フリップチップ実装用封止剤及び半導体チップ実装体の製造方法
【課題】ディスペンス性に優れ、電極接合を良好に行って信頼性の高い半導体チップ実装体を製造することのできるフリップチップ実装用封止剤を提供する。また、該フリップチップ実装用封止剤を用いた半導体チップ実装体の製造方法を提供する。
【解決手段】エポキシ化合物、エポキシ硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤及び粘度調整剤を含有し、前記粘度調整剤は、熱可塑性樹脂粒子又は反応性モノマーであり、２５℃でＥ型粘度計を用いて測定した粘度が１０〜２００Ｐａ・ｓであり、１５０℃でレオメーターを用いて測定した溶融粘度が１００〜１００００Ｐａ・ｓであるフリップチップ実装用封止剤。
【解決手段】エポキシ化合物、エポキシ硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤及び粘度調整剤を含有し、前記粘度調整剤は、熱可塑性樹脂粒子又は反応性モノマーであり、２５℃でＥ型粘度計を用いて測定した粘度が１０〜２００Ｐａ・ｓであり、１５０℃でレオメーターを用いて測定した溶融粘度が１００〜１００００Ｐａ・ｓであるフリップチップ実装用封止剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスペンス性に優れ、電極接合を良好に行って信頼性の高い半導体チップ実装体を製造することのできるフリップチップ実装用封止剤に関する。また、本発明は、該フリップチップ実装用封止剤を用いた半導体チップ実装体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ますます進展する半導体装置の小型化、高集積化に対応するために、半田等からなる突起状電極（バンプ）を有する半導体チップを用いたフリップチップ実装が多用されている。
フリップチップ実装においては、一般的に、半導体チップの突起状電極と、基板又は他の半導体チップの電極部とを接合させた後、アンダーフィルを注入して樹脂封止を行う方法が用いられている。また、電極接合の後にアンダーフィルを注入するのではなく、基板又は半導体チップに予め封止剤を供給しておき、電極接合と樹脂封止とを同時に行う方法も検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、半田の融点よりも低い温度のリフロー予備加熱と、半田の融点よりも高い温度のリフロー本加熱とにより半導体素子と配線回路基板とを接合封止する方法が記載されており、液状封止樹脂組成物の粘弾性測定における粘度が、リフロー予備加熱時に低下し、リフロー予備加熱時の温度範囲で１Ｐａ・ｓ以下で、リフロー本加熱時のピーク温度でのゲルタイムが３０ｓ以下であることが記載されている。
【０００４】
特許文献１に記載の方法においては、予備加熱時には液状封止樹脂組成物が十分に低粘度を保持し、半導体素子の自重のみで半導体素子の接続用電極部と配線回路基板が接触する。そして、その後、本加熱温度に昇温する間に接続用電極部を溶融させるとともに、その後３０秒以内に液状封止樹脂組成物が硬化する。
このような方法によれば、半導体チップの自重のみで樹脂排除を行うことができ、ボイドレスで高接続信頼性を有する半導体チップ実装体を製造することができる。しかしながら、このような方法では、例えば、封止剤のはみ出した部分、いわゆるフィレットの形状崩れが生じたり、溶融した電極材料が流れて隣接する電極部分に接触したりする問題があり、充分な信頼性を有する半導体チップ実装体を得ることは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９６８８６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、ディスペンス性に優れ、電極接合を良好に行って信頼性の高い半導体チップ実装体を製造することのできるフリップチップ実装用封止剤を提供することを目的とする。また、本発明は、該フリップチップ実装用封止剤を用いた半導体チップ実装体の製造方法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、エポキシ化合物、エポキシ硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤及び粘度調整剤を含有し、前記粘度調整剤は、熱可塑性樹脂粒子又は反応性モノマーであり、２５℃でＥ型粘度計を用いて測定した粘度が１０〜２００Ｐａ・ｓであり、１５０℃でレオメーターを用いて測定した溶融粘度が１００〜１００００Ｐａ・ｓであるフリップチップ実装用封止剤である。
以下、本発明を詳述する。
【０００８】
充分な信頼性を有する半導体チップ実装体を得るためには、例えば、封止剤のディスペンスを良好に行い、封止領域に封止剤を充分に充填して、良好なフィレットを形成することが必要である。一方で、半導体チップ上部への封止剤の這い上がりを抑制する必要もある。また、溶融した電極材料が流れて隣接する電極部分に接触すること、電極間に封止剤を噛み込んでしまうこと等を防ぐ必要もある。
本発明者は、これらの問題を解決するためには、電極接合と樹脂封止とを行う際（ボンディング時）の封止剤の粘度を制御することが重要であると考えた。ボンディング時の封止剤の粘度が低すぎると、封止領域に封止剤を充分に充填することはできるが、フィレットの形状崩れが生じたり、溶融した電極材料が流れて隣接する電極部分に接触したりしてしまう。ボンディング時の封止剤の粘度が高すぎると、封止剤の充填が不充分となったり、半導体チップ上部への封止剤の這い上がりが生じたり、電極間に封止剤を噛み込んだりしてしまう。
【０００９】
しかしながら、一般的に封止剤に用いられるエポキシ化合物の硬化系では、２００〜３００℃程度のボンディング時の温度にまで昇温する過程で封止剤の硬化反応が進行してしまうため、ボンディング時の封止剤の粘度を直接測定し、制御することは難しい。
このような問題に対し、本発明者は、エポキシ化合物を含有する封止剤に対して、ボンディング時の温度よりも低い温度においてエポキシ化合物の硬化系とは別の機構によって封止剤の粘度を上昇させる粘度調整剤を添加することにより、１５０℃での封止剤の溶融粘度を制御することができ、その結果、直接測定することはできないながらもボンディング時の封止剤の粘度を制御し、信頼性の高い半導体チップ実装体を製造できることを見出した。
即ち、本発明者は、エポキシ化合物、エポキシ硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤及び粘度調整剤を含有し、粘度調整剤が熱可塑性樹脂粒子又は反応性モノマーであり、２５℃での粘度と１５０℃での溶融粘度とが所定範囲内であるフリップチップ実装用封止剤は、ディスペンス性に優れ、電極接合を良好に行って信頼性の高い半導体チップ実装体を製造できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
本発明のフリップチップ実装用封止剤は、エポキシ化合物、エポキシ硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤及び粘度調整剤を含有する。
上記エポキシ化合物として、例えば、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビスフェノールＡＤ型、ビスフェノールＳ型等のビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型等のノボラック型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、トリスフェノールメタントリグリシジルエーテル等の芳香族エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ポリエーテル変性エポキシ樹脂、ＮＢＲ変性エポキシ樹脂、ＣＴＢＮ変性エポキシ樹脂、及び、これらの水添化物等が挙げられる。なかでも、粘度の低いフリップチップ実装用封止剤が得られることから、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、ポリエーテル変性エポキシ樹脂が好ましい。
【００１１】
上記ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のうち、市販品として、例えば、ＥＸＡ−８３０−ＬＶＰ、ＥＸＡ−８３０−ＣＲＰ（以上、ＤＩＣ社製）等が挙げられる。また、上記レゾルシノール型エポキシ樹脂のうち、市販品として、例えば、ＥＸ−２０１（ナガセケムテックス社製）等が挙げられる。また、上記ポリエーテル変性エポキシ樹脂のうち、市販品として、例えば、ＥＸ−９３１（ナガセケムテックス社製）、ＥＸＡ−４８５０−１５０（ＤＩＣ社製）、ＥＰ−４００５（アデカ社製）等が挙げられる。
【００１２】
上記エポキシ硬化剤は、従来公知のエポキシ硬化剤を上記エポキシ化合物に合わせて適宜選択することができ、例えば、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸等の加熱硬化型酸無水物系硬化剤、フェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、ジシアンジアミド等の潜在性硬化剤、カチオン系触媒型硬化剤等が挙げられる。これらの硬化剤は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１３】
上記エポキシ硬化剤の含有量は、上記エポキシ化合物の官能基と等量反応するエポキシ硬化剤を用いる場合、上記エポキシ化合物の官能基量に対して、０．６〜１．０当量であることが好ましい。また、触媒として機能するエポキシ硬化剤を用いる場合、上記エポキシ硬化剤の含有量は、エポキシ化合物１００重量部に対して好ましい下限が１重量部、好ましい上限が２０重量部である。
【００１４】
また、上記エポキシ硬化剤の含有量は、上記エポキシ化合物中のエポキシ基に対して理論的に必要な当量以下とすることが好ましい。上記エポキシ硬化剤の含有量が理論的に必要な当量を超えると、フリップチップ実装用封止剤を硬化して得られる硬化物から、水分によって塩素イオンが溶出しやすくなることがある。即ち、エポキシ硬化剤が過剰であると、例えば、得られるフリップチップ実装用封止剤の硬化物から熱水で溶出成分を抽出した際に、抽出水のｐＨが４〜５程度となるため、エポキシ化合物から塩素イオンが多量溶出することがある。従って、得られるフリップチップ実装用封止剤の硬化物１ｇを、１００℃の純水１０ｇで２時間浸した後の純水のｐＨが６〜８であることが好ましく、ｐＨが６．５〜７．５であることがより好ましい。
【００１５】
上記硬化促進剤として、例えば、イミダゾール系硬化促進剤、３級アミン系硬化促進剤等が挙げられる。なかでも、硬化速度、硬化物の物性等の調整をするための反応系の制御をしやすいことから、イミダゾール系硬化促進剤が好ましい。これらの硬化促進剤は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１６】
上記イミダゾール系硬化促進剤として、例えば、イミダゾールの１位をシアノエチル基で保護した１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、イソシアヌル酸で塩基性を保護したイミダゾール系硬化促進剤（商品名「２ＭＡ−ＯＫ」、四国化成工業社製）、２ＭＺ、２ＭＺ−Ｐ、２ＰＺ、２ＰＺ−ＰＷ、２Ｐ４ＭＺ、Ｃ１１Ｚ−ＣＮＳ、２ＰＺ−ＣＮＳ、２ＰＺＣＮＳ−ＰＷ、２ＭＺ−Ａ、２ＭＺＡ−ＰＷ、Ｃ１１Ｚ−Ａ、２Ｅ４ＭＺ−Ａ、２ＭＡＯＫ−ＰＷ、２ＰＺ−ＯＫ、２ＭＺ−ＯＫ、２ＰＨＺ、２ＰＨＺ−ＰＷ、２Ｐ４ＭＨＺ、２Ｐ４ＭＨＺ−ＰＷ、２Ｅ４ＭＺ・ＢＩＳ、ＶＴ、ＶＴ−ＯＫ、ＭＡＶＴ、ＭＡＶＴ−ＯＫ（以上、四国化成工業社製）等が挙げられる。これらのイミダゾール系硬化促進剤は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１７】
上記硬化促進剤の含有量は、エポキシ化合物１００重量部に対して好ましい下限が１重量部、好ましい上限が１０重量部である。
【００１８】
上記無機充填剤は、表面処理されたシリカフィラーであることが好ましい。上記表面処理されたシリカフィラーは、フェニルシランカップリング剤で表面処理されたシリカフィラーが好ましい。
上記無機充填剤の含有量は、エポキシ化合物１００重量部に対し、好ましい下限が３０重量部、好ましい上限が４００重量部である。含有量が３０重量部未満であると、フリップチップ実装用封止剤が充分な信頼性を保持することができないことがある。含有量が４００重量部を超えると、フリップチップ実装用封止剤の粘度が高くなりすぎて、ディスペンス性が低下することがある。
【００１９】
上記粘度調整剤は、ボンディング時の温度よりも低い温度において、上記エポキシ化合物の硬化系とは別の機構によってフリップチップ実装用封止剤の粘度を上昇させる成分である。このような粘度調整剤を配合することにより、１５０℃でのフリップチップ実装用封止剤の溶融粘度を制御することができ、その結果、直接測定することはできないながらもボンディング時のフリップチップ実装用封止剤の粘度を制御し、信頼性の高い半導体チップ実装体を製造することができる。
上記粘度調整剤がフリップチップ実装用封止剤の粘度を上昇させる温度としては、フリップチップ実装において半導体チップの突起状電極を基板の電極部と接触させるプレヒート工程における温度であることが好ましく、具体的には、８０〜１８０℃程度であることが好ましい。
【００２０】
上記粘度調整剤は、熱可塑性樹脂粒子又は反応性モノマーである。
上記熱可塑性樹脂粒子は、ボンディング時の温度よりも低い温度において、溶融することにより、フリップチップ実装用封止剤の粘度を上昇させる。上記反応性モノマーは、ボンディング時の温度よりも低い温度において、重合することにより、フリップチップ実装用封止剤の粘度を上昇させる。
【００２１】
上記熱可塑性樹脂粒子は、ガラス転移温度が７０〜１８０℃のポリマーからなる熱可塑性樹脂粒子であることが好ましい。ガラス転移温度が７０℃未満であると、フリップチップ実装用封止剤のボンディング時のポットライフが短くなることがある。ガラス転移温度が１８０℃を超えると、熱可塑性樹脂粒子による期待する粘度上昇が達成できず、フィレットの形状崩れが生じたり、溶融した電極材料が流れて隣接する電極部分に接触したりすることがある。
このような熱可塑性樹脂粒子として、例えば、アクリル樹脂、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエステル樹脂、エチレンアクリレート共重合体、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ブタジエンゴム−スチレン共重合体、フェノキシ樹脂等からなる熱可塑性樹脂粒子等が挙げられる。
【００２２】
上記熱可塑性樹脂粒子のうち、市販品として、アクリルポリマーフィラーであるＪＦ００１ＪＦ−００３、ＫＰ０９２９、ＫＰ０９３０（以上、三菱レイヨン社製）が好ましい。
【００２３】
上記粘度調整剤が上記熱可塑性樹脂粒子である場合、上記粘度調整剤の含有量は、エポキシ化合物１００重量部に対する好ましい下限が５重量部、好ましい上限が２０重量部である。含有量が５重量部未満であると、熱可塑性樹脂粒子による期待する粘度上昇が達成できないことがある。含有量が２０重量部を超えると、熱可塑性樹脂粒子により粘度が上昇しすぎることがある。含有量のより好ましい下限は１０重量部、より好ましい上限は１５重量部である。
【００２４】
上記反応性モノマーは、アクリルモノマー、メタクリルモノマー、マレイミド、アリルモノマー及びビニルモノマーからなる群より選択される少なくとも１つの反応性モノマーであることが好ましい。
上記反応性モノマーのうち、市販品として、例えば、ＤＰＣＡ−１２０、ＤＰＣＡ−６０、ＤＰＨＡ（以上、日本化薬社製）等が挙げられる。
【００２５】
上記粘度調整剤が上記反応性モノマーである場合、上記粘度調整剤の含有量は、エポキシ化合物１００重量部に対する好ましい下限が２０重量部、好ましい上限が６０重量部である。含有量が２０重量部未満であると、反応性モノマーによる期待する粘度上昇が達成できないことがある。含有量が６０重量部を超えると、反応性モノマーにより粘度が上昇しすぎることがある。含有量のより好ましい下限は３０重量部、より好ましい上限は５０重量部である。
【００２６】
上記粘度調整剤が上記反応性モノマーである場合、本発明のフリップチップ実装用封止剤は、半減期温度（１時間）が６０〜１２０℃のラジカル重合開始剤を含有することが好ましい。
上記ラジカル重合開始剤として、例えば、パーオキサイド、アゾ系開始剤等が挙げられる。上記ラジカル開始剤のうち、市販品として、例えば、パーヘキシルＰＶ、パーブチルＰＶ、パーオクタＯ、パーブチルＯ、パーヘキサＨＣ、パーテトラＡ（以上、日油社製）、Ｖ−４０、Ｖ−５９（以上、和光純薬工業社製）等が挙げられる。
【００２７】
本発明のフリップチップ実装用封止剤は、必要に応じて、チキソトロピー付与剤、溶媒、無機イオン交換体、ブリード防止剤、イミダゾールシランカップリング剤等の接着性付与剤等のその他の添加剤を含有してもよい。
【００２８】
本発明のフリップチップ実装用封止剤は、２５℃でＥ型粘度計を用いて測定した粘度が１０〜２００Ｐａ・ｓである。このような粘度とすることにより、フリップチップ実装用封止剤のディスペンス性を高めることができる。
粘度が１０Ｐａ・ｓ未満であると、フリップチップ実装用封止剤はディスペンス後に形状保持性に欠ける。粘度が２００Ｐａ・ｓを超えると、ディスペンサを用いてフリップチップ実装用封止剤をディスペンスする場合に糸引き等が生じ、吐出安定性に欠ける。粘度の好ましい下限は２０Ｐａ・ｓ、好ましい上限は１００Ｐａ・ｓであり、より好ましい下限は２５Ｐａ・ｓ、より好ましい上限は５０Ｐａ・ｓである。
【００２９】
本発明のフリップチップ実装用封止剤は、１５０℃でレオメーターを用いて測定した溶融粘度が１００〜１００００Ｐａ・ｓである。このような溶融粘度とすることにより、ボンディング時のフリップチップ実装用封止剤の流動特性を制御することができる。
溶融粘度が１００Ｐａ・ｓ未満であると、ボンディング時のフリップチップ実装用封止剤の粘度が低くなりすぎ、フィレットの形状崩れが生じたり、溶融した電極材料が流れて隣接する電極部分に接触したりしてしまう。溶融粘度が１００００Ｐａ・ｓを超えると、ボンディング時のフリップチップ実装用封止剤の粘度が高くなりすぎ、フリップチップ実装用封止剤の充填が不充分となったり、半導体チップ上部へのフリップチップ実装用封止剤の這い上がりが生じたり、電極間にフリップチップ実装用封止剤を噛み込んだりしてしまう。溶融粘度の好ましい下限は１５０Ｐａ・ｓ、好ましい上限は５０００Ｐａ・ｓであり、より好ましい下限は２００Ｐａ・ｓ、より好ましい上限は１０００Ｐａ・ｓである。
【００３０】
上述のような粘度挙動は、各配合成分、特に粘度調整剤の種類及び量を調整したり、無機充填剤の平均粒子径及び表面処理の種類を調整したりすることで達成できるが、更に、レベリング剤等を適宜添加してもよい。
【００３１】
本発明のフリップチップ実装用封止剤は２４０℃でのゲルタイムが５〜３０秒であることが好ましい。このようなゲルタイムとすることにより、フリップチップ実装用封止剤のボンディング時のポットライフを長くすることができ、基板又は半導体チップに予めフリップチップ実装用封止剤を供給しておく半導体チップ実装体の製造方法（先塗布工法）における選択の幅を広げることができる。
ゲルタイムが５秒未満であると、フリップチップ実装用封止剤のボンディング時のポットライフが短くなり、実装不良を起こすことがある。ゲルタイムが３０秒を超えると、フリップチップ実装用封止剤の硬化物の物性が悪くなったり、半導体チップ実装体の生産効率が低下したりすることがある。ゲルタイムのより好ましい下限は６秒、より好ましい上限は１５秒である。
なお、２４０℃でのゲルタイムは、ＪＩＳ Ｃ２１６１ Ｂに準拠して測定することができる。
【００３２】
本発明のフリップチップ実装用封止剤を製造する方法として、例えば、エポキシ化合物、エポキシ硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤及び粘度調整剤に、必要に応じてその他の添加剤を所定量配合して混合する方法が挙げられる。
上記混合の方法として、例えば、ホモディスパー、万能ミキサー、バンバリーミキサー、ニーダー等を使用する方法が挙げられる。
【００３３】
本発明のフリップチップ実装用封止剤を、電極部を有する基板上に１２０℃以下でディスペンスするディスペンス工程と、半導体チップの突起状電極を、前記ディスペンス工程におけるディスペンス温度より高く、かつ、１２０〜１８０℃に加熱しながら本発明のフリップチップ実装用封止剤を介して前記基板の電極部と接触させるプレヒート工程と、前記半導体チップの突起状電極を、２００〜３２０℃に加熱して前記基板の電極部と接合する接続工程と、本発明のフリップチップ実装用封止剤を完全に硬化させる硬化工程とを有する半導体チップ実装体の製造方法もまた、本発明の１つである。
【００３４】
本発明の半導体チップ実装体の製造方法では、まず、本発明のフリップチップ実装用封止剤を、電極部を有する基板上に１２０℃以下でディスペンスするディスペンス工程を行う。
ディスペンスする温度が１２０℃を超えると、粘度調整剤による粘度上昇が開始してしまうことがあり、フリップチップ実装用封止剤のディスペンス性が低下する。
【００３５】
本発明のフリップチップ実装用封止剤を基板上にディスペンスする方法として、例えば、本発明のフリップチップ実装用封止剤をシリンジに充填し、シリンジ先端に精密ノズルを取り付けて、ディスペンサ装置を用いて基板上に吐出する方法等が挙げられる。
【００３６】
本発明の半導体チップ実装体の製造方法では、次いで、半導体チップの突起状電極を、１２０〜１８０℃に加熱しながら本発明のフリップチップ実装用封止剤を介して前記基板の電極部と接触させるプレヒート工程を行う。
加熱する温度が１２０℃未満であると、粘度調整剤による期待する粘度上昇が達成できない。加熱する温度が１８０℃を超えると、粘度調整剤による粘度上昇に加えてエポキシ化合物の硬化反応も進行し、粘度が過度に上昇してしまう。
【００３７】
上記プレヒート工程では、半導体チップに荷重をかけてもよい。このときの荷重は、１つの突起状電極あたりの好ましい下限が０．００９Ｎ、好ましい上限が０．０５０Ｎである。
【００３８】
上記半導体チップとして、例えば、シリコン、ガリウム砒素等の半導体からなり、半田等突起状電極が表面に形成された半導体チップが挙げられる。
【００３９】
本発明の半導体チップ実装体の製造方法では、次いで、前記半導体チップの突起状電極を、２００〜３２０℃に加熱して前記基板の電極部と接合する接続工程を行う。
加熱する温度が２００℃未満であると、突起状電極又は電極部が溶融せず、電極接合が良好に行えない。加熱する温度が３２０℃を超えると、溶融した電極材料が流れて隣接する電極部分に接触することがある。
【００４０】
上記接続工程では、半導体チップに荷重をかけてもよい。このときの荷重は、１つの突起状電極あたりの好ましい下限が０．００９Ｎ、好ましい上限が０．０５０Ｎである。
【００４１】
本発明の半導体チップ実装体の製造方法では、次いで、本発明のフリップチップ実装用封止剤を完全に硬化させる硬化工程を行う。
本発明のフリップチップ実装用封止剤を完全に硬化させるための加熱温度は、好ましい下限が１６０℃、好ましい上限が２００℃である。
【００４２】
本発明の半導体チップ実装体の製造方法によれば、フリップチップ実装用封止剤のディスペンスを良好に行い、封止領域にフリップチップ実装用封止剤を充分に充填して、良好なフィレットを形成することができる。また、半導体チップ上部へのフリップチップ実装用封止剤の這い上がりも抑制することができる。また、溶融した電極材料が流れて隣接する電極部分に接触すること、電極間にフリップチップ実装用封止剤を噛み込んでしまうこと等も防ぐことができる。
本発明の半導体チップ実装体の製造方法は、電極材料が半田である場合に特に有用である。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、ディスペンス性に優れ、電極接合を良好に行って信頼性の高い半導体チップ実装体を製造することのできるフリップチップ実装用封止剤を提供することができる。また、本発明によれば、該フリップチップ実装用封止剤を用いた半導体チップ実装体の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下に実施例を掲げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
【００４５】
（実施例１）
（フリップチップ実装用封止剤の製造）
表１に記載の組成に従って、下記に示す各材料を、遊離攪拌器を用いて攪拌混合することによりフリップチップ実装用封止剤を製造した。
【００４６】
１．エポキシ化合物
エポキシ化合物Ａ（ＥＸＡ−８５０ＣＲＰ、ＤＩＣ社製）
エポキシ化合物Ｂ（ＥＸＡ−４７１０、ＤＩＣ社製）
２．エポキシ硬化剤
酸無水物（ＹＨ−３０６、三菱化学社製）
３．硬化促進剤
イミダゾール化合物（２ＭＡ−ＯＫ、四国化成工業社製）
４．無機充填剤
球状シリカ（ＳＥ−２０５０−ＳＰＪ、アドマテックス社製、平均粒子径０．５μｍ、最大粒子径２μｍ）
５．粘度調整剤
熱可塑性樹脂粒子（アクリル粒子、ＫＰ０９３０、三菱レイヨン社製）
反応性モノマー（アクリルモノマー、ＤＰＨＡ、日本化薬社製）
６．ラジカル重合開始剤
ラジカル開始剤（パーブチルＯ、日油社製）
【００４７】
（粘度測定）
Ｅ型粘度測定装置（商品名「ＶＩＳＣＯＭＥＴＥＲ ＴＶ−２２」、東機産業社製、使用ローターφ１５ｍｍ、設定温度２５℃）を用いて、フリップチップ実装用封止剤の回転数５ｒｐｍにおける粘度を求めた。
【００４８】
（溶融粘度測定）
レオメーターを用いて、昇温速度５℃／分、周波数１ｒａｄ秒で、フリップチップ実装用封止剤のコーンプレート剪断時における１５０℃での溶融粘度を測定した。
【００４９】
（ゲルタイム測定）
フリップチップ実装用封止剤について、２４０℃でのゲルタイムを測定した。なお、ゲルタイムは、ＪＩＳ Ｃ２１６１ Ｂに準拠して測定した。
【００５０】
＜評価＞
実施例及び比較例で得られたフリップチップ実装用封止剤について、以下の評価を行った。結果を表１に示した。
【００５１】
１．ディスペンス性
フリップチップ実装用封止剤を用いてエアーディスペンス装置（武蔵エンジニアリング社製）でクロスパターンを描いた際に、塗布形状不良又は糸引きが発生した場合を×、発生しなかった場合を○とした。
【００５２】
２．フィレットの形状
フリップチップ実装用封止剤を、半導体チップと電気的に接続されたときに半導体チップ内のメタル配線とデイジーチェーンとなるように銅が配線された２０ｍｍ×２０ｍｍ×０．７５ｍｍ厚の基板（ガラス／エポキシ系ＦＲ−４）上に３０℃でディスペンスした。バンプを有する半導体チップを、フリップチップ実装用封止剤を介して基板上に、ボンディング装置（ＦＣ３０００、東レエンジニアリング社製）を用いてバンプにかかる実温度が１８０℃、１０秒、１０Ｎ（プレヒート工程）、その後、２４０℃、１０秒、１０Ｎ（接続工程）の条件にてボンディングした。その後、オーブンにて１７０℃３０分で完全硬化を行った（硬化工程）。
基板−半導体チップ間について、封止領域からはみ出したフリップチップ実装用封止剤のはみ出し距離（フィレット距離）の最大値を測定し、下記の基準で評価した。
○ フィレット距離の最大値が４００μｍ以下であった。
× フィレット距離の最大値が４００μｍを超えていた、又は、封止領域全体にフリップチップ実装用封止剤が充填されておらず、フィレット距離の最大値が０μｍであった。
【００５３】
３．ボイド
上記「２．フィレットの形状」で得られた半導体チップ実装体について、超音波映像装置（ＳＡＴ）（ｍｉ−ｓｃｏｐｅ ｈｙｐｅｒ、日立建機ファインテック社製）を用いてボイドの有無を確認した。ボイドの面積が１％以上であった場合を×、１％未満であった場合を○とした。
【００５４】
４．這い上がり
上記「２．フィレットの形状」で得られた半導体チップ実装体の半導体チップを上部より光学顕微鏡で観察した際に、半導体チップ上部にフリップチップ実装用封止剤が回り込んでいた（這い上がっていた）場合を×、回り込んでいなかった場合を○とした。
【００５５】
５．電極接合状態
上記「２．フィレットの形状」で得られた半導体チップ実装体の半導体チップに対して垂直にバンプまで研磨し、光学顕微鏡でバンプの接合状態を観察した。半導体チップ全面でバンプ接合が行われていた場合を○、一箇所でも電極同士が外れていた場合を×とした。
【００５６】
６．信頼性
上記「２．フィレットの形状」で得られた半導体チップ実装体について、６０℃、６０％ＲＨ、１２０時間吸湿させ、ピーク温度２６０℃のリフローオーブンに３回通した後、−５５〜１２５℃（３０分／１サイクル）、１０００サイクルの温度サイクル試験を行った。試験前後のボイドを観察し、試験前後でボイドの状態に変化があった場合を×、変化がなかった場合を○とした。
【００５７】
７．ポットライフ
フリップチップ実装用封止剤を、８０℃で１時間放置した。放置後の粘度変化率が初期粘度に対して２倍以上であった場合を×、２倍以下であった場合を○とした。
【００５８】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、ディスペンス性に優れ、電極接合を良好に行って信頼性の高い半導体チップ実装体を製造することのできるフリップチップ実装用封止剤を提供することができる。また、本発明によれば、該フリップチップ実装用封止剤を用いた半導体チップ実装体の製造方法を提供することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスペンス性に優れ、電極接合を良好に行って信頼性の高い半導体チップ実装体を製造することのできるフリップチップ実装用封止剤に関する。また、本発明は、該フリップチップ実装用封止剤を用いた半導体チップ実装体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ますます進展する半導体装置の小型化、高集積化に対応するために、半田等からなる突起状電極（バンプ）を有する半導体チップを用いたフリップチップ実装が多用されている。
フリップチップ実装においては、一般的に、半導体チップの突起状電極と、基板又は他の半導体チップの電極部とを接合させた後、アンダーフィルを注入して樹脂封止を行う方法が用いられている。また、電極接合の後にアンダーフィルを注入するのではなく、基板又は半導体チップに予め封止剤を供給しておき、電極接合と樹脂封止とを同時に行う方法も検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、半田の融点よりも低い温度のリフロー予備加熱と、半田の融点よりも高い温度のリフロー本加熱とにより半導体素子と配線回路基板とを接合封止する方法が記載されており、液状封止樹脂組成物の粘弾性測定における粘度が、リフロー予備加熱時に低下し、リフロー予備加熱時の温度範囲で１Ｐａ・ｓ以下で、リフロー本加熱時のピーク温度でのゲルタイムが３０ｓ以下であることが記載されている。
【０００４】
特許文献１に記載の方法においては、予備加熱時には液状封止樹脂組成物が十分に低粘度を保持し、半導体素子の自重のみで半導体素子の接続用電極部と配線回路基板が接触する。そして、その後、本加熱温度に昇温する間に接続用電極部を溶融させるとともに、その後３０秒以内に液状封止樹脂組成物が硬化する。
このような方法によれば、半導体チップの自重のみで樹脂排除を行うことができ、ボイドレスで高接続信頼性を有する半導体チップ実装体を製造することができる。しかしながら、このような方法では、例えば、封止剤のはみ出した部分、いわゆるフィレットの形状崩れが生じたり、溶融した電極材料が流れて隣接する電極部分に接触したりする問題があり、充分な信頼性を有する半導体チップ実装体を得ることは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９６８８６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、ディスペンス性に優れ、電極接合を良好に行って信頼性の高い半導体チップ実装体を製造することのできるフリップチップ実装用封止剤を提供することを目的とする。また、本発明は、該フリップチップ実装用封止剤を用いた半導体チップ実装体の製造方法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、エポキシ化合物、エポキシ硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤及び粘度調整剤を含有し、前記粘度調整剤は、熱可塑性樹脂粒子又は反応性モノマーであり、２５℃でＥ型粘度計を用いて測定した粘度が１０〜２００Ｐａ・ｓであり、１５０℃でレオメーターを用いて測定した溶融粘度が１００〜１００００Ｐａ・ｓであるフリップチップ実装用封止剤である。
以下、本発明を詳述する。
【０００８】
充分な信頼性を有する半導体チップ実装体を得るためには、例えば、封止剤のディスペンスを良好に行い、封止領域に封止剤を充分に充填して、良好なフィレットを形成することが必要である。一方で、半導体チップ上部への封止剤の這い上がりを抑制する必要もある。また、溶融した電極材料が流れて隣接する電極部分に接触すること、電極間に封止剤を噛み込んでしまうこと等を防ぐ必要もある。
本発明者は、これらの問題を解決するためには、電極接合と樹脂封止とを行う際（ボンディング時）の封止剤の粘度を制御することが重要であると考えた。ボンディング時の封止剤の粘度が低すぎると、封止領域に封止剤を充分に充填することはできるが、フィレットの形状崩れが生じたり、溶融した電極材料が流れて隣接する電極部分に接触したりしてしまう。ボンディング時の封止剤の粘度が高すぎると、封止剤の充填が不充分となったり、半導体チップ上部への封止剤の這い上がりが生じたり、電極間に封止剤を噛み込んだりしてしまう。
【０００９】
しかしながら、一般的に封止剤に用いられるエポキシ化合物の硬化系では、２００〜３００℃程度のボンディング時の温度にまで昇温する過程で封止剤の硬化反応が進行してしまうため、ボンディング時の封止剤の粘度を直接測定し、制御することは難しい。
このような問題に対し、本発明者は、エポキシ化合物を含有する封止剤に対して、ボンディング時の温度よりも低い温度においてエポキシ化合物の硬化系とは別の機構によって封止剤の粘度を上昇させる粘度調整剤を添加することにより、１５０℃での封止剤の溶融粘度を制御することができ、その結果、直接測定することはできないながらもボンディング時の封止剤の粘度を制御し、信頼性の高い半導体チップ実装体を製造できることを見出した。
即ち、本発明者は、エポキシ化合物、エポキシ硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤及び粘度調整剤を含有し、粘度調整剤が熱可塑性樹脂粒子又は反応性モノマーであり、２５℃での粘度と１５０℃での溶融粘度とが所定範囲内であるフリップチップ実装用封止剤は、ディスペンス性に優れ、電極接合を良好に行って信頼性の高い半導体チップ実装体を製造できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
本発明のフリップチップ実装用封止剤は、エポキシ化合物、エポキシ硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤及び粘度調整剤を含有する。
上記エポキシ化合物として、例えば、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビスフェノールＡＤ型、ビスフェノールＳ型等のビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型等のノボラック型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、トリスフェノールメタントリグリシジルエーテル等の芳香族エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ポリエーテル変性エポキシ樹脂、ＮＢＲ変性エポキシ樹脂、ＣＴＢＮ変性エポキシ樹脂、及び、これらの水添化物等が挙げられる。なかでも、粘度の低いフリップチップ実装用封止剤が得られることから、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、ポリエーテル変性エポキシ樹脂が好ましい。
【００１１】
上記ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂のうち、市販品として、例えば、ＥＸＡ−８３０−ＬＶＰ、ＥＸＡ−８３０−ＣＲＰ（以上、ＤＩＣ社製）等が挙げられる。また、上記レゾルシノール型エポキシ樹脂のうち、市販品として、例えば、ＥＸ−２０１（ナガセケムテックス社製）等が挙げられる。また、上記ポリエーテル変性エポキシ樹脂のうち、市販品として、例えば、ＥＸ−９３１（ナガセケムテックス社製）、ＥＸＡ−４８５０−１５０（ＤＩＣ社製）、ＥＰ−４００５（アデカ社製）等が挙げられる。
【００１２】
上記エポキシ硬化剤は、従来公知のエポキシ硬化剤を上記エポキシ化合物に合わせて適宜選択することができ、例えば、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸等の加熱硬化型酸無水物系硬化剤、フェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、ジシアンジアミド等の潜在性硬化剤、カチオン系触媒型硬化剤等が挙げられる。これらの硬化剤は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１３】
上記エポキシ硬化剤の含有量は、上記エポキシ化合物の官能基と等量反応するエポキシ硬化剤を用いる場合、上記エポキシ化合物の官能基量に対して、０．６〜１．０当量であることが好ましい。また、触媒として機能するエポキシ硬化剤を用いる場合、上記エポキシ硬化剤の含有量は、エポキシ化合物１００重量部に対して好ましい下限が１重量部、好ましい上限が２０重量部である。
【００１４】
また、上記エポキシ硬化剤の含有量は、上記エポキシ化合物中のエポキシ基に対して理論的に必要な当量以下とすることが好ましい。上記エポキシ硬化剤の含有量が理論的に必要な当量を超えると、フリップチップ実装用封止剤を硬化して得られる硬化物から、水分によって塩素イオンが溶出しやすくなることがある。即ち、エポキシ硬化剤が過剰であると、例えば、得られるフリップチップ実装用封止剤の硬化物から熱水で溶出成分を抽出した際に、抽出水のｐＨが４〜５程度となるため、エポキシ化合物から塩素イオンが多量溶出することがある。従って、得られるフリップチップ実装用封止剤の硬化物１ｇを、１００℃の純水１０ｇで２時間浸した後の純水のｐＨが６〜８であることが好ましく、ｐＨが６．５〜７．５であることがより好ましい。
【００１５】
上記硬化促進剤として、例えば、イミダゾール系硬化促進剤、３級アミン系硬化促進剤等が挙げられる。なかでも、硬化速度、硬化物の物性等の調整をするための反応系の制御をしやすいことから、イミダゾール系硬化促進剤が好ましい。これらの硬化促進剤は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１６】
上記イミダゾール系硬化促進剤として、例えば、イミダゾールの１位をシアノエチル基で保護した１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、イソシアヌル酸で塩基性を保護したイミダゾール系硬化促進剤（商品名「２ＭＡ−ＯＫ」、四国化成工業社製）、２ＭＺ、２ＭＺ−Ｐ、２ＰＺ、２ＰＺ−ＰＷ、２Ｐ４ＭＺ、Ｃ１１Ｚ−ＣＮＳ、２ＰＺ−ＣＮＳ、２ＰＺＣＮＳ−ＰＷ、２ＭＺ−Ａ、２ＭＺＡ−ＰＷ、Ｃ１１Ｚ−Ａ、２Ｅ４ＭＺ−Ａ、２ＭＡＯＫ−ＰＷ、２ＰＺ−ＯＫ、２ＭＺ−ＯＫ、２ＰＨＺ、２ＰＨＺ−ＰＷ、２Ｐ４ＭＨＺ、２Ｐ４ＭＨＺ−ＰＷ、２Ｅ４ＭＺ・ＢＩＳ、ＶＴ、ＶＴ−ＯＫ、ＭＡＶＴ、ＭＡＶＴ−ＯＫ（以上、四国化成工業社製）等が挙げられる。これらのイミダゾール系硬化促進剤は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１７】
上記硬化促進剤の含有量は、エポキシ化合物１００重量部に対して好ましい下限が１重量部、好ましい上限が１０重量部である。
【００１８】
上記無機充填剤は、表面処理されたシリカフィラーであることが好ましい。上記表面処理されたシリカフィラーは、フェニルシランカップリング剤で表面処理されたシリカフィラーが好ましい。
上記無機充填剤の含有量は、エポキシ化合物１００重量部に対し、好ましい下限が３０重量部、好ましい上限が４００重量部である。含有量が３０重量部未満であると、フリップチップ実装用封止剤が充分な信頼性を保持することができないことがある。含有量が４００重量部を超えると、フリップチップ実装用封止剤の粘度が高くなりすぎて、ディスペンス性が低下することがある。
【００１９】
上記粘度調整剤は、ボンディング時の温度よりも低い温度において、上記エポキシ化合物の硬化系とは別の機構によってフリップチップ実装用封止剤の粘度を上昇させる成分である。このような粘度調整剤を配合することにより、１５０℃でのフリップチップ実装用封止剤の溶融粘度を制御することができ、その結果、直接測定することはできないながらもボンディング時のフリップチップ実装用封止剤の粘度を制御し、信頼性の高い半導体チップ実装体を製造することができる。
上記粘度調整剤がフリップチップ実装用封止剤の粘度を上昇させる温度としては、フリップチップ実装において半導体チップの突起状電極を基板の電極部と接触させるプレヒート工程における温度であることが好ましく、具体的には、８０〜１８０℃程度であることが好ましい。
【００２０】
上記粘度調整剤は、熱可塑性樹脂粒子又は反応性モノマーである。
上記熱可塑性樹脂粒子は、ボンディング時の温度よりも低い温度において、溶融することにより、フリップチップ実装用封止剤の粘度を上昇させる。上記反応性モノマーは、ボンディング時の温度よりも低い温度において、重合することにより、フリップチップ実装用封止剤の粘度を上昇させる。
【００２１】
上記熱可塑性樹脂粒子は、ガラス転移温度が７０〜１８０℃のポリマーからなる熱可塑性樹脂粒子であることが好ましい。ガラス転移温度が７０℃未満であると、フリップチップ実装用封止剤のボンディング時のポットライフが短くなることがある。ガラス転移温度が１８０℃を超えると、熱可塑性樹脂粒子による期待する粘度上昇が達成できず、フィレットの形状崩れが生じたり、溶融した電極材料が流れて隣接する電極部分に接触したりすることがある。
このような熱可塑性樹脂粒子として、例えば、アクリル樹脂、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエステル樹脂、エチレンアクリレート共重合体、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ブタジエンゴム−スチレン共重合体、フェノキシ樹脂等からなる熱可塑性樹脂粒子等が挙げられる。
【００２２】
上記熱可塑性樹脂粒子のうち、市販品として、アクリルポリマーフィラーであるＪＦ００１ＪＦ−００３、ＫＰ０９２９、ＫＰ０９３０（以上、三菱レイヨン社製）が好ましい。
【００２３】
上記粘度調整剤が上記熱可塑性樹脂粒子である場合、上記粘度調整剤の含有量は、エポキシ化合物１００重量部に対する好ましい下限が５重量部、好ましい上限が２０重量部である。含有量が５重量部未満であると、熱可塑性樹脂粒子による期待する粘度上昇が達成できないことがある。含有量が２０重量部を超えると、熱可塑性樹脂粒子により粘度が上昇しすぎることがある。含有量のより好ましい下限は１０重量部、より好ましい上限は１５重量部である。
【００２４】
上記反応性モノマーは、アクリルモノマー、メタクリルモノマー、マレイミド、アリルモノマー及びビニルモノマーからなる群より選択される少なくとも１つの反応性モノマーであることが好ましい。
上記反応性モノマーのうち、市販品として、例えば、ＤＰＣＡ−１２０、ＤＰＣＡ−６０、ＤＰＨＡ（以上、日本化薬社製）等が挙げられる。
【００２５】
上記粘度調整剤が上記反応性モノマーである場合、上記粘度調整剤の含有量は、エポキシ化合物１００重量部に対する好ましい下限が２０重量部、好ましい上限が６０重量部である。含有量が２０重量部未満であると、反応性モノマーによる期待する粘度上昇が達成できないことがある。含有量が６０重量部を超えると、反応性モノマーにより粘度が上昇しすぎることがある。含有量のより好ましい下限は３０重量部、より好ましい上限は５０重量部である。
【００２６】
上記粘度調整剤が上記反応性モノマーである場合、本発明のフリップチップ実装用封止剤は、半減期温度（１時間）が６０〜１２０℃のラジカル重合開始剤を含有することが好ましい。
上記ラジカル重合開始剤として、例えば、パーオキサイド、アゾ系開始剤等が挙げられる。上記ラジカル開始剤のうち、市販品として、例えば、パーヘキシルＰＶ、パーブチルＰＶ、パーオクタＯ、パーブチルＯ、パーヘキサＨＣ、パーテトラＡ（以上、日油社製）、Ｖ−４０、Ｖ−５９（以上、和光純薬工業社製）等が挙げられる。
【００２７】
本発明のフリップチップ実装用封止剤は、必要に応じて、チキソトロピー付与剤、溶媒、無機イオン交換体、ブリード防止剤、イミダゾールシランカップリング剤等の接着性付与剤等のその他の添加剤を含有してもよい。
【００２８】
本発明のフリップチップ実装用封止剤は、２５℃でＥ型粘度計を用いて測定した粘度が１０〜２００Ｐａ・ｓである。このような粘度とすることにより、フリップチップ実装用封止剤のディスペンス性を高めることができる。
粘度が１０Ｐａ・ｓ未満であると、フリップチップ実装用封止剤はディスペンス後に形状保持性に欠ける。粘度が２００Ｐａ・ｓを超えると、ディスペンサを用いてフリップチップ実装用封止剤をディスペンスする場合に糸引き等が生じ、吐出安定性に欠ける。粘度の好ましい下限は２０Ｐａ・ｓ、好ましい上限は１００Ｐａ・ｓであり、より好ましい下限は２５Ｐａ・ｓ、より好ましい上限は５０Ｐａ・ｓである。
【００２９】
本発明のフリップチップ実装用封止剤は、１５０℃でレオメーターを用いて測定した溶融粘度が１００〜１００００Ｐａ・ｓである。このような溶融粘度とすることにより、ボンディング時のフリップチップ実装用封止剤の流動特性を制御することができる。
溶融粘度が１００Ｐａ・ｓ未満であると、ボンディング時のフリップチップ実装用封止剤の粘度が低くなりすぎ、フィレットの形状崩れが生じたり、溶融した電極材料が流れて隣接する電極部分に接触したりしてしまう。溶融粘度が１００００Ｐａ・ｓを超えると、ボンディング時のフリップチップ実装用封止剤の粘度が高くなりすぎ、フリップチップ実装用封止剤の充填が不充分となったり、半導体チップ上部へのフリップチップ実装用封止剤の這い上がりが生じたり、電極間にフリップチップ実装用封止剤を噛み込んだりしてしまう。溶融粘度の好ましい下限は１５０Ｐａ・ｓ、好ましい上限は５０００Ｐａ・ｓであり、より好ましい下限は２００Ｐａ・ｓ、より好ましい上限は１０００Ｐａ・ｓである。
【００３０】
上述のような粘度挙動は、各配合成分、特に粘度調整剤の種類及び量を調整したり、無機充填剤の平均粒子径及び表面処理の種類を調整したりすることで達成できるが、更に、レベリング剤等を適宜添加してもよい。
【００３１】
本発明のフリップチップ実装用封止剤は２４０℃でのゲルタイムが５〜３０秒であることが好ましい。このようなゲルタイムとすることにより、フリップチップ実装用封止剤のボンディング時のポットライフを長くすることができ、基板又は半導体チップに予めフリップチップ実装用封止剤を供給しておく半導体チップ実装体の製造方法（先塗布工法）における選択の幅を広げることができる。
ゲルタイムが５秒未満であると、フリップチップ実装用封止剤のボンディング時のポットライフが短くなり、実装不良を起こすことがある。ゲルタイムが３０秒を超えると、フリップチップ実装用封止剤の硬化物の物性が悪くなったり、半導体チップ実装体の生産効率が低下したりすることがある。ゲルタイムのより好ましい下限は６秒、より好ましい上限は１５秒である。
なお、２４０℃でのゲルタイムは、ＪＩＳ Ｃ２１６１ Ｂに準拠して測定することができる。
【００３２】
本発明のフリップチップ実装用封止剤を製造する方法として、例えば、エポキシ化合物、エポキシ硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤及び粘度調整剤に、必要に応じてその他の添加剤を所定量配合して混合する方法が挙げられる。
上記混合の方法として、例えば、ホモディスパー、万能ミキサー、バンバリーミキサー、ニーダー等を使用する方法が挙げられる。
【００３３】
本発明のフリップチップ実装用封止剤を、電極部を有する基板上に１２０℃以下でディスペンスするディスペンス工程と、半導体チップの突起状電極を、前記ディスペンス工程におけるディスペンス温度より高く、かつ、１２０〜１８０℃に加熱しながら本発明のフリップチップ実装用封止剤を介して前記基板の電極部と接触させるプレヒート工程と、前記半導体チップの突起状電極を、２００〜３２０℃に加熱して前記基板の電極部と接合する接続工程と、本発明のフリップチップ実装用封止剤を完全に硬化させる硬化工程とを有する半導体チップ実装体の製造方法もまた、本発明の１つである。
【００３４】
本発明の半導体チップ実装体の製造方法では、まず、本発明のフリップチップ実装用封止剤を、電極部を有する基板上に１２０℃以下でディスペンスするディスペンス工程を行う。
ディスペンスする温度が１２０℃を超えると、粘度調整剤による粘度上昇が開始してしまうことがあり、フリップチップ実装用封止剤のディスペンス性が低下する。
【００３５】
本発明のフリップチップ実装用封止剤を基板上にディスペンスする方法として、例えば、本発明のフリップチップ実装用封止剤をシリンジに充填し、シリンジ先端に精密ノズルを取り付けて、ディスペンサ装置を用いて基板上に吐出する方法等が挙げられる。
【００３６】
本発明の半導体チップ実装体の製造方法では、次いで、半導体チップの突起状電極を、１２０〜１８０℃に加熱しながら本発明のフリップチップ実装用封止剤を介して前記基板の電極部と接触させるプレヒート工程を行う。
加熱する温度が１２０℃未満であると、粘度調整剤による期待する粘度上昇が達成できない。加熱する温度が１８０℃を超えると、粘度調整剤による粘度上昇に加えてエポキシ化合物の硬化反応も進行し、粘度が過度に上昇してしまう。
【００３７】
上記プレヒート工程では、半導体チップに荷重をかけてもよい。このときの荷重は、１つの突起状電極あたりの好ましい下限が０．００９Ｎ、好ましい上限が０．０５０Ｎである。
【００３８】
上記半導体チップとして、例えば、シリコン、ガリウム砒素等の半導体からなり、半田等突起状電極が表面に形成された半導体チップが挙げられる。
【００３９】
本発明の半導体チップ実装体の製造方法では、次いで、前記半導体チップの突起状電極を、２００〜３２０℃に加熱して前記基板の電極部と接合する接続工程を行う。
加熱する温度が２００℃未満であると、突起状電極又は電極部が溶融せず、電極接合が良好に行えない。加熱する温度が３２０℃を超えると、溶融した電極材料が流れて隣接する電極部分に接触することがある。
【００４０】
上記接続工程では、半導体チップに荷重をかけてもよい。このときの荷重は、１つの突起状電極あたりの好ましい下限が０．００９Ｎ、好ましい上限が０．０５０Ｎである。
【００４１】
本発明の半導体チップ実装体の製造方法では、次いで、本発明のフリップチップ実装用封止剤を完全に硬化させる硬化工程を行う。
本発明のフリップチップ実装用封止剤を完全に硬化させるための加熱温度は、好ましい下限が１６０℃、好ましい上限が２００℃である。
【００４２】
本発明の半導体チップ実装体の製造方法によれば、フリップチップ実装用封止剤のディスペンスを良好に行い、封止領域にフリップチップ実装用封止剤を充分に充填して、良好なフィレットを形成することができる。また、半導体チップ上部へのフリップチップ実装用封止剤の這い上がりも抑制することができる。また、溶融した電極材料が流れて隣接する電極部分に接触すること、電極間にフリップチップ実装用封止剤を噛み込んでしまうこと等も防ぐことができる。
本発明の半導体チップ実装体の製造方法は、電極材料が半田である場合に特に有用である。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、ディスペンス性に優れ、電極接合を良好に行って信頼性の高い半導体チップ実装体を製造することのできるフリップチップ実装用封止剤を提供することができる。また、本発明によれば、該フリップチップ実装用封止剤を用いた半導体チップ実装体の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下に実施例を掲げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
【００４５】
（実施例１）
（フリップチップ実装用封止剤の製造）
表１に記載の組成に従って、下記に示す各材料を、遊離攪拌器を用いて攪拌混合することによりフリップチップ実装用封止剤を製造した。
【００４６】
１．エポキシ化合物
エポキシ化合物Ａ（ＥＸＡ−８５０ＣＲＰ、ＤＩＣ社製）
エポキシ化合物Ｂ（ＥＸＡ−４７１０、ＤＩＣ社製）
２．エポキシ硬化剤
酸無水物（ＹＨ−３０６、三菱化学社製）
３．硬化促進剤
イミダゾール化合物（２ＭＡ−ＯＫ、四国化成工業社製）
４．無機充填剤
球状シリカ（ＳＥ−２０５０−ＳＰＪ、アドマテックス社製、平均粒子径０．５μｍ、最大粒子径２μｍ）
５．粘度調整剤
熱可塑性樹脂粒子（アクリル粒子、ＫＰ０９３０、三菱レイヨン社製）
反応性モノマー（アクリルモノマー、ＤＰＨＡ、日本化薬社製）
６．ラジカル重合開始剤
ラジカル開始剤（パーブチルＯ、日油社製）
【００４７】
（粘度測定）
Ｅ型粘度測定装置（商品名「ＶＩＳＣＯＭＥＴＥＲ ＴＶ−２２」、東機産業社製、使用ローターφ１５ｍｍ、設定温度２５℃）を用いて、フリップチップ実装用封止剤の回転数５ｒｐｍにおける粘度を求めた。
【００４８】
（溶融粘度測定）
レオメーターを用いて、昇温速度５℃／分、周波数１ｒａｄ秒で、フリップチップ実装用封止剤のコーンプレート剪断時における１５０℃での溶融粘度を測定した。
【００４９】
（ゲルタイム測定）
フリップチップ実装用封止剤について、２４０℃でのゲルタイムを測定した。なお、ゲルタイムは、ＪＩＳ Ｃ２１６１ Ｂに準拠して測定した。
【００５０】
＜評価＞
実施例及び比較例で得られたフリップチップ実装用封止剤について、以下の評価を行った。結果を表１に示した。
【００５１】
１．ディスペンス性
フリップチップ実装用封止剤を用いてエアーディスペンス装置（武蔵エンジニアリング社製）でクロスパターンを描いた際に、塗布形状不良又は糸引きが発生した場合を×、発生しなかった場合を○とした。
【００５２】
２．フィレットの形状
フリップチップ実装用封止剤を、半導体チップと電気的に接続されたときに半導体チップ内のメタル配線とデイジーチェーンとなるように銅が配線された２０ｍｍ×２０ｍｍ×０．７５ｍｍ厚の基板（ガラス／エポキシ系ＦＲ−４）上に３０℃でディスペンスした。バンプを有する半導体チップを、フリップチップ実装用封止剤を介して基板上に、ボンディング装置（ＦＣ３０００、東レエンジニアリング社製）を用いてバンプにかかる実温度が１８０℃、１０秒、１０Ｎ（プレヒート工程）、その後、２４０℃、１０秒、１０Ｎ（接続工程）の条件にてボンディングした。その後、オーブンにて１７０℃３０分で完全硬化を行った（硬化工程）。
基板−半導体チップ間について、封止領域からはみ出したフリップチップ実装用封止剤のはみ出し距離（フィレット距離）の最大値を測定し、下記の基準で評価した。
○ フィレット距離の最大値が４００μｍ以下であった。
× フィレット距離の最大値が４００μｍを超えていた、又は、封止領域全体にフリップチップ実装用封止剤が充填されておらず、フィレット距離の最大値が０μｍであった。
【００５３】
３．ボイド
上記「２．フィレットの形状」で得られた半導体チップ実装体について、超音波映像装置（ＳＡＴ）（ｍｉ−ｓｃｏｐｅ ｈｙｐｅｒ、日立建機ファインテック社製）を用いてボイドの有無を確認した。ボイドの面積が１％以上であった場合を×、１％未満であった場合を○とした。
【００５４】
４．這い上がり
上記「２．フィレットの形状」で得られた半導体チップ実装体の半導体チップを上部より光学顕微鏡で観察した際に、半導体チップ上部にフリップチップ実装用封止剤が回り込んでいた（這い上がっていた）場合を×、回り込んでいなかった場合を○とした。
【００５５】
５．電極接合状態
上記「２．フィレットの形状」で得られた半導体チップ実装体の半導体チップに対して垂直にバンプまで研磨し、光学顕微鏡でバンプの接合状態を観察した。半導体チップ全面でバンプ接合が行われていた場合を○、一箇所でも電極同士が外れていた場合を×とした。
【００５６】
６．信頼性
上記「２．フィレットの形状」で得られた半導体チップ実装体について、６０℃、６０％ＲＨ、１２０時間吸湿させ、ピーク温度２６０℃のリフローオーブンに３回通した後、−５５〜１２５℃（３０分／１サイクル）、１０００サイクルの温度サイクル試験を行った。試験前後のボイドを観察し、試験前後でボイドの状態に変化があった場合を×、変化がなかった場合を○とした。
【００５７】
７．ポットライフ
フリップチップ実装用封止剤を、８０℃で１時間放置した。放置後の粘度変化率が初期粘度に対して２倍以上であった場合を×、２倍以下であった場合を○とした。
【００５８】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、ディスペンス性に優れ、電極接合を良好に行って信頼性の高い半導体チップ実装体を製造することのできるフリップチップ実装用封止剤を提供することができる。また、本発明によれば、該フリップチップ実装用封止剤を用いた半導体チップ実装体の製造方法を提供することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ化合物、エポキシ硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤及び粘度調整剤を含有し、
前記粘度調整剤は、熱可塑性樹脂粒子又は反応性モノマーであり、
２５℃でＥ型粘度計を用いて測定した粘度が１０〜２００Ｐａ・ｓであり、
１５０℃でレオメーターを用いて測定した溶融粘度が１００〜１００００Ｐａ・ｓである
ことを特徴とするフリップチップ実装用封止剤。
【請求項２】
粘度調整剤は、ガラス転移温度が７０〜１８０℃のポリマーからなる熱可塑性樹脂粒子であり、
前記粘度調整剤の含有量は、エポキシ化合物１００重量部に対して５〜２０重量部である
ことを特徴とする請求項１記載のフリップチップ実装用封止剤。
【請求項３】
粘度調整剤は、アクリルモノマー、メタクリルモノマー、マレイミド、アリルモノマー及びビニルモノマーからなる群より選択される少なくとも１つの反応性モノマーであり、
前記粘度調整剤の含有量は、エポキシ化合物１００重量部に対して２０〜６０重量部である
ことを特徴とする請求項１記載のフリップチップ実装用封止剤。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載のフリップチップ実装用封止剤を、電極部を有する基板上に１２０℃以下でディスペンスするディスペンス工程と、
半導体チップの突起状電極を、１２０〜１８０℃に加熱しながら前記フリップチップ実装用封止剤を介して前記基板の電極部と接触させるプレヒート工程と、
前記半導体チップの突起状電極を、２００〜３２０℃に加熱して前記基板の電極部と接合する接続工程と、
前記フリップチップ実装用封止剤を完全に硬化させる硬化工程とを有する
ことを特徴とする半導体チップ実装体の製造方法。
【請求項１】
エポキシ化合物、エポキシ硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤及び粘度調整剤を含有し、
前記粘度調整剤は、熱可塑性樹脂粒子又は反応性モノマーであり、
２５℃でＥ型粘度計を用いて測定した粘度が１０〜２００Ｐａ・ｓであり、
１５０℃でレオメーターを用いて測定した溶融粘度が１００〜１００００Ｐａ・ｓである
ことを特徴とするフリップチップ実装用封止剤。
【請求項２】
粘度調整剤は、ガラス転移温度が７０〜１８０℃のポリマーからなる熱可塑性樹脂粒子であり、
前記粘度調整剤の含有量は、エポキシ化合物１００重量部に対して５〜２０重量部である
ことを特徴とする請求項１記載のフリップチップ実装用封止剤。
【請求項３】
粘度調整剤は、アクリルモノマー、メタクリルモノマー、マレイミド、アリルモノマー及びビニルモノマーからなる群より選択される少なくとも１つの反応性モノマーであり、
前記粘度調整剤の含有量は、エポキシ化合物１００重量部に対して２０〜６０重量部である
ことを特徴とする請求項１記載のフリップチップ実装用封止剤。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載のフリップチップ実装用封止剤を、電極部を有する基板上に１２０℃以下でディスペンスするディスペンス工程と、
半導体チップの突起状電極を、１２０〜１８０℃に加熱しながら前記フリップチップ実装用封止剤を介して前記基板の電極部と接触させるプレヒート工程と、
前記半導体チップの突起状電極を、２００〜３２０℃に加熱して前記基板の電極部と接合する接続工程と、
前記フリップチップ実装用封止剤を完全に硬化させる硬化工程とを有する
ことを特徴とする半導体チップ実装体の製造方法。
【公開番号】特開２０１３−８０８３７（Ｐ２０１３−８０８３７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２０３０４（Ｐ２０１１−２２０３０４）
【出願日】平成２３年１０月４日（２０１１．１０．４）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月４日（２０１１．１０．４）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
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