JP2011079973A - 封止用液状樹脂組成物の製造方法と調整方法及びこれを用いた半導体装置と半導体素子の封止方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(A)液状エポキシ樹脂、(B)硬化剤、及び(C)無機充填剤を含有する封止用液状樹脂組成物の製造方法であって、2種類以上の封止用液状樹脂組成物を混合して製造されるものであり、該封止用液状樹脂組成物は、それぞれ(A)液状エポキシ樹脂、(B)硬化剤及び(C)無機充填剤を含有し、かつ(C)無機充填剤において全無機充填剤量の70重量%以上を占める主な無機充填剤の種類が、それぞれの該封止用液状樹脂組成物の間で異なることを特徴とする封止用液状樹脂組成物の製造方法。
【選択図】図1
Description
(1)(A)液状エポキシ樹脂、(B)硬化剤、及び(C)無機充填剤を含有する封止用液状樹脂組成物の製造方法であって、2種類以上の封止用液状樹脂組成物を混合して製造されるものであり、該封止用液状樹脂組成物は、それぞれ(A)液状エポキシ樹脂、(B)硬化剤及び(C)無機充填剤を含有し、かつ(C)無機充填剤において全無機充填剤量の70重量%以上を占める主な無機充填剤の種類が、それぞれの該封止用液状樹脂組成物の間で異なることを特徴とする封止用液状樹脂組成物の製造方法に関するものである。
(2)2種類の封止用液状樹脂組成物を混合して製造されるものであって、一方の(C)主な無機充填剤が(C1)アルミナ、窒化アルミニウム及び窒化ケイ素、から選ばれるいずれかひとつの無機充填剤であり、もう一方の(C)主な無機充填剤が(C2)シリカであることを特徴とする前記(1)に記載の封止用液状樹脂組成物の製造方法に関する。
(3)2種類以上の封止用液状樹脂組成物の(C)無機充填剤以外の全ての成分が同一であることを特徴とする前記(1)または(2)に記載の封止用液状樹脂組成物の製造方法に関する。
(4)2種類以上の封止用液状樹脂組成物に含有する(C)無機充填剤の配合量がそれぞれの封止用液状樹脂組成物全体に対して45〜75体積%配合され、かつそれぞれの封止用液状樹脂組成物の(C)無機充填剤の配合量の違いが5体積%以内であることを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれかに記載の封止用液状樹脂組成物の製造方法に関する。
(5)封止用液状樹脂組成物により半導体素子を封止した半導体装置の製造方法であって、前記(1)〜(4)のいずれかに記載の製造方法で製造した封止用液状樹脂組成物で半導体素子を封止することを特徴とする半導体装置の製造方法に関する。
(6)封止用液状樹脂組成物の調整方法であって、(A)液状エポキシ樹脂、(B)硬化剤及び(C)無機充填剤を含有し、かつ(C)無機充填剤において全無機充填剤量の70重量%以上を占める主な無機充填剤の種類がそれぞれ異なる2種類以上の封止用液状樹脂組成物の混合割合を調整して混合することで2種類以上の(C)無機充填剤の配合比率を変化させ、硬化後の物性を調整することを特徴とする封止用液状樹脂組成物の調整方法に関する。
(7)2種類の封止用液状樹脂組成物を混合させるものであって、一方の(C)主な無機充填剤が(C1)アルミナ、窒化アルミニウム及び窒化ケイ素、から選ばれるいずれかひとつの無機充填剤であり、もう一方の(C)主な無機充填剤が(C2)シリカであることを特徴とする前記(6)に記載の封止用液状樹脂組成物の調整方法に関する。
(8)2種類以上の封止用液状樹脂組成物の(C)無機充填剤以外の全ての成分が同一であることを特徴とする前記(6)または(7)に記載の封止用液状樹脂組成物の調整方法に関する。
(9)2種類以上の封止用液状樹脂組成物に含有する(C)無機充填剤の配合量がそれぞれのエポキシ樹脂組成物全体に対して45〜75体積%配合され、かつそれぞれのエポキシ樹脂組成物の(C)無機充填剤の配合量の違いが5体積%以内であることを特徴とする前記(6)〜(8)のいずれかに記載の封止用液状樹脂組成物の調整方法に関する。
(10)封止用液状樹脂組成物による半導体素子の封止方法であって、(A)液状エポキシ樹脂、(B)硬化剤及び(C)無機充填剤を含有し、かつ(C)無機充填剤において全無機充填剤量の70重量%以上を占める主な無機充填剤の種類がそれぞれ異なる2種類以上の封止用液状樹脂組成物を用いて、硬化後の物性に応じた配合割合で調整して混合する操作を、前記の2種類以上の封止用液状樹脂組成物の混合物を半導体素子に吐出する工程内で同時に行うことによって、前記の半導体素子を封止することを特徴とする封止用液状樹脂組成物による半導体素子の封止方法に関する。
(11)2種類の封止用液状樹脂組成物を混合させるものであって、一方の(C)主な無機充填剤が(C1)アルミナ、窒化アルミニウム及び窒化ケイ素、から選ばれるいずれかひとつの無機充填剤であり、もう一方の(C)主な無機充填剤が(C2)シリカであることを特徴とする前記(10)に記載の封止用液状樹脂組成物による半導体素子の封止方法に関する。
(12)2種類以上の封止用液状樹脂組成物の(C)無機充填剤以外の全ての成分が同一であることを特徴とする前記(10)または(11)に記載の封止用液状樹脂組成物による半導体素子の封止方法に関する。
(13)2種類以上の封止用液状樹脂組成物に含有する(C)無機充填剤の配合量がそれぞれのエポキシ樹脂組成物全体に対して45〜75体積%配合され、かつそれぞれのエポキシ樹脂組成物の(C)無機充填剤の配合量の違いが5体積%以内であることを特徴とする前記(10)〜(12)のいずれかに記載の封止用液状樹脂組成物による半導体素子の封止方法に関する。
Mg1−XAlX(OH)2(CO3)X/2・mH2O (I)
(0<X≦0.5、mは正の数。)
BiOx(OH)y(NO3)z (II)
9≦x≦1.1、 0.6≦y≦0.8、 0.2≦z≦0.4)
(A)液状エポキシ樹脂としてビスフェノールF型エポキシ樹脂(東都化成株式会社製、商品名YDF8170C)、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三井化学株式会社製、商品名R140P)及びグリシジルアミン型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名E630)を使用した。
(B)硬化剤として酸無水物(ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名YH307)を使用した。
(C)無機充填剤として、平均粒径0.6μmの球状シリカ1、平均粒径25μmの球状シリカ2、平均粒径9μmの球状アルミナ、平均粒径3〜10μmで球状に近い窒化アルミニウム、及び平均粒径5μmの窒化ケイ素粉末を使用した。
硬化促進剤としてマイクロカプセル型潜在性硬化促進剤(旭化成ケミカルズ株式会社製、商品名ノバキュアHX-3941HP)、超微粉シリカとしてアエロジル(日本アエロジル株式会社製商品名)、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(信越化学工業株式会社製、商品名KBM403)、着色剤としてカーボンブラック、イオントラップ剤としてIXE500(東亞合成株式会社製商品名)を使用した。
参考例1、2(樹脂組成物1、2)の封止用液状樹脂組成物を表3に示す配合比(質量比)で採取し、らい潰機にて混練分散した後、真空脱泡して封止用液状樹脂組成物を作製した。実施例1〜3は、放熱性の無機充填剤として、アルミナを含有する封止用液状樹脂組成物である。
参考例1、3(樹脂組成物1、3)の封止用液状樹脂組成物を表4に示す配合比(質量比)で採取し、らい潰機にて混練分散した後、真空脱泡して封止用液状樹脂組成物を作製した。実施例4〜6は、放熱性の無機充填剤として、窒化アルミニウムを含有する封止用液状樹脂組成物である。
参考例4、5(樹脂組成物4、5)の封止用液状樹脂組成物を表5に示す配合比(質量比)で採取し、らい潰機にて混練分散した後、真空脱泡して封止用液状樹脂組成物を作製した。実施例7〜9は、放熱性の無機充填剤として、窒化ケイ素を含有する封止用液状樹脂組成物である。
比較例1〜3(樹脂組成物6〜8)は、無機充填剤としてシリカとアルミナを液状樹脂と共に混合して作製した1液型の封止用樹脂組成物である。比較例4、5は、樹脂組成物6と8又は樹脂組成物7と8のそれぞれの封止用液状樹脂組成物を、表5に示すように、5/5で混合して作製した封止用樹脂組成物である。
半導体装置は、ペルチェ方式温調ユニット(武蔵エンジニアリング製)を取り付けたスクリュー式ディスペンサー(武蔵エンジニアリング製)を用いて、25℃にて28mm3の封止用液状樹脂組成物を半導体素子上に吐出し、液状樹脂封止装置(アピックヤマダ製マニュアルプレス)を用いて165℃で100秒間、加圧成型を行った後、165℃で2時間の後硬化を行った。
封止用液状樹脂組成物で半導体素子を封止した半導体装置を、シャドウモアレ測定装置(Thermoire:Akrometrix製)を用いて、基板側の14mm×14mmの平面上をJEITA ED-7306に従って測定し、最大と最小との差(Coplanarity)を反り量とした。反りの符号は、封止面を上、基板面を下とした場合、半導体装置が凸に反っている状態を正、凹に反っている状態を負とした。
封止用液状樹脂組成物を厚さ1mmのシート状に成形し、このシートを4mm×25mmの短冊状に切り取ったものを試験片とし、熱膨張係数測定装置(株式会社レオロジ製)を用いて昇温速度10℃/min、測定温度−50〜300℃で動的粘弾性特性を測定し、所定温度での熱膨張係数を読取った。
熱伝導率λは、熱拡散率α、密度ρおよび比熱Cpを下記方法により求め、その積として次式で算出した。
λ=αρCp
λ:熱伝導率(W/m・K)
α:熱拡散率(m2/sec)
ρ:密度(kg/m3)
Cp:比熱(J/kg・K)
熱拡散率αは熱拡散率測定装置LFA447 Nanoflash(ネッチゲレイテバウ製)を用いレーザーフラッシュ法にて、密度ρは電子比重計ED−120T(ミラージュ貿易社製)を用いて、また比熱Cpについては示差走査熱量計Pyris1 DSC(パーキンエルマー社製)を用い、昇温速度10℃/分の条件で、板状に硬化した封止用液状樹脂組成物を適時加工して測定した。熱伝導率の評価については、熱伝導率が0.7W/m・K以上を満たすものに○、満たさないものに×を表示した。
各種の封止用液状樹脂組成物を用いて、前記のスクリュー式ディスペンサーによる吐出を連続的に100回行い、吐出量の変化を調べた。100回の連続吐出時に、吐出量の基準値よりも絶対値で5%以上のバラツキが発生した封止回数が0回のもの(全く発生しなかったもの)を○、1回でも発生したものを×で表示した。同時に、吐出した後における各種の封止用液状樹脂組成物の形状を目視観察して、100回の連続吐出試験において1回でも、目視で観察できるようなボイドの発生又は無機充填剤の偏析によるダマが観測された場合は、前記の吐出量のバラツキの有無にかかわらず、吐出後の材料が均一でないものとして×を表示した。更に同時に、硬化後の液状エポキシ樹脂について材料の均一性を評価するために、各種の封止用液状樹脂組成物を用いて、前記のスクリュー式ディスペンサーで続けて3回吐出された封止用液状樹脂組成物のそれぞれについて硬化後の熱膨張係数を測定し、測定されたそれぞれの熱膨張係数が、3回平均値の±1ppm/℃以内であったものを○、3回平均値から±1ppm/℃よりも大きく熱膨張係数が算出されたものを×と表示した。
樹脂組成物1〜5において2種類の液状樹脂組成物を用いて、前記の温調ユニットを備えたスクリュー式ディスペンサーを2液型に改良したものによって、表3〜表5の実施例1〜9に記載のものと同じ配合比で混合すると同時に吐出して、半導体素子の封止を行い、実施例1〜9と同じ構成の半導体装置を作製した。なお、本発明では、前記の2液型に改良されたスクリュー式ディスペンサーにおいて、混合を行う領域の前半部分には減圧装置を接続することによって、混合時のボイド発生を抑制する方法を採用することができる。作製した半導体装置は、反り変形量、熱伝導性及び材料均一性が表3〜表5に記載のものと同じ特性を有することが確認された。以上のように、この方法を採用することによって、新しい構造のパッケージを提案する度に、新規に封止用液状樹脂組成物を準備する必要がなく、それぞれ物性の異なる1液型の封止用液状樹脂組成物を所望の特性に応じて任意の分量で2種類以上混合して製造することができる。
Claims (13)
- (A)液状エポキシ樹脂、(B)硬化剤、及び(C)無機充填剤を含有する封止用液状樹脂組成物の製造方法であって、2種類以上の封止用液状樹脂組成物を混合して製造されるものであり、該封止用液状樹脂組成物は、それぞれ(A)液状エポキシ樹脂、(B)硬化剤及び(C)無機充填剤を含有し、かつ(C)無機充填剤において全無機充填剤量の70重量%以上を占める主な無機充填剤の種類が、それぞれの該封止用液状樹脂組成物の間で異なることを特徴とする封止用液状樹脂組成物の製造方法。
- 2種類の封止用液状樹脂組成物を混合して製造されるものであって、一方の(C)主な無機充填剤が(C1)アルミナ、窒化アルミニウム及び窒化ケイ素、から選ばれるいずれか一つの無機充填剤であり、もう一方の(C)主な無機充填剤が(C2)シリカであることを特徴とする請求項1記載の封止用液状樹脂組成物の製造方法。
- 2種類以上の封止用液状樹脂組成物の(C)無機充填剤以外の全ての成分が同一であることを特徴とする請求項1または2に記載の封止用液状樹脂組成物の製造方法。
- 2種類以上の封止用液状樹脂組成物に含有する(C)無機充填剤の配合量がそれぞれの封止用液状樹脂組成物全体に対して45〜75体積%配合され、かつそれぞれの封止用液状樹脂組成物の(C)無機充填剤の配合量の違いが5体積%以内であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の封止用液状樹脂組成物の製造方法。
- 封止用液状樹脂組成物により半導体素子を封止した半導体装置の製造方法であって、請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法で製造した封止用液状樹脂組成物で半導体素子を封止することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 封止用液状樹脂組成物の調整方法であって、
(A)液状エポキシ樹脂、(B)硬化剤及び(C)無機充填剤を含有し、かつ(C)無機充填剤において全無機充填剤量の70重量%以上を占める主な無機充填剤の種類がそれぞれ異なる2種類以上の封止用液状樹脂組成物の混合割合を調整して混合することで2種類以上の(C)無機充填剤の配合比率を変化させ、硬化後の物性を調整することを特徴とする封止用液状樹脂組成物の調整方法。 - 2種類の封止用液状樹脂組成物を混合させるものであって、一方の(C)主な無機充填剤が(C1)アルミナ、窒化アルミニウム及び窒化ケイ素、から選ばれるいずれかひとつの無機充填剤であり、もう一方の(C)主な無機充填剤が(C2)シリカであることを特徴とする請求項6に記載の封止用液状樹脂組成物の調整方法。
- 2種類以上の封止用液状樹脂組成物の(C)無機充填剤以外の全ての成分が同一であることを特徴とする請求項6または7に記載の封止用液状樹脂組成物の調整方法。
- 2種類以上の封止用液状樹脂組成物に含有する(C)無機充填剤の配合量がそれぞれのエポキシ樹脂組成物全体に対して45〜75体積%配合され、かつそれぞれのエポキシ樹脂組成物の(C)無機充填剤の配合量の違いが5体積%以内であることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の封止用液状樹脂組成物の調整方法。
- 封止用液状樹脂組成物による半導体素子の封止方法であって、
(A)液状エポキシ樹脂、(B)硬化剤及び(C)無機充填剤を含有し、かつ(C)無機充填剤において全無機充填剤量の70重量%以上を占める主な無機充填剤の種類がそれぞれ異なる2種類以上の封止用液状樹脂組成物を用いて、硬化後の物性に応じた配合割合で調整して混合する操作を、前記の2種類以上の封止用液状樹脂組成物の混合物を半導体素子に吐出する工程内で同時に行うことによって、前記の半導体素子を封止することを特徴とする封止用液状樹脂組成物による半導体素子の封止方法。 - 2種類の封止用液状樹脂組成物を混合させるものであって、一方の(C)主な無機充填剤が(C1)アルミナ、窒化アルミニウム及び窒化ケイ素、から選ばれるいずれかひとつの無機充填剤であり、もう一方の(C)主な無機充填剤が(C2)シリカであることを特徴とする請求項10記載の封止用液状樹脂組成物による半導体素子の封止方法。
- 2種類以上の封止用液状樹脂組成物の(C)無機充填剤以外の全ての成分が同一であることを特徴とする請求項10または11に記載の封止用液状樹脂組成物による半導体素子の封止方法。
- 2種類以上の封止用液状樹脂組成物に含有する(C)無機充填剤の配合量がそれぞれのエポキシ樹脂組成物全体に対して45〜75体積%配合され、かつそれぞれのエポキシ樹脂組成物の(C)無機充填剤の配合量の違いが5体積%以内であることを特徴とする請求項10〜12のいずれかに記載の封止用液状樹脂組成物による半導体素子の封止方法。
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