JP3779091B2

JP3779091B2 - 封止用樹脂組成物

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Publication number: JP3779091B2
Application number: JP10185199A
Authority: JP
Inventors: 誠桑村; 昌紀水谷; 弘司野呂
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2019-04-08
Also published as: JP2000290471A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置における配線回路基板と半導体素子との間の空隙を封止するために用いられる封止用樹脂組成物に関する。さらに本発明は、かかる封止用樹脂組成物を用いて形成された封止樹脂層によって前記空隙が封止されてなる半導体装置に関する。さらに本発明は、前記封止用樹脂組成物を用いて封止樹脂層を形成する半導体装置の製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の半導体デバイスの性能向上に伴う要求として、半導体素子をフェースダウン構造で、配線回路が形成されたマザーボード、あるいはドーターボードに実装される方法（フリップチップ方式、ダイレクトチップアタッチ方式等）が注目されている。これは、従来から用いられている方式、例えば、半導体素子から金ワイヤーでリードフレーム上にコンタクトをとりパッケージングされた形態でマザーボード、あるいはドーターボードに実装する方法では、配線による情報伝達の遅れ、クロストークによる情報伝達エラー等が生ずるという問題が発生していることに起因する。
【０００３】
一方、前記フリップチップ方式、ダイレクトチップアタッチ方式においては、互いの線膨張係数が異なる半導体素子と配線回路基板（ドーターボード又はマザーボード）とをダイレクトに電気接続を行うことから、接続部分の信頼性が問題となっている。この対策としては、半導体素子と配線回路基板との空隙に液状樹脂材料を注入し硬化させて樹脂硬化体を形成し、電気接続部に集中する応力を前記樹脂硬化体にも分散させることにより接続信頼性を向上させる方法が採られている。しかしながら、前記液状樹脂材料は、超低温（−４０℃）での保管が必要であることに加えて、半導体素子と配線回路基板との空隙への注入においては注射器で行う必要があり、空隙への樹脂の注入は毛細管現象を利用する為、注入に多くの時間を要する。また、注入ポジション、注入量コントロールが困難である等の問題を抱えている。また、常温で液状であることが制約条件となるため、信頼性の高いフェノール等の固形材料の使用が困難な状況であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、より確実に封止が可能となる封止用樹脂組成物を提供することにある。本発明の他の目的は、かかる封止用樹脂組成物を用いて得られる、接続部分の信頼性が高い半導体装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、かかる封止用樹脂組成物を用いて空隙を封止する封止樹脂層を形成する半導体装置の製法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨は、配線回路基板上に接続用電極部を介して半導体素子が搭載され、該配線回路基板と該半導体素子との間の空隙が封止樹脂層によって封止された半導体装置の製法において、配線回路基板上に接続用電極部を介して、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を含有し、該無機質充填剤の含有量が２０〜８０重量％、その最大粒径が２０μｍ以下、メジアン径が０．２〜３μｍであって、５μｍ以下の粒径のものが該無機質充填剤の７０体積％以上を占める封止用樹脂組成物をシート状に加工した封止用樹脂シートを配線回路基板上に載置し、該封止用樹脂シート上に半導体素子を載置した後、該封止用樹脂シートを加熱溶融させ、配線回路基板と半導体素子とを加圧し、溶融した封止用樹脂シートを配線回路基板と半導体素子との間の空隙内に充填し、硬化させて封止樹脂層を形成することを特徴とする半導体装置の製法に関する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を含有してなり、所定の粒度分布を有する特定の無機質充填剤を含有することに一つの特徴を有する。
【０００７】
エポキシ樹脂としては、常温で固体であれば特に限定されるものではなく、例えば、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等が好適なものとして挙げられる。また、溶融時に濡れ性が良好な低粘度のものを用いることが好ましい。特に好ましくは、濡れ性が良くなるという観点から、式（１）〜（３）で表される構造のエポキシ樹脂が挙げられる。これらは単独でもしくは２種以上併用してもよい。
【０００８】
【化１】

【０００９】
式（１）〜（３）で表される構造のエポキシ樹脂は、特にエポキシ当量１５０〜２３０ｇ／ｅｑで、融点５０〜１６０℃のものが好ましい。また、樹脂成分の濡れ性向上のために一部液状エポキシ樹脂を用いることもできる。
【００１０】
硬化剤としては、エポキシ樹脂の硬化剤として通常用いられるものであれば特に限定されない。例えば、フェノール樹脂、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸等の酸無水物系硬化剤が好適なものとして挙げられる。特に、フェノールアラルキル系樹脂、フェノールノボラック系樹脂等のフェノール樹脂が好適に用いられ、特に低粘度のものが好ましい。なかでも、水酸基当量が８０〜２００ｇ／ｅｑで、軟化点が８５℃以下のものが好ましく、より好ましくは、水酸基当量９０〜１９０ｇ／ｅｑで、軟化点５０〜８０℃である。特に好ましくは、水酸基当量１００〜１８０ｇ／ｅｑで、軟化点５５〜７５℃である。
【００１１】
硬化剤の含有量は、エポキシ樹脂を硬化させるに充分な量であればよく、例えば硬化剤としてフェノール樹脂を用いた場合、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当量が０．５〜１．６となる量が好ましく、０．８〜１．２がより好ましい。
【００１２】
エポキシ樹脂と硬化剤の合計の含有量は、封止用樹脂組成物の１８〜８０重量％が好ましく、１８〜６０重量％がより好ましく、２３〜４０重量％が特に好ましい。１８重量％より少ない場合は、溶融時の粘度が高く流動性が悪いため、半導体素子と配線回路基板の安定した接合が得られないので、該含有量は１８重量％以上が好ましい。冷熱サイクル、ＰＣＴ等の信頼性向上のためには、樹脂の熱膨張を小さくする、弾性率を高くする、強度を大きくする、樹脂の吸水率を小さくする等が必要であり、そのためには、該含有量は８０重量％以下が好ましい。
【００１３】
無機質充填剤としては、通常用いられる各種の無機質充填剤を制限なく用いることができる。例えば、シリカ粉末、アルミナ、チッ化珪素、酸化マンガン、タンカル、チタン白等が挙げられる。なかでも、球状シリカ粉末、破砕状シリカ粉末が好ましく用いられ、球状シリカが特に好ましい。無機質充填剤は一種類のみでもよく、複数の種類の材質から構成されていてもよい。
【００１４】
本発明における無機質充填剤は、その粒径が小さく、かつ所定の粒度分布を有するものを使用することに一つの特徴を有する。具体的には、半導体素子と配線回路基板の電極間に充填剤が挟まることによる初期導通不良の防止および接合後の導通安定性の観点から無機質充填剤の最大粒径は２０μｍ以下が好ましく、１〜１２μｍがより好ましく、１〜５μｍが特に好ましい。また、接合後の導通安定性、即ち、冷熱サイクル後での高い信頼性を維持するという観点、あるいは、ボイド発生量を少なくするという観点から無機質充填剤のメジアン径は０．２〜３μｍが好ましく、０．２〜２μｍがより好ましく、０．２〜０．９μｍが特に好ましい。さらに、５μｍ以下の粒径のものは無機質充填剤全体の７０体積％以上、好ましくは８０体積％以上、さらに好ましくは１００体積％を占める。即ち、本発明においては、５μｍを超える比較的大きめの粒径の粒子の割合は少ない程好ましい。５μｍを超える比較的大きめの粒径の粒子の割合が多くなり、無機質充填剤の３０体積％を超えると、冷熱サイクル後の導通安定性が低下し、高い信頼性の維持が困難となるので、好ましくない。従って、本発明で特定する前記のような粒度分布を示す無機質充填剤を使用することにより、初期導通不良を発生させることなく、冷熱サイクル試験等の過酷な熱応力をかけた後においても、安定した導通安定性が得られかつボイドの発生も起こさないという優れた効果を奏する。
なお、本発明において、無機充填剤の粒度分布は従来公知の分級法を適宜用いて調整することができる。
【００１５】
このような無機質充填剤の最大粒径、メジアン径、粒度分布は、ＨＯＲＩＢＡ製散乱式粒度分布測定装置ＬＡ−９１０により測定することができる。また、かかる最大粒径、メジアン径、粒度分布を有する無機質充填剤は市販品を用いてもよい。
【００１６】
無機質充填剤の含有量は、封止用樹脂組成物の２０〜８０重量％が好ましく、４０〜８０重量％がより好ましく、６０〜７５重量％が特に好ましい。封止用樹脂組成物を硬化させて得られる封止用樹脂硬化物（以下、硬化物と略す）の線膨張係数の上昇を抑える観点から、該含有量は２０重量％以上が好ましい。硬化物の線膨張係数が大きくなり過ぎると、半導体素子の線膨張係数と硬化物のそれとの差により封止樹脂層や半導体素子にクラック等の欠陥が発生するおそれがある。また、封止用樹脂の溶融粘度が高くなり充填性が悪くなるのを抑制する観点から８０重量％以下が好ましい。
【００１７】
封止用樹脂組成物には、前記各成分以外に、必要に応じて各種の添加剤を配合してもよい。例えば、シリコーン化合物（側鎖エチレングライコールタイプジメチルシロキサン等）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体等の低応力化剤、ブロム化エポキシフェノールノボラック等の難燃剤、三酸化二アンチモン等の難燃助剤、ポリエチレン、カルナバ等のワックス、シランカップリング剤（γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等）等のカップリング剤等を適宜に配合してもよい。とりわけ、低応力化剤の配合は、樹脂成分混合物の加熱硬化時の流動性が抑制されたり、封止用樹脂組成物をシート状に加工したときに封止用樹脂組成物がタック性を備えるという効果が奏されるため好ましい。
【００１８】
上記アクリロニトリル−ブタジエン共重合体（ＮＢＲ）としては、ＮＢＲの含有量が１００％である場合のみならず、このＮＢＲに他の共重合体成分が含まれている場合をも含む。他の共重合体成分としては、例えば水添アクリロニトリル−ブタジエンゴム、アクリル酸、アクリル酸エステル、スチレン、メタクリル酸等が挙げられる。なかでも、金属、プラスチックへの接着性が優れるアクリル酸、メタクリル酸が好適である。即ち、アクリロニトリル−ブタジエン−メタクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−アクリル酸共重合体が好適に用いられる。また、上記ＮＢＲにおけるアクリロニトリルの含有量は特に１０〜５０重量％が好ましく、なかでも、１５〜４０重量％のものが特に好適である。
【００１９】
封止用樹脂組成物は、例えば、次のようにして調製することができる。即ち、樹脂成分であるエポキシ樹脂と硬化剤を加温下にて混合溶融し、この溶融状態の樹脂と無機質充填剤、必要に応じて配合される他の添加剤とを混合する。混合方法として、釜、２軸ロール、３軸ロール等を用いてもよい。この後、反応性調整のための触媒を加えて均一系とした後、シート状やテープ状等の所望の形状に加工することにより封止用樹脂組成物を得る。テープ状の形態をとることにより、いわゆるリール・トゥ・リールによる大量生産形式の適用が可能となる。
【００２０】
ここで用いられる触媒としては、従来から硬化促進剤として用いられている各種の触媒、例えば、トリフェニルホスフィン、２−メチルイミダゾール、ＤＢＵ（１，８−ジアザビシクロ（５．４．０）ウンデセン−７）、ＤＢＮ（１，５−ジアザビシクロ（４．３．０）ノネン−５）、４Ｐ４Ｂ（テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート）等が挙げられる。特に、本発明においては、エポキシ樹脂としてクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、硬化剤としてフェノールアラルキル系樹脂を組み合わせ、さらにアミン系触媒を用いた場合、ポリイミドなどのパッシベーション膜でコートされたポリイミドコートチップへの接着性が良好となる観点から特に好ましい。
【００２１】
封止用樹脂組成物をシート状に加工するには、例えば、均一系の混合物をパレット上に置き、これを冷却後、例えば、プレス圧延あるいはロール圧延してシート状の封止用樹脂組成物（封止用樹脂シート）とすることができる。あるいは溶媒を混合したものを塗工してのシート化も可能である。封止用樹脂シートの厚みとしては、５〜２００μｍが好ましく、１０〜１２０μｍがより好ましい。
【００２２】
封止用樹脂組成物の特性としては、溶融粘度が１５０〜２００℃において１〜１０００ｐｏｉｓｅであるのが好ましく、より好ましくは１〜５００ｐｏｉｓｅである。ゲルタイムは１５０℃において０．５〜３０分間が好ましく、０．５〜１５分間がより好ましい。また、硬化物としての線膨張係数は７〜５０ｐｐｍが好ましく、１２〜４０ｐｐｍがより好ましい。溶融粘度が前記範囲内に設定されることにより、充填性が良好となる。ゲルタイムは前記範囲内に設定されることにより、成形作業性、特に硬化時間の短縮が可能となる。線膨張係数は前記範囲内に設定されることにより、硬化物や半導体素子のクラック等の、応力による欠陥の発生防止が可能となる。なお、溶融粘度はフローテスター粘度計により測定し、前記ゲルタイムは熱板上にて測定する。また、線膨張係数は、熱機械分析（ＴＭＡ）により測定する。
【００２３】
本発明の半導体装置は、図１に示されるように、配線回路基板１上に接続用電極部２を介して半導体素子３が搭載され、配線回路基板１と半導体素子３との間の空隙が封止樹脂層４によって封止されてなる構造である。そして、封止樹脂層４が本発明の封止用樹脂組成物を前記空隙内に充填し、硬化させて形成されている。かかる構成からなる本発明の半導体装置は、封止樹脂層４が本発明の封止用樹脂組成物を用いて形成されているため、ボイド等の内部欠陥が少なく冷熱サイクルで安定した導通信頼性を有するという従来には見られない好適な性質を有する。
【００２４】
配線回路基板１は、特に限定されない。通常使用されている公知のセラミック基板、プラスチック基板などが使用できる。
【００２５】
接続用電極部２は、電極のみでも良く、あるいは電極にジョイントボール等の導電体が設けられた構造であっても良い。接続用電極部２の材質は特に限定されない。例えば、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、錫、鉛、半田、およびこれらの合金等が挙げられる。また、上記接続電極部の形状としては、特に限定するものではないが、電極部表面が、例えばバンプのように凸形状となっていることが好ましい。
【００２６】
半導体素子３は、特に限定されず、通常使用されるものが使用できる。例えば、シリコン、ゲルマニウム等の元素半導体、ガリウムヒ素、インジウムリン等の化合物半導体等の各種の半導体が使用される。半導体素子の大きさは、通常、幅２〜２０ｍｍ×長さ２〜３０ｍｍ×厚み０．１〜０．６ｍｍに設定される。また、半導体素子３を搭載する配線回路が形成された配線回路基板１の大きさは、通常、半導体素子のサイズに合わせて、幅１０〜７０ｍｍ×長さ１０〜７０ｍｍ×厚み０．０５〜３．０ｍｍの範囲に設定される。また、マップタイプの基板（１つの配線回路基板に多くの半導体素子を実装するもの）の場合は、幅及び長さとも４０ｍｍ以上に設定することができる。そして、溶融した封止用樹脂組成物が充填される、半導体素子３と配線回路基板１との間の距離は、通常、５〜１００μｍである。
【００２７】
本発明の半導体装置の製法は、本発明の封止用樹脂組成物を配線回路基板と半導体素子との間に介在させ、溶融させて該配線回路基板と該半導体素子との間の空隙内に充填し、硬化させることにより封止樹脂層を形成することを特徴とする。具体的には、次の三つの態様が挙げられる。
【００２８】
（１）第一の態様
本態様は、封止用樹脂組成物として、本発明の封止用樹脂組成物をシート状に加工した封止用樹脂シートを用いる態様である。
この態様では、まず配線回路基板上に接続用電極部を介して固形の封止用樹脂シートを載置する。この際、所望により配線回路基板に封止用樹脂シートを仮接着させてもよい。次いで、半導体素子側の接続用電極部と配線回路基板側の接続用電極部とが対峙するように、該封止用樹脂シート上の所定位置に半導体素子を載置する。この際、所望により半導体素子に封止用樹脂シートを仮接着させてもよい。このようにして、封止用樹脂シートを配線回路基板と半導体素子の間に介在させる。次いで、封止用樹脂シートを加熱して溶融状態とし、配線回路基板と半導体素子とを加圧して、配線回路基板と半導体素子との間の空隙内に溶融状態の封止用樹脂組成物を充填させる。次いで、これを硬化させることにより空隙を封止する封止樹脂層を形成する。このようにして、図１に示される本発明の半導体装置を製造する。接続用電極部としては、前記のように電極のみでもよく、あるいはジョイントボール等の導電体を具備するものでもよい。以下、図面を用いて封止用樹脂組成物を配線回路基板と半導体素子との間に介在させる各種の例を説明する。
【００２９】
複数の球状又は半球状の導電体を具備する接続用電極部（ジョイントボール）が設けられた配線回路基板１を用いる場合、図２に示すように、封止用樹脂シート５を接続用電極部（ジョイントボール）２を介して配線回路基板１上に載置し、次いで、図３に示すように、半導体素子側の接続用電極部と配線回路基板側の接続用電極部とが対峙するように封止用樹脂シート５上に半導体素子３を載置する（この例では、半導体素子側の接続用電極部は電極のみのため図示せず）。
【００３０】
また、半導体素子３の片面（接続面側）に複数の球状の接続用電極部（ジョイントボール）２が配設されたものを用いてもよい。この場合、図４に示すように封止用樹脂シート５を配線回路基板１上に接続用電極部（この例では、配線回路基板側の接続用電極部は電極のみのため図示せず）を介して載置し、次いで、半導体素子側の接続用電極部と配線回路基板側の接続用電極部とが対峙するように該半導体素子３を接続用電極部（ジョイントボール）２を介して封止用樹脂シート５上に載置する。
【００３１】
また、ジョイントボールが配線回路基板１及び半導体素子３のいずれの側にも設けられていてもよく、この場合、図５に示すように、両者の接続用電極部（ジョイントボール）２の間に封止用樹脂シート５を配置する。
【００３２】
（２）第二の態様
本態様は、予め封止用樹脂組成物を溶融させて接続用電極部（ジョイントボール）に予備的な封止用の樹脂層を形成させた配線回路基板、半導体素子を用いる態様である。
まず、図６に示すように、複数の球状又は半球状の接続用電極部（ジョイントボール）２が設けられた配線回路基板１面上に、該接続用電極部２の導電体の頭頂部が露出するように封止用の樹脂層６を形成させる。次いで、図７に示すように、頭頂部が露出した接続用電極部２上に半導体素子３の接続用電極部２が当接するように半導体素子３を載置する（この例では、半導体素子側の接続用電極部は電極のみのため図示せず）。このようにして、封止用樹脂組成物を配線回路基板と半導体素子との間に介在させる。次いで、これらの部材全体を加熱して封止用の樹脂層６を溶融状態とし、配線回路基板１と半導体素子３とを加圧して配線回路基板１と半導体素子３との間の空隙内に溶融状態の封止用樹脂組成物を充填させる。次いで、これを硬化させることにより空隙を封止する封止樹脂層４を形成する。このようにして、図１に示される本発明の半導体装置を製造する。
【００３３】
封止用の樹脂層６は、例えば、次のようにして作製することができる。即ち、図２に示すように、第一の態様と同様にして複数の球状の接続用電極部（ジョイントボール）２が設けられた配線回路基板１上に封止用樹脂シート５を載置する。次いで、封止用樹脂シート５を加熱溶融することにより、図６に示すように、配線回路基板１面上に、接続用電極部２の導電体の頭頂部が露出するように封止用の樹脂層６が形成される。別の方法としては、例えば、図８に示すように、複数の球状の接続用電極部（ジョイントボール）２が設けられた配線回路基板１を準備し、次いで、配線回路基板１面上に、印刷塗工法により封止用樹脂組成物を塗布して封止用の樹脂層６を形成してもよい。
【００３４】
また、本態様において、封止用の樹脂層は配線回路基板側に設ける代りに半導体素子側の接続用電極部に設けたものを用いてもよい。この場合は、図９に示すように、接続用電極部（ジョイントボール）２が設けられた半導体素子３面上に、接続用電極部（ジョイントボール）２の導電体の頭頂部が露出するように封止用の樹脂層６が形成される。
【００３５】
さらに、図１０に示すように、配線回路基板１及び半導体素子３のいずれにも接続用電極部（ジョイントボール）２の導電体の頭頂部が露出するように封止用の樹脂層６を形成したものを用いてもよい。
【００３６】
（３）第三の態様
本態様は、ジョイントボールが設けられていない接続用電極部に予め封止用樹脂組成物を貼り合わせるか又は溶融させて予備的な封止用の樹脂層を形成した配線回路基板、半導体素子を用いる態様である。
例えば、図１１に示すように、接続用電極部にジョイントボールが設けられていない半導体素子３の片面に封止用の樹脂層６を形成したものを準備する（半導体素子側の接続用電極部は電極のみのため図示せず）。次いで、ジョイントボールが設けられた配線回路基板１上の所定位置に、封止用の樹脂層６がジョイントボールと当接するように半導体素子３を載置する。このようにして、封止用樹脂組成物を配線回路基板と半導体素子との間に介在させる。次いで、これらの部材全体を加熱して封止用の樹脂層６を溶融状態とし、配線回路基板１と半導体素子３とを加圧して空隙内に溶融状態の封止用樹脂組成物を充填させる。次いで、これを硬化させることにより空隙を封止する封止樹脂層４を形成する。このようにして、図１に示される本発明の半導体装置を製造する。
【００３７】
また、図１２に示すように、接続用電極部にジョイントボールが設けられていない配線回路基板１の片面に封止用の樹脂層６を形成したものを準備し（配線回路基板側の接続用電極部は電極のみのため図示せず）、封止用の樹脂層６上の所定位置に、ジョイントボールが設けられた半導体素子３を、ジョイントボールと封止用の樹脂層６とが当接するように載置する。
【００３８】
図１１及び図１２における、封止用の樹脂層６の形成方法としては、半導体素子３面又は配線回路基板１面に封止用樹脂シートをラミネーター等で貼り合わせるか又は載置して加熱溶融させる方法や、印刷塗工法により封止用樹脂組成物を塗布する方法等が挙げられる。
【００３９】
第一〜第三の態様による本発明の製法において用いる封止用樹脂シート及び封止用の樹脂層の大きさは、半導体素子３の大きさ（面積）に依存して適宜に設定される。例えば、その大きさは半導体素子３の大きさ（面積）より小さく設定することが好ましい。これは、半導体素子の中央部から周辺に向かって樹脂を流動させることにより、ボイドを少なくすることができるからであり、特に、ペリフェラルタイプのものでは、接続部に樹脂が挟まることもないため安定した導通特性が得られるからである。封止用樹脂シート及び封止用の樹脂層の厚み及び重量は、半導体素子３の大きさ及び接続用電極部２の大きさと数に依存する。即ち、半導体素子３と配線回路基板１との空隙を充填して封止するのに必要な封止樹脂層４の容積に依存して適宜に設定される。
【００４０】
また、封止用樹脂シートを半導体素子や配線回路基板に仮接着させる場合、タック性を備えた封止用樹脂シートを用いるのが好ましい。タック性を備えたものを得るには、前記のようにアクリロニトリル−ブタジエン共重合体等のゴム成分を添加した封止用樹脂組成物を用いてシート状に加工することにより達成される。仮接着はラミネーター等により行うことができる。
【００４１】
また、封止用樹脂シート及び封止用の樹脂層を加熱溶融して溶融状態とする際の加熱温度としては、半導体素子３及び配線回路基板１の劣化等を考慮して７０〜３００℃が好ましい。加熱方法も赤外線リフロー炉、乾燥機、温風機、熱板等を用いる公知の方法が挙げられる。加圧条件は接続用電極部２の個数等にも依存するが、具体的には０．０２〜０．５ｋｇ／個が好ましく、０．０４〜０．２ｋｇ／個がより好ましい。また、充填された封止用樹脂組成物を硬化させるには、１５０〜２５０℃に加温して硬化させる。
【００４２】
本発明の製法に従って製造される半導体装置の一例としては、図１３に示すように、形成された封止樹脂層４が、搭載された半導体素子３の周囲からはみ出すように形成されたタイプが挙げられるが、半導体装置の用途等によっては、図１に示すように、形成された封止樹脂層４が、搭載された半導体素子３の周囲からはみ出さないように形成されたタイプであってもよい。
【００４３】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げてさらに詳細に説明するが、本発明はかかる実施例により何ら限定されるものではない。
【００４４】
実施例１〜７、比較例１〜３
表１に示す配合比にて、常温で溶媒（メチルエチルケトン）とともに、全ての原料を混合し、塗工機（マルチコーター）にてＰＥＴセパレーター上に塗工し、１１０℃で乾燥して、ロール状に巻き取って、封止用樹脂シート（厚み１００μｍ）を得た。
【００４５】
【表１】

【００４６】
エポキシ樹脂Ａ¹はビフェニル型エポキシ樹脂であり、式（１）：
【００４７】
【化２】

【００４８】
で示される構造を有し、エポキシ当量は１９５ｇ／ｅｑ、融点は１０７℃である。エポキシ樹脂Ａ²はクレゾールノボラック型エポキシ樹脂であり、エポキシ当量が１９５ｇ／ｅｑ、融点が５５℃である。硬化剤Ｂ¹はフェノールノボラック系樹脂であり、該樹脂の水酸基当量は１０５ｇ／ｅｑ、軟化点は６０℃である。硬化剤Ｂ²はフェノールアラルキル系樹脂であり、該樹脂の水酸基当量は１７０ｇ／ｅｑ、軟化点は７０℃である。
【００４９】
触媒において、ＤＢＵとは１，８−ジアザビシクロ（５．４．０）ウンデセン−７を示し、ＤＢＮとは１，５−ジアザビシクロ（４．３．０）ノネン−５を示し、４Ｐ４Ｂとはテトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレートを示す。
【００５０】
無機質充填剤は、球状のシリカ粉末である溶融シリカを使用した。溶融シリカの最大粒径、メジアン径及び５μｍ以下の粒径の粒子の割合は、ＨＯＲＩＢＡ製散乱式粒度分布測定装置ＬＡ−９１０により測定した。その結果を表２に示す。
【００５１】
また、低応力化剤としてはアクリロニトリル−ブタジエン共重合体を、カップリング剤としてはγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを用いた。
【００５２】
得られた封止用樹脂シートを用いて、本発明の製法の第一の態様に従って半導体装置を製造した。即ち、図４に示すように、封止用樹脂シート５を配線回路基板１（幅３０ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚み１ｍｍ）上に載置し、次いで、該封止用樹脂シート５上にジョイントボールが設けられた半導体素子３（幅１０ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚み０．４ｍｍ）をフリップチップボンダー（澁谷製ＤＢ−１００）を用いて載置した。その後、加熱温度１７５℃×荷重０．０６ｋｇ／個の条件で封止用樹脂シート５を溶融させつつ各部材を加圧し、空隙内に溶融状態の封止用樹脂組成物を充填した。次いで、２００℃で２０分間維持することにより封止用樹脂組成物を熱硬化させ、図１に示すような、空隙が封止樹脂層４で封止された半導体装置（半導体素子３と配線回路基板１との間の距離は、６０〜７０μｍ）を得た。
【００５３】
なお、半導体素子として、３００ｐｉｎデイシーチェーンのチップを使用した。チップの表面保護膜の材質は、実施例１〜６、比較例１〜３はポリイミドで、実施例７はチッ化ケイ素（ＳｉＮ）であった。また、接続用電極部の材質は、半導体素子側に低融点半田を、配線回路基板側に金プレートを用いた。得られた半導体装置の性能を調べ、その結果を表２に示す。
【００５４】
【表２】

【００５５】
評価方法を次に示す。
（１）ボイド発生量：半導体素子と樹脂の界面のボイド発生量を、超音波顕微鏡にて観察し、ボイド発生部分の面積を算出して、チップ面積に対する百分率として求めた。
【００５６】
（２）導通性：熱衝撃装置を用い、半導体装置を−４０℃で５分間維持後、１２５℃で５分間維持する操作を行った。この操作を１０００回行った後の半導体装置の導通性（Ｔ∽１０００∽後の導通性）、及び２０００回行った後の半導体装置の導通性（Ｔ∽２０００∽後の導通性）を測定し、半導体装置１０個当たりの不良品の個数で表した。導通性の評価方法は、アドバンテスト製デジタルマルチメーター（ＴＲ６８４７）にて、抵抗値が初期の１．４倍以上となったものを不良品としてカウントした。また、初期導通性の評価方法は、抵抗値が無限大（断線している）のものを不良とし、半導体装置２０〜２５個当たりの不良品の個数で表した。
【００５７】
（３）ＰＣＴテスト後のチップ剥離と導通性：半導体装置を１２１℃、１００％ＲＨ、２ａｔｍで１６８時間維持する条件のプレッシャークッカーテスト（ＰＣＴ）に付した。テスト後の半導体装置について、チップ剥離の有無を調べた。チップ剥離した半導体装置の割合を百分率で示した。さらに、ＰＣＴテスト後の半導体装置を用いて導通性を測定し、半導体装置１０個当たりの不良品の個数で表した。
【００５８】
表２に示すように、所定の粒度分布を有するシリカ粉末を含有する封止用樹脂組成物を用いて封止樹脂層を形成させた実施例１〜７の半導体装置は、比較例の装置と比較して顕著に良好な特性を示した。特に、エポキシ樹脂としてクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、硬化剤としてフェノールアラルキル系樹脂を用い、さらにアミン系触媒（ＤＢＵ、ＤＢＮ）を用いた実施例４、５でのＰＣＴテスト後のチップ剥離及び導通不良は全く認められなかった。その他のものは、ＰＣＴテスト後に剥離が認められ、また、剥離の影響から導通特性においても一部不良の発生が認められた。また、比較例３のように最大粒径、メジアン径が本発明の範囲内であっても、５μｍ以下の粒径の粒子の割合が少ないシリカ粉末を用いた場合、Ｔ∽２０００∽後の導通性は、半分以上が不良となった。特にＴ∽の特性において、５μｍ以下の粒径の粒子の割合に応じて、導通不良割合が増加した。これは、５μｍを超える比較的大きめの粒径の粒子の割合が多くなり、シリカ粉末の３０体積％を超えると、接続電極の接合を阻害し、接続電極部分の実質接合面積が小さくなるためと推定される。実際に、接続部の断面を観察したところ、５μｍを超えるシリカ粉末を使用したものは、シリカ粉末が電極間に挟まっており、エアーも取り込まれていることが確認された。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の封止用樹脂組成物は、より確実に封止を可能とする封止用樹脂組成物である。また、かかる封止用樹脂組成物を用いて得られる半導体装置は接続部分の信頼性が高いため、導通不良やチップ剥離の発生が少ない。また、本発明の製法により、接続部分の信頼性が高い半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の半導体装置の一例を示す断面図である。
【図２】図２は第一の態様における半導体装置の製造工程を示す説明断面図である。
【図３】図３は第一の態様における半導体装置の製造工程を示す説明断面図である。
【図４】図４は第一の態様における半導体装置の製造工程を示す説明断面図である。
【図５】図５は第一の態様における半導体装置の製造工程を示す説明断面図である。
【図６】図６は第二の態様における半導体装置の製造工程を示す説明断面図である。
【図７】図７は第二の態様における半導体装置の製造工程を示す説明断面図である。
【図８】図８は第二の態様において用いる半導体素子搭載用配線回路基板を示す説明断面図である。
【図９】図９は第二の態様における半導体装置の製造工程を示す説明断面図である。
【図１０】図１０は第二の態様における半導体装置の製造工程を示す説明断面図である。
【図１１】図１１は第三の態様における半導体装置の製造工程を示す説明断面図である。
【図１２】図１２は第三の態様における半導体装置の製造工程を示す説明断面図である。
【図１３】図１３は本発明の半導体装置の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１配線回路基板
２接続用電極部
３半導体素子
４封止樹脂層
５封止用樹脂シート
６封止用の樹脂層

Claims

配線回路基板上に接続用電極部を介して半導体素子が搭載され、該配線回路基板と該半導体素子との間の空隙が封止樹脂層によって封止された半導体装置の製法において、配線回路基板上に接続用電極部を介して、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を含有し、該無機質充填剤の含有量が２０〜８０重量％、その最大粒径が２０μｍ以下、メジアン径が０．２〜３μｍであって、５μｍ以下の粒径のものが該無機質充填剤の７０体積％以上を占める封止用樹脂組成物をシート状に加工した封止用樹脂シートを配線回路基板上に載置し、該封止用樹脂シート上に半導体素子を載置した後、該封止用樹脂シートを加熱溶融させ、配線回路基板と半導体素子とを加圧し、溶融した封止用樹脂シートを配線回路基板と半導体素子との間の空隙内に充填し、硬化させて封止樹脂層を形成することを特徴とする半導体装置の製法。
エポキシ樹脂がクレゾールノボラック型エポキシ樹脂又はビフェニル型エポキシ樹脂であり、硬化剤がフェノール樹脂である請求項１記載の製法。