JP2022003130A - 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
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- H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/45001—Core members of the connector
- H01L2224/45099—Material
- H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
- H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
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- H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
- H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
- H01L2224/45147—Copper (Cu) as principal constituent
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- H01L2224/48153—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
- H01L2224/48175—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being arranged next to each other, e.g. on a common substrate the item being metallic
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- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
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- H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
- H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
- H01L23/3121—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation
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- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
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Abstract
Description
本発明者らの検討によれば、特許文献1に記載の封止用樹脂組成物を用いた場合、該封止用樹脂組成物を用いて封止する際のワイヤー流れと、該封止用樹脂組成物を用いて封止した半導体装置の後硬化やリフロー時に発生する反りとを、同時に抑制することが困難であることが判明した。本発明は、樹脂封止する際のワイヤー流れの発生が少なく、かつ、封止用樹脂組成物を用いて封止した半導体装置の後硬化時等に発生する反りが少ない封止用樹脂組成物の提供を目的とするものである。
(A)エポキシ樹脂、
(B)硬化剤、及び、
(C)充填材、
を含有する封止用樹脂組成物であって、
エポキシ樹脂(A)は、ナフチルエーテル骨格を有するエポキシ樹脂(A−1)を含み、
前記封止用樹脂組成物の硬化物の
ガラス転移温度をTg(℃)、
190℃〜230℃における線膨張係数をα2(ppm/℃)、
260℃における熱時弾性率をE2(MPa)とし、
以下の方法により測定された、前記封止用樹脂組成物の175℃における矩形圧をη2(MPa)としたとき、
下記式(1)を満足する封止用樹脂組成物が提供される。
式(1) E2×(α2×10−6)×(175−Tg)×η2≦0.3
(方法)
低圧トランスファー成形機を用いて、金型温度170℃、注入流量177mm3/秒の条件にて、幅15mm、厚さ1mm、長さ175mmの矩形状の流路に、前記封止用樹脂組成物を注入し、流路の上流先端から25mmの位置に埋設した圧力センサーにて圧力の経時変化を測定し、前記封止用樹脂組成物の流動時における最低圧力(MPa)を測定し、これを矩形圧とする。
上記封止用樹脂組成物を用いて、半導体素子を封止する封止工程と、
を備える半導体装置の製造方法が提供される。
本明細書中、数値範囲の説明における「a〜b」との表記は、特に断らない限り、a以上b以下のことを表す。例えば、「1〜5質量%」とは「1質量%以上5質量%以下」の意である。
本明細書における「電子装置」の語は、半導体チップ、半導体素子、プリント配線基板、電気回路ディスプレイ装置、情報通信端末、発光ダイオード、物理電池、化学電池など、電子工学の技術が適用された素子、デバイス、最終製品等を包含する意味で用いられる。
尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは一致していない。
まず、本実施形態に係る封止用樹脂組成物について説明する。
本実施形態の封止用樹脂組成物は、(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、及び、(C)充填材を含む。
そして、本実施形態に係る封止用樹脂組成物は、かかる封止用樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度をTg(℃)、
190℃〜230℃における線膨張係数をα2(ppm/℃)、
260℃における熱時弾性率をE2(MPa)とし、
以下の方法により測定された、前記封止用樹脂組成物の175℃における矩形圧をη2(MPa)としたとき、下記式(1)を満足する。
式(1) E2×(α2×10−6)×(175−Tg)×η2≦0.3
(方法)
低圧トランスファー成形機を用いて、金型温度170℃、注入流量177mm3/秒の条件にて、幅15mm、厚さ1mm、長さ175mmの矩形状の流路に、前記封止用樹脂組成物を注入し、流路の上流先端から25mmの位置に埋設した圧力センサーにて圧力の経時変化を測定し、前記封止用樹脂組成物の流動時における最低圧力(MPa)を測定し、これを矩形圧とする。
本発明者らは、ワイヤー流れの抑制と反りの抑制を同時に達成するために、鋭意検討を行い、(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、及び、(C)充填材を含む封止用樹脂組成物において、ガラス転移温度Tg、線膨張係数α2、熱時弾性率E2、及び、矩形圧η2とが、特定の関係、すなわち式(1)を満たす構成とすることで、上記2つの課題を同時に達成することができる封止用樹脂組成物となることを見出し、本発明を成し得たものである。
上記式(1)における「E2×(α2×10−6)×(175−Tg)」は、ガラス転移温度以上における熱時弾性率と、ガラス転移温度以上における線膨張係数と、硬化温度とガラス転移温度との差分との積であり、高温時の残留応力S2を示す。また、矩形圧η2は高温時における溶融粘度を示す。本実施形態に係る樹脂組成物によれば、残留応力S2と、高温時における溶融粘度を示す矩形圧η2との積が、特定の条件を満たすことにより、高温時に蓄積される内部応力と、高温時における流動性を最適なバランスとすることができ、充填時のワイヤー流れの抑制と該樹脂組成物の硬化物の、熱履歴を経た後の反りの抑制との両立を図ることができるものと考えられる。
また、以上のような特性は、本実施形態の封止用樹脂組成物を構成する各成分の種類、配合量を適切に調整することで達成することができる。
また、応力緩和特性に優れた硬化物を実現する観点から、上記25℃における貯蔵弾性率E1は、好ましくは40000MPa以下であり、より好ましくは30000MPa以下、さらに好ましくは25000MPa以下である。
また、硬化物のガラス転移温度の上限に制限はないが、硬化物の靭性を向上させる観点から、たとえば300℃以下であり、175℃未満であることがより好ましく、140℃以下であってもよい。
ガラス転移温度をTg(℃)、
40℃〜80℃における線膨張係数をα1(ppm/℃)、
25℃における常温時弾性率をE1(MPa)としたとき、
下記式(2)で表される残留応力S1(MPa)が、10MPa以上90MPa以下であることが好ましく、20MPa以上、80MPa以下であることがより好ましく、30MPa以上70MPa以下であることが特に好ましい。
式(2) 残留応力S1=E1×(α1×10−6)×(Tg−(−40))
また、硬化性に優れた硬化物を実現する観点から、封止用樹脂組成物のゲルタイムは、好ましくは100秒以下であり、より好ましくは80秒以下、さらに好ましくは70秒以下である。
ゲルタイムの測定は、175℃に加熱した熱板上で封止用樹脂組成物を溶融した後、へらで練りながら硬化するまでの時間(ゲルタイム)を測定することによりおこなうことができる。
本実施形態に係る封止用樹脂組成物において、エポキシ樹脂(A)は、ナフチルエーテル骨格を有するエポキシ樹脂(A−1)を含む。
また、式(NE)中、R3がアラルキル基である場合、該アラルキル基は、下記式(A)で表すことができる。
エポキシ樹脂(A−2)は、例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂;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、テトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂;スチルベン型エポキシ樹脂;フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂;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エポキシ樹脂;フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂等のフェノールアラルキル型エポキシ樹脂;トリグリシジルイソシアヌレート、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート等のトリアジン核含有エポキシ樹脂;ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂等の有橋環状炭化水素化合物変性フェノール型エポキシ樹脂から選択される一種類または二種類以上を含むものである。
上記の中でも、エポキシ樹脂(A−2)として、上記式(5)で表されるエポキシ樹脂を含むものがより好ましい態様の一つとして挙げられる。
本実施形態における硬化剤(B)は、半導体封止用樹脂組成物に一般に使用されているものであれば特に制限はないが、例えば、フェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、及び、メルカプタン系硬化剤が挙げられ、これらから選択される少なくとも1種を含むことができる。これらの中でも、耐燃性、耐湿性、電気特性、硬化性、保存安定性等のバランスの点からフェノール系硬化剤を含むことが好ましい。
フェノール系硬化剤としては、半導体封止用樹脂組成物に一般に使用されているものであれば特に制限はないが、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂をはじめとするフェノール、クレゾール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、フェニルフェノール、アミノフェノール、α−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のフェノール類とホルムアルデヒドやケトン類とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるノボラック樹脂、上記したフェノール類とジメトキシパラキシレン又はビス(メトキシメチル)ビフェニルから合成されるビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂などのフェノールアラルキル樹脂、トリスフェニルメタン骨格を有するフェノール樹脂、などが挙げられ、これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
アミン系硬化剤としては、ジエチレントリアミン(DETA)やトリエチレンテトラミン(TETA)やメタキシリレンジアミン(MXDA)などの脂肪族ポリアミン、ジアミノジフェニルメタン(DDM)やm−フェニレンジアミン(MPDA)やジアミノジフェニルスルホン(DDS)などの芳香族ポリアミンのほか、ジシアンジアミド(DICY)や有機酸ジヒドララジドなどを含むポリアミン化合物などが挙げられ、これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
酸無水物系硬化剤としては、ヘキサヒドロ無水フタル酸(HHPA)やメチルテトラヒドロ無水フタル酸(MTHPA)や無水マレイン酸などの脂環族酸無水物、無水トリメリット酸(TMA)や無水ピロメリット酸(PMDA)やベンゾフェノンテトラカルボン酸(BTDA)、無水フタル酸などの芳香族酸無水物などが挙げられ、これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
メルカプタン系硬化剤としては、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトブチレート)、トリメチロールエタントリス(3−メルカプトブチレート)などが挙げられ、これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
その他の硬化剤としては、イソシアネートプレポリマーやブロック化イソシアネートなどのイソシアネート化合物、カルボン酸含有ポリエステル樹脂などの有機酸類などが挙げられ、これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、上記のうち異なる系の硬化剤の2種以上を組み合わせて用いてもよい。
硬化剤(B)の含有量の上限値は特に無いが、例えば、封止用樹脂組成物の全固形分100質量%に対して9質量%以下であることが好ましく、8質量%以下であることがより好ましく、7質量%以下であることがさらに好ましい。
これにより、電子装置としての耐湿信頼性や耐リフロー性を向上させることができる。また、基材の反りの一層の抑制に寄与しうる。
本実施形態の封止用樹脂組成物は、充填材(C)を含む。
充填材(C)として具体的には、シリカ、アルミナ、チタンホワイト、水酸化アルミニウム、タルク、クレー、マイカ、ガラス繊維等の無機充填剤が挙げられる。
充填材(C)の平均粒径は、特に限定されないが、典型的には1〜100μm、好ましくは1〜50μm、より好ましくは1〜20μmである。平均粒径が適当であることにより、硬化時の適度な流動性を確保すること等ができる。なお、平均粒径を比較的小さくする(例えば1〜20μm)ことで、例えば、最先端のウエハーレベルパッケージにおける狭いギャップ部分への充填性を高めることも考えられる。
充填材(C)の平均粒径は、レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置(例えば、株式会社堀場製作所製の湿式粒度分布測定機LA−950)により体積基準の粒子径分布のデータを取得し、そのデータを処理することで求めることができる。測定は、通常、湿式で行われる。
表面修飾のためのカップリング剤としては、後述のカップリング剤(E)として挙げているもの等を用いることができる
充填材(C)の含有量は特に制限が無いが、例えば、封止用樹脂組成物の全固形分100質量%に対して65質量部%以上98質量部%以下含まれることが好ましく、68質量部%以上95質量部%以下含まれることがより好ましく、70質量部%以上93質量部%以下含まれることが特に好ましい。充填材(C)の含有量を適度に多くすることにより、低吸湿性などを向上させ、電子装置の耐湿信頼性や耐リフロー性をより効果的に向上させることができる。特に、充填材(C)を適度に多くして、相対的に樹脂成分(エポキシ樹脂(A)や硬化剤(B)など)を少なくすれば、理論上は硬化収縮が少なくなるため、反りを一層低減しうる。充填材(C)の含有量を適度に少なくすることにより、成形時の流動性の低下にともなう成形性の低下等を抑制することが可能となる。本実施形態の樹脂組成物によれば、充填材(C)を適度に多くしても、成形時の流動性の低下等を抑制することが可能となる。
本実施形態の封止用樹脂組成物は、硬化促進剤を含むことができる。硬化促進剤は、熱硬化性樹脂の硬化を促進させるものであればよく、熱硬化性樹脂の種類に応じて選択される。
本実施形態において、硬化促進剤は、たとえば有機ホスフィン、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物等のリン原子含有化合物;2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール(EMI24)、2−フェニル−4−メチルイミダゾール(2P4MZ)、2−フェニルイミダゾール(2PZ)、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシイミダゾール(2P4MHZ)、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール(1B2PZ)などのイミダゾール化合物;1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7、ベンジルジメチルアミン等が例示されるアミジンや3級アミン、上記アミジンやアミンの4級塩等の窒素原子含有化合物からなる群から選択される1種類または2種類以上を含む。封止用樹脂組成物の硬化性を向上する観点および封止材と金属との密着性を向上する観点から、硬化促進剤は好ましくはイミダゾール化合物を含む。
また、封止用樹脂組成物のハンドリングを向上させる観点から、封止用樹脂組成物中の硬化促進剤の含有量は、封止用樹脂組成物全体に対して好ましくは5質量%以下であり、より好ましくは3質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下である。
本実施形態の封止用樹脂組成物は、カップリング剤を含むことができる。封止用樹脂組成物がカップリング剤を含むことにより、例えば、基材との密着性の更なる向上や、組成物中での充填材の分散性の向上などを図ることができる。充填材の分散性が向上すると、最終的に得られる硬化物の均質性が向上する。これは硬化物の機械的強度の向上などに寄与しうる。
より具体的には、以下を例示することができる。
ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、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、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トリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−メルカプト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、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ−アニリノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−[ビス(β−ヒドロキシエチル)]アミノプロピルトリエトキシシラン、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、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(β−アミノエチル)アミノプロピルジメトキシメチルシラン、N−(トリメトキシシリルプロピル)エチレンジアミン、N−(ジメトキシメチルシリルイソプロピル)エチレンジアミン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、N−β−(N−ビニルベンジルアミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミンの加水分解物等。
イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリス(ジオクチルパイロホスフェート)チタネート、イソプロピルトリ(N−アミノエチル−アミノエチル)チタネート、テトラオクチルビス(ジトリデシルホスファイト)チタネート、テトラ(2,2−ジアリルオキシメチル−1−ブチル)ビス(ジトリデシル)ホスファイトチタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)オキシアセテートチタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)エチレンチタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、イソプロピルジメタクリルイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルイソステアロイルジアクリルチタネート、イソプロピルトリ(ジオクチルホスフェート)チタネート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート、テトライソプロピルビス(ジオクチルホスファイト)チタネート等。
カップリング剤の含有量の下限は特にないが、例えば、封止用樹脂組成物の全体に対して0.05質量%以上であることが好ましく、0.1質量%以上であることがより好ましい。カップリング剤の含有量をこれら下限値以上とすることにより、カップリング剤を添加することによる効果を十分に得やすくなる。
カップリング剤の含有量の上限は特にないが、封止用樹脂組成物の全体に対して2.0質量%以下であることが好ましく、1.0質量%以下であることがより好ましい。カップリング剤の含有量をこれら上限値以下とすることにより、封止成形時における封止用樹脂組成物の流動性が適当となり、良好な充填性や成形性が得られる。
本実施形態の封止用樹脂組成物は、さらに必要に応じて、pH調整剤、イオン捕捉剤、難燃剤、着色剤、離型剤、低応力剤、酸化防止剤、重金属不活性化剤等の各種添加剤を含んでもよい。
イオン捕捉剤(イオンキャッチャー、イオントラップ剤などとも呼ばれる)としては、例えば、ビスマス酸化物やイットリウム酸化物などを用いることができる。
pH調整剤および/またはイオン捕捉剤を用いる場合、1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
pH調整剤および/またはイオン捕捉剤を用いる場合、その量は、封止用樹脂組成物の全体に対して例えば0.05〜0.3質量%、好ましくは0.1〜0.2質量%である。
難燃剤を用いる場合、1種のみ用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
難燃材を用いる場合、含有量に特に制限はないが、封止用樹脂組成物の全体に対して例えば10質量%以下、好ましくは5質量%以下である。これら上限値以下とすることにより、パッケージの電気信頼性を保持することができる。
着色剤を用いる場合、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
着色剤を用いる場合、その量は、封止用樹脂組成物の全体に対して例えば0.1〜0.5質量%、好ましくは0.2〜0.4質量%である。
離型剤を用いる場合、1種のみ用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
離型剤を用いる場合、その量は、封止用樹脂組成物の全体に対して例えば0.1〜0.5質量%、好ましくは0.2〜0.3質量%である。
低応力剤を用いる場合、1種のみ用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
低応力剤を用いる場合、その量は、封止用樹脂組成物の全体に対して例えば0.05〜1.0質量%とすることができる。
本実施形態の封止用樹脂組成物は、たとえば前述の各成分を、公知の手段で混合し、さらにロール、ニーダーまたは押出機等の混練機で溶融混練し、冷却した後に粉砕することで得ることができる。さらには、これらをタブレット状に打錠成形したものを封止用樹脂組成物として用いることもできる。これにより、顆粒状またはタブレット状の封止用樹脂組成物を得ることができる。
このような打錠成形した組成物とすることにより、トランスファー成形、射出成形、および圧縮成形等の公知の成型方法を用いて封止成形することが容易となる。
以下、半導体装置について説明する。
本実施形態における半導体装置は、本実施形態における封止用樹脂組成物を硬化することにより形成された封止樹脂を備える半導体装置である。
図1は、本実施形態に係る半導体装置100の構成を示す断面図である。図1に示した半導体装置100は、基板30上に搭載された半導体素子20と、半導体素子20を封止してなる封止材50と、を備えている。
封止材50は、本実施形態における封止用樹脂組成物を硬化して得られる硬化物により構成されている。
基板30上に半導体素子20を搭載する工程と、
本実施形態に係る封止用樹脂組成物を用いて、前記半導体素子を封止する封止工程と、
を含む製造方法が挙げられる。
まず、表1に記載の配合量(質量部)の各成分を、常温でミキサーを用いて混合して混合物を得た。
次に、その混合物を、70℃以上100℃以下の温度で加熱混練した。
そして、常温まで冷却し、その後粉砕して、封止用樹脂組成物を得た。
(エポキシ樹脂)
・エポキシ樹脂1:前記式(NE)で表されるナフチルエーテル骨格を有するエポキシ樹脂を主成分とするエポキシ樹脂(DIC社製、品番:HP6000L)
・エポキシ樹脂2:ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂(日本化薬社製、品番:NC3000)
・エポキシ樹脂3:前記式(5)で表されるトリフェニルメタン骨格を有するエポキシ樹脂を主成分とするエポキシ樹脂(JER(株)製、品番:YL6677)
・エポキシ樹脂4:前記式(2)で表されるビフェニル型エポキシ樹脂(三菱化学社製、品番:YX−4000K)
・エポキシ樹脂5:ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂(DIC社製、品番:HP−7200L)
・硬化剤1:ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型樹脂(日本化薬社製、品番:GPH−65)
・硬化剤2:トリスフェニルメタン型フェノール樹脂(エアー・ウォーター株式会社、HE910−20)
・硬化剤3:ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂(明和化成社製、品番:MEH−7851H)
・硬化剤4:ビフェニルジメチレン型フェノール樹脂(明和化成社製、品番:MEH−7851SS)
・硬化剤5:ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂(明和化成社製、品番:SH−002−02)
・無機充填材1:溶融球状シリカ(東海ミネラル社製、ESシリーズ)
・無機充填材2:溶融球状シリカ(マイクロン社製、TSシリーズ)
・無機充填材3:平均粒径0.6μm、比表面積6.4m2/g、上限カット45μmの溶融球状シリカ(アドマテックス社製、品番:SC−2500−SQ)
・無機充填材4:平均粒径1.6μm、比表面積4.4m2/g、上限カット45μmの溶融球状シリカ(アドマテックス社製、品番:SC−5500−SQ)
・無機充填材5:溶融球状シリカ(アドマテックス社製、品番:FEB24S5)
・無機充填材6:溶融球状シリカ(アドマテックス社製、品番:SD2500−SQ)
・無機充填材7:溶融球状シリカ(アドマテックス社製、品番:SD5500−SQ)
・無機充填材8:溶融球状シリカ(デンカ社製、品番:FB−950)
・無機充填材9:溶融球状シリカ(デンカ社製、品番:FB−105)
・硬化促進剤1:テトラフェニルホスホニウム−4,4'−スルフォニルジフェノラート(住友ベークライト(株)製)
・硬化促進剤2:テトラフェニルホスホニウムビス(ナフタレン−2,3−ジオキシ)フェニルシリケート(住友ベークライト(株)製)
・カップリング剤1:N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(東レ・ダウコーニング株式会社、CF4083)
・イオン捕捉剤1:マグネシウム・アルミニウム・ハイドロオキサイド・カーボネート・ハイドレート(協和化学工業社製、品番:DHT−4H)
・離型剤1:酸化ポリエチレンワックス(クラリアント・ジャパン社製、品番:リコワックス PED191)
・離型剤2:カルナバワックス(東亜化成社製、品番:TOWAX−132)
・着色剤1:カーボンブラック(三菱ケミカル株式会社、カーボン♯5)
・低応力剤1:カルボキシル基末端ブタジエン・アクリロニトリル共重合体(宇部興産社製、品番:CTBN1008SP)
・低応力剤2:ジメチルシロキサン−アルキルカルボン酸-4,4'−(1-メチルエチリデン)ビスフェノールジグリシジルエーテル共重合体(特許5157473号公報段落0068記載の溶融反応物A)
・低応力剤3:シリコーンレジン(信越化学工業社製、KR−480)
・難燃剤1:水酸化アルミニウム(住友化学(株)製、商品名CL303)
(流動性(スパイラルフロー))
低圧トランスファー成形機(コータキ精機(株)製KTS−15)を用いて、ANSI/ASTM D 3123−72に準じたスパイラルフロー測定用金型に、金型温度175℃、注入圧力6.9MPa、保圧時間120秒の条件にて、上記で得られた半導体封止用樹脂組成物を注入し、流動長を測定した。スパイラルフローは、流動性のパラメーターであり、数値が大きい方が、流動性が良好である。単位はcmである。
175℃としたホットプレート上に各実施例・比較例の封止用エポキシ樹脂組成物からなる試料を置き、試料が溶融後、へらで練りながら硬化するまでの時間を測定した。この時間が短いほど、硬化速度が速いことを示す。
結果を表2に示す。
実施例および比較例のそれぞれの封止用エポキシ樹脂組成物について、樹脂封止(ASM:as Mold)を行った後、本硬化させて樹脂封止基板を作製することを想定した加熱条件(PMC:Post Mold Cure)で収縮率を評価した。まず、円盤状の金型の室温における寸法を4箇所測定し、その平均値を算出した。続けて、金型に封止用エポキシ樹脂組成物を投入して円盤状の硬化物を得、得られた硬化物に熱処理を施した後の室温における直径を、当該金型で測定した箇所に対応する4箇所で測定し、その平均値を算出した。次に、得られた平均値を、次式:〔(室温における金型寸法−熱処理後の硬化物の室温における寸法)/室温における金型寸法〕×100(%)に当てはめて、硬化物の収縮率Sn(%)を算出した。
結果を表2に示す。樹脂封止を想定した温度条件は、175℃、120秒、本硬化を想定した温度条件は175℃、4時間とした。
硬化物の熱時弾性率は、JISK−6911に準じて以下の方法で測定した。まず、低圧トランスファー成形機(コータキ精機社製「KTS−15」)を用いて金型温度175℃、注入圧力6.9MPa、硬化時間120秒で封止用樹脂組成物を注入成形し、10mm×4mm×4mmの試験片を得た。次いで、この試験片をDMA測定装置(セイコーインスツルメンツ社製)を用いた3点曲げ法により、測定温度範囲0℃〜300℃,5℃/minで昇温測定し、25℃での硬化物の常温時弾性率、及び、260℃での硬化物の熱時弾性率を測定した。なお、単位は、MPaである。
低圧トランスファー成形機(日本電気(株)製40tマニュアルプレス)を用いて、金型温度170℃、注入流量177mm3/秒の条件にて、幅15mm、厚さ1mm、長さ175mmの矩形状の流路に、上記で得られた半導体封止用樹脂組成物を注入し、流路の上流先端から25mmの位置に埋設した圧力センサーにて圧力の経時変化を測定し、半導体封止用樹脂組成物の流動時における最低圧力を測定した。矩形圧は、溶融粘度のパラメータであり、数値が小さい方が、溶融粘度が低いことを示す。
各実施例および各比較例について、得られた半導体封止用樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度および線膨張係数を、次のように測定した。まず、トランスファー成形機を用いて金型温度175℃、注入圧力9.8MPa、硬化時間3分で半導体封止用樹脂組成物を注入成形し、15mm×4mm×4mmの試験片を得た。次いで、得られた試験片を175℃、4時間で後硬化した後、熱機械分析装置(セイコー電子工業(株)製、TMA100)を用いて、測定温度範囲0℃〜320℃、昇温速度5℃/分の条件下で測定を行った。この測定結果から、ガラス転移温度Tg(℃)、ガラス転移温度以下における線膨張係数(α1)、ガラス転移温度以上における線膨張係数(α2)を算出した。α1は、40℃〜80℃における線膨張係数、α2は、190℃〜230℃における線膨張係数とした。結果を表2に示す。表2中、α1とα2の単位はppm/℃であり、ガラス転移温度の単位は℃である。
低圧トランスファー成形機を用い、金型温度175℃、注入圧力6.9MPa、硬化時間2分で実施例・比較例の封止用樹脂組成物を用いて封止成形し、半導体パッケージを作製した。この半導体装置は、ボールグリッドアレイ(BGA)パッケージ(樹脂封止部分サイズ:35mm×35mm×厚み1.2mm)であり、チップサイズは7mm×7mmである。また、ワイヤーは金線であり、ワイヤー径が20μm、平均ワイヤー長さが5mmである。得られた半導体装置各4パッケージを175℃、4時間で後硬化し、室温に冷却後、パッケージのゲートから対角線方向に、表面粗さ計を用いて高さ方向の変異を測定し、変異差の最も大きい値を反り量とし、4パッケージの反り量の平均値が150μm未満を○、150μm以上を×と判定した。
また、実施例の封止用樹脂組成物を用いた半導体パッケージについて、さらに260℃、10分の条件でリフロー処理を実施したところ、リフロー処理後の4パッケージの反り量の平均値は150μm未満であることを確認した。
パッケージ反り量の評価で成形したBGAパッケージを軟X線透過装置で観察した。ワイヤー流れ量の計算方法としては、1個のパッケージの中で最も流れた(変形した)ワイヤーの流れ量を(F)、そのワイヤーの長さを(L)として、流れ量=F/L×100(%)を算出し、4パッケージの平均値が5%未満を○、5%以上を×と判定した。
Claims (11)
- (A)エポキシ樹脂、
(B)硬化剤、及び、
(C)充填材
を含有する封止用樹脂組成物であって、
エポキシ樹脂(A)は、ナフチルエーテル骨格を有するエポキシ樹脂(A−1)を含み、
前記封止用樹脂組成物の硬化物の
ガラス転移温度をTg(℃)、
190℃〜230℃における線膨張係数をα2(ppm/℃)、
260℃における熱時弾性率をE2(MPa)とし、
以下の方法により測定された、前記封止用樹脂組成物の175℃における矩形圧をη2(MPa)としたとき、
下記式(1)を満足する封止用樹脂組成物。
式(1) E2×(α2×10−6)×(175−Tg)×η2≦0.3
(方法)
低圧トランスファー成形機を用いて、金型温度170℃、注入流量177mm3/秒の条件にて、幅15mm、厚さ1mm、長さ175mmの矩形状の流路に、前記封止用樹脂組成物を注入し、流路の上流先端から25mmの位置に埋設した圧力センサーにて圧力の経時変化を測定し、前記封止用樹脂組成物の流動時における最低圧力(MPa)を測定し、これを矩形圧とする。 - エポキシ樹脂(A)は、ナフチルエーテル骨格を有するエポキシ樹脂(A−1)以外のエポキシ樹脂(A−2)を含む請求項1に記載の封止用樹脂組成物。
- ナフチルエーテル骨格を有するエポキシ樹脂(A−1)は、エポキシ樹脂(A)100質量部に対し、1質量部以上70質量部以下の量で含まれる、請求項1又は2に記載の封止用樹脂組成物。
- ナフチルエーテル骨格を有するエポキシ樹脂(A−1)は、下記一般式(NE)で表される化合物を少なくとも1種含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の封止用樹脂組成物。
- 充填材(C)は、前記封止用樹脂組成物100質量部に対し、65質量部%以上98質量部%以下の量で含まれる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の封止用樹脂組成物。
- 硬化剤(B)は、フェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、及び、メルカプタン系硬化剤から選択される少なくとも1種を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の封止用樹脂組成物。
- 硬化剤(B)は、エポキシ樹脂(A)100質量部に対し、30〜70質量部の量で含まれる、請求項1〜6のいずれか一項に記載の封止用樹脂組成物。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の封止用樹脂組成物を硬化することにより形成された封止樹脂を備える半導体装置。
- 基板上に半導体素子を搭載する工程と、
請求項1〜7のいずれか一項に記載の封止用樹脂組成物を用いて、前記半導体素子を封止する封止工程と、
を備える半導体装置の製造方法。 - 前記封止工程の後に、リフロー工程を有する、請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記リフロー工程におけるリフロー温度が200℃以上である請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
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