(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）エポキシ樹脂、（ｂ）硬化剤、及び（ｃ）アクリル基若しくはメタクリル基とエポキシ基とを有する化合物、を配合してなる、半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
前記（ｂ）硬化剤が、１級又は２級アミノ基を有する芳香族アミン化合物である、請求項１に記載の半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
無機フィラーを更に含む、請求項１又は２に記載の半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
２５℃において液状である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子を封止して製造された、半導体装置。
【請求項６】
回路基板と、該回路基板と電気的に接続された半導体素子と、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物の硬化物からなり前記回路基板と前記半導体素子との間の空隙を封止する封止樹脂と、を備える、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エポキシ樹脂組成物、半導体封止充てん用樹脂組成物及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップと基板とがフリップチップ接続された半導体装置では、半導体チップと基板の熱膨張係数差に由来する熱応力を分散して接続信頼性を高めるために、半導体チップと基板の間の空隙が樹脂によって封止されている。封止の方法としては、半導体チップと基板を接続した後、液状の封止充てん用樹脂組成物を、毛細管現象を利用して注入する方式が広く採用されている。
【０００３】
近年、半導体装置の高機能化に伴って半導体チップが大型化する傾向にある。このために、発生する熱応力が増大し、封止樹脂の強度を上回る熱応力が作用してクラックが発生し、信頼性が低下する場合があることから、封止充てん用樹脂組成物の強靭化が強く求められている。
【０００４】
封止充てん用樹脂組成物としては、液状エポキシ、液状硬化剤及び無機フィラーを主成分とする液状エポキシ樹脂組成物が知られている。例えば、下記特許文献１及び２には、上記のような液状エポキシ樹脂組成物を強靭化する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１８３３５１号公報
【特許文献２】特開２００４−９９８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１及び２に記載のように固形のエポキシ樹脂やポリマーなどの改質剤によって強靭化を図る方法では、樹脂組成物の粘度が増大しやすく、そのために改質剤の配合量が制限されて強靭化の効果を十分に得ることが困難である。樹脂組成物の粘度の増大は、半導体チップと基板の間の空隙に封止充てんする時間が長くなることから作業性の低下につながる。また、ゴム微粒子などを配合する場合、微粒子とエポキシ樹脂との密着力が十分に高くないと強靭化の効果が発現しない場合があった。他方、架橋密度を低下させて塑性変形能を向上させることにより硬化物の強靭化を図ることが考えられるが、この方法では硬化物の耐熱性が低下する場合がある。
【０００７】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、強靭性及び耐熱性に優れたエポキシ樹脂組成物及び半導体封止充てん用樹脂組成物並びにそれを用いて製造される半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明者らは、エポキシ樹脂組成物の強靭化について鋭意検討した結果、分子内に特定の基を有する化合物をエポキシ樹脂組成物に添加することによって、得られた硬化物の破断エネルギー及び破断ひずみが増大（強靭化）して高い破壊靭性値が得られ、さらには耐熱性も向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の半導体封止充てん用エポキシ樹脂組成物は、（ａ）エポキシ樹脂、（ｂ）硬化剤、及び（ｃ）アクリル基若しくはメタクリル基とエポキシ基とを有する化合物、を配合してなることを特徴とする。
【００１０】
本発明のエポキシ樹脂組成物によれば、上記構成を有することにより、強靭性及び耐熱性に優れた硬化物を形成することができる。本発明のエポキシ樹脂組成物において強靭化が発現する機構及び耐熱性が向上する機構については明らかになっていないが、エポキシ樹脂と硬化剤とによって形成される硬化物ネットワークと、上記（Ｃ）成分のアクリル基若しくはメタクリル基によって形成される硬化物ネットワークとが互いに絡み合った構造、いわゆる相互貫入ネットワークＩＰＮ（Ｉｎｔｅｒ−Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）が構築されることに加えて、互いのネットワーク間が上記（Ｃ）成分のエポキシ基を介して架橋されることによってＩＰＮ構造が補強されることが上記効果の得られる主な要因として考えられる。なお、アクリル基やメタクリル基のみを有する化合物を用いてエポキシ樹脂との相互貫入ネットワークＩＰＮを形成した場合は耐熱性が低下する傾向にある。上記の補強されたＩＰＮ構造によって、高い強靭性と高い耐熱性とが達成されたものと本発明者らは推察する。
【００１１】
耐熱性、保存安定性、および低アウトガス性の観点から、上記（ｂ）硬化剤が、１級又は２級アミノ基を有する芳香族アミン化合物であることが好ましい。
【００１２】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、無機フィラーを更に含むことができる。
【００１３】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、２５℃において液状であることが好ましい。ここで、「液状」とは、２５℃において、流動性を示すことを指す。作業性の観点から、その粘度が１０００Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。
【００１４】
本発明はまた、本発明のエポキシ樹脂組成物からなる半導体封止充てん用樹脂組成物を提供する。本発明の半導体封止充てん用樹脂組成物によれば、半導体チップ間や半導体チップと基板の間の空隙に充てんされることで強靭性及び耐熱性に優れた封止樹脂を形成することができる。
【００１５】
本発明はまた、本発明の半導体封止充てん用樹脂組成物を用いて半導体素子を封止して製造された半導体装置を提供する。
【００１６】
本発明はまた、回路基板と、該回路基板と電気的に接続された半導体素子と、本発明の半導体封止充てん用樹脂組成物の硬化物からなり前記回路基板と前記半導体素子との間の空隙を封止する封止樹脂と、を備える半導体装置を提供する。本発明の半導体装置は、回路基板と半導体素子との間の空隙が本発明の半導体封止充てん用樹脂組成物によって封止されたものであることにより、大型化した半導体素子を備える場合であっても、クラックが発生しにくく、信頼性に優れたものになり得る。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、強靭性及び耐熱性に優れたエポキシ樹脂組成物及び半導体封止充てん用樹脂組成物並びにそれを用いて製造される半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の半導体装置の一実施形態を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（ａ）エポキシ樹脂、（ｂ）硬化剤、及び（ｃ）アクリル基若しくはメタクリル基と、エポキシ基とを有する化合物を含むものである。
【００２０】
（ａ）エポキシ樹脂としては、２官能以上であれば特に限定されず、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、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、フェノール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、ビフェニル型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、ジフェニルスルフィド骨格含有エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型多官能エポキシ樹脂、ナフタレン骨格含有多官能エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有多官能エポキシ樹脂、トリフェニルメタン骨格含有多官能エポキシ樹脂、アミノフェノール型エポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂、その他各種多官能エポキシ樹脂などを用いることができる。これらの中でも、低粘度化、低吸水率、高耐熱性の観点から、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、ナフタレン骨格含有多官能エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有多官能エポキシ樹脂、トリフェニルメタン骨格含有多官能エポキシ樹脂、アミノフェノール型エポキシ樹脂などを用いることが望ましい。これらのエポキシ樹脂は、１種を単独で又は２種以上を混合して用いることができる。
【００２１】
上記のエポキシ樹脂は、液状でも固形でも用いることができるが、低粘度化及び成形性や加工性の観点から、２５℃において液状であるものが好ましい。
【００２２】
本発明のエポキシ樹脂組成物における（ａ）エポキシ樹脂の含有量は、組成物全量基準で１０〜９９質量％が好ましく、１５〜９０質量％がより好ましい。
【００２３】
（ｂ）硬化剤としては、エポキシ樹脂の硬化剤として機能するものであればよく、例えば、イミダゾール類、酸無水物類、アミン類、フェノール類、ヒドラジド類、ポリメルカプタン類、ルイス酸−アミン錯体などを用いることができる。その中でも、低粘度化、保存安定性、硬化物の耐熱性などの観点から、イミダゾール類、酸無水物類、アミン類、フェノール類を用いることが望ましく、耐湿信頼性の観点からイミダゾール類、アミン類、フェノール類を用いることがさらに望ましい。
【００２４】
上記の硬化剤は、液状でも固形でも用いることができるが、低粘度化や配合時及び加工時の作業性の観点から、２５℃において液状であるものが好ましい。
【００２５】
イミダゾール類としては、例えば、２ＭＺ、Ｃ１１Ｚ、２ＰＺ、２Ｅ４ＭＺ、２Ｐ４ＭＺ、１Ｂ２ＭＺ、１Ｂ２ＰＺ、２ＭＺ−ＣＮ、２Ｅ４ＭＺ−ＣＮ、２ＰＺ−ＣＮ、Ｃ１１Ｚ−ＣＮ、２ＰＺ−ＣＮＳ、Ｃ１１Ｚ−ＣＮＳ、２ＭＺ−Ａ、Ｃ１１Ｚ−Ａ、２Ｅ４ＭＺ−Ａ、２Ｐ４ＭＨＺ、２ＰＨＺ、２ＭＡ−ＯＫ、２ＰＺ−ＯＫ（四国化成工業株式会社製、製品名）などや、これらのイミダゾール類をエポキシ樹脂と付加させた化合物が挙げられる。また、これら硬化剤をポリウレタン系、ポリエステル系の高分子物質等で被覆してマイクロカプセル化したものは可使時間が延長されるために好ましい。これらは単独または２種以上を混合して使用することもできる。
【００２６】
硬化剤としてイミダゾール類を配合する場合、その配合量は、エポキシ樹脂に対して０．１〜１０質量％となる割合が望ましく、より好ましくは０．５〜１０質量％、さらに好ましくは１〜１０質量％である。配合量が０．１質量％より少ないと、十分に硬化しない恐れがあり、１０質量％を超えると保存安定性が低下する恐れがある。
【００２７】
酸無水物類としては、例えば、メチルテトラヒドロフタル酸無水物、メチルヘキサヒドロフタル酸無水物、ヘキサヒドロフタル酸無水物、メチルハイミック酸無水物、ピロメリット酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，４−ジメチル−６−（２−メチル−１−プロペニル）−１，２，３，６−テトラヒドロフタル酸無水物、１−イソプロピル−４−メチル−ビシクロ［２．２．２］オクト−５−エン−２，３−ジカルボン酸無水物などが挙げられる。これらは単独または２種以上を混合して使用することもできる。
【００２８】
硬化剤として酸無水物類を配合する場合、その配合量は、エポキシ樹脂のエポキシ基の数と酸無水物基から発生するカルボン酸の数との比（エポキシ基の数／カルボン酸の数）が０．５〜１．５となるように設定することが好ましく、より好ましくは０．７〜１．２である。上記比（エポキシ基の数／カルボン酸の数）が０．５より小さい場合、カルボン酸基が過剰に残存し、耐湿信頼性が低下する恐れがあり、１．５より大きい場合、硬化が十分進行しない恐れがある。
【００２９】
アミン類としては、分子内に１級又は２級アミノ基を少なくとも一つ有している化合物を用いることができ、低アウトガス性、保存安定性及び硬化物の耐熱性の観点から芳香族アミン類が望ましい。芳香族アミン類としては、例えば、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジフェニルスルフィド、メタキシレンジアミン、３，３’−ジエチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’，５，５’−テトラエチル−４，４'−ジアミノジフェニルメタン、４，４'−ジアミノジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジフェニルスルフィド、２，２−ビス−[４−（４−アミノフェノキシ）フェニル]−ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（４−アミノフェニル）−ヘキサフルオロプロパン、２，４−ジアミノトルエン、１，４−ジアミノベンゼン、１，３−ジアミノベンゼン、ジエチルトルエンジアミン、ジメチルトルエンジアミン、アニリン類、アルキル化アニリン類、Ｎ−アルキル化アニリン類、などが挙げられる。これらは単独または２種以上を混合して使用することもできる。
【００３０】
硬化剤としてアミン類を配合する場合、その配合量は、エポキシ樹脂のエポキシ基の数と活性水素の数との比（エポキシ基の数／活性水素の数）が０．５〜１．５になるように設定することが望ましく、より好ましくは０．７〜１．２である。上記比（エポキシ基の数／活性水素の数）が０．５より小さい場合、アミン類が過剰に残存し、耐湿信頼性が低下する恐れがあり、１．５より大きい場合、硬化が十分に進行しない恐れがある。
【００３１】
フェノール類としては、例えば、ビスフェノール樹脂、フェノールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂、アリル化フェノールノボラック樹脂、ビフェノール樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、クレゾールナフトールホルムアルデヒド重縮合物、トリフェニルメタン型多官能フェノール樹脂、キシリレン変性フェノールノボラック樹脂、キシリレン変性ナフトールノボラック樹脂、各種多官能フェノール樹脂等が挙げられる。これらは単独または２種以上を混合して使用することもできる。
【００３２】
硬化剤としてフェノール類を配合する場合、その配合量は、エポキシ樹脂のエポキシ基の数とフェノール性水酸基の数との比（エポキシ基の数／フェノール性水酸基の数）が０．５〜１．５になるように設定することが望ましく、より好ましくは０．７〜１．２である。上記比（エポキシ基の数／フェノール性水酸基の数）が０．５より小さい場合、フェノール類が過剰に残存し、耐湿信頼性が低下する恐れがあり、１．５より大きい場合、硬化が十分進行しない恐れがある。
【００３３】
硬化剤として酸無水物類、アミン類、フェノール類を用いる場合、硬化促進剤を併用することができる。硬化促進剤としては、例えば、上記イミダゾール類が挙げられる。硬化促進剤の配合量は、硬化に要する時間や保存安定性を考慮して適宜設定される。
【００３４】
（ｃ）アクリル基若しくはメタクリル基とエポキシ基とを有する化合物としては、分子内に少なくとも一つのアクリル基若しくはメタクリル基と少なくとも一つのエポキシ基とを有する化合物であれば特に限定されず用いることができる。このような化合物は、例えば、トリフェニルホスフィンやテトラブチルアンモニウムブロミドの存在下、分子内に少なくとも二つのエポキシ基を有する多官能エポキシ樹脂と、アクリル酸及び／又はメタクリル酸とを、エポキシ基とカルボキシル基の当量比が０．１〜０．９となるように混合し（当量比＝アクリル酸及び／又はメタクリル酸中のカルボキシル基の数／エポキシ樹脂中のエポキシ基の数）、エポキシ基の一部をアクリル酸及び／又はメタクリル酸と反応させることによって合成することが可能である。合成に用いるエポキシ樹脂としては、耐熱性の観点から、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、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、フェノール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、ビフェニル型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、ジフェニルスルフィド骨格含有エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型多官能エポキシ樹脂、ナフタレン骨格含有多官能エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有多官能エポキシ樹脂、トリフェニルメタン骨格含有多官能エポキシ樹脂、アミノフェノール型エポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂などを用いることが望ましい。これらは、１種を単独で又は２種以上の混合体として使用することができる。
【００３５】
上記の（ｃ）化合物は、液状でも固形でも用いることができるが、低粘度化や配合時及び加工時の作業性の観点から、２５℃において液状であるものが好ましい。
【００３６】
また、（ｃ）化合物は、エポキシ当量、及び、アクリル当量又はメタクリル当量が１００以上であることが望ましく、１５０以上であることがさらに望ましい。エポキシ当量、及び、アクリル当量又はメタクリル当量が１００より小さい場合、耐熱性が低下することが懸念される。さらに、分子量としては１５０以上であることが望ましく、２００以上であることがさらに望ましい。分子量が１５０より小さい場合、加熱した際に揮発して半導体装置周辺を汚染したり、硬化物中にボイドと呼ばれる気泡が発生して強度が低下する虞がある。
【００３７】
上記（ｃ）成分の配合量としては、（ａ）エポキシ樹脂と（ｂ）硬化剤の総量１００質量部に対して、０．５〜２０質量部とすることが望ましく、１〜１５質量部とすることがより望ましく、５〜１５質量部とすることがさらに望ましい。この配合量が０．５質量部より少ないと、強靭化の効果が十分発現されない恐れがあり、２０質量部を超えると耐熱性が低下する恐れがある。
【００３８】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、熱膨張係数を調整するために、無機フィラーを更に含んでもよい。特に、本発明のエポキシ樹脂組成物を半導体封止充てん用樹脂組成物として用いる場合には、無機フィラーを配合することによって低熱膨張化することが好ましい。無機フィラーとしては、例えば、ガラス、二酸化ケイ素（シリカ）、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化チタン（チタニア）、酸化マグネシウム（マグネシア）、カーボンブラック、マイカ、硫酸バリウムなどが挙げられる。また、２種類以上の金属酸化物を含む複合酸化物（２種類以上の金属酸化物が単に混合されてなるものではなく、金属酸化物同士が化学的に結合して分離不能な状態となっているもの）を用いることができる。この複合酸化物としては、例えば、二酸化ケイ素と酸化チタン、二酸化ケイ素と酸化アルミニウム、酸化ホウ素と酸化アルミニウム、二酸化ケイ素と酸化アルミニウムと酸化マグネシウムなどからなる複合酸化物が挙げられる。無機フィラーは、１種を単独で又は２種以上を混合して使用することができる。
【００３９】
無機フィラーの粒径は、樹脂組成物を注入する際の良好な封止充てん性を得るために、平均粒径が１０μｍ以下であることが望ましい。この場合、半導体チップと基板の間の空隙が１００μｍ以下の場合であっても、容易に封止充填を行うことができる。また、無機フィラーは、樹脂組成物の粘度や硬化物の物性を調整するために、粒径の異なるものを２種以上組み合わせて用いてもよい。
【００４０】
本発明のエポキシ樹脂組成物を半導体封止充てん用樹脂組成物として用いる場合、硬化物のガラス転移温度以下の熱膨張係数は、６０×１０−６／℃以下であることが好ましく、５５×１０−６／℃以下であることがより好ましく、５０×１０−６／℃以下であることがさらに好ましい。硬化物の熱膨張係数が６０×１０−６／℃より大きい場合、冷熱サイクル試験において、樹脂の膨張と収縮によって発生する応力が大きくなり、接続不良が発生する場合がある。
【００４１】
上記の熱膨張係数は、エポキシ樹脂組成物を１６５℃で２時間加熱処理して得た硬化物を幅２ｍｍ、厚み０．４ｍｍ、長さ４０ｍｍの大きさに成形加工したものを準備し、セイコーインスツルメント社製ＴＭＡ／ＳＳ６０００（製品名）を用いて、チャック間距離２０ｍｍ、測定温度範囲−５０〜３００℃、昇温速度５℃／分、フィルム断面積に対して０．５ＭＰａとなる引っ張り荷重の条件で測定を行なったときの、ガラス転移温度以下の平均線膨張係数（α１）を意味する。また、硬化物のガラス転移温度（Ｔｇ）は、エポキシ樹脂組成物を１６５℃で２時間加熱処理して得た硬化物を幅３ｍｍ、厚み０．６ｍｍ、長さ４０ｍｍの大きさに成形加工したものを準備し、セイコーインスツルメント社製ＤＭＳ６１００（製品名）を用いて、チャック間距離２０ｍｍ、周波数１Ｈｚ、測定温度範囲−５０〜３００℃、昇温速度５．０℃／ｍｉｎの条件で、ｔａｎδの測定を行ったときの、ｔａｎδのピーク温度を意味する。
【００４２】
本実施形態において、樹脂と無機フィラーとの密着力を向上させ、さらなる接続信頼性の向上を可能とするために、無機フィラーの表面を予めシランカップリング剤、チタンカップリング剤などのカップリング剤で処理したものを用いることがより好ましい。
【００４３】
無機フィラーの配合量は、エポキシ樹脂組成物の粘度や硬化物の熱膨張係数を調整するために適宜設定される。エポキシ樹脂組成物を半導体封止充てん用樹脂組成物として用いる場合、無機フィラーの含有量は、エポキシ樹脂組成物全量を基準として２５〜７５質量％であることが望ましい。無機フィラーの含有量が２５質量％より少ないと、熱膨張係数を小さくすることが困難となり、接続信頼性の向上効果が十分に得られなくなる傾向にあり、７５質量％を超えると、粘度が高くなりすぎて作業性が低下する傾向にある。
【００４４】
本発明のエポキシ樹脂組成物には、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、酸化防止剤、レベリング剤、イオントラップ剤などの添加剤を更に配合することができる。これらの添加剤は単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせてもよい。配合量については、各添加剤の効果が発現するように調整される。
【００４５】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、作業性や加工性の観点から、２５℃で液状であることが好ましい。
【００４６】
また、本発明のエポキシ樹脂組成物を半導体封止充てん用樹脂組成物として用いる場合、樹脂組成物の粘度は、２５℃において１００Ｐａ・ｓ以下であることが望ましく、７０Ｐａ・ｓ以下であることがより望ましく、５０Ｐａ・ｓ以下であることがさらにより望ましい。樹脂組成物の粘度が１００Ｐａ・ｓを超える場合、樹脂組成物の注入を行う際の作業性が低下する傾向にある。
【００４７】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、半導体封止充てん用樹脂組成物以外に、例えば、ポッティング材、注型樹脂、絶縁樹脂などに用いることができる。
【００４８】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、上述した各成分を、プラネタリーミキサー、らいかい機、ボールミル、自動乳鉢などを用いて攪拌混合することによって調製することができる。固形成分を配合する際は、液状成分にあらかじめ均一に溶解した後に混合することが好ましい。また、無機フィラーを配合する場合、３本ロールを用いて混練し、無機フィラーを樹脂組成物中に分散させることが好ましい。
【００４９】
次に、本発明の半導体封止充てん用樹脂組成物を用いて製造される半導体装置について説明する。
【００５０】
図１は、本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す模式断面図である。図１に示される半導体装置１０は、回路基板７と、半導体素子５と、回路基板７と半導体素子５との間に配置された封止樹脂６とを備える。封止樹脂６は、本発明の半導体封止充てん用樹脂組成物の硬化物からなり回路基板７と半導体素子５との間の空隙を封止している。回路基板７は、インターポーザー等の基板と、この基板の一方の面上に設けられた配線４とを備える。回路基板７の配線４と半導体素子５とは、複数のバンプ３によって電気的に接続されている。また、回路基板７は、配線４が設けられた面と反対側の面に電極パッド２と、電極パッド２上に設けられたはんだボール１とを有しており、他の回路部材との接続が可能となっている。
【００５１】
回路基板７は、例えば、ガラスエポキシ、ポリイミド、ポリエステル、セラミックなどの絶縁材料からなる基板上に、銅などの金属材料からなる金属層を形成し、金属層の不要な箇所をエッチングにより除去することによって配線パターンが形成されたもの、上記の基板表面に導電性物質を印刷して配線パターンを形成したものを用いることができる。配線４の表面には、低融点はんだ、高融点はんだ、スズ、インジウム、金、ニッケル、銀、銅、パラジウムなどからなる金属層が形成されていてもよい。この金属層は単一の成分のみで構成されていても、複数の成分から構成されていてもよい。また、複数の金属層が積層された構造をしていてもよい。本実施形態において、回路基板７は、半導体素子（半導体チップ）でもよい。
【００５２】
半導体素子５としては、特に限定はなく、シリコン、ゲルマニウムなどの元素半導体、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの化合物半導体等、各種半導体を用いることができる。
【００５３】
バンプ３の材質としては、低融点はんだ、高融点はんだ、スズ、インジウム、金、銀、銅などが挙げられる。バンプ３は、単一の成分のみで構成されていても、複数の成分から構成されていてもよい。また、バンプ３は、これらの成分からなる金属層を含む積層構造を有してもよい。なお、バンプは半導体素子に形成されていてもよいし、基板に形成されていてもよいし、半導体素子と基板の両方に形成されていてもよい。
【００５４】
本発明に係る半導体装置としては、図１に示す半導体パッケージのように、インターポーザーと呼ばれる基板上に半導体チップが搭載され、樹脂封止されたものが挙げられ、具体的には、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）やＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）などが挙げられる。また、別の半導体パッケージとしては、半導体チップの電極部を半導体チップ表面上で再配線することによって、インターポーザーを用いないで基板に搭載可能としたものが挙げられ、具体的には、ウエハーレベルパッケージと呼ばれるものが挙げられる。本発明に係る半導体パッケージを搭載する基板としては、通常の回路基板が挙げられ、この基板は、インターポーザーに対してマザーボードと呼ばれるものを指す。
【００５５】
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法について説明する。以下に示す方法は、はんだバンプが形成された半導体チップを用いた例であるが、本発明に係る半導体装置の製造方法はこの方法に限定されるわけではない。
【００５６】
（１）ロジン系フラックスを半導体チップに形成されたはんだバンプ表面に、フラックス塗布装置を用いて塗布した後、チップマウンターを用いて半導体チップと基板を位置合わせして、圧着することによって半導体チップを基板上の所定の位置に配置する。
（２）リフロー装置を用いて、所定の加熱プロファイルにて加熱処理を行い、はんだバンプを溶解させて半導体チップと基板をフリップチップ接続する。
（３）フラックスの残渣を溶剤で洗浄した後、１００〜１２０℃に加熱した状態で、本発明の半導体封止充てん用樹脂組成物を滴下し、半導体チップと基板の間の空隙に毛細管現象を利用して注入する。
（４）注入完了後、封止充てん用樹脂組成物を硬化させるため、１５０〜１７５℃に加熱した加熱オーブン中で０．５〜２ｈ加熱処理を行う。
【実施例】
【００５７】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
＜改質剤の合成＞
（合成例１）
撹拌機、温度計及び窒素置換装置を備えた５００ｍＬフラスコ内に、液状の高純度ビスフェノールＡ型液状エポキシ（ジャパンエポキシレジン株式会社製ＹＬ−９８０、製品名、エポキシ当量１８７）１８７ｇ、アクリル酸３６ｇ（当量比（アクリル酸中のカルボキシル基の数／エポキシ樹脂中のエポキシ基の数）：０．５）、トリフェニルホスフィン０．５ｇ、及びヒドロキノン０．１５ｇを加え、窒素雰囲気下１００℃で７時間攪拌混合し、分子内にアクリル基とエポキシ基とを有する化合物が含まれる改質剤１を得た。水酸化カリウムのエタノール溶液で滴定することにより改質剤１の酸価を測定したところ、酸価は０．３ＫＯＨｍｇ／ｇ以下であり、アクリル酸が残存していないことを確認した。
（合成例２）
撹拌機、温度計及び窒素置換装置を備えた５００ｍＬフラスコ内に、フェノールノボラック型固形エポキシ（東都化成株式会社  ＹＤＰＮ−６３８  製品名  エポキシ当量１７４）１７４ｇ、アクリル酸３６ｇ（当量比（アクリル酸中のカルボキシル基の数／エポキシ樹脂中のエポキシ基の数）：０．５）、トリフェニルホスフィン０．４８ｇ、及びヒドロキノン０．１０ｇを加え、窒素雰囲気下９０〜１００℃で７時間攪拌混合し、分子内にアクリル基とエポキシ基とを有する化合物が含まれる改質剤２を得た。水酸化カリウムのエタノール溶液で滴定することにより改質剤２の酸価を測定したところ、酸価は０．３ＫＯＨｍｇ／ｇ以下であり、アクリル酸が残存していないことを確認した。
（合成例３）
撹拌機、温度計及び窒素置換装置を備えた５００ｍＬフラスコ内に、液状の高純度ビスフェノールＡ型液状エポキシ（ジャパンエポキシレジン株式会社製ＹＬ−９８０、製品名、エポキシ当量１８７）１８７ｇ、メタクリル酸４３ｇ（当量比（メタクリル酸中のカルボキシル基の数／エポキシ樹脂中のエポキシ基の数）：０．５）、トリフェニルホスフィン０．５ｇ、及びヒドロキノン０．１５ｇを加え、窒素雰囲気下１００℃で７時間攪拌混合し、分子内にメタクリル基とエポキシ基とを有する化合物が含まれる改質剤３を得た。水酸化カリウムのエタノール溶液で滴定することにより改質剤３の酸価を測定したところ、酸価は０．３ＫＯＨｍｇ／ｇ以下であり、メタクリル酸が残存していないことを確認した。
＜エポキシ樹脂組成物の調製＞
（実施例１〜７、及び比較例１、２）
表１に示す組成（単位：質量部）になるように各構成成分をらいかい機を用いて混合した後、真空脱泡して、エポキシ樹脂組成物をそれぞれ調製した。
（実施例８、９及び比較例３）
表２に示す組成（単位：質量部）になるように各構成成分を三本ロールを用いて混練分散した後、真空脱泡して、無機フィラーを含むエポキシ樹脂組成物をそれぞれ調製した。
【００５８】
なお、使用した構成成分の詳細は以下のとおりである。
エポキシ樹脂１：ビスフェノールＦ型液状エポキシ樹脂  ＹＤＦ−８１７０Ｃ（東都化成株式会社製  製品名、エポキシ当量１５９）。
エポキシ樹脂２：アミノフェノール型液状エポキシ樹脂  Ｅ６３０ＬＳＤ（ジャパンエポキシレジン株式会社製  製品名、エポキシ当量９５）。
硬化剤：３，３’−ジエチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン  ＫＡＹＡＨＡＲＤ−ＡＡ（日本化薬株式会社製  製品名、活性水素当量６３）。
硬化促進剤：２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール  ２Ｐ４ＭＨＺ（四国化成工業株式会社製  製品名）。
改質剤１：合成例１で得られたもの。
改質剤２：合成例２で得られたもの。
改質剤３：合成例３で得られたもの。
改質剤４：ビスフェノールＡ型液状エポキシ  ＹＬ−９８０  （ジャパンエポキシレジン株式会社製  製品名  エポキシ当量１８７）。
カップリング剤：ＫＢＭ４０３（信越化学株式会社製、製品名）。
無機フィラー１：球状シリカ  ＳＥ２０５０（アドマテックス株式会社製  製品名、平均粒径０．５μｍ）。
無機フィラー２：球状シリカ  ＳＥ５０５０（アドマテックス株式会社  製品名、平均粒径１．５μｍ）。
＜エポキシ樹脂組成物の評価＞
実施例１〜７、及び比較例１、２のエポキシ樹脂組成物については、以下に示される方法にしたがって、破断エネルギー、破断歪み、及びガラス転移温度（Ｔｇ）を測定した。得られた結果を表１に示す。また、実施例８、９及び比較例３のエポキシ樹脂組成物については、以下に示される方法にしたがって、破壊靭性値ＫＩＣ、粘度、弾性率、Ｔｇ、熱膨張係数α１及びα２、並びに接着力を測定した。得られた結果を表２に示す。
［破断エネルギー及び破断歪みの測定］
エポキシ樹脂組成物を１６５℃で２時間加熱処理して得た硬化物を、幅１．８ｍｍ、厚み２．１ｍｍ、長さ３５ｍｍの大きさに成形加工したものを準備し、支点間距離Ｌ＝２０ｍｍ、クロスヘッド速度３．０ｍｍ／分、測定温度２５℃でインストロン社製マイクロテスター５５４８を用いて３点曲げ試験で破断するまでの応力−歪み曲線を測定し、曲線下の領域の面積を計算することによって破断エネルギーを算出した。また、応力−歪み曲線から破断歪みを読み取った。なお、応力σ（単位ＭＰａ）及び歪みε（無次元）はそれぞれ、測定用硬化物の幅をｂ（ｍｍ）、厚みをｈ（ｍｍ）、支点間距離をＬ（ｍｍ）、荷重Ｆ（Ｎ）の時の変位をＹ（ｍｍ）とし、
応力σ＝（３×Ｆ×Ｌ）／（２×ｂ×ｈ２）
歪みε＝Ｙ×６ｈ／Ｌ２
の式によって計算した。
［破壊靭性値ＫＩＣの測定］
破壊靭性値ＫＩＣの算出は以下の手順で行った。
【００５９】
エポキシ樹脂組成物を１６５℃で２時間加熱処理して得た硬化物を、長さ６０ｍｍ、厚みＴ＝１２．５ｍｍ、幅Ｗ＝４ｍｍ、ノッチ深さＤ＝２ｍｍの形状に成形し、支点間距離Ｌ＝５０ｍｍ、クロスヘッド速度０．５ｍｍ／分、測定温度２５℃の条件にて、インストロン社製マイクロテスター５５４８を用いて３点曲げ試験で荷重−変位曲線を測定し、破断時の荷重Ｐ（単位Ｎ）を記録した。これらの値から、破壊靭性値ＫＩＣ（単位ＭＰａ・ｍ１／２）を次式によって計算した。
ＫＩＣ＝σ×（π×Ｄ）１／２×Ｆ（Ｄ／Ｔ）
σ＝３×Ｌ×（Ｐ／Ｗ）／（２×Ｔ２）
Ｄ／Ｔ＝ξとして、Ｌ／Ｔ＝４の場合
Ｆ（ξ）≒１．０９０−１．７３５ξ＋８．２０ξ２−１４．１８ξ３＋１４．５７ξ４
［粘度の測定］
エポキシ樹脂組成物について、Ｅ型粘度計（株式会社東京計器製）を用いて、２５℃における粘度を回転数５ｒｐｍで測定した。
［弾性率およびガラス転移温度（Ｔｇ）の測定］
エポキシ樹脂組成物を１６５℃で２時間加熱処理して得た硬化物を幅３ｍｍ、厚み０．６ｍｍ、長さ４０ｍｍの大きさに成形加工したものを準備し、セイコーインスツルメント社製ＤＭＳ６１００（製品名）を用いて、チャック間距離２０ｍｍ、周波数１Ｈｚ、測定温度範囲−５０〜３００℃、昇温速度５．０℃／分の条件で、貯蔵弾性率、損失弾性率及びｔａｎδを測定した。このときの、２５℃及び２６０℃の貯蔵弾性率、並びにガラス転移温度（Ｔｇ）としてｔａｎδのピーク温度をそれぞれ読み取った。
［熱膨張係数の測定］
エポキシ樹脂組成物を１６５℃で２時間加熱処理して得た硬化物を幅２ｍｍ、厚み０．４ｍｍ、長さ４０ｍｍの大きさに成形加工したものを準備し、セイコーインスツルメント社製ＴＭＡ／ＳＳ６０００（製品名）を用いて、チャック間距離２０ｍｍ、測定温度範囲−５０〜３００℃、昇温速度５℃／分、フィルム断面積に対して０．５ＭＰａとなる引っ張り荷重の条件で測定を行ない、ガラス転移温度以下の平均線膨張係数（α１）及びガラス転移温度以上の平均線膨張係数（α２）を読み取った。なお、このときのガラス転移温度は、上記のガラス転移温度（Ｔｇ）の測定で得られた値である。
［接着力の測定］
ポリイミドがコーティングされた縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．５５ｍｍのシリコンチップのポリイミドコート面に、縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み１ｍｍで中心部に直径３ｍｍの穴を開けたシリコーンゴム板を貼り合わせたものを、１２５℃に設定したホットプレート上に配置し、エポキシ樹脂組成物をシリコーンゴム板の穴内を満たすように充てんした。次いで、１６５℃で２時間加熱処理することによりエポキシ樹脂組成物を硬化させ、その後、シリコーンゴム板を剥がして接着力測定用サンプルを作製した。この測定用サンプルについて、Ｄａｇｙ社製ボンドテスター４０００でシェア速度０．０５ｍｍ／秒、シェア高さ０．０５ｍｍ、測定温度２６０℃の条件でシェア試験を行い、初期の接着力を測定した。また、測定サンプルを８５℃、相対湿度８５％に設定した恒温恒湿槽に４８時間放置した後に、同様のシェア試験を行い、吸湿後の接着力を測定した。
【００６０】
【表１】
0005445005.tif 000002
【００６１】
【表２】
0005445005.tif 000003
【００６２】
表１に示すように、改質剤１又は２を配合した実施例１〜７のエポキシ樹脂組成物は、比較例１と比較して、顕著な破断歪み及び破断エネルギーの向上、及びガラス転移温度の上昇が見られた。これに対して、アクリル基を有さない改質剤４を添加した比較例２のエポキシ樹脂組成物は、ガラス転移温度の上昇は見られるものの、破断歪みや破断エネルギーの顕著な向上は見られなかった。
【００６３】
表２に示すように、改質剤１、２又は３を配合して、更に無機フィラーを配合した実施例８及び９のエポキシ樹脂組成物は、十分に低い粘度を有しつつ、低熱膨張化、ガラス転移温度の上昇、ＫＩＣの向上、高接着力化が達成されていることが確認された。このことから、実施例８及び９のエポキシ樹脂組成物は、半導体封止充てんに用いられた場合、強靭性及び耐熱性に優れた封止樹脂を形成することができることが分かった。
【符号の説明】
【００６４】
１…はんだボール、２…電極パッド、３…バンプ、４…配線、５…半導体チップ、６…封止樹脂、７…回路基板、１０…半導体装置。
【図１】
0005445005.tif 000004