連接材料和連接結構體的製作方法

2023-12-10 22:57:12

專利名稱：連接材料和連接結構體的製作方法
技術領域：
本發明是關於將LSI等半導體元件安裝在半導體元件裝配用的電路基板上時，特別是倒裝片安裝時有用的連接材料。
在將LSI等半導體元件安裝在半導體元件裝配用電路基板上時，在半導體元件的凸起(bump)電極和電路基板電極之間，夾入糊狀或薄膜狀絕緣性連接材料或者在其中分散了各向異性導電粒子的各向異性導電連接材料，一邊加壓一邊熱硬化，將兩者連接起來，得到連接結構體。
作為這樣的絕緣性連接材料，廣泛使用由環氧樹脂和咪唑系潛在性硬化劑形成的環氧系絕緣性連接材料。
然而，在將半導體元件安裝在半導體元件裝配用電路基板上時，使用以前的環氧系絕緣性連接材料或其中分散了各向異性導電粒子的各向異性導電連接材料時，所得到的連接結構體在保管中，有時連接材料吸溼，吸溼後裝入240℃左右的焊接軟熔爐內時，連接材料中浸入的水分會膨脹，隨情況而破裂(像爆玉米花現象)，半導體元件和連接材料在界面處會產生剝離，存在連接的信賴性大大降低的問題。
本發明的目的是對將半導體元件安裝在半導體元件用電路基板上時可使用的連接材料，在所得連接結構體保管中，不管連接材料是否吸溼，即使隨後裝入240℃左右的焊接軟熔爐內，也不降低連接信賴性。
本發明者發現在使用連接材料將半導體元件和電路基板連接時，配合具有2個以上酚性羥基的酚系化合物，可抑制環氧系連接材料熱硬化時收縮，即使在吸溼條件下保管連接結構體後，裝入240℃左右的焊接軟熔爐內也不降低連接信賴性，並由此完成本發明。
即，本發明提供的連接材料，其特徵是含有以下成分(A)～(C)(A)環氧樹脂，(B)具有2個以上酚性羥基的酚系化合物(C)潛在性硬化劑。
本發明提供的連接結構體，其特徵是用這種連接材料連接對置電極間的結構體。
以下詳細說明本發明。
本發明是連接材料，其特徵是在含有環氧樹脂(成分(A))和潛在性硬化劑(成分(C))的連接材料中，作為成分(B)，含有具有2個以上酚性羥基的酚系化合物。此處，成分(B)的具有2個以上酚性羥基的酚系化合物，在連接材料熱硬化時與環氧樹脂反應，可增大連接材料的硬度，提高粘接力，而且可抑制連接材料收縮。因此，即使在吸溼條件下保存連接結構體也能極大地抑制水分向連接材料浸入。因此，將連接結構體在焊接軟熔爐內進行加熱也能極大地抑制由水分引起的膨脹和破裂，從而提高了連接信賴性。
在本發明的連接材料中，相對於環氧樹脂的環氧當量數，酚系化合物的酚性羥基當量數的比，過小時(酚性羥基相對地過少時)，例如，在用連接材料連接半導體元件和電路基板時，在半導體元件界面的粘接力存在降低的趨勢，反之，過大時(酚性羥基相對地過多時)，在電路基板界面的粘接力也會降低，所以最好調整為0.2～1.0，更好為0.3～0.6。具體講是，在連接材料中使用400g的環氧當量為200g/eq的環氧樹脂時，連接材料中的環氧樹脂當量數為2。另一方面，在連接材料中使用400g的酚性羥基為100g/eq的成分(B)酚性化合物時，連接材料中的酚性羥基當量數為1。因此，這時相對於環氧樹脂的環氧當量數，成分(B)酚系化合物的酚性羥基當量數的比為0.5。
此處，求得環氧當量時，在後述的潛在性硬化劑含有環氧樹脂時，該部分環氧樹脂的環氧當量也必須考慮在內。即，和酚系化合物的酚性羥基當量比較時的環氧當量，不僅成分(A)的環氧樹脂，對於其他成分(例如成分(C)的潛在性硬化劑)中所含的環氧樹脂也必須考慮，是指總的環氧當量。
作為本發明中所用成分(A)的環氧樹脂，可使用公的最好能用作熱固化型粘接劑(例如，各向異性導電粘接劑用的絕緣性熱固化型粘接劑)的成膜成分。特別是，考慮到成膜性和薄膜強度等時，最好並用2種以上，例如，可並用常溫下固體的高分子量環氧樹脂和常溫下液體的環氧樹脂。進而還可並用柔性的環氧樹脂。作為這種固體的高分子量環氧樹脂，有熱塑酚型環氧樹脂、熱塑甲酚型環氧樹脂、將二環戊二烯作主骨架的環氧樹脂、雙酚A型或雙酚F型的高分子、或將它們變性的環氧樹脂等。作為常溫下為液體的環氧樹脂，有雙酚A型或雙酚F型環氧樹脂等。作為柔性環氧樹脂，有二聚物酸變性環氧樹脂、以丙二醇為主骨架的環氧樹脂、尿烷變性環氧樹脂等。
成分(A)的環氧樹脂的環氧當量(g/eq)過小時，硬化收縮增大，會增加內部應力，反之，過大時，凝聚力降低，硬化物(連接結構體)的連接信賴性降低，所以最好100～500，更好為200～400。使用數種環氧樹脂時的環氧當量，相當於各環氧樹脂的環氧當量乘以各環氧樹脂佔總環氧樹脂中的重量比所得值的和。
作為本發明中使用的具有2個以上酚性羥基的酚系化合物，可舉出有雙酚A、雙酚F等的單量體、酚熱塑樹脂、甲酚熱塑樹脂等的低聚物、聚乙烯酚樹脂等聚合物。其中，熱塑型酚樹脂最好。
這些具有2個以上酚性羥基的酚系化合物，其酚性羥基當量(q/eq)過小時，硬化收縮很大，內部應力增大，反之，過大是，凝聚力降低，硬化物(連接結構體)的連接信賴性降低，所以最好為50～500，更好為80～400。使用數種具有2個以上酚性羥基的酚系化合物時，其酚性羥基當量，相當於各酚系化合物的酚羥基當量乘以各酚系化合物佔總酚系化合物中重量比之值的和。
作為本發明連接材料中使用的潛在性硬化劑，可單獨或同時使用咪唑系潛在性硬化劑、胺系潛在性硬化劑等。其中，最好使用作用(硬化)溼度約為170℃的咪唑系潛在性硬化劑。通過使用顯示這種硬化溫度的咪唑系潛在性硬化劑，將本發明的連接材料適用於各向異性導電粘接劑時，能使電極端子間確實粘接，而且也能進行電連接。而且，將熱壓時的生產節拍時間可設定為數秒鐘，也可對各向異性導電粘接劑付與良好的耐熱性。
此處，作為咪唑系潛在性硬化劑，雖然可使用多年來公知的咪唑系潛在性硬化劑。但其中，最好使用微膠囊化的咪唑系潛在性硬化劑。作為這種微膠囊化咪唑系潛在性硬化劑，有用尿素和異氰酸酯使咪唑形成加合物，再用異氰酸酯化合物將其表面進行包復形成微膠囊化的咪唑系潛在性硬化劑，和用環氧化合物使咪唑形成加合物，再用異氰酸酯化合物將其表面進行包復形成微膠囊化的咪唑系潛在性硬化劑。
咪唑系潛在性硬化劑的使用量，咪唑系潛在性硬化劑過少時，耐熱性降低，連接可靠性惡化，過多時，加熱加壓後的丸劑(ピ一ル)強度降低，保存穩定性惡化，對於100重量份環氧樹脂最好5～30重量份，更好8～20重量份。
作為胺系潛在性硬化劑，可使用公知的聚胺系潛在性硬化劑、叔胺系潛在性硬化劑、烷尿系潛在性硬化劑。
使用胺系潛在性硬化劑時，其用量過少時加熱加壓後的丸劑(ピ一ル)的強度降低，連接可靠性惡化，過多時，保存穩定性惡化，所以，對於100重量份環氧樹脂，最好2～40重量份，更好5～30重量份。
在將本發明的連接材料用作各向異性導電粘接劑時，可配合公知各向異性導電粘接劑中使用的導電粒子(例如，錫粒子、鎳粒子等金屬粒子、和表面形成鍍金被覆膜的苯乙烯樹脂粒子等複合粒子等)。作為配合量，在連接材料中最好為2～20容量％。
在本發明的連接材料中，可適當配合以前在各向異性導電粘接膜等中配合的公知添加劑，例如，異氰酸酯系交聯劑、環氧矽烷化合物等的偶合劑、環氧變性矽酮樹脂、或苯氧樹脂等熱硬化性絕緣樹脂。根據需要也可使用甲苯或MEK等溶劑。
本發明的連接材料可利用常法進行製造。例如，將環氧樹脂、潛在性硬化劑和具有2個以上酚性羥基的酚系化合物在甲苯或MEK等溶劑中進行均勻混合製造。
本發明的連接材料通過形成薄膜化，可用作熱硬化型連接薄膜。特別是在配合了各向異性導電連接用的導電粒子時，也可用作各向性導電連接薄膜。這些情況的製造，是在剝離片上(例如聚酯片)將連接材料塗布上薄膜狀，在沒有開始硬化反應的溫度下使連接材料進行乾燥。
本發明連接材料的使用形態，和過去的熱硬化型粘接劑一樣，將對置的一對電極進行連接。例如，將本發明的連接材料適用於對置的一對電極之間(例如，半導體元件的凸出(bump)電極和半導體元件裝配用電路基板電極之間)，通過加壓或加壓加熱使其熱硬化，將兩者牢固地連接在一起。得到的連接結構體，假使在高溼度環境下保存後裝入焊接軟熔爐內，與以前相比，不會降低連接信賴性。
以下根據實驗例具體說明本發明。
實施例1～19將環氧當量為140g/eq的環氧樹脂(HP4032D、大日本ィンキ化學工業社制)、羥基當量為118q/eq的熱塑型酚樹脂(VH4170、大日本ィンキ化學工業社制)、環氧當量為244g/eq的咪唑系潛在性硬化劑(HX3941HP、旭チバ社制)、苯氧樹脂(YP50、東都化成社制)、和導電粒子(鎳被復丁苯乙烯的粒珠，直徑50μm)、按照表1所示酚性羥基當量數與環氧當量數之比(OH/EPOXY)，調整各成分的配合量，並進行混合，利用薄膜化處理，製作成40μm厚的各向異性導電連接薄膜。使用的導電粒子為12容量％。
表1中，潛在性硬化劑的重量份是相對於100重量份環氧樹脂的配合量。
將得到的各向異性導電連接薄膜貼付在具有18μm厚的銅圖案(Line/Space＝100μm/50μm)的電路基板(FR5)上，在該貼付面上重疊上半導體晶片(外形6.3mm正方形、110μm正方形電鍍凸起(凸起高度20μm)、150μm間距鋁配線)、對每個凸起在150g的加壓條件下以160℃，進行10秒鐘的熱壓合操作，接著，對每個凸起在0.3g的加壓條件下的200℃，進行5秒鐘的熱壓合操作，製作成在電路基板上裝配了半導體晶片的連接結構體。
對於得到的連接結構體，在製作後，前處理後(在85℃、85％RH的環境下放置24小時後、通過軟熔爐(最高溫度達240℃)2次處理後)、老化處理後(壓煮試驗(PCT(121℃、2.0265×102KPa、100％RH、100小時、200小時或300小時)))或熱循環試驗後(H/S(-55～125℃、250次、500次、1000次))、利用四端子法測定導通電阻值(Ω)。利用測得的導通電阻值，按以下基準評價連接信賴性。所得結果示於表2。
連接信賴性等級標準A低於100Ω
B100mΩ以上，1Ω以下C1Ω以上～無窮態用顯微鏡觀察老化處理(300小時)後連接處的剝離狀態。在半導晶片和連接材料之間產生剝離時，以「I」表示。未產生剝離，以下「—」表示，結果示於表2。[表1]當量數比潛在性硬化劑實驗例 (OH/EPOXY) 重量份1 0 72 0 153 0.16.54 0.114.55 0.26.56 0.214.57 0.468 0.4129 0.41410 0.41711 0.42212 0.6613 0.61214 0.61415 0.61716 0.62217 0.8618 0.81419 0.822[表2]前處理後 PCT後 H/S後 剝離狀態實驗例100200 300 250500 10001 B C - - C -2 B C - - C - -I3 B B C - C - -I4 B B C - B C -I5 B B B B B B BI6 B B B B A B B-7 A A A A B B B-8 A A A A A A A-9 A A A A A A A-10 A A A A A A A-11 A A A B A A A-12 A A A A A B B-13 A A A A A A A-14 A A A A A A A-15 A A A A A A A-16 A A A B A A A-17 A A A A B B B-18 A A A A A B B-19 A A A B A A B-從實驗例1～19的結果可知，在連接材料中並用具有2個以上酚性羥基的熱塑型酚樹脂時，改善了PCT特性。從整個實驗例可知，酚性羥基當量數對環氧樹脂的環氧當量數之比，最好範圍為0.2～1.0。
從實驗例7～19的結果可知，咪唑系潛在性硬化劑的配合量，對於100重量份環氧樹脂，為5～30重量份為好。
根據本發明，對於將半導元件安裝在半導體元件用電路基板上時所使用的連接材料，在所得連接結構體的保存中，不管連接材料是否吸溼，之後裝入240℃左右的焊接軟熔爐內時，不會降低連接的依賴性。
權利要求
1.一種連接材料，其特徵是含有以下成分(A)～(C)(A)環氧樹脂，(B)具有2個以上酚性羥基的酚系化合物，(C)潛在性硬化劑。
2.根據權利要求1記載的連接材料，其特徵是在連接材料中，成分(B)酚系化合物的酚性羥基當量數對環氧樹脂的環氧當量數之比為0.2～1.0。
3.根據權利要求1記載的連接材料，其特徵是在連接材料中，成分(B)酚系化合物的酚性羥基當量數對環氧樹脂的環氧當量數之比為0.3～0.6。
4.根據權利要求1～3中任一項記載的連接材料，其特徵是成分(B)的具有2個以上酚性羥基的酚系化合物的酚性羥基當量數為50～500g/eq。
5.根據權利要求1～4中任一項記載的連接材料，其特徵是酚系化合物是熱塑型酚樹脂。
6.根據權利要求1～5中任一項記載的連接材料，其特徵是成分(C)潛在性硬化劑是咪唑系潛在性硬化劑。
7.根據權利要求1～6中任一項記載的連接材料，其特徵是成分(C)潛在性硬化劑的配合量，對於100重量份環氧樹脂，為5～30重量份。
8.根據權利要求1～7中任一項記載的連接材料，其特徵是進一步含有2～20容量％的各向異性導電連接用的導電粒子。
9.一種連接結構體，其特徵是由對置的一對電極和在其之間被夾持的權利要求1～8任一項記載的連接材料組成，通過加壓或加熱加壓，將它們連接在一起。
10.根據權利要求9記載的連接結構體，其特徵是對置電極的一方是半導體元件的凸起電極，另一方是裝配半導體元件用的電路基板的電極。
全文摘要
對於將半導體元件安裝在半導體元件用電路基板上時所使用的連接材料,在所得連接結構體的保存中,不管連接材料是否吸溼,之後,裝入240℃左右的焊接軟熔爐內時,不會降低連接信賴性。將半導體元件安裝在半導體元件用電路基板上時所使用的連接材料,含有以下成分(A)～(C):(A)環氧樹脂,(B)具有2個以上酚性羥基的酚系化合物,(C)潛在性硬化劑,連接材料中,成分(B)酚系化合物的酚性羥基當量數對環氧樹脂的環氧當量數之比最好為0.2～1.0。
文檔編號H01L23/31GK1327020SQ0112280
公開日2001年12月19日 申請日期2001年6月1日 優先權日2000年6月1日
發明者筱崎潤二, 武市元秀 申請人:索尼化學株式會社