JP6484061B2 - 電子部品パッケージの製造方法 - Google Patents
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Description
前記電子部品を埋め込むように封止樹脂シートを加圧下にて前記被着体上に積層する工程Bを含み、
前記工程Bにおいて、前記封止樹脂シートに対する加圧を圧力分散材を介して行う電子部品パッケージの製造方法である。
[電子部品パッケージの製造方法]
封止樹脂シートを用いる本実施形態に係る電子部品パッケージの製造方法について図1A〜図1Hを参照しつつ説明する。図1A〜図1Hはそれぞれ、本発明の一実施形態に係る電子部品パッケージの製造方法の一工程を模式的に示す断面図である。第1実施形態では、電子部品として半導体チップを用い、被着体として仮固定材を用いつつ、仮固定材上に搭載された半導体チップを封止樹脂シートにより樹脂封止して半導体パッケージを作製する。
仮固定材準備工程では、支持体1b上に熱膨張性粘着剤層1aが積層された仮固定材1を被着体として準備する(図1A参照)。なお、熱膨張性粘着剤層に代えて、放射線硬化型粘着剤層を用いることもできる。
熱膨張性粘着剤層1aは、ポリマー成分と、発泡剤とを含む粘着剤組成物により形成することができる。ポリマー成分(特にベースポリマー)としては、粘着剤組成物に用いられる公知の樹脂が挙げられ、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、脂肪族オレフィン系樹脂、水添スチレン系熱可塑性エラストマー、アクリル樹脂等を挙げることができる。中でも、アクリル系樹脂が好ましい。
熱膨張性粘着剤層1aにおいて用いられている発泡剤としては、特に制限されず、公知の発泡剤から適宜選択することができる。発泡剤は単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。発泡剤としては、熱膨張性微小球を好適に用いることができる。熱膨張性微小球としては、例えば、イソブタン、プロパン、ペンタンなどの加熱により容易にガス化して膨張する物質を、弾性を有する殻内に内包させた微小球などが挙げられる前記殻を形成する物質として、例えば、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスルホンなどが挙げられる。
支持体1bは、仮固定材1の強度母体となる薄板状部材である。支持体1bの材料としては取り扱い性や耐熱性等を考慮して適宜選択すればよく、例えばSUS等の金属材料、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン等のプラスチック材料、ガラス等を用いることができる。これらの中でも、耐熱性や強度、再利用可能性等の観点から、SUSプレートが好ましい。
本実施形態では、熱膨張性粘着剤層1aと支持体1bとの間に、密着力の向上や加熱後の剥離性の向上等を目的とした中間層が設けられていてもよい(図示せず)。中でも、中間層としてゴム状有機弾性中間層が設けられていることが好ましい。ゴム状有機弾性中間層は、例えば、ASTM D−2240に基づくD型シュアーD型硬度が、50以下、特に40以下の天然ゴム、合成ゴム又はゴム弾性を有する合成樹脂により形成することが好ましい。中間層の厚さは、例えば、5μm〜300μm、好ましくは20μm〜150μm程度である。
仮固定材1は、支持体1b上に熱膨張性粘着剤層1aを形成することにより得られる。熱膨張性粘着剤層は、例えば、粘着剤(感圧接着剤)と、発泡剤(熱膨張性微小球など)と、必要に応じて溶媒やその他の添加剤などとを混合して、シート状の層に形成する慣用の方法を利用し形成することができる。具体的には、例えば、粘着剤、発泡剤(熱膨張性微小球など)、および必要に応じて溶媒やその他の添加剤を含む混合物を、支持体1b上に塗布する方法、適当なセパレータ(剥離紙など)上に前記混合物を塗布して熱膨張性粘着剤層を形成し、これを支持体1b上に転写(移着)する方法などにより、熱膨張性粘着剤層を形成することができる。
半導体チップ配置工程では、上記仮固定材1上に複数の半導体チップ13をその活性面A1が仮固定材1に対向するように配置する(図1A参照)。半導体チップ13の配置には、フリップチップボンダーやダイボンダーなどの公知の装置を用いることができる。
封止工程では、半導体チップ13を封止樹脂シート11に埋め込むように仮固定材1上へ封止樹脂シート11を積層し、半導体チップ13を上記封止樹脂シートで樹脂封止する(図1B及び図1C参照)。この封止樹脂シート11は、半導体チップ13及びそれに付随する要素を外部環境から保護するための封止樹脂として機能する。
本実施形態では、封止樹脂シート11と上側加熱板102との間に圧力分散材2を配置する。これにより、封止樹脂シート11に対する加圧が圧力分散材を介して行われることになる。圧力分散材2は、下側加熱板101及び上側加熱板102による熱プレスの際に、封止樹脂シート11に負荷される圧力を分散し、封止樹脂シート11の中心部と外周部との圧力差を低減する作用を有する。
熱硬化工程では、上記封止樹脂シート11に熱硬化処理を施して硬化した封止体15を形成する(図1D参照)。封止樹脂シート11の熱硬化処理の条件は、加熱温度として好ましくは100℃から200℃、より好ましくは110℃から180℃、加熱時間として好ましくは3分から200分、より好ましくは30分から120分の間、必要に応じて加圧しても良い。加圧の際は、好ましくは0.1MPaから10MPa、より好ましくは0.5MPaから5MPaを採用することができる。
熱膨張性粘着剤層剥離工程では、仮固定材1を加熱して熱膨張性粘着剤層1aを熱膨張させることにより、熱膨張性粘着剤層1aと封止体15との間で剥離を行う(図1E参照)。あるいは、支持体1bと熱膨張性粘着剤層1aとの界面で剥離を行い、その後、熱膨張性粘着剤層1aと封止体15との界面で熱膨張による剥離を行うという手順も好適に採用することができる。いずれも場合であっても、熱膨張性粘着剤層1a加熱して熱膨張させその粘着力を低下させることで、熱膨張性粘着剤層1aと封止体15との界面での剥離を容易に行うことができる。熱膨張の条件としては、上述の熱膨張性粘着剤層における発泡剤の発泡開始温度の条件を好適に採用することができる。
本実施形態ではさらに、封止体15の半導体チップ13の活性面A1側の面に再配線19を形成する再配線形成工程を含むことが好ましい。再配線形成工程では、上記熱膨張性粘着剤層1aの剥離後、上記露出した半導体チップ13と接続する再配線19を封止体15上に形成する(図1F参照)。
次いで、形成した再配線19上にバンプ17を形成するバンピング加工を行ってもよい(図1G参照)。バンピング加工は、半田ボールや半田メッキなど公知の方法で行うことができる。バンプの材質は特に限定されず、例えば、錫−鉛系金属材、錫−銀系金属材、錫−銀−銅系金属材、錫−亜鉛系金属材、錫−亜鉛−ビスマス系金属材等の半田類(合金)や、金系金属材、銅系金属材などが挙げられる。
最後に、半導体チップ13、封止樹脂シート11及び再配線19などの要素からなる積層体のダイシングを行う(図1H参照)。これにより、チップ領域の外側に配線を引き出した半導体パッケージ18を半導体チップ単位で得ることができる。図1Hでは、1つの半導体チップに対応させてダイシングしているが、2つ以上の半導体チップを一単位としてダイシングを行ってもよい。ダイシングは、通常、従来公知のダイシングシートにより上記封止体15を固定した上で行う。切断箇所の位置合わせは直接照明又は間接照明を用いた画像認識により行ってもよい。
必要に応じて、上記で得られた半導体パッケージ18を別途の基板(図示せず)に実装する基板実装工程を行うことができる。半導体パッケージ18の基板への実装には、フリップチップボンダーやダイボンダーなどの公知の装置を用いることができる。
以下、封止樹脂シートを形成する樹脂組成物の好適な態様について説明する。樹脂組成物としては、封止樹脂シート硬化後の耐熱性や安定性を向上させる観点から、熱硬化性樹脂をさらに含むことが好ましい。具体的な成分として以下のA成分からE成分を含有するエポキシ樹脂組成物が好ましいものとして挙げられる。
A成分:エポキシ樹脂
B成分:フェノール樹脂
C成分:エラストマー
D成分:無機充填剤
E成分:硬化促進剤
熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂(A成分)としては、特に限定されるものではない。例えば、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、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、変性ビスフェノールA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、変性ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂等の各種のエポキシ樹脂を用いることができる。これらエポキシ樹脂は単独で用いてもよいし2種以上併用してもよい。
フェノール樹脂(B成分)は、熱硬化性樹脂として用いることができるとともに、エポキシ樹脂(A成分)との間で硬化反応を生起するものであれば特に限定されるものではない。例えば、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、クレゾールノボラック樹脂、レゾール樹脂、等が用いられる。これらフェノール樹脂は単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
エポキシ樹脂(A成分)及びフェノール樹脂(B成分)とともに用いられるエラストマー(C成分)は特に限定するものではなく、例えば、各種アクリル系共重合体やゴム成分等を用いることができる。エポキシ樹脂(A成分)への分散性や、得られる封止樹脂シートの耐熱性、可撓性、強度を向上させることができるという観点から、ゴム成分を含むことが好ましい。このようなゴム成分としては、ブタジエン系ゴム、スチレン系ゴム、アクリル系ゴム、シリコーン系ゴムからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。これらは単独で用いてもよいし、2種以上併せて用いてもよい。
無機質充填剤(D成分)は、特に限定されるものではなく、従来公知の各種充填剤を用いることができ、例えば、石英ガラス、タルク、シリカ(溶融シリカや結晶性シリカ等)、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素の粉末が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
硬化促進剤(E成分)は、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の硬化を進行させるものであれば特に限定されるものではないが、硬化性と保存性の観点から、トリフェニルホスフィンや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の有機リン系化合物や、イミダゾール系化合物が好適に用いられる。これら硬化促進剤は、単独で用いても良いし、他の硬化促進剤と併用しても構わない。
エポキシ樹脂組成物には、A成分からE成分に加えて、難燃剤成分を加えてもよい。難燃剤組成分としては、例えば水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化鉄、水酸化カルシウム、水酸化スズ、複合化金属水酸化物等の各種金属水酸化物を用いることができる。また、難燃剤成分としては上記金属水酸化物のほか、ホスファゼン化合物を用いることができる。ホスファゼン化合物としては、例えばSPR−100、SA−100、SP−100(以上、大塚化学株式会社)、FP−100、FP−110(以上、株式会社伏見製薬所)等が市販品として入手可能である。環状ホスファゼンオリゴマーは、例えばFP−100、FP−110(以上、株式会社伏見製薬所)等が市販品として入手可能である。少量でも難燃効果を発揮するという観点から、ホスファゼン化合物に含まれるリン元素の含有率は、12重量%以上であることが好ましい。
封止樹脂シートの作製方法を以下に説明する。本実施形態の封止樹脂シートの製造方法は、混練物を調製する混練工程、及び前記混練物をシート状に成形して封止樹脂シートを得る成形工程を含む。
まず、上述の各成分を混合することによりエポキシ樹脂組成物を調製する。混合方法は、各成分が均一に分散混合される方法であれば特に限定するものではない。その後、各配合成分を直接ニーダー等で混練することにより混練物を調製する。
得られる混練物をシート状に押出成形により成形することにより、封止樹脂シート11を得ることができる。具体的には、溶融混練後の混練物を冷却することなく高温状態のままで、押出成形することで、封止樹脂シート11を形成することができる。このような押出方法としては、特に制限されず、Tダイ押出法、ロール圧延法、ロール混練法、共押出法、カレンダー成形法などが挙げられる。押出温度としては、上記した各成分の軟化点以上であれば、特に制限されないが、エポキシ樹脂の熱硬化性および成形性を考慮すると、例えば40〜150℃、好ましくは、50〜140℃、さらに好ましくは70〜120℃である。以上により、封止樹脂シート11を形成することができる。
本発明の一実施形態である第2実施形態について説明する。図2は、本発明の別の一実施形態に係る電子部品及び被着体を模式的に示す断面図である。第1実施形態では、半導体チップを仮固定材に仮固定した状態で樹脂封止を行っているが、第2実施形態では、被着体として半導体ウェハを用い、この半導体ウェハにフリップチップ接続された半導体チップを封止樹脂シートにて樹脂封止して半導体パッケージを作製する。以下では、主に第1実施形態と異なる点を説明する。
チップ搭載ウェハ準備工程では、複数の半導体チップ23がフリップチップ接続された半導体ウェハ22Aを準備する(図2参照)。半導体チップ23は、所定の回路が形成された半導体ウェハを公知の方法でダイシングして個片化することにより形成することができる。半導体チップ23の半導体ウェハ22Aへの搭載には、フリップチップボンダーなどの公知の装置を用いることができる。本実施形態では、半導体チップ23の突起電極23aが形成された活性面A2が半導体ウェハ22Aと対向するフリップチップ接続を採用している。半導体チップ23に形成されたバンプ等の突起電極23aと、半導体ウェハ22Aに設けられた貫通電極22aとを介して、半導体チップ23と半導体ウェハ22Aとが電気的に接続されている。貫通電極22aは、TSV(Through Silicon Via)形式の電極を好適に用いることができる。
第1実施形態では、各配合成分をニーダー等で混練して混練物を調製し、この混練物を押出成形してシート状に形成している。これに対し、本実施形態では、各成分を有機溶剤等に溶解又は分散したワニスを塗工してシート状に形成する。
第1実施形態及び第2実施形態では、電子部品として半導体チップを用い、第2実施形態では被着体として半導体ウェハを用いているが、これら以外の要素を用いてもよい。電子部品として例えば、SAW(Surface Acoustic Wave(表面弾性波))フィルタセンサー、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等の中空構造を有する電子デバイス(中空型電子デバイス);IC(集積回路)、トランジスタなどの半導体;コンデンサ;抵抗;発光素子等を用いることができる。また、被着体として、プリント配線基板、リードフレーム、テープキャリア等を用いることができる。なお、中空構造を有する電子デバイスは中空封止してもよく、封止対象によっては中空部分を含まないようアンダーフィル材等を用いて中実封止してもよい。
SUSキャリアに熱膨張性粘着剤層(製品名「リバアルファ No.3195V」、日東電工社製)をラミネートして仮固定材とし、熱膨張性粘着剤層上にフリップチップボンダーでチップを配置したものをワークとして使用した。
キャリア材質:SUS
チップサイズ:7mm□×0.3mm厚
チップ数:482個
以下の手順にて封止樹脂シートを作製した。作製例1では混練法によりシート成形し、作製例2では塗工法によりシートを形成した。
作製例1及び2で用いた成分は以下のとおりであった。
フェノール樹脂:明和化成社製のMEH−7851−SS(ビフェニルアラルキル骨格を有するフェノール樹脂、水酸基当量203g/eq.軟化点67℃)
シランカップリング剤:信越化学社製のKBM−403(3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)
硬化促進剤:四国化成工業社製の2PHZ−PW(2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール)
熱可塑性樹脂:三菱レイヨン株式会社製のJ−5800(アクリルゴム)
フィラー:電気化学工業社製のFB−9454FC(溶融球状シリカ粉末、平均粒子径17.6μm)
カーボンブラック:三菱化学社製の#20(粒子径50nm)
(1)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が1当量となるように配合した(全配合成分100重量%中、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂の合計量:9.3重量%)。
(2)エポキシ樹脂及びフェノール樹脂の合計100重量部に対して1.0重量部となるように硬化促進剤を配合した。
(3)有機成分(フィラーを除く全成分)100重量%中、30重量%となるように熱可塑性樹脂を配合した。
(4)全配合成分100重量%中、88重量%となるようにフィラーを配合した(樹脂シート中、79.5体積%)。
(5)フィラー100重量部に対して、0.1重量部のシランカップリング剤を配合した。
(6)全配合成分100重量%中、0.3重量%となるようにカーボンブラックを配合した。
上記配合比に従って各成分を配合し、ロール混練機により60〜120℃で10分間、減圧条件下(0.01kg/cm2)で溶融混練し、混練物を調製した。次いで、得られた混練物を平板プレス法により厚さ500μmのシート状に成形して封止樹脂シートAを得た。
上記配合比に従い、エポキシ樹脂とフェノール樹脂と熱可塑性樹脂とフィラーとシランカップリング剤を固形分濃度が95%となるようにメチルエチルケトン(MEK)中に添加し、攪拌した。攪拌は、自転公転ミキサー(株式会社シンキー製)を用い、800rpm回転にて、5分間行った。その後、上記配合比に従い、さらに硬化促進剤とカーボンブラックを添加し、固形分濃度が90%となるようにMEKを添加し、さらに800rpmにて3分間撹拌して、塗工液(ワニス)を得た。
作製した封止樹脂シートを平面視で直径12インチの円形状に切り出した。以下に示す加熱加圧条件下、切り出した封止樹脂シートを真空熱プレスによりワーク上にチップを埋め込みながら積層した。積層の際には、封止樹脂シートの上に縦400mm×横400mmで厚さ2000μmの圧力分散材を配置した上で加熱加圧を行った。各実施例で用いた封止樹脂シート及び圧力分散材は表1のとおりである。
温度:90℃
加圧力:0.5MPa
真空度:2000Pa
プレス時間:5分
圧力分散材を配置させずに封止樹脂シートの積層を行ったこと以外は、実施例1と同様にして封止体を作製した。
(外観評価)
封止体の外観を目視で確認した。封止体内にボイドが存在していれば、熱硬化時の加熱によりボイドが膨張し、膨張したボイドに起因して封止樹脂シートの表面が隆起することになる。封止樹脂シートの表面に目視にて確認し得る程度の凹凸(隆起)がなかった場合を「○」、凹凸が存在していた場合を「×」として評価した。結果を表1に示す。
1つの封止体について厚さを複数個所で測定し、厚さの最大値と最小値との差を求め、TTV(Total Thickness Value)として評価した。測定は、ダイアルゲージを用いて面内における25点で厚さを測定し、そのうちの最大値と最小値との差をTTVの数値とした。TTVが40μm以下であった場合を「○」、40μmを超えた場合を「×」として評価した。結果を表1に示す。
仮固定材側を下にして各封止体を180℃に加熱したホットプレート上に置き、3分間加熱して熱膨張性粘着剤層を発泡させて、チップが埋め込まれた封止樹脂シート(合わせて封止体)をワークから分離した。その後、100℃のホットプレート上で封止体に付着しているリバアルファを剥離し、チップ露出面側を目視で観察した。チップの周辺領域での空気の噛み込み跡(表面からの窪み部分)の有無を確認し、全チップ数(N=482)に対する噛み込み跡のないチップの比率が98%以上であった場合を「○」、98%未満であった場合を「×」として評価した。結果を表1に示す。
本実施例では、電子部品として中空型電子デバイスであるSAWチップを用い、これを封止樹脂シートにて加圧封止した際のチップ埋まり込み性及び中空封止均一性を評価した。
実施例5〜7及び比較例3〜5の封止樹脂シートの形成には以下の成分及び配合量を用いた。
エポキシ樹脂:新日鐵化学社製のYSLV−80XY(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、エポキン当量:200g/eq.、軟化点:80℃)
6.3部
フェノール樹脂:群栄化学社製のLVR8210DL(ノボラック型フェノール樹脂、水酸基当量:104g/eq.、軟化点:60℃)
3.4部
熱可塑性樹脂:根上工業社製のME−2000M(カルボキシル基含有のアクリル酸エステル系ポリマー、重量平均分子量:約60万、Tg:−35℃、酸価:20mgKOH/g)
1.7部
フィラー1:電気化学工業社製のFB−5SDC(球状シリカ、平均粒径5μm)
61.6部
フィラー2:アドマテックス社製のSC−220G−SMJ(球状シリカ、平均粒径0.5μm;シランカップリング剤(信越化学工業(株)製、「KBM503」)による表面処理済)
26.4部
カーボンブラック:三菱化学社製の#20
0.36部
硬化促進剤:四国化成工業社製の2PHZ−PW(2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール)
0.24部
アルミニウム櫛形電極が形成された以下の仕様のSAWチップを下記ボンディング条件にて30mm×30mm四方のセラミック基板に実装して、セラミック基板及びセラミック基板に実装されたSAWチップを備えるSAWチップ実装基板を作製した。SAWチップとセラミック基板との間のギャップ幅は20μmであった。
チップサイズ:1.2mm角(厚さ150μm)
バンプ材質:Au(高さ20μm)
バンプ数:6バンプ
チップ数:100個(10個×10個)
装置:パナソニック電工(株)製
ボンディング条件:200℃、3N、1sec、超音波出力2W
温度:70℃
加圧力:1〜5kgf/cm2(表2参照)
真空度:1.6kPa
プレス時間:1分
1a 熱膨張性粘着剤層
1b 支持体
2 圧力分散材
3 剥離フィルム
11 封止樹脂シート
13、23 半導体チップ
15 封止体
18 半導体パッケージ
19 再配線
22A 半導体ウェハ
Claims (6)
- 複数の電子部品が配置された被着体を準備する工程A、及び
前記電子部品を埋め込むように封止樹脂シートを加圧下にて前記被着体上に積層する工程Bを含み、
前記工程Bにおいて、前記封止樹脂シートに対する加圧を圧力分散材を介して行い、
前記圧力分散材は平面視で前記封止樹脂シートより大きい電子部品パッケージの製造方法。 - 前記圧力分散材は多孔質である請求項1に記載の電子部品パッケージの製造方法。
- 前記圧力分散材はフッ素スポンジ又はシリコーンスポンジにより形成されている請求項1又は2に記載の電子部品パッケージの製造方法。
- 前記封止樹脂シートと前記圧力分散材との間に剥離フィルムを介在させて前記工程Bを行う請求項1〜3のいずれか1項に記載の電子部品パッケージの製造方法。
- 前記封止樹脂シートの平面視形状は、直径300mm以上の円形又は一辺の長さが300mm以上の長方形である請求項1〜4のいずれか1項に記載の電子部品パッケージの製造方法。
- 前記加圧を平板プレスにより行う請求項1〜5のいずれか1項に記載の電子部品パッケージの製造方法。
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