JPH09235357A - 封止用液状エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 封止用液状エポキシ樹脂組成物１００重量部
中に、球状の無機充填材を４０〜８０重量部含有する樹
脂組成物を用いて、樹脂組成物の浸入を必要とする隙間
の長さが長いフリップチップ実装された半導体素子を封
止しても、その隙間に気泡が残留しにくい樹脂組成物を
提供する。またその樹脂組成物を用いた気泡の残留が少
ない半導体装置を提供する。 【解決手段】 球状の無機充填材の平均粒径が２〜５μ
ｍであり、全無機充填材１００重量部に対し、粒径が３
０μｍを越える球状の無機充填材の割合が、５重量部以
下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の封止に使用される液状エポキシ樹脂組成物に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置などの電子部品の封止方法と
して、セラミックや、熱硬化性樹脂を用いる方法が、従
来より行われている。なかでも、エポキシ樹脂組成物に
よる封止が、経済性及び性能のバランスより好ましく、
広く行われている。このエポキシ樹脂組成物（以下封止
樹脂と記す）により封止された半導体装置は、例えば配
線回路を有する基板等の上に半導体素子を搭載し、その
半導体素子と基板等をボンディングワイヤーを用いて電
気的に接続し、半導体素子やボンディングワイヤーや基
板等を封止樹脂で封止して製造されている。

【０００３】この半導体素子の封止としては、トランス
ファー成形による封止とスポット封止を行う封止が行わ
れている。スポット封止は、トランスファー成形による
封止と比較して、一般的に用いられる封止樹脂の量が少
なく、その少ない量でも、トランスファー成形品と同等
の耐ヒートサイクル性や耐湿信頼性や耐電気腐食性を有
する封止ができる性能が求められている。

【０００４】また、半導体素子と基板等を電気的に接続
する方法も、従来の主流であったボンディングワイヤー
を用いる方法に代わって、バンプ（突起電極）により半
導体素子と基板等とを電気的に接続する方法のような、
いわゆるフリップチップ実装が増加している。

【０００５】このフリップチップ実装方式の半導体装置
では、ヒートサイクル試験でバンプの接合部等にクラッ
ク等の欠陥が発生する場合がある。そのためこれを防止
するために、半導体素子と基板等の隙間及びバンプの周
囲等を封止樹脂で充填することにより改良する方法が行
われている。この半導体素子と基板等の隙間は、数十μ
ｍ程度と狭く、この隙間に封止樹脂を充填するために
は、高い浸入充填性も封止樹脂には要求されている。

【０００６】このように、フリップチップ実装方式の半
導体装置を封止する封止樹脂に要求される特性は、耐湿
信頼性、耐電気腐食性、耐ヒートサイクル性、浸入充填
性等各種の特性が要求されている。そのため、封止樹脂
中にシリカ等の無機充填材を配合することにより封止樹
脂の吸湿率を低下させたり、熱膨張率を低下させること
により耐湿信頼性や耐ヒートサイクル性を向上させる方
法や、特開昭６４−２６６２５号に記載されているよう
な、硬化剤として１分子中に酸無水物基を１個有する液
状化合物及び１分子中に酸無水物基を複数有する化合物
を配合した封止用液状エポキシ樹脂組成物（以下液状封
止樹脂と記す）を用いて、耐ヒートサイクル性を改良し
たり、特定の粒径の無機充填材を用いることにより、浸
入充填性を改良する方法が検討されている。

【０００７】近年の半導体装置の高機能化、高集積化等
に伴い、フリップチップ実装方式の半導体装置が広く用
いられるようになったと同時に、半導体素子の大きさが
１５〜２５ｍｍ程度まで拡大したり、半導体素子と基板
の隙間が更に狭くなっている。この大きさが大きい半導
体素子を封止する液状封止樹脂には、液状封止樹脂の熱
膨張率を半導体素子の熱膨張率に近づけて耐ヒートサイ
クル性を向上させるために、無機充填材を高い比率で含
有していることが好ましい。そのため、球状の無機充填
材を用いて、その球状の無機充填材を液状封止樹脂１０
０重量部中に４０〜８０重量部程度配合することによ
り、浸入充填性を確保しながら熱膨張率を低下させる方
法が検討されている。しかし、この球状の無機充填材を
４０〜８０重量部配合した液状封止樹脂を用いて、液状
封止樹脂の浸入を必要とする長さが５ｍｍ以上のフリッ
プチップ実装方式の半導体素子を封止しようとすると、
浸入充填性が不十分となり、充填されずに隙間に気泡が
残留する場合があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を改善するために成されたもので、その目的とするとこ
ろは、エポキシ樹脂と、無機充填材と、硬化剤とを配合
してなる液状封止樹脂であって、その液状封止樹脂を用
いて、液状封止樹脂の浸入を必要とする隙間の長さが長
いフリップチップ実装された半導体素子を封止しても、
その隙間に気泡が残留しにくく、浸入充填性が優れた液
状封止樹脂を提供することにある。またその液状封止樹
脂を用いた、気泡の残留が少ない半導体装置を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
液状封止樹脂（封止用液状エポキシ樹脂組成物）は、エ
ポキシ樹脂と、無機充填材と、硬化剤として１分子中に
酸無水物基を１個有する液状化合物及び１分子中に酸無
水物基を複数有する化合物とを配合してなる液状封止樹
脂１００重量部中に、球状の無機充填材を４０〜８０重
量部含有する液状封止樹脂において、球状の無機充填材
の平均粒径が２〜５μｍであり、全無機充填材１００重
量部に対し、粒径が３０μｍを越える球状の無機充填材
の割合が、５重量部以下であることを特徴とする。

【００１０】本発明の請求項２に係る液状封止樹脂は、
請求項１記載の液状封止樹脂において、球状の無機充填
材が、溶融シリカであることを特徴とする。

【００１１】本発明の請求項３に係る半導体装置は、請
求項１又は請求項２記載の液状封止樹脂を用いて、半導
体素子を封止してなることを特徴とする。

【００１２】本発明によると、平均粒径が２〜５μｍで
あり、かつ、全無機充填材１００重量部に対し、粒径が
３０μｍを越える割合が、５重量部以下である球状の無
機充填材を用いているため、液状封止樹脂の浸入を必要
とする隙間の長さが長いフリップチップ実装された半導
体素子を封止しても、その隙間に気泡が残留しにくく、
浸入充填性が優れた封止が可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の液状封止樹脂は、少なく
ともエポキシ樹脂と、球状の無機充填材と、硬化剤とし
て１分子中に酸無水物基を１個有する液状化合物及び１
分子中に酸無水物基を複数有する化合物とを配合してな
る。球状の無機充填材の平均粒径が２〜５μｍであり、
かつ、全無機充填材１００重量部に対し、粒径が３０μ
ｍを越える球状の無機充填材の割合が、５重量部以下で
あることが重要である。平均粒径が５μｍを超える場合
及び粒径が３０μｍを越える割合が５重量部を越える場
合は、浸入充填性が低下して問題となり、平均粒径が２
μｍ未満の球状の無機充填材は、入手が困難なため経済
的でない。なお、液状封止樹脂に複数の平均粒径の無機
充填材を配合した場合、各々の重量比率に応じた平均値
を、その液状封止樹脂の平均粒径とし、液状封止樹脂に
複数の粒径が３０μｍを越える割合の無機充填材を配合
した場合も、各々の重量比率に応じた平均値を、その液
状封止樹脂の粒径が３０μｍを越える割合とする。

【００１４】また、球状の無機充填材を、液状封止樹脂
１００重量部中に４０〜８０重量部含有することが重要
である。４０重量部未満の場合、液状封止樹脂の硬化物
の耐ヒートサイクル性が低下する場合があり問題とな
り、８０重量部を越える場合、液状封止樹脂の粘度が高
くなり、封止する際の浸入充填性が低下して問題とな
る。

【００１５】平均粒径が２〜５μｍであり、かつ、全無
機充填材１００重量部に対し、粒径が３０μｍを越える
割合が５重量部以下である球状の無機充填材を用いてい
るため、その球状の無機充填材を液状封止樹脂１００重
量部中に４０〜８０重量部含有しても、液状封止樹脂の
浸入を必要とする隙間の長さが長いフリップチップ実装
された半導体素子を封止したとき、隙間に気泡が残留し
にくく、浸入充填性が優れた封止が可能となる。

【００１６】なお、無機充填材の形状は、一般に球状と
破砕状に大別できるが、本発明の球状とは、破砕状の無
機充填材を加工して面取りすることにより略球状とした
ものも含むものである。

【００１７】本発明で使用する球状の無機充填材として
は、特に限定するものではなく、例えばシリカ、アルミ
ナ、マグネシア等が挙げられる。これらの無機充填材
は、単独で用いても、２種類以上を併用してもよい。な
お、球状の無機充填材として溶融シリカを用いた場合、
液状封止樹脂の硬化物の線膨張係数が小さくなり、か
つ、球状粒子を容易に得ることができ好ましい。

【００１８】なお、本発明で使用する無機充填材として
は、球状のみに限定するものではなく、本発明の効果を
達成できる程度であれば、破砕状の無機充填材も併用す
ることができる。

【００１９】本発明で使用するエポキシ樹脂としては、
液状封止樹脂全体として液状になるものであれば特に限
定するものではなく、例えばビスフェノールＡ型エポキ
シ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、オルソクレゾール
ノボラック型エポキシ樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂、
脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂等が挙げら
れ、これらを単独で用いても、２種類以上を併用しても
よい。

【００２０】なお、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を
含有した場合、液状封止樹脂の粘度を低減させたり、不
純イオンを低減することが可能であるため、浸入充填性
や電気信頼性が向上して好ましい。なお、そのビスフェ
ノールＡ型エポキシ樹脂のエポキシ当量は、１７５以下
が好ましい。

【００２１】本発明で使用する硬化剤としては、１分子
中に酸無水物基を１個有する液状化合物（以下単官能酸
無水物と記す）及び１分子中に酸無水物基を複数有する
化合物（以下多官能酸無水物と記す）とを共に用いるこ
とが重要である。この両者を用いると、液状封止樹脂の
硬化物の耐ヒートサイクル性が優れた封止が可能とな
る。

【００２２】単官能酸無水物としては液状であれば特に
限定するものではなく、メチルヘキサヒドロフタル酸無
水物、メチルテトラヒドロフタル酸無水物等が挙げら
れ、これらを単独で用いても、２種類以上を併用しても
よい。

【００２３】多官能酸無水物としては特に限定するもの
ではなく、５−（２，５−ジオキソテトラヒドロ−３−
フラニル）−３−メチル−３−シクロヘキセン−１，２
−ジカルボン酸無水物、グリセロールトリスアンヒドロ
トリメリテート、無水ピロメリット酸、無水ベンゾフェ
ノンテトラカルボン酸、メチルシクロヘキセンテトラカ
ルボン酸無水物等が挙げられ、これらを単独で用いて
も、２種類以上を併用してもよい。。なお、５−（２，
５−ジオキソテトラヒドロ−３−フラニル）−３−メチ
ル−３−シクロヘキセン−１，２−ジカルボン酸無水物
を用いると、液状封止樹脂の硬化物の耐ヒートサイクル
性が向上して好ましい。

【００２４】上記単官能酸無水物及び多官能酸無水物の
配合比率は、特に限定するものではないが、単官能酸無
水物の酸無水物基のモル数：多官能酸無水物の酸無水物
基のモル数を、８：２〜４：６の範囲になるよう配合す
ることが好ましい。これ以上多官能酸無水物の酸無水物
基が多いと、液状封止樹脂の粘度が上昇して浸入充填性
が低下する場合があり、またこれ以下の場合、液状封止
樹脂の硬化物の耐ヒートサイクル性が低下する場合があ
る。

【００２５】なお、多官能酸無水物が固体の場合は、単
官能酸無水物に分散させてから液状封止樹脂に配合する
と、均一に溶液化した液状封止樹脂を容易に得ることが
でき好ましい。

【００２６】エポキシ樹脂と、上記単官能酸無水物及び
多官能酸無水物の配合比率は、特に限定するものではな
いが、液状封止樹脂中の全エポキシ基のモル数：全酸無
水物基のモル数が、１０：６〜１０：９の範囲になるよ
う配合することが好ましい。これ以上酸無水物基が多い
と、液状封止樹脂の硬化物の耐湿信頼性が低下する場合
があり、またこれ以下の場合、液状封止樹脂の硬化物の
ガラス転移温度が低下して、耐熱温度が低下する場合が
ある。

【００２７】なお、本発明で使用する硬化剤としては、
単官能酸無水物及び多官能酸無水物のみを含有すること
に限定するものではなく、例えばフェノールノボラック
樹脂及びその誘導体、クレゾールノボラック樹脂及びそ
の誘導体、モノまたはジヒドロキシナフタレンノボラッ
ク樹脂及びその誘導体等のフェノール系硬化剤や、アミ
ン系硬化剤等を配合していてもよい。

【００２８】本発明の液状封止樹脂には、必要に応じ
て、硬化促進剤、顔料、希釈剤、カップリング剤、界面
活性剤、レベリング剤、消泡剤及びイオントラップ剤等
を配合することもできる。

【００２９】本発明で使用することができる硬化促進剤
としては特に限定するものではなく、例えば、１，８−
ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリ
エチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン等の三級ア
ミン化合物、２−メチルイミダゾール、２−エチル−４
−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２
−フェニル−４−メチルイミダゾール等のイミダゾール
化合物、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィ
ン等の有機ホスフィン化合物、トリアゾール化合物、有
機金属錯塩、有機酸金属塩、四級アンモニウム塩等が挙
げられ、これらを単独で用いても、２種類以上を併用し
てもよい。なお、イミダゾール化合物又はジアザビシク
ロウンデセン塩を用いると、液状封止樹脂の硬化物の耐
熱性が向上して好ましい。

【００３０】また、顔料としては例えば、カーボン、酸
化チタン等が挙げられる。希釈剤としては例えば、フェ
ニルグリシジルエーテル等が挙げられる。カップリング
剤としては例えば、シランカップリング剤等が挙げられ
る。界面活性剤としては例えば、ポリエチレングリコー
ル脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸
モノグリセリド等が挙げられる。これらの顔料等は２種
類以上を併用することもできる。

【００３１】本発明の半導体装置は、上記液状封止樹脂
を用いて、半導体素子とその半導体素子を搭載する基板
等の隙間及びバンプの周囲等を封止することにより得ら
れる。平均粒径が２〜５μｍであり、かつ、全無機充填
材１００重量部に対し、粒径が３０μｍを越える割合が
５重量部以下である球状の無機充填材を用いた液状封止
樹脂で封止しているため、液状封止樹脂の浸入を必要と
する、半導体素子と基板等の隙間の長さが長くても、そ
の隙間に気泡の残留が少ない半導体装置となる。

【００３２】

【実施例】

（実施例１〜７、比較例１，２）液状封止樹脂として、
下記のエポキシ樹脂、単官能酸無水物、多官能酸無水
物、硬化促進剤、４種類の無機充填材、界面活性剤及び
顔料を用いた。 ・エポキシ樹脂：エポキシ当量が１７５であるビスフェ
ノールＡ型エポキシ樹脂［東都化成（株）製、商品名Ｙ
Ｄ８１２５］ ・単官能酸無水物：酸無水物当量が１６６であるメチル
ヘキサヒドロフタル酸無水物［大日本インキ化学（株）
製、商品名エピクロンＢ−６５０］ ・多官能酸無水物：酸無水物当量１３２である５−
（２，５−ジオキソテトラヒドロ−３−フラニル）−３
−メチル−３−シクロヘキセン−１，２−ジカルボン酸
無水物［大日本インキ化学（株）製、商品名エピクロン
Ｂ−４４００］ ・硬化促進剤：２，４−ジアミノ−６［２’−メチルイ
ミダゾリル−（１’）］エチル−Ｓ−トリアジンイソシ
アヌル酸付加物［四国化成工業（株）製、商品名２ＭＡ
−ＯＫ］ ・無機充填材Ａ：平均粒径が０．６μｍである球状溶融
シリカ［（株）龍森扱い、商品名ＳＯ−２５Ｒ］（３０
μｍを越える粒径のものを含まない） ・無機充填材Ｂ：平均粒径が５μｍである球状溶融シリ
カ［（株）龍森扱い、商品名ＦＢ５］（３０μｍを越え
る粒径のものを含まない） ・無機充填材Ｃ：平均粒径が６μｍであり、破砕状の粒
子を加工して面取りすることにより略球状とした溶融シ
リカ［（株）龍森扱い、商品名ＦＢ３０］（３０μｍを
越える粒径の割合が、溶融シリカ１００重量部に対し６
重量部含む） ・無機充填材Ｄ：平均粒径が８μｍである球状溶融シリ
カ［トクヤマ社製、商品名ＳＥ８］（３０μｍを越える
粒径の割合が、溶融シリカ１００重量部に対し５重量部
含む） ・界面活性剤：ソルビタンエステル［（株）花王製］ ・顔料：カーボン［三菱化学（株）製］。

【００３３】なお、上記無機充填材の３０μｍを越える
粒径の割合は、レーザ回折式粒度分布計［セイシン企業
（株）製］を用いて測定した。

【００３４】上記の各原料を表１及び表２に示す重量比
で配合した後、ホモディスパーを用いて分散、混合して
液状封止樹脂を得た。なお、多官能酸無水物は、単官能
酸無水物に分散させてから液状封止樹脂に配合した。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】（評価、結果）実施例１〜７及び比較例
１，２で得られた液状封止樹脂を用いて、浸入充填性の
評価として、ギャップ浸入時間を下記の方法で測定し
た。図１に示すように、５０μｍ厚のステンレス箔１
１，１１をスライドガラス１２上に適当な間隔をおいて
設け、この間にまたがるようにカバーガラス１３を置い
た後、粘着テープ１４を用いて、ステンレス箔１１，１
１及びカバーガラス１３を、スライドガラス１２に固定
した。次いで、カバーガラス１３とスライドガラス１２
との間の５０μｍ厚の隙間の一方に液状封止樹脂１５を
塗布した。それを１００℃で加熱して、液状封止樹脂１
５が隙間に１０ｍｍ浸入する時間を測定した。なお、６
００秒加熱しても１０ｍｍ浸入しないものは不合格
（×）とした。

【００３８】結果は、表１及び表２に示したように、各
実施例は各比較例と比較してギャップ浸入時間が短く、
気泡が残留しにくい封止が可能であることが確認され
た。

【００３９】

【発明の効果】本発明の請求項１及び請求項２に係る液
状封止樹脂は、無機充填材の平均粒径が２〜５μｍであ
り、かつ、全無機充填材１００重量部に対し、粒径が３
０μｍを越える無機充填材の割合が５重量部以下である
球状の無機充填材を用いているため、液状封止樹脂の浸
入を必要とする隙間の長さが長いフリップチップ実装さ
れた半導体素子を封止しても隙間に気泡が残留しにく
く、浸入充填性が優れた液状封止樹脂となる。

【００４０】本発明の請求項３に係る半導体装置は、気
泡の残留が少ない半導体装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るギャップ浸入時間の測定方法を説
明する斜視図である。

【符号の説明】

１１ ステンレス箔 １２ スライドガラス １３ カバーガラス １４ 粘着テープ １５ 封止用液状エポキシ樹脂組成物（液状封止樹脂）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/31

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシ樹脂と、無機充填材と、硬化剤
   として１分子中に酸無水物基を１個有する液状化合物及
   び１分子中に酸無水物基を複数有する化合物とを配合し
   てなるエポキシ樹脂組成物１００重量部中に、球状の無
   機充填材を４０〜８０重量部含有する封止用液状エポキ
   シ樹脂組成物において、球状の無機充填材の平均粒径が
   ２〜５μｍであり、全無機充填材１００重量部に対し、
   粒径が３０μｍを越える球状の無機充填材の割合が、５
   重量部以下であることを特徴とする封止用液状エポキシ
   樹脂組成物。
2. 【請求項２】 球状の無機充填材が、溶融シリカである
   ことを特徴とする請求項１記載の封止用液状エポキシ樹
   脂組成物。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の封止用液状
   エポキシ樹脂組成物を用いて、半導体素子を封止してな
   る半導体装置。