JP2011077199A - 半導体パッケージおよび半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】2つのパッケージを積層するPOPタイプの半導体装置が備える、上側に搭載される半導体パッケージにおいて、このものに生じる反りの大きさが低減された半導体パッケージ、および、かかる半導体パッケージが他の半導体パッケージ上に搭載され、これら半導体パッケージ同士を電気的に接続する半田バンプにおけるクラックの発生が低減された信頼性の高い半導体装置を提供すること。
【解決手段】本発明の半導体パッケージは、インターポーザー12(基板)と、このインターポーザー12上に設置された半導体素子15と、インターポーザー12と半導体素子15とを接着する接着層14と、半導体素子15をインターポーザー12ごと覆うように設けられたモールド部(封止部)16とを有し、接着層14の常温における弾性率が100〜1000MPaである。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体パッケージおよび半導体装置に関する。
近年のエレクトロニクス産業の著しい発展に伴い、トランジスタ、IC、LSI、超LSIへと、半導体素子における回路の集積度は急激に増大している。このため、半導体素子の大きさも、従来長辺が数mm程度だったものが10数mmへと飛躍的に増大している。また、半導体素子の高速化のため外部と電気的に接合するピンの数も200ピンを越えるようになってきている。
また、半導体装置の実装においても、より高密度化、より薄型化が一段と加速され、その結果、半導体製品自体もQFP(Quad Flat Package)等に代表される従来型のパッケージだけでなく、BGA(Ball Grid Array)等の面実装タイプのパッケージが出現し、パッケージのより薄型化が進んでいる。
さらに、パッケージが占有する面積を増加させずに、半導体装置の高密度化を図るために、2つ以上のパッケージを積層するPOP(Package On Package)型の半導体装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
このPOPタイプの半導体装置530は、例えば、以下のようにして製造される。
まず、図3(a)に示すような、配線パターン513およびバンプ511が設けられたインターポーザー(基板)512と、接着層514を介してインターポーザー512上に設けられた半導体素子515と、半導体素子515およびインターポーザー512のほぼ全体を覆うように設けられたモールド部516とを備えるパッケージ(半導体パッケージ)510を用意する。この時、半導体素子515と配線パターン513はワイヤー517で電気的に接続されている。
次に、図3(b)に示すような、配線パターン523およびバンプ521が設けられたインターポーザー(基板)522と、接着層524を介してインターポーザー522上に設けられた半導体素子525と、半導体素子525およびインターポーザー522の一部を覆うように設けられたモールド部526とを備えるパッケージ(半導体パッケージ)520を用意する。この時、半導体素子525とインターポーザー522はワイヤー527で電気的に接続されている。
次に、パッケージ510を上側に、パッケージ520を下側に配置した状態で、配線パターン523が有する電極パッドと、バンプ511とを接続して、パッケージ510とパッケージ520とを電気的に接続することにより、これら同士が積層されたPOPタイプの半導体装置530が製造される(図3(c)参照。)。
以上のように、半導体装置530は、互いに異なる機能を有する半導体素子515および半導体素子525をそれぞれ備えるパッケージ510およびパッケージ520を積層することにより得られるため、パッケージ(半導体素子)の組み合わせの自由度が高く、汎用性が高いといった利点を有するため、近年、広く用いられている。
ここで、上述したような半導体装置530の製造方法では、前記電極パッドとバンプ511とを接続するために、バンプ511を溶融・固化する半田リフロー工程において、パッケージ510およびパッケージ520を、260℃程度の高温下に晒す必要がある。
また、かかる高温下に晒されるパッケージ510およびパッケージ520は、図3に示すように、バンプ511およびバンプ521をそれぞれ下側にして配置したとき、常温下ではその中央部を下側に縁部を上側にして反りが生じものは、高温下ではその中央部を上側に縁部を下側にして反りが生じる性質を有している場合がある。これに対して、常温下ではその中央部を上側に縁部を下側にして反りが生じものは、高温下ではその中央部を下側に縁部を上側にして反りが生じる性質を有している場合がある。
そのため、パッケージ510として、常温下ではその中央部を下側に縁部を上側にして反りが生じ、高温下ではその中央部を上側に縁部を下側にして反りが生じるものを選択し、パッケージ520として、常温下ではその中央部を上側に縁部を下側にして反りが生じ、高温下ではその中央部を下側に縁部を上側にして反りが生じるものを選択した場合には、以下のような問題が生じる場合がある。
すなわち、かかるパッケージ510およびパッケージ520を選択した場合、半田リフロー工程において、パッケージ510、520を260℃程度の高温下に晒した際に、電極パッドとバンプ511とは、互いに近付く位置に存在することとなるが、バンプ511の溶融の後にパッケージ510、520を常温下に戻すと、電極パッドとバンプ511とは、互いに離れる方向に再び反ろうとするため、電極パッドに固着されたバンプ511に応力が掛かり、これに起因して、バンプ511にクラックが生じるという問題がある。
さらに、パッケージ510として、常温下ではその中央部を上側に縁部を下側にして反りが生じ、高温下ではその中央部を下側に縁部を上側にして反りが生じるものを選択し、パッケージ520として、常温下ではその中央部を下側に縁部を上側にして反りが生じ、高温下ではその中央部を上側に縁部を下側にして反りが生じるものを選択した場合には、以下のような問題が生じる場合がある。
すなわち、かかるパッケージ510およびパッケージ520を選択した場合、半田リフロー工程において、パッケージ510、520を260℃程度の高温下に晒した際に、電極パッドとバンプ511とは、互いに離間する位置に存在することとなるが、バンプ511の溶融の後にパッケージ510、520を常温下に戻すと、電極パッドとバンプ511とは、互いに近づく方向に再び反ろうとするため、電極パッドに固着されたバンプ511に応力が掛かり、これに起因して、バンプ511にクラックが生じるという問題がある。
特開2007−324544号公報
本発明の目的は、2つのパッケージを積層するPOPタイプの半導体装置が備える、上側に搭載される半導体パッケージにおいて、このものに生じる反りの大きさが低減された半導体パッケージ、および、かかる半導体パッケージが他の半導体パッケージ上に搭載され、これら半導体パッケージ同士を電気的に接続する半田バンプにおけるクラックの発生が低減された信頼性の高い半導体装置を提供することにある。
このような目的は、下記(1)〜(16)に記載の本発明により達成される。
(1) 基板と、該基板上に設置された半導体素子と、前記基板と前記半導体素子とを接着する接着層と、前記半導体素子を前記基板ごと覆うように設けられた封止部とを有し、
前記接着層の常温における弾性率が100〜1000MPaであることを特徴とする半導体パッケージ。
(2) 前記接着層は、260℃における弾性率が5〜30MPaである上記(1)に記載の半導体パッケージ。
(3) 前記接着層は、(メタ)アクリル酸エステル共重合体と、(メタ)アクリル酸エステル共重合体と異なる熱可塑性樹脂とを含有する樹脂組成物の固化物を主材料として構成される上記(1)または(2)に記載の半導体パッケージ。
(4) 前記基板は、常温における弾性率が21〜40GPaである上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の半導体パッケージ。
(5) 前記基板は、その面内方向の熱膨張係数が15ppm以下である上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の半導体パッケージ。
(6) 前記基板は、その厚さが80〜300μmである上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の半導体パッケージ。
(7) 前記基板は、その面積が100〜225mmである上記(1)ないし(6)のいずれかに記載の半導体パッケージ。
(8) 前記基板は、コア材で構成されるコア基板、ビルドアップ材で構成されるビルドアップ基板またはこれらの基板の積層体である上記(1)ないし(7)のいずれかに記載の半導体パッケージ。
(9) 前記封止部は、その熱膨張係数α1が8〜30ppm以下である上記(1)ないし(8)のいずれかに記載の半導体パッケージ。
(10) 前記封止部は、その熱膨張係数α2が30〜100ppm以下である上記(1)ないし(9)のいずれかに記載の半導体パッケージ。
(11) 前記封止部は、その厚さが200〜900μmである上記(1)ないし(10)のいずれかに記載の半導体パッケージ。
(12) 前記封止部は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、無機充填材とを含有する樹脂組成物の硬化物を主材料として構成される上記(1)ないし(11)のいずれかに記載の半導体パッケージ。
(13) 前記基板の厚さをAとし前記封止部の厚さをBとしたとき、B/Aは、1.0〜7.0である上記(1)ないし(12)のいずれかに記載の半導体パッケージ。
(14) 他の半導体パッケージ上に、重ねて搭載されるものである上記(1)ないし(13)のいずれかに記載の半導体パッケージ。
(15) 前記基板の前記半導体素子と反対側の面に接合された半田バンプを有し、該半田バンプは、前記他の半導体パッケージが有する電極パッドに電気的に接続される上記(14)に記載の半導体パッケージ。
(16) 上記(14)または(15)に記載の半導体パッケージが、前記他の半導体パッケージ上に、重ねて搭載されていることを特徴とする半導体装置。
本発明によれば、2つのパッケージを積層するPOPタイプの半導体装置が備える上側に搭載される半導体パッケージは、このものに生じる反りの大きさが低減されたものとなる。その結果、かかる半導体パッケージが上側に搭載された半導体装置の製造時に、2つのパッケージ同士を電気的に接続するためのバンプにおいて、クラックが生じてしまうのを的確に防止または抑制することができる。
POPタイプの半導体装置の一例を示す縦断面図である。 評価に用いるパッケージを示す縦断面図である。 POPタイプの半導体装置を製造する方法を説明するための縦断面図である。
以下、本発明の半導体パッケージおよび半導体装置を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
以下では、本発明の半導体パッケージを説明するのに先立って、まず、本発明の半導体パッケージを備える半導体装置(本発明の半導体装置)について説明する。
図1は、POPタイプの半導体装置の一例を示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図1中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図1に示す半導体装置30は、POP(Package On Package)タイプの半導体装置であり、パッケージ(他の半導体パッケージ)20と、このパッケージ20上に、重ねて搭載されたパッケージ(半導体パッケージ)10とを有している。
本実施形態では、パッケージ(他の半導体パッケージ)20は、所定パターンに形成された配線パターン23を備えるインターポーザー22と、接着層24を介してインターポーザー22上に配置された半導体素子25と、半導体素子25を封止するモールド部26と、複数の導電性を有するバンプ(半田バンプ)21とを有している。
インターポーザー22は、半導体素子25を支持する基板であり、その平面視形状は、通常、正方形、長方形等の四角形とされる。
インターポーザー22の上面(一方の面)側には、例えば、銅等の導電性金属材料で構成される配線パターン23が、所定形状で設けられており、この配線パターン23は、後述するパッケージ10が有するバンプ11と電気的に接続される電極パッド(図示せず)を備えている。
また、インターポーザー22には、その厚さ方向に貫通して、図示しない複数のビア(スルーホール:貫通孔)が形成されている。
各バンプ21は、それぞれ、各ビアを介して、一端(上端)が配線パターン23の一部に電気的に接続され、他端(下端)は、インターポーザー22の下面(他の面)から突出している。
バンプ21のインターポーザー22から突出する部分は、ほぼ球形状(Ball状)をなしている。
このバンプ21は、例えば、半田、銀ろう、銅ろう、燐銅ろうのようなろう材を主材料として構成されている。
インターポーザー22上には、配線パターン23の一部を覆うように、接着層24が設けられ、この接着層24を介して半導体素子25がインターポーザー22上に設置されている。
また、半導体素子25は、図示しない電極パッドを有しており、この電極パッドと配線パターン23とが、ワイヤー27で電気的に接続されている。これにより、半導体素子25と配線パターン23とが電気的に接続されている。
このワイヤー27の材質は、特に限定されないが、ワイヤー27は、例えば、Au線やAl線で構成することができる。
そして、配線パターン23の縁部が露出するように、インターポーザー22の一部およびインターポーザー22の上面側に設けられた各部材は、モールド部26により封止されている。結果として、配線パターン23(インターポーザー22)の縁部が露出することから、配線パターン23が備える電極パッドがモールド部26から露出している。
パッケージ(本発明の半導体パッケージ)10は、本実施形態では、パッケージ20上に搭載(積層)されており、所定パターンに形成された配線パターン13を備えるインターポーザー(基板)12と、インターポーザー12上に設置(配置)された半導体素子15と、インターポーザー12と半導体素子15とを接着する接着層14と、半導体素子15をインターポーザー12ごと覆うように設けられたモールド部(封止部)16と、複数の導電性を有するバンプ(端子)11とを有している。
インターポーザー12は、半導体素子15を支持する基板であり、その平面視形状は、インターポーザー22と同様に、通常、正方形、長方形等の四角形とされる。
インターポーザー12の上面(半導体素子15が搭載される面)側には、配線パターン13が、所定形状で設けられている。
また、インターポーザー12には、その厚さ方向に貫通して、図示しない複数のビア(スルーホール:貫通孔)が形成されている。
各バンプ11は、それぞれ、各ビアを介して、一端(上端)が配線パターン13の一部に電気的に接続され、他端(下端)は、インターポーザー12の下面(半導体素子15と反対側の面)に突出して接合されている。
バンプ11のインターポーザー12から突出する部分は、ほぼ球形状(Ball状)をなしている。
インターポーザー12上には、配線パターン13の一部を覆うように、接着層14が設けられ、この接着層14を介して半導体素子15がインターポーザー12上のほぼ中央に設置されている。
また、半導体素子15は、図示しない電極パッドを有しており、この電極パッドと配線パターン13とが、ワイヤー17で電気的に接続されている。これにより、半導体素子15と配線パターン13とが電気的に接続されている。
そして、配線パターン13のほぼ全体すなわちインターポーザー12のほぼ全体が被覆されるように、インターポーザー12およびインターポーザー12の上面側に設けられた各部材(配線パターン13、半導体素子15)は、モールド部(封止部)16により封止されている。これにより、モールド部16で、半導体素子15がインターポーザー12ごと覆われることとなる。
半導体装置30では、上記のような構成をなすパッケージ10およびパッケージ20が、パッケージ10が上側となるように、パッケージ20上に重ねて搭載されている。
より具体的には、本実施形態では、インターポーザー22の縁部がモールド部26で被覆されることなく露出する構成のパッケージ20、および、インターポーザー12のほぼ全体(全面)が被覆された構成のパッケージ10において、パッケージ10がパッケージ20上に重ねて搭載されることにより、パッケージ10が備えるバンプ11とパッケージ20が備える電極パッドとが電気的に接続されて、半導体素子15と半導体素子25とが接続される。
かかる構成の半導体装置30は、互いに異なる機能を有する半導体素子15および半導体素子25をそれぞれ備えるパッケージ10およびパッケージ20が積層されており、例えば、半導体素子15、25として、ロジックIC、メモリおよび受発光素子等のうちの任意の2種を組み合わせて選択できるため、パッケージ(半導体素子)の組み合わせの自由度が高く、汎用性が高いといった利点を有する。
以上のような半導体装置30は、例えば、公知の方法を用いて、パッケージ10およびパッケージ20をそれぞれ用意し、パッケージ10を上側に、パッケージ20を下側に配置した状態で、配線パターン23が有する電極パッドと、バンプ11とを接続することにより製造される。
このような半導体装置30の製造方法において、パッケージ20の電極パッドとパッケージ10のバンプ11との接続は、パッケージ10およびパッケージ20を、260℃程度の高温下に晒した後、常温下に冷却して、バンプ11を溶融・固化する半田リフロー工程により行われる。
ここで、パッケージ10およびパッケージ20の双方に、前述したような反りが生じる状態、すなわち高温下と常温下で互いに反対方向に反りが生じる状態で、半田リフロー工程により配線パターン23が有する電極パッドとバンプ11とを接続すると、バンプ11に応力が掛かり、これに起因して、バンプ11にクラックが生じるという問題があった。
本発明者は、かかる問題点に鑑み鋭意検討を重ねた結果、2つのパッケージ10、20に生じる反りを低減させること、特に、これらの中でも、パッケージ10に生じる反りを低減させることにより、バンプ11におけるクラックの発生を的確に抑制または防止し得ることが判ってきた。
そして、本発明者は、さらに検討を重ねた結果、パッケージ10に生じる反りが、主として接着層14の弾性率と相関関係を有することを見出し、より詳しくは、接着層14を低弾性なものとすることにより、パッケージ10に生じる反りの大きさを小さくし得ることを見出した。
具体的には、接着層14の常温(25℃)における弾性率を、100〜1000MPa程度のものとすることにより、パッケージ10に生じる反りの大きさを的確に小さくでき、結果として、バンプ11におけるクラックの発生を的確に抑制または防止し得ること見出し、本発明を完成するに至った。
なお、本発明では、接着層14の常温(25℃)における弾性率は、100〜1000MPa程度の大きさとされるが、200〜800MPa程度のであるのが好ましい。接着層14の常温における弾性率をかかる範囲内に設定することにより、接着層14で半導体素子15を固定するとともに、パッケージ10に生じる反りの大きさを確実に小さくすることができる。
また、接着層14の温度260℃における弾性率は、5〜30MPa程度であるのが好ましく、10〜25MPa程度のであるのがより好ましい。
ここで、接着層14は、樹脂組成物の固化物により構成されるが、本発明では、接着層14の常温における弾性率が100〜1000MPa程度の大きさとなるように樹脂組成物の種類が適宜選択される。
具体的には、樹脂組成物としては、(メタ)アクリル酸エステル共重合体と、(メタ)アクリル酸エステル共重合体と異なる熱可塑性樹脂とを含むものが好適に選択される。
このような(メタ)アクリル酸エステル共重合体と、(メタ)アクリル酸エステル共重合体と異なる熱可塑性樹脂とを含むものを樹脂組成物として用いれば、(メタ)アクリル酸エステル共重合体が弾性率の低いものであり、(メタ)アクリル酸エステル共重合体と異なる熱可塑性樹脂が(メタ)アクリル酸エステル共重合体よりも熱時弾性率が高く、流動性の高いものであるため、(メタ)アクリル酸エステル共重合体の添加量と、(メタ)アクリル酸エステル共重合体と異なる熱可塑性樹脂の種類および添加量とを適宜調整することにより、接着層14の常温における弾性率を目的とする範囲内に容易に設定することができる。
(メタ)アクリル酸エステル共重合体としては、特に限定されないが、(メタ)アクリル酸エステルモノマーと他の単量体との共重合体であることが好ましく、(メタ)アクリル酸エステル共重合体は、エポキシ基、水酸基、カルボキシル基、ニトリル基等を持つ化合物を有する(メタ)アクリル酸エステル共重合体であることが特に好ましい。これにより、接着層14の常温(25℃)における弾性率を100〜1000MPa程度の大きさに設定しやすくなり、パッケージ10に生じる反りの大きさが小さくなるため、バンプ11におけるクラックの発生を的確に抑制または防止し得る。また、接着層14を介したインターポーザー12に対する半導体素子15の密着性をより向上させることができる。
(メタ)アクリル酸エステルモノマーとしては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル等のアクリル酸エステル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル等のメタクリル酸エステル、グリシジルエーテル基を有するグリシジルメタクリレート、水酸基を有するヒドロキシメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、カルボキシル基を有するアクリル酸、メタクリル酸、アミド基を有するN,N−ジメチルアクリルアミド、ニトリル基を有するアクリロニトリル等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、特に、カルボキシル基を有するモノマー単位を含む(メタ)アクリル酸エステル共重合体を用いることが好ましい。かかる材料を選択すれば、接着層14の常温(25℃)における弾性率を100〜1000MPa程度の大きさにより設定しやすくなるため、バンプ11におけるクラックの発生をより的確に抑制または防止することができる。
また、カルボキシル基を有するモノマー単位の含有量は、例えば、(メタ)アクリル酸エステル共重合体全体の0.5〜10mol%以上であるのが好ましく、1〜5mol%以下であるのがより好ましい。これにより、接着層14が半導体素子15およびインターポーザー(基板)12界面と強固に相互作用するため、半導体素子15とインターポーザー12の剥離を防止することができる。
また、(メタ)アクリル酸エステル共重合体の重量平均分子量は、例えば、10万〜200万程度であるのが好ましく、20万〜100万程度であるのがより好ましいい。(メタ)アクリル酸エステル共重合体の重量平均分子量をかかる範囲内に設定することにより、接着層14の溶融粘度が高くなることを抑えることができるため、半導体素子15、特にインターポーザー(基板)12の表面の凹凸を十分に埋め込むことができる。また、接着層14の溶融粘度が低くなることを抑えることができるため、接着層14の半導体素子15への這い上がりを防止することができる。
(メタ)アクリル酸エステル共重合体のガラス転移温度は、特に限定されないが、0〜30℃程度であるのが好ましく、5〜20℃程度であるのがより好ましい。これにより、半田リフロー工程時、すなわちパッケージ10の加熱時における反りの大きさを小さくできるとともに、接着層14のインターポーザー12および半導体素子15に対する密着性を向上させることができる。
(メタ)アクリル酸エステル共重合体と異なる熱可塑性樹脂は、接着層14の常温(25℃)における弾性率を100〜1000MPa程度の大きさに設定しやすくするとともに、接着層14の熱時弾性率を高め、接着層14を形成する際のフロー性(流動性)を確保する目的で接着層14を構成する樹脂組成物に添加される。
(メタ)アクリル酸エステル共重合体と異なる熱可塑性樹脂としては、例えば、フェノキシ樹脂、ニトリルブタジエンゴム、ブチラール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、フェノキシ樹脂であるのが好ましい。これにより、前記効果を確実に発揮させることができるとともに、フェノキシ樹脂は、アクリル酸エステル共重合体との相溶性が高いことから、形成される接着層14の各部において均一な膜特性を備える接着層14を形成することができる。
また、接着層14を構成する樹脂組成物において、(メタ)アクリル酸エステル共重合体と異なる熱可塑性樹脂の配合量は、上記(メタ)アクリル酸エステル共重合体100重量部に対して、0.5〜30重量部程度であるのが好ましく、3〜20重量部程度であるのがより好ましい。かかる範囲とすることにより、(メタ)アクリル酸エステル共重合体と異なる熱可塑性樹脂を添加することにより得られる効果をより顕著に発揮させることができるようになる。
このような、(メタ)アクリル酸エステル共重合体と、(メタ)アクリル酸エステル共重合体と異なる熱可塑性樹脂とを含む樹脂組成物は、熱硬化性樹脂を実質的に含有しないものであるのが好ましい。
なお、本明細書中では、熱硬化性樹脂を実質的に含まない樹脂組成物とは、樹脂組成物全体に対して熱硬化性樹脂の含有量が3重量%以下のものをいうこととする。
熱硬化性樹脂の含有量が3重量%以下であれば、接着層14の低弾性率化を実現しつつ、接着層14のインターポーザー12および半導体素子15に対する密着性を向上させることができ、さらに、接着層14の耐熱性を向上させることができる。なお、熱硬化性樹脂が樹脂組成物全体に対してその含有量として、好ましくは2重量%以下、より好ましくは1重量%以下含まれているのがよい。
熱硬化性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ユリア(尿素)樹脂、メラミン樹脂のようなトリアジン環を有する樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ベンゾオキサジン環を有する樹脂、シアネートエステル樹脂、フェノール性水酸基を有する(メタ)アクリロイル化フェノールノボラック樹脂、ビニルエステル樹脂、ウレタンアクリレート樹脂のようなアクリレート類、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、マレイミド樹脂等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。なお、フェノール樹脂としては、例えば、
フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂のようなノボラック型フェノール樹脂や、未変性のレゾールフェノール樹脂、桐油等で変性した油変性レゾールフェノール樹脂のようなレゾール型フェノール樹脂等が挙げられ、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型エポキシ樹脂のようなビスフェノール型エポキシ樹脂、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のようなノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、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、ナフトール型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂およびナフトールアラルキル型エポキシ樹脂等が挙げられる。
これらの中でも、特に、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂およびナフトール型エポキシ樹脂のうちの少なくとも1種を用いるのが好ましい。
これらのうち、例えば、ノボラック型エポキシ樹脂を用いた場合には、接着層14のガラス転移温度を高めることができるともに、接着層14の弾性率を低下させることができるため、弾性率を目的とする範囲内に容易に設定することができるようになる。また、ナフトール型エポキシ樹脂を用いた場合には、接着層14のガラス転移温度を高めることができるとともに、接着層14のインターポーザー12および半導体素子15に対する密着性を向上させることができる。
また、前記樹脂組成物には、無機充填材が含まれていても良い。樹脂組成物中に無機充填材が含まれることにより、半田リフロー工程時、すなわちパッケージ10の加熱時における接着層14の弾性率(熱時弾性率)は向上することとなる。また、パッケージ10を製造する際のモールド部16形成工程において、半導体素子15がモールド部16の封入圧力に対して耐え得るものとなるとともに、接着層14のフロー性が適度に保たれる。
無機充填材としては、特に限定されないが、例えば、銀、酸化チタン、シリカフィラーのようなシリカ、マイカおよび酸化アルミニウム等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、特に、シリカフィラーを用いるのが好ましい。これにより、接着層14内における無機充填材の分散性が向上するため、接着層14は、その各部において均一な膜特性を発揮するものとなる。さらに、接着層14の線膨張係数が低減するため、パッケージ10に生じる反りを低減させることができ、さらに接着層14の成膜時における作業性を向上させることができる。
また、シリカフィラーは、その形状として破砕シリカと溶融シリカがあるが、溶融シリカであるのが好ましい。溶融シリカは、接着層14中への分散性がより高いため、得られる接着層14は、特に、無機充填材が均一に分散されたものとなる。
無機充填材の平均粒径は、特に限定されないが、0.01〜20μm程度であるのが好ましく、0.1〜5μm程度であるのがより好ましい。無機充填材の平均粒径が上記下限値未満であると、接着層14中において無機充填材同士が凝集してしまい、接着層14の各部において膜特性が不均一なものとなるおそれがある。また、無機充填材の平均粒径が上記上限値を超えると、接着層14から無機充填材が突出してしまい、これに起因して、パッケージ10を製造する際の半導体素子15を接着層14に対して熱圧着する工程において、半導体素子15を破壊してしまうおそれがある。
無機充填材の含有量は、特に限定されないが、無機充填材以外の樹脂組成物100重量部に対して、5〜100重量部程度であるのが好ましく、10〜80重量部程度であるのがより好ましい。これにより、接着層14を構成する樹脂組成物に、無機充填材を添加することにより得られる効果をより顕著に発揮させることができる。
また、前記樹脂組成物には、カップリング剤が含まれていても良い。樹脂組成物中にカップリング剤が含まれることにより、接着層14のインターポーザー12および半導体素子15に対する密着性をより向上させることができるとともに、接着層14中に無機充填材が含まれる場合には、無機充填材と、無機充填材以外の樹脂組成物の構成材料との密着性をより向上させることができる。
カップリング剤としては、特に限定されないが、例えば、シラン系、チタン系およびアルミニウム系のカップリング剤等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができるが、中でも、特に、シラン系カップリング剤であるのが好ましい。これにより、半導体素子15の界面に存在するシリコンとの密着性の向上が図られる。
シランカップリング剤としては、例えば、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、β−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシランおよび3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
カップリング剤の含有量は、特に限定されないが、樹脂組成物100重量部に対して、0.01〜10重量部程度であるのが好ましく、0.1〜5重量部程度であるのがより好ましい。これにより、接着層14中における分解ガス(アウトガス)やボイドの発生を抑制しつつ、前記密着性を確実に向上させることができる。
さらに、前記樹脂組成物には、低分子モノマーであるフェノール樹脂が含まれていても良い。樹脂組成物中に低分子モノマーのフェノール樹脂が含まれることにより、接着層14にタック性を付与することができ、パッケージ10を製造する際に、接着層14に半導体素子15を仮接着できるようになる。
このようなフェノール樹脂として、特に限定されないが、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル(フェニレン、ビフェニレン骨格を含む)樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、トリフェノールメタン樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、接着層14を構成する樹脂組成物には、作業性や物性を調整する目的で、適宜、上述した樹脂組成物の各種構成材料以外に他の成分が含まれていても良い。
ところで、上記のように接着層14の常温における弾性率を規定する他、本発明者の検討の結果、さらに、インターポーザー12における弾性率、熱膨張係数、厚さおよび面積、モールド部16における熱膨張係数α1、α2および厚さ、半導体素子15の厚さおよび面積、ならびに、モールド部16の厚さと半導体素子15の厚さとの比およびモールド部16の厚さとインターポーザー12の厚さとの比を設定することによりパッケージ10に生じる反りの大きさをより的確に抑制または防止することができることが判った。
以下、これら弾性率、熱膨張係数および厚さ等について、順次説明する。
まず、インターポーザー(基板)12の常温(25℃)における弾性率は、21〜40GPa程度であるのが好ましく、25〜35GPa程度のであるのがより好ましい。
また、インターポーザー12の面内方向の熱膨張係数は、15ppm以下であるのが好ましく、3〜12ppm程度のであるのがより好ましい。
なお、インターポーザー(基板)12の前記弾性率および前記熱膨張係数は、インターポーザー12上に配線パターン13を形成したり、その厚さ方向にビアを形成した前後では、その大きさに差が生じるため、本発明では、これらを形成する前の板状をなすインターポーザー12で、前記弾性率および前記熱膨張係数を規定することとする。
また、インターポーザー12の厚さは、80〜300μm程度であるのが好ましく、100〜250μm程度のであるのがより好ましい。
さらに、インターポーザー12の面積は、100〜225mm程度であるのが好ましく、120〜200mm程度のであるのがより好ましい。
インターポーザー12の弾性率、面内方向の熱膨張係数、厚さおよび面積を、それぞれ、前記範囲内に設定することにより、半導体素子15を支持する基板としての機能をインターポーザー12に発揮させることができるとともに、パッケージ10に生じる反りの大きさをより確実に小さくすることができる。その結果、バンプ11におけるクラックの発生がより的確に抑制または防止される。
また、インターポーザー(基板)12は、上記のような物性値(弾性率および面内方向の熱膨張係数)を有するものとなるように、その種類(構成材料)が選択される。
具体的には、コア材で構成されるコア基板や、ビルドアップ材で構成されるビルドアップ基板等が好ましく用いられる。
コア基板としては、例えば、主として、シアネート樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂のような熱硬化性樹脂等で構成されるものが挙げられ、これらの中でも、シアネート樹脂を主材料として構成されているものが好ましく用いられる。かかる構成材料で構成されるインターポーザー12は、優れた機械的強度を有するものであるとともに、弾性率および面内方向の熱膨張係数を上述したような範囲内に比較的容易に設定することができる。
シアネート樹脂としては、例えば、ハロゲン化シアン化合物とフェノール類とを反応させ、必要に応じて加熱等の方法でプレポリマー化することにより得られたものが挙げられる。具体的には、例えば、ノボラック型シアネート樹脂、ビスフェノールA型シアネート樹脂、ビスフェノールE型シアネート樹脂、テトラメチルビスフェノールF型シアネート樹脂等のビスフェノール型シアネート樹脂等が挙げられる。
なお、エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂のようなビスフェノール型エポキシ樹脂、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エポキシ樹脂のようなノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、キシリレン型エポキシ樹脂のようなアリールアルキレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ノルボルネン型エポキシ樹脂、アダマンタン型エポキシ樹脂およびフルオレン型エポキシ樹脂等が挙げられる。
また、コア基板として、上記のような熱硬化性樹脂を用いる場合、コア基板としては、ガラス繊維織布に硬化前の熱硬化性樹脂を含浸させた後、この熱硬化性樹脂を硬化させることにより得られたものを用いるのが好ましい。これにより、インターポーザー12(コア基板)は、より優れた機械的強度を発揮するものとなる。
ビルドアップ基板としては、例えば、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂と、硬化剤と、無機充填材とを含有する樹脂組成物の硬化物を主材料として構成されるものが好ましく用いられる。
かかる構成の樹脂組成物の中でも、熱硬化性樹脂として、下記一般式(1)で表わされる共重合体エポキシ樹脂を含むものがより好ましく用いられる。このような樹脂組成物の硬化物で構成されるインターポーザー12は、弾性率および面内方向の熱膨張係数が上述したような範囲内により容易に設定し得るとともに、優れた機械的強度を有するものである。また、このインターポーザー12には、バンプ11と配線パターン13とを電気的に接続するためのビアが形成されているが、微細な形状を有するビアを形成する際の加工性にも優れる。
Figure 2011077199
[式中、Arは縮合環芳香族炭化水素基を、Xは水素、またはエポキシ基(グリシジルエーテル基)を、Rは、水素、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基、およびベンジル基の中から選択される1種を表す。nは1以上の整数であり、p、qは0以上の整数であり、またp、qの値は、繰り返し単位毎に同一でも、異なっていてもよい。]
なお、前記共重合体エポキシ樹脂の縮合環芳香族炭化水素基[Ar]は、下記式(Ar1)〜(Ar4)で表される構造ののうち、いずれかであるのが好ましい。
Figure 2011077199
[式中、Rは、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基、およびベンジル基の中から選択される1種を表す。]
なお、前記共重合体エポキシ樹脂の含有量は、特に限定されないが、硬化物(ビルドアップ基材)中において、3〜42重量%程度であるのが好ましく、5〜35重量%程度であるのがより好ましい。
また、樹脂組成物中には、前記共重合体エポキシ樹脂の他に、さらに前記共重合体エポキシ樹脂とは異なる他のエポキシ樹脂を含有してもよい。他のエポキシ樹脂としては、特に限定されないが、例えば、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エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂等が挙げられる。
硬化剤は、特に限定されないが、例えば、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−ベンジル−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−エチル−4−メチルイミダゾールのようなイミダゾール化合物、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、オクチル酸スズ、オクチル酸コバルト、ビスアセチルアセトナートコバルト(II)、トリスアセチルアセトナートコバルト(III)等の有機金属塩、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン等の3級アミン類、フェノール、ビスフェノールA、ノニルフェノール等のフェノール化合物、酢酸、安息香酸、サリチル酸、パラトルエンスルホン酸等の有機酸、またはこの混合物が挙げられる。硬化促進剤として、これらの中の誘導体も含めて1種類を単独で用いることもできるし、これらの誘導体も含めて2種類以上を併用してもよい。
無機充填材としては、特に限定されないが、例えば、タルク、焼成クレー、未焼成クレー、マイカ、ガラス等のケイ酸塩、酸化チタン、アルミナ、シリカ、溶融シリカ等の酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ハイドロタルサイト等の炭酸塩、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等の水酸化物、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム等の硫酸塩または亜硫酸塩、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化炭素等の窒化物、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム等のチタン酸塩等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
無機充填材の粒径は、特に限定されないが、平均粒子径が1.2μm以下であることが好ましく、平均粒径が0.01〜1.0μm程度であるのがより好ましい。
また、無機充填材の含有量は、硬化物(ビルドアップ基材)中において、0〜85重量%程度であるのが好ましく、30〜65重量%程度であるのがより好ましい。
また、前記樹脂組成物は、シアネート樹脂および/またはそのプレポリマーを含有することが好ましい。
シアネート樹脂および/またはそのプレポリマー樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ハロゲン化シアン化合物とフェノール類とを反応させ、必要に応じて加熱等の方法でプレポリマー化することにより得ることができる。また、このようにして調製された市販品を用いることもできる。
前記シアネート樹脂および/またはそのプレポリマーを用いることにより、インターポーザー12の弾性率が向上することとなるため、このものの添加量を適宜設定することにより、インターポーザー12の弾性率を目的とする範囲内に容易に設定することができる。また、シアネート樹脂(特にノボラック型シアネート樹脂)は、剛直な化学構造を有するため、耐熱性に優れており、ガラス転移温度以上でも弾性率の低下が小さく、高温においても高弾性率を維持することができる。そのため、半田リフロー工程時、すなわちパッケージ10の加熱時における反りの大きさが小さくなる。さらに、硬化反応によって水酸基などの分極率の大きな官能基が生じないため、誘電特性においても優れたものとすることができる。
さらに、シアネート樹脂および/またはそのプレポリマーの中でも、下記一般式(3)で表されるノボラック型シアネート樹脂が好ましい。これにより、前記効果に加えて、インターポーザー12のガラス転移温度をさらに高くすることができるとともに、このものの難燃性をより向上させることができる。
Figure 2011077199
シアネート樹脂および/またはそのプレポリマーの含有量は、特に限定されないが、樹脂組成物の5〜50重量%であることが好ましく、さらに好ましくは10〜40重量%である。これにより、シアネート樹脂および/またはそのプレポリマーを添加することにより得られる効果をより顕著に発揮させることができる。
樹脂組成物中には、樹脂の相溶性、安定性、作業性等の各種特性向上のため、各種添加剤、例えば、レベリング剤、消泡剤、酸化防止剤、顔料、染料、消泡剤、難燃剤、紫外線吸収剤、イオン捕捉剤、非反応性希釈剤、反応性希釈剤、揺変性付与剤、増粘剤等を添加するようにしてもよい。
なお、インターポーザー12は、図1に示したような一層構成のものに限らず、多層構成のもの、例えば、複数枚の前述したコア基板およびビルドアップ基板を重ね合わせた構成の積層体であっても良い。
次に、半導体素子15は、前述したように、パッケージ10に付与すべき機能に応じて、ロジックIC、メモリおよび受発光素子等が選択されるが、その厚さおよび面積は、以下に示すような範囲内にそれぞれ設定されているのが好ましい。
すなわち、半導体素子15の厚さは、75〜600μm程度であるのが好ましく、100〜400μm程度のであるのがより好ましく、また、半導体素子の面積は、25〜125mm程度であるのが好ましく、50〜100mm程度であるのがより好ましい。
半導体素子15の厚さおよび面積を上記範囲内に設定することにより、パッケージ10に生じる反りの大きさを確実に小さくすることができる。
次に、モールド部(封止部)16の熱膨張係数α1は、8〜35ppm程度であるのが好ましく、15〜28ppm程度のであるのがより好ましい。さらに、モールド部16の熱膨張係数α2は、30〜120ppm程度であるのが好ましく、40〜100ppm程度のであるのがより好ましい。
なお、熱膨張係数α1とは、常温からガラス転位温度までの熱膨張係数のことを言い、熱膨張係数α2とは、ガラス転位温度からガラス屈伏温度までの熱膨張係数のことを言う。
さらに、モールド部16の厚さは、200〜1000μm程度であるのが好ましく、350〜750μm程度のであるのがより好ましい。
モールド部16の熱膨張係数α1、α2およびその厚さを、それぞれ、前記範囲内に設定することにより、モールド部16は半導体素子15を封止する封止材としての機能を発揮して、たとえ、本発明のように接着層14の弾性率が100〜1000MPaと低弾性のものであったとしても、モールド部16とインターポーザー12との間で優れた密着性が得られることから、モールド部16により取り囲まれる(覆われる)半導体素子15を確実に封止することができる。そして、かかる機能を発揮しつつ、パッケージ10に生じる反りの大きさを確実に小さくすることができるため、バンプ11におけるクラックの発生をより的確に抑制または防止することができる。
なお、インターポーザー12とモールド部16との厚さの関係を規定することによっても、パッケージ10に生じる反りの大きさを小さくすることができる。具体的には、インターポーザー12の厚さをA[μm]とし、モールド部16の厚さをB[μm]としたとき、B/Aは、1.0〜7.0程度であるのが好ましく、1.5〜6.0程度であるのがより好ましい。
これらB/Aの関係をともに満足するように、インターポーザー12およびモールド部16の厚さを、それぞれ設定することにより、パッケージ10に生じる反りの大きさをさらに小さくすることができる。
さらに、モールド部16と半導体素子15との厚さの関係を規定することにより、パッケージ10に生じる反りの大きさを小さくすることができる。具体的には、モールド部16の厚さをC[μm]とし、半導体素子15の厚さをD[μm]としたとき、C/Dは、1.0〜4.0程度であるのが好ましく、1.5〜3.0程度であるのがより好ましい。
これらC/Dの関係をともに満足するように、モールド部16および半導体素子15の厚さを、それぞれ設定することにより、パッケージ10に生じる反りの大きさをさらに小さくすることができる。
かかる構成のモールド部16は、インターポーザー12と同様に、上記のような物性値(熱膨張係数α1、α2)を有するものとなるように、その構成材料が選択される。
具体的には、モールド部16は、例えば、エポキシ樹脂と、硬化剤と、無機充填材とを含有する樹脂組成物の硬化物を主材料として構成されるものが好ましく用いられる。かかる構成材料で構成されるモールド部16は、優れた密着性で半導体素子15を封止できるとともに、熱膨張係数を上述したような範囲内に比較的容易に設定することができる。
エポキシ樹脂としては、例えば、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、スチルベン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂;クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂;フェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェニレン骨格含有ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂等のフェノールアラルキル型エポキシ樹脂;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等の3官能型エポキシ樹脂;ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、テルペン変性フェノール型エポキシ樹脂等の変性フェノール型エポキシ樹脂;トリアジン核含有エポキシ樹脂等の複素環含有エポキシ樹脂等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、エポキシ樹脂としては、特に、下記一般式(4)で表されるものが好ましく用いられる。下記一般式(4)で表されるエポキシ樹脂は2官能であるため、これを用いたエポキシ樹脂組成物の硬化物は架橋密度が低く抑えられ、熱膨張係数が低く、半田リフロー工程時、すなわちパッケージ10の加熱時における応力緩和に適しているため、かかる工程時における反りの大きさが小さくなる。また、下記一般式(4)で表されるエポキシ樹脂は、結晶性で低分子量の樹脂であるため溶融粘度が低く、このものを含有するエポキシ樹脂組成物は流動性に優れることから、モールド部16の成形時における金流れの発生を効果的に防止することができる。
Figure 2011077199
[式(4)中、Xは、単結合、−O−、−S−、−R2CR2−の中から選択される基である。R1は、炭素数1〜6のアルキル基であり、互いに同一であっても異なっていてもよい。また、aは0〜4の整数である。R2は、水素または炭素数1〜4のアルキル基であり、互いに同一であっても異なっていてもよい。]
これらの中でも、前記一般式(4)で表されるエポキシ樹脂は、4,4’−ジグリシドキシビフェニル、または3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジグリシドキシビフェニルおよびこれらの溶融混合物がより好ましく用いられる。これらの化合物は、作業性、実用性のバランスに優れるとともに、モールド部16の熱膨張係数α1、α2を前述した範囲内に容易に設定することができる。
また、硬化剤としては、例えば、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等の炭素数2〜20の直鎖脂肪族ジアミン、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、パラキシレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルプロパン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジシクロヘキサン、ビス(4−アミノフェニル)フェニルメタン、1,5−ジアミノナフタレン、メタキシレンジアミン、パラキシレンジアミン、1,1−ビス(4−アミノフェニル)シクロヘキサン、ジシアノジアミド等のアミノ類;アニリン変性レゾール樹脂やジメチルエーテルレゾール樹脂等のレゾール型フェノール樹脂;フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、tert−ブチルフェノールノボラック樹脂、ノニルフェノールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂;フェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂等のフェノールアラルキル樹脂;ナフタレン骨格やアントラセン骨格のような縮合多環構造を有するフェノール樹脂;ポリパラオキシスチレン等のポリオキシスチレン;ヘキサヒドロ無水フタル酸(HHPA)、メチルテトラヒドロ無水フタル酸(MTHPA)等の脂環族酸無水物、無水トリメリット酸(TMA)、無水ピロメリット酸(PMDA)、ベンゾフェノンテトラカルボン酸(BTDA)等の芳香族酸無水物等を含む酸無水物等;ポリサルファイド、チオエステル、チオエーテル等のポリメルカプタン化合物;イソシアネートプレポリマー、ブロック化イソシアネート等のイソシアネート化合物;カルボン酸含有ポリエステル樹脂等の有機酸類が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、これらの中でも、モールド部16の構成材料に用いる硬化剤としては、1分子内に少なくとも2個のフェノール性水酸基を有する化合物が好ましく用いられる。かかる硬化剤としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、tert−ブチルフェノールノボラック樹脂、ノニルフェノールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂;レゾール型フェノール樹脂;ポリパラオキシスチレン等のポリオキシスチレン;フェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂等が挙げられる。かかる化合物を選択することにより、モールド部16の熱膨張係数α1、α2を前述した範囲内に容易に設定することができる。これらの化合物は、耐湿性、信頼性等の観点からも優れた化合物である。
さらに、1分子内に少なくとも2個のフェノール性水酸基を有する硬化剤としては、特に、下記一般式(5)で表されるフェノール樹脂を用いるのが好ましい。下記一般式(5)で表されるフェノール樹脂は、その基本骨格がノボラック型フェノール樹脂とトリフェノールメタン型フェノール樹脂の構造をあわせもつ。ノボラック型フェノール樹脂を基本骨格として有することにより、構造面で、樹脂骨格の架橋点間距離が短く、良好な硬化性、成形性を発揮するという効果を有している。また、トリフェノールメタン型フェノール樹脂を基本骨格として有することにより、一分子中に3個以上の水酸基を有することになるため、架橋密度が高く、これを用いた樹脂組成物の硬化物を、高Tgで線膨張係数が小さく、また高い強度を有するものとし得るという効果を有している。そのため、下記一般式(5)で表されるフェノール樹脂を使用した樹脂組成物は、良好な硬化性で優れた成形性を持ち、また、成形・硬化後および熱処理後の熱膨張、熱収縮が比較的小さくなるため、パッケージ10において反り量を小さくすることができる。
Figure 2011077199
[式(5)中、R3、R4、R5は、炭素数1〜4のアルキル基から選択される基であり、互いに同一であっても、異なっていてもよい。bは0〜3の整数、cは0〜4の整数、dは0〜3の整数である。m、nはモル比を表し、0<m<1、0<n<1で、m+n=1である。]
また、上記一般式(5)中のmとnとのモル比(m/n)は、1/5〜5/1であるのが好ましく、1/2〜2/1であるのがより好ましい。これにより、ノボラック型フェノール樹脂およびノボラック型フェノール樹脂の双方が含まれることにより得られる効果を相乗的に発揮させることができる。
なお、前記一般式(5)で表されるフェノール樹脂の具体例としては、例えば、下記式(6)に示すものが挙げられる。
Figure 2011077199
[ただし、式(6)中、m、nはモル比を表し、0<m<1、0<n<1で、m+n=1である。]
また、無機充填材としては、例えば、溶融破砕シリカ、溶融球状シリカ、結晶シリカ、2次凝集シリカ等のシリカ;アルミナ;チタンホワイト;水酸化アルミニウム;タルク;クレー;マイカ;ガラス繊維等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、特に溶融球状シリカが好ましい。これにより、モールド部16の熱膨張係数α1、α2を前述した範囲内に容易に設定することができる。
なお、粒子形状は限りなく真球状であることが好ましい。さらに、粒子の大きさの異なるものを混合することにより無機充填量を多くすることができるが、その粒径としては、半導体素子15の周辺への充填性を考慮すると0.01μm以上、150μm以下であることが好ましい。
さらに、前記樹脂組成物には、エポキシ樹脂、硬化剤および無機充填材の他に、シランカップリング剤、芳香環を構成する2個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物、硬化促進剤が含まれていても良い。
シランカップリング剤としては、特に限定されないが、例えば、エポキシシラン、アミノシラン、ウレイドシラン、メルカプトシラン等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。このようなシランカップリング剤が樹脂組成物に含まれることにより、エポキシ樹脂と無機充填剤との間で反応が生じるため、エポキシ樹脂と無機充填剤との界面強度を向上させることができる。
エポキシシランとしては、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシランおよびβ−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等が挙げられる。アミノシランとしては、例えば、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−フェニルγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニルγ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−6−(アミノヘキシル)3−アミノプロピルトリメトキシシランおよびN−(3−(トリメトキシシリルプロピル)−1,3−ベンゼンジメタナン等が挙げられる。また、ウレイドシランとしては、例えば、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン等が挙げられ、メルカプトシランとしては、例えば、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランが挙げられる。
なお、シランカップリング剤は、後述する芳香環を構成する2個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物(以下、かかる化合物を「水酸基結合化合物」と言うこともある)との相乗効果により、樹脂組成物の粘度を下げ、流動性を向上させる効果を有するため、樹脂組成物中に水酸基結合化合物が含まれる場合には、水酸基結合化合物を添加することにより得られる効果を十分に発揮させるためにはシランカップリング剤も含まれる構成とするのが好ましい。これにより、比較的粘度が高い樹脂を多く配合した場合や、無機充填剤を多量に配合した場合においても、樹脂組成物として充分な流動性を発揮させることが出来る。
また、芳香環を構成する2個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物(水酸基結合化合物)としては、特に限定されないが、例えば、下記一般式(7)で表される化合物、下記一般式(8)で表される化合物等が挙げられる。なお、水酸基結合化合物中には、水酸基以外の置換基を有していてもよい。
Figure 2011077199
[式(7)中、R6、R10は、いずれか一方が水酸基であり、一方が水酸基の場合、他方は水素、水酸基または水酸基以外の置換基から選ばれる基である。R7、R8、R9は、水素、水酸基または水酸基以外の置換基から選ばれる基であり、互いに同一であっても、異なっていてもよい。]
Figure 2011077199
[式(8)中、R11、R17は、いずれか一方が水酸基であり、一方が水酸基の場合、他方は水素、水酸基または水酸基以外の置換基から選ばれる基である。R12、R13、R14、1R5、1R6は水素、水酸基または水酸基以外の置換基から選ばれる基であり、互いに同一であっても、異なっていてもよい。]
なお、一般式(7)で表される化合物の具体例としては、例えば、下記式(9)で表されるカテコール、ピロガロール、没食子酸、没食子酸エステルおよびこれらの誘導体が挙げられる。また、一般式(8)で表される化合物の具体例としては、例えば、1,2−ジヒドロキシナフタレン、下記式(10)で表される2,3−ジヒドロキシナフタレンおよびこれらの誘導体が挙げられる。これらの化合物は1種類を単独で用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いるようにしても良い。これらのうち、流動性と硬化性の制御のしやすさ、低揮発性の点から主骨格がナフタレン環である化合物(すなわち、1、2−ジヒドロキシナフタレン、2、3−ジヒドロキシナフタレンおよびその誘導体)がより好ましく選択される。
Figure 2011077199
Figure 2011077199
さらに、硬化促進剤としては、特に限定されないが、例えば、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7等のジアザビシクロアルケンおよびその誘導体;トリブチルアミン、ベンジルジメチルアミン等のアミン系化合物;2−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物;トリフェニルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類;テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラ安息香酸ボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイックアシッドボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイルオキシボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフチルオキシボレート等のテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート;ベンゾキノンをアダクトしたトリフェニルホスフィン等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、前記樹脂組成物は、上記の構成材料の他に、さらに必要に応じて、カーボンブラック等の着色剤;カルナバワックス等の天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸またはその金属塩類、パラフィン、酸化ポリエチレン等の離型剤;シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力剤;ハイドロタルサイト等のイオン捕捉剤;水酸化アルミニウム等の難燃剤;酸化防止剤等の各種添加剤を含有していてもよい。
以上、本発明の半導体パッケージおよび半導体装置について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明の半導体パッケージおよび半導体装置の各部の構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することもできる。
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
1.樹脂組成物の調製
まず、以下に示すように、各サンプルNo.の樹脂組成物を調製した。
1−1.接着層形成用の樹脂組成物の調製
[サンプルNo.1A〜5A]
まず、(メタ)アクリル酸エステル共重合体として、アクリル酸エステル共重合体(エチルアクリレート−ブチルアクリレート−アクリロニトリル−アクリル酸−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体(ナガセケムテックス社製、「SG−708−6DR」、Tg:6℃、重量平均分子量:500,000、以下化合物A1)を用意した。
(メタ)アクリル酸エステル共重合体と異なる熱可塑性樹脂として、フェノキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、「JER1256」、Mw:50000、以下化合物B1)を用意した。
無機充填材として、球状シリカ(アドマテックス社製、「SE2050」、平均粒径0.5μm、以下化合物C1)を用意した。
熱硬化性樹脂として、フェノール樹脂(住友ベークライト社製、「PR−HF−3」、水酸基当量104g/OH基、以下化合物D1)を用意した。
カップリング剤として、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製、「KBM403E」、以下化合物E1)を用意した。
次に、下記表1に示すようにして、化合物(A1)〜(E1)をメチルエチルケトンに溶解して、樹脂固形分20%のサンプルNo.1A〜5Aの接着層形成用の樹脂組成物を得た。
なお、各サンプルNo.1A〜5Aとも、下記表1に示した各化合物の配合割合は、樹脂組成物中における、各化合物の重量%を表す。
次に、上述の方法で得られた樹脂組成物を、コンマコーターを用いて基材フィルム(I)であるポリエチレンテレフタレートフィルム(帝人デュポン社製、品番ピューレックスA54、厚さ38μm)上に塗布した後、150℃、3分間乾燥して、厚さ25μmの接着層を得た。
1−2.インターポーザー(基板)形成用の樹脂組成物の調製
[サンプルNo.1B〜8B]
まず、熱硬化性樹脂として、ビフェニルアラルキル型ノボラックエポキシ樹脂(日本化薬社製、「NC−3000」、以下化合物A2)を、また、ノボラック型シアネート樹脂(ロンザジャパン社製、「PT−30」、以下化合物C2)を用意した。
硬化剤として、ビフェニルジメチレン型フェノール樹脂(日本化薬社製、「GPH−103」、以下化合物B2)を用意した。
無機充填材として、球状溶融シリカ(アドマテックス社製、「SO−25R」、以下化合物D2)を用意した。
カップリング剤として、γ−グリシドキシプロピルメチルトリメトキシシラン(日本ユニカー社製、「A−187」、以下化合物E2)を用意した。
次に、下記表1に示すようにして、化合物(A2)〜(E2)を配合し、高速攪拌装置を用いて10分間攪拌して、固形分50重量%の樹脂ワニスを調製することにより、サンプルNo.1B〜8Bのインターポーザー形成用の樹脂組成物を得た。
なお、各サンプルNo.1B〜8Bとも、下記表1に示した各化合物の配合割合は、樹脂組成物中における、各化合物の重量%を表す。
1−3.インターポーザー形成用のコア基板の用意
インターポーザー形成用ガラス織布として、以下のガラス織布を用意した。
・ガラス織布F2 WTX−116E(94μm厚、日東紡績社製)
・ガラス織布G2 WEA−116E(94μm厚、日東紡績社製)
・ガラス織布H2 WEA−2319(77μm厚、日東紡績社製)
・ガラス織布I2 WEA−3313(70μm厚、日東紡績社製)
・ガラス織布J2 WEA−1078(46μm厚、日東紡績社製)
・ガラス織布K2 WEA−1035(27μm厚、日東紡績社製)
・ガラス織布L2 WEA−1037(24μm厚、日東紡績社製)
1−4.モールド部形成用の樹脂組成物の調製
[サンプルNo.1C〜11C]
まず、エポキシ樹脂として、ビフェニル型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、「YX−4000」、融点:105℃、エポキシ当量:190、以下化合物A3)を用意した。
硬化剤として、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂(明和化成社製、「MEH−7851SS」、軟化点:65℃、水酸基当量:203、以下化合物B3)を、また、フェノールノボラック樹脂(住友ベークライト社製、「PR51470」、軟化点:110℃、水酸基当量:104、以下化合物C3)をそれぞれ用意した。
無機充填材として、球状溶融シリカ(マイクロン社製、「型番S30−71」、平均粒径:25.5μm、以下化合物D3)を用意した。
シランカップリング剤として、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製、「KBM−403E」、以下化合物E3)を用意した。
硬化促進剤として、トリフェニルホスフィン(ケイアイ化成社製、「TPP」、以下化合物F3)を用意した。
天然ワックスとして、カルナバワックス(東亜化成社製、以下化合物G3)を用意した。
着色剤として、カーボンブラック(三菱化学社製、「MA−600」、以下化合物H3)を用意した。
次に、下記表1に示すようにして、化合物(A3)〜(H3)を配合しミキサーを用いて混合した後、表面温度が95℃と25℃の2軸ロールを用いて20回混練し、得られた混練物シートを冷却後粉砕することにより、サンプルNo.1C〜11Cのモールド部形成用の樹脂組成物を得た。
なお、各サンプルNo.1C〜11Cとも、下記表1に示した各化合物の配合割合は、樹脂組成物中における、各化合物の重量%を表す。
Figure 2011077199
2.評価
図2に示すような評価用のパッケージ40を作製し、このパッケージ40を用いて各試験を実施し評価した。
2−1.評価用のパッケージの作製
(実施例1)
−1− まず、インターポーザー形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.1Bを用意し、ガラス織布G2(1枚)に含浸し、150℃の加熱炉で2分間乾燥して、ワニス固形分が約50重量%のプリプレグを得た。
上述のプリプレグを、両面に18μm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、厚さ130μmの両面が銅張りのインターポーザー42を得た。
この状態で、インターポーザー42の常温(25℃)の弾性率および熱膨張係数を測定したところ、それぞれ、29GPaおよび11ppmであった。なお、インターポーザーの弾性率は、動的粘弾性測定装置(TAインスツルメント、「DMA983」)の共鳴周波数ズリモードで測定し、熱膨張係数は、熱機械特性測定装置(TAインスツルメント)で昇温速度10℃/分で測定した。
−2− 次に、ウエハラミネーターを用いて、8インチ半導体ウエハ上に、サンプルNo.1Aの接着層を60℃で仮接着し、接着層付き半導体ウエハを得た。
−3− 次に、接着層付き半導体ウエハをダイシング装置を用いて、各半導体チップ単位に切断することにより、接着層44付き半導体素子45を得た。
−4− 次に、接着層44付き半導体素子(面積81mm,厚さ200μm)45を、インターポーザー42上に載置し、この状態で、ダイボンダーを用いて半導体素子45を、接着層44を介してインターポーザー42上に130℃、0.1MPa、3秒の条件で固定した。なお、接着層の加熱は、175℃のオーブン中で、20分間行った。
この接着層44の常温(25℃)の弾性率は220MPa、260℃の弾性率は16MPaであった。
なお、接着層44の弾性率は、長さ50mm、厚さ200μmの接着層を準備し、175℃、240分の条件で硬化物を作製し、動的粘弾性測定装置DMA(セイコーインスツルメンツ社製)を用い、試験片長さ20mm、測定温度範囲−100℃〜330℃、昇温速度5℃/分、周波数10Hzの条件で測定を行った。
−5− 次に、半導体チップの上面の周縁部に設けられた100箇所のパッド部とインターポーザーの上面の周縁部に設けられた100箇所のパッド部を市販のワイヤボンダーを用いワイヤー(金線)47により電気的接続を行った。
−6− 次に、サンプルNo.1Cのモールド部形成用の樹脂組成物を用いてトランスファー成形によりインターポーザー42および半導体素子45のほぼ全面を封止するようにして、厚さ350μmのモールド部46を形成した。
このモールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、17ppmおよび65ppmであった。
なお、モールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、トランスファー成形機を用い、金型温度175℃、注入圧力9.8MPa、硬化時間2分で4mm×4mm×15mmの大きさに成形した試験片を175℃、8時間で後硬化し、熱機械分析装置(セイコー電子工業社製、「TMA100」)を用いて測定温度範囲0〜320℃、昇温速度5℃/分で測定した時のチャートより、α1、α2を決定した。
−7− 次に、インターポーザー42のモールド部46と反対側の面に半田を主材料として構成されるバンプ41を接続した。
−8− その後、インターポーザー42およびモールド部46を半導体素子45に対応するようにして、ダイシングソーを用いてダイシングして個片化することにより、実施例1のパッケージ40を30個製造した。なお、個片化して得られたパッケージ40におけるインターポーザー42の面積は196mmであった。
(実施例2)
前記工程−1−において、ガラス織布としてガラス織布G2(2枚)とガラス織布J2(1枚)を用い、形成するインターポーザー42の厚さを280μmとし、前記工程−3−において、用意する半導体素子45の厚さを275μmのものとし、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.6Cのものを用い、厚さ450μmのモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例2のパッケージ40を製造した。
なお、実施例2のパッケージ40が備えるモールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、24ppmおよび80ppmであった。
(実施例3)
前記工程−1−において、ガラス織布I2(1枚)を用い、形成するインターポーザー42の厚さを110μmとし、前記工程−3−において、用意する半導体素子45の厚さを375μmのものとし、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.3Cのものを用い、厚さ550μmのモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例3のパッケージ40を製造した。
なお、実施例3のパッケージ40が備えるモールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、11ppmおよび40ppmであった。
(実施例4)
前記工程−1−において、ガラス織布I2(1枚)を用い、形成するインターポーザー42の厚さを110μmとし、前記工程−3−において、用意する半導体素子45の厚さを115μm、面積を100mmのものとし、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.5Cのものを用い、厚さ240μmのモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例4のパッケージ40を製造した。
なお、実施例4のパッケージ40が備えるモールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、15ppmおよび55ppmであった。
(実施例5)
前記工程−1−において、ガラス織布I2(1枚)を用い、形成するインターポーザー42の厚さを110μmとし、前記工程−3−において、用意する半導体素子45の厚さを225μm、面積を100mmのものとし、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.4Cのものを用いてモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例5のパッケージ40を製造した。
なお、実施例5のパッケージ40が備えるモールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、12ppmおよび45ppmであった。
(実施例6)
前記工程−1−において、ガラス織布I2(1枚)を用い、形成するインターポーザー42の厚さを110μmとし、前記工程−3−において、用意する半導体素子45の厚さを100μmのものとし、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.2Cのものを用いてモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例6のパッケージ40を製造した。
なお、実施例6のパッケージ40が備えるモールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、8ppmおよび30ppmであった。
(実施例7)
前記工程−1−において、インターポーザー形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.2Bのものを用い、ガラス織布F2(2枚)を用い、厚さ240μmのインターポーザー42を形成し、前記工程−3−において、用意する半導体素子45の厚さを115μmのものとし、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.9Cのものを用い、厚さ240μmのモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例7のパッケージ40を製造した。
なお、実施例4のパッケージ40が備えるインターポーザー42の弾性率および熱膨張係数は、それぞれ、33GPaおよび5ppmであり、モールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、28ppmおよび95ppmであった。
(実施例8)
前記工程−1−において、ガラス織布I2(1枚)を用い、形成するインターポーザー42の厚さを110μmとし、前記工程−3−において、用意する半導体素子45の厚さを100μmのものとし、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.7Cのものを用い、厚さ200μmのモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例8のパッケージ40を製造した。
なお、実施例8のパッケージ40が備えるモールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、22ppmおよび75ppmであった。
(実施例9)
前記工程−1−において、ガラス織布G2(1枚)を用い、インターポーザー形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.3Bのものを用いてインターポーザー42を形成し、前記工程−3−において、用意する半導体素子45の厚さを75μmのものとし、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.7Cのものを用い、厚さ200μmのモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例9のパッケージ40を製造した。
なお、実施例9のパッケージ40が備えるインターポーザー42の弾性率および熱膨張係数は、それぞれ、21GPaおよび15ppmであり、モールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、22ppmおよび75ppmであった。
(実施例10)
前記工程−1−において、ガラス織布H2(2枚)を用い、インターポーザー形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.4Bのものを用いてインターポーザー42の厚さを200μmとし、前記工程−3−において、用意する半導体素子45の厚さを75μmのものとし、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.8Cのものを用い、厚さ200μmのモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例10のパッケージ40を製造した。
なお、実施例10のパッケージ40が備えるモールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、24ppmおよび80ppmであった。
(実施例11)
前記工程−1−において、ガラス織布K2(1枚)を用い、インターポーザー形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.5Bのものを用いてインターポーザー42の厚さを80μmとし、前記工程−3−において、用意する半導体素子45の厚さを280μmのものとし、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.3Cのものを用い、厚さ400μmのモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例11のパッケージ40を製造した。
なお、実施例11のパッケージ40が備えるモールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、11ppmおよび40ppmであった。
(実施例12)
前記工程−1−において、ガラス織布H2(3枚)を用い、インターポーザー形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.6Bのものを用いてインターポーザー42の厚さを300μmとし、前記工程−3−において、用意する半導体素子45の厚さを580μmのものとし、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.5Cのものを用い、厚さ900μmのモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例12のパッケージ40を製造した。
なお、実施例12のパッケージ40が備えるモールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、15ppmおよび55ppmであった。
(実施例13)
前記工程−1−において、ガラス織布I2(1枚)を用い、形成するインターポーザー42の厚さを110μmとし、前記工程−3−において、用意する半導体素子45の厚さを580μmのものとし、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.5Cのものを用い、厚さ750μmのモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例13のパッケージ40を製造した。
なお、実施例13のパッケージ40が備えるモールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、15ppmおよび55ppmであった。
(実施例14)
前記工程−3−において、用意する半導体素子45の面積を100mmのものとし、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.3Cのものを用いてモールド部46を形成し、前記工程−8−において、個片化してパッケージ40を得る際にインターポーザー42の面積が225mmとなるようにダイシングしたこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例14のパッケージ40を製造した。
なお、実施例14のパッケージ40が備えるモールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、11ppmおよび40ppmであった。
(実施例15)
前記工程−3−において、用意する半導体素子45の面積を25mmのものとし、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.10Cのものを用いてモールド部46を形成し、前記工程−8−において、個片化してパッケージ40を得る際にインターポーザー42の面積が100mmとなるようにダイシングしたこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例15のパッケージ40を製造した。
なお、実施例15のパッケージ40が備えるモールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、30ppmおよび100ppmであった。
(実施例16)
前記工程−2−において、接着層形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.2Aのものを用いて、インターポーザー42上に供給し、前記工程−3−において、このものを加熱して接着層44を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例16のパッケージ40を製造した。
なお、実施例16のパッケージ40が備える接着層44の常温における弾性率および260℃における弾性率は、100MPaおよび7MPaであった。
(実施例17)
前記工程−2−において、接着層形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.3Aのものを用いて、インターポーザー42上に供給し、前記工程−3−において、このものを加熱して接着層44を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例17のパッケージ40を製造した。
なお、実施例17のパッケージ40が備える接着層44の常温における弾性率および260℃における弾性率は、1000MPaおよび30MPaであった。
(実施例18)
前記工程−1−において、ガラス織布L2(1枚)を用い、インターポーザー形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.2Bのものを用いてインターポーザー42の厚さを70μmとし、前記工程−3−において、用意する半導体素子45の厚さを350μmのものとし、前記工程−6−において、厚さ550μmのモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例18のパッケージ40を製造した。
(実施例19)
前記工程−1−において、ガラス織布H2(3枚)を用い、インターポーザー形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.4Bのものを用いてインターポーザー42の厚さを320μmとし、前記工程−3−において、用意する半導体素子45の厚さを100μmのものとし、前記工程−6−において、厚さ240μmのモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例19のパッケージ40を製造した。
(実施例20)
前記工程−3−において、用意する半導体素子45の厚さを580μmのものとし、前記工程−6−において、厚さ950μmのモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例20のパッケージ40を製造した。
(実施例21)
前記工程−1−において、ガラス織布I2(1枚)を用い、インターポーザー形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.3Bのものを用いて厚さ110μmのインターポーザー42を形成し、前記工程−3−において、用意する半導体素子45の厚さを75μmのものとし、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.3Cのものを用い、厚さ180μmのモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例21のパッケージ40を製造した。
なお、実施例21のパッケージ40が備えるインターポーザー42の弾性率および熱膨張係数は、それぞれ、21GPaおよび15ppmであり、モールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、11ppmおよび40ppmであった。
(実施例22)
前記工程−1−において、ガラス織布G2(1枚)を用い、インターポーザー形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.3Bのものを用いてインターポーザー42を形成し、前記工程−3−において、用意する半導体素子45の面積を121mmのものとし、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.3Cのものを用いてモールド部46を形成し、前記工程−8−において、個片化してパッケージ40を得る際にインターポーザー42の面積が256mmとなるようにダイシングしたこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例22のパッケージ40を製造した。
なお、実施例22のパッケージ40が備えるインターポーザー42の弾性率および熱膨張係数は、それぞれ、21GPaおよび15ppmであり、モールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、11ppmおよび40ppmであった。
(実施例23)
前記工程−1−において、ガラス織布F2(1枚)を用い、インターポーザー形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.7Bのものを用いてインターポーザー42を形成し、前記工程−3−において、用意する半導体素子45の面積を16mmのものとし、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.8Cのものを用いてモールド部46を形成し、前記工程−8−において、個片化してパッケージ40を得る際にインターポーザー42の面積が81mmとなるようにダイシングしたこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例23のパッケージ40を製造した。
なお、実施例23のパッケージ40が備えるインターポーザー42の弾性率および熱膨張係数は、それぞれ、33GPaおよび5ppmであり、モールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、24ppmおよび80ppmであった。
(実施例24)
前記工程−1−において、ガラス織布F2(1枚)を用い、インターポーザー形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.2Bのものを用いてインターポーザー42を形成し、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.8Cのものを用いてモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例24のパッケージ40を製造した。
なお、実施例24のパッケージ40が備えるインターポーザー42の弾性率および熱膨張係数は、それぞれ、35GPaおよび4ppmであり、モールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、24ppmおよび80ppmであった。
(実施例25)
前記工程−1−において、ガラス織布H2(1枚)を用い、インターポーザー形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.8Bのものを用いてインターポーザー42を形成し、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.3Cのものを用いてモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例25のパッケージ40を製造した。
なお、実施例25のパッケージ40が備えるインターポーザー42の弾性率および熱膨張係数は、それぞれ、19GPaおよび17ppmであり、モールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、11ppmおよび40ppmであった。
(実施例26)
前記工程−1−において、ガラス織布G2(1枚)を用い、インターポーザー形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.3Bのものを用いてインターポーザー42を形成し、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.1Cのものを用いてモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例26のパッケージ40を製造した。
なお、実施例26のパッケージ40が備えるインターポーザー42の弾性率および熱膨張係数は、それぞれ、21GPaおよび15ppmであり、モールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、7ppmおよび28ppmであった。
(実施例27)
前記工程−1−において、ガラス織布F2(1枚)を用い、インターポーザー形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.3Bのものを用いてインターポーザー42を形成し、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.11Cのものを用いてモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして実施例27のパッケージ40を製造した。
なお、実施例27のパッケージ40が備えるインターポーザー42の弾性率および熱膨張係数は、それぞれ、33GPaおよび5ppmであり、モールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、32ppmおよび105ppmであった。
(比較例1)
前記工程−2−において、接着層形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.4Aのものを用いて、インターポーザー42上に供給し、前記工程−3−において、このものを加熱して接着層44を形成し、前記工程−6−において、モールド部形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.3Cのものを用いてモールド部46を形成したこと以外は、前記実施例1と同様にして比較例1のパッケージ40を製造した。
なお、比較例1のパッケージ40が備えるモールド部46の熱膨張係数α1および熱膨張係数α2は、それぞれ、11ppmおよび40ppmであり、接着層44の室温における弾性率および260℃における弾性率は、80MPaおよび1MPaであった。
(比較例2)
前記工程−2−において、接着層形成用の樹脂組成物としてサンプルNo.5Aのものを用いて、インターポーザー42上に供給し、前記工程−3−において、このものを加熱して接着層44を形成し、前記工程−3−において、用意する半導体素子45の厚さを260μmのものとしたこと以外は、前記実施例1と同様にして比較例2のパッケージ40を製造した。
なお、比較例2のパッケージ40が備える接着層44の室温における弾性率および260℃における弾性率は、1100MPaおよび35MPaであった。
2−2.評価用のパッケージにおける反りの評価
各実施例および各比較例のパッケージ40について、それぞれ、10個ずつ、反りの大きさを測定した。
パッケージ40の反りの測定は、温度可変レーザー三次元測定装置(ティーテック社製、「LS200−MT100MT50」)を用いて行った。なお、パッケージ40をバンプ41が下側になるように配置したとき、中央部を下側に縁部を上側にして反りが生じている場合、プラスの反りとし、中央部を上側に縁部を下側にして反りが生じている場合、マイナスの反りとした。そして、測定された反りの平均値を、その絶対値に基づいて、以下の基準にしたがって評価した。
<反りの評価基準>
◎◎: 0μm以上、 40μm未満
◎ : 40μm以上、 80μm未満
○ : 80μm以上、 100μm未満
△ : 100μm以上、 140μm未満
× : 140μm以上
2−3.評価用のパッケージの下段パッケージに対する実装性の評価
まず、図1に示した、インターポーザー22の縁部が露出するようにモールド部26が設けられたパッケージ(下段パッケージ)20を用意した。
次に、各実施例および各比較例のパッケージ40について、それぞれ、パッケージ20上にリフロー処理を施すことにより実装して半導体装置を形成し、この半導体装置10個について、パッケージ40のパッケージ20に対する実装性を評価した。
なお、リフロー処理の条件は、260℃、10秒の加熱を3回繰り返して行うこととした。
また、パッケージ40のパッケージ20に対する実装性を評価は、フライングチェッカー装置(HIOKI社製、「型番1116X−YC ハイテスタ」)を用いて、1パッケージあたり100箇所の導通試験を行い、以下の評価基準にしたがって評価した。
<実装性の評価基準>
◎ :すべての測定箇所(10×100=1000点)において断線箇所がなかった。
○ :断線箇所が1〜10箇所あった。
△ :断線箇所が11〜50箇所あった。
× :断線箇所が51箇所以上あった。
2−4.評価用のパッケージの下段パッケージに対する接続信頼性の評価
まず、図1に示した、インターポーザー22の縁部が露出するようにモールド部26が設けられたパッケージ(下段パッケージ)20を用意した。
次に、 各実施例および各比較例のパッケージ40について、それぞれ、パッケージ40のバンプ41がパッケージ20の電極パッドに対応するようにパッケージ20上にリフロー処理を施すことにより実装して半導体装置を形成し、この半導体装置10個について、パッケージ40のパッケージ20に対する接続信頼性を評価した。
なお、リフロー処理の条件は、260℃、10秒の加熱を3回繰り返して行うこととした。
また、パッケージ40のパッケージ20に対する接続信頼性を評価は、パッケージ40を温度サイクル試験(−55℃、30分⇔125℃、30分)500サイクル処理し、処理したパッケージをフライングチェッカー装置(HIOKI社製、「1116X−YC ハイテスタ」)を用いて、1パッケージあたり100箇所の導通試験を行い以下の評価基準にしたがって評価した。
<実装性の評価基準>
◎ :すべての測定箇所(10×100=1000点)において断線箇所がなかった。
○ :断線箇所が1〜10箇所あった。
△ :断線箇所が11〜50箇所あった。
× :断線箇所が51箇所以上あった。
以上、2−2〜2−4の各評価結果を表2に示す。
Figure 2011077199
表2から明らかなように、各実施例のパッケージ40、すなわち、常温(25℃)における弾性率が100〜1000MPaである接着層を備えるパッケージ40は、各比較例のパッケージ40と比較して、反りの大きさが小さく、100μm未満に低減されており、これに起因して、バンプ11におけるクラックの発生が効果的に抑制されていた。
また、各実施例のパッケージ40では、インターポーザー42における弾性率、熱膨張係数、厚さおよび面積、モールド部46における熱膨張係数α1、α2および厚さ、半導体素子45の面積、ならびに、モールド部46の厚さとインターポーザー42の厚さとの比が適切な値となっているものほど、パッケージ40に生じる反りの大きさがより小さくなっていることが明らかとなった。
10 パッケージ
11 バンプ
12 インターポーザー
13 配線パターン
14 接着層
15 半導体素子
16 モールド部
17 ワイヤー
20 パッケージ
21 バンプ
22 インターポーザー
23 配線パターン
24 接着層
25 半導体素子
26 モールド部
27 ワイヤー
30 半導体装置
40 パッケージ
41 バンプ
42 インターポーザー
44 接着層
45 半導体素子
46 モールド部
47 ワイヤー
510 パッケージ
511 バンプ
512 インターポーザー
513 配線パターン
514 接着層
515 半導体素子
516 モールド部
517 ワイヤー
520 パッケージ
521 バンプ
522 インターポーザー
523 配線パターン
524 接着層
525 半導体素子
526 モールド部
527 ワイヤー
530 半導体装置

Claims (16)

  1. 基板と、該基板上に設置された半導体素子と、前記基板と前記半導体素子とを接着する接着層と、前記半導体素子を前記基板ごと覆うように設けられた封止部とを有し、
    前記接着層の常温における弾性率が100〜1000MPaであることを特徴とする半導体パッケージ。
  2. 前記接着層は、260℃における弾性率が5〜30MPaである請求項1に記載の半導体パッケージ。
  3. 前記接着層は、(メタ)アクリル酸エステル共重合体と、(メタ)アクリル酸エステル共重合体と異なる熱可塑性樹脂とを含有する樹脂組成物の固化物を主材料として構成される請求項1または2に記載の半導体パッケージ。
  4. 前記基板は、常温における弾性率が21〜40GPaである請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体パッケージ。
  5. 前記基板は、その面内方向の熱膨張係数が15ppm以下である請求項1ないし4のいずれかに記載の半導体パッケージ。
  6. 前記基板は、その厚さが80〜300μmである請求項1ないし5のいずれかに記載の半導体パッケージ。
  7. 前記基板は、その面積が100〜225mmである請求項1ないし6のいずれかに記載の半導体パッケージ。
  8. 前記基板は、コア材で構成されるコア基板、ビルドアップ材で構成されるビルドアップ基板またはこれらの基板の積層体である請求項1ないし7のいずれかに記載の半導体パッケージ。
  9. 前記封止部は、その熱膨張係数α1が8〜30ppm以下である請求項1ないし8のいずれかに記載の半導体パッケージ。
  10. 前記封止部は、その熱膨張係数α2が30〜100ppm以下である請求項1ないし9のいずれかに記載の半導体パッケージ。
  11. 前記封止部は、その厚さが200〜900μmである請求項1ないし10のいずれかに記載の半導体パッケージ。
  12. 前記封止部は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、無機充填材とを含有する樹脂組成物の硬化物を主材料として構成される請求項1ないし11のいずれかに記載の半導体パッケージ。
  13. 前記基板の厚さをAとし前記封止部の厚さをBとしたとき、B/Aは、1.0〜7.0である請求項1ないし12のいずれかに記載の半導体パッケージ。
  14. 他の半導体パッケージ上に、重ねて搭載されるものである請求項1ないし13のいずれかに記載の半導体パッケージ。
  15. 前記基板の前記半導体素子と反対側の面に接合された半田バンプを有し、該半田バンプは、前記他の半導体パッケージが有する電極パッドに電気的に接続される請求項14に記載の半導体パッケージ。
  16. 請求項14または15に記載の半導体パッケージが、前記他の半導体パッケージ上に、重ねて搭載されていることを特徴とする半導体装置。
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