JP3916398B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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俊明 田中
雅昭 安田
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面実装型の半導体装置と、その製造方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体の動向としては高密度実装化が進んでおり、これに伴い半導体装置はピン挿入型から表面実装型のパッケージに主流が移っている。また、半導体の集積度が向上するに従い、パッケージの入出力端子数が増加している。
【０００３】
これまで、表面実装型の代表的な半導体装置として、金属リードフレームに半導体素子を搭載し、金線ワイヤーボンディングした後に全体を封止し、外部リードを切断・成形して封止部側面より出す構造、例えばＱＦＰ（Quad Flat Package）等が使用されてきた。しかし、これを多端子化するには、端子ピッチを縮小する必要があり、０．５ｍｍピッチ以下の領域では、半導体装置を搭載するマザーボードとの接続に高度な技術が必要となる。このため、外面素子をアレイ状に配したＯＭＰＡＣ（Over-Molded Pad Grid Carrier）方式のＢＧＡ（Ball Grid Array）が開発され、実用化が進められている。
【０００４】
このＢＧＡは、前記のＱＦＰよりも、単位面積あたりの外部端子を多く配置することができ、マザーボード上への面付け実装が容易であり、かつ小型化が容易になる。
【０００５】
このＯＭＰＡＣ方式のＢＧＡ（以下単にＢＧＡと称す）の一例を図２に示す。まず、半導体素子１は半導体素子搭載用基板１４の上に接着材３などを用いて固定され、半導体素子１上の端子は半導体素子搭載用基板上の金メッキ端子７と金ワイヤ８によって電気接続され、更に半導体素子１は有機絶縁封止材５によって封止されている。絶縁ベース基材２上には半導体素子電極と電気的に接続される金属配線パターンが組み込まれている。この金属配線パターンは、電気信号伝達のための微細配線パターン６で構成されている。これらは、絶縁ベース基材中を通し、半導体素子搭載側の裏面の外部接続端子９と接続されている。また、多くの場合、微細配線パターン６及び絶縁ベース基材２は、ワイヤボンディングのための金メッキ端子７配列領域及び外部接続端子９を除いて絶縁保護レジスト４で覆われている。一方、基板にははんだボール１０をアレイ状に配置した外部端子が形成されている。
【０００６】
ＢＧＡ装置において、半導体素子１、微細配線パターン６、金ワイヤ８、金メッキ端子７、はんだボール１０を除いた、ＢＧＡ全体容積の大部分を占める各部材は有機材料であるため、装置の保存中に各部材は吸湿する。このため、はんだ付け実装時に例えば図２に示すように半導体素子１と接着材３とのすき間１３で吸湿水分が蒸気となり、半導体搭載用基板中の絶縁保護レジスト４内部、または絶縁保護レジスト４と有機絶縁封止材５との界面（絶縁保護レジスト４を配置していない場合は絶縁ベース基材と有機絶縁封止材５の界面）でクラックまたは剥離１１が発生する。そして、図２に示すようにこのクラックまたは剥離１１がワイヤボンディングの金メッキ端子７まで至ると、最悪の場合には電気的な接続不良を起こすことがある。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、はんだ付け実装時のクラック発生を低減し電気的接続信頼性を高める半導体装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体装置は、
（Ａ）絶縁ベース基材上に半導体素子電極と電気的に接続される所定の配線パターンが形成された半導体素子搭載用基板、
（Ｂ）前記半導体素子搭載用基板に接着材を介して接着され、前記配線パターンと電気的に接続された半導体素子、
（Ｃ）前記半導体素子の少なくとも電極部を封止する有機絶縁封止材
を備え、
（Ｄ）前記接着材は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて１０℃／分の測定において、発熱反応の硬化開始温度（Ｔｈ）が１３０℃以下であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体装置では、半導体素子搭載用基板（Ａ）として、絶縁ベース基材上に半導体素子電極と電気的に接続される所定の配線パターンが形成され、前記配線パターンが形成された面の裏面に形成された前記配線パターンと導通する外部接続端子を備えた半導体素子搭載用基板を用い、有機絶縁封止材（Ｃ）が前記半導体素子全体を封止するようにする（すなわち、半導体素子表面が露出しないようにする）ことができる。
【００１０】
また、接着材（Ｄ）の３０℃、８５％ＲＨにおける飽和吸湿率は０．１８ｗｔ％以下であることが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明では、
（１）絶縁ベース基材上に配線パターンが形成された半導体素子搭載用基板の表面に、接着材を介して半導体素子を接着し、該半導体素子の電極と前記配線パターンとを電気的に接続する工程と、
（２）前記半導体素子の少なくとも電極部を有機絶縁封止材で封止する工程とを備え、
前記接着材として、示差走査熱量計を用い温度上昇率を１０℃／分として測定した発熱反応の硬化開始温度が１３０℃以下である接着材を用いる半導体装置の製造方法が提供される。
【００１２】
なお、前述のように、外部端子であるはんだボール１０を半導体搭載用基板の表面から取り出す構造の半導体装置（図２）では、容易に多ピン化が図れるという利点がある。しかしその反面、半導体装置の形状が片面封止構造であること、半導体素子搭載用基板と有機絶縁封止材５との物性値の大きな差異などが原因で、成形温度から室温まで冷却した時、またはリフロー温度まで昇温させた時、半導体装置中心部を起点とし、反り変形が生じやすいという問題がある。
【００１３】
このため、半導体搭載用基板に同一面となるように配置した複数のはんだボール１０が、半導体装置の反り変形に伴って同一面に配置されず、場所によって高低差が生じる状態になる。これを、パッケージ動作検査工程で試験を行った時、コネクタ接続に支障をきたし、十分な検査を行えないなどの不具合が発生することがある。また、半導体装置を実装基板に表面実装した時、最悪の場合ボールの一部が対応する配線層に完全に接続されず、接続部の信頼性を低下させることがある。
【００１４】
そこで、本発明では、有機絶縁封止材として、成形温度と室温との間にガラス転移温度を有し、半導体素子搭載用基板の線膨張係数と、このガラス転移温度以下における有機絶縁封止材の線膨張係数との差が０．６×１０−５／℃以上であり、当該有機絶縁封止材の成形時における硬化収縮率が０．１１％以下であるものを用いることが好ましい。
【００１５】
このようにすれば、はんだ付け実装時のクラック発生を低減するとともに、半導体装置の反り変形の発生を防止して、電気的接続信頼性を高めることができる。
【００１６】
なお、有機絶縁封止材の８５℃、８５％ＲＨにおける飽和吸湿率は０．３６ｗｔ％以下であることが望ましい。また、有機絶縁封止材の成形温度における曲げ弾性率は４．０ＧＰａ以下であることが望ましい。
【発明の実施の形態】
【００１７】
はんだ付け実装時にクラックまたは剥離が発生する状況を詳細に検討したところ、その主原因は半導体搭載用基板裏面及び有機絶縁封止材から吸湿・拡散した水分であり、この水分が接着材層のボイドに容易に蓄積され、これによってクラックまたは剥離が発生しやすくなることが見出された。
【００１８】
図３（ａ）〜図３（ｄ）に、半導体搭載用基板上に半導体素子１を搭載する半導体装置作製工程を示す。
【００１９】
図３（ａ）に示すように、処理対象の半導体搭載用基板１４は、放置されている間に大気中から水分１２を吸湿する。この基板１４に接着材３を介して半導体素子１を接着し（図３（ｂ））、この接着材３を硬化させるために当該工程中の装置を昇温加熱すると、図３（ｃ）に示すように、半導体搭載用基板表面から吸湿された水分１２が気化する。この水分１２は、接着材硬化開始前に接着材３層に浸入すると、その結果として図３（ｄ）に示すように接着材３層内にボイド１３が多数形成される。
【００２０】
このようにして接着材３層内にボイド１３が形成されたものをそのまま用いて半導体装置を作製すると、半導体搭載用基板裏面及び有機絶縁封止材５から別途吸湿・拡散した水分が、この接着材３層のボイド１３に容易に蓄積されてしまう。その結果、図２に示したようにクラックまたは剥離１１が発生しやすくなる。本発明は、この新たな知見に基づくものである。
【００２１】
なお、図３（ａ）は半導体搭載用基板１４を大気中に放置している間に、基板１４が大気中から水分１２を吸湿している様子を示す説明図であり、図３（ｂ）は半導体搭載用基板１４に接着材３を介して半導体素子１を搭載した断面図であり、図３（ｃ）は図３（ｂ）に示した素子搭載済み基板をオーブン中で加熱している間に、半導体搭載用基板１４表面から水分が気化して接着材３層へ浸入していることを示す説明図であり、図３（ｄ）は図３（ｃ）に示した加熱工程が終了した後、接着材３層にボイド１３が形成されたことを示す断面図である。
【００２２】
上述のように、半導体搭載用基板１４に吸湿された水分が、接着材３層にボイド１３が形成される原因となる。そこで、一般的に使用されている半導体搭載用基板１４の吸湿率の、３０℃、６０％ＲＨ雰囲気下での値を表１に示す。ここで、例として用いた半導体搭載用基板１４は、エポキシ樹脂とガラス布とで構成された絶縁ベース基材の両面に微細配線パターンを施し、更にその上面を絶縁保護レジストで被覆したものである。
【００２３】
表１から、ＢＧＡに使用される半導体搭載用基板は急速に吸湿を開始し、約数時間程で吸湿率が０．１ｗｔ％を越えることが分かる。この状態で従来の金属フレーム半導体装置（ＱＦＰ等）と同様の手法で接着材を塗布して加熱・硬化させた場合、上述のメカニズムにより、大気中の水分を吸湿した半導体搭載用基板の表面からこの水分が気化して接着材層に浸入し、ボイドを多数発生する恐れがある。
【００２４】
【表１】
Figure 0003916398
【００２５】
そこで、本発明は、接着材の硬化開始温度を便宜設定することにより、半導体搭載用基板表面から気化した水分が接着材層に進入する以前に接着材を低温硬化させ、接着材層のボイド発生を防ぐことができるようにした。すなわち、本発明では、接着材として、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて温度上昇率を１０℃／分とした測定において、発熱反応の硬化開始温度（Ｔｈ）が１３０℃以下のものを使用する。
【００２６】
ここで、硬化開始温度（Ｔｈ）とは、図４に示したように、ＤＳＣ温度−熱流量曲線の反応領域箇所における、極大熱流量に達する直前の急激な立ち上がり曲線の起点温度を表しており、この温度に達した時点から接着材は急激に反応硬化を開始する。また、Ｔｈを１３０℃以下とすると、ボイド低減効果が得られるだけでなく、短時間硬化性にも優れるため、生産効率向上においても非常に有効である。
【００２７】
なお、本願発明において用いられる接着材の種類は、上述の硬化特性を有するものであれば、特に限定されるものではないが、接着材中の溶剤揮発によるボイド発生を抑制するため、接着材はベース樹脂の粘度が低く無溶剤型であるものが望ましい。
【００２８】
ベース樹脂としては、例えばアクリル系樹脂が使用できる。
【００２９】
さらに、半導体装置作製後における接着材層内の水分蓄積量を抑制するため、接着材として、３０℃、８５％ＲＨ条件下における飽和吸湿率が０．１８ｗｔ％以下であるものを用いることが望ましい。
【００３０】
ここで、接着材の飽和吸湿率とは、図５に示すように縦１８ｍｍ×横１８ｍｍ×高さ０．２ｍｍの表面が平坦な２枚の板ガラス５１の間に測定対象の接着材５２を挟み、縦３ｍｍ×横３ｍｍ×高さ０．０３ｍｍのアルミ箔４枚をスペーサ５３として用いて測定した。なお、図５は、見やすくするため、高さ方向の縮尺を任意に変更している。
まず、板ガラス５１とアルミ箔（スペーサ５３）との質量を０．０１ｍｇの桁まで正確に測り、次に、２枚の板ガラス５１の間に５０〜６０ｍｇの接着材５２をスペーサ５３とともに挟み１８０℃で１時間硬化させた試験片５０の質量を、０．０１ｍｇの桁まで正確に測り、その後３０℃、８５％ＲＨの雰囲気中で、その質量がほとんど変化しなくなる３０００時間後まで放置して吸湿させ、吸湿後の試験片５０の質量を０．０１ｍｇの桁まで正確に測定して、下記式（１）によって算出した値ＳＡである。
【００３１】
ＳＡ＝
｛（Ｖ２−Ｖ１−Ｖ０）／（Ｖ１−Ｖ０）｝×１００
…（１）
ＳＡ：接着材の飽和吸湿率
Ｖ０：板ガラス、アルミ箔の質量
Ｖ１：吸湿前の試験片の質量
Ｖ２：吸湿後の試験片の質量
【００３２】
接着材としては、リフロー時に発生する水分の気化膨張による接着材と半導体素子裏面又は半導体搭載用基板界面との剥離を防止する意味で、接着力ができるだけ大きいものがよく、特に吸湿の影響により接着力が大きく低下しないものが望ましい。
【００３３】
なお、本願発明者らは、さらに半導体装置に反り変形が発生する状況を詳細に検討し、有機絶縁封止材５として特定の特性を有するものを使用することにより、反り変形を低減させることができることを見いだした。この反り変形の低減効果について、つぎに説明する。
【００３４】
まず、ＢＧＡの反り変形発生メカニズムを明確にするため、図６に有機絶縁封止材の成形温度から室温までの収縮曲線の例を示す。有機絶縁封止材を金型内で加熱して硬化させ、離型して放冷する場合、有機絶縁封止材は、まず、成形温度にて硬化反応を起こす。この時、その硬化反応に起因した収縮（以下、これを硬化収縮ａと称する）が発生する。次に、金型から成形品を離型して室温まで放置する際に、有機絶縁封止材の線膨張に基づいた収縮（以下、これを熱収縮ｂと称する）が発生する。この硬化収縮ａと熱収縮ｂとを足し合わせた収縮が、有機絶縁封止材の全収縮ｃとなる。
【００３５】
ここで、ＢＧＡのような片面封止構造の半導体装置に有機絶縁封止材を成形し、有機絶縁封止材の全収縮ｃとこれに接する半導体素子及び半導体素子搭載用基板の線膨張係数との間に大きな差異がある場合、半導体装置内部に残留応力が発生し、半導体装置全体に反り変形が生じる。
【００３６】
一般に、積層構造体の反り変形は、構造体内部に残留応力が蓄積した結果発生することから、反り変形の低減には半導体装置内部の残留応力を緩和することが有効となる。また、残留応力の緩和には、構成部材の弾性率を下げることが有効と考えられるが、その中でも有機絶縁封止材が、室温から成形温度までの温度範囲で粘弾性挙動による広域な弾性率の低下を有していること、すなわちこの温度範囲にガラス転移温度を有していることが有効である。このようにすれば、パッケージ成形後に室温まで冷却する過程や、はんだリフロー工程で室温から昇温する過程での温度に、有機絶縁封止材の弾性率が大幅に低下する温度領域が含まれることになることから、装置内に発生する残留応力を緩和して反り変形の発生を効果的に低減することができる。
【００３７】
そこで、本発明では、有機絶縁封止材として、室温から成形温度までの温度範囲にガラス転移温度を有するものを適宜用いることが望ましい。このようにすれば、半導体装置レベルでの反り変形を低減することができるからである。なお、この低下した弾性率の下限値は、室温時の弾性率の約１／１０以下であることが望ましい。成形温度は、１７０〜１８０℃の範囲にあることが望ましいが、有機絶縁封止材の成形特性を損なわない温度範囲であれば、特にこの限りではない。
【００３８】
また、半導体搭載用基板と有機絶縁封止材との熱収縮差が特定の範囲になるように、基板および封止材を適宜組み合わせることにより、残留応力を緩和して半導体装置レベルでの反り変形を小さくすることができる。
【００３９】
本発明者らは、鋭意検討した結果、有機絶縁封止材の内壁側に搭載されている半導体素子の影響、及び有機絶縁封止材の熱収縮と硬化収縮とを合わせた全収縮量を考慮すると、有機絶縁封止材のガラス転移温度以下における半導体搭載用基板と有機絶縁封止材の線膨張係数との差を０．６×１０-5／℃以上とすることが望ましいことを見出した。このようにすることにより、成形温度から室温まで冷却する際の反り変形量を効果的に低減することができる。
【００４０】
また、本発明者らは、成形時の硬化収縮量が特定の値である有機絶縁封止材を用いることにより、半導体装置レベルでの反り変形を小さくできることを見出した。そこで、本発明では、硬化収縮率が０．１１％以下の有機絶縁封止材を用いることが望ましい。
【００４１】
適切な硬化収縮量の封止材は、成形温度から室温まで冷却した際に生ずる反り変形に対して有機絶縁封止材の全収縮量が適切にするだけでなく、はんだリフロー時にはんだが溶融し始める温度（一般に成形温度付近の約１７０〜１８０℃）における反り変形を極力小さくすることで実装基板との接続信頼性を高めることにも寄与する。
【００４２】
ここで、硬化収縮率は、縦６０．１ｍｍ×横６ｍｍ×高さ１．５ｍｍの単一部材で構成された試験片を成形し、まず成形温度における縦方向の金型キャビティ寸法と、成形直後における室温での縦方向の試験片寸法を精密ノギスで０．０１ｍｍの桁まで正確に測定して、下記式（２）によって全体の成形収縮率ｄＬを算出した後、この値ｄＬから別途測定した成形温度から室温までの熱収縮率ｄＴを下記式（３）により差し引いて算出した値ｄＰである。
【００４３】
ｄＬ＝（Ｌ０−Ｌ）／Ｌ０ …（２）
ｄＬ：全体の成形収縮率
Ｌ０：成形温度における金型キャビティ寸法
Ｌ：室温における試験片寸法
【００４４】
ｄＰ＝ｄＬ−ｄＴ …（３）
ｄＰ：硬化収縮率
ｄＬ：全体の成形収縮率
ｄＴ：熱収縮率
【００４５】
また、本発明では、有機絶縁封止材からの接着材層への水分拡散量を抑制するため、８５℃、８５％ＲＨにおける飽和吸湿率が０．３６ｗｔ％以下の有機絶縁封止材を用いることが望ましい。
【００４６】
ここで、有機絶縁封止材の飽和吸湿率とは、直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの単一部材で構成された円板（ＪＩＳ−Ｋ６９１１に準ずる）を、前処理として１２０℃２時間の乾燥処理した後、質量を１ｍｇの桁まで正確に測り、その後８５℃、８５％ＲＨの雰囲気中にその重量が変化しなくなる３０００時間後まで放置して吸湿させ、吸湿後の質量を１ｍｇの桁まで正確に測定し、下記式（４）によって算出した値ＳＭである。
【００４７】
ＳＭ＝｛（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ１｝×１００…（４）
ＳＭ：有機絶縁封止材の飽和吸湿率
Ｗ１：吸湿前の試験片の質量
Ｗ２：吸湿後の試験片の質量
【００４８】
また、はんだリフロー工程中で、実装基板との接続時における半導体装置内部の残留応力を更に緩和して反り変形を低減させるには、はんだが溶融し始める温度、すなわち成形温度付近における有機絶縁封止材の曲げ弾性率が４．０ＧＰａ以下であることが望ましい。ここで、曲げ弾性率は、縦７０ｍｍ×横１０ｍｍ×高さ３ｍｍの単一部材で構成された試験片（ＪＩＳ−Ｋ−６９１１に準ずる）について３点曲げ試験を行い、下記式（５）によって算出した値である。
【００４９】
Ｅ＝（Ｉ・ΔＰ）／（４ｗｈ・Δｙ） …（５）
Ｅ：曲げ弾性率 Ｉ：スパン
ΔＰ：荷重 ｗ：試験片の横長さ
Δｙ：変位 ｈ：試験片の高さ
【００５０】
有機絶縁封止材のベース樹脂としては、成形温度から室温までの温度範囲で特に大きな粘弾性特性の効果が得られる点から、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂を主成分としたものが望ましい。また、有機絶縁封止材中には硬化収縮率を低減する目的で、硬化後の自由体積変化を減少できるような剛直な骨格を有するものを配合したほうが望ましい。有機絶縁封止材中に配合する充填剤の量は、熱収縮率及び吸湿率を抑制するという点から８０容量％以上とすることが望ましい。
【００５１】
絶縁ベース基材としては、例えば有機質絶縁基材が使用でき、ガラス布等の強化材にエポキシ樹脂、ポリイミド、フェノール樹脂等の合成樹脂を含浸した複合材料系の他に、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）テープ材のような合成樹脂フィルム等も使用できる。絶縁ベース基材には、接着材硬化過程における接着材層へのボイド誘発を抑制し、さらに、半導体装置作製後にこの部材からの接着材層へ水分が拡散するのを抑制するために、できるだけ吸湿率の低いものを用いることが望ましい。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５３】
＜実験例１＞
図１に示す、絶縁ベース基材２（ガラス布−エポキシ樹脂積層板、日立化成工業（株）製、商品名Ｅ−６７９）上に微細配線パターン６を形成し、半導体素子搭載側の金メッキ端子７及び反対側の外部接続端子９を除いた面に絶縁保護レジスト４（太陽インキ（株）製、商品名ＰＳＲ４０００ＡＵＳ５）を塗布した外形が縦２６．２ｍｍ×横２６．２ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの半導体素子搭載用基板を１２０℃で２時間乾燥させ、３０℃、６０％ＲＨの雰囲気下で５時間放置した後、縦９ｍｍ×横９ｍｍ×厚さ０．５１ｍｍの半導体素子１を、接着材３（日立化成工業（株）製、商品名ＥＮ−Ｘ５０）を塗布して搭載し、クリーンオーブン中で室温から１８０℃まで一定昇温速度で１時間加熱した後、更に１８０℃の一定温度で１時間加熱した。
【００５４】
その後、直径３０μｍの金ワイヤ８によりワイヤボンド部と半導体素子の電極とをワイヤボンディングした。次に、有機絶縁封止材５（日立化成工業（株）製、商品名ＣＥＬ−Ｘ９６００）を用いて、１７５℃、９０秒、６．９ＭＰａの条件で半導体素子搭載面をトランスファ成形で封止した後、１７５℃、５時間の条件で後硬化させ、ＢＧＡ半導体装置を得た。
【００５５】
＜実験例２＞
他の接着材（日立化成工業（株）製、商品名ＥＮ−Ｘ５２）を用いた以外は、実験例１と同様にしてＢＧＡ半導体装置を得た。
【００５６】
＜実験例３＞
有機絶縁封止材として日立化成工業（株）製ＣＥＬ−９０００（商品名）を用いた以外は、実験例１と同様にしてＢＧＡ半導体装置を得た。本実験例では、半導体素子搭載用基板の線膨張係数と、ガラス転移温度以下における有機絶縁封止材の線膨張係数との差が０．６×１０−５／℃未満である。
【００５７】
＜実験例４＞
有機絶縁封止材として、日立化成工業（株）製ＣＥＬ−７７００ＳＸ（商品名）を用いた以外は、実験例１と同様にしてＢＧＡ半導体装置を得た。本実験例で用いた封止材の成形時における硬化収縮率は０．１１％より大きく、かつ、８５℃、８５％ＲＨの飽和吸湿率が０．３６ｗｔ％より大きい。
【００５８】
＜実験例５＞
有機絶縁封止材として、日立化成工業（株）製ＣＥＬ−１７３１ＮＰ（商品名）を用いた以外は、実験例１と同様にしてＢＧＡ半導体装置を得た。本実験例で用いた封止材は、成形温度以上にガラス転移温度を有し、半導体搭載用基板の線膨張係数とガラス転移温度以下における有機絶縁封止材の線膨張係数との差が０．６×１０−５／℃未満であり、封止材の成形温度における曲げ弾性率は４．０ＧＰａより大きく、８５℃、８５％ＲＨにおける封止材の飽和吸湿率は０．３６ｗｔ％より大きい。
【００５９】
＜実験例６＞
接着材として３０℃、８５％ＲＨの飽和吸湿率が０．１８ｗｔ％より高い接着材（日立化成工業（株）製、商品名ＥＮ−４５７０）を用いた以外は、実験例１と同様にしてＢＧＡ半導体装置を得た。
【００６０】
＜実験例７＞
接着材として反応開始温度（Ｔｈ）が１３０℃以上の接着材（日立化成工業（株）製、商品名ＥＮ−４５００）を用いた以外は、実験例３と同様にしてＢＧＡ半導体装置を得た。
【００６１】
各実験例の半導体装置の物性及び耐リフロークラック性、反り変形測定結果を、表２に示す。
【００６２】
ここで、接着材の硬化開始温度（Ｔｈ）は、示差走査熱量計（ＴＡインスツルメント社製 商品名９１０型）を用い、温度上昇率を１０℃／分として測定し、有機絶縁封止材のガラス転移温度は、熱機械分析装置（理学電機社製 商品名ＴＭＡ−８１４１ＢＳ、ＴＡＳ−１００）を用いて測定した。
【００６３】
耐リフロークラック性の評価と反り変形量の評価は以下のように行った。
（１）耐リフロークラック性：８５℃、６０％ＲＨの条件で所定時間加湿後、赤外線リフロー炉で２４０℃、１０秒間のリフロー処理を３回行い、半導体装置内部に発生した接着材層のボイド及びクラックまたは剥離を超音波探査装置により観察し、金メッキ端子領域までクラックまたは剥離が進展したものを不良品とした（不良品を分子に、試験数を分母に示した）。
（２）反り変形量：素子搭載後、はんだボール搭載前における半導体装置の裏面の対角線中央部を測定対象とし、室温領域では表面粗さ測定機により２５℃での値を、また成形温度領域では非接触レーザ測定機により１７５℃での値を、それぞれ測定した。そして、最外の外部接続端子を基準とした変形量の最大値の平均値（サンプル数４）を反り変形量として示した。
【００６４】
表２からわかるように、各実験例１〜５の半導体装置は、いずれも、接着材層にボイドが無発生しなかった。特に、実験例１〜３では、耐リフロークラック性が格段に向上した。これに対して、硬化開始温度（Ｔｈ）の高い接着材を用いた実験例７では、接着材層にボイドが発生してしまった。
【００６５】
また、適切な封止材を用いた実験例１，２では、接着材層にボイドが発生しなかったのみならず、２５℃及び１７５℃の双方で、反り変形量を共に小さくすることができた。すなわち、これらの実験例では、有機絶縁封止材の吸湿率が低いことから耐リフロークラック性が高く、有機絶縁封止材のガラス転移温度、半導体搭載用基板との線膨張係数差、成形温度の曲げ弾性率、および、硬化収縮率が適切であることから、反り変形量が小さく、ＪＥＤＥＣ（Joint Electron Device Engineering Council）で定められている±１５０μｍ以内という基準を満たす良好な半導体装置を得ることができた。
【００６６】
【表２】
Figure 0003916398
【発明の効果】
【００６７】
上述のように、本発明によれば、はんだリフロー時のクラックを低減した半導体装置の提供が可能となる。また、反り変形の発生を防止できるＯＭＰＡＣ型ＢＧＡの半導体装置の提供が可能となる。よって、本発明の半導体装置を用いることで電気的接続不良が低減でき、その工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の半導体装置の構造を示す断面図である。
【図２】 リフロー時にクラックが発生したＢＧＡ半導体装置の断面図である。
【図３】 半導体搭載用基板に半導体素子を搭載する半導体装置作製工程を示す説明図である。
【図４】 示差走査熱量計（ＤＳＣ）による温度と発熱量との関係を示すグラフであり、接着材の硬化挙動を表す。
【図５】 接着材の飽和吸湿率を測定するための試料の斜視図である。
【図６】 温度と有機絶縁封止材の収縮量との関係を示すグラフである。

Claims (4)

  1. 有機絶縁ベース基材上に配線パターンを備える半導体素子搭載用基板、
    電極を備え、前記半導体素子搭載用基板に接着材を介して接着され、該電極と前記配線パターンとが電気的に接続された半導体素子、および、
    少なくとも前記電極を封止する有機絶縁封止材
    を備え、
    前記接着材は、示差走査熱量計を用い温度上昇率を１０℃／分として測定した発熱反応の硬化開始温度が１３０℃以下であり、
    前記接着材の３０℃、８５％ＲＨにおける飽和吸湿率が０．１８ｗｔ％以下であり、
    前記有機絶縁封止材の８５℃、８５％ＲＨにおける飽和吸湿率が０．３６ｗｔ％以下であり、
    前記有機絶縁封止材は、成形温度と室温との間にガラス転移温度を有し、
    前記半導体素子搭載用基板の線膨張係数と、前記ガラス転移温度以下における前記有機絶縁封止材の線膨張係数との差が０．６×１０ ―５ ／℃〜０．９×１０ ―５ ／℃であり、
    前記有機絶縁封止材の成形時における硬化収縮率が０．１１％以下である半導体装置。
  2. 前記半導体素子搭載用基板は、前記配線パターンが形成された面の裏面に、該配線パターンと導通する外部接続端子を備え、
    前記有機絶縁封止材は、前記半導体素子表面が露出しないように封止する、請求項１記載の半導体装置。
  3. 前記有機絶縁封止材の成形温度における曲げ弾性率が４．０ＧＰａ以下である、請求項２記載の半導体装置。
  4. 有機絶縁ベース基材上に配線パターンが形成された半導体素子搭載用基板の表面に、接着材を介して半導体素子を接着し、該半導体素子の電極と前記配線パターンとを電気的に接続する工程、および、
    前記半導体素子の少なくとも電極を有機絶縁封止材で封止する工程を備え、
    前記接着材として、示差走査熱量計を用い温度上昇率を１０℃／分として測定した発熱反応の硬化開始温度が１３０℃以下であり、３０℃、８５％ＲＨにおける飽和吸湿率が０．１８ｗｔ％以下であり、前記有機絶縁封止材の８５℃、８５％ＲＨにおける飽和吸湿率が０．３６ｗｔ％以下であり、前記有機絶縁封止材は、成形温度と室温との間にガラス転移温度を有し、前記半導体素子搭載用基板の線膨張係数と前記ガラス転移温度以下における前記有機絶縁封止材の線膨張係数との差が０．６×１０ ―５ ／℃〜０．９×１０ ―５ ／℃であり、前記有機絶縁封止材の成形時における硬化収縮率が０．１１％以下である接着材を用いる半導体装置の製造方法。
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