JP2001019745A

JP2001019745A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置

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Publication number: JP2001019745A
Application number: JP11192810A
Authority: JP
Inventors: Yuji Sakamoto; 有史坂本; Masahiro Wada; 雅浩和田
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2001-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】アンダーフィル材を用いて半導体素子、特に
回路面に半田電極を有する半導体素子を封止するエリア
実装法において、従来と同様に信頼性に優れた半導体装
置を提供することにある。【解決手段】回路基板に、回路面に半田電極が具備さ
れた半導体素子を接合するエリア実装法において、接合
前に該半田電極及び該回路基板にフラックス処理を施
し、接合後、フラックス洗浄無しにエポキシ樹脂、アミ
ン化合物からなるアンダーフィル材で半導体素子と回路
基板の間隙を封止して製造する半導体装置の製造方法で
ある。また、この方法により製作された半導体装置であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、信頼性に優れ、か
つ組み立て工程を簡略できる半導体装置の製造方法及び
半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体パッケージの軽薄短小化の
技術革新は目覚しいものがあり、さまざまなパッケージ
構造が提唱され、製品化されている。従来のリードフレ
ーム接合に代わり、半田のような突起電極により、回路
基板(マザーボード)に接合するエリア実装方式は特に重
要となってきている。

【０００３】エリア実装方式の中で、半導体チップの回
路面に直接突起電極が具備されたフリップチップはパッ
ケージを最小化できる方法のひとつである。フリップチ
ップ実装は、半田電極の場合、半田電極の表面の酸化膜
を除去するためにフラックスで処理した後リフロー等の
方法で接合する。その為半田電極、回路基板等の周囲に
フラックスが残存するためこれを除去する洗浄を行った
後、液状樹脂（アンダーフィル材）で封止を行う。その
理由としては、直接回路基板(マザーボード)に突起電極
で接合すると、温度サイクル試験のような信頼性試験を
行った場合、半導体素子と回路基板の線膨張係数の差に
より電極接合部の電気的不良が発生するためである。

【０００４】アンダーフィル材による封止は、半導体素
子の一辺または複数面に液状封止樹脂を塗布し、毛細管
現象を利用して樹脂を回路基板と半導体素子の間隙に流
し込ませる。しかし、この方法はフラクッス処理、洗浄
を行うため工程が長くなりかつ洗浄廃液の処理問題等環
境管理を厳しくしなければならない。しかし、フラック
ス洗浄を省略するとアンダーフィル材との密着性が著し
く低下し、界面での剥離を生じ、強いては半田電極の電
気的接続信頼性にも影響を及ぼすおそれがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、アンダーフ
ィル材を用いて半導体素子、特に回路面に半田電極を有
する半導体素子を封止するエリア実装法において、フラ
ックス洗浄を行わずに従来と同様の信頼性に優れた半導
体装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、これらの問題
を解決するため鋭意検討した結果、回路基板に、回路面
に半田電極が具備された半導体素子を接合するエリア実
装法において、接合前に該半田電極及び該回路基板にフ
ラックス処理を施し、接合後、フラックス洗浄無しにア
ンダーフィル材で半導体素子と回路基板の間隙を封止し
て製造する半導体装置の製造方法である。

【０００７】更に好ましい形態としては、該アンダーフ
ィル材が、液状エポキシ樹脂、硬化剤としてアミン化合
物からなり、該アンダーフィル材が平均粒径１０ミクロ
ン以下、最大粒径５０ミクロン以下の球状フィラーを含
み、該アミン化合物が液状芳香族アミンであり、該液状
芳香族アミンがジエチルジアミノジフェニルメタンであ
り、該フラックスが有機カルボン酸である半導体装置の
製造方法である。また、上記の半導体装置の製造方法に
より製造された半導体装置である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明で用いられるアンダーフィ
ル材の液状エポキシ樹脂は、既存のビスフェノール系ジ
グリシジルエーテル類、フェノールノボラックとエピク
ロルヒドリンとの反応で得られるグリシジルエーテルで
常温で液状のもの等、またはそれらを混合したものが挙
げられる。また、これらの液状樹脂にジヒドロキシナフ
タレンのジグリシジルエーテル、テトラメチルビフェノ
ールのジグリシジルエーテル等の結晶性のエポキシ樹脂
を混合し、液状にしたものを使用することもできる。

【０００９】次にエポキシ樹脂の硬化剤としてはアミン
化合物であり、アミン化合物の例としては、脂肪族ポリ
アミン、ポリアミドアミン、芳香族アミン、イミダゾー
ル類、グアニジン類等が挙げられ、その中で耐熱性、接
着性を含めた信頼性を考慮し芳香族アミンが好適であ
る。更に好ましくは、３，３’−ジエチル−４、４’−
ジアミノジフェニルメタンであり、これは性状が常温で
液状であり、アンダーフィル材に好ましい流動性を付与
する。

【００１０】全エポキシ樹脂に対するアミン化合物の添
加量は、エポキシ基１モル数に対し０．８〜１．２の範
囲であることが好ましい。これらの範囲を外れると、架
橋密度が減少し、特に接着強度が低下するという問題が
起こる。

【００１１】更に本発明で用いられるアンダーフィル材
には上記の樹脂の他に、硬化促進剤を用いることがで
き、一般的にエポキシ樹脂の硬化促進剤を用いることが
できる。例えば、リン化合物、第三級アミン、カルボン
酸等をあげることができる。

【００１２】更に、アンダーフィル材にはフィラーを用
いることができ、フィラーの例としては、炭酸カルシウ
ム、シリカ、アルミナ、窒化アルミ等がが挙げられる。
用途によりこれらを複数混合してもよいが、信頼性、コ
ストの点でシリカが好ましい。またフィラーのより好ま
しい性状としては、平均粒径が１０ミクロン以下、最大
粒径が５０ミクロン以下である。平均粒径が１０ミクロ
ンを越えるまたは最大粒径が５０ミクロンを越えると樹
脂の流動性が悪くなり、半導体素子と回路基板の間隙に
樹脂が流入しなくなる可能性がある。

【００１３】フィラーの添加量は特に制限がないが、
封止樹脂としての特性（耐湿性、作業性等）を保つため
液状封止樹脂組成物の８０重量％以下であることが好ま
しい。８０重量％を越えると樹脂粘度が上がりすぎ流動
性に支障をきたす。またフィラーの形状は球状であるこ
とが好ましい。いわゆる破砕型フィラーの場合は樹脂の
流動性を著しく低下させるからである。

【００１４】本発明のアンダーフィル材は、前記液状エ
ポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、フィラー以外に、必
要に応じて顔料、染料、レベリング剤、消泡剤、カップ
リング材等の添加剤を混合し、真空脱泡することにより
製造することができる。特に反応性が高いアミンの場合
は使用直前にエポキシ樹脂と混合して使用する。

【００１５】次に本発明で使用されるフラックスは特に
有機カルボン酸系化合物が好ましい。その例としては、
ロジン、リンゴ酸、アスコルビン酸、アジピン酸等が挙
げられる。なお、本発明は、回路基板に直接素子を接合
する場合の封止だけでなく、一旦インタポーザーに接合
してアンダーフィル材で封止し、更にインタポーザーか
ら再配線を行い下部より半田電極を形成して回路基板に
接合する場合の上記インターポーザーと回路基板の間隙
の封止にも用いることが出来る。

【００１６】半導体素子より本発明の方法を用いて製作
された半導体装置は、従来の品質を維持しながら生産性
の高い半導体装置であり、コンピュータを始めあらゆる
電子機器、電気機器に用いることができる。半導体素子
の製造方法、半導体装置のその他の製造工程は従来の公
知の方法を用いることができる。

【００１７】

【実施例】＜実施例１＞液状エポキシ樹脂として、エポ
キシ等量１６５のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂１０
０重量部、アミン化合物としてキシリレンジアミン３５
重量部、カップリング剤として、γ-ク゛リシシ゛ルオキシフ゜ロヒ゜ルト
リメトキシシラン２重量部、フィラーとして最大粒径２０ミクロ
ン、平均粒径５ミクロンの球状シリカを１５０重量部混
錬し、真空脱泡してアンダーフィル材を得た。樹脂特性
として以下の評価を行った。＜実施例２＞実施例１において、アミン化合物として
３，３’−ジエチル−４、４’−ジアミノジフェニルメ
タン（カヤハ―ト゛A-A、日本化薬社製）３８重量部とした以
外は実施例１と同様にアンダーフィル材を調製し、評価
を行った。

【００１８】＜比較例１＞実施例１において、アミン化
合物の代わりに酸無水物硬化材としてメチルヘキサヒド
ロフタル酸無水物９０部、硬化促進剤としてイミダゾー
ル（商品名2E4MZ、四国化成製）０．５重量部を新たに
加えた以外は実施例１と同様にアンダーフィル材を調製
し、評価を行った。＜比較例２＞実施例１において、アミン化合物の代わり
に硬化剤としてビスフェノールＦ６０部、希釈剤として
ブチルセロソルブアセテート５重量部を新たに加えた以
外は実施例１と同様にアンダーフィル材を調製し、評価
を行った。

【００１９】（１）接着強度−１及び２：ＢＴレジン製
回路基板の上に、ソルダーレジスト（太陽インキ社製Ｐ
ＳＲー４０００ＡＵＳ５/ＣＡ−ＡＵＳ２）を用いて形
成した表面をロジン系フラックスで処理した。更にアン
ダーフィル材を塗布し、その上に２×２ｍｍ角のシリコ
ーンチップを載置し、１５０℃、１８０分で硬化接着さ
せ、常温における接着力をプッシュプルゲージで測定し
た（接着強度−１）。更に高温高湿処理（８５℃、８５
％ＲＨ、９６時間）した後、常温における接着力を測定
した（接着強度−２）。

【００２０】（２）耐半田クラック性：ＢＴレジン製回
路基板に１０ｍｍ角の半田電極（電極高さ:８０ミクロ
ン、電極間隔：２００ミクロン、電極数：８００個）が
具備された半導体素子をロジン系フラックスを用いて接
合し、フラックスを残した状態にする。次にこの試験片
を８０℃のホットプレートに載置し、アンダーフィル材
を素子の一辺に塗布し、アンダーフィル材をその間隙に
充填させ、１５０℃、３時間で硬化させた試験片を用い
てＪＥＤＥＣレベル３（３０度、６０％ＲＨ処理後２４
０度リフロー処理）の試験を行った。評価は超音波探診
装置を用いて剥離の状態を調べた（サンプル数Ｎ＝
６）。

【００２１】（３）耐Ｔ／Ｃ性試験：（２）で作製した
試験片を用いて熱サイクル試験（−５５℃〜１２５℃）
を行い、１００サイクルごとに剥離、クラックの有無を
調べ、１０００サイクルまで試験を行った（Ｎ＝１
０）。評価は初期不良がおきた回数で評価した。

【００２２】上記の評価結果を表１に示す。

【表１】

【００２３】

【発明の効果】本発明の製造方法は、エポキシ樹脂とア
ミン化合物の組み合わせを用いて、フラックス洗浄を行
わなくとも、接着性を維持しつつ、信頼性を維持できる
エリア実装方式の半導体装置を得る方法であり、半導体
装置の製造において工程を簡略化できる為生産性の高い
半導体装置を得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4J002 CD031 CD051 CD061 DE147 DE237 DF017 DJ017 EN036 EN076 ER026 EU116 FA087 FD017 FD146 FD150 4J036 AD01 AD07 AD08 AF01 AJ14 DC02 DC06 DC10 DC41 DC48 JA07 KA01 4M109 AA01 BA04 CA05 EA03 EB02 EB04 EB06 EB07 EB08 EB12 EB16 EC09 EC20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回路基板に、回路面に半田電極が具備さ
れた半導体素子を接合するエリア実装法において、接合
前に該半田電極及び該回路基板にフラックス処理を施
し、接合後、フラックス洗浄無しにアンダーフィル材で
該半導体素子と該回路基板の間隙を封止して製造するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】該アンダーフィル材が、液状エポキシ樹
脂、硬化剤としてアミン化合物からなる請求項１記載の
半導体装置の製造方法。
【請求項３】該アンダーフィル材が、平均粒径１０ミ
クロン以下、最大粒径５０ミクロン以下の球状フィラー
を含む請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】該アミン化合物が液状芳香族アミンであ
る請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】該液状芳香族アミンが３，３’−ジエチ
ル−４、４’−ジアミノジフェニルメタンである請求項
４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】該フラックスが有機カルボン酸である請
求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】請求項１記載の半導体装置の製造方法に
より製造されたことを特徴とする半導体装置。