JP6558671B2 - 封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置に関し、詳しくは片面封止のために好適な封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置に関する。

従来、基材の片面上で封止用エポキシ樹脂組成物から封止材を形成することにより、片面モールド型の半導体装置が製造されている（特許文献１参照）。

このような半導体装置を製造する場合、反りの発生が問題になる。例えば半導体装置としてウエハーレベルパッケージを製造する場合、製造効率向上のためには大判のウエハーの片面にＩＣ、再配線層等を形成し、このウエハーの片面上に封止材を形成してから、ウエハーを切断してウエハーレベルパッケージを得ることが望ましい。しかし、その場合は大判のウエハーの片面上に封止材を形成すると、反りが発生しやすいという問題がある。

半導体装置の反りは、封止用エポキシ樹脂組成物を成形する際の温度が高い程大きくなることが知られている。

しかし、従来、封止用エポキシ樹脂組成物を低温で成形すると、成形性が悪化して特に薄型の封止材を形成することが困難となり、また、封止材のムラの発生などの不良が生じやすかった。また充分に反りが抑制できないこともあった。

特開２００９−２３５２１１号公報

本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、成形温度の低温化が可能であり、且つ片面モールド型の半導体装置のための封止材を形成するにあたって半導体装置の反りを抑制することができる封止用エポキシ樹脂組成物、及びこの封止用エポキシ樹脂組成物によって封止された片面モールド型の半導体装置を提供することを目的とする。

本発明に係る封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機充填材を含有し、前記エポキシ樹脂は、下記一般式（１）で示され、１５０℃でのＩＣＩ粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下であるナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂を含有し、前記硬化剤は、イミダゾール化合物を含有することを特徴とする。

式（１）中の二つのＲ¹はそれぞれ独立的に水素原子又はメチル基を表し、複数のＲ²はそれぞれ独立的に水素原子、炭素原子数１〜４のアルキル基、アラルキル基、ナフタレン基、グリシジルエーテル基含有ナフタレン基、又はグリシジルエーテル基含有フェニル基を表し、ｎは１以上の数である。

本発明に係る封止用エポキシ樹脂組成物は、フェノール樹脂を含有し、前記エポキシ樹脂の前記フェノール樹脂に対する当量比は２．０以上であることが好ましい。

前記イミダゾール化合物の融点は、１００〜１８５℃の範囲内であることが好ましい。

本発明に係る封止用エポキシ樹脂組成物全量に対する前記ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の百分比は３〜４９質量％の範囲内であることが好ましい。

本発明に係る封止用エポキシ樹脂組成物全量に対する前記無機充填材の百分比は５０〜９３質量％の範囲内であることが好ましい。

前記エポキシ樹脂に対する前記イミダゾール化合物の百分比は１．２〜６．２質量％の範囲内であることが好ましい。

前記無機充填材の平均粒径は、２〜２０μｍの範囲内であることが好ましい。

本発明に係る封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物の１％質量減温度は、２６５℃以上であることが好ましい。

本発明に係る半導体装置は、基材と、前記基材の片面を覆う、前記封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物からなる封止材とを備えることを特徴とする。

前記基材はウエハー製であることが好ましい。

前記基材は配線基板であり、前記基材の前記片面に半導体チップが実装され、前記半導体チップは前記封止材で封止されていてもよい。

前記封止材は前記封止用エポキシ樹脂組成物を圧縮成形法で成形することで形成され、前記封止材の厚みは１．２ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明に係る半導体装置は、一つ以上の半導体チップと、前記半導体チップの片面にシート状に形成された前記封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物からなる封止材とを備えてもよい。

本発明によれば、封止用エポキシ樹脂組成物を成形する際の成形温度を低温化しても成形性の悪化及び封止材のムラの発生が生じにくく、且つ基材の片面上で封止用エポキシ樹脂組成物を成形して封止材を形成することにより、反りの抑制された片面モールド型の半導体装置を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

本実施形態では、封止用エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機充填材を含有する。

エポキシ樹脂は、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂を含有する。ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂は、下記一般式（１）で示される。更にナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の１５０℃でのＩＣＩ粘度は０．１Ｐａ・ｓ以下である、

式（１）中の二つのＲ¹はそれぞれ独立的に水素原子又はメチル基を表し、複数のＲ²はそれぞれ独立的に水素原子、炭素原子数１〜４のアルキル基、アラルキル基、ナフタレン基、又はグリシジルエーテル基含有ナフタレン基を表し、ｎは１以上の数である。

更に、硬化剤は、イミダゾール化合物を含有する。

本実施形態に係る封止用エポキシ樹脂組成物を成形して封止材を形成する場合、成形温度を低温化しても、成形性の悪化及び封止材のムラの発生が生じにくい。これは、成形温度が低くてもナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂が良好な流動性を有し、且つナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂とイミダゾール化合物との反応性が低温でも良好であるためと、推察される。

また、本実施形態に係る封止用エポキシ樹脂組成物を基材の片面上で成形して片面モールド型の半導体装置の封止材を形成すると、半導体装置の反りが抑制される。これは、封止用エポキシ樹脂組成物を成形することで封止材にナフチレンエーテル骨格を有する樹脂硬化物が含有され、この樹脂硬化物にはナフチレンエーテル骨格に起因する剛直性が熱膨張性を低下させ、結果として反りが抑制されたと推察される。

尚、例えば従来封止用途に一般的に使用されていた結晶性エポキシ樹脂は、融点が高い。このため、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂を含有せず、結晶性エポキシ樹脂を含有する組成物を用いて低温で封止材を形成すると、成形性が悪化し、また封止材の均一性が悪化して封止材にムラが生じやすくなってしまう。

また、本実施形態では封止用エポキシ樹脂組成物がナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂、無機充填材及びイミダゾールを含有するため、封止用エポキシ樹脂組成物の溶融粘度と封止材のガラス転移温度とのバランスをとりやすい。

本実施形態に係る封止用エポキシ樹脂組成物の組成について、更に詳しく説明する。

封止用エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂は、上記のとおりナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂を含有する。

上記の通り、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂は、式（１）に示す構造を有する。

例えばナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂は、下記の式（１−１）に示す構造を有することができる。

上記の通り、式（１）中の二つのＲ¹はそれぞれ独立的に水素原子又はメチル基を表す。尚、Ｒ¹を水素からメチル基に変更し、或いはメチル基から水素に変更しても、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の物性及び反応性に大きな影響は与えられないことは明らかである。ここで独立的とは、二つのＲ¹が共に水素原子であり、二つのＲ¹が共にメチル基であり、或いは二つのＲ¹がそれぞれ水素原子とメチル基であることを意味する。

上記の通り、式（１）中の複数のＲ²はそれぞれ独立的に水素原子、炭素原子数１〜４のアルキル基、アラルキル基、ナフタレン基、グリシジルエーテル基含有ナフタレン基、又はグリシジルエーテル基含有フェニル基を表す。アラルキル基は、例えばメチルフェニル基である。

Ｒ²の構造は、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の溶融粘度に影響を与える。すなわち、Ｒ²が嵩高いほど、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の溶融粘度が高くなる傾向がある。また、Ｒ²にグリシジルエーテル基含有ナフタレン基が含まれると、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の反応性が高くなると共にナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の硬化物のガラス転移点が高くなる。

また、アラルキル基はナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の溶融粘度に影響を与え、アラルキル基の種類によってはナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の溶融粘度が低くなる場合と、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の溶融粘度が高くなる場合とがある。そのためＲ²にアラルキル基が含まれる場合、１５０℃でのＩＣＩ粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下となるように、アラルキル基の種類が選択されることが好ましい。

また、Ｒ²の選択によって、封止用エポキシ樹脂組成物中の無機充填材の分散性を調整することができる。無機充填材の種類等に応じてＲ²を適切に選択することで、無機充填材の分散性を向上し、これにより、封止用エポキシ樹脂組成物を二軸混練機などを用いて容易に調製することができるようになる。

上記の通り、式（１）中のｎは１以上の数である。ｎの値が大きいほど、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の溶融粘度が高くなる傾向がある。

ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂は、式（１）に示す構造を有する一種の化合物のみを含有してもよく、式（１）に示す構造を有する二種以上の化合物を含有してもよい。

ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂は、式（１）に示す構造を有するだけでなく、１５０℃でのＩＣＩ粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下である必要がある。すなわち、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂が式（１）に示す構造を有する一種又は二種以上の化合物のみを含有しても、このナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の１５０℃でのＩＣＩ粘度が０．１Ｐａ・ｓを超えてはならない。

上記の通り、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の溶融粘度は、式（１）中における置換基の種類及びｎの値に影響される。このため、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の１５０℃でのＩＣＩ粘度は、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂に含まれる化合物中の置換基の種類、式（１）中のｎの数などの化合物の構造を調整したりすることで、容易に調整される。換言すれば、式（１）中における置換基の種類及びｎの値は、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂が所望の溶融粘度を有するように適宜選択され得る。

また、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂に溶融粘度の異なる複数種の化合物を適宜の割合で含有させることで、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂１５０℃でのＩＣＩ粘度を調整することもできる。

例えば、式（１）で示され、式（１）中のｎが２以上であり、式（１）中のＲ²がすべてグリシジルエーテル基含有ナフタレン基である化合物のみを、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂が含有する場合、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の１５０℃でのＩＣＩ粘度が０．１Ｐａ・ｓを超えることがある。このような溶融粘度の高いナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂を含有する封止用エポキシ樹脂組成物は、本実施形態から除外される。

ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂における一分子当たりのグルシジルエーテル基の数は、２．１〜３．９の範囲内であることが好ましい。この場合、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の硬化物の架橋密度が上がることで封止材の耐熱性が向上する。尚、この数が２．１未満であると硬化物の架橋密度が下がり、封止材の耐熱性が低下する。またこの数が３．９よりも大きいと硬化物の架橋密度が上がることで封止材の耐熱性は向上するが、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の融点が高くなるために、封止用エポキシ樹脂組成物を調製するためにナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂を含む成分を混練する際の混練性が低下する。

式（１）中のｎの値、及びナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の平均分子量は、特に制限されない。但し、これらの値は、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の１５０℃でのＩＣＩ粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下となるように、自ずと制限される。

封止用エポキシ樹脂組成物全量に対するナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の百分比は３〜４９質量％の範囲内であることが好ましい。この場合、封止用エポキシ樹脂組成物の成形性の悪化及び封止材のムラの発生が更に生じにくくなり、また半導体装置の反りが更に生じにくくなる。封止用エポキシ樹脂組成物全量に対するナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の百分比は、更に３〜１０質量％の範囲内であることが好ましい。

エポキシ樹脂はナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂のみを含有することが好ましいが、本発明の目的を逸脱しない範囲内で、エポキシ樹脂がナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂以外の化合物を含有してもよい。封止用エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂全量に対するナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の百分比は、３０〜１００質量％の範囲内であることが好ましく、５０〜１００質量％の範囲内であればより好ましい。

エポキシ樹脂がナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂以外の化合物を含有する場合、エポキシ樹脂は、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂に加えて、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、アルキルフェノールノボラック型エポキシ樹脂、アラルキル型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、フェノール類とフェノール性水酸基を有する芳香族アルデヒドとの縮合物のエポキシ化物、トリグリシジルイソシアヌレート、及び脂環式エポキシ樹脂からなる群から選択される一種以上の化合物を含有することができる。

上記の通り、硬化剤はイミダゾール化合物を含有する。すなわち、本実施形態では、封止用エポキシ樹脂組成物が熱硬化する際に、封止用エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂とイミダゾール化合物とが反応することで、樹脂硬化物が形成される。本実施形態では、硬化剤がイミダゾール化合物を含有することで、成形温度が比較的低くても、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂とイミダゾール化合物との反応性が良好になる。

イミダゾール化合物の具体例としては、２−フェニルイミダゾール（融点１３７〜１４７℃）、２−フェニル−４−メチルイミダゾール（融点１７４〜１８４℃）、及び２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール（分解温度２３０℃）が挙げられる。

イミダゾール化合物は２５℃で固体であることが好ましい。更にイミダゾール化合物の融点ができるだけ低いことが好ましい。具体的には、イミダゾール化合物の融点は１００〜１８５℃の範囲内であることが好ましい。この場合、イミダゾール化合物が成形時に溶融することで、封止用エポキシ樹脂組成物の流動性が高くなって成形性が向上すると共に、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂とイミダゾール化合物との反応性が高くなって封止材の均一性が向上する。イミダゾール化合物の融点が１００〜１５０℃の範囲内であれば更に好ましい。

封止用エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂全量に対するイミダゾール化合物の百分比は１．２〜６．２質量％の範囲内であることが好ましい。この場合、エポキシ樹脂とイミダゾール化合物との反応性が特に良好になると共に、封止材中に未反応成分が残留しにくくなり、封止用エポキシ樹脂組成物がバランスに優れた硬化性を有する。エポキシ樹脂全量に対してイミダゾール化合物が２．６〜４．０質量％の範囲内であれば更に好ましい。

封止用エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂のイミダゾール化合物に対する当量比が０．０１〜０．５の範囲内であることも好ましい。この場合、エポキシ樹脂とイミダゾール化合物との反応性が特に良好になると共に、封止材中に未反応成分が残留しにくい。当量比が０．１未満の場合は硬化反応が遅すぎて硬化時間が遅くなってしまい、０．５より多い場合は硬化反応が速すぎて成形性に影響を与える場合がある。

封止用エポキシ樹脂組成物はフェノール樹脂を含有しないことが好ましい。封止用エポキシ樹脂組成物がフェノール樹脂を含有する場合は、フェノール樹脂の含有量は少ない方が好ましい。この場合、封止用エポキシ樹脂組成物中でフェノール樹脂とイミダゾール化合物とが関与する反応が起こりにくくなり、このため封止用エポキシ樹脂組成物の保存安定性が高くなる。

封止用エポキシ樹脂組成物がフェノール樹脂を含有する場合、封止用エポキシ樹脂組成物中のエポキシ樹脂全量のフェノール樹脂に対する当量比は２．０以上あることが好ましい。この場合、封止用エポキシ樹脂組成物の保存安定性が特に高くなる。この当量比が５以上であれば特に好ましい。

封止用エポキシ樹脂組成物がフェノール樹脂を含有する場合、フェノール樹脂は、例えばトリフェニルメタン型フェノール樹脂及びフェノールノボラック樹脂のうち少なくとも一種を含むことができる。

無機充填材は、例えば溶融シリカ、球状溶融シリカ、結晶シリカ等のシリカ；酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、高誘電率性チタン酸バリウムや酸化チタン等の高誘電率フィラー；ハードフェライト等の磁性フィラー；水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、グアニジン塩、ホウ酸亜鉛、モリブデン化合物、スズ酸亜鉛等の無機系難燃剤；タルク；硫酸バリウム；炭酸カルシウム；並びに雲母粉からなる群から選択される一種以上の材料を含有することができる。

無機充填材は、特に球状溶融シリカを含有することが好ましい。この場合、成形時の封止用エポキシ樹脂組成物の流動性が特に高くなる。また、封止材中の無機充填材の充填性を容易に向上することもできる。

無機充填材の平均粒径は２〜２０μｍの範囲内であることが好ましい。この場合、成形時の封止用エポキシ樹脂組成物の流動性が特に良好になる。尚、この平均粒径は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置を用いたレーザー回折・散乱法による粒度分布の測定値に基づく、体積基準の累積中位径（メディアン径ｄ５０）である。無機充填材の平均粒径が５〜１５μｍの範囲内であれば更に好ましい。

封止用エポキシ樹脂組成物全量に対する無機充填材の百分比は５０〜９３質量％の範囲内であることが好ましい。この場合、成形時の封止用エポキシ樹脂組成物の流動性が特に良好になる。無機充填材の百分比は更に８０〜９３質量％の範囲内であることが好ましい。

封止用エポキシ樹脂組成物は、上記成分以外に、硬化促進剤、離型剤等の適宜の添加剤を含有してもよい。

封止用エポキシ樹脂組成物が硬化促進剤を含有する場合、硬化促進剤は、例えばテトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレートなどの４級ホスホニウム塩、トリパラトリルホスフィン、トリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、並びにジアザビシクロウンデセン等の三級アミン類からなる群から選択される一種以上の成分を含有することができる。

硬化促進剤は、特に封止用エポキシ樹脂組成物がフェノール樹脂を含有し、エポキシ樹脂とフェノール樹脂との反応性が封止用エポキシ樹脂組成物の硬化性に影響を及ぼす場合に、封止用エポキシ樹脂組成物に含有されることが好ましい。

封止用エポキシ樹脂組成物が離型剤を含有する場合、離型剤は例えばカルナバワックス、ステアリン酸、モンタン酸、及びカルボキシル基含有ポリオレフィンからなる群から選択される一種以上の成分を含有することができる。

また、封止用エポキシ樹脂組成物は、必要に応じてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤、難燃剤、着色剤、シリコーン可とう剤等を含有することもできる。

封止用エポキシ樹脂組成物は、例えば上記の原料をミキサー、ブレンダー等で混合してから、ニーダー、加熱ロール等で溶融混練し、これにより得られた混合物を冷却してから粉砕して粉末状にすることで得られる。必要により、粉末状の封止用エポキシ樹脂組成物を打錠することでタブレット状の封止用エポキシ樹脂組成物を得てもよい。

封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物の１％質量減温度は、２６５℃以上であることが好ましい。１％質量減温度とは、硬化物を加熱した場合に、硬化物の質量が加熱前よりも減少し、その減少量が加熱前の質量の１％となる場合の、加熱温度をいう。

尚、１％質量減温度は、次の方法で測定される。まず封止用エポキシ樹脂組成物を１３０℃の熱板上で５分間加熱することで、硬化物を得る。この硬化物に、１３０℃で２時間加熱する後硬化処理を施す。続いて、後硬化処理後の硬化物を、セイコーインスツルメント株式会社製の示差熱熱重量同時測定装置（ＴＧ−ＤＴＡ）を用いて、空気雰囲気下で２０℃／分の昇温条件で、２０℃から１０００℃まで昇温させながら、硬化物の重量変化を測定する。その結果、硬化物の重量が２０℃の場合の値に対して１重量％減少した際の温度を１％重量減温度とする。

このように硬化物の１％質量減温度が２６５℃以上であることは、高温状態での揮発成分が少ないことで、硬化物が優れた熱安定性を有することを、意味する。

尚、例えば、トリフェニルメタン系のエポキシ樹脂の硬化物の場合、Ｔｇが高くなる一方、熱分解しやすいという問題が生じる場合がある。この理由は、トリフェニルメタン系のエポキシ樹脂の硬化物の場合、架橋密度が高い（あるいは単位体積当たりの架橋点の数が多い）ため、硬化物の熱分解がこれら架橋部分から開始されやすいためと考えられる。

一方、本実施形態では、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の硬化物は、熱分解されにくい。これは、ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の硬化物は、トリフェニルメタン系のエポキシ樹脂の硬化物に比べて、架橋密度が低い（あるいは単位体積当たりの架橋点の数が少ない）ために、熱分解の開始部分となる架橋部分が少ないためであると、考えられる。このため、本実施形態では、硬化物の１％質量減温度が２６５℃以上である封止用エポキシ樹脂組成物を得ることができる。

本実施形態に係る封止用エポキシ樹脂組成物は、片面モールド型の半導体装置における封止材を作製するために好適である。

片面モールド型の半導体装置は、例えば基材の片面上で封止用エポキシ樹脂組成物を成形することで封止材を形成することにより、得られる。基材の片面上には例えば半導体チップが搭載され、この半導体チップが封止材で封止される。これにより、例えば一つ以上の半導体チップと、半導体チップの片面上にシート状に形成された封止材とを備える半導体装置が得られる。

封止材を形成するにあたり、封止用エポキシ樹脂組成物を圧縮成形法で成形することが好ましい。この場合、例えばまず基材を圧縮成形用の金型内に配置する。続いて、金型内における基材の片面上に封止用エポキシ樹脂組成物を供給する。続いて、封止用エポキシ樹脂組成物を加熱しながら基材へ向けて圧縮する。これにより、封止用エポキシ樹脂組成物が硬化することで、基材の片面上に封止材が形成される。

尚、圧縮成形法ではなく、低圧トランスファ成形法等のような適宜の成形法で封止用エポキシ樹脂組成物を成形してもよい。

封止用エポキシ樹脂組成物を成形する際の成形温度は、１３０〜１６０℃の範囲内であることが好ましい。この場合、成形温度が比較的低温であるため、半導体装置の反りを低減することができる。また、本実施形態で形成される封止材に含まれる樹脂硬化物は、ナフチレンエーテル骨格に起因して高い柔軟性を有し、このことによっても、半導体装置の反りを低減することができる。また、このような低温で封止用エポキシ樹脂組成物を成形しても、本実施形態では、成形時の封止用エポキシ樹脂組成物の流動性が良好であるため成形性が良好であり、更に、封止用エポキシ樹脂組成物から形成された封止材の均一性を向上して封止材のムラの発生を抑制することができる。成形温度が１３０〜１４０℃の範囲内であれば更に好ましい。

半導体装置における基材は、例えばプリント配線板等の配線基板である。配線基板の片面上には、半導体チップが搭載される。この配線基板の片面上で封止用エポキシ樹脂組成物を成形することで、配線基板上に封止材を形成すると共にこの封止材で半導体チップを封止することができる。これにより、片面モールド型の半導体装置が得られる。

基材はシリコンウエハー等のウエハー製であってもよい。この場合、半導体装置としてウエハーレベルパッケージを製造することができる。この場合、例えば、まずウエハーの片面に集積回路、再配線層等を形成する。続いて、ウエハーの片面上で封止用エポキシ樹脂組成物を成形して封止材を作製する。ウエハーの片面上には再配線層に接続されるバンプを設ける。封止材は、バンプが設けられている位置を除いて、集積回路、再配線層等を封止する。続いて、ウエハーを切断することで、複数のウエハーレベルパッケージが得られる。

このように基材がウエハー製である場合も、本実施形態では基材に封止材を形成する際に、反りを抑制することができる。このため、直径１２インチ（３００ｍｍ）の大判のウエハ上に封止材を形成する場合であっても、反りを抑制することができる。

基材上に形成された封止材の厚みは、１．２ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、半導体装置の反りが特に抑制される。この封止材の厚みが０．２〜１．２ｍｍの範囲内であれば更に好ましい。

［封止用エポキシ樹脂組成物の調製］
各実施例及び比較例において、表１に示す成分をミキサーを使用して均一に混合してから、ニーダーを用いて約１００℃で加熱しながら溶融混練した。これにより得られた混合物を冷却してから粉砕することで、粉末状の封止用エポキシ樹脂組成物を得た。この粉末状の封止用エポキシ樹脂組成物を打錠することで、タブレット状の封止用エポキシ樹脂組成物を得た。

尚、表１に示す成分の詳細は下記の通りである。
・エポキシ樹脂Ａ：式（１）に示す構造を有するナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂、エポキシ当量２１８ｇ／ｅｑ、１５０℃でのＩＣＩ粘度０．０５Ｐａ・ｓ、ＤＩＣ製、品番ＥＸＡ７３１１−Ｇ４。
・エポキシ樹脂Ｂ：オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ＤＩＣ製、品番Ｎ６６３。
・エポキシ樹脂Ｃ：結晶性エポキシ樹脂、三菱化学製、品番ＹＸ８８００
・エポキシ樹脂Ｄ：結晶性エポキシ樹脂、三菱化学製、品番ＹＸ４０００Ｈ
・イミダゾール化合物（２ＰＺ）：２−フェニルイミダゾール、融点１３７〜１４７℃、四国化成工業株式工業製、品番２ＰＺ。
・イミダゾール化合物（２Ｐ４ＭＺ）：２−フェニル−４−メチルイミダゾール、融点１７４〜１８４℃、四国化成工業株式工業製、品番２Ｐ４ＭＺ。
・イミダゾール化合物（２ＰＨＺ）：２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール、分解温度２３０℃、四国化成工業製、品番２ＰＨＺ。
・フェノール樹脂：明和化成株式会社製、品番Ｈ−３Ｍ。
・球状溶融シリカ：電気化学工業製、品番ＦＢ９４０、平均粒径１３μｍ。
・離型剤：カルバナワックス（大日化学工業株式会社製、品番Ｆ１−１００）及び酸化ポリエチレンワックス（大日化学工業株式会社製、品番ＰＥＤ１９１）。
・シランカップリング剤：信越シリコーン製、品番ＫＢＭ５７３。
・カーボンブラック：三菱化学製、品番ＭＡ６００。

［評価試験］
（１）硬化性評価
各実施例及び比較例で得た封止用エポキシ樹脂組成物を、キュラストメータＶＰＳ型にセットし、１３０℃で加熱しながらトルクを測定した。そして、加熱開始から６００秒経過時のトルクに対する、加熱開始から３００秒経過時のトルクの百分比を算出した。尚、この百分比が５０％に達しない場合は「未硬化」と評価した。

（２）外観及び反り評価
ＴＯＷＡ社製の成形機（型番ＣＰＭ−１８０）を用い、直径１２インチ（３００ｍｍ）、厚み０．７７５μｍのシリコンウエハーの片面上で、各実施例及び比較例で得た封止用エポキシ樹脂組成物を、圧力６．９ＭＰａ（７０ｋｇｆ／ｃｍ²）、温度１３０℃、時間５分間の条件で圧縮成形することで、厚み０．５ｍｍの封止材を形成した。

封止材の表面を目視で観察し、均一な外観を保持している場合を「Ａ」、表面にムラが認められ、ムラが生じている範囲が全体の３割程度までである場合を「Ｂ」、表面にムラが認められ、ムラが生じている範囲が全体の３割を超えている場合を「Ｃ」と、評価した。

また、シリコンウエハーの反りを、次の方法で評価した。平坦な面上に、シリコンウエハーを、封止材が上方を向くように配置した。この状態で、封止材の上面の中心を基準点とした。また、封止材の上面の端に、四つの測定点を設定した。これらの測定点は、封止材の中心で十字状に交わる仮想的な二つの線と封止材の上面の端との交点に設定した。平坦な面と基準点との間のＺ軸寸法（高さ寸法）、並びに平坦な面と各測定点との間のＺ軸寸法（高さ寸法）を測定した。Ｚ軸寸法の測定には、株式会社ニコン製の微分干渉顕微鏡（ＭＭ−４０）を用いた。４つの測定点のＺ軸寸法の平均値から、基準点のＺ軸寸法の値を引いた値を、反りの値とした。

（３）１％質量減温度評価
各実施例及び比較例で得た封止用エポキシ樹脂組成物を１３０℃の熱板上で５分間加熱することで、硬化物を得た。この硬化物に、１３０℃で２時間加熱する後硬化処理を施した。続いて、後硬化処理後の硬化物を、セイコーインスツルメント株式会社製の示差熱熱重量同時測定装置（ＴＧ−ＤＴＡ）を用いて、空気雰囲気下で２０℃／分の昇温条件で、２０℃から１０００℃まで昇温させながら、硬化物の重量変化を測定した。その結果、硬化物の重量が２０℃の場合の値に対して１重量％減少した際の温度を１％重量減温度とした。

（４）総合評価
上記評価試験の結果に基づき、封止用エポキシ樹脂組成物の性能の総合的な評価をおこなった。優れたものから順に、Ａ、Ｂ、Ｃと評価した。

以上の結果を表１及び表２に示す。

実施例１〜８では、低温で封止用エポキシ樹脂組成物を成形しても、硬化性が良好であった。また、封止用エポキシ樹脂組成物を低温下で圧縮成形することで、外観が良好な封止材が得られ、ウエハの反りは少なかった。

これに対し、比較例１，２では封止材にムラが生じてしまい、また大きな反りが発生してしまった。また、比較例３，４，９では、低温下では封止用エポキシ樹脂組成物を成形しても、硬化させることができず、このため外観及び反りの評価もできなかった。比較例５〜８では、大きな反りが発生した。

［厚み依存性評価］
ＴＯＷＡ社製の成形機（型番ＣＰＭ−１８０）を用い、直径１２インチ（３００ｍｍ）、厚み０．７７５μｍのシリコンウエハーの片面上で、実施例２で得た封止用エポキシ樹脂組成物を、圧力６．９ＭＰａ（７０ｋｇｆ／ｃｍ²）、温度１３０℃、時間５分間の条件で圧縮成形することで、封止材を形成した。

上記の方法で、封止材の厚みが０．１５ｍｍ〜１．５０ｍｍの異なる複数のサンプルを得た。

この異なる厚みのサンプルに対し、硬化性、外観及び反りの評価をおこなった。

硬化性の評価にあたっては、キュラストメータＶＰＳ型を用いて硬化特性試験をおこなった。硬化状態はキュラストメータのトルク値を元に判断し、トルク値がほぼ一定となった状態を硬化状態とした。硬化時間５分において全体が充分硬化し、硬化不足部分が観察されなかった場合を「Ａ」、硬化時間５分において一部に、硬化不足部分が観察された場合を「Ｂ」と、硬化時間５分において全体的に硬化不足な部分が観察された場合を「Ｃ」と評価した。またサンプル間のばらつきを考慮して試験に供するサンプル数を増やした場合に、「Ａ」の場合と「Ｂ」の場合が混在する場合を「Ａ〜Ｂ」と評価した。尚、「Ａ〜Ｂ」の場合、各種条件を最適化することで「Ａ」の評価を得ることも可能であると考えられる。

外観の評価にあっては、封止材の表面に２ｃｍ×２ｃｍの寸法の複数のエリアを設定し、各エリアに斜め方向から光を照射しながら、各エリアを試験者が肉眼で観察し、その結果に基づいて光沢の違いを判定した。その結果、光沢の無い部分が全面積の１０％未満で、光沢が観察される面積が９０％以上の場合を「Ａ」、光沢の無い部分の割合が全面積の１０％〜４０％で、光沢が観察される面積が０％〜９０％の場合を「Ｂ」、光沢の無い部分の割合が全面積の５０％〜１００％で、光沢が観察される面積が５０％以下の場合を「Ｃ」と評価した。

反りの評価は、表１及び表２に示す反りと同じ方法でおこなった。その結果、反りの値が２．０ｍｍ未満の場合を「Ａ」、２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ未満の場合を「Ｂ」、３．０ｍｍ以上の場合を「Ｃ」と評価した。またサンプル間のばらつきを考慮して試験に供するサンプル数を増やした場合に、「Ａ」の場合と「Ｂ」の場合が混在する場合を「Ａ〜Ｂ」と評価した。

この結果によると、特に封止材の厚みが１．２〜０．２ｍｍの範囲内の場合に、外観、反り、及び硬化性の評価がいずれも優れていた。

Claims (13)

1. エポキシ樹脂、硬化剤及び無機充填材を含有し、
   前記エポキシ樹脂は、下記一般式（１）で示される二種以上の化合物からなり、１５０℃でのＩＣＩ粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下であるナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂を含有し、
   式（１）中の二つのＲ¹はそれぞれ独立的に水素原子又はメチル基を表し、複数のＲ²はそれぞれ独立的に水素原子、炭素原子数１〜４のアルキル基、アラルキル基、ナフタレン基、グリシジルエーテル基含有ナフタレン基、又はグリシジルエーテル基含有フェニル基を表し、ｎは１以上の数であり、
   前記硬化剤は、イミダゾール化合物を含有し、
   圧縮成形法で成形される、
   封止用エポキシ樹脂組成物。
2. フェノール樹脂を含有し、
   前記エポキシ樹脂の前記フェノール樹脂に対する当量比は２．０以上である請求項１に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
3. 前記イミダゾール化合物の融点は１００〜１８５℃の範囲内である請求項１又は２に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
4. 前記封止用エポキシ樹脂組成物全量に対する前記ナフチレンエーテル骨格含有エポキシ樹脂の百分比は３〜４９質量％の範囲内である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
5. 前記封止用エポキシ樹脂組成物全量に対する前記無機充填材の百分比は５０〜９３質量％の範囲内である請求項１乃至４のいずれか一項に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
6. 前記エポキシ樹脂に対する前記イミダゾール化合物の百分比は１．２〜６．２質量％の範囲内である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
7. 前記無機充填材の平均粒径は２〜２０μｍの範囲内である請求項１乃至６のいずれか一項に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
8. 前記封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物の１％質量減温度は、２６５℃以上である請求項１乃至７のいずれか一項に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
9. 基材と、
   前記基材の片面を覆う、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物からなり、前記封止用エポキシ樹脂組成物を圧縮成形法で成形することで形成された封止材と
   を備える半導体装置。
10. 前記基材はウエハー製である請求項９に記載の半導体装置。
11. 前記基材は配線基板であり、前記基材の前記片面に半導体チップが実装され、前記半導体チップは前記封止材で封止されている請求項９に記載の半導体装置。
12. 前記封止材の厚みは１．２ｍｍ以下である請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の半導体装置。
13. 一つ以上の半導体チップと、前記半導体チップの片面上にシート状に形成された請求項１乃至８のいずれか一項に記載の封止用エポキシ樹脂組成物の硬化物からなる封止材と
    を備える半導体装置。