JP7282535B2 - ファンアウトパッケージ封止用シート状プリプレグ - Google Patents
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Description
また、本発明の他の目的は、反り防止性及び耐クラック性に優れると共に、封止材内の気泡の発生が抑制されたファンアウトパッケージの製造方法を提供することである。
また、本発明の他の目的は、反り防止性及び耐クラック性に優れると共に、封止材内の気泡の発生が抑制されたファンアウトパッケージを提供することである。
さらに、本発明の他の目的は、前記ファンアウトパッケージを備えた高性能で、耐久に優れる電子機器を提供することである。
本発明のファンアウトパッケージ封止用シート状プリプレグ(以後、「本発明のシート状プリプレグ」と略称する場合がある)は、ファンアウトパッケージの封止材料として使用されるものであり、貫通孔及び/又は凹部を有することを特徴とする。
本発明のシート状プリプレグにより封止される本発明のファンアウトパッケージは、半導体チップが、本発明のシート状プリプレグの硬化物により封止されている限り、特に限定されるものではないが、例えば、半導体チップ、封止材、再配線層を基本構成とするものが挙げられる。図1に、本発明のファンアウトパッケージの一例の模式図(断面図)を示す。図1において、10はファンアウトパッケージ、11は封止材、12は半導体チップ、13は再配線層(電極)を示す。ファンアウトパッケージ10において、配列された複数の半導体チップ12が封止材11により封止されており、半導体チップ12の封止されていない面に再配線層13が形成されている。ファンアウトパッケージは、半導体チップ、封止材、再配線層以外の構成、例えば、はんだボール、貫通電極(ビア)、センサー、メモリ、PMIC、通信デバイス、アンテナなどを有していてもよい。
本発明のシート状プリプレグは、特に限定されないが、例えば、コア材としてシート状多孔性支持体の孔内が硬化性組成物で充填された構成を有するシート状プリプレグであって、貫通孔及び/又は凹部を有するものが挙げられる。
上記シート状多孔性支持体(以後、「多孔性支持体」と略称する場合がある)は、特に限定されないが、例えば、熱線膨張係数[例えば-20℃~300℃(好ましくは-10~300℃、特に好ましくは0~300℃、最も好ましくは0~250℃)における熱線膨張係数]が20ppm/K以下(好ましくは10ppm/K以下、特に好ましくは7ppm/K以下)である素材が挙げられる。本発明のシート状プリプレグに熱線膨張係数が20ppm/K以下である素材からなる多孔性支持体を使用した場合、硬化収縮率及び熱線膨張係数を小さく抑制することができ、熱衝撃付与による反りを抑制することができると共にクラックの発生を抑制することができる傾向がある。
空隙率(vol%)={1-W/(M×Ar×t)}×100
本発明のシート状プリプレグを構成する硬化性組成物は、特に限定されないが、例えば、硬化性化合物(A)と、硬化剤(B)及び/又は硬化触媒(C)とを含む組成物が挙げられる。
硬化性化合物(A)は、特に限定されないが、少なくともエポキシ基を有する化合物(エポキシ化合物)を含有するものが好ましい。硬化性化合物(A)がエポキシ化合物を含む場合、特に限定されが、例えば、エポキシ当量(g/eq)が140~3000(好ましくは170~1000、より好ましくは180~1000、特に好ましくは180~500)のエポキシ化合物を硬化性化合物(A)全量の50重量%以上(好ましくは70重量%以上、特に好ましくは80重量%以上、最も好ましくは90重量%以上である。尚、上限は100重量%である)含むことが好ましい。エポキシ当量が上記範囲を外れる化合物を過剰に含有すると、硬化性組成物単独の硬化物の柔軟性が低下し、耐クラック性が低下するため好ましくない。
上記脂環式エポキシ化合物としては、分子内に1個以上の脂環と1個以上のエポキシ基とを有する公知乃至慣用の化合物が含まれるが、以下の化合物等が好ましい。
(1)脂環にエポキシ基が直接単結合で結合している化合物
(2)分子内に脂環及びグリシジルエーテル基を有する化合物(グリシジルエーテル型エポキシ化合物)
上記芳香族エポキシ化合物としては、例えば、ビスフェノール類[例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、フルオレンビスフェノール等]と、エピハロヒドリンとの縮合反応により得られるエピビスタイプグリシジルエーテル型エポキシ樹脂;これらのエピビスタイプグリシジルエーテル型エポキシ樹脂を上記ビスフェノール類とさらに付加反応させることにより得られる高分子量エピビスタイプグリシジルエーテル型エポキシ樹脂;後述の変性エピビスタイプグリシジルエーテル型エポキシ樹脂;フェノール類[例えば、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等]とアルデヒド[例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、ヒドロキシベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等]とを縮合反応させて得られる多価アルコール類を、さらにエピハロヒドリンと縮合反応させることにより得られるノボラック・アルキルタイプグリシジルエーテル型エポキシ樹脂;フルオレン環の9位に2つのフェノール骨格が結合し、かつこれらフェノール骨格のヒドロキシ基から水素原子を除いた酸素原子に、それぞれ、直接又はアルキレンオキシ基を介してグリシジル基が結合しているエポキシ化合物等が挙げられる。
上記脂肪族エポキシ化合物としては、例えば、q価の環状構造を有しないアルコール(qは自然数である)のグリシジルエーテル;一価又は多価カルボン酸[例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ステアリン酸、アジピン酸、セバシン酸、マレイン酸、イタコン酸等]のグリシジルエステル;エポキシ化亜麻仁油、エポキシ化大豆油、エポキシ化ひまし油等の二重結合を有する油脂のエポキシ化物;エポキシ化ポリブタジエン等のポリオレフィン(ポリアルカジエンを含む)のエポキシ化物等が挙げられる。尚、上記q価の環状構造を有しないアルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、1-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、1-ブタノール等の一価のアルコール;エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6-ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の二価のアルコール;グリセリン、ジグリセリン、エリスリトール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ソルビトール等の三価以上の多価アルコール等が挙げられる。また、q価のアルコールは、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオール等であってもよい。
上記硬化性組成物を構成する硬化剤(B)は、エポキシ化合物を硬化させる役割を担う化合物である。
上記硬化性組成物は、上述の硬化剤(B)の代わりに若しくは上述の硬化剤(B)と共に、硬化触媒(C)を含んでいてもよい。硬化触媒(C)を用いることにより、エポキシ化合物の硬化反応を進行させ、硬化物を得ることができる。上記硬化触媒(C)としては、特に限定されないが、例えば、紫外線照射又は加熱処理を施すことによりカチオン種を発生して、重合を開始させることができるカチオン触媒(カチオン重合開始剤)を1種又は2種以上使用することができる。
上記硬化性組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、更に有機フィラー(D)を1種又は2種以上含有していてもよい。有機フィラー(D)を含有することにより、硬化収縮率及び熱線膨張係数を一層小さく抑制することができ、反りの抑制効果を向上することができる。また、硬化性組成物が有機フィラー(D)を含有すると、多孔性支持体の孔内に充填された硬化性組成物が孔外へ流出するのを抑制する効果も得られる。さらに、有機フィラー(D)は、硬化性組成物の着色剤としても使用することもできる。
上記硬化性組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、更に無機フィラー(E)を1種又は2種以上含有していてもよい。しかしながら、多量の無機フィラーが配合されると、ビア作製時に無機フィラーに起因してスカムの発生やビア作製に時間を要するなどの問題が生じやすくなる。従って、無機フィラー(E)の含有量(配合量)は、硬化性組成物(100重量%)に対して、10重量%以下(0~10重量%)が好ましく、5重量%以下(0~5重量%)がより好ましい。無機フィラー(E)の含有量を10重量%以下とすることにより、ビア作製時のスカム発生が抑制され、ビア作製に時間を短縮しやすくなる。また、無機フィラー(E)を配合しないことにより、実質的に無機フィラー(E)を含まないことも好ましい。
上記硬化性組成物は、硬化剤(B)と共に硬化促進剤を含有していても良い。硬化剤(B)と共に硬化促進剤を含有することにより、硬化速度を促進する効果が得られる。硬化促進剤としては、公知乃至慣用の硬化促進剤を使用することができ、特に限定されないが、例えば、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン-7(DBU)、及びその塩(例えば、フェノール塩、オクチル酸塩、p-トルエンスルホン酸塩、ギ酸塩、テトラフェニルボレート塩);1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]ノネン-5(DBN)、及びその塩(例えば、フェノール塩、オクチル酸塩、p-トルエンスルホン酸塩、ギ酸塩、テトラフェニルボレート塩);ベンジルジメチルアミン、2,4,6-トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、N,N-ジメチルシクロヘキシルアミン等の第3級アミン;2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール等のイミダゾール類;リン酸エステル、トリフェニルホスフィン(TPP)等のホスフィン類;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(p-トリル)ボレート等のホスホニウム化合物;オクチル酸スズ、オクチル酸亜鉛等の有機金属塩;金属キレート等が挙げられる。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記硬化性組成物は上記成分以外にも、必要に応じて他の成分を1種又は2種以上含有していても良い。
本発明のシート状プリプレグは、例えば、コア材として上記多孔性支持体の孔内が上記硬化性組成物で充填された構成を有するものが挙げられる。本発明において使用する硬化性組成物単体の硬化物は上述の通りガラス転移温度が低く柔らかいため、耐クラック性に優れる。また、前記の柔らかい(特に100℃以上の高温領域において柔らかい)硬化物を形成する硬化性組成物は、多孔性支持体の孔内に充填された構成を有するが、前記硬化性組成物が多孔性支持体を押しのけて膨張することができない為か、結果的に熱線膨張係数を小さく抑制することができ、反りの発生を防止することができる。
本発明のシート状プリプレグは、貫通孔及び/又は凹部を有することを特徴とする。本発明のシート状プリプレグが貫通孔及び/又は凹部を有することにより、ウェハ又はパネル(以後、まとめて「基板」と称する場合がある)に配列された半導体チップを封止する際に封止材内に気泡が発生しにくくなり、不良率が低下(歩留りが向上)するという効果が奏される。以下、図面を用いて説明する。
図3は、凹部を有する本発明のシート状プリプレグ一例の模式図を示し、(a)は上面図、(b)は下面図、(c)はB-B’における断面図を示す。図3において、30は凹部を有するシート状プリプレグ、31は凹部を示す。シート状プリプレグ30は、複数の凹部31を有する。
貫通孔を有する本発明のシート状プリプレグ20に代えて、凹部を有する本発明のシート状プリプレグ30を用いた場合も同様に、凹部31に半導体チップ41が嵌合するように封止されるため、封止材中に気泡が発生しにくい。
また、上述の貫通孔を有する本発明のシート状プリプレグを一旦製造した後に、同外形を有する平坦なシート状プリプレグと積層させることによっても製造することができる。
本発明のファンアウトパッケージの製造方法は、本発明のシート状プリプレグを使用することを特徴とする。具体的は、上述のように基板上に配列された半導体チップを本発明のシート状プリプレグで封止する工程を含む方法である。
本発明のファンアウトパッケージは、例えば、以下の工程I~IIIを含む方法により製造することができる。
工程I:基板42(ウェハ又はパネル)に仮止めテープ43をはりつけ、前記仮止めテープ43を介して基板42に半導体チップ41を貼付して基板40を製造する
工程II:本発明のシート状プリプレグ(図7では貫通孔有するシート状プリプレグ20)を用いて半導体チップ41を封止する
工程III:基板42を剥離して、再構築ウェハ70を得る
工程IV:さらに、再配線層、電極形成を形成し、ダイシングを行い、ファンアウトパッケージを得る
本発明のシート状プリプレグで半導体チップを封止すると同時に、または封止した後に、さらに、別の本発明のシート状プリプレグ、又は貫通孔及び凹部を有しない平坦なシート状プリプレグを用いて封止を行ってもよい。
本発明の電子機器は、本発明のファンアウトパッケージを備えることを特徴とする。本発明のファンアウトパッケージは、反り防止性及び耐クラック性に優れると共に、封止材内の気泡の発生が抑制されているため、発明の電子機器は、高性能で、且つ耐久に優れる。従って、本発明の電子機器は、例えば、携帯電話、デジタルカメラ、スマートフォン、タブレット端末、電子辞書等の携帯型電子機器に好適に使用できる。
微小繊維セリッシュKY110N((株)ダイセル製)のスラリーを0.2重量%に希釈し、減圧装置付き抄紙マシーン(東洋精機製作所(株)製、標準角型マシン)を用いて、No.5C濾紙を濾布として抄紙して、湿潤状態のセルロース不織布を得た。
得られた湿潤状態のセルロース不織布の両面に吸い取り紙を重ね、0.2MPaの圧力で1分間プレスした。次いで、0.2MPaの圧力で1分間プレスし、更に、表面温度が100℃に設定されたドラムドライヤ(熊谷理機工業(株)製)に貼り付けて120秒間乾燥して、セルロース不織布(空隙率:60vol%、坪量9.9g/m2、熱線膨張係数:5ppm/K、厚み25μm)を得た。
調製例1と同様の方法によりセルロース不織布(空隙率:60vol%、坪量9.9g/m2、熱線膨張係数:5ppm/K、厚み200μm)を得た。
(シート状プリプレグの調整)
表1に記載の処方にて硬化性組成物を調製した。
得られた硬化性組成物中に、減圧下、調製例1、2で得られたセルロース不織布、又はガラスクロスを浸漬した後に、減圧での溶剤除去と再度の硬化性組成物の含浸を経て、平坦な(貫通孔を有していない)シート状プリプレグを作製した。得られたシート状プリプレグの膜厚を表1に示す。
上記で得られたシート状プリプレグをパンチングで抜き取き、図2示される37個の10.5mm角の貫通孔を有するシート状プリプレグを得た。
(再構築ウェハの製造)
直径6インチの円形のシリコンウェハ上に、同直径のPET両面粘着フイルムを貼り、10mm角に切ったガラス基板37枚を10mm間隔で全面に並べ、図4に示される半導体チップを配列した基板を製造した。
次に、表2に示される組み合わせで、上記で得られたシート状プリプレグを、基板上に配列したガラス基板とシート状プリプレグの貫通孔の位置が合うように積層した後、加圧しながら150℃で2時間硬化させた。PETフイルムを介して仮接着していたシリコンウェハを取り除き、図7の70に示されるファンアウトウェハレベルパッケージ(FOWLP)用再構築ウェハを得た。
(封止剤の製造)
ビスフェノールAグリシジルエーテル(YD128)100gとシリカフィラー187gを擂潰機((株)石川工場製)に仕込み、30分間混練し、フィラーを高分散させた。次いで、リカシッドMH-700Fを87g、エチレングリコール2g及び硬化促進剤(U-CAT 12XD)0.5gを加えて、混練を行い、シリカフィラーを50wt%含有する封止材を作製した。
上記で得られた半導体チップを配列した基板上に、上記で得た封止剤を塗布し、加圧しながら150℃で2時間硬化させることにより、半導体チップを封止した。PETフイルムを介して仮接着していたシリコンウェハを取り除き、図1に示されるファンアウトウェハレベルパッケージ(FOWLP)から再配線層を除いた再構築ウェハを得た。
貫通孔を有していないシート状プリプレグを使用したこと以外は、実施例7、10と同様にして、再構築ウェハを得た。
上記実施例、比較例で得られた再構築ウェハについて、以下の評価を行った。
上記実施例、比較例で得られた再構築ウェハのガラス転移温度、及び熱線膨張係数は、下記条件で測定した。尚、いずれも2nd-heatingでの測定値を採用した。結果を表2に示す。
試験片サイズ:初期長さ10mm×幅3.5mm×厚み0.035mm
測定装置:熱機械的分析装置(Exstar TMA/SS7100、(株)日立ハイテクノロジーズ製)
測定モード:引張、定荷重測定(40mN)
測定雰囲気:窒素
温度条件:1st-heating -60℃から120℃、5℃/min
cooling 120℃から-60℃、20℃/min
2nd-heating -60℃から220℃、5℃/min
上記実施例、比較例で得られた再構築ウェハを平板上に置いたときの、中心部とエッジ部の平板からの高さの差を「反り」とした。平板の温度を室温(20℃)、100℃、200℃、又は250℃に制御し、それぞれの温度における「反り」を測定した。「反り」の数値が全ての温度において200μm以下のとき、反り防止効果の評価を「○」、いずれかの温度において200~1000μmのとき、反り防止効果の評価を「△」、1000μを超えるとき、反り防止効果の評価を「×」とした。結果を表2に示す。
上記実施例、比較例で得られた再構築ウェハを、UV-YAGレーザーを用いたレーザー加工機にて60μmφの開口部を形成した。形成後、ビア底の状態を顕微鏡観察し、スカム等の有無を確認した。スカム等の異物が観察されなかった場合を評価「○」、わずかに異物が観察された場合を「△」、多くの異物が観察された場合を「×」とした。結果を表2に示す。
上記実施例、比較例で得られた再構築ウェハを、X線を用いて10mm角のガラス基板周辺の気泡の有無を確認した。37個の内、全く気泡が観察されない場合を「〇」、1~4個で気泡が観察されたものを「△」、5個以上で気泡が観察されたものを「×」とした。結果を表2に示す。
・YD-128:ビスフェノールA型ジグリシジルエーテル(エポキシ当量190、粘度13600mPa・s/25℃)、エポキシ当量188.6、新日鉄住金化学(株)製
・EXA-4850-150:変性エピビスタイプグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、エポキシ当量:433、商品名「EPICLON EXA-4850-150」、DIC社製
<硬化剤>
・リカシッドMH-700F:メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、酸無水物基当量164.5、新日本理化(株)製
・リカシッドHF-08:脂環族酸無水物とポリアルキレングリコ-ルとのエステル(ジカルボン酸)、カルボキシル基当量672.7、新日本理化(株)製
・TD2091:フェノールノボラック、水酸基当量104.0、DIC社製
<水酸基含有化合物>
・EG:エチレングリコール、和光純薬工業(株)製
<溶剤>
・2-ブタノン、和光純薬工業(株)製
<硬化促進剤>
・U-CAT 12XD:特殊アミン型触媒、サンアプロ(株)製
・TPP:トリフェニルホスフィン、和光純薬工業(株)製
<シリカフィラー>
・シリカフィラー:粒子径3μm以下、日本電気硝子(株)製
<ガラスクロス>
・ガラスクロス:空隙率:62vol%、坪量24g/m2、熱線膨張係数:3ppm/k、厚み25μm、商品名「1037」、東洋紡(株)製
11 封止材
12 半導体チップ
13 再配線層
20 シート状プリプレグ(貫通孔を有するもの)
21 貫通孔
30 シート状プリプレグ(凹部を有するもの)
31 凹部
40 半導体チップを配列した基板(ウェハ又はパネル)
41 半導体チップ
42 基板(ウェハ又はパネル)
43 仮止めテープ
50 シート状プリプレグ(貫通孔も凹部も有しないもの)
51、61 封止材
70 再構築ウェハ
71 表面平坦化用基板
Claims (11)
- 貫通孔を有することを特徴とするファンアウトパッケージ封止用シート状プリプレグであって、
前記貫通孔が、ファンアウトパッケージの半導体チップ搭載部分に相当する位置に配置されており、
前記貫通孔が、前記半導体チップに嵌合するように配置されている、ファンアウトパッケージ封止用シート状プリプレグ。 - さらに、凹部を有し、前記凹部の深さが10~500μmである、請求項1に記載のファンアウトパッケージ封止用シート状プリプレグ。
- ファンアウトパッケージ封止用シート状プリプレグの硬化物のガラス転移温度以上の温度領域での熱線膨張係数(α2)が20ppm/K以下である、請求項1又は2に記載のファンアウトパッケージ封止用シート状プリプレグ。
- 少なくとも一方の面に硬化性樹脂層が積層されている、請求項1~3のいずれか1項に記載のファンアウトパッケージ封止用シート状プリプレグ。
- 2枚以上のシート状プリプレグが積層されている、請求項1~4のいずれか1項に記載のファンアウトパッケージ封止用シート状プリプレグ。
- シート状プリプレグのコア材が、セルロース繊維の不織布である、請求項1~5のいずれか1項に記載のファンアウトパッケージ封止用シート状プリプレグ。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載のファンアウトパッケージ封止用シート状プリプレグを使用することを特徴とする、ファンアウトパッケージの製造方法。
- 半導体チップが、請求項1~6のいずれか1項に記載のファンアウトパッケージ封止用シート状プリプレグの硬化物により封止されていることを特徴とするファンアウトパッケージ。
- ファンアウトウェハレベルパッケージ又はファンアウトパネルレベルパッケージである、請求項8に記載のファンアウトパッケージ。
- 請求項8又は9に記載のファンアウトパッケージを備えた電子機器。
- 貫通孔を有するシート状プリプレグのファンアウトパッケージ封止剤としての使用であって、
前記貫通孔が、ファンアウトパッケージの半導体チップ搭載部分に相当する位置に配置されており、
前記貫通孔が、前記半導体チップに嵌合するように配置されている、使用。
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