효과를 갖는 충전재로서는, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 마그네슘과 아연의 복합 수산화물 등의 복합 금속 수산화물, 붕산아연 등을 들 수 있다.
[0065] 상기 충전재 중에서도, 열팽창률 저감의 관점에서 보면 실리카가 바람직하고, 열전도성 향상의 관점에서 보면 알루미나가 바람직하다. 충전재는 1종을 단독으로 이용해도 되고 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다.
[0066] 언더필재에 포함되는 충전재의 양은, 특별히 제한되지 않는다. 경화 후의 열팽창률을 저감하는 관점에서는, 충전재의 양은 많을수록 바람직하다. 예컨대, 충전재의 함유율이 언더필재 전체의 50질량％ 이상인 것이 바람직하고, 60질량％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, 점도 상승을 억제하는 관점에서는, 충전재의 양은 적을수록 바람직하다. 예컨대, 충전재의 함유율이 언더필재 전체의 80질량％ 이하인 것이 바람직하고, 70질량％ 이하여도 된다.
[0067] 충전재가 입자 형상(粒子狀)인 경우, 그 평균 입자직경은, 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 체적 평균 입자직경이 0.05㎛∼20㎛인 것이 바람직하고, 0.1㎛∼15㎛인 것이 보다 바람직하다. 충전재의 체적 평균 입자직경이 0.05㎛ 이상이면, 언더필재의 점도 상승이 보다 억제되는 경향이 있다. 체적 평균 입자직경이 20㎛ 이하이면, 좁은 틈새에 대한 충전성(充塡性)이 보다 향상되는 경향이 있다. 충전재의 체적 평균 입자직경은, 레이저 산란 회절식 입도 분포 측정 장치에 의해 얻어지는 체적 기준의 입도 분포에 있어서 소직경(小徑)측에서의 체적의 누적이 50％가 될 때의 입자직경(D50)으로서 측정할 수 있다.
[0068] (경화 촉진제)
언더필재는, 경화 촉진제를 포함해도 된다. 경화 촉진제의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 에폭시 수지 및 경화제의 종류, 언더필재의 원하는 특성 등에 따라 선택할 수 있다.
[0069] 언더필재가 경화 촉진제를 포함하는 경우, 그 양은 경화성 수지 성분(에폭시 수지와 경화제의 합계) 100질량부에 대해 0.1질량부∼30질량부인 것이 바람직하고, 1질량부∼15질량부인 것이 보다 바람직하다.
[0070] (커플링제)
언더필재는, 커플링제를 포함해도 된다. 커플링제로서는, 에폭시실란, 페닐실란, 메르캅토실란, 아미노실란, 페닐아미노실란, 알킬실란, 유레이드(ureide)실란, 비닐실란 등의 실란 화합물, 티탄 화합물, 알루미늄킬레이트 화합물, 알루미늄/지르코늄 화합물 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 실란 화합물(실란 커플링제)이 바람직하다. 커플링제는, 1종을 단독으로 이용해도 되고 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다.
[0071] 언더필재가 커플링제를 포함하는 경우, 커플링제의 양은, 충전재 100질량부에 대해 0.05질량부∼5질량부인 것이 바람직하고, 0.1질량부∼2.5질량부인 것이 보다 바람직하다.
[0072] (착색제)
언더필재는, 착색제를 포함해도 된다. 착색제로서는, 카본 블랙, 유기 염료, 유기 안료, 연단(鉛丹), 적산화철 등을 들 수 있다. 착색제는, 1종을 단독으로 이용해도 되고 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다.
[0073] 언더필재가 착색제를 포함하는 경우, 그 양은 경화성 수지 성분(에폭시 수지와 경화제의 합계) 100질량부에 대해 0.01질량부∼10질량부인 것이 바람직하고, 0.1질량부∼5질량부인 것이 보다 바람직하다.
[0074] 언더필재는, 상술한 성분 이외에도, 해당 기술 분야에서 주지된 각종 첨가제를 포함하는 것이 가능하다.
[0075] (언더필재의 용도)
언더필재는, 다양한 실장 기술에 이용할 수 있다. 특히, 플립 칩(flip chip)형 실장 기술에 이용하는 언더필재로서 적합하게 이용할 수 있다. 예컨대, 범프 등으로 접합된 반도체 소자와 기판 사이의 틈새를 충전하는 용도로 적합하게 이용할 수 있다.
[0076] 언더필재를 이용하여 반도체 소자와 기판 사이의 틈새를 충전하는 방법은, 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 디스펜서 등을 이용하여 공지된 방법에 의해 행하는 것이 가능하다.
[0077] 반도체 소자와 기판 사이의 틈새를 충분히 충전하는 관점에서는, 언더필재는, 충전할 때의 점도가 충분히 낮은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 110℃에 있어서의 점도가 1.0㎩·s 이하인 것이 바람직하고, 0.75㎩·s 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.50㎩·s 이하인 것이 더욱 바람직하다.
[0078] 본 개시에 있어서 언더필재의 110℃에 있어서의 점도는, 레오미터(rheometer)(예컨대, TA Instruments사(社)의 「AR2000」)에 의해, 40㎜의 평행판(parallel plate)에서, 전단 속도：32.5(1/s)의 조건으로 측정되는 값이다.
[0079] ＜반도체 패키지＞
본 개시의 반도체 패키지는, 기판과, 상기 기판 상에 배치된 반도체 소자와, 상기 반도체 소자를 시일하고 있는 상술한 언더필재의 경화물을 구비한다.
[0080] 상기 반도체 패키지에 있어서, 반도체 소자와 기판의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 반도체 패키지 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로부터 선택할 수 있다. 상기 반도체 패키지는, 언더필재의 경화물의 열팽창률이 저감되어 있기 때문에, 예컨대, 언더필재의 경화물과 반도체 소자 간에 응력이 생겼을 경우, 이를 억제하는 효과가 우수하다.
[0081] ＜반도체 패키지의 제조 방법＞
본 개시의 반도체 패키지의 제조 방법은, 기판과, 상기 기판 상에 배치된 반도체 소자와의 사이의 공극을 상술한 언더필재로 충전하는 공정과, 상기 언더필재를 경화하는 공정을 가진다.
[0082] 상기 방법에 있어서, 반도체 소자와 기판의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 반도체 패키지 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로부터 선택할 수 있다. 언더필재를 이용하여 반도체 소자와 기판 사이의 틈새를 충전하는 방법, 및 충전 후에 언더필재를 경화하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지된 수법으로 행하는 것이 가능하다.
실시예
[0083] 이하에서는, 본 개시의 언더필재를 실시예에 의해 구체적으로 설명하겠지만, 본 개시의 범위는 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[0084] ≪실시예 1, 2 및 비교예 1∼4≫
(언더필재의 조제)
표 1에 나타낸 성분을 표 1에 나타낸 양(질량부)으로 혼합하여, 언더필재를 조제하였다. 각 성분의 상세(詳細)는 하기와 같다.
[0085] 에폭시 수지1 … 액상 비스페놀 F형 에폭시 수지, 에폭시 당량：160g/eq
에폭시 수지2 … 트리글리시딜-p-아미노페놀, 에폭시 당량：95g/eq
에폭시 수지3 … 1,6-비스(글리시딜옥시)나프탈렌, 에폭시 당량：143g/eq
에폭시 수지4(특정 에폭시 화합물) … 일반식 (1)에 있어서 R이 탄소수 6의 알킬렌기인 화합물, 에폭시 당량：125g/eq
[0086] 고무 성분1 … 코어부가 가교된 폴리디메틸실록산을 포함하고, 쉘부가 폴리메틸메타크릴레이트 및 구성 단위로서 글리시딜메타크릴레이트를 포함하는, 코어-쉘형 고무 입자(가교된 폴리메틸실록산의 함유율：코어부 및 쉘부의 전체 질량에 대해 68질량％, 체적 평균 입자직경(1차 입자)：131㎚)
고무 성분2 … 니트릴-부타디엔 고무(NBR) 입자
고무 성분3 … 폴리메틸실세스퀴옥산(polymethylsilsesquioxane) 입자
고무 성분4 … 우레탄 입자
고무 성분5 … 폴리메타크릴산메틸 입자
고무 성분6 … 나일론 입자
[0087] 경화제1 … 디에틸톨루엔디아민
경화제2 … 3,3′-디에틸-4,4′-디아미노디페닐메탄
[0088] 충전재 … 체적 평균 입자직경이 0.5㎛인 구상(球狀) 실리카
[0089] ＜유동 특성의 평가＞
(25℃에서의 점도)
언더필재의 25℃에서의 점도는, EHD형 회전 점도계를 이용하여 측정하였다. 구체적으로는, 콘 각도 3°, 콘 반경 14㎜인 콘 로터(cone rotor)를 장착한 EHD형 회전 점도계를 25℃에서 1분 동안, 분 당 10회(10rpm)로 회전시키고, 이때의 측정치에 소정의 환산 계수(0.5)를 곱한 값(㎩·s)으로 하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[0090] (110℃에서의 점도)
언더필재의 110℃에서의 점도는, 레오미터를 이용하여 측정하였다. 구체적으로는, 레오미터로서 AR2000(상품명, TA Instruments사)을 이용하여, 40㎜의 평행판, 전단 속도 32.5(1/s)의 조건으로, 110℃에서의 점도(㎩·s)를 측정하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[0091] ＜경화물 특성의 평가＞
(열팽창률)
언더필재를 150℃에서 2시간 동안 경화시켜, 직경 8㎜, 두께 20㎜의 사이즈인 시험편(片)을 제작하였다. 이 시험편의 열팽창률을, 열기계 분석 장치(상품명：TMA2940, TA Instruments사)를 이용하여, 압축법에 의해 0℃에서 300℃까지 5℃/min으로 온도를 상승시키면서 측정하였다. 측정에 의해 얻어진 50℃에 있어서의 접선의 기울기를 열팽창률 α1(ppm/℃), 150℃에 있어서의 접선의 기울기를 열팽창률 α2(ppm/℃)로 하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[0092] (유리 전이 온도)
상기 열팽창률의 측정에 있어서, 또한, 50℃에 있어서의 접선의 기울기와 150℃에 있어서의 접선의 기울기의 교점에 대응하는 온도를 유리 전이 온도(℃)로 하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[0093] (저장 탄성률)
언더필재를 150℃로 2시간 동안 경화시켜, 50㎜×10㎜×3㎜의 사이즈인 시험편을 제작하였다. 이 시험편의 저장 탄성률을, 점탄성(粘彈性) 측정 장치(상품명：RSAIII, TA Instruments사)를 이용하여, 스팬(span) 간 거리：40㎜, 주파수：1Hz의 조건하에서, 3점 굽힘법으로, 20℃에서 300℃까지 5℃/분으로 온도를 상승시켜 측정하였다. 25℃에 있어서의 저장 탄성률(GPa)과, 240℃에 있어서의 저장 탄성률(GPa)의 값을 표 1에 나타낸다.
[0094] ＜반도체 장치의 제작과 평가＞
언더필재를 디스펜스 방식으로 평가용 반도체 장치의 칩과 기판 사이의 갭에 언더필하고, 150℃의 경화 온도에서 2시간 동안 경화하였다.
[0095] 사용한 반도체 장치의 사양(諸元)은 이하와 같다.
· 칩 사이즈：20㎜×20㎜×0.55㎜
(회로：알루미늄의 데이지 체인(daisy chain) 접속, 패시베이션 막：폴리이미드(HD4000, Hitachi Chemical DuPont MicroSystems, Ltd. 제조, 상품명))
· 범프：땜납 볼(Sn-Ag-Cu, φ80㎛, 7,744핀)
· 범프 피치：190㎛
· 기판：FR-5(솔더 레지스트 SR7300, Hitachi Chemical Company, Ltd.　제조, 상품명, 60㎜×60㎜×0.8㎜)
· 칩과 기판 간의 갭：50㎛
[0096] 상기 제작한 반도체 장치를, -55℃∼125℃, 각 30분의 열사이클로 1000 사이클 처리하였다. 이후, 통전(導通) 시험을 행하여, 알루미늄 배선, 패드의 단선 불량, 및 필렛의 크랙·박리의 유무를 조사하여, 불량 패키지 수/평가 패키지 수를 평가하였다.
[0097] [표 1]
Figure pct00003
[0098] 표 1에 있어서, 경화제의 함유량(당량비)은, 에폭시 수지 중의 에폭시기 수를 1로 하였을 경우의 경화제 중의 관능기 수의 비를 나타낸다. 충전재의 함유량(질량％)은, 언더필재 전체에 있어서의 충전재의 질량 기준의 비율을 나타낸다.
[0099] 표 1에 나타낸 바와 같이, 고무 성분을 포함하는 비교예 3, 4의 언더필재는, 고무 성분을 포함하지 않는 비교예 1, 2의 언더필재에 비해 경화 후의 탄성률이 낮지만, 열팽창률이 높다. 또한, 고무 성분에 더하여 충전재를 65질량％ 포함하는 비교예 3은 충전재를 60질량％ 포함하는 비교예 4에 비해 열팽창률이 낮지만, 점도가 비교예 4보다 높다.
[0100] 고무 성분에 더하여 특정 에폭시 화합물을 포함하는 실시예 1, 2의 언더필재는, 저장 탄성률과 열팽창률이 모두 낮아, 신뢰성 향상의 관점에서 유리한 특성이 얻어지고 있다. 또한, 실시예 1, 2의 언더필재는 충전재를 65질량％ 이상 포함하고 있더라도 점도가 충분히 낮아, 유동성이 우수하다.
[0101] ≪실시예 3∼8≫
(언더필재의 조제)
표 2에 나타낸 성분을 표 2에 나타낸 양(질량부)으로 혼합하여, 언더필재를 조제하였다. 각 성분의 상세는 상술한 바와 같다.
[0102] ＜유동 특성의 평가＞
실시예 1, 2 및 비교예 1∼4와 마찬가지로, 언더필재의 25℃에서의 점도 및 110℃에서의 점도를 측정하였다.
[0103] ＜경화물 특성의 평가＞
실시예 1, 2 및 비교예 1∼4와 마찬가지로, 유리 전이 온도를 측정하였다.
[0104] ＜고온 내성의 평가＞
실시예 1, 2 및 비교예 1∼4와 마찬가지로, 반도체 장치를 제작하였다. 상기 제작한 반도체 장치를, -55℃∼150℃, 각 30분의 열사이클로 1000 사이클 처리하였다. 이후, 통전 시험을 행하여, 패키지에 충전한 언더필재의 필렛의 크랙을 금속 현미경(OLYMPUS 제조, BX51)을 이용하여 관찰하였다. 크랙 길이가 0.05㎜ 이상인 것을 카운트하였다.
[0105] [표 2]
Figure pct00004
[0106] 표 2에 있어서, 「-」은 성분이 배합되지 않음을 나타낸다. 또한, 경화제의 함유량(당량비)은, 에폭시 수지 중의 에폭시기 수를 1로 하였을 경우의 경화제 중의 관능기 수의 비를 나타낸다. 충전재의 함유량(질량％)은, 언더필재 전체에 있어서의 충전재의 질량 기준의 비율을 나타낸다.
[0107] 표 2에 나타내어진 바와 같이, 고무 성분으로서 코어-쉘형 고무 입자를 이용한 실시예 3에서는, 온도 사이클 시험의 결과가 가장 양호하였다.

Claims (12)

  1. 에폭시 수지와, 고무 성분을 포함하며,
    상기 에폭시 수지가, 1분자 중에 2개의 에폭시기를 갖고, 분자량이 650 이하이고, 또한 상기 에폭시기 이외의 고리(環) 구조를 포함하지 않는 에폭시 화합물을 포함하는,
    언더필재(underfill material).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 화합물은 하기 일반식 (1)로 나타내어지는 화합물을 포함하는, 언더필재.
    Figure pct00005

    〔일반식 (1)에 있어서, R은 고리 구조를 포함하지 않는 2가(二價)의 기이다.〕
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고무 성분이 입자 형상(粒子狀)인, 언더필재.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고무 성분이, 코어(core)부와 쉘(shell)부를 갖는 코어-쉘형 고무 입자를 포함하는, 언더필재.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코어-쉘형 고무 입자가, 폴리실록산을 포함하는 코어부와, 중합체를 포함하는 쉘부를 갖는 코어-쉘형 고무 입자인, 언더필재.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 쉘부의 상기 중합체가 (메타)아크릴 수지를 포함하는, 언더필재.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    레이저 산란 회절법에 의해 측정되는 상기 코어-쉘형 고무 입자의 체적 평균 입자직경이 0.05㎛∼1.0㎛인, 언더필재.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가로 경화제를 포함하며, 상기 고무 성분의 함유량이, 상기 에폭시 수지 및 상기 경화제의 합계 100질량부에 대해 0.1∼15질량부인, 언더필재.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가로 충전재(充塡材)를 포함하며, 상기 충전재의 함유율이 상기 언더필재 전체의 50질량％ 이상인, 언더필재.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    레오미터(rheometer)를 이용하여, 40㎜의 평행판(parallel plate), 전단 속도 32.5(1/s)의 조건으로 측정되는 110℃에 있어서의 점도가 1.0㎩·s 이하인, 언더필재.
  11. 기판과, 상기 기판 상에 배치된 반도체 소자와, 상기 반도체 소자를 시일(seal)하고 있는 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 언더필재의 경화물을 구비하는, 반도체 패키지.
  12. 기판과, 상기 기판 상에 배치된 반도체 소자와의 사이의 공극(空隙)을 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 언더필재로 충전하는 공정과,
    상기 언더필재를 경화하는 공정
    을 갖는, 반도체 패키지의 제조 방법.

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