JP2016136567A - 封止用シート - Google Patents

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浩介 盛田
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豪士 志賀
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Abstract

【課題】 半導体チップが封止用シートに埋め込まれた封止体を形成する際に、半導体チップを好適に封止することが可能な封止用シートを提供すること。
【解決手段】 下記ステップA〜ステップDの手順により算出される比B/Aが0.7以上1以下を満たす封止用シート。縦20cm、横20cm、厚さ400μmのサイズのサンプルを準備するステップA、準備したサンプルに厚さ300μmになるまで面に垂直な方向に圧力を加えるステップB、ステップBで加えた圧力を開放するステップC、及び、サンプルの中央部をX、サンプルの圧力を加える前の一辺から中央部Xに向かって2cm移動した箇所をYとしたとき、ステップCの後のXの厚さAとステップCの後のYの厚さBとの比B/Aを算出するステップD。
【選択図】 図1

Description

本発明は、封止用シートに関する。
従来、基板などに固定された1又は複数の半導体チップ上に封止用シートを配置し、その後、加熱下で加圧することにより半導体チップを封止用シートに埋め込む半導体装置の製造方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2006−19714号公報
上述した半導体装置の製造方法では、封止用シートが流動することにより半導体チップが封止用シートに埋め込まれる。しかしながら、封止用シートの面に垂直な方向にのみ圧力が加わる平板プレスを採用する場合、封止用シートを構成する樹脂が面方向に流動し、外周付近の厚さが中央部と比較して薄くなる。そのため、半導体チップが好適に封止されない場合がある。特に、複数の半導体チップを1の封止用シートで一括封止する場合、封止用シートの外周付近に配置された半導体チップが好適に封止されないおそれがある。
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体チップが封止用シートに埋め込まれた封止体を形成する際に、半導体チップを好適に封止することが可能な封止用シートを提供することにある。
本願発明者等は、下記の構成を採用することにより、前記の課題を解決できることを見出して本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明に係る封止用シートは、
下記ステップA〜ステップDの手順により算出される比B/Aが0.7以上1以下を満たすことを特徴とする。
縦20cm、横20cm、厚さ400μmのサイズのサンプルを準備するステップA、
前記ステップAで準備した前記サンプルに厚さ300μmになるまで面に垂直な方向に圧力を加えるステップB、
前記ステップBで加えた圧力を開放するステップC、及び、
前記サンプルの中央部をX、前記サンプルの圧力を加える前の一辺から中央部Xに向かって2cm移動した箇所をYとしたとき、前記ステップCの後の前記Xの厚さAと前記ステップCの後の前記Yの厚さBとの比B/Aを算出するステップD。
本発明に係る封止用シートによれば、前記比B/Aが0.7以上である。従って、当該封止用シートを用いて、平板プレスにより半導体チップが封止用シートに埋め込まれた封止体を形成すれば、封止用シートの外周付近においても、樹脂の厚さは充分にあるため、好適に半導体チップを封止することができる。
前記構成においては、前記ステップBの状態における前記Xの厚さA1と、前記ステップCの後の前記Xの前記厚さAとの比A/A1が、1.2以下であることが好ましい。
前記比A/A1が、1.2以下であると、圧力を開放した後の厚みの弾性回復量が抑制されている。その結果、封止用シートの中央部付近と、外周部付近との厚さの差を少なくすることができる。その結果、封止用シートの外周付近においても、より好適に半導体チップを封止することができる。
前記構成においては、前記ステップBの状態における前記Xの厚さA1と、前記ステップCの後の前記Yの前記厚さBとの比B/A1が、0.7以上であることが好ましい。
前記比B/A1が、0.7以上であると、平板プレスでの圧力により面方向外側に流れる樹脂(封止用シートを構成する樹脂)の量が抑制されているといえる。従って、封止用シートの外周付近においても、さらに好適に半導体チップを封止することができる。
前記構成においては、前記ステップCの後において、前記Yから前記サンプルの外周までの幅が2.5cm以下であることが好ましい。
前記ステップCの後において、前記Yから前記サンプルの外周までの幅が2.5cm以下であると、平板プレスでの圧力により面方向外側に流れる樹脂(封止用シートを構成する樹脂)の量がより抑制されているといえる。
本発明によれば、半導体チップが封止用シートに埋め込まれた封止体を形成する際に、半導体チップを好適に封止することが可能な封止用シートを提供することができる。
本実施形態に係る封止用シートの断面模式図である。 比B/Aの算出方法を説明するための図である。 比B/Aの算出方法を説明するための図である。 比B/Aの算出方法を説明するための図である。 本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。 本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。
(封止用シート)
図1は、本実施形態に係る封止用シートの断面模式図である。本実施形態に係る封止用シート40は、1層で構成される。ただし、本発明において、封止用シートは、下記比B/Aが0.7以上1以下を満たす限り、この例に限定されず、2層以上で構成されてもよい。また、封止用シート40は、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムなどの剥離ライナー41上に積層されている。ただし、本発明において、封止用シートは、剥離ライナー等に積層されず、単独であってもよい。
封止用シート40は、下記ステップA〜ステップDの手順により算出される比B/Aが0.7以上1以下を満たす。前記比B/Aは、0.8以上が好ましく、0.85以上がより好ましい。
縦20cm、横20cm、厚さ400μmのサイズのサンプルを準備するステップA、
前記ステップAで準備した前記サンプルに厚さ300μmになるまで面に垂直な方向に圧力を加えるステップB、
前記ステップBで加えた圧力を開放するステップC、及び、
前記サンプルの中央部をX、前記サンプルの圧力を加える前の一辺から中央部Xに向かって2cm移動した箇所をYとしたとき、前記ステップCの後の前記Xの厚さAと前記ステップCの後の前記Yの厚さBとの比B/Aを算出するステップD。
以下、前記比B/Aの算出方法について説明する。
図2〜図4は、比B/Aの算出方法を説明するための図である。具体的に、図2(a)は、比B/Aを算出するために使用されるサンプルの平面図であり、図2(b)は、その正面図である。図3は、下側平板と上側平板とによりサンプルに圧力を加えている様子を示す正面図である。図4は、下側平板と上側平板とによりサンプルに加えた圧力を開放した様子を示す正面図である。
(ステップA)
ステップAでは、図2(a)及び図2(b)に示すように、縦20cm、横20cm、厚さ400μmのサイズのサンプル100を準備する。サンプル100は、封止用シート40と同一の材料を用いて、縦20cm、横20cm、厚さ400μmのサイズにしたものである。サンプル100は、例えば、まず、縦20cm以上、横20cm以上、厚さ400μmの封止用シート40を作成し、その後、縦20cm、横20cm、厚さ400μmのサイズに切り出すことにより作成することができる。なお、封止用シート40自体が縦20cm、横20cm、厚さ400μmのサイズである必要はない。
(ステップB)
ステップBでは、前記ステップAで準備したサンプル100に厚さ300μmになるまでサンプル100の面に垂直な方向に圧力を加える。このステップでは、図3に示すように、下側平板112と上側平板110とにより面に垂直な方向にのみ圧力を加える。この際、下側平板112と上側平板110とは、温度90℃に設定する。この温度は、被封止体としての半導体チップを封止用シート40に埋め込む際の温度を想定している。また、加重は200kNに設定する。例えば、下側平板112と上側平板110との間に、厚さ300μmのスペーサを配置することにより、サンプル100に厚さ300μmになるまで面に垂直な方向に圧力を加えることができる。
(ステップC)
ステップCでは、図4に示すように、下側平板112と上側平板110とを互いに離れる方向に移動させ、前記ステップBで加えた圧力を開放する。
(ステップD)
図2(a)及び図4に示すように、サンプル100の中央部をX、サンプル100の圧力を加える前の一辺から中央部Xに向かって2cm移動した箇所をYとする。サンプル100の中央部Xとは、平面視(図2(a)参照)での対角線の交わる位置をいう。
ステップDでは、前記ステップCの後の前記Xの厚さAと前記ステップCの後の前記Yの厚さBとを測定する。その後、比B/Aを算出する。
以上、比B/Aの算出方法について説明した。
封止用シート40は、上述の通り、ステップA〜ステップDの手順により算出される前記比B/Aが0.7以上である。従って、当該封止用シート40を用いて、平板プレスにより半導体チップが封止用シートに埋め込まれた封止体を形成すれば、封止用シート40の外周付近においても、樹脂の厚さは充分にあるため、好適に半導体チップを封止することができる。
封止用シート40は、前記ステップBの状態における前記Xの厚さA1と、前記ステップCの後の前記Xの前記厚さAとの比A/A1が、1.2以下であることが好ましく、1.1以下であることがより好ましい。なお、厚さA1は、300μmである。また、前記比A/A1は、通常、1以上である。
前記比A/A1が、1.2以下であると、圧力を開放した後の厚みの弾性回復量が抑制されている。その結果、封止用シート40の中央部付近と、外周部付近との厚さの差を少なくすることができる。その結果、封止用シート40の外周付近においても、より好適に半導体チップを封止することができる。
封止用シート40は、前記ステップBの状態における前記Xの厚さA1と、前記ステップCの後の前記Yの前記厚さBとの比B/A1が、0.7以上であることが好ましく、0.73以上であることがより好ましい。また、前記比B/A1は、通常、1以下である。
前記比B/A1が、0.7以上であると、平板プレスでの圧力により面方向外側に流れる樹脂(封止用シートを構成する樹脂)の量が抑制されているといえる。従って、封止用シート40の外周付近においても、さらに好適に半導体チップを封止することができる。
封止用シート40は、前記ステップCの後において、前記Yから前記サンプルの外周までの幅Z(図4参照)が2.5cm以下であることが好ましく、1.5cm以下であることがより好ましい。
前記ステップCの後において、前記Yからサンプル100の外周までの幅が2.5cm以下であると、平板プレスでの圧力により面方向外側に流れる樹脂(封止用シートを構成する樹脂)の量がより抑制されているといえる。
封止用シート40は、90℃での粘度が3500Pa・s〜5Pa・sの範囲内にあることが好ましく、2500〜20Pa・sの範囲内であることがより好ましく、2000〜35Pa・sの範囲内であることがさらに好ましい。封止用シート40の前記粘度が前記数値範囲内にあると、前記比B/Aを0.7以上1以下とし易い。
封止用シート40の90℃での粘度は、例えば、熱可塑性樹脂の種類や、無機充填剤フィラーの含有量等によりコントロールすることができる。
封止用シート40の構成材料は、エポキシ樹脂、及び、硬化剤としてのフェノール樹脂を含むことが好ましい。これにより、良好な熱硬化性が得られる。
前記エポキシ樹脂としては、特に限定されるものではない。例えば、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、変性ビスフェノールA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、変性ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂などの各種のエポキシ樹脂を用いることができる。これらエポキシ樹脂は単独で用いてもよいし2種以上併用してもよい。
エポキシ樹脂の硬化後の靭性及びエポキシ樹脂の反応性を確保する観点からは、エポキシ当量150〜250、軟化点もしくは融点が50〜130℃の常温で固形のものが好ましく、なかでも、信頼性の観点から、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂がより好ましい。
前記フェノール樹脂は、エポキシ樹脂との間で硬化反応を生起するものであれば特に限定されるものではない。例えば、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、クレゾールノボラック樹脂、レゾール樹脂などが用いられる。これらフェノール樹脂は単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
前記フェノール樹脂としては、エポキシ樹脂との反応性の観点から、水酸基当量が70〜250、軟化点が50〜110℃のものを用いることが好ましく、なかでも硬化反応性が高いという観点から、フェノールノボラック樹脂を好適に用いることができる。また、信頼性の観点から、フェノールアラルキル樹脂やビフェニルアラルキル樹脂のような低吸湿性のものも好適に用いることができる。
エポキシ樹脂とフェノール樹脂の配合割合は、硬化反応性という観点から、エポキシ樹脂中のエポキシ基1当量に対して、フェノール樹脂中の水酸基の合計が0.7〜1.5当量となるように配合することが好ましく、より好ましくは0.9〜1.2当量である。
封止用シート40中のエポキシ樹脂及びフェノール樹脂の合計含有量は、2.5重量%以上が好ましく、3.0重量%以上がより好ましい。2.5重量%以上であると、半導体チップ53に対する接着力が良好に得られる。封止用シート40中のエポキシ樹脂及びフェノール樹脂の合計含有量は、20重量%以下が好ましく、10重量%以下がより好ましい。20重量%以下であると、吸湿性を低減できる。
封止用シート40は、熱可塑性樹脂を含んでもよい。これにより、未硬化時のハンドリング性や、硬化物の低応力性が得られる。
前記熱可塑性樹脂としては、天然ゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、ポリブタジエン樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、6−ナイロンや6,6−ナイロンなどのポリアミド樹脂、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂、PETやPBTなどの飽和ポリエステル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂、スチレン−イソブチレン−スチレンブロック共重合体などが挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は単独で、又は2種以上を併用して用いることができる。なかでも、低応力性、低吸水性という観点から、スチレン−イソブチレン−スチレンブロック共重合体が好ましい。
封止用シート40中の熱可塑性樹脂の含有量は、1.5重量%以上、2.0重量%以上とすることができる。1.5重量%以上であると、柔軟性、可撓性が得られる。封止用シート40中の熱可塑性樹脂の含有量は、6重量%以下が好ましく、4重量%以下がより好ましい。4重量%以下であると、半導体チップ53との接着性が良好である。
封止用シート40は、無機充填剤を含むことが好ましい。
前記無機充填剤は、特に限定されるものではなく、従来公知の各種充填剤を用いることができ、例えば、石英ガラス、タルク、シリカ(溶融シリカや結晶性シリカなど)、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素の粉末が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。なかでも、線膨張係数を良好に低減できるという理由から、シリカ、アルミナが好ましく、シリカがより好ましい。
シリカとしては、シリカ粉末が好ましく、溶融シリカ粉末がより好ましい。溶融シリカ粉末としては、球状溶融シリカ粉末、破砕溶融シリカ粉末が挙げられるが、流動性という観点から、球状溶融シリカ粉末が好ましい。なかでも、平均粒径が1〜30μmの範囲のものが好ましく、3〜25μmの範囲のものがより好ましい。
なお、平均粒径は、例えば、母集団から任意に抽出される試料を用い、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置を用いて測定することにより導き出すことができる。
封止用シート40中の前記無機充填剤の含有量は、封止用シート40全体に対して、75〜95重量%であることが好ましく、より好ましくは、78〜95重量%である。前記無機充填剤の含有量が封止用シート40全体に対して75重量%以上であると、熱膨張率を低く抑えられることにより,熱衝撃よる機械的な破壊を抑制することができる。一方、前記無機充填剤の含有量が封止用シート40全体に対して95重量%以下であると、柔軟性、流動性、接着性がより良好となる。
封止用シート40は、硬化促進剤を含むことが好ましい。
硬化促進剤としては、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の硬化を進行させるものであれば特に限定されず、例えば、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレートなどの有機リン系化合物;2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾールなどのイミダゾール系化合物;などが挙げられる。なかでも、混練時の温度上昇によっても硬化反応が急激に進まず、封止用シート40を良好に作製できるという理由から、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾールが好ましい。
硬化促進剤の含有量は、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂の合計100重量部に対して0.1〜5重量部が好ましい。
封止用シート40は、難燃剤成分を含んでいてもよい。これにより、部品ショートや発熱などにより発火した際の、燃焼拡大を低減できる。難燃剤組成分としては、例えば水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化鉄、水酸化カルシウム、水酸化スズ、複合化金属水酸化物などの各種金属水酸化物;ホスファゼン系難燃剤などを用いることができる。
封止用シート40は、シランカップリング剤を含むことが好ましい。シランカップリング剤としては特に限定されず、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。
封止用シート40中のシランカップリング剤の含有量は、0.1〜3重量%が好ましい。0.1重量%以上であると、硬化物の強度が十分得られ吸水率を低くできる。3重量%以下であると、アウトガス量を低くできる。
封止用シート40は、着色されていることが好ましい。これにより、優れたマーキング性及び外観性を発揮させることができ、付加価値のある外観の半導体装置とすることが可能になる。着色された封止用シート40は、優れたマーキング性を有しているので、マーキングを施し、文字情報や図形情報などの各種情報を付与させることができる。特に、着色の色をコントロールすることにより、マーキングにより付与された情報(文字情報、図形情報など)を、優れた視認性で視認することが可能になる。更に、封止用シート40は、製品別に色分けすることも可能である。封止用シート40を有色にする場合(無色・透明ではない場合)、着色により呈している色としては特に制限されないが、例えば、黒色、青色、赤色などの濃色であることが好ましく、特に黒色であることが好適である。
封止用シート40を着色する際には、目的とする色に応じて、色材(着色剤)を用いることができる。このような色材としては、黒系色材、青系色材、赤系色材などの各種濃色系色材を好適に用いることができ、特に黒系色材が好適である。色材としては、顔料、染料などいずれであってもよい。色材は単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。なお、染料としては、酸性染料、反応染料、直接染料、分散染料、カチオン染料等のいずれの形態の染料であっても用いることが可能である。また、顔料も、その形態は特に制限されず、公知の顔料から適宜選択して用いることができる。
なお、封止用シート40には、上記の各成分以外に必要に応じて、他の添加剤を適宜配合できる。
封止用シート40の厚さは、特に限定されないが、封止用シートとして使用する観点、及び、埋め込み工程(後述する工程D)後に半導体チップ53を好適に埋め込みできる観点から、例えば、50μm〜2000μm、好ましくは、70μm〜1200μm、より好ましくは100μm〜700μmとすることができる。
封止用シート40の製造方法は特に限定されないが、封止用シート40を形成するための樹脂組成物の混練物を調製し、得られた混練物を塗工する方法や、得られた混練物をシート状に塑性加工する方法が好ましい。これにより、溶剤を使用せずに封止用シート40を作製できるので、半導体チップ53が揮発した溶剤により影響を受けることを抑制することができる。
具体的には、各成分をミキシングロール、加圧式ニーダー、押出機などの公知の混練機で溶融混練することにより混練物を調製し、得られた混練物を塗工又は塑性加工によりシート状にする。混練条件として、温度は、上述の各成分の軟化点以上であることが好ましく、例えば30〜150℃、エポキシ樹脂の熱硬化性を考慮すると、好ましくは40〜140℃、さらに好ましくは60〜120℃である。時間は、例えば1〜30分間、好ましくは5〜15分間である。
混練は、減圧条件下(減圧雰囲気下)で行うことが好ましい。これにより、脱気できるとともに、混練物への気体の侵入を防止できる。減圧条件下の圧力は、好ましくは0.1kg/cm以下、より好ましくは0.05kg/cm以下である。減圧下の圧力の下限は特に限定されないが、例えば、1×10−4kg/cm以上である。
混練物を塗工して封止用シート40を形成する場合、溶融混練後の混練物は、冷却することなく高温状態のままで塗工することが好ましい。塗工方法としては特に制限されず、バーコート法、ナイフコート法,スロットダイ法等を挙げることができる。塗工時の温度としては、上述の各成分の軟化点以上が好ましく、エポキシ樹脂の熱硬化性および成形性を考慮すると、例えば40〜150℃、好ましくは50〜140℃、さらに好ましくは70〜120℃である。
混練物を塑性加工して封止用シート40を形成する場合、溶融混練後の混練物は、冷却することなく高温状態のままで塑性加工することが好ましい。塑性加工方法としては特に制限されず、平板プレス法、Tダイ押出法、スクリューダイ押出法、ロール圧延法、ロール混練法、インフレーション押出法、共押出法、カレンダー成形法などなどが挙げられる。塑性加工温度としては上述の各成分の軟化点以上が好ましく、エポキシ樹脂の熱硬化性および成形性を考慮すると、例えば40〜150℃、好ましくは50〜140℃、さらに好ましくは70〜120℃である。
なお、封止用シート40は、適当な溶剤に封止用シート40を形成するための樹脂等を溶解、分散させてワニスを調整し、このワニスを塗工して得ることもできる。
(半導体装置の製造方法)
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について、図5〜図12を参照しながら以下に説明する。図5〜図12は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面模式図である。以下ではまず、いわゆるFan−out(ファンアウト)型ウェハレベルパッケージ(WLP)と呼称される半導体装置の製造方法について説明する。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、
半導体チップが仮固定材上に仮固定された積層体を準備する工程Aと、
封止用シートを準備する工程Bと、
前記封止用シートを前記積層体の前記半導体チップ上に配置する工程Cと、
前記半導体チップを前記封止用シートに埋め込み、前記半導体チップが前記封止用シートに埋め込まれた封止体を形成する工程Dとを少なくとも含む。
[積層体準備工程]
図5に示すように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、まず、半導体チップ53が仮固定材60上に仮固定された積層体50を準備する(工程A)。積層体50は、例えば、以下の仮固定材準備工程と半導体チップ仮固定工程とにより得られる。
<仮固定材準備工程>
仮固定材準備工程では、支持基材60b上に熱膨張性粘着剤層60aが積層された仮固定材60を準備する(図5参照)。なお、熱膨張性粘着剤層に代えて、放射線硬化型粘着剤層を用いることもできる。本実施形態では、熱膨張性粘着剤層を備える仮固定材60について説明する。ただし、支持基材上に熱膨張性粘着剤層が積層された仮固定材については、特開2014−015490号公報等に詳細に記載されているので、以下では、簡単に説明することとする。
(熱膨張性粘着剤層)
熱膨張性粘着剤層60aは、ポリマー成分と、発泡剤とを含む粘着剤組成物により形成することができる。ポリマー成分(特にベースポリマー)としては、アクリル系ポリマー(「アクリルポリマーA」と称する場合がある)を好適に用いることができる。アクリルポリマーAとしては、(メタ)アクリル酸エステルを主モノマー成分として用いたものが挙げられる。前記(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸アルキルエステル(例えば、メチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル、イソプロピルエステル、ブチルエステル、イソブチルエステル、sec−ブチルエステル、t−ブチルエステル、ペンチルエステル、イソペンチルエステル、ヘキシルエステル、ヘプチルエステル、オクチルエステル、2−エチルヘキシルエステル、イソオクチルエステル、ノニルエステル、デシルエステル、イソデシルエステル、ウンデシルエステル、ドデシルエステル、トリデシルエステル、テトラデシルエステル、ヘキサデシルエステル、オクタデシルエステル、エイコシルエステル等のアルキル基の炭素数1〜30、特に炭素数4〜18の直鎖状又は分岐鎖状のアルキルエステル等)及び(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステル(例えば、シクロペンチルエステル、シクロヘキシルエステル等)などが挙げられる。これらの(メタ)アクリル酸エステルは単独で又は2種以上を併用してもよい。
なお、前記アクリルポリマーAは、凝集力、耐熱性、架橋性などの改質を目的として、必要に応じて、前記(メタ)アクリル酸エステルと共重合可能な他の単量体成分に対応する単位を含んでいてもよい。
アクリルポリマーAの重量平均分子量は、特に制限されないが、好ましくは35万〜100万、更に好ましくは45万〜80万程度である。
熱膨張性粘着剤層60aは、前述のように、熱膨張性を付与するための発泡剤を含有している。そのため、仮固定材60の熱膨張性粘着剤層60a上に封止体58が形成された状態で(図8参照)、任意な時に仮固定材60を少なくとも部分的に加熱して、該加熱された熱膨張性粘着剤層60aの部分に含有されている発泡剤を発泡及び/又は膨張させることにより、熱膨張性粘着剤層60aが少なくとも部分的に膨張し、この熱膨張性粘着剤層60aの少なくとも部分的な膨張により、該膨張した部分に対応した粘着面(封止体58との界面)が凹凸状に変形して、該熱膨張性粘着剤層60aと封止体58との接着面積が減少し、これにより、両者間の接着力が減少し、封止体58を仮固定材60から剥離させることができる(図9参照)。
(発泡剤)
熱膨張性粘着剤層60aにおいて用いられている発泡剤としては、特に制限されず、公知の発泡剤から適宜選択することができる。発泡剤は単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。発泡剤としては、熱膨張性微小球を好適に用いることができる。
(熱膨張性微小球)
熱膨張性微小球としては、特に制限されず、公知の熱膨張性微小球(種々の無機系熱膨張性微小球や、有機系熱膨張性微小球など)から適宜選択することができる。熱膨張性微小球としては、混合操作が容易である観点などより、マイクロカプセル化されている発泡剤を好適に用いることができる。このような熱膨張性微小球としては、例えば、イソブタン、プロパン、ペンタンなどの加熱により容易にガス化して膨張する物質を、弾性を有する殻内に内包させた微小球などが挙げられる。前記殻は、熱溶融性物質や熱膨張により破壊する物質で形成される場合が多い。前記殻を形成する物質として、例えば、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスルホンなどが挙げられる。
熱膨張性粘着剤層の厚さは、特に制限されず、接着力の低減性などにより適宜に選択することができ、例えば、5μm〜300μm(好ましくは20μm〜150μm)程度である。
なお、熱膨張性粘着剤層は単層、複層の何れであってもよい。
本実施形態では、熱膨張性粘着剤層には、各種添加剤(例えば、着色剤、増粘剤、増量剤、充填剤、粘着付与剤、可塑剤、老化防止剤、酸化防止剤、界面活性剤、架橋剤など)が含まれていても良い。
(支持基材)
支持基材60bは、仮固定材60の強度母体となる薄板状部材である。支持基材60bの材料としては取り扱い性や耐熱性等を考慮して適宜選択すればよく、例えばSUS等の金属材料、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン等のプラスチック材料、ガラスやシリコンウェハ等を用いることができる。これらの中でも、耐熱性や強度、再利用可能性等の観点から、SUSプレートが好ましい。
支持基材60bの厚さは目的とする強度や取り扱い性を考慮して適宜選択することができ、好ましくは100〜5000μmであり、より好ましくは300〜2000μmである。
(仮固定材の形成方法)
仮固定材60は、支持基材60b上に熱膨張性粘着剤層60aを形成することにより得られる。熱膨張性粘着剤層は、例えば、粘着剤と、発泡剤(熱膨張性微小球など)と、必要に応じて溶媒やその他の添加剤などとを混合して、シート状の層に形成する慣用の方法を利用し形成することができる。具体的には、例えば、粘着剤、発泡剤(熱膨張性微小球など)、および必要に応じて溶媒やその他の添加剤を含む混合物を、支持基材60b上に塗布する方法、適当なセパレータ(剥離紙など)上に前記混合物を塗布して熱膨張性粘着剤層を形成し、これを支持基材60b上に転写(移着)する方法などにより、熱膨張性粘着剤層を形成することができる。
(熱膨張性粘着剤層の熱膨張方法)
本実施形態では、熱膨張性粘着剤層は、加熱により熱膨張させることができる。加熱処理方法としては、例えば、ホットプレート、熱風乾燥機、近赤外線ランプ、エアードライヤーなどの適宜な加熱手段を利用して行うことができる。加熱処理時の加熱温度は、熱膨張性粘着剤層中の発泡剤(熱膨張性微小球など)の発泡開始温度(熱膨張開始温度)以上であればよいが、加熱処理の条件は、発泡剤(熱膨張性微小球など)の種類等による接着面積の減少性、支持基材、半導体チップを含む封止体等の耐熱性、加熱方法(熱容量、加熱手段等)などにより適宜設定できる。一般的な加熱処理条件としては、温度100℃〜250℃で、1秒間〜90秒間(ホットプレートなど)または5分間〜15分間(熱風乾燥機など)である。なお、加熱処理は使用目的に応じて適宜な段階で行うことができる。また、加熱処理時の熱源としては、赤外線ランプや加熱水を用いることができる場合もある。
<半導体チップ仮固定工程>
半導体チップ仮固定工程では、準備した仮固定材60上に複数の半導体チップ53をその回路形成面53aが仮固定材60に対向するように配置し、仮固定する(図5参照)。半導体チップ53の仮固定には、フリップチップボンダーやダイボンダーなどの公知の装置を用いることができる。
半導体チップ53の配置のレイアウトや配置数は、仮固定材60の形状やサイズ、目的とするパッケージの生産数などに応じて適宜設定することができ、例えば、複数行で、かつ複数列のマトリックス状に整列させて配置することができる。積層体50(仮固定材60)の平面視での形状及びサイズとしては、特に限定されないが、例えば、各辺の長さがそれぞれ300mm以上の矩形や、各辺の長さがそれぞれ500mm以上の矩形とすることができる。以上、積層体準備工程の一例を示した。
[封止用シートを準備する工程]
また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、図1に示すように、封止用シート40を準備する(工程B)。封止用シート40は、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムなどの剥離ライナー41上に積層された状態で準備してもよい。
[封止用シートと積層体とを配置する工程]
封止用シートを準備する工程の後、図6に示すように、下側加熱板62上に積層体50を半導体チップ53が仮固定された面を上にして配置するとともに、積層体50の半導体チップ53が仮固定された面上に封止用シート40を配置する(工程C)。この工程においては、下側加熱板62上にまず積層体50を配置し、その後、積層体50上に封止用シート40を配置してもよく、積層体50上に封止用シート40を先に積層し、その後、積層体50と封止用シート40とが積層された積層物を下側加熱板62上に配置してもよい。
[封止体を形成する工程]
次に、図7に示すように、下側加熱板62と上側加熱板64とにより熱プレスして、半導体チップ53を封止用シート40に埋め込み、半導体チップ53が封止用シート40に埋め込まれた封止体58を形成する(工程D)。封止用シート40は、半導体チップ53及びそれに付随する要素を外部環境から保護するための封止樹脂として機能することとなる。これにより、仮固定材60上に仮固定されている半導体チップ53が封止用シート40に埋め込まれた封止体58が得られる。
具体的に、半導体チップ53を封止用シート40に埋め込む際の熱プレス条件としては、温度が、好ましくは40〜150℃、より好ましくは60〜120℃であり、圧力が、例えば、0.1〜10MPa、好ましくは0.5〜8MPaであり、時間が、例えば0.3〜10分間、好ましくは0.5〜5分間である。また、熱プレス方法としては、平行平板プレスやロールプレスが挙げられる。なかでも、平行平板プレスが好ましい。
ここで、本実施形態では、前記比B/Aが0.7以上である封止用シート40を用いている。従って、当該封止用シート40を用いて、平板プレスにより半導体チップが封止用シートに埋め込まれた封止体を形成すれば、封止用シート40の外周付近においても、樹脂の厚さは充分にあるため、好適に半導体チップ53を封止することができる。
これにより、半導体チップ53が封止用シート40に埋め込まれた半導体装置を得ることができる。また、封止用シート40の半導体チップ53及び仮固定材60への密着性および追従性の向上を考慮すると、減圧条件下においてプレスすることが好ましい。
前記減圧条件としては、圧力が、例えば、0.1〜5kPa、好ましくは、0.1〜100Paであり、減圧保持時間(減圧開始からプレス開始までの時間)が、例えば、5〜600秒であり、好ましくは、10〜300秒である。
[剥離ライナー剥離工程]
次に、剥離ライナー41を剥離する(図8参照)。
[熱硬化工程]
次に、封止用シート40を熱硬化させる。具体的には、例えば、仮固定材60上に仮固定されている半導体チップ53が封止用シート40に埋め込まれた封止体58全体を加熱する。
熱硬化処理の条件として、加熱温度が好ましくは100℃以上、より好ましくは120℃以上である。一方、加熱温度の上限が、好ましくは200℃以下、より好ましくは180℃以下である。加熱時間が、好ましくは10分以上、より好ましくは30分以上である。一方、加熱時間の上限が、好ましくは180分以下、より好ましくは120分以下である。また、必要に応じて加圧してもよく、好ましくは0.1MPa以上、より好ましくは0.5MPa以上である。一方、上限は好ましくは10MPa以下、より好ましくは5MPa以下である。
[熱膨張性粘着剤層剥離工程]
次に、図9に示すように、仮固定材60を加熱して熱膨張性粘着剤層60aを熱膨張させることにより、熱膨張性粘着剤層60aと封止体58との間で剥離を行う。あるいは、支持基材60bと熱膨張性粘着剤層60aとの界面で剥離を行い、その後、熱膨張性粘着剤層60aと封止体58との界面で熱膨張による剥離を行うという手順も好適に採用することができる。いずれも場合であっても、熱膨張性粘着剤層60a加熱して熱膨張させその粘着力を低下させることで、熱膨張性粘着剤層60aと封止体58との界面での剥離を容易に行うことができる。熱膨張の条件としては、上述の「熱膨張性粘着剤層の熱膨張方法」の欄の条件を好適に採用することができる。特に、熱膨張性粘着剤層は、前記熱硬化工程における加熱では剥離せず、この熱膨張性粘着剤層剥離工程における加熱において剥離する構成であることが好ましい。
[封止用シートを研削する工程]
次に、必要に応じて、図10に示すように、封止体58の封止用シート40を研削して半導体チップ53の裏面53cを表出させる。封止用シート40を研削する方法としては、特に限定されず、例えば、高速回転する砥石を用いるグラインディング法を挙げることができる。
(再配線形成工程)
本実施形態ではさらに、封止体58の半導体チップ53の回路形成面53aに再配線69を形成する再配線形成工程を含むことが好ましい。再配線形成工程では、上記仮固定材60の剥離後、上記露出した半導体チップ53と接続する再配線69を封止体58上に形成する(図11参照)。
再配線の形成方法としては、例えば、露出している半導体チップ53上へ真空成膜法などの公知の方法を利用して金属シード層を形成し、セミアディティブ法などの公知の方法により、再配線69を形成することができる。
かかる後に、再配線69及び封止体58上へポリイミドやPBOなどの絶縁層を形成してもよい。
(バンプ形成工程)
次いで、形成した再配線69上にバンプ67を形成するバンピング加工を行ってもよい(図11参照)。バンピング加工は、半田ボールや半田メッキなど公知の方法で行うことができる。
(ダイシング工程)
最後に、半導体チップ53、封止用シート40及び再配線69などの要素からなる積層体のダイシングを行う(図12参照)。これにより、チップ領域の外側に配線を引き出した半導体装置59を得ることができる。
上述した実施形態では、「積層体」が、「半導体チップ53が仮固定材60上に仮固定された積層体50」である場合について説明した。しかしながら、本発明における「積層体」は、この例に限定されず、ある程度の強度を有する支持体に半導体チップが固定されたものであればよい。すなわち、「積層体」が、「半導体チップが支持体上に固定された積層体」であればよい。本発明における「積層体」の他の例としては、例えば、「半導体チップが半導体ウエハの回路形成面にフリップチップボンディングされた積層体」(いわゆる、チップオンウエハ)や、「半導体チップが有機基板に搭載された積層体」を挙げることができる。
以下、本発明に関し実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。また、各例中、部は特記がない限りいずれも重量基準である。
実施例1〜2で使用した成分について説明する。
エポキシ樹脂1:新日鐵化学(株)製のYSLV−80XY(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、エポキン当量200g/ep.軟化点80℃)
フェノール樹脂1:明和化成社製のMEH−7851−SS(ビフェニルアラルキル骨格を有するフェノール樹脂、水酸基当量203g/eq.軟化点67℃)
熱可塑性樹脂1:三菱レイヨン株式会社製のJ−5800(アクリルゴム系応力緩和剤)
無機充填剤1:電気化学社製のFB−9454FC(フィラー)
シランカップリング剤1:信越化学社製のKBM−403(3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)
顔料1(カーボンブラック):三菱化学社製の#20(粒子径50nm)
硬化促進剤1:四国化成工業社製の2PHZ−PW(2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール)
(実施例1)
<封止用シートの作製>
表1に記載の配合比に従い、各成分を配合し、混練りしたのちにシート化することによって、厚さ400μmの封止用シートAを作製した。
(実施例2)
<封止用シートの作製>
表1に記載の配合比に従い、各成分を配合し、混練りしたのちにシート化することによって、厚さ400μmの封止用シートBを作製した。
Figure 2016136567
(実施例3)
<封止用シートの作製>
下記の[実施例3の配合]の配合比に従い、各成分を配合し、混練りしたのちにシート化することによって、厚さ400μmの封止用シートCを作製した。
[実施例3の配合]
エポキシ樹脂1(新日鐵化学(株)製のYSLV−80XY):34.9部
エポキシ樹脂2(三菱化学社製の828):33.8部
フェノール樹脂2(明和化成社製のMEH−7500−3S):31.3部
無機充填剤2(電気化学工業(株)製のFB−5SDC):542.3部
無機充填剤3(株式会社アドマテック製のSO−25R(球状シリカ)):144.2部
シランカップリング剤1(信越化学社製のKBM−403):0.7部
顔料1(三菱化学社製の#20):2.4部
硬化促進剤1(四国化成工業社製の2PHZ−PW):1.0部
比較例1〜2で使用した成分について説明する。
エポキシ樹脂1:新日鐵化学(株)製のYSLV−80XY(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、エポキン当量200g/ep.軟化点80℃)
フェノール樹脂1:明和化成社製のMEH−7851−SS(ビフェニルアラルキル骨格を有するフェノール樹脂、水酸基当量203g/eq.軟化点67℃)
熱可塑性樹脂1:三菱レイヨン株式会社製のJ−5800(アクリルゴム系応力緩和剤)
無機充填剤1:電気化学社製のFB−9454FC(フィラー)
シランカップリング剤1:信越化学社製のKBM−403(3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)
顔料1(カーボンブラック):三菱化学社製の#20(粒子径50nm)
硬化促進剤1:四国化成工業社製の2PHZ−PW(2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール)
(比較例1)
<封止用シートの作製>
表2に記載の配合比に従い、各成分を配合し、混練りしたのちにシート化することによって、厚さ400μmの封止用シートDを作製した。
(比較例2)
<封止用シートの作製>
表2に記載の配合比に従い、各成分を配合し、混練りしたのちにシート化することによって、厚さ400μmの封止用シートEを作製した。
Figure 2016136567
<比B/A、比A/A1、及び、比B/A1の算出、幅Zの測定>
実施例、及び、比較例に係る封止用シートについてステップA〜ステップDの手順により、比B/A、比A/A1、及び、比B/A1を算出した。
(ステップA)
実施例、及び、比較例に係る封止用シートを縦20cm×横20cmのサイズに切り出して、サンプルとした。厚さは、400μmである。
(ステップB)
前記ステップAで準備したサンプルに厚さ300μmになるまで面に垂直な方向に圧力を加えた。このステップでは、下側平板と上側平板とにより面に垂直な方向にのみ圧力を加えた。この際、下側平板と上側平板とは、温度90℃に設定した。また、加重は200kNに設定した。また、プレス天板(上側平板)の下降スピードは、プレス装置に付帯している目盛で調整した。具体的には、目盛を5とした。プレス装置は、ミカドテクノス社製の製品名VACUUM ACE VA76−5050を使用した。下側平板と上側平板との間に、厚さ300μmのスペーサを配置することにより、サンプルに樹脂部分の厚さが300μmになるまで面に垂直な方向に圧力を加えた。
(ステップC)
ステップBの後、下側平板と上側平板とを互いに離れる方向に移動させ、前記ステップBで加えた圧力を開放した。
(ステップD)
前記ステップCの後のサンプルの中央部Xの厚さAと前記ステップCの後のY(サンプルの圧力を加える前の一辺から中央部Xに向かって2cm移動した箇所)の厚さBとを測定した。その後、比B/Aを算出した。結果を表1に示す。
ここで、厚さA1は、300μmである。従って、比A/A1、及び、比B/A1も算出した。結果を表1に示す。
なお、比較例1は、後述する90℃での粘度が比較的高いにも関わらず、比B/Aが0.69であった。
その理由は、下記の通りと考えられる。
樹脂の流動性は、塑性変形(外部から受けた力を、樹脂を流動させる力に変えて樹脂を外に流すタイプの変形)と弾性変形(外部から受けた力(プレス時に受けた圧力)をz方向(面に垂直方向)に跳ね返すタイプの変形)に二分されると考える。
粘度が低いほど、圧力がかかった際に塑性変形の影響が強く出る傾向にある。そのため、樹脂が多く外側へ流動し、シートが潰れる。
一方、粘度が高いほど、圧力がかかった際に弾性変形の影響が強くでる傾向にある。特に、プレス圧力を樹脂流動として塑性変形に変換しづらいシート中央部はバネ弾性のようにシート厚みが回復する。
比較例1は、粘度が高く弾性変形の影響が強い。そのため、封止用シート端部の樹脂流動も少なからず起きるものの、封止用シート中央部に起きている弾性変形の影響が強く出る。これにより、中央部のシート厚みが弾性回復(スプリングバック)し厚みが厚くなる。以上より、Bも少しは小さくなるが、Aの値も樹脂の弾性回復によって大きくなるため比B/Aは、小さくなり、0.69となったと考えられる。
また、前記ステップCの後、前記Yから前記サンプルの外周までの幅Zを測定した。結果を表1に示す。
(粘度の測定)
粘弾性測定装置ARES(レオメトリックス・サイエンティフィック社製)を用いて実施例、及び、比較例に係る封止用シートの90℃での粘度を測定した。測定条件は、下記の通りである。結果を表3に示す。
<測定条件>
パラレルプレート:8mmφ、
周波数:1Hz
ひずみ:5%
90℃定温測定
測定時間:5分
(外観評価)
成型後(ステップA〜ステップDを行った後)、目視によりサンプルの外観観察を行った。チップ未充填部分が無く、かつ、ボイドが無い場合を〇、チップ未充填部分がある、又は、ボイドがある場合を×として評価した。結果を表3に示す。
実施例1〜3の封止用シートは、チップ未充填部分が無く、かつ、ボイドが無く、良好にチップが封止されていた。
比較例1の封止用シートでは、チップの上に封止用シートが乗っているだけの状態となった。その結果、チップ周囲に樹脂が充填されない(チップ未充填部分がある)結果となった。
比較例2の封止用シートでは、チップは封止用シートに埋め込まれていた。しかしながら、一部空気を噛み込んでおり、ボイドが発生していた。その結果、チップ周囲を完全に樹脂で充填できていない結果となった。
Figure 2016136567
40 封止用シート
50 積層体
53 半導体チップ
58 封止体
59 半導体装置
60 仮固定材
100 サンプル

Claims (4)

  1. 下記ステップA〜ステップDの手順により算出される比B/Aが0.7以上1以下を満たすことを特徴とする封止用シート。
    縦20cm、横20cm、厚さ400μmのサイズのサンプルを準備するステップA、
    前記ステップAで準備した前記サンプルに厚さ300μmになるまで面に垂直な方向に圧力を加えるステップB、
    前記ステップBで加えた圧力を開放するステップC、及び、
    前記サンプルの中央部をX、前記サンプルの圧力を加える前の一辺から中央部Xに向かって2cm移動した箇所をYとしたとき、前記ステップCの後の前記Xの厚さAと前記ステップCの後の前記Yの厚さBとの比B/Aを算出するステップD。
  2. 前記ステップBの状態における前記Xの厚さA1と、前記ステップCの後の前記Xの前記厚さAとの比A/A1が、1.2以下であることを特徴とする請求項1に記載の封止用シート。
  3. 前記ステップBの状態における前記Xの厚さA1と、前記ステップCの後の前記Yの前記厚さBとの比B/A1が、0.7以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の封止用シート。
  4. 前記ステップCの後において、前記Yから前記サンプルの外周までの幅が2.5cm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1に記載の封止用シート。
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