(57)【要約】      （修正有）【課題】ブリードの染み出しを十分に抑制することができる封止樹脂材料を提供する。【解決手段】粒径が２００ｎｍ以上１０μｍ未満の粒子から構成される第１フィラー１４ａと、粒径が７ｎｍ以上２００ｎｍ未満の粒子から構成される第２フィラー１４ｂと、粒径が０．５ｎｍ以上７ｎｍ未満の粒子から構成される第３フィラー１４ｃと、熱硬化性樹脂と、硬化剤１２ｂと、を有する封止樹脂材料１０。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径が２００ｎｍ以上１０μｍ未満の粒子から構成される第１フィラーと、
粒径が７ｎｍ以上２００ｎｍ未満の粒子から構成される第２フィラーと、
粒径が０．５ｎｍ以上７ｎｍ未満の粒子から構成される第３フィラーと、
熱硬化性樹脂と、
硬化剤と、
を有することを特徴とする封止樹脂材料。
【請求項２】
前記第１フィラー、前記第２フィラー、及び前記第３フィラーを含むフィラーの粒径分布は、２００ｎｍ以上１０μｍ未満の領域Ａ、７ｎｍ以上２００ｎｍ未満の領域Ｂ、及び０．５ｎｍ以上７ｎｍ未満の領域Ｃのうち、前記領域Ｃにピークを有することを特徴とする請求項１に記載の封止樹脂材料。
【請求項３】
前記フィラーの粒径分布は、前記領域Ａ、前記領域Ｂ、及び前記領域Ｃのうち、前記領域Ａ又は前記領域Ｂのどちらか一方及び前記領域Ｃにピークを有することを特徴とする請求項２に記載の封止樹脂材料。
【請求項４】
前記フィラーの粒径分布は、前記領域Ａ、前記領域Ｂ、及び前記領域Ｃのそれぞれにピークを有することを特徴とする請求項２に記載の封止樹脂材料。
【請求項５】
前記第１フィラー、前記第２フィラー、及び前記第３フィラーを含むフィラーの粒径分布は、０．５ｎｍ以上１０μｍ未満の領域に３つ以上のピークを有することを特徴とする請求項１に記載の封止樹脂材料。
【請求項６】
前記フィラーの粒径分布は、０．５ｎｍ以上１０μｍ未満の領域に３つ以上のピークを有し、かつ０．５ｎｍ以上２００ｎｍ未満の領域に２つ以上のピークを有することを特徴とする請求項５に記載の封止樹脂材料。
【請求項７】
前記第１フィラー、前記第２フィラー、及び前記第３フィラーを含むフィラーの粒径分布は、粒径が０．５ｎｍ以上６．９ｎｍ未満のフィラーの含有率が、体積基準で、粒径が６．９ｎｍ以上７．１ｎｍ未満のフィラーの含有率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の封止樹脂材料。
【請求項８】
前記第２フィラーに対する前記第３フィラーの体積比が０．０００１以上０．３以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の封止樹脂材料。
【請求項９】
前記第２フィラーに対する前記第３フィラーの体積比が０．０３以上０．２以下であることを特徴とする請求項８に記載の封止樹脂材料。
【請求項１０】
前記第２フィラーに対する前記第３フィラーの体積比が０．０５以上０．１５以下であることを特徴とする請求項９に記載の封止樹脂材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、封止樹脂材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の高性能化、小型化、軽量化の実現のため、半導体パッケージにおいては、半導体素子の高集積化及び高密度化が求められている。これに伴い、半導体素子の実装方法としては、高密度配線に有利なフリップチップ実装が広く採用されている。
【０００３】
フリップチップ実装において接合される配線基板と半導体素子は、熱膨張率に差があるため、接合面の温度変化により熱変形が生じ易い。熱変形に伴い生じる応力は、接合部である導電性部材に集中し易く、場合によっては部材の破断を招く恐れがある。破断の防止や物理的衝撃の緩和のためには、熱硬化性の封止樹脂材料を配線基板及び半導体素子の間の隙間に充填して硬化させる方法が用いられている。この方法であれば、封止樹脂材料により、導電性部材を粉塵や湿気、空気酸化から防ぎ、機器の信頼性を向上させる効果も得られる。
【０００４】
封止樹脂材料を配線基板及び半導体素子の間の隙間に充填させる一般的な方法として、Ｃａｐｉｌｌａｒｙ  Ｕｎｄｅｒ  Ｆｉｌｌ工法（以下、「ＣＵＦ工法」と略すことがある。）が知られている。ＣＵＦ工法では、封止樹脂材料を半導体素子の端部付近の配線基板の表面に滴下し、毛細管現象を利用して、配線基板及び半導体素子の間の隙間に封止樹脂材料を浸透させることにより充填する。
【０００５】
封止樹脂材料に求められる性能としては、硬化後の耐湿性、耐剥離性、耐クラック性等が挙げられる。また、毛細管現象を利用した充填では、気泡の発生防止、充填時間の短縮、過度な展延の防止が主な課題となっている。特に、ここで述べた展延とは、封止すべき箇所である配線基板及び半導体素子の間の隙間の外周側の領域にまで封止樹脂材料が広がる問題であり、これは半導体パッケージにおいて部品間のピッチ間隔の狭小化を実現するにあたり技術障壁となっている。
【０００６】
封止樹脂材料は、主に、エポキシ樹脂や硬化剤等の樹脂成分とシリカ等から形成されたフィラーとから構成されている。上記の展延は、樹脂成分及びフィラーが混合状態で半導体素子の端から外周側にはみ出すフィレットと、樹脂成分がフィレットの外周からさらに外周側に染み出すブリードと、に大別される。ブリードの染み出しの抑制に対しては、配線基板への対策の他、封止樹脂材料への対策が講じられている。
【０００７】
配線基板への対策としては、例えば、特許文献１及び２に記載された方法が施されている。具体的には、特許文献１には、実装される半導体素子の四隅近傍における配線基板の表面に、充填される封止樹脂材料を堰き止めるためのブロック状の部材を配置形成する工程を備える半導体パッケージの製造方法が記載されている。また、特許文献２には、多層配線基板に半導体素子をフリップチップ実装する工程と、多層配線基板の表面絶縁層に対して表面活性処理を施す工程と、表面絶縁層の半導体素子が実装される部位より外周側の所定領域と半導体素子上の所定領域に対して表面不活性処理を施す工程と、半導体素子と多層配線基板の間隙に樹脂を充填する工程と、を備える半導体パッケージの製造方法が記載されている。
【０００８】
一方、封止樹脂材料への対策としては、エポキシ樹脂や硬化剤等の樹脂成分又はフィラーの種類や量を調整する手段が知られている。例えば、特許文献３には、ブリードとして外周側へ染み出す樹脂成分を堰き止めるという着想に基づいて、フィラーとして２種類のシリカフィラーを用いた樹脂材料が記載されている。また、特許文献４には、樹脂材料を硬化させるときに生じるブリードを抑制可能な樹脂材料が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１３−６２４７２号公報
【特許文献２】特開２０１４−４９５３３号公報
【特許文献３】特開２０１５−１０５３０４号公報
【特許文献４】特許第４９６９０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の特許文献１及び２に記載されているような配線基板への対策は、半導体パッケージの製造プロセスを複雑にするため、時間的・金銭的な製造コストが大きくなり易い。
【００１１】
一方、上記の封止樹脂材料への対策のうち、特許文献３に記載された樹脂材料では、フィラーによる堰き止め効果が発揮される前の段階で先行的に樹脂成分がブリードとして染み出すことを抑制することは困難であった。また、特許文献４に記載された樹脂材料では、硬化時に樹脂成分がブリードとして染み出すことを抑制することはできるものの、硬化前において樹脂材料が毛細管現象で流動している最中に樹脂成分がブリードとして染み出すことを抑制することは困難であった。このため、ブリードの染み出しの抑制は、不十分であった。
【００１２】
本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、ブリードの染み出しを十分に抑制することができる封止樹脂材料を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の封止樹脂材料は、粒径が２００ｎｍ以上１０μｍ未満の粒子から構成される第１フィラーと、粒径が７ｎｍ以上２００ｎｍ未満の粒子から構成される第２フィラーと、粒径が０．５ｎｍ以上７ｎｍ未満の粒子から構成される第３フィラーと、熱硬化性樹脂と、硬化剤と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ブリードの染み出しを十分に抑制することができる。
上記した以外の課題、構成、及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ＣＵＦ工法により封止樹脂材料を半導体パッケージの配線基板及び半導体素子の間の隙間に充填する方法の一例を示す概略工程断面図（充填途中概略図）である。
【図２】ＣＵＦ工法により封止樹脂材料を半導体パッケージの配線基板及び半導体素子の間の隙間に充填する方法の一例を示す概略工程断面図（充填後概略図）である。
【図３】従来の封止樹脂材料の一例を配線基板及び半導体素子の間の隙間に充填した場合における図２に示される領域Ｘの拡大図である。
【図４】図３に示される領域Ｙの拡大図である。
【図５】本発明の封止樹脂材料の一例を配線基板及び半導体素子の間の隙間に充填した場合における図２に示される領域Ｘの拡大図である。
【図６】図５に示される領域Ｙの拡大図である。
【図７】従来の封止樹脂材料におけるフィラーの粒径分布の一例を示すグラフである。
【図８】本発明の封止樹脂材料におけるフィラーの粒径分布の例を示すグラフである。
【図９】実施例１及び実施例２の計算モデルのシミュレーションにおける初期状態を示す概略断面図である。
【図１０】実施例１及び実施例２の計算モデルのシミュレーションにおける最終状態を示す概略断面図である。
【図１１】実施例１、実施例２、及び比較例の計算モデルのシミュレーションにおけるブリードに対応する部分の濡れ広がり長さＬＢＳ及び仮想のブリードに対応する部分の濡れ広がり長さＬＢＳ´を示すグラフである。
【図１２】実施例１の計算モデルのシミュレーションにおける樹脂分子、第２フィラーの構成粒子、及び第３フィラーの構成粒子の単位時間あたりの移動量の時間変化を平均二乗変位で示すグラフである。
【図１３】実施例１、実施例２、及び比較例の計算モデルのシミュレーションにおける樹脂分子の単位時間あたりの移動量の時間変化を平均二乗変位で示すグラフである。
【図１４】実施例１、実施例２、及び比較例の計算モデルのシミュレーションにおける充填完了までのシミュレーションステップ数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の封止樹脂材料の実施形態について説明する。具体的には、本発明の封止樹脂材料の実施形態の前提として、ＣＵＦ工法による封止樹脂材料の充填方法及び従来の封止樹脂材料について説明した後に、本発明の封止樹脂材料の実施形態について説明する。
【００１７】
なお、本発明の封止樹脂材料、該封止樹脂材料が有するフィラー及び樹脂成分、該封止樹脂材料が用いられる半導体パッケージの半導体素子及び配線基板、これらの電極を接合する接合材料、ディスペンサ、並びに従来及び本発明の封止樹脂材料が用いられる場合に形成されるフィレット及びブリードの材質、配置、寸法、形状、及び形成時の充填方法や充填手順等は、以下に説明される本発明の実施形態に限定されるものではない。
【００１８】
（ＣＵＦ工法による封止樹脂材料の充填方法）
図１及び図２は、ＣＵＦ工法により封止樹脂材料を半導体パッケージの配線基板及び半導体素子の間の隙間に充填する方法の一例を示す概略工程断面図である。図１及び図２に示される充填方法は、従来及び本発明の両方の封止樹脂材料の充填に同様に用いられる。
【００１９】
この充填方法を用いて封止樹脂材料が充填される半導体パッケージ１００は、図１に示されるように、配線基板１１０と配線基板１１０に対向して設けられた半導体素子１２０とを備え、配線基板１１０の表面１１０ｆに設けられた基板電極１１２と、半導体素子１２０の表面１２０ｆに設けられた素子電極１２２とが、接合材料１３０によって電気的に接続されている。
【００２０】
配線基板１１０及び半導体素子１２０は熱膨張率に差があるため、接合面の温度変化により熱変形が起こり易い。配線基板１１０及び半導体素子１２０は、基板電極１１２及び素子電極１２２並びに接合材料１３０を含む導電性部材１５０を介して接合されているが、熱変形により生じる接合面近傍の応力が、接合部である導電性部材１５０に集中し易いので、破断を招く恐れがある。このような破断の防止や半導体パッケージ１００への物理的衝撃の緩和のため、熱硬化性の封止樹脂材料１０（２０）を配線基板１１０及び半導体素子１２０の間の隙間１１５に充填して硬化させる方法が用いられている。封止樹脂材料１０（２０）によれば、導電性部材１５０を粉塵や空気酸化から防いで機器の信頼性を向上させる効果も得られる。
【００２１】
封止樹脂材料１０（２０）を配線基板１１０及び半導体素子１２０の間の隙間１１５に充填させる代表的な方法として、ＣＵＦ工法が知られている。一般的なＣＵＦ工法においては、図１に示されるように、ディスペンサ２００を用いて、封止樹脂材料１０（２０）を半導体素子１２０の端１２０ｅ付近の配線基板１１０の表面１１０ｆに滴下し、毛細管現象を利用して、配線基板１１０及び半導体素子１２０の間の隙間１１５に封止樹脂材料１０（２０）を浸透させることにより充填する。
【００２２】
この結果、図２に示されるように、封止樹脂材料１０（２０）は、導電性部材１５０の周囲の領域を含め、配線基板１１０及び半導体素子１２０の間の隙間１１５に充填される。そして、封止樹脂材料１０（２０）を充填した後に、熱処理等の硬化処理を施して封止樹脂材料１０（２０）を硬化させることで封止を完了させることにより、半導体パッケージ１００を製造する。
【００２３】
（従来の封止樹脂材料）
ここで、従来の封止樹脂材料について、図に例示して説明する。
図３は、従来の封止樹脂材料の一例を配線基板及び半導体素子の間の隙間に充填した場合における図２に示される領域Ｘの拡大図であり、半導体素子の端部付近の領域を拡大した図である。図４は、図３に示される領域Ｙの拡大図である。
【００２４】
従来の封止樹脂材料２０は、図３に示されるように、樹脂成分１２とフィラー１４とを有するものである。樹脂成分１２は、エポキシ樹脂１２ａ及び硬化剤１２ｂから構成される。フィラー１４は、第１フィラー１４ａ及び第２フィラー１４ｂから構成される。第１フィラー１４ａは、粒径が２００ｎｍ以上１０μｍ未満の複数の球状シリカ粒子から構成され、第２フィラー１４ｂは、粒径が７ｎｍ以上２００ｎｍ未満の複数の球状シリカ粒子から構成される。
【００２５】
従来の封止樹脂材料２０を、上記の図１に示される半導体パッケージ１００の配線基板１１０及び半導体素子１２０の間の隙間１１５に充填する場合には、図３に示されるように、封止樹脂材料２０が、配線基板１１０の表面１１０ｆにおいて、半導体素子１２０の端１２０ｅから半導体パッケージ１００の外周側（以下、「外周側」と略すことがある。）に濡れ広がってはみ出す。このような封止樹脂材料２０のはみ出し部分２２は、半導体素子１２０の端１２０ｅから外周側に向かって稜線を描くように形成される。はみ出し部分２２は、図３及び図４に示されるように、樹脂成分１２及びフィラー１４が混合状態で半導体素子１２０の端１２０ｅから外周側はみ出すフィレット２２ｆと、樹脂成分１２のみがフィレット２２ｆの外周からさらに外周側に薄膜状に広がるように染み出すブリード２２ｂと、から構成される。
【００２６】
フィレット２２ｆ及びブリード２２ｂについては、境界の厳密性を求めない場合には、肉眼でのマクロ的な観察により、光の反射の程度の違いを基準に識別可能であるが、境界の厳密性を求める場合には、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）やＸＰＳ（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いたミクロ的な観察により、フィラーが含有されているか否かを基準に識別される。
【００２７】
図３及び図４において、はみ出し部分２２がはみ出した長さのうち、フィレット２２ｆの長さ（以下、「フィレット長」と略すことがある。）をＬＦで示し、ブリード２２ｂの長さ（以下、「ブリード長」と略すことがある。）をＬＢで示す。
【００２８】
ここで、従来及び本発明の封止樹脂材料を、例えば、図１及び図２に示されるような半導体パッケージの配線基板及び半導体素子の間の隙間に充填する場合に形成されるフィレット及びブリードにおいて、「フィレット長」とは、半導体素子の端から最も外周側に離れているフィラー（例えば、図４に示される第２フィラー１４ｂや下記の図６に示される第３フィラー１４ｃ等）の構成粒子の外周側の端までの長さを意味し、「ブリード長」とは、該フィラーの構成粒子の外周側の端からブリードの外周側の端までの長さを意味する。
【００２９】
はみ出し部分２２のうち、フィレット２２ｆについては、配線基板１１０及び半導体素子１２０の接合強度の確保等の理由から必要であるのに対し、ブリード２２ｂについては、半導体素子１２０に隣接する他の部品に干渉するために、部品間のピッチの狭小化を実現するにあたり技術障壁になるばかりではなく、半導体パッケージ１００の外観を悪くするおそれがある。
【００３０】
このため、上記の通り、封止樹脂材料２０に対して、樹脂成分１２又はフィラー１４の種類や量の調整といった対策を施すことにより、樹脂成分１２からなるブリード２２ｂがフィレット２２ｆの外周からさらに外周側に染み出すことを抑制することが試みられている。このような対策が施された樹脂材料として、例えば、特許文献３には、ブリードとして外周側へ染み出す樹脂成分を堰き止めるという着想に基づいて、フィラーとして２種類のシリカフィラーを用いた樹脂材料が記載されている。また、特許文献４には、樹脂材料を硬化させるときに生じるブリードを抑制可能な樹脂材料が記載されている。
【００３１】
しかしながら、特許文献３に記載された樹脂材料では、フィラーによる堰き止め効果が発揮される前の段階で先行的に樹脂成分がブリードとして染み出すことを抑制することは困難であった。また、特許文献４に記載された樹脂材料では、硬化時に樹脂成分がブリードとして染み出すことを抑制することはできるものの、硬化前において樹脂材料が毛細管現象で流動している最中に樹脂成分がブリードとして染み出すことを抑制することは困難であった。このため、ブリードの染み出しの抑制は、不十分であった。
【００３２】
（本発明の封止樹脂材料）
そこで、本発明者らは、上記のような実情を鑑み、封止樹脂材料に施すべき対策について検討を行った。その結果、封止樹脂材料を配線基板及び半導体素子の間の隙間に充填した場合に樹脂成分がブリードとして染み出すメカニズムが、樹脂成分を構成する樹脂分子及びフィラーの構成粒子の単位時間当たりの移動量と相関することを見出し、このような新しい知見に基づいて、本発明の封止樹脂材料を完成させた。
【００３３】
ここで、本発明において、「単位時間当たりの移動量」とは、樹脂成分を構成する樹脂分子１つ又はフィラーの構成粒子１つが単位時間に移動する距離をいう。以下、本発明者らの新しい知見の内容について具体的に説明する。
【００３４】
上記の通り、従来の封止樹脂材料２０を配線基板１１０及び半導体素子１２０の間の隙間１１５に充填した場合、ブリード２２ｂとして染み出す樹脂成分１２を構成する樹脂分子は、通常、一定の移動量で移動しているのに対し、フィラー１４を分子レベルで観察した際に粒子の移動量が最大となるフィラーは粒径が小さい粒子から構成される第２フィラー１４ｂであるが、第２フィラー１４ｂを構成する粒子及び樹脂成分１２を構成する樹脂分子の移動量を比較すると、樹脂分子の方が顕著に大きい。これは、封止樹脂材料２０が配線基板１１０の表面１１０ｆを濡れ広がる際に、樹脂成分１２を構成する樹脂分子の方が第２フィラー１４ｂを構成する粒子よりも顕著に速く拡散することにより、樹脂成分１２が、ブリード２２ｂとして、第２フィラー１４ｂを含有するフィレット２２ｆの外周からさらに外周側に染み出し易くなることを示している。
【００３５】
このことから、樹脂成分１２が、ブリード２２ｂとしてフィレット２２ｆの外周からさらに外周側に染み出すことを抑制するためには、以下の２つのアプローチが考えられる。
【００３６】
・アプローチ１
移動量がより大きく、樹脂成分を構成する樹脂分子への追従性が従来よりも高いフィラーをフィラーの１種類として新規に用いて、フィレットの外周側の端部により速くフィラーを配置することにより、樹脂成分がフィレットの外周からさらに外周側に染み出す場合に、より早い段階で樹脂成分がフィラーで堰き止められるようにする。
【００３７】
・アプローチ２
樹脂成分を構成する樹脂分子の移動量を低減する作用が得られるフィラーをフィラーの１種類として新規に用いて、樹脂成分がブリードとして染み出す速度を低減させる。
【００３８】
本発明者らは、鋭意検討を行うことにより、従来一般的に用いられていたフィラーに加えて、それよりも粒径が小さい粒子から構成される新規のフィラーを用いることにより、上記の２つのアプローチの双方からブリードの染み出しを抑制することができることを見出した。
【００３９】
ここで、本発明の封止樹脂材料について、図に例示して説明する。
図５は、本発明の封止樹脂材料の一例を配線基板及び半導体素子の間の隙間に充填した場合における図２に示される領域Ｘの拡大図であり、半導体素子の端部付近の領域を拡大した図である。また、図６は、図５に示される領域Ｙの拡大図である。
【００４０】
本発明の封止樹脂材料１０は、図５に示されるように、樹脂成分１２とフィラー１４とを有するものである。樹脂成分１２は、エポキシ樹脂１２ａ及び硬化剤１２ｂから構成される。フィラー１４は、第１フィラー１４ａ、第２フィラー１４ｂ、及び第３フィラー１４ｃから構成される。第１フィラー１４ａは、粒径が２００ｎｍ以上１０μｍ未満の複数の球状シリカ粒子から構成され、第２フィラー１４ｂは、粒径が７ｎｍ以上２００ｎｍ未満の複数の球状シリカ粒子から構成され、第３フィラー１４ｃは、粒径が０．５ｎｍ以上７ｎｍ未満の複数の球状シリカ粒子から構成される。
【００４１】
本発明の封止樹脂材料１０のフィラー１４には、上記の従来の封止樹脂材料２０のフィラー１４に用いられている第１フィラー１４ａ及び第２フィラー１４ｂに加えて、第３フィラー１４ｃが用いられている。第３フィラー１４ｃは、第１フィラー１４ａ及び第２フィラー１４ｂのうち粒径が小さい第２フィラー１４ｂよりも、さらに粒径が小さい。このため、第３フィラー１４ｃは、第２フィラー１４ｂと比較して、移動量がより大きく、樹脂成分１２を構成する樹脂分子への追従性がより高い。さらに、第３フィラー１４ｃをフィラー１４に用いることにより、樹脂成分１２を構成する樹脂分子の移動量を低減する作用が得られる。
【００４２】
したがって、本発明の封止樹脂材料１０を、配線基板１１０及び半導体素子１２０の間の隙間１１５に充填した場合において、図５及び図６に示されるように、封止樹脂材料２０が配線基板１１０の表面１１０ｆを濡れ広がる際には、上記の従来の封止樹脂材料２０と比較して、フィレット２２ｆの外周側の端部により速くフィラー１４が配置されることになる。このため、樹脂成分１２がフィレット２２ｆの外周からさらに外周側に染み出す場合に、より速い段階で樹脂成分１２がフィラー１４で堰き止められるようになる。さらに、上記の樹脂分子の移動量を低減する作用により、樹脂成分１２がブリード２２ｂとして染み出す速度が低減する。これにより、ブリード長ＬＢを従来の封止樹脂材料２０を用いた場合と比較して顕著に短くすることができる。よって、本発明によれば、ブリードの染み出しを十分に抑制することができる。
【００４３】
なお、図６において、ブリード長ＬＢは、第３フィラー１４ｃの構成粒子の外周側の端からブリードの外周側の端までの長さであるが、第３フィラー１４ｃを樹脂成分１２と同等とみなした場合の仮想のブリードを想定した場合には、仮想のブリードの長さは、図６に示されるように、半導体素子１２０の端から最も外周側に離れている第２フィラー１４ｂの構成粒子の外周側の端から樹脂成分１２の外周側の端までの長さＬＢ´で示される。本発明によれば、仮想のブリードの長さＬＢ´を短くする効果も得られる。
【００４４】
さらに、本発明によれば、従来用いられているフィラーよりもさらに粒径が小さい第３フィラーを封止樹脂材料に用いることにより、毛細管現象を利用して封止樹脂材料を充填する場合の課題である充填時間の短縮を実現することができる。すなわち、本発明によれば、ブリードの染み出しの抑制及び充填時間の短縮を両立することができる。
【００４５】
以下、本発明の封止樹脂材料の各構成について詳細に説明する。
【００４６】
１．フィラー
本発明の封止樹脂材料は、フィラーとして、第１フィラーと、第２フィラーと、第３フィラーと、を有する。以下、各フィラーについて説明する。
【００４７】
（１）第３フィラー
第３フィラーは、粒径が０．５ｎｍ以上７ｎｍ未満の粒子から構成されるものである。
【００４８】
第３フィラーの構成粒子の形状としては、例えば、球状であるが、真球状に限定されるものではない。球状の構成粒子としては、長径に対する短径の比率（以下、「真球度」と略すことがある。）が、例えば、特開２０１５−２１８２２９号公報に記載されているように０．８以上のものが挙げられるが、真球度が１．０により近いものが好ましい。
【００４９】
本発明において、第３フィラーの構成粒子の粒径とは、該構成粒子の長径及び短径の平均値を意味する。また、第３フィラーの構成粒子の長径及び短径の測定方法としては、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて観察することにより測定する方法等が挙げられる。
【００５０】
第３フィラーの構成粒子の粒径としては、中でも１．５ｎｍ以上６ｎｍ未満、特に２．５ｎｍ以上５ｎｍ未満が好ましい。構成粒子の粒径が、これらの下限以上であることにより、ブリードの染み出しを効果的に抑制できるからであり、これらの上限以下であることにより、ブリードの染み出しを効果的に抑制できるからである。
【００５１】
第３フィラーの構成粒子の材料としては、封止樹脂材料の流動性や熱伝導性や機械的特性を確保する機能等のフィラーに求められる機能を発揮することができれば特に限定されるものではなく、無機材料でも有機材料でもよいが、主に、無機材料が用いられる。該無機材料としては、例えば、シリカ、アルミナに代表される酸化物、窒化物、金属等が挙げられ、中でもシリカが好ましい。さらに、第３フィラーの構成粒子は、これらの材料が各種のカップリング剤等で被覆されたものでもよい。
【００５２】
（２）第２フィラー
第２フィラーは、粒径が７ｎｍ以上２００ｎｍ未満の粒子から構成されるものである。
【００５３】
第２フィラーの構成粒子の形状及び材料については、第３フィラーと同様であるために、ここでの説明は省略する。
【００５４】
本発明において、第２フィラーの構成粒子の粒径とは、該構成粒子の長径及び短径の平均値を意味する。また、第２フィラーの構成粒子の長径及び短径の測定方法は、第３フィラーの構成粒子の長径及び短径の測定方法と同様であるために、ここでの説明は省略する。
【００５５】
第２フィラーの構成粒子の粒径としては、中でも７ｎｍ以上１００ｎｍ未満、特に１０ｎｍ以上５０ｎｍ未満が好ましい。構成粒子の粒径が、これらの下限以上であることにより、ブリードの染み出しを効果的に抑制できるからであり、これらの上限以下であることにより、ブリードの染み出しを効果的に抑制できるからである。
【００５６】
（３）第１フィラー
第１フィラーは、粒径が２００ｎｍ以上１０μｍ未満の粒子から構成されるものである。
【００５７】
第１フィラーの構成粒子の形状及び材料については、第３フィラーと同様であるために、ここでの説明は省略する。
【００５８】
本発明において、第１フィラーの構成粒子の粒径とは、該構成粒子の長径及び短径の平均値を意味する。また、第１フィラーの構成粒子の長径及び短径の測定方法は、第３フィラーの構成粒子の長径及び短径の測定方法と同様であるために、ここでの説明は省略する。
【００５９】
第１フィラーの構成粒子の粒径としては、中でも３００ｎｍ以上５μｍ未満、特に４００ｎｍ以上２μｍ未満が好ましい。構成粒子の粒径が、これらの下限以上であることにより、封止樹脂材料の充填時間短縮、熱伝導率の向上などの機能が実現でき、また封止樹脂材料をより安価に製造できるからであり、これらの上限以下であることにより、配線基板及び半導体素子の間が数十μｍ以下の微細な隙間であっても封止樹脂材料が円滑に充填できるからである。
【００６０】
（４）封止樹脂材料に対するフィラーの質量比
封止樹脂材料の全体に対する第１フィラー、第２フィラー、及び第３フィラーの合計の質量比としては、フィラーが封止樹脂材料の流動性や熱伝導性や機械的特性を確保する機能等を発揮できれば特に限定されないが、例えば、フィラーをシリカとする場合、４０質量％〜８５質量％であることが好ましく、中でも４５質量％〜７５質量％、特に５０質量％〜７０質量％であることが好ましい。フィラーの質量比がこれらの下限以上であることにより、封止樹脂材料の熱伝導性や機械的特性を確保する機能等を効果的に発揮できるからであり、フィラーの質量比がこれらの上限以下であることにより、フィラーが封止樹脂材料の流動性を確保する機能等を効果的に発揮できるからである。
【００６１】
（５）各フィラーの体積比
第２フィラーに対する第３フィラーの体積比としては、ブリードの染み出しを十分に抑制することができ、かつ封止樹脂材料の流動性や熱伝導性や機械的特性を確保することができれば特に限定されないが、０．０００１以上０．３以下であることが好ましく、中でも０．０３以上０．２以下、特に０．０５以上０．１５以下であることが好ましい。第２フィラーに対する第３フィラーの体積比が、これらの下限以上であることにより、ブリードの染み出しを効果的に抑制することができる上、封止樹脂材料の流動性を効果的に向上させて、充填時間を短縮することができるからである。第２フィラーに対する第３フィラーの体積比がこれらの上限以下であることにより、封止樹脂材料の流動性を効果的に向上させて、充填時間を短縮することができるからである。
【００６２】
第１フィラーに対する第２フィラーの体積比としては、封止樹脂材料の流動性や熱伝導性や機械的特性を確保することができれば特に限定されないが、０．０００１以上０．３以下であることが好ましく、中でも０．００１以上０．２以下、特に０．０１以上０．１以下であることが好ましい。第１フィラーに対する第２フィラーの体積比が、これらの下限以上であることにより、封止樹脂材料の流動性を効果的に向上させることができるからである。第１フィラーに対する第２フィラーの体積比がこれらの上限以下であることにより、封止樹脂材料の流動性を効果的に向上させつつ、フィラーの製造コストを抑えることができるからである。
【００６３】
なお、上記の特許文献４には、樹脂材料を硬化させるときに生じるブリードを抑制可能な樹脂組成物に、酸化物からなる粒子を３質量％〜６０質量％用いることが記載されている。また、酸化物からなる粒子の内訳として、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ未満のものを５０体積〜８０体積％、１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満のものを５０体積〜２０体積％用いることが記載されているが、本発明は特許文献４と異なり、１００ｎｍ以上のフィラーになり得る第１フィラー及び第２フィラーを用いる。１００ｎｍ以上のフィラーは、封止樹脂材料の流動性を確保する目的、封止樹脂材料の熱伝導性を確保する目的、平均粒径の大きく安価なフィラーを用いて製造コストを抑える目的等のため必要である。特許文献４は、樹脂組成物が硬化するときにブリード抑制効果を発揮するものであるのに対し、本発明は、硬化前の封止樹脂材料の流動中においてブリード抑制効果を発揮する点で特許文献４と異なる。
【００６４】
（６）フィラーの粒径分布
続いて、本発明の樹脂材料における第１フィラー、第２フィラー、及び第３フィラーを含むフィラーの粒径分布について説明する。以下において、フィラーの粒径分布における粒径の領域うち、２００ｎｍ以上１０μｍ未満の粒径の領域、７ｎｍ以上２００ｎｍ未満の粒径の領域、及び０．５ｎｍ以上７ｎｍ未満の粒径の領域を、それぞれ領域Ａ、領域Ｂ、及び領域Ｃと省略して記載する。
【００６５】
本発明の樹脂材料におけるフィラーの粒径分布（以下、「本発明の粒径分布」と略すことがある。）について説明するにあたり、まず、従来の封止樹脂材料におけるフィラーの粒径分布（以下、「従来の粒径分布」と略すことがある。）について説明する。ここで、図７は、従来の封止樹脂材料におけるフィラーの粒径分布の一例を示すグラフであり、横軸が粒径［ｎｍ］を示しており、縦軸が粒子の含有率［体積％］を示している。
【００６６】
図７に示される従来の粒径分布は、領域Ｃの全ての箇所において粒子の含有率が０体積％となっており、領域Ａ及び領域Ｂにそれぞれ１つのピークを有している。なお、従来の粒径分布としては、このような粒径分布に限定されるものではなく、例えば、上記の領域Ａ及び領域Ｂに合計で一つのピークを有するもの等も挙げられる。
【００６７】
これに対し、図８（ａ）〜図８（ｃ）は、それぞれ、本発明の封止樹脂材料におけるフィラーの粒径分布の一例を示すグラフであり、横軸が粒径［ｎｍ］を示しており、縦軸が粒子の含有率［体積％］を示している。
【００６８】
図８（ａ）に示される本発明の粒径分布は、領域Ａ、領域Ｂ、及び領域Ｃにそれぞれ１つのピークを有している。図８（ｂ）に示される本発明の粒径分布は、領域Ａに１つのピークを有しており、領域Ｂに２つのピークを有しているものの、領域Ｃにピークを有していない。図８（ｃ）に示される本発明の粒径分布は、領域Ａ及び領域Ｂにそれぞれ１つのピークを有しているものの、領域Ｃにピークを有していない。
【００６９】
本発明の粒径分布としては、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示されるように、領域Ｃのいずれかの箇所の含有率が０体積％よりも大きくなるものであれば特に限定されるものではなく、図８（ａ）に示されるように、領域Ａ、領域Ｂ、及び領域Ｃのうち、領域Ｃにピークを有するものでもよいし、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示されるように、領域Ｃにピークを有しないものでもよいが、領域Ｃにピークを有するものが好ましい。中でも領域Ａ又は領域Ｂのどちらか一方及び領域Ｃにピークを有するものが好ましく、特に領域Ａ、領域Ｂ、及び領域Ｃにそれぞれピークを有するものが好ましい。この理由は、ブリードの染み出しを効果的に抑制することができるからである。
【００７０】
また、本発明の粒径分布としては、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示されるように、領域Ａ、領域Ｂ、及び領域Ｃを含む０．５ｎｍ以上１０μｍ未満の領域に３つ以上のピークを有するものでもよいし、図８（ｃ）に示されるように、該０．５ｎｍ以上１０μｍ未満の領域に２つ以下のピークを有するものでもよいが、該０．５ｎｍ以上１０μｍ未満の領域に３つ以上のピークを有するものが好ましい。中でも領域Ｂ及び領域Ｃを含む０．５ｎｍ以上２００ｎｍ未満の領域に２つ以上のピークを有するものが好ましく、特に領域Ｂ及び領域Ｃにそれぞれ１つ以上のピークを有するものが好ましい。この理由は、ブリードの染み出しを効果的に抑制することができるからである。
【００７１】
なお、領域Ａにピークを有する粒径分布としては、中でも３００ｎｍ以上５μｍ未満の粒径の領域、特に４００ｎｍ以上２μｍ未満の粒径の領域にピークを有するものが好ましい。これらの下限以上であることにより、封止樹脂材料の充填時間短縮、熱伝導率の向上などの機能が実現でき、また封止樹脂材料をより安価に製造できるからであり、これらの上限以下であることにより、配線基板及び半導体素子の間が数十μｍ以下の微細な隙間であっても封止樹脂材料が円滑に充填できるからである。また、領域Ｂにピークを有する粒径分布としては、中でも７ｎｍ以上１００ｎｍ未満の粒径の領域、特に１０ｎｍ以上５０ｎｍ未満の粒径の領域にピークを有するものが好ましい。この理由は、ブリードの染み出しを効果的に抑制できるからである。さらに、領域Ｃにピークを有する粒径分布としては、中でも１．５ｎｍ以上６ｎｍ未満の粒径の領域、特に２．５ｎｍ以上５ｎｍ未満の粒径の領域にピークを有するものが好ましい。この理由は、ブリードの染み出しを効果的に抑制できるからである。
【００７２】
さらに、本発明の粒径分布としては、体積基準で、領域Ｂ及び領域Ｃの閾値である７ｎｍ近傍の粒径を有するフィラーの含有率よりも該７ｎｍ近傍より小さい粒径を有するフィラーの含有率が多いものが好ましい。具体的には、粒径が０．５ｎｍ以上６．９ｎｍ未満のフィラーの含有率が、体積基準で、粒径が６．９ｎｍ以上７．１ｎｍ未満のフィラーの含有率よりも大きいものが好ましく、中でも粒径が０．５ｎｍ以上６．９ｎｍ未満のフィラーの含有率が、体積基準で、粒径が６．９ｎｍ以上７．１ｎｍ未満のフィラーの含有率の２倍よりも大きいものが好ましい。
【００７３】
なお、フィラーの粒径分布の測定方法としては、ＳＥＭ画像を用いた測定方法等が挙げられる。
【００７４】
（７）フィラーの粒径分布の制御方法
本発明の粒径分布は、例えば、異なる平均粒径を有する２種類以上のフィラーを混合することにより、混合物の粒径分布として制御することができる。例えば、平均粒径がｄｘのフィラーＸ及び平均粒径がｄｙ（ｄｘ＞ｄｙ）のフィラーＹの２種類のフィラーを混合する場合には、フィラーＸ及びフィラーＹがそれぞれ粒径分布を有するために、混合物の粒径分布を、例えば、フィラーＸの粒径分布のピーク及びフィラーＹの粒径分布のピークと同様の値にピークを有し、ｄｘよりも大きい粒径の粒子、ｄｘより小さくｄｙより大きい粒径の粒子、及びｄｙより小さい粒径の粒子のいずれもが存在するものに制御することができる。
【００７５】
また、異なる平均粒径を有する２種類以上のフィラーを混合する場合に、混合物の粒径分布を意図した分布となるように制御するためには、例えば、上記のフィラーＸ及びフィラーＹのそれぞれに対して、混合前に所定範囲以外の粒径の粒子を取り除く処理等を実施することができる。このような処理としては、例えば、所定値より大きい粒径の粒子を取り除くトップカット等が知られている。このため、例えば、フィラーＸ及びフィラーＹの平均粒径及び混合比の選択やトップカットの処理等を実施することにより、フィラーＸ及びフィラーＹの混合物から、フィラーＸの粒径分布のピーク及びフィラーＹの粒径分布のピークを消滅させることも可能である。すなわち、２種類以上のフィラーの平均粒径及び混合比の選択やトップカットの処理等を実施することにより、本発明の粒径分布の制御を行うことができる。
【００７６】
例えば、図８（ａ）に示される本発明の粒径分布は、例えば、２００ｎｍ以上１０μｍ未満の平均粒径を有するフィラー、７ｎｍ以上２００ｎｍ未満の平均粒径を有するフィラー、及び０．５ｎｍ以上７ｎｍ未満の平均粒径を有するフィラーを混合し、これらのフィラーの混合比の選択やトップカットの処理等を実施して制御することにより得られる。図８（ｂ）や図８（ｃ）に示される本発明の粒径分布は、例えば、２００ｎｍ以上１０μｍ未満の平均粒径を有するフィラー及び７ｎｍ以上２００ｎｍ未満の異なる平均粒径を有する２種類のフィラーを混合し、これらのフィラーの混合比の選択やトップカットの処理等を実施して制御することにより得られる。
【００７７】
２．樹脂成分
本発明の封止樹脂材料は、樹脂成分として、熱硬化性樹脂と硬化剤とを有する。
【００７８】
（１）熱硬化性樹脂
熱硬化性樹脂としては、封止樹脂材料に用いることができれば特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられるが、中でもエポキシ樹脂等が好ましい。従来から封止樹脂材料に広く用いられており、信頼性が高いからである。エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノール型、ノボラック型、グリシジルエーテル型、グリシジルアミン型、ナフタレン型、ビフェニル型、脂環式エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、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。
【００７９】
（２）硬化剤
硬化剤としては、封止樹脂材料に用いることができれば特に限定されるものではないが、例えば、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、フェノール系硬化剤等が挙げられる。これらの硬化剤は、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。
【００８０】
硬化剤の配合割合としては、特に限定されるものではないが、熱硬化性樹脂と同様、封止樹脂材料の滴下や充填の効率性や硬化後の封止樹脂材料の機械的特性の確保等の観点から、熱硬化性樹脂に対する硬化剤の当量比が０．６〜１．６であるものが好ましく、中でも０．７〜１．４、特に０．８５〜１．１であるものが好ましい。
【００８１】
（３）その他
本発明の封止樹脂材料は、樹脂成分として、熱硬化性樹脂及び硬化剤の他に添加剤を有していてもよい。
【００８２】
添加剤としては、封止樹脂材料に用いることができれば特に限定されるものではないが、例えば、可とう化剤、カップリング剤、硬化促進剤、溶剤、界面活性剤、イオントラップ剤、着色剤等が挙げられる。これらは全て用いても、選択的に用いてもよく、また、これら以外の添加剤を用いてもよい。
【００８３】
３．その他
本発明の封止樹脂材料は、例えば、図１及び図２に示されるように、上記のＣＵＦ工法を用いて、毛細管現象を利用して半導体パッケージの配線基板及び半導体素子の間の隙間に浸透させることにより充填する用途で用いられるものである。
【００８４】
上記半導体パッケージは、例えば、図１及び図２に示されるように、上記配線基板に設けられた基板電極と、上記半導体素子に設けられた素子電極とが、接合材料によって電気的に接続されたものである。上記配線基板としては、例えば、銅、アルミナ、タングステン、モリブデン等に代表されるような金属を含有する金属含有層を有する多層構造を備えるもの等が挙げられる。また、上記配線基板が接合時に上記半導体素子に対抗する面は、例えば、ガラス系材料層、例えば、シリコン窒化膜等の保護層、又はポリイミド系樹脂等から構成される樹脂層等から構成される。また、一部の箇所においては、これらの層から配線基板電極が露出する。上記接合材料は、一般的にＣＵＦ工法において用いられる接合材料であり、上記接合材料としては、例えば、はんだ、銅、金等の導電性金属材料が挙げられる。
【００８５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００８６】
以下、比較例及び実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００８７】
１．ブリードの染み出しの評価
以下の実施例及び比較例の封止樹脂材料の計算モデルを使用して、粗視化分子動力学法を用いたシミュレーションによって、初期状態において固体表面に置かれた液滴状の封止樹脂材料が外周側に濡れ広がる過程を解析した。これにより、これらの計算モデルにモデル化された封止樹脂材料を配線基板及び半導体素子の間の隙間に充填した場合のブリードの染み出しを、模擬的に評価した。
【００８８】
粗視化分子動力学法とは、分子のダイナミクス（動的過程）を解析するために汎用的に用いられている分子シミュレーションの手法であり、液体材料についての計算事例が幅広く知られている。また、高分子をはじめとする樹脂材料の計算事例も多く知られており、フィラーを含む材料のシミュレーションにも頻繁に用いられている（例えば、K. Hagita, H. Morita, M. Doi, and H. Takano, “Coarse-Grained Molecular Dynamics Simulation of Filled Polymer Nanocomposites under Uniaxial Elongation”, Macromolecules, pp.1972, vol.49, (2016)参照）。
【００８９】
［実施例１］
封止樹脂材料の計算モデルを、エポキシ樹脂から構成される樹脂成分と、第２フィラー及び第３フィラーから構成されるフィラーと、を有する封止樹脂材料をモデル化して作成した。なお、第１フィラーについては、上記の図３及び図５に示されるようにブリードに存在することがないと考え、計算モデルから除外した。
【００９０】
封止樹脂材料の計算モデルのモデル化においては、具体的に、樹脂成分のエポキシ樹脂を、ビスフェノール型の樹脂分子の１種（長辺約１．６ｎｍ、短辺約０．５ｎｍ）を見立てた直鎖の樹脂分子から構成されるものとしてモデル化し、樹脂分子を４個の粗視化粒子でモデル化した。また、第２フィラー及び第３フィラーを、それぞれ粒径が１４ｎｍの球状粒子及び粒径が３ｎｍの球状粒子から構成されるものとしてモデル化した。そして、各フィラーを構成する球状粒子は、公知文献（K. Hagita, H. Morita, M. Doi, and H. Takano, “Coarse-Grained Molecular Dynamics Simulation of Filled Polymer Nanocomposites under Uniaxial Elongation”, Macromolecules, pp.1972, vol.49, (2016)）を参照して、中空球殻形状としてモデル化した。また、第２フィラーを構成する球状粒子及び第３フィラーを構成する球状粒子は、それぞれ１２８１個の粗視化粒子及び６１個の粗視化粒子でモデル化した。さらに、樹脂分子の比重に対する各フィラーを構成する球状粒子の比重の比率は、エポキシ樹脂及びシリカの比重（それぞれ約１．２、２．２［ｇ／ｃｍ３］）を想定し、１．８に設定した。
【００９１】
さらに、封止樹脂材料の計算モデルのモデル化においては、エポキシ樹脂及びフィラー（第２フィラー及び第３フィラーの合計）の質量比を、エポキシ樹脂：フィラー＝４０：６０とした。さらに、第２フィラー及び第３フィラーの体積比を、第２フィラー：第３フィラー＝５４：６とした。なお、ブリードの染み出しの評価においては、エポキシ樹脂の樹脂分子数及び各フィラーの球状粒子数を、現実のブリードの染み出しを模擬的に評価できる数に設定した。
【００９２】
［実施例２］
封止樹脂材料の計算モデルを、第２フィラー及び第３フィラーの体積比を、第２フィラー：第３フィラー＝４８：１２としてモデル化した点を除いて、実施例１と同様に作成した。
【００９３】
［比較例］
封止樹脂材料の計算モデルを、第２フィラー及び第３フィラーの体積比を、第２フィラー：第３フィラー＝６０：０としてモデル化した点を除いて、実施例１と同様に作成した。
【００９４】
［粗視化分子動力学法を用いたシミュレーション］
粗視化分子動力学法を用いたシミュレーションの条件は、以下の通りである。
【００９５】
・結合粒子間にＦＥＮＥ（Ｆｉｎｉｔｅｌｙ  Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｅｌａｓｔｉｃ）型のポテンシャル、非結合粒子間にＬＪ（Ｌｅｎｎａｒｄ−Ｊｏｎｅｓ）型のポテンシャルを用いて、Ｌａｎｇｅｖｉｎ方程式によって、液滴状の封止樹脂材料の時間発展に伴うダイナミクス（動的過程）を解析した。
・長さσ、質量ｍ、エネルギーεは無次元量とし、時間τ＝σ（ｍ／ε）１／２を用いて積分時間を０．００４τとした。
・計算は４０００万ステップ実施し、実行中、固体表面は固定し、フィラーは剛体とした。
【００９６】
図９及び図１０は、実施例１及び実施例２の計算モデルのシミュレーションにおける初期状態及び最終状態をそれぞれ示す概略断面図である。
【００９７】
図９及び図１０に示されるように、上記のシミュレーションによる初期状態から最終状態に至るまでの間に、液滴状の封止樹脂材料３０は固体３００の表面３００ｆにおいて外周側に濡れ広がった。最終状態の封止樹脂材料３０の濡れ広がり部分３２では、第３フィラー１４ｃが第２フィラー１４ｂよりも外周側に広がり、樹脂成分１２が第３フィラー１４ｃよりも外周側に広がった。
【００９８】
また、図示はしないものの、比較例の計算モデルを使用して行われたシミュレーションにおいても同様に、初期状態から最終状態に至るまでの間に、液滴状の封止樹脂材料が固体表面において外周側に濡れ広がり、最終状態の封止樹脂材料の濡れ広がり部分では、樹脂成分が第２フィラーよりも外周側に広がった。
【００９９】
実施例及び比較例のいずれにおいても、最終状態の濡れ広がり部分において、フィレットに対応する部分は、第２フィラー及び第３フィラーのうち少なくとも一方のフィラーが樹脂成分と混合状態で外周側に濡れ広がった部分であり、ブリードに対応する部分は、フィレットに対応する部分のさらに外周側に樹脂成分のみが濡れ広がった部分である。ブリードに対応する部分の濡れ広がり長さは、図１０において、第３フィラー１４ｃの構成粒子の外周側の端から樹脂成分の外周側の端までの長さＬＢＳで示される。
【０１００】
また、第２フィラー１４ｂを樹脂成分１２と同等とみなした場合の仮想のフィレット及び仮想のブリードを想定した場合には、実施例及び比較例の最終状態の濡れ広がり部分３２において、仮想のフィレットに対応する部分は、第２フィラー１４ｂが樹脂成分１２と混合状態で外周側に濡れ広がった部分となり、仮想のブリードに対応する部分は、仮想のフィレットに対応する部分のさらに外周側に第３フィラー及び樹脂成分が濡れ広がった部分となる。仮想のブリードに対応する部分の濡れ広がり長さは、第２フィラー１４ｂの構成粒子の外周側の端から樹脂成分の外周側の端までの長さＬＢＳ´で示される。
【０１０１】
図１１は、実施例１、実施例２、及び比較例の計算モデルのシミュレーションにおけるブリードに対応する部分の濡れ広がり長さＬＢＳ及び仮想のブリードに対応する部分の濡れ広がり長さＬＢＳ´を示すグラフである。
【０１０２】
図１１に示されるように、第３フィラーの体積比が大きくなるほど、ＬＢＳ及びＬＢＳ´がいずれも短縮した。このことから、第３フィラーがブリードの染み出しを抑制することができることが確認できる。
【０１０３】
図１２は、実施例１の計算モデルのシミュレーションにおける樹脂分子、第２フィラーの構成粒子、及び第３フィラーの構成粒子の単位時間あたりの移動量の時間変化を平均二乗変位で示すグラフである。
【０１０４】
図１２に示されるように、それぞれの平均二乗変位を比較すると、樹脂分子の平均二乗変位は、第２フィラーの構成粒子よりも二桁程度大きい。このことは、封止樹脂材料が配線基板の表面を濡れ広がる時には、樹脂分子が第２フィラーの構成粒子よりも顕著に速く拡散するため、樹脂分子がブリードとして染み出し易いことを示している。一方、第３フィラーの構成粒子の平均二乗変位は、第２フィラーの構成粒子よりも一桁程度大きく、樹脂分子よりも一桁程度小さい。このことは、第３フィラーが、第２フィラーよりも樹脂分子への追従性が高いため、第３フィラーにより上記のアプローチ１を実現できることを示している。
【０１０５】
図１３は、実施例１、実施例２、及び比較例の計算モデルのシミュレーションにおける樹脂分子の単位時間あたりの移動量の時間変化を平均二乗変位で示すグラフである。
【０１０６】
図１３に示されるように、それぞれの計算モデルにおいて、第３フィラーの体積比が大きくなるほど、樹脂分子の平均二乗変位は小さくなった。このことは、第３フィラーにより上記のアプローチ２を実現できることを示している。
【０１０７】
２．封止樹脂材料の充填時間の評価
ブリードの染み出しの評価に加えて、上記の実施例及び比較例の封止樹脂材料の計算モデルを使用して、粗視化分子動力学法を用いたシミュレーションによって、半導体素子及び配線基板の隙間に封止樹脂材料が毛細管現象で充填される過程を簡易的にモデル化した系を解析した。これにより、これらの計算モデルにモデル化された封止樹脂材料を配線基板及び半導体素子の間の隙間に充填した場合の充填時間を模擬的に評価した。
【０１０８】
本評価のシミュレーションにおける封止樹脂材料の計算モデルとしては、上記の実施例１、実施例２、及び比較例の封止樹脂材料の計算モデルを使用した。この際には、エポキシ樹脂の樹脂分子数及び各フィラーの球状粒子数を、現実の充填時間を模擬的に評価できる数に設定した。また、本評価のシミュレーションの条件としては、以下の条件を用いた。
【０１０９】
・毛細管現象を分子動力学計算等によって解析している文献（例えば、C. Cupelli, B. Henrich, T. Glatzel, R. Zengerle, M. Moseler, and M. Santer, “Dynamic capillary wetting studied with dissipative particle dynamics”, New Journal of Physics, 043009, vol.10, (2008)等）を参考に、半導体素子及び配線基板の隙間に封止樹脂材料が毛細管現象で充填される過程を、平行平板間の隙間に封止樹脂材料が流入する系で簡易的にモデル化した。このとき、両方の平行平板を固定平行平板とした。
・ブリードの染み出しの評価と同様に、結合粒子間にＦＥＮＥ型のポテンシャル、非結合粒子間にＬＪ型のポテンシャルを用いて、Ｌａｎｇｅｖｉｎ方程式によって、モデル化した系の平行平板間の隙間に流入する封止樹脂材料の時間発展に伴うダイナミクス（動的過程）を解析した。計算実行中、固体表面は固定し、フィラーは剛体とした。
・長さσ、質量ｍ、エネルギーεは無次元量とし、時間τ＝σ（ｍ／ε）１／２を用いて積分時間を０．００４τとした。
・実施例１、実施例２、及び比較例の封止樹脂材料の計算モデルがモデル化した系の平行平板間の隙間に流入する過程をそれぞれ解析し、平行平板間の隙間の一定体積の充填が完了するまでのシミュレーションステップ数を求めた。これにより、封止樹脂材料の充填時間を模擬的に評価した。
【０１１０】
図１４は、実施例１、実施例２、及び比較例の計算モデルのシミュレーションにおける充填完了までのシミュレーションステップ数を示すグラフである。
【０１１１】
図１４に示されるように、実施例１においては、最も少ないステップ数で充填が完了した。また、実施例２及び比較例においては、充填が完了したステップ数が近い値となった。このことは、第２フィラーに対する第３フィラーの体積比が比較例から実施例２までの範囲及びその近傍である場合には、充填時間の短縮効果が得られることを示している。
【０１１２】
３．総合評価
以上のことから、ブリードの染み出しの抑制及び充填時間の短縮を両立させる観点から、第２フィラーに対する第３フィラーの体積比には好ましい範囲があることがわかる。具体的には、第２フィラーに対する第３フィラーの体積比は、０．０００１以上０．３以下が好ましく、中でも０．０３以上０．２以下、特に０．０５以上０．１５以下が好ましい。
【０１１３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
１００      半導体パッケージ
１１０      配線基板
１１０ｆ    配線基板の表面
１１２      基板電極
１２０      半導体素子
１２０ｆ    半導体素子の表面
１２０ｅ    半導体素子の端
１２２      素子電極
１１５      配線基板及び半導体素子の間の隙間
１３０      接合材料
１５０      導電性部材
２００      ディスペンサ
１０        封止樹脂材料（本発明の封止樹脂材料）
２０        封止樹脂材料（従来の封止樹脂材料）
３０        封止樹脂材料（計算モデル）
１２        樹脂成分
１２ａ      エポキシ樹脂
１２ｂ      硬化剤
１４        フィラー
１４ａ      第１フィラー
１４ｂ      第２フィラー
１４ｃ      第３フィラー
２２        封止樹脂材料のはみ出し部分
２２ｂ      ブリード
２２ｆ      フィレット
３２        封止樹脂材料の濡れ広がり部分
ＬＦ        フィレット長
ＬＢ        ブリード長
ＬＢ´      仮想のブリード長
ＬＢＳ      ブリードに対応する部分の濡れ広がり長さ
ＬＢＳ´    仮想のブリードに対応する部分の濡れ広がり長さ
３００      固体
３００ｆ    固体の表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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