JPWO2019189142A1 - 粒子状封止用樹脂組成物、半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

粒子状封止用樹脂組成物、半導体装置およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

粒子状封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂および無機充填材を含み、特定の条件によって得られる、当該粒子状封止用樹脂組成物の硬化物のボイド占有率が、０．１０以下である。

Description

本発明は、粒子状封止用樹脂組成物、半導体装置およびその製造方法に関する。
圧縮成形法に用いる半導体封止樹脂材料に関する技術として、特許文献１（特開２０１６−１４８０５４号公報）に記載のものがある。同文献には、エポキシ樹脂、硬化剤およびフィラーを含み、フィラーの含有率および厚みが特定の範囲にあるペレット状又はシート状の成形体であるコンプレッション成形用半導体封止樹脂材料に関する技術が記載されている。
特開２０１６−１４８０５４号公報
近年では、半導体パッケージの小型化に対応するため、ＳｉＰ（System in Package）等複数のデバイス、部品を搭載するパッケージが増えてきている。そして、一部のデバイスや部品は樹脂成形時の圧力に弱く、成形圧力によって発生するストレスによって誤作動や、部品の破壊が発生してしまうことがあった。
このため、従来よりも成形圧力を下げた低圧条件でパッケージの組み立てを行う必要性が生じている。
この点、上述した特許文献１に記載の技術について本発明者が検討したところ、低圧成形条件下におけるボイドや未充填等の成形不具合を抑制するという点で改善の余地があった。
本発明は、低圧成形条件下でもボイドや未充填等の成形不具合が抑制される封止樹脂を実現する技術を提供する。
本発明によれば、
エポキシ樹脂および無機充填材を含む、粒子状封止用樹脂組成物であって、
以下の条件（Ａ）および（Ｂ）によって得られる、当該粒子状封止用樹脂組成物の硬化物のボイド占有率が、０．１０以下である、粒子状封止用樹脂組成物が提供される。
（Ａ）サンプル作製条件
１７５℃、１ＭＰａ、１２０秒の条件で前記粒子状封止用樹脂組成物を圧縮成形し、２３４ｍｍ×７１ｍｍ、厚さ５００μｍの平板状のサンプルを得る。
（Ｂ）評価条件
前記サンプルの平板面の超音波映像装置（Scanning Acoustic Tomograph：ＳＡＴ）画像を取得し、得られた画像を以下の条件で２値化する。
（ＳＡＴ画像取得方法）
以下の装置および条件にてＳＡＴ画像を得る。
装置：ＦｉｎｅＳＡＴIII、日立パワーソリューションズ社製
条件：プローブ周波数２５ＭＨｚ、反射法
（２値化方法）
（１）Ｐｏｐ Ｉｍａｇｉｎｇ（デジタル・ビーイング・キッズ社製）を起動し、スキャンしたファイルを開く。
（２）前記サンプルの平板面部分を５８０＊１７５のピクセルサイズの長方形となるように選択し、選択した範囲の画像を切り抜く。
（３）上記（２）で得られた画像を２値化処理する。閾値色を白黒とし、２５６階調の１５０を閾値として、それ以下を黒とする。
（４）２値化後の黒色部位の割合を前記ボイド占有率とする。
本発明によれば、
前述した本発明における粒子状封止用樹脂組成物で半導体素子を封止してなる、半導体装置が提供される。
また、本発明によれば、
圧縮成形法により、粒子状封止用樹脂組成物で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であって、
前記粒子状封止用樹脂組成物が、前述した本発明における粒子状封止用樹脂組成物であり、
半導体素子を封止する前記工程における封止圧力が、０ＭＰａを超え２ＭＰａ以下である、半導体装置の製造方法が提供される。
本発明によれば、低圧成形条件下でもボイドや未充填等の成形不具合が抑制される封止樹脂を実現することができる。
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
本実施形態における半導体装置の構成を示す断面図である。 本実施形態における構造体の構成を示す断面図である。
以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には共通の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは必ずしも一致していない。また、数値範囲の「Ａ〜Ｂ」は断りがなければ、「Ａ以上Ｂ以下」を表す。
本実施形態において、封止用樹脂組成物は粒子状であって、エポキシ樹脂および無機充填材を含む。
そして、以下の条件（Ａ）および（Ｂ）によって得られる、粒子状封止用樹脂組成物の硬化物のボイド占有率が、０．１０以下である。
（Ａ）サンプル作製条件
１７５℃、１ＭＰａ、１２０秒の条件で粒子状封止用樹脂組成物を圧縮成形し、２３４ｍｍ×７１ｍｍ、厚さ５００μｍの平板状のサンプルを得る。
（Ｂ）評価条件
上記（Ａ）で得られたサンプルの平板面の超音波映像装置（Scanning Acoustic Tomograph：ＳＡＴ）画像を取得し、得られた画像を以下の条件で２値化する。
（ＳＡＴ画像取得方法）
以下の装置および条件にてＳＡＴ画像を得る。
装置：ＦｉｎｅＳＡＴIII、日立パワーソリューションズ社製
条件：プローブ周波数２５ＭＨｚ、反射法
（２値化方法）
（１）Ｐｏｐ Ｉｍａｇｉｎｇ（デジタル・ビーイング・キッズ社製）を起動し、スキャンしたファイルを開く。
（２）上記（Ａ）で得られたサンプルの平板面部分を５８０＊１７５のピクセルサイズの長方形となるように選択し、選択した範囲の画像を切り抜く。
（３）上記（２）で得られた画像を２値化処理する。閾値色を白黒とし、２５６階調の１５０を閾値として、それ以下を黒とする。
（４）２値化後の黒色部位の割合をボイド占有率とする。
本発明者は、エポキシ樹脂および無機充填材を含む粒子状封止用樹脂組成物を用いて条件（Ａ）にて得られる硬化物のサンプルについて、条件（Ｂ）によって得られるボイド占有率を特定の範囲とすることにより、封止材を低圧成形条件で得ようとする場合であっても、ボイドや未充填等の成形不具合を効果的に抑制することができることを新たに見出した。
すなわち、本実施形態における粒子状封止用樹脂組成物により形成される封止材は、低圧成形における成形性に優れるものである。
本実施形態において、粒子状封止用樹脂組成物の硬化物のボイド占有率は、低圧成形における不具合の発生を抑制する観点から、０．１０以下であり、好ましくは０．０８以下、さらに好ましくは０．０５以下である。
また、上記ボイド占有率は、０または０より大きく、たとえば０．００以上であればよいが、封止材の製造安定性を高める観点から、たとえば０．００１以上、または、たとえば０．０１以上であってもよい。
本実施形態において、ボイド占有率は、粒子状封止樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂および他の成分の選択；組成物に含まれる成分の混練条件等の粒子状封止樹脂組成物の製造条件；粒子上封止樹脂組成物の大きさ等を適切に選択することによって上述した特定の範囲内に調整することができる。これらの選択により、樹脂の融け性を最適化するとともに、樹脂の撒きムラを低減し、低圧成形条件下でもボイドや未充填等の成形不具合が抑制された封止樹脂を実現することができる。
以下、本実施形態における粒子状封止用樹脂組成物および半導体装置について詳細に説明する。なお、以下において、「粒子状封止用樹脂組成物」を単に「封止用樹脂組成物」とも呼ぶ。
（封止用樹脂組成物）
本実施形態において、封止用樹脂組成物は、基材上に搭載された半導体素子を封止する封止材を形成するために用いられる。封止用樹脂組成物を用いた封止成形は、好ましくは圧縮成形法によりおこなうことができる。
封止用樹脂組成物は粒子状であり、具体的には、粉粒体のものが挙げられる。ここで、封止用樹脂組成物が粉粒体であるとは、粉末状または顆粒状のいずれかである場合を指す。
基材は、たとえば、インターポーザ等の配線基板、またはリードフレームである。また、半導体素子は、ワイヤボンディングまたはフリップチップ接続等により、基材に電気的に接続される。
封止用樹脂組成物を用いた封止成形により半導体素子を封止して得られる半導体装置としては、限定されないが、たとえば、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＳＯＰ（Small Outline Package）、ＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＣＳＰ（Chip Size Package）、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）、ＳＯＮ（Small Outline Non-leaded Package）、ＬＦ−ＢＧＡ（Lead Flame BGA）、Ｆａｎ−Ｏｕｔ型パッケージ等が挙げられる。また、ＭＥＭＳ中空パッケージ等、半導体装置は中空パッケージであってもよい。
また、上記半導体素子としては、たとえば、集積回路、大規模集積回路、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード、固体撮像素子等が挙げられるが、これらに限定されない。なお、本実施形態において、封止用樹脂組成物の封止対象となる半導体素子は、具体的には、受光素子および発光素子（発光ダイオード等）等の光半導体素子を除く、いわゆる、光の入出を伴わない素子をいう。
本実施形態において、封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂および無機充填材を含む。以下、封止用樹脂組成物の構成成分について説明する。
（エポキシ樹脂）
本実施形態において、エポキシ樹脂としては、たとえば、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂；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、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂；スチルベン型エポキシ樹脂；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等のノボラック型エポキシ樹脂；ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂；フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂等のアラルキル型エポキシ樹脂；ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシナフタレンの２量体をグリシジルエーテル化して得られるエポキシ樹脂等のナフトール型エポキシ樹脂；トリグリシジルイソシアヌレート、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート等のトリアジン核含有エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂等の有橋環状炭化水素化合物変性フェノール型エポキシ樹脂；トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェニルメタン型エポキシ樹脂等の多官能エポキシ樹脂から選択される１種または２種以上を含むことができる。
エポキシ樹脂は、耐燃性、耐湿性、電気特性、硬化性、および保存安定性等についてのバランスを向上させる観点から、好ましくはビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂；トリフェニルメタン型エポキシ樹脂；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、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂およびビフェニルノボラック型エポキシ樹脂；フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂等のアラルキル型エポキシ樹脂からなる群から選択される１種または２種以上を含み、より好ましくはビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂およびトリフェニルメタン型エポキシ樹脂からなる群から選択される１種または２種以上を含む。
封止用樹脂組成物中のエポキシ樹脂の含有量は、成形時において十分な流動性を実現し、充填性や成形性の向上を図る観点から、封止用樹脂組成物全体を１００質量％としたとき、好ましくは２質量％以上であり、より好ましくは３質量％以上、さらに好ましくは４質量％以上である。
また、封止用樹脂組成物を用いて形成される封止材を備える半導体装置について、耐湿信頼性や耐リフロー性を向上させる観点から、封止用樹脂組成物中のエポキシ樹脂の含有量は、封止用樹脂組成物全体を１００質量％としたとき、好ましくは４０質量％以下であり、より好ましくは３０質量％以下、さらに好ましくは１５質量％以下である。
（無機充填材）
本実施形態において、無機充填材としては、一般的に半導体封止用樹脂組成物に使用されているものを用いることができる。無機充填材の具体例として、溶融シリカ、結晶シリカ等のシリカ；アルミナ；タルク；酸化チタン；窒化珪素；窒化アルミニウムが挙げられる。これらの無機充填材は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
これらの中でも、汎用性に優れている観点から、無機充填材がシリカを含むことが好ましく、溶融シリカを用いることがより好ましい。また、シリカの形状は好ましくは球状である。
シリカの平均粒径Ｄ50は、封止用樹脂組成物の流動性を高める観点から、たとえば１μｍ以上であり、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上である。また、封止用樹脂組成物の溶け性を向上させる観点から、無機充填材の平均粒径Ｄ50は、好ましくは７５μｍ以下であり、より好ましくは５５μｍ以下、さらに好ましくは４５μｍ以下である。
ここで、なお、無機充填材の平均粒径Ｄ50は、市販のレーザー式粒度分布計（たとえば、島津製作所社製 ＳＡＬＤ−７０００）で測定したときの平均粒径（体積平均径）である。
封止用樹脂組成物中の無機充填材の含有量は、封止用樹脂組成物を用いて形成される封止材の低吸湿性および低熱膨張性を向上させ、得られる半導体装置の耐湿信頼性や耐リフロー性をより効果的に向上させる観点から、封止用樹脂組成物全体を１００質量％としたとき、好ましくは５０質量％以上であり、より好ましくは７０質量％以上、さらに好ましくは８０質量％以上である。
また、封止用樹脂組成物の成形時における流動性や充填性をより効果的に向上させる観点から、封止用樹脂組成物中の無機充填材全体の含有量は、封止用樹脂組成物全体を１００質量％としたとき、好ましくは９５質量％以下であり、より好ましくは９３質量％以下、さらに好ましくは９０質量％以下である。
本実施形態において、封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂および無機充填材以外の成分を含んでもよい。
たとえば、封止用樹脂組成物は、硬化剤またはカップリング剤をさらに含んでもよく、好ましくはこれらの両者を含む。
（硬化剤）
硬化剤は、たとえば重付加型の硬化剤、触媒型の硬化剤、および縮合型の硬化剤の３タイプに大別することができ、これらの１種または２種以上を用いることができる。
重付加型の硬化剤としては、たとえばジエチレントリアミン（ＤＥＴＡ）、トリエチレンテトラミン（ＴＥＴＡ）、メタキシレリレンジアミン（ＭＸＤＡ）などの脂肪族ポリアミン、ジアミノジフェニルメタン（ＤＤＭ）、ｍ−フェニレンジアミン（ＭＰＤＡ）、ジアミノジフェニルスルホン（ＤＤＳ）などの芳香族ポリアミンのほか、ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）、有機酸ジヒドララジドなどを含むポリアミン化合物；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；ノボラック型フェノール樹脂、ポリビニルフェノールなどのフェノール樹脂系硬化剤；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などが挙げられる。
触媒型の硬化剤としては、たとえばベンジルジメチルアミン（ＢＤＭＡ）、２，４，６−トリスジメチルアミノメチルフェノール（ＤＭＰ−３０）などの３級アミン化合物；２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール（ＥＭＩ２４）などのイミダゾール化合物；ＢＦ3錯体などのルイス酸などが挙げられる。
縮合型の硬化剤としては、たとえばフェノール樹脂；メチロール基含有尿素樹脂のような尿素樹脂；メチロール基含有メラミン樹脂のようなメラミン樹脂などが挙げられる。
これらの中でも、耐燃性、耐湿性、電気特性、硬化性、および保存安定性等についてのバランスを向上させる観点から、フェノール樹脂系硬化剤が好ましい。フェノール樹脂系硬化剤としては、一分子内にフェノール性水酸基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を用いることができ、その分子量、分子構造は限定されない。
硬化剤に用いられるフェノール樹脂系硬化剤としては、たとえばビフェニルアラルキ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、ビスフェノールノボラック等のノボラック型フェノール樹脂；ポリビニルフェノール；フェノール・ヒドロキシベンズアルデヒド樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂、ホルムアルデヒドで変性したトリフェニルメタン型フェノール樹脂等の変性トリフェニルメタン型フェノール樹脂等の多官能型フェノール樹脂；テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等の変性フェノール樹脂；フェニレン骨格およびビフェニレン骨格の１種以上を有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレンおよびビフェニレン骨格の１種以上を有するナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型フェノール樹脂；ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のビスフェノール化合物等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。これらの中でも、耐熱性および充填性を向上させる観点からは、フェノール・ヒドロキシベンズアルデヒド樹脂等の多官能型フェノール樹脂を用いることがより好ましい。また、ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂およびホルムアルデヒドで変性したトリフェニルメタン型フェノール樹脂からなる群から選択される１種以上を用いることも好ましい。
本実施形態において、封止用樹脂組成物中の硬化剤の含有量は、成形時において、優れた流動性を実現し、充填性や成形性の向上を図る観点から、封止用樹脂組成物全体に対して好ましくは１質量％以上であり、より好ましくは２質量％以上、さらに好ましくは３質量％以上である。
また、封止用樹脂組成物の硬化物を封止材とする半導体装置について、耐湿信頼性や耐リフロー性を向上させる観点から、封止用樹脂組成物中の硬化剤の含有量は、封止用樹脂組成物全体に対して好ましくは２５質量％以下であり、より好ましくは１５質量％以下、さらに好ましくは１０質量％以下である。
（カップリング剤）
カップリング剤は、たとえば、エポキシシラン、メルカプトシラン、フェニルアミノシラン等のアミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン、メタクリルシラン等の各種シラン系化合物、チタン系化合物、アルミニウムキレート類、アルミニウム／ジルコニウム系化合物等の公知のカップリング剤から選択される１種類または２種類以上を含むことができる。
これらの中でも、ボイドや未充填等の成形不具合を効果的に抑制する観点から、カップリング剤は、好ましくはアミノシランを含み、より好ましくは２級アミノシランを含み、さらに好ましくはＮ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシランを含む。また、同様の観点から、カップリング剤が、アミノシランおよびメルカプトシランを含むことも好ましい。
封止用樹脂組成物中のカップリング剤の含有量は、ボイドや未充填等の成形不具合を効果的に抑制する観点から、封止用樹脂組成物全体に対して好ましくは０．０１質量％以上であり、より好ましくは０．１質量％以上であり、また、好ましくは２質量％以下であり、より好ましくは１質量％以下である。
また、封止用樹脂組成物には、上述した成分以外の成分を含んでもよく、たとえば硬化促進剤、流動性付与剤、離型剤、イオン捕捉剤、低応力成分、難燃剤、着色剤、酸化防止剤等の各種添加剤のうち１種以上を適宜配合することができる。
封止用樹脂組成物中のこれら各成分の含有量は、封止用樹脂組成物全体に対して、それぞれ、０．０１〜２質量％程度とすることができる。
このうち、硬化促進剤は、たとえば、有機ホスフィン、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物等のリン原子含有化合物；１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７、ベンジルジメチルアミン、２−メチルイミダゾール等が例示されるアミジンや３級アミン、上記アミジンやアミンの４級塩等の窒素原子含有化合物から選択される１種類または２種類以上を含むことができる。これらの中でも、硬化性を向上させる観点からはリン原子含有化合物を含むことがより好ましい。また、成形性と硬化性のバランスを向上させる観点からは、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物等の潜伏性を有するものを含むことがより好ましい。
流動性付与剤の具体例として、２，３−ジヒドロキシナフタレンが挙げられる。
離型剤は、たとえばカルナバワックス等の天然ワックス、モンタン酸エステルワックス等の合成ワックス、ステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸およびその金属塩類、ならびにパラフィンから選択される１種類または２種類以上を含むことができる。
イオン捕捉剤の具体例として、ハイドロタルサイトが挙げられる。
低応力成分の具体例として、シリコーンオイル、シリコーンゴムが挙げられる。
難燃剤の具体例として、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ホウ酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、ホスファゼンが挙げられる。
着色剤の具体例として、カーボンブラック、ベンガラが挙げられる。
酸化防止剤の具体例として、ヒンダードフェノール系化合物、ヒンダードアミン系化合物、チオエーテル系化合物が挙げられる。
（封止用樹脂組成物の製造方法）
次に、封止用樹脂組成物の製造方法を説明する。
本実施形態において、封止用樹脂組成物は、たとえば、上述した各成分を、公知の手段で混合し、さらにロール、ニーダーまたは押出機等の混練機で溶融混練し、冷却した後に粉砕する方法により得ることができる。また得られた封止用樹脂組成物について、適宜分散度や流動性等を調整してもよい。
そして、本実施形態においては、封止用樹脂組成物に含まれる成分、混合条件および封止用樹脂組成物の大きさを調整することにより、条件（Ａ）および（Ｂ）によって得られる硬化物のボイド占有率が上述した特定の範囲にある封止用樹脂組成物を得ることができる。
具体的には、樹脂の融け性を最適化するとともに樹脂の撒きムラを低減する観点から、成分の混合をたとえば二軸混練によりおこない、その際の材料吐出温度をたとえば１１０℃程度の比較的高い温度とするとともに、溶融混練された樹脂組成物の顆粒サイズを比較的小さくする。たとえば、遠心製粉法により顆粒状の樹脂組成物を得る場合は、スクリーンサイズをたとえば０．９ｍｍ程度の比較的小さいサイズとする。また、さらに、顆粒状の樹脂組成物中の、粒径３μｍ以下の微粉の含有量を小さくすることも好ましい。
本実施形態において得られる封止用樹脂組成物は、硬化物のボイド占有率が特定の範囲にあるため、これを用いることにより、低圧成形条件下でもボイドや未充填等の封止材の成形不具合を抑制することができる。
本実施形態において得られる樹脂組成物のスパイラルフローは、低圧成形条件下における成形性を向上する観点から、好ましくは２００ｃｍ以上であり、より好ましくは２１０ｃｍ以上であり、また、好ましくは２５０ｃｍ以下であり、より好ましくは２３０ｃｍ以下である。スパイラルフローの測定方法については実施例の項で後述する。
また、本実施形態において得られる樹脂組成物の高化式粘度は、低圧成形条件下における成形性を向上する観点から、好ましくは２．０Ｐａ・ｓ以上であり、より好ましくは３．０Ｐａ・ｓ以上であり、また、好ましくは５．０Ｐａ・ｓ以上以下であり、より好ましくは４．０Ｐａ・ｓ以上以下である。高化式粘度の測定方法については実施例の項で後述する。
（半導体装置）
本実施形態における半導体装置は、上述した本実施形態における封止用樹脂組成物で半導体素子を封止してなる。
図１は、本実施形態における半導体装置の構成を示す断面図である。図１において、半導体装置１００は、基材１０と、基材１０上に搭載された半導体素子２０と、半導体素子２０を封止する封止材３０と、を備えた半導体パッケージである。図１においては、半導体装置１００がＢＧＡパッケージである場合が例示されている。この場合、基材１０のうち半導体素子２０を搭載する表面とは反対側の裏面には、複数の半田ボール５０が設けられる。
半導体素子２０は、ボンディングワイヤ４０を介して基材１０へ電気的に接続される。一方で、半導体素子２０は、基材１０上にフリップチップ実装されていてもよい。基材１０および半導体素子２０としては、たとえば封止用樹脂組成物の項で前述のものが挙げられる。
本実施形態において、封止材３０は、上述の封止用樹脂組成物の硬化物により構成される。このため、低圧成形条件下でもボイドや未充填等の不具合が抑制された半導体装置を得ることができる。封止材３０は、たとえば、封止用樹脂組成物を圧縮成形法等の方法を用いて封止成形することにより形成される。
次に、半導体装置１００の製造方法を説明する。
本実施形態において、半導体装置１００の製造方法は、たとえば、圧縮成形法により、粒子状封止用樹脂組成物で半導体素子を封止する工程を含む。
ここで、粒子状封止用樹脂組成物は、前述した本実施形態における粒子状封止用樹脂組成物である。
また、半導体素子を封止する工程における封止圧力は、低圧封止とする観点から、たとえば０ＭＰａを超え、さらに具体的には０．１ＭＰａ以上であってもよく、また、たとえば３ＭＰａ以下であり、好ましくは２ＭＰａ以下、より好ましくは１．５ＭＰａ以下、さらに好ましくは１．２ＭＰａ以下、さらにより好ましくは１ＭＰａ以下である。
次に、構造体１０２について説明する。
図２は、本実施形態に係る構造体１０２の一例を示す断面図である。構造体１０２は、たとえばＭＡＰ（Mold Array Package）成形により形成された成形品である。このため、構造体１０２を半導体素子２０毎に個片化することにより、複数の半導体パッケージが得られることとなる。
構造体１０２は、基材１０と、複数の半導体素子２０と、封止材３０と、を備えている。複数の半導体素子２０は、基材１０上に配列されている。図２においては、各半導体素子２０が、ボンディングワイヤ４０を介して基材１０に電気的に接続される場合が例示されている。しかしながら、これに限られず、各半導体素子２０は、基材１０に対してフリップチップ実装されていてもよい。なお、基材１０および半導体素子２０には、半導体装置１００において例示したものと同様のものを用いることができる。
封止材３０は、複数の半導体素子２０を封止している。封止材３０は、上述した封止用樹脂組成物の硬化物により構成される。本実施形態においては、低圧成形条件下でもボイドや未充填等の成形不具合が抑制されるため、たとえば封止材３０の充填特性に優れる構造体１０２およびこれを個片化して得られる半導体装置を得ることができる。封止材３０は、たとえば、封止用樹脂組成物を圧縮成形法等の方法を用いて封止成形することにより形成される。
以上、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、本実施形態を、実施例・比較例を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態は、これらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。
（実施例１〜５、比較例１〜３）
（封止用樹脂組成物の調製）
各実施例および比較例のそれぞれについて、以下のように封止用樹脂組成物を調製した。
まず、表１に示す各成分をミキサーにより混合した。次いで、得られた混合物を、直径６５ｍｍのシリンダー内径を持つ同方向回転二軸押出機にてスクリュー回転数３０ｒｐｍ、１１０℃の樹脂温度で溶融混練した。次に、直径２０ｃｍの回転子の上方より溶融混練された樹脂組成物を２ｋｇ／ｈｒの割合で供給し、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０．９ｍｍ）を通過させた。その後、冷却することで顆粒状の封止用エポキシ樹脂組成物を得た。得られた組成物のボイド占有率を後述の方法で測定した。
表１中の各成分の詳細は下記のとおりである。また、表１中に示す各成分の配合割合は、樹脂組成物全体に対する配合割合（質量部）を示している。
（エポキシ樹脂）
エポキシ樹脂１：ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂（日本化薬社製、ＮＣ３０００Ｌ）
エポキシ樹脂２：ビフェニル型エポキシ樹脂（三菱化学社製、ＹＸ４０００Ｋ）
エポキシ樹脂３：トリフェニルメタン型エポキシ樹脂とビフェニル型エポキシ樹脂の混合物（三菱化学社製、ＹＬ６６７７）
（硬化剤）
硬化剤１：ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂（日本化薬社製、ＧＰＨ−６５）
硬化剤２：ホルムアルデヒドで変性したトリフェニルメタン型フェノール樹脂（エア・ウォーター社製、ＨＥ９１０−２０）
（無機充填材）
無機充填材１：溶融球状シリカ（龍森社製、ＭＳＲ−ＳＣ３−ＴＳ、Ｄ50＝１７．０±３．０μｍ）
無機充填材２：溶融球状シリカ（アドマテックス社製、ＳＣ−２５００−ＳＱ、Ｄ50＝０．５±０．１μｍ）
無機充填材３：溶融球状シリカ（アドマテックス社製、ＳＣ−５５００−ＳＱ、Ｄ50＝１．１±０．３μｍ）
（硬化促進剤）
硬化促進剤１：トリフェニルホスフィンとｐ−ベンゾキノンとの付加物（ケイ・アイ化成社製、ＴＰＰ−ＢＱ）
（流動性付与剤）
流動性付与剤１：２，３−ジヒドロキシナフタレン（エア・ウォーター社製、２，３−ＤＯＮ）
（カップリング剤）
カップリング剤１：Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン（東レ・ダウコーニング社製、ＣＦ−４０８３）
カップリング剤２：３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン（チッソ社製、Ｓ８１０）
（離型剤）
離型剤１：モンタン酸エステルワックス（クラリアント・ジャパン社製、リコルブ ＷＥ ４）
（イオン捕捉剤）
イオン捕捉剤１：ハイドロタルサイト（協和化学工業社製、ＤＨＴ−４Ｈ）
（着色剤）
着色剤１：カーボンブラック（三菱化学社製、ＭＡ−６００）
（シリコーン）
シリコーン１：下記式（８）で表されるエポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂）［ジャバンエポキシレジン社製、ｊＥＲ（登録商標）ＹＬ６８１０、軟化点４５℃、エポキシ当量１７２］６６．１重量部を１４０℃で加温溶融し、下記式（７）で示されるオルガノポリシロキサン３３．１重量部およびトリフェニルホスフィン０．８重量部を添加して、３０分間溶融混合して得られた溶融反応物
Figure 2019189142
Figure 2019189142
（上記式（７）中、ｎ７の平均値は７．５である。）
シリコーン２：ポリエーテル変性シリコーンオイル（東レ・ダウコーニング社製、ＦＺ−３７３０）
（ボイド占有率）
（Ａ）サンプル作製条件
１７５℃、１ＭＰａ、１２０秒の条件で各例の粒子状封止用樹脂組成物を圧縮成形し、２３４ｍｍ×７１ｍｍ、厚さ５００μｍの平板状のサンプルを得た。
（Ｂ）評価条件
上記（Ａ）で得られたサンプルの平板面の超音波映像装置（Scanning Acoustic Tomograph：ＳＡＴ）画像を取得し、得られた画像を以下の条件で２値化した。
（ＳＡＴ画像取得方法）
以下の装置および条件にてＳＡＴ画像を得た。
装置：ＦｉｎｅＳＡＴIII、日立パワーソリューションズ社製
条件：プローブ周波数２５ＭＨｚ、反射法
（２値化方法）
（１）Ｐｏｐ Ｉｍａｇｉｎｇ（デジタル・ビーイング・キッズ社製）を起動し、スキャンしたファイルを開いた。
（２）サンプルの平板面部分を５８０＊１７５のピクセルサイズの長方形となるように選択し、選択した範囲の画像を切り抜いた。
（３）上記（２）で得られた画像を２値化処理した。閾値色を白黒とし、２５６階調の１５０を閾値として、それ以下を黒とした。
（４）２値化後の黒色部位の割合をボイドの占有面積すなわちボイド占有率とした。
（評価方法）
（スパイラルフロー）
低圧トランスファー成形機（コータキ精機社製、「ＫＴＳ−３０」）を用いて、ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型に、金型温度２００℃、注入圧力６．９ＭＰａ、保圧時間１２０秒間の条件で、各例の樹脂組成物を注入、硬化させ、スパイラルフローを測定した。スパイラルフローの単位はｃｍである。
（高化式粘度）
高化式フローテスタ（島津製作所社製、ＣＦＴ−５００Ｃ）を用いて、温度１７５℃、荷重４０ｋｇｆ（ピストン面積１ｃｍ2）、ダイ穴直径０．５０ｍｍ、ダイ長さ１．００ｍｍの試験条件で高化式粘度を測定した。なお、高化式粘度の単位は、Ｐａ・ｓである。
（充填性）
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、厚み０．１ｍｍ、幅７７．５ｍｍ、長さ２４０ｍｍの回路基板上に、厚み０．１５ｍｍ、４ｍｍ角の半導体素子を銀ペーストにて接着したもの１２個を、半導体素子を搭載した面が下向きになるようにして、基板固定手段により上型に固定した。次いで、各例の樹脂組成物からなる樹脂粒状体を下型キャビティ内に供給したのち、キャビティ内を減圧にしながら、圧縮成形機（ＴＯＷＡ株式会社製）により、１９２個の半導体素子をパネル成形し、成形品を得た。この際の成形条件は、金型温度１７５℃、成形圧力２．０ＭＰａ、硬化時間１２０秒で行った。得られた成形品を個片化せず、そのまま、超音波探傷装置（日立パワーソリューションズ社製、ＦｉｎｅＳＡＴIII）を用いて充填性を評価した。模擬素子の周辺において未充填、ボイド、剥離等の充填不良が起きている面積を測定し、積層板の面積全体に対する充填不良が起きている面積の割合から、充填不良面積（％）を算出した。
Figure 2019189142
表１に示したように、実施例１〜５では、いずれも、ボイド占有率が充分に小さく、低圧成形条件下における充填不良の発生が抑制された封止樹脂を実現することができた。
この出願は、２０１８年３月２９日に出願された日本出願特願２０１８−０６４８６６号を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。

Claims (6)

  1. エポキシ樹脂および無機充填材を含む、粒子状封止用樹脂組成物であって、
    以下の条件（Ａ）および（Ｂ）によって得られる、当該粒子状封止用樹脂組成物の硬化物のボイド占有率が、０．１０以下である、粒子状封止用樹脂組成物。
    （Ａ）サンプル作製条件
    １７５℃、１ＭＰａ、１２０秒の条件で前記粒子状封止用樹脂組成物を圧縮成形し、２３４ｍｍ×７１ｍｍ、厚さ５００μｍの平板状のサンプルを得る。
    （Ｂ）評価条件
    前記サンプルの平板面の超音波映像装置（Scanning Acoustic Tomograph：ＳＡＴ）画像を取得し、得られた画像を以下の条件で２値化する。
    （ＳＡＴ画像取得方法）
    以下の装置および条件にてＳＡＴ画像を得る。
    装置：ＦｉｎｅＳＡＴIII、日立パワーソリューションズ社製
    条件：プローブ周波数２５ＭＨｚ、反射法
    （２値化方法）
    （１）Ｐｏｐ Ｉｍａｇｉｎｇ（デジタル・ビーイング・キッズ社製）を起動し、スキャンしたファイルを開く。
    （２）前記サンプルの平板面部分を５８０＊１７５のピクセルサイズの長方形となるように選択し、選択した範囲の画像を切り抜く。
    （３）上記（２）で得られた画像を２値化処理する。閾値色を白黒とし、２５６階調の１５０を閾値として、それ以下を黒とする。
    （４）２値化後の黒色部位の割合を前記ボイド占有率とする。
  2. 前記エポキシ樹脂が、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂およびトリフェニルメタン型エポキシ樹脂からなる群から選択される１種または２種以上を含む、請求項１に記載の粒子状封止用樹脂組成物。
  3. 前記無機充填材がシリカを含む、請求項１または２に記載の粒子状封止用樹脂組成物。
  4. 前記シリカの平均粒径Ｄ50が、５μｍ以上７５μｍ以下である、請求項３に記載の粒子状封止用樹脂組成物。
  5. 請求項１乃至４いずれか１項に記載の粒子状封止用樹脂組成物で半導体素子を封止してなる、半導体装置。
  6. 圧縮成形法により、粒子状封止用樹脂組成物で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であって、
    前記粒子状封止用樹脂組成物が、請求項１乃至４いずれか１項に記載の粒子状封止用樹脂組成物であり、
    半導体素子を封止する前記工程における封止圧力が、０ＭＰａを超え２ＭＰａ以下である、半導体装置の製造方法。
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