JP2008156383A

JP2008156383A - 液状樹脂組成物、半導体装置及びその製造方法

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Publication number: JP2008156383A
Application number: JP2006343323A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kanekawa; 直樹金川; Yasutaka Miyata; 靖孝宮田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2026-12-20
Also published as: US8106523B2; US20090261484A1; JP5270833B2

Abstract

【課題】個片化や研削時のブレードや砥石の磨耗を低減することができる液状樹脂組成物を提供する。
【解決手段】充填材を必須成分とし、電子部品や半導体装置を構成する部材の表面に塗布し、加熱することにより封止材として使用される室温で液状の樹脂組成物に関する。上記充填材として、多孔質と中空の少なくともいずれか一方の粒子からなるものを用いる。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子機器の実装体積を極小化するための実装システムで、液状樹脂組成物を封止材として用いる分野において、封止材の硬化後の封止物品の反りを低く抑えるために線膨張率の低い無機充填材を多量に含有することが必須であるため、個片化や研削などの加工時の設備磨耗を低減することが必要とされる用途に関する発明である。具体的には、ウェハー全体を封止し硬化するプロセスを含むウェハーレベルＣＳＰや、アンダーフィルしたフリップチップ接続の特殊な半導体装置や、プリンタの熱転写あるいは感熱のためのヘッド部分など、反りを極小化する必要がある分野などに適用される液状樹脂組成物、この液状樹脂組成物を用いて形成される半導体装置及びその製造方法に関するものである。

従来より、電子部品や半導体装置を構成する半導体チップや基板等の部材を電気絶縁性を有する封止材で封止することが行われている。このような封止材としてはエポキシ樹脂を配合した液状エポキシ樹脂組成物が汎用されており、封止材を上記部材の表面に塗布した後、加熱硬化させることにより部材を封止するようにしている。しかしながら、従来では、封止材の硬化後に封止物品（電子部品や半導体装置）に反りが発生することがあった。この反りを低減するためには封止材とこれが塗布された部材との間の応力を極小化することが必要であり、封止材と部材との線膨張率の差を極小化するか、線膨張率差があっても応力とならないように弾性率を低く抑えるかのいずれかである（例えば、特許文献１、２参照。）。硬化後の封止材の低線膨張率化は、シリカやアルミナなどの金属酸化物フィラーの含有量をできるだけ高めるというのが唯一の方法である。これは、液状の封止材の流動性を低下させて作業性を悪くするが、溶剤など硬化物中に残らない液体成分を適切に含有させることができる場合には流動性との両立は可能となる。
特開２００６−２３２９５０号公報特許第３７９４３４９号公報

しかしながら、多量の無機充填材を含有した樹脂硬化物は研削、個片化等のその後の工程でダイシングブレード（ダイサー）や砥石の磨耗量が増大する場合が多い。そして、樹脂基板、セラミック基板、ウェハー等に一括樹脂封止されたパッケージの個片化や樹脂表面研削の工程においてブレードや砥石の磨耗はランニングコストを増加させたり、製造タクトの低下を招くといった問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、個片化や研削時のブレードや砥石の磨耗を低減することができる液状樹脂組成物、半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係る液状樹脂組成物は、充填材を必須成分とし、電子部品や半導体装置を構成する部材の表面に塗布し、加熱することにより封止材として使用される室温で液状の樹脂組成物において、上記充填材として、多孔質と中空の少なくともいずれか一方の粒子からなるものを用いて成ることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１において、充填材として、焼成処理することにより粒子表面が密封されたものを用いて成ることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、充填材の空隙体積率が１０〜７０％であることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項において、充填材の最大粒径が１〜４０μｍであることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか１項において、充填材として、球状非晶質シリカを用いて成ることを特徴とするものである。

請求項６に係る発明は、充填材の含有量が液状樹脂組成物全量に対して６０〜９０質量％であることを特徴とするものである。

請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれか１項において、多孔質と中空の粒子からなる充填材の含有量が充填材全量に対して４０質量％以上であることを特徴とするものである。

請求項８に係る発明は、請求項１乃至７のいずれか１項において、エポキシ樹脂を含有して成ることを特徴とするものである。

請求項９に係る発明は、請求項８において、エポキシ樹脂として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂及びこれらの水素添加型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ポリアルキレングリコール骨格含有エポキシ樹脂のうち少なくとも１種のものを用いて成ることを特徴とするものである。

請求項１０に係る発明は、請求項１乃至９のいずれか１項において、硬化剤として、フェノール性水酸基を１分子中に複数個有する化合物を含有して成ることを特徴とするものである。

本発明の請求項１１に係る半導体装置の製造方法は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の液状樹脂組成物を減圧印刷機を用いて、樹脂基板、セラミック基板又はウェハーの表面に塗布し、これを加熱した後、個片化することを特徴とするものである。

本発明の請求項１２に係る半導体装置は、半導体チップ４の半導体回路側の面５に樹脂層２が配置され、かつ半導体チップ４に接続された多数の電極６がその樹脂層２を貫通して配置される半導体装置において、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の液状樹脂組成物の硬化物により上記樹脂層２を形成して成ることを特徴とするものである。

本発明の請求項１に係る液状樹脂組成物によれば、充填材が均質な粒子ではなく、多孔質あるいは中空の粒子であることによって、個片化や研削時のブレードや砥石の磨耗を低減することができるものである。

請求項２に係る発明によれば、充填材の表面が焼成処理で密閉されていることによって、比表面積が抑えられ、樹脂粘度、チクソ指数の上昇や吸湿量の増加を抑えることができるものである。

請求項３に係る発明によれば、充填材の強度を保持しつつ、ブレード等の磨耗を低減する効果をより高く得ることができるものである。

請求項４に係る発明によれば、樹脂粘度及びチクソ性を低減しつつ、５０μｍ程度の厚みの封止樹脂層を問題なく形成することができるものである。

請求項５に係る発明によれば、充填材が球状であることによって、粘度の上昇をさらに抑えることができると共に、回路が形成されたウェハーの表面（ウェハー回路面）に対するダメージを小さくすることができるものであり、また、充填材が熱膨張率が小さい非晶質シリカであることによって、硬化物の線膨張係数をより低下させることができるものである。

請求項６に係る発明によれば、充填材の含有量が６０質量％以上であることによって、硬化物の線膨張係数をより低下させることができるものであり、また、充填材の含有量が９０質量％以下であることによって、成形時における液状樹脂組成物の流動性を十分に確保することができるものである。

請求項７に係る発明によれば、個片化や研削時のブレードや砥石の磨耗を低減する効果をより高く得ることができるものである。

請求項８に係る発明によれば、熱可塑性樹脂を用いる場合に比べて、リフロー耐熱性などの信頼性を高く得ることができるものである。

請求項９に係る発明によれば、リフロー耐熱性などの信頼性をより高く得ることができると共に、エポキシ樹脂を適宜に組み合わせて用いることによって、作業性に影響する粘度や硬化後の反りに影響するガラス転移温度（Ｔｇ）を適切に調整することができるものである。

請求項１０に係る発明によれば、Ｔｇを低く設定しても、加水分解が起こりにくく、耐湿信頼性を高めることができるものである。

本発明の請求項１１に係る半導体装置の製造方法によれば、反りが小さく、封止信頼性の高い半導体装置を安価な製造コストと短い製造タクトで得ることができ、液状樹脂組成物で形成される樹脂層の内部にボイドを残存させないことができるものである。

本発明の請求項１２に係る半導体装置によれば、半導体装置としての反りを小さくすることができ、内部応力が低くなって優れた温度サイクル性や耐湿信頼性を実現することができると共に、リフロー時の熱履歴による反り量を低減することができるものである。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

本発明において液状樹脂組成物は、充填材を必須成分とし、電子部品や半導体装置を構成する部材の表面に塗布し、加熱することにより封止材として使用される室温で液状の樹脂組成物である。そして、上記充填材としては、多孔質と中空の少なくともいずれか一方の粒子からなるものを用いるものである。このように、充填材は均質な粒子ではなく、多孔質あるいは中空の粒子であることによって、個片化や研削時のブレードや砥石の磨耗を低減することができるものである。

ここで、充填材としては、例えば、シリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、窒化珪素、シリコンカーバイド、炭酸カルシウム等の各種無機フィラーを用いることができる。線膨張率を下げる目的で充填材を配合する場合には、非晶質シリカが無機充填材の中では最も線膨張率が低いため、これを用いるのが効果的である。

また、充填材としては、球状非晶質シリカを用いるのが好ましい。このように、充填材が球状であることによって、粘度の上昇をさらに抑えることができると共に、回路が形成されたウェハーの表面（ウェハー回路面）に対するダメージを小さくすることができるものであり、また、充填材が熱膨張率が小さい非晶質シリカであることによって、硬化物の線膨張係数をより低下させることができるものである。

また、充填材を構成する各粒子の表面には微細な孔が形成されているおそれがあるので、焼成処理することにより粒子表面を密封しておくのが好ましい。このような充填材を用いると、充填材の表面が焼成処理で密閉されていることによって、比表面積が抑えられ、樹脂粘度、チクソ指数の上昇や吸湿量の増加を抑えることができるものである。このように表面積が押さえられるため粘度の上昇や吸湿の影響を抑えることができるほか、ＧＰＣ（Gel Permeation Chromatography）のように細孔に配合成分がトラップされて反応性に影響を与えたりする心配がなくなるものである。また、焼成温度を高くすると、充填材を形成するシェルの硬度が高くなるため、中空率を高めても材料化の配合時における混合工程等でのワレ（割れ）を低減することができるものである。そのためには焼成温度を１５００〜２０００℃に設定しておくのが好ましい。

また、充填材の空隙体積率は１０〜７０％であることが好ましい。これにより、充填材の強度を保持しつつ、ブレード等の磨耗を低減する効果をより高く得ることができるものである。しかし、充填材の空隙体積率が１０％を下回ると、上記の磨耗低減効果が十分ではないおそれがあり、逆に、充填材の空隙堆積率が７０％を上回ると、充填材の強度が低下するおそれがある。なお、空隙体積率が５０％を超える場合には、配合混合時のワレを抑える目的で、充填材の表面をエポキシシランやアミノシランなどで処理して樹脂成分との馴染みを良くし、より緩やかな攪拌により分散させる手法をとることも可能である。

また、充填材の最大粒径は１〜４０μｍであることが好ましい。これにより、樹脂粘度及びチクソ性を低減しつつ、５０μｍ程度の厚みの封止樹脂層を問題なく形成することができるものである。そして、このように充填材の最大粒径が１〜４０μｍであれば、この範囲内で分布を適宜に調整することで流動性を制御することが可能である。しかし、充填材の最大粒径が１μｍを下回ると、比表面積が極めて大きくなり、液状樹脂組成物の粘度及びチクソ性を著しく高めてしまうおそれがあり、逆に、充填材の最大粒径が４０μｍを上回ると、５０μｍ程度の厚みの封止樹脂層を形成した場合に充填材がこの封止樹脂層を貫通してしまい、封止効果が損なわれるおそれがある。

また、充填材の含有量は液状樹脂組成物全量に対して６０〜９０質量％であることが好ましい。このように、充填材の含有量が６０質量％以上であることによって、硬化物の線膨張係数をより低下させることができるものであり、また、充填材の含有量が９０質量％以下であることによって、成形時における液状樹脂組成物の流動性を十分に確保することができるものである。しかし、充填材の含有量が６０質量％を下回ると、硬化物の線膨張係数を低下させる効果を十分に得ることができないおそれがあり、逆に、充填材の含有量が９０質量％を上回ると、液状樹脂組成物の流動性が損なわれるおそれがある。なお、充填材の含有量が９０％を超えて流動性を持たせるためには溶剤成分を増やすほかないが、この場合チクソ性が増大する方向で作業性の低下が著しい。また、加熱硬化後に充填材が余り(樹脂成分が不足し)、硬化物表面に充填材が露出し、充填効果が損なわれるおそれがある。

また、多孔質と中空の粒子からなる充填材の含有量は充填材全量に対して４０質量％以上（上限は１００質量％）であることが好ましい。これにより、個片化や研削時のブレードや砥石の磨耗を低減する効果をより高く得ることができるものである。しかし、多孔質と中空の粒子からなる充填材の含有量が４０質量％を下回ると、上記のような効果を十分に得ることができないおそれがある。特に、充填材の空隙体積率が１０〜７０％の範囲では、このような充填材の含有量が４０質量％を下回ると、十分な磨耗低減効果が得られなくなるおそれがある。これは高空隙体積率の充填材を全充填材中に低比率で充填してもワレ等の破壊が著しく、磨耗低減効果が発揮されないためであると推察される。

また、エポキシ樹脂を樹脂の主剤として含有するのが好ましい。このようにエポキシ樹脂を用いることによって、熱可塑性樹脂を用いる場合に比べて、リフロー耐熱性などの信頼性を高く得ることができるものである。すなわち、アクリル系の熱可塑性樹脂やビスマレイミドなどを溶剤に溶解させて流動化させ、硬化後に溶剤を気化させることで樹脂層を形成するような手法では硬化収縮が小さくなる一方で添加する溶剤量が増大するため好ましくない。これに対して、エポキシ樹脂を用いることで封止材としての高い信頼性を実現することができるものである。

特に、エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂及びこれらの水素添加型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ポリアルキレングリコール骨格含有エポキシ樹脂（例えばポリプロピレン骨格含有エポキシ樹脂など）のうち少なくとも１種のものを用いるのが好ましい。このように列挙したエポキシ樹脂のうち少なくとも１種のものを用いることによって、リフロー耐熱性などの信頼性をより高く得ることができるものであり、また、少なくとも２種以上のエポキシ樹脂を適宜に組み合わせて用いることによって、作業性に影響する粘度や硬化後の反りに影響するガラス転移温度（Ｔｇ）を適切に調整することができるものである。なお、低粘度化の可能な脂環式エポキシ樹脂では後述するフェノール系硬化剤との反応性が低いため、１８０℃の高い反応温度と十分な硬化時間（３時間）が必要である。また、ポリプロピレングリコール骨格を有するエポキシ樹脂ではＴｇが低くなってしまう傾向があるため必要に応じて適量配合する必要がある。

また、硬化剤として、フェノール性水酸基を１分子中に複数個有する化合物（フェノール系硬化剤）を含有するのが好ましい。これにより、Ｔｇを低く設定しても、加水分解が起こりにくく、耐湿信頼性を高めることができるものである。すなわち、フェノール系硬化剤を用いることにより硬化物の加水分解が起こらないため耐湿性が向上し、例えば、ウェハー表面から突き出したポスト電極の補強効果を維持しやすく好ましい。また、液状樹脂組成物が薄く塗り広げられた状態で硬化するような場合には硬化剤成分が揮発し、硬化不良を起こすおそれがあるが、この点においてもフェノール系硬化剤では気化しにくく、本プロセスにマッチしやすい。

また、液状樹脂組成物には、硬化物の反りを押さえる目的でシリコーンゴムなどのエラストマー成分を含有するのが好ましい。反りを低減する手法としては塗布対象物と樹脂の線膨張率差を極小化するか、樹脂の弾性率を低くして線膨張率と弾性率の積分で表される応力を極小化するか、のいずれかである。ガラス転移温度（Ｔｇ）より高い温度では樹脂硬化物はゴム状領域にあって低弾性率体であるため、このＴｇを室温に近づけることは低弾性率化の極めて有効な手法である（例えば特開２００６−２３２９５０号公報参照）。ただし、この方法によるとＴｇを境に２桁以上低下するなど弾性率の低下が著しく、制御が難しい。室温での硬化樹脂の弾性率が１ＧＰａを下回ると、本来の封止目的である機械的な強度が十分でなく好ましくない場合がある。

シリコーンゴムエラストマーを用いる場合には、このシリコーンゴムエラストマーの含有量は液状樹脂組成物全量に対して２〜５質量％であることが好ましい。シリコーンゴムエラストマーの含有量が２％を下回ると、エラストマーの添加による効果が十分ではないおそれがあり、逆に、シリコーンゴムエラストマーの含有量が５％を上回ると、硬化樹脂の硬度が発現しにくいおそれがある。

他方、線膨張率を低く抑える効果的な方法としては唯一、無機充填材を添加する以外にはない。無機充填材の添加量に応じて線膨張率を低く抑えることは可能であるが、粘度が上昇するため溶剤を加えることにより適宜に調整する必要がある。この場合、溶剤の添加量は液状樹脂組成物全量に対して１０質量％を超えない範囲でなければならない。また、多孔質でも中空でもない均質な非晶質球状シリカの場合、その充填量が液状樹脂組成物全量に対して８５質量％を超えると、個片化や研削時のブレードや砥石の磨耗が著しくなるので、低線膨張率化と低磨耗の両立を図る点で多孔質や中空の充填材を用いる効果は著しく大きい。

さらに、本発明ではその目的を損なわない限り、必要に応じて他の物質を配合することもできる。このような物質としては、分散安定剤、難燃剤、密着性付与剤、チクソ性付与剤、着色剤、希釈剤、消泡剤、カップリング剤等を例示することができる。

そして、均一な液状樹脂組成物を調製するにあたっては、各成分を撹拌型の分散機で混合したり、ビーズミルで分散混合したり、３本ロールで分散混合したりすることによって行うことができるものであるが、これらの方法に限定されるものではない。

上記のようにして調製される液状樹脂組成物は、硬化後に封止物品の反りが少ないことを必要とする用途、具体的には、ウェハー全体を封止し硬化するプロセスを含むウェハーレベルＣＳＰや、アンダーフィルしたフリップチップ接続の特殊な半導体装置や、プリンタの熱転写あるいは感熱のためのヘッド部分など、反りを極小化する必要がある分野に好適に使用することができる。

また、半導体装置は、上記のようにして調製した液状樹脂組成物を樹脂基板、セラミック基板又はウェハー等の各種部材１の表面に減圧印刷機を用いて塗布し、これを加熱硬化して樹脂層２を形成した後、図１に示すように、ダイシングソー３を用いてダイシング等により個片化する方法によって、製造することができる。このような製造方法によれば、反りが小さく、封止信頼性の高い半導体装置を安価な製造コストと短い製造タクトで得ることができ、液状樹脂組成物で形成される樹脂層２の内部にボイドを残存させないことができるものである。しかも、樹脂層２の内部には、多孔質あるいは中空の粒子からなる充填材が含有されていることによって、ダイシングソー３のブレードの磨耗を低減することができるものである。

各種部材の表面に液状樹脂組成物を塗布する方法としては、真空印刷のほか、大気圧スクリーン印刷、スピンコーターによる塗布、あるいはディスペンスによる方法や、金型による成形法などを用いることができる。ただし、スピンコート法では粘度は溶剤の添加量を増やすなどして１０Ｐａ・ｓ以下に押さえることが好ましく、金型による成形法では逆に溶剤を添加すると硬化物中にボイドが残る原因ともなるため溶剤を含まずに粘度を２００Ｐａ・ｓ程度に押さえることが好ましい。樹脂層にボイドを内包しないための最良の方法は減圧印刷機を用いた方法であるが、この場合は溶剤の沸点を高沸点側にシフトするなどして連続印刷性を確保する必要がある。

また、印刷を用いた方法による場合は液状樹脂組成物の粘度は２００Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。２００Ｐａ・ｓを超えると印刷対象への樹脂の転写が十分にされず、スキージングを繰り返す必要が生じるおそれがあるなどして好ましくない。また、溶剤を添加することで２００Ｐａ・ｓ以下に抑えることができても添加量が１０質量％を超える場合は硬化後に溶剤が残存して硬化物が脆くなってしまったり、多量の溶剤の揮発により硬化物中にボイドが生じたりするおそれがあるため好ましくない。硬化時の溶剤の揮発によるこのボイドを低減するには沸点の異なる溶剤を複数種添加して低沸点溶剤から順に緩やかに揮発させるのが一般的であるが特に真空印刷による方法ではこの限りではない。印刷時に低沸点溶剤が揮発して印刷中に粘度が上昇して連続して印刷する際に品質バラツキが発生しやすい。また硬化温度上限より溶剤の沸点が５０〜１００℃高ければ急激な揮発が押さえられ、徐々に溶剤が揮発するためボイドとなりにくく、硬化に要する時間に変更を加える必要もない。

また、図２に示すように、シリコンチップ等の半導体チップ４の半導体回路側の面５には樹脂層２が配置され、かつ半導体チップ４に接続された多数の電極６がその樹脂層２を貫通して配置された型式の半導体装置において、半導体チップ４の半導体回路側の面５に配置されている樹脂層２を形成するために、液状樹脂組成物を好適に使用することができる。この形態の半導体装置は、一般にはＣＳＰ（チップスケールパッケージあるいはチップサイズパッケージ）と呼ばれる範疇のものであり、半導体チップ４を個片化する以前のシリコンウェハーの段階でＣＳＰへの加工を行うことからＷＬ（ウェハーレベル）あるいはＷＳ（ウェハースケール）のＣＳＰと呼ばれ、ＷＬ−ＣＳＰ、ＷＳ−ＣＳＰと略されているものである。

液状樹脂組成物を使用して、ＷＬ−ＣＳＰを製造するには、まず、ＣＳＰとなったときにバンプが形成される位置にあるウェハー上のパッド部７に、樹脂層２を貫通することになるポスト８としての金属を形成する。ポスト８を形成する方法としては、具体的には、パッド部７にフラックスを印刷し、その上にメタルマスクを利用して半田ボールを載せてリフローする方法や、パッド部７にハンダペーストを印刷してリフローする方法、あるいはパッド部７に銅などの金属をメッキ法により成長させる方法などがある。次に、ポスト８としての金属が形成されたウェハーに、液状樹脂組成物を印刷し、加熱硬化させる。印刷は減圧印刷によることが好ましい。常圧印刷の場合は、印刷後に減圧下に置いて、組成物中のボイドを除く処理を行うのが好ましい。加熱硬化は、常圧でも加圧下でも良いが、加圧下の方が硬化物中のボイドをより少なくすることができる。また硬化条件は、８０〜１４０℃で３０分〜２時間の１段目硬化を行った後に、１５０〜２１０℃で１〜６時間の２段目硬化を行うという２ステップ硬化を例示できる。フェノール性水酸基を有する化合物を硬化剤として使用した場合は、このような２ステップ硬化以外にも、１００〜２１０℃で３０分〜６時間の１ステップ硬化を採用することもできる。

次に、液状樹脂組成物の硬化後のウェハーを樹脂層２側から研磨し、ポスト８と樹脂層２の高さを揃える。必要に応じて、その後にウェハーの背面を研磨し、総厚みを小さくする工程を採ることもある。

研磨後のウェハーは、液状樹脂組成物の硬化物が適切なＴｇや弾性率、線膨張係数を有していることにより、例えば、８インチ径２５０μｍ厚のウェハーに５０μｍ厚の樹脂層２を有する場合で１ｍｍ以下の反りとなるような小さな反りを実現でき、またリフロー後の反り量についても１ｍｍ以下に抑えることが可能となる。

また、半導体チップ４の背面保護やマーキング性向上のため、ウェハーの背面に液状樹脂組成物あるいは、他の樹脂を塗布、硬化しても良い。

次に、半田等を用いてＣＳＰのバンプの形成を行う。具体的には、樹脂層２の表面に露出するポスト８の端面にフラックスを印刷し、その上にメタルマスクを利用して半田ボールを載せてリフローする方法や、ポスト８にハンダペーストを印刷してリフローする方法などがある。

このようにして得られたウェハーをダイシングにより個片化すると、ポスト８とバンプ９からなる金属製の電極６を備えたＣＳＰを得ることができる。このＣＳＰは、密着性が良く、線膨張係数も適切なエポキシ樹脂組成物が使用されているので、また反りが小さいため内部応力が低いので、温度サイクル性や耐湿信頼性に優れているものである。

すなわち、上記のようにして形成された半導体装置にあっては、上述した液状樹脂組成物の硬化物により樹脂層が形成されているので、半導体装置としての反りを小さくすることができ、内部応力が低くなって優れた温度サイクル性や耐湿信頼性を実現することができると共に、リフロー時の熱履歴による反り量を低減することができるものである。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１〜５及び比較例１〜３）
下記［表１］に示す原材料の配合量（単位は質量部）及び製造法で、実施例１〜５及び比較例１〜３の液状樹脂組成物を調製した。

ここで、下記［表１］において使用した原材料は次のものである。

（充填材）
非晶質シリカ（ＭＲＣユニテック株式会社製、品番「ＱＳ９」、平均粒径９μｍ、最大粒径３５μｍ）
非晶質シリカ（株式会社アドマテック製、品番「ＳＯ２５Ｈ」、平均粒径０．６μｍ、最大粒径３．５μｍ）
中空シリカ（球状非晶質シリカ、平均粒径３μｍ、最大粒径２５μｍ、空隙体積率５０％）
多孔質シリカ（球状非晶質シリカ、焼成処理により表面密閉、平均粒径１０μｍ、最大粒径３０μｍ、空隙体積率２０％）
多孔質シリカ（球状非晶質シリカ、焼成処理により表面密閉、平均粒径２μｍ、最大粒径２５μｍ、空隙体積率１７％）
多孔質シリカ（球状非晶質シリカ、平均粒径６μｍ、最大粒径３０μｍ、空隙体積率３３％）
（エポキシ樹脂）
ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（東都化成工業株式会社製、品番「ＹＤＦ８１７０」、エポキシ当量１６０）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（東都化成工業株式会社製、品番「ＹＤ８１２５」、エポキシ当量１７５）
脂環式エポキシ樹脂（ダイセル化学工業株式会社製、品番「ＣＥＬ２０２１」、エポキシ当量１３５）
ナフタレン環含有エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業株式会社製、品番「ＨＰ４０３２Ｄ」、エポキシ当量１４１）
ポリプロピレン骨格含有エポキシ樹脂（東都化成株式会社製、品番「ＰＧ２０７ＧＳ」、エポキシ当量３１９）
（硬化剤）
アリル化フェノール（明和化成株式会社製、品番「ＭＥＨ８０００Ｈ」、水酸基当量１４１）
酸無水物（大日本インキ化学工業株式会社製、品番「Ｂ６５０」、酸無水物当量１６８）
（低弾性化剤）
シリコーンゴム
（溶剤）
ジエチレングリコールジエチルエーテル（沸点１８０℃）
ジメチルプロピレンジグリコール（沸点１７０℃）
ジブチルジグリコール（沸点２５０℃）
（硬化促進剤）
マイクロカプセル型潜在性硬化促進剤（旭化成工業株式会社製、品番「ＨＸＡ３７９２」）
（着色剤）
カーボンブラック（三菱化学株式会社製、品番「ＭＡ１００」）
その他にカップリング剤と分散剤を用いた。

また、下記［表１］において採用した製造方法は次の通りである。

（製造方法Ａ）
液状樹脂組成物の構成成分である充填材、エポキシ樹脂、硬化剤、その他の成分を下記［表１］に示す配合量で配合し、これをホモディスパー（特殊機化工業製）にて３００〜５００ｒｐｍの条件で分散・混合することによって、液状樹脂組成物を調製した。

（製造方法Ｂ）
液状樹脂組成物の構成成分である充填材、エポキシ樹脂、硬化剤、その他の成分を下記［表１］に示す配合量で配合し、これをプラネタリーミキサーで混合し、さらに３本ロールにて分散することによって、液状樹脂組成物を調製した。

（製造方法Ｃ）
液状樹脂組成物の構成成分であるエポキシ樹脂、硬化剤、その他の成分（多孔質・中空の充填材を除く）を下記［表１］に示す配合量で配合し、これをプラネタリーミキサーで混合し、さらに３本ロールにて分散した後に多孔質・中空の充填材を添加してプラネタリーミキサーによって再度攪拌することによって、液状樹脂組成物を調製した。

実施例１〜５及び比較例１〜３で得られた液状樹脂組成物の特性を次の方法で測定した。測定結果を下記［表１］に示す。

（１）加工条件
図１に示すように、部材１（２００μｍ厚ウェハー）の表面に液状樹脂組成物を塗布・加熱して２００μｍ厚の樹脂層２を形成し、ダイシングソー３を用いて個片化する際のブレードの磨耗量及びスピンドル電流値を測定した。使用装置、使用ブレード、加工条件は次の通りである。

使用装置
ディスコ社製「ＤＦＤ６３４０ＦＵＬＬＹＡＵＴＯＭＡＴＩＣＤＩＣＩＮＧＳＡＷ」
使用ブレード
「ＮＢＣ−ＺＨ２０５０」
加工条件
スピンドル回転数：３５０００ｒｐｍ、送り速度：５０ｍｍ／ｓ、切削水：純粋、加工距離：９．８ｍ
（２）液状樹脂組成物の粘度
室温（２５℃）にてＢ型粘度計を用いて測定した。

（３）ガラス転移温度（Ｔｇ）
粘弾性スペクトロメータ（ＤＭＡ）の曲げモード１０Ｈｚにて評価した。試験片は、液状樹脂組成物を１３０℃で１時間加熱した後、１８０℃で３時間加熱して形成したものであって、５ｍｍ幅×５０ｍｍ長×０．２ｍｍ厚に切り出したものを用いた。昇温は２℃／分により−６０℃〜２６０℃まで測定した。

（４）曲げ弾性率
液状樹脂組成物を硬化させて、７０ｍｍ以上長×１０ｍｍ幅×３ｍｍ厚の試験片を形成し、引張圧縮試験機による３点曲げ試験により室温で評価した。試験速度２ｍｍ／分とし、試験片が折れるまで荷重を加えた。液状樹脂組成物の硬化は１３０℃で１時間加熱した後、１８０℃で３時間加熱して行った。

（５）線膨張率
熱分析計ＴＭＡにより評価した。液状樹脂組成物を硬化させて、７０ｍｍ以上長×１０ｍｍ幅×１〜３ｍｍ厚の試験片を形成し、この試験片を用いて昇温速度５℃／分により−６０℃〜２６０℃まで測定した。液状樹脂組成物の硬化は１３０℃で１時間加熱した後、１８０℃で３時間加熱して行った。

（６）反り
５インチで２００μｍ厚のウェハーの表面に液状樹脂組成物を直径１１０ｍｍで０．２μｍ厚に塗布し、１３０℃で１時間加熱した後、１８０℃で３時間加熱することによって、硬化させた。液状樹脂組成物の硬化後、円周端部の一点を押さえ垂直方向（Ｚ軸方向）に反り上がった最大値を測定することにより反り量を評価した。

（７）樹脂硬度
ＪＩＳＫ５６００に基づいて引掻き硬度試験機による鉛筆法にて評価した。試験片は（４）と同じものを用い、引掻き硬度試験機により鉛筆を押し付けて塗膜硬度を測定した。

（８）ＰＣＴ
図１に示すように、部材１（ウェハー）の表面に液状樹脂組成物を塗布・加熱して樹脂層２を形成し、ダイシングソー３を用いて個片化することによって、樹脂付きウェハーチップ（大きさ：５ｍｍ×５ｍｍ、樹脂層２の厚み：２００μｍ厚、部材１（ウェハー）の厚み：２００μｍ厚）を作製した。なお、使用装置、使用ブレード、加工条件は（１）と同じである。

上記のようにして個片化した樹脂付きウェハーチップを１２１℃、２ａｔｍ（０．２０ＭＰａ）のＰＣＴ条件にて３００時間処理した。その後、樹脂硬度を鉛筆法による引掻きモードで評価した。

（９）ＴＳ信頼性
温度サイクル性を評価するためのサンプルとして、（８）で用いたのと同じ樹脂付きウェハーチップを１０個ずつ用いた。これらのサンプルに−６５℃で５分間、１５０℃で５分間を１サイクルとする液相の温度サイクルを与え、１０００サイクルまで１００サイクルごとに樹脂層の剥離確認を行い、良否を判定した。１０個のサンプルのうち不良の数が５個に達したときのサイクル数を求めた。

（１０）耐リフロー性評価
（８）で用いたのと同じ樹脂付きウェハーチップ１０個について、８５℃、８５％ＲＨにて吸湿処理後、ピーク温度２６３℃のリフロー炉により２回処理し、樹脂層の剥離状態を超音波検査装置にて確認した。

上記［表１］にみられるように、実施例１では中空シリカにより優れた低磨耗特性と低反り、各種信頼性が実現されていることが確認される。

また、実施例２においては、実施例１の中空シリカの一部を多孔質シリカに置き替えているが、同様に低磨耗性と低反り、高信頼性を実現しながら粘度及びチクソ性を低く抑える効果が確認できる。

また、実施例３においてはエラストマー量を最小限に抑えることで樹脂硬度が向上している。

また、実施例４では多孔質・中空ではないシリカを用いずにすべて多孔質シリカを用いることによりブレードの磨耗量を極小化する効果がみられる。

また、実施例５ではブレードの磨耗量は少ないものの、多孔質シリカの表面が密閉されていないため樹脂の粘度やチクソ指数が上昇し、他の実施例に比べてあまり好ましくない。また、硬度や反りの点でも他の実施例に比べて劣っている。

一方、比較例１では樹脂のＴｇが比較的低く、反りは低いが樹脂硬度が十分ではない。また、比較例２では充填材の充填量が少ないため、線膨張率が大きく、反りの増大が著しい。また、比較例３では硬化剤として酸無水物を使用しているためＰＣＴ後の樹脂硬度の低下が著しい。

個片化するときの様子を示す概略断面図である。半導体装置の一例を示す断面図である。

符号の説明

２樹脂層
４半導体チップ
５半導体回路側の面
６電極

Claims

充填材を必須成分として含有し、電子部品や半導体装置を構成する部材の表面に塗布し、加熱することにより封止材として使用される室温で液状の樹脂組成物において、上記充填材として、多孔質と中空の少なくともいずれか一方の粒子からなるものを用いて成ることを特徴とする液状樹脂組成物。
充填材として、焼成処理することにより粒子表面が密封されたものを用いて成ることを特徴とする請求項１に記載の液状樹脂組成物。
充填材の空隙体積率が１０〜７０％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液状樹脂組成物。
充填材の最大粒径が１〜４０μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液状樹脂組成物。
充填材として、球状非晶質シリカを用いて成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液状樹脂組成物。
充填材の含有量が液状樹脂組成物全量に対して６０〜９０質量％であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液状樹脂組成物。
多孔質と中空の粒子からなる充填材の含有量が充填材全量に対して４０質量％以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液状樹脂組成物。
エポキシ樹脂を含有して成ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液状樹脂組成物。
エポキシ樹脂として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂及びこれらの水素添加型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ポリアルキレングリコール骨格含有エポキシ樹脂のうち少なくとも１種のものを用いて成ることを特徴とする請求項８に記載の液状樹脂組成物。
硬化剤として、フェノール性水酸基を１分子中に複数個有する化合物を含有して成ることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の液状樹脂組成物。
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の液状樹脂組成物を減圧印刷機を用いて、樹脂基板、セラミック基板又はウェハーの表面に塗布し、これを加熱した後、個片化することを特徴とする半導体装置の製造方法。
半導体チップの半導体回路側の面に樹脂層が配置され、かつ半導体チップに接続された多数の電極がその樹脂層を貫通して配置される半導体装置において、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の液状樹脂組成物の硬化物により上記樹脂層を形成して成ることを特徴とする半導体装置。