(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状エポキシ樹脂、１分子あたり２個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を有する化合物、硬化促進剤からなることを特徴とする液状封止樹脂組成物。
【請求項２】
前記１分子あたり２個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を有する化合物が、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、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、ジフェノール酸のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の液状封止樹脂組成物。
【請求項３】
該液状封止樹脂組成物が平均粒径１０μｍ以下、最大粒径５０μｍ以下の
球状フィラーを含む請求項１または２記載の液状封止樹脂組成物。
【請求項４】
該液状封止樹脂組成物の２５℃における粘度が１００Pa・ｓ以下である請
求項１乃至３のいずれかに記載の液状封止樹脂組成物。
【請求項５】
該液状封止樹脂組成物がエリア実装方式に使用される請求項１乃至４のい
ずれかに記載の液状封止樹脂組成物。
【請求項６】
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）に液状エポキシ樹脂、硬化剤として１分子あたり２個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を有する化合物、硬化促進剤からなる液状封止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７】
該液状封止樹脂組成物が平均粒径１０μｍ以下、最大粒径５０μｍ以下の
球状フィラーを含む液状封止樹脂組成物である請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
該液状封止樹脂組成物の２５℃における粘度が１００Pa・ｓ以下である請
求項６又は７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれかに記載の液状封止樹脂組成物を用いて製造された
半導体装置。
【請求項１０】
請求項６〜８のいずれかに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液状封止樹脂組成物であり、その樹脂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、直接回路基板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恐れがあった。
【０００６】
【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、イオン性不純物が少ない液状樹脂組成物を得る。
【０００７】
【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ため鋭意検討した結果、エポキシ樹脂、フラックス作用を有する硬化剤、硬化促進剤からなる液状封止樹脂組成物である。すなわち、液状エポキシ樹脂、１分子あたり２個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を有する化合物、硬化促進剤からなる液状封止樹脂組成物である。更に好ましい形態としては、該液状封止樹脂組成物が平均粒径１０μｍ以下、最大粒径５０μｍ以下の球状フィラーを含み、該液状封止樹脂組成物の２５℃における粘度が１００Pa・s以下であり、該液状封止樹脂組成物がエリア実装方式に使用される樹脂である液状封止樹脂組成物である。
【０００８】
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)に液状エポキシ樹脂、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を有する化合物、硬化促進剤からなる液状封止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、かつ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。更に好ましい形態としては、該液状封止樹脂組成物が平均粒径１０μｍ以下、最大粒径５０μｍ以下の球状フィラーを含む液状封止樹脂組成物であり、該液状封止樹脂組成物の２５℃における粘度が１００Pa・s以下である液状封止樹脂組成物を用いた半導体装置の製造方法である。また、上記の液状封止樹脂組成物を用い、または上記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である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられる液状エポキシ樹脂は、平均エポキシ等量が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。
【００１０】
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個以上のカルボン酸を有する化合物の例としては2,3-ジヒドロキシ安息香酸、2,4-ヒドロキシ安息香酸、2,5-ヒドロキシ安息香酸、2,6-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、かつ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とを見いだした。一般にフラックスはロジン、アビチエン酸に代表されるモノカルボン酸が主成分であり、硬化中にエポキシ基と反応する事ができる。しかし、吸湿処理を受けると加水分解し遊離してしまう可能性がある。その場合フラックス作用を示すモノカルボン酸は酸性度が高く電気伝導性の特性が低下する恐れがある。一方本発明のである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個以上のカルボン酸を有する化合物を用いると２官能のフェノール性水酸基がエポキシ樹脂と反応することにより架橋マトリックスの中に組み込まれ、更にエーテル結合のため吸湿による加水分解は起こらない。よってカルボン酸が部分的にエポキシ基と反応し、吸湿による分解を生じても遊離する事はなく上記の問題は発生しない。また架橋密度を制御するために多官能エポキシ樹脂と予め反応させたものを硬化剤として使うこともできる。
【００１１】
液状封止樹脂組成物としての粘度は、２５℃で１００Pa・s以下であり、好ましくは７０Pa・s以下である。粘度が１００Pa・sを越えると液状封止樹脂組成物の粘度上昇に伴うボイド発生、チップ濡れ不足、更には突起電極と回路基板の間に樹脂が残り電気的接合不良を起こすという問題があり、エリア実装法の液状封止樹脂組成物としては好ましくない。
【００１２】
エポキシ樹脂に対する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５〜３０重量％である。この範囲を外れると、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。また添加量が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。また該化合物は単独または複数添加する事もできる。
【００１３】
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としての効果が減少する。
【００１４】
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。
【００１５】
本発明で用いる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。より好ましくは５０％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からである。
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。球状フィラーの粒径としては、平均粒径１０μｍ以下、最大粒径５０μｍ以下の球状フィラーであることが好ましい。平均粒径が１０μｍを越える、又は最大粒径が５０μｍを越えると接合時に半田と基板の間にフィラーが挟まり電気的接合性に問題を生じるためである。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
【実施例】
＜実施例１＞
液状エポキシ樹脂として、２５℃で粘度５Pa・s、エポキシ等量１６５のビスフェノールF型エポキシ樹脂１００重量部、2,5-ジヒドロキシ安息香酸３０重量部、硬化促進剤として、1,8-ジアザビシクロ〔5.4.0〕-7-ウンデセン１重量部、カップリング剤としてγ-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン２重量部を混錬し、真空脱泡して樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物の粘度は２５℃で１０．０Pa・sであった。樹脂特性として以下の評価を行った。
【００２０】
＜実施例２＞
実施例１の樹脂組成物の配合割合に、更に最大粒径１０μｍ、平均粒径1μｍの球状シリカを８０重量部加え、実施例１と同様にして樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物の粘度は２５℃で６５０ｐｓであった。実施例１と同様に以下の評価を行った。
【００２１】
＜実施例３＞
実施例１において、2,5-ジヒドロキシ安息香酸の代わりに1,4-ジヒドロキシ2-ナフトエ酸とした以外は実施例１と同様にして樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物の粘度は２５℃で４５．０Ｐａ・ｓであった。実施例１と同様にして以下の評価を行った。
【００２２】
＜実施例４＞
実施例１において、2,5-ジヒドロキシ安息香酸の代わりにフェノールフタリンとした以外は実施例１と同様にして樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物の粘度は２５℃で１５．０Pa・sであった。実施例１と同様にして以下の評価を行った。
【００２３】
＜実施例５＞
液状エポキシ樹脂として、２５℃で粘度２Pa・s、エポキシ等量１６０のビスフェノールF型エポキシ樹脂１００重量部、1,4-ジヒドロキシ2-ナフトエ酸４０重量部、硬化促進剤として、1,8-ジアザビシクロ〔5.4.0〕-7-ウンデセン１重量部、カップリング剤としてγ-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン２重量部を混錬し、真空脱泡して樹脂組成物を得た。粘度は２５℃で１０Pa・ｓであった。次いで実施例１と同様の試験を行った。
【００２４】
＜比較例１＞
液状エポキシ樹脂として、２５℃で粘度３Pa・ｓ、エポキシ等量１６５のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂１００重量部、硬化剤としてメチルヘキサヒドロフタル酸無水物８５重量部、硬化促進剤として2-フェニル4-メチルイミダゾール１重量部、カップリング剤としてγ-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン２重量部、フラックス成分としてりんご酸１２重量部を混錬し、実施例１と同様にして樹脂組成物を得た。粘度は２５℃で１．４Pa・ｓであった。樹脂特性として以下の評価を行った。
【００２５】
＜比較例２＞
実施例１の樹脂組成物の配合割合にアジピン酸１２重量部を加え実施例１と同様にして樹脂組成物を得た。粘度は２５℃で１．２Ｐａ・ｓであった。樹脂特性として以下の評価を行った。
＜比較例３＞
液状エポキシ樹脂として、２５℃で粘度３Pa・ｓ、エポキシ等量１６５のビスフェノールF型エポキシ樹脂１００重量部、硬化剤としてフェノールノボラック樹脂（水酸基等量１０５）６３重量部、硬化促進剤として2-フェニル4-メチルイミダゾール１重量部、カップリング剤としてγ-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン２重量部を混錬し、実施例１と同様にして樹脂組成物を得た。粘度は２５℃で55Pa・ｓであった。樹脂特性として以下の評価を行った。
【００２７】
（１）体積抵抗率：樹脂封止組成物を硬化し、ＪIＳK-6911に準拠して体積抵抗率を測定した。更に試験片を85℃,85%RHの条件下で９６時間処理したあと同様に体積抵抗率を測定した。
（２）電気伝導度：１５０℃、３時間硬化させた硬化物を振動ミルを用いて粉砕し、その粉を1.5g、純水30gを抽出器の中に入れ、125℃、20時間処理した後、電気伝導度計を用いて電気伝導度を測定した。
【００２８】
（３）酸化表面除去性：銅板の上に樹脂組成物を塗布し硬化させた。硬化樹脂を物理的に除去し、銅板の表面状態を観察した。
（４）接合性：銅張り積層板に樹脂組成物を塗布し、上から直径１５０ミクロンの融点１８３℃の半田電極が具備された１０ｍｍ角の模擬素子を載置し、リフロー処理を行った後更に後硬化として１５０℃、3時間処理を行い樹脂を硬化させた。硬化物の断面を観察し、半田電極の状態を調べた。
リフロー条件：表１のとおり
【００２９】
【表１】
0003868179.tif 000002
【００３０】
測定結果を表２に示す。
【表２】
0003868179.tif 000003
【００３１】
【発明の効果】
本発明に従うと、フラックス材を添加することなくエリア実装素子を回路基板に実装することができ、封止プロセスの短縮化とともに不純物等が少なく信頼性に優れた封止樹脂を提供でき、またパッケージとしての信頼性も向上する。