(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温で液状のエポキシ樹脂、硬化剤、球状無機フィラーからなり、エポキシ樹脂が全エポキシ樹脂中に式（１）で示されるエポキシ樹脂が５重量％から３０重量％含み、且つ式（１）で示されるエポキシ樹脂は少なくともｍ＝１以上の成分が１０重量％から６０重量％含むことを特徴とする液状注入封止アンダーフィル材料。
【化１】
0003835715.tif 000005
【請求項２】
球状無機フィラーの平均粒径が０．５μｍから１０μｍ、かつ最大粒径が３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の液状注入封止アンダーフィル材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低応力性、リワーク性に優れた半導体の注入封止に用いられる液状注入封止アンダーフィル材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣチップの高密度化、高集積化に伴い、配線が短く、高周波用、多ピン化に適するフリップ実装方式のパッケージ形態が多くなってきている。同実装は、ほぼチップサイズの大きさでプリント基板にチップを直接搭載できることから、小型、軽量、薄型化が可能となる。ベアチップのプリント基板への実装技術は確立されてきたが、熱膨張によるチップと基板との寸法差が有るため、注入封止アンダーフィル材料による充填補強が必要となる。このフリップ実装型半導体封止には液状の封止材料が用いられているが、セラミックスによる気密封止型に比べて信頼性の点で充分でないためにプラスチックパッケージの普及が遅れていた。
フリップ実装型半導体の信頼性低下の原因としては、
（１）注入封止アンダーフィル材料を通して外気から湿気が侵入する。
（２）有機配線基板から湿気が侵入する。
（３）半田バンプから不純物が侵入する。
（４）大気圧下で注入封止アンダーフィル材料をパッケージ内へ流動させる際に気泡が生じ、熱ストレスが加わった際にクラックが発生する。
（５）封止材料、半導体チップ、有機基板および半田バンプとの線熱膨張係数が異なるために、熱ストレスが加わった際に界面で剥離が生じる。これにより湿気の侵入並びにチップへの機械的損傷が発生する。
等が挙げられる。液状注入封止アンダーフィル材料の実用化に際して、以上の問題はクリアされなければならない。
更に、１つの基板上に２個以上のチップを実装したタイプのいわゆるマルチチップモジュール（ＭＣＭ）の用途には、今後前記フリップチップ実装型が増加することが予想されている。ＭＣＭでは、アンダーフィル樹脂封止後に不良が発見された場合、例えば接続材料（半田）の融点以上に加熱しチップを取り外し（リワーク）、再実装する場合がある。一般にリワーク性が高い、すなわち取り外しが容易な注入封止アンダーフィル材料ほど、実用温度領域でのチップおよび有機基板に対する密着性までもが低下し、上記（５）の問題が発生し易くなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来の注入封止アンダーフィル材料の上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは熱ストレスに耐えうる低応力性とリワーク性を兼ね備えた注入封止アンダーフィル材料を提供するに有る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、常温で液状のエポキシ樹脂、硬化剤、球状無機フィラーからなり、エポキシ樹脂が全エポキシ樹脂中に式（１）で示されるエポキシ樹脂が５重量％から３０重量％含み、且つ式（１）で示されるエポキシ樹脂は少なくともｍ＝１以上の成分が１０重量％から６０重量％含むことを特徴とする液状注入封止アンダーフィル材料である。
【０００５】
【化１】
0003835715.tif 000002
【０００６】
本材料を用いることにより有機プリント配線基板を用いたフリップチップ実装型半導体のリワーク性および信頼性を大幅に向上させることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる常温で液状のエポキシ樹脂は、全エポキシ樹脂中に式（１）で示されるエポキシ樹脂が５重量％から３０重量％含み、且つ式（１）で示されるエポキシ樹脂は少なくともｍ＝１以上の成分が１０重量％から６０重量％含む。ここで全エポキシ樹脂中に式（１）で示されるエポキシ樹脂が５重量％以下では接着力が強くリワーク性は発現せず、３０重量％以上では低応力性を示すが接着性が著しく低下する。また、式（１）で示されるエポキシ樹脂に含まれるｍ＝１以上の成分が１０重量％未満だと、リワーク性が発現しない、６０重量％より多く含むとブリードが起こり接着性が著しく低下する。後者の場合、例えばフェノール類などであらかじめ変性し相溶性を高くすることで、ブリードを抑えることもできる。エポキシ樹脂成分は２５℃における粘度が５００ＰＡ・ｓ以下であることが好ましい。エポキシ樹脂成分の粘度が５００Ｐａ・ｓより高いと組成物の粘度が高くなり、フリップチップ実装型パッケージ中へのアンダーフィル材料を流動注入する際、気泡を巻き込んだり、コーナー端部への充填良が発生し易くなり信頼性低下につながり、好ましくない。
【０００８】
エポキシ樹脂の粘度測定には、室温で液状のエポキシ樹脂の場合、２５゜Ｃにおいて東機産業（株）・製Ｅ型粘度計、ブルックフィールド粘度計で測定する。この要件を満たすエポキシ樹脂で有れば特に限定される物ではないが、式（１）で示されるエポキシ樹脂以外の樹脂として例えばビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、フェノールノボラックとエピクロルヒドリンとの反応で得られるポリグリシジルエーテルで常温の物、ビニルシクロヘキセンジオキシド、ジシクロペンタジエンオキシド、アリサイクリックジエポキシ−アジペイドの様な脂環式エポキシ、更にｎ−ブチルグリシジルエーテル、パーサティック酸グリシジルエステル、スチレンオキサイドフェニルグリシジルエーテル、ブチルフェニルグリシジルエーテル、クレグリシジルエーテル、ジシクロペンタジエンジエポキシドの様な通常エポキシ樹脂の希釈材として用いられるものがある。これらは単独でも混合しても差し支えない。また、信頼性の優れた液状注入封止アンダーフィル材料を得るために、使用に耐えるエポキシ樹脂はNa+、Cl-等のイオン性不純物はできるだけ少ないものが好ましい。
【０００９】
本発明に用いられる硬化剤はフリップチップとしての信頼性、ポットライフ、液状樹脂粘度に影響しないものであれば特に限定されないが、活性水素を分子内に有するものが望ましい。その例としてはフェノール類（例えばビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＡＰ、ビスフェノールＳ、ビスフェノールＺ、ジメチルビスフェノールＡ、ジメチルビスフェノールＦ、テトラメチルビスフェノールＡ、テトラメチルビスフェノールＦ、ビフェノール、テトラメチルビフェノール、ジヒドロキシジフェニルエーテル、ジヒドロキシベンゾフェノン、ｏ−ヒドロキシフェノール、ｍ−ヒドロキシフェノール、ｐ−ヒドロキシフェノール、フェノールノボラック樹脂やオルソクレゾールノボラック樹脂等のポリフェノール類、トリヒドロキシフェニルメタンやトリヒドロキシフェニルメタンなどのトリスフェノール類）、一級アミン、芳香族ポリアミン類、イミダゾール等が挙げられる。これらは単独でも混合しても差し支えない。また、信頼性の優れた液状注入封止アンダーフィル材料を得るために、使用に耐えるアミン系硬化剤はNa+、Cl-等のイオン性不純物はできるだけ少ないものが好ましい。
【００１０】
本発明に用いられる球状無機フィラーは、その平均粒径が１０μｍ以下、最大粒径が３０μｍ以下であることが好ましい。無機フィラーには、窒化アルミ、アルミナ、シリカなどがあるが、熱放散性とコストの面からシリカ粒子が好ましく、低放射線であればより好ましい。形状は球状、破砕状、フレーク状等があるが、フィラーの高充填化により線膨張係数の低減化が図られる為、球状が最も良い。球状無機フィラーの添加量は、全組成物に対して50〜80重量％が望ましい。５０重量％未満だと、上述の線膨張係数の低減効果は小さく、８０重量％を越えると結果として得られる組成物の粘度が高くなり過ぎ、流動特性が悪化するため好ましくない。
【００１１】
液状注入封止アンダーフィル材料の流動特性はフィラーの粒度分布にも大きく依存する。一般に分布が広く、粒径の大きいフィラーほど、組成物の粘度が低く流動性がよい。しかし、低粘度化を目的に大きな粒径を含むフィラーを用いると、硬化中に粒径の大きなフィラー沈降し、間隙中の線熱膨張係数が不均一となり、信頼性の面で好ましくない。また液状注入封止アンダーフィル材料は有機基板とチップ間の間隙(Stand OFF：２５〜１５０μｍ)を流動する必要から、フィラー粒径はStand OFFよりも小さくなければならない。逆に粒径が小さすぎると比表面積が増大するため、フィラーの充填量を高くすることができない。以上の要件を満たすには平均粒径が０．５μｍから１０μｍ、且つ最大粒径が３０μｍ以下のフィラーである必要がある。より好ましくは平均粒径が３〜９μｍ、且つ最大粒径が２０μｍ以下の粒度分布のフィラーを用いた方が良い。また、フィラーは請求項の範囲で有れば単独で用いても、混合して粒度分布に二峰性を持たせたものでも差し支えない。
【００１２】
本発明の液状注入封止アンダーフィル材料には、前記の必須成分の他に必要に応じて他の樹脂や反応を促進するための触媒、希釈剤、顔料、カップリング剤、難燃剤、レベリング剤、消泡剤等の添加物を用いても差し支えない  液状注入封止アンダーフィル材料は、例えば各成分、添加物等を三本ロール、二本熱ロール、真空混合機にて分散混練し、真空下脱泡処理して製造する。
【００１３】
【実施例】
本発明を実施例で具体的に説明する。
実施例１−７、比較例１−７で具体的に説明する。
表１及び表２の処方に従って秤量し、３本ロールにて、分散混練し真空下脱泡処理をして液状注入封止アンダーフィル材料を作製し、以下の特性評価を行った。
（１）接着強度−有機基板としてビスマレイミド−トリアジン（ＢＴ）レジン製基板上にソルダーレジスト（太陽インキ社製ＰＳＲ−４０００／ＣＡ−４０）を形成した表面に液状注入封止アンダーフィル材料を塗布し、２×２ｍｍ角のシリコンチップを積載し、１５０度、１２０分で硬化し、１５０度及び２５０度における熱時接着力をプッシュプルゲージで測定した。
（２）低応力性製試験−（１）と同様に１５×６×０．３ｍｍ（厚さ）のシリコンチップを厚さ０．５ｍｍの有機基板に１５０度、１２０分で硬化封止し、低応力性の尺度としてチップの長手方向を表面粗さ計を用いて上下方向の変位の最大値を求め、代用特性とした。
（３）充填性試験−８０℃の熱盤上で液状注入封止アンダーフィル材料をフリップチップ実装パッケージに５分間注入させた後、１５０℃で２時間、オーブン中で硬化して半導体パッケージを得た。超音波探傷機(以下、ＳＡＴという)にて、パッケージ内部の充填性を確認した。
（４）信頼性試験−（３）で作製した半導体パッケージにＰＣＴ処理(１２５℃／２.３atm)、Ｔ／Ｃ処理(−６５℃／３０分←→１５０℃／３０分  400サイクル)を施して、ＳＡＴにて半導体チップとプリント基板界面との剥離、クラックの有無を確認した。
（４）リワーク性の評価試験−（３）と同様に半導体パッケージを作製し、２５０℃の熱盤上で半導体パッケージを５分間加熱後チップを剥がし、完全に剥離したものを「良好」、有機基板表面に封止樹脂が残存したものを「不良」とした。
各評価ごとに用いたフリップチップ実装パッケージの数は１０個である。なお、チップの大きさは15mm角で、基板との間隙は100μｍである（低応力試験を除く）。
【００１４】
【表１】
0003835715.tif 000003
【００１５】
表の組成の欄の数値は重量部である。
＊１ 液状エポキシ樹脂Ａ：ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（当量170）
＊２ 液状エポキシ樹脂Ｂ：式（１）のエポキシ樹脂でｍ＝０のもの(当量181)
＊３ 液状エポキシ樹脂Ｃ：式（１）のエポキシ樹脂でｍ＝１のもの(当量３２９)
＊４ 液状エポキシ樹脂Ｄ：式（１）のエポキシ樹脂でｍ＝２のもの（当量477）
＊５ 液状エポキシ樹脂Ｅ：3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3',4'-エポキシシクロヘキサンカルボン酸エステル（当量126）
＊６ 液状エポキシ樹脂Ｆ：式（１）の脂環式エポキシ樹脂でｍ＝０のもの(当量192)
＊７ 液状エポキシ樹脂Ｇ：式（１）の脂環式エポキシ樹脂でｍ＝１のもの(当量340)
＊８ 硬化剤 ：アルキル化ジアミノジフェニルメタン硬化剤（当量65）
＊９ 硬化剤 ：メチルヘキサヒドロフタル酸無水物
＊１０ シリカ ：合成球状シリカで平均粒径1.7μm、最大粒径8.0μm
＊１１ シリカ ：溶融球状シリカで平均粒径4.9μm、最大粒径16μm
＊１２ シリカ ：溶融球状シリカで平均粒径7.9μm、最大粒径40μm
＊１３ シリカ ：溶融球状シリカで平均粒径0.3μm、最大粒径4.0μｍ
【００１６】
【表２】
0003835715.tif 000004
＊ １４  ：比較例６及び７については流動性不良のため、信頼性試験並びにリワーク性試験は実施していない。
【００１７】
比較例１では全エポキシ樹脂中に含まれる式（１）のエポキシ樹脂が少ないために、２００℃での接着強度が高く、且つリワーク性に劣る。比較例２では全エポキシ樹脂中に含まれる式（１）のエポキシ樹脂が過剰であるために、低応力性とリワーク性に優れてはいるものの、１５０度での接着強度が低く且つ信頼性に欠ける。比較例３は式（１）で示されるエポキシ樹脂中にｍ＝１以上の成分が少ないために２５０℃での接着強度が高く、且つリワーク性に劣る。比較例４、及び５では式（１）で示されるエポキシ樹脂中にｍ＝１以上の成分が過剰であるために低応力性を示すが接着性が低く、実用レベルにない。比較例６ではフィラーの最大粒径が大きい為にパッケージのギャップへの流動性が悪い。比較例７はフィラーの平均粒径が小さいために高粘度で流動性が悪い。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の液状注入封止アンダーフィル材料を用いて封止を行うと、熱ストレスに耐えうる低応力性を示す高信頼性半導体パッケージを得られ、且つその良好なリワーク性により歩留まりの向上が可能となり、本発明の工業的メリットは大である。