JP6520779B2 - 半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法、および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法、および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法、および半導体装置の製造方法に関する。
顆粒状の半導体封止用エポキシ樹脂組成物（以下、「エポキシ樹脂組成物」または「樹脂組成物」とも称す）を用いて圧縮成形を行うことにより半導体素子を封止する工程を含む半導体装置の製造方法に関する技術としては、たとえば、以下のものがある。
特許文献１には、金型内を減圧下にしつつ圧縮成形して半導体素子を樹脂で封止する方法が記載されている。特許文献２には、厚さ３．０ｍｍ以下のペレット状又はシート状の封止用成形材料を用いる方法が記載されている。特許文献３には、顆粒状の樹脂組成物をキャビティに供給し、樹脂組成物を溶融させ、これに半導体素子を浸漬した後、樹脂組成物を硬化することによる封止方法が記載されている。
ただし、従来の圧縮成形による半導体素子の封止プロセスでは、封止用樹脂組成物が、搬送および計量中に目詰まりしたり、固着したりする場合があった。こうした不都合が生じた場合に危惧される点として、以下の２つがある。第１は、目詰まりや固着した樹脂組成物が、圧縮成形装置の可動部に付着して固化することにより、当該装置の動作不良が生じるという、生産性の問題である。第２は、目詰まりや固着した樹脂組成物が、成形品に付着することにより、当該成型品が汚染されるという、信頼性の問題である。
そこで、上記不都合が生じることを抑制する手法としては、たとえば、目詰まりの発生を抑制すべく、粒度分布を制御するプロセス（特許文献４）や、固着の発生を抑制すべく、樹脂特性を制御するプロセス（特許文献５）等が提案されている。
特開２０００−０２１９０８号公報 特開２００６−２１６８９９号公報 特開２００４−２１６５５８号公報 特許第３１３５９２６号公報 特開２００８−１２１００３号公報
しかしながら、本発明者らは、圧縮成形による半導体素子の封止プロセスの中でも、近年、市場に流通している極薄型の半導体パッケージ成形や大面積のパネル成形を行う製造プロセスにおいては、上記背景技術の項で述べた従来の対策を施したとしても、使用する樹脂組成物の微細な蒔きむらによる影響により、半導体装置の生産性という観点において不都合が生じる可能性があることを知見した。本発明者らはさらに、従来の封止プロセスにおいて、固着の発生防止という観点から使用可能な樹脂を限定した場合、材料設計の自由度が小さくなり、対象となる半導体装置が制限されるという不都合が生じることを知見した。
以上を踏まえ、本発明は、生産性に優れ、かつ信頼性に優れた半導体装置を実現することができる半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法と、上記製造方法により得られる半導体封止用エポキシ樹脂粒状体を提供するものである。
本発明者らは、蒔きむらに起因する生産性の問題について鋭意検討した結果、樹脂粒状体の形状が不定形である場合、当該樹脂粒状体の互着、すなわち、樹脂粒状体同士の固着が起こりやすいことを知見した。かかる樹脂粒状体の互着を抑制するための設計指針について本発明者らが鋭意検討した結果、高化式フローテスターを用いて測定される１７５℃における溶融粘度が所定の値である樹脂組成物を、押出成形機から押し出してその樹脂塊の先端部をホットカット法により切断する手法を用いて樹脂粒状体を作製することが有効であることを見出し、本発明に至った。
本発明によれば、圧縮成形により半導体素子を封止してなる半導体装置に用いる半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法であって、
半導体封止用エポキシ樹脂組成物を準備する工程と、
前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を押出成形機に設置する工程と、
前記押出成形機から押し出された前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物からなる樹脂塊の先端部をホットカット法により切断して半導体封止用エポキシ樹脂粒状体を得る工程と、
を含み、
前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物の、高化式フローテスターを用いて測定される１７５℃における溶融粘度が、０．５Ｐａ・ｓ以上２０Ｐａ・ｓ以下であり、
前記押出成形機から押し出された前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物からなる樹脂塊の先端部をホットカット法により切断する前記工程が、スクリュー軸を備える押出成形機を用いて、前記スクリュー軸の温度が８０℃以下で実施される、半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法が提供される。
さらに、本発明によれば、上記半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法により、半導体封止用エポキシ樹脂粒状体を準備する工程と、
前記半導体封止用エポキシ樹脂粒状体を用いて、圧縮成形により半導体素子を封止する工程と、
を含む半導体装置の製造方法が提供される。
本発明によれば、生産性に優れ、かつ信頼性に優れた半導体装置を実現することができる半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法と、上記製造方法により得られる半導体封止用エポキシ樹脂粒状体を提供できる。
本実施形態に係る半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の立体形状の一例を説明するための図である。 本実施形態に係る半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の断面形状の一例を説明するための図である。 安息角（φ）の測定方法を示した概略図である。 本実施形態に係る半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。 本実施形態に係る半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。 実施例１の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の外観形状を示す図である。 比較例１の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の外観形状を示す図である。 充填性の評価において、半導体封止用エポキシ樹脂粒状体を圧縮成形金型へ供給する方法を示す概略図である。
＜半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法＞
本実施形態に係るエポキシ樹脂粒状体の製造方法は、圧縮成形により半導体素子を封止してなる半導体装置の製造において封止材として用いるエポキシ樹脂粒状体を製造するための方法である。この方法は、以下の３工程を含む。第１の工程は、高化式フローテスターを用いて測定される１７５℃における溶融粘度が０．５Ｐａ・Ｓ以上２０Ｐａ・Ｓ以下であるエポキシ樹脂組成物を準備する工程である。第２の工程は、エポキシ樹脂組成物を押出成形機に設置する工程である。第３の工程は、押出成形機から押し出されたエポキシ樹脂組成物からなる樹脂塊の先端部をホットカット法により切断してエポキシ樹脂粒状体を得る工程である。上記方法で得られるエポキシ樹脂粒状体を用いることにより、上記発明が解決しようとする課題の項で述べた、蒔きむらに起因する半導体装置の生産性の問題を解消できる。本実施形態に係る製造方法によれば、従来の製造方法と比べて、生産性に優れ、かつ信頼性に優れた半導体装置を製造するために使用できる半導体封止用エポキシ樹脂粒状体を製造できる。
ここで、上記「ホットカット法」とは、押出成形機を用いて樹脂組成物を成形して樹脂粒を作製する際に、押出成形機から押し出される樹脂塊を冷却水により冷却することなく、加熱された状態の樹脂塊を切断して樹脂粒を作製する方法を指す。具体的には、「ホットカット法」とは、スクリュー先端部に複数の小孔が設けられたダイを備える押出成形機を用いて、上記ダイに設けられた小孔からストランド状に押し出される溶融樹脂を、ダイ面に略平行に摺動回転するカッターで切断する方法を指す。
本発明者らは、近年、市場に流通している極薄型の半導体パッケージや、大面積のパネル成形を行う大型の半導体パッケージの製造プロセスは、使用する封止用樹脂組成物の微細な蒔きむらによる影響を受けやすく、半導体装置の生産性という観点において不都合が生じる可能性があることを知見した。ここで、上述した生産性という観点において生じる不都合としては、半導体素子のワイヤ流れや、樹脂組成物の量が少ない場所に巣やボイド等が生じる充填不良といった問題が挙げられる。具体的には、極薄型の半導体パッケージ成形を行う製造プロセスや、大面積のパネル成形を行う大型の半導体パッケージの製造プロセスにおいては、従来の圧縮成形により半導体素子を封止するプロセスと比べて使用される樹脂組成物の量が極めて少なくなったり、従来に比べ大幅に成形面積が大きくなるなどの要因から圧縮成形金型の下型キャビティへの蒔きむらの影響が顕著となり、ワイヤ流れや充填不足の問題がより一層生じ易くなる傾向にあった。
本発明者らは、こうした蒔きむらに起因する生産性の問題を引き起こす原因について鋭意検討した結果、顆粒状の樹脂組成物の形状が不定形である場合、当該粒子同士の固着が生じやすいことを見出した。
本実施形態に係る製造方法は、上述したように、所定の溶融粘度を有する樹脂組成物を用い、かつ押出成形機から押し出された上記樹脂組成物の樹脂塊の先端部を、ホットカット法という特定の手法で切断する工程を含む。このような工程を用いることにより、従来の方法により得られる粒子形状と異なり、所望の形状を有した樹脂粒状体を得ることができる。そのため、圧縮成形金型の下型キャビティの底面に樹脂粒状体を蒔いた時、当該樹脂粒状体同士の接触面積を、従来の方法により得られた樹脂粒子と比べて低減させることができる。このように、本実施形態に係る製造方法によれば、樹脂組成物粒子の互着を抑制することが可能となるため、蒔きむらに起因する半導体装置の生産性の低下を防ぐことができる。
樹脂粉粒体の形状は、樹脂塊の先端部を切断する際に用いるホットカット法の条件を適切に設定することにより調整することができる。樹脂粉粒体は、円柱形状、円錐状、球体状、米粒状、コーヒー豆状等の形状を有し得る。ホットカット法の条件としては、押出成形機による樹脂塊の吐出量、押出成形機による樹脂塊の吐出温度、切断刃の回転数、樹脂組成物の組成と刃の材質との組み合わせ、切断刃の樹脂塊への挿入角度、押出成形機に備わるスクリュー軸の温度等が挙げられる。特に、所望の形状を有する樹脂粒状体を再現性良く得るためには、上述した押出成形機による樹脂塊の吐出量、押出成形機による樹脂塊の吐出温度、および押出成形機に備わるスクリュー軸の温度に係る条件を適切に設定することが重要となる。特に、押出成形機に備えられたスクリュー軸の温度は、冷風を用いて８０℃以下に制御することが好ましく、７０℃以下に制御するとさらに好ましく、５０℃以下に制御するとさらに好ましい。くわえて、押出成形機による樹脂塊の吐出温度は、９０℃以下に制御することが好ましく、８０℃以下に制御するとさらに好ましく、７０℃以下に制御するとさらに好ましい。
上述したように、本実施形態に係る樹脂粒状体の立体形状は、球体状（図１（ａ））、円柱形状（図１（ｂ））、米粒のような紡錘形状（図１（ｃ））、または円錐状であり得る。中でも、充填不良の問題が生じることなく、かつ半導体装置の生産性を改善する観点から、米粒のような紡錘形状であることが好ましい。
ここで、本実施形態に係る製造方法に使用するエポキシ樹脂組成物は、高化式フローテスターを用いて測定される１７５℃における溶融粘度が０．５Ｐａ・Ｓ以上２０Ｐａ・Ｓ以下である。所望の形状を有する樹脂粒状体を再現性良く得る観点から、この溶融粘度は、好ましくは、１Ｐａ・Ｓ以上１７Ｐａ・Ｓ以下であり、さらに好ましくは３Ｐａ・Ｓ以上１５Ｐａ・Ｓ以下である。
図２は、本実施形態に係る半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の断面形状の一例を説明するための図である。
図２に示すように、本実施形態に係る半導体封止用エポキシ樹脂粒状体は、略円形の形状を含む種々の断面形状をとり得る。この樹脂粒状体は、当該樹脂粒状体の互着を低減するために、アスペクト比（長径／短径）が、好ましくは、１以上３以下であり、さらに好ましくは、１以上２．５以下である。
本実施形態に係る製造方法により作製される半導体封止用エポキシ樹脂粒状体は、安定した搬送性、生産性、安定した秤量精度を得るため、ＪＩＳ標準篩を用いて篩分により測定した粒度分布における、１００μｍ未満の微粉の割合が、樹脂粒状体全量に対して５質量％以下であることが好ましく、３質量％以下であることがより好ましく、１質量％以下であると特に好ましい。１００μｍ未満の微粉は、樹脂粒状体の保管中における固着、搬送経路上での粒子同士の固着や搬送装置への付着を生じ、その結果、半導体装置の連続生産性や生産のタクトタイムに支障をきたす。１００μｍ未満の微粉の割合が上記上限値以下であると、粒子同士の固着や搬送装置への付着が殆どなく、半導体装置の良好な連続生産性や安定した生産性が得られる。また、粒径１００μｍ未満の微粉の割合の下限値については、特に限定されるものではなく、０質量％であってもよい。
ここで、１００μｍ未満の微粉の割合が上述した条件を満たす樹脂粒状体を得るためには、使用する樹脂組成物の組成と、上述した樹脂塊の先端部をホットカット法で切断する条件との組み合わせを高度に制御することが重要である。上述した樹脂塊の先端部をホットカット法で切断する条件は、使用する樹脂組成物の組成（添加剤の種類、添加剤の配合割合、熱硬化性樹脂の種類等）に基づいて適宜調整できる。
なお、半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の粒度分布を測定する方法としては、ロータップ型篩振動機に備え付けた目開き２．００ｍｍ及び１０６μｍのＪＩＳ標準篩を用い、これらの篩を２０分間に亘って振動（ハンマー打数：１２０回／分）させながら、４０ｇの試料を篩に通して分級し、分級前の試料質量に対する２．００ｍｍの篩に残る粗粒の質量％、および１０６μｍの篩を通過する微粉の質量％を求める方法が挙げられる。なお、この方法を用いる場合、アスペクト比の高い粒子（短径は篩の目開きより小さく、長径は大きいもの）は、それぞれの篩を通過する可能性があるが、便宜上、上記方法により分級した成分の質量％を、顆粒状の樹脂組成物の粒度分布と定義する。
また、従来の圧縮成形用の半導体封止用樹脂組成物は、各原料成分をミキサーで予備混合した後、ロール、ニーダー又は押出機等の混練機により加熱混練し、冷却、粉砕工程を経た粉砕物である。このような粉砕物は、ＪＩＳ標準篩を用いて篩分により測定した粒度分布における１０６μｍ未満の微粉量が、全樹脂組成物に対して、１０質量％を越え、２ｍｍ以上の粗粒量は４〜６質量％程度であり、広い粒度分布を有する。
本実施形態に係る製造方法により作製される半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の平均粒径（Ｄ５０）は、好ましくは、１００μｍ以上１０００μｍ以下であり、さらに好ましくは、２００μｍ以上５００μｍ以下である。このような範囲の平均粒径を有する樹脂粒状体を用いることにより、蒔きむらに起因する生産性の低下を防ぐことができる。
本実施形態に係る製造方法により作製される半導体封止用エポキシ樹脂粒状体は、振動フィーダー等の搬送手段による搬送性の観点から、安息角が、好ましくは、２０°以上６０°以下であり、さらに好ましくは、３０°以上５０°以下である。上記数値範囲内の樹脂粒状体は、振動フィーダー等の搬送手段を用いて搬送される際、固着や目詰まり等を起こしにくい。安息角の測定方法としては、図３に示すように、半導体封止用エポキシ樹脂粒状体２０２を、漏斗２０１の孔から一定面積の水平板２０５の上に投下し、円錐形に堆積させる。崩れることなく一定の形状を保つ粒状体２０４の仰角を安息角という。次いで、水平板２０５と同じ台座２０６上にある所定の重さの分銅２０３を落下させることにより、顆粒体２０４に衝撃を与える。崩れた後の粒状体２０４の仰角を崩壊角という。安息角および崩壊角の測定装置としては、パウダーテスター（ホソカワミクロン（株）製）が挙げられる。
以下、上述した半導体封止用エポキシ樹脂粒状体を作製するために用いる、押出成形機に設置するエポキシ樹脂組成物について説明する。
本実施形態に係る製造方法において準備する半導体封止用エポキシ樹脂組成物（以下、「エポキシ樹脂組成物」とも云う。）は、その名の通り、エポキシ樹脂を含む。上記エポキシ樹脂は、１分子内にエポキシ基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマーであり、その分子量、分子構造は限定されない。上記エポキシ樹脂としては、ビフェニル型エポキシ樹脂、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、スチルベン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂；クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂；フェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェニレン骨格含有ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂等のフェノールアラルキル型エポキシ樹脂；トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂等の３官能型エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、テルペン変性フェノール型エポキシ樹脂等の変性フェノール型エポキシ樹脂；トリアジン核含有エポキシ樹脂等の複素環含有エポキシ樹脂が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
また、上記エポキシ樹脂組成物には、硬化剤を含有させてもよい。この硬化剤は、エポキシ樹脂と反応して硬化させるものであればよい。上記硬化剤としては、例えば、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等の炭素数２〜２０の直鎖脂肪族ジアミン、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、パラキシレンジアミン、４，４'−ジアミノジフェニルメタン、４，４'−ジアミノジフェニルプロパン、４，４'−ジアミノジフェニルエーテル、４，４'−ジアミノジフェニルスルホン、４，４'−ジアミノジシクロヘキサン、ビス（４−アミノフェニル）フェニルメタン、１，５−ジアミノナフタレン、メタキシレンジアミン、パラキシレンジアミン、１，１−ビス（４−アミノフェニル）シクロヘキサン、ジシアノジアミド等のアミノ類；アニリン変性レゾール樹脂やジメチルエーテルレゾール樹脂等のレゾール型フェノール樹脂；フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ｔｅｒｔ−ブチルフェノールノボラック樹脂、ノニルフェノールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂；フェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂等のフェノールアラルキル樹脂；ナフタレン骨格やアントラセン骨格のような縮合多環構造を有するフェノール樹脂；ポリパラオキシスチレン等のポリオキシスチレン；ヘキサヒドロ無水フタル酸（ＨＨＰＡ）、メチルテトラヒドロ無水フタル酸（ＭＴＨＰＡ）などの脂環族酸無水物、無水トリメリット酸（ＴＭＡ）、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）、ベンゾフェノンテトラカルボン酸（ＢＴＤＡ）などの芳香族酸無水物などを含む酸無水物等；ポリサルファイド、チオエステル、チオエーテルなどのポリメルカプタン化合物；イソシアネートプレポリマー、ブロック化イソシアネートなどのイソシアネート化合物；カルボン酸含有ポリエステル樹脂などの有機酸類が挙げられる。これらは１種類を単独で用いても２種類以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらの内、半導体封止材料に用いる硬化剤としては、耐湿性、信頼性等の点から、１分子内に少なくとも２個のフェノール性水酸基を有する化合物を用いることが好ましい。このような硬化剤としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ｔｅｒｔ−ブチルフェノールノボラック樹脂、ノニルフェノールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂；レゾール型フェノール樹脂；ポリパラオキシスチレン等のポリオキシスチレン；フェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂が挙げられる。
上記エポキシ樹脂組成物には、無機充填剤を含有させてもよい。無機充填剤としては、一般に半導体封止材料に用いられている無機充填剤を使用できる。上記無機充填剤としては、例えば、溶融破砕シリカ、溶融球状シリカ、結晶シリカ、２次凝集シリカ等のシリカ；アルミナ；チタンホワイト；水酸化アルミニウム；タルク；クレー；マイカ；ガラス繊維が挙げられる。これらの中でも、溶融球状シリカが好ましい。また、粒子形状は限りなく真球状であることが好ましい。また、粒子の大きさの異なるものを混合することにより無機充填量を多くすることができ、その粒径としては、金型キャビティ内での半導体素子周辺への充填性を考慮すると０．０１μｍ以上、１５０μｍ以下であることが望ましい。
上記エポキシ樹脂組成物には、硬化促進剤を含有させてもよい。この硬化促進剤は、エポキシ基と硬化剤との硬化反応を促進させるものであればよい。上記硬化促進剤としては、例えば、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７等のジアザビシクロアルケン及びその誘導体；トリブチルアミン、ベンジルジメチルアミン等のアミン系化合物；２−メチルイミダゾール等のイミダゾール化合物；トリフェニルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類；テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラ安息香酸ボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイックアシッドボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフトイルオキシボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラナフチルオキシボレート等のテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート；ベンゾキノンをアダクトしたトリフェニルホスフィンが挙げられる。これらは１種類を単独で用いても２種類以上を組み合わせて用いてもよい。半導体封止用エポキシ樹脂粒状体が金型キャビティ内で溶融した後の急激な増粘が少ない硬化促進剤を用いることが好ましい。
上記エポキシ樹脂組成物には、上述した各種成分の他に、必要に応じて、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤；カーボンブラック等の着色剤；天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸もしくはその金属塩類、パラフィン、酸化ポリエチレン等の離型剤；シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力剤；ハイドロタルサイト等のイオン捕捉剤；水酸化アルミニウム等の難燃剤；酸化防止剤等の添加剤を配合することができる。
＜半導体装置の製造方法＞
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、上述した方法により半導体封止用エポキシ樹脂粒状体を準備する工程と、得られた半導体封止用エポキシ樹脂粒状体を用いて、圧縮成形により半導体素子を封止する工程と、を含む。本発明のエポキシ樹脂粒状体を用いることにより、極薄型の半導体パッケージや大面積のパネル成形を行う大型の半導体パッケージの製造プロセスにおいても、信頼性に優れた半導体装置を製造することができる。
半導体封止用エポキシ樹脂粒状体で封止される半導体素子としては、たとえば、集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード、固体撮像素子が挙げられる。本実施形態の製造方法により得られる半導体装置としては、例えば、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）、ＭＡＰタイプのＢＧＡが挙げられる。本発明の方法は、例えば、チップ・サイズ・パッケージ（ＣＳＰ）、クワッド・フラット・ノンリーデッド・パッケージ（ＱＦＮ）、スモールアウトライン・ノンリーデッド・パッケージ（ＳＯＮ）、リードフレーム・ＢＧＡ（ＬＦ−ＢＧＡ）に適用できる。
また、本実施形態に係る製造方法により得られる半導体装置は、そのまま、あるいは８０℃から２００℃程度の温度で、１０分から１０時間程度の時間をかけて完全硬化させた後、電子機器等に搭載することができる。
以下に、本実施形態に係る製造方法により得られる半導体装置について、リードフレーム又は回路基板と、リードフレーム又は回路基板上に積層又は並列して搭載された１以上の半導体素子と、リードフレーム又は回路基板と半導体素子とを電気的に接続するボンディングワイヤと、半導体素子とボンディングワイヤを封止する封止材とを備えた半導体装置を例に挙げて説明するが、本発明はボンディングワイヤを用いたものに限定されるものではない。
図４および５は、本実施形態に係る半導体装置の一例について、断面構造を示した図である。
図４に示す半導体装置は、リードフレームに搭載した半導体素子を封止して得られる。詳細には、ダイパッド４０３上に、ダイボンド材硬化体４０２を介して半導体素子４０１が固定される。半導体素子４０１の電極パッド（不図示）とリードフレーム４０５との間はワイヤ４０４によって接続される。上記半導体素子４０１は、半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の硬化体で構成される封止材４０６によって封止される。
図５に示す半導体装置は、回路基板に搭載した半導体素子を封止して得られる。詳細には、回路基板４０８上にダイボンド材硬化体４０２を介して半導体素子４０１が固定される。この半導体素子４０１の電極パッド（不図示）と回路基板４０８上の電極パッド４０７との間はワイヤ４０４によって接続されている。半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の硬化体で構成される封止材４０６によって、回路基板４０８の半導体素子４０１が搭載された面のみが封止されている。回路基板４０８上の電極パッド４０７は回路基板４０８上の非封止面側の半田ボール４０９と内部で接合されている。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
以下、参考形態の例を付記する。
１． 圧縮成形により半導体素子を封止してなる半導体装置に用いる半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法であって、
半導体封止用エポキシ樹脂組成物を準備する工程と、
前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を押出成形機に設置する工程と、
前記押出成形機から押し出された前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物からなる樹脂塊の先端部をホットカット法により切断して半導体封止用エポキシ樹脂粒状体を得る工程と、
を含み、
前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物の、高化式フローテスターを用いて測定される１７５℃における溶融粘度が、０．５Ｐａ・ｓ以上２０Ｐａ・ｓ以下である、半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法。
２． 前記半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の安息角が、２０°以上６０°以下である、１．に記載の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法。
３． 前記半導体封止用エポキシ樹脂粒状体が、球形、円柱形、紡錘形、または円錐形の形状を有する、１．または２．に記載の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法。
４． 前記半導体封止用エポキシ樹脂粒状体が、紡錘形の形状を有する、３．に記載の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法。
５． 前記半導体封止用エポキシ樹脂粒状体のアスペクト比（長径／短径）が、１以上３以下である、１．乃至４．のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法。
６． 前記半導体封止用エポキシ樹脂粒状体のＪＩＳ標準篩を用いて篩分により測定した粒度分布において、１００μｍ未満の微粉の割合が、当該半導体封止用エポキシ樹脂粒状体全体に対して５質量％以下である、１．乃至５．のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法。
７． 前記半導体封止用エポキシ樹脂粒状体が、１００μｍ以上、１０００μｍ以下の平均粒径を有する、１．乃至６．のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法。
８． 前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、および無機充填剤を含む、１．乃至７．のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法。
９． 前記無機充填剤が、０．０１μｍ以上、１５０μｍ以下の粒径を有する、８．に記載の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法。
１０． 前記押出成形機から押し出された前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物からなる樹脂塊の先端部をホットカット法により切断する前記工程が、スクリュー軸を備える押出成形機を用いて、前記スクリュー軸の温度が８０℃以下で実施される、１．乃至９．のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法。
１１． １．乃至１０．のいずれかに記載の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法により、半導体封止用エポキシ樹脂粒状体を準備する工程と、
前記半導体封止用エポキシ樹脂粒状体を用いて、圧縮成形により半導体素子を封止する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
以下、本発明を、実施例を参照して詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。特に記載しない限り、以下に記載の「部」は「質量部」、「％」は「質量％」を示す。
各実施例及び各比較例で用いた原料成分を下記に示した。
＜エポキシ樹脂＞
・エポキシ樹脂１：フェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂（日本化薬社製、ＮＣ−３０００。軟化点５８℃、エポキシ当量２７７。）
・エポキシ樹脂２：ビフェニル型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製、ＹＸ４０００。融点４５℃、エポキシ当量１７２。）
＜硬化剤＞
・硬化剤１：ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂ＭＥＨ７８５１Ｓ（明和化成社製、ＭＥＨ７８５１Ｓ）
・硬化剤２：フェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂（三井化学社製、ＸＬＣ−４Ｌ。軟化点６５℃、水酸基当量１６５。）
＜その他成分＞
・硬化促進剤：トリフェニルホスフィン
・無機充填剤：平均粒径１６μｍの溶融球状シリカ
・カルナバワックス
・カーボンブラック
・カップリング剤
＜半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造＞
（実施例１〜４）
表１に示す配合量の各成分を、二軸混練機に投入して溶融混練して樹脂組成物を得た。次いで、得られた樹脂組成物を１軸押出成形機を用いて押し出し、この押し出された樹脂塊の先端部を、表１に示す回転数の切断刃により切断して樹脂粒状体を得た。用いた１軸押出成形機の条件は、以下の表１に示す。なお、１軸押出成形機は、孔径１ｍｍ、回転数９４ｒｐｍ、ダイス温度６５℃、吐出温度６４℃、吐出量７．８ｋｇ／ｈｒとなるように設定した。さらに、１軸押出成形機に備わるスクリュー軸は、冷風を用いてスクリュー軸温度が３０℃となるように冷却した。
（比較例１）
表１に示す配合量の各成分をスーパーミキサーにより５分間粉砕混合したのち、得られた混合物を直径６５ｍｍのシリンダー内径を備える同方向回転二軸押出機で、スクリュー回転数３０ｒｐｍ、樹脂温度１００℃の条件下で溶融混練して樹脂組成物を得た。次に、得られた樹脂組成物を、直径２０ｃｍの回転子の上方より、２ｋｇ／ｈｒで供給し、回転子を３０００ｒｐｍで回転させて得られる遠心力によって、１１５℃に加熱された円筒状外周部の複数の小孔（孔径２．５ｍｍ）を通過させた。その後、冷却することで顆粒状のエポキシ樹脂組成物を得た。得られた顆粒状のエポキシ樹脂組成物を、温度１５℃、相対湿度５５％ＲＨの条件下、空気気流下で３時間撹拌した。
（比較例２）
比較例１と同様の手法で得られた顆粒状のエポキシ樹脂組成物を、摩砕式粉砕機（増幸産業（株）製スーパーマスコロイダー）により、１８００ｒｐｍ回転で１０回微細化処理を行い、得られた粉砕物を、ロータップ型篩振動機（丸菱科学機械製作所製、型式−ＳＳ−１００Ａ）に備え付けた目開き１０００μｍのＪＩＳ標準篩を用い、これらの篩を２０分間に亘って振動（ハンマー打数：１２０回／分）させながら篩に通して分級し、粒状の樹脂組成物を得た。比較例２においては、このようにして、粒状の封止用エポキシ樹脂組成物を得た。
ここで、上述した実施例および比較例の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体を製造するために用いた樹脂組成物について、高化式フローテスター（島津製作所社製、ＣＦＴ−５００）を用いて、１７５℃、圧力４０ｋｇｆ／ｃｍ２、キャピラリー径０．５ｍｍの条件で溶融粘度を測定した結果、いずれの樹脂組成物についても１７５℃における溶融粘度の値は、３Ｐａ・ｓ以上８Ｐａ・ｓ以下であった。
得られた半導体封止用エポキシ樹脂粒状体について、下記に示す測定及び評価を行った。
・アスペクト比（長径／短径）：得られた樹脂粒状体の投影像から測定される長径を短径で除した値を算出した。
・１ｍｍ以上の粒子の割合：得られた樹脂粒状体４０ｇを、１ｍｇまで秤量したものを試料とした。ロータップ型篩振動機（丸菱科学機械製作所製、型式−ＳＳ−１００Ａ）に備え付けた目開き１０００μｍ及び１００μｍのＪＩＳ標準篩を用い、これらの篩を２０分間に亘って振動（ハンマー打数：１２０回／分）させながら試料を篩に通して分級した。次いで、１０００μｍの篩上の残った粒子の質量を測定し、分級前の全試料質量に対する質量比を求めた。
・１００μｍ未満の微粉量：得られた樹脂粒状体４０ｇを、１ｍｇまで秤量したものを試料とした。ロータップ型篩振動機（丸菱科学機械製作所製、型式−ＳＳ−１００Ａ）に備え付けた目開き１０６μｍのＪＩＳ標準篩を用い、これらの篩を２０分間に亘って振動（ハンマー打数：１２０回／分）させながら試料を篩に通して分級した。次いで、１００μｍの篩を通過した微粉の質量を測定し、分級前の全試料質量に対する質量比を求めた。
・安息角：図３に示したとおり、パウダーテスター（ホソカワミクロン（株）製、型式―ＰＴ−Ｅ）に備え付けた直径８０ｍｍの円板状水平板２０５の中心に向けて、漏斗２０１を用いて垂直方向から樹脂粒状体を投下し、水平板２０５上に円錐状の樹脂粒状体２０４を形成させた。樹脂粒状体の投下は円錐が一定形状となるまで続け、次いで、分度器を用いて図３のように、この円錐の仰角（φ）を求め安息角とした。なお、単位は、°である。
・粒子形状：得られた樹脂粒状体の形状を目視にて確認した。なお、実施例１および比較例１のエポキシ樹脂粒状体の形状は、それぞれ、図６および図７に示す。
・充填性：図８に示すように、振動フィーダーを用いて所定量搬送することで、樹脂粒状体６０６が入れられた樹脂材料供給容器６０７を準備した。この供給容器６０７を、圧縮成形金型の上型６０１と下型６０９の間に配置した。さらに、厚み０．１５ｍｍ、４ｍｍ角の半導体素子６０４が１２個銀ペーストで接着された回路基板６０３（厚み０．１ｍｍ、幅７７．５ｍｍ、長さ２４０ｍｍ。耐熱性グレードがＦＲ−４のガラス基材エポキシ樹脂銅張り積層板からなる）を、半導体素子６０４を搭載した面が下向きになるようにして、基板固定手段６０２により上型６０１に固定した。次いで、樹脂材料供給容器６０７の底面に設けられたシャッター６０８を横方向にスライドさせることで、樹脂粒状体６０６を下型キャビティ６１０内に供給し、その後、樹脂材料供給容器６０７を金型外へ搬出した。次いで、上型６０１と下型６０９とを合わせ、金型内を減圧にしながら、圧縮成形機（ＴＯＷＡ株式会社製）により、１９２個の半導体素子６０４をパネル成形し、成形品を得た。この成形条件は、金型温度１７５℃、成形圧力３．９ＭＰａ、硬化時間１２０秒であった。得られた成形品を個片化せず、そのまま、超音波探傷装置（日立建機ファインテック株式会社製、ｍｉ−ｓｃｏｐｅ ｈｙｐｅｒ ＩＩ）を用いて充填性を評価した。全ての模擬素子の周辺が完全に樹脂組成物で充填されているものを○、いずれかの素子周辺において巣やボイド等の充填不良が起きているものを×と判定した。得られた結果を表１に示した。
上記評価項目に関する結果を、樹脂組成物に用いた材料とともに、以下の表１に示す。
図６に示した通り、実施例１の樹脂粒状体は、その立体形状が紡錘形状であり、かつ形状にばらつきがなく均一性のあるものであった。なお、実施例２〜４の樹脂粒状体についても、実施例１と同様に、均一性のある紡錘形状の粒子であった。また、かかる樹脂粒状体を用いて上記実施形態で述べた方法で作製した半導体装置は、生産性および信頼性に優れたものであった。さらに、実施例の樹脂粒状体を用いて大面積のパネル成形を行った場合、圧縮成形時に蒔きむらが生じることも樹脂粒状体の互着が生じることもなかった。一方、比較例１の樹脂粒状体は、図７に示した通り、その形状が不定形なものであった。また、比較例２の樹脂粒状体もまた、その形状が不定形なものであった。比較例の樹脂粒状体を用いて大面積のパネル成形を行った場合、圧縮成形時に微細な蒔きむらや、樹脂粒状体の互着が生じた。そのため、比較例の樹脂粒状体は、生産性に優れかつ信頼性に優れた半導体装置の製造に使用可能な水準を満たすものではなかった。
２０１ 漏斗
２０２ 樹脂粒状体
２０３ 分銅
２０４ 顆粒体
２０５ 水平板
２０６ 台座
４０１ 半導体素子
４０２ ダイボンド材硬化体
４０３ ダイパッド
４０４ ワイヤ
４０５ リードフレーム
４０６ 封止材
４０７ 電極パッド
４０８ 回路基板
４０９ 半田ボール
６０１ 上型
６０３ 回路基板
６０４ 半導体素子
６０５ 金線ワイヤ
６０６ 樹脂粒状体
６０７ 樹脂材料供給容器
６０８ シャッター
６０９ 下型
６１０ 下型キャビティ

Claims (10)

  1. 圧縮成形により半導体素子を封止してなる半導体装置に用いる半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法であって、
    半導体封止用エポキシ樹脂組成物を準備する工程と、
    前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物を押出成形機に設置する工程と、
    前記押出成形機から押し出された前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物からなる樹脂塊の先端部をホットカット法により切断して半導体封止用エポキシ樹脂粒状体を得る工程と、
    を含み、
    前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物の、高化式フローテスターを用いて測定される１７５℃における溶融粘度が、０．５Ｐａ・ｓ以上２０Ｐａ・ｓ以下であり、
    前記押出成形機から押し出された前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物からなる樹脂塊の先端部をホットカット法により切断する前記工程が、スクリュー軸を備える押出成形機を用いて、前記スクリュー軸の温度が８０℃以下で実施される、半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法。
  2. 前記半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の安息角が、２０°以上６０°以下である、請求項１に記載の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法。
  3. 前記半導体封止用エポキシ樹脂粒状体が、球形、円柱形、紡錘形、または円錐形の形状を有する、請求項１または２に記載の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法。
  4. 前記半導体封止用エポキシ樹脂粒状体が、紡錘形の形状を有する、請求項３に記載の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法。
  5. 前記半導体封止用エポキシ樹脂粒状体のアスペクト比（長径／短径）が、１以上３以下である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法。
  6. 前記半導体封止用エポキシ樹脂粒状体のＪＩＳ標準篩を用いて篩分により測定した粒度分布において、１００μｍ未満の微粉の割合が、当該半導体封止用エポキシ樹脂粒状体全体に対して５質量％以下である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法。
  7. 前記半導体封止用エポキシ樹脂粒状体が、１００μｍ以上、１０００μｍ以下の平均粒径を有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法。
  8. 前記半導体封止用エポキシ樹脂組成物が、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、および無機充填剤を含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法。
  9. 前記無機充填剤が、０．０１μｍ以上、１５０μｍ以下の粒径を有する、請求項８に記載の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法。
  10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂粒状体の製造方法により、半導体封止用エポキシ樹脂粒状体を準備する工程と、
    前記半導体封止用エポキシ樹脂粒状体を用いて、圧縮成形により半導体素子を封止する工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。
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