(57)【要約】【課題】機械的特性の改善されたアンダーフィル組成物を提供すること。【解決手段】新奇な“コア・シェル”物質を包含することで生み出された機械的特性の改善されたアンダーフィル組成物を特徴とする。コア・シェル物質は、微粉末を含み、当該粒子は、各々室温を大幅に越えたＴｇを有する外側シェルおよび室温より低いＴｇを有する内側コアから構成される。シェル物質は、多くの場合、アクリレートもしくはメタクリレートを含み、コアは、各種アクリレートおよびシリコンもしくはブタジエン・ベースのゴムのような広範囲の材料を含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉末を含む“コア・シェル”物質を有し、当該粒子は、室温を超えるガラス転移点を有する外側シェル、および室温より低いガラス転移点を有するコアから構成される、電気的接続のためのシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項２】
全エンキャップ組成物に対し、重量比で４０ないし６０％の範囲でシリカ充填材を含む、請求項１に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項３】
前記エンキャップ組成物は８８２×１０３ないし２７６０×１０３Ｐａ・ｍ（８００ないし２５００ｐｓｉ・ｉｎ１／２に該当）の強度を有する、請求項１に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項４】
シラン成分を含む、請求項１に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項５】
エポキシ樹脂、ポリイミド、シアン化エステル、およびその組合せのグループのうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項６】
前記エポキシ樹脂は、シクロ脂肪族エポキシ樹脂および／もしくはグリシジル・エポキシド樹脂を含む、請求項５に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項７】
前記エポキシ樹脂は、全エンキャップ組成物に対し、重量比で１４ないし２５％の範囲でシクロ脂肪族エポキシ樹脂を含む、請求項５に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項８】
全エンキャップ組成物に対し、重量比で１４ないし２５％の範囲でシクロ脂肪族エポキシ樹脂を含む、請求項２に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項９】
シクロ脂肪族エポキシ樹脂およびメチル・ヘキサ・水素化無水フタル酸？を各々、全エンキャップ組成物に対し、重量比で１４ないし２５％の範囲で含む、請求項２に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項１０】
シラン成分を含む、請求項９記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項１１】
ａ）全エンキャップ組成物に対し、重量比で４０ないし６０％の範囲でシリカ充填材、および
ｂ）全エンキャップ組成物に対し、各々とも重量比で１４ないし２５％の範囲で、エポキシ樹脂および無水物、を含む電気的接続のためのシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項１２】
前記請求項１１のｂ）がシクロ脂肪族エポキシ樹脂およびメチル・ヘキサ・水素化無水フタル酸を各々、全エンキャップ組成物に対し、重量比で１４ないし２５％の範囲で含む、請求項１１に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項１３】
前記組成物は、８８２×１０３ないし２７６０×１０３Ｐａ・ｍ（８００ないし２５００ｐｓｉ・ｉｎ１／２に該当）の強度を有する、請求項１１に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項１４】
シラン成分を含む、請求項１１もしくは１２に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項１５】
前記エポキシ樹脂は、シクロ脂肪族エポキシ樹脂および／もしくはグリシジル・エポキシド樹脂を含む、請求項１１もしくは１２に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項１６】
前記無水物は、メチル・ヘキサ・水素化無水フタル酸を含む、請求項１１もしくは１２に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項１７】
界面活性剤をさらに含む、請求項１６に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項２１】
前記基板は有機材料を含み、チップ・キャリアを形成するため、
シリカ充填エンキャップ組成物をＩＣチップおよび結合基板に塗布する段階、前記組成物は、室温より低いガラス転移点を有するコアとコア・シェル材は実質的に前記コア材を取り囲み、前記コア・シェル材は室温を超えるガラス転移点を有する、
封止（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ）された前記ＩＣチップおよび基板をキュア（硬化）する段階、および
前記ＩＣチップと前記基板の間にリフロー半田接合をする段階、
を含む、集積回路チップとそれに接合される基板を封止（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｎｇ）する方法。
【請求項１８】
全エンキャップ組成物に対し、重量比で４０ないし６０％の範囲でシリカ充填材を含む、請求項１７に記載の集積回路チップとそれに接合される基板を封止する方法。
【請求項１９】
前記エンキャップ組成物は、８８２×１０３ないし２７６０×１０３Ｐａ・ｍ（８００ないし２５００ｐｓｉ・ｉｎ１／２に該当）の強度を有する、請求項１７に記載の集積回路チップとそれとともに結合される基板をカプセル化する方法。
【請求項２０】
エポキシ樹脂、ポリイミド、シアン化エステル、およびその組合せのグループのうち少なくとも１つを含む、請求項１７に記載の集積回路チップとそれに接合される基板を封止する方法。
【請求項２１】
前記エポキシ樹脂は、シクロ脂肪族エポキシ樹脂および／もしくはグリシジル・エポキシド樹脂を含む、請求項２０に記載の集積回路チップとそれに接合される基板を封止する方法。
【請求項２２】
前記エポキシ樹脂は、全エンキャップ組成物に対し、重量比で１４ないし２５％の範囲でシクロ脂肪族エポキシ樹脂を含む、請求項２０に記載の集積回路チップとそれに接合される基板を封止する方法。
【請求項２３】
前記組成物は、全エンキャップ組成物に対し、重量比で１４ないし２５％の範囲でシクロ脂肪族エポキシ樹脂を含む、請求項１８に記載の集積回路チップとそれに接合される基板を封止する方法。
【請求項２４】
シクロ脂肪族エポキシ樹脂およびメチル・ヘキサ・水素化無水フタル酸を各々、全エンキャップ組成物に対し、重量比で１４ないし２５％の範囲で含む、請求項１８に記載の集積回路チップとそれに接合される基板を封止する方法。
【請求項２５】
シラン成分を含む、請求項１７もしくは２４に記載の集積回路チップとそれに接合される基板を封止する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンキャップ組成物（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ）および当該組成物の電子部品への応用方法に関する、さらに具体的には集積回路チップと該基板との電気的接続に用いる改良アンダーフィル組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子回路において接続と電子部品の耐久性を増加するためにエンキャップ材を使用することは、よく知られている。エンキャップ材は一般に、高分子複合材料から構成される。集積回路チップと当該基板の間の電気的接続において、そのようなエンキャップ材は寿命と耐久性の改善をもたらす。エンキャップ材は、硬質の保護オーバーレイ部に塗布され、次に焼成により硬化される。
【０００３】
米国特許番号５２１８２３４において、フリップ・チップと基板の間の空間（ｖｏｉｄｓ）または隙間を充填するアンダーフィル材料が説明されている。当該アンダーフィル材料は、不活性充填剤が装填されたエポキシ樹脂である。当該材料は、粘度を調整することで、チップの下に流し込むことが可能である。
【０００４】
米国特許番号５７４７５５７において、組成物であるアクリル・ゴムはラテックス（乳液）の形状で、その表皮は熱可塑性である。当該エポキシ樹脂組成物は、クラック耐性が高く、耐熱性が高く、良好な機械的特性を有する。
【０００５】
米国特許番号４８２２５４５において、第１のポリマーは、結晶あるいは半結晶融点を有する第２のポリマーと混合される。ゴム・ペレット組成物は、プラスチック表皮を有するエラストマーを含む。
【特許文献１】ＥＰ−Ａ−０４４９７７６
【特許文献２】ＷＯ−Ａ−００５５３５４
【特許文献３】ＷＯ−Ａ−００３４０３２
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主たる目的は、電気的接続、特にＦＣＡプロセスにおいて、改良されたエンキャップ組成物を提供することである。
【０００７】
本発明の別の目的は、電気的接続に対して、改善された機械的特性を有するエンキャップ組成物を提供することである。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、電気的接続のために、低温でのクラック耐性を有するエンキャップ組成物を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づいて、新規性のある“コア・シェル”物質を包含することで生み出された機械的特性の改善されたエンキャップ組成物を提供する。コア・シェル物質は、微粉末を含み、当該粒子は、各々、室温を大幅に越えたＴｇを有する硬質の外側シェルおよび室温より大幅に低いＴｇを有する軟質コアから構成される。硬質シェル物質は、多くの場合、アクリレートもしくはメタクリレートを含み、軟質コアは、各種アクリレートおよびシリコンもしくはブタジエン・ベースのゴムのような広範囲の物質を含む。当該物質の一例としては、重量比でシクロ脂肪族エポキシ樹脂を約１４ないし２５％、メチル・ヘキサ・水素化無水フタル酸を約１４ないし２５％、第１の脂肪族ポリオールを約１ないし２％、第２の脂肪族ポリオールを約０ないし１％、反応性芳香族界面活性剤を約１％未満、２−エチル−４−メチルイミダゾールを約１％未満、シリカ（ＳｉＯ２）を含む充填粉末材を約４０ないし６０％の範囲で、有機色素を約１％未満、コア・シェル増強材を約１％未満、およびエポキシ・シラン（たとえばダウ・コーニング社製Ｚ６０４０）を約０．３ないし０．５％からの形成される組成物がある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明による特有なエンキャップ材の形成方法は、ＦＣＡ（ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐ−ａｔｔａｃｈ）封止（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）技術に関連する。ＦＣＡエンキャップ材は、現在セラミック基板上に使用されている。本発明は、有機基板材料の使用を含む。有機基板に対して、エンキャップ材のキュア前の粘度は低い必要があり、熱膨張係数（ＣＴＥ： ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）はセラミック材料の約３倍（すなわち６．５ｐｐｍ／℃に対して２０ｐｐｍ／℃）でなければならない。より高い熱膨張係数は、チップと基板の不適合がより大きく、エンキャップ材は、熱サイクル耐性においてより強いことが必要である。
【００１１】
有機基板は、エンキャップ材の適切な塗布に対して別の問題を引き起こす。有機基板は、セラミックと比べてより水分を吸収しより軟らかい。有機材料は、熱ストレスで曲がり、半田接続部に歪みが生じる。
【００１２】
ＤＣＡＭ（ｄｉｒｅｃｔ−ｃｈｉｐ−ａｔｔａｃｈ−ｔｏ−ｍｏｄｕｌｅ）のプロセスにおいて、半田接続部は、封止（エンキャプシュレーション）後、リフローされ、耐水性およびエンキャップ材のチップ底部への接着強度が厳しい状況にさらされる。半田は、接着がはがれるとチップとエンキャップ材の間の隙間（ギャップ）に流れ出す。これは、言い換えれば、短絡を引き起こすことになる。５００回の−５５℃と１２５℃の間での熱サイクルの後、このような不良が起きることも留意しなければならない。
【００１３】
エンキャップ材の硬化時間および温度を減少させることで、カード組立品上、他の構成部品への損傷を避ける公算が減少することも観察された。
【００１４】
エポキシ・エンキャップ材の破壊靱性を増強するために、一般に２つのアプローチとして、（ａ）架橋結合密度を減少させる、および（ｂ）セカンド・フェーズの軟質粒子を添加することがある。しかしながら、セカンド・フェーズの軟質粒子の添加は、多くの場合、エンキャップ材の粘度を極端に増加させ、ガラス転移点Ｔｇを減少させる。
【００１５】
本発明は、粘度およびガラス転移点Ｔｇの過度の変化無しに、エンキャップ強度を最大５０パーセントまで増加する材料を含む。
【００１６】
本発明の材料は、微粉末（細かいパウダー）を含む“コア・シェル”物質であり、当該粒子は、各々室温を大幅に越えたＴｇを有する硬質の外側シェルおよび室温より大幅に低いＴｇを有する軟質コアから構成される。硬質シェル物質は、多くの場合、アクリレートもしくはメタクリレートを含み、軟質コアは、各種アクリレートおよびシリコンもしくはブタジエン・ベースのゴムのような広範囲の物質を含む。
【００１７】
本発明に組み込まれる有機材料には、エポキシ、シアネート・エステル、ビス・マレイミド、シアネート・エステル・エポキシ、ポリイミド、ベンゾシクロブタン、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、およびそれらの組み合わせが含まれる。エンキャップ材は、またＩＢＭに譲渡された米国特許番号６１０６８９１にＫｕｒｅｓｕｋａらが参照して挙げている材料から構成することもできる。
【００１８】
本発明に基づくアンダーフィル樹脂混合物は、エポキシ樹脂の硬化において重要な役割を果たすことで知られる促進剤も含むことができる。第３アミンもしくはイミダゾールが一般には使用される。適切なアミンには、たとえば、テトラメチルエチレンジアミン、ジメチルオクチルアミン、ジメチルアミノエタノール、ジメチルベンジルアミン、２，４，６−トリ（ジメチルアミノメチル）フェノール、Ｎ，Ｎ’−テトラメチル−ジアミノ−ジフェニルメタン、Ｎ，Ｎ’−ジアメチルピペラジン、Ｎ−メチルモルホリン、Ｎ−メチルモルホムリン、Ｎ−メチルピペラジン、Ｎ−エチルピロリジン、１，４−ジアザビシクロ（２，２，２）−オクタン、およびキノリンであり、適切なイミダゾールには、たとえば、１−メチルイミダゾール、２−メチルイミダゾール、１，２−ジメチルイミダゾール、１，２，４，５−テトラメチルイミダゾール、２−エチル−４メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２フェニルイミダゾールおよび１−（４，６−ジアミン−ｓ−トリアジニル−２エチル）−２−フェニルイミダゾールがある。促進剤は、各エポキシ樹脂混合物に基づいて、０．０１ないし２重量％濃度、好ましくは０．０５ないし１重量％濃度、添加される。
【００１９】
充填剤（フィラー）は、シリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化シリコン、炭化シリコン、窒化ボロン、ダイアモンド粉末、ガラス、自然界にあるすべての球体、回転楕円体から構成できる。
【００２０】
基板は、ＦＲ−４エポキシとエポキシ、ポリイミド、シアネート、フッ素重合体、フッ素重合体充填セラミック、ベンゾシクロブタン、ペルフルオロブタン、ポリフェニレンサルファイド、ポリス（ル）フォン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリフェニルキノキサリン、ポリベンゾキサゾールおよびポリフェニル・ベンゾビスチアゾールをベースにした積層板、上記の組み合わせなどから構成することができる。加えて、セラミック・ベースの基板のような無機材料ベースの基板も使用できる。
【００２１】
＃ｄ好ましい実施形態として、当該コア・シェル物質には、架橋結合密度を減らすために、反応性熱可塑性ポリマーを約１ないし３０重量％添加するとともに、約１ないし１０重量％のエポキシ樹脂が加えられる。
【００２２】
アンダーフィルに対する好ましい組成物は、重量比で以下から構成される。
１．シクロ脂肪族エポキシ樹脂を約１４ないし約２５％、
２．メチル・ヘキサ水素化無水フタル酸を約１４ないし約２５％
３．第１の脂肪族ポリオールを約１ないし約２％、
４．第２の脂肪族ポリオールを約０ないし約１％、
５．反応性芳香族界面活性剤を約１％未満、
６．２−エチル−４−メチルイミダゾールを約１％未満、
７．シリカ（ＳｉＯ２）を含む充填粉末材を約４０ないし約６０％の範囲で、充填粒子サイズは２５ミクロン未満、
８．有機色素を約１％未満、
９．コア・シェル増強材を約１％未満、および
１０．エポキシ・シラン（たとえばダウ・コーニング社製Ｚ６０４０）を約０．３ないし０．５％
【００２３】
無水物およびコア・シェル粒子（ＥＸＬ  ２３００）は、高いずり速度で８０℃ないし１００℃で１０分間、予め混合される。ＥＲＬ−４２２１樹脂とシリカ充填材ＰＱ−ＤＰ４９１０もまた予め混合される。
【００２４】
コア・シェルを含んだ前記組成物に対し、熱サイクルによる破壊靱性とクラックについてテストを行った。本発明のコア・シェルは約１４００×１０３ないし１６００×１０３Ｐａ・ｍ（１３５０と１４５０ｐｓｉ・ｉｎ１／２に該当）の強度であり、これに対し商業的に利用でき上位ランクの強度を有する物質でも９３７×１０３ないし１０４８×１０３Ｐａ・ｍ（８５０と９５０ｐｓｉ・ｉｎ１／２に該当）であった。
【００２５】
コア・シェル組成物の粘度は、５ないし１０Ｐａ（５０００ないし１００００センチポアズ）とやや増加するが許容できる範囲である、なぜならば当該エンキャップ材は、依然として大きなＤＮＰチップの下を自由に流れるからである。当該エンキャップ材は、５０ないし７０℃で接合チップ端に接して配置されると、キャピラリー効果でチップ下に流れこむ。
【００２６】
シラン成分の包含は、水分摂取を減らし、かつシリカ保護層（ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ）チップへの接着強度を増す。これは、電気的短絡がＤＣＡＭで従前レベルであるＣ−４の５ないし２０％から０へ減少する点で極めて重要である。従前のテスト・システムではすべて隙間があったの対し顕微鏡でも隙間は観察されなかった。
【００２７】
この技術分野で通常の知識をもった者（当業者）にとっては、特定の動作要件および環境に対して他の変更あるいは修正ができることは明らかであり、本発明は、開示の目的で選択された当該実施例に限定されるわけではなく、本発明の真の精神と範囲から逸脱することなく構成されるすべての変更および修正を包含している。
【国際公開パンフレット】
2004518796.tif 000002
2004518796.tif 000003
2004518796.tif 000004
2004518796.tif 000005
2004518796.tif 000006
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2004518796.tif 000009
2004518796.tif 000010
2004518796.tif 000011
2004518796.tif 000012
2004518796.tif 000013
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004518796.tif 000014
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004518796.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成15年3月26日(2003.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉末を含むコア・シェル物質を有し、当該粒子は、室温を超えるガラス転移点を有する外側シェル、および室温より低いガラス転移点を有するコアから構成される、電気的接続のためのシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項２】
全エンキャップ組成物に対し、重量比で４０ないし６０％の範囲でシリカ充填材を含む、請求項１に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項３】
さらにエポキシ樹脂および無水物が、各々全エンキャップ組成物に対し、重量比で１４ないし２５％の範囲であることを含む、請求項２に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項４】
前記エンキャップ組成物は８８２×１０３ないし２７６０×１０３Ｐａ・ｍ（８００ないし２５００ｐｓｉ・ｉｎ１／２に該当）の強度を有する、請求項１に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項５】
シラン成分を含む、請求項１に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項６】
エポキシ樹脂、ポリイミド、シアン化エステル、およびその組合せのグループのうち少なくとも１つを含む、請求項３に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項７】
前記エポキシ樹脂は、シクロ脂肪族エポキシ樹脂および／もしくはグリシジル・エポキシド樹脂を含む、請求項６に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項８】
全エンキャップ組成物に対し、重量比で１４ないし２５％の範囲でシクロ脂肪族エポキシ樹脂を含む、請求項７に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項９】
シクロ脂肪族エポキシ樹脂およびメチル・ヘキサ・水素化無水フタル酸を各々、全エンキャップ組成物に対し、重量比で１４ないし２５％の範囲で含む、請求項２に記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項１０】
シラン成分を含む、請求項９記載のシリカ充填エンキャップ組成物。
【請求項１１】
前記基板は有機材料を含み、チップ・キャリアを形成するため、シリカ充填エンキャップ組成物をＩＣチップおよび結合基板に塗布する段階、前記組成物は、室温より低いガラス転移点を有するコアとコア・シェル材は実質的に前記コア材を取り囲み、前記コア・シェル材は室温を超えるガラス転移点を有する、
封止された（ｅｎｃａｐｕｓｕｌａｔｅｄ）前記ＩＣチップおよび基板をキュア（硬化）する段階、および
前記ＩＣチップと前記基板の間にリフロー半田接合をする段階、
を含む、集積回路チップとそれに接合される基板を封止する方法。
【請求項１２】
全エンキャップ組成物に対し、重量比で４０ないし６０％の範囲でシリカ充填材を含む、請求項１１に記載の集積回路チップとそれに接合される基板を封止する方法。
【請求項１３】
前記エンキャップ組成物は、８８２×１０３ないし２７６０×１０３Ｐａ・ｍ（８００ないし２５００ｐｓｉ・ｉｎ１／２に該当）の強度を有する、請求項１１に記載の集積回路チップとそれに接合される基板を封止する方法。
【請求項１４】
エポキシ樹脂、ポリイミド、シアン化エステル、およびその組合せのグループのうち少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の集積回路チップとそれに接合される基板を封止する方法。
【請求項１５】
前記エポキシ樹脂は、シクロ脂肪族エポキシ樹脂および／もしくはグリシジル・エポキシド樹脂を含む、請求項１４に記載の集積回路チップとそれに接合される基板を封止する方法。
【請求項１６】
前記エポキシ樹脂は、全エンキャップ組成物に対し、重量比で１４ないし２５％の範囲でシクロ脂肪族エポキシ樹脂を含む、請求項１４に記載の集積回路チップとそれとともに結合される基板をカプセル化する方法。
【請求項１７】
前記組成物は、全エンキャップ組成物に対し、重量比で１４ないし２５％の範囲でシクロ脂肪族エポキシ樹脂を含む、請求項１２に記載の集積回路チップとそれに接合される基板を封止する方法。
【請求項１８】
シクロ脂肪族エポキシ樹脂およびメチル・ヘキサ・水素化無水フタル酸？を各々、全エンキャップ組成物に対し、重量比で１４ないし２５％の範囲で含む、請求項１２に記載の集積回路チップとそれに接合される基板を封止する方法。
【請求項１９】
シラン成分を含む、請求項１１もしくは１８に記載の集積回路チップとそれに接合される基板を封止する方法。
【国際調査報告】
2004518796.tif 000016
2004518796.tif 000017
2004518796.tif 000018
2004518796.tif 000019
2004518796.tif 000020
2004518796.tif 000021