WO2023162252A1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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WO2023162252A1
WO2023162252A1 PCT/JP2022/008375 JP2022008375W WO2023162252A1 WO 2023162252 A1 WO2023162252 A1 WO 2023162252A1 JP 2022008375 W JP2022008375 W JP 2022008375W WO 2023162252 A1 WO2023162252 A1 WO 2023162252A1
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WO
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underfill material
inorganic particles
substrate
semiconductor package
interposer
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PCT/JP2022/008375
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智也 増田
亮太 佐藤
真由 鈴木
Original Assignee
株式会社レゾナック
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Publication date
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • C08K3/36—Silica
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape

Definitions

  • the present invention relates to an underfill material, a semiconductor package, and a method for manufacturing a semiconductor package.
  • bare chip mounting in which unpackaged semiconductor chips (bare chips) are mounted on substrates.
  • flip chip mounting which is a type of bare chip mounting and connects the active surface of a semiconductor chip to the substrate side
  • a liquid called underfill material is used to fill the space between the semiconductor chip and the substrate connected via bumps.
  • curable resin composition is used.
  • Patent Document 1 describes an underfill material containing a polyfunctional epoxy resin and a curing agent containing a phenolic compound and an acid anhydride. The underfill material plays an important role in protecting semiconductor chips from temperature, humidity, mechanical external force, and the like.
  • solder balls have been mainly used as bumps for connecting a semiconductor element and a substrate in a flip-chip type semiconductor device.
  • copper pillars whose tips are capped with solder are used instead of conventional solder balls.
  • 3D (three-dimensional) mounting is being developed. In these mounting techniques, an intermediate substrate called an interposer having through electrodes formed thereon is placed on the substrate, and elements are mounted thereon.
  • the present disclosure has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an underfill material with excellent filling properties, a semiconductor package obtained using this underfill material, and a method for manufacturing the same.
  • Means for solving the above problems include the following embodiments.
  • ⁇ 1> Contains a curable resin component and inorganic particles, and the proportion of particles having a particle diameter of 0.5 ⁇ m or less contained in the inorganic particles is 10% or less of the total inorganic particles, and the particle diameter is An underfill material in which the number-based proportion of particles of 3 ⁇ m or more is 5% or less of the total inorganic particles.
  • ⁇ 2> The underfill material according to ⁇ 1>, wherein the curable resin component contains an epoxy resin.
  • ⁇ 3> The underfill material according to ⁇ 2>, wherein the epoxy resin contains at least one selected from the group consisting of bisphenol-type epoxy resins, naphthalene-type epoxy resins, and tri- or more functional glycidylamine-type epoxy resins.
  • the epoxy resin contains at least one selected from the group consisting of bisphenol-type epoxy resins, naphthalene-type epoxy resins, and tri- or more functional glycidylamine-type epoxy resins.
  • ⁇ 4> The underfill material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, which contains a surface treatment agent and has a coverage of 50% or more of the inorganic particles with the surface treatment agent.
  • a semiconductor package including a substrate, a semiconductor element, and a cured product of the underfill material according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>.
  • ⁇ 6> The semiconductor package according to ⁇ 5>, wherein the cured product is arranged in a gap between the substrate and the semiconductor element.
  • ⁇ 7> The semiconductor package according to ⁇ 5>, further including an interposer arranged between the substrate and the semiconductor element.
  • the cured product is arranged in at least one selected from the group consisting of a gap between the substrate and the interposer and a gap between the interposer and the semiconductor element. semiconductor package.
  • ⁇ 9> at least one selected from the group consisting of a gap between the substrate and the semiconductor element, a gap between the substrate and the interposer, and a gap between the interposer and the semiconductor element ⁇ 1> to ⁇ 4>
  • a method of manufacturing a semiconductor package comprising: filling with the underfill material according to any one of Claims 1 to 3; and curing the underfill material.
  • an underfill material with excellent filling properties a semiconductor package obtained using this underfill material, and a method for manufacturing the same are provided.
  • FIG. 4 is a scanning electron microscope image of the ash content of the underfill material obtained in Example 1.
  • FIG. 4 is a scanning electron microscope image of the ash content of the underfill material obtained in Example 10.
  • FIG. 4 is a scanning electron microscope image of the ash content of the underfill material obtained in Comparative Example 1.
  • FIG. 4 is a scanning electron microscope image of ash in the underfill material obtained in Comparative Example 2.
  • FIG. 4 is a scanning electron microscope image of ash in the underfill material obtained in Comparative Example 3.
  • FIG. 4 is a scanning electron microscope image of ash in the underfill material obtained in Comparative Example 4.
  • the term "process” includes a process that is independent of other processes, and even if the purpose of the process is achieved even if it cannot be clearly distinguished from other processes.
  • the numerical range indicated using "-" includes the numerical values before and after "-" as the minimum and maximum values, respectively.
  • the upper limit or lower limit of one numerical range may be replaced with the upper or lower limit of another numerical range described step by step.
  • the upper or lower limits of the numerical ranges may be replaced with the values shown in the examples.
  • each component may contain multiple types of applicable substances.
  • the content rate or content of each component is the total content rate or content of the multiple types of substances present in the composition unless otherwise specified. means quantity.
  • each component may contain more than one type of applicable particles.
  • the particle size of each component means a value for a mixture of the multiple types of particles present in the composition, unless otherwise specified.
  • the underfill material of the present disclosure includes a curable resin component and inorganic particles, and the proportion of particles having a particle diameter of 0.5 ⁇ m or less contained in the inorganic particles is 10% or less of the total inorganic particles.
  • the underfill material contains particles having a particle diameter of 3 ⁇ m or more, based on the number, of 5% or less of the total inorganic particles.
  • the underfill material of the present disclosure is superior in filling narrow voids compared to conventional underfill materials.
  • a possible reason for this is that the particle size distribution of the inorganic particles contained in the underfill material has characteristics that are not present in the particle size distribution of the inorganic particles contained in conventional underfill materials. That is, the inorganic particles contained in the underfill material of the present disclosure have a particle diameter of 0.5 ⁇ m or less and a proportion of particles with a particle diameter of 3 ⁇ m or more in the total inorganic particles, respectively. less than It is believed that this is related to the improvement of the filling property of the underfill material.
  • the number-based ratio of particles with a particle diameter of 0.5 ⁇ m or less and the number-based ratio of particles with a particle diameter of 3 ⁇ m or more in the inorganic particles are determined by an image analysis method.
  • the image analysis method is not particularly limited. For example, there is a method of observing the inorganic particles themselves, the ash of the underfill material (remains after removing the organic component from the underfill material), the dispersion liquid containing the inorganic particles, or the like with an optical microscope or an electron microscope.
  • the inorganic particles may be counted visually or by using an image analysis system.
  • the image analysis is performed under the conditions that the total number of inorganic particles to be measured is 100 or more and the observation magnification is 1000 times or more.
  • the particle diameter of the inorganic particles is the circle equivalent diameter of the observed particles.
  • the number-based ratio of particles having a particle diameter of 0.5 ⁇ m or less contained in the inorganic particles is 10% or less, preferably 5% or less, of the total inorganic particles. It is more preferably 1% or less, and even more preferably 0.1% or less.
  • the number-based ratio of particles having a particle diameter of 0.5 ⁇ m or less contained in the inorganic particles may be 0% of the total.
  • the number-based ratio of particles having a particle diameter of 3 ⁇ m or more contained in the inorganic particles is 5% or less, preferably 3% or less, and 1% of the total inorganic particles. It is more preferably 0.1% or less, more preferably 0.1% or less.
  • the number-based ratio of particles having a particle diameter of 3 ⁇ m or more contained in the inorganic particles may be 0% of the total inorganic particles.
  • the volume average particle diameter of the inorganic particles is preferably 0.6 ⁇ m to 2.5 ⁇ m, more preferably 0.7 ⁇ m to 2.3 ⁇ m, and more preferably 0.8 ⁇ m to More preferably, it is 2 ⁇ m.
  • the volume average particle size of inorganic particles is determined by a laser diffraction/scattering method. Specifically, the volume average particle diameter of the inorganic particles is obtained as the particle diameter (D50) when the cumulative volume from the small diameter side is 50% in the volume-based particle size distribution obtained by the laser diffraction/scattering method.
  • the material of the inorganic particles contained in the underfill material is not particularly limited. Specifically, silica, alumina, calcium carbonate, zirconium silicate, calcium silicate, silicon nitride, aluminum nitride, boron nitride, beryllia, zirconia, zircon, fosterite, steatite, spinel, mullite, titania, talc, clay , mica and the like.
  • Inorganic particles having a flame retardant effect may also be used. Inorganic particles having a flame retardant effect include aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, composite metal hydroxides such as a composite hydroxide of magnesium and zinc, and zinc borate.
  • Silica is preferable as the inorganic particles from the viewpoint of reducing the coefficient of thermal expansion of the cured product of the underfill material, and alumina is preferable from the viewpoint of improving thermal conductivity.
  • the inorganic particles contained in the underfill material may be of one type or two or more types. When two or more kinds of inorganic particles are contained in the underfill material, the number-based ratio of particles having a particle diameter of 0.5 ⁇ m or less and the number-based ratio of particles having a particle diameter of 3 ⁇ m or more contained in the inorganic particles are It is a value for the sum of two or more inorganic particles.
  • the amount of inorganic particles contained in the underfill material is not particularly limited. From the viewpoint of reducing the coefficient of thermal expansion of the cured underfill material, the larger the amount of the inorganic particles, the better.
  • the content of inorganic particles is preferably 50% by mass or more, more preferably 55% by mass or more, of the entire underfill material. From the viewpoint of suppressing an increase in the viscosity of the underfill material, the smaller the amount of the inorganic particles, the better.
  • the content of inorganic particles is preferably 80% by mass or less, more preferably 75% by mass or less, of the entire underfill material.
  • the shape of the inorganic particles contained in the underfill material is not particularly limited. From the viewpoint of filling properties of the underfill material, the inorganic particles are preferably spherical.
  • the type of curable resin component contained in the underfill material is not particularly limited. From the viewpoint of the balance of properties of the underfill material, the underfill material preferably contains an epoxy resin as a curable resin component and a curing agent.
  • the type of epoxy resin contained in the underfill material is not particularly limited.
  • bisphenol-type epoxy resins, naphthalene-type epoxy resins, glycidylamine-type epoxy resins, hydrogenated bisphenol-type epoxy resins, alicyclic epoxy resins, alcohol ether-type epoxy resins, cycloaliphatic-type epoxy resins, fluorene-type epoxy resins, and A siloxane-based epoxy resin can be mentioned.
  • the epoxy resin contained in the underfill material may be of one type or two or more types.
  • epoxy resins it is preferable to include at least one selected from the group consisting of bisphenol-type epoxy resins, naphthalene-type epoxy resins, and tri- or more functional glycidylamine-type epoxy resins.
  • the type of bisphenol type epoxy resin is not particularly limited, and examples include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol AD type epoxy resin, and the like.
  • the bisphenol-type epoxy resin is preferably liquid at room temperature (25° C., hereinafter the same), and more preferably a bisphenol F-type epoxy resin that is liquid at room temperature.
  • the type of naphthalene-type epoxy resin is not particularly limited.
  • the naphthalene-type epoxy resin used for the underfill material is preferably liquid at room temperature.
  • 1,6-bis(glycidyloxy)naphthalene is exemplified as the naphthalene-type epoxy resin that is liquid at room temperature.
  • the type of trifunctional or higher glycidylamine type epoxy resin is not particularly limited.
  • the trifunctional or higher glycidylamine type epoxy resin used as the underfill material is preferably liquid at room temperature.
  • Triglycidyl-p-aminophenol is an example of a tri- or higher functional glycidylamine type epoxy resin that is liquid at room temperature.
  • the underfill material may contain an epoxy resin that is liquid at room temperature and an epoxy resin that is solid at room temperature.
  • the ratio of the epoxy resin that is solid at room temperature is preferably 20 mass % or less of the total epoxy resin.
  • the type of curing agent contained in the underfill material is not particularly limited, and can be selected according to the desired properties of the underfill material. Examples thereof include amine curing agents, phenol curing agents, acid anhydride curing agents, polymercaptan curing agents, polyaminoamide curing agents, isocyanate curing agents, blocked isocyanate curing agents and the like.
  • the curing agents may be used singly or in combination of two or more.
  • the curing agent used for the underfill material is preferably liquid at room temperature, and from the viewpoint of adhesion to the adherend, it is preferably an amine curing agent.
  • Amine curing agents include aliphatic amine compounds such as diethylenetriamine, triethylenetetramine, n-propylamine, 2-hydroxyethylaminopropylamine, cyclohexylamine, 4,4′-diamino-dicyclohexylmethane, diethyltoluenediamine, 3, 3'-diethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, aromatic amine compounds such as 2-methylaniline, imidazole, 2-methylimidazole, 2-ethylimidazole, imidazole compounds such as 2-isopropylimidazole, imidazoline, 2-methyl Examples include imidazoline compounds such as imidazoline and 2-ethylimidazoline. Among these, aromatic amine compounds are preferred.
  • the compounding ratio of the epoxy resin and the curing agent is the ratio of the number of functional groups of the curing agent (active hydrogen in the case of amine curing agents) to the number of epoxy groups of the epoxy resin (
  • the functional group number of the curing agent/the number of epoxy groups of the epoxy resin) is preferably set to be within the range of 0.5 to 2.0, and is set to be within the range of 0.6 to 1.3. is more preferable. From the viewpoint of moldability and reflow resistance, it is more preferable to set the ratio within the range of 0.8 to 1.2.
  • the underfill material may contain a curing accelerator.
  • the type of curing accelerator is not particularly limited, and can be selected according to the type of curable resin component contained in the underfill material, desired properties of the underfill material, and the like.
  • the amount thereof is preferably 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 1 to 15 parts by mass, with respect to 100 parts by mass of the curable resin component. more preferred.
  • the underfill material may contain a surface treatment agent.
  • surface treatment agents include silane compounds such as epoxysilane, phenylsilane, mercaptosilane, aminosilane, phenylaminosilane, alkylsilane, ureidosilane, and vinylsilane, titanium compounds, aluminum chelate compounds, and aluminum/zirconium compounds. Among these, silane compounds are preferred.
  • the surface treatment agents may be used singly or in combination of two or more.
  • Silane compounds having a phenyl group such as phenyltrimethoxysilane, dimethoxydiphenylsilane, phenyltriethoxysilane
  • Silane compounds having a vinyl group such as vinyltrimethoxysilane and vinyltriethoxysilane
  • 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane
  • 3-glycid Silane compounds having an epoxy group such as xypropyltriethoxysilane
  • Silane compounds having a styryl group such as p-styryltrimethoxysilane
  • Silane compounds having a methacryloyl group such as 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxy
  • the coverage of the inorganic particles with the surface treatment agent obtained by the following formula (1) is preferably 50% or more. That is, the amount of the surface treatment agent contained in the underfill material is preferably such that the coverage of the inorganic particles with the surface treatment agent obtained by the following formula (1) is 50% or more.
  • Formula (1): Coverage of inorganic particles by surface treatment agent (%) (B/A) x 100
  • a in the formula is the surface area of the inorganic particles contained in the underfill material, and is obtained by the following formula (2).
  • the surface area A of the inorganic particles is the sum of the surface areas of the two or more types of inorganic particles.
  • Formula (2): Surface area A (m 2 ) of inorganic particles amount of inorganic particles (g) ⁇ specific surface area of inorganic particles (m 2 /g)
  • the covered area B of the inorganic particles with the surface treatment agent is a value obtained by totaling the covered areas of the inorganic particles with two or more types of surface treatment agents.
  • Covered area B (m 2 ) of inorganic particles with surface treatment agent amount (g) of surface treatment agent ⁇ minimum coverage area (m 2 /g) of surface treatment agent
  • the minimum coverage area of the surface treatment agent is obtained by the following formula.
  • Minimum coverage area (m 2 /g) (6.02 x 10 23 x 13 x 10 -20 )/molecular weight of surface treatment agent
  • the specific surface area of the inorganic particles is determined by the BET method or image analysis method.
  • the specific surface area of the inorganic particles by the BET method can be measured from the nitrogen adsorption capacity of the inorganic particles according to JIS Z 8830:2013.
  • the specific surface area of the inorganic particles by the image analysis method can be calculated assuming that the particles in the obtained image are spherical in the same manner as in the measurement of the particle diameter described above.
  • the underfill material When the coverage of the inorganic particles with the surface treatment agent is 50% or more, the underfill material exhibits an excellent pot life (increase in viscosity during storage is suppressed). This is because the surface of the inorganic particles contained in the underfill material is sufficiently coated with the surface treatment agent, which reduces the reaction of the functional groups (silanol groups, etc.) on the surface of the inorganic particles, This is probably because the sedimentation of the inorganic particles is suppressed by improving the adhesiveness of the curable resin component.
  • the coverage of the inorganic particles with the surface treatment agent is preferably 60% or more, more preferably 70% or more, and even more preferably 80% or more.
  • the coverage of the inorganic particles with the surface treatment agent may be 200% or less.
  • the underfill material may contain a colorant.
  • coloring agents include carbon black, organic dyes, organic pigments, red lead, and red iron oxide.
  • a coloring agent may be used individually by 1 type, or may be used in combination of 2 or more type.
  • the amount thereof is preferably 0.01 to 10 parts by mass, more preferably 0.1 to 5 parts by mass, based on 100 parts by mass of the curable resin component. is more preferred.
  • the underfill material can contain various additives known in the technical field in addition to the components described above.
  • Underfill materials can be used in a variety of mounting techniques.
  • the underfill material fills, for example, a gap between a substrate and an interposer arranged on the substrate, a gap between the interposer and a semiconductor element arranged on the interposer, and a substrate and a semiconductor element arranged on the substrate. It can be suitably used for sealing the gap between and the like.
  • a method of filling the voids with the underfill material is not particularly limited. For example, it can be carried out by a known method using a dispenser or the like.
  • the underfill material has a sufficiently low viscosity when filled.
  • the viscosity at 110° C. is preferably 0.5 Pa ⁇ s or less, more preferably 0.30 Pa ⁇ s or less, and even more preferably 0.20 Pa ⁇ s or less.
  • the underfill material may have a viscosity of 0.05 Pa ⁇ s or more at 110°C.
  • the viscosity of the underfill material at 110° C. is measured using a rheometer (for example, TA Instruments' "AR2000") with a 40 mm parallel plate under the conditions of a shear rate of 32.5 (1/s). is the value to be
  • the underfill material has a sufficiently low viscosity at room temperature.
  • the viscosity at 25° C. is preferably 100 Pa ⁇ s or less, more preferably 80 Pa ⁇ s or less, and even more preferably 70 Pa ⁇ s or less.
  • the underfill material may have a viscosity of 5 Pa ⁇ s or more at 25°C.
  • the viscosity of the underfill material at 25°C is a value measured by the method described in Examples.
  • the underfill material of the present disclosure is also suitable for filling relatively narrow gaps.
  • it is suitable for filling voids with a gap (dimension in the thickness direction of the package) of 30 ⁇ m or less and voids with a pitch (dimension in the direction perpendicular to the thickness direction of the package) of 40 ⁇ m or less.
  • a semiconductor package of the present disclosure includes a substrate, a semiconductor element, and a cured product of the underfill material described above.
  • the semiconductor package may include an interposer arranged between the substrate and the semiconductor element.
  • the cured underfill material is placed, for example, in at least one selected from the group consisting of the gap between the substrate and the interposer and the gap between the interposer and the semiconductor element.
  • Specific configurations of the semiconductor package include the following (1) to (4).
  • a substrate including an interposer disposed thereon, a semiconductor element disposed on the interposer, and a cured underfill material disposed in a gap between the substrate and the interposer; an interposer arranged thereon, a semiconductor element arranged on the interposer, a cured underfill material arranged in the gap between the interposer and the semiconductor element, and arranged in the gap between the substrate and the interposer and a cured product of the underfill material
  • the types of the substrate, interposer, and semiconductor element included in the semiconductor package are not particularly limited, and can be selected from those commonly used in the field of semiconductor packages.
  • interposers include silicon interposers, glass interposers, organic interposers, and the like.
  • the semiconductor package A state in which semiconductor elements are three-dimensionally arranged, which is called XD (2.X-dimensional) mounting, 3D (three-dimensional) mounting, or the like, may also be used.
  • XD mounting include 2.1D mounting, 2.3D mounting, and 2.5D mounting.
  • the semiconductor package has only the above-described cured underfill material as the cured underfill material, it has the above-described cured underfill agent and another cured underfill material.
  • the semiconductor package manufacturing method of the present disclosure includes at least one selected from the group consisting of a gap between a substrate and a semiconductor element, a gap between a substrate and an interposer, and a gap between an interposer and a semiconductor element. filling with an underfill material as described above; and curing the underfill material.
  • the types of the substrate, interposer, and semiconductor element used in the above method are not particularly limited, and can be selected from those commonly used in the field of semiconductor packages.
  • the method of filling the gap between the substrate or the interposer and the semiconductor element with the underfill material and the method of curing the underfill material after filling are not particularly limited, and can be performed by known methods.
  • underfill material of the present disclosure will be specifically described below with reference to examples, but the scope of the present disclosure is not limited to these examples.
  • Epoxy resin 1 liquid bisphenol F type epoxy resin, epoxy equivalent: 160 g/eq
  • Epoxy resin 2 triglycidyl-p-aminophenol, epoxy equivalent: 95 g/eq
  • Curing agent 1 diethyltoluenediamine, active hydrogen equivalent: 45 g/eq
  • Curing agent 2 3,3'-diethyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, active hydrogen equivalent: 63 g/eq
  • Coloring agent carbon black, average particle size: 24 nm
  • Surface treatment agent 1 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, minimum coating area: 330 m 2 /g
  • Surface treatment agent 2 Phenyltrimethoxysilane, minimum coverage area: 393 m 2 /g
  • Inorganic particles 1 Spherical silica having a volume average particle diameter of 1.0 ⁇ m and a specific surface area of 3 m 2 /g
  • Inorganic particles 2 Spherical silica having a volume average particle diameter of 1.0 ⁇ m and a specific surface area of 3 m 2 /g
  • Inorganic particles 3 Volume average particle diameter Spherical silica of 0.5 ⁇ m and a specific surface area of 5 m 2 /g
  • Inorganic particles 4 Spherical silica of a volume average particle diameter of 1.4 ⁇ m and a specific surface area of 4 m 2 /g
  • Inorganic particles 5 Volume average particle diameter of 0.5 ⁇ m and a specific surface area of 5 m 2 / g of spherical silica
  • Inorganic particles 6 Spherical silica having a volume average particle diameter of 0.4 ⁇ m and a specific surface area of 7 m 2 /g
  • Example 1 shows the results.
  • the ash content of the underfill material obtained in Example 1 is shown in FIG. 1, the ash content of the underfill material obtained in Example 10 is shown in FIG. 2, the ash content of the underfill material obtained in Comparative Example 1 is shown in FIG. 4, the ash content of the underfill material obtained in Comparative Example 3 is shown in FIG. 5, and the ash content of the underfill material obtained in Comparative Example 4 is shown in FIG.
  • a glass plate (20 mm ⁇ 30 mm ⁇ 1 mm thick) was fixed on a slide glass using a spacer to prepare a test piece with a gap of 25 ⁇ m. Apply the underfill material to the side surface of the glass plate (one side of 20 mm) on a hot plate at 110 ° C. Until the underfill material permeates between the slide glass and the glass plate and reaches the opposite side surface of the glass plate Time (seconds) was measured. It can be evaluated that the shorter the time until arrival, the better the fillability. "stop" in Table 1 means that the underfill material did not reach the opposite side of the glass plate.
  • the underfill material was applied to the side surface (one of the sides of 20 mm) of the TEG on a hot plate at 110° C., and the narrow pitch filling property of the underfill material was evaluated according to the following criteria. OK: The underfill material has reached opposite sides of the TEG. NG: The underfill material did not reach the opposite sides of the TEG.
  • the number-based ratio of particles with a particle diameter of 0.5 ⁇ m or less is 10% or less of the total inorganic particles
  • the number-based ratio of particles with a particle diameter of 3 ⁇ m or more is 5 of the total inorganic particles. % or less showed good results in both filling time and narrow pitch filling properties.
  • Examples 3 to 6 and 8 to 11 in which the coverage of the inorganic particles by the surface treatment agent is 50% or more are Examples 1 and 2 in which the coverage of the inorganic particles by the surface treatment agent is less than 50%. , 7 showed superior pot life.
  • the underfill material of No. 1 had lower evaluations for either or both of the filling time and narrow pitch filling properties than those of the examples.

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Abstract

硬化性樹脂成分と、無機粒子と、を含み、前記無機粒子に含まれる粒子径が０．５μｍ以下の粒子の個数基準の割合が無機粒子全体の１０％以下であり、粒子径が３μｍ以上の粒子の個数基準の割合が無機粒子全体の５％以下である、アンダーフィル材。

Description

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
　本発明は、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に関する。
　半導体チップ等の素子を内蔵した電子部品装置の小型化及び薄型化に伴い、電子部品装置の実装技術としては、パッケージ化していない状態の半導体チップ（ベアチップ）を基板上に実装する、いわゆるベアチップ実装が主流となっている。
　ベアチップ実装の一種である半導体チップの能動面を基板側に向けて接続するフリップチップ実装では、バンプを介して接続した半導体チップと基板との間を充填するためのアンダーフィル材と称される液状の硬化性樹脂組成物が使用されている。例えば、特許文献１には、多官能エポキシ樹脂と、フェノール系化合物及び酸無水物を含む硬化剤とを含むアンダーフィル材が記載されている。アンダーフィル材は、半導体チップを温度、湿度、機械的な外力等から保護する重要な役割を果たしている。
特開２００４－２５６６４６号公報
　フリップチップ型の半導体装置では、従来、半導体素子と基板とを接続するバンプとしてはんだボールが主に用いられてきた。一方、半導体装置の小型化及び高集積化による端子数の増加に伴い、従来のはんだボールに代えて、先端にはんだがキャップされた銅ピラーが採用される場合が増えている。
　さらに、半導体装置の集積度を高める観点から、２．ＸＤ（２．Ｘ次元）実装、３Ｄ（３次元）実装等の立体的に素子を実装する技術の開発が進められている。これらの実装技術では、基板の上にインターポーザと称される貫通電極が形成された中間基板が配置され、その上に素子が搭載される。
　半導体装置の集積度が高まると、アンダーフィル材が充填する空隙が狭くなる傾向にある。このため、従来のアンダーフィル材では高集積化した半導体装置の空隙を充分に封止できないおそれがある。
　本開示はかかる状況を鑑みなされたもので、充填性に優れるアンダーフィル材、並びにこのアンダーフィル材を用いて得られる半導体パッケージ及びその製造方法を提供することを課題とする。
　上記課題を解決するための手段には、以下の実施態様が含まれる。
＜１＞硬化性樹脂成分と、無機粒子と、を含み、前記無機粒子に含まれる粒子径が０．５μｍ以下の粒子の個数基準の割合が無機粒子全体の１０％以下であり、粒子径が３μｍ以上の粒子の個数基準の割合が無機粒子全体の５％以下である、アンダーフィル材。
＜２＞前記硬化性樹脂成分はエポキシ樹脂を含む、＜１＞に記載のアンダーフィル材。
＜３＞前記エポキシ樹脂はビスフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂及び３官能以上のグリシジルアミン型エポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも１種を含む、＜２＞に記載のアンダーフィル材。
＜４＞表面処理剤を含み、前記表面処理剤による前記無機粒子の被覆率が５０％以上である、＜１＞～＜３＞のいずれか１項に記載のアンダーフィル材。
＜５＞基板と、半導体素子と、＜１＞～＜４＞のいずれか１項に記載のアンダーフィル材の硬化物と、を含む半導体パッケージ。
＜６＞前記硬化物は前記基板と前記半導体素子との間の空隙に配置される、＜５＞に記載の半導体パッケージ。
＜７＞前記基板と前記半導体素子との間に配置されるインターポーザをさらに含む、＜５＞に記載の半導体パッケージ。
＜８＞前記硬化物は前記基板と前記インターポーザとの間の空隙、及び前記インターポーザと前記半導体素子との間の空隙からなる群より選択される少なくとも１つに配置される、＜７＞に記載の半導体パッケージ。
＜９＞基板と半導体素子との間の空隙、基板とインターポーザとの間の空隙、及びインターポーザと半導体素子との間の空隙からなる群より選択される少なくとも１つを＜１＞～＜４＞のいずれか１項に記載のアンダーフィル材で充填することと、前記アンダーフィル材を硬化することと、を含む半導体パッケージの製造方法。
　本開示によれば、充填性に優れるアンダーフィル材、並びにこのアンダーフィル材を用いて得られる半導体パッケージ及びその製造方法が提供される。
実施例１で得たアンダーフィル材の灰分の走査型電子顕微鏡画像である。 実施例１０で得たアンダーフィル材の灰分の走査型電子顕微鏡画像である。 比較例１で得たアンダーフィル材の灰分の走査型電子顕微鏡画像である。 比較例２で得たアンダーフィル材の灰分の走査型電子顕微鏡画像である。 比較例３で得たアンダーフィル材の灰分の走査型電子顕微鏡画像である。 比較例４で得たアンダーフィル材の灰分の走査型電子顕微鏡画像である。
　以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。
　本開示において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
　本開示において「～」を用いて示された数値範囲には、「～」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
　本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
　本開示において、各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
　本開示において、各成分は該当する粒子を複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
＜アンダーフィル材＞
　本開示のアンダーフィル材は、硬化性樹脂成分と、無機粒子と、を含み、前記無機粒子に含まれる粒子径が０．５μｍ以下の粒子の個数基準の割合が無機粒子全体の１０％以下であり、粒子径が３μｍ以上の粒子の個数基準の割合が無機粒子全体の５％以下である、アンダーフィル材である。
　本開示のアンダーフィル材は、従来のアンダーフィル材に比べて狭い空隙の充填性に優れている。この理由としては、アンダーフィル材に含まれる無機粒子の粒度分布が従来のアンダーフィル材に含まれる無機粒子の粒度分布にない特徴をもつことが考えられる。
　すなわち、本開示のアンダーフィル材に含まれる無機粒子は粒子径が０．５μｍ以下の粒子と粒子径が３μｍ以上の粒子の無機粒子全体に占める割合がそれぞれ従来のアンダーフィル材に含まれる無機粒子よりも小さい。このことがアンダーフィル材の充填性の改善に関与していると考えられる。
（無機粒子）
　本開示において、無機粒子における粒子径が０．５μｍ以下の粒子の個数基準の割合及び粒子径が３μｍ以上の粒子の個数基準の割合は、画像解析法により求める。
　画像解析の方法は、特に制限されない。例えば、無機粒子自体、アンダーフィル材の灰分（アンダーフィル材から有機成分を除いた残存物）、無機粒子を含む分散液等を光学顕微鏡又は電子顕微鏡で観察する方法が挙げられる。無機粒子のカウントは目視で行っても、画像解析システムを用いて行ってもよい。
　測定精度の観点から、画像解析は測定対象の無機粒子の総数が１００個以上、観察倍率が１０００倍以上となる条件で実施する。
　本開示において無機粒子の粒子径は、観察される粒子の円相当径とする。
　アンダーフィル材の充填性の観点からは、無機粒子に含まれる粒子径が０．５μｍ以下の粒子の個数基準の割合は無機粒子全体の１０％以下であり、５％以下であることが好ましく、１％以下であることがより好ましく、０．１％以下であることがさらに好ましい。無機粒子に含まれる粒子径が０．５μｍ以下の粒子の個数基準の割合は全体の０％であってもよい。
　アンダーフィル材の充填性の観点からは、無機粒子に含まれる粒子径が３μｍ以上の粒子の個数基準の割合は無機粒子全体の５％以下であり、３％以下であることが好ましく、１％以下であることがより好ましく、０．１％以下であることがさらに好ましい。無機粒子に含まれる粒子径が３μｍ以上の粒子の個数基準の割合は無機粒子全体の０％であってもよい。
　アンダーフィル材の充填性の観点からは、無機粒子の体積平均粒子径は０．６μｍ～２．５μｍであることが好ましく、０．７μｍ～２．３μｍであることがより好ましく、０．８μｍ～２μｍであることがさらに好ましい。
　無機粒子の体積平均粒子径は、レーザー回折・散乱法により求められる。具体的には、無機粒子の体積平均粒子径はレーザー回折・散乱法により得られる体積基準の粒度分布において小径側からの体積の累積が５０％となるときの粒子径（Ｄ５０）として求められる。
　アンダーフィル材に含まれる無機粒子の材質は、特に制限されない。具体的には、シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸カルシウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコニア、ジルコン、フォステライト、ステアタイト、スピネル、ムライト、チタニア、タルク、クレー、マイカ等が挙げられる。また、難燃効果を有する無機粒子を用いてもよい。難燃効果を有する無機粒子としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、マグネシウムと亜鉛の複合水酸化物等の複合金属水酸化物、硼酸亜鉛などが挙げられる。
　アンダーフィル材の硬化物の熱膨張率低減の観点からは無機粒子としてはシリカが好ましく、熱伝導性向上の観点からはアルミナが好ましい。
　アンダーフィル材に含まれる無機粒子は、１種のみでも２種以上であってもよい。アンダーフィル材に含まれる無機粒子が２種以上である場合、無機粒子に含まれる粒子径が０．５μｍ以下の粒子の個数基準の割合及び粒子径が３μｍ以上の粒子の個数基準の割合は、２種以上の無機粒子の合計に対する値である。
　アンダーフィル材に含まれる無機粒子の量は、特に制限されない。アンダーフィル材の硬化物の熱膨張率を低減する観点からは、無機粒子の量は多いほど好ましい。例えば、無機粒子の含有率がアンダーフィル材全体の５０質量％以上であることが好ましく、５５質量％以上であることがより好ましい。アンダーフィル材の粘度上昇を抑制する観点からは、無機粒子の量は少ないほど好ましい。例えば、無機粒子の含有率がアンダーフィル材全体の８０質量％以下であることが好ましく、７５質量％以下であることがより好ましい。
　アンダーフィル材に含まれる無機粒子の形状は、特に制限されない。アンダーフィル材の充填性の観点からは、無機粒子は球状であることが好ましい。
（硬化性樹脂成分）
　アンダーフィル材に含まれる硬化性樹脂成分の種類は、特に制限されない。アンダーフィル材の特性のバランスの観点からは、アンダーフィル材は硬化性樹脂成分としてエポキシ樹脂と、硬化剤とを含むことが好ましい。
　アンダーフィル材に含まれるエポキシ樹脂の種類は特に制限されない。例えば、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、水添ビスフェノール型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、アルコールエーテル型エポキシ樹脂、環状脂肪族型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、及びシロキサン系エポキシ樹脂が挙げられる。アンダーフィル材に含まれるエポキシ樹脂は、１種のみでも２種以上であってもよい。
　上記エポキシ樹脂の中でも、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂及び３官能以上のグリシジルアミン型エポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。
　ビスフェノール型エポキシ樹脂の種類は特に制限されず、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、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂等が挙げられる。アンダーフィル材として使用するためには、ビスフェノール型エポキシ樹脂は常温（２５℃、以下も同様）で液状のものであることが好ましく、常温で液状のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂であることがより好ましい。
　ナフタレン型エポキシ樹脂の種類は、特に制限されない。アンダーフィル材に使用するナフタレン型エポキシ樹脂は、常温で液状のものであることが好ましい。常温で液状のナフタレン型エポキシ樹脂としては、１，６－ビス（グリシジルオキシ）ナフタレンが挙げられる。
　３官能以上のグリシジルアミン型エポキシ樹脂の種類は特に制限されない。アンダーフィル材として使用する３官能以上のグリシジルアミン型エポキシ樹脂は、常温で液状のものであることが好ましい。
　常温で液状である３官能以上のグリシジルアミン型エポキシ樹脂としては、トリグリシジル－ｐ－アミノフェノールが挙げられる。
　アンダーフィル材は、常温で液状のエポキシ樹脂と、常温で固体のエポキシ樹脂と、を含んでもよい。この場合、充分に低い粘度を維持する観点から、常温で固体のエポキシ樹脂の割合はエポキシ樹脂全体の２０質量％以下であることが好ましい。
　アンダーフィル材に含まれる硬化剤の種類は特に制限されず、アンダーフィル材の所望の特性等に応じて選択できる。例えば、アミン硬化剤、フェノール硬化剤、酸無水物硬化剤、ポリメルカプタン硬化剤、ポリアミノアミド硬化剤、イソシアネート硬化剤、ブロックイソシアネート硬化剤等が挙げられる。硬化剤は、１種を単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。
　アンダーフィル材に使用する硬化剤は、常温で液状のものが好ましく、被着体への接着性の観点からは、アミン硬化剤であることが好ましい。アミン硬化剤としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ｎ－プロピルアミン、２－ヒドロキシエチルアミノプロピルアミン、シクロヘキシルアミン、４，４’－ジアミノ－ジシクロヘキシルメタン等の脂肪族アミン化合物、ジエチルトルエンジアミン、３，３’－ジエチル－４，４’－ジアミノジフェニルメタン、２－メチルアニリン等の芳香族アミン化合物、イミダゾール、２－メチルイミダゾール、２－エチルイミダゾール、２－イソプロピルイミダゾール等のイミダゾール化合物、イミダゾリン、２－メチルイミダゾリン、２－エチルイミダゾリン等のイミダゾリン化合物などが挙げられる。これらの中でも、芳香族アミン化合物が好ましい。
　エポキシ樹脂と硬化剤の配合比は、それぞれの未反応分を少なく抑える観点からは、エポキシ樹脂のエポキシ基の数に対する硬化剤の官能基（アミン硬化剤の場合は活性水素）の数の比（硬化剤の官能基数／エポキシ樹脂のエポキシ基数）が０．５～２．０の範囲内となるように設定されることが好ましく、０．６～１．３の範囲内となるように設定されることがより好ましい。成形性と耐リフロー性の観点からは、０．８～１．２の範囲内となるように設定されることがさらに好ましい。
（硬化促進剤）
　アンダーフィル材は、硬化促進剤を含んでもよい。硬化促進剤の種類は特に制限されず、アンダーフィル材に含まれる硬化性樹脂成分の種類、アンダーフィル材の所望の特性等に応じて選択できる。
　アンダーフィル材が硬化促進剤を含む場合、その量は硬化性樹脂成分１００質量部に対して０．１質量部～３０質量部であることが好ましく、１質量部～１５質量部であることがより好ましい。
（表面処理剤）
　アンダーフィル材は、表面処理剤を含んでもよい。表面処理剤としては、エポキシシラン、フェニルシラン、メルカプトシラン、アミノシラン、フェニルアミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン等のシラン化合物、チタン化合物、アルミニウムキレート化合物、アルミニウム／ジルコニウム化合物などが挙げられる。これらの中でもシラン化合物が好ましい。表面処理剤は、１種を単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。
　表面処理剤として具体的には、
フェニルトリメトキシシラン、ジメトキシジフェニルシラン、フェニルトリエトキシシラン等のフェニル基を有するシラン化合物；
　ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のビニル基を有するシラン化合物；
　２－（３，４－エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３－グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、３－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３－グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、３－グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシ基を有するシラン化合物；
　ｐ－スチリルトリメトキシシラン等のスチリル基を有するシラン化合物；
　３－メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３－メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３－メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３－メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等のメタクリロイル基を有するシラン化合物；
　３－アクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のアクリロイル基を有するシラン化合物；
  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、３－アミノプロピルトリメトキシシラン、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、Ｎ－フェニル－３－アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ－（ビニルベンジル）－２－アミノエチルー３－アミノプロピルトリメトキシシランの塩酸塩等のアミノ基を有するシラン化合物；
　３－ウレイドプロピルトリアルコキシシラン等のウレイド基を有するシラン化合物；
　３－イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のイソシアネート基を有するシラン化合物；
　３－メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３－メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプト基を有するシラン化合物；などが挙げられる。
　上記シラン化合物の中でも、アンダーフィル材の充填性向上の観点から、フェニル基を有するシラン化合物、エポキシ基を有するシラン化合物、アミノ基を有するシラン化合物、メタクリロイル基を有するシラン化合物からなる群より選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。
　アンダーフィル材が表面処理剤を含む場合、下記式（１）で求められる表面処理剤による無機粒子の被覆率が５０％以上であることが好ましい。すなわち、アンダーフィル材に含まれる表面処理剤の量は下記式（１）で求められる表面処理剤による無機粒子の被覆率が５０％以上となる量であることが好ましい。
　式（１）：表面処理剤による無機粒子の被覆率（％）＝（Ｂ／Ａ）×１００
　式中のＡはアンダーフィル材に含まれる無機粒子の表面積であり、下記式（２）で求められる。アンダーフィル材に含まれる無機粒子が２種以上である場合、無機粒子の表面積Ａは２種以上の無機粒子の表面積を合計した値である。
　式（２）：無機粒子の表面積Ａ（ｍ２）＝無機粒子の配合量（ｇ）×無機粒子の比表面積（ｍ２／ｇ）
　式中のＢは表面処理剤による無機粒子の被覆面積であり、下記式（３）で求められる。アンダーフィル材に含まれる表面処理剤が２種以上である場合、表面処理剤による無機粒子の被覆面積Ｂは２種以上の表面処理剤による無機粒子の被覆面積を合計した値である。
　式（３）：表面処理剤による無機粒子の被覆面積Ｂ（ｍ２）＝表面処理剤の配合量（ｇ）×表面処理剤の最小被覆面積（ｍ２／ｇ）
　上記式において、表面処理剤の最小被覆面積は下記式で求められる。
　最小被覆面積（ｍ２／ｇ）＝（６．０２×１０２３×１３×１０－２０）／表面処理剤の分子量
　上記式において、無機粒子の比表面積は、ＢＥＴ法又は画像解析法により求められる。
　ＢＥＴ法による無機粒子の比表面積は、ＪＩＳ　Ｚ　８８３０：２０１３に準じて無機粒子の窒素吸着能から測定することができる。
　画像解析法による無機粒子の比表面積は、上述した粒子径の測定と同様に取得した画像中の粒子が球状であると仮定して計算することができる。
　表面処理剤による無機粒子の被覆率が５０％以上であると、アンダーフィル材は優れたポットライフを示す（保管時の粘度上昇が抑制される）。これは、アンダーフィル材に含まれる無機粒子の表面が表面処理剤で充分に被覆されることで、無機粒子の表面の官能基（シラノール基等）の反応が低減したり、無機粒子と周囲の硬化性樹脂成分の密着性が向上したりすることで無機粒子の沈降が抑制されるためと考えられる。
　表面処理剤による無機粒子の被覆率は６０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましく、８０％以上であることがさらに好ましい。
　表面処理剤による無機粒子の被覆率は２００％以下であってもよい。
（着色剤）
　アンダーフィル材は、着色剤を含んでもよい。着色剤としては、カーボンブラック、有機染料、有機顔料、鉛丹、ベンガラ等が挙げられる。着色剤は、１種を単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。
　アンダーフィル材が着色剤を含む場合、その量は硬化性樹脂成分１００質量部に対して０．０１質量部～１０質量部であることが好ましく、０．１質量部～５質量部であることがより好ましい。
　アンダーフィル材は、上述した成分以外にも、当技術分野で周知の各種添加剤を含むことができる。
（アンダーフィル材の用途）
　アンダーフィル材は、種々の実装技術に用いることができる。
　アンダーフィル材は、例えば、基板と基板の上に配置されるインターポーザとの間の空隙、インターポーザとインターポーザの上に配置される半導体素子との間の空隙、基板と基板上に配置される半導体素子との間の空隙の封止等に好適に用いることができる。
　アンダーフィル材を用いて空隙を充填する方法は、特に制限されない。例えば、ディスペンサー等を用いて公知の方法により行うことができる。
 
　充填性の観点からは、アンダーフィル材は、充填する際の粘度が充分に低いことが好ましい。具体的には、１１０℃における粘度が０．５Ｐａ・ｓ以下であることが好ましく、０．３０Ｐａ・ｓ以下であることがより好ましく、０．２０Ｐａ・ｓ以下であることがさらに好ましい。アンダーフィル材の１１０℃における粘度は０．０５Ｐａ・ｓ以上であってもよい。
　本開示においてアンダーフィル材の１１０℃における粘度は、レオメーター（例えば、ＴＡ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社の「ＡＲ２０００」）により、４０ｍｍのパラレルプレートにて、せん断速度：３２．５（１／ｓ）の条件で測定される値である。
　取り扱い性の観点からは、アンダーフィル材は、室温での粘度が充分に低いことが好ましい。具体的には、２５℃における粘度が１００Ｐａ・ｓ以下であることが好ましく、８０Ｐａ・ｓ以下であることがより好ましく、７０Ｐａ・ｓ以下であることがさらに好ましい。アンダーフィル材の２５℃における粘度は５Ｐａ・ｓ以上であってもよい。
　本開示においてアンダーフィル材の２５℃における粘度は、実施例に記載した方法で測定される値である。
　本開示のアンダーフィル材は、比較的狭い空隙の充填にも好適に用いられる。例えば、ギャップ（パッケージの厚み方向における寸法）が３０μｍ以下である空隙、ピッチ（パッケージの厚み方向に垂直な方向における寸法）が４０μｍ以下である空隙等の充填にも好適に用いられる。
＜半導体パッケージ＞
　本開示の半導体パッケージは、基板と、半導体素子と、上述したアンダーフィル材の硬化物と、を含む。
　半導体パッケージは、基板と半導体素子との間に配置されるインターポーザを含んでもよい。この場合、アンダーフィル材の硬化物は、例えば、基板とインターポーザとの間の空隙、及びインターポーザと半導体素子との間の空隙からなる群より選択される少なくとも１つに配置される。
　半導体パッケージの具体的な構成としては、下記の（１）～（４）が挙げられる。
（１）基板と、基板の上に配置される半導体素子と、基板と半導体素子との間の空隙に配置されるアンダーフィル材の硬化物と、を含む構成
（２）基板と、基板の上に配置されるインターポーザと、インターポーザの上に配置される半導体素子と、インターポーザと半導体素子との間の空隙に配置されるアンダーフィル材の硬化物と、を含む構成
（３）基板と、基板の上に配置されるインターポーザと、インターポーザの上に配置される半導体素子と、基板とインターポーザとの間の空隙に配置されるアンダーフィル材の硬化物と、を含む構成
（４）基板と、基板の上に配置されるインターポーザと、インターポーザの上に配置される半導体素子と、インターポーザと半導体素子との間の空隙に配置されるアンダーフィル材の硬化物と、基板とインターポーザとの間の空隙に配置されるアンダーフィル材の硬化物と、を含む構成
　半導体パッケージに含まれる基板、インターポーザ及び半導体素子の種類は特に制限されず、半導体パッケージの分野で一般的に使用されるものから選択できる。
　インターポーザとしてはシリコンインターポーザ、ガラスインターポーザ、有機インターポーザ等が挙げられる。
　半導体パッケージは、２．ＸＤ（２．Ｘ次元）実装、３Ｄ（３次元）実装等と称される、半導体素子が立体的に配置された状態であってもよい。２．ＸＤ実装としては２．１Ｄ実装、２．３Ｄ実装、２．５Ｄ実装等が挙げられる。
　半導体パッケージは、アンダーフィル材の硬化物として上述したアンダーフィル材の硬化物のみを有していても、上述したアンダーフィル剤の硬化物と、別のアンダーフィル材の硬化物とを有していてもよい。
＜半導体パッケージの製造方法＞
　本開示の半導体パッケージの製造方法は、基板と半導体素子との間の空隙、基板とインターポーザとの間の空隙、及びインターポーザと半導体素子との間の空隙からなる群より選択される少なくとも１つを上述したアンダーフィル材で充填することと、前記アンダーフィル材を硬化することと、を含む。
　上記方法で用いる基板、インターポーザ及び半導体素子の種類は特に制限されず、半導体パッケージの分野で一般的に使用されるものから選択できる。アンダーフィル材で基板又はインターポーザと半導体素子との間の隙間を充填する方法、及び充填後にアンダーフィル材を硬化する方法は特に制限されず、公知の手法で行うことができる。
　以下、本開示のアンダーフィル材を実施例により具体的に説明するが、本開示の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
（アンダーフィル材の調製）
　表１に示す成分を表１に示す量（質量部）にて混合し、アンダーフィル材を調製した。各成分の詳細は下記のとおりである。
　エポキシ樹脂１…液状ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、エポキシ当量：１６０ｇ／ｅｑ
　エポキシ樹脂２…トリグリシジル－ｐ－アミノフェノール、エポキシ当量：９５ｇ／ｅｑ
　硬化剤１…ジエチルトルエンジアミン、活性水素当量：４５ｇ／ｅｑ
　硬化剤２…３，３’－ジエチル－４，４’－ジアミノジフェニルメタン、活性水素当量：６３ｇ／ｅｑ
　着色剤…カーボンブラック、平均粒子径：２４ｎｍ
　表面処理剤１…３－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、最小被覆面積：３３０ｍ２／ｇ
　表面処理剤２…フェニルトリメトキシシラン、最小被覆面積：３９３ｍ２／ｇ
　無機粒子１…体積平均粒子径１．０μｍ、比表面積３ｍ２／ｇの球状シリカ
　無機粒子２…体積平均粒子径１．０μｍ、比表面積３ｍ２／ｇの球状シリカ
　無機粒子３…体積平均粒子径０．５μｍ、比表面積５ｍ２／ｇの球状シリカ
　無機粒子４…体積平均粒子径１．４μｍ、比表面積４ｍ２／ｇの球状シリカ
　無機粒子５…体積平均粒子径０．５μｍ、比表面積５ｍ２／ｇの球状シリカ
　無機粒子６…体積平均粒子径０．４μｍ、比表面積７ｍ２／ｇの球状シリカ
（走査型電子顕微鏡による観察）
　調製したアンダーフィル材を８００℃にて４時間加熱し、灰分を走査型電子顕微鏡で観察した（観察倍率：５，０００倍）。
　得られた画像から、粒子径が０．５μｍ以下の無機粒子の個数基準の割合と粒子径が３μｍ以上の無機粒子の個数基準の割合をそれぞれ求めた。結果を表１に示す。
　実施例１で得たアンダーフィル材の灰分を図１、実施例１０で得たアンダーフィル材の灰分を図２、比較例１で得たアンダーフィル材の灰分を図３、比較例２で得たアンダーフィル材の灰分を図４、比較例３で得たアンダーフィル材の灰分を図５、比較例４で得たアンダーフィル材の灰分を図６にそれぞれ示す。
（粘度の測定）
　アンダーフィル材の調製直後と、アンダーフィル材の調製後に２５℃で２４時間放置したときの２５℃における粘度（Ｐａ・ｓ）とをそれぞれ測定した。測定はＥ型粘度計（東京計器株式会社製、ＶＩＳＣＯＮＩＣ ＥＨＤ型（商品名））を用いて、コーン角度を３°、回転数を１０回毎分（ｒｐｍ）として実施した。
（ポットライフの評価）
　アンダーフィル材の調製直後に測定した粘度Ａと、２５℃で２４時間放置した後の粘度Ｂとから、下記式によりポットライフ（２４時間放置後の粘度増加率）を算出した。
　ポットライフ（％）＝｛（Ｂ－Ａ）／Ａ｝×１００
（充填時間）
　スライドガラスの上にスペーサを用いてガラス板（２０ｍｍ×３０ｍｍ×１ｍｍ厚）を固定し、ギャップが２５μｍの試験片を作製した。
　１１０℃のホットプレート上でガラス板の側面（２０ｍｍの辺の一方）にアンダーフィル材を塗布し、アンダーフィル材がスライドガラスとガラス板の間を浸透してガラス板の対向する側面に到達するまでの時間（秒）を測定した。到達までの時間が短いほど充填性に優れていると評価できる。
　表１中の「ｓｔｏｐ」は、アンダーフィル材がガラス板の対向する側面に到達しなかったことを意味する。
（狭ピッチ充填性）
　スライドガラスの上に銅ピラーバンプ付きＴＥＧ（ｔｅｓｔ　ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ　ｇｒｏｕｐ、サイズ：２０ｍｍ×２０ｍｍ、バンプ径：２３μｍ）を固定し、ギャップが１７μｍでピッチが３０μｍの試験片を作製した。
　１１０℃のホットプレート上でＴＥＧの側面（２０ｍｍの辺の一方）にアンダーフィル材を塗布し、アンダーフィル材の狭ピッチ充填性を下記の基準で評価した。
　ＯＫ：アンダーフィル材がＴＥＧの対向する側面に到達した。
　ＮＧ：アンダーフィル材がＴＥＧの対向する側面に到達しなかった。
　表１に示すように、粒子径が０．５μｍ以下の粒子の個数基準の割合が無機粒子全体の１０％以下であり、粒子径が３μｍ以上の粒子の個数基準の割合が無機粒子全体の５％以下である実施例のアンダーフィル材は充填時間と狭ピッチ充填性のいずれにおいても良好な結果を示した。
　実施例の中でも表面処理剤による無機粒子の被覆率が５０％以上である実施例３～６、８～１１は、表面処理剤による無機粒子の被覆率が５０％未満である実施例１、２、７に比べて優れたポットライフを示した。
　粒子径が０．５μｍ以下の粒子の個数基準の割合が無機粒子全体の１０％を超えるか、又は、粒子径が３μｍ以上の粒子の個数基準の割合が無機粒子全体の５％を超える比較例のアンダーフィル材は、充填時間と狭ピッチ充填性のいずれか又は両方の評価が実施例より低かった。

Claims (9)

  1. 　硬化性樹脂成分と、無機粒子と、を含み、前記無機粒子に含まれる粒子径が０．５μｍ以下の粒子の個数基準の割合が無機粒子全体の１０％以下であり、粒子径が３μｍ以上の粒子の個数基準の割合が無機粒子全体の５％以下である、アンダーフィル材。
  2. 　前記硬化性樹脂成分はエポキシ樹脂を含む、請求項１に記載のアンダーフィル材。
  3. 　前記エポキシ樹脂はビスフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂及び３官能以上のグリシジルアミン型エポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも１種を含む、請求項２に記載のアンダーフィル材。
  4. 　表面処理剤を含み、前記表面処理剤による前記無機粒子の被覆率が５０％以上である、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のアンダーフィル材。
  5. 　基板と、半導体素子と、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のアンダーフィル材の硬化物と、を含む半導体パッケージ。
  6. 　前記硬化物は前記基板と前記半導体素子との間の空隙に配置される、請求項５に記載の半導体パッケージ。
  7. 　前記基板と前記半導体素子との間に配置されるインターポーザをさらに含む、請求項５に記載の半導体パッケージ。
  8. 　前記硬化物は前記基板と前記インターポーザとの間の空隙、及び前記インターポーザと前記半導体素子との間の空隙からなる群より選択される少なくとも１つに配置される、請求項７に記載の半導体パッケージ。
  9. 　基板と半導体素子との間の空隙、基板とインターポーザとの間の空隙、及びインターポーザと半導体素子との間の空隙からなる群より選択される少なくとも１つを請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のアンダーフィル材で充填することと、前記アンダーフィル材を硬化することと、を含む半導体パッケージの製造方法。
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JP2009221363A (ja) * 2008-03-17 2009-10-01 Shin Etsu Chem Co Ltd 半導体装置製造用の樹脂組成物
JP2018518057A (ja) * 2015-06-08 2018-07-05 クアルコム，インコーポレイテッド パッケージオンパッケージ構造体用のインターポーザ
JP2021174939A (ja) * 2020-04-28 2021-11-01 昭和電工マテリアルズ株式会社 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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009221363A (ja) * 2008-03-17 2009-10-01 Shin Etsu Chem Co Ltd 半導体装置製造用の樹脂組成物
JP2018518057A (ja) * 2015-06-08 2018-07-05 クアルコム，インコーポレイテッド パッケージオンパッケージ構造体用のインターポーザ
JP2021174939A (ja) * 2020-04-28 2021-11-01 昭和電工マテリアルズ株式会社 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

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