WO2012111652A1 - 液状封止樹脂組成物および液状封止樹脂組成物を用いた半導体装置 - Google Patents

液状封止樹脂組成物および液状封止樹脂組成物を用いた半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2012111652A1
WO2012111652A1 PCT/JP2012/053355 JP2012053355W WO2012111652A1 WO 2012111652 A1 WO2012111652 A1 WO 2012111652A1 JP 2012053355 W JP2012053355 W JP 2012053355W WO 2012111652 A1 WO2012111652 A1 WO 2012111652A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
resin composition
sealing resin
liquid sealing
semiconductor device
semiconductor element
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/053355
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
浩志 伊藤
Original Assignee
住友ベークライト株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 住友ベークライト株式会社 filed Critical 住友ベークライト株式会社
Publication of WO2012111652A1 publication Critical patent/WO2012111652A1/ja

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22Oxides; Hydroxides of metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34Silicon-containing compounds
    • C08K3/36Silica
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • C08K5/16Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/34Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring
    • C08K5/3442Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring having two nitrogen atoms in the ring
    • C08K5/3462Six-membered rings
    • C08K5/3465Six-membered rings condensed with carbocyclic rings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/16Solid spheres
    • C08K7/18Solid spheres inorganic
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H01L23/293Organic, e.g. plastic
    • H01L23/295Organic, e.g. plastic containing a filler
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3114Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed the device being a chip scale package, e.g. CSP
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22Oxides; Hydroxides of metals
    • C08K2003/2227Oxides; Hydroxides of metals of aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00Specific properties of additives
    • C08K2201/002Physical properties
    • C08K2201/003Additives being defined by their diameter
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition 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
    • H01L2224/16221Disposition 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
    • H01L2224/16225Disposition 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
    • H01L2224/16237Disposition 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 bonding area disposed in a recess of the surface of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73201Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203Bump and layer connectors
    • H01L2224/73204Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods 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
    • H01L2224/81009Pre-treatment of the bump connector or the bonding area
    • H01L2224/8101Cleaning the bump connector, e.g. oxide removal step, desmearing
    • H01L2224/81011Chemical cleaning, e.g. etching, flux
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81Methods 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
    • H01L2224/8119Arrangement of the bump connectors prior to mounting
    • H01L2224/81191Arrangement of the bump connectors prior to mounting wherein the bump connectors are disposed only on the semiconductor or solid-state body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods 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
    • H01L2224/8319Arrangement of the layer connectors prior to mounting
    • H01L2224/83192Arrangement of the layer connectors prior to mounting wherein the layer connectors are disposed only on another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/81Methods 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83Methods 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30Technical effects
    • H01L2924/35Mechanical effects
    • H01L2924/351Thermal stress

Definitions

  • the present invention relates to a liquid sealing resin composition having high thermal conductivity, low dielectric constant, and high gap inflow property, and a bump connection type semiconductor device using the liquid sealing resin composition.
  • bump connection type semiconductor devices capable of high-density mounting in a small area have been widely used in various electronic information processing devices.
  • a liquid seal called an underfill material is provided in a gap between the semiconductor element and the substrate in order to improve connection reliability of the semiconductor device.
  • a stop resin is filled and cured to reinforce the periphery of the connection bump.
  • Most of the intervals are less than 100 ⁇ m, and it is expected that miniaturization will continue to progress.
  • the liquid sealing resin to be used is required to have higher gap inflow properties.
  • a liquid sealing resin having a high thermal conductivity, a low dielectric constant, and a high gap inflow property has been demanded.
  • a liquid sealing resin for semiconductor devices generally contains a silica filler in order to maintain the thermal dimension stability and strength, but in order to improve thermal conductivity, it is relatively thermal conductive.
  • the filler contains a filler having a higher thermal conductivity as much as possible in place of the low silica filler.
  • high thermal conductive fillers such as silicon nitride, aluminum nitride, alumina, and magnesium oxide can be used.
  • high thermal conductive fillers such as silicon nitride, aluminum nitride, alumina, and magnesium oxide can be used.
  • the surface of the silica filler is treated by a special method using a basic substance and coarse particles of a predetermined value or more are cut.
  • Various gap inflow improving techniques such as those using basic silica filler (for example, Patent Document 4) have been proposed, but these are high thermal conductivity in a liquid sealing resin using a mixed filler of silica and alumina. The ratio, the low dielectric constant, and the high gap inflow property cannot be combined.
  • An object of the present invention is to provide a liquid encapsulating resin composition having high thermal conductivity, low dielectric constant, and high gap inflow property, which has been difficult to realize in the past.
  • a liquid seal characterized by comprising (A) an epoxy resin, (B) a curing agent, (C) an inorganic filler which is a mixture of spherical alumina and spherical silica, and having a pH value greater than 7. Resin composition.
  • the liquid sealing resin composition according to (1) further comprising (D) a basic compound.
  • a basic compound Among the basic compounds (D), 1,8-diazabicyclo (5.4.0) undecene-7, 1,5-diazabicyclo (4.3.0) nonene-5, and salts thereof
  • the liquid sealing resin composition according to (2) which is at least one kind.
  • the content of (C) inorganic filler in the liquid sealing resin composition is 70% by mass or more and 80% by mass or less, and the content of spherical alumina is 30% by mass or more and 45% by mass or less ( 1) The liquid sealing resin composition according to any one of (3). (5) The liquid seal according to any one of (1) to (3), wherein the spherical alumina has an average diameter of 0.5 ⁇ m to 3 ⁇ m, and the spherical silica has an average diameter of 0.25 ⁇ m to 2 ⁇ m. Resin composition.
  • a semiconductor device comprising a semiconductor element and a substrate on which the semiconductor element can be mounted, wherein the liquid sealing resin composition according to (1) or (2) is between the semiconductor element and the substrate A semiconductor device which is sealed with a cured product.
  • a method for manufacturing a semiconductor device comprising a step of filling and curing a liquid sealing resin composition between a semiconductor element and a substrate, wherein the liquid sealing resin composition used in the filling step is (1) Or the manufacturing method of the semiconductor device characterized by being the liquid sealing resin composition as described in (2).
  • the present invention it is possible to provide a liquid sealing resin composition having high thermal conductivity, low dielectric constant, and high gap inflow property. Moreover, since the semiconductor device of the present invention is assembled using the liquid sealing resin composition, heat generation and electromagnetic noise can be reduced, and further reduction in size and thickness can be achieved. For this reason, a semiconductor device capable of stable high-speed operation with low power consumption is obtained.
  • the semiconductor device is preferably a bump connection type. Furthermore, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, since the liquid sealing resin composition is used, a semiconductor device having the above excellent characteristics can be provided. In particular, it is preferable to manufacture a bump connection type semiconductor device.
  • the liquid sealing resin composition of the present invention comprises (A) an epoxy resin, (B) a curing agent, (C) an inorganic filler that is a mixture of spherical alumina and spherical silica, and has a pH value of 7 It ’s a big one.
  • the liquid sealing resin composition of the present invention is preferably used when the gap between the semiconductor element and the substrate is sealed after bump-connecting the semiconductor element and the substrate. In the semiconductor device of the present invention, the space between the semiconductor element and the substrate is sealed with the cured product of the liquid sealing resin composition.
  • the liquid sealing resin composition of the present invention contains an epoxy resin (A).
  • the encapsulating resin fat composition after curing is excellent in heat resistance, moisture resistance, and mechanical strength, and can firmly bond the semiconductor element and the substrate. Therefore, a semiconductor device with excellent reliability can be obtained.
  • the epoxy resin (A) is not particularly limited in molecular weight and structure as long as it has two or more epoxy groups in one molecule. For example, a phenol novolac type epoxy resin, a cresol novolak type epoxy resin, etc.
  • Bisphenol type epoxy resins such as novolak type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, N, N-diglycidylaniline, N, N-diglycidyltoluidine, diaminodiphenylmethane type glycidylamine, aminophenol type glycidyl Aromatic glycidylamine type epoxy resin such as amine, hydroquinone type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, stilbene type epoxy resin, triphenolmethane type epoxy resin, triphenolpropane type epoxy resin Alkyl-modified triphenolmethane type epoxy resin, triazine nucleus-containing epoxy resin, dicyclopentadiene-modified phenol type epoxy resin, naphthol type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, phenol aralkyl type epoxy resin having phenylene and / or biphenylene skeleton, phenylene and // Epoxy resins such as aralkyl epoxy resins such as naphthol
  • the epoxy resin (A) is finally liquid at room temperature (25 ° C.) because of the liquid encapsulating resin composition. What is necessary is just to dissolve in a liquid epoxy resin and to be in a liquid state as a result.
  • normal temperature refers to 25 ° C.
  • liquid refers to that the resin or resin composition has fluidity.
  • the liquid resin composition has fluidity at room temperature (25 ° C.).
  • the liquid sealing resin composition of the present invention contains a curing agent (B).
  • a curing agent (B) There is no particular limitation as long as the epoxy resin (A) can be cured.
  • the epoxy resin (A) can be cured.
  • amines, phenols, acid anhydrides, polyamide resins, polysulfide resins and the like may be used, and these may be used alone or in combination of two or more.
  • amines as a hardening
  • diethylenetriamine triethylenetetraamine, tetraethylenepentamine, m-xylenediamine, trimethylhexamethylenediamine, 2-methylpentamethylenediamine aliphatic polyamine, isophoronediamine, 1,3-bisaminomethylcyclohexane, bis (4- Aminocyclohexyl) methane, norbornenediamine, alicyclic polyamines such as 1,2-diaminocyclohexane, piperazine type polyamines such as N-aminoethylpiperazine, 1,4-bis (2-amino-2-methylpropyl) piperazine, Diaminodiphenylmethane, m-phenylenediamine, diaminodiphenylsulfone, diethyltoluenediamine, trimethylenebis (4-aminobenzoate), polytetramethylene oxide-di-P-a Aromatic polyamines such as Nobenzoeto the like
  • an aromatic polyamine type curing agent is more preferable from the viewpoints of heat resistance, electrical characteristics, mechanical characteristics, adhesion, and moisture resistance.
  • a liquid curing agent is preferable in order to ensure the fluidity of the thermosetting liquid sealing resin composition, but as a result, if it is in a liquid state at room temperature, a solid curing agent may be dissolved and used. it can.
  • the liquid sealing resin composition of the present invention contains a mixture of spherical alumina and spherical silica as the inorganic filler (C).
  • C the inorganic filler
  • the content of the inorganic filler is 70% by mass or more and 80% by mass or less
  • the content of spherical alumina is 30% by mass or more and 45% by mass or less.
  • the content of the inorganic filler in the resin composition is 73% by mass or more and 77% by mass or less, of which the content of spherical alumina is 33.%. More preferably, it is 5 mass% or more and 39.5 mass% or less.
  • the content of the inorganic filler is equal to or higher than the lower limit, the effect of increasing the thermal conductivity is increased.
  • the content of the inorganic filler is equal to or lower than the upper limit, the gap inflow property is good. If the content of the spherical alumina is at least the lower limit, the effect of further increasing the thermal conductivity is high, and if it is at most the upper limit, the effect of reducing the dielectric constant is increased.
  • the average diameter of the spherical alumina is 0.5 ⁇ m to 3 ⁇ m from the viewpoint of inflow, and
  • the average diameter of the spherical silica is preferably from 0.25 ⁇ m to 2 ⁇ m.
  • the average diameter of the spherical alumina is not less than the lower limit and the average diameter of the spherical silica is not less than the lower limit, the effect of increasing the gap inflow rate is enhanced, and the average diameter of the spherical alumina is not more than the upper limit and the spherical silica.
  • the average diameter is less than or equal to the upper limit value, the effect of preventing filler clogging at the gap entrance is enhanced.
  • Inorganic fillers other than spherical alumina and spherical silica can also be added as long as high thermal conductivity, low dielectric constant, and high gap inflow are not impaired, such as silicon nitride, aluminum nitride, magnesium oxide, etc. Can be used in combination as appropriate. In that case, in order to optimize the balance of thermal conductivity, dielectric constant, and gap inflow, it is natural that the blending amount and size of spherical alumina and spherical silica can be adjusted as appropriate.
  • the liquid sealing resin composition of the present application has a pH value of greater than 7.
  • the dispersibility of the silica filler and the alumina filler in the resin system is further improved, the viscosity is lowered, and the gap inflow property is improved.
  • the electrostatic interaction between alumina and silica is further weakened, generation of various voids that hinder heat conduction such as unfilled voids, entrained voids, and volatile voids is suppressed, and high thermal conductivity can be obtained.
  • the pH value of the sealing resin composition is more preferably larger than 8.
  • the pH value refers to a hydrogen ion index or a hydrogen ion concentration index.
  • the method for determining the pH value is not particularly limited. For example, a general method using a pH test paper such as a litmus test paper, a pH indicator, a pH electrode, a pH sensor, or the like can be used. In determining the pH value, pretreatment can be performed, additives can be added, and operations such as heating and cooling can be added within a range that does not change the pH value of the liquid sealing resin composition. In the present application, 0.01 to 0.1 ml of the liquid sealing resin composition was placed on the sensor part of the pH meter, and 0.02 to 0.2 ml of pure water was added thereon to prepare a specimen. Furthermore, the sensor part was tilted so that the whole was covered with the specimen and allowed to stand until the pH value was stabilized, and the displayed pH value was used as the pH value of the liquid resin composition.
  • the liquid sealing resin composition of the present invention contains a basic compound (D).
  • a basic compound By adding a basic compound to the liquid sealing resin composition, it works to shift the pH value of the entire resin composition in a more basic direction, thereby further reducing the surface potential of spherical alumina and spherical silica in the negative direction. Displacement improves the dispersibility in each resin composition and lowers the viscosity, so that the gap inflow property can be improved.
  • the basic compound (D) is not particularly limited as long as it can shift the pH value of the entire resin composition in a more basic direction.
  • primary amines such as hexylamine, heptylamine, octylamine, Dipropylamine, dibutylamine, iso.
  • Secondary amines such as propylbenzylamine, dihexylamine, dioctylamine, dicyclohexylamine, diphenylamine, dibenzylamine, didecylamine, iminodiethanol, ethylaminoethanol, isopropylaminoethanol, benzylethanolamine, dibutylaminoethanol, anilinoethanol, Primary, secondary, tertiary such as 2-amino-2-ethyl-1,3-propanediol, isopropanolamine, aminomethylpropanol, ethanolamine, aminopropanol, hexanolamine, aminoethoxyethanol, trishydroxymethylaminomethane Amino alcohols, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxy Lan, N-2- (amino
  • DBU 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene
  • DBN 1,5-diazabicyclo [4.3.0] nona-5-ene
  • the effect of shifting the pH value to basic is higher and preferable.
  • the compounding amount of the basic compound (D) is not particularly limited as long as the pH value of the entire resin composition can be shifted in the basic direction, but 0.005% by mass or more in the resin composition. It is preferable that it is 0 mass% or less.
  • the liquid sealing resin composition of the present invention includes adhesion aid as necessary.
  • Various additives such as an agent, a dispersant, an anti-bleeding agent, a colorant, an antifoaming agent, a diluent, a pigment, a flame retardant, and a leveling agent can be used.
  • the pH value of the liquid sealing resin composition is 7 or less due to these additives, the effect of the present invention can be maintained by appropriately adding a basic compound (D) and making the pH value larger than 7. .
  • the liquid sealing resin composition of the present invention is prepared by dispersing and kneading the above-described components and additives using an apparatus such as a planetary mixer, a triple roll, a two-heat roll, or a raikai machine, and then removed under vacuum. It can be produced by foam treatment.
  • the reaction rate of the epoxy resin is 95 under curing conditions of 150 ° C. or less and 2 hours or less from the viewpoint of shortening the time in the manufacturing process of the semiconductor device and reducing the thermal stress on the semiconductor device. % Or more is preferable.
  • the reason for this is that when the reaction rate is 95% or more, physical properties such as glass transition temperature (Tg) and fracture toughness value are less likely to change due to post-curing due to high temperature storage, etc., and adversely affect semiconductor devices such as warping and peeling. It is because is reduced.
  • curing refers to forming a three-dimensional network structure by thermosetting reaction of an epoxy resin, and the reaction rate (Y) is measured by DSC (differential scanning calorimetry).
  • the calorific value was measured by DSC after weighing 20 mg of sample in an aluminum pan, capping, and using a DSC220 manufactured by Seiko Instruments Inc., measuring a temperature range of 30-300 ° C. under a temperature increase condition of 10 ° C./min. (° C.) It can be determined as the area of the reaction peak with the base line in the graph with DSC (mJ / mg) on the vertical axis.
  • the semiconductor device of the present invention is manufactured using the liquid sealing resin composition described above.
  • the semiconductor element 2 having the solder bumps 1 and the substrate are soldered through a reflow apparatus.
  • flux 3 is applied to solder bumps 1 provided on the semiconductor element 2.
  • FIG. 1C the obtained semiconductor element 2 is temporarily mounted on the substrate 4.
  • the semiconductor element 2 is reflow-connected to the substrate 4 as shown in FIG.
  • FIG. 1 (e) the liquid sealing resin composition 5 is filled in the gap between the semiconductor element 2 and the substrate 4.
  • a method utilizing a capillary phenomenon is common. Specifically, the liquid sealing resin composition is applied to one side of the semiconductor element and then poured into the gap between the semiconductor element and the substrate by a capillary phenomenon, and the liquid sealing resin composition is applied to the two sides of the semiconductor element. After coating, a method of pouring into the gap between the semiconductor element and the substrate by capillary action, a through hole is opened in the central part of the semiconductor element, the liquid sealing resin composition is applied around the semiconductor element, and then the semiconductor element And a method of pouring into the gap between the substrate and the substrate by capillary action. Further, instead of applying the whole amount at once, a method of applying in two steps is also performed. Next, the filled liquid sealing resin composition is cured.
  • the curing conditions are not particularly limited, but can be cured by heating for 1 to 12 hours in a temperature range of 100 to 170 ° C., for example. Furthermore, for example, after heating at 100 ° C. for 1 hour, heat curing may be performed while changing the temperature stepwise, such as heating at 150 ° C. for 2 hours. In this way, a semiconductor device in which the space between the semiconductor element and the substrate as shown in FIG. 2 is sealed with a cured product of the liquid sealing resin composition can be obtained.
  • Such semiconductor devices include flip-chip semiconductor devices, cavity down type BGA (Ball Grid Array), POP (Package on Package) type BGA (Ball Grid Array), TAB (Tape Automated Bonding) type BGA (Ball). Grid Array) and CSP (Chip Scale Package).
  • Examples 1 to 8 (Comparative Examples 1 to 3) Epoxy resin (A) shown below, curing agent (B), inorganic filler (C), which is a mixture of spherical alumina and spherical silica, basic compound (D), and other diluent solvents and adhesion aids An agent was blended with the composition shown in Table 1, and was sufficiently kneaded and dispersed with three rolls, followed by vacuum defoaming to obtain a liquid sealing resin composition. The basic compound and the diluting solvent were previously mixed at room temperature.
  • Epoxy resin Dainippon Ink & Chemicals, Inc. (EXA-830LVP) Made by Japan Epoxy Resin Co., Ltd. (JER-630) ⁇ Hardener (B) Nippon Kayaku Co., Ltd. (Kayahard AA) ⁇ Inorganic filler (C) ⁇ Spherical Alumina Filler Admatechs Co., Ltd. (AO-502: average diameter 0.7 ⁇ m) Showa Denko Co., Ltd. (CB-P02: average diameter 2.0 ⁇ m) ⁇ Spherical silica filler Admatechs Co., Ltd. (SO-E3: average diameter 1 ⁇ m) Admatechs Co., Ltd.
  • the thermal diffusivity ⁇ , density ⁇ , and specific heat Cp of a cured product obtained by heating for 2 hours in an atmosphere at 150 ° C. are determined by the following methods.
  • the thermal conductivity ⁇ was calculated from the equation (1).
  • the thermal diffusivity ⁇ is measured by a laser flash method according to JIS R 1611: 2011 (least square method) using a thermal diffusivity measuring device LFA447 Nanoflash (manufactured by NETZSCH), and the density ⁇ is based on the JIS K 7112A method.
  • thermal conductivity those having a thermal conductivity value of 0.8 W / m ⁇ K or higher were judged to be good, and those having a thermal conductivity of less than 0.8 W / m ⁇ K were judged to be impossible.
  • the dielectric constant at a measurement frequency of 1 MHz of a cured product (diameter 50 mm, thickness 3 mm) obtained by heating at 150 ° C. for 2 hours is JIS K 6911. It was measured by a compliant method. Regarding the evaluation of the dielectric constant, those having a dielectric constant value of 5 or less were judged to be good, and those having a dielectric constant value exceeding 5 were judged to be impossible.
  • Crevice inflow property A rosin-based flux agent (Kester 6502, manufactured by Tarchin Kester Co., Ltd.) is heated at 260 ° C., and a 15 mm square semiconductor element provided with solder bumps having a bump size of 100 ⁇ m and a number of bumps of 3872, and a BT substrate (bismaleimide) A triazine substrate and connection pads (gold-plated surface) were solder-melt bonded to obtain a semiconductor device in which the gap between the semiconductor element and the BT substrate was 80 ⁇ m.
  • the obtained semiconductor device was placed on a hot plate heated to 110 ° C., and the liquid sealing resin composition was filled into the gap between the semiconductor element and the BT substrate from one side of the semiconductor element using capillary action. Then, it was cured and sealed at 150 ° C. for 2 hours to obtain a semiconductor device.
  • the obtained semiconductor device was inspected using an ultrasonic deep wound device, and it was determined that there was no unfilled portion, and that there was an unfilled portion was unacceptable.
  • the liquid sealing resin composition which has high thermal conductivity, a low dielectric constant, and high gap inflow property can be provided. And it can utilize for obtaining a semiconductor device using the same.
  • a semiconductor device capable of stable high-speed operation with low power consumption can be provided.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

 高熱伝導率と低誘電率、高隙間流入性とを兼備した液状封止樹脂組成物を提供することを目的の一つとし、(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)球状アルミナと球状シリカとの混合物である無機充填材を必須成分とし、且つpH値が7より大きいことを特徴とする液状封止樹脂組成物を提供する。

Description

液状封止樹脂組成物および液状封止樹脂組成物を用いた半導体装置
本発明は、高熱伝導率、低誘電率、および高隙間流入性を兼備した液状封止樹脂組成物、及びその液状封止樹脂組成物を用いたバンプ接続方式の半導体装置に関する。
 本願は、2011年2月14日に、日本に出願された特願2011-028338号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 近年様々な電子情報処理機器には、狭い面積に高密度実装することが可能なバンプ接続方式の半導体装置が広く用いられるようになってきている。バンプ接続方式の半導体装置では、半導体素子と基板とをバンプによって電気的に接続したのち、半導体装置の接続信頼性を向上させるために、半導体素子と基板との隙間にアンダーフィル材と呼ばれる液状封止樹脂を充填して硬化させ、接続バンプの周辺を補強するのが一般的である。
 また一方で高度情報化社会進展の一端として、あらゆる情報が電子データ化され、それを瞬時に処理して伝達する必要にも迫られてきている。さらに、低炭素社会の実現など環境問題への対応も必須とされている。そこで、大容量の電子データを高速且つ低消費電力で処理できる安価な電子情報処理機器が求められてきている。それに伴って機器に組み入れられる半導体装置にも、より低消費電力で安定した高速動作の可能なことが求められており、そのため半導体装置の発熱対策や電磁ノイズ対策が重要になってきた。これにより、バンプ接続方式の半導体装置に用いられる液状封止樹脂に対しても高い熱伝導率や低い誘電率が求められている。さらに、電子情報処理機器の低価格化を実現するために、半導体装置は小型・薄型化が進んできており、近年ではバンプ接続方式の半導体装置における半導体素子と基板との隙間や、接続バンプの間隔は100μm未満のものがほとんどで、今後もますます微細化が進むとみられる。これを実現すべく、用いられる液状封止樹脂にはいっそう高い隙間流入性が求められている。このように、高熱伝導率で低誘電率、高い隙間流入性を兼備した液状封止樹脂が求められてきた。
従来、半導体装置用液状封止樹脂には熱時寸法の安定性や強度保持のためシリカフィラーを含有するのが一般的であったが、熱伝導性を改善するためには比較的熱伝導性の低いシリカフィラーに替えて、より高い熱伝導性のフィラーをできるだけ多く含有するのが一般的である。窒化ケイ素や窒化アルミニウム、アルミナ、酸化マグネシウムなどの高熱伝導性フィラーを使用できることは広く知られている。例えば、表面に酸化アルミニウム被覆層を有する窒化アルミニウムを含有したものや(例えば、特許文献1)、アルミナを含有したもの(例えば、特許文献2及び特許文献3)があった。
しかし、前述のような高熱伝導性フィラーの多くはシリカフィラーに比べて一般的に誘電率が高く、これらを一定量以上含有した場合には液状封止樹脂自体の誘電率も高くなるため、電磁ノイズの発生によって半導体装置の動作安定性に問題を生じる可能性が高くなる。そのため、高熱伝導率と低誘電率とはトレードオフの関係にあるという問題があった。
 一方、熱伝導性は低いけれども比較的誘電率の低いシリカフィラーと、誘電率は高いけれども高熱伝導性のアルミナフィラーとを併用することで誘電率と熱伝導率との両立を図ることも考えられる。しかしながら、低い誘電率を維持しながら高い熱伝導性を有する液状封止樹脂を得るには、結果的に誘電率の低いシリカフィラーの含有率を高くする必要があるため、封止樹脂の粘度が著しく上昇し、隙間流入性が低下する恐れがある。
さらに、封止樹脂の脱泡性や破泡性も低下する傾向にあるため、硬化物内部に熱の伝導を妨げるボイドが発生し易く、熱伝導率の低下を招くという問題もある。
シリカフィラーを用いた液状封止樹脂の隙間流入性向上を図るものとしては、塩基性物質を用いて特殊な方法でシリカフィラーの表面を処理し、且つ所定値以上の粗粒をカットした表面微塩基性シリカフィラーを用いたもの(例えば、特許文献4)など、種々の隙間流入性向上技術が提案されているが、これらはシリカとアルミナとの混合フィラーを用いた液状封止樹脂において高熱伝導率、低誘電率、および高隙間流入性を兼備させ得るものではなかった。
特開2002-265794公報 特開2008-274083公報 特開2010-118649公報 特開2005-170771公報
本発明の目的は、従来は実現が困難であった高熱伝導率、低誘電率、および高隙間流入性を兼備した液状封止樹脂組成物を提供することである。
本発明は以下の通りである。
(1) (A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)球状アルミナと球状シリカとの混合物である無機充填材を必須成分とし、且つpH値が7より大きいことを特徴とする液状封止樹脂組成物。
(2) さらに、(D)塩基性化合物を含有することを特徴とする(1)に記載の液状封止樹脂組成物。
(3) 前記(D)塩基性化合物が、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7、1,5-ジアザビシクロ(4.3.0)ノネン-5、およびそれらの塩のうち少なくとも1種類である(2)に記載の液状封止樹脂組成物。
(4) 液状封止樹脂組成物における(C)無機充填材の含有量が70質量%以上80質量%以下であって、そのうち球状アルミナの含有量が30質量%以上45質量%以下である(1)~(3)のいずれかに記載の液状封止樹脂組成物。
(5) 前記球状アルミナが平均径が0.5μm以上3μm以下であり、且つ前記球状シリカの平均径が0.25μm以上2μm以下である(1)~(3)のいずれかに記載の液状封止樹脂組成物。
(6) 半導体素子と、半導体素子を搭載し得る基板とを具備する半導体装置であって、前記半導体素子と前記基板との間が、(1)または(2)に記載の液状封止樹脂組成物の硬化物で封止されていることを特徴とする半導体装置。
(7) 半導体素子を搭載し得る基板上に半導体素子を接続搭載する工程と、
半導体素子と基板との間に液状封止樹脂組成物を充填し硬化する工程とを具備する半導体装置の製造方法であって、上記充填工程において使用する液状封止樹脂組成物が、(1)または(2)に記載の液状封止樹脂組成物であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
 本発明によれば、高熱伝導率、低誘電率、および高隙間流入性を兼備した液状封止樹脂組成物の提供が可能である。
 また、本発明の半導体装置は、上記液状封止樹脂組成物を用いて組み立てられるため、発熱および電磁ノイズを低減し、さらに小型・薄型化が図れる。このため、低消費電力で安定した高速動作が可能な半導体装置となる。特に、バンプ接続方式の半導体装置であることが好ましい。
 さらに、本発明の半導体装置の製造方法によれば、上記液状封止樹脂組成物を用いているため、上記優れた特性を具備する半導体装置を提供できる。特に、バンプ接続方式の半導体装置を製造することが好ましい。
本発明の半導体装置の構成を示す概略図である。 本発明の半導体装置の製造方法の一例を示す工程図である。
以下、本発明の液状封止樹脂組成物、半導体装置、および半導体装置の製造方法について説明する。
本発明の液状封止樹脂組成物は、(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)球状アルミナと球状シリカとの混合物である無機充填材を必須成分とし、且つpH値が7より大きいものである。本発明の液状封止樹脂組成物は、半導体素子と基板とをバンプ接続した後、半導体素子と基板との隙間を封止する際に好ましく用いられる。
本発明の半導体装置では、半導体素子と基板との間が上記液状封止樹脂組成物の硬化物で封止されている。
 まず、液状封止樹脂組成物について説明する。
本発明の液状封止樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A)を含む。これにより、硬化後の封止樹脂脂組成物が耐熱性、耐湿性、機械的強度に優れ、且つ半導体素子と基板とを強固に接着することができる。そのため、信頼性に優れた半導体装置を得ることができる。
エポキシ樹脂(A)としては、一分子中にエポキシ基を2個以上有するものであれば特に分子量や構造は限定されるものではないが、例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などのノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂などのビスフェノール型エポキシ樹脂、N,N-ジグリシジルアニリン、N,N-ジグリシジルトルイジン、ジアミノジフェニルメタン型グリシジルアミン、アミノフェノール型グリシジルアミンなどの芳香族グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリフェノールプロパン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェニレンおよび/またはビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェニレンおよび/またはビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂などのアラルキル型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂、ビニルシクロヘキセンジオキシド、ジシクロペンタジエンオキシド、アリサイクリックジエポキシ-アジペイドなどの脂環式エポキシなどの脂肪族エポキシ樹脂が挙げられる。
さらに本発明の場合、芳香族環にグリシジル構造またはグリシジルアミン構造が結合した構造を含むものが耐熱性、機械特性、耐湿性という観点からより好ましく、脂肪族または脂環式エポキシ樹脂は信頼性、特に接着性という観点から使用する量を制限するほうがさらに好ましい。これらは単独でも2種以上混合して使用してもよい。また本発明では液状封止樹脂組成物の態様のため、エポキシ樹脂(A)として最終的に常温(25℃)で液状であることが好ましいが、常温で固体のエポキシ樹脂であっても常温で液状のエポキシ樹脂に溶解させ、結果的に液状の状態であればよい。
本発明において、常温とは25℃を指し、また、液状とは樹脂又は樹脂組成物が流動性を有していることを指す。
本発明において、上記液状樹脂組成物は、常温(25℃)において流動性を有している。
本発明の液状封止樹脂組成物は硬化剤(B)を含む。エポキシ樹脂(A)を硬化させることができるものであれば特に限定はされない。例えば、アミン類、フェノール類、酸無水物、ポリアミド樹脂、ポリスルフィド樹脂などが挙げられ、これらは1種類を単独で用いても2種類以上を併用してもよい。
なかでも、硬化性、保存性、および得られる物性のバランスから、アミン類を硬化剤として用いるのが好ましい。例えばジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、テトラエチレンペンタミン、m-キシレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、2-メチルペンタメチレンジアミン脂肪族ポリアミン、イソフォロンジアミン、1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、ノルボルネンジアミン、1,2-ジアミノシクロヘキサンなどの脂環式ポリアミン、N-アミノエチルピペラジン、1,4-ビス(2-アミノ-2-メチルプロピル)ピペラジンなどのピペラジン型のポリアミン、ジアミノジフェニルメタン、m-フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルスルホン、ジエチルトルエンジアミン、トリメチレンビス(4-アミノベンゾエート)、ポリテトラメチレンオキシド-ジ-P-アミノベンゾエートなどの芳香族ポリアミン類が挙げられる。これらは、単独で用いても2種以上の硬化剤を配合して用いてもよい。
さらに半導体装置の封止用途を考慮すると、耐熱性、電気的特性、機械的特性、密着性、耐湿性の観点から芳香族ポリアミン型硬化剤がより好ましい。
性状としては、熱硬化性液状封止樹脂組成物の流動性を確保するため液状の硬化剤が好ましいが、結果的に常温で液状の状態であれば固形の硬化剤を溶解させて用いることもできる。
本発明の液状封止樹脂組成物は、無機充填材(C)として球状アルミナと球状シリカとの混合物を含む。
高熱伝導、低誘電率、および高隙間流入性を兼備しており半導体装置の信頼性を十分保持可能で、且つ半導体素子と基板との隙間への流入が可能であれば含有量やサイズに制限はない。しかしながら、無機充填材の含有量が70質量%以上80質量%以下であって、そのうち球状アルミナの含有量が30質量%以上45質量%以下であることが好ましい。特に、高熱伝導、低誘電率、および隙間流入性を考慮した場合、樹脂組成物における無機充填材の含有量が73質量%以上77質量%以下であって、そのうち球状アルミナの含有量が33.5質量%以上39.5質量%以下であることがより好ましい。
無機充填材の含有量が下限値以上だと熱伝導率を上昇する効果が高くなり、上限値以下だと隙間流入性が良好である。球状アルミナの含有量が下限値以上だと熱伝導率をさらに上昇する効果が高く、上限値以下であると誘電率を低下させる効果が高くなる。
 特に半導体素子と基板との隙間が10~100μm程度の比較的狭い半導体装置に樹脂組成物を充填させる場合、流入性の観点から、球状アルミナの平均径が0.5μm以上3μm以下であり、且つ球状シリカの平均径が0.25μm以上2μm以下であることが好ましい。球状アルミナの平均径が下限値以上で、且つ球状シリカの平均径が下限値以上であると、隙間流入速度を上昇させる効果が高くなり、球状アルミナの平均径が上限値以下で、且つ球状シリカの平均径が上限値以下であると、隙間入口でのフィラー詰まり防止効果が高くなる。
球状アルミナおよび球状シリカ以外の無機充填材も、高熱伝導、低誘電率、および高隙間流入性が損なわれない範囲で加えることができ、そのようなものとしては窒化ケイ素や窒化アルミニウム、酸化マグネシウムなどを適宜併用することができる。その場合、熱伝導率、誘電率、および隙間流入性のバランスを最適化するため、球状アルミナと球状シリカの配合量やサイズを適宜調整できることは当然である。
本願の液状封止樹脂組成物のpH値は7より大きい。そのことによってシリカフィラーとアルミナフィラーそれぞれの樹脂系への分散性がいっそう向上し、粘度が低下して隙間流入性が向上する。それと同時にアルミナとシリカとの静電気的相互作用がいっそう弱まるので、未充填ボイドや巻き込みボイド、揮発ボイドなど熱伝導を妨げる各種ボイドの発生が抑制され、高い熱伝導率を得ることができる。
さらに、シリカの等電点とアルミナの等電点との双方が改善されて前記効果がいっそう高くなるため、封止樹脂組成物のpH値は8より大きいことが、より好ましい。
ここでpH値とは、水素イオン指数または水素イオン濃度指数を指す。
pH値の決定方法は特に限定されないが、例えばリトマス試験紙などのpH試験紙、pH指示薬、pH電極やpHセンサーなどを用いた一般的なものを使用することができる。なお、pH値の決定に際しては、液状封止樹脂組成物のpH値を変動させない範囲で前処理を施したり、添加剤を加えたり、加熱や冷却などの操作も加えることができる。
本願では、液状封止樹脂組成物0.01~0.1mlを、pHメーターのセンサー部に乗せ、その上から純水を0.02~0.2ml加えて検体とした。さらに、センサー部を傾けるなどして全体が検体で覆われるようにし、pH値が安定するまで静置し、表示されたpH値を液状樹脂組成物のpH値とした。
さらに本発明の液状封止樹脂組成物は塩基性化合物(D)を含有することが、より好ましい。
塩基性化合物を液状封止樹脂組成物に加えることで樹脂組成物全体のpH値をいっそう塩基性方向へ移行させるように働き、そのことによって球状アルミナと球状シリカとの表面電位をさらにマイナス方向へ変位させることで、各々の樹脂組成物への分散性を改善し、粘度を低下できるので隙間流入性を向上させることができる。それと同時に、球状アルミナと球状シリカとの静電気的相互作用を弱められるので、未充填ボイドや巻き込みボイド、揮発ボイドなど熱伝導を妨げる各種ボイドの発生を抑制できることから、高い熱伝導率を得ることができる。
塩基性化合物(D)としては、樹脂組成物全体のpH値をより塩基性方向へ移行し得るものであれば特に制限はなく、例えばヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミンなどの1級アミン類、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、イソ。プロピルベンジルアミン、ジヘキシルアミン、ジオクチルアミン、ジシクロヘキシルアミン、ジフェニルアミン、ジベンジルアミン、ジデシルアミンなどの2級アミン類、イミノジエタノール、エチルアミノエタノール、イソプロピルアミノエタノール、ベンジルエタノールアミン、ジブチルアミノエタノール、アニリノエタノール、2-アミノ-2-エチル-1,3-プロパンジオール、イソプロパノールアミン、アミノメチルプロパノール、エタノールアミン、アミノプロパノール、ヘキサノールアミン、アミノエトキシエタノール、トリスヒドロキシメチルアミノメタンなどの1級,2級,3級アミノアルコール類、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-トリエトキシシリル-N-(1,3-ジメチル-ブチリデン)プロピルアミンとその部分加水分解物、3-トリメトキシシリル-N-(1,3-ジメチル-ブチリデン)プロピルアミンとその部分加水分解物、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシランなどの各種塩基性カップリング剤や、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン(DBU)あるいはその塩、1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ-5-エン(DBN)あるいはその塩などの塩基性物質などを挙げる事ができる。
なかでも1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン(DBU)あるいはその塩、1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ-5-エン(DBN)あるいはその塩が樹脂組成物のpH値を塩基性に移行させる効果がより高く好ましい。
前記塩基性化合物(D)の配合量は、樹脂組成物全体のpH値を塩基性方向へ移行し得るものであれば特に制限はないが、樹脂組成物において、0.005質量%以上1.0質量%以下であることが好ましい。
本発明の液状封止樹脂組成物には、エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)、球状アルミナと球状シリカとの混合物である無機充填材(C)、以外に、必要に応じて密着助剤、分散剤、ブリード防止剤、着色剤、消泡剤、希釈剤、顔料、難燃剤、レベリング剤などの各種添加剤を用いることができる。なお、それらの添加物によって液状封止樹脂組成物のpH値が7以下になる場合は、適宜塩基性化合物(D)を加え、pH値を7より大きくすることで本発明の効果を維持できる。
 本発明の液状封止樹脂組成物は、上述した各成分、添加剤などをプラネタリーミキサー、三本ロール、二本熱ロール、ライカイ機などの装置を用いて分散混練した後、真空下で脱泡処理して製造することができる。
 本発明の液状封止樹脂組成物においては、半導体装置の製造プロセスにおける時間の短縮や半導体デバイスへの熱応力低減の観点から、150℃以下2時間以下の硬化条件でエポキシ樹脂の反応率が95%以上であることが好ましい。
 その理由としては、反応率が95%以上になると、高温保管などによる後硬化により、ガラス転移温度(Tg)や破壊靱性値などの物性が変化することが少なく、反りや剥離など半導体装置へ悪影響が低減されるからである。
 ここで硬化とは、エポキシ樹脂の熱硬化反応によって3次元網状構造を形成することを指し、その反応率(Y)はDSC(示差走査熱量測定)により測定する。具体的には、未硬化のサンプルの発熱量A(mJ/mg)と硬化後のサンプルとの発熱量B(mJ/mg)を測定し、Y(%)=(1-B/A)×100の計算式を用いて算出する。DSCによる発熱量測定はアルミパンにサンプルを20mg秤量し蓋をした後、Seiko Instruments社製DSC220を用い30-300℃の温度範囲を10℃/minの昇温条件で測定し、横軸に温度(℃)縦軸にDSC(mJ/mg)をとったグラフにおけるベースラインを底辺とした反応ピークの面積として求めることができる。
次に、本発明の半導体装置について説明する。
本発明の半導体装置は、上述した液状封止樹脂組成物を用いて製造される。
例えばフリップチップ接続の場合について説明すると、まず半田バンプ1を有する半導体素子2と基板とを、リフロー装置を通して半田接続を行う。具体的には、図1(a)および(b)に示すように、半導体素子2に設けられた半田バンプ1にフラックス3を塗布する。次いで、図1(c)に示すように、得られた半導体素子2を基板4上に仮搭載する。その後、図1(d)に示すように、半導体素子2を基板4にリフロー接続する。次いで、図1(e)に示すように、半導体素子2と基板4との間隙に液状封止樹脂組成物5を充填する。充填する方法としては、毛細管現象を利用する方法が一般的である。具体的には、半導体素子の一辺に上記液状封止樹脂組成物を塗布した後、半導体素子と基板との間隙に毛細管現象で流し込む方法、半導体素子の2辺に上記液状封止樹脂組成物を塗布した後、半導体素子と基板との間隙に毛細管現象で流し込む方法、半導体素子の中央部にスルーホールを開けておき、半導体素子の周囲に上記液状封止樹脂組成物を塗布した後、半導体素子と基板との間隙に毛細管現象で流し込む方法などが挙げられる。また、一度に全量を塗布するのではなく、2度に分けて塗布する方法なども行われる。次に、充填した上記液状封止樹脂組成物を硬化させる。硬化条件は、特に限定されないが、例えば100℃~170℃の温度範囲で1~12時間加熱を行うことにより硬化できる。さらに、例えば100℃で1時間加熱した後、引き続き150℃で2時間加熱するような、段階的に温度を変化させながら加熱硬化を行っても良い。
このようにして、図2にしめされるような、半導体素子と基板との間が、液状封止樹脂組成物の硬化物で封止されている半導体装置を得ることができる。
このような半導体装置には、フリップチップ方式の半導体装置、キャビティーダウン型BGA(Ball Grid Array)、POP(Package on Package)型BGA(Ball Grid Array)、TAB(Tape Automated Bonding)型BGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip Scale Package)等が挙げられる。
 以下、実施例および比較例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(実施例1~8)(比較例1~3)
 下記に示すエポキシ樹脂(A)と、硬化剤(B)と、球状アルミナと球状シリカとの混合物である無機充填剤(C)と、塩基性化合物(D)と、その他に希釈溶剤および密着助剤とを、表1に示した組成で配合し、それを3本ロールにて十分に混練分散した後、真空脱泡して液状封止樹脂組成物を得た。なお、塩基性化合物と希釈溶剤とは予め室温にて混合しておいた。
○エポキシ樹脂(A)
大日本インキ化学工業(株)製 (EXA-830LVP)
ジャパンエポキシレジン(株)製(JER-630)
○硬化剤(B)
日本化薬(株)製 (カヤハードAA)
○無機充填材(C)
・球状アルミナフィラー
アドマテクス(株)製 (AO-502:平均径0.7μm)
昭和電工(株)製   (CB-P02:平均径2.0μm)
・球状シリカフィラー
アドマテクス(株)製 (SO-E3:平均径1μm)
アドマテクス(株)製 (SO-E5:平均径1.5μm)
○塩基性化合物(D)
1,8-ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン-7(DBU)
DBU-フェノール塩 サンアプロ(株)製U-CAT (SA-1)
1,5-ジアザビシクロ(4,3,0)ノネン-5  (DBN)
○希釈溶剤
ブチルセロソルブアセテート(BCSA)
○密着助剤
信越化学(株)製 (KBM-403)
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
(測定及び評価)
得られた液状封止樹脂組成物および半導体装置について、以下の測定及び評価を行った。得られた結果を表2に示す。
1.pHの測定
各液状封止樹脂組成物0.05mlを、予め校正液を用いて校正されたHORIBA製コンパクトpHメーター「B-211」のセンサー部に乗せ、その上から純水約0.1ml加えて検体とした。さらに、センサー部を傾けるなどして全体が検体で覆われるようにし、センサー部の蓋を閉めてpH値が安定したとの表示が出るまで静置した。表示されたpH値を液状樹脂組成物のpH値とした。
2.熱伝導率の測定と評価
 各液状封止樹脂組成物について、150℃雰囲気下で2時間加熱して得られる硬化物の熱拡散率α、密度ρおよび比熱Cpを下記方法によってそれぞれ測定して求め、式(1)により熱伝導率λを算出した。
熱拡散率αは、熱拡散率測定装置LFA447 Nanoflash(NETZSCH社製)を用い、JIS R 1611:2011(最小二乗法)に準拠したレーザーフラッシュ法によって測定、密度ρはJIS K 7112A法に準拠した水中置換法によって測定、また比熱Cpについては示差走査熱量計 DSC7(PERKIN-ELMER社製)を用い、JIS K 7123に準拠した方法によって測定した。
 熱伝導率の評価については、熱伝導率値が0.8W/m・K以上のものは良好、0.8W/m・K未満のものは不可と判定した。
λ=α×ρ×Cp ・・・・・・・・・・・式(1)
λ:熱伝導率(W/m・K)
α:熱拡散率(m/sec)
ρ:密度(kg/m
Cp:比熱(J/kg・K)
3.誘電率の測定と評価
 各液状封止樹脂組成物について、150℃雰囲気下で2時間加熱して得られる硬化物(直径50mm、厚さ3mm)の測定周波数1MHzにおける誘電率を、JIS K 6911に準拠した方法によって測定した。
誘電率の評価の評価については、誘電率値が5以下のものは良好、誘電率値が5を超えるものは不可と判定した。
4.隙間流入性
 ロジン系フラックス剤(タルチンケスター社製 Kester6502)を260℃で加熱して、バンプサイズ100μm、バンプ数3872個の半田バンプが設けられた15mm角の半導体素子と、BT基板(ビスマレイミドトリアジン基板、接続パッド:金メッキ表面)とを半田溶融接合して、半導体素子とBT基板との隙間が80μmの半導体装置を得た。ついで得られた半導体装置を110℃に加熱した熱板上に乗せ、半導体素子とBT基板との隙間に前記の液状封止樹脂組成物を半導体素子の一辺から毛細管現象を利用して充填した後、150℃で2時間硬化封止して半導体装置を得た。
 得られた半導体装置を、超音波深傷装置を用いて検査し、未充填部の無かったものを良好、未充填部のあったものを不可と判定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 本発明によれば、高熱伝導率、低誘電率、および高隙間流入性を兼備した液状封止樹脂組成物を提供できる。およびそれを用いた半導体装置を得ることに利用することができる。
 また、本発明によれば、低消費電力で安定した高速動作が可能な半導体装置を提供できる。

Claims (7)

  1. (A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)球状アルミナと球状シリカとの混合物である無機充填材を必須成分とし、且つpH値が7より大きいことを特徴とする液状封止樹脂組成物。
  2.  さらに、(D)塩基性化合物を含有することを特徴とする請求項1に記載の液状封止樹脂組成物。
  3. (D)塩基性化合物が、1,8-ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン-7、1,5-ジアザビシクロ(4.3.0)ノネン-5、およびそれらの塩のうち少なくとも1種類である請求項2に記載の液状封止樹脂組成物。
  4. (C)無機充填材の含有量が70質量%以上80質量%以下であって、そのうち球状アルミナの含有量が30質量%以上45質量%以下である請求項1に記載の液状封止樹脂組成物。
  5.  前記球状アルミナが平均径0.5μm以上3μm以下であり、且つ前記球状シリカが平均径0.25μm以上2μm以下である請求項1に記載の液状封止樹脂組成物。
  6. 半導体素子と、半導体素子を搭載し得る基板とを具備する半導体装置であって、前記半導体素子と前記基板との間が、請求項1または請求項2に記載の液状封止樹脂組成物の硬化物で封止されていることを特徴とする半導体装置。
  7. 半導体素子を半導体素子を搭載し得る基板上に接続搭載する工程と、
    半導体素子と基板との間に液状封止樹脂組成物を充填し硬化する工程とを具備する半導体装置の製造方法であって、上記充填工程において使用する液状封止樹脂組成物が、請求項1または請求項2に記載の液状封止樹脂組成物であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
PCT/JP2012/053355 2011-02-14 2012-02-14 液状封止樹脂組成物および液状封止樹脂組成物を用いた半導体装置 WO2012111652A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011028338A JP2012167162A (ja) 2011-02-14 2011-02-14 液状封止樹脂組成物および液状封止樹脂組成物を用いた半導体装置
JP2011-028338 2011-02-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012111652A1 true WO2012111652A1 (ja) 2012-08-23

Family

ID=46672571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/053355 WO2012111652A1 (ja) 2011-02-14 2012-02-14 液状封止樹脂組成物および液状封止樹脂組成物を用いた半導体装置

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2012167162A (ja)
TW (1) TW201239026A (ja)
WO (1) WO2012111652A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014157626A1 (ja) * 2013-03-28 2014-10-02 三菱化学株式会社 積層型半導体装置の層間充填材用の組成物、積層型半導体装置、および積層型半導体装置の製造方法
JP2015183093A (ja) * 2014-03-24 2015-10-22 三菱化学株式会社 積層型半導体装置用の層間充填材に好適な組成物、積層型半導体装置、および積層型半導体装置の製造方法
WO2021240982A1 (ja) * 2020-05-25 2021-12-02 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 半導体装置とその製造方法、及び電子機器

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6330727B2 (ja) 2014-05-26 2018-05-30 日信化学工業株式会社 インク組成物

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS598722A (ja) * 1982-07-07 1984-01-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物
JPH01109753A (ja) * 1987-10-23 1989-04-26 Hitachi Ltd 半導体装置
JPH0977958A (ja) * 1995-07-10 1997-03-25 Toray Ind Inc エポキシ樹脂組成物および半導体装置
WO2002034832A1 (fr) * 2000-10-24 2002-05-02 Mitsui Chemicals, Inc. Composition de resine epoxy et son utilisation
JP2004018790A (ja) * 2002-06-19 2004-01-22 Sumitomo Bakelite Co Ltd エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2008274083A (ja) * 2007-04-27 2008-11-13 Shin Etsu Chem Co Ltd 液状エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2009155550A (ja) * 2007-12-27 2009-07-16 Sekisui Chem Co Ltd 絶縁材料、電子部品装置の製造方法及び電子部品装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS598722A (ja) * 1982-07-07 1984-01-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物
JPH01109753A (ja) * 1987-10-23 1989-04-26 Hitachi Ltd 半導体装置
JPH0977958A (ja) * 1995-07-10 1997-03-25 Toray Ind Inc エポキシ樹脂組成物および半導体装置
WO2002034832A1 (fr) * 2000-10-24 2002-05-02 Mitsui Chemicals, Inc. Composition de resine epoxy et son utilisation
JP2004018790A (ja) * 2002-06-19 2004-01-22 Sumitomo Bakelite Co Ltd エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2008274083A (ja) * 2007-04-27 2008-11-13 Shin Etsu Chem Co Ltd 液状エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2009155550A (ja) * 2007-12-27 2009-07-16 Sekisui Chem Co Ltd 絶縁材料、電子部品装置の製造方法及び電子部品装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014157626A1 (ja) * 2013-03-28 2014-10-02 三菱化学株式会社 積層型半導体装置の層間充填材用の組成物、積層型半導体装置、および積層型半導体装置の製造方法
US10125289B2 (en) 2013-03-28 2018-11-13 Mitsubishi Chemical Corporation Composition for interlayer filler of layered semiconductor device, layered semiconductor device, and process for producing layered semiconductor device
JP2015183093A (ja) * 2014-03-24 2015-10-22 三菱化学株式会社 積層型半導体装置用の層間充填材に好適な組成物、積層型半導体装置、および積層型半導体装置の製造方法
WO2021240982A1 (ja) * 2020-05-25 2021-12-02 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 半導体装置とその製造方法、及び電子機器

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012167162A (ja) 2012-09-06
TW201239026A (en) 2012-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9994729B2 (en) Liquid sealing material, and electronic component using same
JP4736473B2 (ja) アンダーフィル用液状封止樹脂組成物、並びにこれを用いた半導体装置及びその製造方法
JP5396687B2 (ja) 半導体封止用エポキシ樹脂組成物、その製造方法及び半導体装置
US20120126434A1 (en) Liquid resin composition and semiconductor device using the same
WO2012144355A1 (ja) 液状封止樹脂組成物、液状封止樹脂組成物を用いた半導体装置、および半導体装置の製造方法
JP2011168650A (ja) エポキシ樹脂組成物
JP4747580B2 (ja) アンダーフィル用液状封止樹脂組成物、それを用いた半導体装置、及びその製造方法
WO2012111652A1 (ja) 液状封止樹脂組成物および液状封止樹脂組成物を用いた半導体装置
JP6512699B2 (ja) 半導体封止用一液性エポキシ樹脂組成物、硬化物、半導体部品の製造方法及び半導体部品
JP5101860B2 (ja) エポキシ樹脂組成物と半導体装置
JP2010095702A (ja) 樹脂組成物、半導体封止用液状樹脂組成物、アンダーフィル用液状樹脂組成物および半導体装置
JP2003212963A (ja) 熱硬化性液状封止樹脂組成物及び半導体装置
JP7000698B2 (ja) アンダーフィル用樹脂組成物、半導体装置の製造方法及び半導体装置
JP2008088279A (ja) アンダーフィル用液状樹脂組成物および半導体装置
JP4810835B2 (ja) アンダーフィル用液状封止樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置
JP2004352939A (ja) 液状封止樹脂及びそれを用いた半導体装置
JP2021174939A (ja) アンダーフィル用樹脂組成物及びその製造方法、半導体装置の製造方法、並びに半導体装置
JPWO2018181603A1 (ja) 液状エポキシ樹脂組成物、半導体装置及び半導体装置の製造方法
JPH09235357A (ja) 封止用液状エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2007238781A (ja) 液状封止樹脂組成物、及びそれを用いた半導体装置
WO2023162252A1 (ja) アンダーフィル材、半導体パッケージ及び半導体パッケージの製造方法
JP2002309067A (ja) 封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2021009935A (ja) アンダーフィル用樹脂組成物並びに電子部品装置及びその製造方法
JP2020070347A (ja) アンダーフィル用樹脂組成物並びに電子部品装置及びその製造方法
JP2004204169A (ja) 半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12747106

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12747106

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1