JPH10289969A - 半導体装置およびそれに用いる封止用樹脂シート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体素子と配線回路基板間の良好な導通特性
を維持され信頼性の高い半導体装置を提供する。 【解決手段】配線回路基板１上に、複数の接続用電極部
２および接続用パッド５を介して半導体素子３が搭載さ
れ、上記配線回路基板１と半導体素子３との間の空隙
に、封止樹脂層４が形成されている。そして、上記封止
樹脂層４は、接続用電極部２形成面と反対側の面および
その近傍が、無機質充填剤を含有しない状態、すなわ
ち、無機質充填剤を含有しない封止樹脂層４ａに形成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子をフェ
ースダウン構造でマザーボード、あるいはドーターボー
ド等の配線回路基板上に実装する方式による半導体装置
の製法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体デバイスの性能向上に伴う
要求として、半導体素子をフェースダウン構造で、配線
回路が形成されたマザーボード、あるいはドーターボー
ド等の配線回路基板に実装される方法（フリップチップ
方式、ダイレクトチップアタッチ方式等）が軽薄短小に
よる高密度実装とともに電気特性面からも注目されてい
る。これは、従来から用いられている方式、例えば、半
導体素子から金ワイヤーでリードフレーム上にコンタク
トをとりパッケージングされた形態でマザーボード、あ
るいはドーターボード等の配線回路基板に実装する方法
では、配線による情報伝達の遅れ、クロストークによる
情報伝達エラー等が生ずるという問題が発生しているこ
とに起因する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、上記フリップチ
ップ方式、ダイレクトチップアタッチ方式においては、
互いの線膨脹係数が異なる半導体素子と上記配線回路基
板をダイレクトに電気接続を行うことから、接続部分の
信頼性が問題となっている。この対策としては、半導体
素子と上記配線回路基板との空隙に液状樹脂材料を注入
し硬化させて樹脂硬化体を形成し、電気接続部に集中す
る応力を上記樹脂硬化体にも分散させることにより接続
信頼性を向上させる方法が採られている。しかしなが
ら、上記液状樹脂材料は、超低温（−４０℃）での保管
が必要であることに加えて、上記半導体素子と配線回路
基板との空隙への注入においては注射器で行う必要があ
り、注入ポジション、注入量コントロールが困難である
等の問題を抱えている。

【０００４】また、上記液状樹脂材料では、耐湿信頼性
に優れたエポキシ樹脂およびフェノール樹脂の硬化系材
料を選択する際には希釈剤を用いて使用しなければなら
ず、このように希釈剤を用いると、樹脂硬化体と半導体
素子との界面にボイドが発生するという問題が生じ、耐
湿信頼性の向上とボイドの発生の抑制という両者の両立
が困難な状況であった。

【０００５】このような点を解決するために、本出願人
は、半導体素子と配線回路基板との間の空隙を樹脂封止
する際に、封止用樹脂シートを用いた封止方法をすでに
提案している。すなわち、この方法は、配線回路基板上
に接続用電極部を介して封止用樹脂シートを搭載し、さ
らにこの封止用樹脂シート上に半導体素子を搭載した
後、上記封止用樹脂シートを加熱溶融させて封止樹脂層
を形成するとともに、上記接続用電極部を加圧して配線
回路基板と半導体素子とを圧着接合するというものであ
る。しかしながら、このようにして製造された半導体装
置では、配線回路基板と半導体素子の導通特性が低下す
るという問題が新たに生じた。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、半導体素子と配線回路基板間の良好な導通特性
を維持することのできる半導体装置、および、そのよう
な導電特性に優れた封止樹脂層を形成することのできる
封止用樹脂シートの提供をその目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、配線回路基板上に、複数の接続用電極部
を介して半導体素子が搭載され、上記配線回路基板と半
導体素子との間の空隙が、下記の封止樹脂層（Ｘ）によ
って封止されてなる半導体装置を第１の要旨とする。 （Ｘ）封止樹脂層の、少なくとも接続用電極部形成面と
反対側の面、および、その近傍が、無機質充填剤を含有
しない状態に形成された封止用樹脂層。

【０００８】また、上記半導体装置の封止樹脂層を形成
する際に用いられる封止用樹脂シートであって、下記の
特徴（Ｙ）を備えた封止用樹脂シートを第２の要旨とす
る。 （Ｙ）封止用樹脂シートの少なくとも片面が、その表面
から少なくとも５μｍの深さまで、無機質充填剤を含有
しない層に形成されている。

【０００９】すなわち、本発明者らは、半導体素子と配
線回路基板との間の空隙を樹脂封止した際に生じる配線
回路基板と半導体素子の導通特性の低下原因を突き止め
るべく研究を重ねた。そして、半導体素子と配線回路基
板との間の空隙を樹脂する際に用いる封止用樹脂シート
には無機質充填剤が分散されており、接続用電極部を介
してこのシートを配線回路基板上に搭載し、さらにこの
シート上に半導体素子を搭載して、シートを加熱溶融さ
せるとともに、上記接続用電極部を加圧して配線回路基
板と半導体素子とを圧着接合すると、上記接続用電極部
表面に、封止用樹脂シート中に含有されている無機質充
填剤が残存し、これが上記配線回路基板と半導体素子の
導通特性を低下させていることを突き止めた。この知見
にもとづき、上記無機質充填剤の存在による導通特性の
低下を防止すべく、さらに研究を重ねた。その結果、シ
ートの少なくとも片面が、その表面から少なくとも５μ
ｍの深さまで、無機質充填剤を含有しない層に形成され
た封止用樹脂シートを用い、これを、少なくとも接続用
電極部形成面と反対側の面に無機質充填剤を含有しない
層が位置するよう封止用樹脂シートを位置決めして半導
体素子と配線回路基板との間の空隙を樹脂封止するとい
う着想に到達した。この結果、形成される封止樹脂層
は、少なくとも接続用電極部形成面と反対側の面が、そ
の表面から少なくとも５μｍの深さまで、無機質充填剤
を含有しない層に形成されるため、加圧された接続用電
極部表面に無機質充填剤が残存せず、配線回路基板と半
導体素子とが密接に接合されることを見出し本発明に到
達した。

【００１０】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を詳
しく説明する。

【００１１】本発明の半導体装置は、図１に示すよう
に、配線回路基板１の片面に、複数の接続用電極部２お
よび接続用パッド５を介して半導体素子３が搭載された
フェイスダウン構造をとる。そして、上記配線回路基板
１と半導体素子３との間に封止樹脂層４が形成されてい
る。

【００１２】そして、上記封止樹脂層４では、この封止
樹脂層４の接続用電極部２形成面と反対側の面およびそ
の近傍が、半導体素子３側が、無機質充填剤を含有しな
い状態、すなわち、無機質充填剤を含有しない封止樹脂
層（ノンフィラー封止樹脂層）４ａに形成されている。
一方、接続用電極部２形成面側は、無機質充填剤が分散
された状態、すなわち、無機質充填剤を含有する封止樹
脂層４ｂが形成されている。なお、本発明において、上
記封止樹脂層４の接続用電極部２形成面と反対側の面お
よびその近傍、すなわち、無機質充填剤を含有しない封
止樹脂層（ノンフィラー封止樹脂層）４ａの厚み（表面
からの深さ）は、具体的には、５〜５０μｍの範囲とな
る。

【００１３】また、上記配線回路基板１と半導体素子３
とを電気的に接続する上記複数の接続用電極部２および
接続用パッド５の位置関係は、図１に示す位置関係に限
定されるものではなく、例えば、接続用パッド５が配線
回路基板１面に配設され、接続用電極部２が半導体素子
３面に配設されていてもよい。この場合は、上記封止樹
脂層４の、無機質充填剤を含有しない封止樹脂層（ノン
フィラー封止樹脂層）４ａは、配線回路基板１側に位置
する。

【００１４】なお、上記図１に示す半導体装置におい
て、封止樹脂層４は、封止樹脂層４の片面のみに、無機
質充填剤を含有しない封止樹脂層（ノンフィラー封止樹
脂層）４ａが形成された２層構造（無機質充填剤含有層
＋ノンフィラー封止樹脂層）からなる形態であるが、上
記形態に限定するものではなく、無機質充填剤を含有し
ない封止樹脂層（ノンフィラー封止樹脂層）４ａが、封
止樹脂層４の両面の双方に形成された３層構造（ノンフ
ィラー封止樹脂層＋無機質充填剤含有層＋ノンフィラー
封止樹脂層）からなる形態であってもよい。この場合、
無機質充填剤を含有しない封止樹脂層（ノンフィラー封
止樹脂層）４ａのそれぞれの厚み（深さ）は、上記と同
様、具体的には、５〜３０μｍの範囲となる。

【００１５】上記複数の接続用電極部（ジョイントボー
ル）２の材質としては、特に限定するものではないが、
例えば、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、クロ
ム、錫、鉛、インジウム、半田およびこれらの合金があ
げられる。また、上記接続用電極部２の形状としては、
特に限定されるものではないが、配線回路基板１、半導
体素子３の双方の電極間の封止樹脂を押し出す効果の高
いものが望ましく、表面に凹部の少ないものが好まし
い。そして、具体的に上記接続用電極部（ジョイントボ
ール）２の形状としては、略球状、断面楕円状、あるい
は、円錐状、角錐状等の種々の形状があげられる。

【００１６】そして、上記接続用パッド５の材質も、上
記接続用電極部（ジョイントボール）２の材質と同様の
ものがあげられる。

【００１７】また、上記配線回路基板１の材質として
は、特に限定するものではないが、大別してセラミック
基板、プラスチック基板があり、上記プラスチック基板
としては、例えば、エポキシガラス基板、ビスマレイミ
ドトリアジン基板、ポリフェニレンエーテル基板等があ
げられる。

【００１８】つぎに、本発明の半導体装置における封止
樹脂層４の形成材料について説明する。

【００１９】本発明において、上記封止樹脂層４形成材
料としては、下記の特徴（Ｙ）を備えた封止用樹脂シー
トが用いられる。 （Ｙ）封止用樹脂シートの少なくとも片面が、その表面
から少なくとも５μｍの深さまで、無機質充填剤を含有
しない層に形成されている。

【００２０】このような特徴（Ｙ）を備えた封止用樹脂
シートのうち、無機質充填剤を含有する層部分の形成材
料としては、特に限定するものではないが、例えば、常
温で固体の性状を有するものであればよく、例えば、固
体状のエポキシ樹脂組成物が用いられる。

【００２１】上記エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂
（ａ成分）と、硬化剤（ｂ成分）と、無機質充填剤（ｃ
成分）とを用いて得られるものであり、常温で固体を示
す。なお、本発明において、上記常温とは、具体的に、
２０〜５０℃の範囲をいう。

【００２２】上記エポキシ樹脂（ａ成分）としては、常
温で固体であれば特に限定するものではなく従来公知の
もの、例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、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、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂等のエポ
キシ樹脂があげられ、単独でもしくは２種以上併せて用
いることができる。なかでも、溶融時に濡れ性が良好な
低粘度のものを用いることが好ましい。特に好ましく
は、濡れ性が良くなるという観点から、具体的に、下記
の一般式（１）で表される構造のビフェニル型エポキシ
樹脂があげられる。そして、ビフェニル型エポキシ樹脂
とともに、上記他のエポキシ樹脂を併用する場合には、
上記ビフェニル型エポキシ樹脂の配合量を、エポキシ樹
脂成分全体の２０重量％（以下「％」と略す）以上とな
るように設定することが好ましく、なかでも、５０％以
上となるように設定することがより好ましい。

【００２３】

【化１】

【００２４】上記一般式（１）中のＲ₁ 〜Ｒ₄ で表され
る炭素数１〜４のアルキル基としては、メチル基、エチ
ル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブ
チル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等の直
鎖状または分岐状の低級アルキル基があげられ、特にメ
チル基が好ましく、上記Ｒ₁ 〜Ｒ₄ は互いに同一であっ
ても異なっていてもよい。なかでも、上記Ｒ₁ 〜Ｒ₄ が
全てメチル基である下記の式（２）で表される構造のビ
フェニル型エポキシ樹脂を用いることが特に好適であ
る。

【００２５】

【化２】

【００２６】上記一般式（１）で表されるビフェニル型
エポキシ樹脂としては、エポキシ当量が１７７〜２４０
ｇ／ｅｑで、軟化点が８０〜１３０℃のものを用いるこ
とが好ましく、なかでも、エポキシ当量が１７７〜２２
０ｇ／ｅｑで、軟化点が８０〜１２０℃のものを用いる
ことが特に好ましい。

【００２７】エポキシ樹脂（ａ成分）として上記ビフェ
ニル型エポキシ樹脂を使用した場合の本発明の封止樹脂
層４において、無機質充填剤を含有する層部分の形成材
料であるエポキシ樹脂組成物の全有機成分中における上
記ビフェニル型エポキシ樹脂の配合割合は、特に１０〜
９６重量％（以下「％」と略す）の範囲が好ましく、な
かでも２０〜９４％の範囲が好適である。すなわち、上
記ビフェニル型エポキシ樹脂（ａ成分）の配合割合が１
０％未満であれば、半導体素子の封止用途において、撥
水性および低吸湿性が発揮され難く、逆に、９６％を超
えると、封止材料であるシート自身が脆くなり、取り扱
いが容易でなくなる傾向がみられるからである。

【００２８】上記エポキシ樹脂（ａ成分）とともに用い
られる硬化剤（ｂ成分）は、エポキシ樹脂成分に対して
硬化作用を奏するものであれば特に限定するものではな
く通常用いられている各種硬化剤、例えば、フェノール
樹脂、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸等の酸無水物、
アミン化合物等があげられ、信頼性の点から、特にフェ
ノール樹脂が好適に用いられる。なかでも、接着力、吸
湿性等の点から、ノボラック型フェノール樹脂を用いる
ことがより好ましい。そして、より一層良好な接着力、
吸湿性等の点から、特に下記の一般式（３）で表される
フェノール樹脂を用いることが好適である。

【００２９】

【化３】

【００３０】上記一般式（３）中の繰り返し数ｍは、０
または正の整数を示すが、特にｍは０〜１０の整数であ
ることが好ましく、なかでもｍは０〜８の整数であるこ
とがより好適である。

【００３１】上記一般式（３）で表されるフェノール樹
脂は、例えば、アラルキルエーテルとフェノールとを、
フリーデルクラフツ触媒で反応させることにより得られ
る。

【００３２】上記フェノール樹脂としては、特に、水酸
基当量が１４７〜２５０ｇ／ｅｑ、軟化点が６０〜１２
０℃のものが好ましく、なかでも、水酸基当量が１４７
〜２２０ｇ／ｅｑ、軟化点が６０〜１１０℃のものが好
適である。

【００３３】上記フェノール樹脂のエポキシ樹脂（ａ成
分）に対する配合割合は、エポキシ樹脂（Ａ成分）中の
エポキシ基１当量当たり、上記フェノール樹脂中の水酸
基が０．７〜１．３当量となるように配合することが好
適であり、なかでも０．９〜１．１当量となるように配
合することがより好適である。

【００３４】上記エポキシ樹脂（ａ成分）および硬化剤
（ｂ成分）とともに用いられる無機質充填剤（ｃ成分）
としては、特に限定するものではなく従来公知のものが
用いられ、例えば、球状あるいは破砕状シリカ粉末、炭
酸カルシウム、チタン白、アルミナ、窒化珪素等があげ
られる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いら
れる。なかでも、球状シリカ粉末が好ましく用いられ
る。また、このような無機質充填剤としては、最大粒径
１００μｍ以下のものを用いることが好ましい。特に好
ましくは最大粒径５０μｍ以下である。すなわち、最大
粒径が１００μｍを超えると、配線回路基板と半導体素
子間（封止用樹脂層を用いて樹脂封止される空隙）の充
填が不可能になる場合があるからである。また、上記最
大粒径とともに、平均粒径が１〜２０μｍのものを用い
ることが好ましく、特に好ましくは２〜１０μｍであ
る。したがって、このような観点から、上記無機質充填
剤の最大粒径は、配線回路基板と半導体素子間（樹脂封
止される空隙）の距離の１／２以下に設定することが好
ましい。より好ましくは１／１０〜１／３である。すな
わち、最大粒径を１／２以下に設定することにより、上
記配線回路基板と半導体素子間への溶融した封止用樹脂
層の充填が、ボイド等が生じず良好になされるようにな
るからである。

【００３５】上記無機質充填剤（ｃ成分）の含有割合
は、無機質充填剤を含有する層部分の形成材料であるエ
ポキシ樹脂組成物全体の９０重量％（以下「％」と略
す）以下に設定することが好ましく、より好ましくは２
０〜９０％であり、特に好ましくは５５〜７５％であ
る。すなわち、無機質充填剤（ｃ成分）の含有量が少な
過ぎると、樹脂硬化物の特性である線膨張係数が大きく
なり、このため、半導体素子と上記線膨張係数との差が
大きくなって、樹脂硬化物や半導体素子にクラック等の
欠陥を発生させるおそれがある。また、多過ぎると、エ
ポキシ樹脂組成物の溶融粘度が高くなることから充填性
が低下するからである。

【００３６】上記エポキシ樹脂組成物には、上記エポキ
シ樹脂（ａ成分）、硬化剤（ｂ成分）および無機質充填
剤（ｃ成分）以外に、さらに硬化促進剤を配合すること
もできる。このような硬化促進剤としては、従来からエ
ポキシ樹脂の硬化促進剤として知られている種々の硬化
促進剤が使用可能であり、例えば、アミン系、リン系、
ホウ素系、リン−ホウ素系等の硬化促進剤があげられ
る。なかでも、トリフェニルホスフィン、ジアザビシク
ロウンデセン、テトラフェニルホスフェート、テトラフ
ェニルボレートの混合物等が好適である。これらは単独
でもしくは２種以上併せて用いられる。

【００３７】さらに、上記ａ〜ｃ成分、硬化促進剤とと
もに、必要に応じて他の添加剤を適宜配合することもで
きる。

【００３８】上記他の添加剤としては、低応力化剤、難
燃剤、難燃助剤、離型剤、カップリング剤、顔料、染料
等があげられる。

【００３９】上記低応力化剤としては、シリコーン化合
物、アクリロニトリル−ブタジエンゴム等のゴム粒子、
難燃剤としては、ブロム化エポキシ樹脂等が、難燃助剤
としては、三酸化二アンチモン等が、離型剤としては、
カルナバ、ポリエチレン系ワックス等が、カップリング
剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシ
ラン等のシラン系カップリング剤等があげられる。

【００４０】本発明の封止用樹脂シートは、例えば、つ
ぎのようにして製造することができる。すなわち、上記
エポキシ樹脂（ａ成分）、硬化剤（ｂ成分）ならびに無
機質充填剤（ｃ成分）の各成分を所定量配合し、これに
必要に応じて各種成分、例えば、硬化促進剤、他の各種
添加剤を所定量配合し溶融混練して均一系とした後、パ
レット上に受入れし、冷却後プレス圧延して所望の厚み
にシート化する（無機質充填剤含有層の作製）。

【００４１】上記溶融混合物の調製およびシート化につ
いては特に上記方法に限定するものではなく、例えば、
上記混合物の調製においては２軸および３軸ロール等を
用いることができる。また、シート化においても、ロー
ル圧延によるシート化あるいは各種溶媒と混合したもの
を塗工することによりシートを得る方法を採用すること
もできる。

【００４２】一方、無機質充填剤を含有しない層（ノン
フィラー層）となるシートを作製する。これは、上記と
同様、エポキシ樹脂（ａ成分）および硬化剤（ｂ成分）
の各成分を所定量配合し、これに必要に応じて各種成
分、例えば、硬化促進剤、他の各種添加剤を所定量配合
し溶融混練して均一系とした後、パレット上に受入れ
し、冷却後プレス圧延して所望の厚みにシート化する
（無機質充填剤を含有しない層の作製）。

【００４３】上記溶融混合物の調製およびシート化につ
いても特に上記方法に限定するものではなく、無機質充
填剤含有層の作製と同様、他の方法を適宜に採用するこ
とができる。

【００４４】そして、本発明の封止用樹脂シートは、上
記無機質充填剤含有シートと、無機質充填剤を含有しな
いシートとを貼り合わせることにより得られる。例え
ば、２層構造からなる封止用樹脂シートは、上記無機質
充填剤含有シートと、無機質充填剤を含有しないシート
の２枚のシートを貼り合わせることにより得られる。ま
た、３層構造からなる封止用樹脂シートは、上記無機質
充填剤含有シートの両面に、それぞれ無機質充填剤を含
有しないシートを貼り合わせることにより得られる。こ
のようにして得られる封止用樹脂シートのうち、無機質
充填剤を含有しない層の厚み、すなわち、表面からの深
さは少なくとも５μｍに設定されなければならない。特
に好ましくは１０〜３０μｍである。この無機質充填剤
を含有しない層、その表面からの深さが５μｍ未満のよ
うに浅いと、結果的に、無機質充填剤が、例えば、半田
等の接合部界面に存在するようになり、導通特性が低下
するためである。

【００４５】上記封止用樹脂シート全体の厚みおよび重
量は、搭載される半導体素子の大きさおよび接続用電極
部の大きさ、すなわち、半導体素子と配線回路基板との
空隙を充填し樹脂封止することにより形成される封止樹
脂層の占める容積により適宜に設定される。具体的に
は、シート全体の厚みは、１０〜１５０μｍに設定され
る。また、無機質充填剤含有層の厚みは、上記厚みのう
ちの５〜５０μｍを占めるように設定する。

【００４６】なお、上記封止用樹脂シートにおいて、２
層構造のシートの作製方法としては、上記無機質充填剤
含有シートと無機質充填剤を含有しないシートの２枚の
シートを貼り合わせて作製する方法以外に、無機質充填
剤が配合されたエポキシ樹脂組成物を用いこれをシート
化する際に無機質充填剤の沈降を利用して層分離させる
ことにより２層構造のシートとする方法があげられる。

【００４７】本発明の半導体装置は、先に述べたよう
に、配線回路基板上に、複数の接続用電極部を介して半
導体素子が搭載され、上記配線回路基板と半導体素子と
の間の空隙が、特定の封止樹脂層（Ｘ）によって封止さ
れており、この封止樹脂層（Ｘ）が形成されていること
が特徴である。このような半導体装置は、例えば、上記
封止用樹脂シートを用い、つぎのようにして製造され
る。

【００４８】まず、図２に示すように、複数の球状の接
続用電極部（ジョイントボール）２が設けられた配線回
路基板１上に、上記接続用電極部２を介して固形の２層
構造の封止用樹脂シート１０を載置する。このとき、無
機質充填剤を含有する層１０ｂが接続用電極部２と接
し、接続用電極部２形成面と反対側の面に、無機質充填
剤を含有しない層（ノンフィラー層）１０ａが位置する
よう封止用樹脂シート１０を載置する。ついで、図３に
示すように、上記封止用樹脂シート１０上の所定位置
に、半導体素子３面に設けられた接続用パッド５を介し
て半導体素子３を載置し仮接着した後、加熱および加圧
によって、上記封止用樹脂シート１０を溶融状態とし、
上記半導体素子３と上記配線回路基板１との間の空隙内
に上記溶融状態の樹脂を充填し硬化させて上記空隙を樹
脂封止して封止樹脂層を形成するとともに、上記接続用
電極部２と接続用パッド５の電気接続を行うことによ
り、配線回路基板１と半導体素子３の電気的接続および
固着を完了する。このようにして、図１に示す半導体装
置を製造する。

【００４９】なお、上記半導体装置の製法では、複数の
球状の接続用電極部（ジョイントボール）２が設けられ
た配線回路基板１を用いた場合について述べたが、これ
に限定するものではなく、予め半導体素子３の片面（接
続面側）に上記複数の球状の接続用電極部（ジョイント
ボール）２が配設され、配線回路基板１の片面（接続面
側）に接続用パッド５が設けられたものを用いてもよ
い。この場合（予め半導体素子３面に接続用電極部２が
配設されたものを使用）は、図４に示すように、配線回
路基板１の接続用パッド５形成面に固形の封止用樹脂シ
ート１０を載置して、その上に、配線回路基板１と接続
用電極部２配設面とが対峙するよう接続用電極部２が設
けられた半導体素子３を載置する。この場合、封止用樹
脂シート１０は、無機質充填剤を含有する層１０ｂが半
導体素子３の接続用電極部２と接し、接続用電極部２形
成面と反対側の面に、無機質充填剤を含有しない層（ノ
ンフィラー層）１０ａが位置するよう封止用樹脂シート
１０を載置する。後の工程は、上記と同様である。

【００５０】上記封止用樹脂シート１０としては、配線
回路基板１に封止用樹脂シート１０を仮接着する場合に
は、タック性を備えたシート状のエポキシ樹脂組成物と
することが好ましい。そして、上記封止用樹脂シート１
０の大きさとしては、上記搭載される半導体素子３の大
きさ（面積）により適宜に設定され、通常、半導体素子
３の大きさ（面積）より少し小さくなるように設定する
ことが好ましい。

【００５１】また、上記半導体装置の製造方法におい
て、上記封止用樹脂シート１０を加熱溶融して溶融状態
とする際の加熱温度としては、半導体素子３および配線
回路基板１の耐熱性および接続用電極部２および接続用
パッド５の各融点、さらに封止用樹脂シート１０の軟化
点、耐熱性等を考慮して適宜に設定される。具体的に
は、７０〜３００℃の範囲に設定することが好ましく、
特に好ましくは１２０〜２００℃である。そして、加熱
方法としては、赤外線リフロー炉、乾燥機、温風機、熱
板等があげられる。

【００５２】さらに、上記溶融状態とした封止用樹脂を
上記半導体素子３と上記配線回路基板１との間の空隙内
に充填する際には、加熱とともに上記のように加圧する
ことが好ましく、その加圧条件としては、接続用電極部
２および接続用パッド５の材質と個数等や、温度によっ
て適宜に設定されるが、具体的には０．０１〜０．５ｋ
ｇｆ／個の範囲に設定され、好ましくは０．０２〜０．
３ｋｇｆ／個の範囲に設定される。

【００５３】上記製造方法に従って製造される半導体装
置の一例としては、前述の図１に示すように、形成され
た封止樹脂層４が、搭載された半導体素子３の周囲から
はみ出さないよう形成されたタイプがあげられるが、半
導体装置の用途等によっては、図５に示すように、形成
された封止樹脂層４′が、搭載された半導体素子３の周
囲からはみ出すよう形成されたタイプであってもよい。
図５において、４ａ′は先に述べた半導体装置（図１参
照）と同様、無機質充填剤を含有しない封止樹脂層（ノ
ンフィラー封止樹脂層）であり、４ｂ′は無機質充填剤
を含有する封止樹脂層である。

【００５４】そして、上記のようにして製造された半導
体装置において、半導体素子３の大きさは、通常、幅２
〜２０ｍｍ×長さ２〜３０ｍｍ×厚み０．１〜０．６ｍ
ｍに設定される。また、半導体素子３を搭載する配線回
路が形成された配線回路基板１の大きさは、通常、幅１
０〜７０ｍｍ×長さ１０〜７０ｍｍ×厚み０．０５〜
３．０ｍｍに設定される。そして、溶融した封止用樹脂
が充填される、半導体素子３と配線回路基板１の空隙の
両者間の距離は、通常、５〜１００μｍである。特に、
本発明に用いられる封止用樹脂の特性等を考慮すると、
上記両者間の距離は、１０〜７０μｍに設定することが
好ましい。

【００５５】上記封止用樹脂シートを用いて封止するこ
とにより形成された封止樹脂層４、自身の特性として
は、各使用温度での溶融粘度が１０００ｐｏｉｓｅ以
下、ゲルタイムは１５０℃で０．５〜３０分、その硬化
物としては、線膨張係数が７〜５０ｐｐｍであることが
好ましい。より好ましくは溶融粘度が５００ｐｏｉｓｅ
以下、ゲルタイムが１５０℃で１．０〜１５分、線膨張
係数が１２〜４０ｐｐｍである。すなわち、溶融粘度が
上記範囲内に設定されることにより、充填性が良好とな
る。また、ゲルタイムが上記範囲内に設定されることに
より、成形作業性、特に硬化時間の短縮が可能となる。
さらに、線膨張係数が上記範囲内に設定されることによ
り樹脂硬化体や半導体素子にクラック等の応力の欠陥防
止が可能となる。なお、上記溶融粘度はフローテスター
粘度計により測定し、上記ゲルタイムは熱板上にて測定
した。また、線膨張係数は熱機械分析（ＴＭＡ）により
測定した。

【００５６】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００５７】まず、実施例に先立って、下記に示す各成
分を準備した。

【００５８】〔エポキシ樹脂ａ１〕下記の式（４）で表
される構造のビフェニル型エポキシ樹脂

【００５９】

【化４】

【００６０】〔エポキシ樹脂ａ２〕クレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂（エポキシ当量：１９５ｇ／ｅｑ、融
点：６０〜９０℃）

【００６１】〔硬化剤ｂ１〕フェノールノボラック樹脂
（水酸基当量：１０５ｇ／ｅｑ、軟化点６０℃）

【００６２】〔無機質充填剤ｃ１〕球状シリカ（平均粒
径：３μｍ、最大粒径：１８μｍ）

【００６３】〔無機質充填剤ｃ２〕破砕状シリカ（平均
粒径：３μｍ、最大粒径：１８μｍ）

【００６４】〔硬化促進剤ｄ１〕トリフェニルホスフィ
ン

【００６５】〔硬化促進剤ｄ２〕テトラフェニルホスフ
ェートとテトラフェニルボレートとの混合物

【００６６】〔低応力化剤〕アクリロニトリル−ブタジ
エンゴム

【００６７】〔難燃剤〕ブロム化エポキシフェノールノ
ボラック樹脂

【００６８】〔難燃助剤〕三酸化二アンチモン

【００６９】〔離型剤〕ポリエチレン系ワックス

【００７０】〔カップリング剤〕γ−グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシラン

【００７１】

【実施例１〜１０、比較例１〜４】下記の表１に示すよ
うに、タイプの異なる封止用樹脂シートを後記の方法に
従って製造した。

【００７２】

【表１】

【００７３】〔各封止用樹脂シートの作製〕下記の表２
〜表４に示す各成分を、同表に示す割合で配合しエポキ
シ樹脂組成物を調製した。このエポキシ樹脂組成物をト
ルエンに混合溶解し、この混合溶液を離型処理したポリ
エステルフィルム上に塗布した。つぎに、上記混合溶液
を塗布したポリエステルフィルムを１２０℃で乾燥さ
せ、トルエンを除去することにより、上記ポリエステル
フィルム上に目的とする厚み８０μｍの樹脂シート（シ
リカ粉末が分散されている）を作製した。

【００７４】一方、下記の表２〜表４に示す各成分（無
機質充填剤を除く）を、同表に示す割合で配合しエポキ
シ樹脂組成物を調製した。このエポキシ樹脂組成物をト
ルエンに混合溶解し、この混合溶液を離型処理したポリ
エステルフィルム上に塗布した。つぎに、上記混合溶液
を塗布したポリエステルフィルムを１２０℃で乾燥さ
せ、トルエンを除去することにより、上記ポリエステル
フィルム上に目的とする樹脂シート（シリカ粉末は不
含）を作製した。

【００７５】ついで、上記シリカ粉末が分散された樹脂
シートと上記シリカ粉末を含まない樹脂シートを貼り合
わせることにより２層構造の封止用樹脂シートを作製し
た（タイプＡ〜ＣおよびＦ）。

【００７６】また、上記シリカ粉末が分散された樹脂シ
ートの両面に上記シリカ粉末を含まない２枚の樹脂シー
トを貼り合わせることにより三層構造の封止用樹脂シー
トを作製した（タイプＥ）。

【００７７】また、下記の表３に示す各成分を、同表に
示す割合で配合しエポキシ樹脂組成物を調製した。この
エポキシ樹脂組成物をトルエンに混合溶解し、この混合
溶液を離型処理したポリエステルフィルム上に塗布し、
塗布した状態で、一日放置することにより配合されたシ
リカ粉末を沈降分離させた。つぎに、上記混合溶液を塗
布したポリエステルフィルムを１２０℃で乾燥させ、ト
ルエンを除去することにより、上記ポリエステルフィル
ム上に、沈降分離によりシリカ粉末が分散された層とシ
リカ粉末を含まない層の２層構造からなる厚み１００μ
ｍの封止用樹脂シートを作製した（タイプＤ）。

【００７８】下記の表４に示す各成分を、同表に示す割
合で配合しエポキシ樹脂組成物を調製した。このエポキ
シ樹脂組成物をトルエンに混合溶解し、この混合溶液を
離型処理したポリエステルフィルム上に塗布した。つぎ
に、上記混合溶液を塗布したポリエステルフィルムを１
２０℃で乾燥させ、トルエンを除去することにより、上
記ポリエステルフィルム上に目的とする単層構造の樹脂
シート（シリカ粉末が分散）を作製した（タイプＧ）。

【００７９】

【表２】

【００８０】

【表３】

【００８１】

【表４】

【００８２】このようにして得られた各実施例のシート
状エポキシ樹脂組成物（封止用樹脂シート）を用い、前
述の半導体装置の製法に従って半導体装置を製造した
（先の段落番号００４８に記載）。すなわち、図２に示
すように、配線回路基板１（厚み１ｍｍのガラスエポキ
シ基板）上に設けられた球状のジョイントボール２（材
質：半田、融点：１８５℃、形状：直径２００μｍ×高
さ９０μｍ）を介して、上記配線回路基板１上に上記各
封止用樹脂シート１０を載置した。この際、２層構造の
封止用樹脂シートに関しては、無機質充填剤を含有する
層１０ｂがジョイントボール２と接し、ジョイントボー
ル２形成面と反対側の面に、無機質充填剤を含有しない
層（ノンフィラー層）１０ａが位置するよう封止用樹脂
シート１０を載置した。その後、図３に示すように、上
記封止用樹脂シート１０上の所定の位置に、接続用パッ
ド５（材質：半田、融点：１８５℃、形状：直径２００
μｍ×高さ３０μｍの半球状）が設けられた半導体素子
３（厚み：７００μｍ、大きさ：１１ｍｍ×１１ｍｍ）
を載置した。その後、加熱温度１８０℃×荷重０．０８
ｋｇｆ／個×１分の条件で封止用樹脂シート１０を加熱
溶融して、配線回路基板１と半導体素子３との空隙内に
溶融状態の樹脂を充填し、その後、熱硬化（条件：２０
０℃×２０分）およびジョイント部の溶融接合（条件：
２１５℃×９０秒）させることにより、図１に示すよう
に、上記空隙が封止樹脂層４で樹脂封止された半導体装
置を作製した。

【００８３】一方、上記のように、球状のジョイントボ
ール２以外に円錐状の接続用電極部７を備えた配線回路
基板１を用いた半導体装置の製造工程について述べる。
基本的には上記と同様の工程を経由して得られる。すな
わち、図６に示すように、配線回路基板１（厚み１ｍｍ
のガラスエポキシ基板）上に設けられた円錐状の接続用
電極部７（材質：半田、融点：１８５℃、形状：直径２
００μｍ×高さ２００μｍ）を介して、上記配線回路基
板１上に上記各封止用樹脂シート１０を載置した。この
際、上記と同様、２層構造の封止用樹脂シートにおい
て、無機質充填剤を含有する層１０ｂが接続用電極部７
と接し、接続用電極部７形成面と反対側の面に、無機質
充填剤を含有しない層（ノンフィラー層）１０ａが位置
するよう封止用樹脂シート１０を載置した。その後、上
記封止用樹脂シート１０上の所定の位置に、接続用パッ
ド５（材質：半田、融点：１８５℃、形状：直径２００
μｍ×高さ３０μｍの半球状）が設けられた半導体素子
３（厚み：７００μｍ、大きさ：１１ｍｍ×１１ｍｍ）
を載置した。その後、加熱温度１８０℃×荷重０．０８
ｋｇｆ／個×１分の条件で封止用樹脂シート１０を加熱
溶融して、配線回路基板１と半導体素子３との空隙内に
溶融状態の樹脂を充填し、その後、熱硬化（条件：２０
０℃×２０分）および円錐状の接続用電極部７を溶融
（条件：２１５℃×９０秒）させることにより、図１に
示すように、上記空隙が封止樹脂層４で樹脂封止された
半導体装置を作製した。なお、各接続用電極部（ジョイ
ントボール）の形状を上記表２〜表４に併せて示した。

【００８４】得られた半導体装置について、初期の通電
試験を行い、さらに、その半導体装置を用いて、プレー
シャークッカーテスト〔ＰＣＴテスト（条件：１２１℃
×２ａｔｍ×１００％ＲＨで２００時間放置）〕を行っ
た後に通電チェックを行った。さらに、上記ＰＣＴテス
トでの放置時間を１０００時間として通電チェックを行
った。その結果、各放置時間における不良が発生した割
合（不良発生率）を算出した。さらに、この不良発生率
とともに、不良が発生したものを×、全く不良が発生し
なかったものを○として表示した。その結果を下記の表
５〜表７に示す。

【００８５】

【表５】

【００８６】

【表６】

【００８７】

【表７】

【００８８】上記表５〜表７の結果、実施例では、初期
の通電チェック、ＰＣＴテスト２００時間後ならびに１
０００時間後の通電チェックにおいて不良が全く発生し
なかった。これに対して、比較例は、いずれも初期の通
電チェックおよびＰＣＴテスト２００時間後の通電チェ
ックにおいては不良が全く発生しなかったが、ＰＣＴテ
スト１０００時間後の通電チェックにおいていずれも不
良が発生した。

【００８９】

【発明の効果】以上のように、本発明は、配線回路基板
上に、複数の接続用電極部を介して半導体素子が搭載さ
れ、上記配線回路基板と半導体素子との間の空隙が、封
止樹脂層の、少なくとも接続用電極部形成面と反対側の
面、および、その近傍が、無機質充填剤を含有しない状
態に形成された封止樹脂層（Ｘ）によって封止された半
導体装置である。このような半導体装置の特殊な封止樹
脂層（Ｘ）は、シートの少なくとも片面が、その表面か
ら少なくとも５μｍの深さまで、無機質充填剤を含有し
ない層に形成された封止用樹脂シートを用い、このシー
トを、少なくとも接続用電極部形成面と反対側の面に無
機質充填剤を含有しない層が位置するよう位置決めして
使用することにより形成される。このように、上記封止
樹脂層（Ｘ）は、少なくとも接続用電極部形成面と反対
側の面が、その表面から少なくとも５μｍの深さまで、
無機質充填剤を含有しない層に形成され、加圧された接
続用電極部表面に無機質充填剤が残存せず、配線回路基
板と半導体素子とが密接に接合される。したがって、半
導体素子と配線回路基板間の導通特性の低下が抑制され
て、信頼性の高い半導体装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の一例を示す断面図であ
る。

【図２】上記半導体装置の製造工程を示す説明断面図で
ある。

【図３】上記半導体装置の製造工程を示す説明断面図で
ある。

【図４】他の半導体装置の製造工程を示す説明断面図で
ある。

【図５】本発明の半導体装置の他の例を示す断面図であ
る。

【図６】円錐状の接続用電極部を有する配線回路基板を
用いた半導体装置の製造工程を示す説明断面図である。

【符号の説明】

１ 配線回路基板 ２ 接続用電極部 ３ 半導体素子 ４ 封止樹脂層 ４ａ 無機質充填剤を含有しない封止樹脂層（ノンフィ
ラー封止樹脂層） ４ｂ 無機質充填剤を含有する封止樹脂層 １０ 封止用樹脂シート １０ａ 無機質充填剤を含有しない層（ノンフィラー
層） １０ｂ 無機質充填剤を含有する層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野呂 弘司 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日東 電工株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配線回路基板上に、複数の接続用電極部
   を介して半導体素子が搭載され、上記配線回路基板と半
   導体素子との間の空隙が、下記の封止樹脂層（Ｘ）によ
   って封止されてなる半導体装置。 （Ｘ）封止樹脂層の、少なくとも接続用電極部形成面と
   反対側の面、および、その近傍が、無機質充填剤を含有
   しない状態に形成された封止用樹脂層。
2. 【請求項２】 上記封止樹脂層が、下記の（Ａ）および
   （Ｂ）成分を含有するエポキシ樹脂組成物によって形成
   されたものである請求項１記載の半導体装置。 （Ａ）エポキシ樹脂。 （Ｂ）フェノール樹脂。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の半導体装置の封
   止樹脂層を形成する際に用いられる封止用樹脂シートで
   あって、上記封止用樹脂シートが、下記の特徴（Ｙ）を
   備えていることを特徴とする封止用樹脂シート。 （Ｙ）封止用樹脂シートの少なくとも片面が、その表面
   から少なくとも５μｍの深さまで、無機質充填剤を含有
   しない層に形成されている。
4. 【請求項４】 上記封止用樹脂シートが、下記の（Ａ）
   および（Ｂ）成分を含有するエポキシ樹脂組成物によっ
   て形成されたものである請求項３記載の封止用樹脂シー
   ト。 （Ａ）エポキシ樹脂。 （Ｂ）フェノール樹脂。