JP2019160868A - 封止用シート - Google Patents

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康路 大原
剛志 土生
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剛志 土生
祐作 清水
yusaku Shimizu
祐作 清水
智絵 飯野
Chie Iino
智絵 飯野
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Abstract

【課題】靱性を有し、かつ、ハンドリング性および信頼性の両方に優れる封止用シートを提供すること。【解決手段】半導体素子封止用シート1は、封止樹脂組成物と、無機粒子と、ハンドリング向上成分とを含む。無機粒子の含有割合が、半導体素子封止用シート中、50質量%超過、90質量%以下である。ハンドリング向上成分が、ポリマー粒子である。ハンドリング向上成分の含有割合が、半導体素子封止用シート1中、1質量%以上、8質量%以下である。【選択図】図1

Description

本発明は、封止用シートに関する。
従来、熱硬化性樹脂シートからなる封止用シートは、半導体チップを封止して、半導体パッケージの製造に用いられることが知られている。
例えば、エポキシ樹脂、フェノールノボラック系硬化剤、無機充填材および硬化促進剤を含む熱硬化性樹脂シート(封止用シート)が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1に記載の熱硬化性樹脂シートは、比較的低温で硬化できるので、硬化後の硬化シートは、加熱に起因する変形を抑制している。
特開2015−86359号公報
しかるに、熱硬化樹脂シートは、半導体素子を加熱により封止した後、ハンドリングされるに際し、他の部材に接触しても傷付き難い、優れたハンドリング性が求められる。
また、熱硬化性樹脂シートは、半導体素子を封止した後、その後のさらなる加熱される場合(熱履歴が付与される場合)には、基板の表面と接触(密着、接着)を確保するなど、高い信頼性が求められる。
また、熱硬化性樹脂シートは、靱性も求められる。
本発明は、靱性を有し、かつ、ハンドリング性および信頼性の両方に優れる封止用シートを提供する。
本発明(1)は、封止樹脂組成物と、無機粒子と、ハンドリング向上成分とを含む封止用シートであり、前記無機粒子の含有割合が、前記封止用シート中、50質量%超過、90質量%以下であり、前記ハンドリング向上成分が、ポリマー粒子であり、前記ハンドリング向上成分の含有割合が、前記封止用シート中、1質量%以上、8質量%以下である、封止用シートを含む。
本発明(2)は、前記ポリマー粒子の平均粒子径が、50μm以下である、(1)に記載の封止用シートを含む。
本発明(3)は、前記無機粒子は、第1粒子と、前記第1粒子の平均粒子径より小さい平均粒子径を有する第2粒子とを含有する、(1)または(2)に記載の封止用シートを含む。
本発明(4)は、前記無機粒子および前記ハンドリング向上成分の総量の割合が、前記封止用シート中、80質量%以上、95質量%以下である、(1)〜(3)のいずれか一項に記載の封止用シートを含む。
本発明(5)は、前記封止樹脂組成物が、ガラス転移温度調整剤をさらに含有する、(1)〜(4)のいずれか一項に記載の封止用シートを含む。
本発明(6)は、前記ガラス転移温度調整剤が、アクリル系ポリマーである、(5)に記載の封止用シートを含む。
本発明(7)は、前記封止樹脂組成物は、エポキシ樹脂およびエポキシ樹脂硬化剤を含有し、前記ポリマー粒子は、エポキシ樹脂およびエポキシ樹脂硬化剤の少なくとも一方と反応する官能基を含有する、(1)〜(6)のいずれか一項に記載の封止用シートを含む。
本発明(8)は、官能基が、エポキシ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基からなる群から選択される少なくとも1つである、(7)に記載の封止用シートを含む。
本発明(9)は、前記ポリマー粒子が、シリコーン系粒子であることを特徴とする、(1)〜(8)に記載の封止用シートを含む。
本発明の封止用シートは、無機粒子を含有し、無機粒子の含有割合が、前記封止用シート中、50質量%超過、90質量%以下であるので、靱性に優れる。
また、本発明の封止用シートは、ポリマー粒子であるハンドリング向上成分を含有し、ポリマー粒子の含有割合が、封止用シート中、1質量%以上、8質量%以下であるので、ハンドリング性および信頼性の両方に優れる。
図1は、本発明の封止用シートの一実施形態である半導体素子封止用シートの断面図を示す。 図2A〜図2Cは、図1に示す半導体素子封止用シートを用いて、半導体素子を封止して、半導体素子パッケージを製造する方法の工程図を示し、図2Aが、半導体素子封止用シートを、半導体素子および基板に対して対向配置する工程、図2Bが、半導体素子封止用シートによって、半導体素子を封止して、半導体素子パッケージを得る工程、図2Cが、ダイシングテープを半導体素子パッケージに貼付後、半導体素子パッケージを個片化し、半導体素子パッケージをピックアップ装置で回収する工程を示す。 図3Aおよび図3Bは、ガラス転移温度を有する一般的な樹脂の熱膨張係数を示すグラフであり、図3Aが、ガラス転移温度が比較的高い樹脂の熱膨張係数のグラフ、図3Bが、ガラス転移温度が比較的低い樹脂の熱膨張係数のグラフを示す。
本発明の封止用シートの一実施形態である半導体素子封止用シートを、図1および図2A、図2Bを参照して説明する。
この半導体素子封止用シート1は、基板2に実装されている半導体素子3を封止するための封止用シートである。
また、半導体素子封止用シート1は、後述する半導体素子パッケージ5を製造するための部品であって、半導体素子パッケージ5そのものではなく、半導体素子封止用シート1は、半導体素子3、および、半導体素子3を実装する基板2を含まず、具体的には、部品単独で流通し、産業上利用可能なデバイスである。
なお、半導体素子封止用シート1は、半導体素子3を封止した後の硬化体シート20(図5Bおよび図5C)ではなく、つまり、半導体素子3を封止する前のシートである。
図1に示すように、半導体素子封止用シート1は、厚み方向に直交する方向(面方向)に延びる略板形状(フィルム形状)を有する。また、半導体素子封止用シート1は、平坦な厚み方向一方面(上面)6と、厚み方向他方面(下面)7とを備える。厚み方向一方面6および厚み方向他方面7は、厚み方向に対向配置されており、互いに平行する。
厚み方向他方面7は、半導体素子封止用シート1が半導体素子3(図5B参照)を封止するときに、半導体素子3および基板2に接触する接触面である。
厚み方向一方面6は、半導体素子封止用シート1が半導体素子3(図5B参照)を封止するときに、基板2の厚み方向一方面(上面)の厚み方向一方側に間隔を隔てて対向配置される対向面である。
半導体素子封止用シート1の材料は、加熱によって、硬化する封止組成物(熱硬化性組成物)である。封止組成物は、封止樹脂組成物と、無機粒子と、ハンドリング向上成分とを含む。
封止樹脂組成物は、半導体素子封止用シート1(封止組成物)において、無機粒子とハンドリング向上成分とを結合させるバインダー成分である。封止樹脂組成物は、封止樹脂(主剤)を含む。封止樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ビニルエステル樹脂、シアノエステル樹脂、マレイミド樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。封止樹脂としては、耐熱性などの観点から、好ましくは、エポキシ樹脂が挙げられる。
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、変性ビスフェノールA型エポキシ樹脂、変性ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂などの2官能エポキシ樹脂、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型エポキシ樹脂、トリスヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラフェニロールエタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂などの3官能以上の多官能エポキシ樹脂などが挙げられる。これらエポキシ樹脂は、単独で使用または2種以上を併用することができる。
好ましくは、2官能エポキシ樹脂(第1エポキシ樹脂)および多官能エポキシ樹脂(第2エポキシ樹脂)の併用が挙げられ、具体的には、ビスフェノールF型エポキシ樹脂およびフェノールノボラック型エポキシ樹脂の併用が挙げられる。
エポキシ樹脂のエポキシ当量は、例えば、250g/eq.以下、また、例えば、10g/eq.以上である。第1エポキシ樹脂および第2エポキシ樹脂が併用されれば、第1エポキシ樹脂のエポキシ当量が、例えば、175g/eq.以上、好ましくは、180g/eq.以上であり、また、例えば、250g/eq.以下、好ましくは、230g/eq.以下である。第1エポキシ樹脂のエポキシ当量は、例えば、175/eq.未満、好ましくは、170g/eq.以下であり、また、例えば、10g/eq.以上、好ましくは、100g/eq.以上である。
封止樹脂の軟化点は、例えば、50℃以上、また、例えば、110℃以下である。第1エポキシ樹脂および第2エポキシ樹脂が併用されれば、第1エポキシ樹脂の軟化点が、例えば、70℃以上、好ましくは、75℃以上であり、また、例えば、110℃以下、好ましくは、100℃以下である。第2エポキシ樹脂の軟化点が、例えば、70℃未満、好ましくは、65℃以下であり、また、例えば、50℃以上、好ましくは、55℃以上である。
エポキシ樹脂の含有部数は、無機粒子およびハンドリング向上成分の総量100質量部に対して、例えば、1質量部以上、好ましくは、3質量部以上であり、また、例えば、20質量部以下、好ましくは、10質量部以下である。第1エポキシ樹脂および第2エポキシ樹脂が併用されれば、第1エポキシ樹脂の含有部数が、無機粒子およびハンドリング向上成分の総量100質量部に対して、例えば、0.5質量部以上、好ましくは、2質量部以上であり、また、例えば、10質量部以下、好ましくは、5質量部以下である。第2エポキシ樹脂の含有部数が、第1エポキシ樹脂の総量100質量部に対して、例えば、75質量部以上、好ましくは、90質量部以上であり、また、例えば、125質量部以下、好ましくは、110質量部以下である。
また、エポキシ樹脂の封止組成物中の含有割合は、例えば、1質量%以上、好ましくは、4質量%以上であり、また、例えば、10質量%以下、好ましくは、7質量%以下である。さらに、第1エポキシ樹脂および第2エポキシ樹脂が併用されれば、第1エポキシ樹脂の含有割合が、封止組成物中、例えば、0.5質量%以上、好ましくは、2質量%以上であり、また、例えば、8質量%以下、好ましくは、4質量%以下である。第2エポキシ樹脂の含有割合が、封止組成物中、例えば、0.5質量%以上、好ましくは、2質量%以上であり、また、例えば、8質量%以下、好ましくは、4質量%以下である。
封止樹脂組成物は、好ましくは、上記した封止樹脂の他に、さらに、硬化剤および硬化促進剤を含有する。具体的には、封止樹脂、硬化剤および硬化促進剤を含有する封止樹脂組成物として調製されていてもよい。好ましくは、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂硬化剤およびエポキシ樹脂硬化促進剤を含有するエポキシ樹脂組成物として調製される。
硬化剤は、加熱によって、上記した封止樹脂を硬化させる成分(好ましくは、エポキシ樹脂硬化剤)である。硬化剤としては、例えば、フェノールノボラック樹脂などのフェノール樹脂が挙げられる。
硬化剤の含有割合は、封止樹脂がエポキシ樹脂であり、硬化剤がフェノール樹脂であれば、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、例えば、0.7当量以上、好ましくは、0.9当量以上、例えば、1.5当量以下、好ましくは、1.2当量以下となるように、調整される。具体的には、硬化剤の含有部数は、封止樹脂100質量部に対して、例えば、30質量部以上、好ましくは、55質量部以上であり、また、例えば、75質量部以下、好ましくは、60質量部以下である。
硬化促進剤は、加熱によって、封止樹脂の硬化を促進する触媒(熱硬化触媒)(好ましくは、エポキシ樹脂硬化促進剤)であって、例えば、有機リン系化合物、例えば、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(2P4MHZ)などのイミダゾール化合物などが挙げられる。好ましくは、イミダゾール化合物が挙げられる。硬化促進剤の含有部数は、封止樹脂100質量部に対して、例えば、0.05質量部以上であり、また、例えば、5質量部以下である。
また、封止樹脂組成物は、上記した熱硬化性樹脂に加え、ガラス転移温度調整剤をさらに含有することができる。
ガラス転移温度調整剤は、硬化した半導体素子封止用シート1(硬化体シート20)のガラス転移温度Tgを調整するための成分(具体的には、適度に低下させるための成分)であって、例えば、熱可塑性樹脂が挙げられる。
熱可塑性樹脂としては、例えば、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、ポリアミド樹脂(6−ナイロンや6,6−ナイロンなど)、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂、飽和ポリエステル樹脂(PETなど)、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。これら熱可塑性樹脂は、単独使用または2種以上併用することができる。
熱可塑性樹脂として、好ましくは、封止樹脂(好ましくは、エポキシ樹脂)との分散性を向上させる観点から、アクリル樹脂が挙げられる。
アクリル樹脂としては、例えば、直鎖または分岐のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステルの1種または2種以上をモノマー成分とし、そのモノマー成分を重合することにより得られるアクリル系ポリマーなどが挙げられる。なお、「(メタ)アクリル」は、「アクリルおよび/またはメタクリル」を表す。
アルキル基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、t−ブチル、イソブチル、アミル、イソアミル、ヘキシル、へプチル、シクロヘキシル、2−エチルヘキシル、オクチル、イソオクチル、ノニル、イソノニル、デシル、イソデシル、ウンデシル、ラウリル、トリデシル、テトラデシル、ステアリル、オクタデシル、ドデシルなどの炭素数1〜20のアルキル基が挙げられる。好ましくは、炭素数1〜6のアルキル基が挙げられる。
アクリル系ポリマーは、(メタ)アクリル酸アルキルエステルとその他のモノマー(共重合性モノマー)とのコポリマーであってもよい。
その他のモノマー(共重合性モノマー)としては、例えば、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレートなどのグリシジル基含有モノマー、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、カルボキシエチルアクリレート、カルボキシペンチルアクリレート、イタコン酸、マレイン酸、フマール酸、クロトン酸などのカルボキシル基含有モノマー、例えば、無水マレイン酸、無水イタコン酸などの酸無水物モノマー、例えば、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸4−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸6−ヒドロキシヘキシル、(メタ)アクリル酸8−ヒドロキシオクチル、(メタ)アクリル酸10−ヒドロキシデシル、(メタ)アクリル酸12−ヒドロキシラウリルまたは(4−ヒドロキシメチルシクロヘキシル)−メチルアクリレートなどのヒドロキシル基含有モノマー、例えば、スチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、(メタ)アクリルアミドプロパンスルホン酸、スルホプロピル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロイルオキシナフタレンスルホン酸などのスルホン酸基含有モノマー、例えば、2−ヒドロキシエチルアクリロイルホスフェートなどリン酸基含有モノマー、例えば、スチレンモノマー、例えば、アクリロニトリルなどが挙げられる。これらモノマーは、単独で使用または2種以上を併用することができる。これらの中でも、好ましくは、カルボキシル基含有モノマーが挙げられる。
ガラス転移温度調整剤の重量平均分子量は、例えば、10万以上、好ましくは、30万以上であり、また、例えば、100万以下、好ましくは、80万以下である。なお、重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトフラフィー(GPC)により、標準ポリスチレン換算値に基づいて測定される。
ガラス転移温度調整剤のガラス転移温度(Tg)は、例えば、20℃以下、好ましくは、10℃以下、より好ましくは、0℃以下、さらに好ましくは、−10℃以下、とりわけ好ましくは、−25℃以下であり、また、例えば、−70℃以上、好ましくは、−50℃以上である。
ガラス転移温度が上記した上限以下であれば、硬化した半導体素子封止用シート1(硬化体シート20)のガラス転移温度Tgを確実に調整して(適度に低下させて)、硬化した半導体素子封止用シート1(硬化体シート20)のハンドリング性を十分に向上させることができる。ガラス転移温度Tgが上記した下限以上であれば、硬化した半導体素子封止用シート1(硬化体シート20)に十分な靱性を付与することができる。
熱可塑性樹脂の含有部数(固形分部数)は、硬化した半導体素子封止用シート1(硬化体シート20)のガラス転移温度Tgを所望範囲に設定できるように適宜調整されており、具体的には、封止樹脂(好ましくは、エポキシ樹脂)100質量部に対して、例えば、1質量部以上、好ましくは、2質量部以上、より好ましくは、5質量部以上、さらに好ましくは、8質量部以上であり、また、例えば、30質量部以下、好ましくは、20質量部以下、より好ましくは、15質量部以下である。また、熱可塑性樹脂の含有割合は、封止組成物に対して、例えば、0.1質量%以上、好ましくは、0.2質量%以上、より好ましくは、0.3質量%以上、さらに好ましくは、0.45質量%以上であり、また、例えば、15質量%以下、好ましくは、10質量%以下、より好ましくは、8質量%以下、さらに好ましくは、7質量%以下である。熱可塑性樹脂の含有部数および/または含有割合が上記した下限以上であれば、硬化した半導体素子封止用シート1(具体的には、硬化体シート20)のガラス転移温度Tgを十分に調整する(適度に低下させる)ことができ、そのため、後述するが、硬化体シート20の基板2に対する界面剥離を抑制することができ、信頼性を向上させることができる。
なお、ガラス転移温度調整剤は、適宜の溶媒で希釈されて調製されていてもよい。
無機粒子は、半導体素子封止用シート1の強度を向上させるためのフィラーである。無機粒子の材料としては、例えば、石英ガラス、タルク、シリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素などの無機化合物が挙げられる。これらは、単独使用または2種以上併用することができる。好ましくは、シリカが挙げられる。
無機粒子の形状は、特に限定されず、例えば、略球形状、略板形状、略針形状、不定形状などが挙げられる。好ましくは、略球形状が挙げられる。
無機粒子の最大長さの平均値(略球形状であれば、平均粒子径)Mは、例えば、50μm以下、好ましくは、20μm以下、より好ましくは、10μm以下であり、また、例えば、0.1μm以上、好ましくは、0.5μm以上である。なお、平均粒子径Mは、例えば、レーザー散乱法における粒度分布測定法によって求められた粒度分布に基づいて、D50値(累積50%メジアン径)として求められる。
無機粒子の最大長さの平均値が上記した上限以下であれば、厚み方向一方面6および厚み方向他方面7を、確実に平坦にすることができる。
また、無機粒子は、第1粒子と、第1粒子の最大長さの平均値M1より小さい最大長さの平均値M2を有する第2粒子とを含むことができる。
第1粒子の最大長さの平均値(略球形状であれば、平均粒子径)M1は、例えば、1μm以上、好ましくは、3μm以上であり、また、例えば、50μm以下、好ましくは、30μm以下である。
第2粒子の最大長さの平均値(略球形状であれば、平均粒子径)M2は、例えば、1μm未満、好ましくは、0.8μm以下であり、また、例えば、0.01μm以上、好ましくは、0.1μm以上である。
第1粒子の最大長さの平均値の、第2粒子の最大長さの平均値に対する比(M1/M2)は、例えば、2以上、好ましくは、5以上であり、また、例えば、50以下、好ましくは、20以下である。
第1粒子および第2粒子の材料は、ともに同一あるいは相異っていてもよい。好ましくは、第1粒子および第2粒子の材料は、ともに同一、具体的には、シリカである。
さらに、無機粒子は、その表面が、部分的あるは全体的に、シランカップリング剤などで表面処理されていてもよい。好ましくは、表面処理されていない第1粒子と、表面処理されている第2粒子との併用が挙げられる。
無機粒子(第1粒子および第2粒子の併用であれば、それらの総量)の含有割合は、半導体素子封止用シート1(封止組成物)中、50質量%超過、好ましくは、70質量%以上、より好ましくは、80質量%以上であり、また、90質量%以下、好ましくは、87質量%以下である。無機粒子の含有割合が上記した下限を下回ると、半導体素子封止用シート1の靱性を確保できず、ハンドリング性が低下する。無機粒子の含有割合が上記した上限を上回ると、半導体素子封止用シート1が脆性を有し、半導体素子3を確実に封止できない。
無機粒子が、上記した第1粒子と第2粒子とを含めば、第1粒子と第2粒子とが、半導体素子封止用シート1において、封止樹脂組成物に対して効率的に分散して、半導体素子封止用シート1の靱性を向上させることができる。
ハンドリング向上成分は、硬化した半導体素子封止用シート1(硬化体シート20)の25℃における引張貯蔵弾性率E’を低減して、硬化した半導体素子封止用シート1(硬化体シート20)のハンドリング時の傷付きを抑制する成分である。
ハンドリング向上成分は、具体的には、ポリマー粒子である。
ポリマー粒子は、半導体素子封止用シート1における封止組成物中に分散される分散粒子である一方、無機粒子およびポリマー粒子の2つの粒子成分において、ポリマーのドメインを導入するエラストマー成分(ゴム成分)である。
具体的には、ポリマー粒子の材料としては、例えば、シリコーン系ポリマー(シリコーンゴム)、アクリル系ポリマー、エポキシ系ポリマー、スチレン系ポリマーなどが挙げられる。好ましくは、シリコーン系ポリマーが挙げられる。
ポリマー粒子の形状は、特に限定されず、例えば、略球形状、略板形状、略針形状、不定形状などが挙げられる。好ましくは、略球形状が挙げられる。
ポリマー粒子の最大長さの平均値(略球形状であれば、平均粒子径)は、例えば、0.5μm以上、好ましくは、1μm以上であり、また、例えば、20μm以下、好ましくは、10μm以下である。ポリマー粒子の最大長さの平均値が上記した上限以下であれば、半導体素子封止用シート1の厚み方向一方面6および厚み方向他方面7を、確実に平坦にすることができる。
また、ポリマー粒子は、その表面において、エポキシ樹脂およびエポキシ樹脂硬化剤の少なくとも一方と反応する官能基を含有することができる。
官能基としては、例えば、エポキシ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基などが挙げられる。官能基は、単独種類または複数種類であってもよい。好ましくは、エポキシ基が挙げられる。
あるいは、ポリマー粒子は、その表面に上記した官能基を含有しなくてもよい。
好ましくは、ポリマー粒子は、その表面に官能基を含有する。ポリマー粒子がその表面に官能基を含有すれば、半導体素子封止用シート1を加熱するときに、上記した官能基と、エポキシ樹脂およびエポキシ樹脂硬化剤の少なくとも一方とが、化学的に反応して、両者の化学的結合を形成することができ、ポリマー粒子を、確実に封止樹脂組成物中に拘束することができる。そのため、硬化(封止)後の半導体素子封止用シート1の強度を向上することができる。
ハンドリング向上成分の含有割合は、半導体素子封止用シート1(封止組成物)中、1質量%以上、好ましくは、2質量%以上、より好ましくは、3質量%以上、さらに好ましくは、4質量%以上であり、また、8質量%以下、好ましくは、7質量%以下、より好ましくは、6質量%以下、さらに好ましくは、5質量%以下である。
ハンドリング向上成分の含有割合が上記した下限(具体的には、1質量%)を下回れば、半導体素子封止用シート1、とりわけ、硬化後の半導体素子封止用シート1(具体的には、後述する硬化体シート20)のハンドリング性(具体的には、他の部材との接触による傷付き抑制性)を向上させることができない。
一方、ハンドリング向上成分の含有割合が上記した上限を上回れば、半導体素子封止用シート1、とりわけ、硬化後の半導体素子封止用シート1(具体的には、後述する硬化体シート20)と、基板2との密着力が低下して、それらの間で、界面剥離を生じ、そのため、半導体素子封止用シート1としての信頼性が低下する。
詳しくは、ハンドリング向上成分の含有割合が上記した上限(具体的には、8質量%)を上回れば、硬化後の半導体素子封止用シート1(具体的には、硬化体シート20)(後述)のガラス転移温度Tgが過度に低くなり、そのため、図3Bに示すように、ガラス転移温度Tg以下における第1熱膨張係数α1、および、ガラス転移温度Tg超過における第2熱膨張係数α2のうち、数値が低い第1熱膨張係数α1の領域を十分に広く確保できない。そのため、その後の加熱などにおいて、硬化体シート20の熱膨張係数は、第2熱膨張係数α2が採用され、その場合には、基板2と硬化体シート20と熱膨張係数の差が大きくなり、従って、硬化体シート20の厚み方向他方面7と、基板2の露出領域12との界面における剥離を抑制することができない。
無機粒子およびハンドリング向上成分の総量の割合は、半導体素子封止用シート1(封止組成物)中、例えば、80質量%以上、好ましくは、82質量%以上であり、また、例えば、95質量%以下、好ましくは、90質量%以下である。無機粒子およびハンドリング向上成分の総量の割合が上記した下限以上であれば、半導体素子封止用シート1の靱性を確実に確保することができる。無機粒子およびハンドリング向上成分の総量の割合が上記した上限以下であれば、半導体素子封止用シート1の脆性を抑制することができる。
なお、封止組成物に、顔料、シランカップリング剤などの添加剤を適宜の割合で添加することもできる。
顔料としては、例えば、カーボンブラックなどの黒色顔料が挙げられる。顔料の平均粒子径は、例えば、0.001μm以上、例えば、1μm以下である。顔料の割合は、封止組成物に対して、例えば、0.1質量%以上、また、例えば、2質量%以下である。
シランカップリング剤は、無機粒子の表面を処理(表面処理)するために配合される。シランカップリング剤としては、例えば、エポキシ基を含有するシランカップリング剤が挙げられる。エポキシ基を含有するシランカップリング剤としては、例えば、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシランなどの3−グリシドキシジアルキルジアルコキシシラン、例えば、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどの3−グリシドキシアルキルトリアルコキシシランが挙げられる。好ましくは、3−グリシドキシアルキルトリアルコキシシランが挙げられる。シランカップリング剤の配合割合は、無機粒子100質量部に対して、例えば、0.1質量部以上、好ましくは、1質量部以上であり、また、例えば、10質量部以下、好ましくは、5質量部以下である。
次に、半導体素子封止用シート1の製造方法を説明する。
半導体素子封止用シート1を製造するには、例えば、封止組成物を溶媒(例えば、メチルエチルケトン、トルエン、酢酸エチルなど)に溶解および/または分散させて、ワニスを調製し、これを、剥離シート15に塗布し、乾燥させる。これによって、半導体素子封止用シート1を、剥離シート15に支持された状態で、製造する。その後、必要により、第2剥離シート25を、半導体素子封止用シート1に対して剥離シート15の反対側に配置する。つまり、半導体素子封止用シート1を、剥離シート15および第2剥離シート25で厚み方向に挟み込んだ状態で、製造する。
他方、ワニスを調製せず、混練押出によって、封止組成物から一度に半導体素子封止用シート1を製造することもできる。なお、混練押出における加熱条件は、封止樹脂組成物が完全硬化しない条件である。
半導体素子封止用シート1における封止樹脂組成物は、例えば、Bステージ(完全硬化ではない半硬化)である。Bステージは、封止樹脂組成物が、液状であるAステージと、完全硬化したCステージとの間の状態であって、硬化およびゲル化がわずかに進行し、圧縮弾性率がCステージの弾性率よりも小さい状態である。
これにより、半導体素子封止用シート1を製造する。
半導体素子封止用シート1の厚みは、特に限定されず、例えば、100μm以上であり、また、例えば、2000μm以下である。
次に、この半導体素子封止用シート1を用いて、半導体素子3を封止して、半導体素子パッケージ5を製造する方法を説明する。
半導体素子パッケージ5を製造する方法は、半導体素子3を準備する工程、半導体素子封止用シート1を準備する工程、半導体素子封止用シート1によって半導体素子3を封止して、半導体素子封止用シート1から硬化体シート20を調製するとともに、半導体素子パッケージ5を得る工程、および、ピックアップ装置で半導体素子パッケージ5を回収する工程を備える。
この方法では、図2Aに示すように、まず、半導体素子3および基板2を準備する。
半導体素子3は、例えば、半導体チップであり、面方向に延びる略平板形状を有する。半導体素子3としては、特に限定されない。半導体素子3の厚み方向他方面(下面)には、端子4が設けられている。端子4は、面方向に間隔を隔てて複数配置されている。
半導体素子3は、基板2の厚み方向一方面(上面)に実装されている。具体的には、半導体素子3は、例えば、基板2に対してフリップチップ実装されている。
また、半導体素子3は、基板2において、面方向に互いに間隔を隔てて複数配置されている。
基板2は、面方向に延びる略平坦形状を有する。また、基板2は、半導体素子3に対向する対向面8(上面)を有する。対向面8は、面方向に沿う平面を有する。
基板2の対向面8は、平面視において、複数の半導体素子3を囲む大きさを有する。つまり、基板2の対向面8は、平面視において、複数の半導体素子3と重複する重複領域11と、複数の半導体素子3と重複せず、基板2から露出する露出領域12とを有する。対向面8は、重複領域11において、端子4に対応する基板端子9を備える。
この方法では、次いで、半導体素子封止用シート1を準備する。剥離シート15を半導体素子封止用シート1の厚み方向他方面7から剥離する。
その後、半導体素子封止用シート1を、その厚み方向他方面7が、半導体素子3の厚み方向一方面(上面)に接触するように、半導体素子3に配置する。
図2Bに示すように、次いで、半導体素子封止用シート1によって半導体素子3を封止する。
例えば、下板および上板を備える平板プレス(図示せず)を用いて、半導体素子封止用シート1を加熱および加圧して、半導体素子封止用シート1で複数の半導体素子3を封止する。
また、上記した加熱によって、半導体素子封止用シート1は、熱硬化する。具体的には、一旦、軟化後、半導体素子封止用シート1の封止組成物が完全硬化する(Cステージ化する)。
加熱条件は、封止組成物が完全硬化する条件である。具体的には、加熱温度が、例えば、85℃以上、好ましくは、100℃以上であり、また、例えば、200℃以下、好ましくは、180℃以下である。加熱時間が、例えば、20分間以上、好ましくは、30分間以上であり、また、例えば、300分間以下、好ましくは、180分間以下である。圧力は、特に限定されず、例えば、0.1MPa以上、好ましくは、0.5MPa以上であり、また、例えば、10MPa以下、好ましくは、5MPa以下である。
半導体素子封止用シート1は、一旦軟化して、半導体素子3を埋設する。換言すれば、半導体素子3が半導体素子封止用シート1に埋め込まれる。
続いて、半導体素子封止用シート1は、半導体素子3の周側面を被覆するとともに、対向面8における露出領域12に接触する。なお、半導体素子封止用シート1は、重複領域11の一部に接触することもできる。具体的には、半導体素子封止用シート1は、重複領域11と、厚み方向一方面6において、端子4より外側(面方向外側)の領域との間に進入することが許容される。他方、半導体素子封止用シート1は、好ましくは、端子4より内側の領域に侵入することが許容されない。
これによって、半導体素子3が半導体素子封止用シート1によって封止される。また、基板2における露出領域12は、半導体素子封止用シート1によって接触(密着)されている。
なお、半導体素子3を封止し、基板2の露出領域12に接触する半導体素子封止用シート1は、すでに加熱により熱硬化(完全硬化)(Cステージ)状態となっている。そのため、半導体素子封止用シート1が硬化体シート20となる。
その後、第2剥離シート25を硬化体シート20の厚み方向他方面7から剥離する。
その後、半導体素子封止用シート1(あるいは硬化体シート20)は、熱硬化をより一層進行させたい場合には、平板プレスから下ろし、別の加熱炉に投入する。
硬化体シート20の25℃における引張貯蔵弾性率E’は、例えば、17GPa以下、好ましくは、15GPa以下、より好ましくは、15GPa未満、さらに好ましくは、14.5GPa以下、さらに好ましくは、14GPa以下、さらには、13GPa以下、さらには、12GPa以下であり、また、例えば、5GPa以上、好ましくは、9GPa以上である。
硬化体シート20の引張貯蔵弾性率E’は、走査温度:0〜260℃、周波数:1Hz、昇温速度:10℃/分で動的粘弾性測定を実施して求められる。
硬化体シート20の引張貯蔵弾性率E’が上記した上限以下であれば、硬化体シート20が他の部材と接触しても、傷付くことを抑制することができる。一方、硬化体シート20の引張貯蔵弾性率E’が上記した下限以上であれば、硬化体シート20の強度を確保できる。
硬化体シート20のガラス転移温度Tgは、例えば、110℃以上、好ましくは、120℃以上、より好ましくは、130℃以上、さらに好ましくは、135℃以上であり、また、例えば、160℃以下、好ましくは、150℃以下、より好ましくは、150℃未満、さらに好ましくは、145℃以下である。
硬化体シート20のガラス転移温度Tgは、走査温度:0〜260℃、周波数:1Hz、昇温速度:10℃/分で動的粘弾性測定を実施して、引張貯蔵弾性率E’および引張損失弾性率E’’を得、これからtanδ(=E’’/E’)の曲線を求め、tanδのピーク値として求められる。
硬化体シート20のガラス転移温度Tgが上記した下限以上であれば、図3Aに示すように、ガラス転移温度Tg以下における第1熱膨張係数α1(後述)、および、ガラス転移温度Tg超過における第2熱膨張係数α2のうち、数値が低い第1熱膨張係数α1の領域を十分に広く確保できる。つまり、広範囲の温度領域で数値が低い第1熱膨張係数α1を確保することができる。そのため、基板2と硬化体シート20と熱膨張係数の差を小さくすることができ、硬化体シート20の厚み方向他方面7と、基板2の露出領域12との界面における剥離(後述)を抑制することができる。
硬化体シート20の第1熱膨張係数α1は、例えば、20ppm/K以下であり、また、5ppm/K以上である。硬化体シート20の第1熱膨張係数α1は、ガラス転移温度Tg以下の低温領域における熱膨張係数であり、ガラス転移温度Tgを超える高温領域における第2熱膨張係数α2の温度に比べて、低い。
これにより、基板2、複数の半導体素子3および硬化体シート20を備える半導体素子パッケージ5を得ることができる。
その後、半導体素子パッケージ5における硬化体シート20にダイシングテープ16を貼付し、その後、図2Cに示すように、それらを上下反転する。続いて、半導体素子3に対応して、半導体素子パッケージ5を個片化する。具体的には、半導体素子3の周囲の硬化体シート20および基板2を、例えば、ダイシングソーなどによって、切断する。
この方法では、その後、個片化され、1つの半導体素子3を備える半導体素子パッケージ5は、押圧部10および回収部(図示せず)などを備えるピックアップ装置(回収装置の一例)を用いて、ダイシングテープ16から剥離されて回収される。
押圧部10としては、厚み方向に延びる針部材(具体的には、突き上げピン)などが挙げられる。押圧部10は、厚み方向に移動可能(突き上げ可能)である。また、押圧部10の先端は、鋭利であってもよい。
そして、ピックアップ装置で半導体素子パッケージ5をダイシングテープ16から剥離して回収するには、まず、押圧部10が各半導体素子パッケージ5を厚み方向一方側からから他方側に(ダイシングテープ16から半導体素子パッケージ5に向かう方向)に向かって押し上げ、その後、押し上げられた半導体素子パッケージ5を回収部(図示せず)で回収する。
なお、上記した押圧部10がダイシングテープ16を介して半導体素子パッケージ5を押し上げるときに、押圧部10の先端がダイシングテープ16を突き破り、半導体素子パッケージ5(具体的には、硬化体シート20)と接触することが許容される。
そして、この半導体素子封止用シート1は、無機粒子を含有し、無機粒子の含有割合が、半導体素子封止用シート1中、50質量%超過、90質量%以下であるので、靱性に優れる。
また、この半導体素子封止用シート1は、ポリマー粒子であるハンドリング向上成分を含有し、ハンドリング向上成分の含有割合が、半導体素子封止用シート中、1質量%以上、8質量%以下であるので、ハンドリング性および信頼性の両方に優れる。
詳しくは、ハンドリング向上成分の含有割合が上記した下限以上であるので、半導体素子封止用シート1、とりわけ、硬化後の半導体素子封止用シート1(具体的には、後述する硬化体シート20)のハンドリング性、具体的には、鋭利な先端を有する押圧部10との接触による傷付き抑制性を向上させることができる。
しかるに、硬化体シート20の厚み方向一方面6は、押圧部10の先端との接触により、傷付き易い。しかし、ハンドリング向上成分の含有割合が上記した下限以上であるので、上記した傷付きを抑制して、優れたハンドリング性を得ることができる。なお、硬化体シート20と接触する部材は、押圧部10に限定されず、例えば、集積機なども挙げられる。
一方、ハンドリング向上成分の含有割合が上記した上限を下回れば、半導体素子封止用シート1、とりわけ、硬化後の半導体素子封止用シート1(具体的には、後述する硬化体シート20)と、基板2との密着力の低下を抑制して、それらの間で、界面剥離を生じ難く、そのため、半導体素子封止用シート1としての信頼性が向上する。
詳しくは、ハンドリング向上成分の含有割合が上記した上限を上回れば、硬化後の半導体素子封止用シート1(具体的には、硬化体シート20)(後述)のガラス転移温度Tgが過度に低くなり、そのため、図3Bに示すように、ガラス転移温度Tg以下における第1熱膨張係数α1、および、ガラス転移温度Tg超過における第2熱膨張係数α2のうち、数値が低い第1熱膨張係数α1の領域を十分に広く確保できない。つまり、比較的狭い範囲でのみ温度領域で数値が低い第1熱膨張係数α1を確保することになる。そのため、その後の加熱などにおいて、硬化体シート20の熱膨張係数は、第2熱膨張係数α2が採用され、その場合には、基板2と硬化体シート20と熱膨張係数の差が大きくなり、そのため、硬化体シート20の厚み方向他方面7と、基板2の露出領域12との界面における剥離を抑制することができない。
<変形例>
以下の各変形例において、上記した一実施形態と同様の部材については、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、各変形例は、特記する以外、一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。さらに、一実施形態および各変形例を適宜組み合わせることもできる。
図1では、半導体素子封止用シート1を単層から形成しているが、例えば、図示しないが、複数層の積層体であってもよい。
半導体素子封止用シート1による半導体素子3の封止後、必要により、図2Bの右側図における1点破線で示すように、半硬化体シート20の厚み方向一端部を、例えば、研磨などにより除去して、硬化体シート20の厚み方向一方面6と、半導体素子3の厚み方向一方面とを面一(連続)にすることができる。つまり、半導体素子3の厚み方向一方面をを硬化体シート20から露出させる。
また、半導体素子封止用シート1により、単数の半導体素子3を封止することもできる。
また、硬化体シート20をダイシングすることなく、半導体素子パッケージ5を得ることもできる。
また、一実施形態では、封止用シートの一例として半導体素子封止用シート1を挙げて、半導体素子3を封止しているが、これに限定されず、例えば、図示しないが、他の電子素子を封止する電子素子封止用シートであってもよい。この場合には、電子素子封止用シートを用いて、電子素子を封止して、電子素子パッケージを製造することができる。
以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、何ら実施例および比較例に限定されない。また、以下の記載において用いられる配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなど該当記載の上限(「以下」、「未満」として定義されている数値)または下限(「以上」、「超過」として定義されている数値)に代替することができる。
実施例および比較例で使用した各成分を以下に示す。
エポキシ樹脂A:新日鐵化学社製のYSLV−80XY(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、エポキシ当量200g/eq.軟化点80℃)
エポキシ樹脂B:日本化薬社製のEPPN501−HY(エポキシ当量169g/eq.軟化点60℃)
硬化剤:群栄化学社製のLVR−8210DL(ノボラック型フェノール樹脂、エポキシ樹脂硬化剤、水酸基当量:104g/eq.、軟化点:60℃)
硬化促進剤: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)、エポキシ樹脂硬化促進剤
ガラス転移温度調整剤:根上工業社製のHME−2006M、カルボキシル基含有のアクリル酸エステルコポリマー(アクリル系ポリマー)、重量平均分子量:60万、ガラス転移温度(Tg):−35℃、固形分濃度20質量%のメチルエチルケトン溶液
シランカップリング剤: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:三菱化学社製の#20(カーボンブラック)
第1粒子:FB−5SDC(球状溶融シリカ粉末(無機粒子)、平均粒子径5μm)
第2粒子:アドマテックス社製のSC220G−SMJ(平均粒径0.5μm)を3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製の製品名:KBM−503)で表面処理した無機粒子。無機粒子の100重量部に対して1重量部のシランカップリング剤で表面処理したもの。
ハンドリング向上成分:東レダウコーニング社製のEP−2601(エポキシ基を有し、平均粒径2μmで球状のシリコーン系粒子)
実施例1〜6および比較例1〜3
表1に記載の配合処方に従い、各成分をメチルエチルケトンに溶解および分散させ、ワニスを得た。ワニスの固形分濃度は、80質量%であった。
ワニスを剥離シート15の表面に塗布した後、120℃で、2分間乾燥させた。これにより、厚み100μmの半導体素子封止用シート1を製造した。
(評価1)
半導体素子封止用シート1について、下記の項目を評価した。その結果を表1に記載する。
(引張貯蔵弾性率E’)
半導体素子封止用シート1を150℃で1時間加熱して、硬化体シート20を調製した。続いて、硬化体シート20について、固体粘弾性測定装置(ティー・エイ・インスツルメンツ社製、形式:RSA−G2)を用いて、引張貯蔵弾性率E’を測定した。
具体的には、硬化体シート20から長さ20mm×幅3mm×厚さ100μmのサンプルを採取し、これを、下記の条件で動的粘弾性測定を実施して、25℃における引張貯蔵弾性率Eを求めた。
モード:引張
走査温度:0〜260℃
周波数:1Hz
昇温速度:10℃/分
(第1熱膨張係数α1の測定)
半導体素子封止用シート1を150℃で1時間加熱して、硬化体シート20を調製した。続いて、硬化体シート20から、長さ15mm×幅4.5mm×厚さ100μmのサンプルを採取し、これを、熱機械測定装置(Rigaku社製:形式TMA8310)のフィルム引張測定用治具にセットした後、25〜260℃の温度域で、引張荷重2g、昇温速度5℃/分の条件下におき、30℃〜50℃での膨張率から第1熱膨張係数α1(ガラス転移温度Tg以下における熱膨張係数α)を求めた。
(ガラス転移温度Tg)
半導体素子封止用シート1を150℃で1時間加熱して、硬化体シート20を調製した。続いて、硬化体シート20について、固体粘弾性測定装置(ティー・エイ・インスツルメンツ社製、形式:RSA−G2)を用いて、引張貯蔵弾性率E’を測定した。
具体的には、硬化体シート20から長さ20mm×幅3mm×厚さ100μmのサンプルを採取し、これを、下記の条件で動的粘弾性測定を実施して、引張貯蔵弾性率E’および引張損失弾性率E’’を得、これからtanδ(=E’’/E’)の曲線を求め、tanδのピーク値として、ガラス転移温度Tgを求めた。
モード:引張
走査温度:0〜260℃
周波数:1Hz
昇温速度:10℃/分
(評価2)
評価1に基づいて、信頼性およびハンドリング性を、下記の基準に従って、評価した。その結果を表1に記載する。
(信頼性)
○:ガラス転移温度Tgが、110℃以上。
×:ガラス転移温度Tgが、110℃未満。
(ハンドリング性)
○:25℃における引張貯蔵弾性率E’が、15GPa以下。
×:25℃における引張貯蔵弾性率E’が、15GPa超過。
Figure 2019160868
1 半導体素子封止用シート(封止用シートの一例)

Claims (9)

  1. 封止樹脂組成物と、無機粒子と、ハンドリング向上成分とを含む封止用シートであり、
    前記無機粒子の含有割合が、前記封止用シート中、50質量%超過、90質量%以下であり、
    前記ハンドリング向上成分が、ポリマー粒子であり、
    前記ハンドリング向上成分の含有割合が、前記封止用シート中、1質量%以上、8質量%以下であることを特徴とする、封止用シート。
  2. 前記ポリマー粒子の平均粒子径が、50μm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. 前記無機粒子は、
    第1粒子と、
    前記第1粒子の平均粒子径より小さい平均粒子径を有する第2粒子と
    を含有することを特徴とする、請求項1または2に記載の封止用シート。
  4. 前記無機粒子および前記ハンドリング向上成分の総量の割合が、前記封止用シート中、80質量%以上、95質量%以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の封止用シート。
  5. 前記封止樹脂組成物が、ガラス転移温度調整剤をさらに含有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の封止用シート。
  6. 前記ガラス転移温度調整剤が、アクリル系ポリマーであることを特徴とする、請求項5に記載の封止用シート。
  7. 前記封止樹脂組成物は、エポキシ樹脂およびエポキシ樹脂硬化剤を含有し、
    前記ポリマー粒子は、エポキシ樹脂およびエポキシ樹脂硬化剤の少なくとも一方と反応する官能基を含有することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の封止用シート。
  8. 官能基が、エポキシ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基からなる群から選択される少なくとも1つであることを特徴とする、請求項7に記載の封止用シート。
  9. 前記ポリマー粒子が、シリコーン系粒子であることを特徴とする、請求項1〜8に記載の封止用シート。
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