JP2000290471A

JP2000290471A - 封止用樹脂組成物

Info

Publication number: JP2000290471A
Application number: JP11101851A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kuwamura; 誠桑村; Masanori Mizutani; 昌紀水谷; Koji Noro; 弘司野呂
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 2000-10-17
Anticipated expiration: 2019-04-08
Also published as: JP3779091B2

Abstract

(57)【要約】【課題】より確実に封止が可能となる封止用樹脂組成物
を提供すること、かかる封止用樹脂組成物を用いて得ら
れる、接続部分の信頼性が高い半導体装置を提供するこ
と、並びにかかる封止用樹脂組成物を用いて空隙を封止
する封止樹脂層を形成する半導体装置の製法を提供する
こと。【解決手段】エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を
含有してなる封止用樹脂組成物において、該無機質充填
剤の含有量が２０〜８０重量％、その最大粒径が２０μ
ｍ以下、メジアン径が０．２〜３μｍであって、５μｍ
以下の粒径のものが該無機質充填剤の７０体積％以上を
占めることを特徴とする封止用樹脂組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置におけ
る配線回路基板と半導体素子との間の空隙を封止するた
めに用いられる封止用樹脂組成物に関する。さらに本発
明は、かかる封止用樹脂組成物を用いて形成された封止
樹脂層によって前記空隙が封止されてなる半導体装置に
関する。さらに本発明は、前記封止用樹脂組成物を用い
て封止樹脂層を形成する半導体装置の製法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体デバイスの性能向上に伴う
要求として、半導体素子をフェースダウン構造で、配線
回路が形成されたマザーボード、あるいはドーターボー
ドに実装される方法（フリップチップ方式、ダイレクト
チップアタッチ方式等）が注目されている。これは、従
来から用いられている方式、例えば、半導体素子から金
ワイヤーでリードフレーム上にコンタクトをとりパッケ
ージングされた形態でマザーボード、あるいはドーター
ボードに実装する方法では、配線による情報伝達の遅
れ、クロストークによる情報伝達エラー等が生ずるとい
う問題が発生していることに起因する。

【０００３】一方、前記フリップチップ方式、ダイレク
トチップアタッチ方式においては、互いの線膨張係数が
異なる半導体素子と配線回路基板（ドーターボード又は
マザーボード）とをダイレクトに電気接続を行うことか
ら、接続部分の信頼性が問題となっている。この対策と
しては、半導体素子と配線回路基板との空隙に液状樹脂
材料を注入し硬化させて樹脂硬化体を形成し、電気接続
部に集中する応力を前記樹脂硬化体にも分散させること
により接続信頼性を向上させる方法が採られている。し
かしながら、前記液状樹脂材料は、超低温（−４０℃）
での保管が必要であることに加えて、半導体素子と配線
回路基板との空隙への注入においては注射器で行う必要
があり、空隙への樹脂の注入は毛細管現象を利用する
為、注入に多くの時間を要する。また、注入ポジショ
ン、注入量コントロールが困難である等の問題を抱えて
いる。また、常温で液状であることが制約条件となるた
め、信頼性の高いフェノール等の固形材料の使用が困難
な状況であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、より確実に封止が可能となる封止用樹脂組成物を提
供することにある。本発明の他の目的は、かかる封止用
樹脂組成物を用いて得られる、接続部分の信頼性が高い
半導体装置を提供することにある。さらに本発明の目的
は、かかる封止用樹脂組成物を用いて空隙を封止する封
止樹脂層を形成する半導体装置の製法を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の目的は、
（１）エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を含有
してなる封止用樹脂組成物において、該無機質充填剤の
含有量が２０〜８０重量％、その最大粒径が２０μｍ以
下、メジアン径が０．２〜３μｍであって、５μｍ以下
の粒径のものが該無機質充填剤の７０体積％以上を占め
ることを特徴とする封止用樹脂組成物、（２）配線回
路基板上に接続用電極部を介して半導体素子が搭載さ
れ、該配線回路基板と該半導体素子との間の空隙が封止
樹脂層によって封止されてなる半導体装置において、前
記封止樹脂層が前記（１）記載の封止用樹脂組成物を前
記空隙内に充填し、硬化させて形成されてなることを特
徴とする半導体装置、（３）配線回路基板上に接続用
電極部を介して半導体素子が搭載され、該配線回路基板
と該半導体素子との間の空隙が封止樹脂層によって封止
されてなる半導体装置の製法において、前記（１）記載
の封止用樹脂組成物を前記配線回路基板と前記半導体素
子との間に介在させ、溶融させて前記空隙内に充填し、
硬化させて封止樹脂層を形成することを特徴とする半導
体装置の製法、に関するものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の封止用樹脂組成物は、エ
ポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤を含有してなり、
所定の粒度分布を有する特定の無機質充填剤を含有する
ことに一つの特徴を有する。

【０００７】エポキシ樹脂としては、常温で固体であれ
ば特に限定されるものではなく、例えば、クレゾールノ
ボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂等
が好適なものとして挙げられる。また、溶融時に濡れ性
が良好な低粘度のものを用いることが好ましい。特に好
ましくは、濡れ性が良くなるという観点から、式（１）
〜（３）で表される構造のエポキシ樹脂が挙げられる。
これらは単独でもしくは２種以上併用してもよい。

【０００８】

【化１】

【０００９】式（１）〜（３）で表される構造のエポキ
シ樹脂は、特にエポキシ当量１５０〜２３０ｇ／ｅｑ
で、融点５０〜１６０℃のものが好ましい。また、樹脂
成分の濡れ性向上のために一部液状エポキシ樹脂を用い
ることもできる。

【００１０】硬化剤としては、エポキシ樹脂の硬化剤と
して通常用いられるものであれば特に限定されない。例
えば、フェノール樹脂、メチルヘキサヒドロ無水フタル
酸等の酸無水物系硬化剤が好適なものとして挙げられ
る。特に、フェノールアラルキル系樹脂、フェノールノ
ボラック系樹脂等のフェノール樹脂が好適に用いられ、
特に低粘度のものが好ましい。なかでも、水酸基当量が
８０〜２００ｇ／ｅｑで、軟化点が８５℃以下のものが
好ましく、より好ましくは、水酸基当量９０〜１９０ｇ
／ｅｑで、軟化点５０〜８０℃である。特に好ましく
は、水酸基当量１００〜１８０ｇ／ｅｑで、軟化点５５
〜７５℃である。

【００１１】硬化剤の含有量は、エポキシ樹脂を硬化さ
せるに充分な量であればよく、例えば硬化剤としてフェ
ノール樹脂を用いた場合、エポキシ樹脂中のエポキシ基
１当量に対してフェノール樹脂中の水酸基当量が０．５
〜１．６となる量が好ましく、０．８〜１．２がより好
ましい。

【００１２】エポキシ樹脂と硬化剤の合計の含有量は、
封止用樹脂組成物の１８〜８０重量％が好ましく、１８
〜６０重量％がより好ましく、２３〜４０重量％が特に
好ましい。１８重量％より少ない場合は、溶融時の粘度
が高く流動性が悪いため、半導体素子と配線回路基板の
安定した接合が得られないので、該含有量は１８重量％
以上が好ましい。冷熱サイクル、ＰＣＴ等の信頼性向上
のためには、樹脂の熱膨張を小さくする、弾性率を高く
する、強度を大きくする、樹脂の吸水率を小さくする等
が必要であり、そのためには、該含有量は８０重量％以
下が好ましい。

【００１３】無機質充填剤としては、通常用いられる各
種の無機質充填剤を制限なく用いることができる。例え
ば、シリカ粉末、アルミナ、チッ化珪素、酸化マンガ
ン、タンカル、チタン白等が挙げられる。なかでも、球
状シリカ粉末、破砕状シリカ粉末が好ましく用いられ、
球状シリカが特に好ましい。無機質充填剤は一種類のみ
でもよく、複数の種類の材質から構成されていてもよ
い。

【００１４】本発明における無機質充填剤は、その粒径
が小さく、かつ所定の粒度分布を有するものを使用する
ことに一つの特徴を有する。具体的には、半導体素子と
配線回路基板の電極間に充填剤が挟まることによる初期
導通不良の防止および接合後の導通安定性の観点から無
機質充填剤の最大粒径は２０μｍ以下が好ましく、１〜
１２μｍがより好ましく、１〜５μｍが特に好ましい。
また、接合後の導通安定性、即ち、冷熱サイクル後での
高い信頼性を維持するという観点、あるいは、ボイド発
生量を少なくするという観点から無機質充填剤のメジア
ン径は０．２〜３μｍが好ましく、０．２〜２μｍがよ
り好ましく、０．２〜０．９μｍが特に好ましい。さら
に、５μｍ以下の粒径のものは無機質充填剤全体の７０
体積％以上、好ましくは８０体積％以上、さらに好まし
くは１００体積％を占める。即ち、本発明においては、
５μｍを超える比較的大きめの粒径の粒子の割合は少な
い程好ましい。５μｍを超える比較的大きめの粒径の粒
子の割合が多くなり、無機質充填剤の３０体積％を超え
ると、冷熱サイクル後の導通安定性が低下し、高い信頼
性の維持が困難となるので、好ましくない。従って、本
発明で特定する前記のような粒度分布を示す無機質充填
剤を使用することにより、初期導通不良を発生させるこ
となく、冷熱サイクル試験等の過酷な熱応力をかけた後
においても、安定した導通安定性が得られかつボイドの
発生も起こさないという優れた効果を奏する。なお、本
発明において、無機充填剤の粒度分布は従来公知の分級
法を適宜用いて調整することができる。

【００１５】このような無機質充填剤の最大粒径、メジ
アン径、粒度分布は、ＨＯＲＩＢＡ製散乱式粒度分布測
定装置ＬＡ−９１０により測定することができる。ま
た、かかる最大粒径、メジアン径、粒度分布を有する無
機質充填剤は市販品を用いてもよい。

【００１６】無機質充填剤の含有量は、封止用樹脂組成
物の２０〜８０重量％が好ましく、４０〜８０重量％が
より好ましく、６０〜７５重量％が特に好ましい。封止
用樹脂組成物を硬化させて得られる封止用樹脂硬化物
（以下、硬化物と略す）の線膨張係数の上昇を抑える観
点から、該含有量は２０重量％以上が好ましい。硬化物
の線膨張係数が大きくなり過ぎると、半導体素子の線膨
張係数と硬化物のそれとの差により封止樹脂層や半導体
素子にクラック等の欠陥が発生するおそれがある。ま
た、封止用樹脂の溶融粘度が高くなり充填性が悪くなる
のを抑制する観点から８０重量％以下が好ましい。

【００１７】封止用樹脂組成物には、前記各成分以外
に、必要に応じて各種の添加剤を配合してもよい。例え
ば、シリコーン化合物（側鎖エチレングライコールタイ
プジメチルシロキサン等）、アクリロニトリル−ブタジ
エン共重合体等の低応力化剤、ブロム化エポキシフェノ
ールノボラック等の難燃剤、三酸化二アンチモン等の難
燃助剤、ポリエチレン、カルナバ等のワックス、シラン
カップリング剤（γ−グリシドキシプロピルトリメトキ
シシラン等）等のカップリング剤等を適宜に配合しても
よい。とりわけ、低応力化剤の配合は、樹脂成分混合物
の加熱硬化時の流動性が抑制されたり、封止用樹脂組成
物をシート状に加工したときに封止用樹脂組成物がタッ
ク性を備えるという効果が奏されるため好ましい。

【００１８】上記アクリロニトリル−ブタジエン共重合
体（ＮＢＲ）としては、ＮＢＲの含有量が１００％であ
る場合のみならず、このＮＢＲに他の共重合体成分が含
まれている場合をも含む。他の共重合体成分としては、
例えば水添アクリロニトリル−ブタジエンゴム、アクリ
ル酸、アクリル酸エステル、スチレン、メタクリル酸等
が挙げられる。なかでも、金属、プラスチックへの接着
性が優れるアクリル酸、メタクリル酸が好適である。即
ち、アクリロニトリル−ブタジエン−メタクリル酸共重
合体、アクリロニトリル−ブタジエン−アクリル酸共重
合体が好適に用いられる。また、上記ＮＢＲにおけるア
クリロニトリルの含有量は特に１０〜５０重量％が好ま
しく、なかでも、１５〜４０重量％のものが特に好適で
ある。

【００１９】封止用樹脂組成物は、例えば、次のように
して調製することができる。即ち、樹脂成分であるエポ
キシ樹脂と硬化剤を加温下にて混合溶融し、この溶融状
態の樹脂と無機質充填剤、必要に応じて配合される他の
添加剤とを混合する。混合方法として、釜、２軸ロー
ル、３軸ロール等を用いてもよい。この後、反応性調整
のための触媒を加えて均一系とした後、シート状やテー
プ状等の所望の形状に加工することにより封止用樹脂組
成物を得る。テープ状の形態をとることにより、いわゆ
るリール・トゥ・リールによる大量生産形式の適用が可
能となる。

【００２０】ここで用いられる触媒としては、従来から
硬化促進剤として用いられている各種の触媒、例えば、
トリフェニルホスフィン、２−メチルイミダゾール、Ｄ
ＢＵ（１，８−ジアザビシクロ（５．４．０）ウンデセ
ン−７）、ＤＢＮ（１，５−ジアザビシクロ（４．３．
０）ノネン−５）、４Ｐ４Ｂ（テトラフェニルホスホニ
ウムテトラフェニルボレート）等が挙げられる。特に、
本発明においては、エポキシ樹脂としてクレゾールノボ
ラック型エポキシ樹脂、硬化剤としてフェノールアラル
キル系樹脂を組み合わせ、さらにアミン系触媒を用いた
場合、ポリイミドなどのパッシベーション膜でコートさ
れたポリイミドコートチップへの接着性が良好となる観
点から特に好ましい。

【００２１】封止用樹脂組成物をシート状に加工するに
は、例えば、均一系の混合物をパレット上に置き、これ
を冷却後、例えば、プレス圧延あるいはロール圧延して
シート状の封止用樹脂組成物（封止用樹脂シート）とす
ることができる。あるいは溶媒を混合したものを塗工し
てのシート化も可能である。封止用樹脂シートの厚みと
しては、５〜２００μｍが好ましく、１０〜１２０μｍ
がより好ましい。

【００２２】封止用樹脂組成物の特性としては、溶融粘
度が１５０〜２００℃において１〜１０００ｐｏｉｓｅ
であるのが好ましく、より好ましくは１〜５００ｐｏｉ
ｓｅである。ゲルタイムは１５０℃において０．５〜３
０分間が好ましく、０．５〜１５分間がより好ましい。
また、硬化物としての線膨張係数は７〜５０ｐｐｍが好
ましく、１２〜４０ｐｐｍがより好ましい。溶融粘度が
前記範囲内に設定されることにより、充填性が良好とな
る。ゲルタイムは前記範囲内に設定されることにより、
成形作業性、特に硬化時間の短縮が可能となる。線膨張
係数は前記範囲内に設定されることにより、硬化物や半
導体素子のクラック等の、応力による欠陥の発生防止が
可能となる。なお、溶融粘度はフローテスター粘度計に
より測定し、前記ゲルタイムは熱板上にて測定する。ま
た、線膨張係数は、熱機械分析（ＴＭＡ）により測定す
る。

【００２３】本発明の半導体装置は、図１に示されるよ
うに、配線回路基板１上に接続用電極部２を介して半導
体素子３が搭載され、配線回路基板１と半導体素子３と
の間の空隙が封止樹脂層４によって封止されてなる構造
である。そして、封止樹脂層４が本発明の封止用樹脂組
成物を前記空隙内に充填し、硬化させて形成されてい
る。かかる構成からなる本発明の半導体装置は、封止樹
脂層４が本発明の封止用樹脂組成物を用いて形成されて
いるため、ボイド等の内部欠陥が少なく冷熱サイクルで
安定した導通信頼性を有するという従来には見られない
好適な性質を有する。

【００２４】配線回路基板１は、特に限定されない。通
常使用されている公知のセラミック基板、プラスチック
基板などが使用できる。

【００２５】接続用電極部２は、電極のみでも良く、あ
るいは電極にジョイントボール等の導電体が設けられた
構造であっても良い。接続用電極部２の材質は特に限定
されない。例えば、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケ
ル、クロム、錫、鉛、半田、およびこれらの合金等が挙
げられる。また、上記接続電極部の形状としては、特に
限定するものではないが、電極部表面が、例えばバンプ
のように凸形状となっていることが好ましい。

【００２６】半導体素子３は、特に限定されず、通常使
用されるものが使用できる。例えば、シリコン、ゲルマ
ニウム等の元素半導体、ガリウムヒ素、インジウムリン
等の化合物半導体等の各種の半導体が使用される。半導
体素子の大きさは、通常、幅２〜２０ｍｍ×長さ２〜３
０ｍｍ×厚み０．１〜０．６ｍｍに設定される。また、
半導体素子３を搭載する配線回路が形成された配線回路
基板１の大きさは、通常、半導体素子のサイズに合わせ
て、幅１０〜７０ｍｍ×長さ１０〜７０ｍｍ×厚み０．
０５〜３．０ｍｍの範囲に設定される。また、マップタ
イプの基板（１つの配線回路基板に多くの半導体素子を
実装するもの）の場合は、幅及び長さとも４０ｍｍ以上
に設定することができる。そして、溶融した封止用樹脂
組成物が充填される、半導体素子３と配線回路基板１と
の間の距離は、通常、５〜１００μｍである。

【００２７】本発明の半導体装置の製法は、本発明の封
止用樹脂組成物を配線回路基板と半導体素子との間に介
在させ、溶融させて該配線回路基板と該半導体素子との
間の空隙内に充填し、硬化させることにより封止樹脂層
を形成することを特徴とする。具体的には、次の三つの
態様が挙げられる。

【００２８】（１）第一の態様本態様は、封止用樹脂組成物として、本発明の封止用樹
脂組成物をシート状に加工した封止用樹脂シートを用い
る態様である。この態様では、まず配線回路基板上に接
続用電極部を介して固形の封止用樹脂シートを載置す
る。この際、所望により配線回路基板に封止用樹脂シー
トを仮接着させてもよい。次いで、半導体素子側の接続
用電極部と配線回路基板側の接続用電極部とが対峙する
ように、該封止用樹脂シート上の所定位置に半導体素子
を載置する。この際、所望により半導体素子に封止用樹
脂シートを仮接着させてもよい。このようにして、封止
用樹脂シートを配線回路基板と半導体素子の間に介在さ
せる。次いで、封止用樹脂シートを加熱して溶融状態と
し、配線回路基板と半導体素子とを加圧して、配線回路
基板と半導体素子との間の空隙内に溶融状態の封止用樹
脂組成物を充填させる。次いで、これを硬化させること
により空隙を封止する封止樹脂層を形成する。このよう
にして、図１に示される本発明の半導体装置を製造す
る。接続用電極部としては、前記のように電極のみでも
よく、あるいはジョイントボール等の導電体を具備する
ものでもよい。以下、図面を用いて封止用樹脂組成物を
配線回路基板と半導体素子との間に介在させる各種の例
を説明する。

【００２９】複数の球状又は半球状の導電体を具備する
接続用電極部（ジョイントボール）が設けられた配線回
路基板１を用いる場合、図２に示すように、封止用樹脂
シート５を接続用電極部（ジョイントボール）２を介し
て配線回路基板１上に載置し、次いで、図３に示すよう
に、半導体素子側の接続用電極部と配線回路基板側の接
続用電極部とが対峙するように封止用樹脂シート５上に
半導体素子３を載置する（この例では、半導体素子側の
接続用電極部は電極のみのため図示せず）。

【００３０】また、半導体素子３の片面（接続面側）に
複数の球状の接続用電極部（ジョイントボール）２が配
設されたものを用いてもよい。この場合、図４に示すよ
うに封止用樹脂シート５を配線回路基板１上に接続用電
極部（この例では、配線回路基板側の接続用電極部は電
極のみのため図示せず）を介して載置し、次いで、半導
体素子側の接続用電極部と配線回路基板側の接続用電極
部とが対峙するように該半導体素子３を接続用電極部
（ジョイントボール）２を介して封止用樹脂シート５上
に載置する。

【００３１】また、ジョイントボールが配線回路基板１
及び半導体素子３のいずれの側にも設けられていてもよ
く、この場合、図５に示すように、両者の接続用電極部
（ジョイントボール）２の間に封止用樹脂シート５を配
置する。

【００３２】（２）第二の態様本態様は、予め封止用樹脂組成物を溶融させて接続用電
極部（ジョイントボール）に予備的な封止用の樹脂層を
形成させた配線回路基板、半導体素子を用いる態様であ
る。まず、図６に示すように、複数の球状又は半球状の
接続用電極部（ジョイントボール）２が設けられた配線
回路基板１面上に、該接続用電極部２の導電体の頭頂部
が露出するように封止用の樹脂層６を形成させる。次い
で、図７に示すように、頭頂部が露出した接続用電極部
２上に半導体素子３の接続用電極部２が当接するように
半導体素子３を載置する（この例では、半導体素子側の
接続用電極部は電極のみのため図示せず）。このように
して、封止用樹脂組成物を配線回路基板と半導体素子と
の間に介在させる。次いで、これらの部材全体を加熱し
て封止用の樹脂層６を溶融状態とし、配線回路基板１と
半導体素子３とを加圧して配線回路基板１と半導体素子
３との間の空隙内に溶融状態の封止用樹脂組成物を充填
させる。次いで、これを硬化させることにより空隙を封
止する封止樹脂層４を形成する。このようにして、図１
に示される本発明の半導体装置を製造する。

【００３３】封止用の樹脂層６は、例えば、次のように
して作製することができる。即ち、図２に示すように、
第一の態様と同様にして複数の球状の接続用電極部（ジ
ョイントボール）２が設けられた配線回路基板１上に封
止用樹脂シート５を載置する。次いで、封止用樹脂シー
ト５を加熱溶融することにより、図６に示すように、配
線回路基板１面上に、接続用電極部２の導電体の頭頂部
が露出するように封止用の樹脂層６が形成される。別の
方法としては、例えば、図８に示すように、複数の球状
の接続用電極部（ジョイントボール）２が設けられた配
線回路基板１を準備し、次いで、配線回路基板１面上
に、印刷塗工法により封止用樹脂組成物を塗布して封止
用の樹脂層６を形成してもよい。

【００３４】また、本態様において、封止用の樹脂層は
配線回路基板側に設ける代りに半導体素子側の接続用電
極部に設けたものを用いてもよい。この場合は、図９に
示すように、接続用電極部（ジョイントボール）２が設
けられた半導体素子３面上に、接続用電極部（ジョイン
トボール）２の導電体の頭頂部が露出するように封止用
の樹脂層６が形成される。

【００３５】さらに、図１０に示すように、配線回路基
板１及び半導体素子３のいずれにも接続用電極部（ジョ
イントボール）２の導電体の頭頂部が露出するように封
止用の樹脂層６を形成したものを用いてもよい。

【００３６】（３）第三の態様本態様は、ジョイントボールが設けられていない接続用
電極部に予め封止用樹脂組成物を貼り合わせるか又は溶
融させて予備的な封止用の樹脂層を形成した配線回路基
板、半導体素子を用いる態様である。例えば、図１１に
示すように、接続用電極部にジョイントボールが設けら
れていない半導体素子３の片面に封止用の樹脂層６を形
成したものを準備する（半導体素子側の接続用電極部は
電極のみのため図示せず）。次いで、ジョイントボール
が設けられた配線回路基板１上の所定位置に、封止用の
樹脂層６がジョイントボールと当接するように半導体素
子３を載置する。このようにして、封止用樹脂組成物を
配線回路基板と半導体素子との間に介在させる。次い
で、これらの部材全体を加熱して封止用の樹脂層６を溶
融状態とし、配線回路基板１と半導体素子３とを加圧し
て空隙内に溶融状態の封止用樹脂組成物を充填させる。
次いで、これを硬化させることにより空隙を封止する封
止樹脂層４を形成する。このようにして、図１に示され
る本発明の半導体装置を製造する。

【００３７】また、図１２に示すように、接続用電極部
にジョイントボールが設けられていない配線回路基板１
の片面に封止用の樹脂層６を形成したものを準備し（配
線回路基板側の接続用電極部は電極のみのため図示せ
ず）、封止用の樹脂層６上の所定位置に、ジョイントボ
ールが設けられた半導体素子３を、ジョイントボールと
封止用の樹脂層６とが当接するように載置する。

【００３８】図１１及び図１２における、封止用の樹脂
層６の形成方法としては、半導体素子３面又は配線回路
基板１面に封止用樹脂シートをラミネーター等で貼り合
わせるか又は載置して加熱溶融させる方法や、印刷塗工
法により封止用樹脂組成物を塗布する方法等が挙げられ
る。

【００３９】第一〜第三の態様による本発明の製法にお
いて用いる封止用樹脂シート及び封止用の樹脂層の大き
さは、半導体素子３の大きさ（面積）に依存して適宜に
設定される。例えば、その大きさは半導体素子３の大き
さ（面積）より小さく設定することが好ましい。これ
は、半導体素子の中央部から周辺に向かって樹脂を流動
させることにより、ボイドを少なくすることができるか
らであり、特に、ペリフェラルタイプのものでは、接続
部に樹脂が挟まることもないため安定した導通特性が得
られるからである。封止用樹脂シート及び封止用の樹脂
層の厚み及び重量は、半導体素子３の大きさ及び接続用
電極部２の大きさと数に依存する。即ち、半導体素子３
と配線回路基板１との空隙を充填して封止するのに必要
な封止樹脂層４の容積に依存して適宜に設定される。

【００４０】また、封止用樹脂シートを半導体素子や配
線回路基板に仮接着させる場合、タック性を備えた封止
用樹脂シートを用いるのが好ましい。タック性を備えた
ものを得るには、前記のようにアクリロニトリル−ブタ
ジエン共重合体等のゴム成分を添加した封止用樹脂組成
物を用いてシート状に加工することにより達成される。
仮接着はラミネーター等により行うことができる。

【００４１】また、封止用樹脂シート及び封止用の樹脂
層を加熱溶融して溶融状態とする際の加熱温度として
は、半導体素子３及び配線回路基板１の劣化等を考慮し
て７０〜３００℃が好ましい。加熱方法も赤外線リフロ
ー炉、乾燥機、温風機、熱板等を用いる公知の方法が挙
げられる。加圧条件は接続用電極部２の個数等にも依存
するが、具体的には０．０２〜０．５ｋｇ／個が好まし
く、０．０４〜０．２ｋｇ／個がより好ましい。また、
充填された封止用樹脂組成物を硬化させるには、１５０
〜２５０℃に加温して硬化させる。

【００４２】本発明の製法に従って製造される半導体装
置の一例としては、図１３に示すように、形成された封
止樹脂層４が、搭載された半導体素子３の周囲からはみ
出すように形成されたタイプが挙げられるが、半導体装
置の用途等によっては、図１に示すように、形成された
封止樹脂層４が、搭載された半導体素子３の周囲からは
み出さないように形成されたタイプであってもよい。

【００４３】

【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げてさらに詳細
に説明するが、本発明はかかる実施例により何ら限定さ
れるものではない。

【００４４】実施例１〜７、比較例１〜３表１に示す配合比にて、常温で溶媒（メチルエチルケト
ン）とともに、全ての原料を混合し、塗工機（マルチコ
ーター）にてＰＥＴセパレーター上に塗工し、１１０℃
で乾燥して、ロール状に巻き取って、封止用樹脂シート
（厚み１００μｍ）を得た。

【００４５】

【表１】

【００４６】エポキシ樹脂Ａ¹はビフェニル型エポキシ
樹脂であり、式（１）：

【００４７】

【化２】

【００４８】で示される構造を有し、エポキシ当量は１
９５ｇ／ｅｑ、融点は１０７℃である。エポキシ樹脂Ａ
²はクレゾールノボラック型エポキシ樹脂であり、エポ
キシ当量が１９５ｇ／ｅｑ、融点が５５℃である。硬化
剤Ｂ¹はフェノールノボラック系樹脂であり、該樹脂の
水酸基当量は１０５ｇ／ｅｑ、軟化点は６０℃である。
硬化剤Ｂ²はフェノールアラルキル系樹脂であり、該樹
脂の水酸基当量は１７０ｇ／ｅｑ、軟化点は７０℃であ
る。

【００４９】触媒において、ＤＢＵとは１，８−ジアザ
ビシクロ（５．４．０）ウンデセン−７を示し、ＤＢＮ
とは１，５−ジアザビシクロ（４．３．０）ノネン−５
を示し、４Ｐ４Ｂとはテトラフェニルホスホニウムテト
ラフェニルボレートを示す。

【００５０】無機質充填剤は、球状のシリカ粉末である
溶融シリカを使用した。溶融シリカの最大粒径、メジア
ン径及び５μｍ以下の粒径の粒子の割合は、ＨＯＲＩＢ
Ａ製散乱式粒度分布測定装置ＬＡ−９１０により測定し
た。その結果を表２に示す。

【００５１】また、低応力化剤としてはアクリロニトリ
ル−ブタジエン共重合体を、カップリング剤としてはγ
−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを用いた。

【００５２】得られた封止用樹脂シートを用いて、本発
明の製法の第一の態様に従って半導体装置を製造した。
即ち、図４に示すように、封止用樹脂シート５を配線回
路基板１（幅３０ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚み１ｍｍ）上
に載置し、次いで、該封止用樹脂シート５上にジョイン
トボールが設けられた半導体素子３（幅１０ｍｍ、長さ
１０ｍｍ、厚み０．４ｍｍ）をフリップチップボンダー
（澁谷製ＤＢ−１００）を用いて載置した。その後、加
熱温度１７５℃×荷重０．０６ｋｇ／個の条件で封止用
樹脂シート５を溶融させつつ各部材を加圧し、空隙内に
溶融状態の封止用樹脂組成物を充填した。次いで、２０
０℃で２０分間維持することにより封止用樹脂組成物を
熱硬化させ、図１に示すような、空隙が封止樹脂層４で
封止された半導体装置（半導体素子３と配線回路基板１
との間の距離は、６０〜７０μｍ）を得た。

【００５３】なお、半導体素子として、３００ｐｉｎデ
イシーチェーンのチップを使用した。チップの表面保護
膜の材質は、実施例１〜６、比較例１〜３はポリイミド
で、実施例７はチッ化ケイ素（ＳｉＮ）であった。ま
た、接続用電極部の材質は、半導体素子側に低融点半田
を、配線回路基板側に金プレートを用いた。得られた半
導体装置の性能を調べ、その結果を表２に示す。

【００５４】

【表２】

【００５５】評価方法を次に示す。（１）ボイド発生量：半導体素子と樹脂の界面のボイド
発生量を、超音波顕微鏡にて観察し、ボイド発生部分の
面積を算出して、チップ面積に対する百分率として求め
た。

【００５６】（２）導通性：熱衝撃装置を用い、半導体
装置を−４０℃で５分間維持後、１２５℃で５分間維持
する操作を行った。この操作を１０００回行った後の半
導体装置の導通性（Ｔ∽１０００∽後の導通性）、及び
２０００回行った後の半導体装置の導通性（Ｔ∽２００
０∽後の導通性）を測定し、半導体装置１０個当たりの
不良品の個数で表した。導通性の評価方法は、アドバン
テスト製デジタルマルチメーター（ＴＲ６８４７）に
て、抵抗値が初期の１．４倍以上となったものを不良品
としてカウントした。また、初期導通性の評価方法は、
抵抗値が無限大（断線している）のものを不良とし、半
導体装置２０〜２５個当たりの不良品の個数で表した。

【００５７】（３）ＰＣＴテスト後のチップ剥離と導通
性：半導体装置を１２１℃、１００％ＲＨ、２ａｔｍで
１６８時間維持する条件のプレッシャークッカーテスト
（ＰＣＴ）に付した。テスト後の半導体装置について、
チップ剥離の有無を調べた。チップ剥離した半導体装置
の割合を百分率で示した。さらに、ＰＣＴテスト後の半
導体装置を用いて導通性を測定し、半導体装置１０個当
たりの不良品の個数で表した。

【００５８】表２に示すように、所定の粒度分布を有す
るシリカ粉末を含有する封止用樹脂組成物を用いて封止
樹脂層を形成させた実施例１〜７の半導体装置は、比較
例の装置と比較して顕著に良好な特性を示した。特に、
エポキシ樹脂としてクレゾールノボラック型エポキシ樹
脂、硬化剤としてフェノールアラルキル系樹脂を用い、
さらにアミン系触媒（ＤＢＵ、ＤＢＮ）を用いた実施例
４、５でのＰＣＴテスト後のチップ剥離及び導通不良は
全く認められなかった。その他のものは、ＰＣＴテスト
後に剥離が認められ、また、剥離の影響から導通特性に
おいても一部不良の発生が認められた。また、比較例３
のように最大粒径、メジアン径が本発明の範囲内であっ
ても、５μｍ以下の粒径の粒子の割合が少ないシリカ粉
末を用いた場合、Ｔ∽２０００∽後の導通性は、半分以
上が不良となった。特にＴ∽の特性において、５μｍ以
下の粒径の粒子の割合に応じて、導通不良割合が増加し
た。これは、５μｍを超える比較的大きめの粒径の粒子
の割合が多くなり、シリカ粉末の３０体積％を超える
と、接続電極の接合を阻害し、接続電極部分の実質接合
面積が小さくなるためと推定される。実際に、接続部の
断面を観察したところ、５μｍを超えるシリカ粉末を使
用したものは、シリカ粉末が電極間に挟まっており、エ
アーも取り込まれていることが確認された。

【００５９】

【発明の効果】本発明の封止用樹脂組成物は、より確実
に封止を可能とする封止用樹脂組成物である。また、か
かる封止用樹脂組成物を用いて得られる半導体装置は接
続部分の信頼性が高いため、導通不良やチップ剥離の発
生が少ない。また、本発明の製法により、接続部分の信
頼性が高い半導体装置を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の半導体装置の一例を示す断面図
である。

【図２】図２は第一の態様における半導体装置の製造工
程を示す説明断面図である。

【図３】図３は第一の態様における半導体装置の製造工
程を示す説明断面図である。

【図４】図４は第一の態様における半導体装置の製造工
程を示す説明断面図である。

【図５】図５は第一の態様における半導体装置の製造工
程を示す説明断面図である。

【図６】図６は第二の態様における半導体装置の製造工
程を示す説明断面図である。

【図７】図７は第二の態様における半導体装置の製造工
程を示す説明断面図である。

【図８】図８は第二の態様において用いる半導体素子搭
載用配線回路基板を示す説明断面図である。

【図９】図９は第二の態様における半導体装置の製造工
程を示す説明断面図である。

【図１０】図１０は第二の態様における半導体装置の製
造工程を示す説明断面図である。

【図１１】図１１は第三の態様における半導体装置の製
造工程を示す説明断面図である。

【図１２】図１２は第三の態様における半導体装置の製
造工程を示す説明断面図である。

【図１３】図１３は本発明の半導体装置の他の例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１配線回路基板２接続用電極部３半導体素子４封止樹脂層５封止用樹脂シート６封止用の樹脂層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/56 Ｈ０１Ｌ 21/56 Ｅ５Ｆ０６１ 21/60 ３１１ 21/60 ３１１Ｓ 23/29 23/30 Ｒ 23/31 // Ｂ２９Ｋ 63:00 105:16 Ｂ２９Ｌ 31:34 (72)発明者野呂弘司大阪府茨木市下穂積１−１−２日東電工株式会社内Ｆターム(参考） 4F204 AA39 AB11 AB16 AD03 AD08 AH37 AR12 AR15 EA03 EA07 EB11 EF01 EF02 EF27 EK13 EK17 EK26 FA20 FB01 FB11 FB17 FF01 FF05 FF06 FN15 FN17 4J002 CC04X CD03W CD04W CD05W CD06W CE00X DE096 DE136 DE146 DE236 DJ006 DJ016 EL137 FA086 FD016 FD14X FD147 GJ02 GQ01 4J036 AA01 AA02 AC01 AC05 AD07 AD08 AF01 DA04 DB21 DC40 DC46 DD07 DD09 FA03 FA05 FA13 FB02 FB05 FB06 FB07 FB08 FB16 FB18 JA07 4M109 AA01 BA04 CA03 CA04 EA03 EB03 EB12 5F044 RR17 RR19 5F061 AA01 BA04 CA03 CA04 CB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填剤
を含有してなる封止用樹脂組成物において、該無機質充
填剤の含有量が２０〜８０重量％、その最大粒径が２０
μｍ以下、メジアン径が０．２〜３μｍであって、５μ
ｍ以下の粒径のものが該無機質充填剤の７０体積％以上
を占めることを特徴とする封止用樹脂組成物。
【請求項２】エポキシ樹脂がクレゾールノボラック型
エポキシ樹脂又はビフェニル型エポキシ樹脂で、硬化剤
がフェノール樹脂である請求項１記載の封止用樹脂組成
物。
【請求項３】配線回路基板上に接続用電極部を介して
半導体素子が搭載され、該配線回路基板と該半導体素子
との間の空隙が封止樹脂層によって封止されてなる半導
体装置において、前記封止樹脂層が請求項１又は２記載
の封止用樹脂組成物を前記空隙内に充填し、硬化させて
形成されてなることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】配線回路基板上に接続用電極部を介して
半導体素子が搭載され、該配線回路基板と該半導体素子
との間の空隙が封止樹脂層によって封止されてなる半導
体装置の製法において、請求項１又は２記載の封止用樹
脂組成物を前記配線回路基板と前記半導体素子との間に
介在させ、溶融させて前記空隙内に充填し、硬化させて
封止樹脂層を形成することを特徴とする半導体装置の製
法。
【請求項５】請求項１又は２記載の封止用樹脂組成物
をシート状に加工した封止用樹脂シートを配線回路基板
上に載置し、さらに該封止用樹脂シート上に半導体素子
を載置した後、該封止用樹脂シートを溶融させて空隙内
に充填し、硬化させて封止樹脂層を形成する請求項４記
載の製法。