JP4270969B2 - Resin sealing method for semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、一括封止型半導体装置の樹脂封止方法に関するものである。ここでいう一括封止型半導体装置とは、半導体の集合基板を樹脂封止した後に切断し個々の半導体装置を製造する方法の総称であり、ＭＡＰ（モールドアレイパッケージ）、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）、ＣＳＰ（チップスケールパッケージ）、ＷＬＰ（ウエハーレベルパッケージ）、ＮＬＰ（ノンリードタイプパッケージ）等で呼ばれる半導体装置を示す。 The present invention relates to a resin sealing method for a batch sealing type semiconductor device. The collective sealing type semiconductor device here is a general term for a method for manufacturing individual semiconductor devices by sealing a semiconductor collective substrate after resin sealing, and MAP (mold array package) and BGA (ball grid array). , A semiconductor device called CSP (chip scale package), WLP (wafer level package), NLP (non-lead type package) or the like.
情報通信分野に於ける急速な技術進歩に呼応して、電子機器の性能向上、小型軽量化及び低コスト化が強く求められ、電子機器の心臓部である半導体装置及びその搭載基板の高集積高密度化が必須のものとなっている。この要求は大面積基板を一括して樹脂封止する製法案を生み出し、電気接続部材や半導体構成単位の違い等により様々な呼び方がされている。大きく分類すると、基板に半導体素子を高密度搭載する方法と、半導体素子の集合体と基板を結合する方法の２つである。これらの製法は理論的には従来の製造方法に比べて効率面で優れる事は言うまでもない。基板や樹脂等の素部材の使用量を少なくできる、金型の寸法を小さく且つ種類を少なくできる等の利点が多い。
しかしながら、これらの一括封止技術は今迄の検討努力にも拘わらず汎用化には至っていない。樹脂封止時に大きな反りを生じ個別の半導体装置に切断することが困難である等の問題を抱えているためである。即ち、実用性や工業性といった面での技術検討が不十分であり未だに提案段階と呼ぶべき状態のままである。 However, these collective sealing technologies have not been widely used in spite of the efforts made so far. This is because there is a problem that a large warp occurs during resin sealing and it is difficult to cut into individual semiconductor devices. That is, technical studies in terms of practicality and industriality are insufficient, and it still remains to be called the proposal stage.
通常、一括封止型半導体装置は１５０℃以上の温度で樹脂組成物を充填硬化し封止される。これが室温に冷却される時に寸法収縮の大きな樹脂側に曲がるため反り問題を生じるのである。従来の封止方法でこの問題を解決するためには樹脂の熱伸縮特性を抜本的に変更すること、基板類と同等にするかゴム状にすることが必要である。しかし、いずれも大きな技術課題、例えば、前者は無機物の配合量が多くなるため充填性が困難になる、後者は樹脂強度が不足し半導体素子を保護できなくなるといった問題を有している。 Usually, the encapsulated semiconductor device is filled and cured with a resin composition at a temperature of 150 ° C. or higher and sealed. When this is cooled to room temperature, it bends to the side of the resin with large dimensional shrinkage, causing a warpage problem. In order to solve this problem with a conventional sealing method, it is necessary to drastically change the thermal expansion / contraction characteristics of the resin, to make it equivalent to a substrate or to make it rubbery. However, both of them have big technical problems, for example, the former has a problem that filling amount becomes difficult because the amount of the inorganic compound is increased, and the latter has a problem that the semiconductor element cannot be protected due to insufficient resin strength.
本発明は、超低熱膨張の樹脂組成物を用いて垂直に押圧硬化させる一括封止型半導体装置の樹脂封止方法である。 The present invention is a resin sealing method of a batch sealing type semiconductor device in which a resin composition having an ultra-low thermal expansion is pressed and cured vertically.
即ち、金型の片方に一括封止型半導体の基板を、他の一方に半固形状のエポキシ樹脂組成物を配置し、圧縮成形法にて加熱硬化させることを特徴とする半導体装置の樹脂封止方法である。 That is, a resin package for a semiconductor device, characterized in that a batch-sealed semiconductor substrate is placed on one side of a mold and a semi-solid epoxy resin composition is placed on the other side and heat-cured by compression molding. It is a stopping method.
請求項２は、樹脂組成物を予め剥離紙に塗布した積層材料の形で使用する、又は予め金型の一方に充填して使用することを特徴とする樹脂封止方法である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a resin sealing method wherein the resin composition is used in the form of a laminated material preliminarily applied to a release paper, or is previously filled in one mold.
請求項３は、前記エポキシ樹脂組成物を予め金型の一方に充填して使用することを特徴とする樹脂封止方法である。 A third aspect of the present invention is a resin sealing method in which the epoxy resin composition is filled in one of molds in advance.
請求項４は、シリカを９３重量％以上含み、液状又は低温溶融型の樹脂類（エポキシ樹脂、硬化剤）、硬化促進剤及びその他の添加剤等で構成されるエポキシ樹脂組成物を用いることを特徴とする樹脂封止方法である。
請求項５は、粒径７５μｍ以下の球状シリカ、液状または固形のエポキシ樹脂及び酸無水物またはフェノール樹脂を主成分として構成されるエポキシ樹脂組成物を用いることを特徴とする樹脂封止方法である。
請求項６は、前記エポキシ樹脂組成物の中央が凸状の形状であることを特徴とする樹脂封止方法である。 A sixth aspect of the present invention is a resin sealing method, wherein the center of the epoxy resin composition has a convex shape.
請求項７は、前記エポキシ樹脂組成物に切り込みを設けたことを特徴とする樹脂封止方法である。 A seventh aspect of the present invention is a resin sealing method in which a cut is provided in the epoxy resin composition.
請求項８は、前記切り込みが格子状に設けられていることを特徴とする樹脂封止方法である。 An eighth aspect of the present invention is a resin sealing method, wherein the cuts are provided in a lattice shape.
請求項９は、前記切り込みがほぼＶ字型の形状をしていることを特徴とする樹脂封止方法である。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a resin sealing method, wherein the cut has a substantially V-shaped shape.
請求項１０は、前記エポキシ樹脂組成物が少なくとも２つ以上の独立したブロックの集合体から構成されていることを特徴とする樹脂封止方法である。 A tenth aspect of the present invention is a resin sealing method, wherein the epoxy resin composition is composed of an assembly of at least two or more independent blocks.
請求項１１は、前記ブロックが平面上に配置されていることを特徴とする樹脂封止方法である。 An eleventh aspect of the present invention is a resin sealing method, wherein the blocks are arranged on a plane.
請求項１２は、前記ブロックが隣り合うブロックの間に隙間をいれて配置されていることを特徴とする樹脂封止方法である。 A twelfth aspect of the present invention is a resin sealing method, wherein the blocks are arranged with a gap between adjacent blocks.
一般的に、低熱膨張の樹脂組成物は無機充填材を多量に含有するため流動性が極めて乏しいという欠点を有する。よって、最小距離で充填する圧縮成形法で樹脂封止することが必要であり、これにより従来の滴下法や移送成形法で指摘された未充填や金線変形等の問題が解決できる。又、圧縮成形を採用すると、移送成形や射出成形で問題となる材料損失（ランナーやスプルー）が解決できるという利点もある。 Generally, a resin composition having low thermal expansion has a drawback that it has extremely poor fluidity because it contains a large amount of an inorganic filler. Therefore, it is necessary to seal the resin by a compression molding method that fills at a minimum distance, and this can solve problems such as unfilling and gold wire deformation pointed out by the conventional dropping method and transfer molding method. In addition, when compression molding is employed, there is an advantage that material loss (runner or sprue) which is a problem in transfer molding or injection molding can be solved.
樹脂組成物は予熱性や充填性の面より半固形状が好ましい。半固形状の樹脂組成物は剥離紙に塗布しシート状やテープ状で取扱うのが容易である。又、成形時に金型に充填し使用することもできる。 The resin composition is preferably semi-solid in terms of preheating and filling properties. A semi-solid resin composition can be easily applied to release paper and handled in the form of a sheet or tape. It can also be used by filling the mold during molding.
一般的には、樹脂組成物は樹脂、硬化剤、充填材、硬化促進剤及び添加剤（処理剤、顔料等）で構成される。樹脂としてはエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂等、硬化剤としてはノボラック類、酸無水物類、アミン類、充填材としてはシリカ、アルミナ等を挙げることができる。メーカーとしては、日本化薬、信越化学工業、東亞合成、大日本インキ化学工業、新日本理化、味の素、電気化学工業、日本軽金属等を挙げることができる。 Generally, the resin composition is composed of a resin, a curing agent, a filler, a curing accelerator, and an additive (treatment agent, pigment, etc.). Examples of the resin include an epoxy resin, a silicone resin, and an acrylic resin, examples of the curing agent include novolaks, acid anhydrides, amines, and examples of the filler include silica and alumina. Examples of the manufacturer include Nippon Kayaku, Shin-Etsu Chemical, Toagosei, Dainippon Ink Chemical, Shin Nippon Chemical, Ajinomoto, Electrochemical and Nippon Light Metal.
半導体素子は、主に金属珪素及び酸化珪素より構成されており、樹脂組成物の充填材としてはシリカが好ましく、反り対策のため樹脂組成物に９０重量％以上、特に９３重量％以上の割合で配合することが好ましい。シリカとしては粗粒を含まない球状品、粒径７５μｍ以下、特に５４μｍ以下の球状シリカが好ましい。等方性微粒シリカは局部応力の発生がなく、充填性が良く、組成物中のシリカ含有量を多くできる。これらの特徴を有する球状シリカのメーカーとしては、電気化学工業、マイクロン、龍森、トクヤマ、東亞合成等を挙げることができる。 The semiconductor element is mainly composed of metal silicon and silicon oxide. Silica is preferable as the filler of the resin composition, and it is 90% by weight or more, particularly 93% by weight or more in the resin composition as a countermeasure against warpage. It is preferable to mix. As the silica, spherical products not containing coarse particles, and spherical silica having a particle size of 75 μm or less, particularly 54 μm or less are preferable. Isotropic fine silica does not generate local stress, has good filling properties, and can increase the silica content in the composition. Examples of manufacturers of spherical silica having these characteristics include Electrochemical Industry, Micron, Tatsumori, Tokuyama, and Toagosei.
半導体素子の封止材料としては、実績のあるエポキシ樹脂組成物が好ましい。又、樹脂含有量を少なくし熱膨張率を低くするには、液状又は低融点（融点又は軟化点が８０℃以下、特に６５℃以下）のエポキシ樹脂及び硬化剤を使用することが好ましい。エポキシ樹脂としてはビスフェノール系（Ａ型、Ｆ型等）、複素環系（ＴＥＰＩＣ等）、多官能系（ＥＰＰＮ−５０１等）が好ましい。又、硬化剤としては液状酸無水物（Ｍｅ−ＴＨＰＡ、Ｍｅ−ＨＨＰＡ、ＭＨＡＣ等）が好ましい。 As a sealing material for a semiconductor element, a proven epoxy resin composition is preferable. In order to reduce the resin content and lower the coefficient of thermal expansion, it is preferable to use a liquid or low melting point (melting point or softening point of 80 ° C. or less, particularly 65 ° C. or less) and a curing agent. The epoxy resin is preferably a bisphenol type (A type, F type, etc.), a heterocyclic type (TEPIC, etc.), or a polyfunctional type (EPPN-501, etc.). The curing agent is preferably a liquid acid anhydride (Me-THPA, Me-HHPA, MHAC, etc.).
硬化促進剤としては、各種樹脂で一般的に使用される硬化触媒を挙げることができる。例えば、エポキシ樹脂ではイミダゾール系、第３級アミン系、リン系の市販化合物（メーカーは四国化成工業、日本化薬、北興化学工業等）を挙げることができる。 As a hardening accelerator, the hardening catalyst generally used with various resin can be mentioned. For example, epoxide resins include imidazole-based, tertiary amine-based, and phosphorus-based commercially available compounds (manufactured by Shikoku Chemicals, Nippon Kayaku, Hokuko Chemical, etc.).
上記以外に、必要に応じて難燃剤、処理剤、顔料等の添加剤を加え樹脂組成物とする。 In addition to the above, additives such as flame retardants, treating agents, and pigments are added as necessary to obtain a resin composition.
エポキシ樹脂組成物の形状は、圧縮成型時に発生するボイドが容易に外部に排出される形状が好ましい。例えば、エポキシ樹脂組成物の中央部を凸状に膨らませることでボイドが容易に排出される。又、エポキシ樹脂組成物に切り込みを入れることでボイドが容易に排出される。さらに、切り込みを格子状に入れることが好ましい。さらに、切り込みをほぼＶ字型の形状にすることが好ましい。又、エポキシ樹脂組成物を２つ以上のブロックの集合体にすることで容易にボイドが排出される。さらに、ブロックは平面状に配置することが好ましい。さらに、隣り合うブロックの間に隙間を入れ配置することが望ましい。 The shape of the epoxy resin composition is preferably a shape in which voids generated during compression molding are easily discharged to the outside. For example, a void is easily discharged | emitted by swelling the center part of an epoxy resin composition in convex shape. Moreover, a void is easily discharged | emitted by making a notch in an epoxy resin composition. Furthermore, it is preferable to make the cuts in a lattice shape. Furthermore, it is preferable that the notch is substantially V-shaped. Moreover, a void is easily discharged | emitted by making an epoxy resin composition into the aggregate | assembly of two or more blocks. Furthermore, the blocks are preferably arranged in a planar shape. Furthermore, it is desirable to place a gap between adjacent blocks.
図１は、ＭＡＰと呼ばれる一括封止型半導体装置の断面図である。半導体素子１１が基板１２に高密度実装されており、両者は金線１３によって電気接続されている。又、半導体素子は樹脂組成物１５によって封止された後、個々の半導体装置に破線１６で切断される。最終的に個々の半導体装置は母基板に実装され電子部品の一部となる。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a batch sealed semiconductor device called MAP. The semiconductor element 11 is mounted on the
図２は、本発明による一括封止型半導体装置の樹脂封止方法の一例を示す模式図である。樹脂組成物２１は予め剥離紙２２に塗布された積層材料である。圧縮成形機２９には熱盤２８及び金型（２５，２６）が搭載されている。一括封止型半導体基板２３は上型２５に、積層材料は下型２６に配置されている。これらは圧縮成形法により一体化及び硬化された後に個々の半導体装置に切断され製品となる。
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a resin sealing method for a batch sealing type semiconductor device according to the present invention. The
図３は、本発明のエポキシ樹脂組成物の形状の一例を示す。図３（ａ）は、エポキシ樹脂組成物の上面図である。樹脂組成物２１が全面に形成されている。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ‘断面図である。剥離紙２２の上に樹脂組成物２１が形成されている。樹脂組成物２１は、中央部が凸状になるように形成されている。
FIG. 3 shows an example of the shape of the epoxy resin composition of the present invention. FIG. 3A is a top view of the epoxy resin composition. A
図４は、本発明のエポキシ樹脂組成物の形状の他の例を示す。図４（ａ）は、エポキシ樹脂組成物の上面図である。樹脂組成物２１が全面に形成され切り込み３１が格子状に設けられている。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ‘断面図である。剥離紙２２の上に樹脂組成物２１が形成されている。樹脂組成物２１にはほぼＶ字型の切り込み３１が設けられている。
FIG. 4 shows another example of the shape of the epoxy resin composition of the present invention. FIG. 4A is a top view of the epoxy resin composition. The
図５は、本発明のエポキシ樹脂組成物の形状の他の例を示す。図５（ａ）は、エポキシ樹脂組成物の上面図である。樹脂組成物２１が複数個のブロック３２の集合体として剥離紙２２の上に形成されている。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ‘断面図である。剥離紙２２の上に複数のブロック３２に分けて樹脂組成物２１が形成されている。隣り合うブロック３２は隙間３３を持って配置されている。
FIG. 5 shows another example of the shape of the epoxy resin composition of the present invention. FIG. 5A is a top view of the epoxy resin composition. The
本発明は、一括封止型半導体装置の樹脂封止方法を提供するものである。従来法での成形時の問題を解決する工業的な製造方法である。本発明の樹脂封止方法により一括封止型半導体装置を汎用化することができる。 The present invention provides a resin sealing method for a batch sealing type semiconductor device. It is an industrial manufacturing method that solves the problems during molding in the conventional method. The encapsulated semiconductor device can be generalized by the resin sealing method of the present invention.
又、エポキシ組成物の形状を中央を凸型にしたり、エポキシ組成物にほぼV字形の切り込みを設けたり、エポキシ組成物を複数のブロックにして隙間を入れ配置することでボイドを容易に外部に排出できる。 In addition, the voids can be easily set to the outside by making the center of the epoxy composition convex, providing V-shaped cuts in the epoxy composition, or arranging the epoxy composition in multiple blocks with gaps. Can be discharged.
以下、本発明を樹脂組成物の製法例、樹脂封止の実施例及び比較例にて具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with examples of resin composition production, resin-sealing examples and comparative examples.
樹脂組成物Ａの製法
球状シリカ８８部（ＳＥ−８Ｎ、トクヤマ）、エポキシ樹脂６部（８２８、油化シェルエポキシ）、酸無水物４部（Ｍｅ−ＴＨＰＡ、新日本理化）硬化促進剤０．２部（１Ｂ２ＭＺ、四国化成）、カップリング剤０．５部（ＫＢＭ−３０３、信越化学工業）及び顔料０．１部（ＭＡ６００、三菱化学）を混合した後、加熱ニーダを用いて１０分間混練した。
Production method of resin composition A Spherical silica 88 parts (SE-8N, Tokuyama), epoxy resin 6 parts (828, oiled shell epoxy),
一括封止型半導体基板及び樹脂組成物Ａを図２のように配置した後、圧縮成形し図１のような一括封止型半導体装置を試作した。本例では問題となるような未充填や金線変形及び反り現象は認められなかった。又、中央を凸状にした樹脂組成物で一括封止するとボイドの発生はなかった。 The batch-sealed semiconductor substrate and the resin composition A were arranged as shown in FIG. 2, and then compression molded to produce a batch-sealed semiconductor device as shown in FIG. In this example, no unfilling, gold wire deformation, and warp phenomenon, which cause problems, were observed. In addition, when the center was sealed with a resin composition having a convex center, no void was generated.
比較例１として、固形エポキシ樹脂組成物Ｂを組成した。 As Comparative Example 1, a solid epoxy resin composition B was prepared.
球状シリカ８０部（ＦＢ３５ ５６部、デンカ、ＺＡ−３０ １６部、龍森、ＳＯ−Ｅ２ ８部、アドマテックス）、エポキシ樹脂部１２部（ＥＰＰＮ５０１ ８部、ＥＯＣＮ ４部、日本化薬）硬化剤６部（Ｈ−１、明和化成）、硬化促進剤０．１６部（ＴＰＰ，北興化学）、カップリング剤０．８部（ＫＢＭ４０３、信越化学）、離型剤０．２部（ヘキストＥ、ヘキスト）、難燃化剤２部（Ｓｂ２Ｏ３、三国製錬）
実施例と同じ一括封止型半導体基板を固形エポキシ樹脂組成物Bを用いて従来の移送成形法にて樹脂封止したところ、流動性不足に起因する不良（未充填や金線変形）を１０％以上発生した。
Spherical silica 80 parts (FB35 56 parts, Denka, ZA-30 16 parts, Tatsumori, SO-E2 8 parts, Admatex),
When the same encapsulated semiconductor substrate as in the example was resin-sealed by the conventional transfer molding method using the solid epoxy resin composition B, 10 defects due to insufficient fluidity (unfilled or gold wire deformation) were observed. % Or more occurred.
比較例２として、液状組成物Ｃを組成した。 As Comparative Example 2, a liquid composition C was prepared.
球状シリカ７４部（ＦＢ３５ ５７部、龍森、ＳＯ−Ｅ２ １７部、アドマテックス）、エポキシ樹脂１２部（ＥＰＣ８３０ＬＶＰ、ＤＩＣ）、硬化剤１２部（ＨＮ５５００、日立化成）、硬化促進剤０．２部（１ＭＺ，四国化成）、カップリング剤 ０．６部（ＫＢＭ４０３、信越化学）、難燃化剤２部（Ｓｂ２Ｏ３、三国製錬）
樹脂組成物Ａの代わりに従来の液状樹脂組成物Cを用いて実施例と同様に樹脂封止した。この場合、下型に剥離紙を敷きその上に樹脂組成物を塗布した。成形後に取り出した一括封止型半導体装置はお椀のような大きな反りが生じた。
Spherical silica 74 parts (FB35 57 parts, Tatsumori, SO-E2 17 parts, Admatex),
Instead of the resin composition A, a conventional liquid resin composition C was used and sealed in the same manner as in the example. In this case, a release paper was laid on the lower mold and the resin composition was applied thereon. The packaged semiconductor device taken out after the molding was warped like a bowl.
１１ 半導体素子
１２ 基板
１３ 金線
１５、２１ 樹脂組成物
１６ 切断面を示す破線
２２ 剥離紙
２３ 一括封止型半導体基板（半導体素子集合搭載基板）
２５、２６ 金型
２８ 熱盤
２９ 圧縮成形機
３１ 切り込み
３２ ブロック
３３ 隙間
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25, 26
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