(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂、（Ｂ）フラックス作用を有し、１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸基と１分子当たり少なくとも１個以上のカルボン酸基を有する化合物、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）カルボキシル基末端ブタジエンアクリロニトリルゴムからなるエリア実装方式に使用される液状樹脂組成物であって、前記（Ｄ）カルボキシル基末端ブタジエンアクリロニトリルゴムの添加量がエポキシ樹脂に対して１〜９重量％であることを特徴とする液状樹脂組成物。
【請求項２】
（Ｂ）フラックス作用を有し、１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸基と１分子当たり少なくとも１個以上のカルボン酸基を有する化合物の粒径または長さが３０μｍ以下である請求項１記載の液状樹脂組成物。
【請求項３】
回路基板に、回路面に突起電極が具備された半導体チップを接合するエリア実装法において、回路基板または半導体チップの回路面（突起電極形成面）に、請求項１または２記載の液状樹脂組成物を塗布し、電極が電気接合されるように回路基板と半導体チップとを位置合わせした後、加熱することによって上記突起電極と回路基板を電気的に接合し、樹脂を硬化させて製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載の液状樹脂組成物を用いて製造された半導体装置。
【請求項５】
請求項３記載の半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信頼性に優れ、かつ組み立て工程を簡略できる半導体封止用の液状樹脂組成物であり、液状樹脂組成物で封止された半導体装置及び半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年半導体パッケージの軽薄短小化の技術革新は目覚しいものがあり、さまざまなパッケージ構造が提唱され、製品化されている。従来のリードフレーム接合に代わり、半田のような突起電極により、回路基板(マザーボード)に接合するエリア実装方式は特に重要である。
【０００３】
その中で半導体チップの回路面に直接突起電極が具備されたフリップチップはパッケージを最小化できる方法のひとつである。フリップチップ実装は、半田電極の場合、半田電極の表面の酸化膜を除去するためにフラックスで処理した後リフロー等の方法で接合する。その為半田電極、回路基板等の周囲にフラックスが残存し、不純物として問題となるためフラックスを除去する洗浄を行った後液状封止を行う。その理由としては、フラックスが残存していると直接回路基板(マザーボード)に突起電極で接合するため、温度サイクル試験のような信頼性試験を行うと、チップと回路板の線膨張係数の差により電極接合部の電気的不良が発生するためである。
【０００４】
液状樹脂による封止は、チップの一辺または複数面に液状封止樹脂を塗布し毛細管現象を利用して樹脂を回路板とチップの間隙に流れ込ませる。しかしこの方法はフラクッス処理、洗浄を行うため工程が長くなりかつ洗浄廃液の処理問題等環境管理を厳しくしなければならない。更に液状封止を毛細管現象で行うため封止時間が長くなり、生産性に問題があった。
【０００５】
そこで直接回路基板に樹脂を塗布し、はんだ電極を持ったチップをその上から搭載し半田接合と樹脂封止を同時に行う方法が考案された（米国特許US  5,128,746）。この場合、半田を回路基板に接合させるために、熱硬化製樹脂、硬化剤からなる樹脂組成物にフラックス作用を有する成分を添加することが特徴である。しかし、フラックス作用を有する物質として、酸性度の強いカルボン酸が例示されており、封止樹脂に添加する場合はイオン性不純物または電気伝導性が増加する恐れがあり、特に吸湿処理したときの封止材料の絶縁性に問題を起こす可能性があった。
【０００６】
上記問題点を解決するために、硬化剤とフラックス活性を同時に有する化合物を用いることによりフラックス活性物質を最終的に熱硬化マトリックスの中に取り込み、信頼性の高い半導体素子を得る方法が検討されている。その中で１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸基と１分子当たり少なくとも１個以上のカルボン酸基を有する化合物はフラックス活性を有し、且つ硬化剤としての役割を示すことが見出されている。しかし、化合物は一般に高融点の結晶物であるため、エポキシ樹脂と該硬化剤の反応は硬化剤の溶融と共に急激に進行する。従って、硬化物の分散状態、粒度分布のばらつきにより溶融の開始が不均一になり、その結果硬化収縮の速度の違いによると考えられるひけが起こりやすく、結果としてその引けが空隙になるという問題があった。
【０００７】
また結晶性硬化剤は結晶中または結晶が凝集したものの間に揮発分が含有していることが多く、硬化中に結晶が融解する際揮発成分が生じ、ボイドの原因になることがあった。これらの問題は硬化剤粒径を３０μｍ以下にすることで、エポキシ樹脂との均一性や分散状態を向上させることで解決することは見いだせたが、硬化剤の融点が高くなるとそれだけエポキシ樹脂への分散性や均一性が低下する為、完全に解決できないという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、液状樹脂組成物を用いて半導体チップ、特に回路面に突起電極を有する半導体チップを封止するエリア実装法において、従来と同様に電気絶縁性に優れ、封止時間が短く、また本液状樹脂材料組成物において、硬化剤の種類によらずそのプロセス中に発生しうるボイドや樹脂のひけを抑えることができる樹脂組成物とその製造方法である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、これらの問題を解決する為鋭意検討した結果、（Ａ）２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂、（Ｂ）フラックス作用を有し、１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸基と１分子当たり少なくとも１個以上のカルボン酸基を有する化合物、（Ｃ）硬化促進剤、（Ｄ）カルボキシル基末端ブタジエンアクリロニトリルゴムからなるエリア実装方式に使用される液状樹脂組成物であって、前記（Ｄ）カルボキシル基末端ブタジエンアクリロニトリルゴムの添加量がエポキシ樹脂に対して１〜９重量％の液状樹脂組成物である。更に好ましい形態としては、（Ｂ）フラックス作用を有し、１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸基と１分子当たり少なくとも１個以上のカルボン酸基を有する化合物の粒径または長さが３０μｍ以下である液状樹脂組成物である。また、液状樹脂組成物がエリア実装方式に使用される液状樹脂組成物であり、上記の液状樹脂組成物を用いて製造された半導体装置である。
【００１０】
また、回路基板に、回路面に突起電極が具備された半導体チップを接合するエリア実装法において、回路基板または半導体チップの回路面（突起電極形成面）に、上記の液状樹脂組成物を塗布し、電極が電気接合されるように回路基板と半導体チップとを位置合わせした後、加熱することによって上記突起電極と回路基板を電気的に接合し、樹脂を硬化させて製造する半導体装置の製造方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明を詳細に説明する。本発明で用いられるエポキシ樹脂は、平均エポキシ当量が２以上であれば、既存のビスフェノール系ジグリシジルエーテル類、またそれらの水素添加反応により芳香環を飽和炭化水素化したもの、フェノールノボラックとエピクロールヒドリンとの反応で得られるグリシジルエーテルで常温で液状のもの等、またはそれらを混合したものが挙げられる。またこれらの液状樹脂にジヒドロキシナフタレンのジグリシジルエーテル、テトラメチルビフェノールのジグリシジルエーテル等の結晶性のエポキシ樹脂を混合し、液状にしたものを使用することもできる。また、用途によっては高信頼性を付与する為、絶縁フィラーを添加する場合もある。
【００１２】
次に本発明に用いられる１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸基と１分子当たり少なくとも１個以上の芳香族カルボン酸を有する化合物の例としては、例えば、２，３−ジヒドロキシ安息香酸、２，４−ジヒドロキシ安息香酸、２，５−ジヒドロキシ安息香酸、２，６−ジヒドロキシ安息香酸、３，４−ジヒドロキシ安息香酸、没食子酸、１，４−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸、３，５−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸、フェノールフタリン、ジフェノール酸等がある。この硬化剤としての１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸基と１分子当たり少なくとも１個以上の芳香族カルボン酸を有する化合物はフラックス作用があり、エリア実装方式の樹脂封止用のエポキシ樹脂の硬化剤として好ましい。これらの化合物は単独または複数添加して用いることができる。
【００１３】
ここで、フラックス作用とは通常用いられているようなフラックス剤と同様に、金属酸化膜を還元し、その酸化膜を除去しうる性質を示す。
またこれらの硬化剤はいずれも結晶性であり、その最大粒径または最大長さは３０μｍ以下であることが好ましい。３０μｍより大きいと結晶中に取り込まれた揮発分または結晶凝集物内に取り込まれた揮発分の量が多くなり、硬化中の急激な温度上昇により揮発分がボイドとなってしまったり、分散度が低下し、硬化物のむらが生成し、そこからひけを生じてしまう可能性があるからである。
【００１４】
１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸基と１分子当たり少なくとも１個以上の芳香族カルボン酸を有する化合物の添加量は、エポキシ樹脂に対し５〜６０重量％、好ましくは５〜５０重量％である。この範囲より少ない場合は、架橋密度が減少し、特に接着強度が低下するという問題が起こる。またこの範囲より多い場合はカルボン酸が遊離するおそれがあるので好ましくない。
【００１５】
本発明の効果を損なわない範囲で本発明の１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸基と１分子当たり少なくとも１個以上の芳香族カルボン酸を有する化合物以外の硬化剤を添加することも可能である。その例としては、フェノールノボラック樹脂、オルソクレゾールノボラック樹脂等のフェノール樹脂、各種２官能以上のフェノール化合物、及びイミダゾール、ジアザ化合物、ヒドラジッド化合物、ジシアンジアミド等のアミン系化合物等が挙げられる。その添加量は全硬化剤中５０重量％以下であることが好ましい。これを上回るとフラックス作用の効果が減少する。
【００１６】
本発明で用いる硬化促進剤としては、一般的にエポキシ樹脂の硬化促進剤として用いられるものであり、例えば、イミダゾール類、リン化合物、ジアザ化合物、第三級アミン等をあげることができる。
【００１７】
本発明の効果を損なわない範囲で絶縁フィラーを用いることができる。その絶縁フィラーの例としては、炭酸カルシウム、シリカ、アルミナ、窒化アルミ等がが挙げられる。用途によりこれらを複数混合してもよいが、信頼性、コストの点でシリカが好ましい。その添加量は特に制限がないが、 封止樹脂としての特性（耐湿性、作業性等）を保つため液状封止樹脂組成物の８０重量％以下であることが好ましい。より好ましくは５０重量％以下である。８０重量％を超えると、接合の際、絶縁性のフィラーが半導体素子の突起電極と回路板電極との接合を妨げる可能性がある。
またフィラーの形状は球状であることが好ましい。いわゆる破砕型フィラーの場合はその鋭利な面により半導体素子表面の回路を破壊する恐れがあるからである。
【００１８】
本発明で用いられるカルボキシル基末端アクリルニトリルゴムは、エポキシ樹脂に対して添加量として１〜２０重量％、好ましくは１〜１０重量％である。１重量％より少ないと、硬化剤の溶解性向上の効果が期待できない。また、２０重量％より多いと架橋密度を下げ熱的性質の低下を導くなどの懸念点があるからである。
【００１９】
本発明の液状封止樹脂組成物は、前記液状エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機フィラー以外に、必要に応じて反応性希釈材、顔料、染料、レベリング剤、消泡剤、カップリング材等の添加剤を混合し、真空脱泡することにより製造することができる。
【００２０】
本発明の液状封止樹脂組成物を用いて、フリップチップ、ＣＳＰ（チップ・サイズ・パッケージ）等の半導体素子を封止することが出来る。本発明の液状封止樹脂組成物ではフラックスを添加せず、例えば、直接回路基板に本発明の樹脂を塗布し、はんだ電極を持ったチップをその上から搭載して加熱硬化することにより半田接合と樹脂封止を同時に行うことが可能である。また、チップの上に本発明による樹脂を塗布し、回路基板の上に搭載して半田接合と樹脂封止を同時に行うことも可能である。
【００２１】
半導体素子の製造及び半導体装置のその他の製造工程は従来の公知の方法を用いることが出来る。
【００２２】
【実施例】
＜実施例１−５、比較例１−６＞
表１の処方に従って秤量し、ミキサーにて混練し、真空脱泡後、液状樹脂組成物を作製した。次に特性を把握するため以下の代用特性を評価した。
【００２３】
（１）常態粘度：２５℃において東機産業（株）製Ｅ型粘度計で初期粘度（コーン回転数２．５ｒｐｍ）及び２５℃における０．５ｒｐｍ/２．５ｒｐｍという比をチキソ比とした。
（２）ボイド評価：通常で使用されているプロセスを模倣する為に、ガラススライド上に適当量（約０．３ｍｇ）の上記によって得られた液状樹脂組成物をディスペンスし、１０Ｘ１０ｍｍ□のバンプ（バンプ数９００）付きチップを澁谷工業製フリップチップボンダーにてバンプ側を下向きにマウントした。その後、リフロー（ピーク温度２１５℃）を用いて通常ＰＫＧ実装の接合状態と同じように熱履歴をかけた後、１５０℃/２ｈｒの条件で後硬化した後、ボイドの発生具合を顕微鏡にて観察した。
【００２４】
上記の測定結果を表１に示す。
実施例に用いた原材料の内容は下記のとおりである。
・ビスＦ型エポキシ樹脂：粘度；２，０００ｍＰａ・ｓ（２５℃）
・アクリロニトリルゴム：
宇部興産製カルボキシル基末端アクリロニトリルゴム（ＣＴＢＮ）
宇部興産製ビニル基末端アクリロニトリルゴム（ＶＴＢＮ）
・硬化促進剤：ジアザビシクロウンデセン（DBU）
【００２５】
【表１】
0003891550.tif 000002
【００２６】
表１に示したように、実施例１−５では、使用する１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸基と１分子当たり少なくとも１個以上の芳香族カルボン酸を有する化合物の種類や、フィラーの有無に関係なく、ボイド性に関して良好であることが確認できる。これは樹脂組成物のなじみ性と同様に均一性が増し、本樹脂系特有の樹脂ひけのような現象が抑えられたからだと考えられる。ＣＴＢＮは一方の末端がカルボキシル基で、これが１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸基と１分子当たり少なくとも１個以上の芳香族カルボン酸を有する化合物との分散性を向上させ、またＣＴＢＮ自体が液状であることからエポキシ樹脂とも良好に相溶するため、樹脂組成物全体としてのなじみ性が向上したためと推測される。
一方、比較例１−４及び６では、本樹脂材料組成物系特有の樹脂ひけが発生した為か、リフローや後硬化を施した後、バンプ周りにボイドのような空隙が見られた。これはＣＴＢＮが添加されていないこと、又はその添加量が少ないことで相溶性の効果が発現しなかったことによると考えられる。比較例５ではＣＴＢＮと構造が類似したＶＴＢＮを同量添加しているが、カルボキシル基末端の場合のように、ボイド性が向上しなかった。これはビニル基自体がエポキシと同様、本樹脂系で用いている１分子あたり少なくとも２個以上のフェノール性水酸基と１分子当たり少なくとも１個以上の芳香族カルボン酸を有する化合物と相溶性が劣る為、熱履歴後に樹脂ひけが発生し、空隙が生じたのではないかと推測される。以上の結果から、本樹脂系における熱履歴後のボイドを抑える為には、カルボキシル基末端のアクリロニトリルゴムを用いることで有意義に改善されることが見いだされた。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に従うとエリア実装素子を回路基板に直接実装することができ、封止プロセスの短縮化とともに、ボイド性が良好な封止樹脂を提供でき、パッケージとしての信頼性も向上する。