JP2014077122A - 電子部品用接着剤及び半導体チップ実装体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】硬化性化合物と、硬化剤と、硬化促進剤と、無機充填剤とを含有する電子部品用接着剤であって、25℃でE型粘度計を用いて測定した5rpmでの粘度をA1(Pa・s)、0.5rpmでの粘度をA2(Pa・s)としたとき、A1とA2/A1とが図1の実線で囲まれた範囲内であり、前記硬化性化合物100重量部に対して、前記硬化剤の配合量が5〜150重量部、前記無機充填剤の配合量が60〜400重量部であり、前記硬化促進剤は、イミダゾール化合物と亜リン酸化合物とを含有する組成物を含有する電子部品用接着剤。
【選択図】なし
Description
特許文献1には、封止材の良好な封止特性を得るために必要な粘度とチクソトロピー特性の限界を究明することを目的としたことが記載されており、粘度が100Pa・s以下でチクソトロピー指数が1.1以下である組成物からなる封止材であれば、封止材の注入時に間隙に速やかにかつ気泡を生じることなく小さな間隙にも十分浸透することが可能となることが記載されている。
しかしながら、特許文献3に記載の方法によっても、また、例えば特許文献2に記載のような従来のアンダーフィル材料を特許文献3に記載の方法に適用したとしても、ボイドが生じる可能性を充分には排除できていなかった。
以下、本発明を詳述する。
しかしながら、一般的に、信頼性を高めるためにはある程度以上無機充填剤を配合する必要があるところ、無機充填剤をある程度以上配合した電子部品用接着剤は、高粘度になりがちであった。そして、このような高粘度の電子部品用接着剤に、チクソトロピー特性を大きくする目的で更にチクソトロピー付与剤を配合すると、粘度が更に高くなって塗布性が低下してしまい、また、チクソトロピー特性を調整することも困難であった。
この問題に対し、本発明者らは、硬化性化合物と、硬化剤と、硬化促進剤と、無機充填剤とを所定の比率で配合し、硬化促進剤として、イミダゾール化合物と亜リン酸化合物とを含有する組成物を用いることにより、充分な信頼性が得られる程度に無機充填剤を配合する場合であっても、粘度特性及びチクソトロピー特性の両方を所望の範囲に調整できることを見出した。
なお、図1の実線で囲まれた範囲は、実施例及び比較例で測定した電子部品用接着剤の粘度特性及びチクソトロピー特性から導かれた範囲である。図1の実線で囲まれた範囲には、実線上も含まれるものとする。
本発明の電子部品用接着剤においては、上記硬化性化合物100重量部に対して、上記硬化剤の配合量が5〜150重量部、上記無機充填剤の配合量が60〜400重量部であり、上記硬化促進剤は、イミダゾール化合物と亜リン酸化合物とを含有する組成物を含有する。
上記硬化性化合物は特に限定されないが、エポキシ化合物、ビスマレイミド化合物、エピスルフィド化合物からなる群より選択される少なくとも1つの化合物を含有することが好ましい。
上記エピスルフィド化合物として、具体的には例えば、ビスフェノール型エピスルフィド化合物(ビスフェノール型エポキシ化合物のエポキシ基の酸素原子を硫黄原子に置換した化合物)、水添ビスフェノール型エピスルフィド化合物、ジシクロペンタジエン型エピスルフィド化合物、ビフェニル型エピスルフィド化合物、フェノールノボラック型エピスルフィド化合物、フルオレン型エピスルフィド化合物、ポリエーテル変性エピスルフィド化合物、ブタジエン変性エピスルフィド化合物、トリアジンエピスルフィド化合物、ナフタレン型エピスルフィド化合物等が挙げられる。なかでも、ナフタレン型エピスルフィド化合物が好ましい。これらのエピスルフィド化合物は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
なお、酸素原子から硫黄原子への置換は、エポキシ基の少なくとも一部におけるものであってもよく、すべてのエポキシ基の酸素原子が硫黄原子に置換されていてもよい。
また、イミダゾール化合物と亜リン酸化合物とを含有する組成物は均一に分子レベルで分散するため、このような組成物を用いることにより、半導体チップの突起状電極と基板の電極部とを接触又は接合する際に局所的な発熱を避けることができ、ボイドを抑制することができる。
また、亜リン酸化合物を用いることにより、半導体チップの突起状電極等がハンダである場合にはハンダのぬれ性が向上し、電極接合を良好に行うことができる。
本明細書中、常温で液状とは、10〜30℃における少なくとも一部の温度領域において液体状態であることを意味する。
上記亜リン酸モノエステルとして、例えば、亜リン酸モノメチル、亜リン酸モノエチル、亜リン酸モノブチル、亜リン酸モノラウリル、亜リン酸モノオレイル、亜リン酸モノフェニル、亜リン酸モノナフチル等が挙げられる。上記亜リン酸ジエステルとして、例えば、亜リン酸ジメチル、亜リン酸ジエチル、亜リン酸ジブチル、亜リン酸ジラウリル、亜リン酸ジオレイル、亜リン酸ジフェニル、亜リン酸ジナフチル、亜リン酸ジ−o−トリル、亜リン酸ジ−m−トリル、亜リン酸ジ−p−トリル、亜リン酸ジ−p−クロロフェニル、亜リン酸ジ−p−ブロモフェニル、亜リン酸ジ−p−フルオロフェニル等が挙げられる。
これらの亜リン酸化合物は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記その他の硬化促進剤は特に限定されず、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。これらのその他の硬化促進剤は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
なお、疎水化度(M値)は、疎水性を表す指標であり、無機充填剤を添加した水にメタノールを滴下し、無機充填剤が完全に膨潤したときのメタノール濃度(重量%)を意味する。
上記M値が20以下の無機充填剤の市販品として、例えば、SE−2050(M値が0、炭素含有量が0重量%、アドマテックス社製)、SE−2050−SET(M値が20、炭素含有量が0重量%、アドマテックス社製)、SE−2050−SEJ(M値が20、炭素含有量が0重量%、アドマテックス社製)、SE−1050(M値が0、炭素含有量が0重量%、アドマテックス社製)、SE−4050(M値が0、炭素含有量が0重量%、アドマテックス社製)、UFP−80(M値が20、電気化学社製)、QS−40(M値が0、炭素含有量が0重量%、トクヤマ社製)等が挙げられる。これらの無機充填剤は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記M値が45以上の無機充填剤の市販品として、例えば、SE−2050−STJ(M値が64、アドマテックス社製)、SE−1050−STT(M値が64、アドマテックス社製)、ヒュームドシリカ(MT−10、M値が47、炭素含有量が0.9重量%、トクヤマ社製)、ヒュームドシリカ(HM−20L、M値が64、炭素含有量が2.4重量%、トクヤマ社製)、ヒュームドシリカ(PM−20L、M値が65、炭素含有量が5.5重量%、トクヤマ社製)等が挙げられる。これらの無機充填剤は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記フェニルシラン化合物として、例えば、N―フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
上記(メタ)アクリルシラン化合物として、例えば、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン等が挙げられる。
上記チクソトロピー付与剤を含有することで、A1とA2/A1とを上記範囲に調整しやすくなり、ボイドをより良好に抑制することができる。
また、上記チクソトロピー付与剤は、必要に応じて、表面処理が施されていてもよい。上記表面処理が施されたチクソトロピー付与剤は特に限定されないが、表面に疎水基を有する粒子が好ましく、具体的には、例えば、表面を疎水化したヒュームドシリカ等が挙げられる。
上記希釈剤は、エポキシ基を有することが好ましく、1分子中のエポキシ基数の好ましい下限が2、好ましい上限が4である。1分子中のエポキシ基数が2未満であると、電子部品用接着剤の硬化後に充分な耐熱性が発現しないことがある。1分子中のエポキシ基数が4を超えると、硬化によるひずみが発生したり、未硬化のエポキシ基が残存したりすることがあり、これにより、接合強度の低下又は繰り返しの熱応力による接合不良が発生することがある。上記希釈剤の1分子中のエポキシ基数のより好ましい上限は3である。
また、上記希釈剤は、芳香環及び/又はジシクロペンタジエン構造を有することが好ましい。
また、上記希釈剤は、上記硬化性化合物よりも硬化開始温度が低く、硬化速度が大きいことが好ましい。
上記溶媒は特に限定されず、例えば、芳香族炭化水素類、塩化芳香族炭化水素類、塩化脂肪族炭化水素類、アルコール類、エステル類、エーテル類、ケトン類、グリコールエーテル(セロソルブ)類、脂環式炭化水素類、脂肪族炭化水素類等が挙げられる。
上記無機イオン交換体のうち、市販品として、例えば、IXEシリーズ(東亞合成社製)等が挙げられる。本発明の電子部品用接着剤が上記無機イオン交換体を含有する場合、上記無機イオン交換体の配合量は特に限定されないが、好ましい上限が10重量%、好ましい下限が1重量%である。
また、本発明の電子部品用接着剤は、必要に応じて、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。
突起状電極を有する半導体チップをフリップチップ実装により基板に接合するとともに封止を行う半導体チップ実装体の製造方法であって、本発明の電子部品用接着剤を基板上に設ける工程と、前記電子部品用接着剤を介して、半導体チップの突起状電極と前記基板の電極部とを接触させるとともに前記電子部品用接着剤を封止領域に充填する工程と、前記半導体チップの突起状電極と前記基板の電極部とを接合するとともに接合部の前記電子部品用接着剤を硬化させる工程と、前記電子部品用接着剤を完全硬化させる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。
本発明の半導体チップ実装体の製造方法では、まず、本発明の電子部品用接着剤を基板上に設ける工程を行う。
上記工程では、上記半導体チップに対して押圧し、上記半導体チップの突起状電極と上記基板の電極部とを接触させるとともに電子部品用接着剤を封止領域に充填することが好ましい。上記押圧する際の圧力は特に限定されないが、突起状電極当たり0.1〜10Nであることが好ましい。上記圧力が0.1N未満であると、上記半導体チップの突起状電極と上記基板の電極とが接触しないことがある。上記圧力が10Nを超えると、上記半導体チップの突起状電極がつぶれすぎて隣の突起状電極と接触し、ショートすることがある。
また、上記半導体チップの突起状電極と上記基板の電極部とを接触させるとともに電子部品用接着剤を封止領域に充填する際の温度及び時間は、本発明の効果を阻害しない範囲内であれば特に限定されず、例えば、120〜220℃、1〜30N、0.1〜60秒等が挙げられる。上記半導体チップの突起状電極等がハンダである場合には、ハンダの溶融温度以下の温度で加熱すればよい。
上記半導体チップの突起状電極と上記基板の電極部とを接合するとともに接合部の電子部品用接着剤を硬化させる際の温度及び時間は、本発明の効果を阻害しない範囲内であれば特に限定されず、例えば、230〜300℃、1〜30N、0.1〜60秒等が挙げられる。上記半導体チップの突起状電極等がハンダである場合には、ハンダの溶融温度以上の温度で加熱すればよい。
電子部品用接着剤を完全硬化させる際の硬化条件は特に限定されず、電子部品用接着剤の硬化特性に合わせた硬化条件を適宜選択して用いることができ、例えば、120℃で30分、170℃で30分等が挙げられる。
(1)電子部品用接着剤の製造
表1又は2に示す組成に従って、ホモディスパーを用いて下記に示す各材料(重量部)を攪拌混合し、電子部品用接着剤を調製した。得られた電子部品用接着剤について、E型粘度測定装置(VISCOMETER TV−22、TOKAI SANGYO CO.LTD社製)を用いて25℃の設定温度にて回転数5rpmにおける粘度A1及び0.5rpmにおける粘度A2を測定した。A1、A2、及び、A2/A1を表1に示す。また、横軸をA1(Pa・s)、縦軸をA2/A1として、実施例(実施例5を除く)及び比較例で得られたA1とA2/A1との関係をプロットしたグラフを図1に示す。なお、実施例を△(三角形)で、比較例を×でプロットした。
アニリン型エポキシ化合物(EP−3900S、アデカ社製)
ナフタレン型エポキシ化合物(EXA−4710、アデカ社製)
酸無水物硬化剤(YH−307、JER社製)
イミダゾール化合物と亜リン酸化合物とを含有する組成物(フジキュアー7000、T&K TOKA社製)
その他の硬化促進剤(イミダゾール系硬化促進剤、2MA−OK、四国化成工業社製)
4−1.M値が20以下である無機充填剤
SE−2050(シリカフィラー、アドマテックス社製、平均粒子径0.5μm、最大粒子径3μm、表面処理なし、M値0)
SE−2050−SEJ(シリカフィラー、アドマテックス社製、平均粒子径0.5μm、最大粒子径3μm、エポキシシラン化合物に由来する基を有する無機充填剤、M値20)
SE−1050(シリカフィラー、アドマテックス社製、平均粒子径0.3μm、最大粒子径1μm、表面処理なし、M値0)
4−2.M値が45以上である無機充填剤
SE−2050−STJ(シリカフィラー、アドマテックス社製、平均粒子径0.5μm、最大粒子径3μm、メチルシラン化合物に由来する基を有する無機充填剤、M値64)
SE−1050−STT(シリカフィラー、アドマテックス社製、平均粒子径0.3μm、最大粒子径1μm、メチルシラン化合物に由来する基を有する無機充填剤、M値64)
4−3.その他の無機充填剤
SE−2050−SPJ(シリカフィラー、アドマテックス社製、平均粒子径0.5μm、最大粒子径3μm、フェニルシラン化合物に由来する基を有する無機充填剤、M値30)
SE−2050−SMJ(シリカフィラー、アドマテックス社製、平均粒子径0.5μm、最大粒子径3μm、メタクリルシラン化合物に由来する基を有する無機充填剤、M値40)
SE−1050−SMT(シリカフィラー、アドマテックス社製、平均粒子径0.3μm、最大粒子径1μm、メタクリルシラン化合物に由来する基を有する無機充填剤、M値40)
BYK−W9010(シリコーン化合物、ビッグケミー・ジャパン社製、SP値が13.36のリン酸基と、SP値が9.71のポリエーテル基とを有する)
得られた電子部品用接着剤を10mLシリンジ(岩下エンジニアリング社製)に充填し、シリンジ先端に精密ノズル(岩下エンジニアリング社製、ノズル先端径0.3mm)を取り付け、ディスペンサ装置(SHOT MASTER300、武蔵エンジニアリング社製)を用いて、吐出圧0.4MPa、基板とニードルとのギャップ200μm、塗布量3.3μLにて基板(WALTS−KIT MB50−0101JY、ウォルツ社製)上に塗布した。
実施例及び比較例で得られた半導体チップ実装体について、以下の評価を行った。結果を表1又は2に示す。
超音波探査映像装置(mi−scope hyper II、日立建機ファインテック社製)を用いて、得られた半導体チップ実装体のボイドを観察し、下記の基準で評価した。
○ ボイドがほとんど観察されなかった。
△ ボイドがわずかに観察された。
× ボイドによる目立った剥離が観察された。
上記の半導体チップ実装体の製造時と同じ条件(ただし、ノズル先端径は0.2mm又は0.3mm)で電子部品用接着剤を基板上に塗布した。この際、16個の基板に対して連続で塗布を行った際の描線を観察した。
◎ ノズル先端径0.2mmの場合であっても、長さ10cmの描線10本を、基板内及び基板間で途切れることなく作製できた。
○ ノズル先端径0.3mmの場合には、長さ10cmの描線10本を、基板内及び基板間で途切れることなく作製できた。
△ ノズル先端径0.3mmの場合には、長さ10cmの描線10本を、基板内及び基板間で途切れることなく作製できたが、線幅が50%以下になってしまった部分又は100%以上になってしまった部分があった。
× ノズル先端径0.3mmの場合であっても、基板内又は基板間で描線が途中で途切れてしまった(線幅が50%以下になってしまった部分又は100%以上になってしまった部分がある場合を含む)。
上記で作製した塗布後の電子部品用接着剤を80℃のホットプレート上に置き、接着剤形状の崩れを観察した。
○ 形状保持時間が1時間以上であった。
△ 形状保持時間が30分以上1時間未満であった。
× 形状保持時間が30分未満であった。
Claims (5)
- 硬化性化合物と、硬化剤と、硬化促進剤と、無機充填剤とを含有する電子部品用接着剤であって、
25℃でE型粘度計を用いて測定した5rpmでの粘度をA1(Pa・s)、0.5rpmでの粘度をA2(Pa・s)としたとき、A1とA2/A1とが図1の実線で囲まれた範囲内であり、
前記硬化性化合物100重量部に対して、前記硬化剤の配合量が5〜150重量部、前記無機充填剤の配合量が60〜400重量部であり、
前記硬化促進剤は、イミダゾール化合物と亜リン酸化合物とを含有する組成物を含有する
ことを特徴とする電子部品用接着剤。 - 無機充填剤は、疎水化度(M値)が20以下の無機充填剤、又は、疎水化度(M値)が45以上の無機充填剤を含有することを特徴とする請求項1記載の電子部品用接着剤。
- 無機充填剤は、平均粒子径が0.1〜3μmであることを特徴とする請求項1又は2記載の電子部品用接着剤。
- 無機充填剤は、表面にトリメチルシラン化合物又はエポキシシラン化合物に由来する基を有する無機充填剤を含有することを特徴とする請求項1、2又は3記載の電子部品用接着剤。
- 突起状電極を有する半導体チップをフリップチップ実装により基板に接合するとともに封止を行う半導体チップ実装体の製造方法であって、
請求項1、2、3又は4記載の電子部品用接着剤を基板上に設ける工程と、
前記電子部品用接着剤を介して、半導体チップの突起状電極と前記基板の電極部とを接触させるとともに前記電子部品用接着剤を封止領域に充填する工程と、
前記半導体チップの突起状電極と前記基板の電極部とを接合するとともに接合部の前記電子部品用接着剤を硬化させる工程と、
前記電子部品用接着剤を完全硬化させる工程とを有する
ことを特徴とする半導体チップ実装体の製造方法。
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