(57)【要約】ウェハーが個々のチップへとダイスカットされる前に半導体ウェハー上に直接塗布される硬化性アンダーフィル封入材組成物、該組成物は、熱硬化性エポキシ樹脂、溶剤、イミダゾール無水物硬化剤、フラックス剤そして任意には湿潤剤を含む。消泡剤、接着促進剤、フロー添加剤及びレオロジー調整剤も同様に、望まれる通りに添加することができる。アンダーフィル封入材は、平滑で非粘着性であるウェハー上のコーティングを提供するべくBステージ対応可能であり、ウェハーを個々のチップへと手際良くダイスカットできるようにする。Bステージ対応可能な材料を含有する電子パッケージを生産するための方法は同様に、チップが付着される基板上に充填液体硬化性フラックス処理材料を利用することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハー又はシリコンチップ上に平滑な非粘着性の表面を生成するべくB-ステージプロセス中に凝固する、Bステージ対応可能なアンダーフィル封入材。
【請求項２】
a）熱硬化性樹脂；
b）イミダゾール-無水物アダクト；
c）少なくとも1つの溶剤；
d）1または複数のフラックス剤；及び
e）任意には、界面活性剤、湿潤剤、消泡剤、カップリング剤、無機充填剤、反応性希釈剤、接着促進剤、フロー添加剤、エアリリース剤及びその混合物を含む群から選択された1または複数の添加剤、
を含んで成る、請求項1に記載のBステージ対応可能封入材。
【請求項３】
前記少なくとも1つのエポキシ樹脂が、ビスフェノール-Aの単官能及び多官能グリシジルエーテル、ビスフェノールFの単官能及び多官能グリシジルエーテル；脂肪族エポキシ樹脂、芳香族エポキシ樹脂、飽和エポキシ樹脂、不飽和エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、
【化１】
2005519168.tif 000011
の構造をもつエポキシ樹脂、又はそれらの混合物を含む群から選択される、請求項2に記載の封入材。
【請求項４】
前記少なくとも1つのエポキシ樹脂が、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、ビニルシクロヘキセンジオキシド、3,4-エポキシ-6-メチルシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、ジシクロペンタジエンジオキシド、ビスフェノールA樹脂、ビスフェノールFタイプ樹脂、エポキシノボラック樹脂、ポリ（フェニルグリシジルエーテル）-コ-ホルムアルデヒド、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン-フェノールエポキシ樹脂、ナフタレンエポキシ樹脂、エポキシ官能ブタジエンアクリロニトリル共重合体、エポキシ官能ポリジメチルシロキサン及びそれらの混合物を含む群から選択される、請求項3に記載の封入材。
【請求項５】
前記エポキシ樹脂が封入材の約20重量%〜約90重量%の範囲を構成する、請求項4に記載の封入材。
【請求項６】
前記エポキシが封入材の約20重量%〜約80重量%の範囲を構成する、請求項5に記載の封入材。
【請求項７】
前記イミダゾール-無水物アダクトが、ピロメリット酸2無水物、メチルヘキサ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、メチルテトラ-ヒドロフタル酸無水物、ナディックメチル無水物、ヘキサ-ヒドロフタル酸無水物、テトラ-ヒドロフタル酸無水物、ドデシルコハク酸無水物、無水フタル酸、ビフェニル2無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸2無水物、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチル-イミダゾール、アルキル-置換イミダゾール、トリフェニルフォスフィン、ホウ酸オニウム、非-N-置換イミダゾール、1,2,4,5-ベンゼンテトラカルボン酸2無水物、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチル-イミダゾール、2-フェニルイミダゾール、イミダゾール、N-置換イミダゾール及びこれらの混合物から成る群から選択されたイミダゾールと無水物とのアダクトを含んで成る請求項1に記載の封入材。
【請求項８】
前記イミダゾール無水物アダクトが2-フェニル-4-メチルイミダゾールとピロメリット酸2無水物とのアダクトを含む、請求項7に記載の封入材。
【請求項９】
前記イミダゾール無水物アダクトが、1モル部の1,2,4,5-ベンゼンテトラカルボン酸2無水物及び2モル部の2-フェニル-4-メチルイミダゾールの組合わせによって合成される、請求項8に記載の封入材。
【請求項１０】
前記イミダゾール無水物アダクトが、封入材の約0.01重量%〜約10重量%を構成する、請求項7に記載の封入材。
【請求項１１】
前記イミダゾール無水物アダクトが、封入材の約0.1重量%〜約5重量%の範囲を構成する、請求項10に記載の封入材。
【請求項１２】
前記少なくとも1つの溶剤が、安定していて組成物中でエポキシ樹脂を溶解させる溶剤を含む群から選択される、請求項2に記載の封入材。
【請求項１３】
前記少なくとも1つの溶剤が、ケトン、エステル、アルコール、エーテル、γ-ブチロラクトン及びプロピレングリコールメチルエチルアセテート（PGMEA）及びそれらの混合物を含む群から選択される、請求項12に記載の封入材。
【請求項１４】
前記少なくとも1つの溶剤が、γ-ブチロラクトン、プロピレングリコールメチルエチルアセテート（PGMEA）及びそれらの混合物を含む群から選択される、請求項13に記載の封入材。
【請求項１５】
前記溶剤が、封入材の最高約80重量%を構成する、請求項12に記載の封入材。
【請求項１６】
少なくとも1つのフラックス剤をさらに含んで成る請求項2に記載の封入材。
【請求項１７】
前記少なくとも1つのフラックス剤が、カルボン酸、ロジンガム、ドデカンジオン酸、アジピン酸、セバシン酸、ポリセバシン酸ポリ無水物、マレイン酸、酒石酸、クエン酸、アルコール、ヒドロキシル酸及びヒドロキシル塩基、ポリオール例えばエチレングリコール、グリセロール、3-[ビス（グリシジルオキシメチル）メトキシ]-1,2-プロパンジオール、D-リボース、D-セロビオース、セルロース、3-シクロヘキセン-1,1-ジメタノール、及びそれらの混合物から成る群から選択される、請求項16に記載の封入材。
【請求項１８】
前記少なくとも1つのフラックス剤が、ロジンガム、ドデカンジオン酸、アジピン酸又はそれらの混合物を含んで成る、請求項17に記載の封入材。
【請求項１９】
前記少なくとも1つのフラック剤が、封入剤の約0.5重量%〜約20重量%の範囲を構成する、請求項18に記載の封入材。
【請求項２０】
前記少なくとも1つのフラックス剤が、封入剤の約1重量%〜約10重量%の範囲を構成する、請求項19に記載の封入材。
【請求項２１】
界面活性剤、湿潤剤、消泡剤、カップリング剤、無機充填剤、反応性希釈剤、接着促進剤、フロー添加剤、エアリリース剤及びその混合物から成る群のうちの1または複数のものをさらに含んで成る、請求項2に記載の封入材。
【請求項２２】
前記界面活性剤が、有機アクリル重合体、シリコーン、エポキシ-シリコーン、ポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレンブロック共重合体、エチレンジアミンベースのポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレンブロック共重合体、ポリオールベースのポリオキシアルキレン、脂肪アルコールベースのポリオキシアルキレン、脂肪アルコールポリオキシアルキレアルキルエーテル及びそれらの混合物から成る群から選択される、請求項21に記載の封入材。
【請求項２３】
前記反応体希釈剤がp-tert-ブチル-フェニル-グリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、グリセロールジグリシジルエーテル、アルキルのグリシジルエーテル、ブタンジオジグリシジルエーテル及びそれらの混合物から成る群から選択される、請求項22に記載の封入材。
【請求項２４】
前記アンダーフィル封入材が、個々のチップへとダイスカットされる前に、半導体ウェハーに塗布されB-ステージ処理される、請求項2に記載の封入材。
【請求項２５】
ウェハーの片面上に被着したBステージ対応可能なアンダーフィル組成物を有するシリコンウェハーにおいて、前記Bステージ対応可能な組成物が、
a）熱硬化性樹脂；
b）イミダゾール-無水物アダクト；
c）少なくとも1つの溶剤；
d）1または複数のフラックス剤；及び
e）任意には、界面活性剤、湿潤剤、消泡剤、カップリング剤、無機充填剤、反応性希釈剤、接着促進剤、フロー添加剤、エアリリース剤及びその混合物を含む群から選択された1または複数の添加剤、
を含んで成るシリコンウェハー。
【請求項２６】
a）半導体ウェハーに対して請求項2に記載の封入材を塗布する段階；
b）封入材が平滑で非粘着性コーティングへと凝固するように、半導体ウェハー上の封入材をBステージ処理する段階；及び
c）個々のシリコンチップへと半導体ウェハーをダイスカットする段階；
を含んで成る1または複数のシリコンチップの調製方法。
【請求項２６】
前記封入材をスピンコーティング、スクリーン印刷又はステンシル印刷により半導体ウェハーに塗布する、請求項26に記載の方法。
【請求項２７】
電子パッケージを調製する方法において、
a）半導体ウェハーに対して請求項2に記載の封入材を塗布する段階；
b）封入材が平滑で非粘着性コーティングへと凝固するように、半導体ウェハー上の封入材をBステージ処理する段階；
c）各チップの第1の側面が封入材でコーティングされている状態で、多数のシリコンチップへと半導体ウェハーをダイスカットする段階；
d）シリコンチップの第1の側面が基板に隣接するように基板上に1または複数のシリコンチップを設置する段階；及び
e）1または複数のシリコンチップ及び基板を、その間に相互接続を形成するのに充分な温度まで加熱する段階；
を含んで成る方法。
【請求項２８】
シリコンチップが基板上に設置される前に基板上に未充填液体硬化性フラックス材料を設置する追加の段階を含んで成る、請求項27に記載の方法。
【請求項２９】
前記未充填液体硬化性フラックス材料が、
a）熱硬化性エポキシ樹脂；
b）イミダゾール無水物アダクト；及び
c）少なくとも1つのフラックス剤、
を含んで成る、請求項28に記載の方法。
【請求項３０】
前記イミダゾール無水物アダクトが、ピロメリット酸2無水物、メチルヘキサ-ヒドロフタル酸無水物、メチルテトラ-ヒドロフタル酸無水物、ナディックメチル無水物、ヘキサ-ヒドロフタル酸無水物、テトラ-ヒドロフタル酸無水物、ドデシルコハク酸無水物、無水フタル酸、ビフェニル2無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸2無水物、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチル-イミダゾール、アルキル-置換イミダゾール、トリフェニルフォスフィン、ホウ酸オニウム、非-N-置換イミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチル-イミダゾール、2-フェニルイミダゾール、イミダゾール、N-置換イミダゾールを含む群から選択されたイミダゾールと無水物のアダクトを含んで成る、請求項29に記載の方法。
【請求項３１】
前記イミダゾール無水物アダクトが、2-フェニル-4-メチルイミダゾールとピロメリット酸2無水物とのアダクトを含む、請求項30に記載の封入材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンダーフィル封入材及び半導体ウェハーへのその塗布方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、マイクロエレクトロニクスデバイス内の電子コンポーネントと基板の間の相互接続を保護し補強するべくエポキシ樹脂から調製されたアンダーフィル封入材化合物に関する。マイクロエレクトロニクスデバイスは、多数のタイプの電気回路コンポーネント、主として集積回路（IC）チップ内に合わせて組立てられたトランジスタを含むばかりでなく、抵抗器、コンデンサ及びその他のコンポーネントをも収納している。これらの電子コンポーネントは、相互接続されて回路を形成し、場合によっては、プリント配線盤といったような基板又はキャリヤ上に支持されている。
【０００３】
集積回路コンポーネントは、単一の裸チップ、単一の封入チップ又は多数のチップの封入パッケージを含むことができる。単一の裸チップは、リードフレームに付着され得、このフレーム自体は、封入されプリント配線盤に付着されており、そうでなければ、これをプリント配線盤に直接付着させることも可能である。これらのチップはもともと、多数のチップを収納する半導体ウェハーとして形成されている。半導体ウェハーは、望まれる通りに、個々のチップ又はチップパッケージングへとダイスカットされる。
【０００４】
コンポーネントがリードフレームに接続された裸チップであるかプリント配線盤又はその他の基板に接続されたパッケージであるかに関わらず、接続は、電子コンポーネント上の電極と基板上の対応する電極の間で行なわれる。これらの接続を行なうための1つの方法では、コンポーネント又は基板の端子に対し突出した形で適用される重合体又は金属材料が用いられる。端子は、心合せされ、合わせて接触させられ、結果として得られたアセンブリは、金属又は重合材料をリフローさせ凝固させるべく加熱される。
【０００５】
その通常の耐用寿命の間、電子アセンブリは、広く変動する温度範囲のサイクルに付される。電子コンポーネント、相互接続材料及び基板の熱膨張率の差に起因して、この熱サイクリングは、アセンブリのコンポーネントに応力を加えその破損の原因となる可能性がある。破損を防ぐために、コンポーネントと基板の間の間隙には、インターコネクト材料を補強し熱サイクリングの応力の一部を吸収するべく以下アンダーフィル又はアンダーフィル封入材と呼ぶ重合体封入材が充填される。
【０００６】
アンダーフィル技術の2つの卓越した用途は、基板に対してチップパッケージングが付着される、業界ではチップスケールパッケージ（CSP）として知られているパッケージ及びチップが相互接続のアレイとして基板に付着されるフリップ-チップパッケージを補強することにある。
【０００７】
従来の毛細管流動型のアンダーフィル利用分野では、アンダーフィルの送り出し及び硬化は、金属及び重合体のインターコネクトのリフローの後に発生する。この手順では、フラックスは当初基板上の金属パッドの上に塗布される。次に、チップは基板のフラックス処理済み部域上に設置される。その後アセンブリは、加熱されてはんだ継手のリフローが可能となる。この時点で、一定量のアンダーフィル封入材が電子アセンブリの単数または複数の周囲側面に沿って送り出され、コンポーネントと基板の間の間隙内の毛管作用が材料を内側に引き込む。間隙が充填された後、応力集中を軽減するために役立ち構造の疲労寿命を延長させるためアセンブリの全周に沿って付加的なアンダーフィル封入材を送り出すことができる。その後、アンダーフィル封入材は、硬化させられてその最適化された最終的特性に達する。
【０００８】
最近になって、ウェハーが個々のチップへとダイスカットされる前に半導体ウェハー上に直接アンダーフィル封入材をコーティングすることにより、プロセスを合理化し効率を高める試みがなされてきた。スクリーン印刷、ステンシル印刷及びスピンコーティングを含めたさまざまな方法を介して実施できるコーティング手順は、後に多数の個別のチップへとダイスカットされる単一の半導体ウェハーに対するアンダーフィルの一回の塗布を可能にする。
【０００９】
ウェハーレベルのアンダーフィル封入材として有用であるためには、アンダーフィルは複数の重要な特性を有していなければならない。まず第1に、この材料は、ウェハー全体が一貫したコーティングを有するように容易にウェハー上に均等に塗布できなくてはならない。ウェハーに塗布されるアンダーフィル封入材は、個々のチップへのウェハーの手際良いダイスカットと干渉してはならない。アンダーフィル封入材はBステージ対応可能でなくてはならず、これはすなわち、アンダーフィルがウェハー上に設置された後、最小限の残留溶剤しかない状態で平滑で非粘着性のコーティングを提供するように凝固しなければならないということを意味している。
【００１０】
出発アンダーフィル材料が固体である場合、この固体は、溶剤の中に分散又は溶解させられて、ペーストを形成し、このペーストがウェハーに塗布される。アンダーフィルは次に加熱されて溶剤を蒸発させ、固体ではあるものの未硬化のアンダーフィルをウェハー上に残す。出発アンダーフィル材料が液体又はペーストである場合、アンダーフィルは、ウェハー上に送り出され、加熱されてそれを固体状態になるまで一部硬化させる。
【００１１】
B-ステージプロセスは通常、アンダーフィル封入材を早期硬化させることなく約150℃未満の温度で行なわれる。アンダーフィル封入材の最終的硬化は、はんだのフラックス処理（はんだがインターコネクト材料である場合）及び錫／鉛共融はんだの場合183℃の温度で起こる相互接続の後まで、遅延されなくてはならない。アンダーフィルの最終的硬化は、はんだアンプの流動及び相互接続の後急速に起こるべきである。基板に対する個々のチップのこの最終的付着の間、アンダーフィル封入材は、すみ肉の形成を可能にし、はんだバンプをフラックス処理し、チップ又はチップ不動態化層、基板又ははんだマスク及びはんだ接合の間の優れた接着を提供するべく、流動しなければならない。
特定のケースにおいては、相互接続を容易にするため基板上に直接充填液体硬化性フラックス処理材料を提供することが有用でありうる。
【発明の開示】
【００１２】
本発明は、ウェハーが個々のチップにダイスカットされる前に半導体ウェハー上に直接塗布される硬化性アンダーフィル封入材組成物に関する。該組成物は、エポキシ樹脂、溶剤、イミダゾール-無水物触媒そして任意にはフラックス剤を含む熱硬化性樹脂系を含んで成る。消泡剤、湿潤剤、接着促進剤、フロー添加剤及びレオロジー調整剤も同様に、望まれる通りに添加することができる。アンダーフィル封入材は、平滑で非粘着性であるウェハー上のコーティングを提供するべくBステージ対応可能であり、ウェハーを個々のチップへと手際良くダイスカットできるようにする。個々のチップは次に直接基板に付着される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のアンダーフィル封入材中で用いられる樹脂は、硬化性化合物であり、これは、それらが重合能力をもつことを意味している。本明細書で用いられている硬化するという語は、架橋結合を伴って重合することを意味する。当該技術分野において理解されているように、架橋結合というのは、1元素、分子群、又は化合物の架橋による2重合体鎖の付着のことであり、一般に加熱した時点で発生する。
【００１４】
本発明のBステージ対応可能なアンダーフィル封入材の成分には、単数または複数のエポキシ樹脂、触媒として作用するイミダゾール無水物アダクト及び単数または複数の溶剤の配合物が含まれる。任意には、フラックス剤、エアリリース剤、フロー添加剤、接着促進剤、レオロジー調整剤、界面活性剤及びその他の成分を内含することが可能である。該成分は、特定の樹脂の使用のための所望の特性バランスを得るように特定的に選択される。樹脂（単複）を溶解させ、かくして、ウェハー上にスピンコーティング、スクリーン印刷又はステンシル印刷を介して塗布するために適切な粘性をもつペースト形状を組成物に付与するように溶剤が選択される。好ましい実施形態においては、組成物は、Bステージ対応可能である、すなわち、平滑で非粘着性のコーティングを半導体ウェハー上に生み出す初期凝固能力を有している。
【００１５】
Bステージ凝固は、好ましくは約100℃〜約150℃の範囲内の温度で起こる。Bステージプロセスの後、ウェハー上には、個々のチップへとウェハーを手際良くダイスカットするための平滑で非粘着性の固体コーティングが得られる。最終的な完全硬化は、Bステージ硬化温度より高い第2の温度で起こる。一般に、相互接続の形成後に組成物の最終硬化が発生する。Pb/Sn共融はんだの場合、相互接続の形成は、183℃であるはんだの融点より高い温度で起こる。潜在性触媒、無水物とイミダゾールのアダクトが、相互接続の形成と干渉せずに組成物を適切に硬化させるために、組成物中で使用される。選択された触媒は、Bステージの間、一部の最小限の前硬化以外のあらゆる硬化を防がなくてはならず、Bステージの後に形成された非粘着性表面上でいかなるゲル化も起こらないようにしなければならない。
【００１６】
好ましくは、Bステージの凝固は、最終的硬化温度より少なくとも30℃低い温度で発生する。触媒は又、1回のリフロー段階でフラックス処理及び硬化を可能にしなければならない。アンダーフィルはまず最初にフラックス処理し次に硬化して適切にはんだインターコネクトを形成させる。
当該ウェハーレベルアンダーフィル組成物の中で使用するのに適したエポキシ樹脂の例としては、ビスフェノールA及びビスフェノールFの単官能及び多官能グリシジルエーテル；脂肪族及び芳香族エポキシ、飽和及び不飽和エポキシ又は、脂環式エポキシ樹脂又はそれらの組合せを内含する。脂肪族エポキシとしては、フレックスエポキシ1がある。
【００１７】
【化１】
2005519168.tif 000002
芳香族エポキシの例としては、RAS1、RAS-5及びフレックスエポキシ3がある。
【００１８】
【化２】
2005519168.tif 000003
不飽和エポキシの例としてはカルドライトNC513がある。
【００１９】
【化３】
2005519168.tif 000004
【００２０】
非グリシジルエーテルエポキシドの例としては、環構造の一部である2つのエポキシド基及びエステルリンケージを含む3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、その一つが環構造の一部である2つのエポキシド基を含むビニルシクロヘキセンジオキシド、3,4-エポキシ-6-メチルシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート及びジシクロペンタジエンジオキシドが含まれる。
【００２１】
グリシジルエーテルエポキシドが、別々に又は非グリシジルエーテルエポキシドとの組合せの形で、本発明において好まれる。このタイプの好ましいエポキシ樹脂はビスフェノールA樹脂である。もう1つの好ましいエポキシ樹脂は、ビスフェノールF型樹脂である。好ましいエポキシノボラック樹脂は、ポリ（フェニルグリシジルエーテル）-コ-ホルムアルデヒドである。ビフェニル型エポキシ樹脂は同様に本発明においても利用可能である。このタイプの樹脂は、ビフェニル樹脂とエピクロロヒドリンの反応によって一般に調製される。ジシクロメンタジエン-フェノールエポキシ樹脂、ナフタレン樹脂、エポキシ官能性ブタジエンアクルロニトリル共重合体、エポキシ官能性ポリジメチルシロキサン及びそれらの混合物が、利用可能なエポキシ樹脂のさらなるタイプである。
【００２２】
市販のビスフェニル-F型樹脂は、CVCSp封入材ialty Chemicals, Maple Shade, New Jersey から8230Eという呼称で、又Resolution Performance Products LLCから、RSL1738という呼称で入手可能である。ビスフェノール-A型樹脂は、Resolution Technologyから、EPON828、EPON1001、EPON1002として市販されており、ビスフェノール-Aとビスフェノール-Fの配合物はZX-1059という呼称でNippon Chemical Companyから入手可能である。利用可能なさらなるエポキシは、Vanticoから市販されているXP71756.00である。
【００２３】
樹脂に加えて、イミダゾール無水物アダクトが、触媒としてアンダーフィル組成物の中に含まれている。アダクトは、別々の成分としてのイミダゾール及び無水物の内含によって提供される特性とは異なる特性をアンダーフィルに提供する。アダクトに内含可能な好ましいイミダゾールとしては、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、2-エチル-4-メチル-イミダゾール、2-フェニル-イミダゾール及びイミダゾールといったような非-N置換イミダゾールがある。その他の有用なイミダゾール成分としては、アルキル置換イミダゾール、N置換イミダゾール及びそれらの混合物がある。アダクトは同じく、無水物成分をも含んでいる。
【００２４】
好ましい無水物は、好ましくは、脂環式無水物であり、最も好ましいのは、ピロメリット酸2無水物であり、これはAldrichからPMDAとして市販されている。更なる好ましい無水物としては、Lonz Inc. Intermediate and ActivesからMHHPAとして市販されているメチルヘキサ-ヒドロフタル酸無水物が含まれる。利用可能なその他の無水物としては、メチルテトラヒドロフタル酸無水物、無水ナディックメチル、ヘキサヒドロフタル酸無水物、テトラドロフタル酸無水物、無水フタル酸、ドデシルコハク酸無水物、ビスフェニル2無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸2無水物及びその混合物が含まれる。
【００２５】
1モル部分の無水1,2,4,5-ベンゼンテトロカルボン酸及び2モル部分の2-フェニル-4-メチルイミダゾールを組合せることによって、好ましい触媒が合成される。両方の成分はまず最初に加熱下でアセトン中に溶解され、両方が組合わされた時点で、沈殿物としてイミダゾール-2無水物塩が形成する。この好ましい触媒は、エポキシ及び溶剤と組合せた形で、150℃をはるかに上回る開始硬化温度及び183℃を上回る硬化ピーク温度を有するアンダーフィルを生成する。さらに、好ましい触媒は、単にイミダゾールを使用した場合と異なり潜伏性の改善を提供する。
【００２６】
アンダーフィル組成物内にフラックス剤を取込むことも可能である。フラックス剤はまず第1に金属酸化物を除去し、再酸化を防止する。数多くの異なるフラックス剤が利用可能であるものの、好ましくはフラックス剤はカルボン酸のグループから選択される。これらのカルボン酸には、ロジンゴム、ドデカンジオン酸（Corfree MZとしてAldrichより市販されている）、アジピン酸、セバシン酸、ポリ無水ポリセバシン酸、マレイン酸、酒石酸、及びクエン酸が含まれる。フラックス剤は同様に、アルコール、ヒドロキシル酸及びヒドロキシル塩基を含むグループの中から選択されてもよい。
【００２７】
好ましいフラックス処理材料としては、ポリオール例えばエチレングリコール、グリセロール、3-[ビス(グリシジルオキシメチル)メトキシ]-1,2-プロパンジオール、D-リボース、D-セロビオース、セルロース、3-シクロヘキセン-1,1-ジメタノール、が含まれる。酸は、はんだ及び基板から酸化物を洗い出すのに充分強いものでなければならないことから、酸の強度は重要な因子である。好ましくは、pKBは5を超えていなくてはならない。183℃前後の温度での酸の安定性が重要であり、酸は、183℃未満の温度で分解すべきではない。はんだが183℃でリフローすることから、その温度に耐えられないフラックス材料は、適切な処方には適さない。
【００２８】
組成物の粘度を修正するために溶剤が利用される。好ましくは、溶剤は、約150℃未満の温度で起こるBステージプロセス中に蒸発することになる。エポキシ樹脂を容易に溶解し、非反応性で、かつ100℃〜200℃の範囲内の沸点をもつ一般的な溶剤がこの利用分野において使用するのに好ましい。利用可能な溶剤の例には、安定でかつ組成物中のエポキシ及びフェノール樹脂を溶解させる、ケトン、エステルアルコール、エーテルその他の一般的溶剤が含まれる。好ましい溶剤には、γ-ブテロラクトン及びプロピレングリコールメチルエチルアセテート（PGMEA）が含まれる。
【００２９】
望ましい特性をもつ組成物を生成するように、アンダーフィル封入材に対し、付加的な成分を添加することが可能である。例えば、多官能反応性希釈剤は、硬化済みアンダーフィルの物理的特性に不利な影響を与えることなく粘度の増加を増分的に遅延させることができる。好ましい希釈剤には、p-tert-ブチル-フェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、グリセロールジグリシジルエーテル、アルキルフェノールのグリシジルエーテル（Cardolite社よりCardolite NC513として市販されている）、及びブタンジオジグリシジルエーテル（ALDRICHよりBDGEとして市販されている）が含まれるが、その他の希釈剤を利用することも可能である。
【００３０】
フリップチップ結合プロセス及びその後のはんだ接合リフロー及び材料硬化の間のプロセスの無効化を防止する一助となるように、界面活性剤を利用することができる。利用可能なさまざまな界面活性剤としては、有機アクリル重合体、シリコーン、ポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレンブロック共重合体、エチレンジアミンベースのポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレンブロック共重合体、ポリオールベースのポリオキシアルキレン、脂肪アルコールベースのポリオキシアルキレン、脂肪アルコールポリオキシアルキレンアルキルエーテル及びその混合物が含まれる可能性がある。さらに、カップリング剤、エアリリース剤、フロー添加剤、接着促進剤、無機充填剤その他の成分も、望まれる通りに添加することができる。
【００３１】
本発明のアンダーフィル封入材の好ましい実施形態は、望まれる通りに少なくとも1つのエポキシ樹脂、触媒としてのイミダゾール無水物アダクト、フラックス剤、溶剤、その他の成分を含んで成る。樹脂はアンダーフィル組成物の20重量%〜90重量%を構成することになる。触媒としてイミダゾール無水物アダクトも添加される。アダクトは、アンダーフィル組成物の約0.01重量%〜約10重量%の範囲、好ましくは組成物の約0.1重量%〜約5重量%を構成する。任意には、組成物の約0.5重量%〜約20重量%の範囲内、好ましくは約1重量%〜約10重量%の範囲内を構成するフラックス剤が添加される。さらに、最高80重量%の溶剤（単複）を添加することができる。最終的に、界面活性剤、エアリリース剤、フロー添加剤、レオロジー調整剤、無機充填剤及び接着促進剤を、組成物の約0.01重量%〜約5重量%の範囲内で組成物に添加することが可能である。
【００３２】
Bステージ対応可能なアンダーフィル組成物を利用するためには、まず最初に、スクリーン印刷、スピンコーティング又はステンシル印刷を介して半導体ウェハー又は個々のチップ上にそれを直接塗布する。コーティングを有するウェハー又はチップは、組成物が平滑で非粘着性の無空隙フィルムの形でBステージ凝固させられるように、約100℃〜約140℃の初期Bステージ温度まで約10分〜1時間加熱される。ウェハーの場合、ウェハーは、個々のチップへとダイスカットされる。Bステージ処理された組成物を有するチップは、Bステージ処理済み組成物が基板に隣接している状態で基板上に配置され、アセンブリ全体は、約183℃の温度まで加熱される（鉛／錫はんだが利用される場合）。この第2の加熱は、基板とチップの間の相互接続の形成及びチップ上のはんだ玉のフラックス処理をひき起こす。
【００３３】
一変形実施形態においては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂含有化合物及びイミダゾール無水物アダクトを含む充填液体硬化性フラックス処理材料を含んで成る組成物が、チップの設置前に基板に直接塗布される。アンダーフィルがウェハー上でBステージ凝固されウェハーが個々のチップへとダイスカットされた後、チップは、Bステージ処理済み材料が未充填液体硬化性材料に隣接しかつそれと接触している状態でこの基板上に設置される。未充填液体硬化性材料は、はんだのフラックス処理及び基板と個々のチップの間の相互接続の改善を容易にする。変形実施形態の組成物の基板上に設置され、Bステージ対応可能組成物を有するチップが基板上に設置された時点で、リフロープロセスの完了後に、より優れたインターコネクトが形成される。
【実施例】
【００３４】
本発明は、以下の例を参照することによって、さらに良く理解できる。
例1．
表1に提示されているように、5つのアンダーフィル封入材組成物が処方された。各処方を作製するためには、まず最初にエポキシを加熱下で溶剤中に溶解させた。処方1にあるようにフラックス剤としてクリーンロジンを使用する場合、この第1段階中にこれを添加し、均質なエポキシ-溶剤-ロジン混合物が形成するまで加熱した。添加されるロジンは、まず第1にクリーンロジンゴムを形成するように処理しなければならない。この処理は、「クリーン」フラックス剤を形成するようにあらゆる不純物を追い出すべく真空オーブン内で市販のロジンを加熱することから成る。一方、処方2〜5のようにCorfree M2をフラックス処理試薬として用いる場合には、エポキシ-溶剤混合物を室温まで冷却させた後に初めてそれを添加する。残りの成分（触媒、湿潤剤、及び消泡剤）も、エポキシ-溶剤又はエポキシ-溶剤-ロジン材料を室温まで冷却させた後に添加する。その後、材料を徹底的に混合し、室温で真空処理してアンダーフィルを脱ガスする。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
1.標本1〜3についてはResolution Products製EPON1001、そして標本4〜5については、Vantico製のTactix556としても知られているXP71756。
2.共にAldrich Chemical製である、標本1〜4用の溶剤 BLO（γ-ブチロラクトン）及び標本5用のPGMEA（プロピレングリコールメチルエーテルアセテート）
3.標本1についてはフラックス剤クリーンロジン（不純物を除去するため加熱下で真空処理済み）；標本2〜5についてはCorfree M2。
4.触媒はイミダゾール無水物アダクトである。
5.湿潤剤は、United Technologies製のG6715,3-グリシドキシプロピルペンタメチルジシロキサンである。
6.標本1については、消泡剤BYK A500（Chemie）、標本2についてはフタロブルー（Plasticolors）、そして標本3〜5についてはAgitan731（Ultra Additives）。
【００３７】
5つの処方の粘度が表2に列挙されている。粘度は、室温で1〜100ラド／秒の範囲から、1s-1の定常予備せん断速度、ひずみ1%で、25mmの平行板を伴うRheometric Scientific製のAdvanced Rheology Expansion Systemを用いて測定された。
【００３８】
【表２】
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標本の粘度は全て、スクリーン及びステンシル印刷に必要な範囲内にある。
【００３９】
例2．
適切なBステージ処理条件を見い出すためには、2つの基準が望まれる。これらの基準とは、Bステージの後、材料は非粘着性で、かつ未硬化でなくてはならない。これらの基準が満たされたか否かをテストするため、8枚のガラススライドに20ミルのはんだ玉を隆起させた。約20ミルの表1に列挙されている処方1を次にガラススライド上にステンシル印刷した。各スライドをその後130℃のオーブン内に入れた。次に各スライドをオーブン内で異なる時間（30、40、50、60、70、80、90又は100分）Bステージ処理した。
【００４０】
各スライドが冷却した後、粘着性を評価するためにフィルム上に木製スティックを置いた。木製スティックがフィルム上に跡を残した場合、それは粘着性ありとみなされた。木製スティックが全く跡を残さなかった場合、それは非粘着性と考えられた。硬化試験を実施するために、各スライドを共融はんだリフローオーブン内に置いた。スライドをリフロープロファイルに通した後、はんだが溶解したか否か見極めるため各スライドを調べた。はんだが溶融した場合、硬化時間は、硬化不能B-ステージ処理時間であるとみなされた。すなわちオーブン内に残されていた時間は、硬化プロセスを全面的には開始させなかったとみなされた。しかしながら、はんだが溶融しなかった場合、Bステージ処理時間は過度に長く、すでにアンダーフィルを硬化させたとみなされた。結果は表3に示されている。
【００４１】
【表３】
2005519168.tif 000007
【００４２】
表3に示されているように、アンダーフィルが最適時間未満の時間Bステージ処理された場合、結果として得られたフィルムは、触れたときに粘着性をもつ状態にとどまっていた。アンダーフィルが最適時間以上の時間Bステージ処理された場合には、フィルムの硬化が開始され、付着プロセスに対し不利な影響が及ぼされる。130℃では、最適硬化時間は約50〜60分である。アンダーフィルの硬化開始温度は約150℃であることから、130℃を上回る温度がBステージ処理のために利用されることはまれである。130℃未満の温度を利用することもできるが、適正なBステージ状態を達成するために必要な時間は、温度が低くなれがなるほど長くなる。
【００４３】
例3．
Bステージ処理されたアンダーフィルのための適正なTgは非常に重要である。ウェハーをダイスカットするために使用されるようなダイヤモンドソーは、約50〜95℃の範囲内のTgを有する材料をきれいにカットすることができる。Tgが標的範囲よりもはるかに高い場合、亀裂が生じてBステージ処理済みアンダーフィルをウェハーから破断させる可能性がある。Tgが50℃未満である場合、フィルムはダイスカット中に粘りを生じ、ダイヤモンドソーに粘着する可能性がある。低いTgで複数の処方が作られ、表4には考察事実が示されている。温度は5℃／分の速度で上昇させ、各標本のTgsをTA分析プログラムを用いてTAInstruments熱機械分析装置によって測定した。処方A及びBは、表1中の処方と同様に作られている。これらの処方では、低いTgの樹脂を使用した（処方Aは、EPON1001とマレイミドの混合物から成り、処方Bは、EPON1001とメタクリル酸グリシダルから成る）。表4は、同様に、表1の5つの標本のTgを例示している。これら5つの標本のTgは、ダイスカット可能な範囲（50〜90℃）内に入り、ダイスカット可能であることがわかった。
【００４４】
【表４】
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【００４５】
例4．
複数の異なるエポキシ樹脂／フラックス剤 混合物の粘度を測定した。90重量%のエポキシ樹脂（Z=EPON1001、Y=EPON1002、X=EPON1004、W=EPON1007及びV=EPON1009）及び10%のフラックス剤 PSPA（ポリ無水ポリセバシン酸）を混合することによって、混合物Z、Y、X、W及びVを各々作製した。各々直径20ミルの3つのはんだ玉を5つの別々の銅基板上に設置した。混合物のうちの1つを、各基板上ではんだ玉の上面に印刷した。印刷された各基板を、まず2分間150℃、次に直ちに1分間190℃まで加熱させた。はんだの考察事実は表5に示されている。同じく表5には、各混合物の粘度も報告されている。100ラド／秒の周波数でReomectric Scientific Instrumentの単一点分析を使用して、190℃の5%ひずみ温度及び50mmに平行板を用いて各々の粘度を決定した。
【００４６】
【表５】
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【００４７】
表5に示されているように、フラックス処理能力に対処するためには約5900cP以下の粘度をもつ樹脂が好ましい。
フラックス処理が起こる程度は、はんだ玉の半径の変化によって測定可能である。さまざまなフラックス剤を含むはんだ玉の半径を測定し、その結果を表6に示す。
【００４８】
【表６】
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【００４９】
表6に示されているように、テストしたフラックス剤の中でも、クエン酸及びCorfree M2が好ましいものであった。表1に列挙した処方のフラックス能力は、上述のとおりの方法を用いてテストした。表1中の全ての処方は、はんだ玉の半径の拡大を示している。
【国際調査報告】
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