KR20210107769A - 중공 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20210107769A
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다다시 나이토
나오 혼다
요시히로 하코네
히로키 오시다
마모루 스나다
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스미또모 베이크라이트 가부시키가이샤
토와 가부시기가이샤
니뽄 가야쿠 가부시키가이샤
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Abstract

중공 패키지(103)는, 기판(109), 소자(111), 격벽(113) 및 천판(115)을 구비하고, 기판(109), 격벽(113) 및 천판(115)으로 덮인 1개 이상의 폐쇄된 중공부(117)가 마련되며, 기판(109), 격벽(113) 및 천판(115)이 봉지용 수지 조성물의 경화물로 봉지되어 있다. 천판(115) 및 격벽(113)은 모두 유기 재료에 의하여 구성되어 있고, 천판(115)의 두께, 격벽(113)의 두께, 격벽의 폭 및 중공부(117)의 최장폭이 각각 특정의 범위에 있다. 봉지용 수지 조성물은, (A) 분자 내에 에폭시기를 2개 포함하는 에폭시 수지 및 분자 내에 에폭시기를 3개 이상 포함하는 에폭시 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 에폭시 수지 및 (B) 무기 충전재를 포함한다.

Description

중공 패키지 및 그 제조 방법
본 발명은, 중공 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 패키지의 봉지(封止)에 관한 기술로서, 특허문헌 1(미국 특허출원 공개공보 제2017/0047232호)에 기재된 것이 있다. 동 문헌에는, 기판의 상면에 벌크 탄성파(Bulk Acoustic Wave: BAW) 필터 소자 등의 표면 실장 소자를 탑재하고, 시트상의 봉지 수지 조성물로 표면 실장 소자를 피복하여, 봉지하는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 1: 미국 특허출원 공개공보 제2017/0047232호
최근의 패키지 개발 환경에 있어서, 박형화, 소형화, 단자 간격의 협피치화와 같은 요구가 높아지고 있는 것을 근거로 하여, 상기 문헌에 기재된 기술에 대하여 본 발명자들이 검토한 결과, 중공부를 갖는 소자를 봉지하는 경우에도, 성형 후에 중공 구조가 안정적으로 유지됨과 함께, 칩 아래의 좁은 간극에 대한 충전성이 우수한 패키지를 얻는다는 점에서 개선의 여지가 있는 것이 명확해졌다.
그래서, 본 발명은, 중공부가 마련된 소자의 내성형성이 우수함과 함께 좁은 간극에 대한 충전성이 우수한 패키지를 얻기 위한 봉지 기술을 제공한다.
본 발명에 의하면,
기판과,
상기 기판에 탑재된, 반도체 소자, MEMS 및 전자 부품으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 소자와,
상기 기판의 상부에 상기 소자의 외주를 둘러싸도록 마련된 격벽과,
상기 격벽의 상면에 접하여 마련됨과 함께 상기 소자의 상부를 덮는 천판(天板)을 구비하고,
상기 기판, 상기 격벽 및 상기 천판으로 덮인 1개 이상의 폐쇄된 중공부가 마련되어 있음과 함께, 상기 기판, 상기 격벽 및 상기 천판이 봉지용 수지 조성물의 경화물로 봉지되어 있는 중공 패키지로서,
상기 천판 및 상기 격벽이 모두 유기 재료에 의하여 구성되어 있으며,
상기 천판의 두께가 10μm 이상 50μm 이하이고,
상기 격벽의 두께가 5μm 이상 30μm 이하이며, 상기 격벽의 폭이 5μm 이상 200μm 이하이고,
상기 기판의 소자 탑재면에 수직인 단면에 있어서의 상기 중공부의 최장폭이 60μm 이상 1000μm 이하이며,
상기 봉지용 수지 조성물이,
(A) 분자 내에 에폭시기를 2개 포함하는 에폭시 수지 및 분자 내에 에폭시기를 3개 이상 포함하는 에폭시 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 에폭시 수지, 및
(B) 무기 충전재를 포함하는, 중공 패키지가 제공된다.
또, 본 발명에 의하면,
이하의 공정 1 및 공정 2:
(공정 1) 기판 상에, 적어도 1종의 유기 재료에 의하여 구성된 격벽과 천판을 형성함으로써, 1개 이상의 폐쇄된 중공부를 마련하는 공정
(공정 2) 봉지용 수지 조성물을 0.1MPa 이상, 5.0MPa 미만의 저압으로 압축 성형하여, 상기 기판, 상기 격벽 및 상기 천판을 수지 봉지하는 공정을 포함하는, 중공 패키지의 제조 방법으로서,
상기 공정 1이, 반도체 소자, MEMS 및 전자 부품으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 소자가 상기 중공부 내에 배치되도록 상기 소자를 상기 기판 상에 탑재하는 공정을 포함하며,
상기 봉지용 수지 조성물이,
(A) 분자 내에 에폭시기를 2개 포함하는 에폭시 수지 및 분자 내에 에폭시기를 3개 이상 포함하는 에폭시 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 에폭시 수지, 및
(B) 무기 충전재를 포함하는, 중공 패키지의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 중공부가 마련된 소자의 내성형성이 우수함과 함께 좁은 간극에 대한 충전성이 우수한 패키지를 얻기 위한 봉지 기술을 제공할 수 있다.
상술한 목적, 및 그 외의 목적, 특징 및 이점은, 이하에 설명하는 적합한 실시형태, 및 그에 부수하는 이하의 도면에 의하여 더 명확해진다.
도 1은 본 실시형태에 있어서의 구조체의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 실시형태에 있어서의 구조체의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 실시형태에 있어서의 구조체의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 4는 중공부가 마련된 구조체의 내성형성의 평가 결과를 나타내는 도이다.
이하, 실시형태에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 모든 도면에 있어서, 동일한 구성 요소에는 공통의 부호를 붙이고, 적절히 설명을 생략한다. 또, 도는 개략도이며, 실제의 치수 비율과는 반드시 일치하고 있지 않다. 또, 수치 범위의 "X~Y"는 설명이 없으면, "X 이상 Y 이하"를 나타낸다.
(중공 패키지, 구조체)
도 1은, 본 실시형태에 있어서의 구조체의 구성의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타낸 구조체(100)는, 기판(101) 상에, 중공 패키지(103) 및 패키지(105)가 탑재된 것이다. 기판(101)으로서는, 예를 들면 인터포저 등의 유기 기판을 이용할 수 있다.
중공 패키지(103) 및 패키지(105)는 모두 봉지재(107)에 의하여 봉지되어 있다. 봉지재(107)는, 봉지용 수지 조성물의 경화물로 이루어진다.
이하, 중공 패키지(103) 및 패키지(105)를 각각 설명한다.
먼저, 중공 패키지(103)에 대하여 설명한다. 중공 패키지(103)는, 기판(109)과, 기판(109)에 탑재된, 반도체 소자, MEMS 및 전자 부품으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 소자(111)와, 기판(109)의 상부에 소자(111)의 외주를 둘러싸도록 마련된 격벽(113)과, 격벽(113)의 상면에 접하여 마련됨과 함께 소자(111)의 상부를 덮는 천판(115)을 구비한다. 중공 패키지(103)에는, 기판(109), 격벽(113) 및 천판(115)으로 덮인 1개 이상의 폐쇄된 중공부(117)가 마련되어 있다. 그리고, 기판(109), 격벽(113) 및 천판(115)이 봉지재(107)에 의하여 봉지되어 있다. 봉지재(107)는, 봉지용 수지 조성물의 경화물이다. 봉지용 수지 조성물의 구성에 대해서는 후술한다.
중공 패키지(103)는, 천판(115)의 상부에 마련된 범프(119)에 의하여 기판(101)에 플립 칩 접속되어 있다. 또, 범프(119)와 기판(101) 상의 도전체를 접속하는 배선(도시 생략)이, 천판(115)의 상면 및 측면, 격벽(113)의 측면 및 기판(101)의 상면에 걸쳐 마련되어 있어도 된다.
소자(111)는, 반도체 소자, MEMS 및 전자 부품으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상이면 되고, 구체적으로는 중공 구조가 마련된 패키지에 적용되는 소자이다. 이러한 소자(111)의 구체예로서, BAW 필터, 표면 탄성파(SAW: Surface Acoustic Wave) 필터 등의 고주파 필터를 들 수 있다.
기판(109)의 재료는, 소자(111)의 종류 등에 따라 선택할 수 있다. 기판(109)은, 예를 들면 실리콘 기판 등의 반도체 기판이어도 된다. 또, 소자(111)가 고주파 필터일 때, 기판(109)의 재료로서, 바람직하게는 탄탈럼산 리튬(LT), 나이오븀산 리튬(LN) 등의 압전체를 들 수 있다.
격벽(113) 및 천판(115)의 크기는, 소자(111)의 크기에 의하여 설정할 수 있다.
격벽(113)의 두께는, 소자(111)의 주위에 중공부(117)를 확보하는 관점에서, 바람직하게는 5μm 이상이며, 보다 바람직하게는 7μm 이상이다. 또, 중공 패키지(103)의 박형화의 관점에서, 격벽(113)의 두께는, 바람직하게는 30μm 이하이며, 보다 바람직하게는 20μm 이하이다.
격벽(113)의 폭은, 내성형성을 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 5μm 이상이며, 보다 바람직하게는 20μm 이상이다. 또, 중공 패키지(103)의 소형화의 관점에서, 격벽(113)의 폭은, 바람직하게는 200μm 이하이며, 보다 바람직하게는 100μm 이하이다.
여기에서, 격벽(113)의 두께는, 기판(109)에 수직 방향의 격벽(113)의 길이를 말하고, 격벽(113)의 폭은, 기판(109)의 면내 방향의 격벽(113)의 길이를 말한다.
천판(115)의 두께는, 내성형성을 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 10μm 이상이며, 보다 바람직하게는 15μm 이상이다. 또, 중공 패키지(103)의 박형화의 관점에서, 천판(115)의 두께는, 바람직하게는 50μm 이하이며, 보다 바람직하게는 30μm 이하이다.
여기에서, 천판(115)의 두께는, 기판(109)에 수직 방향의 천판(115)의 길이를 말한다.
기판(109)의 소자 탑재면에 수직인 단면에 있어서의 중공부(117)의 최장폭은, 소자(111)의 주위에 중공부(117)를 확보하는 관점에서, 바람직하게는 60μm 이상이며, 보다 바람직하게는 100μm 이상이다. 또, 중공 패키지(103)의 소형화의 관점에서, 중공부(117)의 상기 최장폭은, 바람직하게는 1000μm 이하이며, 보다 바람직하게는 800μm 이하이다.
중공부(117)의 단면 형상으로서, 예를 들면 직사각형을 들 수 있다. 또, 중공부(117)의 평면 형상으로서, 예를 들면 정사각형, 직사각형, 다각형, 원형, 타원형, 또는 그들이 결합된 형상을 들 수 있다.
격벽(113) 및 천판(115)은, 모두 바람직하게는 유기 재료에 의하여 구성된다. 격벽(113)과 천판(115)의 재료는, 동종이어도 되고 이종이어도 된다.
격벽(113) 및 천판(115) 중 적어도 일방이 유기 재료일 때, 이러한 유기 재료는, 격벽(113) 및 천판(115)을 간편한 공정으로 안정적으로 형성하는 관점에서, 바람직하게는 감광성 드라이 필름 레지스트이며, 보다 바람직하게는 네거티브형 감광성 드라이 필름 레지스트이고, 더 바람직하게는 광산발생제와 에폭시 수지를 함유하는 네거티브형 감광성 드라이 필름 레지스트이다.
또, 동일한 관점에서, 격벽(113) 및 천판(115)은, 바람직하게는 감광성 수지 조성물의 경화물에 의하여 구성된다. 이하, 감광성 수지 조성물의 구성을 구체적으로 설명한다.
(감광성 수지 조성물)
격벽(113) 또는 천판(115)의 형성에 이용되는 감광성 수지 조성물로서 폴리이미드, 폴리아마이드, 벤조사이클로뷰텐, 폴리벤즈옥사졸, 말레이미드, 아크릴레이트 수지, 페놀 수지 또는 에폭시 수지 등을 주성분으로 하는 각종 감광성 수지 조성물이 사용 가능하지만, 예를 들면 국제 공개공보 제2012/008472호에 기재된 것을 이용할 수 있다. 이때, 감광성 수지 조성물은, 바람직하게는 광산발생제 및 에폭시 수지를 포함한다.
광산발생제는, 바람직하게는 트리스(4-(4-아세틸페닐)싸이오페닐)설포늄테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트를 포함하고, 보다 바람직하게는 트리스(4-(4-아세틸페닐)싸이오페닐)설포늄테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트이다. 트리스(4-(4-아세틸페닐)싸이오페닐)설포늄테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트로서, 예를 들면 BASF사제 이르가큐어(Irgacure)(등록 상표) PAG 290을 이용할 수 있다.
감광성 수지 조성물 중의 광산발생제의 함유량은, 광산발생제와 에폭시 수지의 합계량을 100질량%로 하여, 바람직하게는 0.1질량% 이상이며, 또 바람직하게는 15질량% 이하이다.
에폭시 수지의 에폭시 당량은, 감광성 수지 조성물의 경화 수축율을 저하시키는 관점에서, 바람직하게는 150g/eq. 이상이다. 또, 감광성 수지 조성물의 가교 밀도가 과도하게 저하되어 경화막의 강도나 내약품성, 내열성, 내크랙성 등이 저하되는 것을 억제하는 관점에서, 에폭시 수지의 에폭시 당량은, 바람직하게는 500g/eq. 이하이다.
여기에서, 에폭시 당량은, JIS K7236에 준거한 방법으로 측정된다.
또, 에폭시 수지의 연화점은, 마스크 스티킹을 억제하는 관점, 및 상온에서의 연화를 억제하는 관점에서, 바람직하게는 40℃ 이상이며, 보다 바람직하게는 50℃ 이상이다. 또, 기판(109)에 대한 첩합성을 높이는 관점에서, 에폭시 수지의 연화점은, 바람직하게는 120℃ 이하이며, 보다 바람직하게는 100℃ 이하이다.
여기에서, 연화점은, JIS K7234에 준거한 방법으로 측정된다.
에폭시 수지는, 보다 바람직하게는 상술한 범위의 에폭시 당량 및 상술한 범위의 연화점을 갖고, 이러한 에폭시 수지의 구체예로서, EOCN-102S, EOCN-103S, EOCN-104S, EOCN-1020, EOCN-4400H, EPPN-201, EPPN-501H, EPPN-502H, XD-1000, BREN-S, NER-7604, NER-7403, NER-1302, NER-7516, NC-3000H(모두 상품명, 닛폰 가야쿠사제), 에피코트 157S70(상품명, 미쓰비시 가가쿠사제), EHPE3150(상품명, 다이셀 가가쿠 고교사제)을 들 수 있다.
에폭시 수지의 구체예로서, 노볼락형 에폭시 수지, 올레핀을 갖는 화합물의 산화 반응에 의하여 얻어지는 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
또, 경화물의 내약품성, 플라즈마 내성 및 투명성이 높고, 또한 경화물이 저흡습이라는 점에서, 바람직한 에폭시 수지의 구체예로서, 에피코트 157(미쓰비시 가가쿠사제, 에폭시 당량 180~250g/eq., 연화점 80~90℃), EPON SU-8(상품명, 레졸루션·퍼포먼스·프로덕츠사제, 에폭시 당량 195~230g/eq., 연화점 80~90℃) 등의 비스페놀 A 노볼락형 에폭시 수지;
NC-3000(상품명, 닛폰 가야쿠사제, 에폭시 당량 270~300g/eq., 연화점 55~75℃) 등의 바이페닐-페놀 노볼락형 에폭시 수지;
NER-7604 및 NER-7403(모두 상품명, 알코올성 수산기의 일부가 에폭시화된 비스페놀 F형 에폭시 수지, 닛폰 가야쿠사제, 에폭시 당량 200~500g/eq., 연화점 55~75℃), NER-1302 및 NER-7516(모두 상품명, 알코올성 수산기의 일부가 에폭시화된 비스페놀 A형 에폭시 수지, 닛폰 가야쿠사제, 에폭시 당량 200~500g/eq., 연화점 55~75℃) 등의 알코올성 수산기의 일부가 에폭시화된 비스페놀 A형 혹은 F형 에폭시 수지;
EOCN-1020(상품명, 닛폰 가야쿠사제, 에폭시 당량 190~210g/eq., 연화점 55~85℃) 등의 크레졸 노볼락형 에폭시 수지;
NC-6300(상품명, 닛폰 가야쿠사제, 에폭시 당량 230~235g/eq., 연화점 70~72℃) 등의 다관능 에폭시 수지;
일본 공개특허공보 평10-97070호에 제법이 기재된 폴리카복실산 에폭시 수지(에폭시 당량은 통상 300~900g/eq.) 등의, 1분자 중에 적어도 2개 이상의 에폭시기를 갖는 에폭시 수지와, 1분자 중에 적어도 1개 이상의 수산기 및 1개의 카복실기를 갖는 화합물의 반응물에, 다염기산 무수물을 반응시킴으로써 얻어지는 에폭시 수지;
EPPN-201(상품명, 닛폰 가야쿠사제, 에폭시 당량 180~200g/eq., 연화점 65~78℃) 등의 트리스페놀 메테인형 에폭시 수지;
EPPN-501H(상품명, 닛폰 가야쿠사제, 에폭시 당량 162~172g/eq., 연화점 51~57℃), EPPN-501HY(상품명, 닛폰 가야쿠사제, 에폭시 당량 163~175g/eq., 연화점 57~63℃), EPPN-502H(상품명, 닛폰 가야쿠사제, 에폭시 당량 158~178g/eq., 연화점 60~72℃) 등의 트라이페닐메테인형 에폭시 수지;
EHPE3150(상품명, 다이셀 가가쿠 고교사제, 에폭시 당량 170~190g/eq., 연화점 70~85℃) 등의 지환식 에폭시 수지;
XD-1000(상품명, 닛폰 가야쿠사제, 에폭시 당량 245~260g/eq., 연화점 68~78℃) 등의 다이사이클로펜타다이엔형 에폭시 수지; 및
일본 공개특허공보 2007-291263호에 기재된 방법에 의하여 얻어지는 공축합물인 에폭시 수지(에폭시 당량은, 통상 400~900g/eq.)를 들 수 있다.
감광성 수지 조성물 중의 에폭시 수지의 함유량은, 중공부(117)의 내성형성을 향상시키는 관점에서, 광산발생제와 에폭시 수지의 합계량을 100질량%로 하여, 바람직하게는 85질량% 이상이며, 또 바람직하게는 99.9질량% 이하이다.
감광성 수지 조성물은, 광산발생제 및 에폭시 수지 이외의 성분을 포함해도 되고, 이러한 성분의 구체예로서, 혼화성이 있는 반응성 에폭시 모노머 및 용제의 1종 이상을 포함해도 된다.
감광성 수지 조성물이 반응성 에폭시 모노머를 포함함으로써, 패턴의 성능을 개량할 수 있다. 반응성 에폭시 모노머의 구체예로서, 다이에틸렌글라이콜다이글리시딜에터, 헥세인다이올다이글리시딜에터, 다이메틸올프로페인다이글리시딜에터, 폴리프로필렌글라이콜다이글리시딜에터(예를 들면 ADEKA제, ED506), 트라이메틸올프로페인트라이글리시딜에터(예를 들면 ADEKA제, ED505), 트라이메틸올프로페인트라이글리시딜에터(예를 들면 저염소 타입, 나가세 켐텍스사제, EX321L), 펜타에리트리톨테트라글리시딜에터 등을 들 수 있고, 바람직하게는 이들 중 저염소 제조법 또는 정제 공정을 거친 저염소 타입의 것이다.
반응성 에폭시 모노머의 함유량은, 광산발생제, 에폭시 수지 및 적절한 반응성 에폭시 모노머의 합계를 레지스트의 고형분으로 한 경우, 예를 들면 0질량% 초과이며, 또 마스크 스티킹을 억제하는 관점에서, 상기 고형분 중에 바람직하게는 10질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 7질량% 이하이다.
또한, 본 명세서에 있어서의 반응성 에폭시 모노머란, GPC의 측정 결과에 근거하여, 폴리스타이렌 환산으로 산출한 중량 평균 분자량이 1,000 이하인 실온에서 액상의 에폭시 화합물을 의미한다.
또, 감광성 수지 조성물이 용제를 포함함으로써, 감광성 수지 조성물의 점도를 낮춰, 도막성을 향상시킬 수 있다. 용제로서는, 잉크, 도료 등에 통상 이용되는 유기 용제이며, 감광성 수지 조성물의 각 구성 성분을 용해할 수 있는 것이면 제한 없이 이용할 수 있다. 용제의 구체예로서는, 아세톤, 에틸 메틸 케톤, 사이클로헥산온, 사이클로펜탄온 등의 케톤류; 톨루엔, 자일렌, 테트라메틸벤젠 등의 방향족 탄화 수소류; 다이프로필렌글라이콜다이메틸에터, 다이프로필렌글라이콜다이에틸에터 등의 글라이콜에터류; 아세트산 에틸, 아세트산 뷰틸, 뷰틸셀로솔브아세테이트, 카비톨아세테이트, 프로필렌글라이콜모노메틸에터아세테이트, γ-뷰티로락톤 등의 에스터류; 메탄올, 에탄올, 셀로솔브, 메틸셀로솔브 등의 알코올류; 옥테인, 데케인 등의 지방족 탄화 수소; 석유 에터, 석유 나프타, 수소 첨가 석유 나프타, 솔벤트 나프타 등의 석유계 용제를 들 수 있다.
용제의 함유량은, 주성분의 용해성이나 성분의 휘발성, 조성물의 액 점도 등을 적정하게 유지하는 관점에서, 감광성 수지 조성물 전체에 대하여 바람직하게는 10질량% 이상이고, 또 바람직하게는 95질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 90질량% 이하이다.
또, 감광성 수지 조성물은, 기판에 대한 조성물의 밀착성을 향상시키는 관점에서, 밀착성 부여제를 더 포함해도 된다. 밀착성 부여제는, 예를 들면 실레인 커플링제 및 타이타늄 커플링제 등의 커플링제이며, 바람직하게는 실레인 커플링제이다.
밀착성 부여제의 함유량은, 예를 들면 0질량% 초과이고, 또 경화막의 물성 저하를 억제하는 관점에서, 감광성 수지 조성물 전체에 대하여 바람직하게는 15질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 5질량% 이하이다.
감광성 수지 조성물은, 자외선를 흡수하고, 흡수한 광에너지를 광산발생제에 공여하는 관점에서, 증감제를 더 포함해도 된다.
증감제의 구체예로서, 2,4-다이에틸싸이오잔톤 등의 싸이오잔톤류, 9,10-다이메톡시-2-에틸안트라센 등의 9위와 10위에 C1~C4 알콕시기를 갖는 안트라센 화합물(9,10-다이알콕시안트라센 유도체)을 들 수 있다. 9,10-다이알콕시안트라센 유도체는, 치환기를 더 갖고 있어도 된다.
증감제는, 보다 바람직하게는 2,4-다이에틸싸이오잔톤 및 9,10-다이메톡시-2-에틸안트라센이다.
증감제는 소량으로도 효과가 발휘되는 점에서, 그 함유량은, 광산발생제에 대하여 예를 들면 0질량% 초과이고, 또 바람직하게는 30질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 20질량% 이하이다.
또, 광산발생제 유래의 이온에 의한 영향을 저감시킬 필요가 있는 경우에는, 감광성 수지 조성물은, 유기 알루미늄 화합물 등의 이온 포착제를 더 포함해도 된다.
이온 포착제의 배합량은, 광산발생제 및 에폭시 수지 및 적절한 반응성 에폭시 모노머의 합계를 레지스트의 고형분으로 한 경우, 이러한 고형분에 대하여 예를 들면 0질량% 초과이고, 또 바람직하게는 10질량% 이하이다.
감광성 수지 조성물은, 열가소성 수지, 착색제, 증점제, 소포제, 레벨링제 등의 각종 첨가제를 포함해도 된다.
열가소성 수지로서는, 예를 들면 폴리에터설폰, 폴리스타이렌, 폴리카보네이트를 들 수 있다.
착색제로서는, 예를 들면 프탈로사이아닌 블루, 프탈로사이아닌 그린, 아이오딘·그린, 크리스탈 바이올렛, 산화 타이타늄, 카본 블랙, 나프탈렌 블랙을 들 수 있다.
증점제로서는, 예를 들면 올벤, 벤톤, 몬모릴로나이트를 들 수 있다.
소포제로서는, 예를 들면 실리콘계, 불소계 및 고분자계 등의 소포제를 들 수 있다.
이들 첨가제의 배합량은, 사용 목적에 따라 적절하게 할 수 있지만, 감광성 수지 조성물 전체에 대하여, 예를 들면 각각 0.1질량% 이상이고, 또 예를 들면 30질량% 이하이다.
또, 감광성 수지 조성물은, 무기 충전재를 더 포함해도 된다. 무기 충전재의 구체예로서, 황산 바륨, 타이타늄산 바륨, 산화 규소, 무정형 실리카, 탤크, 클레이, 탄산 마그네슘, 탄산 칼슘, 산화 알루미늄, 수산화 알루미늄, 운모분(雲母粉)을 들 수 있다.
무기 충전재의 배합 비율은, 예를 들면 감광성 수지 조성물 중 0질량% 초과이고, 또 예를 들면 60질량% 이하이다.
감광성 수지 조성물은, 중공부(117)의 내성형성을 향상시키는 관점에서, 바람직하게는, 광산발생제를 0.1질량부 이상 15질량부 이하, 에폭시 수지를 85질량부 이상 99.9질량부 이하, 반응성 에폭시 모노머를 1질량부 이상 10질량부 이하, 용제를 5.8질량부 이상 2090질량부 이하 포함하고, 필요에 따라, 상술한 밀착성 부여제, 증감제, 이온 포착제, 열가소성 수지, 착색제, 증점제, 소포제, 레벨링제 및 무기 충전재를 첨가해도 된다.
다음으로, 감광성 수지 조성물의 제조 방법을 설명한다.
본 실시형태에 있어서, 감광성 수지 조성물은, 예를 들면 소정의 배합량의 원료 성분을, 통상의 방법으로 혼합, 교반함으로써 얻어지고, 필요에 따라 디졸버, 호모지나이저, 3개 롤 밀 등의 분산기를 이용하여 분산, 혼합해도 된다. 또, 혼합 후, 추가로 메시, 멤브레인 필터 등을 이용하여 여과해도 된다.
다음으로, 감광성 수지 조성물의 성상(性狀)에 대하여 설명한다. 감광성 수지 조성물은, 예를 들면 액상으로 할 수 있다.
또, 감광성 수지 조성물은 바람직하게는 드라이 필름 레지스트이다. 드라이 필름 레지스트는, 베이스 필름 상에, 롤 코터, 다이 코터, 나이프 코터, 바 코터, 그라비아 코터 등을 이용하여 감광성 수지 조성물을 도포한 후, 예를 들면 45℃ 이상 100℃ 이하로 설정한 건조 노에서 건조하고, 소정량의 용제를 제거하여 얻어진다. 또, 레지스트 상에 적절히 커버 필름 등을 적층해도 된다. 레지스트의 기재가 되는 베이스 필름 및 커버 필름의 구체예로서, 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, TAC, 폴리이미드 등의 필름을 들 수 있다. 이들 필름은 실리콘계 이형 처리제나 비실리콘계 이형 처리제 등에 의하여 이형 처리되어 있어도 된다.
다음으로, 도 1로 되돌아가, 패키지(105)에 대하여 설명한다. 패키지(105)는, 반도체 소자(121)가 범프(123)에 의하여 기판(101)의 소자 탑재면에 플립 칩 접속되어 이루어진다. 패키지(105)에 있어서는, 반도체 소자(121) 및 범프(123)가, 봉지재(107)에 의하여 봉지되어 있다.
패키지(105)의 구체예로서, 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), SiP(System In Package), LGA(Land Grid Allay)를 들 수 있다.
다음으로, 봉지재(107)에 대하여 설명한다. 봉지재(107)는, 봉지용 수지 조성물의 경화물이다. 도 1에 있어서는, 봉지재(107)는, 기판(101)의 소자 탑재면 전체면에 걸쳐 마련되어 있고, 중공 패키지(103) 및 패키지(105)를 봉지하고 있다.
(봉지용 수지 조성물)
본 실시형태에 있어서, 봉지용 수지 조성물은, 중공 패키지(103)의 기판(109), 격벽(113) 및 천판(115)의 봉지에 이용되는 것이며, 이하의 성분 (A) 및 (B)를 포함한다.
(A) 분자 내에 에폭시기를 2개 포함하는 에폭시 수지 및 분자 내에 에폭시기를 3개 이상 포함하는 에폭시 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 에폭시 수지
(B) 무기 충전재
(성분 (A))
성분 (A)의 에폭시 수지는, 분자 내에 에폭시기를 2개 포함하는 에폭시 수지 및 분자 내에 에폭시기를 3개 이상 포함하는 에폭시 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함한다.
봉지용 수지 조성물의 충전 특성을 향상시키는 관점, 및 중공 패키지의 내성형성을 향상시키는 관점에서, 성분 (A)는, 바람직하게는 바이페닐아랄킬형 에폭시 수지; 트라이페닐메테인형 에폭시 수지; 바이페닐형 에폭시 수지; 및 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 테트라메틸비스페놀 F형 에폭시 수지 등의 비스페놀형 에폭시 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하고, 보다 바람직하게는 바이페닐아랄킬형 에폭시 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지 및 비스페놀 A형 에폭시 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함한다.
봉지용 수지 조성물 중의 성분 (A)의 함유량은, 성형 시에 적합한 유동성을 얻어 충전성이나 성형성의 향상을 도모하는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 전체를 100질량%로 했을 때, 바람직하게는 2질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 3질량% 이상, 더 바람직하게는 4질량% 이상이다.
중공 패키지(103)의 내성형성을 향상시키는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 중의 성분 (A)의 함유량은, 봉지용 수지 조성물 전체를 100질량%로 했을 때, 바람직하게는 40질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 30질량% 이하, 더 바람직하게는 15질량% 이하, 보다 더 바람직하게는 10질량% 이하이다.
(성분 (B))
성분 (B)의 무기 충전재로서는, 일반적으로 봉지용 수지 조성물에 사용되고 있는 것을 이용할 수 있다. 무기 충전재의 구체예로서, 용융 실리카, 결정 실리카 등의 실리카; 알루미나; 탤크; 산화 타이타늄; 질화 규소; 질화 알루미늄을 들 수 있다. 이들 무기 충전재는, 1종을 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
이들 중에서도, 범용성이 우수한 관점에서, 무기 충전재가 실리카를 포함하는 것이 바람직하고, 용융 실리카를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
무기 충전재의 크기에 대해서는, 봉지용 수지 조성물의 유동성을 높여, 반도체 소자 등의 소자(111)와 기판의 사이에 보이드 등의 발생 없이 봉지용 수지 조성물을 충전할 수 있는 관점에서, 눈 크기 20μm의 체를 통과시켰을 때의 체 아래 획분(劃分)의 함유량이, 무기 충전재 전체에 대하여 바람직하게는 80질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 90질량% 이상, 더 바람직하게는 100질량%이다. 또, 상기 눈 크기 20μm의 체를 통과시켰을 때의 체 아래 획분의 함유량의 상한에 제한은 없고, 100질량% 이하이다.
봉지용 수지 조성물 중의 무기 충전재의 함유량은, 봉지용 수지 조성물을 이용하여 형성되는 봉지재의 저흡습성 및 저열팽창성을 향상시키고, 얻어지는 반도체 패키지의 내습 신뢰성이나 내리플로성을 보다 효과적으로 향상시키는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 전체를 100질량%로 했을 때, 바람직하게는 50질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 70질량% 이상, 더 바람직하게는 80질량% 이상이다.
또, 봉지용 수지 조성물의 성형 시에 있어서의 유동성이나 충전성을 보다 효과적으로 향상시키는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 중의 무기 충전재 전체의 함유량은, 봉지용 수지 조성물 전체를 100질량%로 했을 때, 바람직하게는 95질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 93질량% 이하, 더 바람직하게는 90질량% 이하이다.
본 실시형태에 있어서, 봉지용 수지 조성물은, 에폭시 수지 및 무기 충전재 이외의 성분을 포함해도 된다.
예를 들면, 봉지용 수지 조성물은, 경화제를 더 포함해도 된다.
(경화제)
경화제는, 예를 들면 중부가형의 경화제, 촉매형의 경화제, 및 축합형의 경화제의 3타입으로 크게 나눌 수 있고, 이들 1종 또는 2종 이상을 이용할 수 있다.
중부가형의 경화제로서는, 예를 들면 다이에틸렌트라이아민(DETA), 트라이에틸렌테트라민(TETA), 메타자일릴렌다이아민(MXDA) 등의 지방족 폴리아민, 다이아미노다이페닐메테인(DDM), m-페닐렌다이아민(MPDA), 다이아미노다이페닐설폰(DDS) 등의 방향족 폴리아민 외에, 다이사이안다이아마이드(DICY), 유기산 다이하이드라자이드 등을 포함하는 폴리아민 화합물; 헥사하이드로 무수 프탈산(HHPA), 메틸테트라하이드로 무수 프탈산(MTHPA) 등의 지환족 산무수물, 무수 트라이멜리트산(TMA), 무수 파이로멜리트산(PMDA), 벤조페논테트라카복실산(BTDA) 등의 방향족 산무수물 등을 포함하는 산무수물; 노볼락형 페놀 수지, 폴리바이닐페놀 등의 페놀 수지 경화제; 폴리설파이드, 싸이오에스터, 싸이오에터 등의 폴리머캅탄 화합물; 아이소사이아네이트 프리폴리머, 블록화 아이소사이아네이트 등의 아이소사이아네이트 화합물; 카복실산 함유 폴리에스터 수지 등의 유기산류 등을 들 수 있다.
촉매형의 경화제로서는, 예를 들면 벤질다이메틸아민(BDMA), 2,4,6-트리스다이메틸아미노메틸페놀(DMP-30) 등의 3급 아민 화합물; 2-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸(EMI24) 등의 이미다졸 화합물; BF3 착체 등의 루이스산 등을 들 수 있다.
축합형의 경화제로서는, 예를 들면 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 수지 경화제가 바람직하다. 페놀 수지 경화제로서는, 1분자 내에 페놀성 수산기를 2개 이상 갖는 모노머, 올리고머, 폴리머 전반을 이용할 수 있고, 그 분자량, 분자 구조는 한정되지 않는다.
경화별로 이용되는 페놀 수지 경화제로서는, 예를 들면 바이페닐아랄킬형 페놀 수지; 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, 비스페놀 노볼락 등의 노볼락형 페놀 수지; 폴리바이닐페놀; 페놀·하이드록시벤즈알데하이드 수지, 트라이페닐메테인형 페놀 수지, 폼알데하이드로 변성한 트라이페닐메테인형 페놀 수지 등의 변성 트라이페닐메테인형 페놀 수지 등의 다관능형 페놀 수지; 터펜 변성 페놀 수지, 다이사이클로펜타다이엔 변성 페놀 수지 등의 변성 페놀 수지; 페닐렌 골격 및/또는 바이페닐렌 골격을 갖는 페놀아랄킬 수지, 페닐렌 및/또는 바이페닐렌 골격을 갖는 나프톨아랄킬 수지 등의 아랄킬형 페놀 수지; 비스페놀 A, 비스페놀 F 등의 비스페놀 화합물 등을 들 수 있고, 이들은 1종류를 단독으로 이용해도 되며 2종류 이상을 병용해도 된다. 이들 중에서도, 내열성 및 충전성을 향상시키는 관점에서는, 페놀·하이드록시벤즈알데하이드 수지 등의 다관능형 페놀 수지를 이용하는 것이 보다 바람직하다. 또, 동일한 관점에서, 바이페닐아랄킬계 페놀 수지 및 트라이페닐메테인형 페놀 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 이용하는 것도 바람직하다.
본 실시형태에 있어서, 봉지용 수지 조성물 중의 경화제의 함유량은, 성형 시에 있어서, 우수한 유동성을 실현하고, 충전성이나 성형성의 향상을 도모하는 관점에서 봉지용 수지 조성물 전체를 100질량%로 했을 때, 바람직하게는 1질량% 이상이며, 보다 바람직하게는 2질량% 이상, 더 바람직하게는 3질량% 이상이다.
또, 봉지용 수지 조성물의 경화물을 봉지재로 하는 반도체 패키지에 대하여, 내습 신뢰성이나 내리플로성을 향상시키는 관점에서, 봉지용 수지 조성물 중의 경화제의 함유량은, 봉지용 수지 조성물 전체를 100질량%로 했을 때, 바람직하게는 25질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 15질량% 이하, 더 바람직하게는 10질량% 이하이다.
또, 봉지용 수지 조성물에는, 상술한 성분 이외의 성분을 포함해도 되고, 예를 들면 커플링제, 경화 촉진제, 유동성 부여제, 이형제, 이온 포착제, 저응력 성분, 난연제, 착색제, 산화 방지제 등의 각종 첨가제 중 1종 이상을 적절히 배합할 수 있다. 이들 성분의 함유량은, 봉지용 수지 조성물 전체를 100질량%로 했을 때, 각각 예를 들면 0.1~5질량% 정도로 할 수 있다.
이 중, 커플링제는 예를 들면, 에폭시실레인, 머캅토실레인, 2급 아미노실레인 등의 아미노실레인, 알킬실레인, 유레이도실레인, 바이닐실레인, 메타크릴실레인 등의 각종 실레인 화합물, 타이타늄 화합물, 알루미늄 킬레이트류, 알루미늄/지르코늄 화합물 등의 공지의 커플링제로부터 선택되는 1종류 또는 2종류 이상을 포함할 수 있다.
경화 촉진제(촉매)는, 예를 들면, 유기 포스핀, 테트라 치환 포스포늄 화합물, 포스포베타인 화합물, 포스핀 화합물과 퀴논 화합물의 부가물, 포스포늄 화합물과 실레인 화합물의 부가물 등의 인 원자 함유 화합물; 1,8-다이아자바이사이클로[5.4.0]운데센-7, 벤질다이메틸아민, 2-메틸이미다졸 등이 예시되는 아미딘이나, 3급 아민, 상기 아미딘이나 아민의 4급염 등의 질소 원자 함유 화합물로부터 선택되는 1종류 또는 2종류 이상을 포함할 수 있다. 이들 중에서도, 경화성을 향상시키는 관점에서는 인 원자 함유 화합물을 포함하는 것이 보다 바람직하다. 또, 성형성과 경화성의 밸런스를 향상시키는 관점에서는, 테트라 치환 포스포늄 화합물, 포스포베타인 화합물, 포스핀 화합물과 퀴논 화합물의 부가물, 포스포늄 화합물과 실레인 화합물의 부가물 등의 잠복성을 갖는 것을 포함하는 것이 보다 바람직하다.
유동성 부여제의 구체예로서, 2,3-다이하이드록시나프탈렌을 들 수 있다.
이형제는, 예를 들면 카나우바 왁스 등의 천연 왁스, 몬탄산 에스터 왁스 등의 합성 왁스, 스테아르산 아연 등의 고급 지방산 및 그 금속염류, 및 파라핀으로부터 선택되는 1종류 또는 2종류 이상을 포함할 수 있다.
이온 포착제의 구체예로서, 하이드로탈사이트를 들 수 있다.
저응력 성분의 구체예로서, 실리콘 오일, 실리콘 고무를 들 수 있다.
난연제의 구체예로서, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 붕산 아연, 몰리브데넘산 아연, 포스파젠을 들 수 있다.
착색제의 구체예로서, 카본 블랙, 벵갈라를 들 수 있다.
산화 방지제의 구체예로서, 힌더드페놀 화합물, 힌더드아민 화합물, 싸이오에터 화합물을 들 수 있다.
봉지용 수지 조성물의 경화물의 유리 전이 온도(Tg)는, 경화물의 내열성을 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 100℃ 이상이며, 보다 바람직하게는 110℃ 이상, 더 바람직하게는 120℃ 이상이다.
또, 경화물의 Tg의 상한에 제한은 없지만, 경화물의 인성(靭性)을 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 200℃ 이하이며, 보다 바람직하게는 180℃ 이하, 더 바람직하게는 160℃ 이하이다.
여기에서, 경화물의 유리 전이 온도는, 열기계 분석(Thermal Mechanical Analysis: TMA) 장치(세인코 인스트루사제, TMA100)를 이용하여 측정 온도 범위 0℃~320℃, 승온 속도 5℃/분의 조건으로 측정된다.
본 실시형태에 있어서, 봉지용 수지 조성물의 형상은, 바람직하게는 태블릿상 또는 입자상이다. 입자상의 봉지용 수지 조성물로서 구체적으로는, 분립체의 것을 들 수 있다. 여기에서, 봉지용 수지 조성물이 분립체란, 분말상 또는 과립상 중 어느 하나인 경우를 가리킨다.
다음으로, 봉지용 수지 조성물의 제조 방법을 설명한다.
본 실시형태에 있어서, 봉지용 수지 조성물은 예를 들면, 상술한 각 성분을, 공지의 수단으로 혼합하고, 추가로 롤, 니더 또는 압출기 등의 혼련기로 용융 혼련하여, 냉각한 후에 분쇄하는 방법에 의하여 얻을 수 있다. 또 얻어진 봉지용 수지 조성물에 대하여, 적절히 분산도나 유동성 등을 조정해도 된다.
본 실시형태에 있어서는, 상술한 구성의 감광성 수지 조성물 및 봉지용 수지 조성물을 각각 이용함과 함께, 격벽(113) 및 천판(115)의 크기를 소정의 크기로 함으로써, 중공 패키지(103)에 있어서의 중공부(117)가 안정적으로 유지됨과 함께, 복수의 범프(123) 사이 등의 좁은 간극의 충전성이 우수한 구조체(100)를 얻을 수 있다.
또한, 도 1에 있어서는, 기판(101) 상에 중공 패키지(103) 및 패키지(105)가 탑재된 예를 나타냈지만, 본 실시형태에 있어서, 구조체는, 중공 패키지만이 탑재된 것이어도 되고, 중공 패키지와 중공부를 갖지 않는 소자가 혼재되어 있어도 된다. 또, 구조체가 복수의 패키지를 포함할 때, 복수의 패키지는 후공정으로 개편화되어도 된다.
다음으로, 중공 패키지(103) 및 이것을 구비하는 구조체(100)의 제조 방법을 설명한다. 본 실시형태에 있어서, 중공 패키지(103)의 제조 방법은, 이하의 공정 1 및 공정 2를 포함한다.
(공정 1) 기판(109) 상에, 적어도 1종의 유기 재료에 의하여 구성된 격벽(113)과 천판(115)을 형성함으로써, 1개 이상의 폐쇄된 중공부(117)를 마련하는 공정
(공정 2) 상술한 본 실시형태에 있어서의 봉지용 수지 조성물을 0.1MPa 이상, 5.0MPa 미만의 저압으로 압축 성형하고, 기판(109), 격벽(113) 및 천판(115)을 수지 봉지하는 공정
이하, 도 2의 (a)~도 2의 (d)를 참조하여 더 구체적으로 설명한다. 도 2의 (a)~도 2의 (d)는, 구조체(100)의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 기판(109) 상에 소자(111)를 탑재한다.
다음으로, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 기판(109)의 소자 탑재면에, 소자(111)의 외주를 둘러싸는 격벽(113)을 소자(111)로부터 이격(離隔)하여 형성하고, 격벽(113) 상에 격벽(113)의 상부를 덮는 천판(115)을 형성함과 함께, 중공부(117)를 마련한다. 단, 도 3의 (a)~도 3의 (e)를 참조하여 후술하는 바와 같이, 경우에 따라서는 격벽 형성 후에 소자(111)를 탑재하고, 마지막에 천판(115)을 형성하는 경우도 있을 수 있다.
소정의 평면 형상을 갖는 격벽(113) 및 천판(115)의 형성은, 예를 들면 상술한 감광성 수지 조성물을 이용하고, 국제 공개공보 제2012/008472호에 기재된 방법을 이용하여 행할 수 있다.
구체적으로는, 액상의 감광성 수지 조성물을 사용하는 경우, 예를 들면 스핀 코터 등을 이용하고, 소자(111)가 마련된 기판(109) 상에 감광성 수지 조성물을 예를 들면 0.1μm 이상 1000μm 이하의 두께로 도포하며, 예를 들면 60℃ 이상 130℃ 이하로 5분간 이상 60분간 이하의 시간 열처리하여 용제를 제거하고, 감광성 수지 조성물층을 형성한다. 그 후, 격벽(113)의 평면 형상에 따른 패턴을 갖는 마스크를 재치하고, 자외선을 조사하며, 예를 들면 50℃ 이상 130℃ 이하에서 1분간 이상 50분간 이하의 가열 처리를 행한다. 그 후, 미노광 부분을, 현상액을 이용하여, 예를 들면 15℃ 이상 50℃ 이하에서 1분간 이상 180분간 이하 현상하여 패턴을 형성한다.
이것을 예를 들면 130℃ 이상 200℃ 이하의 온도에서 가열 처리하여, 영구 보호막이 얻어진다. 현상액으로서는, 예를 들면, γ-뷰티로락톤, 트라이에틸렌글라이콜다이메틸에터, 프로필렌글라이콜모노메틸에터아세테이트 등의 유기 용제, 혹은 이들의 유기 용제와 물의 혼합액 등을 이용할 수 있다. 현상에는 퍼들형, 스프레이형, 샤워형 등의 현상 장치를 이용해도 되고, 적절히 초음파 조사를 행해도 된다.
또, 드라이 필름 레지스트를 사용하는 경우에는, 예를 들면 커버 필름을 제거하고, 핸드 롤, 래미네이터 등에 의하여, 예를 들면 온도 30℃ 이상 100℃ 이하, 압력 0.05MPa 이상 2MPa 이하에서 기판(109)에 전사하며, 액상의 감광성 수지 조성물의 경우에 준하여 노광, 노광 후 베이크, 현상, 가열 처리를 하면 된다.
천판(115)에 대해서는 격벽(113)의 형성 후, 상술한 드라이 필름 레지스트를 사용하는 경우의 방법에 준하여 형성할 수 있다.
필름상의 감광성 수지 조성물(드라이 필름 레지스트)을 이용함으로써, 기판(109)으로의 도포, 및 건조의 공정을 생략할 수 있기 때문에, 격벽(113) 및 천판(115)의 제조 공정을 간소화할 수 있다.
천판(115)의 형성 후, 천판(115)의 상면 즉 격벽(113)과의 접합면의 이면의 소정의 위치에, 솔더 범프 등의 범프(119)를 형성한다(도 2의 (b)).
도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에서는, 기판(109) 상에 복수의 소자(111)를 탑재하는 예를 나타내고 있고, 이 경우, 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이, 기판(109)을 소자(111)마다 개편화함으로써, 복수의 패키지를 얻는다.
이어서, 기판(101) 상의 소정의 위치에, 개편화한 패키지를 범프(119)로 플립 칩 접속한다. 구조체(100)의 제조에 있어서는, 또 기판(101) 상의 소정의 위치에 반도체 소자(121)를 범프(123)로 플립 칩 접속한다(도 2의 (d)).
그 후, 기판(101)의 소자 탑재면을 본 실시형태에 있어서의 봉지용 수지 조성물로 봉지하여, 봉지재(107)를 형성한다. 이때, 중공 패키지(103)의 내성형성을 향상시키는 관점, 및 범프(123) 사이 등의 좁은 간극에 대한 충전성을 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 압축 성형에 의하여 봉지재(107)를 형성한다.
동일한 관점에서, 압축 성형에 있어서의 성형 압력은, 바람직하게는 0.1MPa 이상이고, 보다 바람직하게는 0.5MPa 이상이며, 또 바람직하게는 5.0MPa 미만이고, 보다 바람직하게는 3.0MPa 이하, 더 바람직하게는 2.0MPa 이하, 보다 더 바람직하게는 1.0MPa 이하이다.
이상의 공정에 의하여, 중공 패키지(103) 및 패키지(105)를 구비하는 구조체(100)를 얻을 수 있다. 본 실시형태에 있어서는, 성분 (A) 및 (B)를 포함하는 봉지용 수지 조성물을 이용한 압축 성형법에 의한 저압 성형을 행함으로써, 중공 패키지(103)에 마련된 중공부(117)의 내성형성을 우수한 것으로 할 수 있음과 함께, 패키지(105)에 있어서, 범프(123)가 협피치로 배치되는 경우에도, 범프(123)의 간극의 충전 특성을 우수한 것으로 할 수 있다.
또한, 이상에 있어서는, 기판(109) 상에, 소자(111)를 탑재한 후, 격벽(113) 및 천판(115)을 형성했지만, 각 부재의 형성 순서는 이 이외로 해도 된다. 예를 들면, 도 3의 (a)~도 3의 (e)는, 구조체(110)의 다른 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 3의 (a)~도 3의 (e)에 나타낸 제조 공정에서는, 먼저, 기판(109) 상의 소정의 위치에 격벽(113)을 형성한다(도 3의 (a)). 그 후, 소자(111)를, 그 외주를 격벽(113)에 둘러싸이도록, 기판(109) 상에 탑재한다(도 3의 (b)).
이어서, 격벽(113) 상에 격벽(113)의 상부를 덮는 천판(115)을 형성함과 함께, 중공부(117)를 마련한다(도 3의 (c)).
이들의 각 공정은, 예를 들면, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)를 참조하여 상술한 공정에 준하여 행할 수 있다.
그 후, 도 2의 (b) 및 도 2의 (c)를 참조한 각 공정에 준하여, 솔더 범프 등의 범프(119)를 형성하고(도 3의 (c)), 기판(109)을 소자(111)마다 개편화함으로써, 복수의 패키지를 얻는다(도 3의 (d)). 그리고, 도 2의 (d)를 참조한 공정에 준하여, 개편화한 패키지를, 기판(101) 상의 소정의 위치에 플립 칩 접속한다(도 3의 (e)).
이상의 공정에 의해서도, 중공 패키지(103) 및 패키지(105)를 구비하는 구조체(100)가 얻어져, 상술한 효과와 동일한 효과가 얻어진다.
이상, 실시형태에 근거하여, 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 그 구성을 변경할 수도 있다.
실시예
이하, 본 실시형태에 대하여, 실시예를 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시형태는, 이들의 실시예의 기재에 결코 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
표 1에 나타내는 배합으로 봉지용 수지 조성물을 조제하고, 얻어진 조성물의 경화물에 의하여 소자를 봉지했을 때의 충전 특성 및 중공부의 내성형성을 평가했다.
먼저, 이하의 예에서 이용한 봉지용 수지 조성물의 원료 성분을 나타낸다.
(에폭시 수지)
에폭시 수지 1: 바이페닐렌 골격 함유 페놀아랄킬형 에폭시 수지(닛폰 가야쿠사제, NC3000L) 및 비스페놀 A형 에폭시 수지(재팬 에폭시 레진사제, jER(등록 상표) YL6810)의 혼합 수지
에폭시 수지 2: 바이페닐렌 골격 함유 페놀아랄킬형 에폭시 수지(닛폰 가야쿠사제, NC3000L)
(경화제)
경화제 1: 바이페닐렌 골격 함유 페놀아랄킬형 수지(메이와 가세이사제, MEH-7851SS)
(촉매)
촉매 1: 테트라페닐포스포늄비스(나프탈렌-2,3-다이옥시)페닐실리케이트 및 테트라페닐포스포늄-4,4'-설폰릴다이페놀레이트
(무기 충전재)
무기 충전재 1: 용융 구상 실리카(마이크론사제, TS-6021) 눈 크기 20μm의 체를 통과한 획분: 100질량%
(봉지용 수지 조성물의 조제)
표 1에 기재된 배합에 근거하여, 2축형 혼련 압출기를 이용하여 110℃, 7분간의 조건으로 원재료를 혼련했다. 얻어진 혼련물을, 탈기, 냉각을 행한 후에 분쇄기로 분쇄하고, 입상의 봉지용 수지 조성물을 얻었다.
(봉지용 수지 조성물의 물성)
(Tg)
압축 성형기(TOWA사제, PMC1040)를 이용하고, 금형에, 금형 온도 175℃, 성형 압력 9.8MPa, 경화 시간 300초의 조건으로, 얻어진 봉지용 수지 조성물을 압축 성형함으로써 경화물을 얻었다. 이 경화물은, 길이 10mm, 폭 4mm, 두께 4mm였다.
이어서, 얻어진 경화물을 175℃, 4시간으로 후경화한 후, 열기계 분석 장치(세이코 덴시 고교사제, TMA100)를 이용하여, 측정 온도 범위 0℃~320℃, 승온 속도 5℃/분의 조건하에서 측정을 행하여, Tg를 산출했다.
(평가)
(충전 특성)
기판(구리 회로를 구비하는 프린트 배선 기판) 상에, 두께 100μm, 평방 5mm×5mm의 반도체 소자를 범프로 플립 칩 접속했다. 범프의 재료는 Cu, 범프 높이 50μm, 범프 직경 90μm, 범프 간의 피치는 90μm로 했다. 1개의 기판 상에, 상기 반도체 소자를 6개 접착하고, 반도체 소자를 탑재한 면이 하향이 되도록 하여, 기판 고정 수단에 의하여 상형에 고정했다. 이어서, 봉지용 수지 조성물로 이루어지는 수지 입상체를 하형 캐비티 내에 공급한 후, 캐비티 내를 감압으로 하면서, 압축 성형기(TOWA사제)에 의하여 패널 성형하여, 성형품을 얻었다. 이 때의 성형 조건은, 금형 온도 150℃ 또는 175℃, 성형 압력 1.0MPa 또는 2.0MPa, 경화 시간 300초로 했다.
얻어진 성형품을 개편화하지 않고, 그대로, keyence사제 마이크로스코프를 이용하여 충전성을 평가했다. 6개의 반도체 소자에 대하여, 범프 간의 영역에 있어서 미충전, 보이드 등의 충전 불량의 유무를 확인하고, 6개의 소자수 중 충전 불량이 발생한 소자의 수를 충전 불량 발생율(%)로 했다.
[표 1]
Figure pct00001
표 1로부터, 실시예 1에서 얻어진 봉지용 수지 조성물은, 좁은 간극에 대한 충전성이 우수했다.
(중공부의 내성형성)
중공부가 마련된 구조체를 실시예 1의 봉지용 수지 조성물로 봉지했을 때의 중공부의 내성형성을 평가했다.
네거티브형 감광성 드라이 필름 레지스트로서, SU-8 3000CF DFR 시리즈(상품명, 닛폰 가야쿠사제, 에폭시 수지 및 광산발생제 등을 포함하는 두께 20μm(3020CF), 30μm(3030CF) 및 45μm(3045CF)의 각 드라이 필름 레지스트)를 이용했다.
중공부가 마련된 구조체는 이하의 수순으로 형성했다. 즉, 실리콘 웨이퍼 상에, 네거티브형 감광성 드라이 필름 레지스트의 커버 필름을 박리하고, 롤 온도 70℃, 에어 압력 0.2MPa, 속도 0.5m/min으로 소정의 횟수 래미네이팅하여, 소정의 두께의 감광성 수지 조성물층을 얻었다. 이 감광성 수지 조성물층에, i선 노광 장치(마스크 얼라이너: 우시오 덴키사제)를 이용하여 패턴 노광(소프트 컨택트, i선)을 행했다. 그 후, 핫플레이트에 의하여 95℃에서 4분간의 노광 후 베이크를 행하고, 프로필렌글라이콜모노메틸에터아세테이트(PGMEA)를 이용하여 침지법에 의하여 23℃에서 5분간 현상 처리를 행하여, 웨이퍼 상에 경화한 수지 패턴을 얻었다. 그 후, 온풍 대류식 오븐을 이용하여 180℃, 60분간의 하드베이크를 실시했다. 얻어진 수지 패턴은, 소정의 높이 및 폭의 라인상의 수지가 소정의 간격으로 평행하게 배치된 형상을 갖고, 이것을 격벽으로 했다.
다음으로, 격벽이 형성된 웨이퍼 상에, 감광성 드라이 필름 레지스트의 커버 필름을 박리하고, 롤 온도 40℃, 에어 압력 0.1MPa, 속도 1.0m/min으로 소정의 횟수 래미네이팅하여, 소정의 두께의 감광성 수지 조성물층을 얻었다. 그리고, 격벽의 형성 방법에 준하여 패턴 노광, 노광 후 베이크, 현상 처리 및 하드베이크를 행하고, 인접하는 격벽간의 상부를 덮는 수지 패턴을 소정의 폭 및 두께로 형성하여, 이것을 천판으로 했다.
격벽 및 천판의 사이즈를 이하에 나타낸다.
격벽의 두께(공극의 높이): 20μm
격벽의 간격(공극의 폭): 10~500μm(10μm마다 제작)
격벽의 폭: 30μm
천판의 두께: 20μm, 30μm 또는 45μm
천판의 폭: 상기 격벽의 간격 각각 양 격벽의 폭의 합(60μm)을 더한 것. 70~560μm
천판 및 격벽으로 이루어지는 구조체가 형성된 웨이퍼를 압축 성형기(TOWA사제) 내에 배치하고, 실시예 1의 봉지용 수지 조성물을 이용하여 압축 성형하여, 시료를 얻었다. 압축 성형 조건은, 금형 온도 175℃, 성형 압력 1.0MPa, 2.0MPa 또는 3.0MPa, 경화 시간 120초로 했다.
실시예 1에서 얻어진 시료에 대하여, 중공부의 내성형성을 평가했다. 즉, 각 시료에 대하여, 중공부의 단면을 주사형 전자 현미경으로 관찰하고, 이하에 근거하여 천판의 최대 변위(Maximum cap displacement: δmax)를 측정하고, δmax가 5μm 미만의 것을 합격으로 했다.
δmax= 격벽 상의 천판 표면 높이-격벽의 간격의 중점(中點)에 있어서의 천판 표면의 높이
도 4는, 각 천판 두께에 있어서의 성형 압력(MPa)과, δmax에 대하여 합격이 얻어진 천판폭의 최댓값(μm)의 관계를 나타내는 도이다.
이 출원은, 2018년 12월 27일에 출원된 일본 출원 특원 2018-246180호를 기초로 하는 우선권을 주장하고, 그 개시의 전부를 여기에 원용한다.

Claims (10)

  1. 기판과,
    상기 기판에 탑재된, 반도체 소자, MEMS 및 전자 부품으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 소자와,
    상기 기판의 상부에 상기 소자의 외주를 둘러싸도록 마련된 격벽과,
    상기 격벽의 상면에 접하여 마련됨과 함께 상기 소자의 상부를 덮는 천판을 구비하고,
    상기 기판, 상기 격벽 및 상기 천판으로 덮인 1개 이상의 폐쇄된 중공부가 마련되어 있음과 함께, 상기 기판, 상기 격벽 및 상기 천판이 봉지용 수지 조성물의 경화물로 봉지되어 있는 중공 패키지로서,
    상기 천판 및 상기 격벽이 모두 유기 재료에 의하여 구성되어 있으며,
    상기 천판의 두께가 10μm 이상 50μm 이하이고,
    상기 격벽의 두께가 5μm 이상 30μm 이하이며, 상기 격벽의 폭이 5μm 이상 200μm 이하이고,
    상기 기판의 소자 탑재면에 수직인 단면에 있어서의 상기 중공부의 최장폭이 60μm 이상 1000μm 이하이며,
    상기 봉지용 수지 조성물이,
    (A) 분자 내에 에폭시기를 2개 포함하는 에폭시 수지 및 분자 내에 에폭시기를 3개 이상 포함하는 에폭시 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 에폭시 수지, 및
    (B) 무기 충전재를 포함하는, 중공 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기 재료가, 감광성 드라이 필름 레지스트인, 중공 패키지.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 유기 재료가, 네거티브형 감광성 드라이 필름 레지스트인, 중공 패키지.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 유기 재료가, 광산발생제와 에폭시 수지를 함유하는 상기 네거티브형 감광성 드라이 필름 레지스트인, 중공 패키지.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성분 (A)가, 바이페닐아랄킬형 에폭시 수지, 트라이페닐메테인형 에폭시 수지, 바이페닐형 에폭시 수지 및 비스페놀형 에폭시 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는, 중공 패키지.
  6. 이하의 공정 1 및 공정 2:
    (공정 1) 기판 상에, 적어도 1종의 유기 재료에 의하여 구성된 격벽과 천판을 형성함으로써, 1개 이상의 폐쇄된 중공부를 마련하는 공정
    (공정 2) 봉지용 수지 조성물을 0.1MPa 이상, 5.0MPa 미만의 저압으로 압축 성형하고, 상기 기판, 상기 격벽 및 상기 천판을 수지 봉지하는 공정을 포함하는, 중공 패키지의 제조 방법으로서,
    상기 공정 1이, 반도체 소자, MEMS 및 전자 부품으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 소자가 상기 중공부 내에 배치되도록 상기 소자를 상기 기판 상에 탑재하는 공정을 포함하며,
    상기 봉지용 수지 조성물이,
    (A) 분자 내에 에폭시기를 2개 포함하는 에폭시 수지 및 분자 내에 에폭시기를 3개 이상 포함하는 에폭시 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 에폭시 수지, 및
    (B) 무기 충전재를 포함하는, 중공 패키지의 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 유기 재료가, 감광성 드라이 필름 레지스트인, 중공 패키지의 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 유기 재료가, 네거티브형 감광성 드라이 필름 레지스트인, 중공 패키지의 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 유기 재료가, 광산발생제와 에폭시 수지를 함유하는 상기 네거티브형 감광성 드라이 필름 레지스트인, 중공 패키지의 제조 방법.
  10. 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성분 (A)가, 바이페닐아랄킬형 에폭시 수지, 트라이페닐메테인형 에폭시 수지, 바이페닐형 에폭시 수지 및 비스페놀형 에폭시 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는, 중공 패키지의 제조 방법.
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