JP2003192767A - 液状樹脂組成物、半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液状樹脂組成物を用いて半導体チップ、特に
回路面に突起電極を有する半導体チップを封止するエリ
ア実装法において、従来と同様に電気絶縁性に優れ、封
止時間が短く、またそのプロセス中に発生しうるボイド
や樹脂のひけを抑えることができる樹脂組成物を提供す
る。 【解決手段】 （Ａ）２個以上のエポキシ基を有するエ
ポキシ樹脂、（Ｂ）フラックス作用を有し、１分子あた
り少なくとも２個以上のフェノール性水酸基と１分子あ
たり少なくとも１個以上のカルボン酸基を有する化合
物、（Ｃ）硬化促進剤を含む液状樹脂組成物において、
（Ｂ）１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性
水酸基と１分子当たり少なくとも１個以上のカルボン酸
基を有する化合物の粒径または長さが最大３０μｍ以下
である液状樹脂組成物である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、信頼性に優れた液
状樹脂組成物、それを用いた半導体装置及び半導体装置
の製造方法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
である。

【０００３】そ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
残存し、不純物として問題となるためフラックスを除去
する洗浄を行った後液状封止を行う。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
ため、温度サイクル試験のような信頼性試験を行うと、
チップ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】液状樹脂による封止は、チップの一辺また
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
樹脂を回路板とチップの間隙に流せ込ませる。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。更に液状封止を毛細管現象で行うため封止
時間が長くなり、生産性に問題があった。

【０００５】そこで直接回路基板に樹脂を塗布し、はん
だ電極を持ったチップをその上から搭載し半田接合と樹
脂封止を同時に行う方法が考案された（米国特許US 5,
128,746公報）。この場合、半田を回路基板に接合させ
るために、熱硬化製樹脂、硬化剤からなる樹脂組成物に
フラックス作用を有する成分を添加することが特徴であ
る。しかし、フラックス作用を有する物質として、酸性
度の強いカルボン酸が例示されており、封止樹脂に添加
する場合はイオン性不純物または電気伝導性が増加する
恐れがあり、特に吸湿処理したときの封止材料の絶縁性
に問題を起こす可能性があった。

【０００６】上記問題点を解決するために、硬化剤とフ
ラックス活性を同時に有する化合物を用いることにより
フラックス活性物質を最終的に熱硬化マトリックスの中
に取り込み、信頼性の高い半導体素子を得る方法が検討
されている。その中で１分子あたり少なくとも２個以上
のフェノール性水酸基と１分子当たり少なくとも１個以
上のカルボン酸基を有する化合物はフラックス活性を有
し、且つ硬化剤としての役割を示すことが見出されてい
る(特開２００１−１０６７７０号公報)。しかし、この
化合物は一般に高融点の結晶物であるため、エポキシ樹
脂と硬化剤の反応は硬化剤の溶融とともに急激に進行す
る。従って、硬化物の分散状態、粒度分布のばらつきに
より溶融の開始が不均一になり、その結果硬化収縮の速
度の違いによると考えられるひけが起こりやすく、結果
としてその引けが空隙になるという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、液状
樹脂組成物を用いて半導体チップ、特に回路面に突起電
極を有する半導体チップを封止するエリア実装法におい
て、従来と同様に電気絶縁性に優れ、封止時間が短く、
またそのプロセス中に発生しうるボイドや樹脂のひけを
抑えることができる樹脂組成物とその製造方法である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、これらの問題
を解決する為鋭意検討した結果、（Ａ）２個以上のエポ
キシ基を有するエポキシ樹脂、（Ｂ）フラックス作用を
有し、１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性
水酸基と１分子あたり少なくとも１個以上のカルボン酸
基を有する化合物、（Ｃ）硬化促進剤を含む液状樹脂組
成物において、（Ｂ）１分子あたり少なくとも２個以上
のフェノール性水酸基と１分子当たり少なくとも１個以
上のカルボン酸基を有する化合物の粒径または長さが最
大３０μｍ以下である液状樹脂組成物である。更に、上
記に記載の液状樹脂組成物がエリア実装方式の半導体装
置に使用される液状樹脂組成物である。また、上記に記
載の液状樹脂組成物を用いて製造された半導体装置であ
る。

【０００９】また、回路基板に、回路面に突起電極が具
備された半導体チップを接合するエリア実装法におい
て、回路基板または半導体チップの回路面（突起電極形
成面）に、請求項１または２記載の液状樹脂組成物を塗
布し、電極が電気接合されるように回路基板と半導体チ
ップとを位置合わせした後、加熱することによって上記
突起電極と回路基板を電気的に接合し、樹脂を硬化させ
て製造す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を用いて製造された半導体装置で
ある。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明を詳細に説明する。本発明
で用いられるエポキシ樹脂は、平均エポキシ当量が２以
上であれば、既存のビスフェノール系ジグリシジルエー
テル類、またそれらの水素添加反応により芳香環を飽和
炭化水素化したもの、フェノールノボラックとエピクロ
ー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。ま
た、用途によっては高信頼性を付与する為、絶縁フィラ
ーを添加する場合もある。

【００１１】次に本発明に用いられる１分子あたり少な
くとも２個以上のフェノール性水酸基と１分子当たり少
なくとも１個以上の芳香族カルボン酸を有する化合物の
例としては、例えば、２，３−ジヒドロキシ安息香酸、
２，４−ジヒドロキシ安息香酸、２，５−ジヒドロキシ
安息香酸、２，６−ジヒドロキシ安息香酸、３，４−ジ
ヒドロキシ安息香酸、没食子酸、１，４−ジヒドロキシ
−２−ナフトエ酸、３，５−ジヒドロキシ−２−ナフト
エ酸、フェノールフタリン、ジフェノール酸等がある。
この硬化剤としての１分子あたり少なくとも２個以上の
フェノール性水酸基と１分子当たり少なくとも１個以上
の芳香族カルボン酸を有する化合物はフラックス作用が
あり、エリア実装方式の樹脂封止用のエポキシ樹脂の硬
化剤として好ましい。

【００１２】ここで、フラックス性とは通常用いられて
いるようなフラックス剤と同様に、金属酸化膜を還元
し、その酸化膜を除去しうる性質を示す。またこれらの
硬化剤はいずれも結晶性であり、その最大粒径または最
大長さは３０μｍ以下であることが好ましい。３０μｍ
より大きいと結晶中に取り込まれた揮発分または結晶凝
集物内に取り込まれた揮発分の量が多くなり、硬化中の
急激な温度上昇により揮発分がボイドとなってしまった
り、分散度が低下し、硬化物のむらが生成し、そこから
ひけを生じてしまう可能性があるからである。ここで、
最大粒径とは粒状結晶物の直径を示し、最大長さとは針
状結晶物のように縦横比が大きな結晶体の最大方向寸法
を示す。これらの測定法としては、粒状結晶の場合には
一般的に粒度分布計などが用いられ、それを適用できな
い針状結晶などは粒ゲージなどによる測定や、顕微鏡な
どによる観察で測定する方法が用いられる。

【００１３】本件で使用されるエポキシ樹脂に対する１
分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸基と
１分子当たり少なくとも１個以上の芳香族カルボン酸を
有する化合物の添加量は、エポキシ樹脂に対し５〜６０
重量％、好ましくは５〜５０重量％である。この下限値
未満の場合には、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。また上限値を上回るとカル
ボン酸が遊離するおそれがあるので好ましくない。また
これら化合物は単独または複数添加する事もできる。

【００１４】本発明の効果を損なわない範囲で、本発明
の１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸
基と１分子当たり少なくとも１個以上の芳香族カルボン
酸を有する化合物以外の硬化剤を添加することも可能で
ある。その例としては、フェノールノボラック樹脂、オ
ルソクレゾールノボラック樹脂等のフェノール樹脂、各
種２官能以上のフェノール化合物、及びイミダゾール、
ジアザ化合物、ヒドラジッド化合物、ジシアンジアミド
等のアミン系化合物等が挙げられる。その添加量は全硬
化剤中５０重量％以下であることが好ましい。これを上
回るとフラックスとしての効果が減少する。

【００１５】本発明で用いる硬化促進剤としては、一般
的にエポキシ樹脂の硬化促進剤として用いられるもので
あり、例えば、イミダゾール類、リン化合物、ジアザ化
合物、第三級アミン等をあげることができる。

【００１６】本発明の効果を損なわない範囲で絶縁フィ
ラーを用いることができる。その絶縁フィラーの例とし
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。その添
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。より好ましくは５０
重量％以下である。上限値を超えると、接合の際、絶縁
性のフィラーが半導体素子の突起電極と回路板電極との
接合を妨げるからである。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
その鋭利な面により半導体素子表面の回路を破壊する恐
れがあるからである。

【００１７】本発明の液状樹脂組成物は、前記の液状エ
ポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機フィラー以外
に、必要に応じて反応性希釈材、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。

【００１８】本発明の液状樹脂組成物を用いて、フリッ
プチップ、ＣＳＰ（チップ・サイズ・パッケージ）等の
半導体素子を封止することが出来る。本発明の液状樹脂
組成物ではフラックスを添加せず、例えば、直接回路基
板に本発明の樹脂を塗布し、はんだ電極を持ったチップ
をその上から搭載して加熱硬化することにより半田接合
と樹脂封止を同時に行うことが可能である。また、チッ
プの上に本発明による樹脂を塗布し、回路基板の上に搭
載して半田接合と樹脂封止を同時に行うことも可能であ
る。

【００１９】半導体素子の製造及び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出来る。

【００２０】

【実施例】＜実施例１−６、比較例１−３＞表１の処方
に従って秤量し、ミキサーにて混練し、真空脱泡後、液
状樹脂組成物を作製した。次に特性を把握するため以下
の代用特性を評価した。 （１）常態粘度：２５℃において東機産業（株）製Ｅ型
粘度計で初期粘度（コーン回転数２．５ｒｐｍ）及び２
５℃における０．５ｒｐｍ/２．５ｒｐｍという比をチ
キソ比とした。 （２）ボイド評価：通常で使用されるプロセスを模倣す
る為に、ガラススライド上に適当量液状樹脂組成物をデ
ィスペンスし、１０Ｘ１０ｍｍ□のバンプ（バンプ数９
００）付きチップを澁谷工業製フリップチップボンダー
にてマウントした。その後、リフロー（ピーク２１５
℃）を用いて接合状態と同じように熱履歴をかけた後、
１５０℃/２ｈｒで硬化した後、ボイドの発生具合を顕
微鏡にて観察した。

【００２１】上記の測定結果を表１に示す。実施例に用
いた原材料の内容は下記のとおりである。 ・ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂：粘度；２，０００
ｍＰａ・ｓ（２５℃） ・フェノールノボラック型エポキシ樹脂：日本化薬社製
ＲＥ−３０３Ｓ ・１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸
基と１分子当たり少なくとも１個以上の芳香族カルボン
酸を有する化合物：２，５-ヒドロキシ安息香酸、フェ
ノールフタリン

【００２２】

【表１】

【００２３】表１に示したように、実施例１−６では、
エポキシの種類、シリカのようなフィラーの有無に関係
なく、使用する１分子あたり少なくとも２個以上のフェ
ノール性水酸基と１分子当たり少なくとも１個以上の芳
香族カルボン酸を有する化合物の最大粒径を制御するこ
とで、ボイド性に関して良好であることが確認できる。
これは樹脂組成物の分散性、均一性が向上し、熱膨張の
差から発生する樹脂組成物内の硬化収縮の差が抑制され
た為に、本樹脂系特有の樹脂ひけのような現象が抑えら
れたからだと考えられる。一方、比較例１−３では、使
用する１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性
水酸基と１分子当たり少なくとも１個以上の芳香族カル
ボン酸を有する化合物の最大粒径が比較的大きい為、樹
脂組成物の分散性や均一性が悪く、硬化物の硬化収縮自
体に均一性が持てず、硬化収縮の大きな部分から本樹脂
系に特有なひけを生じてしまった為か、リフローや後硬
化を施した後、バンプ周りにボイドのような空隙が見ら
れた。以上の結果から、本樹脂系における熱履歴後のボ
イドを抑える為に、１分子あたり少なくとも２個以上の
フェノール性水酸基と１分子当たり少なくとも１個以上
の芳香族カルボン酸を有する化合物の最大粒径を制御す
ることで有意義に改善されることが見いだされた。

【００２４】

【発明の効果】本発明に従うとエリア実装素子を回路基
板に直接実装することができ、従来と同様に電気絶縁性
に優れ、封止プロセスの短縮化とともに、ボイド性が良
好で樹脂のひけを抑えることができる封止樹脂を提供で
き、パッケージとしての信頼性も向上する。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）２個以上のエポキシ基を有するエ
   ポキシ樹脂、（Ｂ）フラックス作用を有し、１分子あた
   り少なくとも２個以上のフェノール性水酸基と１分子あ
   たり少なくとも１個以上のカルボン酸基を有する化合
   物、（Ｃ）硬化促進剤を含む液状樹脂組成物において、
   （Ｂ）フラックス作用を有し、１分子あたり少なくとも
   ２個以上のフェノール性水酸基と１分子当たり少なくと
   も１個以上のカルボン酸基を有する化合物の粒径または
   長さが最大３０μｍ以下であることを特徴とする液状樹
   脂組成物。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の液状樹脂組成物がエリ
   ア実装方式の半導体装置に使用される液状樹脂組成物。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の液状樹脂組成物を用い
   て製造された半導体装置。
4. 【請求項４】 回路基板に、回路面に突起電極が具備さ
   れた半導体チップを接合するエリア実装法において、回
   路基板または半導体チップの回路面（突起電極形成面）
   に、請求項１記載の液状樹脂組成物を塗布し、電極が電
   気接合されるように回路基板と半導体チップとを位置合
   わせした後、加熱することによって上記突起電極と回路
   基板を電気的に接合し、樹脂を硬化させて製造すること
   を特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の半導体装置の製造方法
   を用いて製造された半導体装置。