(57)【要約】【課題】半導体チップの封止用樹脂として要請されるボイド発生抑制、耐湿性を維持しつつ、しかも、薄型チップでもフィレット高さを低く抑えることができて加熱治具と樹脂とが接触することがなく、かつ、フィレット形状が均一で封止性に優れる、半導体チップの圧接工法による実装工程に使用する封止用エポキシ樹脂組成物を提供する。【解決の手段】エポキシ樹脂（Ａ）に対して、固形のフェノールノボラック樹脂又はナフトールノボラック樹脂（Ｂ）を、前記（Ａ）中のエポキシ基のモル数に対するフェノール性水酸基のモル数が０．０１〜０．３倍となる割合で、及び、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸（Ｃ）を、前記（Ａ）中のエポキシ基のモル数に対する酸無水物基のモル数の２倍が０．６〜１．２倍となる割合で、それぞれ含有する樹脂先置き型フリップチップ実装における半導体封止用エポキシ樹脂組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂（Ａ）に対して、固形のフェノールノボラック樹脂又はナフトールノボラック樹脂（Ｂ）を、前記（Ａ）中のエポキシ基のモル数に対するフェノール性水酸基のモル数が０．０１〜０．３倍となる割合で、及び、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸（Ｃ）を、前記（Ａ）中のエポキシ基のモル数に対する酸無水物基のモル数が０．６〜１．２倍となる割合で、それぞれ含有する樹脂先置き型フリップチップ実装における半導体封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
エポキシ樹脂は、ナフタレン型エポキシ樹脂である請求項１記載の組成物。
【請求項３】
ノボラック樹脂（Ｂ）は、ナフトールノボラック樹脂である請求項１又は２に記載の組成物。
【請求項４】
さらに、シリカフィラーを樹脂組成物全体１００重量部に対して３０〜７０重量部含有する請求項１〜３のいずれかに記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂組成物に関し、より詳細には、フリップチップ等の半導体チップを電気的に接合する実装工程に使用する封止用エポキシ樹脂組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップの回路基板への実装工程としては、パッケージの一層の軽薄短小化の要請に対応して、フリップチップ実装が増えている。フリップチップ実装においては、（１）Ｃ４と呼ばれるハンダボールを有する半導体チップと回路基板とを接合した後、封止樹脂を注入する方法や、（２）圧接工法と呼ばれる基板上に封止樹脂を先に供給した後、金等の金属のスタッドを有するチップを、金メッキやスズハンダメッキされた基板上の回路に熱圧着し、封止樹脂の硬化と電気的接続とを同時に行う方法（本発明においては、この実装方法（２）を「樹脂先置き型フリップチップ実装」という。）等が行われている。
【０００３】
樹脂先置き型フリップチップ実装においては、樹脂を先に供給して予め加熱したチップを基板に押しつけて樹脂硬化と電気的接続とを同時に行うのであるが、その際、チップを基板に圧接すると封止樹脂がチップの外周にはみ出し、フィレットを形成するという工法の特徴から、とくに薄型チップの場合等において、フィレット高さがチップ上面に達して加熱治具と接触し、治具と付着することにより、実装工程を滞らせることが問題とされていた。また、高温でチップを接合することから、封止樹脂のボイドの発生も問題とされている。
【０００４】
半導体封止用エポキシ樹脂組成物は各種のものが知られており、例えば、半導体チップをスポット封止するための液状エポキシ樹脂組成物として、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸とアリル化フェノールノボラックを硬化剤とする液状エポキシ樹脂組成物が特許文献１に開示されている。また、テトラヒドロ無水フタル酸系の酸無水物を使用したＬＳＩ封止用エポキシ樹脂組成物（例えば、特許文献２参照。）、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸とフェノール系硬化剤等を含有するチップオンフイルム用液状エポキシ樹脂組成物（例えば、特許文献３参照。）も知られている。しかしながら、これらの組成物を含めて従来の技術では、後述するように、上述の問題は解消できない。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３０６１４３号公報
【特許文献２】特開２０００−１９８８３１号公報
【特許文献３】特開２００８−７５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の現状に鑑みて、本発明は、半導体チップの封止用樹脂として要請されるボイド発生抑制、耐湿性を維持しつつ、しかも、薄型チップでもフィレット高さを低く抑えることができて加熱治具と樹脂とが接触することがなく、かつ、フィレット形状が均一で封止性に優れる、樹脂先置き型フリップチップ実装による実装工程に使用する封止用エポキシ樹脂組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、エポキシ樹脂（Ａ）に対して、固形のフェノールノボラック樹脂又はナフトールノボラック樹脂（Ｂ）を、前記（Ａ）中のエポキシ基のモル数に対するフェノール性水酸基のモル数が０．０１〜０．３倍となる割合で、及び、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸（Ｃ）を、前記（Ａ）中のエポキシ基のモル数に対する酸無水物基のモル数が０．６〜１．２倍となる割合で、それぞれ含有する樹脂先置き型フリップチップ実装における半導体封止用エポキシ樹脂組成物である。
【０００８】
本発明の他の態様においては、さらに、シリカフィラーを樹脂組成物全体１００重量部に対して３０〜７０重量部含有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の封止用エポキシ樹脂組成物は、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸（Ｃ）という特定種類の酸無水物硬化剤と固形のフェノールノボラック樹脂又はナフトールノボラック樹脂（Ｂ）の使用により、理由は必ずしも明らかではないが、基板とチップとの間隙を充分に封止しつつ、しかも、フィレット高さを低く抑えることができ、その結果、封止樹脂と加熱治具が接触することがない。また、凹凸のない均一な形状のフィレットで電極部を覆うことができ、チップの封止性に優れている。さらに、上述の構成を採用することによって、エポキシ樹脂と酸無水物の親和性が高められ、低吸水率で、ボイドの発生を抑えることができる。
本発明の組成物は、従来、加熱治具と接触しがちであった封止用エポキシ樹脂組成物に関する課題を解決し、とくに、薄型チップの樹脂先置き型フリップチップ実装においても、好適に使用可能である。
以下、本発明を詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）としては、封止用樹脂として一般に使用されているエポキシ樹脂を適用可能であり、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ポリエーテル型エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。これらのうち、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂が好ましく、ナフタレン型エポキシ樹脂が耐湿性の点でより好ましい。
【００１１】
本発明において、ノボラック樹脂（Ｂ）としては、常温で固形のフェノールノボラック樹脂又はナフトールノボラック樹脂を使用する。固形のフェノールノボラック樹脂としてはとくに限定されず、通常使用されるフェノールノボラック樹脂を適用することができ、具体的には、例えば、クレゾールノボラック樹脂、アラルキルフェノールノボラック、ビフェニルフェノールノボラック等が挙げられる。また、固形のナフトールノボラック樹脂もとくに限定されず、通常使用されるフェノールノボラック樹脂を適用することができ、具体的には、例えば、α−ナフトールノボラック、β−ナフトールノボラック等が挙げられる。これらのうち耐水性の観点からは、ナフトールノボラック樹脂が好ましい。
【００１２】
本発明において、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸（Ｃ）のアルキル基は直鎖状又は分枝状の炭素数１〜１０のアルキル基、好ましくは炭素数１〜６のアルキル基であり、より好ましくは、１〜４であり、３個のアルキル基は同一又は異なっていてよい。
【００１３】
本発明において、エポキシ樹脂（Ａ）とノボラック樹脂（Ｂ）とトリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸（Ｃ）との配合比は、エポキシ樹脂（Ａ）に対して、固形のフェノールノボラック樹脂又はナフトールノボラック樹脂（Ｂ）を、前記（Ａ）中のエポキシ基のモル数に対するフェノール性水酸基のモル数が０．０１〜０．３倍、好ましくは、０．０２〜０．２倍となる割合で、及び、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸（Ｃ）を、前記（Ａ）中のエポキシ基のモル数に対する酸無水物基のモル数が０．６〜１．２倍、好ましくは０．７〜１．０倍となる割合である。これらの配合量は、エポキシ樹脂１００重量部当たりで表すならば、水酸基当量や酸無水物基当量により異なるが、一般には、ノボラック樹脂（Ｂ）１〜２０重量部、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸（Ｃ）８０〜１７０重量部が好ましく、ノボラック樹脂（Ｂ）２〜１５重量部、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸（Ｃ）９０〜１５０重量部がより好ましい。ノボラック樹脂（Ｂ）の配合量が上記範囲未満であるとフィレット形状が悪くなり、上記範囲より多いと粘度が高くなりすぎて吐出性などの作業性の不具合が発生する。また、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸（Ｃ）の配合量が上記範囲未満であると粘度が高く作業性に問題が発生し、上記範囲より多いと、耐湿性などの信頼性に問題が出てくる。なお、フェノール樹脂の水酸基のモル数は、例えば、塩化アセチル−水酸化カリウム滴定法等の滴定方法や検量線を作成して算出する等の方法で測定することができる。
【００１４】
本発明の組成物においては、硬化促進剤を使用することもできる。硬化促進剤としては、エポキシ樹脂（Ａ）と酸無水物である上記（Ｃ）成分との反応を促進するものを使用することができ、例えば、イミダゾール系硬化促進剤、リン系硬化促進剤、ウレア系硬化促進剤が挙げられる。これらのうちイミダゾール系硬化促進剤が好ましい。
【００１５】
硬化促進剤の配合量は、エポキシ樹脂（Ａ）１００重量部に対して、０．２〜２０重量部が好ましく、２〜１０重量部がより好ましい。
【００１６】
本発明において、さらに、無機フィラーを配合することができる。上記無機フィラーとしては、例えば、シリカフィラー（例えば、溶融シリカ、結晶シリカ等）、石英ガラス粉末、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム等の無機粒子を挙げることができる。これらのうち、好ましくはシリカフィラーであり、溶融シリカがより好ましい。無機フィラーの配合量は、樹脂組成物全体１００重量部に対して、３０〜７０重量部が好ましく、４５〜６５重量部がより好ましい。
【００１７】
また、無機フィラーを使用する際に、シランカップリング剤を使用することができる。上記シランカップリング剤としては、例えば、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等が挙げられ、これらは単独で使用できるほか、２種以上を組み合わせて使用することが出来る。
【００１８】
本発明の組成物には、本発明の目的を阻害しないかぎり、その他の添加剤を使用することができる。このような添加剤としては、消泡剤、レベリング剤、低応力剤、顔料等が挙げられる。ただし、溶剤は使用しないことが好ましい。
【００１９】
本発明の組成物は、通常、各成分を所定の比率で配合後、６０〜１２０分攪拌し、その後減圧にして脱泡してから用いることにより、加熱硬化中の発泡を効果的に抑えることができる。
【００２０】
本発明の組成物は、基板上に封止樹脂を供給した後に半導体チップを基板上の回路に圧接する実装工程に使用される。この実装工程を、フリップチップの場合を例に挙げて説明する。図１に示すように、まず、回路７を形成した基板３上の、フリップチップが配置される面に、本発明の組成物２を、印刷法やディスペンス法により塗布する。塗布量は、封止するに必要な量であって、かつ、多すぎない必要最小量とする。その後、治具１によりフリップチップ４が所定位置に配置され、金等の金属のスタッド５を基板の所定接続位置７（回路基板上の接続位置は、スズやハンダが配設されていることが好ましい。）に接触させるとともに、加熱、加圧（図中、Ｐで示す）させながら、封止樹脂を硬化させ、同時に、電気的接続を完了する。加熱条件としては、１５０〜３００℃が一般的であり、好ましくは２００〜２８０℃、より好ましくは２２０〜２５０℃であり、加圧条件としては、２〜５０ｇ／バンプが一般的であり、好ましくは５〜３０ｇ／バンプであり、加熱時間としては０．５〜１０秒が一般的であり、好ましくは０．５〜５秒である。さらに、所望により、アフターキュアをしてもよい。この温度、時間条件としては、１２０〜１８０℃、１２０〜１５０℃、がより好ましい。この際に、封止が良好に行われるためには、フィレット高さがチップの上面を超えず、しかも、チップ周囲の電極を被覆する必要がある。チップ周囲の電極を均一に被覆するために、凹凸のない均一な形状のフィレット６が形成される必要がある。また、加熱によるアウトガスによるボイドの発生を抑制する必要があり、さらに、封止の信頼性を高めるために耐湿性が要求される。本発明の組成物は、これらの要求をすべて満たすことができ、とくに、薄型チップの圧接工法に好適に使用することができる。
【００２１】
以下に実施例を示して、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２２】
実施例１〜４及び比較例１〜４
表１に示す各成分及び組成（重量部）でそれぞれ配合して室温で混合し、均一な組成物をそれぞれに調製した。硬化剤（酸無水物）やノボラック樹脂の配合量は、エポキシ基のモル数に対する酸無水物基のモル数、エポキシ基のモル数に対するフェノール性水酸基のモル数を、それぞれ当量比としてあわせて示した。
得られた各組成物を使用して、吸水率、フィレット高さ、フィレット形状、ボイドの有無を、下記の方法で測定し、評価した。結果を表１に示した。また、フィレットの典型的形状を図２−１（実施例１における封止チップのフィレットの断面図）、図２−２（実施例１における封止チップの平面図であって、チップ周囲のフィレット状態を示す平面図）、図３−１（比較例１における封止チップのフィレットの断面図）、図３−２（比較例１における封止チップの平面図であって、チップ周囲のフィレット状態を示す平面図）に示した。
（１）吸水率
直径４０ｍｍのスズ缶に１０ｇの各組成物を注型し、１５０℃、１時間の条件で硬化させた後に、１２１℃、湿度１００％、２０時間の条件で吸湿させたサンプルの、吸湿の前後における重量増加率（％）を測定した。
（２）フィレット高さ
基板上に樹脂組成物量１０ｍｇとなるように各組成物をディスペンスし、金スタッド付きのチップを接合封止した後、フィレットをカットして断面を出し、チップ側面のフィレット高さを測定した。測定条件は以下のとおり。
圧接条件:２４０℃、５秒
アフターキュア:１５０℃、１時間
基板：２０ｍｍ×２００ｍｍ×０.６ｍｍのエポキシＦＲ基板
チップ：１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍ（金スタッド数１２５）
測定:キーエンス社製顕微鏡により断面におけるチップ側面のフィレット高さ（ｍｍ）を測定した。
（３）フィレット形状
上記の条件で作製したサンプルについて、顕微鏡にてフィレット形状の外観を観察した。判定基準は以下のとおり。
○:チップの周囲におけるフィレットに凹凸がない
△:チップの周囲におけるフィレットに、一部において電極の位置に対応する凹凸がある
×:チップの周囲におけるフィレットに、全体において電極の位置に対応する凹凸がある
（４）ボイドの有無
上記の条件で作製したサンプルについて、超音波探索により封止樹脂のボイドの有無を調べた。判定基準は以下のとおり。
○:封止樹脂中にボイドが見られない
△:封止樹脂の一部にボイドが存在する
×:封止樹脂の全体にボイドが存在する
【００２３】
表中の用語の意味は以下のとおり。
エポキシ樹脂（１）：１,６−ビス（２,３−エポキシプロポキシ）ナフタレン
エポキシ樹脂（２）：ビスフェノールＡ型ジグリシジルエーテル
硬化剤（１）:メチルヘキサヒドロ無水フタル酸
硬化剤（２）：トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸
ノボラック樹脂（１）：フェノールノボラック樹脂（軟化点７０〜１２０℃）
ノボラック樹脂（２）：ナフトールノボラック樹脂（軟化点７０〜１２０℃）
シリカフィラー：平均粒径０．５〜２．０μｍ（球状溶融シリカ）
シランカップリング剤：エポキシシラン
硬化促進剤：イミダゾール系硬化促進剤
【００２４】
【表１】
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【００２５】
上記実施例から、本発明の組成物は、低吸水率、ボイド発生が無く、フィレット形状が良好であり、とくにフィレット高さが有意に低下していることが判った。図２−１に示すように、実施例のフィレットは、比較例の図３−１と比較して、均一形状であることが判る。また、図２−２に示したように、実施例のフィレットは、チップ周囲の封止樹脂の様子が、比較例の図３−２と比較すると、均一形状であることが判る。また、実施例において、ナフトールノボラック樹脂の使用が一層良好な結果であった。一方、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸を使用した場合は、ノボラック樹脂を併用しても、ボイドの発生、フィレット高さ、フィレット形状において、充分な性能を示さなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】圧接工法によるフリップチップ実装方法の概念図。
【図２−１】実施例１のフィレット形状の断面を示す図面代用写真。
【図２−２】実施例１のフィレット形状の平面図を示す図面代用写真。
【図３−１】比較例１のフィレット形状の断面を示す図面代用写真
【図３−２】比較例１のフィレット形状の平面図を示す図面代用写真
【符号の説明】
【００２７】
１:加熱加圧治具
２:封止樹脂
３:基板
４:半導体チップ
５：金スタッド
６：フィレット
７：回路上の接続位置
Ｐ：加圧
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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