JP2020015873A - 半導体封止用樹脂組成物、半導体装置、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体封止用樹脂組成物、半導体装置、及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】半導体装置における封止材の厚みを薄く抑えながらも、封止材の絶縁性を維持することができ、かつ半導体装置の内部構造の隠ぺい性を向上させることができる半導体封止用樹脂組成物を提供する。【解決手段】半導体封止用樹脂組成物は、熱硬化性樹脂（Ａ）と、フィラー（Ｂ）と、着色剤（Ｃ）とを含有する。フィラー（Ｂ）の平均粒子径は、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下である。着色剤（Ｃ）の電気比抵抗は、１．０Ω・ｍ以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体封止用樹脂組成物、半導体装置、及びその製造方法に関し、より詳細には、半導体素子を覆う封止材を作製するための半導体封止用樹脂組成物、この封止用樹脂組成物から作製された封止材を備える半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
従来、トランジスタ、ＩＣ等の半導体チップの封止に関し、生産性向上、コスト低減等の観点から樹脂封止が行われている。樹脂封止は、例えばエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材、着色剤を含有する半導体封止用樹脂組成物を成形して封止材を作製することにより行われている（例えば特許文献１）。特許文献１では、着色剤にアニリンブラックを使用し、半導体封止用樹脂組成物の成形時の帯電を減少させるとともに、封止材の着色性を向上させている。
また、近年では、ｅＭＭＣやＳＳＤといった半導体パッケージに搭載されているＮＡＮＤ型フラッシュメモリは、大容量化が進んでおり、そのために、例えば半導体パッケージ中に半導体チップを複数配置し、あるいは更に複数の半導体チップをスタックさせることがある。また、電子機器等における高機能化及び薄型化等の要請から、半導体パッケージを薄型に維持するためには、封止材の薄型化も求められる。
特開２００３−３２７７９２号公報
封止材の光透過性を低減させるために、着色剤を多く配合すると、封止材の導電性が高くなることで半導体装置に短絡が発生しやすくなり、半導体装置に不良が発生することがある。また、例えば半導体装置における封止材の厚みを薄く形成すると、封止材を光が透過しやすくなってしまう。そのため、封止材ごしに半導体装置の内部構造、例えば基板及び半導体素子の構造が透けて見えやすくなり、半導体装置の内部構造が漏洩しやすくなるという問題がある。
本発明の目的は、半導体装置における封止材の光透過性を低減でき、かつ封止材の導電性を増大させにくい半導体封止用樹脂組成物を提供することである。
また、本発明の他の目的は、前記半導体封止用樹脂組成物を備える半導体装置を提供することである。
本発明の一態様に係る半導体封止用樹脂組成物は、熱硬化性樹脂（Ａ）と、フィラー（Ｂ）と、着色剤（Ｃ）とを含有する。前記フィラー（Ｂ）の平均粒子径は、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下である。前記着色剤（Ｃ）の電気比抵抗は、１．０Ω・ｍ以上である。
本発明の一態様に係る半導体装置は、基材と、前記基材に実装された半導体素子と、前記半導体素子を覆う封止材とを備える。前記封止材は、前記半導体封止用樹脂組成物の硬化物からなる。
本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、基材と、前記基材に実装された半導体素子と、前記半導体素子を覆う封止材とを備える半導体装置の製造方法である。前記半導体封止用樹脂組成物を圧縮成形することで前記封止材を作製することを含む。
本発明の一態様の半導体封止用樹脂組成物によれば、半導体装置における封止材の光透過性を低減でき、かつ封止材の導電性を増大させにくい。
本発明の一態様によれば、前記半導体封止用樹脂組成物からなる硬化物を備える半導体装置が得られる。
図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置の概略を示す断面図である。
以下、本発明の一実施形態について説明する。なお、本明細書において、半導体封止用樹脂組成物の固形分量とは、半導体封止用樹脂組成物から溶剤などの揮発性成分を除いた部分の量のことをいう。また、以下に説明する実施形態は、本発明の様々な実施形態の一つにすぎない。このため、以下の実施形態は、本発明の目的を達成できれば設計に応じて種々の変更が可能である。
本実施形態に係る半導体封止用樹脂組成物は、熱硬化性樹脂（Ａ）と、フィラー（Ｂ）と、着色剤（Ｃ）とを含有する。フィラー（Ｂ）の平均粒子径は、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下である。着色剤（Ｃ）の電気比抵抗は、１．０Ω・ｍ以上である。
本実施形態の一態様によれば、半導体封止用樹脂組成物を成形することで、半導体装置における封止材を作製できる。
本実施形態に係る半導体封止用樹脂組成物では、フィラー（Ｂ）の平均粒子径が０．５μｍ以上１５．０μｍ以下であることで、フィラー（Ｂ）が光を散乱させ、かつ着色剤（Ｃ）が光を吸収することで、封止材の光透過性を低減させることができる。そのため、半導体封止用樹脂組成物を成形して形成される封止材を薄く形成した場合であっても、隠ぺい性を確保することができる。また、着色剤（Ｃ）の電気比抵抗は、１．０Ω・ｍ以上であるため、着色剤（Ｃ）は封止材の導電性を増大させにくい。このため、封止材の光透過性を低減でき、かつ封止材の導電性を増大させにくい。このため、本実施形態の半導体封止用樹脂組成物では、半導体装置の封止材を薄型化しても、半導体装置の内部構造が隠ぺいされやすくできる。
特に、本実施形態では、半導体封止用樹脂組成物が硬化されて厚み９０μｍの硬化物に成形された場合の、波長５５０ｎｍにおける硬化物の光線透過率は、１％未満であることが好ましい。この場合、半導体封止用樹脂組成物を成形して、比較的厚みを薄く形成した場合であっても、封止材の光透過性を低減でき、かつ封止材の導電性を増大させにくい。なお、半導体封止用樹脂組成物が硬化されて厚み９０μｍの硬化物に成形された場合の、波長５５０ｎｍにおける光線透過率が１％未満であることは、半導体封止用樹脂組成物の特性を特定するものであり、半導体封止用樹脂組成物から作製される封止材の厚みを制限するものではない。すなわち、封止材の厚みは、９０μｍでもよく、９０μｍより大きくてもよく、９０μｍ未満でもよい。
さらに、本実施形態の封止用樹脂組成物によれば、上記の通り、封止材を薄く形成した場合でも、半導体装置の内部構造が隠ぺいされやすくすることができるため、基板側に配置されている半導体素子等に光を届きにくくすることができる。そのため、例えば封止材にレーザーマーキングを施す場合には、レーザーが封止材を透過することで半導体素子等が破損してしまう危険性も生じやすいのに対し、本実施形態の半導体封止用樹脂組成物では、レーザーマーキングする場合でも、レーザーによって半導体素子等が破損されにくくできる。
また、一般に、封止材の光透過性を低下させ、隠ぺい性を確保するために、着色剤を多く配合すると、封止材の導電性が増加してしまうため、半導体装置に短絡が生じやすくなる。これに対し、本実施形態の半導体封止用樹脂組成物では、上記のとおり、封止材の導電性を増大させにくいため、半導体装置の絶縁不良を生じさせにくくすることもできる。
このように、本実施形態に係る半導体封止用樹脂組成物では、半導体装置を製造するに当たり、基板及び半導体素子を好適に封止することができ、半導体装置における封止材の光透過性を低減でき、かつ封止材の導電性を増大させにくくすることができる。このため、半導体封止用樹脂組成物から封止材を薄く形成した場合でも、半導体の内部構造が隠ぺいされやすい。さらに、封止材を薄型化しても、レーザーマーキングするに当たって、レーザーによって半導体素子が破損されにくく、かつ半導体装置の絶縁不良を生じさせにくくすることができる。
半導体封止用樹脂組成物の各成分について、詳細に説明する。
熱硬化性樹脂（Ａ）は、エポキシ樹脂を含む。エポキシ樹脂は、例えばグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂及びオレフィン酸化型（脂環式）エポキシ樹脂からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有できる。より具体的には、エポキシ樹脂は、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等のアルキル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；フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂；ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂；フェニレン骨格、ビフェニレン骨格等を有するナフト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多官能型エポキシ樹脂；トリフェニルメタン型エポキシ樹脂；テトラキスフェノ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；スチルベン型エポキシ樹脂；ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等の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；ナフタレン型エポキシ樹脂；脂環式エポキシ樹脂；ビスフェノールＡ型ブロム含有エポキシ樹脂等のブロム含有エポキシ樹脂；ジアミノジフェニルメタンやイソシアヌル酸等のポリアミンとエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂；並びにフタル酸やダイマー酸等の多塩基酸とエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂からなる群から選択される一種以上の成分を含有できる。特にエポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ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、ビフェニル型エポキシ樹脂及びトリフェニルホスフィン型エポキシ樹脂からなる群から選択される一種以上の成分を含有することが好ましい。
熱硬化性樹脂（Ａ）は、硬化剤を含むことが好ましい。硬化剤は、エポキシ樹脂を硬化させるために用いられる。硬化剤は、例えばフェノール化合物、酸無水物、及びフェノール性水酸基を生成する機能性化合物からなる群から選択される一種以上の成分を含有する。
硬化剤がフェノール化合物を含有する場合、硬化剤は、１分子内に２個以上のフェノール性水酸基を有するモノマー、オリゴマー及びポリマーのうちいずれも含みうる。例えば硬化剤は、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビフェニル型ノボラック樹脂、トリフェニルメタン型樹脂、ナフトールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、及びビフェニルアラルキル樹脂からなる群から選択される一種以上の成分を含有できる。
硬化剤がフェノール化合物を含有する場合、エポキシ樹脂のエポキシ基１当量当たりのフェノール化合物の水酸基当量は、０．５以上であることが好ましく、０．９以上であれば更に好ましい。また、この水酸基当量は、１．５以下であることが好ましく、１．２以下であれば更に好ましい。
硬化剤が酸無水物を含有する場合、硬化剤は、例えば無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸及びポリアゼライン酸無水物からなる群から選択される一種以上の成分を含有できる。
硬化剤がフェノール性水酸基を生成する機能性化合物を含有する場合、硬化剤は、加熱されることでフェノール性水酸基を生成する化合物を含有できる。より具体的には、例えば硬化剤は、加熱されると開環してフェノール性水酸基を生成するベンゾオキサジン類を含有できる。
熱硬化性樹脂（Ａ）は、硬化促進剤を含有してもよい。硬化促進剤は、エポキシ樹脂のエポキシ基と硬化剤の水酸基との反応（硬化反応）を促進しうる。硬化促進剤の例は、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート等の有機ホスフィン類や、１，８−ジアザ−ビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（ＤＢＵ）、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン等の三級アミン類や、２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、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等のイミダゾール類等が挙げられる。硬化促進剤は、上記から選択される少なくとも一種の成分を含有できる。
硬化促進剤の量は、熱硬化性樹脂（Ａ）に含まれうるエポキシ樹脂及びフェノール樹脂などの硬化剤の量に応じて、適宜調整することができる。
フィラー（Ｂ）の平均粒子径は、既に述べた通り、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下である。フィラー（Ｂ）の平均粒子径がこの範囲内であることで、半導体封止用樹脂組成物の硬化物中において、この硬化物に照射される光をフィラー（Ｂ）が散乱させうる。これにより、半導体装置における封止材の光透過性を低減することができる。そのため、半導体装置における封止材を薄型化しても、半導体素子等の内部構造の隠ぺい性を向上させることができる。さらに、半導体装置の内部構造の隠ぺい性が向上しうることにより、封止材にレーザーマーキングするに当たって、レーザーによって半導体素子等が破損されにくくすることができる。
また、フィラー（Ｂ）の平均粒子径が０．５μｍ以上であれば、半導体封止用樹脂組成物の粘度の上昇を抑制することができ、これにより、半導体封止用樹脂組成物から封止材を作製するに当たって、ワイヤースイープの影響を抑制することができる。また、フィラー（Ｂ）の平均粒子径が１５．０μｍ以下であれば、半導体封止用樹脂組成物からなる硬化物中のフィラー（Ｂ）の間を光が侵入しにくい。フィラー（Ｂ）の平均粒子径は、３．０μｍ以上１４．０μｍ以下であることがより好ましく、４．０μｍ以上１２．０μｍ以下であることが更に好ましい。なお、平均粒径は、レーザー回折・散乱法による粒度分布の測定値から算出される体積基準のメディアン径であり、市販のレーザー回折・散乱式粒度分布測定装置を用いて得られる。
フィラー（Ｂ）は、平均粒子径が０．５μｍ以上１５．０μｍ以下であれば、フィラー（Ｂ）は、粒子径が０．５μｍ未満の粒子及び１５．０μｍより大きい粒子を含有していてもよい。
フィラー（Ｂ）中の、粒子径が１０．０μｍ以下である粒子の割合は、フィラー（Ｂ）全量に対して４０％以上９０％以下であることが好ましい。この場合、この硬化物に照射される光をフィラー（Ｂ）がより散乱させやすくできる。これにより、半導体装置における封止材の光透過性をより低減することができる。そのため、半導体装置における封止材を薄型化しても、半導体素子等の内部構造の隠ぺい性をより向上させることができる。また、半導体装置の内部構造の隠ぺい性が向上しうることにより、封止材にレーザーマーキングするに当たって、レーザーによって半導体素子等がより破損されにくくすることができる。フィラー（Ｂ）中の、粒子径が１０．０μｍ以下である粒子の割合は、フィラー（Ｂ）全量に対して５０％以上９０％以下であることがより好ましく、７０％以上９０％以下であることが更に好ましい。
フィラー（Ｂ）は、例えば溶融球状シリカ等の溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ及び窒化ケイ素からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有できる。特にフィラー（Ｂ）が溶融シリカを含有することが好ましい。フィラー（Ｂ）は、アルミナ、結晶シリカ及び窒化ケイ素からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有してもよい。
半導体封止用樹脂組成物中のフィラー（Ｂ）の含有量は、半導体封止用樹脂組成物の固形分量に対して、６０質量％以上９０質量％以下であることが好ましい。
着色剤（Ｃ）は、既に述べた通り、半導体封止用樹脂組成物において、光を吸収することができる成分である。このため、半導体封止用樹脂組成物から作製される封止材の光透過性を低減させることができる。これにより、半導体装置における封止材を薄型化しても、半導体素子等の内部構造の隠ぺい性を向上させることができる。そのため、半導体装置の封止材にレーザーマーキングするに当たって、レーザーによって半導体素子等が破損されにくくすることができる。
また、着色剤（Ｃ）は、半導体装置の封止材の導電性を増大させにくくすることに寄与することもできる。このため、封止材の絶縁性を確保することができる。これにより、半導体装置の封止材を薄型化しても、半導体装置の絶縁不良を抑制することができる。
着色剤（Ｃ）は、チタンブラック、黒色酸化鉄、フタロシアニン系顔料、及びペリレンブラックからなる群から選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。これらの成分の電気比抵抗は、いずれも１．０Ω・ｍ以上である。この場合、半導体封止用樹脂組成物から作製される封止材の光透過性をより低減することができる。フタロシアニン系顔料は、フタロシアニン系黒色顔料であることが好ましい。着色剤（Ｃ）が、上記から選択される顔料を含む場合、半導体封止用樹脂組成物の固形分全量に対する顔料の量は、０．４質量％以上２．０質量％以下であることが好ましい。この場合、半導体封止用樹脂組成物から作製される封止材の光透過性を更に低減することができる。
特に、着色剤（Ｃ）がチタンブラックを含む場合、半導体封止用樹脂組成物の固形分全量に対するチタンブラックの量は、０．４質量％以上２．０質量％以下であることが好ましい。この場合、半導体封止用樹脂組成物から作製される封止材の光透過性を更に低減することができ、かつ封止材の導電性をより増大させにくくする。
着色剤（Ｃ）がチタンブラックを含む場合、着色剤（Ｃ）全量に対するチタンブラックの量は、１０質量％以上８０質量％以下であることが好ましい。
着色剤（Ｃ）は、染料を含むことが好ましい。この場合も、半導体封止用樹脂組成物から作製される封止材の光透過性をより低減することができる。染料の例としては、アニリンブラック、及びアジン系染料が挙げられる。着色剤（Ｃ）が染料を含む場合、半導体封止用樹脂組成物の固形分全量に対する染料を含む染料の量は、０．１質量％以上０．４質量％以下であることが好ましい。この場合も、半導体封止用樹脂組成物から作製される封止材の光透過性を更に低減することができる。
半導体封止用樹脂組成物は、着色剤（Ｃ）以外の着色成分を含有してもよい。半導体封止用樹脂組成物は、カーボンブラック（Ｄ）を更に含有することが好ましい。この場合、半導体封止用樹脂組成物の固形分全量に対するカーボンブラック（Ｄ）の量は、０．１質量％以上０．６質量％以下であることが好ましい。カーボンブラック（Ｄ）の量が０．１質量％であると、半導体封止用樹脂組成物から作製される封止材の光透過性を特に低減することができ、０．６質量％以下であると、封止材の導電性をより増大させにくくでき、封止材の絶縁性を良好に維持することができる。
また、半導体封止用樹脂組成物が着色剤（Ｃ）とカーボンブラック（Ｄ）とを含有する場合、半導体封止用樹脂組成物の固形分全量に対する着色剤（Ｃ）及びカーボンブラック（Ｄ）の合計量は、０．５質量％以上２．５質量％以下であることが好ましい。この合計量が０．５質量％以上であると、半導体封止用樹脂組成物から作製される封止材の光透過性を更に低減することができ、２．５質量％以下であると、封止材の導電性をより増大させにくくでき、封止材の絶縁性をより良好に維持することができる。
半導体封止用樹脂組成物は、本実施形態の利点を大きく損なわない範囲において、上記で説明した成分以外の添加剤を含有してもよい。添加剤として、離型剤、難燃剤、着色剤、低応力化剤、及びイオントラップ剤が挙げられる。カップリング剤は、例えば熱硬化性樹脂（Ａ）とフィラー（Ｂ）との親和性向上、及び基材２に対する封止材４（図１参照）の接着性向上に寄与できる。カップリング剤は、例えばシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、及びアルミニウム／ジルコニウムカップリング剤からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。シランカップリング剤は、例えば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等のグリシドキシシラン；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、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等のアミノシラン；アルキルシラン；ウレイドシラン；並びにビニルシランからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。
離型剤は、例えばカルナバワックス、ステアリン酸、モンタン酸、カルボキシル基含有ポリオレフィン、エステルワックス、酸化ポリエチレン、及び金属石鹸からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。また、難燃剤は、例えば、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム及び赤リンからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。
低応力化剤は、例えば、シリコーンエラストマー、シリコーンレジン、シリコーンオイル及びブタジエン系ゴムからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。ブタジエン系ゴムは、例えばアクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体及びメタクリル酸メチル−ブタジエン−スチレン共重合体のうち少なくとも一方の成分を含有することができる。
イオントラップ剤は、例えばハイドロタルサイト類化合物と金属元素の含水酸化物とのうち少なくとも一方を含有することができる。金属元素の含水酸化物は、例えばアルミニウムの含水酸化物、ビスマスの含水酸化物、チタンの含水酸化物、及びジルコニウムの含水酸化物からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。
半導体封止用樹脂組成物の製造方法の一例について説明する。半導体封止用樹脂組成物の、上記で説明した原料を加熱しながら混練することで、半導体封止用樹脂組成物を製造できる。より具体的には、例えばエポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、フィラー、及び着色剤を含む原料を、ミキサー、ブレンダーなどで混合し、続いて熱ロール、ニーダーといった混練機で加熱しながら混練してから、室温に冷却することで、半導体封止用樹脂組成物を得ることができる。半導体封止用樹脂組成物を粉砕することで粉末にしてもよく、粉末にしてから打錠することでタブレット状若しくは顆粒状にしてもよく、又は封止用樹脂組成物を塗布してから乾燥させることでシート状にしてもよい。原料の混練時の加熱温度は、例えば８０℃以上１３０℃以下とすることができるが、これに限定されない。
半導体封止用樹脂組成物の粘度は、１０．０Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。この場合、導体封止用樹脂組成物から半導体素子を封止して半導体装置を作製するに当たって、ワイヤースイープの発生を低減することができる。粘度は、１．０Ｐａ・ｓ以上６．０Ｐａ・ｓ以下であることがより好ましい。なお、半導体封止用樹脂組成物の粘度は、後述の実施例における「スリット粘度」であり、その測定方法及び測定条件は、実施例で説明したとおりである。
半導体封止用樹脂組成物の硬化物は、例えば次のようにして得ることができる。半導体封止用樹脂組成物を１５０〜１８０℃、９０〜３００秒間、加熱することで硬化させることができる。加熱温度及び加熱時間といった硬化条件は、半導体封止用樹脂組成物の組成、あるいは作製する半導体装置の種類に応じて適宜設定すればよい。半導体封止用樹脂組成物の硬化物の、温度２５℃、印加電圧５００Ｖの条件で測定した体積抵抗値は、１×１０14Ω・ｍ以上であることが好ましく、温度１５０℃、印加電圧５００Ｖの条件で測定した体積抵抗値は、１×１０10Ω・ｍ以上であることが好ましい。この場合、半導体封止用樹脂組成物から、半導体素子を覆う封止材を作製した場合の、封止材の絶縁性を低く維持することができる。半導体封止用樹脂組成物の硬化物は、例えば後述する圧縮成形法により、半導体封止用樹脂組成物を、圧縮成形機の金型内に入れ、圧縮成形機を加圧することで得られる。
半導体封止用樹脂組成物から作製された封止材４を備える半導体装置１の例、及びその製造方法について、図１を参照して説明する。
本実施形態に係る半導体装置１は、基材２と、基材２に実装されている半導体素子３と、半導体素子３を覆う封止材４とを備える。封止材４は、半導体装置１の外形を構成するパッケージであり、半導体封止用樹脂組成物の硬化物からなる。具体的には、図１に示す半導体装置１は、片面封止型の半導体装置である。半導体装置１は、基材２上に半導体素子３（第一の半導体素子３１ともいう）、及び第一の半導体素子３１上に更に半導体素子３（第二の半導体素子３２ともいう）と、基材２と第一の半導体素子３１とを電気的に接続するワイヤ５（第一のワイヤ５１）と、基材２と第二の半導体素子３２とを電気的に接続するワイヤ５（第二のワイヤ５２）と、半導体素子３を覆う封止材４を備えている。なお、図１に示す半導体装置１には、二つの半導体素子３がスタックされているが、半導体素子３の数は、半導体装置の用途、形状及び寸法等に応じて適宜設定すればよい。
第一の半導体素子３１及び第二の半導体素子３２等の半導体素子３は、例えば集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード又は固体撮像素子である。半導体素子３は、ＳｉＣ、ＧａＮといった新規のパワーデバイスであってもよく、インダクタ、コンデンサといった電子部品であってもよい。基材２は、例えばリードフレーム、配線板、又はインターポーザーなどである。
第一のワイヤ５１及び第二のワイヤ５２等のワイヤは、公知のワイヤを採用することができ、基材２と半導体素子３とを電気的に接続可能なものであればよい。
半導体装置１の具体的な例としては、Ｍｉｎｉ、Ｄパック、Ｄ２パック、Ｔｏ２２Ｏ、Ｔｏ３Ｐ、デュアル・インライン・パッケージ（ＤＩＰ）といった挿入型パッケージ、又はクワッド・フラット・パッケージ（ＱＦＰ）、スモール・アウトライン・パッケージ（ＳＯＰ）、スモール・アウトライン・Ｊリード・パッケージ（ＳＯＪ）、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）、システム・イン・パッケージ（ＳｉＰ）といった表面実装型パッケージを挙げることができる。
半導体装置１の封止材４の厚みＸ（図１に両矢印で示す）は、２０μｍ以上９０μｍ以下であることが好ましい。封止材４の厚みＸが９０μｍ以下であると、半導体装置の薄型化が容易に達成することができる。
本実施形態では、封止材の厚みＸに対する、封止材中のフィラー（Ｂ）の平均粒子径は、１／７以下であることが好ましい。この場合、半導体装置１における封止材４の光透過性を低減できる。これにより、この封止材４を薄型化しても、内部構造が隠ぺいされやすくすることができる。このため、封止材４に、レーザーマーキングするに当たって、レーザーによって半導体素子が破損されにくくすることができる。
半導体封止用樹脂組成物を加圧成形法で成形することで、半導体封止用樹脂組成物の硬化物からなる封止材４を作製することできる。加圧成形法は、例えば射出成形法、トランスファー成形法又は圧縮成形法である。
半導体装置１の封止材４が圧縮成形法により作製されることが好ましい。すなわち、半導体装置１の製造方法は、上記の半導体封止用樹脂組成物を圧縮成形することで封止材４を作製することを含むことが好ましい。具体的には、半導体装置１を製造するには、基材２と、基材２に実装された半導体素子３、及び基材２と半導体素子３とを電気的に接続させるワイヤ５を配置し、半導体封止用樹脂組成物を溶融させてから圧縮成形機内に充填する。続いて、圧縮成形機内で圧縮成形機の金型を加熱しながら圧縮することにより半導体封止用樹脂組成物を硬化させることで、半導体素子３を覆った状態で封止材４を作製することができる。これにより、基材２と基材２に実装された半導体素子３と、半導体素子３を覆う封止材４とを備える半導体装置１が得られる。
半導体封止用樹脂組成物を圧縮成形法で成形する場合は、圧縮圧力が５．０ＭＰａ以上であることが好ましい。圧縮圧力は、７．０ＭＰａ以上であることがより好ましく、１０．０ＭＰａ以下であることもより好ましい。加熱温度（金型温度）は、１５０℃以上１８０℃以下であることが好ましい。加熱温度は、１６０℃以上であることがより好ましく、１７０℃以上であることが更に好ましい。加熱時間は、９０秒以上３００秒以下であることが好ましい。
半導体封止用樹脂組成物をトランスファー成形法で成形することもできる。トランスファー成形法で成形する場合は、例えば金型への半導体封止用樹脂組成物の注入圧力は、８．０ＭＰａ以上とすることができる。加熱時間は、９０秒以上とすることができる。
トランスファー成形法では、金型内で封止材４を作製した後、金型を開いて半導体装置１を取り出し、恒温機を用いて封止材４を加熱することにより、後硬化（ポストキュア）を行うことが好ましい。後硬化のための加熱条件は、例えば加熱温度が１６０℃以上２００℃以下、加熱時間が４時間以上１０時間以下である。
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。なお、本発明は、下記の実施例のみには限定されない。
１．半導体封止用樹脂組成物の調製
各実施例及び比較例において、後掲の表に示す成分を配合し、ブレンダーで３０分間混合して均一化させてから、温度９０℃で加熱しながら混練溶融させ押し出し、更に冷却してから粉砕した。これにより、粒状の半導体封止用樹脂組成物を得た。
なお、表に示す成分の詳細は、下記の通りである。
・熱硬化性樹脂：ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂。ＤＩＣ株式会社製 品名 Ｎ６６３ＥＸＰ。
・硬化剤：フェノール樹脂。明和化成株式会社製 品名 Ｈ−３Ｍ。
・硬化促進剤：ＴＰＰ（トリフェニルホスフィン）。北興化学工業株式会社製。
・溶融シリカＡ：デンカ株式会社製 品名 ＦＢ５１０ＦＣ。平均一次粒子径１１．８μｍ。
・溶融シリカＢ：デンカ株式会社製 品名 ＦＢ４ＤＰＭ。平均一次粒子径４．６μｍ。
・溶融シリカＣ：デンカ株式会社製 品名 ＦＢ８７５２ＦＣ。平均一次粒子径１７．１μｍ。
・着色剤Ａ：チタンブラック（赤穂化成株式会社製 品名 ＴｉｌａｃｋＤ ＴＭ−Ｂ）。電気比抵抗１．０Ω・ｍ。
・着色剤Ｂ：油溶性アジン系染料（オリヱント化学工業株式会社製 品番 オリパックＢ−３０）。電気比抵抗１．０Ω・ｍ。
・カーボンブラック：三菱ケミカル株式会社社製 品番 ＃４０。電気比抵抗１×１０-2Ω・ｃｍ。
２．評価
上記１．で調整した半導体封止用樹脂組成物について、下記（１）−（２）の評価を行った。また、上記１．で調製した半導体封止用樹脂組成物の硬化物、及び硬化物からなる封止材を備える半導体装置について下記（３）−（５）の評価を行った。
（１）粘度（スリット粘度）
半導体封止用樹脂組成物を、ＴＭＭ型トランスファー成形機（多加良製作所社製）のポット内に投入し、金型温度１７５℃、ポット内圧力９．８ＭＰａでトランスファー成形機の金型内に注入した。この場合の半導体封止用樹脂組成物が金型内の厚み０．４ｍｍ部分を流動する際の圧力を測定し、粘度（スリット粘度）を算出した。その結果を、表１及び２に示す。
（２）Ｃｌイオン含有量及びＮａイオン含有量
半導体樹脂組成物１０ｇ（固形分換算）を、メタノール５０ｇ及び水１００ｇのメタノール水溶液で抽出し、これにより得られた抽出液を、イオンクロマトグラフ装置（カラム：Ｃ−Ｃ３）により測定することで、抽出液中のナトリウムイオン（Ｎａ+）の含有量を算出した。同様に、上記の抽出液をイオンクロマトグラフ装置（カラム：Ｃ−ＳＡ２）により測定することで、抽出液中の塩化物イオン（Ｃｌ-）含有量を算出した。その結果を、表１及び２に示す。
（３）透過率
半導体封止用樹脂組成物を、圧縮圧力９．８ＭＰａ、金型温度１７５℃、加熱時間１８０秒間の条件で硬化させて硬化物を得、この硬化物を切断、及び研磨することで、厚み９０μｍ、幅１０ｍｍ、及び縦２０ｍｍの硬化物の試験片を作製した。この試験片に、分光光度計（島津製作所社製 ＭＰＣ−３１００）により、可視光（波長５５０ｎｍ）を照射し、透過率を測定した。その結果を表１及び２に示す。
（４）体積抵抗率
半導体封止用樹脂組成物を、注入圧力９．８ＭＰａ、金型温度１７５℃、加熱時間１８０秒間の条件で、直径１００ｍｍ、厚み３ｍｍの金型内部で硬化させて試験片を作製した。この試験片を、エレクトロメータ装置（デジタル式振動容量型電位計：ＴＡＫＥＤＡ ＲＩＫＥＮ ＴＲ８４１１）により、常温（２５℃）、ＤＣ５００Ｖの電圧を印加し、試験片の体積抵抗値を測定した。また、温度１５０℃で、同様に電圧を印加することで、試験片の体積抵抗値を測定した。それぞれの結果を表１及び２に示す。
（５）チップ透け（隠ぺい性）
基材及び基材に実装された半導体素子、並びに半導体封止用樹脂組成物を圧縮成形機（ＴＯＷＡ社製 ＦＦＴ１０３０Ｇ）の金型内に入れ、金型温度１７５℃、注入圧力８ＭＰａ、成形時間１８０秒の成形条件で成形することにより、封止材の厚みが９０μｍである半導体装置を作製した。この半導体装置において、目視にて、半導体素子の透けを確認し、下記の基準で評価した。その結果を表１及び２に示す。
Ａ：封止材を介しても、半導体素子の透けは確認されない。
Ｂ：封止材を介して、半導体素子の色が確認される。
Ｃ：封止材を介して、半導体素子の色及びその配置位置が確認される。
Ｄ：封止材を介して、半導体素子の色及びその配置位置が明確に確認され、かつ半導体素子に封止材が充填されていない部分がある。
１ 半導体装置
２ 基材
３ 半導体素子
４ 封止材

Claims (13)

  1. 熱硬化性樹脂（Ａ）と、フィラー（Ｂ）と、着色剤（Ｃ）とを含有し、
    前記フィラー（Ｂ）の平均粒子径は、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下であり、
    前記着色剤（Ｃ）の電気比抵抗は、１．０Ω・ｍ以上である、
    半導体封止用樹脂組成物。
  2. 硬化されて厚み９０μｍの硬化物に成形された場合の、波長５５０ｎｍ以下における前記硬化物の光線透過率は、１％未満である、
    請求項１に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  3. 前記フィラー（Ｂ）中の、粒子径が１０．０μｍ以下である粒子の割合は、前記フィラー（Ｂ）全量に対して４０％以上９０％以下である、
    請求項１又は２に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  4. 前記着色剤（Ｃ）は、チタンブラック、黒色酸化鉄、フタロシアニン系顔料、及びペリレンブラックからなる群から選択される少なくとも一種の顔料を含む、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  5. 前記半導体封止用樹脂組成物の固形分全量に対する前記顔料の量は、０．４質量％以上２．０質量％以下である、
    請求項４に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  6. 前記着色剤（Ｃ）は、チタンブラックを含み、
    前記半導体封止用樹脂組成物の固形分全量に対する前記チタンブラックの量は、０．４質量％以上２．０質量％以下である、
    請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  7. 前記着色剤（Ｃ）は、染料を含み、
    前記半導体封止用樹脂組成物の固形分全量に対する前記染料の量は、０．１質量％以上０．４質量％以下である、
    請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  8. 前記半導体封止用樹脂組成物の、温度１７５℃、及び圧力９．８ＭＰａの条件で測定した粘度は、１．０Ｐａ・ｓ以上１０．０Ｐａ・ｓ以下である、
    請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  9. 前記半導体封止用樹脂組成物の硬化物の、温度２５℃、印加電圧５００Ｖの条件で測定した体積抵抗値は、１×１０14Ω・ｍ以上であり、
    温度１５０℃、印加電圧５００Ｖの条件で測定した体積抵抗値は、１×１０10Ω・ｍ以上である、
    請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体封止用樹脂組成物。
  10. 基材と、前記基材に実装された半導体素子と、前記半導体素子を覆う封止材とを備え、
    前記封止材は、請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体封止用樹脂組成物の硬化物からなる、
    半導体装置。
  11. 前記封止材の厚みは、９０μｍ以下である、
    請求項１０に記載の半導体装置。
  12. 前記封止材の厚みに対する前記フィラー（Ｂ）の平均粒子径は、１／７以下である、
    請求項１０又は１１に記載の半導体装置。
  13. 基材と、前記基材に実装された半導体素子と、前記半導体素子を覆う封止材とを備える半導体装置の製造方法であって、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体封止用樹脂組成物を圧縮成形することで前記封止材を作製することを含む、
    半導体装置の製造方法。
JP2018141597A 2018-07-27 2018-07-27 半導体封止用樹脂組成物、半導体装置、及び半導体装置の製造方法 Active JP7170240B2 (ja)

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