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JP4966123B2 - Liquid epoxy resin composition for sealing and semiconductor device - Google Patents

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JP4966123B2
JP4966123B2 JP2007194544A JP2007194544A JP4966123B2 JP 4966123 B2 JP4966123 B2 JP 4966123B2 JP 2007194544 A JP2007194544 A JP 2007194544A JP 2007194544 A JP2007194544 A JP 2007194544A JP 4966123 B2 JP4966123 B2 JP 4966123B2
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sealing
solid
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liquid
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Description

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。   The present invention relates to a sealing liquid epoxy resin composition and a semiconductor device.

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。   In recent years, resin-encapsulated semiconductor devices have a tendency toward higher density, higher integration, and higher speed of operation, and there is a demand for semiconductor chip packages that can be made smaller and thinner than conventional packages. Therefore, flip chip packages are attracting attention as a means of meeting such demands.

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、このバンプ電極を用いて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アンダーフィルと呼ばれる樹脂が充填される。アンダーフィルは、半導体チップと配線基板間の熱膨張率の差異によって発生するはんだ接合部の応力を緩和し、耐湿性、気密性を確保する等の機能を有している。   In the flip chip package, a metal electrode called a bump is directly formed on an external connection pad of a semiconductor chip, and the bump electrode is used to connect and mount on a wiring board face down. Further, the gap between the semiconductor chip and the wiring board is filled with a resin called underfill. The underfill has functions such as relieving the stress at the solder joint caused by the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor chip and the wiring board, and ensuring moisture resistance and airtightness.

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。   Because of this structure, the mounting area can be almost the same as that of the semiconductor chip, and the bump height is usually as low as several tens of μm, so there is no need to encapsulate the wires as in the case of wire bonding connection. The height after mounting can also be lowered, and it is possible to meet demands for downsizing, thinning, and the like.

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いるが(特許文献1〜3参照)、フリップチップパッケージ用アンダーフィルの市場においては、さらなる信頼性の向上を図るべく、低応力化が望まれている。低応力化のためのアプローチの主なものとしては、低ガラス転移温度化、低線膨張係数化、低弾性率化などが挙げられるが、低ガラス転移温度化ではバンプの保護に不適であること、低線膨張係数化では材料粘度の制約があることの問題があり、アンダーフィルのさらなる低応力化のためには低弾性率化が最も有効な方法であると考えられる。   Conventionally, as an underfill material used for a flip chip package, a liquid epoxy resin composition is typically used (see Patent Documents 1 to 3), but in the market for flip chip package underfill, In order to further improve the reliability, a reduction in stress is desired. The main approaches for lowering stress include lower glass transition temperature, lower linear expansion coefficient, lower elastic modulus, etc., but lower glass transition temperature is not suitable for bump protection. However, there is a problem that there is a restriction on the material viscosity in reducing the linear expansion coefficient, and it is considered that lowering the elastic modulus is the most effective method for further reducing the stress of the underfill.

従来、アンダーフィルを低弾性率化するための方法としては、シリコーンゴム、シリコーンオイル、ウレタンゴム等を液状エポキシ樹脂組成物に配合することが一般に行われている。
特許第3038623号明細書 特開2007−9188号公報 特開2003−183351号公報
Conventionally, as a method for reducing the elastic modulus of the underfill, it has been generally performed to blend silicone rubber, silicone oil, urethane rubber or the like into a liquid epoxy resin composition.
Japanese Patent No. 3038623 Japanese Patent Laid-Open No. 2007-9188 JP 2003-183351 A

しかしながら、これらのシリコーンゴム等の材料は、液状エポキシ樹脂に対して相溶性がそれほど高くないため、アンダーフィル材における他の物性に影響を与える場合があった。   However, since these materials such as silicone rubber are not so compatible with the liquid epoxy resin, other physical properties of the underfill material may be affected.

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、他の物性に影響を与えることなくアンダーフィルの応力を緩和させることができ、パッケージの信頼性を高めることが可能な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。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and can reduce the stress of the underfill without affecting other physical properties and can improve the reliability of the package. It is an object to provide a liquid epoxy resin composition for use and a semiconductor device using the same.

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。   The present invention is characterized by the following in order to solve the above problems.

第1に、本発明の封止用液状エポキシ樹脂組成物は、アンダーフィル用(半田バンプを有する多数個の半導体素子が形成されたウエハーに塗布し、B−ステージにする方法を除く。)の封止用液状エポキシ樹脂組成物において、常温で液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂O−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂およびビフェニル型エポキシ樹脂から選ばれるいずれかの常温で固形状のエポキシ樹脂、酸無水物硬化剤、硬化促進剤、および無機充填材として球状の溶融シリカを含有し、常温で固形状のエポキシ樹脂の含有量が、エポキシ樹脂の合計量に対して15〜50質量%であり、球状の溶融シリカの平均粒子径が1μm以下であることを特徴とする。 1stly, the liquid epoxy resin composition for sealing of this invention is for underfills (except the method of apply | coating to the wafer in which many semiconductor elements which have a solder bump were formed, and setting it as a B-stage). Liquid epoxy resin composition for sealing , epoxy resin solid at room temperature selected from bisphenol A type epoxy resin , O-cresol novolak type epoxy resin and biphenyl type epoxy resin which is liquid at normal temperature, acid anhydride curing agent, curing accelerator, and it contains spherical fused silica as the inorganic filler, the content of solid epoxy resin at normal temperature, 15 to 50 wt% based on the total weight of the epoxy resin, the molten globular The average particle diameter of silica is 1 μm or less.

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。 Second, the semiconductor device of the present invention is characterized in that a gap between the semiconductor chip and the wiring substrate is sealed using the first sealing liquid epoxy resin composition.

上記第1の発明によれば、液状エポキシ樹脂との相溶性が高い固形状エポキシ樹脂を特定量配合し、平均粒子径が1μm以下の無機充填材を用いたことで、液状エポキシ樹脂と相溶した固形状エポキシ樹脂が硬化後に微細な樹脂部分として硬化物中に分散し、応力緩和材としての機能を発揮する。そのため、アンダーフィル材等としての他の物性に影響を与えることなく低応力化を達成することができ、これによりパッケージの信頼性を高めることができる。   According to the first aspect of the invention, a specific amount of a solid epoxy resin having high compatibility with the liquid epoxy resin is blended, and an inorganic filler having an average particle diameter of 1 μm or less is used, thereby being compatible with the liquid epoxy resin. The cured solid epoxy resin is dispersed in the cured product as a fine resin portion after curing, and functions as a stress relaxation material. Therefore, it is possible to reduce the stress without affecting other physical properties such as an underfill material, thereby improving the reliability of the package.

なお、上記のような平均粒子径をもつ無機充填材を用いることで、固形状エポキシ樹脂による応力緩和が効果的に発現する。すなわち、樹脂に対するストレスが起こるクラック(樹脂に対する亀裂)は一般に無機充填材と樹脂の界面に発生すると考えられ、無機充填材の平均粒子径が大きい場合、無機充填材間をマクロ的にクラックが成長し、低応力成分である固形状エポキシ樹脂が応力緩和材として働きにくいと考えられる。   In addition, the stress relaxation by a solid epoxy resin expresses effectively by using the inorganic filler which has the above average particle diameters. In other words, cracks that cause stress on the resin (cracks on the resin) are generally considered to occur at the interface between the inorganic filler and the resin. When the average particle size of the inorganic filler is large, cracks grow macroscopically between the inorganic fillers. However, it is considered that the solid epoxy resin, which is a low stress component, does not work as a stress relaxation material.

これに対して、無機充填材の平均粒子径が小さい場合、ミクロ的に存在する無機充填材界面よりもマクロ的に存在する低応力成分が支配的となるため、固形状エポキシ樹脂による応力緩和が効果的に発現すると考えられる。   On the other hand, when the average particle size of the inorganic filler is small, the low stress component that exists macroscopically becomes more dominant than the microscopically existing inorganic filler interface. It is thought to be effectively expressed.

上記第2の発明によれば、上記第1の発明の封止用液状エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子が封止されているので、封止樹脂の応力が緩和され、信頼性が高い半導体装置とすることができる。 According to the second aspect, since the semiconductor element is sealed using the liquid epoxy resin composition for sealing according to the first aspect, the stress of the sealing resin is relieved and the semiconductor has high reliability. It can be a device.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明で用いられる常温で液状のエポキシ樹脂は、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り、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、O−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のクレゾールノボラック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。なお、ここで「常温」とは25℃のことである。   The epoxy resin that is liquid at room temperature used in the present invention has two or more functional epoxy groups in one molecule. Specific examples thereof include bisphenols such as bisphenol A type epoxy resin and bisphenol F type epoxy resin. Cresol novolac epoxy resins such as epoxy resin and O-cresol novolac epoxy resin. These may be used alone or in combination of two or more. Here, “normal temperature” means 25 ° C.

本発明で用いられる常温で固形状のエポキシ樹脂は、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り、その具体例としては、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールナフトール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ナフタレン骨格型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ブロム含有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。   The epoxy resin solid at room temperature used in the present invention has two or more functional epoxy groups in one molecule. Specific examples thereof include a cresol novolac type epoxy resin, a phenol novolac type epoxy resin, and a cresol. Examples thereof include naphthol type epoxy resins, biphenyl type epoxy resins, biphenyl aralkyl type epoxy resins, naphthalene skeleton type epoxy resins, dicyclopentadiene type epoxy resins, and bromine-containing epoxy resins. These may be used alone or in combination of two or more.

なお、なお、ここで「常温」は上記と同義であり、「固形状」とは、流動性をもたない固体状態あるいは半固体状態のことである。本発明の効果を得る点からは、常温で固形状のエポキシ樹脂の軟化点は、環球法による軟化点で好ましくは60℃以上、より好ましくは60〜100℃である。   Here, “normal temperature” has the same meaning as described above, and “solid” means a solid or semi-solid state having no fluidity. From the point of obtaining the effect of the present invention, the softening point of the epoxy resin solid at room temperature is preferably 60 ° C. or higher, more preferably 60 to 100 ° C. in terms of the softening point by the ring and ball method.

常温で固形状のエポキシ樹脂の含有量は、常温で液状のエポキシ樹脂と常温で固形状のエポキシ樹脂の合計量に対して15〜50質量%、より好ましくは20〜40質量%である。常温で固形状のエポキシ樹脂の配合量が当該範囲外であると応力緩和作用が十分に得られなくなる。   The content of the epoxy resin that is solid at normal temperature is 15 to 50% by mass, more preferably 20 to 40% by mass, based on the total amount of the epoxy resin that is liquid at normal temperature and the epoxy resin that is solid at normal temperature. If the blending amount of the epoxy resin that is solid at room temperature is outside the range, the stress relaxation action cannot be sufficiently obtained.

常温で固形状のエポキシ樹脂は、応力緩和作用を有効に発揮させる点からはその粒子径が無機充填材の粒子径よりも大きく、かつ占有領域が無機充填材よりも大きいことが望ましいが、市販の固形状エポキシ樹脂は、通常は数μm以上の粒子径を有している。   It is desirable that the epoxy resin solid at room temperature has a particle diameter larger than that of the inorganic filler and an occupied area larger than that of the inorganic filler from the viewpoint of effectively exerting the stress relaxation effect. The solid epoxy resin usually has a particle diameter of several μm or more.

本発明で用いられる硬化剤の具体例としては、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸等の脂環族酸無水物、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸等の芳香族酸無水物などが挙げられる。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。   Specific examples of the curing agent used in the present invention include alicyclic acid anhydrides such as methylhexahydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, trimellitic anhydride, pyromellitic anhydride, benzophenone. And aromatic acid anhydrides such as tetracarboxylic acid. These may be used alone or in combination of two or more.

本発明では硬化剤として酸無水物を用いることが好ましく、硬化剤における酸無水物の割合を50質量%以上とすることが好ましい。硬化剤として酸無水物を用いることで、液状エポキシ樹脂と固形状エポキシ樹脂を用いて低応力化を達成する本発明の効果を十分に発揮させることができる。   In this invention, it is preferable to use an acid anhydride as a hardening | curing agent, and it is preferable that the ratio of the acid anhydride in a hardening | curing agent shall be 50 mass% or more. By using an acid anhydride as a curing agent, the effect of the present invention that achieves low stress using a liquid epoxy resin and a solid epoxy resin can be sufficiently exerted.

すなわち、酸無水物を硬化剤として用いた場合、硬化物が硬くなり且つ脆くなる傾向があるが、固形状エポキシ樹脂の応力緩和作用によってこれを有効に補うことができる。   That is, when an acid anhydride is used as a curing agent, the cured product tends to be hard and brittle, but this can be effectively compensated by the stress relaxation action of the solid epoxy resin.

上記の酸無水物の他、硬化剤としてフェノールノボラック、クレゾールノボラック、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、ジシクロペンタジエン型、トリフェニルメタン型、ザイロック型、テルペン型等の多価フェノール化合物などを配合してもよい。   In addition to the above acid anhydrides, phenol novolak, cresol novolak, phenol aralkyl resin, naphthol aralkyl resin, dicyclopentadiene type, triphenylmethane type, zyloc type, terpene type, etc. May be.

硬化剤の配合量は、好ましくは、硬化剤の当量とエポキシ樹脂のエポキシ当量との当量比(硬化剤当量/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未満であると硬化特性が低下する場合があり、当量比が1.5を超えると、硬化物の物性が低下する場合がある。   The amount of the curing agent is preferably such that the equivalent ratio of the curing agent equivalent to the epoxy equivalent of the epoxy resin (hardening agent equivalent / epoxy equivalent) is 0.5 to 1.5, more preferably equivalent. The amount is such that the ratio is 0.7 to 1.3. If the equivalent ratio is less than 0.5, the curing characteristics may be reduced, and if the equivalent ratio exceeds 1.5, the physical properties of the cured product may be reduced.

本発明で用いられる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、1,2−ジメチルイミダゾール、1,2−ジエチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール等のイミダゾール系化合物、トリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン等の第三級アミン類、アミンアダクト化合物などが挙げられる。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。   Specific examples of the curing accelerator used in the present invention include 2-methylimidazole, 2-ethylimidazole, 1,2-dimethylimidazole, 1,2-diethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-un Imidyl compounds such as decylimidazole, 2-heptadecylimidazole, 2-phenylimidazole, organic phosphines such as triphenylphosphine, tertiary amines such as 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undecene, amines Examples thereof include adduct compounds. These may be used alone or in combination of two or more.

硬化促進剤の配合量は、液状および固形状エポキシ樹脂と硬化剤の合計量に対して0.1〜5.0質量%が好ましい。硬化促進剤の配合量が0.1質量%未満であると、硬化促進作用が不十分となる場合があり、硬化促進剤の配合量が5.0質量%を超えると、硬化特性が低下する場合がある。   As for the compounding quantity of a hardening accelerator, 0.1-5.0 mass% is preferable with respect to the total amount of liquid and solid epoxy resin, and a hardening | curing agent. When the blending amount of the curing accelerator is less than 0.1% by mass, the curing accelerating action may be insufficient, and when the blending amount of the curing accelerator exceeds 5.0% by mass, the curing characteristics are deteriorated. There is a case.

本発明で用いられる無機充填材の具体例としては、溶融シリカ、結晶シリカ、微粉シリカ、アルミナ、窒化珪素、マグネシアなどが挙げられる。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。   Specific examples of the inorganic filler used in the present invention include fused silica, crystalline silica, finely divided silica, alumina, silicon nitride, magnesia and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

無機充填材の平均粒子径は、1μm以下、より好ましくは0.3〜1μmである。平均粒子径は、レーザー回折・散乱法で測定することができる。このような平均粒子径をもつ無機充填材の中でも特に、球状の溶融シリカが好ましい。アンダーフィル材など流動性を求められる材料においては、破砕シリカを用いると流動時の抵抗が大きくなるが、球状の溶融シリカを用いることで流動性を高めることができる。   The average particle diameter of the inorganic filler is 1 μm or less, more preferably 0.3 to 1 μm. The average particle diameter can be measured by a laser diffraction / scattering method. Among inorganic fillers having such an average particle diameter, spherical fused silica is particularly preferable. In a material that requires fluidity, such as an underfill material, when crushed silica is used, resistance at the time of fluidization increases, but fluidity can be improved by using spherical fused silica.

無機充填材の配合量は、封止用液状エポキシ樹脂組成物の全量に対して好ましくは30〜75質量%、より好ましくは40〜70質量%である。無機充填材の配合量が30質量%未満であると、線膨張係数が大きくなりパッケージの冷熱試験においてクラックの発生を誘発させるおそれがある。無機充填材の配合量が75質量%を超えると、封止用液状エポキシ樹脂組成物の粘度が高くなりアンダーフィル材として半導体チップと配線基板の間隙に充填する際に、当該間隙への浸入性が低下する場合がある。   The blending amount of the inorganic filler is preferably 30 to 75% by mass, more preferably 40 to 70% by mass with respect to the total amount of the liquid epoxy resin composition for sealing. If the blending amount of the inorganic filler is less than 30% by mass, the coefficient of linear expansion becomes large, and there is a risk of causing the occurrence of cracks in the package thermal test. When the blending amount of the inorganic filler exceeds 75% by mass, the viscosity of the liquid epoxy resin composition for sealing becomes high, and when the gap between the semiconductor chip and the wiring board is filled as an underfill material, the penetration property into the gap is increased. May decrease.

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、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤、難燃剤、着色剤、反応性希釈剤、改質剤、溶剤などが挙げられる。   The liquid epoxy resin composition for sealing of the present invention can further contain other additives within a range not impairing the effects of the present invention. Specific examples of such additives include coupling agents such as γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane and γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, flame retardants, colorants, reactive diluents, modifiers, solvents Etc.

本発明の封止用液状エポキシ樹脂組成物は、たとえば、上記の液状および固形状エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材、および必要に応じて配合される他の添加剤を同時にまたは別々に、必要により加熱処理を加えながら、撹拌、溶解、混合、分散させ、真空脱泡することにより得ることができる。これらの混合、撹拌、分散等の装置としては、たとえば、ディスパー、プラネタリーミキサー、3本ロール、ボールミル、撹拌および加熱装置を備えたライカイ機などを用いることができる。   The liquid epoxy resin composition for sealing according to the present invention may include, for example, the above liquid and solid epoxy resin, a curing agent, a curing accelerator, an inorganic filler, and other additives blended as necessary at the same time or Separately, it can be obtained by stirring, dissolving, mixing, dispersing, and vacuum degassing while applying heat treatment if necessary. As a device for mixing, stirring, dispersing and the like, for example, a disper, a planetary mixer, a three-roll, a ball mill, a laika machine equipped with a stirring and heating device, and the like can be used.

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。   The semiconductor device of the present invention can be manufactured by sealing between the semiconductor chip and the wiring board with the sealing liquid epoxy resin composition obtained as described above. For example, the liquid epoxy resin composition for sealing of the present invention is dispensed in the gap between bumps of a semiconductor chip such as an IC or LSI mounted on a wiring pattern surface of a wiring board of FR grade or the like via a plurality of bumps. After applying and filling with a semiconductor chip, etc., a flip-chip type semiconductor device can be manufactured through subsequent processes such as heat-curing and then sealing the entire semiconductor chip.

なお、硬化条件は、特に限定されるものではないが、たとえば120〜170℃、0.5〜5時間である。   In addition, although hardening conditions are not specifically limited, For example, they are 120-170 degreeC and 0.5 to 5 hours.

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。
[実施例1〜3および比較例1〜7]
表1に示す配合量で各成分が配合された封止用液状エポキシ樹脂組成物を、エポキシ樹脂を含む主剤と、硬化剤および硬化促進剤を含む混合剤とを常法に従って混合することにより調製した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples at all. In addition, the compounding quantity shown in Table 1 represents a mass part.
[Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 7]
Prepared by mixing a liquid epoxy resin composition for sealing in which each component is blended in the blending amounts shown in Table 1 with a main agent containing an epoxy resin and a mixture containing a curing agent and a curing accelerator according to a conventional method. did.

表1に示す配合成分として、以下のものを使用した。
液状エポキシ樹脂: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」粘度1200〜1500mPa・s(25℃) エポキシ当量 189)
固形状エポキシ樹脂(1):O−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(住友化学(株)「ESCN195XL」 エポキシ当量 195)
固形状エポキシ樹脂(2):ビフェニル型エポキシ樹脂(ジャパン・エポキシレジン(株)「YX4000H」エポキシ当量187〜197 融点 105℃(DSC法))
低弾性率化剤(1):シリコーンオイル(東レ・ダウコーニング(株)「SF−8413」)
低弾性率化剤(2):固形シリコーンパウダー(東レ・ダウコーニング(株)「E500」)
硬化剤:メチルヘキサヒドロ無水フタル酸(日立化成工業(株)「HN−5500E」)
硬化促進剤:2−エチル−4−メチルイミダゾール(四国化成工業(株)「2E4MZ」)
無機充填材:球状の溶融シリカ((株)アドマテックス「SO−E2」 平均粒子径 0.5μm)
カップリング剤:γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(日本ユニカー(株)「A187」)
[相溶性評価]
実施例および比較例の封止用液状エポキシ樹脂組成物の粘度を、B8H型回転粘度計を用いて、25℃、5rpmおよび50rpmで測定した。5rpm粘度と50rpm粘度のチクソ比(5rpm粘度/50rpm粘度)の値から相溶性を判断した。チクソ比が大きいほど固形状樹脂の液状樹脂に対する濡れ性が劣り、相溶性が悪いと判断した。判別基準を下記のとおりに定めた。
○:チクソ比1.5未満
×:チクソ比1.5以上
[信頼性試験]
実施例および比較例の封止用液状エポキシ樹脂組成物をFR4基板上に塗布し、硬化後の基板対角の反りを測定し、その平均値により、当該組成物をアンダーフィルとして用いた半導体装置の信頼性を判断した。反りが小さいほど応力の緩和が良好であり、低応力化が達成されていると考えられる。判別基準を下記のとおりに定めた。
○:10mm未満
×:10mm以上
相溶性評価と信頼性試験の結果を表1に示す。
As the blending components shown in Table 1, the following were used.
Liquid epoxy resin: bisphenol A type epoxy resin (Japan Epoxy Resin Co., Ltd. “Epicoat 828” viscosity of 1200 to 1500 mPa · s (25 ° C.) epoxy equivalent 189)
Solid epoxy resin (1): O-cresol novolac type epoxy resin (Sumitomo Chemical Co., Ltd. “ESCN195XL” epoxy equivalent 195)
Solid epoxy resin (2): biphenyl type epoxy resin (Japan Epoxy Resin Co., Ltd. “YX4000H” epoxy equivalent 187-197 melting point 105 ° C. (DSC method))
Low elastic modulus agent (1): Silicone oil (Toray Dow Corning Co., Ltd. “SF-8413”)
Low elastic modulus agent (2): Solid silicone powder (Toray Dow Corning “E500”)
Curing agent: Methylhexahydrophthalic anhydride (Hitachi Chemical Industry Co., Ltd. “HN-5500E”)
Curing accelerator: 2-ethyl-4-methylimidazole (Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd. “2E4MZ”)
Inorganic filler: Spherical fused silica (ADMATEX “SO-E2”, average particle size 0.5 μm)
Coupling agent: γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane (Nihon Unicar Co., Ltd. “A187”)
[Compatibility evaluation]
The viscosity of the sealing liquid epoxy resin compositions of Examples and Comparative Examples was measured at 25 ° C., 5 rpm, and 50 rpm using a B8H type rotational viscometer. The compatibility was judged from the value of the thixo ratio (5 rpm viscosity / 50 rpm viscosity) of 5 rpm viscosity and 50 rpm viscosity. The greater the thixo ratio, the poorer the wettability of the solid resin with respect to the liquid resin, and the better the compatibility. Discrimination criteria were defined as follows.
○: Thixo ratio less than 1.5 ×: Thixo ratio 1.5 or more
[Reliability test]
Semiconductor device using liquid epoxy resin compositions for sealing of Examples and Comparative Examples applied on FR4 substrate, measuring warpage of substrate diagonal after curing, and using the composition as underfill based on the average value Judgment of reliability. It is considered that the smaller the warp, the better the stress relaxation and the lowering of the stress. Discrimination criteria were defined as follows.
○: Less than 10 mm ×: 10 mm or more Table 1 shows the results of the compatibility evaluation and the reliability test.

Figure 0004966123
Figure 0004966123

表1に示されるように、常温で液状のエポキシ樹脂と、エポキシ樹脂の合計量に対して特定量の常温で固形状のエポキシ樹脂を配合し、さらに無機充填材として特定の平均粒子径をもつ球状の溶融シリカを配合した実施例1〜3では、固形状のエポキシ樹脂の相溶性が良好であり、硬化物の反りも小さく応力が緩和されており、これをアンダーフィル材等として用いることで信頼性の高い半導体装置を得ることができる。   As shown in Table 1, an epoxy resin that is liquid at normal temperature and a specific amount of epoxy resin that is solid at normal temperature with respect to the total amount of epoxy resin are blended, and furthermore, has a specific average particle size as an inorganic filler. In Examples 1 to 3 blended with spherical fused silica, the compatibility of the solid epoxy resin is good, the warpage of the cured product is small, and the stress is relaxed. By using this as an underfill material, etc. A highly reliable semiconductor device can be obtained.

これに対して、常温で固形状のエポキシ樹脂を配合しなかった比較例1、常温で固形状のエポキシ樹脂を配合したが配合量がエポキシ樹脂の合計量に対して過剰もしくは過小である比較例2,3、および常温で固形状のエポキシ樹脂のみ配合し常温で液状のエポキシ樹脂を配合しなかった比較例4では、硬化物に大きな反りが発生した。   On the other hand, Comparative Example 1 in which the solid epoxy resin was not blended at room temperature, Comparative Example in which the solid epoxy resin was blended at room temperature, but the blending amount was excessive or too small relative to the total amount of the epoxy resin In Comparative Example 4 in which only a solid epoxy resin was blended at 2, 3 and room temperature and no liquid epoxy resin was blended at room temperature, a large warp occurred in the cured product.

また、常温で固形状のエポキシ樹脂を配合せずに、低弾性率化剤としてシリコーンオイルを配合した比較例5,6、および固形シリコーンパウダーを配合した比較例7では、硬化物の反りは抑制されたものの、相溶性が低いものであった。   Further, in Comparative Examples 5 and 6 in which silicone oil was blended as a low elastic modulus agent without blending a solid epoxy resin at room temperature, and in Comparative Example 7 in which solid silicone powder was blended, curling of the cured product was suppressed. However, the compatibility was low.

Claims (2)

アンダーフィル用(半田バンプを有する多数個の半導体素子が形成されたウエハーに塗布し、B−ステージにする方法を除く。)の封止用液状エポキシ樹脂組成物において、常温で液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂O−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂およびビフェニル型エポキシ樹脂から選ばれるいずれかの常温で固形状のエポキシ樹脂、酸無水物硬化剤、硬化促進剤、および無機充填材として球状の溶融シリカを含有し、常温で固形状のエポキシ樹脂の含有量が、エポキシ樹脂の合計量に対して15〜50質量%であり、球状の溶融シリカの平均粒子径が1μm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。 In a liquid epoxy resin composition for sealing for underfill (excluding the method of applying to a wafer on which a large number of semiconductor elements having solder bumps are formed to make a B-stage), a bisphenol A type liquid at room temperature Epoxy resin , O-cresol novolak type epoxy resin and biphenyl type epoxy resin selected from solid epoxy resin at normal temperature, acid anhydride curing agent, curing accelerator, and spherical fused silica as inorganic filler The sealing is characterized in that the content of the epoxy resin solid at normal temperature is 15 to 50% by mass with respect to the total amount of the epoxy resin, and the average particle diameter of the spherical fused silica is 1 μm or less. Liquid epoxy resin composition. 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。A semiconductor device, wherein a space between a semiconductor chip and a wiring board is sealed using the liquid epoxy resin composition for sealing according to claim 1.
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