專利名稱：連接材料和連接結(jié)構(gòu)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于將LSI等半導(dǎo)體元件安裝在半導(dǎo)體元件裝配用的電路基板上時(shí)，特別是倒裝片安裝時(shí)有用的連接材料。
在將LSI等半導(dǎo)體元件安裝在半導(dǎo)體元件裝配用電路基板上時(shí)，在半導(dǎo)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(dǎo)電粒子的各向異性導(dǎo)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(jié)構(gòu)體。
作為這樣的絕緣性連接材料，廣泛使用由環(huán)氧樹脂和咪唑系潛在性硬化劑形成的環(huán)氧系絕緣性連接材料。
然而，在將半導(dǎo)體元件安裝在半導(dǎo)體元件裝配用電路基板上時(shí)，使用以前的環(huán)氧系絕緣性連接材料或其中分散了各向異性導(dǎo)電粒子的各向異性導(dǎo)電連接材料時(shí)，所得到的連接結(jié)構(gòu)體在保管中，有時(shí)連接材料吸濕，吸濕后裝入240℃左右的焊接軟熔爐內(nèi)時(shí)，連接材料中浸入的水分會(huì)膨脹，隨情況而破裂(像爆玉米花現(xiàn)象)，半導(dǎo)體元件和連接材料在界面處會(huì)產(chǎn)生剝離，存在連接的信賴性大大降低的問題。
本發(fā)明的目的是對(duì)將半導(dǎo)體元件安裝在半導(dǎo)體元件用電路基板上時(shí)可使用的連接材料，在所得連接結(jié)構(gòu)體保管中，不管連接材料是否吸濕，即使隨后裝入240℃左右的焊接軟熔爐內(nèi)，也不降低連接信賴性。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)在使用連接材料將半導(dǎo)體元件和電路基板連接時(shí)，配合具有2個(gè)以上酚性羥基的酚系化合物，可抑制環(huán)氧系連接材料熱硬化時(shí)收縮，即使在吸濕條件下保管連接結(jié)構(gòu)體后，裝入240℃左右的焊接軟熔爐內(nèi)也不降低連接信賴性，并由此完成本發(fā)明。
即，本發(fā)明提供的連接材料，其特征是含有以下成分(A)～(C)(A)環(huán)氧樹脂，(B)具有2個(gè)以上酚性羥基的酚系化合物(C)潛在性硬化劑。
本發(fā)明提供的連接結(jié)構(gòu)體，其特征是用這種連接材料連接對(duì)置電極間的結(jié)構(gòu)體。
以下詳細(xì)說明本發(fā)明。
本發(fā)明是連接材料，其特征是在含有環(huán)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(gè)以上酚性羥基的酚系化合物。此處，成分(B)的具有2個(gè)以上酚性羥基的酚系化合物，在連接材料熱硬化時(shí)與環(huán)氧樹脂反應(yīng)，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，即使在吸濕條件下保存連接結(jié)構(gòu)體也能極大地抑制水分向連接材料浸入。因此，將連接結(jié)構(gòu)體在焊接軟熔爐內(nèi)進(jìn)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(fā)明的連接材料中，相對(duì)于環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當(dāng)量數(shù)，酚系化合物的酚性羥基當(dāng)量數(shù)的比，過小時(shí)(酚性羥基相對(duì)地過少時(shí))，例如，在用連接材料連接半導(dǎo)體元件和電路基板時(shí)，在半導(dǎo)體元件界面的粘接力存在降低的趨勢(shì)，反之，過大時(shí)(酚性羥基相對(duì)地過多時(shí))，在電路基板界面的粘接力也會(huì)降低，所以最好調(diào)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(huán)氧當(dāng)量為200g/eq的環(huán)氧樹脂時(shí)，連接材料中的環(huán)氧樹脂當(dāng)量數(shù)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(shí)，連接材料中的酚性羥基當(dāng)量數(shù)為1。因此，這時(shí)相對(duì)于環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當(dāng)量數(shù)，成分(B)酚系化合物的酚性羥基當(dāng)量數(shù)的比為0.5。
此處，求得環(huán)氧當(dāng)量時(shí)，在后述的潛在性硬化劑含有環(huán)氧樹脂時(shí)，該部分環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當(dāng)量也必須考慮在內(nèi)。即，和酚系化合物的酚性羥基當(dāng)量比較時(shí)的環(huán)氧當(dāng)量，不僅成分(A)的環(huán)氧樹脂，對(duì)于其他成分(例如成分(C)的潛在性硬化劑)中所含的環(huán)氧樹脂也必須考慮，是指總的環(huán)氧當(dāng)量。
作為本發(fā)明中所用成分(A)的環(huán)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(dǎo)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(qiáng)度等時(shí)，最好并用2種以上，例如，可并用常溫下固體的高分子量環(huán)氧樹脂和常溫下液體的環(huán)氧樹脂。進(jìn)而還可并用柔性的環(huán)氧樹脂。作為這種固體的高分子量環(huán)氧樹脂，有熱塑酚型環(huán)氧樹脂、熱塑甲酚型環(huán)氧樹脂、將二環(huán)戊二烯作主骨架的環(huán)氧樹脂、雙酚A型或雙酚F型的高分子、或?qū)⑺鼈冏冃缘沫h(huán)氧樹脂等。作為常溫下為液體的環(huán)氧樹脂，有雙酚A型或雙酚F型環(huán)氧樹脂等。作為柔性環(huán)氧樹脂，有二聚物酸變性環(huán)氧樹脂、以丙二醇為主骨架的環(huán)氧樹脂、尿烷變性環(huán)氧樹脂等。
成分(A)的環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當(dāng)量(g/eq)過小時(shí)，硬化收縮增大，會(huì)增加內(nèi)部應(yīng)力，反之，過大時(shí)，凝聚力降低，硬化物(連接結(jié)構(gòu)體)的連接信賴性降低，所以最好100～500，更好為200～400。使用數(shù)種環(huán)氧樹脂時(shí)的環(huán)氧當(dāng)量，相當(dāng)于各環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當(dāng)量乘以各環(huán)氧樹脂占總環(huán)氧樹脂中的重量比所得值的和。
作為本發(fā)明中使用的具有2個(gè)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(gè)以上酚性羥基的酚系化合物，其酚性羥基當(dāng)量(q/eq)過小時(shí)，硬化收縮很大，內(nèi)部應(yīng)力增大，反之，過大是，凝聚力降低，硬化物(連接結(jié)構(gòu)體)的連接信賴性降低，所以最好為50～500，更好為80～400。使用數(shù)種具有2個(gè)以上酚性羥基的酚系化合物時(shí)，其酚性羥基當(dāng)量，相當(dāng)于各酚系化合物的酚羥基當(dāng)量乘以各酚系化合物占總酚系化合物中重量比之值的和。
作為本發(fā)明連接材料中使用的潛在性硬化劑，可單獨(dú)或同時(shí)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)濕度約為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(fā)明的連接材料適用于各向異性導(dǎo)電粘接劑時(shí)，能使電極端子間確實(shí)粘接，而且也能進(jìn)行電連接。而且，將熱壓時(shí)的生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間可設(shè)定為數(shù)秒鐘，也可對(duì)各向異性導(dǎo)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(jìn)行包復(fù)形成微膠囊化的咪唑系潛在性硬化劑，和用環(huán)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(jìn)行包復(fù)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(shí)，耐熱性降低，連接可靠性惡化，過多時(shí)，加熱加壓后的丸劑(ピ一ル)強(qiáng)度降低，保存穩(wěn)定性惡化，對(duì)于100重量份環(huán)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(shí)，其用量過少時(shí)加熱加壓后的丸劑(ピ一ル)的強(qiáng)度降低，連接可靠性惡化，過多時(shí)，保存穩(wěn)定性惡化，所以，對(duì)于100重量份環(huán)氧樹脂，最好2～40重量份，更好5～30重量份。
在將本發(fā)明的連接材料用作各向異性導(dǎo)電粘接劑時(shí)，可配合公知各向異性導(dǎo)電粘接劑中使用的導(dǎo)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復(fù)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(fā)明的連接材料中，可適當(dāng)配合以前在各向異性導(dǎo)電粘接膜等中配合的公知添加劑，例如，異氰酸酯系交聯(lián)劑、環(huán)氧硅烷化合物等的偶合劑、環(huán)氧變性硅酮樹脂、或苯氧樹脂等熱硬化性絕緣樹脂。根據(jù)需要也可使用甲苯或MEK等溶劑。
本發(fā)明的連接材料可利用常法進(jìn)行制造。例如，將環(huán)氧樹脂、潛在性硬化劑和具有2個(gè)以上酚性羥基的酚系化合物在甲苯或MEK等溶劑中進(jìn)行均勻混合制造。
本發(fā)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(dǎo)電連接用的導(dǎo)電粒子時(shí)，也可用作各向性導(dǎo)電連接薄膜。這些情況的制造，是在剝離片上(例如聚酯片)將連接材料涂布上薄膜狀，在沒有開始硬化反應(yīng)的溫度下使連接材料進(jìn)行干燥。
本發(fā)明連接材料的使用形態(tài)，和過去的熱硬化型粘接劑一樣，將對(duì)置的一對(duì)電極進(jìn)行連接。例如，將本發(fā)明的連接材料適用于對(duì)置的一對(duì)電極之間(例如，半導(dǎo)體元件的凸出(bump)電極和半導(dǎo)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(jié)構(gòu)體，假使在高濕度環(huán)境下保存后裝入焊接軟熔爐內(nèi)，與以前相比，不會(huì)降低連接信賴性。
以下根據(jù)實(shí)驗(yàn)例具體說明本發(fā)明。
實(shí)施例1～19將環(huán)氧當(dāng)量為140g/eq的環(huán)氧樹脂(HP4032D、大日本ィンキ化學(xué)工業(yè)社制)、羥基當(dāng)量為118q/eq的熱塑型酚樹脂(VH4170、大日本ィンキ化學(xué)工業(yè)社制)、環(huán)氧當(dāng)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(dǎo)電粒子(鎳被復(fù)丁苯乙烯的粒珠，直徑50μm)、按照表1所示酚性羥基當(dāng)量數(shù)與環(huán)氧當(dāng)量數(shù)之比(OH/EPOXY)，調(diào)整各成分的配合量，并進(jìn)行混合，利用薄膜化處理，制作成40μm厚的各向異性導(dǎo)電連接薄膜。使用的導(dǎo)電粒子為12容量％。
表1中，潛在性硬化劑的重量份是相對(duì)于100重量份環(huán)氧樹脂的配合量。
將得到的各向異性導(dǎo)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(dǎo)體芯片(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(duì)每個(gè)凸起在150g的加壓條件下以160℃，進(jìn)行10秒鐘的熱壓合操作，接著，對(duì)每個(gè)凸起在0.3g的加壓條件下的200℃，進(jìn)行5秒鐘的熱壓合操作，制作成在電路基板上裝配了半導(dǎo)體芯片的連接結(jié)構(gòu)體。
對(duì)于得到的連接結(jié)構(gòu)體，在制作后，前處理后(在85℃、85％RH的環(huán)境下放置24小時(shí)后、通過軟熔爐(最高溫度達(dá)240℃)2次處理后)、老化處理后(壓煮試驗(yàn)(PCT(121℃、2.0265×102KPa、100％RH、100小時(shí)、200小時(shí)或300小時(shí))))或熱循環(huán)試驗(yàn)后(H/S(-55～125℃、250次、500次、1000次))、利用四端子法測(cè)定導(dǎo)通電阻值(Ω)。利用測(cè)得的導(dǎo)通電阻值，按以下基準(zhǔn)評(píng)價(jià)連接信賴性。所得結(jié)果示于表2。
連接信賴性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)A低于100Ω
B100mΩ以上，1Ω以下C1Ω以上～無窮態(tài)用顯微鏡觀察老化處理(300小時(shí))后連接處的剝離狀態(tài)。在半導(dǎo)芯片和連接材料之間產(chǎn)生剝離時(shí)，以「I」表示。未產(chǎn)生剝離，以下「—」表示，結(jié)果示于表2。[表1]當(dāng)量數(shù)比潛在性硬化劑實(shí)驗(yàn)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]前處理后 PCT后 H/S后 剝離狀態(tài)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)例1～19的結(jié)果可知，在連接材料中并用具有2個(gè)以上酚性羥基的熱塑型酚樹脂時(shí)，改善了PCT特性。從整個(gè)實(shí)驗(yàn)例可知，酚性羥基當(dāng)量數(shù)對(duì)環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當(dāng)量數(shù)之比，最好范圍為0.2～1.0。
從實(shí)驗(yàn)例7～19的結(jié)果可知，咪唑系潛在性硬化劑的配合量，對(duì)于100重量份環(huán)氧樹脂，為5～30重量份為好。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于將半導(dǎo)元件安裝在半導(dǎo)體元件用電路基板上時(shí)所使用的連接材料，在所得連接結(jié)構(gòu)體的保存中，不管連接材料是否吸濕，之后裝入240℃左右的焊接軟熔爐內(nèi)時(shí)，不會(huì)降低連接的依賴性。
權(quán)利要求
1.一種連接材料，其特征是含有以下成分(A)～(C)(A)環(huán)氧樹脂，(B)具有2個(gè)以上酚性羥基的酚系化合物，(C)潛在性硬化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1記載的連接材料，其特征是在連接材料中，成分(B)酚系化合物的酚性羥基當(dāng)量數(shù)對(duì)環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當(dāng)量數(shù)之比為0.2～1.0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1記載的連接材料，其特征是在連接材料中，成分(B)酚系化合物的酚性羥基當(dāng)量數(shù)對(duì)環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當(dāng)量數(shù)之比為0.3～0.6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)記載的連接材料，其特征是成分(B)的具有2個(gè)以上酚性羥基的酚系化合物的酚性羥基當(dāng)量數(shù)為50～500g/eq。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)記載的連接材料，其特征是酚系化合物是熱塑型酚樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)記載的連接材料，其特征是成分(C)潛在性硬化劑是咪唑系潛在性硬化劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)記載的連接材料，其特征是成分(C)潛在性硬化劑的配合量，對(duì)于100重量份環(huán)氧樹脂，為5～30重量份。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)記載的連接材料，其特征是進(jìn)一步含有2～20容量％的各向異性導(dǎo)電連接用的導(dǎo)電粒子。
9.一種連接結(jié)構(gòu)體，其特征是由對(duì)置的一對(duì)電極和在其之間被夾持的權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)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(jù)權(quán)利要求9記載的連接結(jié)構(gòu)體，其特征是對(duì)置電極的一方是半導(dǎo)體元件的凸起電極，另一方是裝配半導(dǎo)體元件用的電路基板的電極。
全文摘要
對(duì)于將半導(dǎo)體元件安裝在半導(dǎo)體元件用電路基板上時(shí)所使用的連接材料,在所得連接結(jié)構(gòu)體的保存中,不管連接材料是否吸濕,之后,裝入240℃左右的焊接軟熔爐內(nèi)時(shí),不會(huì)降低連接信賴性。將半導(dǎo)體元件安裝在半導(dǎo)體元件用電路基板上時(shí)所使用的連接材料,含有以下成分(A)～(C):(A)環(huán)氧樹脂,(B)具有2個(gè)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(dāng)量數(shù)對(duì)環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當(dāng)量數(shù)之比最好為0.2～1.0。
文檔編號(hào)H01L23/31GK1327020SQ0112280
公開日2001年12月19日 申請(qǐng)日期2001年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月1日
發(fā)明者筱崎潤(rùn)二, 武市元秀 申請(qǐng)人:索尼化學(xué)株式會(huì)社