KR20170129779A - 압축 성형용 몰드 언더필 재료, 반도체 패키지, 구조체 및 반도체 패키지의 제조 방법 - Google Patents

압축 성형용 몰드 언더필 재료, 반도체 패키지, 구조체 및 반도체 패키지의 제조 방법 Download PDF

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KR20170129779A
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Abstract

기판 상에 배치된 반도체 소자를 봉지함과 함께, 상기 기판과 상기 반도체 소자의 사이의 간극에 충전되는 압축 성형용 몰드 언더필 재료로서, 에폭시 수지 (A)와, 경화제 (B)와, 무기 충전제 (C)를 포함하고, 분립체이며, 큐라스토미터를 이용하여 금형 온도 175℃의 조건하에서 측정했을 때에, 측정 개시부터 최대 토크의 5%에 도달할 때까지의 시간 T(5)가, 25초 이상 100초 이하이다.

Description

압축 성형용 몰드 언더필 재료, 반도체 패키지, 구조체 및 반도체 패키지의 제조 방법
본 발명은 압축 성형용 몰드 언더필 재료, 반도체 패키지, 구조체 및 반도체 패키지의 제조 방법에 관한 것이다.
기판 상에 반도체 소자를 실장하여 이루어지는 반도체 패키지에 있어서는, 기판과 반도체 소자의 사이의 간극의 충전과, 반도체 소자의 봉지(封止)를 일괄하여 행하는 몰드 언더필 재료가 이용되는 경우가 있다. 몰드 언더필 재료에 관한 기술로서는, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 것을 들 수 있다.
특허문헌 1은, 몰드 언더필재용 에폭시 수지 조성물에 관한 기술이다. 구체적으로는, 에폭시 수지와, 경화제와, 무기 충전제와, 경화 촉진제를 포함하는 비액상의 에폭시 수지 조성물이 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2011-132268호
기판과 반도체 소자의 사이의 간극의 충전과, 반도체 소자의 봉지를, 몰드 언더필 재료를 이용하여 일괄하여 행하는 경우, 상기 간극에 있어서의 충전성이 충분히 얻어지지 않는 경우가 있었다. 이로 인하여, 충전성이 우수한 몰드 언더필 재료가 요구되고 있다.
본 발명에 의하면,
기판 상에 배치된 반도체 소자를 봉지함과 함께, 상기 기판과 상기 반도체 소자의 사이의 간극에 충전되는 압축 성형용 몰드 언더필 재료로서,
에폭시 수지 (A)와,
경화제 (B)와,
무기 충전제 (C)를 포함하고,
분립체이며,
큐라스토미터를 이용하여 금형 온도 175℃의 조건하에서 측정했을 때에, 측정 개시부터 최대 토크의 5%에 도달할 때까지의 시간 T(5)가, 25초 이상 100초 이하인 압축 성형용 몰드 언더필 재료가 제공된다.
본 발명에 의하면, 상술한 압축 성형용 몰드 언더필 재료를 이용하여, 기판 상에 배치된 반도체 소자를 봉지함과 함께, 상기 기판과 상기 반도체 소자의 사이의 간극을 충전함으로써 얻어지는 반도체 패키지가 제공된다.
본 발명에 의하면, 상술한 압축 성형용 몰드 언더필 재료를 이용하여, 기판 상에 배치된 복수의 반도체 소자를 봉지함과 함께, 상기 기판과 각 상기 반도체 소자의 사이의 간극을 충전함으로써 얻어지는 구조체가 제공된다.
본 발명에 의하면,
기판 상에, 범프를 개재하여 반도체 소자를 배치하는 공정과,
압축 성형법을 이용하여, 상기 압축 성형용 몰드 언더필 재료에 의하여, 상기 반도체 소자를 봉지함과 함께 상기 기판과 상기 반도체 소자의 사이의 간극을 충전하는 공정을 포함하는 반도체 패키지의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 충전성이 우수한 몰드 언더필 재료를 실현할 수 있다.
상술한 목적, 및 그 외의 목적, 특징 및 이점은, 이하에 설명하는 적합한 실시형태, 및 거기에 부수하는 이하의 도면에 의하여 더 명확해진다.
도 1은 본 실시형태에 관한 반도체 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 실시형태에 관한 구조체를 나타내는 단면도이다.
이하, 실시형태에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 모든 도면에 있어서, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여, 적절히 설명을 생략한다.
(제1 실시형태)
본 실시형태에 관한 몰드 언더필 재료는, 기판 상에 배치된 반도체 소자를 봉지함과 함께, 기판과 반도체 소자의 사이의 간극에 충전되는 압축 성형용 몰드 언더필 재료이다. 압축 성형용 몰드 언더필 재료는, 에폭시 수지 (A)와, 경화제 (B)와, 무기 충전제 (C)를 포함한다. 또, 압축 성형용 몰드 언더필 재료는 분립체이다. 또한, 압축 성형용 몰드 언더필 재료는, 큐라스토미터를 이용하여 금형 온도 175℃의 조건하에서 측정했을 때에, 측정 개시부터 최대 토크의 5%에 도달할 때까지의 시간 T(5)가, 25초 이상 100초 이하이다.
몰드 언더필 재료를 이용한 반도체 소자의 봉지와 반도체 소자 아래에 위치하는 간극의 충전은, 예를 들면 트랜스퍼 성형법에 의하여 행하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이 경우, 상기 간극에 대하여 안정적으로 우수한 충전성을 얻는 것이 곤란해지는 경우가 있었다. 이것은, 특히 대면적의 MAP 성형과 같은 경우에 있어서 현저했다. 본 발명자는, 이와 같은 사정을 감안하여, 압축 성형법을 이용하여 몰드 언더필 재료의 봉지 성형을 행하는 것을 검토했다. 그러나, 이와 같은 경우에 있어서도, 기판과 반도체 소자의 사이의 간극에 대한, 보다 우수한 충전성이 요구되었다.
본 발명자는, 몰드 언더필 재료에 대하여, 큐라스토미터에 의하여 측정되는 경화 특성을 제어함으로써, 반도체 소자의 봉지와 반도체 소자 아래에 위치하는 간극의 충전을 압축 성형법에 의하여 일괄하여 행할 때에 있어서의 충전성을 향상시킬 수 있는 것을 새롭게 발견했다. 본 실시형태는, 이와 같은 발견에 근거하여, 큐라스토미터를 이용하여 금형 온도 175℃의 조건하에서 측정했을 때의, 측정 개시부터 최대 토크의 5%에 도달할 때까지의 시간 T(5)가, 25초 이상 100초 이하인 압축 성형용 몰드 언더필 재료를 제공하는 것이다. 이로써, 충전성이 우수한 몰드 언더필 재료를 실현하는 것이 가능하게 된다.
이하, 본 실시형태에 관한 압축 성형용 몰드 언더필 재료, 반도체 패키지(100), 및 구조체(102)에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 압축 성형용 몰드 언더필 재료에 대하여 설명한다.
압축 성형용 몰드 언더필 재료는, 기판 상에 배치된 반도체 소자를 봉지함과 함께, 기판과 반도체 소자의 사이의 간극에 충전된다. 반도체 소자의 봉지, 및 기판과 반도체 소자의 사이의 간극에 대한 충전은, 압축 성형법을 이용하여 일괄하여 행해진다. 이로써, 충전성이나 회분(灰分) 균일성이 우수한 몰드 언더필 재료의 성형을 행할 수 있다. 이와 같은 효과는, 예를 들면 MAP 성형 등의 대면적의 봉지 성형에 있어서, 특히 현저하게 얻어지는 것이다.
기판은, 예를 들면 인터포저 등의 배선 기판이다. 또, 반도체 소자는, 예를 들면 기판에 대하여 플립 칩 실장된다. 압축 성형용 몰드 언더필 재료를 이용한 봉지 및 충전에 의하여 형성되는 것은, 예를 들면 BGA(Ball Grid Array)나 CSP(Chip Size Package) 등의 반도체 패키지이며, 최근 이들 패키지의 성형에 많이 적용되는 MAP(Mold Array Package) 성형에 의하여 형성되는 구조체에도 관한 것이다.
압축 성형용 몰드 언더필 재료는 분립체이다. 이로써, 압축 성형법을 이용하여, 충전성이나 회분 균일성이 우수한 몰드 언더필 재료의 성형을 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 압축 성형용 몰드 언더필 재료가 분립체라는 것은, 분말상 또는 과립상 중 어느 하나인 경우를 가리킨다. 본 실시형태에 관한 압축 성형용 몰드 언더필 재료는, 예를 들면 과립상으로 할 수 있다.
또한, 분립체인 본 실시형태의 압축 성형용 몰드 언더필 재료를 이용한 압축 성형에 의하면, 분립체가 아닌 태블릿상인 몰드 언더필 재료를 이용한 트랜스퍼 성형과 비교하여, 우수한 충전성 및 회분 균일성을 실현할 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 압축 성형용 몰드 언더필 재료는, JIS 표준 체를 이용하여 체가름에 의하여 측정한 입도 분포에 있어서, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 전체에 대한 입경 106μm 미만의 미분(微粉)의 비율이, 5중량% 이하인 것이 바람직하고, 3중량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 입경 106μm 미만의 미분의 비율을 상기 상한값 이하로 함으로써, 금형 상에 분산되었을 때에 분립체인 재료가 덩어리 형상물이 되어버리지 않고 균일하게 용융되어, 부분 겔이나 경화 불균일을 억제할 수 있다. 이로 인하여, 압축 성형 시에 있어서의 회분 균일성이나 성형성의 향상을 도모하는 것이 가능하게 된다.
또, 본 실시형태에 있어서의 압축 성형용 몰드 언더필 재료는, JIS 표준 체를 이용하여 체가름에 의하여 측정한 입도 분포에 있어서, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 전체에 대한 입경 2mm 이상의 조립(粗粒)의 비율이, 3중량% 이하인 것이 바람직하고, 2중량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 입경 2mm 이상의 조립의 비율을 상기 상한값 이하로 함으로써, 압축 성형 시에 있어서의 분산 불균일을 저감시켜, 경화 수지 두께의 균일성의 향상을 도모할 수 있다. 또, 금형 상에 분산되었을 때에 분립체인 재료가 덩어리 형상물이 되어버리지 않고 균일하게 용융하여, 부분 겔이나 경화 불균일을 억제하고, 압축 성형 시에 있어서의 회분 균일성이나 성형성의 향상을 도모하는 것도 가능하게 된다.
상술과 같은 압축 성형용 몰드 언더필 재료의 입도 분포를 측정하는 방법으로서는, 로탭형 체 진동기에 구비한 메시의 개구 2.00mm, 1.00mm 및 106μm의 JIS 표준 체를 이용하여, 이들 체를 20분간에 걸쳐 진동(해머 타수: 120회/분)시키면서 40g의 시료를 체에 통과시켜 분급하고, 분급 전의 전체 시료 중량에 대한, 2.00mm, 1.00mm의 체에 남는 입자의 비율(중량%), 및 106μm의 체를 통과하는 미분의 비율(중량%)을 구하는 방법을 일례로서 들 수 있다.
또한, 이 방법을 이용하는 경우, 애스펙트비가 높은 입자는, 각각의 체를 통과할 가능성이 있다. 이로 인하여, 상기 방법에 의한 입도 분포의 측정에 있어서는, 예를 들면 편의상, 상기 일정 조건에 의하여 분급한 각 성분의 중량%를, 각 성분에 해당하는 입경을 갖는 입자의, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 전체에 대한 비율로서 정의할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 압축 성형용 몰드 언더필 재료는, 큐라스토미터를 이용하여 금형 온도 175℃의 조건하에서 측정했을 때에, 측정 개시부터 최대 토크의 5%에 도달할 때까지의 시간 T(5)가, 25초 이상 100초 이하이다. 여기에서는, 예를 들면 측정 개시부터 300초에 있어서의 토크를, 최대 토크로서 정의할 수 있다.
시간 T(5)를 25초 이상으로 함으로써, 압축 성형에 있어서, 기판과 반도체 소자의 사이의 간극에 대한 충전성을 향상시킬 수 있다. 한편, 시간 T(5)를 100초 이하로 함으로써, 압축 성형에 있어서, 충분한 경화성을 실현할 수 있다. 이와 같이, 큐라스토미터에 의하여 측정되는 경화 특성을 제어함으로써, 압축 성형 시에 있어서의 충전성이나 경화성이 우수한 몰드 언더필 재료를 실현할 수 있다. 또, 충전성이나 경화성을 향상시키는 관점에서는, 시간 T(5)가, 30초 이상 90초 이하인 것이 보다 바람직하고, 충전성이나 회분 균일성의 추가적인 안정성을 고려하면 45초 이상 80초 이하인 것이 특히 바람직하다.
또한, 시간 T(5)는, 예를 들면 압축 성형용 몰드 언더필 재료에 포함되는 각 성분의 종류나 함유량, 압축 성형용 몰드 언더필 재료의 입도 분포 등을 각각 적절히 조정함으로써 제어하는 것이 가능하다. 본 실시형태에 있어서는, 예를 들면 경화제 (B)나 무기 충전제 (C)의 종류나 함유량을, 경화 촉진제 (D)나 커플링제 (E)를 포함하는 경우에는 이들 종류나 함유량을 조정하는 것을 들 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 압축 성형용 몰드 언더필 재료는, 고화식(高化式) 플로 테스터를 이용하여 측정되는 175℃에 있어서의 점도 η가, 예를 들면 3.5Pa·초 이상 15Pa·초 이하이다. 점도 η를 3.5Pa·초 이상으로 함으로써, 성형성이 우수한 압축 성형용 몰드 언더필 재료를 실현할 수 있다. 또, 점도 η를 15Pa·초 이하로 함으로써, 압축 성형에 있어서, 기판과 반도체 소자의 사이의 간극에 대한 충전성을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 성형성 및 충전성을 향상시키는 관점에서는, 점도 η가 3.5Pa·초 이상 10Pa·초 이하인 것이 보다 바람직하고, 4.0Pa·초 이상 10Pa·초 이하인 것이 특히 바람직하다.
또한, 점도 η는, 예를 들면 압축 성형용 몰드 언더필 재료에 포함되는 각 성분의 종류나 함유량, 압축 성형용 몰드 언더필 재료의 입도 분포 등을 각각 적절히 조정함으로써 제어하는 것이 가능하다.
본 실시형태에 있어서는, 예를 들면 고화식 플로 테스터를 이용하여, 온도 175℃, 하중 40kgf(피스톤 면적 1cm2), 다이 구멍 직경 0.50mm, 다이 길이 1.00mm의 시험 조건에서 측정되는, 용해된 압축 성형용 몰드 언더필 재료의 겉보기 점도를, 점도 η로 할 수 있다. 이 경우, 점도 η는, 예를 들면 이하의 계산식으로부터 산출할 수 있다. 계산식 중, Q는 단위시간당 흐르는 몰드 언더필 재료의 유량이다.
η=(4πDP/128LQ)×10-3(Pa·초)
η: 겉보기 점도
D: 다이 구멍 직경(mm)
P: 시험 압력(Pa)
L: 다이 길이(mm)
Q: 플로 레이트(cm3/초)
본 실시형태에 있어서는, 시간 T(5)/점도 η를 조정함으로써, 압축 성형용 몰드 언더필 재료의 충전성, 성형성, 유동성 및 경화성의 밸런스의 향상을 도모할 수 있다. 이들의 밸런스를 향상시키는 관점에서는, 시간 T(5)/점도 η가, 예를 들면 2Pa-1 이상 30Pa-1 이하인 것이 바람직하고, 4Pa-1 이상 25Pa-1 이하인 것이 보다 바람직하며, 5Pa-1 이상 20Pa-1 이하인 것이 특히 바람직하다. 시간 T(5)/점도 η를 상기 하한값 이상으로 함으로써, 유동성 및 충전성을 양호한 밸런스로 향상시킬 수 있다. 또, 시간 T(5)/점도 η를 상기 상한값 이하로 함으로써, 경화성이나 성형성의 저하를 확실히 억제하면서, 충전성의 향상을 도모하는 것이 가능하게 된다. 본 발명에서는, 특히 MAP 성형과 같은 대면적의 구조체에 있어서의, 반도체 소자와 기판의 사이의 약간의 공간에 대한 충전성과 균일 성형성을 양립한다는 종래에 없는 특성의 양립을 위하여, 시간 T(5)/점도 η의 값은 중요한 개념이 되는 것이다.
압축 성형용 몰드 언더필 재료는, 에폭시 수지 (A)와, 경화제 (B)와, 무기 충전제 (C)를 포함한다. 이로써, 압축 성형법을 이용하여, 압축 성형용 몰드 언더필 재료의 성형을 행하는 것이 가능하게 된다.
((A) 에폭시 수지)
에폭시 수지 (A)로서는, 1분자 내에 에폭시기를 2개 이상 갖는 모노머, 올리고머, 폴리머 전반을 이용할 수 있으며, 그 분자량이나 분자 구조는 특별히 한정되지 않는다.
본 실시형태에 있어서, 에폭시 수지 (A)로서는, 예를 들면 비페닐형 에폭시 수지; 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 테트라메틸 비스페놀 F형 에폭시 수지 등의 비스페놀형 에폭시 수지; 스틸벤형 에폭시 수지; 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지 등의 노볼락형 에폭시 수지; 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 알킬 변성 트리페놀메탄형 에폭시 수지 등의 다관능 에폭시 수지; 페닐렌 골격을 갖는 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 비페닐렌 골격을 갖는 페놀아랄킬형 에폭시 수지 등의 아랄킬형 에폭시 수지; 디히드록시나프탈렌형 에폭시 수지, 디히드록시나프탈렌의 2량체를 글리시딜에테르화하여 얻어지는 에폭시 수지 등의 나프톨형 에폭시 수지; 트리글리시딜이소시아누레이트, 모노알릴디글리시딜이소시아누레이트 등의 트리아진핵 함유 에폭시 수지; 디시클로펜타디엔 변성 페놀형 에폭시 수지 등의 유교 환상 탄화 수소 화합물 변성 페놀형 에폭시 수지를 들 수 있으며, 이들은 1종류를 단독으로 이용해도 되고 2종류 이상을 병용해도 된다. 이들 중, 비페닐형 에폭시 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 및 테트라메틸 비스페놀 F형 에폭시 수지 등의 비스페놀형 에폭시 수지와, 스틸벤형 에폭시 수지는 결정성을 갖는 것인 것이 바람직하다.
에폭시 수지 (A)로서는, 하기 식 (1)로 나타내는 에폭시 수지, 하기 식 (2)로 나타내는 에폭시 수지, 및 하기 식 (3)으로 나타내는 에폭시 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것을 이용하는 것이 특히 바람직하다.
[화학식 1]
Figure pct00001
(식 (1) 중, Ar1은 페닐렌기 또는 나프틸렌기를 나타내고, Ar1이 나프틸렌기인 경우, 글리시딜에테르기는 α위, β위 중 어느 것에 결합하고 있어도 된다. Ar2는 페닐렌기, 비페닐렌기 또는 나프틸렌기 중 어느 하나의 기를 나타낸다. Ra 및 Rb는, 각각 독립적으로 탄소수 1~10의 탄화 수소기를 나타낸다. g는 0~5의 정수이며, h는 0~8의 정수이다. n3은 중합도를 나타내고, 그 평균값은 1~3이다)
[화학식 2]
Figure pct00002
(식 (2) 중, 복수 존재하는 Rc는, 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1~4의 탄화 수소기를 나타낸다. n5는 중합도를 나타내고, 그 평균값은 0~4이다)
[화학식 3]
Figure pct00003
(식 (3) 중, 복수 존재하는 Rd 및 Re는, 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1~4의 탄화 수소기를 나타낸다. n6은 중합도를 나타내고, 그 평균값은 0~4이다)
본 실시형태에 있어서, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 중에 있어서의 에폭시 수지 (A)의 함유량은, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 전체에 대하여 3중량% 이상인 것이 바람직하고, 4중량% 이상인 것이 보다 바람직하며, 6중량% 이상인 것이 특히 바람직하다. 에폭시 수지 (A)의 함유량을 상기 하한값 이상으로 함으로써, 압축 성형 시에 있어서, 충분한 유동성을 실현하여, 충전성이나 성형성의 향상을 도모할 수 있다.
한편, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 중에 있어서의 에폭시 수지 (A)의 함유량은, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 전체에 대하여 30중량% 이하인 것이 바람직하고, 20중량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 에폭시 수지 (A)의 함유량을 상기 상한값 이하로 함으로써, 압축 성형용 몰드 언더필 재료를 이용하여 형성되는 반도체 패키지에 대하여, 내습신뢰성이나 내리플로성을 향상시킬 수 있다.
((B) 경화제)
봉지용 수지 조성물에 포함되는 경화제 (B)로서는, 예를 들면 중부가형 경화제, 촉매형 경화제, 및 축합형 경화제의 3타입으로 크게 나눌 수 있다.
경화제 (B)에 이용되는 중부가형 경화제로서는, 예를 들면 디에틸렌트리아민(DETA), 트리에틸렌테트라민(TETA), 메타크실렌디아민(MXDA) 등의 지방족 폴리아민, 디아미노디페닐메탄(DDM), m-페닐렌디아민(MPDA), 디아미노디페닐설폰(DDS) 등의 방향족 폴리아민 외에, 디시안디아미드(DICY), 유기산 디히드라지드 등을 포함하는 폴리아민 화합물; 헥사히드로 무수 프탈산(HHPA), 메틸테트라히드로 무수 프탈산(MTHPA) 등의 지환족 산무수물, 무수 트리멜리트산(TMA), 무수 피로멜리트산(PMDA), 벤조페논테트라카복실산(BTDA) 등의 방향족 산무수물 등을 포함하는 산무수물; 노볼락형 페놀 수지, 폴리비닐페놀 등의 페놀 수지계 경화제; 폴리설파이드, 티오에스테르, 티오에테르 등의 폴리머캅탄 화합물; 이소시아네이트 프리폴리머, 블록화 이소시아네이트 등의 이소시아네이트 화합물; 카복실산 함유 폴리에스테르 수지 등의 유기산류 등을 들 수 있다.
경화제 (B)에 이용되는 촉매형 경화제로서는, 예를 들면 벤질디메틸아민(BDMA), 2,4,6-트리스디메틸아미노메틸페놀(DMP-30) 등의 3급 아민 화합물; 2-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸(EMI24) 등의 이미다졸 화합물; BF3 착체 등의 루이스산 등을 들 수 있다.
경화제 (B)에 이용되는 축합형 경화제로서는, 예를 들면 레졸형 페놀 수지; 메틸올기 함유 요소 수지와 같은 요소 수지; 메틸올기 함유 멜라민 수지와 같은 멜라민 수지 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 내연성, 내습성, 전기 특성, 경화성, 및 보존 안정성 등에 대한 밸런스를 향상시키는 관점에서, 페놀 수지계 경화제가 바람직하다. 페놀 수지계 경화제로서는, 1분자 내에 페놀성 수산기를 2개 이상 갖는 모노머, 올리고머, 폴리머 전반을 이용할 수 있으며, 그 분자량, 분자 구조는 특별히 한정되지 않는다.
경화제 (B)에 이용되는 페놀 수지계 경화제로서는, 예를 들면 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, 비스페놀 노볼락 등의 노볼락형 페놀 수지; 폴리비닐페놀; 트리페놀메탄형 페놀 수지 등의 다관능형 페놀 수지; 터펜 변성 페놀 수지, 디시클로펜타디엔 변성 페놀 수지 등의 변성 페놀 수지; 페닐렌 골격 및/또는 비페닐렌 골격을 갖는 페놀아랄킬 수지, 페닐렌 및/또는 비페닐렌 골격을 갖는 나프톨아랄킬 수지 등의 아랄킬형 페놀 수지; 비스페놀 A, 비스페놀 F 등의 비스페놀 화합물 등을 들 수 있으며, 이들은 1종류를 단독으로 이용해도 되고 2종류 이상을 병용해도 된다. 이들 중에서도, 압축 성형용 몰드 언더필 재료의 경화성을 향상시키는 관점에서는, 다관능형 페놀 수지 또는 아랄킬형 페놀 수지를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
본 실시형태에 있어서, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 중에 있어서의 경화제 (B)의 함유량은, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 전체에 대하여 1중량% 이상인 것이 바람직하고, 2중량% 이상인 것이 보다 바람직하며, 3중량% 이상인 것이 특히 바람직하다. 경화제 (B)의 함유량을 상기 하한값 이상으로 함으로써, 압축 성형 시에 있어서, 우수한 유동성을 실현하여, 충전성이나 성형성의 향상을 도모할 수 있다.
한편, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 중에 있어서의 경화제 (B)의 함유량은, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 전체에 대하여 25중량% 이하인 것이 바람직하고, 15중량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 10중량% 이하인 것이 특히 바람직하다. 경화제 (B)의 함유량을 상기 상한값 이하로 함으로써, 압축 성형용 몰드 언더필 재료를 이용하여 형성되는 반도체 패키지에 대하여, 내습신뢰성이나 내리플로성을 향상시킬 수 있다.
((C) 무기 충전제)
무기 충전제 (C)의 구성 재료로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 용융 실리카, 결정 실리카 등의 실리카, 알루미나, 질화 규소, 질화 알루미늄 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 1종 이상을 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 범용성이 우수한 관점에서, 실리카를 이용하는 것이 보다 바람직하고, 용융 실리카를 이용하는 것이 특히 바람직하다. 또, 무기 충전제 (C)는, 구형인 것이 바람직하고, 또 구형 실리카인 것이 바람직하다. 이로써, 압축 성형 시에 있어서의 압축 성형용 몰드 언더필 재료의 유동성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
무기 충전제 (C)는, 예를 들면 체적 기준 입도 분포의 최대 입경측에서 보아 누적 빈도가 5%가 되는 입경 Rmax가 8μm 이상 35μm 이하이다. 이로써, 무기 충전제 (C)의 분산성을 향상시켜, 회분 균일성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 또, 압축 성형용 몰드 언더필 재료의 유동성을 향상시킬 수도 있다. 회분 균일성과 유동성의 밸런스를 효과적으로 향상시키는 관점에서는, 입경 Rmax가 10μm 이상 25μm 이하인 것이 보다 바람직하고, 11μm 이상 23μm 이하인 것이 특히 바람직하다.
또, 무기 충전제 (C)는, 체적 기준 입도 분포의 최대 피크에 대응하는 입경을 모드 직경 R로 하여, 모드 직경 R이 1μm 이상 24μm 이하인 것이 바람직하고, 3μm 이상 24μm 이하인 것이 보다 바람직하며, 4.5μm 이상 24μm 이하인 것이 특히 바람직하다. 이로써, 압축 성형 시에 있어서, 기판과 반도체 소자의 사이의 좁은 갭에 대한 충전성과 대면적의 MAP 성형에 있어서의 균일 성형성을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다.
압축 성형 시에 있어서의 충전성, 유동성, 회분 균일성의 밸런스를 보다 효과적으로 향상시키는 관점에서는, 무기 충전제 (C)는, R/Rmax가 0.4 이상인 것이 바람직하고, 0.50보다 큰 것이 보다 바람직하며, 0.52 이상인 것이 특히 바람직하다. 또한, 압축 성형 시에 있어서의 충전성을 향상시키는 관점에서는, 무기 충전제 (C)가 R＜Rmax의 관계를 충족시키는 것이 바람직하다. 이 경우, R/Rmax는 1.0 미만이 된다.
무기 충전제 (C) 전체의 체적 기준 입도 분포에 있어서, 모드 직경 R을 갖는 입자의 빈도는, 3.5% 이상 15% 이하인 것이 바람직하고, 4% 이상 10% 이하인 것이 보다 바람직하며, 4.5% 이상 9% 이하인 것이 특히 바람직하다. 이로써, 모드 직경 R 또는 모드 직경 R에 가까운 입경을 갖는 입자의 비율을 높게 할 수 있다. 이로 인하여, 압축 성형용 몰드 언더필 재료에 대하여, 유동성 및 충전성의 밸런스를 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다.
또, 무기 충전제 (C) 전체의 체적 기준 입도 분포에 있어서, 0.8×R 이상 1.2×R 이하의 입경을 갖는 입자의 빈도는, 10% 이상 60% 이하인 것이 바람직하고, 12% 이상 50% 이하인 것이 보다 바람직하며, 15% 이상 45% 이하인 것이 특히 바람직하다. 이로써, 모드 직경 R 또는 모드 직경 R에 가까운 입경을 갖는 입자의 비율을 확실히 높게 할 수 있다. 이로 인하여, 압축 성형용 몰드 언더필 재료에 대하여, 유동성 및 충전성의 밸런스를 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다.
또, 무기 충전제 (C) 전체의 체적 기준 입도 분포에 있어서, 0.5×R 이하의 입경을 갖는 입자의 빈도는, 5% 이상 50% 이하인 것이 바람직하다. 모드 직경 R에 대하여 비교적 작은 입경의 입자의 빈도를 상기 범위로 함으로써, 보다 유동성이 우수한 압축 성형용 몰드 언더필 재료를 실현하는 것이 가능하게 된다.
또한, 무기 충전제 (C)의 입도 분포는, 예를 들면 원료 입자를 체나 사이클론(공기 분급) 등을 이용하여 분급함으로써 조정하는 것이 가능하다. 또, 입경 Rmax나 모드 직경 R 등의 무기 충전제 (C)에 있어서의 입도 분포의 측정은, 예를 들면 (주)시마즈 세이사쿠쇼제 레이저 회절 산란식 입도 분포계 SALD-7000을 사용하여 행할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 중에 있어서의 무기 충전제 (C)의 함유량은, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 전체에 대하여 50중량% 이상인 것이 바람직하고, 60중량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 무기 충전제 (C)의 함유량을 상기 하한값 이상으로 함으로써, 저흡습성 및 저열팽창성을 향상시켜, 반도체 패키지의 내습신뢰성이나 내리플로성을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있다.
한편, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 중에 있어서의 무기 충전제 (C)의 함유량은, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 전체에 대하여 93중량% 이하인 것이 바람직하고, 91중량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 무기 충전제 (C)의 함유량을 상기 상한값 이하로 함으로써, 압축 성형용 몰드 언더필 재료의 압축 성형 시에 있어서의 유동성이나 충전성을 보다 효과적으로 향상시키는 것이 가능하게 된다.
((D) 경화 촉진제)
압축 성형용 몰드 언더필 재료는, 예를 들면 경화 촉진제 (D)를 더 포함할 수 있다. 경화 촉진제 (D)는, 에폭시 수지 (A)의 에폭시기와, 경화제 (B)(예를 들면, 페놀 수지계 경화제의 페놀성 수산기)의 가교 반응을 촉진시키는 것이면 되고, 예를 들면 일반적인 봉지용 에폭시 수지 조성물에 사용하는 것을 이용할 수 있다. 경화 촉진제 (D)로서는, 예를 들면 유기 포스핀, 테트라 치환 포스포늄 화합물, 포스포베타인 화합물, 포스핀 화합물과 퀴논 화합물의 부가물, 포스포늄 화합물과 실란 화합물의 부가물 등의 인 원자 함유 화합물; 1,8-디아자비시클로(5,4,0)운데센-7, 벤질디메틸아민, 2-메틸이미다졸 등이 예시되는 아미딘이나 3급 아민, 나아가서는 상기 아미딘, 아민의 4급염 등의 질소 원자 함유 화합물 등을 들 수 있으며, 이들은 1종류를 단독으로 이용해도 되고 2종 이상을 병용해도 상관없다. 이들 중에서도, 경화성을 향상시키는 관점에서는 인 원자 함유 화합물을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 또, 유동성과 경화성의 밸런스를 향상시키는 관점에서는, 테트라 치환 포스포늄 화합물, 포스포베타인 화합물, 포스핀 화합물과 퀴논 화합물의 부가물, 포스포늄 화합물과 실란 화합물의 부가물 등의 잠복성을 갖는 경화 촉진제를 이용하는 것이 보다 바람직하다. 또, 압축 성형 시에 있어서의 충전성을 향상시키는 관점에서는, 포스핀 화합물과 퀴논 화합물의 부가물, 또는 포스포늄 화합물과 실란 화합물의 부가물을 이용하는 것이 특히 바람직하다. 또한, 제조 비용의 관점에서는, 유기 포스핀이나 질소 원자 함유 화합물도 적합하게 이용할 수 있다.
경화 촉진제 (D)로서 이용되는 유기 포스핀으로서는, 예를 들면 에틸포스핀, 페닐포스핀 등의 제1 포스핀; 디메틸포스핀, 디페닐포스핀 등의 제2 포스핀; 트리메틸포스핀, 트리에틸포스핀, 트리부틸포스핀, 트리페닐포스핀 등의 제3 포스핀을 들 수 있다.
경화 촉진제 (D)로서 이용되는 테트라 치환 포스포늄 화합물로서는, 예를 들면 하기 일반식 (4)로 나타내는 화합물을 들 수 있다.
[화학식 4]
Figure pct00004
(일반식 (4)에 있어서, P는 인 원자를 나타내고, R1, R2, R3 및 R4는, 각각 독립적으로 방향족기 또는 알킬기를 나타내며, A는 히드록실기, 카복실기, 티올기로부터 선택되는 관능기 중 어느 하나를 방향환에 적어도 1개 갖는 방향족 유기산의 음이온을 나타내고, AH는 히드록실기, 카복실기, 티올기로부터 선택되는 관능기 중 어느 하나를 방향환에 적어도 1개 갖는 방향족 유기산을 나타내며, x 및 y는 1~3의 수이고, z는 0~3의 수이며, 또한 x=y이다)
일반식 (4)로 나타내는 화합물은, 예를 들면 이하와 같이 하여 얻어지지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 먼저, 테트라 치환 포스포늄할라이드와 방향족 유기산과 염기를 유기 용제에 섞고 균일하게 혼합하여, 그 용액계 내에 방향족 유기산 음이온을 발생시킨다. 이어서, 물을 첨가하면, 일반식 (4)로 나타내는 화합물을 침전시킬 수 있다. 일반식 (4)로 나타내는 화합물에 있어서, 합성 시의 취득률과 경화 촉진 효과의 밸런스가 우수하다는 관점에서는, 인 원자에 결합하는 R1, R2, R3 및 R4가 페닐기이며, 또한 AH는 히드록실기를 방향환에 갖는 화합물, 즉 페놀 화합물이고, 또한 A는 그 페놀 화합물의 음이온인 것이 바람직하다. 또한, 페놀 화합물이란, 단환의 페놀, 크레졸, 카테콜, 레조신이나 축합 다환식의 나프톨, 디히드록시나프탈렌, 복수의 방향환을 구비하는 (다환식의) 비스페놀 A, 비스페놀 F, 비스페놀 S, 비페놀, 페닐페놀, 페놀 노볼락 등을 개념에 포함하는 것이며, 이들 중에서도 수산기를 2개 갖는 페놀 화합물이 바람직하게 이용된다.
경화 촉진제 (D)로서 이용되는 포스포베타인 화합물로서는, 예를 들면 하기 일반식 (5)로 나타내는 화합물 등을 들 수 있다.
[화학식 5]
Figure pct00005
(일반식 (5)에 있어서, X1은 탄소수 1~3의 알킬기를 나타내고, Y1은 히드록실기를 나타내며, a는 0~5의 정수이고, b는 0~4의 정수이다)
일반식 (5)로 나타내는 화합물은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 제3 포스핀인 트리 방향족 치환 포스핀과 디아조늄염을 접촉시켜, 트리 방향족 치환 포스핀과 디아조늄염이 갖는 디아조늄기를 치환시키는 공정을 거쳐 얻을 수 있다.
경화 촉진제 (D)로서 이용되는 포스핀 화합물과 퀴논 화합물의 부가물로서는, 예를 들면 하기 일반식 (6)으로 나타내는 화합물 등을 들 수 있다.
[화학식 6]
Figure pct00006
(일반식 (6)에 있어서, P는 인 원자를 나타내고, R5, R6 및 R7은, 서로 독립적으로, 탄소수 1~12의 알킬기 또는 탄소수 6~12의 아릴기를 나타내며, R8, R9 및 R10은, 서로 독립적으로, 수소 원자 또는 탄소수 1~12의 탄화 수소기를 나타내고, R8과 R9는 서로 결합하여 환을 형성하고 있어도 된다)
포스핀 화합물과 퀴논 화합물의 부가물에 이용하는 포스핀 화합물로서는, 예를 들면 트리페닐포스핀, 트리스(알킬페닐)포스핀, 트리스(알콕시페닐)포스핀, 트리나프틸포스핀, 트리스(벤질)포스핀 등의 방향환에 무치환 또는 알킬기, 알콕실기 등의 치환기가 존재하는 것이 바람직하고, 알킬기, 알콕실기 등의 치환기로서는 1~6의 탄소수를 갖는 것을 들 수 있다. 입수 용이성의 관점에서는 트리페닐포스핀이 바람직하다.
또, 포스핀 화합물과 퀴논 화합물의 부가물에 이용하는 퀴논 화합물로서는, o-벤조퀴논, p-벤조퀴논, 안트라퀴논류를 들 수 있으며, 이들 중에서도 p-벤조퀴논이 보존 안정성의 점에서 바람직하다.
포스핀 화합물과 퀴논 화합물의 부가물은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 유기 제3 포스핀과 벤조퀴논류의 양자가 용해될 수 있는 용매 중에서 이들을 접촉, 혼합시킴으로써 얻을 수 있다. 용매로서는 아세톤이나 메틸에틸케톤 등의 케톤류로 부가물에 대한 용해성이 낮은 것이 좋다.
일반식 (6)으로 나타내는 화합물에 있어서, 인 원자에 결합하는 R5, R6 및 R7이 페닐기이며, 또한 R8, R9 및 R10이 수소 원자인 화합물, 즉 1,4-벤조퀴논과 트리페닐포스핀을 부가시킨 화합물이, 경화된 압축 성형용 몰드 언더필 재료의 열시 탄성률을 저하시키는 점에서 바람직하다.
경화 촉진제 (D)로서 이용되는 포스포늄 화합물과 실란 화합물의 부가물로서는, 예를 들면 하기 식 (7)로 나타내는 화합물 등을 들 수 있다.
[화학식 7]
Figure pct00007
(일반식 (7)에 있어서, P는 인 원자를 나타내고, Si는 규소 원자를 나타낸다. R11, R12, R13 및 R14는, 서로 독립적으로, 방향환 또는 복소환을 갖는 유기기, 혹은 지방족기를 나타내고, X2는, 기 Y2 및 Y3과 결합하는 유기기이다. X3은, 기 Y4 및 Y5와 결합하는 유기기이다. Y2 및 Y3은, 프로톤 공여성기가 프로톤을 방출하여 이루어지는 기를 나타내고, 동일 분자 내의 기 Y2 및 Y3이 규소 원자와 결합하여 킬레이트 구조를 형성하는 것이다. Y4 및 Y5는, 프로톤 공여성기가 프로톤을 방출하여 이루어지는 기를 나타내고, 동일 분자 내의 기 Y4 및 Y5가 규소 원자와 결합하여 킬레이트 구조를 형성하는 것이다. X2 및 X3은 서로 동일해도 되고 달라도 되며, Y2, Y3, Y4, 및 Y5는 서로 동일해도 되고 달라도 된다. Z1은 방향환 또는 복소환을 갖는 유기기, 혹은 지방족기이다)
일반식 (7)에 있어서, R11, R12, R13 및 R14로서는, 예를 들면 페닐기, 메틸페닐기, 메톡시페닐기, 히드록시페닐기, 나프틸기, 히드록시나프틸기, 벤질기, 메틸기, 에틸기, n-부틸기, n-옥틸기 및 시클로헥실기 등을 들 수 있으며, 이들 중에서도, 페닐기, 메틸페닐기, 메톡시페닐기, 히드록시페닐기, 히드록시나프틸기 등의 치환기를 갖는 방향족기 혹은 무치환의 방향족기가 보다 바람직하다.
또, 일반식 (7)에 있어서, X2는, Y2 및 Y3과 결합하는 유기기이다. 마찬가지로, X3은, 기 Y4 및 Y5와 결합하는 유기기이다. Y2 및 Y3은 프로톤 공여성기가 프로톤을 방출하여 이루어지는 기이며, 동일 분자 내의 기 Y2 및 Y3이 규소 원자와 결합하여 킬레이트 구조를 형성하는 것이다. 마찬가지로 Y4 및 Y5는 프로톤 공여성기가 프로톤을 방출하여 이루어지는 기이며, 동일 분자 내의 기 Y4 및 Y5가 규소 원자와 결합하여 킬레이트 구조를 형성하는 것이다. 기 X2 및 X3은 서로 동일해도 되고 달라도 되며, 기 Y2, Y3, Y4, 및 Y5는 서로 동일해도 되고 달라도 된다. 이와 같은 일반식 (7) 중의 -Y2-X2-Y3-, 및 -Y4-X3-Y5-로 나타내는 기는, 프로톤 공여체가, 프로톤을 2개 방출하여 이루어지는 기로 구성되는 것이다. 프로톤 공여체로서는, 분자 내에 카복실기 또는 수산기를 적어도 2개 갖는 유기산이 바람직하고, 추가로 방향환을 구성하는 탄소 상에 카복실기 또는 수산기를 적어도 2개 갖는 방향족 화합물이 바람직하며, 나아가서는 방향환을 구성하는 인접하는 탄소 상에 수산기를 적어도 2개 갖는 방향족 화합물이 보다 바람직하다. 예를 들면, 카테콜, 피로갈롤, 1,2-디히드록시나프탈렌, 2,3-디히드록시나프탈렌, 2,2'-비페놀, 1,1'-비-2-나프톨, 살리실산, 1-히드록시-2-나프토산, 3-히드록시-2-나프토산, 클로라닐산, 타닌산, 2-히드록시벤질알코올, 1,2-시클로헥산디올, 1,2-프로판디올 및 글리세린 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 원료 입수의 용이함과 경화 촉진 효과의 밸런스라는 관점에서는, 카테콜, 1,2-디히드록시나프탈렌, 2,3-디히드록시나프탈렌이 보다 바람직하다.
또, 일반식 (7) 중의 Z1은, 방향환 혹은 복소환을 갖는 유기기, 또는 지방족기를 나타내고, 이들의 구체적인 예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 헥실기 및 옥틸기 등의 지방족 탄화 수소기나, 페닐기, 벤질기, 나프틸기 및 비페닐기 등의 방향족 탄화 수소기, 글리시딜옥시프로필기, 머캅토프로필기, 아미노프로필기 및 비닐기 등의 반응성 치환기 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 메틸기, 에틸기, 페닐기, 나프틸기 및 비페닐기가 열안정성의 면에서 보다 바람직하다.
포스포늄 화합물과 실란 화합물의 부가물의 제조 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 다음과 같이 행할 수 있다. 먼저, 메탄올을 넣은 플라스크에, 페닐트리메톡시실란 등의 실란 화합물, 2,3-디히드록시나프탈렌 등의 프로톤 공여체를 첨가하여 용해하고, 이어서 실온 교반하 나트륨메톡사이드-메탄올 용액을 적하한다. 추가로 거기에, 미리 준비한 테트라페닐포스포늄브로마이드 등의 테트라 치환 포스포늄할라이드를 메탄올에 용해시킨 용액을 실온 교반하 적하하면, 결정이 석출된다. 석출된 결정을 여과, 수세, 진공 건조하면, 포스포늄 화합물과 실란 화합물의 부가물이 얻어진다.
본 실시형태에 있어서, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 중에 있어서의 경화 촉진제 (D)의 함유량은, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 전체에 대하여 0.05중량% 이상인 것이 바람직하고, 0.1중량% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.15중량% 이상인 것이 특히 바람직하다. 경화 촉진제 (D)의 함유량을 상기 하한값 이상으로 함으로써, 압축 성형 시에 있어서의 경화성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
한편, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 중에 있어서의 경화 촉진제 (D)의 함유량은, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 전체에 대하여 1중량% 이하인 것이 바람직하고, 0.5중량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 경화 촉진제 (D)의 함유량을 상기 상한값 이하로 함으로써, 압축 성형 시에 있어서의 유동성의 향상을 도모할 수 있다.
((E) 커플링제)
압축 성형용 몰드 언더필 재료는, 예를 들면 커플링제 (E)를 더 포함할 수 있다. 커플링제 (E)로서는, 예를 들면 에폭시실란, 머캅토실란, 아미노실란, 알킬실란, 우레이도실란, 비닐실란, 메타크릴실란 등의 각종 실란계 화합물, 티타늄계 화합물, 알루미늄킬레이트류, 알루미늄/지르코늄계 화합물 등의 공지의 커플링제를 이용할 수 있다. 이들을 예시하면, 비닐트리클로로실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(β-메톡시에톡시)실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필메틸디에톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, γ-머캅토프로필트리메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-아닐리노프로필트리메톡시실란, γ-아닐리노프로필메틸디메톡시실란, γ-[비스(β-히드록시에틸)]아미노프로필트리에톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-(β-아미노에틸)아미노프로필디메톡시메틸실란, N-(트리메톡시실릴프로필)에틸렌디아민, N-(디메톡시메틸실릴이소프로필)에틸렌디아민, 메틸트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, N-β-(N-비닐벤질아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-클로로프로필트리메톡시실란, 헥사메틸디실란, 비닐트리메톡시실란, γ-머캅토프로필메틸디메톡시실란, 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-트리에톡시실릴-N-(1,3-디메틸-부틸리덴)프로필아민의 가수분해물 등의 실란계 커플링제, 이소프로필트리이소스테아로일티타네이트, 이소프로필트리스(디옥틸피로포스페이트)티타네이트, 이소프로필트리(N-아미노에틸-아미노에틸)티타네이트, 테트라옥틸비스(디트리데실포스파이트)티타네이트, 테트라(2,2-디알릴옥시메틸-1-부틸)비스(디트리데실)포스파이트티타네이트, 비스(디옥틸피로포스페이트)옥시아세테이트티타네이트, 비스(디옥틸피로포스페이트)에틸렌티타네이트, 이소프로필트리옥타노일티타네이트, 이소프로필디메타크릴이소스테아로일티타네이트, 이소프로필트리도데실벤젠설폰일티타네이트, 이소프로필이소스테아로일디아크릴티타네이트, 이소프로필트리(디옥틸포스페이트)티타네이트, 이소프로필트리큐밀페닐티타네이트, 테트라이소프로필비스(디옥틸포스파이트)티타네이트 등의 티타네이트계 커플링제를 들 수 있다. 이들은, 1종을 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 이들 중에서도, 에폭시실란, 머캅토실란, 아미노실란, 알킬실란, 우레이도실란 또는 비닐실란의 실란계 화합물이 보다 바람직하다. 또, 충전성이나 성형성을 보다 효과적으로 향상시키는 관점에서는, N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란으로 대표되는 2급 아미노실란을 이용하는 것이 특히 바람직하다.
본 실시형태에 있어서, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 중에 있어서의 커플링제 (E)의 함유량은, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 전체에 대하여 0.1중량% 이상인 것이 바람직하고, 0.15중량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 커플링제 (E)의 함유량을 상기 하한값 이상으로 함으로써, 무기 충전제 (C)의 분산성을 양호한 것으로 할 수 있다.
한편, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 중에 있어서의 커플링제 (E)의 함유량은, 압축 성형용 몰드 언더필 재료 전체에 대하여 1중량% 이하인 것이 바람직하고, 0.5중량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 커플링제 (E)의 함유량을 상기 상한값 이하로 함으로써, 압축 성형 시에 있어서의 유동성을 향상시켜, 충전성이나 성형성의 향상을 도모할 수 있다.
압축 성형용 몰드 언더필 재료에는, 또한 필요에 따라서, 히드로탈사이트 등의 이온 포착제; 카본 블랙, 벵갈라 등의 착색제; 실리콘 고무 등의 저응력 성분; 카나우바 왁스 등의 천연 왁스, 몬탄산 에스테르 왁스 등의 합성 왁스, 스테아르산 아연 등의 고급 지방산 및 그 금속염류 혹은 파라핀 등의 이형제; 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 붕산 아연, 몰리브덴산 아연, 포스파겐 등의 난연제; 산화 방지제 등의 각종 첨가제를 적절히 배합해도 된다.
본 실시형태에 있어서의 압축 성형용 몰드 언더필 재료는, 상기 성분을 혼합 혼련한 후, 분쇄, 조립(造粒), 압출 절단 및 체가름 등의 각종의 수법을 단독 또는 조합함으로써, 분립체로 할 수 있다. 분립체를 얻는 방법으로서는, 예를 들면 각 원료 성분을 믹서로 예비 혼합하고, 이것을 롤, 니더 또는 압출기 등의 혼련기에 의하여 가열 혼련한 후, 복수의 작은 구멍을 갖는 원통상 외주부와 원반상의 바닥면으로 구성되는 회전자의 내측에 용융 혼련된 수지 조성물을 공급하여, 그 수지 조성물을, 회전자를 회전시켜 얻어지는 원심력에 의하여 작은 구멍을 통과시켜 얻는 방법(원심 제분법); 상기와 동일하게 혼련한 후, 냉각, 분쇄 공정을 거쳐 분쇄물로 한 것을, 체를 이용하여 조립과 미분의 제거를 행하여 얻는 방법(분쇄 체가름법); 각 원료 성분을 믹서로 예비 혼합한 후, 스크루 선단부에 소경을 복수 배치한 다이를 설치한 압출기를 이용하여, 가열 혼련을 행함과 함께, 다이에 배치된 작은 구멍으로부터 스트랜드상으로 압출되어 오는 용융 수지를 다이면에 대략 평행하게 슬라이딩 회전하는 커터로 절단하여 얻는 방법(이하, "핫컷법"이라고도 함) 등을 들 수 있다. 어느 방법에 있어서도, 혼련 조건, 원심 조건, 체가름 조건 및 절단 조건 등을 선택함으로써, 원하는 입도 분포를 갖는 압축 성형용 몰드 언더필 재료를 얻을 수 있다.
다음으로, 본 실시형태에 관한 반도체 패키지(100)에 대하여 설명한다.
도 1은, 본 실시형태에 관한 반도체 패키지(100)를 나타내는 단면도이다. 반도체 패키지(100)는, 기판(10)과, 반도체 소자(20)와, 봉지재(30)를 구비하고 있다. 반도체 소자(20)는, 기판(10) 상에 배치되어 있다. 도 1에 있어서는, 반도체 소자(20)가, 범프(22)를 개재하여 기판(10) 상에 플립 칩 실장되는 경우가 예시되어 있다. 봉지재(30)는, 반도체 소자(20)를 봉지하고, 또한 기판(10)과 반도체 소자(20)의 사이의 간극(24)에 충전되어 있다. 봉지재(30)는, 상술한 압축 성형용 몰드 언더필 재료를, 압축 성형법을 이용하여 성형함으로써 얻어진다. 이 경우, 충전성이 우수한 압축 성형용 몰드 언더필 재료를 이용하여, 반도체 소자(20)를 봉지하면서 간극(24) 내를 충전할 수 있어, 신뢰성이 우수한 반도체 패키지(100)를 실현하는 것이 가능하게 된다.
반도체 패키지(100)는, 예를 들면 다음과 같이 제조된다. 먼저, 기판(10) 상에 범프(22)를 개재하여 반도체 소자(20)를 배치한다. 이어서, 압축 성형법을 이용하여, 상술한 본 실시형태에 관한 압축 성형용 몰드 언더필 재료에 의하여, 반도체 소자(20)를 봉지함과 함께 기판(10)과 반도체 소자(20)의 사이의 간극(24)을 충전한다. 이로써, 봉지재(30)가 형성된다. 압축 성형법은, 예를 들면 압축 성형기를 이용하여, 금형 온도 120~185℃, 성형 압력 1~12MPa, 경화 시간 60초~15분의 조건하에서 행할 수 있다.
다음으로, 본 실시형태에 관한 구조체(102)에 대하여 설명한다.
도 2는, 본 실시형태에 관한 구조체(102)를 나타내는 단면도이다. 구조체(102)는, MAP 성형에 의하여 형성된 성형품이다. 이로 인하여, 구조체(102)를 반도체 소자마다 개편화함으로써, 복수의 반도체 패키지가 얻어지게 된다.
구조체(102)는, 기판(10)과, 복수의 반도체 소자(20)와, 봉지재(30)를 구비하고 있다. 복수의 반도체 소자(20)는, 기판(10) 상에 배치되어 있다. 도 2에 있어서는, 각 반도체 소자(20)가, 범프(22)를 개재하여 기판(10) 상에 플립 칩 실장되는 경우가 예시되어 있다. 봉지재(30)는, 복수의 반도체 소자(20)를 봉지하고, 또한 기판(10)과 각 반도체 소자(20)의 사이의 간극(24)에 충전되어 있다. 봉지재(30)는, 상술한 압축 성형용 몰드 언더필 재료를, 압축 성형법을 이용하여 성형함으로써 얻어진다. 이 경우, 충전성이 우수한 압축 성형용 몰드 언더필 재료를 이용하여, 각 반도체 소자(20)를 봉지하면서 각 간극(24) 내를 충전할 수 있다.
구조체(102)는, 예를 들면 다음과 같이 제조된다. 먼저, 기판(10) 상에, 복수의 반도체 소자(20)를 배치한다. 각 반도체 소자(20)는, 예를 들면 범프(22)를 개재하여 기판(10) 상에 실장된다. 이어서, 압축 성형법을 이용하여, 상술한 본 실시형태에 관한 압축 성형용 몰드 언더필 재료에 의하여, 복수의 반도체 소자(20)를 봉지함과 함께, 기판(10)과 각 반도체 소자(20)의 사이의 간극(24)을 충전한다. 이로써, 봉지재(30)가 형성된다. 압축 성형법은, 예를 들면 압축 성형기를 이용하여, 금형 온도 120~185℃, 성형 압력 1~12MPa, 경화 시간 60초~15분의 조건하에서 행할 수 있다.
실시예
다음으로, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
(몰드 언더필 재료의 조제)
먼저, 표 1에 따라 배합된 각 원재료를, 2축형 혼련 압출기를 이용하여 110℃, 7분의 조건에서 혼련했다. 이어서, 얻어진 혼련물을, 탈기, 냉각을 행한 후에 분쇄기로 분쇄하여, 분립체를 얻었다. 실시예 1~7 및 비교예 1~3에 있어서는, 이로써 얻어진 분립체를 더 체가름함으로써, 압축 성형용 몰드 언더필 재료를 얻었다. 또, 비교예 4에 있어서는, 태블릿 타정할 수 있을 정도로 분쇄한 상기 재료를 타정함으로써, 태블릿상의 트랜스퍼 성형용 몰드 언더필 재료를 얻었다. 표 1 중에 있어서의 각 성분의 상세는 하기와 같다. 또, 표 1 중의 단위는 중량%이다.
(A) 에폭시 수지
에폭시 수지 1: 비페닐렌 골격을 갖는 페놀아랄킬형 에폭시 수지(닛폰 가야쿠(주)제, NC-3000)
에폭시 수지 2: 비페닐형 에폭시 수지(미쓰비시 가가쿠(주)제, YX-4000)
(B) 경화제
경화제 1: 비페닐렌 골격을 갖는 페놀아랄킬 수지(닛폰 가야쿠(주)제, GPH-65)
경화제 2: 트리페놀메탄형 페놀 수지(메이와 가세이(주)제, MEH-7500)
(C) 무기 충전제
실리카 1: 용융 구형 실리카(모드 직경 R=10μm, 입경 Rmax=18μm, R/Rmax=0.56)
실리카 2: 용융 구형 실리카(모드 직경 R=5μm, 입경 Rmax=10μm, R/Rmax=0.5)
실리카 3: 용융 구형 실리카(모드 직경 R=10μm, 입경 Rmax=24μm, R/Rmax=0.42)
(D) 경화 촉진제
경화 촉진제 1: 하기 식 (8)로 나타내는 화합물
경화 촉진제 2: 하기 식 (9)로 나타내는 화합물
경화 촉진제 3: 트리페닐포스핀
[화학식 8]
Figure pct00008
[화학식 9]
Figure pct00009
(E) 커플링제
커플링제 1: γ-글리시독시프로필트리메톡시실란(치소(주)제 GPS-M)
커플링제 2: N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란(신에쓰 가가쿠 고교 가부시키가이샤제, KBM-573)
(F) 그 외의 성분
이온 포착제: 히드로탈사이트(교와 가가쿠 고교(주)제, DHT-4H)
이형제: 몬탄산 에스테르 왁스(클라리언트 재팬(주)제, WE-4M)
난연제: 수산화 알루미늄(스미토모 가가쿠(주)제, CL-303)
착색제: 카본 블랙(미쓰비시 가가쿠(주)제, MA-600)
(시간 T(5)의 측정)
실시예 1~7 및 비교예 1~4의 각각에 대하여, 큐라스토미터(오리엔테크(주)제, JSR 큐라스토미터 IVPS형)를 이용하여, 금형 온도 175℃에서 몰드 언더필 재료의 경화 토크를 경시적으로 측정했다. 측정 결과에 근거하여, 측정 개시부터 300초에 있어서의 토크(최대 토크라고 정의함)의 5%에 도달할 때까지의 시간 T(5)를 산출했다. 표 1 중의 단위는 초이다.
(점도 η의 측정)
실시예 1~7 및 비교예 1~4의 각각에 대하여, 고화식 플로 테스터(시마즈 세이사쿠쇼(주)제, CFT-500C)를 이용하여, 온도 175℃, 하중 40kgf(피스톤 면적 1cm2), 다이 구멍 직경 0.50mm, 다이 길이 1.00mm의 시험 조건에서 용해한 몰드 언더필 재료의 겉보기 점도 η를 측정했다. 점도 η는, 이하의 계산식으로부터 산출했다. 계산식 중, Q는 단위시간당 흐르는 몰드 언더필 재료의 유량이다. 표 1 중의 단위는 Pa·초이다.
η=(4πDP/128LQ)×10-3(Pa·초)
η: 겉보기 점도
D: 다이 구멍 직경(mm)
P: 시험 압력(Pa)
L: 다이 길이(mm)
Q: 플로 레이트(cm3/초)
(충전성)
각 실시예 및 각 비교예에 대하여, 충전성을 이하와 같이 평가했다.
실시예 1~7 및 비교예 1~3에 있어서는, 플립 칩형 MAP(Mold Array Package) BGA(185×65mm×0.36mmt의 비스말레이미드·트리아진 수지/유리 클로스 기판, 10×10mm×200μmt의 칩을 3×10개 탑재, 몰드 수지 180×60mm×450μmt, 기판과 칩의 간극은 70μm, 30μm의 2개를 사용, 범프 간격은 200μm)를, 압축 성형기(토와(TOWA)(주)제, PMC1040)를 이용하여, 금형 온도 175℃, 성형 압력 3.9MPa, 경화 시간 90초의 조건에서 압축 성형용 몰드 언더필 재료에 의하여 봉지 성형했다.
비교예 4에 있어서는, 상기 플립 칩형 MAPBGA를, 트랜스퍼 성형기(토와(주)제, Y시리즈)를 이용하여, 금형 온도 175℃, 주입 압력 6.9MPa, 경화 시간 90초로 트랜스퍼 성형용 몰드 언더필 재료에 의하여 성형했다.
이어서, 성형 후의 기판과 칩의 간극에 있어서의 몰드 언더필 재료의 충전성을, 초음파 탐상기(히타치 겐키(주)제, FS300)를 이용하여 관찰했다. 표 1에 있어서는, 기판과 칩의 사이에 공극이 없이 몰드 언더필 재료가 충전되어 있는 경우에 ○로 하고, 기판과 칩의 사이에 미충전이 있다고 검출된 경우에 ×로서 평가했다. 또, 경화 불량으로 패키지 표면에 블리스터가 관찰된 경우에는, 성형 불가라고 기재했다. 표 1에는, 기판과 칩의 간극이 70μm인 경우, 및 기판과 칩의 간극이 30μm인 경우의 결과를 나타내고 있다.
(회분 균일성)
각 실시예 및 각 비교예에 대하여, 회분 균일성을 이하와 같이 평가했다.
먼저, 기판을 동일 치수의 금속판으로 변경하고, 또한 당해 금속판 표면에 얇게 이형제를 도포한 점 이외에는, 상기 충전성 평가와 동일하게 하여 플립 칩형 MAPBGA를 준비했다. 이어서, 상기 충전성 평가와 동일한 성형기를 이용하여, 동일한 조건에 의하여, 몰드 언더필 재료를 이용하여 플립 칩형 MAPBGA를 봉지 성형했다.
이어서, 얻어진 성형품의 2개의 장변측의 수지 부분을 외연으로부터 5mm 잘라내어, 수지 이외의 부재를 제거하고 각각 동결 분쇄를 행하여, 각각 상기 2개의 장변에 대응한 2개의 샘플을 얻었다. 이어서, 각 샘플에 대하여, 시차열 저울을 사용하여 승온 속도 30℃/min로 500℃까지 승온하고, 30분 홀드하여 잔사의 중량을 측정했다. 이 측정을 3회 반복했다. 이어서, 각 샘플에 대하여, 3회 측정한 후의 잔사의 중량을 원래 중량으로 나눈 값을 회분(중량%)으로 했다. 그리고, 회분이 작은 한쪽의 샘플의 회분을, 회분이 큰 다른 한쪽의 샘플의 회분에 의하여 나눈 값에 따라, 회분 균일성을 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00010
실시예 1~7에서는, 모두 충전성이 양호했다. 이들 중에서도, 실시예 1~5는, 실시예 6 및 7과 비교하여 보다 우수한 회분 균일성을 나타냈다. 한편, 비교예 1 및 2에 있어서는, 압축 성형법에 의하여 MAP 성형할 때의, 칩 아래의 충전성이 충분하지 않았다. 비교예 3에 있어서는, 대면적의 MAP 성형품에 있어서의 몰드 언더필 재료의 경화성이 충분하지 않아, 블리스터가 발생했다. 트랜스퍼 성형에 의한 MAP 성형을 행한 비교예 4에 있어서는, 좁은 갭인 칩 아래의 충전성이 충분하지 않은 것을 알 수 있었다. 또, 비교예 4에서는, 대면적의 MAP 성형에 있어서의 회분 균일성이 0.9 미만이며, 충분한 회분 균일성이 얻어지지 않은 것을 알 수 있었다. 본 발명은 대면적을 성형하는 MAP 성형 또한 몰드 언더필 타입의 성형에 있어서, 종래의 트랜스퍼 성형과 비교하여, 특히 좁은 갭인 칩 아래의 충전성과 회분 균일성에 있어서, 현저한 효과를 나타내는 것을 알 수 있었다.

Claims (9)

  1. 기판 상에 배치된 반도체 소자를 봉지함과 함께, 상기 기판과 상기 반도체 소자의 사이의 간극에 충전되는 압축 성형용 몰드 언더필 재료로서,
    에폭시 수지 (A)와,
    경화제 (B)와,
    무기 충전제 (C)를 포함하고,
    분립체이며,
    큐라스토미터를 이용하여 금형 온도 175℃의 조건하에서 측정했을 때에, 측정 개시부터 최대 토크의 5%에 도달할 때까지의 시간 T(5)가, 25초 이상 100초 이하인 압축 성형용 몰드 언더필 재료.
  2. 청구항 1에 있어서,
    고화식 플로 테스터를 이용하여 측정되는 175℃에 있어서의 점도 η가, 3.5Pa·초 이상 15Pa·초 이하인 압축 성형용 몰드 언더필 재료.
  3. 청구항 2에 있어서,
    시간 T(5)/점도 η가, 2Pa-1 이상 30Pa-1 이하인 압축 성형용 몰드 언더필 재료.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 충전제 (C)는, 체적 기준 입도 분포의 최대 입경측에서 보아 누적 빈도가 5%가 되는 입경 Rmax가 8μm 이상 35μm 이하인 압축 성형용 몰드 언더필 재료.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 무기 충전제 (C)는, 체적 기준 입도 분포의 최대 피크에 대응하는 입경을 모드 직경 R로 하여, R/Rmax는, 0.40 이상인 압축 성형용 몰드 언더필 재료.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 충전제 (C)는, 실리카인 압축 성형용 몰드 언더필 재료.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 압축 성형용 몰드 언더필 재료를 이용하여, 기판 상에 배치된 반도체 소자를 봉지함과 함께, 상기 기판과 상기 반도체 소자의 사이의 간극을 충전함으로써 얻어지는 반도체 패키지.
  8. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 압축 성형용 몰드 언더필 재료를 이용하여, 기판 상에 배치된 복수의 반도체 소자를 봉지함과 함께, 상기 기판과 각 상기 반도체 소자의 사이의 간극을 충전함으로써 얻어지는 구조체.
  9. 기판 상에, 범프를 개재하여 반도체 소자를 배치하는 공정과,
    압축 성형법을 이용하여, 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 압축 성형용 몰드 언더필 재료에 의하여, 상기 반도체 소자를 봉지함과 함께 상기 기판과 상기 반도체 소자의 사이의 간극을 충전하는 공정을 포함하는 반도체 패키지의 제조 방법.
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