エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた接合体の製造方法、並びに接合体
【課題】優れた接続信頼性及び透明性を有するエポキシ樹脂組成物及びそれを用いた接合体の製造方法、並びに接合体を提供する。
【解決手段】ノボラック型フェノール系硬化剤と、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体からなるアクリルエラストマーと、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満配合された無機フィラーとを含有するエポキシ樹脂組成物２をプリント基板１上にシート状に貼付する貼付工程と、エポキシ樹脂組成物２上に半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４ｄを仮搭載する仮搭載工程と、半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４ｄを熱圧着ヘッド２０により押圧し、半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４ｄを本圧着させる本圧着工程とを有する。
【解決手段】ノボラック型フェノール系硬化剤と、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体からなるアクリルエラストマーと、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満配合された無機フィラーとを含有するエポキシ樹脂組成物２をプリント基板１上にシート状に貼付する貼付工程と、エポキシ樹脂組成物２上に半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４ｄを仮搭載する仮搭載工程と、半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４ｄを熱圧着ヘッド２０により押圧し、半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４ｄを本圧着させる本圧着工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品をプリント基板上に実装するために用いられるエポキシ樹脂組成物及びそれを用いた接合体の製造方法、並びに接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、チップ部品をプリント基板に実装するパッケージング技術において、はんだバンプを用いる方法や、バンプと基板端子とを導電性接着剤、ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film、異方性導電フィルム）、ＮＣＦ（Non-Conductive Film、絶縁性接着フィルム）のいずれかを介して接続する方法が実用化されている。これらの中でも、ＡＣＦやＮＣＦを用いた接続方法は、基板に仮圧着した後にチップ部品等を実装するため、はんだバンプ又は導電性接着剤を用いた場合に必要なアンダフィル工程が不要となる。このため、ＡＣＦやＮＣＦを用いた接続方法は、電子機器に用いられる多くの半導体パッケージに採用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、近年、バンプとランドの接続信頼性の観点から、ＡＣＦを用いた機械的な接触ではなく、ＮＣＦを用いた金属結合による接続が望まれている。しかしながら、従来のＮＣＦには、イミダゾール類を硬化剤とするエポキシ樹脂組成物が使用されているため、硬化開始反応が速くなり、十分な接続信頼性が得られないことがあった。
【０００４】
また、ＮＣＦは、プリント基板上に貼り付けた際のアライメントマーク視認性の観点から、透明性を有することが望まれているが、イミダゾール類以外の硬化剤を用いた場合、透明なエポキシ樹脂組成物を得ることが困難であり、白濁する場合があった。白濁の原因については、バインダー中に海島構造ユニットが形成される為と考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２４５５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、優れた接続信頼性及び透明性を有するエポキシ樹脂組成物及びそれを用いた接合体の製造方法、並びに接合体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、種々の検討を重ねた結果、ノボラック型フェノール系硬化剤を用いることにより、優れた接続信頼性が得られ、また、アクリルエラストマーとして、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体を用いることにより、優れた透明性が得られることを見出した。
【０００８】
すなわち、本発明に係るエポキシ樹脂組成物は、ノボラック型フェノール系硬化剤と、アクリルエラストマーと、エポキシ樹脂と、無機フィラーとを含有するエポキシ樹脂組成物であって、アクリルエラストマーは、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体からなり、無機フィラーは、エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満含有されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る接合体の製造方法は、ノボラック型フェノール系硬化剤と、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体からなるアクリルエラストマーと、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満配合された無機フィラーとを含有するエポキシ樹脂組成物をプリント基板上にシート状に貼付する貼付工程と、エポキシ樹脂組成物上に電子部品を仮搭載する仮搭載工程と、電子部品を熱圧着ヘッドにより押圧し、電子部品を本圧着させる本圧着工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る接合体は、ノボラック型フェノール系硬化剤と、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体からなるアクリルエラストマーと、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満配合された無機フィラーとを含有するエポキシ樹脂組成物により、電子部品とプリント基板とが接合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ノボラック型フェノール系硬化剤を用いることにより、硬化開始反応が緩慢となり、優れた接続信頼性が得られる。また、アクリルエラストマーとして、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体を用いることにより、エポキシ樹脂に対する相溶性が向上し、優れた透明性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】貼付工程の様子を示す模式図である。
【図２】仮搭載工程の様子を示す模式図である。
【図３】本圧着工程の様子を示す模式図である。
【図４】本圧着工程における接合体の状態を示す図である。
【図５】接合体の構成例を示す図である。
【図６】アライメントマーク認識性の評価方法を説明するための図である。
【図７】密着性の評価方法を説明するための図である。
【図８】接続抵抗の評価方法を説明するための図である。
【図９】エポキシ樹脂組成物の透過率の測定結果を示すグラフである。
【図１０】エポキシ樹脂組成物の初期接続抵抗及び湿熱リフロー後の接続抵抗を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態（以下、「本実施の形態」と称する。）について、図面を参照しながら下記順序で詳細に説明する。
１．エポキシ樹脂組成物
２．接合体の製造方法
【００１４】
＜１．エポキシ樹脂組成物＞
本実施の形態におけるエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、アクリルエラストマーと、ノボラック型フェノール系硬化剤と、無機フィラーとを含有する。
【００１５】
エポキシ樹脂としては、アクリルエラストマーと相溶するグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリジルアミン型エポキシ樹脂等が挙げられる。具体的には、例えば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、レゾルシノール、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなどのフェノール類のグリシジルエーテル、ブタンジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのアルコール類のグリシジルエーテルが挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、単独もしくは２種以上混合して用いることができる。
【００１６】
アクリルエラストマーは、水酸基を有するアクリレートとアクリルアミドとをモノマーとした共重合体であることが好ましい。特に、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとをモノマーとした共重合体であることが好ましい。アクリルエラストマーがジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとをモノマーとした共重合体であることにより、エポキシ樹脂に対する相溶性が向上し、後述するアライメントマークの認識性を向上させることができる。また、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとの配合比は、５：１〜３：１であることが好ましい。この範囲の配合比により、エポキシ樹脂に対する相溶性を向上させることができる。
【００１７】
アクリルエラストマーの配合量は、エポキシ樹脂１００質量部に対して２０〜４０質量部であることが好ましい。エポキシ樹脂１００質量部に対して２０〜４０質量部配合されることにより、後述のように接続信頼性を向上させることができる。なお、アクリルエラストマーは、その他のモノマーとして、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、アクリロニトリル、グリシジルメタクリレート等が配合されたランダム共重合体であってもよい。
【００１８】
ノボラック型フェノール系硬化剤としては、フェノール、アルキルフェノール等のフェノール類と、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド等のアルデヒド類とを反応させて得られるノボラック型フェノール樹脂、又はこれらの変性樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、単独もしくは２種以上混合して用いることができる。
【００１９】
ノボラック型フェノール系硬化剤の配合量は、エポキシ樹脂のエポキシ基１当量に対して０．７〜１．２当量が好ましい。エポキシ基１当量に対して、０．７当量に満たない場合、又は１．２当量を超える場合、いずれも硬化が不完全となり良好な硬化物性が得られない。
【００２０】
また、本実施の形態におけるエポキシ樹脂組成物においては、硬化促進剤を含有させてもよい。硬化促進剤の具体例としては、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、２−（ジメチルアミノメチル）フェノール、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等の第３級アミン類、トリフェニルホスフィン等のホスフィン類、オクチル酸スズ等の金属化合物等が挙げられる。また、硬化促進剤は、エポキシ樹脂１００重量部に対して０．１〜５．０質量部が必要に応じて配合される。
【００２１】
無機フィラーとしては、シリカ、タルク、酸化チタン、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム等が挙げられる。無機フィラーを含有させることにより、樹脂の流動を抑え、接続信頼性を向上させることができる。
【００２２】
無機フィラーの配合量は、エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満であることが好ましい。エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満配合されることにより、接続信頼性及び透明性を保つことができる。
【００２３】
また、本実施の形態におけるエポキシ樹脂組成物においては、シランカップリング剤を含有させてもよい。シランカップリング剤としては、エポキシ系シランカップリング剤が好ましく用いられる。これにより、エポキシ樹脂組成物の密着性及び接続信頼性を向上させることができる。
【００２４】
また、本実施の形態におけるエポキシ樹脂組成物においては、その他の成分として、チタネート類、有機樹脂フィラー等の各種添加剤を加えても構わない。
【００２５】
本実施形態におけるエポキシ樹脂組成物は、上述した各成分を均一に混合し、ＮＣＦ（Non-Conductive Film、絶縁性接着フィルム）に成型される。例えば、上述した各成分をトルエン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等の溶剤に溶解させ、剥離機能を有するフィルム、剥離機能を有する紙などの基材に塗布し、溶剤を揮発させることにより、ＮＣＦを得ることができる。
【００２６】
＜２．接合体の製造方法＞
次に、上述したエポキシ樹脂組成物からなるＮＣＦを用いた接合体の製造方法について説明する。具体例として示す接合体の製造方法は、ＮＣＦを用いてプリント基板上に高さの異なる電子部品を一括して実装する、いわゆるＥＢＳ（Elasticity Bonding System）工法と呼ばれるものである。
【００２７】
このＥＢＳ工法は、ＮＣＦをプリント基板上に貼付する貼付工程と、ＮＣＦ上に電子部品を仮搭載する仮搭載工程と、プリント基板全体を覆った熱圧着ヘッドにより押圧し、電子部品を本圧着させる本圧着工程とを有する。以下、各工程について説明する。
【００２８】
図１（Ａ）は、貼付工程におけるプリント基板１の上面図であり、図１（Ｂ）は、貼付工程におけるプリント基板１の側面図である。このプリント基板１の四隅には、電子部品を位置合わせするためのアライメントマーク１１ａ〜１１ｄが形成されている。また、プリント基板１の中央部から外周部に向かって半導体チップ３のバンプと接続される配線パターンが形成されている。
【００２９】
ＮＣＦ２は、図１（Ａ）に示すようにプリント基板１の実装領域に全面的に貼付される。このＮＣＦ２は、上述したエポキシ樹脂組成物から形成されているため、優れた透明性を有しており、アライメントマーク１１ａ〜１１ｄを認識することができる。
【００３０】
次に、アライメントマーク１１ａ〜１１ｄに基づいて、図２に示すように電子部品が表面実装機により所定の位置に仮搭載される。図２（Ａ）は、仮搭載工程におけるプリント基板１の上面図であり、図２（Ｂ）は、仮搭載工程におけるプリント基板１の側面図である。ここでは、図２（Ｂ）に示すように、高さの異なる半導体チップ３とコンデンサ４ａ〜４ｄが仮搭載される。
【００３１】
半導体チップ３は、配線パターンの電極上にバンプが配置されるようにプリント基板１の中央部に仮搭載され、コンデンサ４ａ〜４ｄは、アライメントマーク１１ａ〜１１ｄと半導体チップ３の四隅との間にそれぞれ仮搭載される。ここで、半導体チップ３のバンプとしては、針状のスタッドバンプ、バンプにはんだが配置されたはんだバンプ等を用いることができる。バンプにはんだが配置されたはんだバンプとしては、銅ピラー上にはんだキャップを設けたバンプを好適に用いることができる。また、プリント基板１上の電極としては、はんだがプリコートされた電極を用いることができる。
【００３２】
次いで、図３に示すように、熱圧着ヘッド２０を用いて半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４の本圧着を一括して行う。ここで、熱圧着ヘッド２０は、所定の金属からなるヘッド本体２１を有し、その内部に加熱用のヒーターが設けられている。また、ヘッド本体２１のプリント基板１と対向する押圧面に、プレート状の弾性エラストマーからなる圧着部材２２が取り付けられている。
【００３３】
圧着部材２２は、押圧面が水平となるように配置され、圧着部材２２の押圧面は、プリント基板１の実装領域上のＮＣＦ２の大きさに対応するように構成される。また、圧着部材２２の厚さは、各電気部品の頂部及び熱圧着時の接着剤のフィレット部分に対して最適の圧力で加圧する観点から、電気部品のうち最大の厚さを有するものと同等以上となるように設定することが好ましい。
【００３４】
また、圧着部材２２の弾性エラストマーの種類は特に限定されることはないが、接続信頼性を向上させる観点からは、ゴム硬度が４０以上８０以下のものを用いることが好ましい。ゴム硬度が４０未満の弾性エラストマーは、各電気部品に対する圧力が不十分で初期抵抗及び接続信頼性が劣ることがあり、ゴム硬度が８０より大きい弾性エラストマーは、フィレット部分に対する圧力が不十分で接着剤の結着樹脂にボイドが発生して接続信頼性が劣ることがある。なお、ゴム硬度は、ＪＩＳＳ６０５０に準拠する規格を適用するものとする。このような弾性エラストマーとしては、天然ゴム、合成ゴムのいずれも用いることができ、耐熱性、耐圧性の観点からは、シリコーンゴムを用いることが好ましい。
【００３５】
本圧着は、熱圧着ヘッド２０の押圧面を半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４ｄの頂部に押し付け、電気部品側を所定温度で加熱するとともに、プリント基板１側を電子部品側の所定温度より高い温度で加熱する。これにより、各電気部品の周囲のフィレット部に対して十分に加熱することができ、ボイドの発生を防止することができる。具体的には、圧着部材２２の温度が１００℃程度となるように熱圧着ヘッド２０のヒーターを制御し、ＮＣＦの結着樹脂の温度が２００℃程度になるように基台のヒーターを制御する。また、本圧着時の圧力は、各電気部品について、１個当たり１００Ｎ程度で１５秒程度とする。なお、ヒーターの設置場所は、熱圧着ヘッド２０側又はステージ側（基台）のいずれかに設置するようにしてもよい。
【００３６】
図４は、本圧着工程における半導体装置の状態を示す図である。この図４に示すように弾性エラストマーからなる圧着部材２２によって加圧を行うことによって、半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４ｄの頂部をガラス基板１に対して所定の圧力で押圧し、半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４ｄの側部の接着剤フィレット部を頂部に対する圧力より小さい圧力で押圧することができる。これにより、半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４ｄとプリント基板１の接続部分に対して十分な圧力を加えることができ、半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４ｄの周囲のフィレット部に対してもボイドが生じないように加圧することができる。
【００３７】
この結果、図５に示すように、高さの異なる半導体チップ３とコンデンサ４ａ〜４ｄが高密度に一括実装された半導体装置が得られる。このように、ＥＢＳ工法によれば、従来、半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４ｄ毎に行っていた各実装工程（接着剤の配置、仮圧着、本圧着）を一度で行うことができるとともに、ＮＣＦ２を用いた接続信頼性を向上させることができる。特に、ＥＢＳ工法にて同一基板上の複数の半導体チップを一括実装する場合には、本実施の形態におけるＮＣＦ２によって、個々の半導体チップ間の硬化のバラツキが抑制されるため、優れた接続信頼性で高密度に実装することができる。
【００３８】
なお、上述した実施の形態では、電子部品を一括して実装するＥＢＳ工法について説明したが、これに限られることなく、本実施の形態におけるＮＣＦをフリップチップ接続に用いた場合も優れた接続信頼性を得ることができる。この場合、上述したＥＢＳ工法のように圧着前にＮＣＦをプリント基板に設置するのではなく、半導体チップにＮＣＦを貼り合わせることができる。
【００３９】
先ず、ダイジング工程にて、Ｓｉウェハなどの半導体チップが複数形成された半導体ウェハの回路面にＮＣＦを貼り合せた後、半導体チップを個片化し、回路面と同じ面積のＮＣＦが形成された半導体チップを製造する。本実施の形態におけるＮＣＦは、透明性に優れているため、アライメントマーク認識が容易となり、半導体チップを高品位に切り分けることができる。
【００４０】
その後、実装工程にて、ＮＣＦ付き半導体チップをプリント基板に実装する。具体的には、ダイジング工程にてＮＣＦが形成された半導体チップを含む複数の電子部品を仮搭載し、複数の電子部品を、上述したプリント基板全体を覆う弾性エラストマーからなる押圧面を有する熱圧着ヘッドにより押圧し、電子部品を本圧着させる。これにより、複数の電子部品を一括実装することができる。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の実施例について説明する。この実施例では、エポキシ樹脂組成物を配合し、樹脂組成物のアライメントマークの認識性、密着性、接続抵抗、信頼性試験後の接続抵抗等について評価した。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４２】
［実施例１］
ＥＡ（エチルアクリレート）−ＡＮ（アクリロニトリル）−ＧＭＡ（グリシジルメタクリレート）−ＤＭＭＡ（ジメチルアクリルアミド）−ＨＥＭＡ（ヒドロキシエチルメタクリレート）を主モノマーとするアクリルエラストマー（商品名 ＳＧ−８０Ｈ−３、ナガセケムテックス社製）２０質量部、エポキシ樹脂（商品名 エピコート１０３１Ｓ、ＪＥＲ社製、７０質量部＋商品名 エピコート６０４、ＪＥＲ社製、３０質量部）１００質量部、ノボラック型フェノール硬化剤（商品名 フェノライトＴＤ−２１３１、ＤＩＣ社製）７０質量部（当量配合）、硬化促進剤（商品名 ２Ｅ４ＭＺ、四国化成工業社製）２質量部、及び無機フィラー（商品名 ＲＹ２００、日本アエロジル社製）１０質量部を混練機にて混練し、エポキシ樹脂組成物を調製した。このエポキシ樹脂組成物にトルエンを加え、固形成分濃度を５０％とした樹脂溶液を作製した。この樹脂溶液を剥離処理された剥離フィルム（ＰＥＴ：ポリエチレンテレフタラート）上にバーコーターを用いて塗布し、８０℃のオーブンに入れてトルエンを乾燥させ、厚さ２５μｍのＮＣＦを得た。この厚さ２５μｍのＮＣＦを２層に貼り合せ。厚さ５０μｍの実施例１のＮＣＦを得た。表１に実施例１のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００４３】
［実施例２］
無機フィラー（商品名 ＲＹ２００、日本アエロジル社製）を５質量部とした以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製し、実施例２のＮＣＦを得た。表１に実施例２のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００４４】
［実施例３］
ＥＡ（エチルアクリレート）−ＡＮ（アクリロニトリル）−ＧＭＡ（グリシジルメタクリレート）−ＤＭＭＡ（ジメチルアクリルアミド）−ＨＥＭＡ（ヒドロキシエチルメタクリレート）を主モノマーとするアクリルエラストマー（商品名 ＳＧ−８０Ｈ−３、ナガセケムテックス社製）を３０質量部とした以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製し、実施例３のＮＣＦを得た。表１に実施例３のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００４５】
［実施例４］
ＥＡ（エチルアクリレート）−ＡＮ（アクリロニトリル）−ＧＭＡ（グリシジルメタクリレート）−ＤＭＭＡ（ジメチルアクリルアミド）−ＨＥＭＡ（ヒドロキシエチルメタクリレート）を主モノマーとするアクリルエラストマー（商品名 ＳＧ−８０Ｈ−３、ナガセケムテックス社製）を４０質量部とした以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製し、実施例４のＮＣＦを得た。表１に実施例４のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００４６】
［実施例５］
エポキシ系シランカップリング剤（商品名 Ａ１８７、モンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製）をさらに配合した以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製し、実施例５のＮＣＦを得た。表１に実施例５のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００４７】
［比較例１］
ノボラック型フェノール硬化剤の代わりに、イミダゾール系硬化剤（カプセル化イミダゾール）（商品名 ノバキュアＨＰ３９４１、旭化成ケミカルズ社製）を７０質量部配合し、硬化促進剤を配合しなかった以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製し、比較例１のＮＣＦを得た。表１に比較例１のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００４８】
［比較例２］
ＢＡ（ブチルアクリレート）−ＥＡ（エチルアクリレート）−ＡＮ（アクリロニトリル）−ＧＭＡ（グリシジルメタクリレート）を主モノマーとするアクリルエラストマーを２０質量部とした以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製し、比較例２のＮＣＦを得た。表１に比較例２のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００４９】
［比較例３］
アクリルエラストマーの代わりに、フェノキシ樹脂（商品名 ＹＰ５０、東都化成工業社製）を配合した以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製し、比較例３のＮＣＦを得た。表１に比較例３のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００５０】
［比較例４］
無機フィラーを配合しなかった以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製し、比較例４のＮＣＦを得た。表１に比較例４のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００５１】
［比較例５］
無機フィラー（商品名 ＲＹ２００、日本アエロジル社製）を２０質量部配合した以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製し、比較例５のＮＣＦを得た。表１に比較例５のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００５２】
［アライメントマークの認識性］
図６に示すように、プリント基板１上にＮＣＦ２として実施例１〜５、及び比較例１〜５のいずれかのＮＣＦを配置し、カメラ２３にてφ３００μｍのアライメントマーク１１を１０ｍｍの距離から撮像した。
【００５３】
表１にアライメントマークの認識性の評価結果を示す。この表１において、撮像画像のアライメントマーク１１の認識率が９５％以上のＮＣＦを○とし、認識率が９５％未満のＮＣＦを×とした。
【００５４】
［密着性］
ＮＣＦ２を用いてプリント基板１上に半導体チップ３を実装させた。ＮＣＦ２として実施例１〜５、及び比較例１〜５のいずれかのＮＣＦを用いた。また、プリント基板１には、厚さ２５μｍのポリイミドフィルムを用い、半導体チップ３には、金スタッドバンプが形成された縦６．３ｍｍ、横６．３ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのサイズのものを用いた。
【００５５】
図７に示すように、接合体をガラス基材２５上にエポキシ系接着剤２４を用いて固定し、ポリイミドフィルムを３０ｍｍ／ｍｉｎの速度で引っ張り、ＮＣＦの接着強度（Ｎ／ｃｍ）を測定した。
【００５６】
表１に密着性の評価結果を示す。この表１において、接着強度が５Ｎ／ｃｍ以上のＮＣＦを◎、５Ｎ／ｃｍ未満１Ｎ／ｃｍ以上のＮＣＦを○、１Ｎ／ｃｍ未満のＮＣＦを×とした。
【００５７】
［初期接続抵抗］
ＮＣＦ２を用いてプリント基板１上に半導体チップ３を実装させた。ＮＣＦ２として実施例１〜５、及び比較例１〜５のいずれかのＮＣＦを用いた。
【００５８】
図８に示すように、接合体についてプリント基板１と半導体チップ３の初期接続抵抗を抵抗測定器２６により測定した。
【００５９】
表１に接続抵抗の評価結果を示す。この表１において、初期接続抵抗が１０ｍΩ以下のＮＣＦを○とし、初期接続抵抗が１０ｍΩを超えるＮＣＦを×とした。
【００６０】
［信頼性試験後の接続抵抗］
ＮＣＦ２を用いてプリント基板１上に半導体チップ３を実装させた。ＮＣＦ２として実施例１〜５、及び比較例１〜５のいずれかのＮＣＦを用いた。具体的には、ＮＣＦをプリント配線板の電極上に配置し、ＥＢＳを用いて加熱押圧（２４０℃、４０秒、１０ｋｇ／半導体チップ、ステージ加熱）し、プリント基板上に半導体チップを実装させた。ＥＢＳの弾性材として、ゴム硬度４０のシリコーンゴムを用いた。
【００６１】
この接合体にＰＣＴ（プレッシャークッカーテスト：１２１℃×飽和（１００％ＲＨ）×９６ｈ）及びＴＣＴ（冷熱サイクルテスト：−５５℃〜１２５℃×７００cycle）を行った後、図８に示すように接続抵抗を測定し、初期接続抵抗と比較した。
【００６２】
表１に信頼性試験後の接続抵抗の評価結果を示す。この表１において、初期接続抵抗と信頼性試験後の接続抵抗と抵抗値の変化が２ｍΩ以下のＮＣＦを◎、抵抗値の変化が２ｍΩを超え５ｍΩ以下のＮＣＦを○、抵抗値の変化が５ｍΩを超え１０ｍΩ以下のＮＣＦを△、抵抗値の変化が１０ｍΩを超えるＮＣＦを×とした。
【００６３】
【表１】
【００６４】
［評価結果］
表１に示す評価結果より、ノボラック型フェノール硬化剤を用いた実施例１は、イミダゾール系硬化剤を用いた比較例１に比べ、密着性及び信頼性試験後の接続抵抗が良好であった。これは、ノボラック型フェノール硬化剤は、イミダゾール系硬化剤に比べて開始反応（硬化剤がエポキシ環にアタックする挙動）が緩慢で、硬化挙動のバラツキが比較的少ないためであると考えられる。
【００６５】
また、アクリルエラストマーとして、ジメチルアクリルアミド（ＤＭＭＡ）とヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）とを含むＥＡ−ＡＮ−ＧＭＡ−ＤＭＭＡ−ＨＥＭＡランダム共重合体を使用した実施例１〜５は、ＢＡ−ＥＡ−ＡＮ−ＧＭＡランダム共重合体を使用した比較例２に比べ、エポキシ樹脂に対する相溶性が高く、アライメントマークの認識性が良好であった。
【００６６】
また、図９は、実施例１及び比較例３のＮＣＦの透過率の測定結果（３５μｍ厚換算）を示すグラフである。表１に示すように両者ともアライメントマークの認識性は良好であるが、ＥＡ−ＡＮ−ＧＭＡ−ＤＭＭＡ−ＨＥＭＡランダム共重合体を使用した実施例１のＮＣＦは、短波長の光に対しても高い透過率示すことが分かった。
【００６７】
また、図１０は、実施例１及び比較例３のＮＣＦの初期接続抵抗及び湿熱リフロー後の接続抵抗を示すグラフである。このグラフから分かるように、フェノキシ樹脂を用いた比較例３は、湿熱リフロー後も１０ｍΩ以下の接続抵抗を得ることができなかった。
【００６８】
すなわち、ＥＡ−ＡＮ−ＧＭＡ−ＤＭＭＡ−ＨＥＭＡランダム共重合体を用いることにより、優れたアライメントマークの認識性、密着性、及び接続信頼性が得られることが分かった。
【００６９】
また、アクリルエラストマーは、実施例３、４のようにエポキシ樹脂に対する含有量を増加させると、信頼性試験後の接続抵抗が高くなることが分かった。すなわち、アクリルエラストマーは、エポキシ樹脂１００質量部に対し、２０〜４０質量部含有されていることにより、優れたアライメントマークの認識性、密着性、及び接続信頼性が得られることが分かった。
【００７０】
無機フィラーが含有されていない比較例４は、信頼性試験後の接続抵抗が不良となり、無機フィラーがエポキシ樹脂１００質量部に対して２０質量部含有されている比較例５は、樹脂自体の透明性が低下し、アライメントマークの認識性が不良となった。すなわち、実施例１〜５のように無機フィラーがエポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満含有されていることにより、良好なアライメントマークの認識性、密着性、及び接続信頼性が得られることが分かった。
【００７１】
また、実施例５のようにエポキシ系シランカップリング剤を添加することにより、密着性、信頼性試験後の接続抵抗がさらに良好になることが分かった。
【００７２】
また、実施例１〜５において使用した金スタッドバンプが形成されたＩＣチップに代えて、銅ピラー上にはんだキャップを設けたバンプが形成されたＩＣチップ（Cu piller/Sn2.5Agのバンプ構造を有するＩＣチップ）を使用した場合も、良好な接続信頼性を示すことが分かった。
【符号の説明】
【００７３】
１ プリント基板、２ ＮＣＦ、３ 半導体チップ、４ａ〜４ｄ コンデンサ、１１ａ〜１１ｄ アライメントマーク、２０ 熱圧着ヘッド、２１ ヘッド本体、２２ 圧着部材、２３ カメラ、２４ エポキシ系接着剤、２５ ガラス基材、２６ 抵抗測定器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品をプリント基板上に実装するために用いられるエポキシ樹脂組成物及びそれを用いた接合体の製造方法、並びに接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、チップ部品をプリント基板に実装するパッケージング技術において、はんだバンプを用いる方法や、バンプと基板端子とを導電性接着剤、ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film、異方性導電フィルム）、ＮＣＦ（Non-Conductive Film、絶縁性接着フィルム）のいずれかを介して接続する方法が実用化されている。これらの中でも、ＡＣＦやＮＣＦを用いた接続方法は、基板に仮圧着した後にチップ部品等を実装するため、はんだバンプ又は導電性接着剤を用いた場合に必要なアンダフィル工程が不要となる。このため、ＡＣＦやＮＣＦを用いた接続方法は、電子機器に用いられる多くの半導体パッケージに採用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、近年、バンプとランドの接続信頼性の観点から、ＡＣＦを用いた機械的な接触ではなく、ＮＣＦを用いた金属結合による接続が望まれている。しかしながら、従来のＮＣＦには、イミダゾール類を硬化剤とするエポキシ樹脂組成物が使用されているため、硬化開始反応が速くなり、十分な接続信頼性が得られないことがあった。
【０００４】
また、ＮＣＦは、プリント基板上に貼り付けた際のアライメントマーク視認性の観点から、透明性を有することが望まれているが、イミダゾール類以外の硬化剤を用いた場合、透明なエポキシ樹脂組成物を得ることが困難であり、白濁する場合があった。白濁の原因については、バインダー中に海島構造ユニットが形成される為と考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２４５５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、優れた接続信頼性及び透明性を有するエポキシ樹脂組成物及びそれを用いた接合体の製造方法、並びに接合体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、種々の検討を重ねた結果、ノボラック型フェノール系硬化剤を用いることにより、優れた接続信頼性が得られ、また、アクリルエラストマーとして、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体を用いることにより、優れた透明性が得られることを見出した。
【０００８】
すなわち、本発明に係るエポキシ樹脂組成物は、ノボラック型フェノール系硬化剤と、アクリルエラストマーと、エポキシ樹脂と、無機フィラーとを含有するエポキシ樹脂組成物であって、アクリルエラストマーは、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体からなり、無機フィラーは、エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満含有されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る接合体の製造方法は、ノボラック型フェノール系硬化剤と、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体からなるアクリルエラストマーと、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満配合された無機フィラーとを含有するエポキシ樹脂組成物をプリント基板上にシート状に貼付する貼付工程と、エポキシ樹脂組成物上に電子部品を仮搭載する仮搭載工程と、電子部品を熱圧着ヘッドにより押圧し、電子部品を本圧着させる本圧着工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る接合体は、ノボラック型フェノール系硬化剤と、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体からなるアクリルエラストマーと、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満配合された無機フィラーとを含有するエポキシ樹脂組成物により、電子部品とプリント基板とが接合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ノボラック型フェノール系硬化剤を用いることにより、硬化開始反応が緩慢となり、優れた接続信頼性が得られる。また、アクリルエラストマーとして、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体を用いることにより、エポキシ樹脂に対する相溶性が向上し、優れた透明性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】貼付工程の様子を示す模式図である。
【図２】仮搭載工程の様子を示す模式図である。
【図３】本圧着工程の様子を示す模式図である。
【図４】本圧着工程における接合体の状態を示す図である。
【図５】接合体の構成例を示す図である。
【図６】アライメントマーク認識性の評価方法を説明するための図である。
【図７】密着性の評価方法を説明するための図である。
【図８】接続抵抗の評価方法を説明するための図である。
【図９】エポキシ樹脂組成物の透過率の測定結果を示すグラフである。
【図１０】エポキシ樹脂組成物の初期接続抵抗及び湿熱リフロー後の接続抵抗を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態（以下、「本実施の形態」と称する。）について、図面を参照しながら下記順序で詳細に説明する。
１．エポキシ樹脂組成物
２．接合体の製造方法
【００１４】
＜１．エポキシ樹脂組成物＞
本実施の形態におけるエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、アクリルエラストマーと、ノボラック型フェノール系硬化剤と、無機フィラーとを含有する。
【００１５】
エポキシ樹脂としては、アクリルエラストマーと相溶するグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリジルアミン型エポキシ樹脂等が挙げられる。具体的には、例えば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、レゾルシノール、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなどのフェノール類のグリシジルエーテル、ブタンジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのアルコール類のグリシジルエーテルが挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、単独もしくは２種以上混合して用いることができる。
【００１６】
アクリルエラストマーは、水酸基を有するアクリレートとアクリルアミドとをモノマーとした共重合体であることが好ましい。特に、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとをモノマーとした共重合体であることが好ましい。アクリルエラストマーがジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとをモノマーとした共重合体であることにより、エポキシ樹脂に対する相溶性が向上し、後述するアライメントマークの認識性を向上させることができる。また、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとの配合比は、５：１〜３：１であることが好ましい。この範囲の配合比により、エポキシ樹脂に対する相溶性を向上させることができる。
【００１７】
アクリルエラストマーの配合量は、エポキシ樹脂１００質量部に対して２０〜４０質量部であることが好ましい。エポキシ樹脂１００質量部に対して２０〜４０質量部配合されることにより、後述のように接続信頼性を向上させることができる。なお、アクリルエラストマーは、その他のモノマーとして、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、アクリロニトリル、グリシジルメタクリレート等が配合されたランダム共重合体であってもよい。
【００１８】
ノボラック型フェノール系硬化剤としては、フェノール、アルキルフェノール等のフェノール類と、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド等のアルデヒド類とを反応させて得られるノボラック型フェノール樹脂、又はこれらの変性樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、単独もしくは２種以上混合して用いることができる。
【００１９】
ノボラック型フェノール系硬化剤の配合量は、エポキシ樹脂のエポキシ基１当量に対して０．７〜１．２当量が好ましい。エポキシ基１当量に対して、０．７当量に満たない場合、又は１．２当量を超える場合、いずれも硬化が不完全となり良好な硬化物性が得られない。
【００２０】
また、本実施の形態におけるエポキシ樹脂組成物においては、硬化促進剤を含有させてもよい。硬化促進剤の具体例としては、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、２−（ジメチルアミノメチル）フェノール、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等の第３級アミン類、トリフェニルホスフィン等のホスフィン類、オクチル酸スズ等の金属化合物等が挙げられる。また、硬化促進剤は、エポキシ樹脂１００重量部に対して０．１〜５．０質量部が必要に応じて配合される。
【００２１】
無機フィラーとしては、シリカ、タルク、酸化チタン、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム等が挙げられる。無機フィラーを含有させることにより、樹脂の流動を抑え、接続信頼性を向上させることができる。
【００２２】
無機フィラーの配合量は、エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満であることが好ましい。エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満配合されることにより、接続信頼性及び透明性を保つことができる。
【００２３】
また、本実施の形態におけるエポキシ樹脂組成物においては、シランカップリング剤を含有させてもよい。シランカップリング剤としては、エポキシ系シランカップリング剤が好ましく用いられる。これにより、エポキシ樹脂組成物の密着性及び接続信頼性を向上させることができる。
【００２４】
また、本実施の形態におけるエポキシ樹脂組成物においては、その他の成分として、チタネート類、有機樹脂フィラー等の各種添加剤を加えても構わない。
【００２５】
本実施形態におけるエポキシ樹脂組成物は、上述した各成分を均一に混合し、ＮＣＦ（Non-Conductive Film、絶縁性接着フィルム）に成型される。例えば、上述した各成分をトルエン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等の溶剤に溶解させ、剥離機能を有するフィルム、剥離機能を有する紙などの基材に塗布し、溶剤を揮発させることにより、ＮＣＦを得ることができる。
【００２６】
＜２．接合体の製造方法＞
次に、上述したエポキシ樹脂組成物からなるＮＣＦを用いた接合体の製造方法について説明する。具体例として示す接合体の製造方法は、ＮＣＦを用いてプリント基板上に高さの異なる電子部品を一括して実装する、いわゆるＥＢＳ（Elasticity Bonding System）工法と呼ばれるものである。
【００２７】
このＥＢＳ工法は、ＮＣＦをプリント基板上に貼付する貼付工程と、ＮＣＦ上に電子部品を仮搭載する仮搭載工程と、プリント基板全体を覆った熱圧着ヘッドにより押圧し、電子部品を本圧着させる本圧着工程とを有する。以下、各工程について説明する。
【００２８】
図１（Ａ）は、貼付工程におけるプリント基板１の上面図であり、図１（Ｂ）は、貼付工程におけるプリント基板１の側面図である。このプリント基板１の四隅には、電子部品を位置合わせするためのアライメントマーク１１ａ〜１１ｄが形成されている。また、プリント基板１の中央部から外周部に向かって半導体チップ３のバンプと接続される配線パターンが形成されている。
【００２９】
ＮＣＦ２は、図１（Ａ）に示すようにプリント基板１の実装領域に全面的に貼付される。このＮＣＦ２は、上述したエポキシ樹脂組成物から形成されているため、優れた透明性を有しており、アライメントマーク１１ａ〜１１ｄを認識することができる。
【００３０】
次に、アライメントマーク１１ａ〜１１ｄに基づいて、図２に示すように電子部品が表面実装機により所定の位置に仮搭載される。図２（Ａ）は、仮搭載工程におけるプリント基板１の上面図であり、図２（Ｂ）は、仮搭載工程におけるプリント基板１の側面図である。ここでは、図２（Ｂ）に示すように、高さの異なる半導体チップ３とコンデンサ４ａ〜４ｄが仮搭載される。
【００３１】
半導体チップ３は、配線パターンの電極上にバンプが配置されるようにプリント基板１の中央部に仮搭載され、コンデンサ４ａ〜４ｄは、アライメントマーク１１ａ〜１１ｄと半導体チップ３の四隅との間にそれぞれ仮搭載される。ここで、半導体チップ３のバンプとしては、針状のスタッドバンプ、バンプにはんだが配置されたはんだバンプ等を用いることができる。バンプにはんだが配置されたはんだバンプとしては、銅ピラー上にはんだキャップを設けたバンプを好適に用いることができる。また、プリント基板１上の電極としては、はんだがプリコートされた電極を用いることができる。
【００３２】
次いで、図３に示すように、熱圧着ヘッド２０を用いて半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４の本圧着を一括して行う。ここで、熱圧着ヘッド２０は、所定の金属からなるヘッド本体２１を有し、その内部に加熱用のヒーターが設けられている。また、ヘッド本体２１のプリント基板１と対向する押圧面に、プレート状の弾性エラストマーからなる圧着部材２２が取り付けられている。
【００３３】
圧着部材２２は、押圧面が水平となるように配置され、圧着部材２２の押圧面は、プリント基板１の実装領域上のＮＣＦ２の大きさに対応するように構成される。また、圧着部材２２の厚さは、各電気部品の頂部及び熱圧着時の接着剤のフィレット部分に対して最適の圧力で加圧する観点から、電気部品のうち最大の厚さを有するものと同等以上となるように設定することが好ましい。
【００３４】
また、圧着部材２２の弾性エラストマーの種類は特に限定されることはないが、接続信頼性を向上させる観点からは、ゴム硬度が４０以上８０以下のものを用いることが好ましい。ゴム硬度が４０未満の弾性エラストマーは、各電気部品に対する圧力が不十分で初期抵抗及び接続信頼性が劣ることがあり、ゴム硬度が８０より大きい弾性エラストマーは、フィレット部分に対する圧力が不十分で接着剤の結着樹脂にボイドが発生して接続信頼性が劣ることがある。なお、ゴム硬度は、ＪＩＳＳ６０５０に準拠する規格を適用するものとする。このような弾性エラストマーとしては、天然ゴム、合成ゴムのいずれも用いることができ、耐熱性、耐圧性の観点からは、シリコーンゴムを用いることが好ましい。
【００３５】
本圧着は、熱圧着ヘッド２０の押圧面を半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４ｄの頂部に押し付け、電気部品側を所定温度で加熱するとともに、プリント基板１側を電子部品側の所定温度より高い温度で加熱する。これにより、各電気部品の周囲のフィレット部に対して十分に加熱することができ、ボイドの発生を防止することができる。具体的には、圧着部材２２の温度が１００℃程度となるように熱圧着ヘッド２０のヒーターを制御し、ＮＣＦの結着樹脂の温度が２００℃程度になるように基台のヒーターを制御する。また、本圧着時の圧力は、各電気部品について、１個当たり１００Ｎ程度で１５秒程度とする。なお、ヒーターの設置場所は、熱圧着ヘッド２０側又はステージ側（基台）のいずれかに設置するようにしてもよい。
【００３６】
図４は、本圧着工程における半導体装置の状態を示す図である。この図４に示すように弾性エラストマーからなる圧着部材２２によって加圧を行うことによって、半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４ｄの頂部をガラス基板１に対して所定の圧力で押圧し、半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４ｄの側部の接着剤フィレット部を頂部に対する圧力より小さい圧力で押圧することができる。これにより、半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４ｄとプリント基板１の接続部分に対して十分な圧力を加えることができ、半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４ｄの周囲のフィレット部に対してもボイドが生じないように加圧することができる。
【００３７】
この結果、図５に示すように、高さの異なる半導体チップ３とコンデンサ４ａ〜４ｄが高密度に一括実装された半導体装置が得られる。このように、ＥＢＳ工法によれば、従来、半導体チップ３及びコンデンサ４ａ〜４ｄ毎に行っていた各実装工程（接着剤の配置、仮圧着、本圧着）を一度で行うことができるとともに、ＮＣＦ２を用いた接続信頼性を向上させることができる。特に、ＥＢＳ工法にて同一基板上の複数の半導体チップを一括実装する場合には、本実施の形態におけるＮＣＦ２によって、個々の半導体チップ間の硬化のバラツキが抑制されるため、優れた接続信頼性で高密度に実装することができる。
【００３８】
なお、上述した実施の形態では、電子部品を一括して実装するＥＢＳ工法について説明したが、これに限られることなく、本実施の形態におけるＮＣＦをフリップチップ接続に用いた場合も優れた接続信頼性を得ることができる。この場合、上述したＥＢＳ工法のように圧着前にＮＣＦをプリント基板に設置するのではなく、半導体チップにＮＣＦを貼り合わせることができる。
【００３９】
先ず、ダイジング工程にて、Ｓｉウェハなどの半導体チップが複数形成された半導体ウェハの回路面にＮＣＦを貼り合せた後、半導体チップを個片化し、回路面と同じ面積のＮＣＦが形成された半導体チップを製造する。本実施の形態におけるＮＣＦは、透明性に優れているため、アライメントマーク認識が容易となり、半導体チップを高品位に切り分けることができる。
【００４０】
その後、実装工程にて、ＮＣＦ付き半導体チップをプリント基板に実装する。具体的には、ダイジング工程にてＮＣＦが形成された半導体チップを含む複数の電子部品を仮搭載し、複数の電子部品を、上述したプリント基板全体を覆う弾性エラストマーからなる押圧面を有する熱圧着ヘッドにより押圧し、電子部品を本圧着させる。これにより、複数の電子部品を一括実装することができる。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の実施例について説明する。この実施例では、エポキシ樹脂組成物を配合し、樹脂組成物のアライメントマークの認識性、密着性、接続抵抗、信頼性試験後の接続抵抗等について評価した。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４２】
［実施例１］
ＥＡ（エチルアクリレート）−ＡＮ（アクリロニトリル）−ＧＭＡ（グリシジルメタクリレート）−ＤＭＭＡ（ジメチルアクリルアミド）−ＨＥＭＡ（ヒドロキシエチルメタクリレート）を主モノマーとするアクリルエラストマー（商品名 ＳＧ−８０Ｈ−３、ナガセケムテックス社製）２０質量部、エポキシ樹脂（商品名 エピコート１０３１Ｓ、ＪＥＲ社製、７０質量部＋商品名 エピコート６０４、ＪＥＲ社製、３０質量部）１００質量部、ノボラック型フェノール硬化剤（商品名 フェノライトＴＤ−２１３１、ＤＩＣ社製）７０質量部（当量配合）、硬化促進剤（商品名 ２Ｅ４ＭＺ、四国化成工業社製）２質量部、及び無機フィラー（商品名 ＲＹ２００、日本アエロジル社製）１０質量部を混練機にて混練し、エポキシ樹脂組成物を調製した。このエポキシ樹脂組成物にトルエンを加え、固形成分濃度を５０％とした樹脂溶液を作製した。この樹脂溶液を剥離処理された剥離フィルム（ＰＥＴ：ポリエチレンテレフタラート）上にバーコーターを用いて塗布し、８０℃のオーブンに入れてトルエンを乾燥させ、厚さ２５μｍのＮＣＦを得た。この厚さ２５μｍのＮＣＦを２層に貼り合せ。厚さ５０μｍの実施例１のＮＣＦを得た。表１に実施例１のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００４３】
［実施例２］
無機フィラー（商品名 ＲＹ２００、日本アエロジル社製）を５質量部とした以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製し、実施例２のＮＣＦを得た。表１に実施例２のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００４４】
［実施例３］
ＥＡ（エチルアクリレート）−ＡＮ（アクリロニトリル）−ＧＭＡ（グリシジルメタクリレート）−ＤＭＭＡ（ジメチルアクリルアミド）−ＨＥＭＡ（ヒドロキシエチルメタクリレート）を主モノマーとするアクリルエラストマー（商品名 ＳＧ−８０Ｈ−３、ナガセケムテックス社製）を３０質量部とした以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製し、実施例３のＮＣＦを得た。表１に実施例３のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００４５】
［実施例４］
ＥＡ（エチルアクリレート）−ＡＮ（アクリロニトリル）−ＧＭＡ（グリシジルメタクリレート）−ＤＭＭＡ（ジメチルアクリルアミド）−ＨＥＭＡ（ヒドロキシエチルメタクリレート）を主モノマーとするアクリルエラストマー（商品名 ＳＧ−８０Ｈ−３、ナガセケムテックス社製）を４０質量部とした以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製し、実施例４のＮＣＦを得た。表１に実施例４のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００４６】
［実施例５］
エポキシ系シランカップリング剤（商品名 Ａ１８７、モンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製）をさらに配合した以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製し、実施例５のＮＣＦを得た。表１に実施例５のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００４７】
［比較例１］
ノボラック型フェノール硬化剤の代わりに、イミダゾール系硬化剤（カプセル化イミダゾール）（商品名 ノバキュアＨＰ３９４１、旭化成ケミカルズ社製）を７０質量部配合し、硬化促進剤を配合しなかった以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製し、比較例１のＮＣＦを得た。表１に比較例１のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００４８】
［比較例２］
ＢＡ（ブチルアクリレート）−ＥＡ（エチルアクリレート）−ＡＮ（アクリロニトリル）−ＧＭＡ（グリシジルメタクリレート）を主モノマーとするアクリルエラストマーを２０質量部とした以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製し、比較例２のＮＣＦを得た。表１に比較例２のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００４９】
［比較例３］
アクリルエラストマーの代わりに、フェノキシ樹脂（商品名 ＹＰ５０、東都化成工業社製）を配合した以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製し、比較例３のＮＣＦを得た。表１に比較例３のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００５０】
［比較例４］
無機フィラーを配合しなかった以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製し、比較例４のＮＣＦを得た。表１に比較例４のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００５１】
［比較例５］
無機フィラー（商品名 ＲＹ２００、日本アエロジル社製）を２０質量部配合した以外は、実施例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調製し、比較例５のＮＣＦを得た。表１に比較例５のＮＣＦを構成するエポキシ樹脂組成物の配合を示す。
【００５２】
［アライメントマークの認識性］
図６に示すように、プリント基板１上にＮＣＦ２として実施例１〜５、及び比較例１〜５のいずれかのＮＣＦを配置し、カメラ２３にてφ３００μｍのアライメントマーク１１を１０ｍｍの距離から撮像した。
【００５３】
表１にアライメントマークの認識性の評価結果を示す。この表１において、撮像画像のアライメントマーク１１の認識率が９５％以上のＮＣＦを○とし、認識率が９５％未満のＮＣＦを×とした。
【００５４】
［密着性］
ＮＣＦ２を用いてプリント基板１上に半導体チップ３を実装させた。ＮＣＦ２として実施例１〜５、及び比較例１〜５のいずれかのＮＣＦを用いた。また、プリント基板１には、厚さ２５μｍのポリイミドフィルムを用い、半導体チップ３には、金スタッドバンプが形成された縦６．３ｍｍ、横６．３ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのサイズのものを用いた。
【００５５】
図７に示すように、接合体をガラス基材２５上にエポキシ系接着剤２４を用いて固定し、ポリイミドフィルムを３０ｍｍ／ｍｉｎの速度で引っ張り、ＮＣＦの接着強度（Ｎ／ｃｍ）を測定した。
【００５６】
表１に密着性の評価結果を示す。この表１において、接着強度が５Ｎ／ｃｍ以上のＮＣＦを◎、５Ｎ／ｃｍ未満１Ｎ／ｃｍ以上のＮＣＦを○、１Ｎ／ｃｍ未満のＮＣＦを×とした。
【００５７】
［初期接続抵抗］
ＮＣＦ２を用いてプリント基板１上に半導体チップ３を実装させた。ＮＣＦ２として実施例１〜５、及び比較例１〜５のいずれかのＮＣＦを用いた。
【００５８】
図８に示すように、接合体についてプリント基板１と半導体チップ３の初期接続抵抗を抵抗測定器２６により測定した。
【００５９】
表１に接続抵抗の評価結果を示す。この表１において、初期接続抵抗が１０ｍΩ以下のＮＣＦを○とし、初期接続抵抗が１０ｍΩを超えるＮＣＦを×とした。
【００６０】
［信頼性試験後の接続抵抗］
ＮＣＦ２を用いてプリント基板１上に半導体チップ３を実装させた。ＮＣＦ２として実施例１〜５、及び比較例１〜５のいずれかのＮＣＦを用いた。具体的には、ＮＣＦをプリント配線板の電極上に配置し、ＥＢＳを用いて加熱押圧（２４０℃、４０秒、１０ｋｇ／半導体チップ、ステージ加熱）し、プリント基板上に半導体チップを実装させた。ＥＢＳの弾性材として、ゴム硬度４０のシリコーンゴムを用いた。
【００６１】
この接合体にＰＣＴ（プレッシャークッカーテスト：１２１℃×飽和（１００％ＲＨ）×９６ｈ）及びＴＣＴ（冷熱サイクルテスト：−５５℃〜１２５℃×７００cycle）を行った後、図８に示すように接続抵抗を測定し、初期接続抵抗と比較した。
【００６２】
表１に信頼性試験後の接続抵抗の評価結果を示す。この表１において、初期接続抵抗と信頼性試験後の接続抵抗と抵抗値の変化が２ｍΩ以下のＮＣＦを◎、抵抗値の変化が２ｍΩを超え５ｍΩ以下のＮＣＦを○、抵抗値の変化が５ｍΩを超え１０ｍΩ以下のＮＣＦを△、抵抗値の変化が１０ｍΩを超えるＮＣＦを×とした。
【００６３】
【表１】
【００６４】
［評価結果］
表１に示す評価結果より、ノボラック型フェノール硬化剤を用いた実施例１は、イミダゾール系硬化剤を用いた比較例１に比べ、密着性及び信頼性試験後の接続抵抗が良好であった。これは、ノボラック型フェノール硬化剤は、イミダゾール系硬化剤に比べて開始反応（硬化剤がエポキシ環にアタックする挙動）が緩慢で、硬化挙動のバラツキが比較的少ないためであると考えられる。
【００６５】
また、アクリルエラストマーとして、ジメチルアクリルアミド（ＤＭＭＡ）とヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）とを含むＥＡ−ＡＮ−ＧＭＡ−ＤＭＭＡ−ＨＥＭＡランダム共重合体を使用した実施例１〜５は、ＢＡ−ＥＡ−ＡＮ−ＧＭＡランダム共重合体を使用した比較例２に比べ、エポキシ樹脂に対する相溶性が高く、アライメントマークの認識性が良好であった。
【００６６】
また、図９は、実施例１及び比較例３のＮＣＦの透過率の測定結果（３５μｍ厚換算）を示すグラフである。表１に示すように両者ともアライメントマークの認識性は良好であるが、ＥＡ−ＡＮ−ＧＭＡ−ＤＭＭＡ−ＨＥＭＡランダム共重合体を使用した実施例１のＮＣＦは、短波長の光に対しても高い透過率示すことが分かった。
【００６７】
また、図１０は、実施例１及び比較例３のＮＣＦの初期接続抵抗及び湿熱リフロー後の接続抵抗を示すグラフである。このグラフから分かるように、フェノキシ樹脂を用いた比較例３は、湿熱リフロー後も１０ｍΩ以下の接続抵抗を得ることができなかった。
【００６８】
すなわち、ＥＡ−ＡＮ−ＧＭＡ−ＤＭＭＡ−ＨＥＭＡランダム共重合体を用いることにより、優れたアライメントマークの認識性、密着性、及び接続信頼性が得られることが分かった。
【００６９】
また、アクリルエラストマーは、実施例３、４のようにエポキシ樹脂に対する含有量を増加させると、信頼性試験後の接続抵抗が高くなることが分かった。すなわち、アクリルエラストマーは、エポキシ樹脂１００質量部に対し、２０〜４０質量部含有されていることにより、優れたアライメントマークの認識性、密着性、及び接続信頼性が得られることが分かった。
【００７０】
無機フィラーが含有されていない比較例４は、信頼性試験後の接続抵抗が不良となり、無機フィラーがエポキシ樹脂１００質量部に対して２０質量部含有されている比較例５は、樹脂自体の透明性が低下し、アライメントマークの認識性が不良となった。すなわち、実施例１〜５のように無機フィラーがエポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満含有されていることにより、良好なアライメントマークの認識性、密着性、及び接続信頼性が得られることが分かった。
【００７１】
また、実施例５のようにエポキシ系シランカップリング剤を添加することにより、密着性、信頼性試験後の接続抵抗がさらに良好になることが分かった。
【００７２】
また、実施例１〜５において使用した金スタッドバンプが形成されたＩＣチップに代えて、銅ピラー上にはんだキャップを設けたバンプが形成されたＩＣチップ（Cu piller/Sn2.5Agのバンプ構造を有するＩＣチップ）を使用した場合も、良好な接続信頼性を示すことが分かった。
【符号の説明】
【００７３】
１ プリント基板、２ ＮＣＦ、３ 半導体チップ、４ａ〜４ｄ コンデンサ、１１ａ〜１１ｄ アライメントマーク、２０ 熱圧着ヘッド、２１ ヘッド本体、２２ 圧着部材、２３ カメラ、２４ エポキシ系接着剤、２５ ガラス基材、２６ 抵抗測定器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノボラック型フェノール系硬化剤と、アクリルエラストマーと、エポキシ樹脂と、無機フィラーとを含有するエポキシ樹脂組成物であって、
前記アクリルエラストマーは、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体からなり、
前記無機フィラーは、前記エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満含有されているエポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
前記アクリルエラストマーは、前記エポキシ樹脂１００質量部に対し、２０〜４０質量部含有されている請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
エポキシ系シランカップリング剤をさらに含有する請求項１又は２記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
前記アクリルエラストマーは、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとの配合比が、５：１〜３：１である請求項１又は２記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
ノボラック型フェノール系硬化剤と、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体からなるアクリルエラストマーと、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満配合された無機フィラーとを含有するエポキシ樹脂組成物をプリント基板上にシート状に貼付する貼付工程と、
前記エポキシ樹脂組成物上に電子部品を仮搭載する仮搭載工程と、
前記電子部品を熱圧着ヘッドにより押圧し、該電子部品を本圧着させる本圧着工程と
を有する接合体の製造方法。
【請求項６】
前記アクリルエラストマーは、前記エポキシ樹脂１００質量部に対し、２０〜４０質量部含有されている請求項５記載の接合体の製造方法。
【請求項７】
前記電子部品は、半導体チップである請求項５又は６記載の接合体の製造方法。
【請求項８】
前記熱圧着ヘッドは、前記プリント基板全体を覆う弾性エラストマーからなる押圧面を有し、
前記仮搭載工程では、前記プリント基板上に高さの異なる電子部品が複数配置され、
前記本圧着工程では、前記複数の電子部品を前記押圧面で押圧し、前記複数の電子部品を一括実装する請求項５又は６記載の接合体の製造方法。
【請求項９】
ノボラック型フェノール系硬化剤と、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体からなるアクリルエラストマーと、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満配合された無機フィラーとを含有するエポキシ樹脂組成物により、電子部品とプリント基板とが接合された接合体。
【請求項１０】
前記アクリルエラストマーは、前記エポキシ樹脂１００質量部に対し、２０〜４０質量部含有されている請求項９記載の接合体。
【請求項１１】
ノボラック型フェノール系硬化剤と、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体からなるアクリルエラストマーと、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満配合された無機フィラーとを含有するエポキシ樹脂組成物を、半導体チップが複数形成された半導体ウェハの回路面にシート状に貼付した後、半導体チップを個片化するダイジング工程と、
前記エポキシ樹脂組成物がシート状に貼付された半導体チップをプリント基板に実装する実装工程と
を有する接合体の製造方法。
【請求項１２】
前記実装工程では、前記エポキシ樹脂組成物が添付された半導体チップを含む複数の電子部品を仮搭載し、前記複数の電子部品を、前記プリント基板全体を覆う弾性エラストマーからなる押圧面を有する熱圧着ヘッドにより押圧し、該電子部品を本圧着させる請求項１１記載の接合体の製造方法。
【請求項１】
ノボラック型フェノール系硬化剤と、アクリルエラストマーと、エポキシ樹脂と、無機フィラーとを含有するエポキシ樹脂組成物であって、
前記アクリルエラストマーは、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体からなり、
前記無機フィラーは、前記エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満含有されているエポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
前記アクリルエラストマーは、前記エポキシ樹脂１００質量部に対し、２０〜４０質量部含有されている請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
エポキシ系シランカップリング剤をさらに含有する請求項１又は２記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
前記アクリルエラストマーは、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとの配合比が、５：１〜３：１である請求項１又は２記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
ノボラック型フェノール系硬化剤と、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体からなるアクリルエラストマーと、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満配合された無機フィラーとを含有するエポキシ樹脂組成物をプリント基板上にシート状に貼付する貼付工程と、
前記エポキシ樹脂組成物上に電子部品を仮搭載する仮搭載工程と、
前記電子部品を熱圧着ヘッドにより押圧し、該電子部品を本圧着させる本圧着工程と
を有する接合体の製造方法。
【請求項６】
前記アクリルエラストマーは、前記エポキシ樹脂１００質量部に対し、２０〜４０質量部含有されている請求項５記載の接合体の製造方法。
【請求項７】
前記電子部品は、半導体チップである請求項５又は６記載の接合体の製造方法。
【請求項８】
前記熱圧着ヘッドは、前記プリント基板全体を覆う弾性エラストマーからなる押圧面を有し、
前記仮搭載工程では、前記プリント基板上に高さの異なる電子部品が複数配置され、
前記本圧着工程では、前記複数の電子部品を前記押圧面で押圧し、前記複数の電子部品を一括実装する請求項５又は６記載の接合体の製造方法。
【請求項９】
ノボラック型フェノール系硬化剤と、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体からなるアクリルエラストマーと、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満配合された無機フィラーとを含有するエポキシ樹脂組成物により、電子部品とプリント基板とが接合された接合体。
【請求項１０】
前記アクリルエラストマーは、前記エポキシ樹脂１００質量部に対し、２０〜４０質量部含有されている請求項９記載の接合体。
【請求項１１】
ノボラック型フェノール系硬化剤と、ジメチルアクリルアミドとヒドロキシエチルメタクリレートとを含む共重合体からなるアクリルエラストマーと、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂１００質量部に対して５質量部以上２０質量部未満配合された無機フィラーとを含有するエポキシ樹脂組成物を、半導体チップが複数形成された半導体ウェハの回路面にシート状に貼付した後、半導体チップを個片化するダイジング工程と、
前記エポキシ樹脂組成物がシート状に貼付された半導体チップをプリント基板に実装する実装工程と
を有する接合体の製造方法。
【請求項１２】
前記実装工程では、前記エポキシ樹脂組成物が添付された半導体チップを含む複数の電子部品を仮搭載し、前記複数の電子部品を、前記プリント基板全体を覆う弾性エラストマーからなる押圧面を有する熱圧着ヘッドにより押圧し、該電子部品を本圧着させる請求項１１記載の接合体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−４６７１５（Ｐ２０１２−４６７１５Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６９４２１（Ｐ２０１０−２６９４２１）
【出願日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【出願人】（０００１０８４１０）ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 (595)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【出願人】（０００１０８４１０）ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 (595)
【Ｆターム（参考）】
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