(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、
該基板にフリップチップ方式で接続された第１の半導体素子、
該第１の半導体素子と基板との間のアンダーフィル部、
該第１の半導体素子の上側に配置された少なくとも１つの第２の半導体素子、及び、
該第１の半導体素子、該アンダーフィル部及び該第２の半導体素子を被う樹脂封止部、を備えるシステムインパッケージ型半導体装置であって、
該アンダーフィル部がアンダーフィル剤の硬化物からなり、及び前記樹脂封止部が樹脂封止剤の硬化物からなり、
前記アンダーフィル剤と前記樹脂封止剤の組合せが下記を満たすことを特徴とする、システムインパッケージ型半導体装置
１）アンダーフィル剤硬化物のＴｇが１００℃以上であり、且つ、樹脂封止剤硬化物のＴｇとの差が２０℃以下であり、
２）アンダーフィル剤硬化物の（Ｔｇ−３０℃）以下の温度における線膨張係数と、樹脂封止剤硬化物の（Ｔｇ−３０℃）以下の温度における線膨張係数の和が４２ｐｐｍ／℃以下であり、及び
３）樹脂封止剤硬化物の（Ｔｇ−３０℃）以下における線膨張係数の、アンダーフィル剤硬化物の（Ｔｇ−３０℃）以下の線膨張係数に対する比が０．３〜０．９である。
【請求項２】
基板、
該基板にフリップチップ方式で接続された第１の半導体素子、
該第１の半導体素子と基板との間のアンダーフィル部、
該第１の半導体素子の上側に配置された少なくとも１つの第２の半導体素子、及び、
該第１の半導体素子、該アンダーフィル部及び該第２の半導体素子を被う樹脂封止部、を備えるシステムインパッケージ型半導体装置において、
アンダーフィル剤の硬化物で前記アンダーフィル部を形成し、樹脂封止剤の硬化物で前記樹脂封止部を形成する、アンダーフィル剤と樹脂封止剤の組合せの使用方法であって、
前記アンダーフィル剤と樹脂封止剤の組合せが下記を満たすことを特徴とする、使用方法
１）アンダーフィル剤硬化物のＴｇが１００℃以上であり、且つ、樹脂封止剤硬化物のＴｇとの差が２０℃以下であり、
２）アンダーフィル剤硬化物の（Ｔｇ−３０℃）以下の温度における線膨張係数と、樹脂封止剤硬化物の（Ｔｇ−３０℃）以下の温度における線膨張係数の和が４２ｐｐｍ／℃以下であり、及び
３）樹脂封止剤硬化物の（Ｔｇ−３０℃）以下における線膨張係数の、アンダーフィル剤硬化物の（Ｔｇ−３０℃）以下の線膨張係数に対する比が０．３〜０．９である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、システムインパッケージ（ＳＩＰ）型半導体装置を作るために好適な樹脂組成物に関する。詳細には、特定の特性の観点から選ばれたアンダーフィル剤と封止樹脂剤との組合せからなり、基板表面との密着性、及び、耐高温熱衝撃に優れた半導体装置を与える樹脂組成物のセットに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機器の小型化、軽量化、高機能化に伴い、半導体の実装方法もピン挿入タイプから表面実装が主流になっている。近年、複数の半導体素子（シリコンダイ）を、一つのパッケージにすることにより表面実装面積を低減した、Ｓｙｓｔｅｍ  ｉｎ  Ｐａｃｋaｇｅ（以下「ＳＩＰ」）が、広く用いられるようになっている。特に、フリップチップ方式で実装した半導体素子の上に、別の半導体装置の少なくとも１つを積層して、ワイヤーボンドで接続した、スタック積層型のＳＩＰも使用されている。
【０００３】
フリップチップは、図１に示すように、基板１の配線パターン面に複数個のバンプ２を介して半導体チップ３を搭載する方式であり、上記基板１と半導体チップ３との隙間（ハンダバンプ２間の隙間）にアンダーフィル剤４が充填されている。図２及び３は、該フリップチップで接続された半導体チップ上に、他の半導体チップがダイアタッチ剤層５を介して積層されているＳＩＰである。
【０００４】
該ＳＩＰでは、半田リフロー時に、アンダーフィル剤とダイ又は基板の界面で剥離が生じたり、基板実装時にパッケージにクラックが入らないことが必要である。特に、ハンダの鉛フリー化に伴い、低下したハンダの接着性をアンダーフィル剤で補う必要性が出ている。
【０００５】
上記剥離及びクラックを起こさない樹脂として、液状エポキシ樹脂／アルキル置換芳香族ジアミン系の樹脂材料が提案されている（特許文献１、特許文献２）。この材料は、基板、金属、ソルダーレジスト等との接着性に優れ、耐リフロー性、耐温度サイクルクラック性に優れた高信頼性パッケージを与えるとされている。
【特許文献１】特開平９−１７６２８７号公報
【特許文献２】特開平９−１７６２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、これらの樹脂も、半導体装置全体を樹脂封止した後に、剥離等が生じる場合があることが見出された。そこで、本発明は、装置が樹脂封止された後においても、基板の界面で剥離が生じない、アンダーフィル剤及び該アンダーフィル剤と組み合わされて、高信頼性パッケージを与える樹脂封止剤のセット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】
【０００７】
即ち、本発明は下記のものである。
基板、
該基板にフリップチップ方式で接続された第１の半導体素子、
該第１の半導体素子と基板との間のアンダーフィル部、
該第１の半導体素子の上側に配置された少なくとも１つの第２の半導体素子、及び、
該第１の半導体素子、該アンダーフィル部及び該第２の半導体素子を被う樹脂封止部、を備えるシステムインパッケージ型半導体装置であって、
該アンダーフィル部がアンダーフィル剤の硬化物からなり、及び前記樹脂封止部が樹脂封止剤の硬化物からなり、
前記アンダーフィル剤と前記樹脂封止剤の組合せが下記を満たすことを特徴とする、システムインパッケージ型半導体装置
１）アンダーフィル剤硬化物のＴｇが１００℃以上であり、且つ、樹脂封止剤硬化物のＴｇとの差が２０℃以下であり、
２）アンダーフィル剤硬化物の（Ｔｇ−３０℃）以下の温度における線膨張係数と、樹脂封止剤硬化物の（Ｔｇ−３０℃）以下の温度における線膨張係数の和が４２ｐｐｍ／℃以下であり、及び
３）樹脂封止剤硬化物の（Ｔｇ−３０℃）以下における線膨張係数の、アンダーフィル剤硬化物の（Ｔｇ−３０℃）以下の線膨張係数に対する比が０．３〜０．９である。
基板、
該基板にフリップチップ方式で接続された第１の半導体素子、
該第１の半導体素子と基板との間のアンダーフィル部、
該第１の半導体素子の上側に配置された少なくとも１つの第２の半導体素子、及び、
該第１の半導体素子、該アンダーフィル部及び該第２の半導体素子を被う樹脂封止部、を備えるシステムインパッケージ型半導体装置において、
アンダーフィル剤の硬化物で前記アンダーフィル部を形成し、樹脂封止剤の硬化物で前記樹脂封止部を形成する、アンダーフィル剤と樹脂封止剤の組合せの使用方法であって、
前記アンダーフィル剤と樹脂封止剤の組合せが下記を満たすことを特徴とする、使用方法
１）アンダーフィル剤硬化物のＴｇが１００℃以上であり、且つ、樹脂封止剤硬化物のＴｇとの差が２０℃以下であり、
２）アンダーフィル剤硬化物の（Ｔｇ−３０℃）以下の温度における線膨張係数と、樹脂封止剤硬化物の（Ｔｇ−３０℃）以下の温度における線膨張係数の和が４２ｐｐｍ／℃以下であり、及び
３）樹脂封止剤硬化物の（Ｔｇ−３０℃）以下における線膨張係数の、アンダーフィル剤硬化物の（Ｔｇ−３０℃）以下の線膨張係数に対する比が０．３〜０．９である。
【発明の効果】
【０００８】
上記セットは、アンダーフィル剤硬化物と、樹脂封止剤硬化物のＴｇ及び線膨張係数が、特定の組合せであるために、リフロー時等に高温に曝されても、硬化物間等に剥離を生じることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
上記、１）〜３）の各条件について説明する。条件１）は、アンダーフィル剤硬化物のＴｇと樹脂封止剤硬化物のＴｇとの関係である。Ｔｇの測定は、熱機械分析（ＴＭＡ）分析、粘弾性測定等の公知の方法で行うことができる。アンダーフィル剤硬化物のＴｇは１００℃以上、好ましくは１２０℃以上である。該Ｔｇが１００℃未満であると、リフロー時に素子との密着性が低下して、剥離する場合がある。Ｔｇの上限については、実際上、２００℃程度である。さらに、該Ｔｇは樹脂封止剤硬化物のＴｇとの差が２０℃以下であり、差が０℃、即ち、双方のＴｇが同じであってもよい。２つのＴｇのうちのいずれが高くともよい。該差が２０℃以上になると、高熱にさらされた場合、アンダーフィル部と樹脂封止部の間に応力がかかり、アンダーフィル部と樹脂封止部の剥離、アンダーフィル部とパシベーション膜との剥離が発生する場合がある。
【００１０】
上記２）及び３）は、線膨張係数の関係である。線膨張係数は、例えば、ＴＭＡ分析により測定することができる。（Ｔｇ−３０℃）以下の温度での線膨張係数は、Ｔｇから約３０℃程度下の温度であれば、任意の温度範囲であっても有意な差は無く、本発明では５０℃〜８０℃を用いた。（Ｔｇ−３０℃）以下の温度における、アンダーフィル剤硬化物の線膨張係数と、樹脂封止剤硬化物の線膨張係数の和が、４２ｐｐｍ／℃以下、好ましくは４０ｐｐｍ／℃以下である。該和が４２ｐｐｍ／℃を越えると、高熱下で高い応力がかかり、アンダーフィル部と樹脂封止部の剥離、アンダーフィル部とパシベーション膜との剥離が発生する場合がある。
【００１１】
さらに、両者の比、（Ｔｇ−３０℃）以下の温度における樹脂封止剤硬化物の線膨張係数／（Ｔｇ−３０℃）以下の温度におけるアンダーフィル剤硬化物の線膨張係数、が０．３〜１．０、好ましくは０．３〜０．９ある。該比が前記下限値未満である場合には、アンダーフィル部との間でクラック又は剥離が発生する恐れがある。一方、該比が前記上限値超、即ち、樹脂封止剤硬化物の線膨張係数が、アンダーフィル剤硬化物のそれより大きくても、クラックが生じる恐れがある。
【００１２】
好ましいアンダーフィル剤は、
（Ａ）エポキシ樹脂
（Ｂ）硬化剤                  ［（Ａ）成分中エポキシ基の当量／（Ｂ）硬化剤中のエポキシ基と反応性基の当量］が０．７〜１．２の量、及び
（Ｃ）無機充填剤              （Ａ）１００質量部に対して５０〜５００質量部
を含む。以下、各成分について説明する。
【００１３】
（Ａ）エポキシ樹脂
本発明に用いられる（Ａ）エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、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等のノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂等、及びこれらの混合物が挙げられる。これらのうち、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂が好ましい。
【００１４】
下記式で表されるエポキシ樹脂も好ましく使用される。
【００１５】
【化１】
0005502268.tif 000002
【００１６】
【化２】
0005502268.tif 000003
ここで、Ｒは炭素数１〜２０、好ましくは１〜１０、更に好ましくは１〜３の一価炭化水素基であり、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基等が挙げられる。また、ｎは１〜４の整数、特に１又は２である。
【００１７】
なお、上記式（５）のエポキシ樹脂を使用する場合には、その含有量は、全エポキシ樹脂中２５〜１００重量％、より好ましくは５０〜１００重量％、最も好ましくは７５〜１００重量％であることが推奨される。２５重量％未満であると組成物の粘度が上昇したり、硬化物の耐熱性が低下したりする恐れがある。上記式（５）のエポキシ樹脂の例としては、日本化薬社製ＭＲＧＥ等が挙げられる。
【００１８】
（Ｂ）硬化剤
エポキシ樹脂の硬化剤としては、アミン系、ポリメルカプタン系、イミダゾール系、酸無水物系、及びジシアンジアミド等が挙げられる。好ましくは、アミン硬化剤及び酸無水物硬化剤が使用される。アミン硬化剤としては、下記一般式（１）〜（４）で表される少なくとも１種類の芳香族アミン化合物が好ましい。
【００１９】
【化３】
0005502268.tif 000004
【００２０】
【化４】
0005502268.tif 000005
（式中、Ｒ1〜Ｒ４は独立に炭素数１〜６の一価炭化水素基、ＣＨ3Ｓ−及びＣ2Ｈ5Ｓ−から選ばれる基である。）
【００２１】
上式において、Ｒ1〜Ｒ4の一価炭化水素基としては、炭素数１〜６、特に１〜３のものが好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ヘキシル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基、フェニル基などや、これらの炭化水素基の水素原子の一部又は全部を塩素、フッ素、臭素等のハロゲン原子で置換したフロロメチル基、ブロモエチル基、トリフルオロプロピル基等のハロゲン置換一価炭化水素基を挙げることができる。
【００２２】
上記芳香族アミン系硬化剤は、通常、常温で固体であり、そのまま配合すると樹脂粘度が上昇し、作業性が著しく悪くなるため、エポキシ樹脂と反応しない温度で、溶融混合することが好ましい。即ち、後述する配合量で、７０〜１５０℃の温度範囲で１〜２時間、エポキシ樹脂と溶融混合することが望ましい。混合温度が７０℃未満であると芳香族アミン系硬化剤が十分に相溶しにくくなるおそれがあり、１５０℃を超える温度であるとエポキシ樹脂と反応して粘度上昇するおそれがある。また、混合時間が１時間未満であると芳香族アミン系硬化剤が十分に相溶せず、粘度上昇を招くおそれがあり、２時間を超えるとエポキシ樹脂と反応し、粘度上昇するおそれがある。
【００２３】
酸無水物硬化剤としては、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミック酸、ピロメリット酸二無水物、マレイン化アロオシメン、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３、３’、４、４’−ビフェニルテトラビスベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、（３、４−ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物、ビス（３、４―ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、２、２−ビス（３、４−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、３、４−ジメチル−６−（２−メチル−１−プロぺニル）−１，２，３，６−テトラハイ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の混合物が挙げられる。特にメチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、３、４−ジメチル−６−（２−メチル−１−プロぺニル）−１，２，３，６−テトラハイ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の混合物が好ましい。このような硬化剤としては、例えば、リカシッドＭＨ７００（新日本理化株式会社製）、ＹＨ３０６、ＹＨ３０７（ジャパンエポキシレジン社製）として市販されている。
【００２４】
（Ｂ）硬化剤の配合量は、エポキシ樹脂（Ａ）に対する当量比、〔（Ａ）エポキシ樹脂／（Ｂ）硬化剤〕で、０．７以上１．２以下、好ましくは０．８〜１．０の範囲にする。配合モル比が前記下限値未満では未反応のエポキシ基が残存し、ガラス転移温度の低下となり、また密着性が低下するおそれがある。前記上限値を越えては、硬化物が硬く脆くなり、リフロー時又は温度サイクル時にクラックが発生するおそれがある。
【００２５】
［（Ｃ）無機充填剤］
無機充填剤（Ｃ）としては、公知各種の無機充填剤を使用することができる。例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、ボロンナイトライド、チッカアルミ、チッカ珪素、マグネシア、マグネシウムシリケート、アルミニウムなどが挙げられる。中でも真球状の溶融シリカが、組成物の低粘度化の点から好ましく、更には、ゾルゲル法又は爆燃法で製造された球状シリカが好ましい。
【００２６】
無機充填剤は、樹脂との結合強度を強くするため、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤などのカップリング剤で予め表面処理したものを配合することが好ましい。このようなカップリング剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等のエポキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシラン、γ−メルカプトシラン等のメルカプトシランなどのシランカップリング剤を用いることが好ましい。ここで表面処理に用いるカップリング剤の配合量及び表面処理方法については、特に制限されるものではない。
【００２７】
無機充填剤の粒径は、半導体装置のギャップサイズ、即ち基板と半導体チップとの隙間の幅、に依存して、適宜調整することが好ましい。ギャップサイズは、典型的には、１０〜２００μｍ程度であるが、この場合、アンダーフィル剤の粘度及び硬化物の線膨張係数の点から、平均粒径が０．１〜５μｍ、好ましくは０．５〜２μｍである。平均粒径が前記下限値未満であると、組成物の粘度が上昇して、ギャップ内へ侵入し難くなり、前記上限値を超えると、充填剤が侵入を阻害して、未充填部分が生じるおそれがある。
【００２８】
さらに、無機充填剤は、該ギャップサイズの１／２以上の粒径のものが、無機充填剤全体の０．１質量％以下、特に０〜０．０８質量％であるような、粒度分布を有することが好ましい。好ましくは、ギャップサイズに対して平均粒径（ｄ５０：メジアン径）が約１／１０以下、最大粒径（ｄ９８：９８％累積径）が１／２以下の無機充填剤を用いる。なお、充填剤の粒径及び粒度分布は、レーザー光回折法による粒度分布測定により得ることができる。また、ギャップサイズに対して１／２以上の粒径のものの測定方法としては、例えば、無機充填剤と純水を１：９（質量）の割合で混合し、超音波処理を行って凝集物を十分崩し、これをギャップサイズの１／２の目開きのフィルターで篩い、篩上の残量を秤量する粒径検査方法を用いることができる。
【００２９】
上記粒径及びその分布をコントロールするためには、ゾルゲル法又は爆燃法が最も適していることが見出された。これらの方法で製造された球状シリカは、溶融シリカに比べて真球状であり、粒度分布も容易に設計できるメリットがある。なお、ゾルゲル法及び爆燃法は、従来公知の方法であってよい。
【００３０】
無機充填剤全体の８０質量％以上、特に９０〜１００質量％、とりわけ９５〜１００質量％が、ゾルゲル法又は爆燃法で製造された球状シリカであることが好ましい。８０質量％未満では、組成物の流動性が悪い場合がある。
【００３１】
無機充填剤（Ｃ）の配合量としては、（Ａ）エポキシ樹脂１００質量部に対して５０〜５００質量部とすることが好ましく、より好ましくは１００〜４００質量部の範囲である。前記下限値未満では、硬化物の膨張係数が大きくなるおそれがある。前記上限値を超えると、組成物の粘度が高くなり、ギャップへの侵入性が悪いおそれがある。
【００３２】
その他の成分
本発明のアンダーフィル剤には、硬化物の応力を低減する目的で、シリコーン変性エポキシ樹脂、シリコーンゴム、シリコーンオイル、液状のポリブタジエンゴム、メタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン等の可撓性樹脂、接着性向上用炭素官能性シラン、カーボンブラック等の顔料、染料、酸化防止剤を、本発明の目的を阻害しない量で、配合することができる。
【００３３】
シリコーン変性エポキシ樹脂としては、アルケニル基含有エポキシ樹脂又はアルケニル基含有フェノール樹脂のアルケニル基と、下記平均組成式（６）
ＨaＲ5bＳｉＯ(4-a-b)          （６）
（但し、式中Ｒ5は置換又は非置換の一価の炭化水素基、ａは０．０１〜０．１、ｂは１．８〜２．２、１．８１≦ａ＋ｂ≦２．３である。）
で示される１分子中の珪素原子の数が２０〜４００であり、かつ珪素原子に直接結合した水素原子（ＳｉＨ基）の数が１〜５、好ましくは２〜４、特には２個であるオルガノポリシロキサンのＳｉＨ基との付加反応により得られる共重合体からなるシリコーンエポキシ変性樹脂が好ましい。
【００３４】
上記式中のＲ5の一価炭化水素基としては、炭素数１〜１０、特に１〜８のものが好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、プロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基、フェニル基、キシリル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基等や、これらの炭化水素基の水素原子の一部又は全部を塩素、フッ素、臭素等のハロゲン原子で置換したクロロメチル基、ブロモエチル基、トリフルオロプロピル基等のハロゲン置換一価炭化水素基を挙げることができる。
【００３５】
該共重合体としては、下記式（７）で示される構造のものが望ましい。
【００３６】
【化５】
0005502268.tif 000006
【００３７】
上記式（７）中、Ｒ5は上で述べたとおりであり、Ｒ6は−ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2−、−ＯＣＨ2−ＣＨ（ＯＨ）−ＣＨ2−Ｏ−ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2−又は−Ｏ−ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2−であり、Ｒ7は水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基である。ｎは４〜１９９、好ましくは１９〜１０９の整数、ｐは１〜１０の整数、ｑは１〜１０の整数である。
【００３８】
該シリコーン変性エポキシ樹脂を配合する場合には、（Ａ）エポキシ樹脂１００重量部に対して、オルガノシロキサン部の量が１〜２０質量部、特に２〜１５質量部含まれるように配合することが好ましく、これにより、硬化物の応力を低下し及び基板への密着性も向上することができる。ここで、オルガノシロキサン部の量は、下記式で示される。
オルガノシロキサン部の量＝（オルガノシロキサン部の分子量／シリコーン変性エポキシ樹脂の分子量）×シリコーン変性エポキシ樹脂の配合量
【００３９】
アンダーフィル剤の調製
本発明のアンダーフィル剤は、例えば、上記（Ａ）〜（Ｃ）成分、及び、所望により任意成分、を同時あるいは別々に、必要により加熱処理を加えながら攪拌、溶解、混合、分散させる。これらの操作に用いる装置は特に限定されないが、攪拌、加熱装置を備えたライカイ機、３本ロール、ボールミル、プラネタリーミキサー等を用いることができる。また、これら装置を適宜組み合わせてもよい。
【００４０】
上記調製法で得られるアンダーフィル剤は、２５℃において１〜５００Ｐａ・ｓ、特に１〜１５０Ｐａ・ｓの粘度を有することが好ましい。該アンダーフィル剤の成形方法、成形条件は、公知のものであってよいが、好ましくは、最初に１００〜１２０℃、０．５時間以上、次いで、１５０〜１７５℃、０．５時間以上、熱オーブンキュアを行う。１００〜１２０℃での加熱が０．５時間未満では、硬化後にボイドが発生する場合がある。また１５０〜１７５℃での加熱が０．５時間未満では、十分な硬化物特性が得られない場合がある。
【００４１】
次に、本発明における樹脂封止剤について、説明する。樹脂封止剤は、
（ａ）ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂またはトリフェニルエポキシ樹脂、
（ｂ）ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂またはトリフェニルフェノール樹脂    ［（ａ）成分中エポキシ基の当量／（ｂ）成分中のフェノール性水酸基の当量］が０．８〜１．２の量、及び
（ｃ）無機充填剤                                    （ａ）成分と（ｂ）成分の合計量１００質量部に対し、５００〜１，１００質量部を含む。以下、各成分について説明する。
【００４２】
（ａ）ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂またはトリフェニルエポキシ樹脂
封止剤のエポキシ樹脂としては、例えば、下記式で表されるエポキシ樹脂が使用される。
0005502268.tif 000007
式中、Ｒ１は炭素数１〜４のアルキル基であり、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等が挙げられ、中でもメチル基が好ましい。ａは０〜４、ｂは０〜３の整数、Ｑは０〜１０の数である。該樹脂の硬化物は、可撓性に優れ、弾性率が低く耐衝撃性に優れる。
【００４３】
上式で表される樹脂として、以下のものが例示される。
0005502268.tif 000008
（式中、ｐは０．５〜１．５である。）
【００４４】
トリフェニルエポキシ樹脂としては、例えば下記式で表されるものがある。
0005502268.tif 000009
ここで、Grはグリシジル基である。該樹脂は、高耐熱性の点で、有用である。
【００４５】
封止剤組成物には、他のエポキシ樹脂を併用することができる。併用するエポキシ樹脂としては、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、トリフェノールアルカン型エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ化合物、ビスフェノールＦ型エポキシ化合物、スチルベン型エポキシ化合物等が挙げられ、これらのうち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。またこれらの中では溶融時に低粘度であるビスフェノールＡ型エポキシ化合物、ビスフェノールＦ型エポキシ化合物、スチルベン型エポキシ化合物等が好ましい。なお、他のエポキシ樹脂を併用する場合、上記ビスフェニル樹脂，３官能性エポキシ樹脂量は、（a)成分の５０〜１００質量％であることが好ましく、より好ましくは７０〜１００質量％である。
【００４６】
（ｂ）ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂またはトリフェニルフェノール樹脂
ビスフェニルアラルキル型フェノール樹脂としては、下記式で表されるものが、耐熱性・耐クラック性に優れる硬化物を与えることから、好ましく使用される。
【００４７】
【化６】
0005502268.tif 000010
式中、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、又はフェニル基であり、中でもメチル基、フェニル基が好ましい。ａは０〜４、ｂは０〜３の整数、Ｑは０〜１０の数である。
【００４８】
上式で表されるフェノール樹脂として、以下のものが例示される。
【００４９】
【化７】
0005502268.tif 000011
（式中、ｍは平均０．５〜１．５である。）
【００５０】
トリフェノール樹脂は、下記式で表される。
【００５１】
【化８】
0005502268.tif 000012
式中、Ｒは水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基である。
【００５２】
トリフェノール型樹脂は耐熱性に優れ、低粘度であるために、ガラス転移温度を上げたり、フィラーの高充填化を可能にし、例えばＲが水素原子である下記のものが使用される。
【００５３】
【化９】
0005502268.tif 000013
【００５４】
なお、（ｂ）成分は、他のフェノール樹脂硬化剤を含んでよい。例えば、フェノールノボラック樹脂、ナフタレン環含有フェノール樹脂、フェノールアラルキル型フェノール樹脂、ビフェニル型フェノール樹脂、脂環式フェノール樹脂、複素環型フェノール樹脂、ビスフェノールＡ型フェノール樹脂、ビスフェノールＦ型フェノール樹脂等と併用して用いることもできる。併用する場合には、（ｂ）成分の５０質量％以下とすることが好ましく、更に好ましくは３０質量％である。
【００５５】
上記（ａ）成分と（ｂ）成分の配合割合は（ａ）成分のエポキシ基１当量に対し、（ｂ）成分に含まれるフェノール当量が０．８未満であると成型時の硬化性が悪くなる場合があり、１．２を超えると硬化物の吸水量が増大する場合がある。
【００５６】
（ｃ）無機充填剤
（ｃ）無機充填剤としては、通常、樹脂組成物に配合されるものを使用することができ、例えば、球状の溶融シリカ、破砕状の溶融シリカ、結晶性シリカ等のシリカ類、アルミナ、ムライト、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化硼素、酸化チタン、ガラス繊維等が挙げられる。これらの中でも、シリカ、特には球状の溶融シリカが望ましく、その平均粒径が５〜３０μｍで、湿式篩い法で測定した７５μｍを超える粒径が０．２質量％以下であるものが、成形性、流動性の面からより望ましい。
【００５７】
（ｃ）無機充填剤の配合量としては、（ａ）成分と（ｂ）成分の合計量１００質量部に対し、５００〜１，１００質量部とすることが好ましい。前記下限値未満では樹脂の割合が高く、線膨張係数が大きくなり、半導体装置に反りが発生することがある。また前記上限値を超える量では粘度が高くなるために成形できなくなるおそれがある。
【００５８】
なお、無機質充填剤は、樹脂と無機質充填剤表面との結合強度を強くするため、予めアミノシラン、エポキシシラン等のシランカップリング剤などで表面処理したものを配合することが好ましい。ここで、表面処理に用いるカップリング剤量及び表面処理方法については特に制限されない。
【００５９】
また、封止剤組成物は、更に各種の添加剤を配合することができる。  例えば、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、有機合成ゴム、シリコーン系等の低応力剤、カルナバワックス等の離型剤、カーボンブラック等の着色剤、ハロゲン化樹脂、アンチモン酸化物、モリブデン酸塩等の難燃剤、ハロゲントラップ剤等の添加剤を本発明の目的を損なわない範囲で添加配合することができる。
【００６０】
封止剤組成物を調製する方法としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、無機質充填剤、及び所望により、その他の添加物を所定の組成比で配合し、これをヘンシェルミキサー等によって十分均一に混合した後、熱ロール、ニーダー、エクストルーダー等による溶融混合処理を行い、次いで冷却固化させ、適当な大きさに粉砕して成形材料とすることができる。また、撹拌、混合及び分散させる際に、組成物のなじみを良くするために、従来公知の各種シランカップリング剤を添加することができ。シランカップリング剤としては、上記アンダーフィル剤に関して述べたものを同じものを使用することができる。
【００６１】
実施例
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
【００６２】
アンダーフィル剤の調製
表１に示す各質量部の各成分を、３本ロールで均一に混練りすることにより１２種の液状エポキシ樹脂組成物（ＵＦ−１〜ＵＦ−１２）を得た。
【００６３】
表１において、各成分は以下のとおりである。
（Ａ）エポキシ樹脂
エポキシ樹脂Ａ１  下記式で示される３官能型エポキシ樹脂（エピコート６３０Ｈ：ジャパンエポキシレジン株式会社製）
【００６４】
【化１０】
0005502268.tif 000014
エポキシ樹脂Ａ２  下記式で示されるビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ＲＥ３０３Ｓ−Ｌ：日本化薬株式会社製）
【００６５】
【化１１】
0005502268.tif 000015
【００６６】
（Ｂ）硬化剤
硬化剤Ｂ１：３，３’−ジエチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン（カヤハードＡＡ：日本化薬社製）
硬化剤Ｂ２：３，３’，５，５’−テトラエチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン（Ｃ−３００Ｓ：日本化薬社製）
硬化剤Ｂ３：下記式で示されるマレイン化アロオシメン混合物（ＹＨ３０７：ジャパンエポキシレジン株式会社製）
【００６７】
【化１２】
0005502268.tif 000016
硬化剤Ｂ４：下記式で示されるヘキサヒドロフタル酸無水物混合物（リカシッドＭＨ７００：新日本理化株式会社製）
【００６８】
【化１３】
0005502268.tif 000017
【００６９】
（Ｃ）無機充填剤
球状シリカ：下記粒径検査方法において、フィルター１残量（粒径２５μｍ以上）が０．０１質量％、平均粒径２．５μｍの爆燃法で製造された球状シリカ
シリカ粒径検査方法
シリカと純水を１：９（質量）の割合で混合し、超音波処理を行って凝集物を十分崩し、フィルター１（目開き２５μｍ）又はフィルター２（目開き１０μｍ）で篩い、篩上に残ったシリカを秤量して残量を測定した。測定は５回行い、その平均値を測定値として質量％で表した。
【００７０】
その他添加剤
シランカップリング剤：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（ＫＢＭ４０３：信越化学工業株式会社製）
溶剤：ポリエチレングリコールメチルエチルアセテート（ＰＧＭＥＡ：沸点１４６℃）
硬化触媒：２−エチル−４−メチルイミダゾール（２Ｅ４ＭＺ：四国化成（株）製）
【００７１】
得られた各組成物について、以下に示す試験を行った。結果を表１に示す。
（１）粘度
各組成物について、ＪＩＳ  Ｚ−８８０３に準じ、測定温度：２５℃、Ｅ型粘度計を用いて、試料をセットして２分後の値を測定した。
【００７２】
（２）Ｔｇ（ガラス転移温度）、ＣＴＥ１（（Ｔｇ−３０℃）以下の温度における線膨張係数）、ＣＴＥ２（Ｔｇ超の温度における膨張係数）
常温から１０℃／分で昇温して、２００〜２６０℃の温度で、３０秒以上５分以下保持して硬化物を得た。該硬化物を、常温まで冷却して、５ｍｍ×５ｍｍ×１５ｍｍの試験片を切り出して、ＴＭＡ（熱機械分析装置）により、毎分５℃で昇温してＴｇを測定した。
硬化物の（Ｔｇ−３０℃）が１００℃未満の場合は、ＣＴＥ１は−３０〜０℃で、ＣＴＥ２は１５０〜１８０℃で測定した。
（Ｔｇ−３０℃）が１００℃以上の場合は、ＣＴＥ１は５０〜８０℃、ＣＴＥ２は２００〜２３０℃で測定した。
【００７３】
（３）ボイドテスト
３０ｍｍ×３０ｍｍのＦＲ−４基板に、ポリイミド（ＰＩ）膜コートした１０ｍｍ×１０ｍｍのシリコンチップが、ギャップサイズが約５０μｍとなるように設置されたフリップチップ型半導体装置のギャップに、各樹脂組成物を滴下して侵入させ、１６５℃で３０分間、硬化させた後、ボイドの有無をＣ−ＳＡＭ（ＳＯＮＩＸ社製）で確認した。
【００７４】
（４）接着力テスト
上面の直径２ｍｍ、下面の直径５ｍｍ、高さ３ｍｍの円錐台形状のポリテトラフルオロエチレン製の型に各樹脂組成物を注入し、この上にＰＩ膜コートしたシリコンチップを載せ、１５０℃で３時間硬化させた。硬化後、ポリテトラフルオロエチレン製の型を外して得られた試験片を一定の速度（１ｍｍ／秒）で押すことによって、剪断接着力を測定し、初期値とした。更に、硬化させた試験片をプレッシャークッカーテスター（１２１℃／２．１ａｔｍ）中で３３６時間保持した後、同様に接着力を測定した。いずれの場合も試験片の個数は５個で行い、その平均値を接着力として表記した。
【００７５】
（５）強靭値Ｋ１ｃ
各樹脂組成物を１５０℃で３時間硬化し、得られた硬化物について、ＡＳＴＭ＃Ｄ５０４５に基づき、常温の強靭性値Ｋ１ｃを測定した。
【００７６】
【表１】
0005502268.tif 000018
【００７７】
樹脂封止剤の調製
表２で示す各成分を３本ロールで均一に混練することにより、６種の封止樹脂組成物（ＥＭＣ−１〜ＥＭＣ−６）を得た。
【００７８】
表２において、各成分は以下のとおりである。
（ａ）エポキシ樹脂
エポキシ樹脂ａ１  下記式で示されるビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂（ＮＣ−３０００：日本化薬（株）製）
【００７９】
【化１４】
0005502268.tif 000019
エポキシ樹脂ａ２  下記式で示される三官能型エポキシ樹脂（ＥＰＰＮ−５０１Ｈ：日本化薬（株）製）
【００８０】
【化１５】
0005502268.tif 000020
【００８１】
（ｂ）フェノール樹脂
フェノール樹脂ｂ１  下記式で示される三官能型フェノール樹脂（ＭＥＨ−７５００：明和化成（株）製）
【００８２】
【化１６】
0005502268.tif 000021
フェノール樹脂ｂ２  下記式で示されるビフェニルアラルキル型フェノール樹脂（ＭＥＨ−７８５１：明和化成（株）製）
【００８３】
【化１７】
0005502268.tif 000022
【００８４】
（ｃ）無機充填剤
球状シリカ：下記粒径検査方法において、フィルター１残量（粒径２５μｍ以上）が０．０１質量％、平均粒径２．５μｍの爆燃法で製造された球状シリカ
シリカ粒径検査方法
シリカと純水を１：９（質量）の割合で混合し、超音波処理を行って凝集物を十分崩し、フィルター１（目開き２５μｍ）又はフィルター２（目開き１０μｍ）で篩い、篩上に残ったシリカを秤量して残量を測定した。測定は５回行い、その平均値を測定値として質量％で表した。
【００８５】
その他添加剤
硬化促進剤：トリフェニルホスフィン（北興化学（株）製）
シランカップリング剤：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（ＫＢＭ４０３：信越化学工業株式会社製）
カーボンブラック（デンカブラック：電気化学工業株式会社製）
離型剤：カルナバワックス（日興ファインプロダクツ（株）製）
【００８６】
得られた各樹脂組成物を用いて、以下に示す試験を行った。その結果を表２に示す。
（１）スパイラルフロー値
ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して、１７５℃、６．９Ｎ／ｍｍ２、成形時間１２０秒の条件で測定した。
【００８７】
（２）溶融粘度
高化式フローテスターを用い、１０ｋｇｆの加圧下、直径１ｍｍのノズルを用い、温度１７５℃で粘度を測定した。
【００８８】
（３）Ｔｇ（ガラス転移温度）、ＣＴＥ１（（Ｔｇ−３０℃））以下の温度における線膨張係数）、ＣＴＥ２（Ｔｇ超の温度における膨張係数）
常温から１０℃／分で昇温して、１８０℃の温度で２４時間保持して、硬化物を得た。該硬化物を、常温まで冷却して、５ｍｍ×５ｍｍ×１５ｍｍの試験片を切り出して、ＴＭＡ（熱機械分析装置）により、毎分５℃で昇温してＴｇを測定した。
硬化物の（Ｔｇ−３０℃）が１００℃未満の場合は、ＣＴＥ１は−３０〜０℃で、ＣＴＥ２は１５０〜１８０℃で測定した。
（Ｔｇ−３０℃）が１００℃以上の場合は、ＣＴＥ１は５０〜８０℃、ＣＴＥ２は２００〜２３０℃で測定した。
【００８９】
（４）ゲル化時間
１７５℃に加熱された熱板上に組成物を薄く広げ、スパチュラで樹脂を掻き取り、熱板面から樹脂が剥がれる点をゲル化時間とした。
【００９０】
（５）  強靭値K1c
樹脂組成物を、温度１７５℃、圧力６．９Ｎ／ｍｍ２、成形時間９０秒の条件で成形し、１８０℃で４時間後硬化して得られた硬化物について、ＡＳＴＭ＃Ｄ５０４５に基づき、常温の強靭性値Ｋ1cを測定した。
【００９１】
（６）曲げ強度及び弾性率
樹脂組成物を、温度１７５℃、圧力６．９Ｎ／ｍｍ２、成形時間９０秒の条件で成形し、１８０℃で４時間後硬化して得られた硬化物について、ＪＩＳ＃Ｋ６９１１に基づき、常温の曲げ弾性率、強度を測定した。
【００９２】
（７）比重
樹脂組成物を、温度１７５℃、圧力６．９Ｎ／ｍｍ２、成形時間９０秒の条件で成形し、１８０℃で４時間後硬化して得られた硬化物について、ＪＩＳ＃Ｋ６９１１に基づき、常温の比重を測定した。
【００９３】
【表２】
0005502268.tif 000023
【００９４】
実施例１〜２２、参考例１〜１９
表３に示すアンダーフィル剤と樹脂封止剤の組合せを用いて、ＳＩＰ型半導体装置を作成し、以下に示すプレッシャークッカー試験及び熱衝撃試験を行った。結果を表３〜６に示す。
【００９５】
半導体装置の作成
図１に示す構成の、試験用半導体装置を作成した。３２ｘ３２ｍｍで厚みが１．２ｍｍのパッケージ作成用の、厚さ０．４ｍｍのＢＴ樹脂基板上に、１０ｘ１０ｘ０．３ｍｍのシリコンチップを９つ、約１００μｍのスペーサを用いて設置し、シリコンチップと基板との間の隙間に樹脂を侵入させて１２０℃／０．５時間＋１６５℃／３時間の条件で硬化させた。
得られた装置を、樹脂封止剤を１７５℃、６．９Ｎ／ｍｍ2、キュア時間２分のトランスファー条件で成型して封止し、その後１７５℃で５時間、ポストキュアを行い、ダイサーで１２×１２ｍｍにダイシングして、１２×１２ｍｍ×約３ｍｍの半導体装置チップを得た。
【００９６】
（１）プレッシャークッカーテスト
上記方法で得られた半導体装置チップ１８個を、３０℃／６５％ＲＨの条件下に１９２時間（ＪＥＤＥＣレベル３の条件）置いた後に、最高温度２６５℃に設定したＩＲリフロー炉を５回通した後の、半導体装置における剥離もしくはクラックの有無を、超音波映像診断機、Ｃ−ＳＡＭ、ＳＯＮＩＸ社製、を用いて調べた。次いで、プレッシャークッカー中、１２１℃／２．１ａｔｍの環境下に３３６時間置いた後の、半導体装置における剥離等の有無を、上記同様に調べた。表３〜６に、剥離等が観察されなかったものをＧ、観察されたものをＮＧで表した。
【００９７】
（２）熱衝撃テスト
上記方法で得られた半導体装置チップ１８個を、３０℃／６５％ＲＨの条件下に１９２時間置いた後に、最高温度２６５℃に設定したＩＲリフロー炉を５回通した後、−６５℃で３０分、１５０℃で３０分を１サイクルとし、２５０、５００、７５０、及び１０００サイクル後の剥離を、上記同様に調べた。表３〜６に剥離等が観察されたチップ数（％）を示した。
【００９８】
【表３】
0005502268.tif 000024
【００９９】
【表４】
0005502268.tif 000025
【０１００】
【表５】
0005502268.tif 000026
【０１０１】
【表６】
0005502268.tif 000027
【０１０２】
参考例１０〜２２は、いずれもアンダーフィル剤と樹脂封止剤のＴｇに２０℃超の差があり、プレッシャークッカー試験で剥離が見られた。参考例１、２、４、５は、（Ｔｇ−３０℃）以下の温度における膨張係数の和が４５ｐｐｍ／℃を超え、リフロー後に剥離が見られた。参考例３は、樹脂封止剤の線膨張係数の、アンダーフィル剤のそれに対する比が０．３未満であり、リフロー後に剥離が見られた。
これらに対して、実施例１〜２２の装置では、剥離等が無く、耐熱衝撃性に優れた。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明の樹脂組成物セットは、耐熱衝撃性に優れたシステムインパッケージ型半導体装置を作成するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】フリップチップ型半導体装置の１例の断面図である。
【図２】システムインパッケージ型半導体装置の一例の断面図である。
【図３】システムインパッケージ型半導体装置の一例の断面図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  基板
２  半田バンプ
３  半導体チップ
４  アンダーフィル部
５  ダイアタッチ部
６  樹脂封止部
【図１】
0005502268.tif 000028
【図２】
0005502268.tif 000029
【図３】
0005502268.tif 000030