JP3920672B2

JP3920672B2 - 封止枠部材及び封止枠部材用のシリコーンエラストマーシート

Info

Publication number: JP3920672B2
Application number: JP2002072241A
Authority: JP
Inventors: 博文飯田; 武幸恒川; 宗由迫田
Original assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Current assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2022-03-15
Also published as: JP2003273292A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップ封止用の封止枠部材及びシリコーンエラストマーシートに係り、詳しくは半導体チップを液状樹脂を硬化させて封止する際に、半導体チップの周囲を取り囲むように配置する封止枠部材及び該封止枠部材用のシリコーンエラストマーシートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在の電子部品の大半は半導体チップの形で集積化されている。この半導体チップは樹脂で封止されており、その封止形態にはＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）、ＣＳＰ（チップサイズ・パッケージ）、ＱＦＰ、ＰＬＣＣ（プラスチック・リード・チップ・キャリヤ）等が、また、ＣＯＢ（チップオンボード）、ＴＡＢ、フリップチップ、ＬＣＤモジュール及びＬＥＤモジュール等がある。
【０００３】
半導体チップを封止する工程は、半導体チップの目的、形状等に応じてスクリーン印刷を用いて液状封止樹脂を印刷して封止する方法や金型を用いて液状封止樹脂を射出成形する方法、所定量の液状封止樹脂を吐出してポッティング方法により封止を行う方法等がとられる。また、金型を使用しない場合の液状封止樹脂の封止に関しては、半導体チップの周囲を囲むように塗布する高粘度樹脂と、高粘度樹脂塗布後にその内側に流し込んで半導体そのものを封止する低粘度樹脂との２種類の粘度の異なる樹脂を用いる場合が多い。また、この工程には、液状封止樹脂を硬化させる工程も含まれていおり、通常は封止後の半導体チップを所定時間加熱させて硬化させる。
【０００４】
特開平５−１４４８５８号公報には、封止枠を使用して樹脂封止を行った後、必要に応じて封止枠を取り外す封止方法が開示されている。この封止方法では、図６に示すように、成型されたゲル状の封止枠３１を、プリント基板３２上に実装した半導体チップ３３を囲むように、かつプリント基板３２に密着するようにプリント基板３２に搭載する。そして、該封止枠３１内に液状の封止樹脂３４を流し込み、該封止樹脂３４を硬化させる。封止枠３１は硬化剤を含有したゾル状のシリコンゴムを成型用金型に流し込んで或る時間が経過した後、該シリコンゴムが硬化することによりゲル状に形成されたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、高粘度樹脂及び低粘度樹脂の２種類の粘度の異なる樹脂を用いる方法は、樹脂の塗布工程が２工程となるため生産効率が悪く、また、封止枠の役割となる高粘度樹脂自体も封止材の一部となるため、小面積部の封止には適さないという問題があった。
【０００６】
一方、特開平５−１４４８５８号公報に開示された方法では、封止樹脂３４の硬化後に封止枠３１を取り外すことにより、小面積部においても半導体チップ３３を封止できる。しかし、特開平５−１４４８５８号公報に開示された封止枠３１は、硬化剤を含有したゾル状のシリコンゴムを成型用金型に流し込んで形成するため、製造に手間が掛かる。また、封止枠３１全体が同じ物性のゲル状のシリコンゴムで形成されているため、封止枠３１のプリント基板３２に対する密着性を高めると、封止枠３１の形状保持機能が低くなり、プリント基板３２に貼付する際に封止樹脂３４の形状を精度良く形成することができないという問題もある。
【０００７】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものである。そして、第１の目的は所定形状の封止枠部材を基板に貼付し、液状封止樹脂をその枠内に流し込んで半導体チップを封止し、封止樹脂の硬化後に封止枠部材を基板から剥がす封止方法に好適で、小面積部においても精度良く半導体チップを封止でき、効率よく製造可能な封止枠部材を提供することにある。また、第２の目的は前記封止枠部材を打ち抜き加工により簡単に精度良く製造することができる封止枠部材用のシリコーンエラストマーシートを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、半導体チップを樹脂封止する工程で、半導体チップを取り囲むようにして基板上に貼り付けて使用される封止枠部材であって、前記基板に接する第１層と、該第１層上に積層された第２層との２層構成に形成され、第１層は基板に対する密着性を確保できる物性を備え、第２層は封止枠部材の形状保持の役割を果たす物性を備えている。
【０００９】
この発明の封止枠部材は、基板に接する第１層により基板に対する密着性が確保され、その上に積層された第２層により封止枠部材の形状保持がなされる。従って、精度良く半導体チップを封止でき、封止樹脂の硬化後、基板上に糊を残すことなく剥がすことができる。
【００１０】
より具体的には、請求項１に記載の発明は、半導体チップを樹脂封止する工程で、半導体チップを取り囲むようにして基板上に貼り付けて使用される封止枠部材であって、前記基板に接する第１層と、該第１層上に積層された第２層との２層のシリコーンエラストマー層により構成され、第１層及び第２層が下記の条件を満たす。第１層：動的粘弾性測定により、周波数１０Ｈｚ、温度２０℃でせん断法で測定した弾性率（Ｇ’）が３．０×１０⁴Ｐａ〜５．０×１０⁵Ｐａの範囲にある。第２層：動的粘弾性測定により、周波数１０Ｈｚ、温度２０℃で引張法で測定した弾性率（Ｅ’）が３．０×１０⁶Ｐａ〜２．０×１０⁷Ｐａの範囲にある。
【００１１】
この発明の封止枠部材は、シリコーンエラストマーで形成されて、基板に接する第１層が基板に対する密着性を確保できる物性を備え、その上に積層された第２層が封止枠部材の形状保持の役割を果たす物性を備える。また、封止枠部材を前記第１層及び第２層の物性を備えた２層構成のシリコーンエラストマーシートの打ち抜き加工によって容易に製造することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１層の厚みを３０μｍ〜２００μｍとした。この発明では、基板に対する充分な密着性の確保や、打ち抜き加工等の加工で所定の寸法精度を出すのが容易となる。
【００１３】
第２の目的を達成するため、請求項３に記載の封止枠部材用のシリコーンエラストマーシートの発明は、動的粘弾性測定により、周波数１０Ｈｚ、温度２０℃でせん断法で測定した弾性率（Ｇ’）が３．０×１０⁴Ｐａ〜５．０×１０⁵Ｐａの範囲にあるシリコーンエラストマー層によりシート状に形成された第１層と、該第１層上に積層されるとともに、動的粘弾性測定により、周波数１０Ｈｚ、温度２０℃で引張法で測定した弾性率（Ｅ’）が３．０×１０⁶Ｐａ〜２．０×１０⁷Ｐａの範囲にあるシリコーンエラストマー層によりシート状に形成された第２層とからなる。
【００１４】
この発明のシリコーンエラストマーシートは、打ち抜き加工で所望の形状の封止枠部材を寸法精度良く形成することができる。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の封止枠部材用のシリコーンエラストマーシートの発明において、前記第１層の厚みを３０μｍ〜２００μｍとした。この発明では、打ち抜き加工等の加工で所定の寸法精度を出すのが容易となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図３に従って説明する。
【００１６】
図１（ａ）は封止枠部材の模式斜視図を示し、図１（ｂ）は封止枠部材の形成に使用するシリコーンエラストマーシートの部分模式正面図である。図２は半導体チップを封止した状態の模式断面図、図３は半導体チップの封止位置に封止枠部材を配置した状態の模式平面図である。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、封止枠部材１１は四角枠状に形成され、図２に示すように、半導体チップ１２を実装した基板としてのプリント配線板１３に接するように配置される第１層１１ａと、第１層１１ａ上に積層された第２層１１ｂとの２層のシリコーンエラストマー層により構成されている。
【００１８】
封止枠部材１１は図１（ｂ）に示すように、シリコーンエラストマー層によりシート状に構成された第１層１４ａと、該第１層１４ａ上に積層されたシリコーンエラストマー層により構成された第２層１４ｂとからなるシリコーンエラストマーシート１４の打ち抜き加工により形成される。
【００１９】
本発明の封止枠部材１１を構成するシリコーンエラストマーは、第１層１１ａ及び第２層１１ｂとも次式で表されるシロキサン骨格を有するポリオルガノシロキサンを架橋することにより得られるエラストマーである。
【００２０】
【化１】

Ｒの全てがメチル基であるポリジメチルシロキサンをはじめ、メチル基の一部が他のアルキル基、ビニル基、フェニル基、フルオロアルキル基等の一種あるいはそれ以上と置換された各種のポリオルガノシロキサンを単独で用いても、あるいは二種類以上ブレンドして用いてもよい。
【００２１】
本発明で適用できる架橋方法としては特に限定されるものではなく、従来より公知の方法が適用できる。例えば、ポリオルガノシロキサンのメチル基あるいはビニル基をラジカル反応で架橋する方法、シラノール末端ポリオルガノシロキサンと加水分解可能な官能基を有するシラン化合物との縮合反応で架橋させる方法、ビニル基へのヒドロシリル基の付加反応で架橋する方法等が挙げられる。
【００２２】
さらに、本発明のシリコーンエラストマーには、シリコーンエラストマー組成物に従来添加することが知られている添加剤を本発明の物性を損なわない範囲で添加してもよい。これら添加剤として、ヒュームドシリカ、沈降性シリカ、石英粉等の酸化ケイ素の他、ケイソウ土、炭酸カルシウム、カーボンブラック、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、窒化ホウ素、酸化鉄等が挙げられる。
【００２３】
第１層１１ａのシリコーンエラストマーの物性は、動的粘弾性測定により、周波数１０Ｈｚ、温度２０℃でせん断法で測定した弾性率（Ｇ’）が３．０×１０⁴Ｐａ〜５．０×１０⁵Ｐａの範囲にあることが重要である。さらに液状樹脂を加熱硬化させる工程で１５０℃程度まで温度が上昇する可能性があるので、この温度範囲まで動的粘弾性の性質が本発明の範囲にあることが望ましい。
【００２４】
前記弾性率（Ｇ’）が低すぎると、シリコーンエラストマーが軟らかすぎて打ち抜き加工時に変形を起こし易かったり、プリント配線板１３に貼付するときに変形し過ぎてしまって、所定の形状に封止できない。反対に前記弾性率（Ｇ’）が高すぎるとシリコーンエラストマーが硬すぎて、プリント配線板１３との密着力が充分でなく、液状の封止樹脂がプリント配線板１３と封止枠部材１１の間から漏れてしまう。
【００２５】
第２層１１ｂのシリコーンエラストマーの物性は、動的粘弾性測定により、周波数１０Ｈｚ、温度２０℃で引張法で測定した弾性率（Ｅ’）が３．０×１０⁶Ｐａ〜２．０×１０⁷Ｐａの範囲にあることが重要である。また、前記の理由により、約１５０℃程度まで動的粘弾性の性質が前記範囲にあることが望ましい。
【００２６】
前記弾性率（Ｅ’）が低すぎると、シリコーンエラストマーが軟らかすぎて基板に封止枠部材１１を貼付する時に、封止枠部材１１に伸びが生じて、所定の位置に貼付することができず、封止樹脂の形状も精度がでない。反対に前記弾性率（Ｅ’）が高すぎると第１層１１ａのシリコーンエラストマーとの硬さの差が大きすぎて、打ち抜き加工等の加工で寸法精度が出ない等の不具合が生じる。
【００２７】
上述の通り、第１層１１ａはプリント配線板１３に密着する役割を果たし、第２層１１ｂは形状保持の役割を果たす。
前記のような動的粘弾性の性質を持つシリコーンエラストマーシート１４を得るための方法について以下に説明する。弾性率（Ｇ’），（Ｅ’）についてはポリオルガノシロキサンの種類、分子量、補強性フィラー等シリコーンエラストマーの組成と架橋度を適当に調整することによって目的の弾性率（Ｇ’），（Ｅ’）にすることが可能である。また、複数の市販のシリコーンコンパウンドをブレンドすることによっても可能である。
【００２８】
第１層１４ａと第２層１４ｂとの接着は、第１層１４ａ及び第２層１４ｂのシリコーンエラストマーが未架橋状態で両層１４ａ，１４ｂを積層し、加硫接着させるのが一般的であるが、この方法に限定されるものではない。
【００２９】
第１層１１ａ，１４ａの厚みは３０μｍ〜２００μｍの範囲にあるものが好適である。厚さが薄すぎると、プリント配線板１３に貼付する時に必要な変形量が得られず、プリント配線板１３への充分な密着性が得られない。また、厚さが厚すぎると、打ち抜き加工等の加工で収容邸の寸法精度を出すのが困難である。
【００３０】
前記のように構成された封止枠部材１１を使用した封止方法を説明する。図２及び図３に示すように、封止枠部材１１は、プリント配線板１３上に形成された半導体チップ搭載電極１５上にダイボンド材１５ａを介して接着され、ボンディングワイヤ１６によりリード電極１７に接続された状態の半導体チップ１２を囲むように、プリント配線板１３上に貼り付けられる。封止枠部材１１はプリント配線板１３の上面の周囲に設けられた絶縁材１３ａ上に密着状態で貼付される。第１層１１ａは、動的粘弾性測定により、周波数１０Ｈｚ、温度２０℃でせん断法で測定した弾性率（Ｇ’）が３．０×１０⁴Ｐａ〜５．０×１０⁵Ｐａの範囲にあるため、自身の密着力によりプリント配線板１３に対して隙間無く貼付される。次に硬化前の液状の封止樹脂１８が封止枠部材１１内に流し込まれ、その後、加熱されて封止樹脂１８が硬化された後、封止枠部材１１がプリント配線板１３上から剥がされて半導体チップ１２の封止が完了する。
【００３１】
（実施例）
以下、実施例及び比較例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３２】
実施例１
厚み１００μｍ、周波数１０Ｈｚ、温度２０℃でせん断法で測定した弾性率（Ｇ’）が８．３×１０⁴Ｐａの第１層１４ａと、厚み４５０μｍ、周波数１０Ｈｚ、温度２０℃で引張法で測定した弾性率（Ｅ’）が８．０×１０⁶Ｐａの第２層１４ｂとからなるシリコーンエラストマーシート１４を作製した。このシリコーンエラストマーシート１４から、封止面積が５ｍｍ×５ｍｍとなるように打ち抜き加工して封止枠部材１１を得た。
【００３３】
次いでその封止枠部材１１を図２に示すように半導体チップ１２を取り囲むようにプリント配線板１３上に貼り付け、封止枠部材１１内に液状のエポキシ樹脂を流し込み、１５０℃で１２時間熱処理後に封止枠部材１１を剥がした。液状のエポキシ樹脂が封止枠部材１１とプリント配線板１３との間から漏れることはなく、所定の形状に封止することができた。
【００３４】
比較例１
第１層１４ａを構成するシリコーンエラストマーの物性が、周波数１０Ｈｚ、温度２０℃でせん断法で測定した弾性率（Ｇ’）が１．０×１０⁶Ｐａであることを除いて実施例１と同様なシリコーンエラストマーシート１４から封止枠部材１１を得た。そして、実施例１と同様にして封止枠部材１１をプリント配線板１３に貼付し、液状のエポキシ樹脂で半導体チップ１２を封止した。その結果、封止枠部材１１とプリント配線板１３との間から液状のエポキシ樹脂が漏れてしまい、所定の形状に封止することができなかった。
【００３５】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１）半導体チップ１２を取り囲むようにして基板（プリント配線板１３）上に貼り付けて使用される封止枠部材１１が、基板に対する密着性を確保できる物性を備えた第１層１１ａと、封止枠部材１１の形状保持の役割を果たす物性を備える第２層１１ｂとの２層構成となっている。従って、精度良く半導体チップ１２を封止でき、封止樹脂１８の硬化後、基板上に糊を残すことなく剥がすことができる。
【００３６】
（２）封止枠部材１１は、動的粘弾性測定により、周波数１０Ｈｚ、温度２０℃で測定したせん断弾性率（Ｇ')及び引張弾性率（Ｅ')が所定の範囲にある第１層１１ａ（Ｇ’＝３．０×１０⁴Ｐａ〜５．０×１０⁵Ｐａ）と、第２層１１ｂ（Ｅ’＝３．０×１０⁶Ｐａ〜２．０×１０⁷Ｐａ）の２層構成となっている。従って、基板に対して隙間無く密着状態で貼付されるとともに、樹脂封止終了後、基板に糊を残すことなく容易に剥がすことができる。
【００３７】
（３）第１層１１ａ及び第２層１１ｂがシリコーンエラストマー層で構成されているため、封止樹脂１８の硬化させる際の加熱時に封止枠部材１１が劣化するのを抑制できる。また、封止枠部材１１を第１層１１ａ及び第２層１１ｂの物性を備えた２層構成のシリコーンエラストマーシート１４の打ち抜き加工によって容易に製造することができる。
【００３８】
（４）第１層１１ａの厚みを３０μｍ〜２００μｍとしたので、基板に対する充分な密着性の確保や、打ち抜き加工等の加工で所定の寸法精度を出すのが容易となる。
【００３９】
（５）シリコーンエラストマーシート１４は、動的粘弾性測定により、周波数１０Ｈｚ、温度２０℃で測定したせん断弾性率（Ｇ')及び引張弾性率（Ｅ')が所定の範囲にある第１層１１ａ（Ｇ’＝３．０×１０⁴Ｐａ〜５．０×１０⁵Ｐａ）と、第２層１１ｂ（Ｅ’＝３．０×１０⁶Ｐａ〜２．０×１０⁷Ｐａ）の２層構成となっている。従って、打ち抜き加工で所望の形状の封止枠部材１１を寸法精度良く形成することができる。
【００４０】
（６）シリコーンエラストマーシート１４は第１層１４ａの厚みが３０μｍ〜２００μｍに設定されている。従って、打ち抜き加工等の加工で所定の寸法精度を出して封止枠部材１１を形成するのが容易となる。
【００４１】
実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
【００４２】
○ 封止枠部材１１の形状は正方形に限らず、長方形、楕円形等、封止すべき相手の形状に対応して適宜変更してもよい。
【００４３】
○ 図４に示すように、封止枠部材１１内に複数個の半導体チップ１２を封止可能な構成としてもよい。
○ 図５に示すように、封止枠部材１１として複数の封止枠が連続した形状としてもよい。
【００４４】
○ シリコーンエラストマーシート１４から封止枠部材１１を作製する場合、打ち抜きではなく切り抜きで作製してもよい。例えば、枠の部分をレーザービームぎ切り抜くように加工したり、カッターで切り抜くようにしてもよい。
【００４５】
前記実施の形態から把握される技術的思想（発明）について、以下に記載する。
（１）本発明において、前記第１層及び第２層は、前記弾性率（Ｇ’），（Ｅ’）が温度１５０℃まで前記範囲となるように形成されている。
【００４６】
（２）本発明において、前記第１層及び第２を構成するシリコーンエラストマーは複数のシリコーンコンパウンドをブレンドすることによりその弾性率（Ｇ’），（Ｅ’）が前記所定の範囲の値となるように形成されている。
【００４７】
（３）本発明の封止枠部材を使用して、その第１層が基板に密着する状態で封止すべき半導体チップを囲むように封止枠部材を基板に貼付し、液状の封止樹脂を封止枠部材内に流し込んで、半導体チップを封止し、封止樹脂の硬化後に封止枠部材を基板から剥がす半導体チップの封止方法。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、予め所定の形状に加工した封止枠部材を基板に貼付し、液状封止樹脂をその枠内に流し込んで半導体チップを封止し、封止樹脂の硬化後に封止枠部材を基板から剥がす封止方法に好適で効率よく製造できる。また、請求項３及び請求項４に記載の発明によれば、前記封止枠部材を打ち抜き加工により簡単に精度良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は封止枠部材の模式斜視図、（ｂ）はシリコーンエラストマーシートの部分模式図。
【図２】半導体チップを封止した状態の模式断面図。
【図３】半導体チップの封止位置に封止枠部材を配置した模式平面図。
【図４】別の実施の形態の封止枠部材の模式平面図。
【図５】別の実施の形態の封止枠部材の模式斜視図。
【図６】従来技術の半導体チップを封止した状態の模式断面図。
【符号の説明】
１１…封止枠部材、１１ａ，１４ａ…第１層、１１ｂ，１４ｂ…第２層、１２…半導体チップ、１３…基板としてのプリント配線板、１４…シリコーンエラストマーシート。

Claims

半導体チップを樹脂封止する工程で、半導体チップを取り囲むようにして基板上に貼り付けて使用される封止枠部材であって、前記基板に接する第１層と、該第１層上に積層された第２層との２層のシリコーンエラストマー層により構成され、第１層及び第２層が下記の条件を満たす封止枠部材。
第１層：動的粘弾性測定により、周波数１０Ｈｚ、温度２０℃でせん断法で測定した弾性率（Ｇ’）が３．０×１０ ⁴ Ｐａ〜５．０×１０ ⁵ Ｐａの範囲にある。
第２層：動的粘弾性測定により、周波数１０Ｈｚ、温度２０℃で引張法で測定した弾性率（Ｅ’）が３．０×１０ ⁶ Ｐａ〜２．０×１０ ⁷ Ｐａの範囲にある。
前記第１層の厚みを３０μｍ〜２００μｍとした請求項１に記載の封止枠部材。
動的粘弾性測定により、周波数１０Ｈｚ、温度２０℃でせん断法で測定した弾性率（Ｇ’）が３．０×１０ ⁴ Ｐａ〜５．０×１０ ⁵ Ｐａの範囲にあるシリコーンエラストマー層によりシート状に形成された第１層と、該第１層上に積層されるとともに、動的粘弾性測定により、周波数１０Ｈｚ、温度２０℃で引張法で測定した弾性率（Ｅ’）が３．０×１０ ⁶ Ｐａ〜２．０×１０ ⁷ Ｐａの範囲にあるシリコーンエラストマー層によりシート状に形成された第２層とからなる封止枠部材用のシリコーンエラストマーシート。
前記第１層の厚みを３０μｍ〜２００μｍとした請求項３に記載の封止枠部材用のシリコーンエラストマーシート。