JP2009130221A - 半導体装置及び封止樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】硬質回路基板と、該硬質回路基板に搭載された半導体素子と、該半導体素子を封止する封止樹脂組成物の硬化層とを備え、前記封止樹脂組成物が、エポキシ樹脂(A)、フェノール樹脂(B)、無機充填材(C)を含む組成物であり、前記エポキシ樹脂(A)全体のエポキシ基数(Ep)と前記フェノール樹脂(B)全体のフェノール性水酸基数(Ph)との当量比(Ep/Ph)が1.1以上、1.5以下であり、前記無機充填材(C)の前記封止樹脂組成物全体に対する配合割合が80重量%以上、92重量%以下であり、前記封止樹脂組成物の硬化層を24時間煮沸処理した際の煮沸吸水率が0.36重量%以下であることを特徴とする半導体装置。
【選択図】図4
Description
1)封止樹脂組成物の無機充填材の含有量を減らす。
2)樹脂硬化物の架橋密度を下げる。
成形収縮率(%)={(25℃での金型キャビティの内径寸法)−(成形、後硬化後の25℃での円盤状硬化物の外径寸法)}/(25℃での金型キャビティの内径寸法)×100(%) (イ)
成形収縮率(%)={(25℃での金型キャビティの内径寸法)−(成形、後硬化後の25℃での円盤状硬化物の外径寸法)}/(25℃での金型キャビティの内径寸法)×100(%) (イ)
成形収縮率(%)={(25℃での金型キャビティの内径寸法)−(成形、後硬化後の25℃での円盤状硬化物の外径寸法)}/(25℃での金型キャビティの内径寸法)×100(%) (イ)
ポリオールの高級脂肪酸ポリエステルの中から選ばれたワックスを選択することにより前記特性を効果的に発現させることができる。
1.硬質回路基板の製造
硬質回路基板としてコア基板とその両面に樹脂層が形成された多層基板を作製した。
1.1 コア基板1,2の製造
ノボラック型シアネート樹脂(ロンザジャパン(株)製、プリマセット PT−60、重量平均分子量約2,600)15重量部と、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂(日本化薬社製、NC−3000P、エポキシ当量275)8重量部と、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型フェノール樹脂(明和化成社製、MEH−7851−S、水酸基当量203)7重量部と、エポキシシラン(日本ユニカー社製、A−187)0.21重量部と、をメチルエチルケトン50重量部に室温で60分間溶解した後、無機充填材として球状溶融シリカSFP−10X(電気化学工業(株)製、平均粒径0.3μm)20重量部及び球状溶融シリカSO−32R(アドマテックス社製、平均粒径1.5μm)50重量部を添加し、高速攪拌機を用いて10分攪拌して樹脂ワニスを調製した。次に、上述の樹脂ワニスをガラス織布1(Eガラスで構成されている平織りの基材、厚さ0.1mm、縦糸の織密度60本/インチ、横糸の織密度58本/インチ、日東紡績(株)製、WEA−116E、室温から250℃での線膨張係数6ppm/℃)に含浸し、120℃の加熱炉で2分間乾燥してワニス固形分(プリプレグ中において樹脂とシリカの占める割合)が50重量%のプリプレグを得た。得られたプリプレグを1枚、両面に12μmの銅箔を重ねて、圧力4MPa、温度200℃で2時間加熱加圧成形することによって0.1mm厚のコア基板1(ガラス転移温度265℃、線膨張係数係数11ppm/℃)を得た。また、前記ガラス織布1をガラス織布2(Eガラスで構成されている平織りの基材、厚さ0.042mm、縦糸の織密度54本/インチ、横糸の織密度54本/インチ、日東紡績(株)製、WEA−1078、室温から250℃での線膨張係数6ppm/℃)にした以外は同様の条件で厚み0.06mmのコア基板2(ガラス転移温度265℃、線膨張係数係数11ppm/℃)を製造した。
コア基板1,2の製造で用いた樹脂ワニスを、ガラス織布3(厚さ24μm、日東紡績(株)製、WEA−1037)に含漬し、120℃の加熱炉で2分間乾燥してワニス固形分(プリプレグ中に樹脂とシリカの占める割合)が72重量%のプリプレグを得た。
前記コア基板1の表面の銅箔に所定のパターンの導体配線層を形成し、そしてコア基板1の表面及び導体配線層を薬液により粗化し、導体配線層に、前述のプリプレグを積層したのち、真空プレスにてプリプレグを加熱硬化させて樹脂絶縁層を形成した。その後、樹脂絶縁層の所定の位置に、レーザーによりビアホールを形成した(ビアホール形成工程)。次に、セミアディティブ工法により、ビアホール中に導体層、樹脂絶縁層表面に導体配線層を形成した。具体的には、無電解めっきにより、樹脂絶縁層全面に銅膜(シード膜)を1μm程度形成し、次に、樹脂絶縁層上に所定のパターンのフォトレジスト(マスク)を形成した。その後、電解めっきにより、マスクが形成されていない部分(例えば、ビアホール等)にめっき皮膜を形成した。これにより、ビアホール中に導体層が形成され、さらには、樹脂絶縁層表面に導体配線層が形成された。その後、マスクを除去した後、導体配線層を粗化し、前述した真空プレス、ビアホール形成工程、導体層及び導体配線層形成工程を行った。この操作を繰り返すことで、複数の樹脂絶縁層と、複数の導体配線層とを有する多層基板となり、その後に最上層の導体配線層上にエッチングレジスト膜を形成することで硬質回路基板1(サイズ14×14mm、厚さ0.26mm)を得た。更に、コア基板の種類(コア基板1又は2)、樹脂絶縁層の厚み、面積を変えることにより、表1、表2、表3、表4に記載したとおりの所定形状の硬質回路基板を作製した。
実施例、比較例で用いた成分について、以下に示す。
エポキシ樹脂1:4,4’−ジヒドロキシ−3,3’,5,5’−テトラメチルビフェニルのグリシジルエーテル(ジャパンエポキシレジン(株)製、YX−4000HK。エポキシ当量192、融点107℃。)
エポキシ樹脂2:ビスフェノールF型エポキシ樹脂(東都化成(株)製、YSLV−80XY、エポキシ当量192、融点107℃)
エポキシ樹脂3:下記一般式(1)で表される構造を有するエポキシ樹脂(但し、下記一般式(1)において、m/nの平均値:1/4、Ar1=ナフタレン基、Ar2=フェニル基、R2=メチル基、R3=水素、R4=水素、R5=メチル基、W1=酸素、a=0、b=1、c=1、d=1。大日本インキ化学(株)製、EXA−7320。エポキシ当量251、融点58℃。)
エポキシ樹脂4:下記一般式(1)で表される構造を有するエポキシ樹脂であるビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂(但し、下記一般式(1)において、m/nの平均値:1、Ar1=ビフェニル基、Ar2=フェニル基、R3=水素、R4=水素、a=0、b=0、c=0、d=1。日本化薬(株)製、NC−3000P。エポキシ当量275、軟化点60℃。)
エポキシ樹脂5:下記一般式(1)で表される構造を有するエポキシ樹脂であるフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂(但し、下記一般式(1)において、m/nの平均値:1、Ar1=フェニル基、Ar2=フェニル基、R3=水素、R4=水素、a=0、b=0、c=0、d=1。日本化薬(株)製、E−XLC−3L。エポキシ当量237、軟化点52℃。)
フェノール樹脂1:下記一般式(2)で表される構造を有するフェノール樹脂であるビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂(但し、下記一般式(2)において、m/nの平均値:1、Ar1=ビフェニル基、Ar2=フェニル基、R3=水素、R4=水素、a=0、b=0、c=0、d=1。日本化薬(株)製、GPH−65。水酸基当量196、軟化点65℃。)
フェノール樹脂2:下記一般式(2)で表される構造を有するフェノール樹脂であるフェニレン骨格を有するフェノールフェニルアラルキル樹脂(但し、下記一般式(2)においてm/nの平均値:1、Ar1=フェニル基、Ar2=フェニル基、R3=水素、R4=水素、a=0、b=0、c=0、d=1。三井化学(株)製、XLC−4L。水酸基当量165、軟化点65℃。)
フェノール樹脂4:トリフェニルメタン型樹脂(明和化成(株)製、MEH−7500SS。水酸基当量97、軟化点110℃。)
無機充填材1:溶融球状シリカ(平均粒径30μm)
無機充填材2:水酸化アルミニウム
無機充填材3:水酸化マグネシウム
離型剤1:グリコールのモンタン酸トリエステル(クラリアントジャパン(株)製、WE−4)
離型剤2:酸化ポリエチレン(滴点120℃、酸価20mgKOH/g、数平均分子量2000、密度0.98g/cm3、平均粒径45μm、106μm以上の粒子の含有量0.0重量%。高密度ポリエチレンの酸化物。
シランカップリング剤1:N−フェニルγ−アミノプロピルトリメトキシシラン
着色剤1:カーボンブラック
エポキシ樹脂1 11.21重量部
フェノール樹脂1 1.63重量部
フェノール樹脂3 3.81重量部
無機充填材1 75.00重量部
無機充填材2 7.00重量部
硬化促進剤1 0.30重量部
離型剤1 0.50重量部
シランカップリング剤1 0.25重量部
着色剤1 0.30重量部
をミキサーにて常温混合し、80〜100℃の加熱ロールで溶融混練し、冷却後粉砕し、封止樹脂組成物を得た。
表1、表2、表3、表4の配合に従い、実施例1と同様にして封止樹脂組成物を得た。
得られた封止樹脂組成物を用いて以下の方法で評価した。評価結果を表1、表2、表3、表4に示す。
成形収縮率(%)={(25℃での金型キャビティの内径寸法)−(成形、後硬化後の25℃での円盤状硬化物の外径寸法)}/(25℃での金型キャビティの内径寸法)×100(%) (イ)
2 半導体素子
3 封止樹脂組成物の硬化層
4 半田バンプ
5 PoP上段半導体装置
6 PoP下段半導体装置
Claims (24)
- 硬質回路基板と、該硬質回路基板に搭載された半導体素子と、該半導体素子を封止する封止樹脂組成物の硬化層とを備え、前記硬質回路基板の体積(Vs)と前記封止樹脂組成物の硬化層の体積(Vm)との比(Vm/Vs)が0.4以上、0.8以下の範囲であり、更に前記硬質回路基板の厚み(ts)と前記半導体素子の厚み(tc)との比(tc/ts)が0.28以上、0.5以下の範囲である半導体装置であって、前記封止樹脂組成物が、エポキシ樹脂(A)、フェノール樹脂(B)、無機充填材(C)を含む組成物であり、前記エポキシ樹脂(A)全体のエポキシ基数(Ep)と前記フェノール樹脂(B)全体のフェノール性水酸基数(Ph)との当量比(Ep/Ph)が1.1以上、1.5以下であり、前記無機充填材(C)の前記封止樹脂組成物全体に対する配合割合が80重量%以上、92重量%以下であり、前記封止樹脂組成物の硬化層を24時間煮沸処理した際の煮沸吸水率が0.36重量%以下であることを特徴とする半導体装置。
- 前記封止樹脂組成物を金型温度175℃、成形圧力9.8MPa、硬化時間120秒の条件下で成形した後、175℃で4時間後硬化させた、長さ80mm、高さ4mm、幅10mm試験片を三点曲げによる粘弾性測定法(DMA)により測定した、成形、後硬化後の硬化物のガラス転移温度が100℃以上であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記封止樹脂組成物が、金型温度175℃、成形圧力9.8MPa、硬化時間120秒の条件下で成形した後、175℃で4時間後硬化させた、直径100mm、厚み3mmの円盤状硬化物における下記(イ)式で算出される、成形、後硬化後の成形収縮率が0.3%以上、0.5%以下であることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
成形収縮率(%)={(25℃での金型キャビティの内径寸法)−(成形、後硬化後の25℃での円盤状硬化物の外径寸法)}/(25℃での金型キャビティの内径寸法)×100(%) (イ) - 前記封止樹脂組成物中のエポキシ樹脂(A)がビフェニル型エポキシ樹脂、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、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、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、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、フェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、アントラセン又はその水添化物の骨格を有するエポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、フェノール性水酸基含有芳香族類とアルデヒド類とアルコキシ基もしくはチオアルキル基を含有する芳香族類とを共縮合して得られたフェノール樹脂類をエピクロルヒドリンでグリシジルエーテル化したエポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種のエポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
- 前記硬質回路基板の厚み(ts)が0.1mm以上、0.5mm以下であることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- 前記封止樹脂組成物の硬化層の厚み方向への投影面積(Sm)と前記硬質回路基板の厚み方向への投影面積(Ss)との比(Sm/Ss)が0.3以上、0.8以下の範囲であることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の半導体装置。
- 前記封止樹脂組成物中のエポキシ樹脂(A)が下記一般式(1)で表される構造を有するエポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項4ないし請求項6のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記封止樹脂組成物中のフェノール樹脂(B)が下記一般式(2)で表される構造を有するフェノール樹脂を含むことを特徴とする請求項4ないし請求項7のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記封止樹脂組成物が酸化ポリエチレン系ワックス、ポリオールの脂肪酸エステルの中から選ばれる少なくとも1種の離型剤を含むことを特徴とする請求項4ないし請求項8のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記硬質回路基板が、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂及びビスマレイミドトリアジン樹脂の中から選ばれる少なくとも1種の熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物で構成されていることを特徴とする請求項4ないし請求項9のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記硬質回路基板が、シアネート樹脂とエポキシ樹脂を含む樹脂組成物で構成されていることを特徴とする請求項4ないし請求項10のいずれかに記載の半導体装置。
- 第一の半導体素子と、該第一の半導体素子を封止する第一の封止樹脂組成物の硬化層とを備えた多層回路基板もしくは両面回路基板からなる第一の半導体装置と、第二の半導体素子と、該第二の半導体素子を封止する第二の封止樹脂組成物の硬化層とを備えた多層回路基板もしくは両面回路基板からなる第二の半導体装置とが、該第二の半導体装置の上に前記第一の半導体装置が搭載される形態で電気的接合部材を介して接続されてなるパッケージ・オン・パッケージの前記第二の半導体装置として用いられることを特徴とする請求項4ないし請求項11のいずれかに記載の半導体装置。
- 硬質回路基板と、該硬質回路基板に搭載された半導体素子と、該半導体素子を封止する封止樹脂組成物の硬化層とを備え、前記硬質回路基板の体積(Vs)と前記封止樹脂組成物の硬化層の体積(Vm)との比(Vm/Vs)が0.4以上、0.8以下の範囲であり、更に前記硬質回路基板の厚み(ts)と前記半導体素子の厚み(tc)との比(tc/ts)が0.28以上、0.5以下の範囲である半導体装置に用いる封止樹脂組成物であって、エポキシ樹脂(A)、フェノール樹脂(B)、無機充填材(C)を含み、前記エポキシ樹脂(A)全体のエポキシ基数(Ep)と前記フェノール樹脂(B)全体のフェノール性水酸基数(Ph)との当量比(Ep/Ph)が1.1以上、1.5以下であり、前記無機充填材(C)の前記封止樹脂組成物全体に対する配合割合が80重量%以上、92重量%以下であり、前記半導体装置の封止樹脂組成物の硬化層を24時間煮沸処理した際の煮沸吸水率が0.36重量%以下であることを特徴とする封止樹脂組成物。
- 前記封止樹脂組成物を金型温度175℃、成形圧力9.8MPa、硬化時間120秒の条件下で成形した後、175℃で4時間後硬化させた、長さ80mm、高さ4mm、幅10mm試験片を三点曲げによる粘弾性測定法(DMA)により測定した、成形、後硬化後の硬化物のガラス転移温度が100℃以上であることを特徴とする請求項13に記載の封止樹脂組成物。
- 前記封止樹脂組成物を、金型温度175℃、成形圧力9.8MPa、硬化時間120秒の条件下で成形した後、175℃で4時間後硬化させた、直径100mm、厚み3mmの円盤状硬化物における下記(イ)式で算出される、成形、後硬化後の成形収縮率が0.3%以上、0.5%以下であることを特徴とする請求項14に記載の封止樹脂組成物。
成形収縮率(%)={(25℃での金型キャビティの内径寸法)−(成形、後硬化後の25℃での円盤状硬化物の外径寸法)}/(25℃での金型キャビティの内径寸法)×100(%) (イ) - 前記封止樹脂組成物中のエポキシ樹脂(A)がビフェニル型エポキシ樹脂、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、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、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、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、フェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、トリアジン核含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、アントラセン又はその水添化物の骨格を有するエポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、フェノール性水酸基含有芳香族類とアルデヒド類とアルコキシ基もしくはチオアルキル基を含有する芳香族類とを共縮合して得られたフェノール樹脂類をエピクロルヒドリンでグリシジルエーテル化したエポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種のエポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項15に記載の封止樹脂組成物。
- 前記硬質回路基板の厚み(ts)が0.1mm以上、0.5mm以下である半導体装置に用いることを特徴とする請求項16に記載の封止樹脂組成物。
- 前記封止樹脂組成物の硬化層の厚み方向への投影面積(Sm)と前記硬質回路基板の厚み方向への投影面積(Ss)との比(Sm/Ss)が0.3以上、0.8以下の範囲である半導体装置に用いることを特徴とする請求項16又は請求項17に記載の封止樹脂組成物。
- 前記エポキシ樹脂(A)が下記一般式(1)で表される構造を有するエポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項16ないし請求項18のいずれかに記載の封止樹脂組成物。
- 前記フェノール樹脂(B)が下記一般式(2)で表されるフェノール樹脂化合物を含むことを特徴とする請求項16ないし請求項19のいずれかに記載の封止樹脂組成物。
- 更に酸化ポリエチレン系ワックス、ポリオールの脂肪酸エステルの中から選ばれる少なくとも1種の離型剤を含むことを特徴とする請求項16ないし請求項20のいずれかに記載の封止樹脂組成物。
- 前記硬質回路基板が、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂及びビスマレイミドトリアジン樹脂の中から選ばれる少なくとも1種の熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物で構成されている半導体装置に用いることを特徴とする請求項16ないし請求項21のいずれかに記載の封止樹脂組成物。
- 前記硬質回路基板が、シアネート樹脂とエポキシ樹脂を含む樹脂組成物で構成されている半導体装置に用いることを特徴とする請求項16ないし請求項22のいずれかに記載の封止樹脂組成物。
- 第一の半導体素子と、該第一の半導体素子を封止する第一の封止樹脂組成物の硬化層とを備えた多層回路基板もしくは両面回路基板からなる第一の半導体装置と、第二の半導体素子と、該第二の半導体素子を封止する第二の封止樹脂組成物の硬化層とを備えた多層回路基板もしくは両面回路基板からなる第二の半導体装置とが、該第二の半導体装置の上に前記第一の半導体装置が搭載される形態で電気的接合部材を介して接続されてなるパッケージ・オン・パッケージの前記第二の半導体装置に用いる前記第二の封止樹脂組成物であることを特徴とする請求項16ないし請求項23のいずれかに記載の封止樹脂組成物。
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