(57)【要約】【課題】封止樹脂を回路基板へ後供給する方法によって封止樹脂の硬化を行うフリップチップ実装において、硬化された封止樹脂中にボイドが残りにくく、かつ、信頼性に優れた半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物とそれを用いた半導体装置を提供する。【解決手段】半導体デバイスと回路基板とのそれぞれに形成されたパッド同士が導電性バンプを介して接続された半導体デバイスと回路基板との隙間に供給し加熱硬化する封止樹脂として使用される半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物において、常温で液状のエポキシ樹脂、アミン硬化剤、熱硬化性アクリル樹脂、熱硬化性アクリル樹脂の熱重合開始剤、および無機充填剤を含有することを特徴としている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスと回路基板とのそれぞれに形成されたパッド同士が導電性バンプを介して接続された前記半導体デバイスと前記回路基板との隙間に供給し加熱硬化する封止樹脂として使用される半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物において、常温で液状のエポキシ樹脂、アミン硬化剤、熱硬化性アクリル樹脂、前記熱硬化性アクリル樹脂の熱重合開始剤、および無機充填剤を含有することを特徴とする半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
前記熱硬化性アクリル樹脂の含有量が、前記半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物の全量に対して１．０〜１５質量％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
前記常温で液状のエポキシ樹脂を含む全エポキシ樹脂と、前記アミン硬化剤との化学量論上の当量比が０．５〜１．５の範囲内であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
前記無機充填剤の含有量が、前記半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物の全量に対して４０〜７０質量％の範囲内であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
半導体デバイスと、この半導体デバイスが実装される回路基板とを備え、前記半導体デバイスと前記回路基板とのそれぞれに形成されたパッド同士が導電性バンプを介して接続され、前記半導体デバイスと前記回路基板との隙間が請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物の硬化物により封止されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物とそれを用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、樹脂封止型半導体装置は、デバイスの高密度化、高集積度化、動作の高速化などの傾向にあり、従来型のパッケージ（ＱＦＰなど）よりさらに小型化、薄型化することのできる半導体デバイスのパッケージが要求されている。
【０００３】
これらの要求に対してＢＧＡ(Ball grid array)、ＣＳＰ(Chip size package)、ベアチップ実装などの高密度実装が可能なフリップチップ型の半導体装置がある。
【０００４】
フリップチップ型の半導体装置の実装においては、実装部品の半導体デバイスにはんだによりバンプ電極を形成しておき、バンプ電極に対応するように設けられた実装用の電極パッドが形成された回路基板に、フェースダウンで半導体デバイスを載置する。そしてリフロー処理することによりはんだを溶融させてバンプ電極と電極パッドとを直接接続する。
【０００５】
フリップチップ型の半導体装置は、例えば、温度サイクル試験時において、熱応力による歪により、電気的な接合不良を引き起こすおそれがあるなど、信頼性が問題になることがあった。すなわち、半導体デバイスと回路基板の熱膨張係数差に由来する熱応力が接続部に集中して接続部を破壊する場合がある。
【０００６】
信頼性を高める方法として、リフロー処理により電極同士を接合した後、半導体デバイスと回路基板との間に形成される隙間を樹脂組成物で封止することにより、この熱応力を分散して接続信頼性を高めるアンダーフィル技術が広く用いられている。アンダーフィル技術は、バンプを保護し、半導体デバイスと回路基板との熱膨張率の差異により発生するはんだ接合部の応力を緩和し、耐湿性、気密性を確保するなどの機能を有している。
【０００７】
アンダーフィル技術としては、半導体デバイスを回路基板上に搭載し、リフロー処理することにより電極同士を接合した後に、回路基板と半導体デバイスとの隙間に封止樹脂を注入する後供給方式が広く用いられている。
【０００８】
フリップチップ実装に用いられる封止材料としては、常温で液状のエポキシ樹脂を主剤とし、これに硬化剤、無機充填剤などを配合した液状のエポキシ樹脂組成物が代表的なものとして用いられている（特許文献１、２）。
【０００９】
近年では、前記のようなフリップチップ型のパッケージを用いた電化製品としてデジタルカメラやビデオ、ノート型パソコン、携帯電話といったものが挙げられるが、今後の製品自体の小型化・薄型化・複雑化に伴い、これらには耐衝撃性および高信頼性が求められ、製品の内部の基板や各電子部品にも同様な性質が求められる。そのため、パッケージの方にも信頼性を維持しつつ、薄型化、複雑化、ワンチップ化による大型化・高密度化による金線などの狭ピッチ化で難しくなる作業性の向上も必要となる。
【００１０】
このように高密度化などが進行する中、エポキシ樹脂の硬化剤としてアミン硬化剤を用いた封止材料がフリップチップデバイスで標準となってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−１４９８２０号公報
【特許文献２】特開２００７−０９１８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、封止樹脂としてエポキシ樹脂組成物を使用する技術では、リフロー後に硬化した封止樹脂中にボイドが残るという問題点があった。
【００１３】
このボイドの発生要因としては、樹脂組成物中の成分の分解や揮発、水分の蒸発、回路基板表面を保護するソルダーレジストに含有される未硬化の低分子成分の揮発などが挙げられる。
【００１４】
そして硬化された封止樹脂中に残されたボイドは、半導体デバイスと回路基板との接合の信頼性を低下させる原因になる。
【００１５】
しかしながら、フリップチップデバイスで標準となりつつあるアミン硬化剤は、硬化が非常に遅いため、硬化温度で他部材から出るガスをトラップしやすいという問題点があった。
【００１６】
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、封止樹脂を回路基板へ後供給する方法によって封止樹脂の硬化を行うフリップチップ実装において、硬化された封止樹脂中にボイドが残りにくく、かつ、信頼性に優れた半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物とそれを用いた半導体装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を解決するために、本発明の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物は、半導体デバイスと回路基板とのそれぞれに形成されたパッド同士が導電性バンプを介して接続された半導体デバイスと回路基板との隙間に供給し加熱硬化する封止樹脂として使用される半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物において、常温で液状のエポキシ樹脂、アミン硬化剤、熱硬化性アクリル樹脂、熱硬化性アクリル樹脂の熱重合開始剤、および無機充填剤を含有することを特徴としている。
【００１８】
この半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物において、熱硬化性アクリル樹脂の含有量が、半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物の全量に対して１．０〜１５質量％の範囲内であることが好ましい。
【００１９】
この半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物において、常温で液状のエポキシ樹脂を含む全エポキシ樹脂と、アミン硬化剤との化学量論上の当量比が０．５〜１．５の範囲内であることが好ましい。
【００２０】
この半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物において、無機充填剤の含有量が、半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物の全量に対して４０〜７０質量％の範囲内であることが好ましい。
【００２１】
本発明の半導体装置は、半導体デバイスと、この半導体デバイスが実装される回路基板とを備え、半導体デバイスと回路基板とのそれぞれに形成されたパッド同士が導電性バンプを介して接続され、半導体デバイスと回路基板との隙間が前記の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物の硬化物により封止されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物および半導体装置によれば、硬化された封止樹脂中にボイドが残りにくく、かつ、信頼性にも優れている。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明について詳細に説明する。
【００２４】
本発明の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物には、エポキシ樹脂として、常温で液状のエポキシ樹脂が使用される。
【００２５】
なお、本明細書において「常温で液状」とは、大気圧下での５〜２８℃の温度範囲、特に室温１８℃前後において流動性を持つことを意味する。エポキシ樹脂の粘度は、２５℃において２５０Ｐ以下であることが好ましく、１〜２５０Ｐであることがより好ましい。粘度をこの範囲にすると、半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物の注入を行う際の作業性、加工性を良好なものとすることができる。
【００２６】
常温で液状のエポキシ樹脂としては、１分子内にエポキシ基を２個以上有するものであれば、その分子量、分子構造は特に限定されず各種のものを用いることができる。
【００２７】
具体的には、例えば、グリシジルエーテル型、グリシジルアミン型、グリシジルエステル型、オレフィン酸化型（脂環式）などの各種の液状のエポキシ樹脂を用いることができる。
【００２８】
さらに具体的には、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、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂などのビスフェノール型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂などの水添ビスフェノール型エポキシ樹脂、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、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、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、グリシジル基含有シリコーン樹脂などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、官能基数が３個または４個の多官能エポキシ樹脂や、その他脂環式エポキシ樹脂やグリシジルアミン型エポキシ樹脂の３官能タイプ、４官能タイプなども用いることができる。
【００２９】
これらの中でも、半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物の低粘度化と硬化物の物性を考慮すると、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、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂が好ましい。
【００３０】
ビスフェノール型エポキシ樹脂のうち、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂としては、例えば、次式で表わされるエポキシ樹脂などが挙げられる。
【００３１】
【化１】
2014094981.tif 000002
【００３２】
（式中、Ｒ1〜Ｒ8は、水素原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜１０のアルコキシル基、炭素数６〜１０のアリール基、または炭素数６〜１０のアラルキル基を示し、全てが同一でも互いに異なっていてもよい。ｐは０〜２０、好ましくは０〜１０の整数を示す。）
本発明の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物において、常温で液状のエポキシ樹脂との混合物全体として常温で液状となれば、常温で固形のエポキシ樹脂を配合してもよい。
【００３３】
本発明の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物には、アミン硬化剤が配合される。アミン硬化剤としては、例えば、分子内に１級または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、および硬化物の耐熱性の観点から芳香族アミン類が好ましい。
【００３４】
芳香族アミン類としては、例えば、芳香族第１級アミン類、芳香族第２級アミン類、芳香族第３級アミン類、芳香族ジアミン類などを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００３５】
芳香族第１級アミン類としては、例えば、アニリン、ｏ，ｍ，ｐ−トルイジン、ｏ，ｍ，ｐ−エチルアニリン、キシリジン、メシジン、ｏ，ｍ，ｐ−クロロアニリン、クロロトルイジン、ジクロロアニリン、トリクロロアニリン、ｏ，ｍ，ｐ−フルオロアニリン、ｏ，ｍ，ｐ−ブロモアニリン、フルオロクロロアニリン、ｏ，ｍ，ｐ−アミノフェノール、ｏ，ｍ，ｐ−アミノチオフェノール、アニシジン、フェネチジン、ｏ，ｍ，ｐ−アミノ安息香酸、アミノクロロフェノール、アミノベンゾニトリル、クレシジン、トルイジンスルホン酸、スルファニル酸、クロロトルイジンスルホン酸、アミノナフタレンスルホン酸、アミノベンゾトリフルオライド、アミノベンゼンスルホン酸、ｐ−アミノアセトアニリド、ナフチルアミン、ナフチルアミンスルホン酸、アミノナフトールスルホン酸などが挙げられる。
【００３６】
芳香族第２級アミン類としては、例えば、Ｎ−メチルアニリン、Ｎ−エチルアニリン、Ｎ−エチルトルイジン、ジフェニルアミン、ヒドロキシフェニルグリシン、Ｎ−メチルアミノフェノールサルフェートなどが挙げられる。
【００３７】
芳香族第３級アミン類としては、例えば、Ｎ,Ｎ−ジメチルアニリン、Ｎ−エチル−Ｎ−ヒドロキシエチルトルイジン、Ｎ,Ｎ−ジエチルトルイジン、Ｎ−ベンジル−Ｎ−エチルアニリン、Ｎ,Ｎ−ジグリシジルアニリンなどが挙げられる。
【００３８】
芳香族ジアミン類としては、例えば、ｏ，ｍ，ｐ−フェニレンジアミン、クロロ−ｐ−フェニレンジアミン、クロロ−ｍ−フェニレンジアミン、フルオロフェニレンジアミン、ジクロロフェニレンジアミン、メチルフェニレンジアミン、ジメチルフェニレンジアミン、キシリレンジアミン、トルイレンジアミンなどのフェニレンジアミン類、ベンジジン、ｏ−トリジン、ダイアニシジン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジクロロジフェニルメタン、ジアミノジメチルジフェニルメタン、ジアミノジエチルジフェニルメタンなどのジフェニルメタン類、ナフタレンジアミン、ジアミノベンズアニリド、ジアミノジフェニルエーテル、ジアミノスチルベンジスルホン酸、ジアミノフェノールジハイドロクロライド、ロイコジアミノアンスラキノン、アミノ−Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノトルイジンハイドロクロライド又はアミノ−Ｎ−エチル−Ｎ−（β−メタンスルホンアミドエチル）−トルイジンサルフェートハイドレートなどが挙げられる。
【００３９】
本発明の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物におけるエポキシ樹脂とアミン硬化剤との化学量論上の当量比（アミン硬化剤／エポキシ樹脂）は、０．５〜１．５の範囲内が好ましく、当量比が０．６〜１．４となる量がより好ましい。この当量比が１．５以下であると、硬化不足や硬化物の耐熱性や強度の低下を抑制することができ、また当量比が０．５以上であると、接着強度の低下や硬化物の耐熱性や吸湿量の増加も抑制することができる。
【００４０】
本発明の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂の硬化剤には、アミン硬化剤と共に、アミン硬化剤以外の他の硬化剤を配合してもよい。このような硬化剤としては、特に限定されないが、例えば、イミダゾール類、フェノール類、酸無水物類などを用いることができる。
【００４１】
本発明の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物には、熱硬化性アクリル樹脂が配合される。アミン硬化剤を使用すると硬化が遅いため反応温度で回路基板等の部材からのガスをボイドとしてトラップするが、硬化の速い熱硬化性アクリル樹脂を添加し、ラジカル反応によって硬化することにより、部材からのガスが出るまでに増粘させて、ボイドのトラップを抑制することができる。
【００４２】
熱硬化性アクリル樹脂に使用される成分としては、耐熱性を確保する点を考慮すると、２個以上の（メタ）アクリロイル基を持つ化合物が好ましく、２〜６個の（メタ）アクリロイル基を持つ化合物がより好ましく、２個の（メタ）アクリロイル基を持つ化合物がさらに好ましい。
【００４３】
２個以上の（メタ）アクリロイル基を持つ化合物としては、次式（II）または（III）で表わされる、ビスフェノール骨格にアルキレンオキサイドが付加された構造を有するジ（メタ）アクリレートが好ましい。このビスフェノール骨格にアルキレンオキサイドが付加された構造を有するジ（メタ）アクリレートを用いると、耐熱性および密着性に優れた硬化物を得ることができる。
【００４４】
【化２】
2014094981.tif 000003
【００４５】
（式中、Ｒ11は水素、メチル基、またはエチル基を示し、Ｒ12は２価の有機基を示し、ｍおよびｎは１〜２０の整数を示す。）
【００４６】
【化３】
2014094981.tif 000004
【００４７】
（式中、Ｒ11は水素、メチル基、またはエチル基を示し、Ｒ12は２価の有機基を示し、ｍおよびｎは１〜２０の整数を示す。）
このようなビスフェノール骨格にアルキレンオキサイドが付加された構造を有するジ（メタ）アクリレートとしては、例えば、アロニックスＭ−２１０、Ｍ−２１１Ｂ（東亞合成製）、ＮＫエステルＡＢＥ−３００、Ａ−ＢＰＥ−４、Ａ−ＢＰＥ−６、Ａ−ＢＰＥ−１０、Ａ−ＢＰＥ−２０、Ａ−ＢＰＥ−３０、ＢＰＥ−１００、ＢＰＥ−２００、ＢＰＥ−５００、ＢＰＥ−９００、ＢＰＥ−１３００Ｎ（新中村化学製）などのＥＯ変性ビスフェノールＡ型ジ(メタ)アクリレート（ｎ＝２〜２０）、アロニックスＭ−２０８（東亞合成製）などのＥＯ変性ビスフェノールＦ型ジ(メタ)アクリレート（ｎ＝２〜２０）、デナコールアクリレートＤＡ−２５０（ナガセ化成製）、ビスコート５４０（大阪有機化学工業製）などのＰＯ変性ビスフェノールＡ型ジ(メタ)アクリレート（ｎ＝２〜２０）、デナコールアクリレートＤＡ−７２１（ナガセ化成製）などのＰＯ変性フタル酸ジアクリレートなどが挙げられる。
【００４８】
その他、２個の（メタ）アクリロイル基を持つ化合物としては、例えば、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、１，９−ノナンジオールジ（メタ）アクリレート、１，３−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ダイマージオールジ（メタ）アクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジ（メタ）アクリレートなどが挙げられる。
【００４９】
また、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレートなどが挙げられる。
【００５０】
また、グリセリンジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパンジ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールジ（メタ）アクリレート、ジンクジ（メタ）アクリレート、シクロヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ（メタ）アクリレート、シクロヘキサンジエタノールジ（メタ）アクリレート、シクロヘキサンジアルキルアルコールジ（メタ）アクリレート、ジメタノールトリシクロデカンジ（メタ）アクリレートなどが挙げられる。
【００５１】
また、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦまたはビスフェノールＡＤ１モルとグリシジルアクリレート２モルとの反応物、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦまたはビスフェノールＡＤ１モルとグリシジルメタクリレート２モルとの反応物などが挙げられる。
【００５２】
また、架橋多環構造を有する（メタ）アクリレートが挙げられる。具体的には、例えば、ジシクロペンタジエン骨格を有する（メタ）アクリレート、パーヒドロ−１，４：５，８−ジメタノナフタレン骨格を有する（メタ）アクリレート、ノルボルナン骨格を有する（メタ）アクリレート、ジシクロペンタジエニルジアクリレート（トリシクロデカンジメタノールジアクリレート）、パーヒドロ−１，４：５，８−ジメタノナフタレン−２，３，７−トリメチロールトリアクリレート、ノルボルナンジメチロールジアクリレート、パーヒドロ−１，４：５，８−ジメタノナフタレン−２，３−ジメチロールジアクリレートなどが挙げられる。
【００５３】
また、エポキシ（メタ）アクリレートが挙げられる。エポキシ（メタ）アクリレートは、エポキシ樹脂と、アクリル酸、メタクリル酸などの不飽和一塩基酸との付加反応物であるオリゴマーを用いることができる。その原料のエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦなどのビスフェノールに代表されるビスフェノール類とエピハロヒドリンとの縮合によって得られるジグリシジル化合物（ビスフェノール型エポキシ樹脂）を用いることができる。また、フェノール骨格を有するエポキシ樹脂として、フェノールまたはクレゾールとホルマリンに代表されるアルデヒドとの縮合物であるフェノールノボラック類とエピハロヒドリンとの縮合によって得られる多価グリシジルエーテル（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）を用いることができる。また、シクロヘキシル環を有するエポキシ樹脂を用いることができる。
【００５４】
その他、３個以上の（メタ）アクリロイル基を持つ化合物としては、例えば、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールペンタアクリレート、エトキシ化（３）トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシ化（６）トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシ化（９）トリメチロールプロパントリアクリレート、プロポキシ化（６）トリメチロールプロパントリアクリレート、プロポキシ化（３）グリセリルトリアクリレート、高プロポキシ化（５５）グリセリルトリアクリレート、エトキシ化（１５）トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ジメチロールプロパンテトラアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ペンタアクリレートエステル、１，３−アダマンタンジオールジメタクリレート、１，３−アダマンタンジオールジアクリレート、１，３−アダマンタンジメタノールジメタクリレート、１，３−アダマンタンジメタノールジアクリレートなどが挙げられる。
【００５５】
その他、熱硬化性アクリル樹脂には、前記の各成分以外に、各種のビニルモノマー、例えば、単官能ビニルモノマーなどを配合してもよい。
【００５６】
本発明の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物における熱硬化性アクリル樹脂の含有量は、半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物の全量に対して１．０〜１５質量％の範囲内が好ましい。含有量がこの範囲内であると、増粘によるボイドを抑制し、信頼性の低下も抑制できる。
【００５７】
本発明の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物には、熱重合開始剤が配合される。
【００５８】
熱重合開始剤としては、例えば、有機過酸化物を使用することができる。具体的には、例えば、ジアシルパーオキサイド系化合物、パーオキシエステル系化合物、ハイドロパーオキサイド系化合物、ジアルキルパーオキサイド系化合物、ケトンパーオキサイド系化合物、パーオキシケタール系化合物、アルキルパーエステル系化合物、パーカーボネート系化合物などを用いることができる。
【００５９】
熱重合開始剤の有機過酸化物は、ボイドの抑制、保存性などの点を考慮すると、１０時間半減期温度が６０〜２００℃の範囲内のものが好ましく、例えば、高温（通常８０℃を超える温度）で、熱のみで有機過酸化物を分解させて硬化させる高温加熱硬化系のものが好ましい。
【００６０】
具体的には、クメンヒドロキシパーオキサイド、ターシャリーブチルイソプロピルモノカーボネート、ターシャリーブチルパーオキシベンゾエート、ジイソプロピルベンゼンヒドロパーオキサイドなどが好ましい。
【００６１】
熱重合開始剤の含有量としては、特に限定されないが、熱硬化性アクリル樹脂１００質量部に対して、０．２〜５質量部が好ましい。含有量がこの範囲内であると、増粘によるボイドを抑制し、信頼性の低下も抑制できる。
【００６２】
本発明の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物には、無機充填剤が配合される。無機充填剤を配合することで、硬化物の熱膨張係数を調整することができる。
【００６３】
無機充填剤としては、例えば、溶融シリカ（溶融球状シリカ、溶融破砕シリカ）、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または亜硫酸塩、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、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素などの窒化物などを用いることができる。
【００６４】
これらの中でも、耐熱性、耐湿性、強度などを向上できることから溶融シリカ、結晶シリカ、合成シリカが好ましい。
【００６５】
無機充填剤の形状は、破砕状、針状、リン片状、球状など特に限定されないが、分散性や粘度制御の観点から、球状のものを用いることが好ましい。
【００６６】
無機充填剤のサイズは、フリップチップ接続した際の半導体チップと回路基板との間の空隙よりも平均粒径が小さいものであればよいが、充填密度や粘度制御の観点から、平均粒径１０μｍ以下のものが好ましく、５μｍ以下のものがより好ましく、３μｍ以下のものがさらに好ましく、０．２〜３μｍのものが特に好ましい。
【００６７】
なお、ここで平均粒径は、市販のレーザー回折・散乱式粒度分布測定装置を用いて、レーザー回折・散乱法による粒度分布の測定値から、累積分布によるメディアン径（ｄ５０、体積基準）として求めることができる。
【００６８】
無機充填剤は、最大粒径が１０μｍ以下であることが好ましく、０．５〜１０μｍであることがより好ましい。最大粒径が１０μｍ以下であると、２０μｍ以下の狭いギャップにも対応することができる。また最大粒径が０．５μｍ以上であると、粘度増加を抑制することができる。
【００６９】
さらに、粘度や硬化物の物性を調整するために、粒径の異なる無機充填剤を２種以上組み合わせて用いてもよい。
【００７０】
本発明の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物における無機充填剤の配合量は、半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物の全量に対して４０〜７０質量％が好ましい。この範囲内にすると、熱膨張係数を小さくして温度サイクル試験における信頼性を向上させることができ、粘度が高くなりすぎて作業性が低下することも抑制できる。
【００７１】
本発明の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物には、シランカップリング剤を配合することができる。シランカップリング剤は、無機充填剤と樹脂の濡れ、被着体との接着性を改善する。
【００７２】
シランカップリング剤としては、例えば、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などのグリシドキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのメルカプトシラン、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などのアミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシランなどを用いることができる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００７３】
本発明の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物におけるシランカップリング剤の含有量は、無機充填剤とシランカップリング剤の合計量に対して０．１〜２．０質量％が好ましい。この範囲内にすると、硬化物の密着性を向上させることができ、硬化物中のボイドの発生なども抑制できる。
【００７４】
本発明の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲内において、さらに他の添加剤を配合することができる。このような他の添加剤としては、例えば、硬化促進剤、消泡剤、レベリング剤、低応力剤、着色剤などが挙げられる。
【００７５】
本発明の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物は、例えば、次の手順で製造することができる。前記の各成分を同時にまたは別々に配合し、必要に応じて加熱処理や冷却処理を行いながら、撹拌、溶解、混合、分散を行う。次に、この混合物に無機充填剤を加え、必要に応じて加熱処理や冷却処理を行いながら、再度、撹拌、混合、分散を行うことにより、本発明の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物を得ることができる。この撹拌、溶解、混合、分散には、ディスパー、プラネタリーミキサー、ボールミル、３本ロールなどを組み合わせて用いることができる。
【００７６】
本発明の半導体封止用液状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。また、本発明の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物の粘度は、２５℃において１０００Ｐａ・ｓ以下であることが好ましく、２００Ｐａ・ｓ以下であることがより好ましく、１００Ｐａ・ｓ以下であることがさらに好ましく、１〜１００Ｐａ・ｓ以下であることが特に好ましい。粘度をこの範囲にすると、半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物の注入を行う際の作業性の低下を抑制できる。ここで、粘度はＥ型回転粘度計を用いて、２５℃で、回転数０．５ｒｐｍで測定したときの値である。
【００７７】
次に、本発明の半導体封止用液状エポキシ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。
【００７８】
本発明の半導体装置は、半導体デバイスと、この半導体デバイスが実装される回路基板とを備えている。半導体デバイスと回路基板とのそれぞれに形成されたパッド同士が導電性バンプを介して接続され、半導体デバイスと回路基板との隙間が前記の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物の硬化物により封止されている。
【００７９】
半導体デバイスとしては、回路基板上に導電性バンプを介して接続されるデバイスであれば、半導体チップ（ベアチップ）、ＣＳＰ、ＢＧＡなどのいずれであってもよい。半導体チップとしては、特に限定されず、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など、各種の半導体を用いることができる。半導体チップにはチップ側パッドが形成されており、チップ側パッドと回路基板側パッドとは導電性バンプにより電気的に接続されている。
【００８０】
回路基板としては、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回路パターンが形成されたもの、上記の絶縁基板表面に導電性物質を印刷して回路パターンを形成したものなどを用いることができる。回路の表面には、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。
【００８１】
回路基板は、例えば、ＢＧＡ、ＣＳＰなどの半導体装置に用いられるインターポーザであってもよいし、マザーボード、ドータボードと呼ばれる大型のプリント配線板であってもよい（すなわち本発明の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物は、半導体チップのインターポーザへの一次実装に加えて、半導体パッケージの接続を補強するための二次実装のアンダーフィル材にも用いることができる。）。また、回路基板としてビルドアップ回路基板を用いることができる。ビルドアップ回路基板には、感光性樹脂層、プリプレグ硬化層などからなる絶縁層が１層または複数層形成され、絶縁層上には回路が形成されている。ビルドアップ回路基板の表面にはソルダーレジストが形成され、最上層の回路のソルダーレジストに被覆されない領域は、回路基板側パッドとなっている。
【００８２】
導電性バンプの材質としては、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。導電性バンプは、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、導電性バンプは、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。また、はんだボールのような導電性ボールであってもよい。
【００８３】
本発明の半導体装置は、例えば、次の方法で製造することができる。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回路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回路基板上の所定の位置に配置する。次に、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。次に、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用液状エポキシ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。注入完了後、半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物を硬化させるため、１２０〜１７０℃に加熱した加熱オーブン中で０．５〜５時間加熱処理を行う。
【００８４】
本発明の半導体装置は、例えば、携帯電話、多機能携帯電話、携帯情報端末、デジタルカメラ、ノートパソコンなどのモバイル機器などに用いることができる。
【実施例】
【００８５】
以下に、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、表１および表２に示す配合量は質量部を表す。
【００８６】
表１および表２に示す配合成分として、以下のものを用いた。
（エポキシ樹脂）
・ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、三菱化学（株)「８２８」、エポキシ当量１８９、常温で液状（粘度１２０〜１５０Ｐ／２５℃）
・テトラグリシジルアミン型エポキシ樹脂、三菱化学（株)「６０４」、エポキシ当量１１０〜１３０、高粘稠液体
（アミン硬化剤）
・３，３’−ジエチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン（芳香族アミン）、日本化薬（株）「カヤハードＡ−Ａ」
・変性芳香族アミン、三菱化学（株）「Ｗ」
（熱硬化性アクリル樹脂）
・エトキシ化ビスフェノールＡジアクリレート、新中村化学工業（株）「Ａ−ＢＰＥ−３０」
・エトキシ化ビスフェノールＡジメタクリレート、新中村化学工業（株）「ＢＰＥ−８０Ｎ」
（熱重合開始剤）
・有機過酸化物、クメンヒドロキシパーオキサイド、日油製「パークミル（登録商標）Ｈ」
・有機過酸化物、ターシャリーブチルイソプロピルモノカーボネート、日油（株）「パーブチル（登録商標）Ｉ」
・有機過酸化物、ターシャリーブチルパーオキシベンゾエート、日油（株）「パーブチル（登録商標）Ｚ」
（無機充填剤）
・合成シリカ、ＭＣＲユニテック社「ＱＳ−３」
（シランカップリング剤）
・エポキシシランカップリング剤、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社「Ａ１８７」
表１および表２に示す配合量で各成分を配合し、常法に従って撹拌、溶解、混合、分散することにより半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物を調製した。
【００８７】
このようにして調製した実施例および比較例の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物について次の評価を行った。
[ボイド]
半導体チップ（０．３ｍｍ厚、１５ｍｍ角）を回路基板（ＦＲ−４）上に実装した後、表１および表２に示した各エポキシ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、１５０℃３分で硬化させることにより半導体装置を作製した。
【００８８】
この半導体装置の封止樹脂の部分を超音波探傷装置（ＳＡＴ：日立エンジニアリング社製）の画像で観察し、次の基準により評価した。
○：ボイドがゼロ
△：チップ下にボイドがゼロ、ペリフェラル外にボイド１〜５個
×：チップ下にボイドが１個以上
［信頼性（温度サイクル試験）］
半導体チップ（０．３ｍｍ厚、１５ｍｍ角）を回路基板（ＦＲ−４）上に実装した後、表１および表２に示した各エポキシ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、１５０℃３分で硬化させることにより半導体装置を作製した。
【００８９】
硬化後の半導体装置について電気的動作を行い、良品であったものについて−５５℃で３０分、１２５℃で３０分を１サイクルとする液相のヒートサイクル試験を行い、所定回数のサイクル後に半導体装置の動作を行い下記基準に従って評価した。
○：１０００ｃｙｃｌｅ以上で抵抗値上昇が１割未満
△：５００ｃｙｃｌｅ以上で抵抗値上昇が１割未満
×：１００ｃｙｃｌｅ以上で抵抗値上昇が１割以上
評価結果を表１および表２に示す。
【００９０】
【表１】
2014094981.tif 000005
【００９１】
【表２】
2014094981.tif 000006
【００９２】
表１および表２より、常温で液状のエポキシ樹脂、アミン硬化剤、熱硬化性アクリル樹脂、熱硬化性アクリル樹脂の熱重合開始剤、および無機充填剤を配合した実施例１〜１１の半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物は、ボイドが抑制され、温度サイクルにおける信頼性も有していた。
【００９３】
例えば実施例６〜９などにも示すように、熱硬化性アクリル樹脂の含有量が、半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物の全量に対して１．０〜１５質量％の範囲内では、ボイドが抑制され、信頼性も有していた。実施例１０、１１などにも示すように、エポキシ樹脂とアミン硬化剤との化学量論上の当量比が０．５〜１．５の範囲内では、ボイドが抑制され、温度サイクルにおける信頼性も有していた。無機充填剤の含有量が４０〜７０質量％の範囲内では、ボイドが抑制され、温度サイクルにおける信頼性も有していた。
【００９４】
一方、熱硬化性アクリル樹脂と熱重合開始剤を配合しなかった比較例１、熱硬化性アクリル樹脂のみ配合し熱重合開始剤を配合しなかった比較例２、熱重合開始剤のみ配合し熱硬化性アクリル樹脂を配合しなかった比較例３はいずれも相当量のボイドが発生した。