JP2000109646A - 半導体封止用樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】チップサイズの半導体装置を不良少なく、早く
製造するための半導体封止用樹脂組成物を提供すること
にある。 【解決手段】半導体装置を封止するための樹脂組成物で
あって、該樹脂組成物が、充填剤（Ａ）、エポキシ樹脂
（Ｂ）、硬化剤（Ｃ）からなり、充填剤（Ａ）の最大粒
子径が１０μｍ以下であることを特徴とする半導体封止
用樹脂組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を保護
する目的で使用される樹脂組成物であって、保護膜、ア
ンダーフィル、液状封止材、封止材を含む、半導体封止
用樹脂組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯機器のダウンサイジング化に
伴い、部品である半導体装置も小型・薄型化、高性能化
が進んでいる。

【０００３】これら半導体装置の信頼性を向上させるた
めに、シリコンチップと樹脂組成物の線膨張係数を合わ
せることが有効である。このために充填材が多く充填さ
れる（特公平5-54865号公報）。多く充填させるために
は、流動性を向上させなくてはならない。流動性を向上
させるために充填材の形状を球状にすることは、自明で
ある。

【０００４】また、粒度分布を広げることにより流動性
を確保し、充填材を高充填する提案が、特公昭60-10533
号公報、特公平5-54865号公報等になされている。

【０００５】粒度分布を広げるためには、成形金型、パ
ッケージ構造から許される限り、充填材の最大粒子径を
大きくするのが有効である。

【０００６】一方、従来の樹脂封止型半導体装置は、半
導体素子（チップ）とインターポーザー（リードフレー
ム）を用い、プリント基板に実装するのに必要な外部電
極（ピン）以外は、樹脂で覆うように上下両面から樹脂
封止されている。よって、半導体装置小型化の開発は、
リードフレームへの半導体素子の搭載方法を開発・改良
する事が主であった。

【０００７】例えば、パッケージの２辺に外部電極を並
べていたのを、４辺まで増加させたパッケージや（SOJ
からQFP）、リードフレームのステージにチップを搭載
していたのを、チップのパッケージ内占有率を増加させ
るために内部リードピンにつるす方法(LOC)などが開発
されてきた。

【０００８】最近ではさらに、半導体装置（パッケー
ジ）の小型、多ピン化が進展し、外部電極を２次元状
（パッケージの片面）に広げたＢＧＡ，ＰＧＡ、ＬＧＡ
などが開発されている。しかし、ＢＧＡにおいても半導
体装置は半導体素子よりも若干大きくなる。

【０００９】したがって、半導体装置のより一層の小
型、薄型、軽量化を達成し、半導体チップと同面積の半
導体装置を開発する必要があった。

【００１０】そこで、チップサイズの半導体装置とし
て、チップと実装基板を直接接合し、その間にアンダー
フィル材を流し込む方法（フリップチップ接続方式）な
どの提案がされている。しかし、フリップチップ接続は
実装メーカーに高度な実装技術を要求するばかりか、ア
ンダーフィル材を流し込む工程に時間がかかることか
ら、実装コストの増大を招いてしまう。

【００１１】その他チップサイズの半導体装置として、
ウェハー状態で半導体素子を一括して封止し、その後チ
ップのサイズに切り出して個々の半導体装置とする方法
も開発されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】これら半導体装置を製
造するためには、樹脂組成物を狭い隙間（１００〜５０
０μｍ程度）を流動させなければならない。しかし、充
填材の粒度分布を広げた従来の技術を用いた樹脂組成物
ではこのような狭い隙間を流動させるのは困難である上
に、成形不良が多発していた。

【００１３】本発明の課題は、チップサイズの半導体装
置を不良を少なく、早く製造するための、流動性、信頼
性に優れた半導体封止用樹脂組成物を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体封止用樹脂組成物は、主として次の
構成を有する。すなわち、「樹脂組成物が充填剤
（Ａ）、エポキシ樹脂（Ｂ）、硬化剤（Ｃ）からなり、
前記充填剤（Ａ）の最大粒子径が１０μｍ以下であるこ
とを特徴とする半導体封止用樹脂組成物」である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、さらに詳細に本発明につい
て説明する。

【００１６】なお、本発明において１００μm厚流動性
とは、１００μm厚の隙間における流動長をいう。具体
的には、５０ｃｍ角のポリイミドフィルムの間に樹脂組
成物を２ｇ入れ、プレス機を用いて１７５℃、８０Ｋｇ
／ｃｍ²で加熱圧縮して厚さ１００μｍの円盤（円形成
形物）を成形したときの、円盤（円形成形物）の大きさ
（最大内接円の直径）で評価する。

【００１７】本発明における充填剤（Ａ）は無機物、有
機物どちらでもよいが、最大粒子径が１０μｍ以下であ
ることが必要である。最大粒子径が１０μｍを越えると
流動性が低下する、生産性が低下する、不良率が増加す
るなどの問題がある。充填剤（Ａ）の最大粒子径はどの
ような方法で調整してもよいが、例えばふるいにかける
場合、そのふるいを選択することによって調整できる。
なお、本発明において最大粒子径は、レーザー回折／散
乱式粒度分布測定装置で測定した粒子径の最大値をい
う。

【００１８】また、充填剤（Ａ）の平均粒子径は、不良
率を低下させる観点から８μm以下が好ましく、５μm以
下がより好ましく、２μm以下が更に好ましい。

【００１９】このような充填剤（Ａ）には、シリカ、炭
酸カルシウム、炭酸マグネシウム、アルミナ、マグネシ
ア、クレー、タルク、マイカ、ケイ酸カルシウム、酸化
チタン、酸化アンチモン、アスベスト、ガラス繊維、ス
チレン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが挙げられ
るが、中でも非晶性の溶融シリカの線膨張係数は低く、
熱応力を下げることができるので、好ましく用いられ
る。非晶性シリカの例としては、石英を溶融して製造し
た溶融シリカや、各種合成法で製造された合成シリカな
どある。その形状は球状、破砕状等があるが、流動性向
上の点から球状が好ましい。

【００２０】本発明における充填剤（Ａ）の含有量は樹
脂組成物中に３０〜９８重量％添加することが好まし
い。かかる範囲とすることで温度サイクル性を優れたも
のとし、成形を容易にすることができる。

【００２１】本発明において、充填剤（Ａ）をシランカ
ップリング剤、チタネートカップリング剤などのカップ
リング剤であらかじめ表面処理することが信頼性の点で
好ましい。カップリング剤としてエポキシシラン、アミ
ノシラン、メルカプトシランなどのシランカップリング
剤が好ましく用いられる。

【００２２】本発明におけるエポキシ樹脂（Ｂ）は、分
子内に２ヶ以上エポキシ基を含有するものであれば特に
限定されない。このようなエポキシ樹脂には、ビスフェ
ノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、
複素環式エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂、フェ
ノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格含有エポ
キシ樹脂、ビフェニル骨格含有エポキシ樹脂、ナフタレ
ン骨格含有エポキシ樹脂などが挙げられる。特に、信頼
性の点から、ビフェニル骨格含有エポキシ樹脂が好まし
い。これらは１種類以上併用してもよい。

【００２３】本発明におけるエポキシ樹脂（Ｂ）の添加
量は、成形性の点から樹脂組成物中に０．５重量％以上
添加することが好ましく、温度サイクル信頼性の点から
５０重量％以下が好ましい。

【００２４】硬化剤（Ｃ）は、上記エポキシ樹脂（Ｂ）
を硬化させるものであれば、特に限定されない。このよ
うな硬化剤としては、フェノール性水酸基を２ヶ以上含
有するフェノール樹脂誘導体、ポリアミン誘導体、酸無
水物、ポリメルカプタンなどが用いられる。

【００２５】本発明における硬化剤（Ｃ）の添加量は、
成形性の点から樹脂組成物中に０．５重量％以上添加す
ることが好ましく、温度サイクル信頼性の点から５０重
量％以下が好ましい。

【００２６】エポキシ樹脂（Ｂ）と硬化剤（Ｃ）の化学
当量比は０．８〜１．２が、密着性の点で好ましい。

【００２７】また、本発明においてエポキシ樹脂（Ｂ）
と硬化剤（Ｃ）の硬化反応を促進するため硬化促進剤を
用いてもよい。硬化促進剤は硬化反応を促進するものな
らば特に限定されず、たとえば２−メチルイミダゾー
ル、２，４−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−
メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−
フェニル−４−メチルイミダゾール、２−ヘプタデシル
イミダゾールなどのイミダゾール化合物、トリエチルア
ミン、ベンジルジメチルアミン、α−メチルベンジルジ
メチルアミン、２−（ジメチルアミノメチル）フェノー
ル、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェ
ノール、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデ
セン−７などの３級アミン化合物、ジルコニウムテトラ
メトキシド、ジルコニウムテトラプロポキシド、テトラ
キス（アセチルアセトナト）ジルコニウム、トリ（アセ
チルアセトナト）アルミニウムなどの有機金属化合物お
よびトリフェニルホスフィン、トリメチルホスフィン、
トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ
（ｐ−メチルフェニル）ホスフィン、トリ（ノニルフェ
ニル）ホスフィンなどの有機ホスフィン化合物が挙げら
れる。なかでも耐湿性の点から、有機ホスフィン化合物
が好ましく、トリフェニルホスフィンが特に好ましく用
いられる。これらの硬化促進剤は、用途によっては二種
以上を併用してもよく、その添加量はエポキシ樹脂
（Ｂ）１００重量部に対して０．０１〜１０重量部の範
囲が好ましい。

【００２８】本発明の樹脂組成物には、カーボンブラッ
ク、酸化鉄などの着色剤、ハイドロタルサイトなどのイ
オン捕捉剤、シリコーンゴム、オレフィン系共重合体、
変性ニトリルゴム、変性ポリブタジエンゴム、変性シリ
コーンオイルなどのエラストマー、ポリエチレンなどの
熱可塑性樹脂、長鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸の金属塩、長鎖
脂肪酸のエステル、長鎖脂肪酸のアミド、パラフィンワ
ックスなどの離型剤および有機過酸化物などの架橋剤を
任意に添加することができる。

【００２９】本発明のエポキシ樹脂組成物は溶融混練す
ることが好ましく、たとえばバンバリーミキサー、ニー
ダー、ロール、単軸もしくは二軸の押出機およびコニー
ダーなどを用いた公知の混練方法を用いて溶融混練する
ことにより製造される。

【００３０】また、本発明における樹脂組成物を用いた
半導体素子の封止方法は特に限定されるものではなく、
従来より採用されている成形法、例えばトランスファ成
形、インジェクション成形、注型法、ポッティング、ス
クリーン印刷などを採用して行なうことができる。この
場合、樹脂組成物の成形温度は室温〜１８０℃、ポスト
キュアーは１５０〜１８０℃で２〜１６時間行なうこと
が好ましい。本発明の樹脂組成物は、チップサイズの半
導体装置、例えば図１に示すようにウェハー（図２）状
態で半導体素子に半導体封止用樹脂組成物が形成されて
なる半導体装置に特に有用である。このような半導体装
置はウェハー状態で成形後、複数の半導体装置に切り離
す。生産方法として、具体的には、例えば、日経マイク
ロデバイス１９９８年８月号５２頁記載のものがある。
ここで樹脂組成物で保護膜を作成する過程は以下の方法
で行う。回路を描画し、保護膜を形成したウェハーを金
型にセットする。セットしたウェハーの上に樹脂組成物
のタブレットを載せ、上金型との間にフィルムを挿入さ
せて、加熱、加圧成形を行う。所定の厚みの樹脂組成物
膜を形成した、成形物を取り出し、フィルムをはがす。
樹脂組成物の後硬化を行うために１８０℃前後で５時間
以上加熱する。保護膜の形成されたウェハーを、半導体
素子の大きさごとに切断し、個別の半導体装置を切り分
ける。

【００３１】この半導体装置の生産方法は、１度の成形
で多数の半導体装置が製造できること、複数の半導体装
置を一度に（ウェハー状態で）良品検査できることか
ら、コストを抑えて、短時間で、大量に生産することが
できることから非常に有用である。さらに、半導体素子
と同じ面積で小さくでき、厚みも薄くできることから付
加価値が高い製品を製造できる。

【００３２】ここで用いられる樹脂組成物の１００μｍ
厚流動性評価における、円盤の大きさは１５ｃｍ以上で
あることが好ましい。かかる範囲において、１度の成形
で多くの半導体装置を生産できる。

【００３３】ウェハーの両面を封止してもかまわない
が、半導体装置を薄くするためには片側のみ封止するこ
とが望ましい。

【００３４】

【実施例】［実施例１〜４、比較例１〜４］下記表１に
示した原料を、表２に示した割合でミキサーによってド
ライブレンドした。その後、これらの混合物を２軸の押
出機を用いて９０℃で混練して樹脂組成物を得た。

【００３５】評価は以下の方法で行った。成形温度は１
７５℃で行った。

【００３６】１００μm厚流動性（円盤）：樹脂組成物
で２０φ×１ｃｃ（約２ｇ）のタブレットを加圧成形す
る。このタブレットを５０ｃｍ角のポリイミドフィルム
の間に入れ、プレス機を用いて８０Ｋｇ／ｃｍ²の圧
力、２０ｍｍ／ｓｅｃの速度で圧縮し、１５０秒のキュ
アー時間で円盤（円形成形物）を得た。円盤成形にあた
っては、厚みが１００μｍになるように厚さ１００μm
のスペーサーをポリイミドフィルムの間に挟んだ。成形
した円盤の最大内接円の直径（大きさ）を測定し、１０
０μｍ厚流動性とした。流動性が低い場合、ウェハー上
へ、樹脂組成物を成形した場合に不良が多く発生する。

【００３７】ボイド：上記成形物の外周から中心に向か
って、ボイドの観察できる距離を測定した。通常ボイド
は円盤の外周部に発生するが、流動性の優れるものは、
ボイドが観察されず、この場合ボイドを０ｃｍとした。

【００３８】ＰＫＧ不良率：ポリイミド上に５ｍｍ角の
ます目を記入しておく。このます目をウェハー上の半導
体素子と仮定する。

【００３９】上記の手順で成形した円盤において、８イ
ンチ（２０．３ｃｍ）仮想円盤内の不良ＰＫＧ（半導体
素子）の個数の割合を求めた。目視検査を行い、ボイド
および樹脂の流れに沿ってみられる模様（フローマー
ク）が観察できるものを不良とした。

【００４０】浸透性：１７５℃の幅１５ｍｍ、深さ１０
０μｍの溝を掘った金型の片側に樹脂組成物を置き、毛
細管現象で長さ１５ｍｍに達する時間を測定した。この
評価は、樹脂組成物をアンダーフィル材に用いた場合の
生産性を示す。すなわち樹脂組成物をポッティングした
場合のタクトタイム（生産時間）に相当する。生産時間
は短い方が、コストを安く生産できる。

【００４１】ＰＣＴ（プレッシャークッカーテスト）：
１２１℃、１００％ＲＨの条件で線幅８μｍ、線間８μ
ｍのアルミ配線した試験用模擬素子を搭載したＤＩＰパ
ッケージを放置し、アルミ配線が断線する特性寿命を測
定した。

【００４２】

【表１】

【表２】 円盤の大きさを測定することにより、ウェハー上への樹
脂組成物の成形性（流動性）を測定したことになる。比
較例１，３，４では、円盤の大きさが小さく実施例に比
較し成形性（流動性）が悪いことがわかる。円盤は１０
０μｍの厚みがあるのでシリカの粒子径が１００μｍ以
下であれば流動性がよいと予想されたが、最大粒子径を
１０μｍまで落とした実施例が優れることがわかる。従
来技術では粒度分布を広くしたものが流動性に優れてい
た。しかし、驚くことに本発明によって、最大粒子径を
小さくした方が流動性に優れることがわかった。

【００４３】浸透性を測定することで、アンダーフィル
材の浸透性（生産性）を測定したことになる。浸透性に
ついて、比較例１では浸透性が見られず、シリカの最大
粒子径を落とした比較例２〜４で１５ｍｍまでの浸透性
が発現したが、時間がかかりすぎ、生産性に劣ることが
わかる。

【００４４】実施例１，２では円盤の大きさが３０ｃｍ
で、成形性に優れ、また浸透性も早く、生産性にも優れ
ることがわかる。また、実施例２では耐湿信頼性がより
高いことがわかる。

【００４５】

【発明の効果】本発明の樹脂組成物を用いることにより
半導体素子を膜状に封止する場合、成形性（円盤の大き
さ、ボイド）に優れた樹脂組成物を提供できる。特に
半導体素子をウェハーの状態で封止し、その後切断する
方法で半導体装置を製造する場合に有用である。ウェハ
ー状態で成形する場合、円盤が大きいと、より大きなウ
ェハーを成形できることからコスト削減に寄与する。

【００４６】また、本発明の樹脂組成物を半導体装置の
アンダーフィルに用いると、浸透性がよいことから生産
性が向上することは明らかである。

【００４７】これら成形性が向上することは、粒度分布
を広げて流動性が向上させていた従来技術からは想像も
できなかったことである。この技術は小型、薄型化する
半導体装置の安定製造にに大きく貢献する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の樹脂組成物で封止した半導体装置の一
例の縦断面図。

【図２】本発明の樹脂組成物で封止するウェハーの一例
の平面図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J002 CC032 CD011 CD021 CD031 CD041 CD051 CD121 CD181 DE076 DE126 DE136 DE146 DE236 DJ006 DJ016 DJ026 DJ036 DJ046 DJ056 DL006 EL137 EV027 FD016 FD142 FD147 GQ05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体装置を封止するための樹脂組成物で
   あって、該樹脂組成物が、充填剤（Ａ）、エポキシ樹脂
   （Ｂ）、硬化剤（Ｃ）からなり、該充填剤（Ａ）の最大
   粒子径が１０μｍ以下であることを特徴とする半導体封
   止用樹脂組成物。
2. 【請求項２】樹脂組成物の１００μm厚流動性におけ
   る、円盤の大きさが１５ｃｍ以上であることを特徴とす
   る請求項１に記載の半導体封止用樹脂組成物。
3. 【請求項３】チップサイズの半導体装置に用いることを
   特徴とする請求項１〜２いずれかに記載の半導体封止用
   樹脂組成物。