JP5977717B2 - 半導体封止用基材付封止材、半導体封止用基材付封止材の製造方法、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
このようなものであれば、外観およびレーザーマーキング性を確実に良好にすることができる。
このようなものであれば、表面樹脂層を容易に形成できるものとなる。
このようなものであれば、レーザーマーク時に基材表面が露出して外観を損なうこともなく、反りが抑制された半導体装置の製造が可能となる。
このような半導体装置であれば、外観およびレーザーマーキング性が良好なものとなる。
このようなものであれば、所望のマーキングを有する外観が良好な半導体装置となる。
上記のように、半導体封止用基材付封止材を用いた半導体装置の外観やレーザーマーキング性が悪いという問題を解決するために、本発明者等は鋭意検討を重ねた。その結果、半導体封止用基材付封止材の外部に露出する側の面に表面樹脂層を形成すれば外観およびマーキング性を良好にすることができることに想到し、本発明を完成させた。
[半導体封止用基材付封止材]
図1に示すように、本発明の半導体封止用基材付封止材1は、主に、基材3と、基材3の一方の表面に形成された未硬化又は半硬化の熱硬化性樹脂からなる封止樹脂層4と、基材3の他方の表面に形成された表面樹脂層2とから構成される。
本発明の半導体封止用基材付封止材を構成する表面樹脂層2は、硬化性エポキシ樹脂、硬化性シリコーン樹脂、硬化性エポキシ・シリコーン混成樹脂、硬化性エポキシ(メタ)アクリレート、硬化性(メタ)アクリル樹脂、硬化性ポリイミド樹脂のいずれかから形成することができるが、これに限定されるわけではない。
本発明における表面樹脂層2に用いられるエポキシ樹脂は特に制限はされないが、例えば、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、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ビフェノール型エポキシ樹脂又は4,4’−ビフェノール型エポキシ樹脂のようなビフェノール型エポキシ樹脂、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、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂、トリスフェニロールメタン型エポキシ樹脂、テトラキスフェニロールエタン型エポキシ樹脂、及びフェノールジシクロペンタジエンノボラック型エポキシ樹脂の芳香環を水素化したエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂など室温で液状や固体の公知のエポキシ樹脂が挙げられる。また、必要に応じて、上記以外のエポキシ樹脂を目的に応じて一定量併用することができる。
本発明における表面樹脂層2に用いられるシリコーン樹脂としては特に制限はされないが、熱硬化性、UV硬化性シリコーン樹脂等が使用可能である。特に、シリコーン樹脂からなる樹脂層は付加硬化型シリコーン樹脂組成物を含むことが望ましい。該付加硬化型シリコーン樹脂組成物としては、(A)非共役二重結合を有する有機ケイ素化合物(例えば、アルケニル基含有ジオルガノポリシロキサン)、(B)オルガノハイドロジェンポリシロキサン、及び(C)白金系触媒を必須成分とするものが特に好ましい。以下、これら(A)〜(C)成分について説明する。
一般式(1):R1R2R3SiO−(R4R5SiO)a−(R6R7SiO)b−SiR1R2R3 (式中、R1は非共役二重結合含有一価炭化水素基を示し、R2〜R7はそれぞれ同一又は異種の一価炭化水素基を示し、a及びbは0≦a≦500、0≦b≦250、かつ0≦a+b≦500を満たす整数である。)
で示される、分子鎖両末端が脂肪族不飽和基含有トリオルガノシロキシ基で封鎖された直鎖状ジオルガノポリシロキサンなどの、オルガノポリシロキサンが例示される。
表面樹脂層2に用いられるエポキシ樹脂とシリコーン樹脂の混成樹脂は特に制限はされないが、前述のエポキシ樹脂と前述のシリコーン樹脂が挙げられる。
表面樹脂層2として用いられるエポキシ(メタ)アクリレートとは、例えば、従来公知の芳香族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂等と、(メタ)アクリル酸とを反応させて得られるアクリレートである。これらのエポキシアクリレートのうち特に制限はされないが、特に好ましいものは、芳香族エポキシ樹脂のアクリレートであり、少なくとも1個の芳香核を有する多価フェノールまたはそのアルキレンオキサイド付加体のポリグリシジルエーテルを、(メタ)アクリル酸と反応させて得られる(メタ)アクリレートである。例えば、ビスフェノールA、またはそのアルキレンオキサイド付加体とエピクロロヒドリンとの反応によって得られるグリシジルエーテルを、(メタ)アクリル酸と反応させて得られる(メタ)アクリレート、エポキシノボラック樹脂と(メタ)アクリル酸を反応して得られる(メタ)アクリレート等が挙げられる。
表面樹脂層2として用いられる(メタ)アクリル樹脂として特に制限はされないが、(メタ)アクリル酸および/またその種々の誘導体の重合体および共重合体を含む。(メタ)アクリル酸誘導体としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシルエチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシルプロピル等の(メタ)アクリル酸ヒドロキシルアルキルエステル、(メタ)アクリル酸ベンジルなどの芳香族基を含有する(メタ)アクリル酸エステル、ジメチル(メタ)アクリル酸アミド等の(メタ)アクリル酸アミド、イミドアクリレートTO−1492(東亞合成工業製)等のイミド基を含有する(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸グリシジルなどのエポキシ基を含有する(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。また、上記共重合体は、上記(メタ)アクリル酸および/またはその種々の誘導体とアクリロニトリル、スチレン、ブタジエンまたはアリル誘導体などとの共重合体をも包含する。
表面樹脂層2に用いられるポリイミド樹脂は特に制限されないが、好適に用いられる例として、酸二無水物とジアミン化合物からポリアミック酸を合成し、しかる後に加熱脱水することで得られるポリイミド樹脂が挙げられる。
表面樹脂層2には、無機充填剤を配合することができる。配合される無機充填剤としては、煙霧質シリカ(ヒュームドシリカ)、沈降シリカ、溶融シリカ、結晶性シリカ等のシリカ類、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミノシリケート、ボロンナイトライド、ガラス繊維、三酸化アンチモン等が挙げられる。これら無機充填剤の平均粒径や形状は特に限定されない。
前記無機充填剤として、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤等のカップリング剤で予め表面処理したものを配合してもよい。
表面樹脂層2には、黒色とするための顔料を含めることができる。ここで用いられる顔料としては、例えば従来の封止樹脂組成物に用いられているカーボンブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック等が挙げられるが、これらに制限されるものではない。
このように表面樹脂層2を黒色とすることで、本発明の半導体封止用基材付封止材を用いて製造された半導体装置は、従来のエポキシ樹脂等で封止された半導体装置と同様の良好な外観およびレーザーマーキング性を得ることができる。
(基材)
本発明の半導体封止用基材付封止材を構成する基材3として使用することができるものは特に制限はされず、封止する対象となる半導体素子搭載基板や半導体素子形成ウエハに応じて、無機基板、金属基板、又は有機樹脂基板を使用することができる。繊維含有の有機樹脂基板を使用することもできる。
本発明の半導体封止用基材付封止材を構成する封止樹脂層4は、基材3の片面上に形成された未硬化又は半硬化の熱硬化性樹脂からなるものである。この封止樹脂層4は、封止するための樹脂層となる。
封止樹脂層4に用いられるエポキシ樹脂は特に制限はされないが、上述の表面樹脂層2に用いられるエポキシ樹脂と同様のものを用いることができる。
前記エポキシ樹脂からなる封止樹脂層4は、半導体素子を封止するための樹脂層となることから塩素等のハロゲンイオン、またナトリウム等のアルカリイオンは極力減らしたものであることが好ましい。イオン交換水50mlに試料10gを添加し、密封して120℃のオーブン中に20時間静置した後、加熱抽出する120℃での抽出でいずれのイオンも10ppm以下であることが望ましい。
封止樹脂層4に用いられるシリコーン樹脂は特に制限はされないが、上述の表面樹脂層2で用いられるシリコーン樹脂と同様のものを用いることができる。
前記シリコーン樹脂からなる封止樹脂層4は、半導体素子を封止するための樹脂層となることから塩素等のハロゲンイオン、またナトリウム等のアルカリイオンは極力減らしたものであることが好ましい。通常、120℃での抽出でいずれのイオンも10ppm以下であることが望ましい。
封止樹脂層4に用いられるエポキシ樹脂とシリコーン樹脂の混成樹脂は特に制限はされないが、前述のエポキシ樹脂と前述のシリコーン樹脂が挙げられる。
前記混成樹脂からなる封止樹脂層4は、半導体素子を封止するための樹脂層となることから塩素等のハロゲンイオン、またナトリウム等のアルカリイオンは極力減らしたものであることが好ましい。通常、120℃での抽出でいずれのイオンも10ppm以下であることが望ましい。
封止樹脂層4として用いるシアネートエステル樹脂は特に制限はされないが、例えばシアネートエステル化合物、フェノール化合物、及び/又はジヒドロキシナフタレンを配合した樹脂組成物である。
《シアネートエステル化合物》
前記シアネートエステル化合物またはそのオリゴマーとして使用する成分は、下記一般式(2)で示されるものである。
本発明で用いられるフェノール化合物として特に制限はされないが、例としては下記一般式(3)で示されるものである。
一般にシアネートエステル化合物の硬化触媒としては金属塩、金属錯体や活性水素を持つフェノール性水酸基や一級アミン類などであるが、フェノ−ル化合物やジヒドロナフタレン化合物が好適に用いられる。
フェノ−ル化合物はフェノール水酸基当量が小さいもの、例えば、水酸基当量120以下のものはシアネート基との反応性が高く、120℃以下の低温でも硬化反応が進行する。この場合はシアネート基に対する水酸基のモル比を小さくすると良い。
好適な範囲はシアネート基1モルに対し0.05〜0.11モルである。この場合、硬化収縮が少なく、低熱膨張で高Tgの硬化物が得られる。
上記フェノール化合物及びジヒドロキシナフタレン中のハロゲン元素やアルカリ金属などが120℃、2気圧下での抽出で10ppm、特に5ppm以下であることが望ましい。
封止樹脂層4には無機充填剤を配合することができる。配合される無機充填剤としては、例えば、溶融シリカ、結晶性シリカ等のシリカ類、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミノシリケート、ボロンナイトライド、ガラス繊維、三酸化アンチモン等が挙げられる。これら無機充填剤の平均粒径や形状は特に限定されない。
特にエポキシ樹脂からなる封止樹脂層4に添加する前記無機充填剤としては、エポキシ樹脂と無機充填剤との結合強度を強くするため、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤等のカップリング剤で予め表面処理したものを配合してもよい。
本発明の半導体封止用基材付封止材は、図1に示すように、基材3の一方の表面に未硬化又は半硬化の熱硬化性樹脂からなる封止樹脂層4を形成し、他方の表面に表面樹脂層2を形成することで製造することができる。
本発明の半導体封止用基材付封止材で封止する対象の半導体素子搭載基板は、特に制限はされないが、有機基板、無機基板、又は金属基板の素子搭載面に半導体素子を搭載したものとすることができる。半導体素子搭載基板は、半導体素子を搭載し配列した半導体素子アレイを含むものである。半導体素子形成ウエハとしては、ウエハ上に半導体素子が形成されたウエハである。ここで用いられるウエハとしては、例えば、シリコン(Si)ウエハ、SiCウエハ等が挙げられる。
本発明の半導体封止用基材付封止材により封止された半導体素子搭載基板の一例の断面図を図2に示す。図2に示すように、封止後の半導体素子搭載基板5は、図1に示す半導体封止用基材付封止材1の封止樹脂層4により半導体素子6を搭載した半導体素子搭載基板7の素子搭載面を被覆し、封止樹脂層4を加熱、硬化することで硬化後の封止樹脂層4’としたものである。
本発明の半導体装置の一例を図3に示す。図3に示すように、半導体装置8は、封止樹脂層4’により半導体素子搭載基板の素子搭載面、又は半導体素子形成ウエハの素子形成面を一括封止して得られる、封止後の半導体素子搭載基板又は封止後の半導体素子形成ウエハをダイシングして個片化されたものである。
(被覆工程)
まず、図1に示すような上記した本発明の半導体封止用基材付封止材1の封止樹脂層4により半導体素子搭載基板の素子搭載面、又は半導体素子形成ウエハの素子形成面を被覆する。
(封止工程)
次に、図2に示すように、封止樹脂層4を加熱、硬化させて硬化後の封止樹脂層4’とすることで、素子搭載面又は素子形成面を一括封止する。
(ダイシング工程)
さらに、封止後の半導体素子搭載基板又は半導体素子形成ウエハをダイシングすることで、図3に示すような個片化された半導体装置を製造する。
[表面樹脂層を形成するための樹脂組成物の作製]
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂60質量部、フェノールノボラック樹脂30質量部、平均粒径7ミクロンの球状シリカ400質量部、触媒TPP(トリフェニルホスフィン)0.4質量部、黒色顔料3質量部、シランカップリング剤(KBM403 信越化学工業製)0.5質量部からなる成分にシクロヘキサノン1700質量部を加えて攪拌混合し、表面樹脂層を形成するための樹脂ワニスを得た。
厚み100ミクロン、66mm×232mmのBT(ビスマレイミドトリアジン)樹脂基板(ガラス転移温度185℃)を基材として準備した。
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂60質量部、フェノールノボラック樹脂30質量部、平均粒径7ミクロンの球状シリカ400質量部、触媒TPP0.2質量部、シランカップリング剤KBM403(信越化学工業製)0.5質量部を高速混合装置で十分混合した後、連続混練装置で加熱混練してシート化し冷却した。シートを粉砕し顆粒状の粉末としてエポキシ樹脂組成物を得た。
上記で得られた樹脂ワニスを上記基材に印刷塗工し、120℃、20分乾燥させた後、180℃、4時間ポストキュアすることで硬化した表面樹脂層を形成した。表面樹脂層の厚みは0.7ミクロンであった。次いで、表面樹脂層を形成した基材のもう片側表面に、上記エポキシ樹脂組成物の顆粒粉末を均一に分散させた。上下の金型温度を80℃にし、上金型にはフッ素樹脂コートしたPETフィルム(剥離フィルム)をセットして金型内を真空レベルまで減圧し、樹脂厚みが600ミクロンになるように3分間圧縮成形して封止樹脂層を形成した。以上のようにして半導体封止用基材付封止材を作製した。
厚み100ミクロン、74×240mmのBT基板に厚み200ミクロン、10×10mmのSiチップを64個搭載した基板を準備した。
上記で作製した半導体封止用基材付封止材を用いて上記半導体素子搭載基板を、プレート温度を175℃に設定した真空ラミネーション装置(ニチゴーモートン社製)を用いて5分間真空圧縮成形することで硬化封止した。硬化封止後、180℃で4時間ポストキュアして封止後の半導体素子搭載基板を得た。
[表面樹脂層を形成するための樹脂組成物の作製]
非共役二重結合を有する有機ケイ素化合物として分子鎖両末端アルケニル基封鎖ジオルガノポリシロキサン50質量部、オルガノハイドロジェンポリシロキサン50質量部、反応抑制剤としてアセチレンアルコール系のエチニルシクロヘキサノール0.2質量部、塩化白金酸のオクチルアルコール変性溶液0.1質量部を加えた組成物に対して、さらに平均粒径5μmの球状シリカを350質量部、黒色顔料3質量部からなる成分にトルエン1600質量部を加えて攪拌混合し、表面樹脂層を形成するための樹脂ワニスを得た。
厚み200ミクロン、直径300mm(12インチ)のシリコンウエハを準備した。
実施例1と同様に樹脂組成物を作製した。
実施例1と同様の方法で半導体封止用基材付封止材を作製した。表面樹脂層の厚みは10ミクロンであった。
個片化した半導体素子である400個のシリコンチップ(形状:5mm×7mm 厚み100ミクロン)を整列し搭載した、厚み200ミクロン、300mm(12インチ)のシリコンウエハを準備した。
実施例1と同条件で半導体素子搭載基板を封止し、封止後の半導体素子搭載基板を得た。
[表面樹脂層を形成するための樹脂組成物の作製]
アクリル変性ビスフェノールA70質量部、ビスフェノールA30質量部、ジシアンジアミド15質量部、光重合開始剤、オリゴ(2−ヒドロキシ−2−メチル−1−(4−(1−メチルビニル)フェニル)プロパノン2質量部、平均粒径7ミクロンの球状シリカ400質量部、シランカップリング剤としてKBM403(γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)(信越化学工業製)0.5質量部、黒色顔料3質量部を加えて攪拌混合し、表面樹脂層を形成するためのエポキシアクリレート樹脂組成物を得た。
厚み200ミクロン、直径300mm(12インチ)の金属基板を準備した。
実施例1と同様に樹脂組成物を作製した。
前記基材上に上記エポキシアクリレート樹脂組成物を印刷塗工し、紫外線照射装置で照度を80〜120mW/cm2、光量を2.0〜3.0J/cm2の条件で光硬化を行った後、140℃、2時間加熱硬化を行うことで表面樹脂層を形成した以外は実施例1と同様に半導体封止用基材付封止材を作製した。表面樹脂層の厚みは70ミクロンであった。
厚み200ミクロン、直径300mm(12インチ)の金属基板上に高温で接着力が低下する接着剤を介して、個片化した半導体素子である400個のシリコンチップ(形状:5mm×7mm 厚み125ミクロン)を整列し搭載した基板を準備した。
実施例1と同様に半導体素子搭載基板を封止し、封止後の半導体素子搭載基板を得た。
[表面樹脂層を形成するための樹脂組成物の作製]
ポリイミドシリコーンフィルムX−45−5024B2(信越化学工業製)を表面樹脂層を形成するためのフィルムとして準備した。
実施例1と同様のBT樹脂基板を準備した。
実施例1と同様に樹脂組成物を作製した。
上記基材上にポリイミドシリコーンフィルムX−45−5024B2を70℃で真空ラミネートし、175℃、4時間ポストキュアすることで、半導体封止用基材付封止材を作製した。表面樹脂層の厚みは200ミクロンであった。
実施例1と同様の基板を準備した。
実施例1と同様に半導体素子搭載基板を封止し、封止後の半導体素子搭載基板を得た。
表面樹脂層を形成しない以外は、実施例1と同様の条件で封止後の半導体素子搭載基板を得た。
[外観]
封止後の半導体素子搭載基板の表面を目視で確認し、表面ムラ、荒れ等がなければ良好とした。
[レーザーマーキング性]
封止後の半導体素子搭載基板の表面樹脂層に、日本電気(株)製のマスクタイプのYAGレーザーマーキング機(印加電圧2.4kV、パルス幅120usの条件)でマーキングし、印字の視認性(マーキング性)を評価した。
[反り]
レ−ザ−三次元測定機を用いて、封止後の半導体素子搭載基板の対角線方向に高さの変位を測定し、変位差を反り量(mm)とした。
4…封止樹脂層、4’…硬化後の封止樹脂層、 5…封止後の半導体素子搭載基板、
6…半導体素子、 7…半導体素子搭載基板、 8…半導体装置。
Claims (7)
- 半導体素子を搭載した半導体素子搭載基板の素子搭載面、又は半導体素子を形成した半導体素子形成ウエハの素子形成面を一括封止するための半導体封止用基材付封止材であって、
基材と、該基材の一方の表面に形成された未硬化又は半硬化の熱硬化性樹脂からなる封止樹脂層と、前記基材の他方の表面に形成された表面樹脂層とを有するものであり、
前記基材は有機樹脂基板又はシリコンウエハであることを特徴とする半導体封止用基材付封止材。 - 前記表面樹脂層は、硬化性エポキシ樹脂、硬化性シリコーン樹脂、硬化性エポキシ・シリコーン混成樹脂、硬化性エポキシ(メタ)アクリレート、硬化性(メタ)アクリル樹脂、硬化性ポリイミド樹脂のいずれかから形成されたものであることを特徴とする請求項1に記載の半導体封止用基材付封止材。
- 前記表面樹脂層は黒色であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体封止用基材付封止材。
- 前記表面樹脂層の厚みが0.5ミクロン以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の半導体封止用基材付封止材。
- 半導体封止用基材付封止材の製造方法であって、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の半導体封止用基材付封止材の表面樹脂層を、液状樹脂を使用した印刷方式、スプレー方式、コーティング方式、あるいはフィルム熱圧着方式で形成した後、熱または光で硬化させることを特徴とする半導体封止用基材付封止材の製造方法。 - 半導体装置を製造する方法であって、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の半導体封止用基材付封止材の封止樹脂層により前記半導体素子搭載基板の素子搭載面、又は前記半導体素子形成ウエハの素子形成面を被覆する被覆工程と、
前記封止樹脂層を加熱、硬化させることで、前記素子搭載面又は前記素子形成面を一括封止する封止工程と、
封止後の前記半導体素子搭載基板又は前記半導体素子形成ウエハをダイシングすることで、個片化された半導体装置を製造するダイシング工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記半導体封止用基材付封止材の表面樹脂層の表面にマーキングすることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
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