(57)【要約】【課題】フリップチップ実装による半導体装置の製造効率を改善するため、圧接工程において室温での可使時間が長く、短時間で硬化し、ボイドレスで悦塩信頼性を備えた硬化樹脂層５を形成することができるエポキシ樹脂組成物を提供する。【解決手段】エポキシ樹脂及び硬化剤を含有すると共に室温で液状であるエポキシ樹脂組成物１に関する。硬化剤として、イミダゾール骨格を有する化合物を核とすると共にこの核の周囲を熱硬化性樹脂による被膜で被覆して得られた微細球粒子、又はアミンアダクト粒子の少なくとも一方を含有し、且つ前記微細球粒子とアミンアダクト粒子との総量がエポキシ樹脂に対して７〜５５質量％の範囲である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂及び硬化剤を含有すると共に室温で液状であるエポキシ樹脂組成物において、前記硬化剤が、イミダゾール骨格を有する化合物を核とすると共にこの核の周囲を熱硬化性樹脂による被膜で被覆して得られた微細球粒子とアミンアダクト粒子とのうち少なくとも一方、及び下記化学式（１）に示すカルボン酸二無水物を含有し、且つ前記微細球粒子とアミンアダクト粒子との総量がエポキシ樹脂に対して７〜５５質量％の範囲であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
【化１】
2008050544.tif 000006
【請求項２】
上記化学式（１）で示されるカルボン酸二無水物が、化学量論上の当量比でエポキシ樹脂１００に対して５〜２０の範囲となるように含有していることを特徴とする請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
上記硬化剤が、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
エポキシ樹脂として、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、これらの水素添加型のエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂から選択される少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
下記化学式（２）で示されるナフタレン環含有４官能型エポキシ樹脂を含有すると共に、全エポキシ樹脂中におけるエポキシ基に対して、ナフタレン環含有４官能型エポキシ樹脂が有するエポキシ基の占める割合が１０〜４０％の範囲であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物。
【化２】
2008050544.tif 000007
【請求項６】
導電性粒子をエポキシ樹脂組成物全量に対して１〜２０質量％の範囲で含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項７】
１５０℃におけるゲル化時間が６〜５０秒の範囲であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項８】
充填材として、最大粒径が０．１〜１０μｍの範囲である球状非晶質シリカを含有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物にて半導体素子を封止して成ることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物を用いて回路基板と半導体素子とを熱圧接により接着することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体封止材料として好適に使用することができるエポキシ樹脂組成物、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の更なる小型化及び高機能化を図るため、プリント配線板等の回路基板上にＩＣチップなどの電子部品を高密度で実装することが要求されている。実装密度を高める有力な手段の一つとして、フリップチップ実装が広く知られている。フリップチップ実装においては、バンプと呼ばれる突起を介してＩＣチップ上の複数の電極と回路基板上の所定の電極とを位置合わせした後、これらの電極間の電気接続が一括して形成される。次いで、電気絶縁性を有する封止樹脂（アンダーフィル材）がＩＣチップと回路基板の間に注入された加熱硬化される。封止用樹脂としては、エポキシ樹脂を配合した液状封止エポキシ樹脂組成物が汎用されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３２９０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記のフリップチップ実装では、電極接続工程と封止用樹脂の硬化工程を個別に行っていたため、製造効率が低いという問題があった。
【０００４】
そこで、金属バンプを介しての電極接続と同時に封止用樹脂の硬化を行うリフロー同時硬化法や、回路基板の表面に液状エポキシ樹脂を塗布した後に、ＩＣチップをエポキシ樹脂の塗布層上に配置してＩＣチップの背面から加熱加圧して電極接続と封止用樹脂の硬化を一段階で行う圧接法が提案されている。
【０００５】
このうち、圧接法においては、圧接に要する時間がフリップチップ実装効率を決定する律速因子になるため、硬化時間が短く、且つ硬化した封止用樹脂内に気泡（ボイド）が発生しない封止用樹脂組成物の開発が要望されている。また、封止用樹脂の塗布量は極微量である場合が多いため、封止用樹脂の保存安定性が高いことも要望されている。更に、バンプ間の幅を微細ピッチとした場合の、マイグレーションの発生による絶縁信頼性の低下を防止することも求められている。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、保存安定性が高く、短時間で硬化し、ボイドレスで高い絶縁特性を備えた硬化物を得ることができ、半導体封止用途、特に圧接法により半導体装置の製造とフリップチップ実装とを同時に行う場合に好適に用いることができるエポキシ樹脂組成物、このエポキシ樹脂組成物を用いて製造された半導体装置、並びにこのエポキシ樹脂組成物を用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係るエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂及び硬化剤を含有すると共に室温で液状であるエポキシ樹脂組成物１において、前記硬化剤が、イミダゾール骨格を有する化合物を核とすると共にこの核の周囲を熱硬化性樹脂による被膜で被覆して得られた微細球粒子とアミンアダクト粒子とのうち少なくとも一方、及び下記化学式（１）に示すカルボン酸二無水物を含有し、且つ前記微細球粒子とアミンアダクト粒子との総量がエポキシ樹脂に対して７〜５５質量％の範囲であることを特徴とする。
【０００８】
【化１】
2008050544.tif 000003
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１において、上記化学式（１）で示されるカルボン酸二無水物が、化学量論上の当量比でエポキシ樹脂１００に対して５〜２０の範囲となるように含有していることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、上記硬化剤が、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸を含有することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか一項において、エポキシ樹脂として、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、これらの水素添加型のエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂から選択される少なくとも一種を含有することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか一項において、下記化学式（２）で示されるナフタレン環含有４官能型エポキシ樹脂を含有すると共に、全エポキシ樹脂中におけるエポキシ基に対して、ナフタレン環含有４官能型エポキシ樹脂が有するエポキシ基の占める割合が１０〜４０％の範囲であることを特徴とする。
【００１３】
【化２】
2008050544.tif 000004
【００１４】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか一項において、導電性粒子をエポキシ樹脂組成物１全量に対して１〜２０質量％の範囲で含有することを特徴とする。
【００１５】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれか一項において、１５０℃におけるゲル化時間が６〜５０秒の範囲であることを特徴とする。
【００１６】
請求項８に係る発明は、請求項１乃至７のいずれか一項において、充填材として、最大粒径が０．１〜１０μｍの範囲である球状非晶質シリカを含有することを特徴とする。
【００１７】
請求項９に係る半導体装置４は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物１にて半導体素子３を封止して成ることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０に係る半導体装置４の製造方法は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物１を用いて回路基板２と半導体素子３とを熱圧接により接着することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る発明によれば、エポキシ樹脂組成物１の硬化速度を向上すると共に保存安定性を高めて可使時間を向上することができ、特に圧接工程を含む半導体装置４の製造工程において製造効率を改善することができると共に、硬化樹脂層５中のボイドの発生を低減することができ、且つ絶縁信頼性の高い硬化樹脂層５を半導体素子３と回路基板２との間に形成することができるものであり、且つ硬化物の絶縁特性を著しく改善することができて特に耐湿信頼性を向上することができ、更に圧接工程において熱圧接後にボンディングツール８を半導体素子３の背面から離す際の半導体素子３の浮きを低減し、初期接続性を向上することができる。
【００２０】
請求項２に係る発明によれば、硬化物（硬化樹脂層５）のガラス転移温度を上昇することができ、特に圧接工程を含む半導体装置４の製造工程において加圧圧接後にボンディングツール８を半導体素子３の背面から離す際に、半導体素子３の浮きの発生を低減することができるものである。
【００２１】
請求項３に係る発明によれば、エポキシ樹脂組成物１の粘度を低減してその流動性を向上し、作業性を向上することができるものであり、また上記化学式（１）で示されるカルボン酸二無水物を予めメチルヘキサヒドロ無水フタル酸に溶融混合させた後に組成物中に配合すれば、前記カルボン酸に無水物を組成物中に微分散させることができて、均質な組成物及びその硬化物（硬化樹脂層５）を得ることができるものである。
【００２２】
請求項４に係る発明によれば、立体障害の異なる各種のエポキシ樹脂を適宜組み合わせることによって、所望の硬化速度を有する組成物を得ることができるものである。
【００２３】
請求項５に係る発明によれば、より短時間の硬化時間でボイドの発生を低減しつつ硬化物（硬化樹脂層５）を形成することができると共に、硬化物のガラス転移温度を上昇することができ、特に圧接工程を含む半導体装置４の製造工程において加圧圧接後にボンディングツール８を半導体素子３の背面から離す際に、半導体素子３の浮きの発生を低減することができるものである。
【００２４】
請求項６に係る発明によれば、絶縁性の高いエポキシ樹脂組成物１中に導電性粒子が均一に分散した材料を得ることができ、特に圧接工程を含む半導体装置４の製造工程において半導体素子３と回路基板２との間の相対する電極間の電気接続を確保すると共に、隣接する電極間では絶縁性を確保し、且つ回路基板２に対する半導体素子３の固定を行うことができるものである。
【００２５】
請求項７に係る発明によれば、特に回路基板２と半導体素子３とを熱圧接により接続する場合に、両者が電気的に接続される前に組成物が硬化しないようにすることができると共に、圧接工程に要する時間を短時間とすることができ、製造効率の向上を充分に達成することができるものである。
【００２６】
請求項８に係る発明によれば、硬化物の熱膨張率を低減することができ、特に圧接工程を含む半導体装置４の製造工程において、半導体素子３と回路基板２との間の高い接続信頼性を確保することができるものである。
【００２７】
請求項９に係る発明によれば、ボイドの発生が抑制され、且つ絶縁信頼性の高い硬化樹脂層５にて半導体チップと回路基板２との間が封止された半導体装置４を得ることができるものである。
【００２８】
請求項１０に係る発明によれば、圧接工程において液状のエポキシ樹脂組成物１を短時間で硬化させることができ、フリップチップ実装による半導体装置４の製造効率を改善することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００３０】
本発明に係るエポキシ樹脂組成物１は、室温で液状であって、エポキシ樹脂及び硬化剤を含有する。
【００３１】
エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、上記化学式（２）で示されるナフタレン環含有４官能型エポキシ樹脂等のナフタレン環含有エポキシ樹脂、これらの水素添加型のエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等から選択される少なくとも一種を用いることが好ましい。
【００３２】
ここで、エポキシ樹脂の硬化速度に最も影響するのは、エポキシ基近傍の立体障害であり、エポキシ基の近傍に嵩高い置換基が存在したり、分子構造の平面性が損なわれていたりすると、硬化剤の求核攻撃が阻害されて硬化速度は遅くなる。逆にエポキシ基の近傍に大きな置換基がなく、分子構造の平面性が保たれている場合には、硬化剤がエポキシ基にアタックしやすいため硬化反応は速くなる。そこで、上記のような立体障害の異なるエポキシ樹脂を適宜組み合わせて用いると、所望の硬化速度を実現することができる。
【００３３】
また、特に上記化学式（２）で示されるナフタレン環含有４官能型エポキシ樹脂を、全エポキシ樹脂中におけるエポキシ基に対して、このナフタレン環含有４官能型エポキシ樹脂が有するエポキシ基の占める割合が１０〜４０％の範囲となるように含有させることが好ましい。このナフタレン環含有４官能型エポキシ樹脂は分子の平面性が極めて高く、更に反応点となるエポキシ基を４個有していることから、これを適当量使用することにより、ボイドレスで、より短時間で硬化可能なエポキシ樹脂組成物１を容易に調製することができると共に、硬化物のガラス転移温度（Ｔｇ）を高めることもできる。ここで、このナフタレン環含有４官能型エポキシ樹脂は室温で固体状態であり、気化しにくい性質を有することから、前記含有量の割合が４０％を超える場合にはエポキシ樹脂組成物１の粘度が上昇することにより流動性が低下して作業性が低下するおそれがあり、また前記割合が１０％に満たないと前記の硬化速度やガラス転移温度を高める効果を十分に得ることができなくなるおそれがある。
【００３４】
硬化剤は、イミダゾール骨格を有する化合物を核とすると共にこの核の周囲を熱硬化性樹脂による被膜で被覆して得られた微細球粒子と、アミンアダクト粒子とのうち少なくとも一方を含有する。
【００３５】
上記微細球粒子は乳化重合等の一般的な方法により作製することができ、被膜としては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂を好適に用いることができる。この皮膜を構成する熱硬化性樹脂は、微細球粒子全体に対して１質量％以下であることが望ましい。核となるイミダゾール骨格を有する化合物としては、イミダゾール化合物とエポキシ樹脂の付加反応によりプレリアクトしたエポキシアミンアダクトあげられる。また微細球粒子のサイズ（粒径）は、５０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下が更に好ましく、特に好ましくは５μｍ以下である。
【００３６】
一方、アミンアダクト粒子とは、アミンやイミダゾール、アミノ酸、アミド等と各種エポキシ樹脂とから合成されるものをいい、このアミンアダクト粒子のサイズ（粒径）も上記の微細球粒子の場合と同様に、５０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下が更に好ましく、特に好ましくは５μｍ以下である。
【００３７】
この微細球粒子とアミンアダクト粒子との含有量の総量はエポキシ樹脂に対して７〜５５質量％の範囲であるようにする。この含有量が前記範囲より少ない場合には十分な硬化速度が得られなくなり、また前記範囲より多い場合には硬化物の電気絶縁性を悪化させて、半導体装置４の信頼性を低下させるおそれがある。
【００３８】
このように硬化剤として上記微細球粒子とアミンアダクト粒子の少なくとも一方を用いると、エポキシ樹脂組成物１は室温では粘度変化が少なく、また１００℃以上に加熱されることで急激な硬化反応がボイドレスで進行することとなる。この硬化反応は、微細球粒子及びアミンアダクト粒子が熱により溶融してエポキシ基と付加反応を起こし、酸素アニオンを生じることにより進行し、イミダゾール骨格を有する化合物やアミンアダクトが生成物の骨格中に取り込まれる。このため、例えばフリップチップ実装工程においてＩＣチップ等の半導体素子３とプリント配線板等の回路基板２との間の隙間を融資するための半導体封止用材料として好適に用いることができるものであり、上記のエポキシ樹脂組成物１を用いてフリップチップ実装を行えば動作信頼性の高い半導体装置４を効率よく製造することができると共にボイドレスで絶縁信頼性を備えた硬化樹脂層５を半導体素子３と回路基板２との間に形成することができるものである。すなわち、上記の硬化剤を用いることによって、エポキシ樹脂組成物１の硬化速度と保存安定性を飛躍的に高めることができ、圧接工程を含む半導体装置４の製造において製造効率を改善することができるものである。
【００３９】
また、硬化剤としては、更に上記化学式（１）に示すカルボン酸二無水物も含有させる。このため、エポキシ樹脂組成物１の硬化反応の進行時に、上記微細球粒子やアミンアダクト粒子が前記カルボン酸二無水物を求核的に攻撃してカルボキシアニオンを生じさせ、このカルボン酸二無水物が硬化構造に化学的に取り込まれることにより、硬化物の電気絶縁性が更に向上する。このため、硬化物の絶縁特性を著しく改善することができ、且つ高い耐湿信頼性を発現することとなる。また、圧接工程において熱圧接後にボンディングツール８を半導体素子３の背面から離す際において半導体素子３の浮きを低減し、初期接続性を向上することができる。
【００４０】
組成物中の上記カルボン酸二無水物の含有量は、化学量論上の当量比で組成物中のエポキシ樹脂１００に対して５〜２０の範囲となるようにすることが好ましく、これにより、硬化物のガラス転移温度を上昇することができ、特に圧接工程を含む半導体装置４の製造工程において加圧圧接後にボンディングツール８を半導体素子３の背面から離す際に、半導体素子３の浮きの発生を低減することができる。ここで前記含有量が前記範囲に満たない場合には前記ガラス転移温度を上昇する効果を十分に得ることができなくなるおそれがあり、逆に前記範囲を超える場合にはエポキシ樹脂組成物１の粘度が上昇することにより流動性が低下して作業性が低下するおそれがある。
【００４１】
また、硬化剤としては、更にメチルヘキサヒドロ無水フタル酸を含有することも好ましい。この場合、エポキシ樹脂組成物１の粘度を低減し、流動性を向上して作業性を向上することができる。また、上記カルボン酸二無水物を予めメチルヘキサヒドロ無水フタル酸に加熱溶解させた後にエポキシ樹脂組成物１中に配合するようにすれば、前記カルボン酸二無水物をエポキシ樹脂組成物１中に微分散することができ、均質なエポキシ樹脂組成物１並びにその硬化物を得ることができる。
【００４２】
上記カルボン酸二無水物とメチルヘキサヒドロ無水フタル酸とを併せた含有量は、化学量論上の当量比で組成物中のエポキシ樹脂１００に対して１０〜９０の範囲となるようにすることが好ましい。この含有量が前記範囲に満たない場合には硬化物が優れた電気絶縁性を発現することが困難となり、また含有量が前記範囲を超えると高温で急速に加熱したとき、それ自体が反応に寄与する前に揮発するため、ボイドが硬化物中に残存し、半導体装置４の信頼性を低下させるおそれがある。
【００４３】
また、本発明に係るエポキシ樹脂組成物１中には、上記エポキシ樹脂、硬化剤に加えて、更に導電性粒子を含有させても良い。導電性粒子としては、例えばポリエチレン系の高分子粒子の核の表面にＡｕめっきを施した粒径５μｍ程度のものを挙げることができる。このような導電性粒子を好ましくはエポキシ樹脂組成物１全量に対して１〜２０質量％の範囲で含有させ、導電性粒子を均一に分散させて半導体装置４の封止用途に用いると、半導体素子３や回路基板２等の電子部品間の相対する電極間に導電性粒子を介在させて電気接続を確保することができ、また、導電性粒子を介して半導体素子３の金属バンプ７と回路基板２の基板電極６の基板電極６間の電気接続を行うことにより、金属バンプ７と基板電極６の高さのばらつきやチップ搭載時の平行度が緩和されることとなり、より高い接続信頼性を実願することができる。また前記配合量の範囲で導電性粒子を含有させれば、隣接電極間では導電性粒子の密度が導通を生じさせるほど過剰にはならず、この隣接電極間の絶縁性を確保することができる。
【００４４】
尚、エポキシ樹脂組成物１が、特開２０００−１１７６０号公報や特開２０００−２１２３６号公報等に示される導電性粒子を含む異方導電性ペースト（ＡＣＰ）の場合においても、上述の硬化剤を併用すれば、エポキシ樹脂組成物１内にボイドを発生させることなく、エポキシ樹脂組成物１を短時間で硬化させることができる。
【００４５】
また、本発明に係るエポキシ樹脂組成物１は、１５０℃におけるゲル化時間が６〜５０秒であることが好ましい。これにより回路基板２と半導体チップとを熱圧接により接着する場合において両者が電気的に接続される前に樹脂が硬化するようなことを防止することができると共に、圧接工程に要する時間が短時間となり、製造効率の向上を充分に達成することができる。ここで前記ゲル化時間が６秒に満たないと半導体素子３を搭載する熱圧接の工程において金属バンプ７が回路基板２の基板電極６に接触して電気的に接続される前にエポキシ樹脂組成物１が硬化してしまうおそれがあり、逆にゲル化時間が５０秒を超えると圧接工程に長時間を要して製造効率の向上を十分に達成することができないおそれがある。
【００４６】
上記ゲル化時間はエポキシ樹脂組成物１中における微細球粒子とアミンアダクト粒子との含有量を前記範囲内において増減することにより調整することができる。
【００４７】
また、本発明に係るエポキシ樹脂組成物１は、更に充填材を含有しても良い。前記充填材としては、シリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭酸カルシウム等の無機フィラーを挙げることができる。特に充填材として球状非晶質シリカを用いると、単一金属元素からなる他の酸化物、窒化物及び炭化物等と比べて熱膨張係数が小さく、硬化物の熱膨張率を低減することができて、特に圧接工程を含む半導体装置４の製造工程において、半導体素子３と回路基板２との間の高い接続信頼性を確保することができるものであり、しかも破砕されたままの不均一な形状であるよりも充填材の含有量を高めた際のエポキシ樹脂組成物１の粘度増加を抑制することもできるものである。
【００４８】
充填材として上記球状非晶質シリカを用いる場合には、その最大粒径が０．１〜１０μｍの範囲であることが望ましい。この場合、硬化物の熱膨張率を特に低減することができると共に、半導体装置４における金属バンプ７と基板電極６との間に高い接続信頼性を付与することができる。ここで前記最大粒径が１０μｍを超えると、圧接時に金属バンプ７と基板電極６との間に前記球状非晶質シリカの粒子が挟み込まれることで接続信頼性を低下させるおそれがある。また、前記最大粒径が０．１μｍ未満の球状非晶質シリカを入手するのは困難であるため、実質的な下限が０．１μｍとなる。
【００４９】
エポキシ樹脂組成物１中における充填材の含有量は、組成物全量に対して６０質量％以下であることが好ましい。前記含有量が６０質量％を超えるとエポキシ樹脂組成物１の粘度が高くなりすぎて作業性を悪化させたり、圧接時に半導体素子３の金属バンプ７と回路基板２の基板電極６の間に充填材が挟み込まれたりする可能性が高くなり、接続信頼性が低下するおそれがある。
【００５０】
また、エポキシ樹脂組成物１中には、上記成分のほか、本発明の目的を損なわない限り、必要に応じて難燃剤、低弾性化剤、密着性付与剤、着色剤、希釈剤、カップリング剤等の他の適宜の添加剤を含有させても良い。特に添加剤として圧接時のフィレットの形状を良好に形成するために、チクソ付与剤として働くフュームドシリカと呼ばれるナノサイズ粒子の微粉シリカを用いても良く、この場合、微粉シリカの含有量はエポキシ樹脂組成物１全量に対して１〜３質量％の範囲であることが好ましい。
【００５１】
エポキシ樹脂組成物１の調製は、例えば上記各成分を攪拌型の分散機で混合したり、ビーズミルで分散混合したり、三本ロールで分散混合したりすることで混合することにより、行うことができる。尚、これら以外の適宜の混合方法を採用しても良い。
【００５２】
半導体装置４は、上記エポキシ樹脂組成物１で半導体素子３を封止することによって得ることができる。特に、本発明に係るエポキシ樹脂組成物１は、半導体素子３をフリップチップ実装する際に用いることが好ましい。
【００５３】
具体的には、図１に示すような、半導体素子３と回路基板２とをエポキシ樹脂組成物１を介して熱圧接する圧接工程を含む圧接法にて、半導体装置４を製造することができる。
【００５４】
まず上記のようにして得られたエポキシ樹脂組成物１を回路基板２の表面に塗布する。前記回路基板２としては、ＦＲ−４タイプやＦＲ−５タイプ等の繊維基材を含む有機基板（ガラス基材エポキシ樹脂基板）にて形成されたもの、ポリイミドやポリエステル等の有機フィルムにて形成されたもの、セラミックス等の無機基板にて形成されたもの等、適宜のものを用いることができる。この回路基板２には、予めセミアディティブ法、サブトラクティブ法等の適宜の手法により導体配線を形成すると共に半導体素子３の金属バンプ７と接続するための基板電極６を設けておき、エポキシ樹脂組成物１は前記基板電極６が設けられた箇所を含む半導体素子３の搭載位置に塗布する。
【００５５】
次に、上記回路基板２の基板電極６が設けられた面と、半導体素子３の金属バンプ７が設けられた面とを対向させると共に前記基板電極６と金属バンプ７とを位置合わせし、この状態で半導体素子３の背面（基板電極６と対向する面とは反対側の面）から熱盤等のボンディングツール８を用いてこの半導体素子３を熱圧接し、回路基板２と半導体素子３とを接着することにより、半導体装置４が得られる。熱圧接する際の圧接条件としては、回路基板２の種類によって制約を受けるため特に限定されるものではないが、例えば有機基板を用いる場合には、樹脂温度が１００〜２５０℃の範囲で数秒から数十秒間圧接すれば良い。また、エポキシ樹脂組成物１を塗布する前に、塗布したエポキシ樹脂組成物１に流動性を持たせたり、回路基板２との濡れ性を良くしたりする目的であらかじめ回路基板２を５０〜１００℃に加温しても良い。
【００５６】
また、エポキシ樹脂組成物１の硬化をより完全にするために、１００〜１７５℃で０．５〜２時間加熱して後硬化を行うことも好ましい。
【００５７】
このような半導体装置４の製造方法であれば、フリップチップ実装による半導体装置４の製造効率を改善することができ、圧接工程においてエポキシ樹脂組成物１を短時間で硬化させることができるものであり、またこのようにして得られた半導体装置４にあっては、ボイドの発生が抑制された優れた絶縁特性を備える硬化樹脂層５を半導体素子３と回路基板２との間に形成することができるものである。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００５９】
まず、実施例１〜６及び比較例１〜４のエポキシ樹脂組成物１を調製するために使用した材料について説明する。各材料の配合量は表１に示す。
【００６０】
（エポキシ樹脂）
樹脂Ａ；ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製、品番「得歩コート８０６」、エポキシ当量１６０）
樹脂Ｂ；ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社製、品番「エピコオート８２５」、エポキシ当量１７２）
樹脂Ｃ；ナフタレン環含有エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業株式会社製、品番「エピクロンＨＰ−４０３２」、エポキシ当量１４３）
樹脂Ｄ；脂環式エポキシ樹脂（ダイセル化学工業株式会社製、品番「セロキサイド２０２１」、エポキシ当量１３４）
樹脂Ｅ；上記化学式（２）で示されるナフタレン環含有４官能型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業株式会社製、品番「エピクロンＥＸＡ４７０１」、エポキシ当量１６５）
（硬化剤）
硬化剤Ａ；イミダゾール類を核とするマイクロカプセル（微細球粒子）と、エポキシ樹脂との混合物（旭化成ケミカルズ株式会社製、品番「ノバキュアＨＸ３７２２」、エポキシ樹脂：微細球粒子の質量比２：１）
硬化剤Ｂ；アミンアダクト粒子（味の素ファインテクノ株式会社製、品番「アミキュアＰＮ２３」）
硬化剤Ｃ；上記化学式（１）で示される５−（２，５−ジオキソテトラヒドロ−３−フラニル）−３−メチル−３−シクロヘキセン−１，２−ジカルボン酸無水物（大日本インキ化学工業株式会社製、品番「Ｂ−４４００」、硬化剤当量１３２）
硬化剤Ｄ；メチルヘキサヒドロ無水フタル酸（新日本理化株式会社製、品番「ＭＨ−７００」、硬化剤当量１６８）
硬化剤Ｅ；炭素数１０のトリエンと無水マレイン酸から合成された脂環式液状三無水物（ジャパンエポキシレジン株式会社製、品番「ＹＨ−３０６」、硬化剤当量２３４）
硬化剤Ｆ；カチオン重合開始剤（旭電化工業株式会社製、品番「ＣＰ−６６」）
硬化剤Ｇ；２−メチルイミダゾール（四国化成株式会社製、品番「２ＭＺ」）
尚、硬化剤当量とは、エポキシ樹脂に対する硬化剤との化学量論上の官能基のモル比で硬化剤の分子量を除した値である。
【００６１】
（無機充填材）
充填材Ａ；球状非晶質シリカ（三菱レイヨン株式会社製、品番「シリカエースＱＳ−０７」、最大粒径３μｍ、真比重２．２）
充填材Ｂ；球状非晶質シリカ（三菱レイヨン株式会社、品番「アドマファインＳＥ−１０５０」、最大粒径０．６μｍ、真比重２．２）
（導電性粒子）
ポリスチレン系の高分子粒子の核の表面にＡｕめっきを施したもの（積水ファインケミカル株式会社製、品番「ミクロパールＡＵ−２０５」、粒子径５μｍ）
（添加剤）
チクソ付与剤  無水シリカ（日本エアロジル株式会社製、品番「ＡＥＲＯＳＩＬ３００」、比表面積３００ｍ2／ｇ）
そして、上記材料を用いて、下記の製造方法Ａ〜Ｃによりエポキシ樹脂組成物１を調製した。
【００６２】
（製造方法Ａ）
エポキシ樹脂組成物１の構成成分であるエポキシ樹脂、硬化剤、導電性粒子を表１に示す配合量で配合し、これをプライミクス株式会社製のホモディスパーにて３００〜５００ｒｐｍの条件で分散・混合することにより、エポキシ樹脂組成物１を調製した。このとき、上記化学式（１）で示されるカルボン酸二無水物を併用する場合にはこのカルボン酸二無水物を予めメチルヘキサヒドロ無水フタル酸に溶融混合させた後に組成物中に配合した。
【００６３】
（製造方法Ｂ）
エポキシ樹脂組成物１の構成成分であるエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材及びその他の成分を表１に示す配合量で配合し、これをプラネタリーミキサーにて混合し、更に３本ロールにて分散することによって、エポキシ樹脂組成物１を調製した。このとき、上記化学式（１）で示されるカルボン酸二無水物を併用する場合にはこのカルボン酸二無水物を予めメチルヘキサヒドロ無水フタル酸に溶融混合させた後に組成物中に配合した。
【００６４】
（製造方法Ｃ）
エポキシ樹脂組成物１の構成成分であるエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材及びその他の成分を表１に示す配合量で配合し、これをビューラー株式会社製のビーズミルにて分散・混合した後、更にプライミクス株式会社製のホモディスパーにて３００〜５００ｒｐｍの条件で分散・混合することによって、エポキシ樹脂組成物１を調製した。このとき、上記化学式（１）で示されるカルボン酸二無水物を併用する場合にはこのカルボン酸二無水物を予めメチルヘキサヒドロ無水フタル酸に溶融混合させた後に組成物中に配合した。
【００６５】
尚、表１において、フィラー質量％とは、エポキシ樹脂組成物１全量に対する充填材の配合量の割合を質量百分率で示したものである。
【００６６】
そして、上記のようにして得られた実施例１〜６及び比較例１〜４のエポキシ樹脂組成物１の特性を下記の方法により評価した。
【００６７】
（１）ゲル化時間
ホットプレートの温度を１５０±２℃に設定し、このホットプレート上に約１ｇのエポキシ樹脂を載置し、これを１秒間隔で攪拌して攪拌不能になるまでの時間を測定した。
【００６８】
（２）初期接続性
回路基板２としてチップ搭載部に基板電極６を形成したＦＲ−５グレードの有機基板を用い、半導体素子３として、ペリフェラル配列の電極に金属バンプ７として高さ２０μｍのＡｕメッキバンプを設けた、チップサイズ０．３ｍｍ厚、４．２ｍｍ角のＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ゲートアレイ素子を用いた。
【００６９】
そして、回路基板２のチップ搭載部にエポキシ樹脂組成物１をディスペンサーにて約０．０１ｇ塗布した後、回路基板２の基板電極６と半導体素子３の金属バンプ７とを位置合わせし、この状態で１バンプあたりにかかる荷重０．４９Ｎ（５０ｇｆ）となるように半導体素子３の背面に荷重をかけると共にエポキシ樹脂組成物１を２６０℃で５秒間加熱した後、室温まで冷却し、半導体装置４を得た。
【００７０】
各実施例及び比較例ごとに上記のような半導体装置４を２０個作製し、各半導体装置４における回路基板２の導体配線に形成された測定用端子にデジタルマルチメーターのプローブをあてて、電気的動作確認を行い、初期接続性を評価した。そして、各実施例及び比較例ごとに、２０個の半導体装置４のうち断線が不良が発生したものの個数にて、初期接続性を評価した。
【００７１】
（３）フィレット性
上記（２）の初期接続性の評価に用いたものと同一条件で作製した半導体装置４について、半導体素子３の端部と回路基板２との間に形成されるフィレットを観察し、このフィレットの形状、フィレットにおける成分分離の有無を確認した。
【００７２】
そして、半導体素子３の四辺に形成されたフィレットが成分分離せずに素子側面全体を覆っており、素子上面に這い上がっていない場合を「○」、素子側面の一部しか保護していないか或いは全部を覆っていてもフィレット先端部に成分分離が認められた場合を「△」、フィレットが形成されていないか或いは形成されていても素子上面に這い上がっている場合は「×」として、評価を行った。
【００７３】
（４）ボイド発生量
上記（２）の初期接続性の評価に用いたものと同一条件で作製した半導体装置４について、半導体素子３と回路基板２との間に形成された硬化樹脂層５におけるボイドの発生の有無を複合材料用超音波検査装置で測定して確認した。そして、ボイドの大きさが３０μｍ未満で、全ボイドの面積の合計が半導体素子３の面積に対して１％未満であれば「○」、１％以上であれば「×」と評価した。
【００７４】
（５）温度サイクル（ＴＣ）性
上記（２）の初期接続性の評価に用いたものと同一条件で作製した半導体装置４について、半導体装置４の電気的動作が良品であったものを１０個取り出し、これを温度サイクル性を評価するためのサンプルとした。
【００７５】
これらのサンプルに−２５℃で５分間、１２５℃で５分間を１サイクルとする気相中での温度サイクルを与え、２０００サイクルまで１００サイクルごとに半導体装置４の動作確認を導通確認により行い、抵抗値が１０％以上上昇したものを動作不良と判定した。そして、１０個のサンプルのうち動作不良が発生した個数が５個に達したときのサイクル数にて評価を行った。
【００７６】
（６）耐ＴＨＢ信頼性（耐湿絶縁信頼性）
上記（２）の初期接続性の評価に用いたものと同一条件で作製した半導体装置４について、半導体装置４の電気的動作が良品であったものを１０個取り出し、これを耐ＴＨＢ信頼性を評価するためのサンプルとした。
【００７７】
これらのサンプルについて、互いに絶縁された測定用端子間に４０Ｖの電圧を印加した状態で８５℃／８５％ＲＨの雰囲気下に１０００時間曝露し、この間、測定用端子間の抵抗値変化をモニタリングした。
【００７８】
そして、測定される抵抗値が１０5Ω以下となったものを不良とし、不良品数が５個に達した時の通算処理時間にて評価を行った。
【００７９】
（７）ポットライフ
各実施例及び比較例のエポキシ樹脂組成物１を室温下に放置し、このエポキシ樹脂組成物１の粘度が２倍に上昇するまでの時間を測定した。ここで、１６８時間（１週間）放置しても粘度が２倍に達しなかった場合には十分な可使時間があるものとして測定を中止した。
【００８０】
（８）ガラス転移温度（Ｔｇ）
各実施例及び比較例のエポキシ樹脂組成物１につき、実施例１〜６及び比較例３〜５については１５０℃で１時間加熱し、比較例１、２では１００℃で１時間で加熱した後１５０℃で３時間加熱することにより、それぞれ試験片を得た。この試験片を５ｍｍ×５０ｍｍ×０.２ｍｍの寸法に切り出し、これを粘弾性スペクトルメーター（ＤＭＡ）の曲げモードにて３０℃〜２６０℃の範囲で昇温速度５℃／ｍｉｎで昇温させ、ガラス転移温度を測定した。
【００８１】
（９）粘度
各実施例及び比較例のエポキシ樹脂組成物１につき、室温（２５℃）にてＢ型粘度計を用いて粘度を測定した。
【００８２】
（１０）線膨張係数
各実施例及び比較例につき、ガラス転移温度（Ｔｇ）の測定時と同一条件で試験片を作製した。この試験片を３ｍｍ×３ｍｍ×１５ｍｍの寸法に切り出し、分析計ＴＭＡにより、３０℃〜２６０℃の範囲で昇温速度５℃／ｍｉｎで昇温させた場合の線膨張係数を測定した。
【００８３】
以上の結果を表１に併せて示す。
【００８４】
【表１】
2008050544.tif 000005
【００８５】
この結果によると、実施例１〜６ではゲル化時間が６〜５０秒の範囲内（１０〜１５秒の範囲内）であり、半導体素子３を回路基板２に搭載する際の圧接工程の熱圧接を短時間で実施することができ、電気的な初期接続性、温度サイクル性及び耐ＴＨＢ信頼性も良好であることが確認された。また、この熱圧接時にエアーの巻き込みや成分揮発によるボイド発生もなく、実用的な条件下でも問題なく使用できることが確認された。
【００８６】
一方、比較例１，２ではゲル化時間が長すぎて熱圧接条件では完全な硬化物が得られず、またボイド発生量が多かった。これが、実施例１〜６に比べてＴＣ性や耐ＴＨＢ信頼性が著しく悪化した原因と考えられる。
【００８７】
また、比較例３では、エポキシ樹脂組成物１の硬化物中にボイドは観察されなかったが、ゲル化時間が短すぎて基板電極６と金属バンプ７とが電気的に接続される前にエポキシ樹脂組成物１が硬化した。その結果、比較例３においては初期接続性が全数不良であり、ＴＣ性及び耐ＴＨＢ信頼性の評価を行うことができなかった。
【００８８】
また、比較例４ではエポキシ樹脂組成物１の硬化物中に多量のボイドが観察され、このボイドの影響によりＴＣ性、及び耐ＴＨＢ信頼性試験において電気的絶縁性が悪化したものと思われる。
【００８９】
比較例５では初期接続性は良好であったが熱硬化性樹脂による被膜で被覆されていないイミダゾールを硬化剤として用いているために、ポットライフが著しく短く、微量塗布に際しては使用可能なものとはならない。
【００９０】
また、比較例６では初期接続性、ＴＣ性、及びボイド発生量ともに良好であったがカルボン酸二無水物を含有していないため、耐ＴＨＢ信頼性試験において実施例に比べ硬化物の電気絶縁性が劣る。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】（ａ）乃至（ｄ）は半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１  エポキシ樹脂組成物
２  回路基板
３  半導体素子
４  半導体装置
【図１】
2008050544.tif 000008