JP2016009814A - 半導体封止用樹脂シート及び樹脂封止型半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
具体的には、LOC(Lead on Chip)やQFP(Quad Flat Package)、より小型化、軽量化したCSP(Chip Size Package)、BGA(Ball Grid Array)等の半導体パッケージが開発されている。さらに最近では、半導体素子の回路面を配線基板側に向けて搭載する、いわゆるフェイスダウン型パッケージのフリップチップやウエハレベルCSP等も開発されてきている。
本発明に用いる(A)成分のエポキシ樹脂は、結晶性エポキシ樹脂を含むものである。結晶性エポキシ樹脂は、結晶性を有するエポキシ樹脂であれば、分子構造、分子量等に制限されることなく用いることができるが、なかでも、常温で結晶性を有するビフェニル型エポキシ樹脂が好ましい。なお、ビフェニル型エポキシ樹脂は、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂であるが、本発明におけるビフェニル骨格には、ビフェニル環のうち少なくとも一方の芳香族環を水素添加してなるものも含まれる。
ビフェニル型エポキシ樹脂の具体例としては、例えば、4,4’−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)ビフェニル、4,4’−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)−3,3’,5,5’−テトラメチルビフェニル、エピクロルヒドリンと4,4’−ビフェノール、または4,4’−(3,3’,5,5’−テトラメチル)ビフェノールのようなビフェノール化合物とを反応させて得られるエポキシ樹脂等が挙げられる。これらのなかでも、4,4’−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)−3,3’,5,5’−テトラメチルビフェニル、4,4’−(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が好ましい。ビフェニル型エポキシ樹脂は1種を単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
より具体的には、ポリエステルフィルム等の耐熱性の離型フィルム上に上記エポキシ樹脂組成物を略均一な厚さになるように供給して樹脂層を形成した後、樹脂層を加熱軟化させながらロール及び熱プレスにより圧延する。その際、樹脂層上にもポリエステルフィルム等の耐熱性フィルムを配置する。このようにして樹脂層を所望の厚さに圧延した後、冷却固化し、耐熱性フィルムを剥離し、さらに必要に応じて所望の大きさ、形状に切断する。これにより、半導体封止用樹脂シートが得られる。なお、樹脂層を軟化させる際の加熱温度は、通常、80〜150℃程度である。加熱温度が80℃未満では、溶融混合が不十分となり、150℃を超えると、硬化反応が進み過ぎて樹脂封止成形性が低下するおそれがある。
まず、コンプレッション成形用金型のキャビティー内に、半導体素子を実装した基板を、2枚の上記半導体封止用樹脂シートで挟み込んで配置し、所定の温度、所定の圧力でコンプレッション成形する。成形条件は、温度100〜190℃、圧力4〜12MPaとすることが好ましい。成形後、130〜190℃の温度で、2〜8時間程度の後硬化を行う。これにより樹脂封止型半導体装置が完成する。
表1に示す結晶性エポキシ樹脂I、フェノール樹脂I、溶融シリカI、II、高分子カチオン系分散剤I、硬化促進剤、着色剤、および離型剤を用い、表2に示す組成となるように各原料を常温で混合し、次いで、熱ロールを用いて80〜130℃で加熱混練した。冷却後、スピードミルを用いて粉砕してエポキシ樹脂組成物を調製した。
さらに、得られた半導体封止用樹脂シートを用いて半導体チップの封止を行った。すなわち、まず、半導体封止用樹脂シートから150mm×30mmのシートを切り出した。このシートをコンプレッション成形用金型内に置き、その上に半導体チップを実装した基板を重ね、さらにその上に上記シートを重ね、8.0MPaの加圧下、175℃で30分間の条件でコンプレッション成形した。その後、175℃、4時間の後硬化を行い、半導体装置を製造した。
組成を表2に示すように変えた以外は、実施例1と同様にして、エポキシ樹脂組成物を調製し、次いで、得られた組成物を用いて厚さ0.5mmの半導体封止用樹脂シートを作製し、さらに、そのシートを用いて半導体装置を製造した。
(1)スパイラルフロー
EMMI規格に準じた金型を用いて、温度175℃、圧力9.8MPaでトランスファー成形し、測定した。
(2)ゲルタイム
JIS C 2161の7.5.1に規定されるゲル化時間A法に準じて、約1gのエポキシ樹脂組成物を175℃の熱盤上に塗布し、かき混ぜ棒にてかき混ぜ、ゲル状になりかき混ぜられなくなるまでの時間を測定した。
(3)高化式フロー粘度
流動特性評価装置((株)島津製作所製 製品名 フローテスターCFT−500型)により、温度175℃、荷重10kg(剪断応力1.23×105Paの環境下)における溶融粘度を測定した。
(4)ガラス転移点Tg
175℃で3分間加熱し硬化させて得た硬化物からスティック状のサンプルを作製し、熱分析装置(TMA)(セイコーインスツル(株)製 製品名 TMA SS−150)により、昇温速度10℃/分の条件で昇温してTMAチャートを測定し、2接線の交点から求めた。
(5)曲げ強さ・曲げ弾性率
(4)と同様にして作製したサンプルについて、JIS K 6911に準拠して、温度25℃にて測定した。
(6)吸水率
12MPaの加圧下、175℃で2分間の条件でコンプレッション成形し、次いで、175℃、8時間の後硬化を行って直径50mm、厚さ3mmの円板状の硬化物を得、これを127℃、0.25MPaの飽和水蒸気中に24時間放置し、増加した重量を求め、次式より算出した。
吸水率=増加した重量/硬化物の初期重量
(1)フレキシブル性
幅10mm、長さ50mm、厚さ0.5mmの半導体封止用樹脂シートを切り出し、一端から15mmの部分をクランプして、架台上、高さ18mmにセットし、自重でシートの一端が架台上面に接触するまでの時間を測定した(初期)。
また、これとは別に幅10mm、長さ50mm、厚さ0.5mmの半導体封止用樹脂シートを切り出し、25℃で168時間放置した後、同様に、一端から15mmの部分をクランプして、架台上、高さ18mmにセットし、自重でシートの一端が架台上面に接触するまでの時間を測定した。
(1)耐リフロー性(MSL試験)
半導体装置に対し、85℃、85%RHにて72時間吸湿処理した後、240℃の赤外線リフロー炉中で90秒間加熱する試験(MSL試験)を行い、不良(剥離およびクラック)の発生率を調べた(試料数=20)。
(2)耐湿信頼性(プレッシャクッカー試験:PCT)
プレッシャクッカー内で、127℃、0.25MPaの条件下、72時間吸水させた後、240℃、90秒間のベーパーリフローを行い、不良(オープン不良)の発生率を調べた(試料数=20)。
(3)高温放置信頼性(高度加速寿命試験:HAST)
180℃の恒温槽中に1000時間放置し、不良(オープン不良)の発生率を調べた(試料数=20)。
またそのような半導体封止用樹脂シートを用いて製造された半導体装置は、MSL試験、プレッシャクッカー試験、高度加速寿命試験のいずれの試験においても良好な結果が得られており、樹脂封止型半導体装置として高い信頼性を有するものであることが確認された。
Claims (7)
- (A)結晶性エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂、(B)フェノール樹脂硬化剤、(C)硬化促進剤、(D)無機充填剤、及び(E)高分子カチオン系分散剤を必須成分とするエポキシ樹脂組成物をシート状に成形してなることを特徴とする半導体封止用樹脂シート。
- (A)結晶性エポキシ樹脂が、ビフェニル型エポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体封止用樹脂シート。
- (E)高分子カチオン系分散剤が、ポリアミン系分散剤及び/またはポリカルボン酸系分散剤を含むことを特徴とする請求項1または2記載の半導体封止用樹脂シート。
- (D)無機充填剤が、シリカ粉末を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の半導体封止用樹脂シート。
- (D)無機充填剤の含有量が、組成物全体の70〜92質量%であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の半導体封止用樹脂シート。
- (E)高分子カチオン系分散剤の含有量が、組成物全体の0.05〜5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項記載の半導体封止用樹脂シート。
- 請求項1乃至6のいずれか1項記載の半導体封止用樹脂シートを用いてコンプレッション成形により半導体素子を封止してなることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
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