JP6044137B2 - コンプレッション成形用半導体封止樹脂材料及び半導体装置 - Google Patents
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Description
そこで、従来の液状封止材(例えば、特許文献1参照。)を用いる場合では、反りを小さくする工程が必要となる。また成形後、前記パッケージの製造プロセスにおいては、再配線材料キュアやバンプ搭載のためのリフローなど、実装までに様々な熱処理が行われる。その時液状封止材の場合、反り挙動が大きく変わってしまい、他工程に悪影響を及ぼしてしまう可能性がある。この為、各工程に於いて、反りが小さいことが求められている。現在その問題を解決するために、封止材の固形化が検討されている(例えば、非特許文献1参照。)。
通常、コンプレッション成形において、固形封止材を供給する時は、粉体での供給が一般的である。しかしながら、このパッケージの場合、以降の工程を考えて成形機がクリーンルーム内に存在する。このため、粉体で供給した場合、封止材から発生する微粉が他の工程に悪影響を及ぼすことが判っている。
また、顆粒化とは別の手法として、ペレット状又はシート状でのコンプレッション成形を行う手法も発案された(例えば、特許文献4参照。)。この場合、厚さが3mm以下の薄いシート成形を用いることにより、成形性に優れた材料の開発がすでになされている。
また、ペレット状又はシート状でのコンプレッション成形を行う半導体装置の製造プロセスにおいては、エポキシ封止樹脂を低温で成形する必要がある。このため、厚さが3mm以下のシート成形品を用いて成形を行う場合には、成形時の段階でエポキシ封止樹脂に対して、熱履歴がうまくかからず、樹脂が溶けきらないことがある。この結果、チップ割れや金型へのダメージを与えてしまう欠点が存在する。
<1> (A)エポキシ樹脂と、(B)硬化剤と、(C)フィラーとを含み、前記(C)フィラーの含有率が85質量%以上であり、厚み4mm〜10mmの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である。
<2> 前記(A)エポキシ樹脂が、下記一般式(I)に示される化合物を含む、<1>に記載のコンプレッション成形用半導体封止樹脂材料である。
<3> 前記(B)硬化剤が下記一般式(II)で示される化合物を含む、<1>又は<2>に記載のコンプレッション成形用半導体封止樹脂材料である。
<4> 前記成形体を成形温度175℃以下、成形後熱処理温度150℃以下で硬化させたときのガラス転移温度が150℃以上である<1>〜<3>のいずれか1つに記載のコンプレッション成形用半導体封止樹脂材料である。
<6> <1>〜<5>のいずれか1つに記載のコンプレッション成形用半導体封止樹脂材料によって封止された素子を備えた半導体装置である。
本発明のコンプレッション成形用半導体封止樹脂材料(以下、単に「半導体封止樹脂材料」とも表す)は、(A)エポキシ樹脂と、(B)硬化剤と、(C)フィラーとを含み、前記(C)フィラーの含有率が85質量%以上であり、厚み3mm〜10mmのペレット状又はシート状の成形体である。前記半導体封止樹脂材料は、常温(25℃)において固形である。かかる構成とされることで、成形後や熱処理後における反り挙動が安定化するとともに、微粉の発生が大幅に低減でき、さらにチップ割れや金型へのダメージが抑えられ、FO型パッケージ用半導体装置の封止に適する。
前記半導体封止樹脂材料は、吸湿性、線膨張係数低減、熱伝導性向上及び強度向上のために、一定濃度の(C)フィラーを少なくとも1種含む。
前記(C)フィラーとしては、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、チタン酸カリウム、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコニア、ジルコン、フォステライト、ステアタイト、スピネル、ムライト、チタニア等の粉体又はこれらを球形化したビーズ、ガラス繊維等が挙げられる。前記(C)フィラーとしては、難燃効果のある、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硼酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛等が挙げられる。中でも、充填性、線膨張係数の低減の観点から、溶融シリカが好ましい。高熱伝導性の観点からは、アルミナが好ましい。
前記(C)フィラーは単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記(C)フィラーの形状は、充填性及び金型摩耗性の点から球形が好ましい。
前記半導体封止樹脂材料総質量中の前記(C)フィラーの含有率は、次のようにして測定される。先ず、前記半導体封止樹脂材料の総質量を測定し、該半導体封止樹脂材料を400℃2時間次いで700℃3時間焼成し、樹脂成分を蒸発させ、残存した前記(C)フィラーの質量を測定することで、前記半導体封止樹脂材料の総質量に対する前記(C)フィラーの質量の割合を前記(C)フィラーの含有率とする。
前記(C)フィラーを得る方法としては、湿式、乾式を問わず、通常使用されるふるい機、分級装置などにより篩い分けすればよい。使用する装置は、エア式、静電式、音波振動式、電磁振動式などが挙げられる。
尚、分級精度はある一定の目開きを通過させた後、再びその目開きを通過させた時の残分が1%未満であることが望ましい。
本発明において用いられる(A)エポキシ樹脂は、半導体封止樹脂材料に一般に使用されているものであれば、特に制限はない。具体的には、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン骨格を有するエポキシ樹脂をはじめとするフェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールA、ビスフェノールF等のフェノール類及びα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類からなる群より選ばれる少なくとも1種と、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等のアルデヒド基を有する化合物とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるノボラック樹脂をエポキシ化したノボラック型エポキシ樹脂;ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、アルキル置換又は非置換のビフェノール等のジグリシジルエーテルであるエポキシ樹脂;スチルベン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂;フタル酸、ダイマー酸等の多塩基酸とエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂;ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸等のポリアミンとエピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂;ジシクロペンタジエンとフェノ−ル類の共縮合樹脂のエポキシ化物;ナフタレン環を有するエポキシ樹脂;フェノール・アラルキル樹脂、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のエポキシ化物;トリメチロールプロパン型エポキシ樹脂;テルペン変性エポキシ樹脂;オレフィン結合を過酢酸等の過酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂;脂環族エポキシ樹脂;硫黄原子含有エポキシ樹脂;ジヒドロアントラセン型エポキシ樹脂等が挙げられる。
これらは1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記1価の炭化水素基の炭素数としては、本発明の効果を得るために、1〜10とされる。耐熱性及び低反り性の観点から、1〜7が好ましく、1〜4がより好ましい。
上記一般式(I)中のRにおける1価の炭化水素基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基等が挙げられる。中でもアルキル基が好ましい。
前記1価の炭化水素基における置換基としては、ハロゲン原子、アミノ基、メルカプト基等が挙げられる。
また、前記(A)エポキシ樹脂は、硬化性の観点から、ノボラック型エポキシ樹脂が好ましく、低吸湿性の観点からはジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂が好ましく、耐熱性及び低反り性の観点からはナフタレン型エポキシ樹脂が好ましい。前記(A)エポキシ樹脂は、これらノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂及びナフタレン型エポキシ樹脂の少なくとも1種を含有していることもまた好ましい。
更に前記(A)エポキシ樹脂は、接着の観点から、アラルキル型フェノール樹脂のエポキシ化物が好ましく、硬化性と接着の観点から、ジヒドロアントラセン型エポキシ樹脂が好ましい。前記(A)エポキシ樹脂は、これらアラルキル型フェノール樹脂のエポキシ化物及びジヒドロアントラセン型エポキシ樹脂の少なくとも1種を含有していることもまた好ましい。
R1〜R8における炭素数1〜10の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基としては、アルキル基等が挙げられる。
R1〜R8における炭素数1〜5の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基としては、アルキル基等が挙げられる。
R1〜R8における炭素数1〜5の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基としては、アルキル基等が挙げられる。
R1〜R8における炭素数1〜10の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基としては、アルキル基等が挙げられる。
nは0〜3の整数が好ましい。
上記一般式(VII)で示されるノボラック型エポキシ樹脂の中でも、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。
ノボラック型エポキシ樹脂を使用する場合、その含有率は、その性能を発揮するために前記(A)エポキシ樹脂総質量中、20質量%以上とすることが好ましく、30質量%以上がより好ましい。
R2としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソプロピル基、t−ブチル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、ブテニル基等のアルケニル基、ハロゲン化アルキル基、アミノ基置換アルキル基、メルカプト基置換アルキル基等の炭素数1〜5の置換又は非置換の1価の炭化水素基が挙げられる。中でもmが0であることが好ましい。
R1〜R3における置換若しくは非置換の炭素数1〜12の1価の炭化水素基としては、アルキル基等が挙げられる。
前記一般式(X)で示されるビフェニレン型エポキシ樹脂は、アルキル置換、芳香環置換又は非置換のフェノールとビス(メトキシメチル)ビフェニルから合成されるフェノール・アラルキル樹脂にエピクロルヒドリンを公知の方法で反応させることによって得られる。
また一般式(X)中のnとしては平均で6以下がより好ましい。
そのようなエポキシ樹脂としては、市販品として日本化薬株式会社製商品名NC‐3000として入手可能である。
また前記(A)エポキシ樹脂は、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂に代えて、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニレン型エポキシ樹脂及びジヒドロアントラセン型エポキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種であることもまた好ましく、ビフェニル型エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビフェニレン型エポキシ樹脂及びジヒドロアントラセン型エポキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種であることがより好ましい。
本発明において用いられる(B)硬化剤は、半導体封止樹脂材料に一般に使用されているものであれば特に制限はない。具体的には、フェノール、クレゾール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、フェニルフェノール、アミノフェノール等のフェノール類及びα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類からなる群より選ばれる少なくとも1種と、ホルムアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等のアルデヒド基を有する化合物とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるノボラック型フェノール樹脂;フェノール類及びナフトール類からなる群より選ばれる少なくとも1種とジメトキシパラキシレン又はビス(メトキシメチル)ビフェニルとから合成されるフェノール・アラルキル樹脂;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;フェノール類及びナフトール類からなる群より選ばれる少なくとも1種とシクロペンタジエンとから共重合により合成されるジクロペンタジエン型フェノールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂等のジクロペンタジエン型フェノール樹脂;テルペン変性フェノール樹脂等が挙げられる。
これらは1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記一般式(II)中のRにおける1価の炭化水素基としては、反りの低減化を図るために、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アリール基及びアラルキル基が挙げられる。中でもアルキル基が好ましい。
前記1価の炭化水素基の炭素数は、高ガラス転移温度の観点から、例えば、アルキル基、アルコキシ基等においては1〜10が好ましく、1〜6がより好ましい。アリール基、アラルキル基等においては6〜10が好ましい。
前記1価の炭化水素基における置換基としては、アミノ基、メルカプト基、アルケニル基、アルキル基等が挙げられる。
上記一般式(I)中のRは、具体的には、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソプロピル基、イソブチル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、フェニル基、トリル基、キシリル基、ベンジル基及びフェネチル基からなる群より選ばれることが好ましく、中でも水素原子又はメチル基がより好ましい。
ビフェニル型フェノール樹脂を使用する場合、その含有率は、その性能を発揮するために前記(B)硬化剤総質量中、30質量%以上とすることが好ましく、50質量%以上がより好ましく、80質量%以上がさらに好ましい。
これらのアラルキル型フェノール樹脂を用いる場合、その含有率は、その性能を発揮するために前記(B)硬化剤総質量中、30質量%以上とすることが好ましく、50質量%以上がより好ましい。
Rにおける炭素数1〜10の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基としては、アルキル基等が挙げられる。
R1及びR2における炭素数1〜10の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基としては、アルキル基等が挙げられる。
また前記(B)硬化剤は、トリフェニルメタン型フェノール樹脂に代えて、ビフェニル型フェノール樹脂、アラルキル型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂及びノボラック型フェノール樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種であることもまた好ましい。
前記半導体封止樹脂材料は、硬化性の観点から、さらに硬化促進剤の少なくとも1種を含むことが好ましい。
前記硬化促進剤としては、半導体封止樹脂材料として、一般に使用されているものであれば特に制限はない。例えば、1,8−ジアザ−ビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン、1,5−ジアザ−ビシクロ[4.3.0]ノネン、5、6−ジブチルアミノ−1,8−ジアザ−ビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン等のシクロアミジン化合物;これらのシクロアミジン化合物に、無水マレイン酸、1,4−ベンゾキノン、2,5−トルキノン、1,4−ナフトキノン、2,3−ジメチルベンゾキノン、2,6−ジメチルベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−5−メチル−1,4−ベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−1,4−ベンゾキノン、フェニル−1,4−ベンゾキノン等のキノン化合物、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂などのπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有する化合物;ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等の3級アミン類及びこれらの誘導体;2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール等のイミダゾール類及びこれらの誘導体;トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリス(4−メチルフェニル)ホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィン等の有機ホスフィン類;これらのホスフィン類に無水マレイン酸、上記キノン化合物、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂等のπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有するリン化合物;テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィンテトラフェニルボレート、2−エチル−4−メチルイミダゾールテトラフェニルボレート、N−メチルモルホリンテトラフェニルボレート等のテトラフェニルボロン塩;これらの誘導体が挙げられる。これらは単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも充填性及び耐リフロー性の観点からは有機ホスフィンとキノン化合物との付加物が好ましい。
前記半導体封止樹脂材料は、配合成分として使用される上述の各種の樹脂と前記(C)フィラーとの接着性を高めるために、カップリング剤の少なくとも1種を更に含有することが好ましい。カップリング剤としては、半導体封止樹脂材料に一般に使用されているもので特に制限はない。例えば、1級、2級及び3級アミノ基から選ばれる少なくとも1種のアミノ基を有するシラン化合物、エポキシシラン、メルカプトシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニ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が挙げられる。
中でも充填性の観点からはエポキシ基を有するシランカップリング剤が好ましい。
本発明においてカップリング剤を用いる場合、前記(C)フィラーへのカップリング剤の被覆率は0.3〜1.0とすることが好ましく、さらに好ましくは0.4〜0.9、より好ましくは0.5〜0.8の範囲とすることが都合がよい。
カップリング剤の被覆率が1.0以下であると、成形時に発生する揮発分による気泡が減少して、薄肉部のボイドの発生を抑制しやすくなる傾向がある。また、カップリング剤の被覆率が0.3以上であると、樹脂と前記(C)フィラーとの接着力が低下するため、成型品強度が低下する傾向がある。
(xxx) X(%)=(Sc/Sf)×100
Sc及びSfは、それぞれ樹脂組成物における全カップリング剤の総最小被覆面積と全充填材の総表面積を表し、(yyy)式、(zzz)式で定義される。
(zzz) Sf=B1×W1+B2×W2+…+Bl×Wl(lは、使用充填材種数)
カップリング剤の最小被覆面積とは、カップリング剤が単分子膜として充填材を覆うと仮定した際の、カップリング剤単位重量あたりの面積であり、以下の(zza)式で示される。
最小被覆面積(m2/g)=(6.02×1023×13×10−20)/カップリング剤の分子量・・・(zza)
使用する各カップリング剤及び前記(C)フィラーそれぞれの最小被覆面積及び比表面積が既知であれば、(xxx)式、(yyy)式及び(zzz)式より、目的のカップリング剤被覆率となるカップリング剤及び前記(C)フィラーの使用量を算出することが可能である。
前記半導体封止樹脂材料は、難燃性の観点から、さらに各種難燃剤の少なくとも1種を含有してもよい。
前記難燃剤は、半導体封止樹脂材料に一般に使用されているもので特に制限はない。例えば、テトラブロモビスフェノールAのジグリシジルエーテル化物やブロム化フェノールノボラックエポキシ樹脂等のブロム化エポキシ樹脂。酸化アンチモン、赤リン及び前述のリン酸エステル等の燐化合物、メラミン、メラミンシアヌレート、メラミン変性フェノール樹脂及びグアナミン変性フェノール樹脂等の含窒素化合物、シクロホスファゼン等の燐/窒素含有化合物、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化モリブデン、フェロセン、上記水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム及び複合金属水酸化物等の金属化合物等が挙げられる。
近年の環境問題や高温放置特性の観点からは非ハロゲン、非アンチモン系の難燃剤が好ましい。中でも充填性の観点からはリン酸エステルが好ましく、安全性、耐湿性の観点からは複合金属水酸化物が好ましい。
p(M1aOb)・q(M2cOd)・r(M3cOd)・m(H2O) (XX)
ここで、M1、M2及びM3は互いに異なる金属元素を示し、a、b、c、d、p、q及びmは正の数、rは0又は正の数を示す。
中でも、上記組成式(XX)中のrが0である化合物、すなわち、下記組成式(XXa)で示される化合物がさらに好ましい。
m(M1aOb)・n(M2cOd)・l(H2O) (XXa)
ここで、M1及びM2は互いに異なる金属元素を示し、a、b、c、d、m、n及びlは正の数を示す。
なお、前記金属元素の分類は、典型元素をA亜族、遷移元素をB亜族とする長周期型の周期率表(出典:共立出版株式会社発行「化学大辞典4」1987年2月15日縮刷版第30刷)に基づいて行った。
半導体封止樹脂材料が複合金属水酸化物を含む場合、その含有率は、特に制限はない。半導体封止樹脂材料総質量中、0.5質量%〜20質量%であることが好ましく、0.7質量%〜15質量%であることがより好ましく、1.4質量%〜12質量%がさらに好ましい。0.5質量%以上であると難燃性が十分となる傾向があり、20質量%以下であると充填性及び耐リフロー性が向上する傾向がある。
また、前記半導体封止樹脂材料は、IC等の半導体素子の耐湿性及び高温放置特性を向上させる観点から、陰イオン交換体を含有することもできる。
前記陰イオン交換体としては、特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。例えば、ハイドロタルサイト類や、マグネシウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ビスマス等から選ばれる元素の含水酸化物等が挙げられる。これらは、単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、下記組成式(XXI)で示されるハイドロタルサイトが好ましい。
Mg1-XAlX(OH)2(CO3)X/2・mH2O・・・(XXI)
(0<X≦0.5、mは正の数)
前記半導体封止樹脂材料は、上述のように前記(C)フィラーの濃度を所定以上とした上で、所定の厚みを有するペレット状又はシート状に成形された成形体とされる。これにより、微粉の発生を大幅に抑えることができる。この結果、封止材から飛散する微粉が搬送経路上で固結したり、搬送装置に付着したりすることによってパッケージの搬送不良が生じることを低減できる。
前記成形体は、所定の厚みのペレット状又はシート状であればよく、厚み以外のスケール(例えば容量、表面積、面方向の面積など)や、平面及び断面の形状などは特に制限されるものではない。一般的には、成形する際に使用する装置の金型等に応じて適宜選択される。ここで、「ペレット状」とは、前記半導体封止樹脂材料を封止材として加工しやすいように、任意の形状の固まりに成形したものを意味する。「シート状」とは、前記半導体封止樹脂材料を単層又は2層以上の積層体に成形したものを意味する。
成形に際し、加熱温度等の条件は特に制限されるものではない。例えば、成形温度(金型温度)は100℃〜175℃の範囲とされることが好ましく、低反りの観点から150℃以下とされることがより好ましい。
また、成形後、得られた前記半導体封止樹脂材料の硬化物に更に成形後熱処理(アフターキュア)を施してもよい。
前記半導体封止樹脂材料を成形温度(金型温度)が175℃以下の通常の条件にて成形して得られる硬化後の前記半導体封止樹脂材料(硬化物)に対して、加熱温度150℃以下で更に成形後熱処理(アフターキュア)したときに、前記硬化物のガラス転移温度は、反り抑制の観点から、150℃以上であることが好ましい。150℃以上では、成形後や熱処理後に、反りを良好に抑制することができる。前記半導体封止樹脂材料硬化物のガラス転移温度は、160℃以上であることがより好ましい。
前記半導体封止樹脂材料は、各種原材料を均一に分散混合できるのであれば、いかなる手法を用いても調製できる。一般的な手法として、所定の配合量の原材料をミキサー等によって十分混合した後、ミキシングロール、押出機、らいかい機、プラネタリミキサ等によって混合又は溶融混練した後、冷却し、必要に応じて脱泡、粉砕する方法等を挙げることができる。
前記半導体封止樹脂材料を封止材として用いて、半導体装置を封止する方法としては、低圧トランスファー成形法が一般的であるが、インジェクション成形法、圧縮成形法等も挙げられる。ディスペンス方式、注型方式、印刷方式等を用いてもよい。一括封止の観点から圧縮成型が好ましい。
続いて本発明の半導体装置について説明する。また、かかる半導体装置の説明を介して本発明の半導体封止樹脂材料の好適な用途及び使用方法について説明する。
本発明の半導体装置としては、例えば図2に示すような、半導体封止樹脂材料でコンプレッション成形によって作製されるFO型パッケージが挙げられる。ここで、半導体封止樹脂材料としては、本発明の半導体封止樹脂材料を用いる。図2に示されるFO型パッケージの半導体装置では、再配線層6上にチップ3が配置され、チップ3は本発明の半導体封止樹脂材料の熱硬化物である封止材4で封止されている。再配線層6のチップ3が配置された面とは反対側の面上には、バンプ6が配置され、バンプ6を介してチップ3と配線板とが導通する。
図1に、FO−WLPにおける半導体製造装置の作製例を示す。ダイシングをしたチップ3は仮止めテープ2を用いてキャリアー1に貼り付けられている。前記チップ3上に圧縮成形によって、半導体封止樹脂材料を付与して熱硬化することで、前記チップ3が封止材4で被覆された成形体を得ることができる。
このとき用いられる仮止めテープ2の耐熱性の観点から、半導体封止樹脂材料を用いた圧縮成形においては、175℃未満で封止(モールド)されることが好ましく、150℃以下がより好ましく、反りの低減の観点から、130℃以下がさらに好ましい。
(実施例1〜14、比較例1〜12)
表1〜4に示す配合となるように、(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)フィラー及び(D)その他の添加物として下記に記す材料を使用し、各材料を予備混合(ドライブレンド)した後、更にロール表面温度90℃〜110℃での二軸ロールで15分間混練してから冷却粉砕し、直径43mmの金型で成形温度25℃にて厚さ5.5mmのタブレット(ペレット状)成形を行い、実施例1〜14及び比較例1〜12の各半導体封止樹脂材料を製造した。
尚、表1〜4中の各組成は質量部で示した。また、表1〜4中の「−」は未配合であることを示す。
エポキシ樹脂として、以下を使用した。
・(エポキシ樹脂1):トリフェニルメタン型エポキシ樹脂として、三菱化学株式会社製の製品名1032H60(エポキシ当量170、融点60℃)
・(エポキシ樹脂2):ビフェニレン型エポキシ樹脂として日本化薬株式会社製の製品名NC−3000(エポキシ当量280)、
・(エポキシ樹脂3):ジヒドロアントラセン型エポキシ樹脂として三菱化学株式会社製の製品名YX−8800(エポキシ当量178)
・(エポキシ樹脂4):オルトクレゾールノボラック型樹脂として住友化学工業株式会社製の製品名ESCN−190(エポキシ当量200)
・(エポキシ樹脂5):硫黄原子含有型エポキシ樹脂として新日本製鉄株式会社製の製品名YSLV−120TE(エポキシ当量242)
・(エポキシ樹脂6):ビフェニル型エポキシ樹脂として、三菱化学株式会社製の製品名YX−4000(エポキシ当量192、融点67℃)
・(エポキシ樹脂7):ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂として大日本インキ化学工業株式会社製の製品名HP−7200(エポキシ当量264)
(B)硬化剤として、以下を使用した。
・(硬化剤1):トリフェニルメタン型フェノール樹脂として明和化成株式会社製の製品名MEH−7500(水酸基当量104)
・(硬化剤2):ナフタレン型フェノール樹脂として新日鐵化学社製の製品名SN−395(水酸基当量105)
・(硬化剤3):ビフェニレン型フェノール樹脂としてエアウォーターケミカル社製の製品名HE200C−10
・(硬化剤4):フェノールノボラック型フェノール樹脂として日立化成工業株式会社製の製品名HP−850N(水酸基当量108)
・(硬化剤5):フェノール樹脂として明和化成株式会社製の製品名MEH−7800(水酸基当量97)
(C)フィラーとして、目開きが53μmである篩を通過した球状溶融シリカ(平均粒径14.1μm、比表面積3.5m2/g)を用いた。
(D)その他の添加物
また、(D)その他の添加物として、以下を使用した。
・(硬化促進剤1):トリイソブチルホスフィンと1,4−ベンゾキノンの付加物
・(カップリング剤1):2級アミノシラン(東レダウシリコーン株式会社製、製品名Y−9669)を使用した。
・(カーボンブラック):三菱化学株式会社製、製品名MA−600MJ―S
実施例3におけるタブレット(ペレット状)成形後、更に60℃で熱処理を行うことにより表面の微粉をタブレット(ペレット状)に固着させた以外は、実施例3と同様にして実施例15(実施例3と同じ配合組成)の半導体封止樹脂材料を製造した。
実施例1において使用した(C)フィラーを以下のものに代えるとともに、表2に示す配合となるようにし、その他は実施例1と同様にして、実施例16、17の半導体封止樹脂材料を製造した。
実施例16においては、(C)フィラーとして、目開きが30μmである篩を通過した球状溶融シリカ(平均粒径11.3μm、比表面積3.3m2/g)を用いた。
実施例17においては、(C)フィラーとして、目開きが20μmである篩を通過した球状溶融シリカ(平均粒径10.5μm、比表面積3.5m2/g)を用いた。
また、その他添加物として、カーボンブラック(三菱化学株式会社製、製品名MA−600MJ―S)を、それぞれ表2に示す配合となるように使用した。
それ以外は実施例1と同様にして、タブレット(ペレット状)成形を行い、半導体封止樹脂材料を製造した。
実施例1において使用した(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)フィラー、及びD)その他の添加物のうちの硬化促進剤を以下のものに代えるとともに、(A)エポキシ樹脂と(B)硬化剤と(C)フィラーとカップリング剤とを三本ロールにて予備混合した後、これに表4に示す残りの材料を加え、らいかい機を用いて混合し、その他は実施例1と同様にして、液状の半導体封止樹脂材料である比較例13を作製した。
・(エポキシ樹脂8):ビスフェノールF型エポキシ樹脂として日本化薬株式会社製の製品名SB−403S(エポキシ当量181)
・(硬化剤6):メチルテトラヒドロキシ酸無水物として新日本理化株式会社製の製品名MT−500(酸無水物当量164)。
(C)フィラー
(C)フィラーとして、目開きが53μmである篩を通過した球状溶融シリカ(平均粒径29.7μm、比表面積1.7m2/g)を用いた。
(D)その他の添加物
硬化促進剤として、以下を使用した(カップリング剤及びカーボンブラックは実施例1と同一)。
・(硬化促進剤2):マイクロカプセル型イミダゾールとして旭化成ケミカルズ株式会社
実施例1において使用した(C)フィラーを比較例13で用いたものに代えるとともに、比較例13と同様に、各材料の混合に際して(A)エポキシ樹脂と(B)硬化剤と(C)フィラーとカップリング剤とを三本ロールにて予備混合した後、これに表5に示す残りの材料を加え、らいかい機を用いて混合し、更に混練された各材料の冷却粉砕後、直径90mmの金型で成形温度80℃にて厚さ0.8mmのシート状に成形した以外は、実施例1と同様にして、半導体封止樹脂材料である比較例14を作製した。
実施例1と同様にして表5で示す配合となるように、混練された各材料の冷却粉砕後、直径30mmの金型で成形温度80℃にて厚さ11mmにタブレット(ペレット状)成形した以外は、実施例1と同様にして、半導体封止樹脂材料である比較例15を作製した。
実施例1と同様にして表5で示す配合となるように、混練された各材料の冷却粉砕後、得られた粉体状の半導体封止樹脂材料について、手篩で篩うことにより粒径が0.5mm以下の微粉と1mm以上の粗粒をそれぞれ除去した以外は、実施例1と同様にして、分級処理された半導体封止樹脂材料である比較例16を作製した。
実施例1と同様にして表5で示す配合となるように、混練された各材料の冷却粉砕後、得られた半導体封止樹脂材料を遠心製粉法により顆粒化した以外は、実施例1と同様にして、顆粒状の半導体封止樹脂材料である比較例17を作製した。
(ガラス転移温度)
本発明の半導体封止樹脂材料を硬化した後のガラス転移温度の測定は、前記半導体封止樹脂材料を175℃、90秒の温度で成形した後、150℃、1時間の熱処理を行ったガラス転移温度測定用成形品を用いて行った。
反りの測定方法については図1を参照して説明する。成形温度を125℃とし、300秒間で半導体封止樹脂材料を8インチの円盤状に成形した後、150℃、1時間の条件にて熱処理を行う。その後、180℃の熱板上でキャリアーと仮止めテープを除去して、得られた成形品の中央部が凸になっている面を下向きにしてテーブルの上に置き、成形品の端部のテーブルからの高さを定規で測定し、測定値を成形後の反りとした。
成形後の反りの評価に際し、前記成形後の熱処理後の反りが、2mmを超えた場合を「×」とした。また、前記熱処理後の反りの評価は、キャリアーと仮止めテープをはがした後の成形品を200℃で1時間、窒素雰囲気下で処理した後の反り、及びリフロー条件である260℃で10秒間処理した後の反りをそれぞれ定規で測定し、いずれかの場合で反りが2mmを超えたものを「×」とした。
また、反りが1.5mmを超え、且つ2mm以下のものを「△」、1mmを超え、且つ1.5mm以下のものを「○」、1mm以下のものを「◎」とした。
実施例1〜17及び種々の形状に成形された比較例14〜17の半導体封止樹脂材料を封止材として用いて、圧縮成型により半導体装置を封止した。そして、成形時及び封止された半導体装置における影響を調べた。
この結果、半導体封止樹脂材料を厚みが薄いシート状に成形した比較例14では、チップ割れが認められ、厚みのあるタブレット(ペレット状)に成形した比較例15では、成形時の金型ダメージが認められた。これは、成形時に樹脂材料に対しての熱履歴がうまくかからず、樹脂が十分にとけきらなかったために生じた不具合と考えられる。
また、ペレット状又はシート状に成形せず、分級処理された比較例16では、微粉の発生及びボイドが認められ、顆粒化された比較例17では、ボイドが認められた。このように、封止材を粉体で材料供給した場合には、材料内の空気が十分に除去されないために、成形後にボイドなどの不良が発生することが示唆される。
これに対して、実施例1〜17においては、いずれもボイドの発生やチップ割れ、金型のダメージなどの不具合は生じなかった。
Claims (6)
- (A)エポキシ樹脂と、(B)硬化剤と、(C)フィラーとを含み、前記(C)フィラーの含有率が85質量%以上であり、厚み4mm〜10mmの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。
- 前記(A)エポキシ樹脂が、下記一般式(I)に示される化合物を含む、請求項1に記載のコンプレッション成形用半導体封止樹脂材料。
(ここで、Rは、それぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜10の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基を示す。また、nは1〜10の整数を示す。) - 前記(B)硬化剤が下記一般式(II)で示される化合物を含む、請求項1又は請求項2に記載のコンプレッション成形用半導体封止樹脂材料。
(ここで、Rは、それぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜10の置換若しくは非置換の1価の炭化水素基を示す。また、nは1〜10の整数を示す。) - 前記成形体を成形温度175℃以下、成形後熱処理温度150℃以下で硬化させたときのガラス転移温度が150℃以上である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のコンプレッション成形用半導体封止樹脂材料。
- 前記(C)フィラーが、目開き55μmの篩を通過可能な粒子群である、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のコンプレッション成形用半導体封止樹脂材料。
- 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のコンプレッション成形用半導体封止樹脂材料によって封止された素子を備えた半導体装置。
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