JP7145426B2 - 電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物、半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関し、詳しくは、半導体装置における補強材を作製するために用いることができる電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物、電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物で補強された半導体装置及び電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物を用いる半導体装置の製造方法に関する。

フリップチップ型の半導体チップを基材に表面実装する場合、半導体チップと基材との間の隙間に補強材を配置することがある。補強材は、半導体チップにおけるバンプ電極と基材における導体配線との間の接点を保護し、かつバンプ電極を補強することができる。

例えば、特許文献１には、バンプ電極を有するフリップチップ型の表面実装部品を、実装用電極を有する回路基板に実装するにあたり、実装用電極の形成面及びバンプ電極の形成面の少なくともいずれか一方の面に、電極を覆わないようにアンダーフィル用の液状硬化性樹脂組成物を塗布し、バンプ電極と実装用電極とが対向するように表面実装部品を回路基板に搭載し、リフロー処理によりバンプ電極と実装用電極とを接合するとともに液状硬化性樹脂組成物を硬化させることが、開示されている。

半導体チップを基材に実装し、かつ半導体チップと基材との間で液状硬化性樹脂組成物を硬化させて補強材を作製するために、例えばリフロー処理などの加熱処理が施される。この場合、得られる半導体装置には、半導体チップ、基材、及び補強材の熱膨張係数の差に起因して、反りが生じてしまうことがある。加熱処理時の加熱温度を下げれば反りを生じにくくできるが、加熱温度が低いと、液状硬化性樹脂組成物が十分に硬化しなかったり、液状硬化性樹脂組成物とバンプ電極との間の濡れ性が低下したりすることで、補強材がバンプ電極を十分に補強できなくなることがある。

特開２０１０－１７１１１８号公報

本発明の課題は、半導体装置の補強材を作製する際に、最高加熱温度が２００℃以下の加熱処理によっても速やかに硬化しやすく、かつバンプ電極との濡れ性が良好になりやすい電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物、この電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物で作製された補強材を備える半導体装置及びこの電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物を用いる半導体装置の製造方法を提供することである。

本発明の一態様に係る電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物は、１４０℃での粘度が５Ｐａ・ｓ以下であり、硬化反応により生じる発熱ピークのトップに対応する温度が１５０℃以上１７０℃以下であり、前記トップに対応する前記温度と、前記発熱ピークの立ち上がり部分における前記トップの高さの１／２の高さに対応する温度との差が２０℃以下である。

本発明の一態様に係る半導体装置は、導体配線を備える基材と、バンプ電極を備え、前記バンプ電極が前記導体配線に接合されることで前記基材に実装されている半導体チップと、前記バンプ電極を覆う補強材とを備え、前記補強材が前記電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物の硬化物である。

本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法では、導体配線を備える基材と、バンプ電極を備える半導体チップとを用意する。前記基材上に前記半導体チップを配置し、かつ前記導体配線上に前記バンプ電極を配置する。前記電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物を前記バンプ電極を覆うように配置する。前記電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物及び前記バンプ電極に加熱処理を施す。これにより、前記電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物を硬化させて補強材を作製し、かつ前記バンプ電極と前記導体配線とを電気的に接続する。

図１Ａは本発明の一実施形態に係る半導体装置の第一例の概略を示す断面図である。 図１Ｂは本発明の一実施形態に係る半導体装置の第二例の概略を示す断面図である。 図１Ｃは本発明の一実施形態に係る半導体装置の第三例の概略を示す断面図である。 図２Ａは本発明の一実施形態に係る半導体装置の第四例の概略を示す断面図である。 図２Ｂは本発明の一実施形態に係る半導体装置の第五例の概略を示す断面図である。 図３は本発明の一実施形態に係る電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物から補強材を作製する場合の、加熱処理の条件の一例を示すグラフであり、縦軸は加熱温度を、横軸は時間を示す。 図４は電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物の示差走査熱量測定を行って得られるＤＳＣ曲線の例を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について説明する。

本実施形態に係る電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物（以下、組成物（Ｘ）ともいう）は、半導体装置１における補強材４を作製するために用いられる（図１Ａから図１Ｃ及び図２Ａから図２Ｂ参照）。

組成物（Ｘ）は、１４０℃での粘度が５Ｐａ・ｓ以下であり、硬化反応により生じる発熱ピークのトップに対応する温度が１５０℃以上１７０℃以下であり、トップに対応する温度と、発熱ピークの立ち上がり部分におけるトップの高さの１／２の高さに対応する温度との差が２０℃以下である、という特性を有する。発熱ピークの立ち上がり部分とは、発熱ピークにおける、トップよりも低温側の部分のことである。

発熱ピークの立ち上がり部分におけるトップの高さの１／２の高さに対応する温度が１４０℃以上１６８℃以下であれば、より好ましい。発熱ピークの立ち上がり部分におけるトップの高さの１／２の高さに対応する温度が１５０℃以上１６０℃以下であれば、更に好ましい。

組成物（Ｘ）の１４０℃での粘度は、レオメータを用い、回転速度５ｒｐｍの条件で測定される。

組成物（Ｘ）の発熱ピークのトップに対応する温度及び発熱ピークにおける立ち上がり部分におけるトップの高さの１／２の高さに対応する温度は、組成物（Ｘ）の示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を、空気雰囲気下、温度範囲３０℃から３００℃まで、昇温速度１０℃／分の条件で行うことで得られるＤＳＣ曲線に基づいて、特定される。ＤＳＣ曲線は、縦軸が熱流を、横軸が温度を示すグラフに表される曲線である。ＤＳＣ曲線の例を、図４に示す。

発熱ピークのトップに対応する温度Ｔ_tpは、図４に示すように、ＤＳＣ曲線における発熱ピークのトップが現れる温度である。

発熱ピークにおける立ち上がり部分におけるトップの高さの１／２の高さに対応する温度Ｔ_hfは、図４に示すように、トップに対応する温度Ｔ_tpより低く、かつ発熱ピークにおけるトップの高さＨ_tpの１／２の高さＨ_hfが現れる温度である。すなわち、高さＨ_tpと高さＨ_hfとは、Ｈ_tp／２＝Ｈ_hfの関係にある。なお、高さＨ_tp及び高さＨ_hfは、ＤＳＣ曲線の初期値、すなわちＤＳＣ曲線の３０℃における位置を基準に決定される。

温度Ｔ_tpと温度Ｔ_hfとの差（Ｔ_tp－Ｔ_hf）は、上記のとおり、２０℃以下である。この差（Ｔ_tp－Ｔ_hf）は、１５℃以下であれば、より好ましく、１０℃以下であれば更に好ましい。

本実施形態によれば、半導体装置１における補強材４を組成物（Ｘ）から作製すると、最高加熱温度が２００℃以下の加熱処理によっても速やかに硬化しやすく、かつバンプ電極３３との濡れ性が良好になりやすい。そのため、補強材４が半導体チップ３のバンプ電極３３を十分に補強することができる。なお、本実施形態では、前記のとおり最高加熱温度が２００℃以下の場合に特に良好な効果が得られやすいが、そのことは、加熱処理の最高加熱温度を２００℃より高くすることを妨げるものではない。

上記の作用が得られる理由は次のとおりであると推察される。

本実施形態では、組成物（Ｘ）を加熱して硬化させることで補強材４を作製するにあたり、まず温度上昇に伴って組成物（Ｘ）が低粘度化し、続いて組成物（Ｘ）の硬化反応が進行する。組成物（Ｘ）が低粘度化する際、組成物（Ｘ）の１４０℃での粘度は５Ｐａ・ｓ以下であるため、組成物（Ｘ）は、半導体チップ３のバンプ電極３３を濡らしやすく、バンプ電極３３が熱によって変形してもそれに追随して流動しやすい。すなわち、組成物（Ｘ）は、加熱処理時に、バンプ電極３３に対する良好な濡れ性を有することができる。また、組成物（Ｘ）中にボイドがあっても、組成物（Ｘ）からボイドが排出されやすい。そのため、補強材４中にボイドが残留しにくい。また、組成物（Ｘ）の硬化反応により生じる発熱ピークのトップに対応する温度が１５０℃以上１７０℃以下であり、トップに対応する温度と、発熱ピークの立ち上がり部分におけるトップの高さの１／２の高さに対応する温度との差が２０℃以下であるため、最高加熱温度が２００℃以下の加熱処理によっても、組成物（Ｘ）が低粘度化してから、組成物（Ｘ）の硬化反応が速やかに進行できる。そのため、加熱処理における加熱温度の低温化及び加熱時間の短縮化を達成しながら、組成物（Ｘ）を十分に硬化させることができる。そのため、半導体装置１に、半導体チップ３と基材２と補強材４との熱膨張係数の差に起因した反りを生じにくくできる。また、半導体チップ３に熱による負荷をかかりにくくできる。

組成物（Ｘ）は、上記の特性を有する結果、最高加熱温度が１６０℃以上２００℃以下であり、かつ加熱温度が１６０℃以上である時間の合計が４０秒以上１０分以下である少なくとも一つの条件下で、加熱処理が施された場合に、硬化率６０％以上の硬化物になることが好ましい。

硬化物の硬化率（Ｈｒ）は、Ｈｒ＝｛（Ｃｖ₀－Ｃｖ₁）／Ｃｖ₀｝×１００（％）の式で表される。Ｃｖ₁は、硬化物の示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を、空気雰囲気下、温度範囲３０℃から３００℃、昇温速度１０℃／分の条件行うことで得られる、硬化物の発熱量である。Ｃｖ₀は、組成物（Ｘ）の示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を、空気雰囲気下、温度範囲３０℃から３００℃、昇温速度１０℃／分の条件で行うことで得られる、組成物（Ｘ）の発熱量である。

組成物（Ｘ）は、最高加熱温度が１６０℃以上２００℃以下であり、かつ加熱温度が１６０℃以上である時間の合計が４０秒以上１０分以下である少なくとも一つの条件下で、加熱処理が施された場合に、硬化率７０％以上の硬化物になるのであれば、更に好ましい。組成物（Ｘ）は、最高加熱温度が１６０℃以上１７０℃以下にあるいかなる温度において、加熱温度が１６０℃以上である時間の合計が１分以上２分以下のいかなる時間であっても、加熱処理が施された場合に、硬化率６５％以上の硬化物になるのであれば、更に好ましく、硬化率７０％以上の硬化物になるのであれば、特に好ましい。

組成物（Ｘ）は、最高加熱温度が１６５℃、かつ加熱温度が１６０℃以上である時間の合計が１分間である条件下で、加熱処理が施された場合に、硬化率６０％以上の硬化物になればより好ましく、硬化率７０％以上の硬化物になれば、特に好ましい。

組成物（Ｘ）が上記の特性を有するための組成物（Ｘ）の組成について、説明する。

組成物（Ｘ）は、好ましくは、常温で液状である。「常温で液状」とは、大気圧下、１８℃で流動性を有することを意味する。特に組成物（Ｘ）は、大気圧下、５℃以上２８℃以下のいかなる温度でも流動性を有することが好ましい。

組成物（Ｘ）は、例えば熱硬化性樹脂を含有する。熱硬化性樹脂は、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂及びシアネート樹脂からなる群から選択される少なくとも一種の樹脂を含有する。

例えば組成物（Ｘ）は、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂と反応する硬化剤とを、含有する。

エポキシ樹脂は、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、及びフェノールノボラック型エポキシ樹脂よりなる群から選択される少なくとも一種の樹脂を含有する。硬化剤は、例えばフェノール系硬化剤、酸無水物系硬化剤、アミン系硬化剤、メルカプタン系硬化剤及びイミダゾール系硬化剤よりなる群から選択される少なくとも一種の化合物を含有する。

特に、エポキシ樹脂が、２５℃で液状であるビスフェノール型エポキシ樹脂（以下、液状ビスフェノール型エポキシ樹脂（ａ１）ともいう）を含有することが好ましい。硬化剤は、２－フェニル－４－ヒドロキシメチル－５－メチルイミダゾール、２－フェニル－４，５－ジヒドロキシメチルイミダゾール、及び２，４－ジアミノ－６－（２’－エチル－４’－メチルイミダゾル）－エチル－ｓ－トリアジンからなる群から選択される少なくとも一種の化合物を含むことが好ましい。すなわち、組成物（Ｘ）は、液状ビスフェノール型エポキシ樹脂（ａ１）と、２－フェニル－４－ヒドロキシメチル－５－メチルイミダゾール、２－フェニル－４，５－ジヒドロキシメチルイミダゾール、及び２，４－ジアミノ－６－（２’－エチル－４’－メチルイミダゾル）－エチル－ｓ－トリアジンからなる群から選択される少なくとも一種の化合物からなる成分（ｂ）とを含有することが、好ましい。

組成物（Ｘ）が液状ビスフェノール型エポキシ樹脂（ａ１）を含有すると、組成物（Ｘ）の１４０℃での粘度が５Ｐａ・ｓ以下であることが、達成されやすくなり、かつ補強材４が高い強度を有しやすくなる。液状ビスフェノール型エポキシ樹脂（ａ１）は、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂とからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有する。

液状ビスフェノール型エポキシ樹脂（ａ１）の平均分子量は、１００以上１００００以下であることが好ましい。液状ビスフェノール型エポキシ樹脂（ａ１）の平均分子量が３０００以下であると、液状ビスフェノール型エポキシ樹脂（ａ１）は、組成物（Ｘ）の１４０℃での粘度を特に低減しやすく、そのため、粘度が５Ｐａ・ｓ以下であることを特に達成しやすい。液状ビスフェノール型エポキシ樹脂（ａ１）の平均分子量が１０００以下であれば、特に好ましい。

組成物（Ｘ）中のエポキシ樹脂は、液状ビスフェノール型エポキシ樹脂（ａ１）以外の樹脂を更に含んでもよい。この場合、エポキシ樹脂全体に対する、液状ビスフェノール型エポキシ樹脂（ａ１）の質量割合は、１／２以上であることが好ましく、２／３以上１５／１６以下であれば更に好ましい。

エポキシ樹脂は、液状ビスフェノール型エポキシ樹脂（ａ１）に加えて、固形状エポキシ樹脂（ａ２）を含有してもよい。すなわち、組成物（Ｘ）は、固形状エポキシ樹脂（ａ２）を更に含有してもよい。この場合、固形状エポキシ樹脂（ａ２）によって、組成物（Ｘ）及び補強材４の特性を調整できる。固形状エポキシ樹脂（ａ２）は液状ビスフェノール型エポキシ樹脂（ａ１）と相溶することが好ましい。この場合、固形状エポキシ樹脂（ａ２）は、組成物（Ｘ）の粘度増大を招きにくい。固形状エポキシ樹脂（ａ２）は、常温下で液状ビスフェノール型エポキシ樹脂（ａ１）と相溶することが好ましい。固形状エポキシ樹脂（ａ２）は、加熱下、具体的には例えば１２０℃の温度下、で液状ビスフェノール型エポキシ樹脂（ａ１）と相溶することも好ましい。

固形状エポキシ樹脂（ａ２）は、ビフェニル骨格を有することが好ましい。この場合、固形状エポキシ樹脂（ａ２）は、補強材４のガラス転移温度の上昇に寄与でき、このため補強材４の耐熱性の向上に寄与できる。固形状エポキシ樹脂（ａ２）は、例えばビフェニル型エポキシ樹脂とビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂とからなる群から選択される少なくとも一種の樹脂を含有する。

固形状エポキシ樹脂（ａ２）は結晶性を有さないことが好ましい。このため、固形状エポキシ樹脂（ａ２）は、ビフェニル型エポキシ樹脂とビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂とのうちでは、特にビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂を含有することが好ましい。この場合、組成物（Ｘ）は、バンプ電極３３に対する特に良好な濡れ性を有することができる。

エポキシ樹脂が固形状エポキシ樹脂（ａ２）を含有する場合、液状ビスフェノール型エポキシ樹脂（ａ１）と固形状エポキシ樹脂（ａ２）との質量比は、１：１から３０：１までの範囲内であることが好ましい。この場合、組成物（Ｘ）の低粘度化が特に達成されやすく、かつ組成物（Ｘ）及び補強材４に固形状エポキシ樹脂（ａ２）に由来する特性が特に付与されやすい。この質量比は、２：１から１６：１までの範囲内であることがより好ましく、２：１から１４：１までの範囲内であることが特に好ましい。

組成物（Ｘ）が２－フェニル－４－ヒドロキシメチル－５－メチルイミダゾール、２，４－ジアミノ－６－（２’－エチル－４’－メチルイミダゾル）－エチル－ｓ－トリアジンからなる群から選択される少なくとも一種の化合物からなる成分（ｂ）は、組成物（Ｘ）の硬化開始温度を低下させやすく、かつ組成物（Ｘ）の硬化反応を速やかに進行させやすい。このため、成分（ｂ）によって、硬化反応により生じる発熱ピークのトップに対応する温度が１５０℃以上１７０℃以下であり、トップに対応する温度と、発熱ピークの立ち上がり部分におけるトップの高さの１／２の高さに対応する温度との差が２０℃以下であるという特性が、達成されやすい。

組成物（Ｘ）中のエポキシ樹脂全量に対する、成分（ｂ）の質量比の値は、０．０５以上０．５以下であることが好ましい。この場合、成分（ｂ）は組成物（Ｘ）の上記の特性を特に達成させやすい。成分（ｂ）の質量比の値は、０．１０以上０．３０以下であることが更に好ましい。

組成物（Ｘ）中の硬化剤は、成分（ｂ）のみを含有することが好ましいが、成分（ｂ）に加えて、成分（ｂ）以外の化合物を更に含有してもよい。硬化剤が成分（ｂ）以外の化合物を含有する場合、硬化剤全体に対する成分（ｂ）の量は８０質量％以上であることが好ましい。

組成物（Ｘ）は、硬化促進剤を更に含有してもよい。硬化促進剤は、例えばアミン系硬化促進剤、ポリアミド系硬化促進剤、及びルイス酸系硬化促進剤からなる群から選択される少なくとも一種の化合物を含有する。硬化促進剤は潜在性硬化促進剤を含有してもよい。

組成物（Ｘ）は、フラックスを含有することが好ましい。フラックスは、金属表面にある金属酸化物を還元させるなどして除去する作用を有する成分である。組成物（Ｘ）がフラックスを含有すると、フラックスの作用によって、バンプ電極３３の表面及び導体配線２１の表面から金属酸化物が除去されやすく、そのためバンプ電極３３と導体配線２１との濡れ性が高まり、バンプ電極３３と導体配線２１との間の導通が維持されやすい。

フラックスは、例えば有機酸を含有する。有機酸は、例えば、アビエチン酸、グルタル酸、コハク酸、マロン酸、シュウ酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、ジグリコール酸、チオジグリコール酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、プロパントリカルボン酸、クエン酸、安息香酸及び酒石酸からなる群から選択される一種以上の化合物を含有できる。特に、バンプ電極３３と導体配線２１との濡れ性を特に向上させるためには、有機酸はアビエチン酸、グルタル酸、シュウ酸及び安息香酸からなる群から選ばれる一種以上の化合物を含有することが好ましい。

組成物（Ｘ）中の熱硬化性樹脂全量に対するフラックスの質量比の値は、０．０３以上０．４０以下であることが好ましい。すなわち、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である場合は、組成物（Ｘ）中のエポキシ樹脂全量に対するフラックスの質量比の値は、０．０３以上０．４０以下であることが好ましい。この場合、フラックスの作用により、バンプ電極３３と導体配線２１との間の濡れ性が特に高くなりやすい。さらに、フラックスが補強材４を脆くしたり、補強材４の絶縁信頼性を損ねたりしにくくなり、かつ補強材４からフラックスがブリードしにくくなる。フラックスの質量比の値は、０．０６以上０．１５以下であることが更に好ましい。

組成物（Ｘ）は、フィラーを含有してもよいが、含有しないことが好ましい。組成物（Ｘ）がフィラーを含有する場合、組成物（Ｘ）全体に対するフィラーの含有量は０質量％より多く５質量％以下であることが好ましい。組成物（Ｘ）がフィラーを含有せず、又はフィラーの含有量が０質量％より多く５質量％以下であると、補強材４が半導体チップ３のバンプ電極３３と基材２の導体配線２１との継ぎ目を覆う場合でも、バンプ電極３３と導体配線２１との間にフィラーの粒子が介在せず、又はフィラーの粒子が介在しにくい。そのため、フィラーに起因する半導体装置１における導通不良を生じないようにし、又は生じにくくできる。

なお、特に補強材４がアンダーフィルである場合、補強材４の線膨張係数を調整して半導体装置１に反りなどを生じにくくするためにフィラーが用いられることがある。しかし、本実施形態では組成物（Ｘ）が上記の特性を有するため、組成物（Ｘ）がフィラーを含有せず、又はフィラーの含有量が０質量％より多く５質量％以下であっても、半導体装置１に反りは生じにくい。

組成物（Ｘ）がフィラーを含有する場合、フィラーは、例えば、溶融シリカ、合成シリカ、結晶シリカなどのシリカ粉末；アルミナ、酸化チタンなどの酸化物；タルク、焼成クレー、未焼成クレー、マイカ、ガラスなどのケイ酸塩；炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ハイドロタルサイトなどの炭酸塩；水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムなどの水酸化物；硫酸バリウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウムなどの硫酸塩又は亜硫酸塩；ホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸ナトリウムなどのホウ酸塩；並びに窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素などの窒化物からなる群から選択される一種以上の材料を含有できる。溶融シリカは、溶融球状シリカと溶融破砕シリカとのうちいずれでもよい。

組成物（Ｘ）は、組成物（Ｘ）の特性を大きく損ねない範囲において、必要に応じて、分散安定剤、難燃剤、低弾性化剤、密着性付与剤、チクソ性付与剤、着色剤、希釈剤、消泡剤、カップリング剤及び有機溶剤等よりなる群から選択される少なくとも一種の添加剤を含有してもよい。

半導体装置１及びその製造方法について説明する。

半導体装置１は、導体配線２１を備える基材２と、バンプ電極３３を備え、バンプ電極３３が導体配線２１に接合されることで基材２に実装されている半導体チップ３と、バンプ電極３３を覆う補強材４とを備える。補強材４が、組成物（Ｘ）の硬化物である。

基材２は、例えばマザー基板、パッケージ基板又はインターポーザー基板である。例えば基材２は、ガラスエポキシ製、ポリイミド製、ポリエステル製、セラミック製などの絶縁基板と、その表面上に形成された銅などの導体製の導体配線２１とを備える。導体配線２１は例えば電極パッドを備える。

半導体チップ３は、例えばＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）、ＬＧＡ（ランド・グリッド・アレイ）、又はＣＳＰ（チップ・サイズ・パッケージ）などの、フリップチップ型のチップである。半導体チップ３は、ＰｏＰ（パッケージ・オン・パッケージ）型のチップであってもよい。

半導体チップ３は、複数のバンプ電極３３を備える。バンプ電極３３は、はんだを備える。例えばバンプ電極３３は、図１Ａから図１Ｃ及び図２Ａから図２Ｂに示すように、ピラー３１と、ピラー３１の先端に設けられた、はんだバンプ３２とを備える。はんだバンプ３２ははんだから作製され、このため、バンプ電極３３ははんだを備える。ピラー３１は例えば銅製である。

バンプ電極３３の備えるはんだ（例えばはんだバンプ３２におけるはんだ）の融点は、１８０℃以下であることが好ましく、１７０℃以下であればより好ましい。はんだの融点が１８０℃以下又は１７０℃以下であれば、組成物（Ｘ）から補強材４を作製するための加熱処理における加熱温度を低めつつ、バンプ電極３３と導体配線２１との電気的接続を達成しやすくなる。また、はんだの融点は、例えば１３０℃以上であり、１４０℃以上であればより好ましい。

はんだは、特にＳｎ－Ｂｉ系はんだであることが好ましい。Ｓｎ－Ｂｉ系はんだは、例えば４０質量％以上４２質量％以下のＳｎと、５８質量％以上６０質量％以下のＢｉとを含有する。Ｓｎ－Ｂｉ系はんだは、Ｓｎ及びＢｉに加えて、Ａｇ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｃｕ及びＩｎよりなる群から選択される少なくとも１種の材料を含有してもよい。Ｓｎ－Ｂｉ系はんだの機械的な性能向上のためには、Ｓｎ－Ｂｉ系はんだは、Ａｇ、Ｎｉ、Ｆｅ及びＧｅからなる群から選択される少なくとも一種の材料を含有することが好ましい。

なお、はんだを備えるバンプ電極３３の構造は上記に限られず、例えばバンプ電極３３は、球状のはんだバンプ３２（はんだボール）のみを備えてもよい。すなわち、バンプ電極３３はピラーを備えなくてもよい。

補強材４は、各バンプ電極３３の少なくとも一部分を覆えばよい。補強材４がバンプ電極３３の全体を覆えば、より好ましい。補強材４は、バンプ電極３３を覆うことで、バンプ電極３３を補強できる。補強材４は、バンプ電極３３と導体配線２１との継ぎ目も覆うことが特に好ましい。この場合、補強材４は、バンプ電極３３が導体配線２１から脱離しにくくできる。

補強材４は、上記のようにバンプ電極３３を覆うのであれば、いかなる形状を有してもよい。補強材４の具体的な形状の例を、図１Ａから図１Ｃ及び図２Ａから図２Ｂにそれぞれ示す。図１Ａから図１Ｃ及び図２Ａから図２Ｂの各々に示す例では、補強材４は、基材２と半導体チップ３との間の隙間に配置されている。

図１Ａに示す第一例では、補強材４は、基材２と半導体チップ３との間の隙間の全体を埋めている。これにより、補強材４はバンプ電極３３の全体を覆い、かつバンプ電極３３と導体配線２１との継ぎ目を覆っている。この補強材４は、いわゆるアンダーフィルである。

図１Ｂ、図１Ｃ、図２Ａ及び図２Ｂに示す例では、補強材４は、基材２と半導体チップ３との間の隙間を、部分的に埋めている。

図１Ｂに示す第二例では、補強材４は、基材２の上に配置され、かつ補強材４と半導体チップ３との間には隙間があいている。補強材４は、導体配線２１を覆い、かつバンプ電極３３における導体配線２１に接合している一部分を覆っている。これにより、基材２はバンプ電極３３の一部分を覆い、かつバンプ電極３３と導体配線２１との継ぎ目を覆っている。

図１Ｃに示す第三例では、半導体装置１は複数の補強材４を備える。各補強材４は、各バンプ電極３３に設けられている。補強材４は、バンプ電極３３の全体を覆い、かつ導体配線２１も覆っている。これにより、補強材４はバンプ電極３３の全体を覆い、かつバンプ電極３３と導体配線２１との継ぎ目を覆っている。

図２Ａに示す第四例及び図２Ｂに示す第五例でも、半導体装置１は複数の補強材４を備える。各補強材４は、各バンプ電極３３に設けられている。補強材４は、導体配線２１を覆い、かつバンプ電極３３における導体配線２１に接合している一部分を覆っている。これにより、補強材４はバンプ電極３３の一部分を覆い、かつバンプ電極３３と導体配線２１との継ぎ目を覆っている。なお、図２Ａに示す第四例では補強材４はバンプ電極３３におけるはんだバンプ３２の全体を覆っており、図２Ｂに示す第五例では補強材４はバンプ電極３３におけるはんだバンプ３２の一部分を覆っている。

半導体装置１の製造方法は、次のステップを含む。

導体配線２１を備える基材２と、バンプ電極３３を備える半導体チップ３とを用意すること。

基材２上に半導体チップ３を配置し、かつ導体配線２１上にバンプ電極３３を配置すること。

組成物（Ｘ）を、バンプ電極３３を覆うように配置すること。

組成物（Ｘ）及びバンプ電極３３に加熱処理を施すことで、組成物（Ｘ）を硬化させて補強材４を作製し、かつバンプ電極３３と導体配線２１とを電気的に接続すること。

上記のステップの順序は、上記のとおりでなくてもよい。すなわち、例えば基材２上に半導体チップ３を配置し、かつ導体配線２１上にバンプ電極３３を配置した後に、組成物（Ｘ）を、バンプ電極３３を覆うように配置してもよい。逆に組成物（Ｘ）を、バンプ電極３３を覆うように配置した後に、基材２上に半導体チップ３を配置し、かつ導体配線２１上にバンプ電極３３を配置してもよい。また、製造工程中において結果的に組成物（Ｘ）をバンプ電極３３を覆うように配置できるのであれば、組成物（Ｘ）をいかなる時期に半導体チップ３及び基材２におけるいかなる位置に配置してもよい。

具体的には、図１Ａ、図１Ｂ又は図２Ｂに示す補強材４を作製する場合、例えばまず、基材２上に組成物（Ｘ）を配置した後、基材２上に半導体チップ３を、基材２と半導体チップ３との間に組成物（Ｘ）が介在しかつ導体配線２１上にバンプ電極３３が配置されるように、配置する。これにより、組成物（Ｘ）を、バンプ電極３３を覆うように配置する。また、まず、基材２上に半導体チップ３を、導体配線２１上にバンプ電極３３が配置されるように配置した後、基材２と半導体チップ３との間に組成物（Ｘ）を供給することで、基材２と半導体チップ３との間に、組成物（Ｘ）を介在させ、かつ組成物（Ｘ）を、バンプ電極３３を覆うように配置してもよい。

図１Ａ、図１Ｃ、図２Ａ又は図２Ｂに示す補強材４を作製する場合、例えばまず半導体チップ３に、バンプ電極３３を覆うように組成物（Ｘ）を配置する。続いて、基材２上に半導体チップ３を、基材２と半導体チップ３との間に組成物（Ｘ）が介在しかつ導体配線２１上にバンプ電極３３が配置されるように、配置する。これにより、組成物（Ｘ）を、バンプ電極３３を覆うように配置する。

基材２上に組成物（Ｘ）を配置し、又は半導体チップ３に組成物（Ｘ）を配置する場合は、例えばディスペンサーを用いる方法、スクリーン印刷法、インクジェット法又はディッピング法等で、組成物（Ｘ）を配置する。

加熱処理は、例えばリフロー炉を用いて行う。なお、リフロー炉以外の設備を使用した適宜の方法で加熱処理を行ってもよい。組成物（Ｘ）及びバンプ電極３３に加熱処理を施すと、バンプ電極３３におけるはんだが溶融することで、バンプ電極３３と導体配線２１とが電気的に接続され、かつ組成物（Ｘ）が硬化することで補強材４が作製される。これにより、半導体装置１が得られる。

加熱処理において、最高加熱温度は１６０℃以上２００℃以下であり、かつ加熱温度が１６０℃以上である時間の合計が４０秒以上１０分以下であることが好ましい。最高加熱温度は１９０℃以下であればより好ましく、１８０℃以下であれば更に好ましい。また、最高加熱温度での加熱時間は、１分以上２分以下であれば、より好ましい。また、最高加熱温度は、前記の条件を満たした上で、組成物（Ｘ）の硬化反応の開始温度より高く、かつ発熱ピークの温度以上であることが好ましい。この条件で加熱処理を行っても、組成物（Ｘ）は、上記の特性を有することから、組成物（Ｘ）はまず低粘度化して基材２と半導体チップ３との間の隙間に十分に充填され、かつバンプ電極３３と良好な濡れ性を有する。続いて組成物（Ｘ）は速やかに硬化し、得られる補強材４は高い硬化率を達成できる。具体的には、補強材４が、７０％以上の硬化率を達成することができる。さらに、最高加熱温度及び加熱時間が前記のとおりであるため、半導体装置１には図１Ａ及び図１Ｂに示す場合であっても基材２、半導体チップ３及び補強材４の線膨張係数の差に起因した反りは生じにくく、かつ半導体チップ３に熱による負荷がかかりにくい。

図３に、加熱処理における加熱温度の経時変化の一例を示す。縦軸は加熱温度であり、横軸は時間を示す。この例においては、加熱処理では、昇温期及び降温期が、この時系列順に連続している。まず昇温期では、加熱温度が室温から最高加熱温度（Ｔ_H）まで上昇する。加熱温度の昇温速度は、例えば０．４℃／秒以上４．０℃／秒以下である。最高加熱温度（Ｔ_H）は上記のとおり好ましくは１６０℃以上２００℃以下である。次に降温期では、加熱温度が最高加熱温度（Ｔ_H）から室温まで降下する。この加熱処理において、加熱温度が１６０℃以上の時間の合計（ｔ）は、４０秒以上１０分以下である。

昇温期においては、まず組成物（Ｘ）の粘度が低下することで、上記のとおり、組成物（Ｘ）は基材２と半導体チップ３との間の隙間に十分に充填され、かつバンプ電極３３と良好な濡れ性を有する。また、組成物（Ｘ）中には、基材２中の揮発性成分、組成物（Ｘ）中の低分子量成分、又はフラックスと金属酸化物との反応によって生じる水などに起因するボイドが生じることがある。しかし、組成物（Ｘ）が低粘度であるため、ボイドは組成物（Ｘ）から速やかに排出されやすい。続いて、組成物（Ｘ）の硬化反応が進行することで、組成物（Ｘ）が硬化し、補強材４が作製される。続いて降温期で加熱温度が室温まで降下することで、加熱処理が終了する。

１．組成物の調製
表１及び表２に示す成分のうち、まず「エポキシ樹脂」の欄に示す成分を１２０℃のオーブンで混合してから、ディスパーを用いて撹拌した。その後、エポキシ樹脂に、「硬化剤」の欄に示す成分、「フラックス」の欄に示す成分、及びフィラーを加えてから、ビーズミルを用いて、ビーズ径１．０ｍｍ、充填率８０％以上、周速１０００ｒｐｍの条件で混練することで、組成物を得た。

なお、表１及び表２に示す成分の詳細は次のとおりである。
・ＹＤＦ－８１７０：２５℃で液状のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、エポキシ当量１５５～１６５、２５℃の粘度１０００～１５００ｍＰａ・ｓ、新日鉄住金化学株式会社製、品番ＹＤＦ－８１７０。
・ＥＰＩＣＬＯＮ８３０：２５℃で液状のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、エポキシ当量１６５～１７７、２５℃での粘度３０００～４０００ｍＰａ・ｓ、ＤＩＣ株式会社製、品名ＥＰＩＣＬＯＮ８３０。
・ＹＬ９８０：２５℃で液状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、エポキシ当量１８０～１９０、２５℃の粘度１００００～２００００ｍＰａ・ｓ、三菱ケミカル株式会社製、品番ＹＬ９８０。
・ＥＰＩＣＬＯＮ８４０：２５℃で液状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、エポキシ当量１８０～１９０、２５℃の粘度９０００～１１０００ｍＰａ・ｓ、ＤＩＣ株式会社製、品名ＥＰＩＣＬＯＮ８４０。
・ＮＣ－３０００：２５℃で固体の非晶性ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、エポキシ当量２６５～２８５、日本化薬株式会社製、品番ＮＣ－３０００。
・ＹＸ４０００：２５℃で固体の結晶性ビフェニル型エポキシ樹脂、エポキシ当量１８０～１９２、三菱ケミカル株式会社製、品番ＹＸ４０００。
・２Ｐ４ＭＨＺ：四国化成工業社製、品番２Ｐ４ＭＨＺ－ＰＷ、２－フェニル－４－ヒドロキシメチル－５－メチルイミダゾール。
・２ＰＨＺ：四国化成工業社製、品番２ＰＨＺ－ＰＷ、２－フェニル－４，５－ジヒドロキシメチルイミダゾール。
・グルタル酸：東京化成工業社製。
・セバシン酸：東京化成工業社製。
・フィラー：シリカ、日本エアロジル株式会社製、品名ＡＥＲＯＳＩＬ ２００。

２．評価
（１）温度Ｔ_tp及び温度Ｔ_hfの特定
組成物を、示差走査熱量測定を、測定装置として株式会社日立ハイテクサイエンス製のＥＸＳＴＡＲ ７０２０を用い、空気雰囲気下、温度範囲３０℃から３００℃まで、昇温速度１０℃／分の条件行うことで、ＤＳＣ曲線を得た。このＤＳＣ曲線から、発熱ピークのトップに対応する温度Ｔ_tp、及び発熱ピークの立ち上がり部分におけるトップの高さの１／２の高さに対応する温度Ｔ_hfを、特定した。表１及び表２に、温度Ｔ_tpの値、及び温度Ｔ_tpと温度Ｔ_hfとの差の値（Ｔ_tp－Ｔ_hf）を、示す。

（２）１４０℃粘度
組成物の１４０℃での粘度を、レオメータ（型番ＡＲ２０００ｅｘ、ティー・エイ・インスツルメント株式会社製）を用い、回転速度５ｒｐｍの条件で測定した。その結果、粘度が５Ｐａ・ｓ以下であれば良、５Ｐａ・ｓより大きい場合は不良と、評価した。

（３）濡れ性
銅製の板の上に組成物を載せて、樹脂からなる厚み０．１ｍｍの膜を形成した。融点１３８℃のＳｎ－Ｂｉ系はんだを、直径０．３５ｍｍの球状に成形し、このＳｎ－Ｂｉ系はんだを銅板上の膜の上に載せた。続いて、板を膜及びＳｎ－Ｂｉ系はんだごと、１６０℃で２分間加熱してから、室温まで冷却した。続いて、Ｓｎ－Ｂｉ系はんだの、平面視の直径（Ｄ）及び高さ寸法（Ｈ）を確認し、その結果に基づいて、｛（Ｄ－Ｈ）／Ｄ｝×１００（％）の式で算出される値を求めた。この値を濡れ性の指標とした。この値が２０％以上であれば組成物ははんだへの濡れ性を有すると評価でき、３０％以上であれば濡れ性が良好であると評価でき、４０％以上であれば濡れ性が特に良好であると評価できる。

（４）硬化率
組成物を厚み１００μｍの膜に成形した後、リフロー炉で加熱処理を施した。加熱処理における昇温速度は２℃／秒、最高加熱温度は１６５℃、加熱温度が１６０℃以上である時間の合計は１分間であった。これにより、硬化物を得た。

この硬化物の示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を、空気雰囲気下、温度範囲３０℃から３００℃、昇温速度１０℃／分の条件行うことで、硬化物の発熱量（Ｃｖ₁）を測定した。また、組成物の示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を前記と同じ条件で行うことで、硬化物の発熱量（Ｃｖ₀）を測定した。この結果に基づき、硬化物の硬化率（Ｈｒ）を、Ｈｒ＝｛（Ｃｖ₀－Ｃｖ₁）／Ｃｖ₀｝×１００（％）の式で算出した。

１ 半導体装置
２ 基材
２１ 導体配線
３ 半導体チップ
３３ バンプ電極
４ 補強材

Claims (10)

1. １４０℃での粘度が５Ｐａ・ｓ以下であり、
   硬化反応により生じる発熱ピークのトップに対応する温度が１５０℃以上１７０℃以下であり、
   前記トップに対応する前記温度と、前記発熱ピークの立ち上がり部分における前記トップの高さの１／２の高さに対応する温度との差が２０℃以下である、
   電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物。
2. 前記発熱ピークの立ち上がり部分における前記トップの高さの１／２の高さに対応する前記温度が１４０℃以上１６８℃以下である、
   請求項１に記載の電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物。
3. 最高加熱温度が１６０℃以上２００℃以下であり、かつ加熱温度が１６０℃以上である時間の合計が４０秒以上１０分以下である少なくとも一つの条件下で、加熱処理が施された場合に、硬化率６０％以上の硬化物になる、
   請求項１又は２に記載の電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物。
4. ２５℃で液状であるビスフェノール型エポキシ樹脂と、
   ２－フェニル－４－ヒドロキシメチル－５－メチルイミダゾール、２－フェニル－４，５－ジヒドロキシメチルイミダゾール、及び２，４－ジアミノ－６－（２’－エチル－４’－メチルイミダゾル）－エチル－ｓ－トリアジンからなる群から選択される少なくとも一種の化合物とを含有する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物。
5. 固形状エポキシ樹脂を更に含有する、
   請求項４に記載の電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物。
6. フラックスを更に含有する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物。
7. フィラーを含有せず、又はフィラーの含有量が０質量％より多く５質量％以下である、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物。
8. 導体配線を備える基材と、
   バンプ電極を備え、前記バンプ電極が前記導体配線に接合されることで前記基材に実装されている半導体チップと、
   前記バンプ電極を覆う補強材とを備え、
   前記補強材が請求項１から７のいずれか一項に記載の電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物の硬化物である、
   半導体装置。
9. 導体配線を備える基材と、バンプ電極を備える半導体チップとを用意し、
   前記基材上に前記半導体チップを配置し、かつ前記導体配線上に前記バンプ電極を配置し、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物を、前記バンプ電極を覆うように配置し、
   前記電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物及び前記バンプ電極に加熱処理を施すことで、前記電子部品補強用熱硬化性樹脂組成物を硬化させて補強材を作製し、かつ前記バンプ電極と前記導体配線とを電気的に接続する、
   半導体装置の製造方法。
10. 前記加熱処理における最高加熱温度は１６０℃以上２００℃以下であり、かつ加熱温度が１６０℃以上である時間の合計が４０秒以上１０分以下である、
    請求項９に記載の半導体装置の製造方法。

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