JP5468954B2 - 液状エポキシ樹脂組成物と半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は液状エポキシ樹脂組成物とその硬化物によりフリップチップ接続部が補強された半導体装置に関するものである。

小型携帯電子機器の普及につれてＬＳＩ装置の小型化が進んでいる。このため、ＣＳＰ、ＢＧＡなどのパッケージが普及してきている。

また、これらのＣＳＰ、ＢＧＡなどのパッケージの実装面積を小さくするためにフリップチップ接続法が採用されている。

ただ、フリップチップ接続法で用いられる接続部の半田はバンプ面積が小さくなってきていることから、接続部の補強機能向上が求められている。そこで、接続部の補強機能を有するアンダーフィルとして、液状エポキシ樹脂の硬化物が用いられている（たとえば特許文献１）。
しかしながら、このようなアンダーフィルを使用したパッケージに衝撃が加わった際、樹脂クラックの発生による導通不良が発生するという問題があることから、補強機能と耐樹脂クラック性能の両立が求められている。従来では、樹脂クラックの発生を抑制するため樹脂組成物の弾性率を下げて強靱性を付与する手法が報告されているが、低弾性化により、パッケージへの補強機能が低下してしまうといった問題があった。

特許第３８１９１４８号公報

本発明は、以上のとおりの背景から、従来の問題点を解消して、パッケージへの補強機能の低下を伴わず、耐樹脂クラック性能を向上することのできる新しい液状エポキシ樹脂組成物と、これを用いた硬化物によりフリップチップ接続部を補強した半導体装置を提供することを課題としている。

本発明の液状エポキシ樹脂組成物は、前記の課題を解決するため、以下のことを特徴としている。

第１：（Ａ）常温で液状のエポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、並びに（Ｃ）無機充填材を必須成分とし、（Ａ）常温で液状のエポキシ樹脂の配合量が７５〜９０質量％の範囲内であり、（Ｃ）無機充填材がタルクの単体であり、そのタルクの配合量が組成物全体量に対して０．５〜１０質量％の範囲内である。

第２：前記タルクの平均粒子径は０．５〜２５μｍの範囲内である。

また本発明は以上の液状エポキシ樹脂組成物の硬化物によってフリップチップ接続部が補強されていることを特徴とする半導体装置を提供する。

さらには、この際の硬化物の弾性率が０．１ＧＰａ以上であることを特徴とする半導体装置を提供する。

前記第１の発明の液状エポキシ樹脂によれば、これをもってフリップチップ接続部を補強した半導体装置においては、半導体ＰＫＧＨに機械的な衝撃が加わった際、フリップチップ接続部分を補強する機能を有し、かつ樹脂クラックの発生を抑えることができる。

また、第２の発明によれば、前記効果はより確実に安定して、より顕著なものとして実現される。

そして、第３、第４の発明として、以上の効果が体現された半導体装置が実現される。

本発明における液状エポキシ樹脂組成物を構成する樹脂成分としての（Ａ）常温で液状のエポキシ樹脂については、いわゆる「常温」としての、大気圧下での室温１８℃前後、目安としての５℃〜２８℃の温度範囲において液状の各種のエポキシ樹脂であってよい。

室温におけるエポキシ樹脂組成物が液状となれば、市販されている液体のエポキシ樹脂や固体のエポキシ樹脂を適宜併用することができる。エポキシ樹脂の具体例としては、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、ビシフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有すビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノー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、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂、脂肪族系エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレート等を挙げることができる。

これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用して用いてもよい。

（Ｂ）硬化剤についても同様に通常エポキシ樹脂を硬化するものであればよい。たとえば、ジアミノジフェニルメタン、メタフェニレンジアミン等のアミン系硬化剤や、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチル無水ハイミック酸、無水ナジック酸、無水トリメリット酸等の酸無水物硬化剤を挙げることができる。

（Ａ）常温で液状のエポキシ樹脂と（Ｂ）硬化剤については、その配合割合は、液状エポキシ樹脂組成物の全体量に対しての割合として、通常は、
（Ａ）：５０〜９０質量％
（Ｂ）：５〜３０質量％
の範囲内とすることが好ましい。この範囲を外れる場合には、フリップチップ接続部の補強や樹脂クラック発生の抑制の効果を向上させることが難しくなりかねない。

また、本発明では（Ｃ）無機充填材を配合するが、この（Ｃ）無機充填材としては、少くともタルクを含むことを必須としている。タルクは、含水珪酸マグネシウムを主成分とする鉱石であって、その粉粒体は充填材として各種の分野で広く使用されているものである。本発明の液状エポキシ樹脂組成物においては、このタルクの配合を必須としている。

本発明の液状エポキシ樹脂組成物の全体量に対してのこのタルクの配合は、０．５〜１０質量％の範囲内になるものとする。より好ましくは３〜７質量％の範囲内である。０．５質量％未満の場合には、補強の機能は十分に得られない。一方、１０質量％を超える場合には硬化後の樹脂がもろくなり、クラックが発生しやすくなる。

また、配合するタルクの平均粒子径は０．５〜２５μｍの範囲内であることが好ましい。より望ましくは、３〜２０μｍの範囲内である。前記のとおりの配合割合にもよるが、一般的に、０．５μｍ未満の場合には補強機能の向上を図ることが必ずしも容易でなく、２５μｍを超える場合には樹脂クラックの発生を抑えることが必ずしも容易ではない。

なお、（Ｃ）無機充填材成分としては、以上のとおりタルクの使用を必須としつつ、本発明の目的、効果を阻害しない限り、耐熱性などの他性能の向上を図ること等のために、他種のものを併用してもよい。この場合の無機充填材としては、特に制限なく適宜のものを用いる事ができ、その具体例としては、溶融シリカ、結晶シリカ、微粉シリカ、アルミナ、窒化珪素、マグネシアなどが挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用して用いてもよい。これらの無機充填材の平均粒子径については、一般的に、前記のタルクの場合と同様に０．５〜２５μｍの範囲内にあることが考慮される。

また、本発明では、必要に応じて硬化促進剤を配合使用してもよい。

硬化促進剤としては、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール系硬化促進剤、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリメチルホスフィン等の有機ホスフィン系硬化促進剤、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン７、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミン等の３級アミン系硬化促進剤等を用いることができる。これらは１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用して用いてもよい。

本発明においてはこれら硬化促進剤の配合割合については液状エポキシ樹脂全体量に対して１０質量％以下とし、（Ｂ）硬化剤成分に対し、１／３〜２／３程度の割合とすることが好ましい。

本発明の液状エポキシ樹脂組成物については従来公知の方法をはじめとして、様々な方法、手段で調整することができる。

たとえば、常温で液状のエポキシ樹脂、硬化剤、およびその他の所要の添加剤を同時または別々に配合し、必要に応じて熱処理や冷却処理を行いながら、攪拌、溶解、混合、分散を行う。ついでこの混合物に無機充填材を加え、必要に応じて加熱処理や冷却処理を行いながら、再度、攪拌、混合を行うことにより、本発明の樹脂組成物を得ることができる。

また、フリップチップのアンダーフィルとしての使用についてはこれまでと同様にして行うことができる。これによって本発明の半導体装置が実現されることになる。

本発明の液状エポキシ樹脂の硬化物は、その弾性率が０．１ＧＰａ以上であることが好ましい。０．１ＧＰａ未満では補強機能が十分に得られにくいからである。

そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん、以下の例によって本発明が限定されることはない。

表１には、配合成分とその配合割合（質量％）とを示した。この表１における配合成分は次のものを示している。

・ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
東都化成ＹＤ８１２５（エポキシ当量１７０）
・硬化剤
味の素ＰＮ−Ｈ（エポキシアダクト・アミン系）
・無機充填材：タルク
日本タルクＬ−１（平均粒子径０．５μｍ、５μｍ、２５μｍ）
＜実施例１〜５＞
＜比較例１〜３＞
表１に示した配合割合で各成分を混合、攪拌して、液状エポキシ樹脂組成物を調製した。得られた液状エポキシ樹脂組成物について、以下のとおりの試験を行った。
＜落下衝撃試験＞
半導体（チップ）として（チップサイズ０．７５ｍｍ厚、１４ｍｍ角）を用い、回路基板として、ＦＲ−４の回路基板を用いた。半導体チップを回路基板に実装した後、樹脂組成物を半導体チップと回路基板との隙間に注入充填し、１２０℃、１時間で硬化させることにより半導体装置を製造した。

硬化後の半導体装置について落球による半導体装置の動作測定を行った。

導通不良までのＮＧ回数を評価した。その結果も表１に示した。ＮＧ回数が２５未満の場合には半導体装置は実用性のないものと評価される。

また、表１には、硬化後の樹脂組成物の弾性率の測定結果も示した。

＜評価結果＞
表１に示した実施例１〜５、並びに比較例１〜３の落下衝撃試験の結果より明らかなように、本発明の実施例によればＮＧ回数はいずれも３０以上であり、特に実施例２においては７０にもおよび、比較例に比して半導体パッケージの補強と耐樹脂クラック性能の向上とが両立して図られることがわかる。なお、実施例の硬化物の弾性率はいずれも０．１ＧＰａ以上であった。

Claims (4)

1. （Ａ）常温で液状のエポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、並びに（Ｃ）無機充填材を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、（Ａ）常温で液状のエポキシ樹脂の配合量が７５〜９０質量％の範囲内であり、（Ｃ）無機充填材がタルクの単体であり、そのタルクの配合量が組成物全体量に対して０．５〜１０質量％の範囲内であることを特徴とする液状エポキシ樹脂組成物。
2. タルクの平均粒子径は０．５〜２５μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の液状エポキシ樹脂組成物。
3. 請求項１または２に記載の液状エポキシ樹脂組成物の硬化物によってフリップチップ接続部が補強されていることを特徴とする半導体装置。
4. 硬化物の弾性率が０．１ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。