JP7065389B2 - エポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物の製造方法及び半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、エポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物の製造方法及び半導体装置に関し、詳しくは半導体等を封止するために好適なエポキシ樹脂組成物、このエポキシ樹脂組成物の製造方法、並びにこのエポキシ樹脂組成物から作製された封止材を備える装置に関する。

従来、基材と、基材に搭載されている半導体チップと、半導体チップを封止する封止材とを備える半導体装置が提供されている。封止材は、例えばエポキシ樹脂組成物から作製される。

この半導体装置には、基材と封止材との間の線膨張係数の相違に起因して、封止材中に応力が生じ、そのために反りなどの不良が発生することがある。特に、半導体チップの片面を封止材で覆う片面モールド型の半導体装置を製造する場合には、半導体装置の反り発生の危険性が高くなる。

封止材中の応力を緩和させる手段としては、例えば封止材中に低応力改質剤として液状ポリブタジエン等の液状合成ゴムを配合することが挙げられる（特許文献１参照）。

特開２００６－１４３９５０号公報

しかし、液状ポリブタジエン等の液状合成ゴムを配合するだけでは、過酷な環境下における半導体装置の反りを十分に抑制することはできない。

本発明の課題は、硬化することで低い弾性率と低い線膨張係数とを有する硬化物になることができるエポキシ樹脂組成物及びその製造方法を提供することである。

本発明のもう一つの課題は、低い弾性率と低い線膨張係数とを有する封止材を備えることで反りの発生が抑制された半導体装置を提供することである。

本発明の一態様に係るエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、及び５μｍ以上５０μｍ以下の平均粒径を有するポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）を混合して得られる。

本発明の一態様に係るエポキシ樹脂組成物の製造方法では、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、及び５μｍ以上５０μｍ以下の平均粒径を有するポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）を混合する。

本発明の一態様に係る半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップを覆う封止材とを備え、前記封止材が、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物からなる。

本発明の一態様によれば、硬化することで低い弾性率と低い線膨張係数とを有する硬化物になることができるエポキシ樹脂組成物、及びこのエポキシ樹脂組成物の硬化物からなる封止材を備える半導体装置を得ることができる。

図１Ａ及び図１Ｂは、半導体装置の製造工程の概略の断面図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、半導体装置の製造工程の概略の断面図である。 図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、半導体装置の製造工程の概略の断面図である。

以下、本発明の一実施形態について説明する。

本実施形態に係るエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、及び５μｍ以上５０μｍ以下の平均粒径を有するポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）を混合して得られる。

このため、エポキシ樹脂組成物は、ポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）に由来するポリブタジエンエラストマー（Ｃ）を含有し、かつエポキシ樹脂組成物中でポリブタジエンエラストマー（Ｃ）が微分散することができる。このため、ポリブタジエンエラストマー（Ｃ）が、エポキシ樹脂組成物の硬化物の弾性率及び線膨張係数を効果的に低減できる。そのため、エポキシ樹脂組成物を用いて半導体装置を製造するに当たり、エポキシ樹脂組成物を熱硬化させることで封止材を作製しても、半導体装置を構成する部材間での寸法変化量の差が生じにくくなる。例えばシリコン製の半導体チップ及びウエハ、金属製の配線、並びに半導体装置の製造のために使用される金属製、ガラス製、シリコン製等のキャリアといった部材は、一般的な樹脂製の封止材と比べて低い線膨張係数を有する。しかし、本実施形態では、このような低い線膨張係数を有する部材と、封止材との間で、寸法変化量の差が生じにくくなる。多少の寸法変化量の差が生じたとしても、この差に起因する反りは、低い弾性率を有する封止材の伸縮によって緩和される。そのため半導体装置に反りが生じにくくなる。

特に片面モールド型の半導体装置においては、本来であれば封止材の作製時における封止材とそれ以外の部材との寸法変化量の差による反りが生じやすいが、本実施形態ではこのような反りが効果的に抑制される。なお、片面モールド型の半導体装置の例には、一般的なチップサイズパッケージが含まれる。片面モールド型の半導体装置の例には、ウエハレベルパッケージも含まれ、ウエハレベルパッケージの例にはウエハレベルチップサイズパッケージ及びファンアウトウエハレベルパッケージが含まれる。

エポキシ樹脂組成物の組成について、更に詳しく説明する。

エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、及び５μｍ以上５０μｍ以下の平均粒径を有するポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）、並びに必要に応じて使用される添加剤を混合して得られる。好ましくは、これらの成分を加熱しながら混練することで、エポキシ樹脂組成物が得られる。添加剤の例は、無機充填材及び硬化促進剤を含む。

エポキシ樹脂（Ａ）は、半導体装置における封止材用途に適用可能な適宜の成分を含有できる。例えばエポキシ樹脂（Ａ）は、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、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、アルキルフェノールノボラック型エポキシ樹脂、アラルキル型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、フェノール類とフェノール性水酸基を有する芳香族アルデヒドとの縮合物のエポキシ化物、トリグリシジルイソシアヌレート、脂環式エポキシ樹脂、及びナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有できる。

エポキシ樹脂組成物全体に対するエポキシ樹脂（Ａ）の百分比は、例えば４質量％以上１５質量％以下である。

硬化剤（Ｂ）は、例えばフェノール化合物、酸無水物、及びイミダゾール化合物からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有する。フェノール化合物には、１分子内に２個以上のフェノール性水酸基を有するモノマー、オリゴマー及びポリマー全般が含まれうる。例えばフェノール化合物は、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビフェニル型ノボラック樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂、ナフトールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、及びビフェニルアラルキル樹脂からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有できる。酸無水物は、例えば無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸及びポリアゼライン酸無水物からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有できる。イミダゾール化合物は、例えば２－フェニルイミダゾール、２－フェニル－４－メチルイミダゾール、及び２－フェニル－４，５－ジヒドロキシメチルイミダゾールからなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有する。

なお、イミダゾール化合物は、公知の通り、硬化剤（Ｂ）の成分となることもできるが、硬化促進剤の成分となることもできる。すなわち、エポキシ樹脂組成物は、イミダゾール化合物を含む硬化剤（Ｂ）を含有でき、この場合、エポキシ樹脂組成物は、イミダゾール化合物を含まない硬化促進剤を含有してもよく、硬化促進剤を含有しなくてもよい。また、エポキシ樹脂組成物は、イミダゾール化合物を含まない硬化剤（Ｂ）を含有でき、この場合、エポキシ樹脂組成物は、イミダゾール化合物を含む硬化促進剤を含有してもよく、イミダゾール化合物を含まない硬化促進剤を含有してもよく、硬化促進剤を含有しなくてもよい。

エポキシ樹脂（Ａ）のエポキシ基１当量に対する硬化剤（Ｂ）の量は、０．５当量以上１．５当量以下であることが好ましい。

ポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）は、１０００００以上の重量分子量を有することが好ましい。すなわち、エポキシ樹脂組成物中のポリブタジエンエラストマー（Ｃ）は、１０００００以上の重量分子量を有することが好ましい。重量平均分子量は、溶媒としてテトラヒドロフランを用いるゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる測定結果から算出される。重量平均分子量を算出するための検量線は、株式会社ゼネラルサイエンスコーポレーションのポリブタジエンのＧＰＣ用分子量測定用標準物質５種類を用いて作成される。ポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）が１０００００以上の重量分子量を有することは、エポキシ樹脂組成物の硬化物の弾性率の低減及び線膨張係数の低減に寄与できる。重量平均分子量は１１００００以上であればより好ましく、１２００００以上であれば更に好ましい。また、この重量平均分子量は、例えば３０００００以下、２５００００以下、又は２２００００以下であるが、これに限られない。

ポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）は、２０℃以下のガラス転移温度を有することが好ましい。すなわち、エポキシ樹脂組成物中のポリブタジエンエラストマー（Ｃ）は、２０℃以下のガラス転移温度を有することが好ましい。この場合、エポキシ樹脂組成物の硬化物の弾性率が特に低減する。このガラス転移温度は０℃以下であれば更に好ましい。なお、ガラス転移温度は、示差走査熱量分析の結果から求められる。示差走査熱量分析は、例えばセイコーインスツルメンツ社製の示差走査熱量測定装置（型番ＤＳＣ７０２０）を用い、サンプル容器としてアロジン（登録商標）製簡易密封容器を使用し、サンプル量１０ｍｇ、窒素雰囲気、窒素流量５０ｍｌ／分、昇温速度１０℃／分、及び温度範囲－６０℃～４００℃の条件で行うことができる。

ポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）及びポリブタジエンエラストマー（Ｃ）は、官能基を有さないことが好ましい。すなわち、ポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）及びポリブタジエンエラストマー（Ｃ）は、エポキシ化合物などで変性されていないことが好ましい。この場合、硬化物の弾性率及び線膨張係数を特に低減できる。

エポキシ樹脂組成物全体に対するポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）の百分比は、０．５質量％以上６．０質量％以下であることが好ましい。この百分比が０．５質量％以上であると、硬化物の弾性率及び線膨張係数を特に低減できる。また、この百分比が６．０質量％以下であると、エポキシ樹脂組成物は特に良好な流動性を有することができる。

エポキシ樹脂組成物が無機充填材を含有する場合、無機充填材は、例えば溶融シリカ、球状溶融シリカ、結晶シリカといったシリカ；酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、高誘電率性チタン酸バリウム、酸化チタンといった高誘電率フィラー；ハードフェライトといった磁性フィラー；水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、グアニジン塩、ホウ酸亜鉛、モリブデン化合物、スズ酸亜鉛といった無機系難燃剤；タルク；硫酸バリウム；炭酸カルシウム；並びに雲母粉からなる群から選択される少なくとも一種の材料を含有できる。

無機充填材は、特に球状溶融シリカを含有することが好ましい。この場合、成形時のエポキシ樹脂組成物の流動性が特に高くなる。また、封止材中の無機充填材の充填性を容易に向上することもできる。

無機充填材の平均粒径は２μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。この場合、成形時のエポキシ樹脂組成物の流動性が特に良好になる。なお、この平均粒径は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置を用いたレーザー回折・散乱法による粒度分布の測定値に基づく、体積基準の累積中位径（メディアン径ｄ５０）である。無機充填材の平均粒径が５μｍ以上１５μｍ以下であれば更に好ましい。

エポキシ樹脂組成物全量に対する無機充填材の百分比は５０質量％以上９３質量％以下であることが好ましい。この場合、成形時のエポキシ樹脂組成物の流動性が特に良好になる。無機充填材の百分比は更に８０質量％以上９３質量％以下であることが好ましい。

エポキシ樹脂組成物が硬化促進剤を含有する場合、硬化促進剤は、例えば２－メチルイミダゾール、２－エチルイミダゾール、２－フェニルイミダゾール、２－エチル－４－メチルイミダゾール、２－フェニル－４－ヒドロキシメチル－５－メチルイミダゾールといったイミダゾール類；１，８－ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン－７、１，５－ジアザビシクロ［４．３．０］ノネン－５、５，６－ジブチルアミノ－１，８－ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン－７といったシクロアミジン類；２－（ジメルアミノメチル）フェノール、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノールといった第３級アミン類；トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリス（４－メチルフェニル）ホスフィン、ジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィンとパラベンゾキノンの付加反応物、フェニルホスフィンといった有機ホスフィン類；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・エチルトリフェニルボレート、テトラブチルホスホニウム・テトラブチルボレートといったテトラ置換ホスホニウム・テトラ置換ボレート；ボレート以外の対アニオンを持つ４級ホスホニウム塩；並びに２－エチル－４－メチルイミダゾール・テトラフェニルボレート、Ｎ－メチルモルホリン・テトラフェニルボレートといったテトラフェニルボロン塩、からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含有することができる。

エポキシ樹脂組成物は、離型剤を含有してもよい。エポキシ樹脂組成物が離型剤を含有する場合、離型剤は例えばカルナバワックス、ステアリン酸、モンタン酸、及びカルボキシル基含有ポリオレフィンからなる群から選択される一種以上の成分を含有することができる。

エポキシ樹脂組成物は、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、γ－メルカプトプロピルトリメトキシシランといったシランカップリング剤、難燃剤、着色剤、シリコーン可とう剤などを、含有することもできる。

エポキシ樹脂組成物は、溶剤を含有してもよいが、含有しないことが好ましい。

エポキシ樹脂組成物の製造方法について説明する。エポキシ樹脂組成物の製造方法は、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、及び５μｍ以上５０μｍ以下の平均粒径を有するポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）を混合することを含むことが好ましい。特にこれらの成分を加熱しながら混練することが好ましい。この場合、エポキシ樹脂組成物に、エポキシ樹脂（Ａ）と、硬化剤（Ｂ）と、ポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）に由来するポリブタジエンエラストマー（Ｃ）とを含有させることができる。また、原料としてポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）を用いると、エポキシ樹脂組成物中にポリブタジエンエラストマー（Ｃ）を微細に分散させることができる。ポリブタジエンエラストマー（Ｃ）が微細に分散すると、エポキシ樹脂組成物の硬化物の弾性率を特に低減でき、かつこの硬化物の線膨張係数も特に低減できる。さらに、硬化物の均質性が高くなる。

エポキシ樹脂組成物中のポリブタジエンエラストマー（Ｃ）は、ポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）の形状を必ずしも維持していない。これは、エポキシ樹脂組成物の製造時にエポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、及びポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）を加熱しながら混練すると、ポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）が軟化又は溶融しやすいからである。しかし、エポキシ樹脂組成物の原料としてポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）を用いると、ポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）に由来するポリブタジエンエラストマー（Ｃ）はエポキシ樹脂組成物中で微細に分散しやすい。このポリブタジエンエラストマー（Ｃ）の分散の程度は、ポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）の代わりに液状のエラストマーを用いる場合のエラストマーの分散の程度と、明らかに異なる。したがって、本実施形態によるエポキシ樹脂組成物と、原料としてポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）に代えて液状のエラストマーを用いた製造された組成物とは、構造又は特性が異なる。しかし、原料としてポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）を用いる場合と液状のエラストマーを用いる場合とを比較した場合の、構造又は特性の相違を厳密に特定するのは非常に困難である。仮に特定できるとしても、そのためには、膨大な試験を行ってその結果を分析する必要がある。したがって、エポキシ樹脂組成物は、ポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）に由来する構造又は特性を有するものの、この構造又は特性を文言上特定することは不可能であり、又は実際的ではない。

エポキシ樹脂組成物の製造方法について、より具体的に説明する。

例えば、エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、及びポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）を混合する。エポキシ樹脂組成物がエポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）及びポリブタジエンエラストマー（Ｃ）以外の成分を含む場合は、その成分も混合する。混合は、例えばミキサー、ブレンダーといった適宜の機器を用いて行うことができる。これにより得られた混合物を、ニーダー、加熱ロール等で、好ましくは、８０℃以上１３０℃以下の温度で溶融混練してから、冷却して固化することで、エポキシ樹脂組成物を調製できる。このエポキシ樹脂組成物を粉砕して粉末状にしてもよい。粉末状のエポキシ樹脂組成物を打錠することで、エポキシ樹脂組成物をタブレット状にしてもよい。

本実施形態に係るエポキシ樹脂組成物は、半導体装置における封止材を作製するために好適である。エポキシ樹脂組成物は、片面モールド型の半導体装置における封止材を作製するために特に好適である。

本実施形態に係る半導体装置１は、半導体チップ４と、半導体チップ４を覆う封止材３とを備える（図１Ｂ、図２Ｂ及び図３Ｃ参照）。半導体装置１が片面モールド型であれば、半導体チップ４は、第一面４１と、第一面４１とは反対側を向く第二面４２とを有し、封止材３は、第一面４１と第二面４２とのうち第一面４１のみを覆う。上述のとおり、本実施形態では、片面モールド型の半導体装置１の反りを効果的に抑制できる。

封止材３を作製するために、エポキシ樹脂組成物を圧縮成形法で成形することが好ましい。この場合、特に片面モールド型の半導体装置１における封止材３を容易に作製できる。なお、圧縮成形法ではなく、低圧トランスファ成形法といった公知の成形法でエポキシ樹脂組成物を成形してもよい。エポキシ樹脂組成物を成形する際の加熱温度は、例えば１２０℃以上１８０℃以下である。この温度は、特に１５０℃以下であることが好ましい。この場合、封止材３の寸法変化量がより低減することで、反りの発生が更に抑制される。この温度が１３０℃以上１５０℃以下であることも好ましい。本実施形態では、このような温度条件において、エポキシ樹脂組成物から封止材３を作製できる。

なお、エポキシ樹脂組成物から封止材３を作製する場合、エポキシ樹脂組成物を成形して得られた硬化物からなる成形体そのものが封止材３であってもよく、成形体を更に分割して得られた物が封止材３であってもよい。

封止材３の厚みは、１．２ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、半導体装置１の反りが特に抑制される。この封止材３の厚みが０．２ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であれば更に好ましい。

半導体装置１の、より具体的な例及びその製造方法について説明する。

図１Ｂに示すように、半導体装置１は、例えば半導体チップ４と、半導体チップ４の第一面４１を覆う封止材３とを備え、更に配線基板５（以下、パッケージ基板５ともいう）を備える。半導体チップ４は、パッケージ基板５に、半導体チップ４の第二面４２がパッケージ基板５と対向するように搭載されている。パッケージ基板５には、パッケージ基板５を介して半導体チップ４に電気的に接続されている端子６が設けられている。端子６は、例えばはんだボールからなる。このような半導体装置１の例として、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）が挙げられる。

チップサイズパッケージである半導体装置１は、公知の方法で製造される。製造方法の一例を、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明する。回路形成されたシリコンウエハをダイシングするなどして分割することで、半導体チップ４を作製する。複数の半導体チップ４を、パッケージ基板５の母材５０の上に実装する。続いて、エポキシ樹脂組成物の硬化物からなる成形体３０を作製する。成形体３０は、母材５０の一つの面に重なりかつ複数の半導体チップ４を覆うように作製される。そのためには、例えば母材５０上に粉末状のエポキシ樹脂組成物を、半導体チップ４がエポキシ樹脂組成物に埋まるように載せた状態で、金型内でエポキシ樹脂組成物を圧縮成形する。母材５０には、母材５０を介して半導体チップ４に電気的に接続されるはんだボールからなる端子６を設ける。これにより、図１Ａに示すように、母材５０、複数の半導体チップ４、成形体３０及び端子６を備える中間製品２が得られる。この中間製品２をダイシングするなどして分割することで、図１Ｂに示すように、半導体装置１が得られる。この半導体装置１は、母材５０が分割されて形成されたパッケージ基板５と、パッケージ基板５に実装されている半導体チップ４と、成形体３０が分割されて形成され、半導体チップ４を覆う封止材３と、パッケージ基板５を介して半導体チップ４に電気的に接続されている端子６とを備える。

このように半導体装置１を製造すると、中間製品２における母材５０、半導体チップ４及び成形体３０の間の寸法変化量の差による中間製品２の反りは生じにくい。このため、中間製品２の取扱性が良好である。さらに、中間製品２を分割して得られる半導体装置１にも、反りは生じにくい。

図２Ｂに示すように、半導体装置１は、半導体チップ４と、半導体チップ４の第一面４１を覆う封止材３とを備え、更に封止材３から突出しかつ半導体チップ４と電気的に接続されている端子６を備えてもよい。端子６は、例えばはんだボールからなる。このような半導体装置１の例として、ウエハレベルチップサイズパッケージ（ＷＬＣＳＰ）が挙げられる。

ウエハレベルチップサイズパッケージである半導体装置１は、公知の方法で製造される。製造方法の一例を、図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明する。回路形成されたウエハ４０の一つの面に、再配線を形成し、更に再配線に電気的に接続されるバンプ７を作製する。続いて、エポキシ樹脂組成物の硬化物からなる成形体３０を作製する。成形体３０は、ウエハ４０の一つの面に重なりかつ成形体３０に複数のバンプ７が埋まるように作製される。そのためには、例えばウエハ４０上に粉末状のエポキシ樹脂組成物を、バンプ７がエポキシ樹脂組成物に埋まるように載せた状態で、金型内でエポキシ樹脂組成物を圧縮成形する。成形体３０からバンプ７の一部が突出する場合には、このバンプ７の一部を研磨などで除去する。続いて、成形体３０の上にはんだボールからなる端子６を、バンプ７に電気的に接続されるように形成する。これにより、図２Ａに示すように、ウエハ４０、複数のバンプ７、複数の端子６及び成形体３０を備える中間製品２が得られる。この中間製品２をダイシングするなどして分割することで、図２Ｂに示すように、半導体装置１が得られる。この半導体装置１は、ウエハ４０が分割されて形成された半導体チップ４と、成形体３０が分割されて形成され、半導体チップ４を覆う封止材３と、封止材３に埋まっているバンプ７と、封止材３から突出しかつバンプ７を介して半導体チップ４に電気的に接続されている端子６とを備える。

このように半導体装置１を製造すると、中間製品２におけるウエハ４０と成形体３０との間の寸法変化量の差による中間製品２の反りは生じにくい。ウエハ４０が直径１２インチ（３００ｍｍ）という大サイズであっても、反りを抑制することができる。このため、中間製品２の取扱性が良好である。さらに、中間製品２を分割して得られる半導体装置１にも、反りは生じにくい。

図３Ｃに示すように、半導体装置１は、半導体チップ４と、半導体チップ４の第一面４１を覆う封止材３とを備え、更に半導体チップ４の第二面４２に重なる再配線層９を備えてもよい。半導体装置１は、更に再配線層９から突出し、再配線層９を介して半導体チップ４に電気的に接続されている端子６を備えてもよい。端子６は、例えばはんだボールからなる。このような半導体装置１の例として、ファンアウトウエハレベルパッケージ(ＦＯＷＬＰ）が挙げられる。

ファンアウトウエハレベルパッケージである半導体装置１は、公知の方法で製造される。製造方法の一例を、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃを参照して説明する。回路形成されたシリコンウエハをダイシングするなどして分割することで、半導体チップ４を作製する。複数の半導体チップ４を、板状又はシート状のキャリア８の一つの面の上に配置する。キャリア８は、例えばシリコン製、ガラス製又は金属製である。キャリア８は、例えばその一つの面の上に接着剤の層を備え、この層の上に半導体チップ４が固定される。続いて、エポキシ樹脂組成物の硬化物からなる成形体３０を作製する。成形体３０は、キャリア８の一つの面に重なりかつ複数の半導体チップ４を覆うように作製される。そのためには、例えばキャリア８上に粉末状のエポキシ樹脂組成物を、半導体チップ４がエポキシ樹脂組成物に埋まるように載せた状態で、金型内でエポキシ樹脂組成物を圧縮成形することで、成形体３０を作製する。これにより、図３Ａに示すように、キャリア８、成形体３０及び半導体チップ４を備える第一中間製品２１が得られる。続いて、キャリア８を、半導体チップ４及び成形体３０から脱離する。続いて、再配線層９の母材９０を作製する。母材９０は、成形体３０における半導体チップ４が露出する面に重なり、かつ半導体チップ４に電気的に接続されるように作製される。母材９０は、例えば導体配線を有する樹脂フィルムから作製される。続いて、母材９０上に、はんだボールからなる端子６を、この端子６が再配線層９を介して半導体チップ４に電気的に接続されるように設ける。これにより、図３Ｂに示すように、第二中間製品２２が得られる。この第二中間製品２２をダイシングするなどして分割することで、図３Ｃに示すように、半導体装置１が得られる。この半導体装置１は、半導体チップ４と、成形体３０が分割されて形成され、半導体チップ４を覆う封止材３と、母材９０が分割されて形成され、半導体チップ４に電気的に接続されている再配線層９とを備える。半導体装置１は、更に、再配線層９から突出し、再配線層９を介して半導体チップ４に電気的に接続されている端子６も備える。

このように半導体装置１を製造すると、第一中間製品２１におけるキャリア８、半導体チップ４及び成形体３０の間の寸法変化量の差による第一中間製品２１の反りは生じにくい。このため、第一中間製品２１の取扱性が良好である。さらに、第二中間製品２２及び半導体装置１にも、反りは生じにくい。

半導体装置は、片面モールド型には限られない。例えば半導体装置は、リードフレームと、リードフレームに搭載された半導体チップと、半導体チップの全体を覆う封止材とを備え、封止材が本実施形態に係るエポキシ樹脂組成物の硬化物であってもよい。

（１）エポキシ樹脂組成物の調製
表１に示す成分をミキサーを使用して均一に混合してから、ニーダーを用いて１００℃に加熱しながら溶融混練し、これにより得られた混合物を冷却することで固化してから粉砕した。これにより、粉末状のエポキシ樹脂組成物を得た。このエポキシ樹脂組成物を打錠することで、タブレット状にした。

なお、表１に示す成分の詳細は下記の通りである。
・エポキシ樹脂：トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、エポキシ当量１６９、日本化薬株式会社製、ＥＰＰＮ－５０１ＨＹ。
・フェノール樹脂：トリスフェノールメタン型フェノール樹脂、水酸基当量１０３、明和化成株式会社製、品番ＭＥＨ－７５００。
・ポリブタジエンエラストマー粒子Ａ～Ｅ：エムテック化学株式会社のＰＤパウダー（重量平均分子量１８００００、ガラス転移温度－２０℃）を分級して粒度調整した粒子。ポリブタジエンエラストマー粒子Ａの平均粒径は２０μｍ。ポリブタジエンエラストマー粒子Ｂの平均粒径は１０μｍ。ポリブタジエンエラストマー粒子Ｃの平均粒径は５μｍ。ポリブタジエンエラストマー粒子Ｄの平均粒径は５０μｍ。ポリブタジエンエラストマー粒子Ｅの平均粒径は１００μｍ。
・液状ポリブタジエンエラストマー：ＣＲＡＹ ＶＡＬＬＥＹ社：Ｒｉｃｏｎ１３４、重量平均分子量８００００、ガラス転移温度－５０℃。
・イミダゾール化合物：２－フェニル－４－ヒドロキシメチル－５－メチルイミダゾール、四国化成工業株式工業製、品番２Ｐ４ＭＨＺ。
・球状溶融シリカ：電気化学工業製、品番ＦＢ９４０、平均粒径１３μｍ。
・カーボンブラック：三菱化学製、品番ＭＡ６００。

（２）評価試験
（２－１）線膨張係数
神藤金属工業所製のトランスファ成形機（型番ＥＴＡ－３０Ｄ）を用い、エポキシ樹脂組成物を、圧力６．９ＭＰａ（７０ｋｇｆ／ｃｍ²）、温度１７５℃、時間１５０秒間の条件でトランスファ成形することで、直径４．５ｍｍ、長さ２０ｍｍの硬化物を作製した。

この硬化物を、株式会社リガク製の熱機械分析装置（ｔｈｅｒｍｏ ｐｌｕｓ ＴＭＡ８３１０）を用いて、空気雰囲気下、５０℃から１００℃まで、５℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温させるとともに、その間の寸法変化を測定した。この結果から、線膨張係数を算出した。

（２－２）ガラス転移温度
神藤金属工業所製のトランスファ成形機（型番ＥＴＡ－３０Ｄ）を用い、エポキシ樹脂組成物を、圧力６．９ＭＰａ（７０ｋｇｆ／ｃｍ²）、温度１７５℃、時間１５０秒間の条件でトランスファ成形することで、４．５ｍｍ×４０ｍｍ×１．２ｍｍの寸法の硬化物を作製した。

セイコーインスツルメンツ株式会社製の仕様拡張可変型熱分析システム（ＥＸＴＲＡ６０００）を用いて、曲げモード、周波数２０Ｈｚ、昇温速度５℃／ｍｉｎの条件で、硬化物の動的粘弾性測定を行い、硬化物の貯蔵弾性率及び損失弾性率を測定した。この貯蔵弾性率及び損失弾性率から算出される損失正接（Ｔａｎδ）のピークの温度を、ガラス転移温度とした。

（２－３）弾性率
神藤金属工業所製のトランスファ成形機（型番ＥＴＡ－３０Ｄ）を用い、エポキシ樹脂組成物を、圧力６．９ＭＰａ（７０ｋｇｆ／ｃｍ²）、温度１７５℃、時間１５０秒間の条件でトランスファ成形することで、４．５ｍｍ×４０ｍｍ×１．２ｍｍの寸法の硬化物を作製した。

セイコーインスツルメンツ株式会社製の仕様拡張可変型熱分析システム（ＥＸＴＲＡ６０００）を用いて、曲げモード、周波数２０Ｈｚ、昇温５℃／ｍｉｎの条件で、硬化物の動的粘弾性測定を行い、その結果から、硬化物の２５℃での貯蔵弾性率を導出した。これを弾性率とした。

（２－４）外観及び反り評価
ＴＯＷＡ社製の成形機（型番ＣＰＭ－１８０）を用い、直径１２インチ（３００ｍｍ）、厚み０．７７５μｍのシリコンウエハの片面上で、エポキシ樹脂組成物を、圧力６．９ＭＰａ（７０ｋｇｆ／ｃｍ²）、温度１３０℃、時間５分間の条件で圧縮成形することで、厚み０．５ｍｍの封止材を形成した。

封止材の表面を目視で観察し、表面全体が均一である場合を「Ａ」、表面にムラがあるが表面全体に対する均一な面の割合が７０以上の場合を「Ｂ」、表面にムラがあり、表面全体に対する均一な面の割合が７０未満の場合を「Ｃ」と、評価した。

また、シリコンウエハの反りを、次の方法で評価した。平坦な面上に、シリコンウエハを、封止材が上方を向くように配置した。この状態で、封止材の上面の中心を基準点とした。また、封止材の上面の端に、四つの測定点を設定した。これらの測定点は、封止材の中心で十字状に交わる仮想的な二つの線と封止材の上面の端との交点に設定した。平坦な面と基準点との間のＺ軸寸法（高さ寸法）、並びに平坦な面と各測定点との間のＺ軸寸法（高さ寸法）を測定した。Ｚ軸寸法の測定には、株式会社ニコン製の微分干渉顕微鏡（ＭＭ－４０）を用いた。４つの測定点のＺ軸寸法の平均値から、基準点のＺ軸寸法の値を引いた値を、反りの値とした。

以上の結果を表１に示す。

Claims (9)

1. エポキシ樹脂（Ａ）、硬化剤（Ｂ）、及び５μｍ以上５０μｍ以下の平均一次粒径を有するポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）を混合して得られるエポキシ樹脂組成物を成形して、複数の半導体チップが埋め込まれた成形体を作製し、前記成形体を分割することで、前記成形体が分割された封止材と、前記封止材で覆われた前記半導体チップとを備える半導体装置を製造する、
   半導体装置の製造方法。
2. 前記ポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）は、２０℃以下のガラス転移温度を有する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記ポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）は、変性されていない、
   請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記ポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）は、１０００００以上の重量平均分子量を有する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記エポキシ樹脂（Ａ）、前記硬化剤（Ｂ）、及び５μｍ以上５０μｍ以下の平均一次粒径を有する前記ポリブタジエンエラストマー粒子（ｃ）を混合することで、前記エポキシ樹脂組成物を製造することを含む、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記半導体チップは、第一面と、前記第一面とは反対側を向く第二面とを有し、
   前記封止材は、前記第一面と前記第二面とのうち前記第一面のみを覆う、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
7. 複数の前記半導体チップを母材の上に前記第二面が前記母材と対向するように実装し、
   前記成形体を、前記母材の一つの面に重なりかつ複数の前記半導体チップを覆うように作製し、
   前記母材に、前記母材を介して前記半導体チップに電気的に接続される端子を設けることで、前記母材、複数の前記半導体チップ、前記成形体及び前記端子を備える中間製品を作製し、
   前記中間製品を分割することで、前記半導体装置を製造し、
   前記半導体装置は、前記半導体チップと、前記成形体が分割されて形成され、前記半導体チップの前記第一面を覆う前記封止材と、前記母材が分割されて形成された配線基板とを備え、前記半導体チップは、前記配線基板に、前記半導体チップの前記第二面が前記配線基板と対向するように搭載され、前記配線基板には、前記配線基板を介して前記半導体チップに電気的に接続されている前記端子が設けられている、
   請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
8. 回路形成されたウエハの一つの面に、再配線と、前記再配線に電気的に接続されるバンプとを、作製し、
   前記成形体を、前記ウエハの一つの面に重なりかつ前記成形体に複数の前記バンプが埋まるように作製し、
   前記成形体の上に端子を、前記バンプに電気的に接続されるように形成することで、前記ウエハ、複数の前記バンプ、複数の前記端子及び前記成形体を備える中間製品を作製し、
   前記中間製品を分割することで、前記半導体装置を製造し、
   前記半導体装置は、前記ウエハが分割されて形成された前記半導体チップと、前記成形体が分割されて形成され、前記半導体チップを覆う前記封止材と、前記封止材に埋まっている前記バンプと、前記封止材から突出しかつ前記バンプを介して前記半導体チップと電気的に接続されている前記端子とを備える、
   請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
9. 回路形成されたウエハを分割することで、前記半導体チップを作製し、
   複数の前記半導体チップを、前記第二面をキャリアの一つの面と対向させて、前記キャリアの前記面の上に配置し、
   前記成形体を、前記キャリアの前記面に重なりかつ複数の前記半導体チップを覆うように作製して、前記キャリア、前記成形体及び前記半導体チップを備える第一中間製品を作製し、
   前記キャリアを、前記半導体チップ及び前記成形体から脱離し、
   導体配線を有する母材を、前記成形体における前記半導体チップが露出する面に重なり、かつ前記半導体チップに電気的に接続されるように、作製し、
   前記母材上に端子を、前記端子が前記母材を介して前記半導体チップに電気的に接続されるように設けることで、第二中間製品を作製し、
   前記第二中間製品を分割することで、半導体装置を製造し、
   前記半導体装置は、前記半導体チップと、前記成形体が分割されて形成され、前記半導体チップを覆う前記封止材と、前記母材が分割されて形成され、前記半導体チップの前記第二面に重なり、前記半導体チップに電気的に接続されている再配線層と、前記再配線層から突出し、再配線層を介して前記半導体チップに電気的に接続されている前記端子とを備える、
   請求項６に記載の半導体装置の製造方法。

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