JP2021019031A - パッケージ構造体 - Google Patents
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Abstract
【課題】長期保存後の信頼性に優れる半導体パッケージを提供する。【解決手段】半導体パッケージは、基板１０１と、基板１０１の素子搭載面に設けられ、Ｃｕを含むパッド電極１１１と、素子搭載面にフリップチップ実装される半導体素子１０３と、半導体素子の基板側の表面に設けられてパッド電極１１１に接続し、Ｃｕを含むピラー１１３と、ピラーに接して設けられ、Ｃｕ6Ｓｎ5およびＣｕ3Ｓｎのいずれか一方または両方を含む合金層１１５と、半導体素子を封止するとともに合金層に接して設けられた封止材１０５と、を含む。また、封止材を１７５℃、８時間の条件で硬化後、粉砕して得られる粉砕素材５ｇに対し脱イオン水５０ｇを加え、１２５℃、２０時間の条件下で熱水抽出し、封止材が、（封止材中のＳの含有量が、８０ｐｐｍ以下である、または封止材中のＣｌの含有量が、８０ｐｐｍ以下である、のいずれか一方または両方を満たす。【選択図】図２
Description
本発明は、パッケージ構造体に関する。
半導体パッケージの製造に関する技術として、特許文献１（特開２０１４−４１９８０号公報）に記載のものがある。同文献には、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）が制御可能である、２つの構造体間の接合部の構造であって、第一の銅（Ｃｕ）の構造体と、第二の銅（Ｃｕ）の構造体とが、錫（Ｓｎ）をベースとしているはんだ構造体を介して接しており、第一の銅（Ｃｕ）の構造体と錫（Ｓｎ）をベースとしているはんだ構造体の界面と、第二の銅（Ｃｕ）の構造体と錫（Ｓｎ）をベースとしているはんだ構造体の界面の両方に、金属間化合物であるＣｕ3Ｓｎが１．５μｍを超える厚さに存在する、構造について記載されており、かかる構造とすることにより、はんだ接合部においてＥＭ耐性を向上させることができるとされている。
しかしながら、本願発明者が上述の文献に記載の技術について検討したところ、長期保存後の信頼性に優れる半導体パッケージを提供する点で改善の余地があることが明らかになった。
本発明によれば、
基板と、
前記基板の素子搭載面に設けられ、構成元素としてＣｕを含むパッド電極と、
前記素子搭載面にフリップチップ実装される半導体素子と、
前記半導体素子の前記基板側の表面に設けられて前記パッド電極に接続し、構成元素としてＣｕを含むピラーと、
前記ピラーに接して設けられ、Ｃｕ6Ｓｎ5およびＣｕ3Ｓｎのいずれか一方または両方を含む合金層と、
前記半導体素子を封止するとともに前記合金層に接して設けられた封止材と、
を含み、
前記封止材を１７５℃、８時間の条件で硬化後、粉砕して得られる粉砕素材５ｇに対し脱イオン水５０ｇを加え、１２５℃、２０時間の条件下で熱水抽出したとき、前記封止材が以下の条件１または条件２のいずれか一方または両方を満たす、パッケージ構造体が提供される。
（条件１）前記封止材中のＳの含有量が、８０ｐｐｍ以下である
（条件２）前記封止材中のＣｌの含有量が、８０ｐｐｍ以下である
基板と、
前記基板の素子搭載面に設けられ、構成元素としてＣｕを含むパッド電極と、
前記素子搭載面にフリップチップ実装される半導体素子と、
前記半導体素子の前記基板側の表面に設けられて前記パッド電極に接続し、構成元素としてＣｕを含むピラーと、
前記ピラーに接して設けられ、Ｃｕ6Ｓｎ5およびＣｕ3Ｓｎのいずれか一方または両方を含む合金層と、
前記半導体素子を封止するとともに前記合金層に接して設けられた封止材と、
を含み、
前記封止材を１７５℃、８時間の条件で硬化後、粉砕して得られる粉砕素材５ｇに対し脱イオン水５０ｇを加え、１２５℃、２０時間の条件下で熱水抽出したとき、前記封止材が以下の条件１または条件２のいずれか一方または両方を満たす、パッケージ構造体が提供される。
（条件１）前記封止材中のＳの含有量が、８０ｐｐｍ以下である
（条件２）前記封止材中のＣｌの含有量が、８０ｐｐｍ以下である
本発明によれば、長期保存後の信頼性に優れる半導体パッケージを提供することができる。
以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には共通の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは必ずしも一致していない。また、本実施形態において、組成物は、各成分を単独でまたは２種以上を組み合わせて含むことができる。
図１は、本実施形態における半導体パッケージの構成を模式的に示す断面図である。図１において、パッケージ構造体（半導体パッケージ１００）は、基板１０１と、基板１０１の素子搭載面にフリップチップ実装される半導体素子１０３と、半導体素子１０３を封止する封止材１０５と、を有する。また、図１においては、基板１０１の素子搭載面の裏面にバンプ電極１０７が設けられている。
図２は、半導体パッケージ１００において、半導体素子１０３と基板１０１との接続領域１１０の構成を模式的に示す断面図である。図２に示すように、半導体パッケージ１００においては、基板１０１の素子搭載面にパッド電極１１１が設けられている。パッド電極１１１は、構成元素としてＣｕを含む。また、半導体素子１０３の基板１０１の側の表面に、ピラー１１３が設けられており、ピラー１１３に接して合金層１１５が設けられている。ピラー１１３は、パッド電極１１１に接続し、また、構成元素としてＣｕを含む。合金層１１５は、Ｃｕ6Ｓｎ5およびＣｕ3Ｓｎのいずれか一方または両方を含む。
封止材１０５は、半導体素子１０３を封止するとともに合金層１１５に接して設けられている。封止材１０５を１７５℃、８時間の条件で硬化後、粉砕して得られる粉砕素材５ｇに対し脱イオン水５０ｇを加え、１２５℃、２０時間の条件下で熱水抽出したとき、封止材１０５が以下の条件１または条件２のいずれか一方または両方を満たす。
（条件１）封止材１０５中のＳの含有量が、８０ｐｐｍ以下である
（条件２）封止材１０５中のＣｌの含有量が、８０ｐｐｍ以下である
（条件１）封止材１０５中のＳの含有量が、８０ｐｐｍ以下である
（条件２）封止材１０５中のＣｌの含有量が、８０ｐｐｍ以下である
以下、半導体パッケージ１００およびその構成部材についてさらに具体的に説明する。
半導体パッケージ１００として、たとえば、ＳｉＰ（System in Package）、ＭＡＰ（Mold Array Package）、ＣＳＰ（Chip Size Package）、ＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＬＦ−ＢＧＡ（Lead Flame BGA）、ＦＣＢＧＡ（Flip Chip BGA）、ＭＡＰＢＧＡ（Molded Array Process BGA）、ｅＷＬＢ（Embedded Wafer-Level BGA）、Ｆａｎ−Ｉｎ型ｅＷＬＢ、Ｆａｎ−Ｏｕｔ型ｅＷＬＢなどの種類が挙げられる。
また、半導体素子１０３は、たとえば、半導体パッケージ１００の具体例として上述したパッケージに搭載される素子である。
半導体パッケージ１００として、たとえば、ＳｉＰ（System in Package）、ＭＡＰ（Mold Array Package）、ＣＳＰ（Chip Size Package）、ＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＬＦ−ＢＧＡ（Lead Flame BGA）、ＦＣＢＧＡ（Flip Chip BGA）、ＭＡＰＢＧＡ（Molded Array Process BGA）、ｅＷＬＢ（Embedded Wafer-Level BGA）、Ｆａｎ−Ｉｎ型ｅＷＬＢ、Ｆａｎ−Ｏｕｔ型ｅＷＬＢなどの種類が挙げられる。
また、半導体素子１０３は、たとえば、半導体パッケージ１００の具体例として上述したパッケージに搭載される素子である。
基板１０１は、たとえばインターポーザ等の配線基板であり、好ましくは多層基板である。
バンプ電極１０７の具体例として、たとえば半田バンプが挙げられる。
パッド電極１１１は、構成元素としてＣｕを含むものであればよく、たとえばＣｕまたはＣｕを含む合金により構成されるパッド状の電極であってもよい。また、パッド電極１１１は、１つの層から構成されてもよいし、２以上の層を有してもよい。たとえば、パッド電極１１１がＣｕまたはＣｕを含む合金により構成される電極基材と、電極基材の表面を覆い、導電材料により構成される被覆層を有してもよい。このとき、被覆層の材料の具体例として、たとえばＮｉ等の金属が挙げられる。
バンプ電極１０７の具体例として、たとえば半田バンプが挙げられる。
パッド電極１１１は、構成元素としてＣｕを含むものであればよく、たとえばＣｕまたはＣｕを含む合金により構成されるパッド状の電極であってもよい。また、パッド電極１１１は、１つの層から構成されてもよいし、２以上の層を有してもよい。たとえば、パッド電極１１１がＣｕまたはＣｕを含む合金により構成される電極基材と、電極基材の表面を覆い、導電材料により構成される被覆層を有してもよい。このとき、被覆層の材料の具体例として、たとえばＮｉ等の金属が挙げられる。
また、図２においては、基板１０１に、素子搭載面を覆うソルダーレジスト膜１１７が設けられている。ソルダーレジスト膜１１７には、パッド電極１１１の上部に開口部が設けられており、開口部においてパッド電極１１１と半導体素子１０３に設けられたピラー１１３とが電気的に接続する。
ピラー１１３は、全体または一部がパッド電極１１１に直接接していてもよいし、パッド電極１１１に直接接する領域を有さなくてもよい。半導体パッケージ１００の信頼性を向上する観点から、ピラー１１３は、好ましくは合金層１１５を介してパッド電極１１１に接続する。
ピラー１１３の形状として、たとえば、円柱状、楕円柱状、角柱状等の柱状体；楕円錐台、円錐台、角錐台等の錐台状が挙げられる。
ピラー１１３は、構成元素としてＣｕを含むものであればよく、たとえばＣｕまたはＣｕを含む合金により構成されてもよい。また、ピラー１１３は、多層構造を有してもよく、たとえば素子搭載面に垂直な方向に複数の層を有してもよい。
ピラー１１３の形状として、たとえば、円柱状、楕円柱状、角柱状等の柱状体；楕円錐台、円錐台、角錐台等の錐台状が挙げられる。
ピラー１１３は、構成元素としてＣｕを含むものであればよく、たとえばＣｕまたはＣｕを含む合金により構成されてもよい。また、ピラー１１３は、多層構造を有してもよく、たとえば素子搭載面に垂直な方向に複数の層を有してもよい。
半導体パッケージ１００の信頼性を向上する観点から、パッド電極１１１およびピラー１１３の構成元素は、好ましくはいずれもＣｕである。
合金層１１５は、ピラー１１３に接して設けられた層であり、好ましくはピラー１１３の一部または全部を覆うように設けられている。半導体パッケージ１００の信頼性を向上する観点から、合金層１１５は、好ましくはピラー１１３の側面またはパッド電極１１１との対向面に設けられており、より好ましくはピラー１１３の側面からパッド電極１１１の対向面にわたって設けられている。
また、合金層１１５は、好ましくはパッド電極１１１に接して設けられており、より好ましくはパッド電極１１１の一部または全部を覆うように設けられている。
また、合金層１１５は、好ましくはパッド電極１１１に接して設けられており、より好ましくはパッド電極１１１の一部または全部を覆うように設けられている。
合金層１１５は、Ｃｕ6Ｓｎ5およびＣｕ3Ｓｎのいずれか一方または両方を含む。また、合金層１１５は、少なくとも一部の領域がＣｕ6Ｓｎ5およびＣｕ3Ｓｎから選択される１以上の合金により構成されていればよい。たとえば、合金層１１５が、Ｃｕ6Ｓｎ5およびＣｕ3Ｓｎから選択される１以上の合金により構成された領域を有するとともに、上記合金以外の元素を含む他の領域を含んでもよい。たとえば、合金層１１５は、ＣｕおよびＳｎ以外の元素として、Ａｇ、ＮｉおよびＡｕからなる群から選択される１または２以上の金属元素を含んでもよい。
また、合金層１１５中に、ピラー１１３からパッド電極１１１に向かって、Ｃｕ6Ｓｎ5層およびＣｕ3Ｓｎ層がこの順に設けられていてもよい。
また、合金層１１５中に、ピラー１１３からパッド電極１１１に向かって、Ｃｕ6Ｓｎ5層およびＣｕ3Ｓｎ層がこの順に設けられていてもよい。
次に、封止材１０５について説明する。
封止材１０５においては、熱水抽出により測定されるイオン性不純物の含有量について以下の条件を満たす。すなわち、封止材１０５を１７５℃、８時間の条件で硬化後、粉砕して得られる粉砕素材５ｇに対し脱イオン水５０ｇを加え、１２５℃、２０時間の条件下で熱水抽出したとき、封止材１０５が以下の条件１または条件２のいずれか一方または両方を満たす。
（条件１）封止材１０５中のＳの含有量が、８０ｐｐｍ以下である
（条件２）封止材１０５中のＣｌの含有量が、８０ｐｐｍ以下である
ここで、熱水抽出した成分に含まれる各イオン性不純物は、イオンクロマトグラフィーで分離し、測定される。
封止材１０５においては、熱水抽出により測定されるイオン性不純物の含有量について以下の条件を満たす。すなわち、封止材１０５を１７５℃、８時間の条件で硬化後、粉砕して得られる粉砕素材５ｇに対し脱イオン水５０ｇを加え、１２５℃、２０時間の条件下で熱水抽出したとき、封止材１０５が以下の条件１または条件２のいずれか一方または両方を満たす。
（条件１）封止材１０５中のＳの含有量が、８０ｐｐｍ以下である
（条件２）封止材１０５中のＣｌの含有量が、８０ｐｐｍ以下である
ここで、熱水抽出した成分に含まれる各イオン性不純物は、イオンクロマトグラフィーで分離し、測定される。
条件１について、封止材１０５中のＳの含有量は、半導体パッケージ１００の長期保存後の信頼性を向上する観点から、封止材１０５を構成する樹脂組成物の全組成に対して８０ｐｐｍ以下であり、好ましくは６０ｐｐｍ以下、より好ましくは４０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは３０ｐｐｍ以下、さらにより好ましくは２０ｐｐｍ以下である。
また、封止材１０５中のＳの含有量の下限値に制限はなく、０ｐｐｍ以上であり、たとえば半導体パッケージの信頼性に影響を与えない濃度でＳが含まれてよく、具体的には封止材１０５を構成する樹脂組成物の全組成に対して１ｐｐｍ以上、またはたとえば５ｐｐｍ以上であってもよい。
また、封止材１０５中のＳの含有量の下限値に制限はなく、０ｐｐｍ以上であり、たとえば半導体パッケージの信頼性に影響を与えない濃度でＳが含まれてよく、具体的には封止材１０５を構成する樹脂組成物の全組成に対して１ｐｐｍ以上、またはたとえば５ｐｐｍ以上であってもよい。
条件２について、封止材１０５中のＣｌの含有量は、半導体パッケージ１００の長期保存後の信頼性を向上する観点から、封止材１０５を構成する樹脂組成物の全組成に対して８０ｐｐｍ以下であり、好ましくは７０ｐｐｍ以下、より好ましくは５０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは４０ｐｐｍ以下、さらにより好ましくは３０ｐｐｍ以下である。
また、封止材１０５中のＣｌの含有量の下限値に制限はなく、０ｐｐｍ以上であり、たとえば半導体パッケージの信頼性に影響を与えない濃度でＳが含まれてよく、具体的には封止材１０５を構成する樹脂組成物の全組成に対して５ｐｐｍ以上、またはたとえば１０ｐｐｍ以上であってもよい。
また、封止材１０５中のＣｌの含有量の下限値に制限はなく、０ｐｐｍ以上であり、たとえば半導体パッケージの信頼性に影響を与えない濃度でＳが含まれてよく、具体的には封止材１０５を構成する樹脂組成物の全組成に対して５ｐｐｍ以上、またはたとえば１０ｐｐｍ以上であってもよい。
封止材１０５のガラス転移温度（Ｔｇ）については、動的粘弾性測定（ＤＭＡ）において、測定温度：２５℃以上３００℃以下、昇温速度：５℃／ｍｉｎ、周波数：１０ｒａｄ／ｓｅｃの条件下で測定される、封止材１０５のＴｇは、封止材１０５の耐熱性を向上する観点から、好ましくは１２０℃以上であり、より好ましくは１６０℃以上、さらに好ましくは１８０℃以上である。
また、封止材１０５の靭性を向上する観点から、封止材１０５のＴｇは、好ましくは２２０℃以下であり、より好ましくは２００℃以下である。
ここで、ＤＭＡにおいて貯蔵弾性率（Ｅ'）と損失弾性率（Ｅ''）の比、Ｅ''／Ｅ'をｔａｎδとしたときに、ｔａｎδがピーク値を取るときの温度をガラス転移温度（Ｔｇ）とする。
また、封止材１０５の靭性を向上する観点から、封止材１０５のＴｇは、好ましくは２２０℃以下であり、より好ましくは２００℃以下である。
ここで、ＤＭＡにおいて貯蔵弾性率（Ｅ'）と損失弾性率（Ｅ''）の比、Ｅ''／Ｅ'をｔａｎδとしたときに、ｔａｎδがピーク値を取るときの温度をガラス転移温度（Ｔｇ）とする。
封止材１０５は、封止用樹脂組成物（以下、単に「樹脂組成物」とも呼ぶ。）の硬化物により構成されており、好ましくはエポキシ樹脂を含む樹脂組成物の硬化物により構成されており、より好ましくはエポキシ樹脂を含む樹脂組成物の硬化物により構成されているとともに、樹脂組成物中に含まれるエポキシ樹脂由来の加水分解性塩素含有量が３ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ以下である。以下、樹脂組成物の構成成分について説明する。
（エポキシ樹脂）
エポキシ樹脂は、１分子内にエポキシ基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造は限定されない。
エポキシ樹脂としては、たとえば、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ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、ハイドロキノン型エポキシ樹脂等の２官能性または結晶性エポキシ樹脂；クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂；フェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェニレン骨格含有ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂等のフェノールアラルキル型エポキシ樹脂；トリフェノールメタン型エポキシ樹脂およびアルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂等の３官能型エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、テルペン変性フェノール型エポキシ樹脂等の変性フェノール型エポキシ樹脂；トリアジン核含有エポキシ樹脂等の複素環含有エポキシ樹脂等が挙げられる。
半導体パッケージ１００の信頼性向上の観点から、エポキシ樹脂は、好ましくは、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂およびビフェニル型エポキシ樹脂からなる群から選択される１種または２種以上を含む。
エポキシ樹脂は、１分子内にエポキシ基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造は限定されない。
エポキシ樹脂としては、たとえば、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ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、ハイドロキノン型エポキシ樹脂等の２官能性または結晶性エポキシ樹脂；クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂；フェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェニレン骨格含有ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂等のフェノールアラルキル型エポキシ樹脂；トリフェノールメタン型エポキシ樹脂およびアルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂等の３官能型エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、テルペン変性フェノール型エポキシ樹脂等の変性フェノール型エポキシ樹脂；トリアジン核含有エポキシ樹脂等の複素環含有エポキシ樹脂等が挙げられる。
半導体パッケージ１００の信頼性向上の観点から、エポキシ樹脂は、好ましくは、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂およびビフェニル型エポキシ樹脂からなる群から選択される１種または２種以上を含む。
樹脂組成物中に含まれるエポキシ樹脂由来の加水分解性塩素含有量は、たとえば０ｐｐｍ以上であり、また、パッケージの信頼性に影響を与えない程度に含まれていてもよく、好ましくは３ｐｐｍ以上であり、より好ましくは４ｐｐｍ以上、さらに好ましくは５ｐｐｍ以上である。
また、パッケージの信頼性を良好にするために、樹脂組成物中に含まれるエポキシ樹脂由来の加水分解性塩素含有量は、たとえば６０ｐｐｍ以下であってもよく、好ましくは５０ｐｐｍ以下であり、より好ましくは４５ｐｐｍ以下、さらに好ましくは４０ｐｐｍ以下である。
また、パッケージの信頼性を良好にするために、樹脂組成物中に含まれるエポキシ樹脂由来の加水分解性塩素含有量は、たとえば６０ｐｐｍ以下であってもよく、好ましくは５０ｐｐｍ以下であり、より好ましくは４５ｐｐｍ以下、さらに好ましくは４０ｐｐｍ以下である。
ここで、樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂由来の加水分解性塩素含有量は、（エポキシ樹脂中に含まれる加水分解性塩素含有量）×（樹脂組成物中のエポキシ樹脂質量比）／１００により求められる。また、樹脂組成物が２種以上のエポキシ樹脂を含むときは、樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂中の加水分解性塩素の含有量をそれぞれ計算し、合算したものとする。
樹脂組成物中のエポキシ樹脂の含有量は、樹脂組成物の流動性を向上して成形性を向上する観点から、樹脂組成物全体に対して、好ましくは５質量％以上であり、より好ましくは７質量％以上、さらに好ましくは８質量％以上である。
また、硬化物の耐湿信頼性や耐リフロー性、耐温度サイクル性を向上する観点から、エポキシ樹脂の含有量は、樹脂組成物全体に対して、好ましくは３０質量％以下であり、より好ましくは２０質量％以下、さらに好ましくは１５質量％以下である。
また、硬化物の耐湿信頼性や耐リフロー性、耐温度サイクル性を向上する観点から、エポキシ樹脂の含有量は、樹脂組成物全体に対して、好ましくは３０質量％以下であり、より好ましくは２０質量％以下、さらに好ましくは１５質量％以下である。
（硬化剤）
樹脂組成物は、硬化剤を含んでもよい。
硬化剤として、フェノール樹脂硬化剤、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、メルカプタン系硬化剤等が挙げられる。これらの中でも、耐燃性、耐湿性、電気特性、硬化性、保存安定性等のバランスの点からフェノール樹脂硬化剤が好ましい。また、複数の系統の硬化剤を組み合わせてもよい。
樹脂組成物は、硬化剤を含んでもよい。
硬化剤として、フェノール樹脂硬化剤、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、メルカプタン系硬化剤等が挙げられる。これらの中でも、耐燃性、耐湿性、電気特性、硬化性、保存安定性等のバランスの点からフェノール樹脂硬化剤が好ましい。また、複数の系統の硬化剤を組み合わせてもよい。
フェノール樹脂硬化剤としては、たとえば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂をはじめとするフェノール、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、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フェノール類とホルムアルデヒドやケトン類とを酸性触媒下で縮合または共縮合させて得られるノボラック樹脂；上述のフェノール類とジメトキシパラキシレンまたはビス（メトキシメチル）ビフェニルから合成されるフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂；ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂などのフェノールアラルキル樹脂；トリスフェニルメタン骨格を有するフェノール樹脂からなる群から選択される１種または２種以上が挙げられる。フェノール樹脂硬化剤は、好ましくはビフェニルアラルキル型フェノール樹脂およびトリフェニルメタン型フェノール樹脂からなる群から選択される１または２以上の樹脂を含む。
アミン系硬化剤としては、たとえば、ジエチレントリアミン（ＤＥＴＡ）、トリエチレンテトラミン（ＴＥＴＡ）、メタキシリレンジアミン（ＭＸＤＡ）などの脂肪族ポリアミン；ジアミノジフェニルメタン（ＤＤＭ）、ｍ−フェニレンジアミン（ＭＰＤＡ）、ジアミノジフェニルスルホン（ＤＤＳ）などの芳香族ポリアミン；ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）や有機酸ジヒドララジドなどのポリアミン化合物からなる群から選択される１種または２種以上が挙げられる。
酸無水物系硬化剤としては、たとえば、ヘキサヒドロ無水フタル酸（ＨＨＰＡ）、メチルテトラヒドロ無水フタル酸（ＭＴＨＰＡ）や無水マレイン酸などの脂環族酸無水物；無水トリメリット酸（ＴＭＡ）、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）、ベンゾフェノンテトラカルボン酸（ＢＴＤＡ）、無水フタル酸などの芳香族酸無水物からなる群から選択される１種または２種以上が挙げられる。
メルカプタン系硬化剤としては、たとえば、トリメチロールプロパントリス（３−メルカプトブチレート）、トリメチロールエタントリス（３−メルカプトブチレート）からなる群から選択される１以上の化合物が挙げられる。
また、その他の硬化剤としては、イソシアネートプレポリマー、ブロック化イソシアネートなどのイソシアネート化合物；カルボン酸含有ポリエステル樹脂などの有機酸類などが挙げられる。
樹脂組成物中の硬化剤の含有量は、成形時において、優れた流動性を実現し、充填性や成形性の向上を図る観点から、樹脂組成物全体に対して好ましくは１質量％以上であり、より好ましくは１．５質量％以上、さらに好ましくは２質量％以上である。
また、樹脂組成物を用いて得られる半導体パッケージ１００について、耐湿信頼性や耐リフロー性を向上させる観点から、樹脂組成物中の硬化剤の含有量は、樹脂組成物全体に対して好ましくは１５質量％以下であり、より好ましくは１０質量％以下、さらに好ましくは５質量％以下である。
樹脂組成物中の硬化剤の含有量は、成形時において、優れた流動性を実現し、充填性や成形性の向上を図る観点から、樹脂組成物全体に対して好ましくは１質量％以上であり、より好ましくは１．５質量％以上、さらに好ましくは２質量％以上である。
また、樹脂組成物を用いて得られる半導体パッケージ１００について、耐湿信頼性や耐リフロー性を向上させる観点から、樹脂組成物中の硬化剤の含有量は、樹脂組成物全体に対して好ましくは１５質量％以下であり、より好ましくは１０質量％以下、さらに好ましくは５質量％以下である。
（無機充填材）
樹脂組成物は、無機充填材を含んでもよい。無機充填材として、具体的には、半導体封止用の樹脂組成物に使用されているものを用いることができる。無機充填材として、たとえば溶融シリカ、結晶シリカ等のシリカ；アルミナ；タルク；酸化チタン；窒化珪素；窒化アルミニウムが挙げられる。
無機充填材は、汎用性に優れている観点から、好ましくはシリカを含み、より好ましくはシリカである。シリカの形状としては、溶融球状シリカ等の球状シリカ、破砕シリカが挙げられる。
樹脂組成物は、無機充填材を含んでもよい。無機充填材として、具体的には、半導体封止用の樹脂組成物に使用されているものを用いることができる。無機充填材として、たとえば溶融シリカ、結晶シリカ等のシリカ；アルミナ；タルク；酸化チタン；窒化珪素；窒化アルミニウムが挙げられる。
無機充填材は、汎用性に優れている観点から、好ましくはシリカを含み、より好ましくはシリカである。シリカの形状としては、溶融球状シリカ等の球状シリカ、破砕シリカが挙げられる。
無機充填材の平均粒径（ｄ50）は、樹脂組成物の成形性および密着性を向上する観点から、好ましくは０．５μｍ以上であり、より好ましくは１μｍ以上、より好ましくは１．５μｍ以上であり、また、好ましくは１０μｍ以下であり、より好ましくは５μｍ以下、さらに好ましくは４μｍ以下である。
ここで、無機充填材の粒径分布は、市販のレーザー回折式粒度分布測定装置（たとえば、島津製作所社製、ＳＡＬＤ−７０００）を用いて粒子の粒度分布を体積基準で測定することにより取得することができる。
ここで、無機充填材の粒径分布は、市販のレーザー回折式粒度分布測定装置（たとえば、島津製作所社製、ＳＡＬＤ−７０００）を用いて粒子の粒度分布を体積基準で測定することにより取得することができる。
樹脂組成物中の無機充填材の含有量は、封止材１０５の低吸湿性および低熱膨張性を向上させ、半導体パッケージ１００の耐湿信頼性や耐リフロー性をより効果的に向上する観点から、樹脂組成物全体に対して好ましくは５０質量％以上であり、より好ましくは６０質量％以上、さらに好ましくは７０質量％以上である。
また、樹脂組成物の成形時における流動性や充填性をより効果的に向上する観点から、樹脂組成物中の無機充填材の含有量は、樹脂組成物全体に対して好ましくは９５質量％以下であり、より好ましくは９０質量％以下である。
また、樹脂組成物の成形時における流動性や充填性をより効果的に向上する観点から、樹脂組成物中の無機充填材の含有量は、樹脂組成物全体に対して好ましくは９５質量％以下であり、より好ましくは９０質量％以下である。
（イオン捕捉剤）
樹脂組成物は、半導体パッケージ１００の信頼性を向上する観点から、好ましくはイオン捕捉剤をさらに含む。イオン捕捉剤は、たとえば、ハイドロタルサイトを含む。
樹脂組成物中のイオン捕捉剤の含有量は、半導体パッケージ１００の信頼性を向上させる観点から、樹脂組成物全体に対して、好ましくは０．０３質量％以上であり、より好ましくは０．０５質量％以上であり、また、好ましくは２．０質量％以下であり、より好ましくは１．０質量％以下、さらに好ましくは０．５質量％以下である。
樹脂組成物は、半導体パッケージ１００の信頼性を向上する観点から、好ましくはイオン捕捉剤をさらに含む。イオン捕捉剤は、たとえば、ハイドロタルサイトを含む。
樹脂組成物中のイオン捕捉剤の含有量は、半導体パッケージ１００の信頼性を向上させる観点から、樹脂組成物全体に対して、好ましくは０．０３質量％以上であり、より好ましくは０．０５質量％以上であり、また、好ましくは２．０質量％以下であり、より好ましくは１．０質量％以下、さらに好ましくは０．５質量％以下である。
（カップリング剤）
樹脂組成物は、カップリング剤を含んでもよい。
樹脂組成物は、半導体パッケージ１００の信頼性を向上する観点から、好ましくは分子構造中にチオール基を有するカップリング剤を含まないか、または、樹脂組成物が、分子構造中にチオール基を有するカップリング剤をさらに含むとき、チオール基を有するカップリング剤の含有量は、樹脂組成物全体に対して好ましくは０．３質量部以下であり、より好ましくは０．２質量％以下、さらに好ましくは０．１質量部以下である。
同様の観点から、樹脂組成物の調製時には、チオール基を有するカップリング剤が配合されないことが好ましい。
樹脂組成物は、カップリング剤を含んでもよい。
樹脂組成物は、半導体パッケージ１００の信頼性を向上する観点から、好ましくは分子構造中にチオール基を有するカップリング剤を含まないか、または、樹脂組成物が、分子構造中にチオール基を有するカップリング剤をさらに含むとき、チオール基を有するカップリング剤の含有量は、樹脂組成物全体に対して好ましくは０．３質量部以下であり、より好ましくは０．２質量％以下、さらに好ましくは０．１質量部以下である。
同様の観点から、樹脂組成物の調製時には、チオール基を有するカップリング剤が配合されないことが好ましい。
一方、樹脂組成物は、分子構造中にチオール基を有するカップリング剤以外のカップリング剤を含んでもよい。
分子構造中にチオール基を有するカップリング剤以外のカップリング剤として、たとえば、エポキシシラン、フェニルアミノシラン等のアミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン、メタクリ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の公知のカップリング剤から選択される１種類または２種類以上が挙げられる。樹脂組成物の物性をより好ましいものとする観点から、カップリング剤は好ましくはエポキシシランまたはアミノシランを含み、流動性等の観点からより好ましくは２級アミノシランを含む。好ましいカップリング剤として、たとえばフェニルアミノプロピルトリメトキシシランが挙げられる。
分子構造中にチオール基を有するカップリング剤以外のカップリング剤の樹脂組成物中の含有量は、樹脂組成物の成形時に好ましい流動性を得る観点から、樹脂組成物全体に対して、好ましくは０．０１質量％以上であり、より好ましくは０．１質量％以上であり、また、好ましくは２．０質量％以下であり、より好ましくは１．０質量％以下である。
分子構造中にチオール基を有するカップリング剤以外のカップリング剤として、たとえば、エポキシシラン、フェニルアミノシラン等のアミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン、メタクリ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の公知のカップリング剤から選択される１種類または２種類以上が挙げられる。樹脂組成物の物性をより好ましいものとする観点から、カップリング剤は好ましくはエポキシシランまたはアミノシランを含み、流動性等の観点からより好ましくは２級アミノシランを含む。好ましいカップリング剤として、たとえばフェニルアミノプロピルトリメトキシシランが挙げられる。
分子構造中にチオール基を有するカップリング剤以外のカップリング剤の樹脂組成物中の含有量は、樹脂組成物の成形時に好ましい流動性を得る観点から、樹脂組成物全体に対して、好ましくは０．０１質量％以上であり、より好ましくは０．１質量％以上であり、また、好ましくは２．０質量％以下であり、より好ましくは１．０質量％以下である。
また、樹脂組成物は、上述した成分以外の成分を含んでもよく、たとえば着色剤、硬化促進剤、離型剤、難燃剤、低応力成分および酸化防止剤等の各種添加剤のうち１種以上を適宜配合することができる。
このうち、硬化促進剤は、たとえば、有機ホスフィン、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物等のリン原子含有化合物；１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７、ベンジルジメチルアミン、２−メチルイミダゾール等が例示されるアミジンや３級アミン、上記アミジンやアミンの４級塩等の窒素原子含有化合物；２，３−ジヒドロキシナフタレン等のポリヒドロキシナフタレン化合物から選択される１種類または２種類以上を含むことができる。これらの中でも、硬化性を向上させる観点からはリン原子含有化合物を含むことがより好ましい。
樹脂組成物中の硬化促進剤の含有量は、樹脂組成物の硬化特性を向上する観点から、樹脂組成物全体に対して、好ましくは０．０１質量％以上であり、より好ましくは０．０５質量％以上、さらに好ましくは０．１質量％以上である。
また、樹脂組成物の成形時に好ましい流動性を得る観点から、樹脂組成物中の硬化促進剤の含有量は、樹脂組成物全体に対して、好ましくは２．０質量％以下であり、より好ましくは１．０質量％以下、さらに好ましくは０．５質量％以下である。
樹脂組成物中の硬化促進剤の含有量は、樹脂組成物の硬化特性を向上する観点から、樹脂組成物全体に対して、好ましくは０．０１質量％以上であり、より好ましくは０．０５質量％以上、さらに好ましくは０．１質量％以上である。
また、樹脂組成物の成形時に好ましい流動性を得る観点から、樹脂組成物中の硬化促進剤の含有量は、樹脂組成物全体に対して、好ましくは２．０質量％以下であり、より好ましくは１．０質量％以下、さらに好ましくは０．５質量％以下である。
離型剤は、たとえばカルナバワックス等の天然ワックス；酸化ポリエチレンワックス、モンタン酸エステルワックス等の合成ワックス；ステアリン酸亜鉛等の高級脂肪酸およびその金属塩類；ならびにパラフィンから選択される１種類または２種類以上を含むことができる。
樹脂組成物中の離型剤の含有量は、硬化物の好ましい離型特性を得る観点から、樹脂組成物全体に対して、好ましくは０．０１質量％以上であり、より好ましくは０．０５質量％以上であり、また、好ましくは２．０質量％以下であり、より好ましくは１．０質量％以下である。
樹脂組成物中の離型剤の含有量は、硬化物の好ましい離型特性を得る観点から、樹脂組成物全体に対して、好ましくは０．０１質量％以上であり、より好ましくは０．０５質量％以上であり、また、好ましくは２．０質量％以下であり、より好ましくは１．０質量％以下である。
難燃剤は、たとえば水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ホウ酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、ホスファゼンから選択される１種または２種以上を含むことができる。
樹脂組成物中の難燃剤の含有量は、封止材１０５の難燃特性を向上する観点から、樹脂組成物全体に対して、好ましくは０．１質量％以上であり、より好ましくは１質量％以上であり、また、好ましくは１０質量％以下であり、より好ましくは５質量％以下である。
樹脂組成物中の難燃剤の含有量は、封止材１０５の難燃特性を向上する観点から、樹脂組成物全体に対して、好ましくは０．１質量％以上であり、より好ましくは１質量％以上であり、また、好ましくは１０質量％以下であり、より好ましくは５質量％以下である。
樹脂組成物の形状については、たとえば粒子状またはシート状である。
粒子状の樹脂組成物として、具体的には、タブレット状または粉粒体のものが挙げられる。このうち、樹脂組成物がタブレット状である場合、たとえば、トランスファー成形法を用いて樹脂組成物を成形することができる。また、樹脂組成物が粉粒体である場合には、たとえば、圧縮成形法を用いて樹脂組成物を成形することができる。ここで、樹脂組成物が粉粒体であるとは、粉末状または顆粒状のいずれかである場合を指す。
粒子状の樹脂組成物として、具体的には、タブレット状または粉粒体のものが挙げられる。このうち、樹脂組成物がタブレット状である場合、たとえば、トランスファー成形法を用いて樹脂組成物を成形することができる。また、樹脂組成物が粉粒体である場合には、たとえば、圧縮成形法を用いて樹脂組成物を成形することができる。ここで、樹脂組成物が粉粒体であるとは、粉末状または顆粒状のいずれかである場合を指す。
また、樹脂組成物の製造方法については、たとえば、上述した各成分を、公知の手段で混合し、さらにロール、ニーダーまたは押出機等の混練機で溶融混練し、冷却した後に粉砕する方法により得ることができる。また、必要に応じて、上記方法における粉砕後にタブレット状に打錠成型して粒子状の樹脂組成物を得てもよい。また、上記方法における粉砕後にたとえば真空ラミネート成形または圧縮成形によりシート状の樹脂組成物を得てもよい。また得られた樹脂組成物について、適宜分散度や流動性等を調整してもよい。
得られた樹脂組成物は、半導体パッケージ１００の製造工程において封止材１０５の形成に好適に用いることができる。
得られた樹脂組成物は、半導体パッケージ１００の製造工程において封止材１０５の形成に好適に用いることができる。
次に、半導体パッケージ１００の製造方法を説明する。半導体パッケージ１００の製造方法は、たとえば、基板１０１および半導体素子１０３をそれぞれ準備する工程、基板１０１の素子搭載面に半導体素子１０３をフリップチップ接続により搭載する工程；ならびに、基板１０１上に搭載された半導体素子１０３を封止材１０５で封止する工程を含む。
基板１０１を準備する工程は、たとえば、基板１０１の素子搭載面の所定の位置に、パッド電極１１１を形成する工程；パッド電極１１１が設けられた基板１０１の素子搭載面を覆うソルダーレジスト膜１１７を形成する工程；ソルダーレジスト膜１１７の所定の位置を選択的に除去してソルダーレジスト膜１１７をパターニングし、パッド電極１１１の上面の少なくとも一部を露出する工程を含む。
一方、半導体素子１０３を準備する工程は、たとえば、半導体素子１０３の基板１０１との対向面の所定の位置に、フォトリソグラフィー等によりピラー１１３を形成する工程、および、ピラー１１３の上に、Ｓｎを含むバンプ電極を形成する工程を含む。バンプ電極は、好ましくは半田バンプである。
基板１０１および半導体素子１０３をそれぞれ準備した後、半導体素子１０３に設けられたバンプ電極と基板１０１上のパッド電極１１１とを対向させて、これらを加熱接合する。
その後、基板１０１の素子搭載面全体を封止材１０５で封止する。
上述の加熱接合および封止の少なくとも１つの工程において、合金層１１５が形成される。
以上の観点により、半導体パッケージ１００が得られる。
その後、基板１０１の素子搭載面全体を封止材１０５で封止する。
上述の加熱接合および封止の少なくとも１つの工程において、合金層１１５が形成される。
以上の観点により、半導体パッケージ１００が得られる。
本実施形態において得られる半導体パッケージ１００においては、Ｃｕ6Ｓｎ5およびＣｕ3Ｓｎのいずれか一方または両方を含む合金層１１５がピラー１１３および封止材１０５に接して設けられるとともに、封止材１０５中のＳｎおよびＣｌの含有量について、条件１および条件２のいずれか一方または両方を満たすため、半導体パッケージ１００は信頼性に優れる。このため、半導体パッケージ１００は、たとえば、車載用のパッケージ構造体として好適に用いられる。
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
以下、本実施形態を、実施例および比較例を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態は、これらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。
（実施例１〜５、比較例１〜５）
各例について、表１に示す各成分をミキサーにより混合した。次いで、得られた混合物を、ロール混練した後、冷却、粉砕して粉粒体である樹脂組成物を得た。
そして、得られた樹脂組成物の硬化物を封止材とする半導体パッケージを製造し、得られた半導体パッケージの封止材のＴｇ、封止材中のイオン性不純物含量を測定した。さらに、各例で得られた半導体パッケージの信頼性を評価した。測定結果および評価結果を表１にあわせて示す。
各例について、表１に示す各成分をミキサーにより混合した。次いで、得られた混合物を、ロール混練した後、冷却、粉砕して粉粒体である樹脂組成物を得た。
そして、得られた樹脂組成物の硬化物を封止材とする半導体パッケージを製造し、得られた半導体パッケージの封止材のＴｇ、封止材中のイオン性不純物含量を測定した。さらに、各例で得られた半導体パッケージの信頼性を評価した。測定結果および評価結果を表１にあわせて示す。
表１中の各成分の詳細は下記のとおりである。
（原料）
（無機充填材）
無機充填材１：アドマテックス社製、シリカ（平均粒子径４．５μｍ）
無機充填材２：アドマテックス社製、シリカ（平均粒子径０．５μｍ）
無機充填材３：アドマテックス社製、シリカ（平均粒子径１．５μｍ）
（原料）
（無機充填材）
無機充填材１：アドマテックス社製、シリカ（平均粒子径４．５μｍ）
無機充填材２：アドマテックス社製、シリカ（平均粒子径０．５μｍ）
無機充填材３：アドマテックス社製、シリカ（平均粒子径１．５μｍ）
（着色剤）
着色剤１：東海カーボン社製、カーボンブラック
（カップリング剤）
カップリング剤１：フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、東レ・ダウコーニング社製、ＣＦ−４０８３
カップリング剤２：γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、チッソ社製、オルガノシラン（サイラエース）
着色剤１：東海カーボン社製、カーボンブラック
（カップリング剤）
カップリング剤１：フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、東レ・ダウコーニング社製、ＣＦ−４０８３
カップリング剤２：γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、チッソ社製、オルガノシラン（サイラエース）
（エポキシ樹脂）
エポキシ樹脂１：ビフェニルアラルキル型、低塩素グレード、日本化薬社製、ＮＣ３０００−ＬＬＣ（加水分解性塩素量：１１０ｐｐｍ）
エポキシ樹脂２：トリフェニルメタン型エポキシ樹脂とビフェニル型エポキシ樹脂の混合物、ジャパンエポキシ社製、ＹＬ６６７７（加水分解性塩素量：６９０ｐｐｍ）
エポキシ樹脂１：ビフェニルアラルキル型、低塩素グレード、日本化薬社製、ＮＣ３０００−ＬＬＣ（加水分解性塩素量：１１０ｐｐｍ）
エポキシ樹脂２：トリフェニルメタン型エポキシ樹脂とビフェニル型エポキシ樹脂の混合物、ジャパンエポキシ社製、ＹＬ６６７７（加水分解性塩素量：６９０ｐｐｍ）
（硬化剤）
硬化剤１：明和化成社製、ＭＥＨ−７８５１ＳＳ
硬化剤２：ホルムアルデヒド変性トリフェニルメタン型フェノール樹脂、エア・ウォーター社製、ＨＥ９１０−２０
硬化剤１：明和化成社製、ＭＥＨ−７８５１ＳＳ
硬化剤２：ホルムアルデヒド変性トリフェニルメタン型フェノール樹脂、エア・ウォーター社製、ＨＥ９１０−２０
（難燃剤）
難燃剤１：日本軽金属社製、ＢＥ０４３ＬＡ
（離型剤）
離型剤１：グリセリントリモンタン酸エステル、クラリアントジャパン社製、ＷＥ−４
（イオン捕捉剤）
イオン捕捉剤１：協和化学社製、ＤＨＴ−４Ｈ
難燃剤１：日本軽金属社製、ＢＥ０４３ＬＡ
（離型剤）
離型剤１：グリセリントリモンタン酸エステル、クラリアントジャパン社製、ＷＥ−４
（イオン捕捉剤）
イオン捕捉剤１：協和化学社製、ＤＨＴ−４Ｈ
（添加剤）
添加剤１：下記式で表される硬化促進剤（テトラフェニルホスホニウムビス（ナフタレン−２，３−ジオキシ）フェニルシリケート）
添加剤１：下記式で表される硬化促進剤（テトラフェニルホスホニウムビス（ナフタレン−２，３−ジオキシ）フェニルシリケート）
添加剤２：Ｍ６９Ｂ（住友ベークライト社製、ジメチルシロキサン−ジグリシジルエーテル共重合体）
添加剤３：ＣＴＢＮ１００８ＳＰ（宇部興産社製、カルボキシル基末端ブタジエンアクリルゴム）
添加剤４：和光純薬工業社製、塩化マグネシウム六水和物（ＭｇＣｌ2・６Ｈ2Ｏ）
添加剤３：ＣＴＢＮ１００８ＳＰ（宇部興産社製、カルボキシル基末端ブタジエンアクリルゴム）
添加剤４：和光純薬工業社製、塩化マグネシウム六水和物（ＭｇＣｌ2・６Ｈ2Ｏ）
（半導体パッケージの製造方法）
以下に半導体パッケージの製造方法について述べる。半導体チップとして、ウォルツ社製、ＷＡＬＴＳ−ＴＥＧ ＦＣ１５０ＪＹ（１０×１０ｍｍ）を用いた。また、半導体チップの厚みは、２００μｍとした。半導体チップには、銅ピラーが形成されており、銅ピラー上に半田バンプが形成されていた。上記チップに合わせて、チップ内部を経由する導通回路を形成した基板を用意した。基板の総厚みは２６０μｍであり、回路厚みは１２μｍとした。また、基板の素子搭載面に、被覆層としてＮｉ層が形成された銅パッドを設けた。その後、フリップチップボンダ（澁谷工業社製、ＤＢ１５０）を用いて、上記半導体チップを基板に実装した。さらにＮ2雰囲気下、２６０℃リフローを実施し、基板の配線とチップの銅ピラー箇所を接続した。次に、封止材の厚みが４５０μｍの厚みになるように１７５℃、１８０秒の条件でトランスファー成形した。最後に、１７５℃、４時間の条件で熱処理し、封止材を充分に硬化処理した。
以下に半導体パッケージの製造方法について述べる。半導体チップとして、ウォルツ社製、ＷＡＬＴＳ−ＴＥＧ ＦＣ１５０ＪＹ（１０×１０ｍｍ）を用いた。また、半導体チップの厚みは、２００μｍとした。半導体チップには、銅ピラーが形成されており、銅ピラー上に半田バンプが形成されていた。上記チップに合わせて、チップ内部を経由する導通回路を形成した基板を用意した。基板の総厚みは２６０μｍであり、回路厚みは１２μｍとした。また、基板の素子搭載面に、被覆層としてＮｉ層が形成された銅パッドを設けた。その後、フリップチップボンダ（澁谷工業社製、ＤＢ１５０）を用いて、上記半導体チップを基板に実装した。さらにＮ2雰囲気下、２６０℃リフローを実施し、基板の配線とチップの銅ピラー箇所を接続した。次に、封止材の厚みが４５０μｍの厚みになるように１７５℃、１８０秒の条件でトランスファー成形した。最後に、１７５℃、４時間の条件で熱処理し、封止材を充分に硬化処理した。
硬化処理後の半導体パッケージを以下の方法で確認したところ、実施例１〜５および比較例１〜５において、銅ピラーと半田層の界面周辺に、銅ピラーに接する合金層が形成されており、この合金層は、Ｃｕ6Ｓｎ5およびＣｕ3Ｓｎを含んでいた。
合金層の確認方法を以下に示す。研磨装置としては、Ｓｔｒｕｅｒｓ社製、ＴｅｇｒａＰｏｌ−２１を使用した。まず、接続領域の断面を、粗さ＃５００〜＃３０００の研磨紙を用いて露出させた。その後、日立ハイテクノロジーズ社製、卓上顕微鏡 ＴＭ３０３０を用いて接続領域の断面を観察した。次に、銅ピラー周辺の断面に対し、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）を用いて元素分析を行うことで、合金層の同定を行った。ＥＤＳは、卓上顕微鏡ＴＭ３０３０に付属する、ＢＲＵＫＥＲ社製、ＱＵＡＮＴＡＸ７０を用いた。
合金層の確認方法を以下に示す。研磨装置としては、Ｓｔｒｕｅｒｓ社製、ＴｅｇｒａＰｏｌ−２１を使用した。まず、接続領域の断面を、粗さ＃５００〜＃３０００の研磨紙を用いて露出させた。その後、日立ハイテクノロジーズ社製、卓上顕微鏡 ＴＭ３０３０を用いて接続領域の断面を観察した。次に、銅ピラー周辺の断面に対し、エネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＳ）を用いて元素分析を行うことで、合金層の同定を行った。ＥＤＳは、卓上顕微鏡ＴＭ３０３０に付属する、ＢＲＵＫＥＲ社製、ＱＵＡＮＴＡＸ７０を用いた。
（封止材のＴｇの測定）
各例で得られた半導体パッケージの封止材について、ＤＭＡによりＴｇを測定した。測定は、エーアンドデイ社製、ＤＤＶ−２５ＧＰを用い、測定温度：２５℃以上３００℃以下、昇温速度：５℃／ｍｉｎ、周波数：１０ｒａｄ／ｓｅｃの条件でおこない、貯蔵弾性率（Ｅ'）と損失弾性率（Ｅ''）の比、Ｅ''／Ｅ'をｔａｎδとしたときに、ｔａｎδがピーク値を取るときの温度をＴｇとした。
各例で得られた半導体パッケージの封止材について、ＤＭＡによりＴｇを測定した。測定は、エーアンドデイ社製、ＤＤＶ−２５ＧＰを用い、測定温度：２５℃以上３００℃以下、昇温速度：５℃／ｍｉｎ、周波数：１０ｒａｄ／ｓｅｃの条件でおこない、貯蔵弾性率（Ｅ'）と損失弾性率（Ｅ''）の比、Ｅ''／Ｅ'をｔａｎδとしたときに、ｔａｎδがピーク値を取るときの温度をＴｇとした。
（封止材中のイオン性不純物の測定）
各例で得られた半導体パッケージについて、封止材中のイオン性不純物の含有量を以下の方法で測定した。
すなわち、封止材８．２ｇをテフロン（登録商標）皿上で１７５℃、８時間の条件で硬化後粉砕した。粉砕素材５ｇに対し脱イオン水５０ｇを加え、１２５℃、２０時間の条件下でイオン性不純物を抽出した。その後抽出した成分をイオンクロマトグラフィーで分離し、イオン性不純物量を測定した。イオンクロマトグラフィーの測定条件を以下に示す。
測定装置としてサーモフィッシャーサイエンティフィック社製、ＤＩＯＮＥＸ ＩＮＴＥＧＲＩＯＮ ＨＰＬＣを用いた。陰イオン溶離液としては、４．５ｍＭ Ｎａ2ＣＯ3、１．４ｍＭ ＮａＨＣＯ3を使用した。
溶出カラムにはＩｏｎＰａｃＴＭ ＡＳ２２を用いた。検出されたピーク位置を標準サンプルでの溶出位置と比較し同定することで、イオン性不純物Ｃｌ-およびＳＯ４ 2-の量を定量した。
各例で得られた半導体パッケージについて、封止材中のイオン性不純物の含有量を以下の方法で測定した。
すなわち、封止材８．２ｇをテフロン（登録商標）皿上で１７５℃、８時間の条件で硬化後粉砕した。粉砕素材５ｇに対し脱イオン水５０ｇを加え、１２５℃、２０時間の条件下でイオン性不純物を抽出した。その後抽出した成分をイオンクロマトグラフィーで分離し、イオン性不純物量を測定した。イオンクロマトグラフィーの測定条件を以下に示す。
測定装置としてサーモフィッシャーサイエンティフィック社製、ＤＩＯＮＥＸ ＩＮＴＥＧＲＩＯＮ ＨＰＬＣを用いた。陰イオン溶離液としては、４．５ｍＭ Ｎａ2ＣＯ3、１．４ｍＭ ＮａＨＣＯ3を使用した。
溶出カラムにはＩｏｎＰａｃＴＭ ＡＳ２２を用いた。検出されたピーク位置を標準サンプルでの溶出位置と比較し同定することで、イオン性不純物Ｃｌ-およびＳＯ４ 2-の量を定量した。
（エポキシ樹脂中の加水分解性塩素の含有量）
まず、エポキシ樹脂を０．１ｍｇまで秤量し、ジオキサン６０ｍＬを加えて溶解した。次に、１Ｎアルコール性水酸化カリウム１０ｍＬをホールピペットにて加えた。次に冷却管をつけ、オイルバス中で３０分間煮沸還流後、冷却した。メタノール１０ｍＬ、８０％アセトン水２００ｍＬにて冷却管を洗浄し、取り外した。その後、自動電位差測定装置（ＡＴ−７１０、京都電子工業社製）に質量を入力し、加水分解性塩素の含有量を測定した。
（樹脂組成物中の加水分解性塩素）
上述の方法にて得られたエポキシ樹脂中の加水分解性塩素の含有量より、下記式にて算出した。
樹脂組成物中の加水分解性塩素＝（エポキシ樹脂中に含まれる加水分解性塩素含有量）×（樹脂組成物中のエポキシ樹脂質量比）／１００
樹脂組成物が２種以上のエポキシ樹脂を含む例では、樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂中の加水分解性塩素の含有量をそれぞれ計算し、合算した。
まず、エポキシ樹脂を０．１ｍｇまで秤量し、ジオキサン６０ｍＬを加えて溶解した。次に、１Ｎアルコール性水酸化カリウム１０ｍＬをホールピペットにて加えた。次に冷却管をつけ、オイルバス中で３０分間煮沸還流後、冷却した。メタノール１０ｍＬ、８０％アセトン水２００ｍＬにて冷却管を洗浄し、取り外した。その後、自動電位差測定装置（ＡＴ−７１０、京都電子工業社製）に質量を入力し、加水分解性塩素の含有量を測定した。
（樹脂組成物中の加水分解性塩素）
上述の方法にて得られたエポキシ樹脂中の加水分解性塩素の含有量より、下記式にて算出した。
樹脂組成物中の加水分解性塩素＝（エポキシ樹脂中に含まれる加水分解性塩素含有量）×（樹脂組成物中のエポキシ樹脂質量比）／１００
樹脂組成物が２種以上のエポキシ樹脂を含む例では、樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂中の加水分解性塩素の含有量をそれぞれ計算し、合算した。
（半導体パッケージの信頼性）
信頼性評価として、ＡＥＣ−Ｑ１００規格におけるＪＥＳＤ２２ Ａ１０３を参考に、ＨＴＳＬ（High Temperature storage life）試験をおこなった。試験においては、水準間の差を明確にするために規定の条件（Ｇｒａｄｅ−０、１７５℃、１０００時間）及び、さらに厳しい条件（２００℃、２０００時間）で評価した。具体的には、各例で得られた半導体パッケージを１７５℃および２００℃の環境下に保管し、１７５℃保管品は１０００時間後、２００℃保管品は２０００時間後に電気抵抗値を測定し、その値が初期値に対して２０％増加した半導体パッケージを不良とした。２００℃、２０００時間後に不良率が７０％未満のものを合格とした。
信頼性評価として、ＡＥＣ−Ｑ１００規格におけるＪＥＳＤ２２ Ａ１０３を参考に、ＨＴＳＬ（High Temperature storage life）試験をおこなった。試験においては、水準間の差を明確にするために規定の条件（Ｇｒａｄｅ−０、１７５℃、１０００時間）及び、さらに厳しい条件（２００℃、２０００時間）で評価した。具体的には、各例で得られた半導体パッケージを１７５℃および２００℃の環境下に保管し、１７５℃保管品は１０００時間後、２００℃保管品は２０００時間後に電気抵抗値を測定し、その値が初期値に対して２０％増加した半導体パッケージを不良とした。２００℃、２０００時間後に不良率が７０％未満のものを合格とした。
表１より、各実施例においては、比較例のものに比べて、２００℃、２０００時間処理後の不良率が低く、信頼性に優れていた。
１００ 半導体パッケージ
１０１ 基板
１０３ 半導体素子
１０５ 封止材
１０７ バンプ電極
１１０ 接続領域
１１１ パッド電極
１１３ ピラー
１１５ 合金層
１１７ ソルダーレジスト膜
１０１ 基板
１０３ 半導体素子
１０５ 封止材
１０７ バンプ電極
１１０ 接続領域
１１１ パッド電極
１１３ ピラー
１１５ 合金層
１１７ ソルダーレジスト膜
Claims (10)
- 基板と、
前記基板の素子搭載面に設けられ、構成元素としてＣｕを含むパッド電極と、
前記素子搭載面にフリップチップ実装される半導体素子と、
前記半導体素子の前記基板側の表面に設けられて前記パッド電極に接続し、構成元素としてＣｕを含むピラーと、
前記ピラーに接して設けられ、Ｃｕ6Ｓｎ5およびＣｕ3Ｓｎのいずれか一方または両方を含む合金層と、
前記半導体素子を封止するとともに前記合金層に接して設けられた封止材と、
を含み、
前記封止材を１７５℃、８時間の条件で硬化後、粉砕して得られる粉砕素材５ｇに対し脱イオン水５０ｇを加え、１２５℃、２０時間の条件下で熱水抽出したとき、前記封止材が以下の条件１または条件２のいずれか一方または両方を満たす、パッケージ構造体。
（条件１）前記封止材中のＳの含有量が、８０ｐｐｍ以下である
（条件２）前記封止材中のＣｌの含有量が、８０ｐｐｍ以下である - 前記ピラーが前記合金層を介して前記パッド電極に接続する、請求項１に記載のパッケージ構造体。
- 前記合金層が、前記ピラーの側面または前記パッド電極との対向面に設けられている、請求項１または２に記載のパッケージ構造体。
- 前記合金層が、前記ピラーの側面から前記パッド電極との対向面にわたって設けられている、請求項１乃至３いずれか１項に記載のパッケージ構造体。
- 前記パッド電極および前記ピラーの構成元素がいずれもＣｕである、請求項１乃至４いずれか１項に記載のパッケージ構造体。
- 動的粘弾性測定（ＤＭＡ）において、測定温度：２５℃以上３００℃以下、昇温速度：５℃／ｍｉｎ、周波数：１０ｒａｄ／ｓｅｃの条件下で測定される、前記封止材のガラス転移温度が、１６０℃以上２２０℃以下である、請求項１乃至５いずれか１項に記載のパッケージ構造体。
- 前記封止材が、エポキシ樹脂を含む樹脂組成物の硬化物により構成されており、
前記樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂由来の加水分解性塩素含有量が３ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ以下である、請求項１乃至６いずれか１項に記載のパッケージ構造体。 - 前記樹脂組成物がイオン捕捉剤をさらに含む、請求項７に記載のパッケージ構造体。
- 前記樹脂組成物が、分子構造中にチオール基を有するカップリング剤を含まないか、または、
前記樹脂組成物が、分子構造中にチオール基を有する前記カップリング剤をさらに含むとき、チオール基を有する前記カップリング剤の含有量が、前記樹脂組成物全体に対して０．３質量部以下である、請求項７または８に記載のパッケージ構造体。 - 当該パッケージ構造体が車載用である、請求項１乃至９いずれか１項に記載のパッケージ構造体。
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