(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温（２５℃）で液状のエポキシ樹脂及び潜在性硬化触媒からなる樹脂組成物のレオメーター測定（昇温速度：5℃/min）により得られる粘度‐温度曲線において、
（イ）粘度の最低値η0が1.0×10Pa・s以下であり、最低値を示す温度T0（℃）が70〜90℃にあり、且つ70〜90℃の温度範囲の内、少なくとも10℃の温度範囲でその間の最大粘度ηaと最小粘度ηbとが下記式（１）を満足し、
(log10ηa-log10ηb)/10≦0.05 （１）
（ロ）粘度1.0×105Pa・sを示す温度T2（℃）が100〜130℃の範囲にあり、
（ハ）T0（℃）以上で粘度1.0×102Pa・sを示す温度T1（℃）と前記T2（℃）が下記式（２）を満足する
T2−T1≦15 （２）
ことを特徴とするフリップチップ実装用樹脂組成物。
【請求項２】
粘度上昇の開始点が80〜110℃の範囲にある請求項１記載のフリップチップ実装用樹脂組成物。
【請求項３】
T2−T1≦5である関係を満足する請求項１又は２記載のフリップチップ用実装樹脂組成物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のフリップチップ実装用樹脂組成物を用いて実装されたことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップなどのチップをフリップチップ方式で基板に実装するために使用されるフリップチップ実装用樹脂組成物及びこれを用いて製造された半導体装置に関し、特にチップオンフィルム（以下、COFと略する場合もある）用圧接工法に適したフリップチップ実装用樹脂組成物及び半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子部品の実装方式であるチップオンボードより更なる高密度実装の要求に対する解決方法のひとつとして、フリップチップ実装がある。このフリップチップ実装には、（１）予め金属接合を形成させた後、樹脂封止を行う方法（C4、SBB等）や（２）樹脂による一括接合方法（圧接工法等）などがある。（１）においては、工法自体が複雑であり、且つアンダーフィル材の後充填が不可欠となるため、低コスト化が難しい。また、アンダーフィル材には特開平９−２３５３５７号公報、特開平１１−６７９８１号公報等で知られているように流動性の良好な酸無水物硬化系を使用しなければならず、耐湿性には問題があった。これらの耐湿性を改善するために、酸無水物と液状フェノールとの併用系（特開昭６０−１９０４１８号公報、特許２７７１８９４号公報等）や特殊なエポキシ樹脂を使用する系（特開平１０−２３１３５１号公報、特開平１１−３３５４４３号公報、特許登録２５７０００２号公報等）特殊なアミン系硬化剤を使用する系（特開平１０−１５８３６６号公報等）等が提案されているが、酸無水物硬化系の良作業性を犠牲にしているのが実情である。
【０００３】
一方（２）は、工法自体が単純であるため、低コスト化を図りやすい利点がある。また、（１）の場合と異なり、樹脂を低粘度化する必要がないため、樹脂設計の幅が広がるといった特徴がある。しかしながら、これまで提案されてきた高い信頼性を有するエポキシ樹脂組成物では、良好な実装性（ボイドフリーやフィレット形状などが良好となること）を得るための実装機での条件の幅が非常に狭く、且つ不良発生率も高くなるといった問題があった。更に、（２）に適した樹脂の硬化挙動が不明であり、且つ材料開発も試行錯誤でしか行えないため、低コスト化工法として有望視されながらも実質的な検討がこれまで殆ど進んでいなかったのが現状であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の事情を鑑みてなされたもので、フリップチップ実装時におけるチップと基板間への充填性、すなわち実装性と高い信頼性とを両立するフリップチップ実装用樹脂組成物とそれを用いて製造された半導体装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記課題を解決するために検討を重ねた結果、フリップチップ実装用樹脂組成物（以下、樹脂組成物と略する場合もある）において、樹脂組成物のレオメーター測定（昇温速度：5℃/min）により得られる粘度‐温度曲線が特定の範囲で特定の関係を満たす場合に上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、常温（２５℃）液状のエポキシ樹脂及び潜在性硬化触媒からなる樹脂組成物のレオメーター測定（昇温速度：5℃/min）により得られる粘度‐温度曲線において、
（イ）粘度の最低値η0が1.0×10Pa・s以下であり、最低値を示す温度T0（℃）が70〜90℃にあり、且つ70〜90℃の温度範囲の内、少なくとも10℃の温度範囲でその間の最大粘度ηaと最小粘度ηbとが下記式（１）を満足し、
(log10ηa-log10ηb)/10≦0.05 （１）
（ロ）粘度1.0×105Pa・sを示す温度T2（℃）が100〜130℃の範囲にあり、
（ハ）T0（℃）以上で粘度1.0×102Pa・sを示す温度T1（℃）と前記T2（℃）が下記式（２）を満足するT2−T1≦15 （２）
ことを特徴とするフリップチップ実装用樹脂組成物である。ここで、粘度上昇の開始点が80〜110℃の範囲にあること又はT2−T1≦5である関係を満足することは本発明の好ましい態様の一つである。また、本発明は、前記樹脂組成物を用いて実装されたことを特徴とする半導体装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明の樹脂組成物は、エポキシ樹脂及び潜在性硬化触媒を含有し、樹脂組成物のレオメーター測定（昇温速度：5℃/min）により得られる粘度-温度曲線において、上記（イ）、（ロ）、（ハ）の要件を満たすものである。
【０００８】
本発明で使用するエポキシ樹脂としては、特に制限はないが、常温(25℃)で液状であることが好ましい。ここでいう常温で液状であるエポキシ樹脂としては、常温で液状であるという要件を満たせばそれ以外は特に制限されないが、具体的には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、カルボン酸グリシジルエステル型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ウレタン変性ビスフェノールA型エポキシ樹脂等が例示され、これらを１種若しくは２種以上併用して使用することもできる。本発明で用いるエポキシ樹脂が２種以上のエポキシ樹脂の混合物である場合、混合した状態で常温液状を示すことが好ましい。液状とは、多少粘性を有する状態も含む他、常温以上の軟化点を示す半固体状のエポキシ樹脂であっても高温時に溶融し、常温下で難結晶性を示し、流動性を有するものは包含される。また、エポキシ樹脂は、加水分解性塩素含有量が600ppm以下であることが好ましい。
【０００９】
本発明で使用する潜在性硬化触媒は、樹脂組成物の保存時と実装工程における低温領域での安定性を保持し、半導体素子（チップ）と配線基盤との実装工程における作業性を良好なものとすることに有効である。本発明でいう潜在性硬化触媒は、特定の温度以上になると急速にエポキシ樹脂硬化触媒として機能する性質を有する。使用可能な潜在性硬化触媒には、マイクロカプセル型、アミンアダクト型等が挙げられ、本発明においては、実装性や安定性の点からマイクロカプセル型の潜在性硬化触媒が好ましく用いられる。本発明においては、数種類の潜在性硬化触媒を組合せて使用してもよい。
【００１０】
本発明の樹脂組成物は、エポキシ樹脂と潜在性硬化触媒を含有させることの他に、当該樹脂組成物のレオメーター測定（昇温速度：5℃/min）により得られる粘度−温度曲線が上記（イ）〜（ハ）の要件をすべて充足することが必要である。
本発明の樹脂組成物は、これら（イ）〜（ハ）の要件を満たすことで、フリップ実装用、特に圧接工法に適した樹脂組成物とすることができる。以下、上記（イ）〜（ハ）の各要件について説明する。
【００１１】
まず、（イ）の要件において、粘度の最低値η0が1.0×10Pa・s以下、好ましくは0.2〜2Pa・s、最低粘度値η0を示す温度T0（℃）が70〜90℃で、この70〜90℃の温度範囲の内、少なくとも10℃の温度範囲でその間の最大粘度ηaと最小粘度ηbとが上記式（１）を満足する、すなわち一定の時間（少なくとも2分間）ほぼ一定粘度にある樹脂組成物とすることで、フリップチップ実装の際、ボイド発生を抑えることができる。有利には、(log10ηa-log10ηb)/10は0.02以下であることがよい。また、前記10℃の温度範囲中には、T0を含むことがよい。
【００１２】
また、（ロ）の要件において、粘度1.0×105Pa・sを示す温度T2（℃）が100〜130℃の範囲にある樹脂組成物とすることで、低温実装可能な実装材料となる。すなわち、T2の温度範囲で半導体素子と配線基盤との実装が略終了する。この温度範囲は、実装条件の観点から、100〜110℃の範囲とすることがより好ましい。ここで、粘度が1.0×105Pa・sを示すことは、樹脂組成物の硬化反応が完結したことを意味するものではない。
【００１３】
更に、（ハ）の要件において、T0（℃）以上で粘度1.0×102Pa・sを示す温度T1（℃）と前記T2（℃）が上記式（２）を満足させることで、配線基盤と半導体素子との短時間実装を可能とすることができる。T2−T1は15（℃）以下とすることが必要で、好ましくは5（℃）以下である。
【００１４】
本発明においては、更に上記樹脂組成物のレオメータ測定における粘度上昇の開始点を80〜110℃の範囲とすることが好ましい。この温度範囲が80℃に満たないと、後硬化プロセスによる樹脂硬化完結工程が必要となる。ここで、粘度上昇の開始点とは、上記T0以上の温度であって、(log10ηa-log10ηb)/10が0.05を超える継続的な粘度上昇の傾斜を最初に示す温度をいう。
【００１５】
上記（イ）〜（ハ）の要件や粘度上昇開始温度は、エポキシ樹脂の骨格構造並びにエポキシ樹脂硬化触媒の種類に依存するため、フリップチップ実装用に適した材料設計を行うには、エポキシ樹脂と潜在性硬化触媒を適宜選択し、上記範囲にする。
【００１６】
本発明の樹脂組成物においては、エポキシ樹脂と潜在性硬化触媒の他に実装性と信頼性を損なわない範囲で、他の樹脂成分や少量の界面活性剤、着色剤、改質剤、硬化促進剤、その他のフィラー等の添加剤を配合することが可能である。この場合の任意成分の配合量は15重量％以下にとどめることが好ましい。
【００１７】
本発明の半導体装置は、上記フリップチップ実装用エポキシ樹脂組成物を用いて製造される。半導体素子と配線基板間に上記樹脂組成物が存在している。本発明の樹脂組成物を用いた半導体装置の好ましい製造例の工程図を示す図1を参照して説明する。まず、配線基板1の表面の一部にエポキシ樹脂組成物2をディスペンサー3等で塗布することにより配置し(a)、その樹脂組成物塗布部分（配置部分）の上部からバンプを有する半導体素子4を配線基板上の導体部と半導体素子のバンプとを接合させるに十分な圧力で加圧し搭載する(b)(c)。そして、その接合と同時に又はその後にエポキシ樹脂組成物を硬化して、半導体素子と基板が樹脂を介して固着された半導体装置5を得る(c)(d)。加圧、硬化の際には樹脂に対して熱がかかるように、半導体素子側から加熱する方法が一般的である。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例及び比較例で使用した原料の略号を下記に示す。
エポキシ樹脂A：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂
エポキシ樹脂B：ナフタレンジオールエポキシ化物（液状、エポキシ当量150g/eq）
エポキシ樹脂C：ナフタレンジオールダイマーエポキシ化物
硬化材Ａ：MH700（新日本理化社製  酸無水物）
硬化材Ｂ：MEH8005（明和化成社製  液状フェノール樹脂）
潜在性硬化触媒Ａ：アミキュアPN-23（味の素ファインテクノ社製）
潜在性硬化触媒Ｂ：ノバキュアHX-3722（旭化成エポキシ社製）有効触媒成分35％
潜在性硬化触媒Ｃ：ノバキュアHX-3088（旭化成エポキシ社製）有効触媒成分35％
添加剤Ａ：アエロジルRY‐200（日本アエロジル社製）
【００１９】
樹脂組成物のレオメーター測定は、ドイツ・ハーケ社製レオストレスＲＳ１５０Ｌ（ディスポセンサー）を用いて行い、条件設定は、以下のとおりとした。
制御モード：歪制御モード
歪量：０．１０％
周波数：１．０００Ｈｚ
測定温度範囲：３０．０〜２００．０℃
昇温速度：５℃／ｍｉｎ
【００２０】
樹脂の塗布には岩下エンジニアリング製ディスペンサーを用いて行い、松下電器産業製FCB-IIMを用いて、フリップチップ接続された半導体装置を作製した。
各評価項目の判定基準を下記に示す。
【００２１】
［硬化性］
硬化性を先のフリップチップボンダーFCB-IIMを用い、半導体素子側より280℃で加熱した状態での実装時間より判断。
◎：60秒以内で硬化完結できる
○：60秒以内で仮硬化できる（後硬化必要）
△：数分以内で仮硬化できる（後硬化必要）
×：数分以内で仮硬化もできない
【００２２】
［ボイド］
内部ボイドを目視にて判断
◎：ボイドなし
○：外周部に若干ボイドあり
△：外周部に少数ボイドあり
×：ボイド多数発生あり
［フィレット］
フィレット形状を目視にて判断
◎：良好
○：フィレット形状が歪、
△：フィレットにボイドも発生、
×：不良
【００２３】
［ＴＣＴ］
温度サイクル試験(-５５℃〜１２５℃)での接続不良発生時期
○：1000サイクル超
△：500〜1000サイクル
×：500サイクル未満
［ＰＣＴ］
耐湿試験（１２１℃・２ａｔｍ）での接続不良発生時期
○：100時間超
△：50〜100時間
×：50時間未満
【００２４】
実施例１
エポキシ樹脂Ｂ100重量部に対して、潜在性硬化触媒Ｂを25重量部混合し、エポキシ樹脂組成物とした。得られたエポキシ樹脂組成物を用いて、実装性、半導体装置を作成した場合の温度サイクル試験（ＴＣＴ）と耐湿試験（ＰＣＴ）を評価した。
実施例中の半導体装置は、岩下エンジニアリング製ディスペンサーを用いてポリイミドフィルム厚さ２５μｍ、銅箔厚さ１２μｍのポリイミドフレキシブル配線基板上にエポキシ樹脂組成物を常温で塗布し、その後、松下電器産業製FCB-IIMを用いて基板上の樹脂組成物の塗布部分に半導体素子を配置、加圧し、基板上の配線部分と半導体素子のバンプとの接合を行い、接合と共に樹脂組成物を硬化させフリップチップ接続された半導体装置を作製した（圧力：40g/バンプ、時間60秒）。なお、硬化は半導体素子側から加熱（一定温度：280℃）して進行させた。
【００２５】
比較例１〜３エポキシ樹脂組成物の組成を表１に示したように変化させたこと以外は、実施例１と同様に行った。エポキシ樹脂組成物の配合組成及びそれを使用した半導体装置の評価結果をまとめて表1に示す。なお、配合組成において、数値は重量部である。また、実施例１の樹脂組成物の温度−粘度曲線を図２に、実施例１及び比較例１〜３の樹脂組成物の温度−粘度曲線を図３に示す。図３において、番号１、２及び３を付した曲線はそれぞれ比較例１、２及び３の曲線を示し、番号を付さない曲線は実施例１の曲線を示す。
【００２６】
【表１】
0004037642.tif 000002
【００２７】
図２の実施例１で使用した樹脂組成物は、本発明の（イ）〜（ハ）の要件全部を満たしていたことから、実装性、ＴＣＴ、ＰＣＴの評価における信頼性いずれも良好であった。一方、比較例１で使用した樹脂組成物は、図３に示すように（イ）、（ハ）の要件を満たしていないため、実装性が不十分であり、内部ボイドが生じた。また、比較例２で使用した樹脂組成物は、（ロ）の要件を満たしていないため、追加プロセス（後硬化）が必須となり、また、Ｚ軸方向の位置保持性のマージンが少なくなる。更に、比較例３で使用した樹脂組成物は、（ロ）、（ハ）の要件を満たしていないため、今回使用した実装条件では、略完了できず、後硬化プロセスにも移行できない状態であった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のレオロジー特性を有する樹脂組成物を用いることにより、良好な実装特性を発現させ、配線基板と半導体素子を接合させるフリップチップ実装における半導体装置の製造に有用な接着剤を提供することができる。特に、樹脂を介して一括して接合を行う圧接工法に適する。
これを用いて製造された半導体装置の内、ポリイミド樹脂基板のような柔軟な基板に対する耐湿密着力の良好性から温度変化に対する信頼性や耐湿信頼性が良好であり、その工業的価値は極めて高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  フリップチップ実装半導体装置の製造工程図
【図２】  実施例１の樹脂組成物の粘度‐温度曲線
【図３】  実施例１及び比較例１〜３の粘度‐温度曲線
【符号の説明】
１  配線基板
２  樹脂組成物
４  半導体素子
５  半導体装置
【図１】
0004037642.tif 000003
【図２】
0004037642.tif 000004
【図３】
0004037642.tif 000005