JP5069441B2

JP5069441B2 - 片面封止型半導体装置製造用エポキシ樹脂組成物及び片面封止型半導体装置

Info

Publication number: JP5069441B2
Application number: JP2006261497A
Authority: JP
Inventors: 隆景松本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2026-09-26
Also published as: JP2008081562A

Description

本発明は、主として基板の片面に搭載された半導体素子（チップ）を封止成形するのに用いられる片面封止型半導体装置製造用エポキシ樹脂組成物及び片面封止型半導体装置（パッケージ）に関するものである。

半導体素子などの電子部品の封止用材料としてセラミックや熱硬化性樹脂が一般的に用いられている。なかでもエポキシ樹脂を封止用材料として用いる方法が、経済性と性能のバランスの点で好ましく、従来より広く行われている（例えば、特許文献１参照。）。

そして近年の半導体パッケージ（ＰＫＧ）はますます薄型化が進み、主流であるＢＧＡ（ball grid array）やＣＳＰ（chip size package,chipscale package）などの片面封止により成形されるパッケージでも、パッケージ厚の薄い設計が進んでいる。それに伴い、内部の構造も微細化が進み、封止する際の樹脂への要求性能が高くなってきている。
特開平１０−６７９２０号公報

図１（ａ）は片面封止により成形されるパッケージの一例を示すものであり、このパッケージは、半導体素子２を基板３の片面に搭載し、半導体素子２と基板３に設けた電極５とをボンディングワイヤー４で電気的に接続すると共に、これらを封止樹脂１で封止成形することによって製造することができる。

しかしながら、図１（ａ）に示すような片面封止パッケージにおいて封止樹脂１の特性は成形後のパッケージの反りに大きく影響を与える。すなわち、成形後の封止樹脂１の収縮率と基板３の収縮率とのバランスを取らないとどちらか収縮率の大きい方に引っ張られ、一般に反りと言われる現象が発生する。

図１（ｂ）に示すように、成形後に封止樹脂１側に反ってしまうパッケージでは、封止樹脂１のフィラーコンテント（充填材の含有量）を上げて封止樹脂１側の収縮率を下げることによって反りのバランスを取ることが一般的である。ところが、それに伴って封止樹脂１の粘度が上昇してしまい、薄型化の進んだパッケージではチップ２上の封止厚（図１のＴ_４：パッケージ上面からチップ２までの距離）も薄くなり、その部分の充填性が低下し、ワイヤーフロー性（成形後に配線がどれだけ曲がったか）も悪くなる傾向がある。

また、成形性とのバランスを考慮した場合、フィラーの充填率にも限界があり、単純にフィラーコンテントを上げるだけでは対応できない場合も多々ある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、反りを低減することができると共に充填性を高めることができる片面封止型半導体装置製造用エポキシ樹脂組成物及び片面封止型半導体装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る片面封止型半導体装置製造用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材を含有する片面封止型半導体装置製造用エポキシ樹脂において、前記エポキシ樹脂として、ビフェニル型エポキシ樹脂とビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が含有されており、前記無機充填材として、シリカが前記片面封止型半導体装置製造用エポキシ樹脂組成物全量に対して８９質量％以上含有されていると共に、１５０℃におけるＩＣＩ粘度が０．５ｐｏｉｓｅ以下であり、前記片面封止型半導体装置製造用エポキシ樹脂組成物全量に対して２−（ジフェニルホスフィニル）ハイドロキノンが０．１〜３質量％含有されていることを特徴とするものである。

前記片面封止型半導体装置製造用エポキシ樹脂組成物において、前記ビフェニル型エポキシ樹脂と前記ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が５５：４５〜８５：１５の質量比で含有されていることが好ましい。

本発明に係る半導体装置は、前記片面封止型半導体装置製造用エポキシ樹脂組成物を用いて基板の片面に搭載された半導体素子を封止成形して成ることを特徴とするものである。

本発明によれば、反りを低減することができると共に充填性を高めることができるものである。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

本発明において半導体封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材を必須成分として含有するものである。

エポキシ樹脂としては、ビフェニル型エポキシ樹脂とビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を併用する。このときビフェニル型エポキシ樹脂とビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の質量比は５５：４５〜８５：１５であることが好ましい。ビフェニル型エポキシ樹脂とビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の合計１００質量部に対して、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が１５質量部未満であると、充填性が低下するものであり、特に図１（ａ）においてＴ_４で示す部分の充填性が低下するものである。逆に、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が４５質量部を超えると、半導体装置の生産性が低下するものである。半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対してエポキシ樹脂全体の含有量は６〜９質量％に設定することができる。

また、硬化剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、フェノールアラルキル、ナフトールアラルキル、各種多価フェノール化合物、ナフトール化合物、ビフェニル骨格を持つもの等を用いることができる。硬化剤は１種のみを用いたり２種以上を併用したりすることができる。エポキシ樹脂と硬化剤の当量比は０．５〜１．５が好ましく、０．８〜１．２がより好ましい。

また、無機充填材としては、結晶シリカや溶融シリカのようなシリカを用いる。シリカは半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して８９質量％以上（上限は９３質量％）含有するものである。シリカの含有量が８９質量％未満であると、半導体装置に大きな反りが発生するものである。なお、シリカのほか、アルミナや窒化珪素等を併用することもできる。

本発明においては、半導体封止用エポキシ樹脂組成物全量に対して２−（ジフェニルホスフィニル）ハイドロキノン（ＰＰＱ）が０．１〜３質量％含有されているのが好ましく、０．１〜１．５質量％含有されているのがより好ましい。これにより、２−（ジフェニルホスフィニル）ハイドロキノンを含有しない場合に比べて、半導体装置の反りをさらに低減することができると共に、難燃性を高めることができるものである。しかし、２−（ジフェニルホスフィニル）ハイドロキノンの含有量が０．１質量％未満であると、上記のような効果を十分に得ることができないおそれがある。また、２−（ジフェニルホスフィニル）ハイドロキノンには遅硬化性という特性があるため、この含有量が１．５質量％を超えると、硬化性が悪くなり、成形時間が延びてしまうおそれがある。

半導体封止用エポキシ樹脂組成物には、硬化促進剤、シランカップリング剤、カーボンブラック等の着色剤、カルナバワックス、シリコーン可撓剤等を任意成分として添加することもできる。

硬化促進剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、２−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリメチルホスフィン等の有機ホスフィン類、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７（ＤＢＵ）、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミン等の３級アミン等を用いることができる。

シランカップリング剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプトシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のグリシドキシシラン、アミノシラン等を用いることができる。

そして、上述したエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、必要に応じてその他の成分を配合し、これをミキサーやブレンダー等で均一に混合した後、ニーダーやロール等で加熱・混練する。その後、この混練物を冷却・固化し、この固化物を粉砕することによって、粉粒状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得ることができる。

このようにして得られる半導体封止用エポキシ樹脂組成物の１５０℃におけるＩＣＩ粘度は０．５ｐｏｉｓｅ（０．０５Ｐａ・ｓ）以下である。ここにＩＣＩ粘度とは、ＩＣＩコーンプレート粘度計を用いて測定されるものである。半導体封止用エポキシ樹脂組成物の１５０℃におけるＩＣＩ粘度が０．５ｐｏｉｓｅを超えると、充填性が低下するものであり、特に図１（ａ）においてＴ_４で示す部分の充填性が低下するものである。なお、１５０℃におけるＩＣＩ粘度が余りにも低いと、エアーの巻き込みによる充填不良や離型性の悪化が懸念されるので、上記のＩＣＩ粘度の実質上の下限は０．１ｐｏｉｓｅ（０．０１Ｐａ・ｓ）に設定することができる。

そして、上記の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて半導体素子２を封止成形することによって半導体装置を製造することができる。具体的には、例えば、半導体素子２を基板３の片面に搭載し、半導体素子２と基板３に設けた電極５とをボンディングワイヤー４で電気的に接続すると共に、これらを半導体封止用エポキシ樹脂組成物による封止樹脂１で封止成形することによって、図１（ａ）に示すような片面封止型の半導体装置を製造することができる。

このようにして得られる半導体装置にあっては、上述した半導体封止用エポキシ樹脂組成物が用いられているので、反りが低減されていると共に、充填性が高められているものである。特に、図１（ａ）に示すように、封止樹脂１の厚さＴ_２が基板３の厚さＴ_１の２倍以上である場合（Ｔ_２≧２Ｔ_１）にも、反りを十分に低減することができるものである。

以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。

エポキシ樹脂として、ビフェニル型エポキシ樹脂であるジャパンエポキシレジン（株）製「ＹＸ４０００Ｈ」及びビスフェノールＡ型エポキシ樹脂であるジャパンエポキシレジン（株）製「ＹＬ６８１０」を用いた。

また、硬化剤として、フェノールノボラックである三井化学（株）製「ＶＲ９３０５」（「フェノールノボラック１」：１５０℃におけるＩＣＩ粘度は約０．８ｐｏｉｓｅである。）及び明和化成（株）製「ＤＬ−９２」（「フェノールノボラック２」：１５０℃におけるＩＣＩ粘度は約２．３ｐｏｉｓｅである。）を用いた。

また、無機充填材として、溶融シリカである電気化学工業（株）製「ＦＢ９４０」を用いた。

また、２−（ジフェニルホスフィニル）ハイドロキノン（ＰＰＱ）を用いた。

また、硬化促進剤として、トリフェニルホスフィンである北興化学工業（株）製「ＴＰＰ」を用いた。

また、シランカップリング剤として、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランである信越化学工業（株）製「ＫＢＭ８０３」を用いた。

また、着色剤として、カーボンブラックである三菱化学（株）製「ＭＡ６００」を用いた。

また、カルナバワックス（金型離型用ＷＡＸ）である大日化学工業（株）製「Ｆ１−１００」を用いた。

そして、上述したエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、その他の成分を下記［表２］に示す配合量（質量％）で配合し、これをブレンダーで３０分間均一に混合した後、８０℃に加熱したニーダーで溶融・混練して押し出した。その後、この混練物を冷却・固化し、この固化物を粉砕機で所定の粒度に粉砕することによって、粉粒状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物を得た。

（ＩＣＩ粘度）
ＩＣＩコーンプレート粘度計を用いて、上記のようにして得た半導体封止用エポキシ樹脂組成物の１５０℃におけるＩＣＩ粘度を測定した。測定結果を下記［表２］に示す。

（反り）
基板の厚さが異なる２種のＢＧＡ（ball grid array）を６個ずつ製造した。この半導体装置は、次のようにして製造した。すなわち、半導体素子としてミラーウエハーを用いると共に基板としてＢＴ基板を用い、上記の半導体素子を基板の片面にダイアタッチフィルム（図１では図示省略）を介して搭載した後、トランスファー成形によってこれらを半導体封止用エポキシ樹脂組成物による封止樹脂で封止することによって、片面封止型の半導体装置を製造した。基板サイズ、モールドサイズ（封止樹脂サイズ）、チップサイズ、チップ数を下記［表１］に示す。なお、成形条件は、金型温度１７５℃、注入圧６．９ＭＰａ（７０ｋｇｆ／ｃｍ^２）、成形時間９０秒、キュアー時間９０秒である。

そして、上記のようにして得られたＢＧＡについて反りの大きさを測定した。いずれのＢＧＡも図１（ｂ）に示すように封止樹脂１側に反ったもの（＋凹反り）であり、基板３側に反ったもの（−凸反り）はみられなかった。測定結果を平均値として下記［表２］に示す。

（チップ上充填性）
上記のようにして得られたＢＧＡについて、図１（ａ）のＴ_４に相当する箇所を目視により観察することによって、チップ上充填性の良否を判定した。１２個のＢＧＡのうちチップ上充填性の悪いものを計数した。その結果を下記［表２］に示す。

（熱時硬度）
上記のようにして得た半導体封止用エポキシ樹脂組成物を用いて、直径５０ｍｍ、厚さ３．０ｍｍのテストピースを成形し、このテストピースの成形直後の硬度（熱時硬度）をショアーＤ硬度計を用いて測定した。測定結果を下記［表２］に示す。

上記［表２］にみられるように、実施例１〜６のものはいずれも反りが小さく、チップ上充填性に優れていることが確認される。

これに対して、シリカの含有量が８９質量％未満である比較例１のものは反りが著しく大きいことが確認される。

また、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を用いていない比較例２やＩＣＩ粘度が０．５ｐｏｉｓｅを超える比較例３のものはチップ上充填性が悪いことが確認される。

半導体装置の一例を示すものであり、（ａ）は反りが発生していない状態の断面図、（ｂ）は反りが発生している状態の断面図である。

符号の説明

２半導体素子

Claims

エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材を含有する片面封止型半導体装置製造用エポキシ樹脂組成物において、前記エポキシ樹脂として、ビフェニル型エポキシ樹脂とビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が含有されており、前記無機充填材として、シリカが前記片面封止型半導体装置製造用エポキシ樹脂組成物全量に対して８９質量％以上含有されていると共に、１５０℃におけるＩＣＩ粘度が０．５ｐｏｉｓｅ以下であり、前記片面封止型半導体装置製造用エポキシ樹脂組成物全量に対して２−（ジフェニルホスフィニル）ハイドロキノンが０．１〜３質量％含有されていることを特徴とする片面封止型半導体装置製造用エポキシ樹脂組成物。
前記ビフェニル型エポキシ樹脂と前記ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が５５：４５〜８５：１５の質量比で含有されていることを特徴とする請求項１に記載の片面封止型半導体装置製造用エポキシ樹脂組成物。
請求項１又は２に記載の前記片面封止型半導体装置製造用エポキシ樹脂組成物を用いて基板の片面に搭載された半導体素子を封止成形して成ることを特徴とする片面封止型半導体装置。