JP2003347357A - 半導体パッケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 素子機能面上に空間を必要とする半導体・ME
MS素子のパッケージを効率よく小型化する方法を提供す
る。 【解決手段】 半導体・MEMS素子の機能面をサブストレ
ートに正対するように搭載し、サブストレートと半導体
・MEMS素子を電気的に接合させてなる半導体・MEMSパッ
ケージにおいて、半導体素子機能面とサブストレートの
間に空間を設けるために、半導体・MEMS素子上に感光性
絶縁樹脂を配置し、該空間部をフォトリソグラフィーの
手法により形成する半導体パッケージの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、本発明は半導体・
MEMS（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）
パッケージに気密化されたキャビティー構造を提供する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の携帯電話や携帯型パソコンなど情
報通信機器の最小化・高集積化に伴い、その内部の実装
部品も、従来のリードフレームパッケージから、ＢＧＡ
（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、ＣＳＰ（Ｃｈｉ
ｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）といった新型高密度半
導体パッケージへ移行しつつある。 また、パッケージ
化される素子も、その機能面にMEMS（マイクロ・エレク
トロ・メカニカル・システム）手法を用いてセンサー等
を形成したり、固体を伝わる波としては、その表面を伝
わる表面波を利用して周波数選択機能素子として使用す
るケースがあるが、このようなケースでは、機能面上に
空間が必要なため、外装にセラミックパッケージを使用
し、素子とセラミックパッケージ間をワイヤで結ぶワイ
ヤボンディング方式を採用したうえ、機能面保護のため
に大型のケーシングを取り付ける必要がある。このた
め、パッケージ化した場合のサイズを縮小に限界があ
り、新たなパッケージング手法が待ち望まれていた。

【０００３】これを解決するための手法として、素子を
サブストレートにフリップチップ実装する方式が提案さ
れているしかし、ケーシングが必要である以上、他の素
子が素子のサイズに限りなく近いサイズでパッケージ化
されているのと比較すれば、小型化という観点からすれ
ば、まだまだ不十分な状態である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的とすると
ころは、素子が必要とする、素子上の空間を、素子をフ
リップチップ実装する際に用いる接続バンプの高さによ
り素子とサブストレートの間に発生する空間を利用し
て、より小さなパッケージ構造を製造するためのプロセ
ス及び材料を提供するものである。

【０００５】

【問題を解決するための手段】本発明者らは、キャリア
ーフィルム付きの感光性絶縁樹脂ドライフィルムを、個
片化される前の半導体・MEM素子上にバンプの高さの８
０〜１３０％の厚みとなるようラミネートし、露光現像
することにより、素子搭載部に必要とされる開口部を設
け、かつ感光性樹脂が露光現像後の接着性を付与されて
いれば、素子をサブストレートにフリップチップ方式で
搭載する際に感光性樹脂が素子に密着、その後加熱工程
を経て両者が強固に接着することにより、素子機能面上
に気密化された空間を効率よく形成可能となり、パッケ
ージを小型化することが可能である事を見出し、本発明
を完成するに至った。

【０００６】すなわち、本発明は、個片化される前の半
導体・MEMS素子機能面上に配置された露光現像後も接着
性を有する感光性絶縁樹脂フィルムと、これをその表面
が平坦になるようサブストレート上に貼り付けるプロセ
スと、これを露光現像することにより素子をサブストレ
ートにフリップチップ方式で搭載する際に素子機能面上
に十分な空間を提供するプロセスと、露光現像された部
位の周辺の感光性絶縁樹脂をサブストレートに密着、熱
硬化させることにより強固に接着し素子機能面上に設け
られた空間を気密化するプロセスからなる。

【０００７】また、前記感光性絶縁樹脂フィルムが、好
ましくは下記の（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）、及び
（ホ）を必須成分とする感光性絶縁樹脂組成物からなる
ことを特徴とする。 （イ）少なくとも2個のエポキシ基を持つエポキシ樹
脂、（ロ）少なくとも１個のアクリロイル基又はメタク
リロイル基を有するフェノールノボラック、（ハ）光官
能基を有する多官能モノマー及び／または光官能基と熱
官能基を有する多官能モノマーからなる希釈剤、（ニ）
光重合開始剤、（ホ）無機フィラー。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明では、まず個片化する前の
半導体MEMS素子上に感光性絶縁樹脂層をドライフィルム
の形状で供給するが、ラミネートにはいかなる形式のラ
ミネーターを用いてもよく、半導体MEMS素子に形成され
た回路からなる凹凸への追従性を高めるためには、真空
環境でラミネートすることが好ましい。このようにして
ラミネートされた感光性絶縁樹脂は、半導体MEMS素子上
の回路の凹凸をトレースするように凹凸している。 し
かし、このままでは後の工程で、素子機能面上に形成さ
れる空間を気密化する際の妨げになるため、感光性樹脂
表面を平坦化する必要がある。

【０００９】そこで、半導体MEMS素子にラミネートされ
た感光性絶縁樹脂はキャリアフィルムが付いたままの状
態で加熱工程に投入される。 本加熱工程では、樹脂の
流動性を高めるとともに、キャリアフィルムにテンショ
ンを加え、感光性絶縁樹脂表面を平坦化させる。 この
ため、キャリアテープより熱膨張係数の大きな材質から
なり、半導体MEMS素子より面積の大きな板を個片化する
前の半導体・MEMS素子の機能面と逆の面に配置し、この
板ごと感光性絶縁樹脂をラミネートすることによりキャ
リアフィルムにテンションを加えることが好ましい。こ
れにより感光性絶縁樹脂の表面が平滑化し、後のフォト
リソグラフィープロセスで、高い解像度を実現できる。

【００１０】上記、工程でキャリアフィルムに加えられ
たテンションで感光性絶縁樹脂表面が平坦化されるため
には、この加熱条件は、感光性絶縁樹脂の溶融粘度が、
５〜５００Ｐａ・ｓになる温度が望ましい。溶融粘度
が、５００Ｐａ・ｓを超えてしまう温度で加熱する場
合、十分な樹脂流動が得られず、表面平滑性を実現でき
ない場合がある。また、溶融粘度が、５Ｐａ・ｓ未満に
なる温度で加熱すると樹脂流動が大きすぎ、厚さにムラ
が生じたり、皺が発生したりする。極端な場合、絶縁樹
脂の高分子量化が起こり、十分な現像性を得ることがで
きなくなることもある。

【００１１】また、前記加熱処理において、ソルダーレ
ジストの表面平滑性を実現するため感光性絶縁樹脂が流
動する際に、キャリアフィルムの張力が維持できる温度
で加熱する必要がある。そのため、加熱条件は、キャリ
アフィルムが十分に強度を保てる範囲でなければならな
い。より具体的には、キャリアーィルムのガラス転移温
度より、２０℃以上高い温度で加熱処理を施した場合
は、キャリアーフィルム自身の弾性率維持ができなくな
り、そのために平滑な感光性絶縁樹脂表面を得ることが
できない。感光性絶縁樹脂のキャリアフィルムとして
は、透明性の点から、ポリエチレンテレフタレートが、
一般的であり、その場合、１００℃以上での加熱処理を
行うと、上記効果を得ることができなくなる。

【００１２】本発明に用いる感光性絶縁樹脂としては、
キャリアーフィルムが付いた状態でパターニング前に加
熱処理をすることが可能な感光性絶縁樹脂組成物から成
るものであればなんら制約するところはないが、感光性
絶縁樹脂の溶融粘度が、５〜５００Ｐａ・ｓになる温度
で加熱処理したとき、熱的に安定な状態を保つために
は、下記の（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）、及び
（ホ）を必須成分とする感光性絶縁樹脂組成物から成る
ことが好ましい。 （イ）少なくとも2個のエポキシ基を持つエポキシ樹脂 （ロ）少なくとも１個のアクリロイル基又はメタクリロ
イル基を有するフェノールノボラック、（ハ）光官能基
を有する多官能モノマー及び／または光官能基と熱官能
基を有する多官能モノマーからなる希釈剤、（ニ）光重
合開始剤、（ホ）無機フィラー。

【００１３】本発明に用いる少なくとも１個のアクリロ
イル基又はメタクリロイル基を有するフェノールノボラ
ック（ロ）は、分子中に１個又は２個のフェノール性水
酸基を有するフェノール化合物とホルムアルデヒドと
を、酸性触媒下で縮合して得られる多官能フェノールが
好ましく、グリシジル基を有するアクリレート又はメタ
クリレートとを反応させて得られる。

【００１４】光重合しアルカリ現像性に優れた、パター
ン精度の良いソルダーレジストを得るためには、フェノ
ールノボラックのフェノール性水酸基１当量に対して、
３０〜７０％グリシジル基を有するアクリレート又はメ
タクリレートを反応させることが適当である。３０％未
満では光重合が不十分になり、現像時の耐現像性が劣
る。また、７０％を超えるとアルカリ可溶性を示すフェ
ノール性水酸基が不足し、アルカリ現像が劣る。

【００１５】分子中に２個のフェノール性水酸基を有す
るフェノール化合物としては、ビスフェノールＡ型、ビ
スフェノールＦ型またはビスフェノールＳ型等が挙げら
れる。また、アルキルフェノールノボラックからのノボ
ラックも使用することができるが、その場合のアルキル
基は炭素数が１〜４程度が好ましく、例えばメチル基、
エチル基，ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ
−ブチル基、さらにはアリル基等であり、炭素数がそれ
以上の場合は親油性が増しアルカリ現像性のために好ま
しくない。グリシジル基を有するアクリレート又はメタ
クリレートは、例えば、グリシジルアクリレート、グリ
シジルメタクリレートが反応性、入手の容易さ等により
好ましいものである。

【００１６】本発明に用いる希釈剤（ハ）は、光官能基
及び熱官能基を有する多官能モノマーである光重合及び
熱反応性モノマーからなり、１分子中に少なくとも１個
の水酸基を有するアクリレート又はメタクリレート化合
物が挙げられる。例えば、ヒドロキシエチルアクリレー
ト、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロ
ピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレー
ト、ヒドロキシブチルアクリレート、ヒドロキシブチル
メタクリレート、ブタンジオールモノアクリレートグリ
セロールメタクリレート、フェノキシヒドロキシプロピ
ルアクリレート、ポリエチレングリコールアクリレー
ト、ポリエチレングリコールメタクリレート、又はグリ
セロールジメタクリレート等である。

【００１７】また、光官能基を有する光多官能モノマー
である光重合モノマーからなる希釈剤も用いられるが、
１分子中に２個以上のアクリロイル基又はメタクリロイ
ル基を有する光多官能モノマーが好ましい。例えば、グ
リシジル基を有するグリシジルアクリレート、グリシジ
ルメタクリレート等の光重合性モノマーである。これら
の内、好ましいモノマーとしては、熱硬化後の耐薬品性
等のためにカルボン酸やフェノール性水酸基と反応可能
なグリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート
である。また、光官能基及び熱官能基を有する多官能モ
ノマーと光官能基を有する光多官能モノマーとを併用す
ることもできる。

【００１８】本発明に用いる光重合開始剤（ニ）として
は、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、４−フェニ
ルベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノンなどのベ
ンゾフェノン類、ベンゾイン、ベンゾインエチルエーテ
ル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインブチ
ルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテルなどのベン
ゾインアルキルエーテル類、４―フェノキシジクロロア
セトフェノン、４−ｔ−ブチル−ジクロロアセトフェノ
ン、４−ｔ−ブチル−トリクロロアセトフェノン、ジエ
トキシアセトフェノンなどのアセトフェノン類、チオキ
サンソン、２−クロルチオキサンソン、２−メチルチオ
キサンソン、２，４−ジメチルチオキサンソンなどのチ
オキサンソン類、エチルアントラキノン、ブチルアント
ラキノンなどのアルキルアントラキノン類などを挙げる
ことができる。これらは単独、あるいは２種以上の混合
物として用いられる。この光重合開始剤の添加量は、通
常、本発明の感光性絶縁樹脂組成物中、０．１〜１０重
量％の範囲で用いられる。

【００１９】その他、本発明に用いる感光性絶縁樹脂組
成物には、必要に応じて、保存安定性のために紫外線防
止剤、熱重合防止剤、可塑剤、硬化促進剤などが添加で
きる。また、粘度調整のためにアクリレートモノマー、
メタクリレートモノマー、ビニルモノマーなどを添加し
てもよい。また、表面平坦性のためには、その他の配合
剤の兼ね合いから、前記エポキシ樹脂と希釈剤（ハ）の
使用量の範囲内で加熱処理時の溶融粘度が５〜５００Ｐ
・ｓになるところに調整することが重要である。

【００２０】これらの成分からなる感光性絶縁樹脂組成
物は、高解像度でアルカリ水溶液による現像性に優れ
る。特に、アルカリ水溶液に対する溶解性については、
少なくとも１個以上のアクリロイル基又はメタクリロイ
ル基を有するフェノールノボラック（ロ）の、フェノー
ル性水酸基によるものである。これらの官能基が残存す
る光硬化物は、耐アルカリ性、耐薬品性、電気特性等の
悪いレジストとなるが、本発明の感光性絶縁樹脂組成物
は、光硬化と、現像後の熱硬化反応が主体の樹脂組成物
であり、後熱処理により、エポキシ樹脂（イ）及び希釈
剤（ハ）の有するグリシジル基が、フェノールノボラッ
ク（ロ）の有するフェノール性水酸基と熱硬化反応し、
要求諸特性に優れた主骨格を形成するものである。従っ
て、耐熱性等に優れた硬化物となる。

【００２１】前述のように本発明に用いられる感光性絶
縁樹脂は、光・熱２段反応により硬化反応が終結し最終
的な樹脂特性を発現するが、フォトリソグラフィーの手
法により素子の機能面に対応する部位の感光性樹脂を除
去した段階では、熱硬化成分が未反応であり、光硬化成
分のガラス転移点以上まで加熱しつつ、被着物と貼り合
わせ、その後熱硬化性成分の硬化温度まで加熱すること
により被着物と強固に接着することが可能である。

【００２２】このため、素子がフリップチップ方式でサ
ブストレートに搭載される際に、機能面上に空間を提供
するためにフォトリソグラフィーの手法により除去され
た部位の周辺の感光性樹脂と素子が張り合わされ、その
後、熱硬化工程に供されることにより強固に一体化し、
上記空間が完全気密化される。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳しく説明
するが、本発明はこれらに何ら限定されない。

【００２４】（合成例) メタクリロイル基含有フェノ
ールノボラックの合成 フェノールノボラック（大日本インキ化学工業（株）
製、フェノライトＴＤ−２０９０−６０Ｍ）の不揮発分
７０％ＭＥＫ溶液６００ｇ（ＯＨ約４当量）を、２ｌの
フラスコ中に投入し、これにトリブチルアミン１ｇ、お
よびハイドロキノン０．２ｇを添加し、１１０℃に加温
した。その中へ、グリシジルメタクリレート２８４ｇ
（２モル）を３０分間で滴下した後、１１０℃で５時間
攪拌反応させることにより、不揮発分約８０％メタクリ
ロイル基含有フェノールノボラック（メタクリロイル基
変性率５０％）を得た。

【００２５】＜実施例１＞合成例１のメタクリロイル基
含有フェノールノボラック４４ｇ（０．１モル）に、エ
ポキシ樹脂（日本化薬製NC-3000P）３２．４ｇを混合
し、光開始剤として、ベンジルジメチルケタール（チバ
・ガイギー社製、イルガキュア６５１）３ｇと、２官能
アクリレート（アクロスケミカルズ性Actilane422）８
ｇ、熱硬化促進剤として、トリフェニルフォスフィン
０．２ｇを添加して、感光性絶縁樹脂組成物とした。こ
の感光性絶縁樹脂組成物を、キャリアフィルムとして厚
さ２５μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フ
ィルム上に塗布し、６０℃で２０分間乾燥して、樹脂層
の厚さ６５μｍの感光性絶縁樹脂ドライフィルム（以下
ドライフィルムと呼称）を得た。

【００２６】得られたドライフィルムをキャリアフィル
ムを付けたまま、厚さ３５０μmの圧延銅板の上に積載
され、入出力端子上金スタッドバンプが形成された個片
化される前の半導体素子機能面上に、ロール式真空ラミ
ネーターによりラミネートした。次いで７０℃で５分間
の加熱処理を施し、樹脂層が流動し、表面が平滑となっ
た。このとき、感光性絶縁樹脂の７０℃での粘度は、２
１０Ｐａ・ｓであり、これにより、感光性絶縁樹脂表面
の凹凸は最高点と最低点の差が１μｍ以下であった。そ
の後、素子機能面と対応する部位及びバンプ接続用のラ
ンド部を遮光するように設計したネガフィルムをキャリ
アフィルム上に位置合わせして設置し、高圧水銀灯露光
装置を用いて照射量２００ｍＪ／ｃｍ²で露光して樹脂
層を硬化させて、キャリアフィルム剥離し、アルカリ水
溶液による現像、高圧水銀灯露光装置を用いて照射量８
００ｍＪ／ｃｍ²で再度露光した。

【００２７】つぎに、上記素子をフリップチップ方式で
サブストレートに接合搭載した。このとき用いられた素
子は接続用バンプとして、金スタッドバンプが形成され
ており、ランド部との接合後のバンプ高さは４８μmで
あった。 このようにして素子を搭載されたサブストレ
ートは１８０℃で６０分加熱されることにより感光性絶
縁樹脂が完全硬化し、素子機能面上に気密化された空間
を形成された。

【００２８】また、前述のサブストレートの素子搭載面
と逆の面には、スルーホールを介して接合用ランドと導
通する回路及びそれにつながる半田ボール搭載用ランド
が形成されており、ランド以外の部位はソルダーレジス
トにより被覆されている。このため、素子を搭載された
サブストレートは、半田ボール搭載ランドに半田ボール
を搭載された後、個片化され実働試験に供されたが、素
子の機能上の問題点は何ら見出されなかった。

【００２９】

【発明の効果】フリップチップ方式で、機能面上部に空
間が必要とされる半導体・MEMS素子をサブストレートに
搭載し、パッケージ化するにあたり、光反応後も接着性
を有する感光性絶縁樹脂ドライフィルムを用いて素子の
機能のために必要な空間をフォトリソグラフィー手法に
より除去して形成、除去した部位周辺の感光性絶縁樹脂
がサブストレートに対して接着性を示すため気密化され
た空間を素子機能面上に形成された構造のパッケージを
効率よく得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０９Ｊ 163/00 Ｃ０９Ｊ 163/00

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体・MEMS素子の機能面をサブストレ
   ートに正対するように搭載し、サブストレートと半導体
   ・MEMS素子を電気的に接合させてなる半導体・MEMSパッ
   ケージにおいて、半導体素子機能面とサブストレートの
   間に空間部を設けるために、半導体・MEMS素子機能面上
   に感光性樹脂を配置し、該空間部をフォトリソグラフィ
   ーの手法により形成することを特徴とする半導体パッケ
   ージの製造方法。
2. 【請求項２】 感光性樹脂の厚みが、半導体・MEMS素子
   とサブストレートを接続するためのバンプの高さに対し
   ８０〜１３０％である請求項１記載の半導体パッケージ
   の製造方法。
3. 【請求項３】 感光性樹脂が、フォトリソグラフィーの
   手法により空間部を形成した後も接着性を有し、感光性
   樹脂が所定の位置に配置された半導体・MEMS素子をサブ
   ストレートに搭載することにより半導体素子と感光性樹
   脂が密着し、その後、熱硬化することにより半導体素子
   の一部と感光性樹脂が強固に接着され、半導体素子とサ
   ブストレートの間に気密化された空間を形成する請求項
   １又は２記載の半導体パッケージの製造方法。
4. 【請求項４】 感光性樹脂が、キャリアフィルム付きの
   ドライフィルムとして供給され、個片化する前の半導体
   ・ＭＥＭＳ素子機能面にラミネートされた後、キャリア
   フィルムが付いた状態で、露光前に加熱処理をする請求
   項１〜３いずれか記載の半導体パッケージの製造方法。
5. 【請求項５】 加熱処理において、感光性樹脂の溶融粘
   度が５〜５００Ｐａ・ｓになる温度で加熱処理する請求
   項４記載の半導体パッケージの製造方法。
6. 【請求項６】 加熱工程が、個片化される前の半導体・
   MEMS素子より面積が大きくキャリアフィルムより熱膨張
   係数の大きな材質からなるシートを半導体MEMS素子の非
   被着面に重ね、半導体MEMS素子とともに感光性絶縁とラ
   ミネートしたのち実施されることにより、感光性樹脂表
   面の凹凸を平坦化させる請求項４又は５記載の半導体パ
   ッケージの製造方法。
7. 【請求項７】 感光性樹脂が下記の（イ）、（ロ）、
   （ハ）、（ニ）、及び（ホ）を必須成分とする樹脂組成
   物からなる請求項１〜６いずれか記載の半導体パッケー
   ジの製造方法。 （イ）少なくとも2個のエポキシ基を持つエポキシ樹脂 （ロ）少なくとも１個のアクリロイル基又はメタクリロ
   イル基を有するフェノールノボラック （ハ）光官能基を有する多官能モノマー及び／または光
   官能基と熱官能基を有する多官能モノマーからなる希釈
   剤 （ニ）光重合開始剤 （ホ）無機フィラー