JP2003238651A - 液状樹脂組成物、半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハーレベルパッケージの製造に関し、従
来の特性を維持しながら、更に硬化物の線膨張率を小さ
く、硬化物の弾性率を小さく、硬化物の硬化収縮が小さ
い大口径のウエハー用に適した樹脂組成物を提供する。 【解決手段】 （Ａ）液状エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化
剤、及び（Ｃ）無機フィラーを必須成分とする液状樹脂
組成物であって、該液状エポキシ樹脂が式（１）で示さ
れるエポキシ樹脂（ａ）とビスフェノール類（ｂ）との
仕込重量における官能基数比［（ａ）のエポキシ基数／
（ｂ）の水酸基数］が１．０５〜５で反応してなる生成
物を全液状エポキシ樹脂中に３０重量％以上含む液状樹
脂組成物である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低反り性、信頼性
に優れた液状樹脂組成物、それを用いた半導体装置の製
造方法、及び半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年半導体パッケージの小型化、低コス
ト化の要求によりウエハーレベルパッケージという技術
が提唱されている。この技術は、ウエハーの状態で半導
体素子を予め樹脂による封止を行い個片化することによ
り素子を作製する方法である。従来の半導体素子を個片
化してから封止する方法に比べ大幅に工程を短縮するこ
とができるとして期待され、一部実用化されている。更
にそのウエハーの大きさが８インチ、１２インチと大型
化することによりコストダウンの効果が顕著になって来
ている。しかし、ウエハーが大型化するにつれて封止樹
脂による応力の影響が大きくなり、封止後に反りの発生
が大きくなる問題が生じる。この反りは個片化する際に
ウエハーの割れ等の問題や、樹脂と基材界面への応力の
増大による信頼性の低下を引き起こす恐れがある。

【０００３】また、同じくコストダウンの目的から回路
基板に半導体素子を複数個搭載し、一括して樹脂で封止
した後に個片化して一個のパッケージを得る方法に対し
ても封止樹脂による反りの影響が問題になっている。従
って樹脂組成物に対しては、低反り性、低応力性の更な
る改善が望まれている。一般にこれらの特性を発現させ
るためには、 １）線膨張率を下げる ２）弾性率を下げる ３）硬化収縮を下げる を同時に行なうことが好ましい。線膨張率を下げるため
には無機フィラーの充填が効果的ではあるが、一方で弾
性率の増加や樹脂粘度の増加を伴う。反りに関与する内
部応力は線膨張率と弾性率の積で近似されるため無機フ
ィラーの添加は相反事象になる。そこで樹脂に柔軟な構
造を有するものを選択し、弾性率と線膨張係数の適正化
を行なうことが検討されているが、効果的な解決策は見
出されていなかった。特に、先に述べたウエハーレベル
パッケージの製造に関しては、今後より大口径のウエハ
ーが適用されるため更なる改良が必要であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ウエハーレベルパッケ
ージに関し、従来の特性を維持しながら、更に硬化物の
線膨張率を小さく、硬化物の弾性率を小さく、硬化物の
硬化収縮が小さく、封止作業性が良好な大口径のウエハ
ー用に適した樹脂組成物を提供する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、（Ａ）液
状エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、及び（Ｃ）無機フィラ
ーを必須成分とする液状樹脂組成物であって、該液状エ
ポキシ樹脂が式（１）で示されるエポキシ樹脂（ａ）と
ビスフェノール類（ｂ）との仕込重量における官能基数
比［（ａ）のエポキシ基数／（ｂ）の水酸基数］が１．
０５〜５で反応してなる生成物を全液状エポキシ樹脂中
に３０重量％以上含み、無機フィラーの含有率が液状樹
脂組成物に対し７５重量％〜９０重量％の範囲であり、
該液状樹脂組成物の硬化物性として常温における弾性率
が５ＧＰａ以下であり、ガラス転移温度以下の線膨張係
数（α１）が２０ｐｐｍ以下であり、液状樹脂組成物の
２５℃における粘度が２００Ｐａ・S以下である液状樹
脂組成物である。

【化３】 更に好ましい形態としては、硬化剤が式（２）で表され
る液状フェノール樹脂である液状樹脂組成物である。

【化４】 Ri(i=1,2,3,4,5,)：水素基、炭素数1〜3のアルキル基又
はアリル基

【０００６】また、複数個の半導体素子が形成されたウ
エハー上に上記の液状樹脂組成物を用いて封止する工
程、突起電極を形成する工程、該ウエハーを個片化する
工程を含む半導体装置の製造方法である。複数個の半導
体素子が形成されたウエハー上に上記の液状樹脂組成物
を用いて封止する工程が、該液状樹脂組成物を印刷、デ
ィスペンス又はスピンコート法から選ばれた方法により
行われる半導体装置の製造方法である。更にウエハー上
の半導体素子の電極部位に金属ポストを形成する工程、
樹脂封止後樹脂層を切削加工して該金属ポストを露出さ
せる工程、金属ポストに半田を形成させる工程を上記の
半導体装置の製造方法に含まれる半導体装置の製造方法
である。また、上記の液状樹脂組成物を用いて製作され
た半導体装置であり、上記の半導体装置の製造方法によ
り製作された半導体装置である。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に本発明に関し詳細に説明す
る。本発明に用いる液状エポキシ樹脂は、式（１）で示
されるエポキシ樹脂とビスフェノール類とを反応させて
なる生成物を全液状エポキシ樹脂中に３０重量％以上含
むものである。本反応に用いられるビスフェノール類の
例としては、例えば、ビスフェノールＡ、ビスフェノー
ルＦ、ビスフェノールＳ、テトラメチルビスフェノール
Ａ、テトラメチルビスフェノールＦ、テトラメチルビス
フェノールＳ、ジヒドロキシジフェニルエーテル、ジヒ
ドロキシベンゾフェノン、ｏ−ヒドロキシフェノール、
ｍ−ヒドロキシフェノール、ｐ−ヒドロキシフェノー
ル、ビフェノール、テトラメチルビフェノール、エチリ
デンビスフェノール、メチルエチリデンビス（メチルフ
ェノール）、α−メチルベンジリデンビスフェノール、
シクロヘキシリデンビスフェノール等が挙げられ、これ
らは単独でも混合して用いてもよい。反応は反応温度１
００℃以上、反応時間１時間以上の条件により反応する
事が好ましい。この場合、トリフェニルフォスフィン、
トリブチルフォスフィン等の有機フォスフィン類、これ
らの有機ボレート塩、１，８−ジアザビシクロウンデセ
ン等のジアザ化合物の様な反応促進剤を添加しても良
い。

【０００８】式（１）のエポキシ樹脂（ａ）とビスフェ
ノール類（ｂ）の反応の仕込み比は、エポキシ基数過剰
の下で行われ、仕込み重量における官能基数比［（ａ）
のエポキシ基数／（ｂ）の水酸基数］が１.０５〜５で
あることが必要である。より好ましくは、１．１〜３の
範囲である。官能基数比が上限値を超えると未反応のエ
ポキシ樹脂が多くなり硬化時にアウトガスが多くなり好
ましくない。また官能基数比が下限値を下回ると反応物
の粘度が高くなりすぎ最終組成物の粘度の増大を伴い好
ましくない。尚、式（１）で示されるエポキシ樹脂は工
業的に入手可能であり、例えば、東芝シリコーン社製Ｔ
ＳＬ−９９０６等がある。

【０００９】液状エポキシ樹脂中における上記の反応生
成物の混合量は、全エポキシ樹脂中３０重量％以上で、
より好ましくは５０重量％以上である。下限値未満であ
ると樹脂封止後のウエハーの反りが急激に大きくなり、
低応力性の特徴が生かせなくなる。反応生成物と混合す
る場合の他のエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェ
ノールＡ、ビスフェノールＦ、ジアリルビスフェノール
A、フェノールノボラックとエピクロルヒドリンとの反
応で得られるジグリシジルエーテル、それらの水添化合
物で常温において液状のもの、ビニルシクロヘキセンジ
オキシド、ジシクロペンタジェンオキシド、アリサイク
リックジエポキシド−アジペイトのような脂環式エポキ
シ等が挙げられる。エポキシ樹脂の形態は液状であるこ
とが必要であるが最終的に液状であれば良く、液状樹脂
に固形エポキシ樹脂を溶解させた混合物を用いることが
できる。

【００１０】本発明で用いる硬化剤としては、液状樹脂
組成物の純度、シェルフライフ、ポットライフを損なわ
ないものであれば、特に限定はされない。例えば、ヘキ
サヒドロフタール酸無水物、メチルヒドロフタール酸無
水物、ナジック酸無水物等の酸無水物、ノボラック型フ
ェノール樹脂、一般的多官能フェノール類、及びイミダ
ゾール、ジシアンジアミド、芳香族アミン等のアミン系
化合物等が挙げられる。その中で式（２）であらわされ
る硬化剤は形態が液状であり、柔軟性に富む硬化物が得
られるため本発明に好適である。例えば、商品名MEH−
８０００（明和化成工業社製）等が工業化されている。
液状樹脂組成物中における硬化剤の配合量は特に限定さ
れないが、エポキシ樹脂に対して５０〜１２０重量％で
ある。配合量が下限値を下回ると硬化物性の低下が起こ
る又は密着性が損なうという問題が発生する可能性があ
り、上限値を上回ると耐湿性が低下するという問題が発
生する可能性がある。

【００１１】本発明で用いる無機フィラーの例として
は、例えば、炭酸カルシウム、シリカ、アルミナ等の絶
縁フィラーが挙げられ、より好ましい材料としてはシリ
カが挙げられる。用途によりこれらを複数混合してもよ
い。更に、これらの粒径は、特に制限されないが、７５
μｍ以下、好ましくは５０μm以下のものが好ましい。
上限値を超えると封止をする際に表面の凹凸が生じる恐
れがある。フィラーの平均粒径は、特に制限されない
が、１〜２０μｍものが好ましい。下限値未満であると
液状樹脂組成物の粘度上昇の恐れがあり、上限値を超え
ると封止時の充填不足又は表面平滑性が低下する恐れが
ある。フィラーの形状は、特に制限されないが、半導体
素子面の回路のダメージを避けるため球状であることが
好ましい。

【００１２】無機フィラーの添加量は液状樹脂組成物に
対し７５〜９０重量％の範囲である。下限値未満である
と弾性率は低くなるが、線膨張係数が大きくなり、半導
体素子の熱衝撃試験等の信頼性性低下につながる。上限
値を上回ると樹脂の粘度が高すぎるため塗布作業性に支
障をきたす。

【００１３】本発明の液状樹脂組成物の硬化物の特性と
しては、弾性率が常温で５ＧＰａ以下であることが必須
条件であり、好ましくは３ＧＰａ以下である。上限値を
上回るとウエハーでの反りの増大を伴い好ましくない。
また線膨張係数は硬化物のガラス転移温度以下において
２０ｐｐｍ以下である。上限値を上回るとパッケージの
信頼性が著しく低下するので好ましくない。また、液状
樹脂組成物の粘度は２５℃で２００Pa・S以下である。
粘度が上限値を上回ると液状樹脂の封止においてもムラ
が起こってしまう恐れがある。測定方法は、例えばE-型
粘度計、ブルックフィールド粘度計等で測定する。

【００１４】本発明の半導体装置の製造方法は、ウエハ
ーレベルパッケージの製造方法であり、複数個の半導体
素子が形成されたウエハー上に上記の液状樹脂組成物で
封止する工程、突起電極を形成する工程、該ウエハーを
個片化する工程を含む製造方法である。本方法により低
コストで信頼性の高い半導体装置を製造することができ
る。更に、半導体素子と接合する基板との間の応力緩和
のために、ウエハーに形成された半導体素子の電極部位
にメッキ法等によって、金属ポストを形成した後、金属
ポストが隠れるまで上記の液状樹脂組成物で封止する。
次にポスト上の被覆された樹脂を切削加工により取り除
きポストを露出させる。更に露出したポストの先端に半
田を形成し、半田を形成した半導体素子と基板を接合さ
せる方法が挙げられる。液状樹脂組成物のウエハーへの
塗布方法に関しては特に限定されないが、印刷法、ディ
スペンス法、スピンコーター法が汎用性があり好まし
い。その中で印刷法が塗布膜の均一性という点で好まし
い。

【００１５】本発明の液状樹脂組成物は、反応生成物、
又はこれらを含むエポキシ樹脂混合物と硬化剤、無機フ
ィラー、必要に応じて硬化促進剤、顔料、染料、消泡剤
等の添加剤を予備混合し、三本ロール等を用いて混練
し、真空脱泡することにより製造することができる。
尚、本発明は別の応用として複数個の素子が搭載された
回路基板に本発明の樹脂組成物で一括封止をし、個片化
して得られる半導体素子の製造方法にも適用することが
でき。本発明の液状樹脂組成物を用いて半導体装置を製
造する方法は上記の方法以外は公知の方法を用いること
ができる。

【００１６】＊反応生成物の製造例１ 式（１）のエポキシ樹脂（エポキシ基当量１８１）１０
０ｇ、ビスフェノールF（水酸基当量１００）４０ｇに
触媒としてトリフェニルフォスフィン１ｇを添加し、窒
素気流下、フラスコ内で反応条件１８０℃、３時間反応
させた。この生成物を反応生成物（１）とする。（エポ
キシ基数／フェノール基数＝１．３８）

【００１７】＊反応生成物の製造例２ 式（１）のエポキシ樹脂１００ｇ、ビフェノールA（水
酸基当量１１４）２０ｇに触媒としてトリフェニルフォ
スフィン１ｇを添加し、製造例１と同様に反応を行っ
た。この生成物を反応生成物（２）とする。（エポキシ
基数／フェノール基数＝３．１５）

【００１８】＊反応生成物の製造例３ 式（１）のエポキシ樹脂（エポキシ基当量１８１）１０
０ｇ、ビスフェノールF（水酸基当量１００）５４．２
ｇに触媒としてトリフェニルフォスフィン１ｇを添加
し、窒素気流下、フラスコ内で反応条件１８０℃、３時
間反応させが粘度が非常に高いため液状樹脂組成物の製
造を中止した（エポキシ基数／フェノール基数＝１．０
２） ＊反応生成物の製造例４ 式（１）のエポキシ樹脂（エポキシ基当量１８１）１０
０ｇ、ビスフェノールF（水酸基当量１００）９．２ｇ
に触媒としてトリフェニルフォスフィン１ｇを添加し、
窒素気流下、フラスコ内で反応条件１８０℃、３時間反
応させたこの生成物を反応性生物（４）とする。（エポ
キシ基数／フェノール基数＝６．０）

【００１９】本発明を実施例で具体的に説明する。 ＜実施例１＞反応生成物（１）９０ｇ、他のエポキシ樹
脂としてアリル化ビスフェノールＡのジグリシジルエー
テル１０ｇ（商品名：RE-810NM、日本化薬工業社製）に
硬化剤として液状フェノール樹脂（PR-51470、住友デュ
レズ製）１５ｇ、２−フェニル−４−メチルイミダゾー
ル（２Ｐ４ＭＩ）1ｇ、希釈剤としてブチルセロソルブ
アセテート（ＢＣＳＡ）２０ｇ、カップリング材として
γ−グリシドオキシプロピルトリメトキシシラン（GPT
S）３ｇ、フィラーとして平均粒径９μｍ、最大粒径４
０μmの球状シリカフィラー４７１ｇを配合し、三本ロ
ールで混練し、脱泡後液状樹脂組成物を得た。

【００２０】樹脂特性は以下のようにして測定した ・粘度；E-型粘度計（３°コーン、直径２８mmφ）、２
５℃、２．５回転時の粘度を測定した。 ・弾性率；10mmX140mmX0.1mmのサイズの硬化物フィルム
を作製し、オリエンテック社製テンシロンにて、サンプ
ル間長１００ｍｍ、テスト速度１ｍｍ／ｓの条件で、引
張弾性率を測定した ・線膨張係数；4mmX50mmX0.1mmのサイズの硬化物フィル
ムを作製し、TMA(セイコーインスツルメンツ社製)に
て、サンプル間長１０ｍｍ、引張荷重１０ｇの条件の
下、線膨張係数（ガラス転移温度以下の範囲）を測定し
た ・そり；１０mm角半導体素子（電極配列ペリフェラル）
が形成されたに電極部位に１００μmの銅ポストをめっ
き法により形成した8インチウエハーに印刷により約２
００μmの厚みに得られた液状樹脂組成物を用いて全面
に樹脂を形成し、所定の硬化条件（120℃１時間＋150℃
２時間(ステップ硬化)）にて硬化した。次にウエハーの
片末端を定盤に固定し浮上したウエハーの最大高さをそ
りとした。 ・信頼性；そりに使用した試験片を次いで切削法により
樹脂表面を研磨し銅ポストを露出させ、共晶半田を形成
した。次にダイシングによりチップを個片化した後１５
ｍｍ角のＦＲ−４基板に半田を接合させた。得られたパ
ッケージを以下の条件の下で信頼性を調べた。 ａ）耐半田クラック性；30℃／60%／48hrの処理を施し
た後、最大温度235℃のリフロー炉に通した。 ｂ）耐Ｔ／Ｃ性；｛（−40℃／15min）〜（125℃／15mi
n）｝／400サイクル ｃ）耐ＰＣＴ性；121℃／100%／500hr

【００２１】＜実施例２〜８及び比較例１〜７＞表１に
記載された配合（重量部）により実施例１と同様に液状
樹脂組成物を製作した。実施例１と同様の評価を行っ
た。

【００２２】測定結果を表１及び表２に示す。

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】

【発明の効果】本発明に従うとウエハーレベルパッケー
ジの製造方法において特に大口径ウエハーに対し反りが
極めて小さく抑えることができ、ウエハーレベルパッケ
ージの本来の目的である低コストで半導体を製造するこ
とを具現化することができる。更に本発明の液状樹脂組
成物で封止されたパッケージは信頼性に優れたものであ
り、工業的意義は大きい。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）液状エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化
   剤、及び（Ｃ）無機フィラーを必須成分とする液状樹脂
   組成物であって、該液状エポキシ樹脂が式（１）で示さ
   れるエポキシ樹脂（ａ）とビスフェノール類（ｂ）との
   仕込重量における官能基数比［（ａ）のエポキシ基数／
   （ｂ）の水酸基数］が１．０５〜５の範囲で反応してな
   る生成物を全液状エポキシ樹脂中に３０重量％以上含
   み、無機フィラーの含有率が液状樹脂組成物に対し７５
   重量％〜９０重量％の範囲であり、該液状樹脂組成物の
   硬化物の常温における弾性率が５ＧＰａ以下であり、ガ
   ラス転移温度以下の線膨張係数（α１）が２０ｐｐｍ以
   下であり、該液状樹脂組成物の２５℃における粘度が２
   ００Ｐａ・S以下であることを特徴とする液状樹脂組成
   物。 【化１】
2. 【請求項２】 硬化剤が式（２）で表される液状フェノ
   ール樹脂である請求項１記載の液状樹脂組成物。 【化２】 Ri(i=1,2,3,4,5,)：水素基、炭素数1〜3のアルキル基又
   はアリル基
3. 【請求項３】 液状樹脂組成物がウエハーレベルパッケ
   ージに用いられる液状樹脂組成物である請求項１又は２
   に記載の液状樹脂組成物。
4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載の液状樹脂組成物
   を用いて製作された半導体装置。
5. 【請求項５】 複数個の半導体素子が形成されたウエハ
   ー上に請求項１又は２に記載の液状樹脂組成物を用いて
   封止する工程、突起電極を形成する工程、該ウエハーを
   個片化する工程を含む半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】 複数個の半導体素子が形成されたウエハ
   ー上に請求項１又は２に記載の液状樹脂組成物を用いて
   封止する工程が、該液状樹脂組成物を印刷、ディスペン
   ス又はスピンコート法から選ばれた方法により行われる
   請求項５記載の半導体装置の製造方法。
7. 【請求項７】 ウエハー上の半導体素子の電極部位に金
   属ポストを形成する工程、液状樹脂組成物で金属ポスト
   を樹脂封止する工程、該液状樹脂組成物層を切削加工し
   て該金属ポストを露出させる工程、金属ポストに半田を
   形成させる工程を含む請求項５記載の半導体装置の製造
   方法。
8. 【請求項８】 請求項５〜７のいずれかに記載の半導体
   装置の製造方法により製作された半導体装置。