封止用液状エポキシ樹脂組成物および半導体装置
【課題】粘度が１Ｐａ・ｓ未満の封止用液状エポキシ樹脂組成物において、固体粒状アミン系硬化剤の凝集を抑制し、長期間の保存後に使用する場合であっても作業性に問題が生じることがない封止用液状エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置を提供する。
【解決手段】エポキシ樹脂および固体粒状アミン系硬化剤を必須成分として含有し、２５℃における粘度が１Ｐａ・ｓ未満である封止用液状エポキシ樹脂組成物であって、ラウリン酸メチル、メタクリル酸ラウリル、またはこれらの混合物を０．１〜３質量％含有することを特徴とする。
【解決手段】エポキシ樹脂および固体粒状アミン系硬化剤を必須成分として含有し、２５℃における粘度が１Ｐａ・ｓ未満である封止用液状エポキシ樹脂組成物であって、ラウリン酸メチル、メタクリル酸ラウリル、またはこれらの混合物を０．１〜３質量％含有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、封止用液状エポキシ樹脂組成物および半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、樹脂封止型半導体装置は、高密度化、高集積度化、動作の高速化等の傾向にあり、従来型のパッケージよりもさらに小型化、薄型化できる半導体チップのパッケージが要求されており、このような要求に対応するものとしてフリップチップパッケージが注目されている。
【０００３】
フリップチップパッケージでは、半導体チップの外部接続用パッドにバンプと呼ばれる金属電極を直接形成し、このバンプ電極により半導体チップを配線基板にフェースダウンで接続、搭載する。さらに半導体チップと配線基板の隙間には、はんだ接合部を保護するアンダーフィルと呼ばれる樹脂が充填される。
【０００４】
このような構造のため、実装面積は半導体チップとほぼ同じ面積で済み、さらにバンプの高さは通常数十μｍと低く、ワイヤーボンディング接続の場合のようにワイヤーまで樹脂封止する必要がないので実装後の高さも低くすることができ、小型化、薄型化等の要求に応えることができる。
【０００５】
従来、フリップチップパッケージに用いられるアンダーフィル材としては、液状エポキシ樹脂組成物が代表的なものとして用いられており（特許文献１，２参照）、一液性のものとしては、融点が高く室温付近では液状のエポキシ樹脂と相溶性のない硬化剤を微粒子として分散させたものが一般に用いられている。このような硬化剤としては、固体粒状アミン系硬化剤などが用いられている。
【０００６】
このような液状エポキシ樹脂組成物においては、低温短時間での硬化性、低応力性、耐湿絶縁性などが要求されると共に、塗布時の作業性の点から、さらなる低粘度化が要求されている。
【特許文献１】特開平１０−１６８２８８号公報
【特許文献２】特許３９０６６３４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、固体粒状アミン系硬化剤を用いた場合、作業性の点からは低粘度の樹脂設計にする必要があるが、低粘度化を進めていくと経時的に粒子が凝集し、塗布作業時に液状エポキシ樹脂組成物の吐出量が大幅に減少したり、目詰まりにより吐出されない状態になったりする場合があった。
【０００８】
特に、液状エポキシ樹脂組成物の粘度が１Ｐａ・ｓ未満（２５℃）である場合にこのような問題が発生しやすくなり、硬化剤の再凝集により数１００μｍ以上の粒状物が発生し塗布時にノズル詰まりが生じるなど作業性に問題が生じるようになる。また、−２０℃の低温で保管した場合であっても、粘度は３０Ｐａ・ｓ程度であり、硬化剤の再凝集が徐々に進行し短期間で同様の現象が生じやすい。
【０００９】
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、粘度が１Ｐａ・ｓ未満の封止用液状エポキシ樹脂組成物において、固体粒状アミン系硬化剤の凝集を抑制し、長期間の保存後に使用する場合であっても作業性に問題が生じることがない封止用液状エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
【００１１】
第１に、本発明の封止用液状エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂および固体粒状アミン系硬化剤を必須成分として含有し、２５℃における粘度が１Ｐａ・ｓ未満である封止用液状エポキシ樹脂組成物であって、ラウリン酸メチル、メタクリル酸ラウリル、またはこれらの混合物を０．１〜３質量％含有することを特徴とする。
【００１２】
第２に、本発明の半導体装置は、上記第１の封止用液状エポキシ樹脂組成物を用いて半導体チップと配線基板との間が封止されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記第１の発明によれば、封止用液状エポキシ樹脂組成物にラウリン酸メチル、メタクリル酸ラウリル、またはこれらの混合物を特定量配合したので、これらの化合物により固体粒状アミン系硬化剤の分散安定性が向上してその凝集が抑制され、長期間の保存後に使用する場合であっても、塗布時の作業性に問題が生じることがない。
【００１４】
上記第２の発明によれば、上記第１の封止用液状エポキシ樹脂組成物を用いて半導体チップと配線基板との間が封止されているので、封止用液状エポキシ樹脂組成物を塗布する際の作業性に問題が生じることがなく、低コストで品質の良い半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１６】
本発明で用いられるエポキシ樹脂は、常温（２５℃）で液状であり、１分子内に２官能基以上のエポキシ基を有するものであれば特に制限はないが、その具体例としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂などが挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、封止用液状エポキシ樹脂組成物が液状であれば、常温で固形状のエポキシ樹脂を適量加えることもできる。
【００１７】
本発明において好適に用いられる固体粒状アミン系硬化剤の具体例としては、ポリアミンなどが挙げられる。ポリアミンは、たとえばアミンアダクトなどの変性アミンであってもよい。
【００１８】
本発明で用いられる固体粒状アミン系硬化剤の平均粒子径は、好ましくは１〜１５μｍ、より好ましくは２〜１０μｍである。平均粒子径が１μｍ未満であると、反応性が高まり保存安定性が低下する場合があり、平均粒子径が１５μｍを超えると、封止用液状エポキシ樹脂組成物を半導体チップと配線基板との間に充填する際に、固体粒状アミン系硬化剤の浸入性が低下する場合がある。
【００１９】
固体粒状アミン系硬化剤の配合量は、好ましくは、硬化剤の活性水素とエポキシ樹脂のエポキシ基との当量比（活性水素当量／エポキシ当量）が０．５〜１．５となる量であり、より好ましくは当量比が０．７〜１．３となる量である。当量比が０．５未満であると硬化不足となる場合があり、当量比が１．５を超えると、硬化後の物性が低下する場合がある。
【００２０】
本発明の封止用液状エポキシ樹脂組成物には、ラウリン酸メチル、メタクリル酸ラウリル、またはこれらの混合物が配合される。その配合量は、０．１〜３質量％である。配合量が０．１質量％未満であると、固体粒状アミン系硬化剤に対する分散安定性の向上効果が得られず、配合量が３質量％を超えると、ゲル化時間が遅くなり反応性が低下する。
【００２１】
本発明の封止用液状エポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲内において、さらに他の添加剤を配合することができる。このような添加剤の具体例としては、エポキシ変性シリコーン等の低応力化剤、フェニルグリシジルエーテル等の希釈剤、硬化促進剤、無機充填材、カップリング剤、難燃剤、着色剤、改質剤などが挙げられる。
【００２２】
本発明の封止用液状エポキシ樹脂組成物は、上記のエポキシ樹脂、固体粒状アミン系硬化剤、および必要に応じて配合される他の添加剤を、従来より一液性エポキシ樹脂組成物の製造に用いられている方法に従って混合することにより製造することができる。このようにして製造された本発明の封止用液状エポキシ樹脂組成物は、２５℃における粘度が１Ｐａ・ｓ未満である。粘度の下限は特に制限はないが、封止用液状エポキシ樹脂組成物の２５℃における粘度は、通常は０．２Ｐａ・ｓ以上である。
【００２３】
本発明の半導体装置は、上記のようにして得られた封止用液状エポキシ樹脂組成物により、半導体チップと配線基板との間を封止することによって製造することができる。たとえば、ＦＲグレード等の配線基板の配線パターン面に複数個のバンプを介してＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップが搭載されたもののバンプ間の間隙に本発明の封止用液状エポキシ樹脂組成物をディスペンサー等を用いて塗布、充填した後、加熱硬化し、次いで、半導体チップ全体の封止を行う等の後工程を経て、フリップチップ方式による半導体装置を製造することができる。
【００２４】
なお、封止用液状エポキシ樹脂組成物の硬化条件は、特に限定されるものではないが、通常は８０〜１６０℃、０．１〜５時間である。
【実施例】
【００２５】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、表１に示す配合量は質量部を表す。
【００２６】
表１に示す配合量で各成分が配合された実施例１〜４および比較例１〜４の封止用液状エポキシ樹脂組成物を常法により調製した。
【００２７】
表１に示す配合成分として、以下のものを使用した。
エポキシ樹脂：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 ジャパン・エポキシレジン（株）「エピコート８２８」 エポキシ当量１８９
固体粒状アミン系硬化剤：（株）ＡＤＥＫＡ 「ＥＨ３７３１Ｓ」 平均粒子径５μｍ
ラウリン酸メチル：花王（株）「エキセパール ＭＬ−８５」
メタクリル酸ラウリル：花王（株）「エキセパール Ｌ−ＭＡ」
希釈剤：フェニルグリシジルエーテル
得られた封止用液状エポキシ樹脂組成物について、以下の評価を行った。
[分散安定性]
封止用液状エポキシ樹脂組成物を−２０℃にて保管し、１２０日経過後の組成物における固体粒状アミン系硬化剤の分散安定性を、粒ゲージを用いて評価した。具体的には、粒ゲージの溝の深い位置から浅い方向にスクレーパーを押し付けたまま均等の速さで引き動かし、密集した粒が現れ始めた目盛を目視にて読み取った。
[ゲル化時間]
封止用液状エポキシ樹脂組成物について、１５０℃の条件にて、ゲル化するまでの時間（ｓｅｃ）を測定した。
【００２８】
実施例１〜４および比較例１〜４の封止用液状エポキシ樹脂組成物の粘度（調製時、２５℃）と、分散安定性およびゲル化時間の評価結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
表１に示されるように、ラウリン酸メチルを前述した特定量配合した実施例１，３、およびメタクリル酸ラウリルを前述した特定量配合した実施例２，４では、経時による固体粒状アミン系硬化剤の大きな凝集物の発生はみられず、分散安定性は良好であった。さらに、ゲル化時間も短く反応性は良好であった。
【００３１】
これに対してラウリン酸メチル等を配合しなかった比較例１では、−２０℃での保管にもかかわらず経時により固体粒状アミン系硬化剤が凝集し、１００μｍの凝集物が発生した。
【００３２】
また、ラウリン酸メチル等を配合したが配合量が少なかった比較例２，３の場合も大きな凝集物が発生した。一方、ラウリン酸メチルを配合したが配合量が過剰であった比較例４の場合では、ゲル化時間が長くなり反応性が低下した。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、封止用液状エポキシ樹脂組成物および半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、樹脂封止型半導体装置は、高密度化、高集積度化、動作の高速化等の傾向にあり、従来型のパッケージよりもさらに小型化、薄型化できる半導体チップのパッケージが要求されており、このような要求に対応するものとしてフリップチップパッケージが注目されている。
【０００３】
フリップチップパッケージでは、半導体チップの外部接続用パッドにバンプと呼ばれる金属電極を直接形成し、このバンプ電極により半導体チップを配線基板にフェースダウンで接続、搭載する。さらに半導体チップと配線基板の隙間には、はんだ接合部を保護するアンダーフィルと呼ばれる樹脂が充填される。
【０００４】
このような構造のため、実装面積は半導体チップとほぼ同じ面積で済み、さらにバンプの高さは通常数十μｍと低く、ワイヤーボンディング接続の場合のようにワイヤーまで樹脂封止する必要がないので実装後の高さも低くすることができ、小型化、薄型化等の要求に応えることができる。
【０００５】
従来、フリップチップパッケージに用いられるアンダーフィル材としては、液状エポキシ樹脂組成物が代表的なものとして用いられており（特許文献１，２参照）、一液性のものとしては、融点が高く室温付近では液状のエポキシ樹脂と相溶性のない硬化剤を微粒子として分散させたものが一般に用いられている。このような硬化剤としては、固体粒状アミン系硬化剤などが用いられている。
【０００６】
このような液状エポキシ樹脂組成物においては、低温短時間での硬化性、低応力性、耐湿絶縁性などが要求されると共に、塗布時の作業性の点から、さらなる低粘度化が要求されている。
【特許文献１】特開平１０−１６８２８８号公報
【特許文献２】特許３９０６６３４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、固体粒状アミン系硬化剤を用いた場合、作業性の点からは低粘度の樹脂設計にする必要があるが、低粘度化を進めていくと経時的に粒子が凝集し、塗布作業時に液状エポキシ樹脂組成物の吐出量が大幅に減少したり、目詰まりにより吐出されない状態になったりする場合があった。
【０００８】
特に、液状エポキシ樹脂組成物の粘度が１Ｐａ・ｓ未満（２５℃）である場合にこのような問題が発生しやすくなり、硬化剤の再凝集により数１００μｍ以上の粒状物が発生し塗布時にノズル詰まりが生じるなど作業性に問題が生じるようになる。また、−２０℃の低温で保管した場合であっても、粘度は３０Ｐａ・ｓ程度であり、硬化剤の再凝集が徐々に進行し短期間で同様の現象が生じやすい。
【０００９】
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、粘度が１Ｐａ・ｓ未満の封止用液状エポキシ樹脂組成物において、固体粒状アミン系硬化剤の凝集を抑制し、長期間の保存後に使用する場合であっても作業性に問題が生じることがない封止用液状エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
【００１１】
第１に、本発明の封止用液状エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂および固体粒状アミン系硬化剤を必須成分として含有し、２５℃における粘度が１Ｐａ・ｓ未満である封止用液状エポキシ樹脂組成物であって、ラウリン酸メチル、メタクリル酸ラウリル、またはこれらの混合物を０．１〜３質量％含有することを特徴とする。
【００１２】
第２に、本発明の半導体装置は、上記第１の封止用液状エポキシ樹脂組成物を用いて半導体チップと配線基板との間が封止されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記第１の発明によれば、封止用液状エポキシ樹脂組成物にラウリン酸メチル、メタクリル酸ラウリル、またはこれらの混合物を特定量配合したので、これらの化合物により固体粒状アミン系硬化剤の分散安定性が向上してその凝集が抑制され、長期間の保存後に使用する場合であっても、塗布時の作業性に問題が生じることがない。
【００１４】
上記第２の発明によれば、上記第１の封止用液状エポキシ樹脂組成物を用いて半導体チップと配線基板との間が封止されているので、封止用液状エポキシ樹脂組成物を塗布する際の作業性に問題が生じることがなく、低コストで品質の良い半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１６】
本発明で用いられるエポキシ樹脂は、常温（２５℃）で液状であり、１分子内に２官能基以上のエポキシ基を有するものであれば特に制限はないが、その具体例としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂などが挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、封止用液状エポキシ樹脂組成物が液状であれば、常温で固形状のエポキシ樹脂を適量加えることもできる。
【００１７】
本発明において好適に用いられる固体粒状アミン系硬化剤の具体例としては、ポリアミンなどが挙げられる。ポリアミンは、たとえばアミンアダクトなどの変性アミンであってもよい。
【００１８】
本発明で用いられる固体粒状アミン系硬化剤の平均粒子径は、好ましくは１〜１５μｍ、より好ましくは２〜１０μｍである。平均粒子径が１μｍ未満であると、反応性が高まり保存安定性が低下する場合があり、平均粒子径が１５μｍを超えると、封止用液状エポキシ樹脂組成物を半導体チップと配線基板との間に充填する際に、固体粒状アミン系硬化剤の浸入性が低下する場合がある。
【００１９】
固体粒状アミン系硬化剤の配合量は、好ましくは、硬化剤の活性水素とエポキシ樹脂のエポキシ基との当量比（活性水素当量／エポキシ当量）が０．５〜１．５となる量であり、より好ましくは当量比が０．７〜１．３となる量である。当量比が０．５未満であると硬化不足となる場合があり、当量比が１．５を超えると、硬化後の物性が低下する場合がある。
【００２０】
本発明の封止用液状エポキシ樹脂組成物には、ラウリン酸メチル、メタクリル酸ラウリル、またはこれらの混合物が配合される。その配合量は、０．１〜３質量％である。配合量が０．１質量％未満であると、固体粒状アミン系硬化剤に対する分散安定性の向上効果が得られず、配合量が３質量％を超えると、ゲル化時間が遅くなり反応性が低下する。
【００２１】
本発明の封止用液状エポキシ樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲内において、さらに他の添加剤を配合することができる。このような添加剤の具体例としては、エポキシ変性シリコーン等の低応力化剤、フェニルグリシジルエーテル等の希釈剤、硬化促進剤、無機充填材、カップリング剤、難燃剤、着色剤、改質剤などが挙げられる。
【００２２】
本発明の封止用液状エポキシ樹脂組成物は、上記のエポキシ樹脂、固体粒状アミン系硬化剤、および必要に応じて配合される他の添加剤を、従来より一液性エポキシ樹脂組成物の製造に用いられている方法に従って混合することにより製造することができる。このようにして製造された本発明の封止用液状エポキシ樹脂組成物は、２５℃における粘度が１Ｐａ・ｓ未満である。粘度の下限は特に制限はないが、封止用液状エポキシ樹脂組成物の２５℃における粘度は、通常は０．２Ｐａ・ｓ以上である。
【００２３】
本発明の半導体装置は、上記のようにして得られた封止用液状エポキシ樹脂組成物により、半導体チップと配線基板との間を封止することによって製造することができる。たとえば、ＦＲグレード等の配線基板の配線パターン面に複数個のバンプを介してＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップが搭載されたもののバンプ間の間隙に本発明の封止用液状エポキシ樹脂組成物をディスペンサー等を用いて塗布、充填した後、加熱硬化し、次いで、半導体チップ全体の封止を行う等の後工程を経て、フリップチップ方式による半導体装置を製造することができる。
【００２４】
なお、封止用液状エポキシ樹脂組成物の硬化条件は、特に限定されるものではないが、通常は８０〜１６０℃、０．１〜５時間である。
【実施例】
【００２５】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、表１に示す配合量は質量部を表す。
【００２６】
表１に示す配合量で各成分が配合された実施例１〜４および比較例１〜４の封止用液状エポキシ樹脂組成物を常法により調製した。
【００２７】
表１に示す配合成分として、以下のものを使用した。
エポキシ樹脂：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 ジャパン・エポキシレジン（株）「エピコート８２８」 エポキシ当量１８９
固体粒状アミン系硬化剤：（株）ＡＤＥＫＡ 「ＥＨ３７３１Ｓ」 平均粒子径５μｍ
ラウリン酸メチル：花王（株）「エキセパール ＭＬ−８５」
メタクリル酸ラウリル：花王（株）「エキセパール Ｌ−ＭＡ」
希釈剤：フェニルグリシジルエーテル
得られた封止用液状エポキシ樹脂組成物について、以下の評価を行った。
[分散安定性]
封止用液状エポキシ樹脂組成物を−２０℃にて保管し、１２０日経過後の組成物における固体粒状アミン系硬化剤の分散安定性を、粒ゲージを用いて評価した。具体的には、粒ゲージの溝の深い位置から浅い方向にスクレーパーを押し付けたまま均等の速さで引き動かし、密集した粒が現れ始めた目盛を目視にて読み取った。
[ゲル化時間]
封止用液状エポキシ樹脂組成物について、１５０℃の条件にて、ゲル化するまでの時間（ｓｅｃ）を測定した。
【００２８】
実施例１〜４および比較例１〜４の封止用液状エポキシ樹脂組成物の粘度（調製時、２５℃）と、分散安定性およびゲル化時間の評価結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
表１に示されるように、ラウリン酸メチルを前述した特定量配合した実施例１，３、およびメタクリル酸ラウリルを前述した特定量配合した実施例２，４では、経時による固体粒状アミン系硬化剤の大きな凝集物の発生はみられず、分散安定性は良好であった。さらに、ゲル化時間も短く反応性は良好であった。
【００３１】
これに対してラウリン酸メチル等を配合しなかった比較例１では、−２０℃での保管にもかかわらず経時により固体粒状アミン系硬化剤が凝集し、１００μｍの凝集物が発生した。
【００３２】
また、ラウリン酸メチル等を配合したが配合量が少なかった比較例２，３の場合も大きな凝集物が発生した。一方、ラウリン酸メチルを配合したが配合量が過剰であった比較例４の場合では、ゲル化時間が長くなり反応性が低下した。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂および固体粒状アミン系硬化剤を必須成分として含有し、２５℃における粘度が１Ｐａ・ｓ未満である封止用液状エポキシ樹脂組成物であって、ラウリン酸メチル、メタクリル酸ラウリル、またはこれらの混合物を０．１〜３質量％含有することを特徴とする封止用液状エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の封止用液状エポキシ樹脂組成物を用いて半導体チップと配線基板との間が封止されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１】
エポキシ樹脂および固体粒状アミン系硬化剤を必須成分として含有し、２５℃における粘度が１Ｐａ・ｓ未満である封止用液状エポキシ樹脂組成物であって、ラウリン酸メチル、メタクリル酸ラウリル、またはこれらの混合物を０．１〜３質量％含有することを特徴とする封止用液状エポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の封止用液状エポキシ樹脂組成物を用いて半導体チップと配線基板との間が封止されていることを特徴とする半導体装置。
【公開番号】特開２００９−５１９７０（Ｐ２００９−５１９７０Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２２１２５７（Ｐ２００７−２２１２５７）
【出願日】平成１９年８月２８日（２００７．８．２８）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２８日（２００７．８．２８）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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