JP2006303192A - 半導体装置及びチップの再生方法 - Google Patents
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- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
- Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
【解決手段】基板と、当該基板上に配置されたチップ、及びこの二つの間隙を充填するアンダーフィルを備え、当該アンダーフィルの損失弾性率が、125℃で100MPa以上、175℃で80MPa以下であることを特徴とする半導体装置。
【選択図】なし
Description
フリップチップ実装させた基板やインターポーザー自体が高価であったり、フリップチップのみならずコンデンサーやその他電子部品が混載されているような状況が増えるにつき、チップ実装に失敗することで、より高価な部材を取り替えたり、他の全ての部品を一から再実装しなおさなければならないという課題が生じていた。
本発明は上記事情にかんがみてなされたものであり、その目的とするところは、チップ実装に失敗しても、加熱によりチップを取り外し、再利用することが可能であるような半導体装置を提供することにある。
基板と、当該基板上に配置されたチップ、及びこの二つの間隙を充填するアンダーフィルを備え、当該アンダーフィルの損失弾性率が、125℃で100MPa以上、175℃で80MPa以下であることを特徴とするものである。
本発明の半導体装置は、損失弾性率が125℃で100MPa以上、175℃で80MPa以下のアンダーフィルを用いているために、フリップチップ実装に失敗しても、加熱によりチップを取り外して再利用することが出来る。
基板と、当該基板上に配置されたチップ、及びこの二つの間隙を充填するアンダーフィルを備える半導体装置を準備する工程、及び、
前記半導体装置の基板から、チップを加熱により取り外す工程、
を含むチップの再生方法であって、当該アンダーフィルの損失弾性率が、125℃で100MPa以上、175℃で80MPa以下であることを特徴とするチップの再生方法が提供される。
また、損失弾性率が100MPa以上であれば、半導体装置の通常の使用において高信頼性を発揮することができる。
(i)オキシアルキレン構造を有するエポキシ樹脂を含む液状封止樹脂組成物を用いて作成された半導体装置。
(ii)シロキサン変性エポキシ樹脂等、オキシアルキレン構造を有するエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂を含む液状封止樹脂組成物を用いて作成された半導体装置。
オキシアルキレン構造を有するエポキシ樹脂の具体例としては、分子内に式(1)で表される構造を含むエポキシ樹脂が挙げられる。本発明においては、オキシアルキレン構造を調節することによって、損失弾性率を最適に調整することが可能である。具体的には、式(1)の炭素鎖構造が長くなればなるほど(mが大きくなるほど)、また、エーテル部の繰り返し単位が多くなればなるほど(nが大きくなるほど)弾性率は低下する傾向にある。その他にも分子内に式(1)で表される構造を含むエポキシ樹脂の添加量を調節したり、分子内に式(1)で表される構造を含まないエポキシ樹脂を併用したりすることによっても損失弾性率を調整することができる。
分子内に式(1)で表される構造を含まないエポキシ樹脂とは、式(1)で表される構造を分子内に含まず、かつ一分子中にエポキシ基を2個以上有するものであれば、特に分子量や構造は限定されるものではない。
また、上記化合物を単に液状封止樹脂組成物成分の一つとして用いた上で、各成分の配合割合、その他の添加物、硬化条件等を調整することによって初めて本発明のパラメータを満たす半導体装置を得ることが可能となる。
式(1)で表される構造を含むエポキシ樹脂として、大日本インキ化学工業(株)製EXA−4850−150(式(2)で表される化合物)を100重量部、硬化剤としてゲンチジン酸5重量部、フェノールフタリン15重量部、硬化促進剤として四国化成工業(株)製イミダゾール2P4MZを0.2重量部、低応力剤として日本石油化学(株)製E−1800−6.5を5重量部、宇部興産(株)製CTBN1008SPを3重量部、フィラーとしてアドマテクス(株)製SO25Hを45重量部、SE5101を45重量部混合して液状封止樹脂組成物を得た。
この液状封止剤を用いてチップと基板を250℃で5秒加熱して金属接合させ、165℃で3時間後硬化加熱して半導体装置を得た。当該半導体装置のアンダーフィルの損失弾性率は、125℃で100MPa以上、175℃で80MPa以下であった。
次に当該半導体装置を240℃で20秒間熱し、チップを除去し、残った液状封止樹脂組成物の硬化物を170℃のホットプレート上でピンセット等の先の鋭利な治具を用いて除去させ、好適に除去することができた。
表1のように処方を変更した他は実施例1と同様に実験を行い、再実装性及び半導体装置の信頼性を評価した(No.1〜6)。表1にその結果をまとめた。No.5、6は従来用いられてきた液状封止樹脂組成物である。これらはいずれも通常の使用条件では問題はなかったが、加熱してチップを再生することはできなかった。
25℃において東機産業(株)製E型粘度計で初期粘度(コーン回転数0.5rpm、2.5rpm、5.0rpm)を測定し、2.5rpmの値を状態粘度として読み取った。
25℃において東機産業(株)製E型粘度計で初期粘度(コーン回転数2.5rpm)及び25℃における0.5rpm/2.5rpmという比をチキソ比とした。
作製した液状封止樹脂組成物の硬化物をセイコーインスツルメンツ社製動的粘弾性測定装置を用いて、−80℃から250℃まで昇温速度5℃/minで上昇させたときの粘弾性を測定した。そのときの振動数は10Hzと一定とした。この測定結果より損失弾性率を算出した。
住商化製品工業社製のSnPb共晶半田バンプ付きチップ、また対となる厚み0.75mmの基板の電極面に同じくSnPb共晶半田をプリコートさせて予備半田を形成させた基板を用いて基板上に液状封止樹脂組成物を塗布し、澁谷工業社製フリップチップボンダーを用いてパルスヒート法による熱圧着を施した。そのときの実装プロファイルは,基板温度80℃、昇温速度50℃/min、ピーク温度230℃、183℃以上の時間が5secのプロファイルを使用し、バンプの接合性はテスターにより確認した。またその後150℃2hで後硬化処理を施した。
本発明におけるリワーク性とは、 フリップチップ等半導体素子を表面実装基板に実装後,加熱又は機械的除去法により,化学的又は物理的に半導体素子及び封止樹脂組成物を除去することである。
上記で組み立てたパッケージを240℃で20秒間加熱し、シェア方向にフリップチップを除去し、残った封止樹脂組成物の硬化物を170℃のホットプレート上でピンセット上の先の鋭利な治具を用いて除去させ、完全に除去できたものをPass、一部除去できずに残ったものに関してはNGとして判定を行った。
上記でリワークした基板に新しいフリップチップを同一の液状封止樹脂組成物により再実装し、ボイド性、接続性を確認し、共に問題のないものをPass、どちらか一方又はいずれもボイドまたは接続不良の問題が見られたものにはNG判定した。
再実装にて出来上がったPKGの信頼性を評価する為に、JEDECレベル4の吸湿条件を施した後、リフロー(MAX230℃)に3回通すことで、接合不良をテスターにより評価し、不良パッケージ数をカウントした。
耐リフロー性試験をパスしたパッケージに関して、耐熱衝撃試験に対する信頼性を評価する為に、-40℃から125℃(気相)の熱サイクル試験を行い、接合不良をテスターにより評価し、不良パッケージ数をカウントした。
(1)ポリオキシエチレン変性エポキシ樹脂:大日本インキ化学工業(株)製EXA−4850−150
(2)フェノール化合物A:みどり化学(株)製、ゲンチジン酸(2,5−ジヒドロキシ安息香酸)
(3)フェノール化合物B:フェノールフタリン 東京化成(株)製
(4)窒素系触媒:イミダゾール 四国化成工業(株)製2P4MZ
(5)ビスフェノールF型エポキシ樹脂:大日本インキ化学工業(株)製、EXA−830LVP、エポキシ当量161
(6)4官能エポキシ:大日本インキ化学工業(株)製EXA−4700
(7)3官能エポキシ:日本化薬(株)製、NC−6000、エポキシ当量215(2−[4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル]−2−[4−[1,1−ビス[4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル]エチル]フェニル]プロパンと1,3−ビス[4−[1−[4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル]−1−[4−[1−[4−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル]−1−メチルエチル]フェニル]エチル]フェノキシ]−2−プロパノール)
(8)低応力剤A:エポキシ変性ポリブタジエン(日本石油化学(株)製、E−1800−6.5、数平均分子量1800、エポキシ当量250)
(9)低応力剤B:カルボキシル基末端ブタジエンアクリロニトリルゴム(宇部興産(株)製、CTBN1008SP)
(10)球状シリカA:アドマテクス(株)製、合成球状シリカ SO−25H(平均粒径0.2um)
(11)球状シリカB:アドマテクス(株)製、合成球状シリカ SE5101(平均粒径2um)
東芝シリコーン(株)製TSL9906を25重量部、大日本インキ化学工業(株)製EXA−830LVPを75重量部、硬化剤としてゲンチジン酸5重量部、フェノールフタリン15重量部、硬化促進剤として四国化成工業(株)製イミダゾール2P4MZを0.2重量部、低応力剤として日本石油化学(株)製E−1800−6.5を5重量部、宇部興産(株)製CTBN1008SPを3重量部、フィラーとしてアドマテクス(株)製SO25Hを45重量部、SE5101を45重量部混合して液状封止樹脂組成物を得た。
この液状封止剤を用いてチップと基板を250℃で5秒加熱して金属接合させ、165℃で3時間後硬化加熱して半導体装置を得た。当該半導体装置のアンダーフィルの損失弾性率は、125℃で100MPa以上、175℃で80MPa以下であった。
次に当該半導体装置を240℃で20秒間熱し、チップを除去し、残った液状封止樹脂組成物の硬化物を170℃のホットプレート上でピンセット等の先の鋭利な治具を用いて除去させ、好適に除去することができた。
Claims (2)
- 基板と、当該基板上に配置されたチップ、及びこの二つの間隙を充填するアンダーフィルを備え、
当該アンダーフィルの損失弾性率が、125℃で100MPa以上、175℃で80MPa以下であることを特徴とする半導体装置。 - 基板と、当該基板上に配置されたチップ、及びこの二つの間隙を充填するアンダーフィルを備える半導体装置を準備する工程、及び、
前記半導体装置の基板から、前記チップを加熱により取り外す工程、
を含むチップの再生方法であって、
当該アンダーフィルの損失弾性率が、125℃で100MPa以上、175℃で80MPa以下であることを特徴とするチップの再生方法。
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