JP3319741B2 - Semiconductor device package and sealing material for mounting the same - Google Patents
Semiconductor device package and sealing material for mounting the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、導電性接着剤を介
してフリップチップ実装方式により半導体装置を基板上
に搭載し、かつ樹脂封止層を介して基板と半導体デバイ
スとを機械的に接続してなる半導体装置の実装体及びそ
の実装方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of mounting a semiconductor device on a substrate by a flip chip mounting method via a conductive adhesive, and mechanically connecting the substrate and the semiconductor device via a resin sealing layer. The present invention relates to a semiconductor device mounted body and a mounting method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、半導体デバイス等の電子部品の接
続端子と基板上の回路パターンの端子電極との接続に
は、一般にはんだ付けが用いられてきた。しかし、昨
今、半導体パッケージ等が小型化されるに加えて、接続
端子数の増加等により接続端子間が狭くなってきてい
る。このため、接着部の面積が大きい従来のはんだ付け
で対処できなくなってきている。2. Description of the Related Art Conventionally, soldering has been generally used for connecting connection terminals of electronic components such as semiconductor devices and terminal electrodes of a circuit pattern on a substrate. However, recently, in addition to the miniaturization of semiconductor packages and the like, the number of connection terminals has been increased, and the space between the connection terminals has been narrowed. For this reason, it has become impossible to cope with the conventional soldering in which the area of the bonding portion is large.
【0003】そこで、最近ではチップの能動素子面を下
方に向けた状態で基板上の端子電極に直付け(フリップ
チップ実装)して実装面積の効率化を図る試みが盛んに
なってきている。このフリップチップ実装方式には数々
の提案がなされ実施されているが、以下にその代表例に
ついて紹介する。 (1) はんだ等の低融点金属接合 図8に示すように、半導体デバイス1の電極パッド2上
に、はんだバンプ電極8を設け、基板6上の端子電極5
と位置合わせした後はんだを溶融させ半導体デバイス1
と基板6とを電気的に接続する。これと類似の方法とし
て、図9に示すように、金のバンプ電極3を形成し、バ
ンプ電極3と基板6上の端子電極5との間に低融点金属
のメッキ層例えばインジウムめっき層9を形成し、この
インジウムめっき層9の低融点金属を溶融させて電気的
に接続させた後、半導体デバイス1と基板6とを封止層
10を介して機械的に接合する方法も提案されている。 (2) 封止樹脂の硬化収縮応力による接合 図10に示すように、半導体デバイス1の電極パッド2
に金のバンプ電極3を設け、半導体デバイス1上のバン
プ電極3と基板6上の端子電極5とを位置合わせした状
態で、半導体デバイス1と基板6との間隙に封止材を充
填した後、封止材を硬化させて封止層12を形成し、封
止層12の硬化収縮力によりバンプ電極3と端子電極5
との間に圧縮応力を生ぜしめて両者を電気的に接続する
と同時に、半導体デバイス1と基板6とを機械的に接合
する。なお、接続信頼性を高めるため、図10に示すご
とく端子電極5の上に金めっき層11が形成される場合
がある。 (3) 異方導電性接着剤による接合 図11に示すように、半導体デバイス1の電極パッド2
に金で構成されるバンプ電極3を設け、半導体デバイス
1と基板6との間隙に、バインダー中に導電粒子を分散
させた異方導電性接着剤を充填し、加圧した状態で加熱
して異方導電性接着剤を硬化させて異方導電性接着層1
3を形成することにより、バンプ電極3と基板6上の端
子電極5とを電気的に接続すると同時に、半導体デバイ
ス1と基板6とを機械的に接合する。 (4) 導電性接着剤による接合 図12に示すように、半導体デバイス1の電極パッド2
に金で構成されるバンプ電極3を設け、バンプ電極3に
導電接着剤を転写し、バンプ電極3と基板6上の端子電
極5とを位置合わせしてから導電性接着剤を硬化させる
ことにより、導電性接着層4を介してバンプ電極3と端
子電極5とを電気的に接続する。その後、半導体デバイ
ス1と基板6との間隙に封止材を充填し、これを硬化し
て封止層7を形成することにより、半導体デバイス1と
基板6とを機械的に接合する。この封止材としては、ク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂及びノボラック型フ
ェノール樹脂(硬化剤)を含む樹脂バインダーと絶縁性
粒子からなる充填材とを主成分とする組成物が一般的に
用いられている。In recent years, attempts have been made to increase the efficiency of the mounting area by directly attaching (flip chip mounting) the terminal elements on the substrate with the active element surface of the chip facing downward. Numerous proposals have been made and implemented for this flip-chip mounting method, and representative examples are described below. (1) Low melting point metal bonding such as solder As shown in FIG. 8, a solder bump electrode 8 is provided on an electrode pad 2 of a semiconductor device 1, and a terminal electrode 5 on a substrate 6 is provided.
After the alignment, the solder is melted and the semiconductor device 1
And the substrate 6 are electrically connected. As a method similar to this, as shown in FIG. 9, a gold bump electrode 3 is formed, and a low melting point metal plating layer, for example, an indium plating layer 9 is provided between the bump electrode 3 and the terminal electrode 5 on the substrate 6. A method is also proposed in which the semiconductor device 1 and the substrate 6 are mechanically joined via a sealing layer 10 after the low melting point metal of the indium plating layer 9 is melted and electrically connected. . (2) Bonding by Hardening Shrinkage Stress of Sealing Resin As shown in FIG.
After filling the gap between the semiconductor device 1 and the substrate 6 with a sealing material while the bump electrode 3 on the semiconductor device 1 is aligned with the terminal electrode 5 on the substrate 6, The sealing material is cured to form the sealing layer 12, and the bump electrode 3 and the terminal electrode 5 are formed by the curing shrinkage force of the sealing layer 12.
A compressive stress is generated between the semiconductor device 1 and the semiconductor device 1, and the semiconductor device 1 and the substrate 6 are mechanically joined. In order to improve connection reliability, a gold plating layer 11 may be formed on the terminal electrode 5 as shown in FIG. (3) Joining with an anisotropic conductive adhesive As shown in FIG.
Is provided with a bump electrode 3 made of gold, and a gap between the semiconductor device 1 and the substrate 6 is filled with an anisotropic conductive adhesive in which conductive particles are dispersed in a binder, and heated under pressure. The anisotropic conductive adhesive is cured to cure the anisotropic conductive adhesive layer 1
By forming 3, the semiconductor device 1 and the substrate 6 are mechanically joined while the bump electrodes 3 are electrically connected to the terminal electrodes 5 on the substrate 6. (4) Bonding with conductive adhesive As shown in FIG.
Is provided with a bump electrode 3 made of gold, a conductive adhesive is transferred to the bump electrode 3, the bump electrode 3 is aligned with the terminal electrode 5 on the substrate 6, and then the conductive adhesive is cured. Then, the bump electrode 3 and the terminal electrode 5 are electrically connected via the conductive adhesive layer 4. Thereafter, the gap between the semiconductor device 1 and the substrate 6 is filled with a sealing material, and the sealing material is cured to form a sealing layer 7, whereby the semiconductor device 1 and the substrate 6 are mechanically joined. As the sealing material, a composition mainly containing a resin binder containing a cresol novolak type epoxy resin and a novolak type phenol resin (curing agent) and a filler made of insulating particles is generally used.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記各実装方式に関しては、それぞれ以下のような問題が
あった。However, each of the above mounting methods has the following problems.
【0005】実装方式(1)及び(2)については、半
導体デバイスと基板との膨張係数の差によって発生する
熱応力を緩和させることが困難な構造であるため、広範
囲の温度域にわたって接続安定性が求められる用途には
限界がある。[0005] The mounting methods (1) and (2) have a structure in which it is difficult to relieve the thermal stress generated due to the difference in expansion coefficient between the semiconductor device and the substrate, so that the connection stability over a wide temperature range. There is a limit to the applications where is required.
【0006】実装方式(3)については、異方導電性接
着剤中の樹脂バインダーに可撓性の高い樹脂材料を用い
ることで熱応力の緩和が可能になるが、その場合、バイ
ンダーの吸湿性が高まるため高湿度環境下での接続安定
性が問題になる。またバインダーの熱膨張率を半導体デ
バイスや基板に合わせることでも熱応力の緩和が可能で
あるが、その場合には、低膨張率の充填材が多量に含ま
れるため初期の接続信頼性が悪化する虞れがある。In the mounting method (3), the use of a highly flexible resin material for the resin binder in the anisotropic conductive adhesive makes it possible to reduce the thermal stress. Therefore, connection stability in a high humidity environment becomes a problem. The thermal stress can also be reduced by adjusting the coefficient of thermal expansion of the binder to the semiconductor device or the substrate, but in this case, the initial connection reliability is deteriorated because a large amount of filler having a low coefficient of expansion is contained. There is a fear.
【0007】実装方式(4)については、導電性接着剤
に可撓性を持たせ封止材の熱膨張率を半導体デバイスと
基板とに適合させることで熱応力の緩和ができる。従っ
て、この実装方式(4)は、上記フリップチップ実装方
式中の各方式の中でも有望な方式であるといえる。In the mounting method (4), thermal stress can be reduced by making the conductive adhesive flexible and adjusting the thermal expansion coefficient of the sealing material to the semiconductor device and the substrate. Therefore, it can be said that this mounting method (4) is a promising method among the methods in the flip chip mounting method.
【0008】しかしながら、上記実装方式(4)におい
ても、上述の如きクレゾールノボラック型エポキシ樹脂
とノボラック型フェノール樹脂等とを混合した組成物か
らなる封止材は粘度が高く、また熱膨張率を半導体デバ
イスと基板とに合わせるには封止材中の充填材量の比率
を高めざるを得ず結果的に封止材が高粘度になってしま
う。このため、封止材を半導体デバイスと基板との間に
充填する際、封止材を70〜80℃以上に加熱して粘度
を低下させる必要があった。その結果、生産性が悪く、
かつ温度上昇時における熱膨張率差に起因する熱応力に
よって封止材封入時に導電接続部が損傷を受け接続信頼
性が低下するという問題があった。However, even in the mounting method (4), the sealing material made of the composition obtained by mixing the cresol novolak type epoxy resin and the novolak type phenol resin as described above has a high viscosity and a low thermal expansion coefficient. In order to match the device and the substrate, the ratio of the amount of the filler in the sealing material must be increased, and as a result, the sealing material has a high viscosity. For this reason, when filling a sealing material between a semiconductor device and a board | substrate, it was necessary to heat a sealing material to 70-80 degreeC or more, and to reduce a viscosity. As a result, productivity is poor,
In addition, there is a problem that the conductive connection portion is damaged at the time of encapsulating the sealing material due to thermal stress caused by a difference in thermal expansion coefficient when the temperature rises, and connection reliability is reduced.
【0009】一方、室温下で非常に低粘度であるポリエ
ポキシドと酸無水物を主成分とする樹脂バインダーを封
止材として用いることも考えられる。しかし、この樹脂
バインダーに熱膨張率を低くするため多量の充填材を添
加すると、封止材の粘度は低いがチキソトロピー指数が
高くなってしまう。この結果、半導体デバイスと基板と
の間に封入できない、あるいは封入できても多量の気泡
を抱き込み、この気泡によって硬化した封止材の熱膨張
等が場所によって不均一になり、接続信頼性を低下させ
るという問題があった、そのため、ポリエポキシドと酸
無水物とからなる樹脂をバインダーとする封止材は実用
性に乏しかった。On the other hand, it is conceivable to use a resin binder having a very low viscosity at room temperature, which is mainly composed of a polyepoxide and an acid anhydride, as a sealing material. However, when a large amount of filler is added to the resin binder to reduce the coefficient of thermal expansion, the viscosity of the sealing material is low but the thixotropic index is high. As a result, sealing cannot be performed between the semiconductor device and the substrate, or even if the sealing can be performed, a large amount of air bubbles are embraced, and the thermal expansion of the sealing material cured by the air bubbles becomes uneven depending on the location, thereby improving connection reliability. There was a problem that the sealing material was lowered, so that a sealing material using a resin comprising a polyepoxide and an acid anhydride as a binder was not practical.
【0010】本発明の目的は、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
究明し、かかる粘度とチクソトロピー特性を満足する封
止材を用いることにより接続信頼性及び生産性の高い半
導体装置及びその実装方法を提供することにある。[0010] It is an object of the present invention to determine the limits of viscosity and thixotropy necessary for obtaining good sealing properties of a sealing material, and to establish a connection by using a sealing material satisfying such viscosity and thixotropy. An object of the present invention is to provide a semiconductor device having high reliability and high productivity and a mounting method thereof.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明の発明者は、従来
材料が封止材として利用困難な理由が、粘度だけでなく
封止材のチクソトロピー指数が高いことにあることを究
明した。例えば、ポリエポキシドと酸無水物とを含む樹
脂バインダーでは、酸無水物の中の遊離酸と充填材表面
上の極性基との相互作用によって流動性が阻害されてい
ることを究明した。そして、この究明された事実に鑑
み、上記目的を達成するために、以下の手段を講じてい
る。The inventor of the present invention has found that the reason that the conventional materials are difficult to use as a sealing material is that not only the viscosity but also the thixotropic index of the sealing material is high. For example, it has been found that in a resin binder containing a polyepoxide and an acid anhydride, the flowability is inhibited by the interaction between a free acid in the acid anhydride and a polar group on the filler surface. In view of this fact, the following measures are taken in order to achieve the above object.
【0012】本発明が講じた手段は、フリップチップ実
装方式において、封止材として、粘度が100Pa・s
以下でチクソトロピー指数が1.1以下である組成物を
使用し、これを硬化して得られる封止層により半導体装
置と基板とを機械的に接続することにある。Means taken by the present invention is to provide a sealing material having a viscosity of 100 Pa · s in a flip chip mounting method.
In the following, a composition having a thixotropy index of 1.1 or less is used, and a semiconductor device and a substrate are mechanically connected by a sealing layer obtained by curing the composition.
【0013】本発明に係る半導体装置の実装体は、電極
パッドを有する半導体装置と、端子電極を有する基板
と、上記半導体装置の電極パッドの上に設けられたバン
プ電極と、有機接着剤と導電性物質とを含み可撓性を有
する導電性接着剤で構成され上記バンプ電極と基板上の
端子電極とを電気的に接続する導電性接着層と、組成物
を硬化して構成され上記半導体装置と上記基板との間隙
を埋めて両者を機械的に接合する封止層とを備え、上記
組成物は、ポリエポキシド,カルボン酸無水物,レオロ
ジー改質剤及び潜在性硬化触媒を少なくとも含む樹脂バ
インダーと、絶縁性物質からなる充填材とを主成分とし
て含み、上記レオロジー改質剤は、上記カルボン酸無水
物中の遊離酸と上記充填材表面上の極性基との相互作用
を阻害する機能を有する。A semiconductor device package according to the present invention comprises a semiconductor device having an electrode pad, a substrate having a terminal electrode, a bump electrode provided on the electrode pad of the semiconductor device, an organic adhesive and a conductive material. A conductive adhesive layer comprising a flexible conductive adhesive containing a conductive material and electrically connecting the bump electrode to a terminal electrode on a substrate; and the semiconductor device comprising a cured composition. And a sealing layer that fills the gap between the substrate and mechanically joins the two, and the composition comprises a resin binder containing at least a polyepoxide, a carboxylic anhydride, a rheology modifier, and a latent curing catalyst. And a filler composed of an insulating substance as a main component, and the rheology modifier has a function of inhibiting an interaction between a free acid in the carboxylic anhydride and a polar group on the surface of the filler. That.
【0014】この構成により、半導体装置を基板上に搭
載してなる半導体装置の実装体において、半導体装置と
基板とを機械的に接合する封止層が、液状である実装工
程では低粘度で低いチクソトロピー指数を有するので、
実装工程における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し、また
注入温度を低くすることも可能となる。これらの性質に
より半導体装置−基板間の密着性及び耐熱衝撃性を初め
とする電気的接続信頼性が向上するとともに、生産性も
向上する。特に、レオロジー改質剤として、酸無水物中
の遊離酸と充填材の表面上の極性基との相互作用を阻害
する機能を有するものを用いているので、低粘度と低チ
クソトロピー指数とが実現することになる。According to this structure, in the semiconductor device mounting body in which the semiconductor device is mounted on the substrate, the sealing layer for mechanically joining the semiconductor device and the substrate has a low viscosity and a low viscosity in a liquid mounting process. Since it has a thixotropic index,
When the sealing material is injected in the mounting step, the sealing material quickly penetrates into the small gap without generating bubbles, and the injection temperature can be lowered. These properties improve the electrical connection reliability such as the adhesion between the semiconductor device and the substrate and the thermal shock resistance, and also improve the productivity. In particular, the use of a rheology modifier that has the function of inhibiting the interaction between the free acid in the acid anhydride and the polar group on the surface of the filler achieves low viscosity and a low thixotropy index. Will do.
【0015】上記半導体装置の実装体において、上記レ
オロジー改質剤を、ルイス塩基化合物で構成することが
好ましい。In the package of the semiconductor device, the rheology modifier is preferably composed of a Lewis base compound.
【0016】上記半導体装置の実装体において、上記レ
オロジー改質剤を、3級アミン化合物,3級フォスフィ
ン化合物,4級アンモニウム塩,4級フォスフォニウム
塩及び窒素原子を環内に含む複素環化合物のうちの少な
くとも1つで構成することがさらに好ましい。In the above semiconductor device package, the rheology modifier may be a tertiary amine compound, a tertiary phosphine compound, a quaternary ammonium salt, a quaternary phosphonium salt, and a heterocyclic compound containing a nitrogen atom in a ring. More preferably, it is constituted by at least one of them.
【0017】これらにより、封止材が主成分として酸無
水物硬化型エポキシ樹脂と絶縁性物質等との熱膨張率が
小さいものにより構成されているので、封止層に作用す
る熱応力が低減する。Thus, since the sealing material is mainly composed of an acid anhydride-curable epoxy resin and an insulating material having a small coefficient of thermal expansion, the thermal stress acting on the sealing layer is reduced. I do.
【0018】上記半導体装置の実装体において、上記樹
脂バインダー中のカルボン酸無水物に、少なくとも環状
脂肪族酸無水物を含ませることが好ましい。In the semiconductor device package, it is preferable that the carboxylic acid anhydride in the resin binder contains at least a cyclic aliphatic acid anhydride.
【0019】その場合、上記環状脂肪族酸無水物に、少
なくともトリアルキルテトラハイドロフタル酸無水物を
含ませることができる。In this case, the cyclic aliphatic acid anhydride may contain at least a trialkyltetrahydrophthalic anhydride.
【0020】これらにより、吸水性の低い環状脂肪族酸
無水物の特性を利用して樹脂バインダーの良好な耐湿性
を確保することができる。また、半導体装置の実装工程
では液状である樹脂バインダーの粘度も低いことから、
封止材の封入を短時間で済ませることで、半導体装置の
コストを低減することができる。Thus, it is possible to ensure good moisture resistance of the resin binder by utilizing the properties of the cyclic aliphatic acid anhydride having low water absorption. Also, since the viscosity of the liquid resin binder is low in the mounting process of the semiconductor device,
By closing the sealing material in a short time, the cost of the semiconductor device can be reduced.
【0021】上記半導体装置の実装体において、上記半
導体装置のバンプ電極を、2段突起状のスタッドバンプ
電極で構成することが好ましい。In the above-mentioned semiconductor device mounted body, it is preferable that the bump electrode of the semiconductor device is formed of a stud bump electrode having a two-step projection shape.
【0022】これにより、半導体装置のバンプ電極数を
高密度に設けることが可能となる。そして、半導体装置
を基板に搭載する際、高密度に設けられたバンプ電極と
基板上の端子電極とを電気的に接続した後封止材を両者
間の間隙に注入するときに、低粘度で低チクソトロピー
指数の封止材を使用することで、小さな間隙にも十分封
止材を行きわたらせることが可能となる。したがって、
高密度実装により形成される半導体装置においても、半
導体装置と基板との電気的接続及び機械的接合の信頼性
が向上する。Thus, the number of bump electrodes of the semiconductor device can be increased. Then, when the semiconductor device is mounted on the substrate, when the sealing material is injected into the gap between the bump electrodes provided at a high density and the terminal electrodes on the substrate after electrically connecting the bump electrodes, a low viscosity is obtained. By using a sealing material having a low thixotropy index, it is possible to sufficiently spread the sealing material even in a small gap. Therefore,
Even in a semiconductor device formed by high-density mounting, the reliability of electrical connection and mechanical bonding between the semiconductor device and the substrate is improved.
【0023】本発明に係る半導体装置の実装用封止材
は、半導体装置と基板との間隙を埋めて両者を接続する
ための封止材であって、ポリエポキシド,カルボン酸無
水物,レオロジー改質剤及び潜在性硬化触媒を少なくと
も含む重量比80〜25%の樹脂バインダーと、絶縁性
物質からなる重量比20〜75%の充填材とを備えてい
る。そして、上記レオロジー改質剤は、上記カルボン酸
無水物中の遊離酸と上記充填材表面上の極性基との相互
作用を阻害する機能を有するものである。A sealing material for mounting a semiconductor device according to the present invention is a sealing material for filling a gap between a semiconductor device and a substrate and connecting the semiconductor device and the substrate, and includes a polyepoxide, a carboxylic anhydride, and a rheological modification. 80 to 25% by weight of a resin binder containing at least an agent and a latent curing catalyst, and a filler of 20 to 75% by weight of an insulating material. The rheology modifier has a function of inhibiting an interaction between a free acid in the carboxylic anhydride and a polar group on the surface of the filler.
【0024】この構成により、封止材が低粘度(100
Pa・s以下)で低いチクソトロピー指数(1.1以
下)を有するので、実装工程における封止材の注入時に
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
も十分浸透し、また注入温度を低くすることも可能とな
る。しかも、潜在性硬化触媒によって封止材の保存状態
における安定性と実用的な硬化促進機能とが確保され
る。したがって、実装体における半導体装置−基板間の
密着性及び耐熱衝撃性を初めとする電気的接続信頼性が
向上するとともに、生産性も向上する。With this configuration, the sealing material has a low viscosity (100
Pa.s or less) and a low thixotropy index (1.1 or less), so that when the sealing material is injected in the mounting process, it quickly penetrates into the gaps quickly and without bubbles, and sufficiently penetrates into the small gaps. It is also possible to lower it. In addition, the latent curing catalyst ensures the stability of the sealing material in the storage state and a practical curing acceleration function. Therefore, the electrical connection reliability including the adhesion between the semiconductor device and the substrate in the mounted body and the thermal shock resistance are improved, and the productivity is also improved.
【0025】上記半導体装置の実装用封止材において、
上記レオロジー改質剤を、ルイス塩基化合物で構成する
ことが好ましい。In the above sealing material for mounting a semiconductor device,
The rheology modifier is preferably composed of a Lewis base compound.
【0026】上記半導体装置の実装用封止材において、
上記レオロジー改質剤を、3級アミン化合物,3級フォ
スフィン化合物,4級アンモニウム塩,4級フォスフォ
ニウム塩及び窒素原子を環内に含む複素環化合物のうち
の少なくとも1つとすることができる。In the above-mentioned sealing material for mounting a semiconductor device,
The rheology modifier may be at least one of a tertiary amine compound, a tertiary phosphine compound, a quaternary ammonium salt, a quaternary phosphonium salt, and a heterocyclic compound containing a nitrogen atom in the ring.
【0027】これらにより、封止材として主成分に酸無
水物硬化型エポキシ樹脂と絶縁性物質等との熱膨張率が
小さいものを使用するので、形成される実装体中の封止
層に作用する熱応力が低減する。しかも、レオロジー改
質剤として、酸無水物中の遊離酸と充填材の表面上の極
性基との相互作用を阻害する機能を有するものを用いて
いるので、低粘度と低チクソトロピー指数とが実現する
ことになる。As a result, a material having a small coefficient of thermal expansion between an acid anhydride-curable epoxy resin and an insulating material is mainly used as a sealing material, so that it acts on a sealing layer in a mounted body to be formed. Thermal stress is reduced. In addition, low viscosity and low thixotropy index are achieved by using a rheology modifier that has the function of inhibiting the interaction between the free acid in the acid anhydride and the polar group on the surface of the filler. Will do.
【0028】上記半導体装置の実装用封止材において、
上記樹脂バインダー中のカルボン酸無水物に、少なくと
も環状脂肪族酸無水物を含ませることができる。In the sealing material for mounting the semiconductor device,
The carboxylic acid anhydride in the resin binder may contain at least a cyclic aliphatic acid anhydride.
【0029】その場合、上記環状脂肪族酸無水物に、少
なくともトリアルキルテトラハイドロフタル酸無水物を
含ませることができる。In this case, the cyclic aliphatic acid anhydride may contain at least a trialkyltetrahydrophthalic anhydride.
【0030】これらにより、吸水性の低い環状脂肪族酸
無水物の特性を利用して樹脂バインダーの良好な耐湿性
を確保することができる。また、半導体装置の実装工程
では液状である樹脂バインダーの粘度も低いことから、
封止材の封入を短時間で済ませることで、実装コストを
低減することができる。Thus, it is possible to ensure good moisture resistance of the resin binder by utilizing the properties of the cyclic aliphatic acid anhydride having low water absorption. Also, since the viscosity of the liquid resin binder is low in the mounting process of the semiconductor device,
By completing the encapsulation of the sealing material in a short time, the mounting cost can be reduced.
【0031】上記半導体装置の実装用封止材において、
上記樹脂バインダーを、上記カルボン酸無水物と上記ポ
リエポキシドとの当量比が0.8〜1.1で、上記硬化
触媒の樹脂バインダー全体に対する重量比が0.3〜3
%で、上記レオロジー改質剤の樹脂バインダー全体に対
する重量比が0.02〜0.3%である組成を有するよ
うに構成することが好ましい。In the sealing material for mounting the semiconductor device,
When the equivalent ratio of the carboxylic anhydride to the polyepoxide is 0.8 to 1.1, and the weight ratio of the curing catalyst to the entire resin binder is 0.3 to 3,
%, The composition preferably has a composition in which the weight ratio of the rheology modifier to the entire resin binder is 0.02 to 0.3%.
【0032】[0032]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0033】図1は、実施形態に係る半導体装置の実装
体を示す断面図であり、図2はその接続部付近を拡大詳
示して示す部分断面図であって、この半導体装置の実装
体は、上述のフリップチップ実装方式により形成される
ものである。図1および図2において、符号1はLSI
チップ等の半導体デバイスを示し、符号2は半導体デバ
イス1の一部に設けられた電極パッドを示す。符号3は
金からなるバンプ電極を示し、符号4は特殊エポキシ樹
脂と銀パラジウム(AgPd)合金等の導電粉とを主成
分とする組成物(導電性接着剤)で構成される導電性接
着層を示す。符号6は半導体デバイス1を搭載するため
のセラミック基板等の基板を示し、符号5は基板6上の
端子電極を示す。符号7は、酸無水物硬化型エポキシ樹
脂を主成分とする封止材で構成される封止層を示す。こ
の封止材7は、硬化前の流動状態でチクソトロピー指数
が1.1以下で粘度が100Pa・sのものを用い、半
導体デバイス1−基板6間にこの封止材を毛管現象を利
用して注入した後、硬化させたものである。ただし、チ
クソトロピー指数とは、ずり速度をε,粘度をηとした
ときに、Δη/Δεで表される指標であり、ここでは、
ずり速度が2(1/sec)〜20(1/sec)のと
きの値を示す。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a mounted body of the semiconductor device according to the embodiment, and FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the vicinity of the connection portion in an enlarged detail. Are formed by the above-described flip chip mounting method. 1 and 2, reference numeral 1 denotes an LSI.
Reference numeral 2 denotes a semiconductor device such as a chip, and reference numeral 2 denotes an electrode pad provided on a part of the semiconductor device 1. Reference numeral 3 denotes a bump electrode made of gold, and reference numeral 4 denotes a conductive adhesive layer composed of a composition (conductive adhesive) mainly containing a special epoxy resin and a conductive powder such as a silver palladium (AgPd) alloy. Is shown. Reference numeral 6 denotes a substrate such as a ceramic substrate for mounting the semiconductor device 1, and reference numeral 5 denotes a terminal electrode on the substrate 6. Reference numeral 7 denotes a sealing layer composed of a sealing material containing an acid anhydride-curable epoxy resin as a main component. The sealing material 7 has a thixotropy index of 1.1 or less and a viscosity of 100 Pa · s in a fluidized state before curing, and the sealing material is formed between the semiconductor device 1 and the substrate 6 by using a capillary phenomenon. After injection, it is cured. Here, the thixotropy index is an index represented by Δη / Δε when a shear rate is ε and a viscosity is η.
The values when the shear rate is 2 (1 / sec) to 20 (1 / sec) are shown.
【0034】また、図3は、いわゆるスタッドバンプ電
極を用いたフリップチップ実装方式により形成される半
導体装置の実装体を示す断面図である。図3に示す半導
体装置の実装体は、基本的には上記図1に示す半導体装
置の実装体とほぼ同じであるが、図3に示す半導体装置
の実装体では、図1に示すバンプ電極3の代わりに2段
突起状のスタッドバンプ電極14を用いている点のみが
異なる。このように、スタッドバンプ電極14によるフ
リップチップ実装体を採用することにより、後に詳述す
るように、より多数の電極パッドを高い密度で設けた半
導体デバイスにも対応し得る利点がある。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a semiconductor device mounting body formed by a flip chip mounting method using so-called stud bump electrodes. The package of the semiconductor device shown in FIG. 3 is basically the same as the package of the semiconductor device shown in FIG. 1, but the package of the semiconductor device shown in FIG. The only difference is that a stud bump electrode 14 having a two-step projection is used in place of the above. By adopting the flip-chip mounting body using the stud bump electrodes 14 as described above, there is an advantage that it can be applied to a semiconductor device in which a larger number of electrode pads are provided at a high density, as described later in detail.
【0035】次に、図3に示すスタッドバンプ電極14
を用いたフリップチップ実装工程について、図4(a)
〜(e)及び図5を参照しながら説明する。図4(a)
〜(e)は、フリップチップ実装工程における半導体装
置の実装体の変化を示す断面図であり、図5はフリップ
チップ実装工程の流れを示すフローチャート図である。
以下、図5に示す各ステップに沿って、実装工程を説明
する。Next, the stud bump electrode 14 shown in FIG.
FIG. 4 (a) shows a flip chip mounting process using
This will be described with reference to FIGS. FIG. 4 (a)
5A to 5E are cross-sectional views illustrating a change in the mounting body of the semiconductor device in the flip-chip mounting process, and FIG. 5 is a flowchart illustrating a flow of the flip-chip mounting process.
Hereinafter, the mounting process will be described along the steps shown in FIG.
【0036】まず、ステップST1で、Auワイヤを用
いて半導体デバイス1(LSIチップ)の各電極パッド
2にスタッドバンプ電極14を形成し、ステップST2
で、各スタッドバンプ電極14で平坦面を押圧するレベ
リング工程を行なって各スタッドバンプ電極14の先端
面の位置を揃える。First, in step ST1, a stud bump electrode 14 is formed on each electrode pad 2 of the semiconductor device 1 (LSI chip) using an Au wire.
Then, a leveling step of pressing a flat surface with each stud bump electrode 14 is performed to align the positions of the tip surfaces of the stud bump electrodes 14.
【0037】次に、ステップST3で、図4(a)〜
(c)に示すように、この半導体デバイス1を、スタッ
ドバンプ電極14側を下方に向けた状態で、導電性接着
剤4aが塗布された基板20の上方に位置させ、その状
態から下降させて、スタッドバンプ電極14を導電性接
着剤4a中に浸漬した後、半導体デバイスを上方に引き
上げ、各スタッドバンプ電極14に導電性接着剤4aを
一括して転写する。Next, in step ST3, FIG.
As shown in (c), the semiconductor device 1 is positioned above the substrate 20 coated with the conductive adhesive 4a with the stud bump electrode 14 facing downward, and lowered from that state. After the stud bump electrodes 14 are immersed in the conductive adhesive 4a, the semiconductor device is pulled up, and the conductive adhesive 4a is collectively transferred to each stud bump electrode 14.
【0038】次に、ステップST4,ST5で、図4
(d)に示すように、多数の端子電極5が設けられたセ
ラミック基板6の上に半導体デバイス1を搭載する。こ
のとき、半導体デバイス1の各スタッドバンプ電極14
と基板6上の各端子電極5とをそれぞれ位置合わせし、
加熱により導電性接着剤を硬化させて、導電性接着層4
を形成する。これにより、半導体デバイス1のスタッド
バンプ電極14と基板6の端子電極5とを電気的に接続
する。Next, in steps ST4 and ST5, FIG.
As shown in (d), the semiconductor device 1 is mounted on a ceramic substrate 6 on which a large number of terminal electrodes 5 are provided. At this time, each stud bump electrode 14 of the semiconductor device 1
And the respective terminal electrodes 5 on the substrate 6 are aligned with each other,
The conductive adhesive is cured by heating to form the conductive adhesive layer 4.
To form Thus, the stud bump electrodes 14 of the semiconductor device 1 and the terminal electrodes 5 of the substrate 6 are electrically connected.
【0039】次に、ステップST6で、接続状態の検査
を行ない、電気的な接続状態が不良であれば(NGの
時)、ステップST7でチップ(半導体デバイス)の交
換を行なった後ステップST4に戻る一方、電気的な接
続状態が良好であれば(OKの時)、ステップST8に
進む。Next, in step ST6, the connection state is inspected. If the electrical connection state is not good (NG), the chip (semiconductor device) is replaced in step ST7, and then the operation proceeds to step ST4. On the other hand, if the electrical connection state is good (OK), the process proceeds to step ST8.
【0040】次に、ステップST8で、低粘度(100
Pa・s以下)で低いチクソトロピー指数(1.1以
下)を有する組成物からなる封止材を、室温下で半導体
デバイス1と基板6との間隙に注入して接続部の樹脂封
止を行なった後、ステップST9で、加熱して封止材中
の樹脂バインダーを硬化させる。このとき、図4(e)
に示すように、封止層7が形成され、この封止層7によ
り半導体デバイス1と基板6とを機械的に接合する。Next, in step ST8, a low viscosity (100
(Pa · s or less) and a sealing material made of a composition having a low thixotropy index (1.1 or less) is injected into the gap between the semiconductor device 1 and the substrate 6 at room temperature to perform resin sealing of the connection portion. Then, in step ST9, the resin binder in the sealing material is cured by heating. At this time, FIG.
As shown in FIG. 5, a sealing layer 7 is formed, and the semiconductor device 1 and the substrate 6 are mechanically joined by the sealing layer 7.
【0041】その後、ステップST10で、最終検査を
行なって、フリップチップ実装工程を終了する。Thereafter, in step ST10, a final inspection is performed, and the flip chip mounting process is completed.
【0042】上記フリップチップ実装工程で使用される
封止材は、低粘度で低チクソトロピー指数であるため、
室温程度の低温でも封止材の注入が速やかに行なわれる
とともに、小さな間隙にも封止材が十分行き渡る。した
がって、封止のために要する時間が短縮されるととも
に、導電性接着剤4を介して接続されている接合部の接
続信頼性を保持できる。さらに、封止材は、流動性を改
質した酸無水物硬化型エポキシ樹脂とヒューズドシリカ
等の充填材とを主成分とする組成物であるので、硬化後
の熱膨張率も低いという特性を有する。このように、封
止層7の熱膨張率が低いため、半導体デバイス1を構成
するシリコン基板と、基板6を構成する例えばアルミナ
基板との熱膨張率差から発生する熱応力を抑制できる。
また、このようなエポキシ系樹脂で構成される封止材は
耐熱性が高くかつ接着強度が高いため、高温高湿環境下
でも安定な接続信頼性を達成できる。The sealing material used in the flip chip mounting process has a low viscosity and a low thixotropy index.
Even at a low temperature of about room temperature, the injection of the sealing material is performed quickly, and the sealing material spreads sufficiently even in a small gap. Therefore, the time required for sealing can be shortened, and the connection reliability of the joint connected via the conductive adhesive 4 can be maintained. Furthermore, since the encapsulant is a composition mainly composed of an acid anhydride-curable epoxy resin having improved fluidity and a filler such as fused silica, the thermal expansion coefficient after curing is low. Having. As described above, since the coefficient of thermal expansion of the sealing layer 7 is low, it is possible to suppress the thermal stress generated from the difference in coefficient of thermal expansion between the silicon substrate forming the semiconductor device 1 and, for example, the alumina substrate forming the substrate 6.
In addition, since the sealing material made of such an epoxy resin has high heat resistance and high adhesive strength, stable connection reliability can be achieved even in a high temperature and high humidity environment.
【0043】なお、導電性接着剤4は高い可撓性を有し
ているため熱応力を緩和させることができ、接続安定性
が向上する。Since the conductive adhesive 4 has high flexibility, thermal stress can be reduced, and connection stability is improved.
【0044】以上のように、上述のフリップチップ実装
工程によれば、半導体デバイス1と基板6とを極めて信
頼性高く安定に接続することが可能になる。As described above, according to the above-described flip-chip mounting process, it is possible to connect the semiconductor device 1 and the substrate 6 with extremely high reliability and stably.
【0045】なお、実施形態においてはバンプ電極3を
金としたが、その材質は金に限定されるものではなく、
例えば銅等の他の金属により形成してもよい。また、バ
ンプ電極の形状は特に上述のようなスタッドバンプ電極
に限定されるものではなく、一般にフリップチップ実装
に用いられているものであれば適用できる。ただし、図
3及び図4(a)〜(e)に示すようなスタッドバンプ
電極を使用することにより、導電性接着層4の横方向へ
の広がりを抑制し得るので、実装密度の大幅な向上を図
ることができる。In the embodiment, the bump electrode 3 is made of gold. However, the material is not limited to gold.
For example, it may be formed of another metal such as copper. In addition, the shape of the bump electrode is not particularly limited to the above-described stud bump electrode, and any bump electrode that is generally used for flip-chip mounting can be applied. However, by using the stud bump electrodes as shown in FIGS. 3 and 4A to 4E, the spread of the conductive adhesive layer 4 in the lateral direction can be suppressed, so that the mounting density is greatly improved. Can be achieved.
【0046】また、導電性接着剤4の材質は、エポキシ
系に限らず、可撓性を有するものであれば材質は問わな
い。例えば、SBR,NBR,IR,BR,CR等のゴ
ム系、アクリル系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポ
リエーテル系、ポリウレタン系、ポリイミド系、シリコ
ーン系等を用いることができる。導電性接着剤に含まれ
る導電粉の材質としては、一般に用いられているもので
あれば何でもよく、例えば銀、金、パラジウム等の貴金
属粉、ニッケル、銅等の卑金属粉、はんだ、銀パラジウ
ム等の合金粉、銀めっき銅粉等のような複合粉、さらに
カーボンのような導電性を有する非金属粉等が使用でき
る。これらの導電粉は単独でも2種以上の混合でも使用
可能である。またこれら導電粉はその粒径、形状は特に
限定されるものではない。The material of the conductive adhesive 4 is not limited to the epoxy type, and any material may be used as long as it has flexibility. For example, rubbers such as SBR, NBR, IR, BR, CR, etc., acrylics, polyesters, polyamides, polyethers, polyurethanes, polyimides, and silicones can be used. As the material of the conductive powder contained in the conductive adhesive, any material may be used as long as it is generally used, for example, noble metal powder such as silver, gold, and palladium, base metal powder such as nickel and copper, solder, silver palladium and the like. Alloy powders, composite powders such as silver-plated copper powders, and conductive non-metallic powders such as carbon. These conductive powders can be used alone or in combination of two or more. The particle size and shape of these conductive powders are not particularly limited.
【0047】一方、封止材は主に樹脂バインダーと充填
材から構成されるが、樹脂バインダーとしてはポリエポ
キシドと酸無水物とレオロジー改質剤とを必須成分にし
ている。ここで使用される樹脂バインダー中のポリエポ
キシドは、特に成分として限定はなく、通常エポキシ化
合物、エポキシ樹脂と呼称されているものが用いられ
る。例えば図6に示す一般的な構造式で表されるビスフ
ェノール型エポキシ樹脂や、ノボラック型エポキシ樹
脂、グルシジルエーテル型エポキシ樹脂、グルシジルエ
ステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹
脂、脂環型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、
ナフタレン型エポキシ樹脂、スチレンオキシド、アルキ
ルグリシジルエーテル、アルキルグリシジルエステル等
が挙げられる。これらは単独でも2種以上の混合物でも
使用可能である。On the other hand, the sealing material is mainly composed of a resin binder and a filler. The resin binder contains polyepoxide, an acid anhydride and a rheology modifier as essential components. The polyepoxide in the resin binder used here is not particularly limited as a component, and those commonly called epoxy compounds and epoxy resins are used. For example, a bisphenol type epoxy resin represented by a general structural formula shown in FIG. 6, a novolak type epoxy resin, a glycidyl ether type epoxy resin, a glycidyl ester type epoxy resin, a glycidylamine type epoxy resin, an alicyclic type epoxy resin , Biphenyl type epoxy resin,
Examples include a naphthalene type epoxy resin, styrene oxide, alkyl glycidyl ether, and alkyl glycidyl ester. These can be used alone or in a mixture of two or more.
【0048】また、ここで用いられる酸無水物として
は、通常エポキシ化合物、エポキシ樹脂の硬化剤として
用いられるものが使用できる。最も好ましい例として
は、図7に示す一般構造式で表される構造を有するトリ
アルキルテトラハイドロフタル酸無水物がある。また、
他の好ましい例として、メチルテトラハイドロフタル酸
無水物や、メチルヘキサハイドロフタル酸無水物、メチ
ルハイミック酸無水物等の環状脂肪族系でかつ25℃で
液体であるものが挙げられるが、これらに限定されるも
のではない。これらは単独でも2種以上の混合物でも使
用可能である。特に、上記のものを樹脂バインダーの主
成分として用いることにより、非常に低粘度でかつ高耐
熱性,高耐湿性,高密着性の封止材が得られる。As the acid anhydride used here, those usually used as a curing agent for epoxy compounds and epoxy resins can be used. The most preferred example is a trialkyltetrahydrophthalic anhydride having a structure represented by the general structural formula shown in FIG. Also,
Other preferred examples include methyltetrahydrophthalic anhydride and methylhexahydrophthalic anhydride, cycloaliphatic compounds such as methylhymic anhydride and those which are liquid at 25 ° C. However, the present invention is not limited to this. These can be used alone or in a mixture of two or more. In particular, by using the above as a main component of the resin binder, a sealing material having very low viscosity, high heat resistance, high moisture resistance, and high adhesion can be obtained.
【0049】封止材の樹脂バインダーとしては上記必須
成分の他に、耐熱性向上、耐湿性向上、密着強度向上、
熱膨張率調整、レオロジー調整、反応性調整等を目的と
して第3のバインダー成分が必要に応じて添加されても
よい。As the resin binder of the sealing material, in addition to the above essential components, heat resistance, moisture resistance, adhesion strength,
A third binder component may be added as needed for the purpose of adjusting the coefficient of thermal expansion, adjusting the rheology, adjusting the reactivity, and the like.
【0050】封止材中の充填材としては、平均粒径が1
〜50μmの粉体であれば構わないが、好ましい例とし
て、シリカ,アルミナ等の酸化化合物や窒化アルミ等の
窒化化合物、炭化珪素等の炭化化合物、硅化化合物等、
熱的に安定で低熱膨張率のものが望ましい。これらの充
填材成分は2種以上の任意の組み合わせでも使用可能で
ある。充填材の量としては、特に制限はないが、封止材
全量に対し重量比で20〜80%が好ましい。これらの
充填材成分を使用することで、絶縁性に優れかつ熱応力
の発生も小さい封止材が実現できる。The filler in the sealing material has an average particle size of 1
A powder having a size of about 50 μm may be used, but preferred examples include oxide compounds such as silica and alumina, nitride compounds such as aluminum nitride, carbide compounds such as silicon carbide, and silicide compounds.
It is desirable that the material be thermally stable and have a low coefficient of thermal expansion. These filler components can be used in any combination of two or more. The amount of the filler is not particularly limited, but is preferably 20 to 80% by weight based on the total amount of the sealing material. By using these filler components, it is possible to realize a sealing material that is excellent in insulating properties and generates little thermal stress.
【0051】また、封止材の流動性を改質するレオロジ
ー改質剤としては、酸無水物の中の遊離酸と充填材表面
上の極性基との相互作用を断ち切り封止材のチクソトロ
ピー指数を下げる作用を有するものならば、特に方法と
して限定はない。As the rheology modifier for improving the fluidity of the sealing material, the interaction between the free acid in the acid anhydride and the polar group on the surface of the filler is cut off to obtain a thixotropic index of the sealing material. There is no particular limitation on the method as long as it has the effect of lowering.
【0052】好ましい例としては (1)酸無水物の一部と充填材とを予め混合してエージ
ング(100℃以下に加熱してのエージングでもよい)
した後、ポリエポキシ化合物と残りの充填材及びその他
の添加剤とを加え封止材を得る方法 (2)酸無水物中の遊離酸を選択的に吸着する物質を封
止材中に添加する方法 (3)充填材表面上の極性基よりも強く遊離酸と相互作
用を生じる物質(N-H 基,O-H基等を含まないルイス塩基
化合物等)を封止材中に添加する方法 等が挙げられる。Preferred examples are: (1) Aging by mixing a part of the acid anhydride and the filler in advance (or aging by heating to 100 ° C. or less)
After that, a method of obtaining a sealing material by adding a polyepoxy compound and the remaining filler and other additives (2) A substance which selectively adsorbs free acids in an acid anhydride is added to the sealing material. Method (3) A method in which a substance that interacts with the free acid stronger than the polar group on the filler surface (such as a Lewis base compound containing no NH 2 group or OH group) is added to the sealing material. .
【0053】ただし、ここでいうルイス塩基化合物に
は、3級アミン化合物,3級フォスフィン化合物,テト
ラブチルアンモニウムブロマイド等の4級アンモニウム
塩,テトラブチルフォスニウムベンゾトリアゾラート等
の4級フォスフォニウム塩,メラニンイミダゾール化合
物等の窒素原子を環内に含む複素環化合物等がある。た
だし、これらは例示であって、ルイス塩基化合物には極
めて多数の物質があり、このようなルイス塩基化合物を
単独あるいは複数種混合して使用することができる。However, the Lewis base compound mentioned here includes a tertiary amine compound, a tertiary phosphine compound, a quaternary ammonium salt such as tetrabutylammonium bromide, and a quaternary phosphonium such as tetrabutylphosphonium benzotriazolate. Heterocyclic compounds containing a nitrogen atom in the ring, such as salts and melanin imidazole compounds. However, these are merely examples, and there are a very large number of Lewis base compounds, and such Lewis base compounds can be used alone or as a mixture of two or more.
【0054】封止材の構成成分としてはこの他に必要に
応じて溶剤、分散剤、レベリング剤等のレオロジー調整
剤やカップリング剤等の密着性改良剤、硬化触媒等の反
応調整剤が使用できる。As constituents of the sealing material, a rheology adjuster such as a solvent, a dispersant, and a leveling agent, an adhesion improver such as a coupling agent, and a reaction adjuster such as a curing catalyst may be used as necessary. it can.
【0055】本発明に使用するアミン化合物等のルイス
塩基化合物で構成されるレオロジー改質剤は、通常ポリ
エポキシドをカルボン酸無水物とを硬化させる際の硬化
触媒としても使用されている。The rheology modifier composed of a Lewis base compound such as an amine compound used in the present invention is usually used also as a curing catalyst for curing a polyepoxide with a carboxylic anhydride.
【0056】ただし、当該レオロジー改質剤を封止材の
硬化触媒として用いた場合、低温保管中でも反応が進行
しゲル化するため、封止材は使用直前に混合して用いる
2液性型にせざるを得ない。一方、LSI用の封止材
は、充填材が多量に均一に分散されていなければならな
いため1液性型にすることが不可欠である。However, when the rheology modifier is used as a curing catalyst for a sealing material, the reaction proceeds even during storage at a low temperature to cause gelation. I have no choice. On the other hand, it is indispensable to use a one-pack type sealing material for LSI because the filler must be uniformly dispersed in a large amount.
【0057】つまり、本発明でいう所のレオロジー改質
剤は、2液性封止材の硬化触媒には用いられるが、1液
性封止材には用いられない。That is, the rheology modifier referred to in the present invention is used as a curing catalyst for a two-component sealing material, but is not used for a one-component sealing material.
【0058】一方、保管中にゲル化しない程度に添加量
を低減して用いると、1液性封止材の硬化触媒として適
用できないわけではないが、その場合には硬化促進機能
が低すぎるので、実用的な硬化条件では高度の封止材硬
化特性が得られない。On the other hand, if the addition amount is reduced to such an extent that it does not gel during storage, it cannot be applied as a curing catalyst for a one-part sealing material, but in that case, the curing acceleration function is too low. However, under practical curing conditions, high sealing material curing characteristics cannot be obtained.
【0059】本発明の特徴は、1液性としての保存安定
性と実用的な硬化促進機能とを併せもたせるための硬化
触媒として潜在性硬化触媒を用い、アミンなどの通常2
液性封止材の硬化触媒として用いられている物質をレオ
ロジー改質剤として用いている点にある。このようなレ
オロジー改質剤は、硬化機能を発揮しない程度の微量で
あるが、界面特性を改善する機能を有する程度の量だけ
添加されているわけである。A feature of the present invention is that a latent curing catalyst is used as a curing catalyst for providing a storage stability as a one-part solution and a practical curing acceleration function, and a conventional curing catalyst such as amine is used.
The point is that a substance used as a curing catalyst for a liquid sealing material is used as a rheology modifier. Such a rheology modifier is added in such a small amount that it does not exhibit a curing function, but is added in such an amount that it has a function of improving interface characteristics.
【0060】ただし、潜在性硬化触媒とは、熱等のエネ
ルギーを付与することで、急激に触媒活性が高まる触媒
をいい、通常、エネルギーが加わると溶融(液化)した
り、反応解離することで活性が高まるものである。However, a latent curing catalyst refers to a catalyst whose catalytic activity rapidly increases when energy such as heat is applied thereto, and is usually melted (liquefied) or dissociated by the application of energy. The activity increases.
【0061】以上の観点から、封止材の組成及び封止材
中の樹脂バインダーは、下記の組成比を有するものが好
ましい。From the above viewpoints, the composition of the sealing material and the resin binder in the sealing material preferably have the following composition ratio.
【0062】 樹脂バインダー 80〜25重量% 充填材成分 20〜75重量% ただし、樹脂バインダー中の成分であるポリエポキシ
ド,カルボン酸無水物,硬化触媒及びレオロジー改質剤
は、下記成分比を有することが好ましい。Resin binder 80 to 25% by weight Filler component 20 to 75% by weight However, polyepoxide, carboxylic anhydride, curing catalyst and rheology modifier which are components in the resin binder may have the following component ratio. preferable.
【0063】 カルボン酸無水物/ポリエポキシド 0.8〜1.1当量比 硬化触媒/樹脂バインダー 0.3〜3重量% レオロジー改質剤/樹脂バインダー 0.02〜0.3重量% 一方、基板6についてはアルミナなどのセラミック基板
の他、メタルグレーズ基板、ガラス基板、ガラスエポキ
シ等の樹脂基板、ポリマーフィルム基板等のような材質
の基板でも適用可能である。Carboxylic anhydride / polyepoxide 0.8 to 1.1 equivalent ratio Curing catalyst / resin binder 0.3 to 3% by weight Rheology modifier / resin binder 0.02 to 0.3% by weight As for the substrate, a substrate made of a material such as a resin substrate such as a metal glaze substrate, a glass substrate, or a glass epoxy, a polymer film substrate, or the like can be applied in addition to a ceramic substrate such as alumina.
【0064】なお、端子電極5の材質については別段の
制限はない。The material of the terminal electrode 5 is not particularly limited.
【0065】[0065]
【実施例】次に、上述のフリップチップ実装工程によっ
て得られる半導体装置の特性を調べるために行なった具
体的な実施例について説明する。Next, a description will be given of a specific embodiment performed for examining characteristics of a semiconductor device obtained by the above-described flip chip mounting process.
【0066】(実施例1)上記図1に示す構造を有する
半導体装置を、上記図4(a)〜(e)に示す工程によ
り形成する。その際、バンプ電極3は金めっきにより形
成する。導電性接着剤4aは銀パラジウム粉と可撓性エ
ポキシ樹脂を主成分とする組成物で構成し、120℃に
加熱して硬化させる。さらに、下記表1に示す配合aの
封止材を用い、150℃で封止材を硬化させる。Example 1 A semiconductor device having the structure shown in FIG. 1 is formed by the steps shown in FIGS. At this time, the bump electrodes 3 are formed by gold plating. The conductive adhesive 4a is composed of a composition containing silver palladium powder and a flexible epoxy resin as main components, and is cured by heating to 120 ° C. Further, using a sealing material having a composition a shown in Table 1 below, the sealing material is cured at 150 ° C.
【0067】(実施例2)図3に示すスタッドバンプ電
極14を、半導体デバイス1の電極パッド2上に金を用
いたワイヤーボンダーで形成する。その後の工程は、上
記実施例1と同じ工程及び条件で行う。Embodiment 2 The stud bump electrodes 14 shown in FIG. 3 are formed on the electrode pads 2 of the semiconductor device 1 by a wire bonder using gold. Subsequent steps are performed under the same steps and conditions as in the first embodiment.
【0068】(実施例3)封止材の注入を減圧下で行う
以外は、上記実施例1と同様の条件で、半導体デバイス
1を基板6に実装する。Example 3 The semiconductor device 1 is mounted on the substrate 6 under the same conditions as in Example 1 except that the sealing material is injected under reduced pressure.
【0069】(実施例4)封止材の組成を表1に示す配
合bにする以外は、上記実施例2と同様の条件で、半導
体デバイス1を基板6に実装する。Example 4 The semiconductor device 1 was mounted on the substrate 6 under the same conditions as in Example 2 except that the composition of the sealing material was changed to the composition b shown in Table 1.
【0070】(実施例5)基板6をガラスエポキシ基板
に、封止材の組成を表1の配合cにする以外は、上記実
施例2と同じ条件で半導体デバイス1を基板6に実装す
る。(Example 5) The semiconductor device 1 is mounted on the substrate 6 under the same conditions as in Example 2 except that the substrate 6 is a glass epoxy substrate and the composition of the sealing material is the composition c in Table 1.
【0071】(実施例6)基板6をガラスエポキシ基板
に、導電性接着剤4中の導電粉を銀粉に、封止材の組成
を表1の配合dにする以外は、上記実施例2と同じ条件
で半導体デバイス1を基板6に実装する。(Example 6) The same procedure as in Example 2 was carried out except that the substrate 6 was a glass epoxy substrate, the conductive powder in the conductive adhesive 4 was silver powder, and the composition of the encapsulant was as shown in Table 1. The semiconductor device 1 is mounted on the substrate 6 under the same conditions.
【0072】(実施例7)基板6をガラス基板に、導電
性接着剤4を銀粉とウレタン樹脂とを主成分とするもの
に、封止材の組成を表1の配合eにし、封止材の注入を
減圧下で行なう以外は、上記実施例2と同じ条件で半導
体デバイス1を基板6に実装する。(Example 7) The sealing material was changed to a composition e shown in Table 1 with the substrate 6 being a glass substrate, the conductive adhesive 4 being mainly composed of silver powder and urethane resin, and the composition of the sealing material being as shown in Table 1. The semiconductor device 1 is mounted on the substrate 6 under the same conditions as in Example 2 except that the implantation of GaAs is performed under reduced pressure.
【0073】(実施例8)図1に示すバンプ電極3を、
半導体デバイス1の電極パッド2上に金メッキで形成す
る。その後の工程は、実施例7と同じ工程及び条件で半
導体デバイス1を基板6上に実装する。(Embodiment 8) The bump electrode 3 shown in FIG.
It is formed on the electrode pad 2 of the semiconductor device 1 by gold plating. In the subsequent steps, the semiconductor device 1 is mounted on the substrate 6 under the same steps and conditions as in the seventh embodiment.
【0074】(比較例1)封止材の組成を表1の配合f
にするほかは実施例2と同じ条件で、半導体デバイス1
を基板6に実装する。(Comparative Example 1) The composition of the sealing material was changed to the composition f shown in Table 1.
Semiconductor device 1 under the same conditions as in Example 2 except that
Is mounted on the substrate 6.
【0075】(比較例2)封止材の組成を表1の配合g
にするほかは実施例2と同じ条件で、半導体デバイス1
を基板6に実装する。(Comparative Example 2) The composition of the encapsulant was adjusted according to the formulation g in Table 1.
Semiconductor device 1 under the same conditions as in Example 2 except that
Is mounted on the substrate 6.
【0076】下記表1に、上記配合a〜gの内容を示
す。Table 1 below shows the contents of the above formulations a to g.
【0077】[0077]
【表1】 [Table 1]
【0078】(比較例3)従来例の図9に示す方式で半
導体デバイス1を基板6に実装する。その際、基板6と
してアルミナ基板を用い、バンプ電極3は金で形成し、
端子電極5にはインジウムめっきを施す。バンプ電極3
と端子電極5とを位置合わせした後、治具で半導体デバ
イス1を加圧しながら170℃に加熱してバンプ電極3
と端子電極5とを接続する。さらに、半導体デバイス1
と基板6の間隙にシリコーン封止材(無応力タイプ)を
注入し硬化させて、封止層10を形成する。(Comparative Example 3) The semiconductor device 1 is mounted on the substrate 6 by the conventional method shown in FIG. At this time, an alumina substrate was used as the substrate 6, and the bump electrodes 3 were formed of gold.
The terminal electrode 5 is plated with indium. Bump electrode 3
After positioning the semiconductor device 1 with the jig, the semiconductor device 1 is heated to 170 ° C. while pressing the bump electrode 3 with the jig.
And the terminal electrode 5 are connected. Further, the semiconductor device 1
A silicone sealing material (no stress type) is injected into the gap between the substrate and the substrate 6 and cured to form a sealing layer 10.
【0079】(比較例4)従来例の図10に示す方式で
半導体デバイス1を基板6に実装する。その際、バンプ
電極3は金で形成し、端子電極5の上に金めっき層11
を形成し、その上にアクリル系封止材をコートする。バ
ンプ電極3と端子電極5とを位置合わせした後、治具で
半導体デバイス1を加圧しながら封止材を紫外線照射ま
たは加熱で硬化させて、封止層12を形成する。(Comparative Example 4) The semiconductor device 1 is mounted on the substrate 6 by the conventional method shown in FIG. At this time, the bump electrode 3 is formed of gold, and the gold plating layer 11 is formed on the terminal electrode 5.
Is formed, and an acrylic sealing material is coated thereon. After the bump electrodes 3 and the terminal electrodes 5 are aligned, the sealing material is cured by ultraviolet irradiation or heating while pressing the semiconductor device 1 with a jig to form the sealing layer 12.
【0080】(比較例5)従来例の図11に示す方式で
半導体デバイス1を基板6に実装する。その際、バンプ
電極3は金で形成し、基板6をアルミナで構成する。基
板6上にエポキシ系バインダー中に金粒子を分散させた
異方導電性接着剤をコートする。バンプ電極3と端子電
極5とを位置合せした後、治具で半導体デバイス1を加
圧しながら異方導電性接着剤を紫外線照射または加熱で
硬化させて、異方導電性接着層13を形成し、バンプ電
極3と端子電極5とを電気的かつ機械的に接続する。(Comparative Example 5) The semiconductor device 1 is mounted on the substrate 6 by the conventional method shown in FIG. At this time, the bump electrode 3 is formed of gold, and the substrate 6 is formed of alumina. The substrate 6 is coated with an anisotropic conductive adhesive in which gold particles are dispersed in an epoxy binder. After the bump electrodes 3 and the terminal electrodes 5 are aligned, the anisotropic conductive adhesive is cured by irradiating ultraviolet light or heating while pressing the semiconductor device 1 with a jig to form the anisotropic conductive adhesive layer 13. Then, the bump electrodes 3 and the terminal electrodes 5 are electrically and mechanically connected.
【0081】実施例1〜8、比較例1〜5に示す半導体
デバイスに使用した封止材の粘度とチクソトロピー指数
及び封止材注入に要する時間を下記表2に示す。Table 2 below shows the viscosities and thixotropy indices of the encapsulants used for the semiconductor devices shown in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 5 and the time required for injecting the encapsulant.
【0082】[0082]
【表2】 [Table 2]
【0083】実施例1〜8では、注入時間が数分以内と
短く、実用化に適していることが分かる。それに対し、
比較例1,2では、注入時間が数十分以上と長くなり、
実用化には適していない。そして、このような注入時間
と粘度及びチクソトロピー指数とは相関があることが示
されている。すなわち、実施例1〜8では、いずれも低
粘度(100Pa・s以下)でかつ低いチクソトロピー
指数(1.1以下)を有しているので、封止材の封入時
間も短い。一方、比較例2のごとく粘度が100Pa・
sを越えるか、あるいは比較例1のごとくチクソトロピ
ー指数が1.1を越えると、注入時間が極めて大きくな
っている。したがって、封止材の粘度が100Pa・s
以下でチクソトロピー指数が1.1以下のときに、封止
材の流動性が実用化に耐える程度まで向上することが分
かる。In Examples 1 to 8, the injection time was as short as several minutes or less, and it can be seen that the injection time is suitable for practical use. For it,
In Comparative Examples 1 and 2, the injection time was as long as several tens of minutes,
Not suitable for practical use. And it is shown that there is a correlation between such an injection time and the viscosity and the thixotropic index. That is, in Examples 1 to 8, all have low viscosity (100 Pa · s or less) and low thixotropy index (1.1 or less), so that the time for encapsulating the sealing material is short. On the other hand, the viscosity was 100 Pa ·
When the value exceeds s or the thixotropic index exceeds 1.1 as in Comparative Example 1, the injection time becomes extremely long. Therefore, the viscosity of the sealing material is 100 Pa · s
It can be seen that when the thixotropy index is 1.1 or less, the fluidity of the sealing material is improved to a level that can withstand practical use.
【0084】また、実施例1〜8、比較例1〜5に示し
た半導体デバイスの接続安定性を評価するため、耐環境
性試験を行なった結果,及び環境試験の方法,条件を下
記表3,表4にそれぞれ示す。In order to evaluate the connection stability of the semiconductor devices shown in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 5, the results of an environmental resistance test, and the methods and conditions of the environmental test are shown in Table 3 below. , And Table 4 respectively.
【0085】[0085]
【表3】 [Table 3]
【0086】[0086]
【表4】 [Table 4]
【0087】以下、上記各表に示される評価の結果につ
いて説明する。The results of the evaluations shown in the above tables will be described below.
【0088】実施例1〜8では何れも各信頼性試験を通
しても接続安定性に問題が発生していない。また、そこ
に使用されている封止材はいずれも低粘度(100Pa
・s以下)でかつ低いチクソトロピー指数(1.1以
下)を有し、封止材の封入時間も短い。つまり、バンプ
電極の構造や、基板の種類、各種添加剤、導電性接着剤
の種類などの如何に拘らず、低粘度(100Pa・s以
下)で低いチクソトロピー指数(1.1以下)を有する
封止材を使用することで、耐熱衝撃性を初めとする耐環
境性に優れ生産性も高い半導体装置の実装体が得られる
ことを示している。In any of the first to eighth embodiments, there is no problem in connection stability even after the reliability tests. In addition, any of the sealing materials used therein has a low viscosity (100 Pa).
S or less) and a low thixotropy index (1.1 or less), and the encapsulation time of the sealing material is short. That is, regardless of the structure of the bump electrode, the type of the substrate, various additives, the type of the conductive adhesive, etc., the sealing having a low viscosity (100 Pa · s or less) and a low thixotropy index (1.1 or less). This shows that the use of the stopper material can provide a semiconductor device package having excellent environmental resistance such as thermal shock resistance and high productivity.
【0089】また、実施例1〜8では、レオロジー改質
剤として、充填材表面上の極性基が遊離酸と相互作用を
行う機能よりも強く遊離酸との相互作用を行う機能を有
するルイス塩基化合物を使用しているが、これらはレオ
ロジーを改質するだけでなくポリエポキシドと酸無水物
との反応触媒としても働くため、封止材の耐熱性等の対
環境性を高めている。Also, in Examples 1 to 8, the rheology modifier was a Lewis base having a function of allowing the polar group on the filler surface to interact with the free acid more strongly than that of the free acid. Although compounds are used, they not only modify the rheology but also act as a catalyst for the reaction between polyepoxide and acid anhydride, so that the encapsulant has improved environmental resistance such as heat resistance.
【0090】一方、比較例1のように低粘度の封止材を
用いた場合でもチクソトロピー指数が高い場合には、封
止材注入に時間を要し、その後各信頼性試験をかける
と、はんだ耐熱試験や熱衝撃試験において断線してしま
う接続部も発生する。これは封止材注入時に封止材層に
気泡が抱き込まれてしまい、試験時に封止層に負荷され
る熱応力が不均質になり導電接続部に損傷を与えている
ためと考えられる。On the other hand, when the thixotropic index is high even when a low-viscosity encapsulant is used as in Comparative Example 1, it takes time to inject the encapsulant. In the heat resistance test and the thermal shock test, there is also a connection part that is disconnected. This is presumably because air bubbles are entrapped in the sealing material layer during the injection of the sealing material, and the thermal stress applied to the sealing layer during the test becomes non-uniform, causing damage to the conductive connection portion.
【0091】また、導電性接着剤に高い可撓性を有する
ものを用いた場合でも、封止材にフェノール硬化型エポ
キシ樹脂系等の高粘度の樹脂を用いた比較例2では、封
止材を加熱して注入せざるを得ず注入時に接続抵抗値が
高くなる接続部があらわれる。さらに、その後各信頼性
試験をかけると、熱衝撃試験において接続部が不安定で
ある箇所は断線してしまうところも発生する。これは封
止材の粘度が高く、封止材注入時の応力により導電性接
着剤の接合部が損傷するためと考えられる。Even when a highly flexible conductive adhesive is used, in Comparative Example 2 in which a high-viscosity resin such as a phenol-curable epoxy resin is used as the sealing material, Has to be heated and implanted, and a connection portion having a high connection resistance value at the time of implantation appears. Further, when each reliability test is performed thereafter, a portion where the connection portion is unstable in the thermal shock test may be disconnected. This is considered to be because the viscosity of the sealing material is high and the joint of the conductive adhesive is damaged by stress at the time of injection of the sealing material.
【0092】比較例3、4では熱衝撃試験において比較
的短時間で接続が断線する。また比較例4では、高湿度
試験においてもハンダ耐熱性試験においても接続抵抗値
の変化が大きい。これらの理由は、比較例3では接合部
が熱応力を緩和できないため断線が発生すると考えられ
る。また、比較例4では封止材から発生する熱応力が大
きいことと封止材の吸水率が高いためと考えられる。In Comparative Examples 3 and 4, the connection is broken in a relatively short time in the thermal shock test. In Comparative Example 4, the change in the connection resistance was large in both the high humidity test and the solder heat resistance test. It is considered that the reason is that the disconnection occurs in Comparative Example 3 because the joint cannot reduce the thermal stress. In Comparative Example 4, it is considered that the thermal stress generated from the sealing material was large and the water absorption of the sealing material was high.
【0093】比較例5では、高温放置試験、高湿度放置
試験及びはんだ耐熱試験において接続抵抗値の上昇が著
しい。これは、異方導電性接着剤のバインダーの耐湿性
が低いことと高温での密着性が低いためと考えられる。
なお、耐湿性の高いバインダーで構成されている異方導
電性接着剤を用いた場合には、熱衝撃試験において接続
部の断線が生じる。In Comparative Example 5, the connection resistance increased significantly in the high-temperature storage test, the high-humidity storage test, and the soldering heat resistance test. This is considered to be because the moisture resistance of the binder of the anisotropic conductive adhesive is low and the adhesion at high temperature is low.
When an anisotropic conductive adhesive composed of a binder having high moisture resistance is used, disconnection of a connection portion occurs in a thermal shock test.
【0094】これらの評価結果からわかるように、本発
明による半導体装置の実装体は、どのような環境におい
ても高い信頼性が得られている。ところが、従来は、樹
脂バインダーとしてポリエポキシドと酸無水物(硬化
剤)とを含むものは、従来導電性接着剤によるフリップ
チップ実装工程における封止材として一般に使用されて
いなかった。その理由は、ポリエポキシドと酸無水物
(硬化剤)とからなる樹脂バインダーを半導体装置の実
装における封止材として用いると、封止材のチクソトロ
ピー指数が高くなるため半導体デバイスと基板の間隙の
一部にしか注入できないという問題が生じるためと思わ
れる。As can be seen from these evaluation results, the semiconductor device package according to the present invention has high reliability in any environment. However, conventionally, a resin containing a polyepoxide and an acid anhydride (curing agent) as a resin binder has not been generally used as a sealing material in a flip chip mounting process using a conductive adhesive. The reason is that when a resin binder composed of a polyepoxide and an acid anhydride (curing agent) is used as a sealing material in the mounting of a semiconductor device, the thixotropy index of the sealing material increases, so that a part of the gap between the semiconductor device and the substrate is used. It is thought that there is a problem that the injection can be performed only to the injection.
【0095】そこで、本発明では、チクソトロピー指数
が高いという問題が、酸無水物に含まれる遊離酸と絶縁
性充填物(フィラー)表面上の極性基間との相互作用の
ためであることを突き止め、この問題を当該相互作用を
阻害する手段を講ずることで解消できることを見出し
た。In the present invention, it has been found that the problem of high thixotropy index is due to the interaction between the free acid contained in the acid anhydride and the polar groups on the surface of the insulating filler. It has been found that this problem can be solved by taking measures to inhibit the interaction.
【0096】また、樹脂バインダーとして、ポリエポキ
シドと酸無水物(硬化剤)とを含むものが従来封止材と
して使用されていなかったもう一つの理由は、ポリエポ
キシドと酸無水物(硬化剤)とからなる樹脂バインダー
は高湿度雰囲気中では加水分解を起こすことが一般的に
知られているため、これらを封止材として用いると、導
電性接着剤による接続の耐湿性,信頼性に問題が生じる
と考えられていたためと思われる。Another reason why a resin binder containing a polyepoxide and an acid anhydride (curing agent) has not been conventionally used as a sealing material is that polyepoxide and an acid anhydride (curing agent) are used. It is generally known that resin binders undergo hydrolysis in a high-humidity atmosphere. Therefore, if these resin binders are used as a sealing material, problems will occur in the moisture resistance and reliability of the connection using a conductive adhesive. Probably because it was thought.
【0097】そこで、本発明では、上記各実施例に示さ
れるように、酸無水物(特にトリアルキルテトラエチレ
ンハイドロフタル酸無水物を主成分とするもの)を硬化
剤として用いた樹脂バインダーを半導体装置のフリップ
チップ実装工程における封止材として使用しても、形成
される封止層は十分実用に耐える耐湿性を有することを
確認した。また、かかる組成を有する樹脂バインダーを
主成分とする封止材は粘度が低く、チクソトロピー指数
も低いので、室温程度の低温状態で注入しても迅速かつ
小さな間隙に浸透し得るという良好な特性を有すること
を見出だした。そして、これらの特性から、高い耐熱衝
撃性等の優れた各特性を発揮することができる。Therefore, in the present invention, as shown in each of the above embodiments, a resin binder using an acid anhydride (particularly, one containing trialkyltetraethylene hydrophthalic anhydride as a main component) as a hardener is used. Even when used as a sealing material in a flip chip mounting process of the device, it was confirmed that the formed sealing layer had sufficient moisture resistance to withstand practical use. In addition, since the sealing material containing a resin binder having such a composition as a main component has a low viscosity and a low thixotropy index, it has a good property that it can penetrate quickly and into small gaps even when injected at a low temperature of about room temperature. Was found to have. From these properties, excellent properties such as high thermal shock resistance can be exhibited.
【0098】それに対し、表1の配合fからなる樹脂バ
インダーをフリップチップ実装工程に使用した従来の半
導体装置の実装体では、封止材が高いチクソトロピー指
数を有することから、封止層に気泡が抱き込みはんだ耐
熱試験や熱衝撃試験時に導電接続部が損傷を受けるもの
と思われる。また、表1の配合gからなる樹脂バインダ
ーをフリップチップ実装工程に使用した従来の半導体装
置の実装体では、高い粘度を有することから、70〜8
0℃程度に樹脂バインダーを加熱した状態で注入する必
要があるので、導電接続部に損傷を受け耐衝撃特性が悪
化するものと思われる。On the other hand, in the conventional semiconductor device package using the resin binder having the composition f shown in Table 1 in the flip chip mounting process, since the sealing material has a high thixotropy index, bubbles are generated in the sealing layer. It is considered that the conductive connection is damaged during the soldering heat resistance test and the thermal shock test. In addition, a conventional semiconductor device mounting body using a resin binder having the composition g in Table 1 in the flip chip mounting process has a high viscosity,
Since the resin binder needs to be injected while being heated to about 0 ° C., it is considered that the conductive connection portion is damaged and the impact resistance is deteriorated.
【0099】[0099]
【発明の効果】本発明の半導体装置の実装体によれば、
ポリエポキシド,カルボン酸無水物,レオロジー改質剤
及び潜在性硬化触媒を少なくとも含む樹脂バインダー
と、絶縁性物質からなる充填材とを主成分として含む組
成物であって、レオロジー改質剤がカルボン酸無水物中
の遊離酸と上記充填材表面上の極性基との相互作用を阻
害する機能を有するものを使用し、これを硬化して得ら
れる封止層により半導体装置と基板とを機械的に接続す
る構成としたので、封止層における気泡の解消と熱応力
の低減とを実現することができ、よって、半導体装置−
基板間の密着性,耐熱衝撃性等の電気的接続信頼性の向
上と生産性の向上とを図ることができる。According to the semiconductor device package of the present invention,
A composition mainly comprising a resin binder containing at least a polyepoxide, a carboxylic anhydride, a rheology modifier and a latent curing catalyst, and a filler made of an insulating material, wherein the rheology modifier is a carboxylic anhydride. Use a material that has the function of inhibiting the interaction between the free acid in the product and the polar group on the surface of the filler, and mechanically connect the semiconductor device and the substrate with a sealing layer obtained by curing this. With this configuration, it is possible to eliminate bubbles in the sealing layer and to reduce the thermal stress.
It is possible to improve the reliability of electrical connection such as adhesion between substrates and thermal shock resistance, and to improve productivity.
【0100】本発明の半導体装置の実装用封止材によれ
ば、ポリエポキシド,カルボン酸無水物,レオロジー改
質剤及び潜在性硬化触媒を含む樹脂バインダーと、絶縁
性物質からなる充填材とを所定の重量比で混合し、レオ
ロジー改質剤にカルボン酸無水物中の遊離酸と充填材表
面上の極性基との相互作用を阻害する機能をもたせる構
成としたので、低粘度で低いチクソトロピー指数を有
し、かつ潜在性硬化触媒による保存安定性と実用的な硬
化促進機能とが確保された封止材とすることができ、上
述のような優れた特性を有する本発明の半導体装置の実
装体の製造に供することができる。According to the sealing material for mounting a semiconductor device of the present invention, a resin binder containing a polyepoxide, a carboxylic anhydride, a rheology modifier and a latent curing catalyst, and a filler made of an insulating material are prescribed. And the rheology modifier has a function to inhibit the interaction between the free acid in the carboxylic acid anhydride and the polar group on the filler surface, so that a low thixotropic index with low viscosity is obtained. A sealing material having the above-mentioned excellent characteristics can be used as a sealing material having the storage stability by the latent curing catalyst and the practical curing promoting function. Can be provided.
【図1】実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図
である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor device according to an embodiment.
【図2】図1に示す半導体装置の接続部を拡大詳示する
部分断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view illustrating a connection portion of the semiconductor device shown in FIG. 1 in an enlarged manner in detail.
【図3】実施形態に係るスタッドバンプ方式により形成
される半導体装置の構造を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor device formed by a stud bump method according to the embodiment.
【図4】実施形態に係る半導体装置のフリップチップ実
装工程における構造の変化を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a change in the structure of the semiconductor device according to the embodiment in a flip-chip mounting process.
【図5】実施形態に係る半導体装置のフリップチップ実
装工程の手順を示すフローチャート図である。FIG. 5 is a flowchart illustrating a procedure of a flip-chip mounting process of the semiconductor device according to the embodiment;
【図6】実施形態で使用される樹脂バインダー中のビス
フェノール型エポキシ樹脂の一般的な構造式を示す図で
ある。FIG. 6 is a view showing a general structural formula of a bisphenol-type epoxy resin in a resin binder used in the embodiment.
【図7】実施形態で使用される樹脂バインダー中のトリ
アルキルテトラハイドロフタル酸の一般構造式を示す図
である。FIG. 7 is a view showing a general structural formula of a trialkyltetrahydrophthalic acid in a resin binder used in the embodiment.
【図8】はんだバンプ電極によって接続された従来の半
導体装置の構造を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a structure of a conventional semiconductor device connected by solder bump electrodes.
【図9】低融点金属層によって接続された従来の半導体
装置の構造を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a structure of a conventional semiconductor device connected by a low melting point metal layer.
【図10】封止樹脂の硬化収縮応力によって接続された
従来の半導体装置の構造を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a structure of a conventional semiconductor device connected by a curing shrinkage stress of a sealing resin.
【図11】異方導電性接着剤によって接続された従来の
半導体装置の構造を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a structure of a conventional semiconductor device connected by an anisotropic conductive adhesive.
【図12】導電性接着剤によって接続された従来の半導
体装置の構造を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a structure of a conventional semiconductor device connected by a conductive adhesive.
1 半導体デバイス 2 電極パッド 3 バンプ電極 4 導電性接着層 5 端子電極 6 基板 7 封止層 8 はんだバンプ電極 9 めっき層 10 封止層 11 金めっき層 12 封止層 13 異方導電性接着層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 2 Electrode pad 3 Bump electrode 4 Conductive adhesive layer 5 Terminal electrode 6 Substrate 7 Sealing layer 8 Solder bump electrode 9 Plating layer 10 Sealing layer 11 Gold plating layer 12 Sealing layer 13 Anisotropic conductive adhesive layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 充 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 別所 芳宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−26625(JP,A) 特開 平2−199847(JP,A) 特開 平5−21520(JP,A) 特開 平6−61303(JP,A) 特開 平6−333985(JP,A) 特開 平8−250548(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60 H01L 21/56 C08G 59/42 C09J 163/00 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Mitsuru Harada 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-64-26625 (JP, A) JP-A-2-199847 (JP, A) JP-A-5-21520 (JP, A) JP-A-6-61303 (JP, A) JP-A-6-333985 (JP, A) JP-A-8-250548 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/60 H01L 21/56 C08G 59/42 C09J 163/00
Claims (12)
極と、 有機接着剤と導電性物質とを含み可撓性を有する導電性
接着剤で構成され上記バンプ電極と基板上の端子電極と
を電気的に接続する導電性接着層と、 組成物を硬化して構成され上記半導体装置と上記基板と
の間隙を埋めて両者を機械的に接合する封止層とを備
え、 上記組成物は、ポリエポキシド,カルボン酸無水物,レ
オロジー改質剤及び潜在性硬化触媒を少なくとも含む樹
脂バインダーと、絶縁性物質からなる充填材とを主成分
として含み、 上記レオロジー改質剤は、上記カルボン酸無水物中の遊
離酸と上記充填材表面上の極性基との相互作用を阻害す
る機能を有することを特徴とする半導体装置の実装体。A semiconductor device having an electrode pad; a substrate having a terminal electrode; a bump electrode provided on the electrode pad of the semiconductor device; an organic adhesive and a conductive material; A conductive adhesive layer that is formed of a conductive adhesive having an electrical connection between the bump electrode and the terminal electrode on the substrate; and a composition that is formed by curing the composition to fill a gap between the semiconductor device and the substrate. A sealing layer for mechanically joining the two, wherein the composition comprises a resin binder containing at least a polyepoxide, a carboxylic anhydride, a rheology modifier and a latent curing catalyst, and a filler made of an insulating material. Wherein the rheology modifier has a function of inhibiting an interaction between a free acid in the carboxylic anhydride and a polar group on the surface of the filler. Implementation of.
いて、 上記レオロジー改質剤は、カルボン酸無水物中の遊離酸
を選択的に吸着する物質を含むことを特徴とする半導体
装置の実装体。2. The semiconductor device package according to claim 1, wherein the rheology modifier includes a substance that selectively adsorbs a free acid in a carboxylic acid anhydride. body.
いて、 上記レオロジー改質剤は、3級アミン化合物,3級フォ
スフィン化合物,4級アンモニウム塩,4級フォスフォ
ニウム塩及び窒素原子を環内に含む複素環化合物のうち
の少なくとも1つであることを特徴とする半導体装置の
実装体。3. The semiconductor device package according to claim 1, wherein the rheology modifier is a tertiary amine compound, a tertiary phosphine compound, a quaternary ammonium salt, a quaternary phosphonium salt, and a nitrogen atom. A package of a semiconductor device, which is at least one of heterocyclic compounds contained in the semiconductor device.
いて、 上記樹脂バインダー中のカルボン酸無水物は、少なくと
も環状脂肪族酸無水物を含むことを特徴とする半導体装
置の実装体。4. The semiconductor device package according to claim 1, wherein the carboxylic acid anhydride in the resin binder contains at least a cyclic aliphatic acid anhydride.
いて、 上記環状脂肪族酸無水物は、少なくともトリアルキルテ
トラハイドロフタル酸無水物を含むことを特徴とする半
導体装置の実装体。5. The semiconductor device package according to claim 4, wherein the cyclic aliphatic acid anhydride contains at least a trialkyltetrahydrophthalic anhydride.
いて、 上記半導体装置のバンプ電極は、2段突起状のスタッド
バンプ電極であることを特徴とする半導体装置の実装
体。6. The semiconductor device package according to claim 1, wherein the bump electrode of the semiconductor device is a two-stage projecting stud bump electrode.
を接続するための封止材であって、 ポリエポキシド,カルボン酸無水物,レオロジー改質剤
及び潜在性硬化触媒を少なくとも含む重量比80〜25
%の樹脂バインダーと、 絶縁性物質からなる重量比20〜75%の充填材とを備
え、 上記レオロジー改質剤は、上記カルボン酸無水物中の遊
離酸と上記充填材表面上の極性基との相互作用を阻害す
る機能を有することを特徴とする半導体装置の実装用封
止材。7. A sealing material for filling a gap between a semiconductor device and a substrate and connecting the semiconductor device and the substrate, wherein a weight ratio of at least 80 including at least a polyepoxide, a carboxylic anhydride, a rheology modifier, and a latent curing catalyst. ~ 25
% Of a resin binder, and a filler composed of an insulating material at a weight ratio of 20 to 75%, wherein the rheology modifier is characterized by a free acid in the carboxylic anhydride and a polar group on the surface of the filler. A sealing material for mounting a semiconductor device, the sealing material having a function of inhibiting the interaction of the semiconductor device.
材において、 上記レオロジー改質剤は、ルイス塩基化合物であること
を特徴とする半導体装置の実装用封止材。8. The encapsulant for mounting a semiconductor device according to claim 7, wherein the rheology modifier is a Lewis base compound.
材において、 上記レオロジー改質剤は、3級アミン化合物,3級フォ
スフィン化合物,4級アンモニウム塩,4級フォスフォ
ニウム塩及び窒素原子を環内に含む複素環化合物のうち
の少なくとも1つであることを特徴とする半導体装置の
実装用封止材。9. The sealing material for mounting a semiconductor device according to claim 7, wherein the rheology modifier is a tertiary amine compound, a tertiary phosphine compound, a quaternary ammonium salt, a quaternary phosphonium salt, and nitrogen. A sealing material for mounting a semiconductor device, which is at least one of heterocyclic compounds containing atoms in a ring.
止材において、 上記樹脂バインダー中のカルボン酸無水物は、少なくと
も環状脂肪族酸無水物を含むことを特徴とする半導体装
置の実装用封止材。10. The mounting material for a semiconductor device according to claim 7, wherein the carboxylic acid anhydride in the resin binder contains at least a cyclic aliphatic acid anhydride. Sealing material.
封止材において、 上記環状脂肪族酸無水物は、少なくともトリアルキルテ
トラハイドロフタル酸無水物を含むことを特徴とする半
導体装置の実装用封止材。11. The mounting material for a semiconductor device according to claim 10, wherein the cyclic aliphatic acid anhydride contains at least a trialkyltetrahydrophthalic anhydride. Sealing material.
止材において、 上記樹脂バインダーは、 上記カルボン酸無水物と上記ポリエポキシドとの当量比
が0.8〜1.1で、 上記硬化触媒の樹脂バインダー全体に対する重量比が
0.3〜3%で、 上記レオロジー改質剤の樹脂バインダー全体に対する重
量比が0.02〜0.3%である組成を有することを特
徴とする半導体装置の実装用封止材。12. The sealing material for mounting a semiconductor device according to claim 7, wherein the resin binder has an equivalent ratio of the carboxylic anhydride to the polyepoxide of 0.8 to 1.1, and the curing catalyst Wherein the weight ratio of the rheology modifier to the entire resin binder is 0.02 to 0.3%, and the weight ratio of the rheology modifier to the entire resin binder is 0.02 to 0.3%. Sealing material for mounting.
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