JP3804464B2 - 半導体封止枠形成用樹脂組成物及び半導体封止枠の形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線基板に搭載された半導体素子の周囲に設ける半導体封止枠を形成するための半導体封止枠形成用樹脂組成物、及びこの半導体封止枠形成用樹脂組成物を用いて行う、半導体封止枠の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体装置の実装密度を上げるために、半導体素子２をパッケージに収容することなくプリント配線板等の配線基板３に搭載する実装方法が行われている。これはＣＯＢ（チップオンボード）とも呼ばれるものであり、例えば、図３に示すように、ガラス・エポキシ配線基板等の配線基板３の表面にＩＣ等の半導体素子２を取り付けて固定すると共に、半導体素子２の電極と配線基板３の電極とを金線ワイヤ等のボンディングワイヤ４で結線し、次いでこのボンディングワイヤ４と、配線基板３に搭載された半導体素子２とを外部環境から保護するため、これらのものを液状のエポキシ樹脂等の封止材５でポッティング方式により封止することによって、半導体装置の作製が行われているものである。
【０００３】
しかし、このように液状の封止材５を用いる場合は、封止直後において半導体素子２とボンディングワイヤ４とが封止材５中に埋没し隠蔽されていたとしても、封止材５を硬化させる際の加熱によって封止材５の粘度が低下し、封止材５が周囲へ流出してボンディングワイヤ４等が露呈してしまうものであった。しかもこのように封止材５が流動すると、配線基板３表面における封止面積が拡大し、場合によっては樹脂封止を行わない箇所までも封止材５によって封止されるおそれがあった。このため、封止材５の塗布量を抑えて封止面積の拡大を防止することが考えられるが、これではボンディングワイヤ４等を完全に隠蔽することが困難となる。
【０００４】
そこで、上記の問題を解決するため、液状の封止材５として比較的高粘度のものが用いられている。これによれば封止材５の流動が抑制されるため、封止面積の拡大を防止しつつ、半導体素子２及びボンディングワイヤ４をこの封止材５によって完全に隠蔽することができるものである。
【０００５】
ところがこの場合は、封止材５の粘度が高いために塗布作業性が低下するものであり、またこのような高粘度の封止材５は低粘度のものよりも充填性が低いため、封止する際に空気を巻き込むなどしてボンディングワイヤ４下部に気泡が生じても、この気泡を抜くことが困難であった。
【０００６】
そこで、図２に示すように封止作業を行う前に予め半導体素子２の周囲に半導体封止枠１を形成し、この後、図１に示すように半導体封止枠１で囲まれた箇所に封止材５を注入することが行われている。これによると、気泡除去を目的として低粘度の液状封止材５を用いても、この封止材５の流動は半導体封止枠１によって阻止されるため、封止範囲が拡大することがなくなるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体封止枠１にあっては、その高さと幅を制御するのが困難であり、半導体素子２及びボンディングワイヤ４を封止材５で完全に隠蔽するために半導体封止枠１を高く形成すると、これに応じて半導体封止枠１の幅も広く取らなければならず、半導体封止枠１の形成箇所がその他の周辺部品を実装する範囲にまで及び、実装密度を十分に高めることができないという問題があった。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、半導体素子等を封止材で気泡の残存無く隠蔽することができると共に、封止材の流出による封止範囲の拡大を防止することができるのはもちろん、半導体封止枠の高さ及び幅を制御することが可能であり、これによって実装密度を高めることができる半導体封止枠形成用樹脂組成物、及びこの半導体封止枠形成用樹脂組成物を用いて半導体封止枠を効率良く形成することができる半導体封止枠形成方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る半導体封止枠形成用樹脂組成物は、配線基板３に半導体素子２を搭載すると共に半導体素子２を封止材５で封止するにあたって、封止材５の流動を阻止するために半導体素子２の周囲に設けられる半導体封止枠１を形成するための半導体封止枠形成用樹脂組成物において、必須成分として、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化助剤及び無機充填材としてシリカが用いられていると共に、無機充填材の配合量が半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して４０〜７０質量％の範囲であり、［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が３００〜７００（ただし、粘度（Ｐａ・ｓ）とは、２５℃においてＢ型回転粘度計で測定される、回転数（ａ）ｒｐｍにおける粘度をいい、一方、チキソトロピー指数とは、［（（ａ）／１０）ｒｐｍにおける粘度／（ａ）ｒｐｍにおける粘度］をいい、上記の（ａ）は１〜１０の範囲内の値を示す）の範囲に設定されて成ることを特徴とするものである。
また請求項１の発明は、粒子径０．１μｍ以下の無機充填材が無機充填材全量に対して０．５〜３．０質量％含有されて成ることを特徴とするものである。
また請求項１の発明は、シリコーンパウダーが半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して５〜２５質量％含有されて成ることを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項２の発明は、請求項１において、硬化助剤が８〜１５ｐｈｒ含有されて成ることと特徴とするものである。
【００１４】
また請求項３に係る半導体封止枠の形成方法は、請求項１又は２に記載の半導体封止枠形成用樹脂組成物を配線基板３に搭載された半導体素子２の周囲にディスペンサーによって塗布することを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
本発明に係る半導体封止枠形成用樹脂組成物の調製には、必須成分として、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化助剤及び無機充填材を用いるものである。
【００１７】
ここで、エポキシ樹脂としては特に限定されるものではないが、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂やビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を用いることができる。エポキシ樹脂の配合量は、半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して５〜２５質量％の範囲であることが好ましい。
【００１８】
また、硬化剤としては特に限定されるものではないが、例えば、酸無水物系硬化剤を用いることができる。硬化剤の配合量は、半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して１０〜４５質量％の範囲であることが好ましい。
【００１９】
また、硬化助剤としては特に限定されるものではないが、例えば、イミダゾール系硬化促進剤を用いることができる。硬化助剤の配合量は、半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して０．３〜２質量％の範囲であることが好ましい。より好ましくは、硬化助剤を半導体封止枠形成用樹脂組成物中に８〜１５ｐｈｒ含有させるものであり、これによって半導体封止枠形成用樹脂組成物の硬化速度が高められ、硬化時の加熱による粘度低下の影響を受け難くすることができるものである。つまり、半導体封止枠の形状が加熱によって崩れることが無くなり、半導体封止枠形成初期からその形状が保持され、半導体素子等の封止を良好に行うことができるものである。なお、硬化助剤の配合量が８ｐｈｒ未満であると、上記の効果を十分に得ることができないおそれがあり、逆に１５ｐｈｒを超えると、保存安定性が低下し作業性に悪影響を与えるおそれがある。
【００２０】
また、無機充填材としては、シリカを用いる。無機充填材の配合量は、半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して４０〜７０質量％の範囲である。さらに、粒子径０．１μｍ以下の無機充填材を無機充填材全量に対して０．５〜３．０質量％含有させるものであり、これによって無機充填材の表面積を著しく増大させることができ、後述する［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が３００〜７００の範囲に設定された半導体封止枠形成用樹脂組成物を容易に調製することができるものである。ここで、無機充填材の粒子径の実質上の下限は、０．００５μｍであり、粒子径０．１μｍ以下の無機充填材の配合量が０．５質量％未満であると、無機充填材の表面積を十分に増大させることができないおそれがあり、逆に３．０質量％を超えると、半導体封止枠形成用樹脂組成物の粘度が高くなり過ぎて半導体封止枠形成時の作業性が低下するおそれがある。
【００２１】
本発明においては上記以外の成分としてシリコーンパウダーを用いる。シリコーンパウダーを半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して５〜２５質量％含有させると、後述するチキソトロピー指数を増加させることができ、［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が３００〜７００の範囲に設定された半導体封止枠形成用樹脂組成物を容易に調製することができるものである。ここで、シリコーンパウダーの配合量が５質量％未満であると、チキソトロピー指数を十分に増加させることができないおそれがあり、逆に２５質量％を超えると、塗布する際に樹脂の吐出スピードが大幅に遅くなり、作業に要する時間が長くかかるおそれがある。また、上記のシリコーンパウダーとしては特に限定されるものではないが、例えば、東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製「トレフィルＥ−５００」を用いることができる。
【００２２】
そして、上述したエポキシ樹脂、硬化剤、硬化助剤及び無機充填材を必須成分とし、さらに必要に応じてシリコーンパウダーその他の成分を配合し、これをミキサーやブレンダー等で均一に混合した後に、ニーダーやロールで加熱混練することによって、半導体封止枠形成用樹脂組成物を調製することができるものである。
【００２３】
このようにして調製した半導体封止枠形成用樹脂組成物にあって、［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値は３００〜７００の範囲に設定するものである。この値は表記の通り、粘度（Ｐａ・ｓ）とチキソトロピー指数との積であるが、本発明において粘度（Ｐａ・ｓ）及びチキソトロピー指数とはそれぞれ下記のようにして定められるものをいう。すなわち粘度（Ｐａ・ｓ）とは、Ｂ型回転粘度計を用いて２５℃において測定される、回転数（ａ）ｒｐｍにおける粘度をいい、一方、チキソトロピー指数とは、回転数（（ａ）／１０）ｒｐｍと回転数（ａ）ｒｐｍで測定した粘度の比、すなわち［（（ａ）／１０）ｒｐｍにおける粘度／（ａ）ｒｐｍにおける粘度］をいうものであり、上記の（ａ）は１〜１０の範囲内の値を示す。
【００２４】
そして、本発明において半導体封止枠形成用樹脂組成物の［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値を３００〜７００の範囲に設定しておくと、流動性が低下することにより、半導体封止枠の高さを高めるにあたって、半導体封止枠形成用樹脂組成物を同一箇所に繰り返し塗布するなど重ね塗りを行う必要が無くなり、半導体封止枠を迅速に効率良く形成することができるものである。しかし、［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が３００未満であると、半導体封止枠形成用樹脂組成物の流動性を十分に低下させることができなくなり、所望の高さの半導体封止枠を形成することが不可能となったり、あるいは形成に要する時間が長くかかるものであり、逆に７００を超えると、塗布する際に樹脂の吐出スピードが大幅に遅くなり、作業に要する時間が長くかかるものである。なお、上記の［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値を３００〜７００の範囲に設定するにあたっては、上述した必須成分やその他の成分の配合量を適宜調整することによって行うことができる。
【００２５】
また、上記の半導体封止枠形成用樹脂組成物にあって、この半導体封止枠形成用樹脂組成物を水平面上に滴下し硬化して得られる硬化物の高さＨとこの硬化物の直径Ｄとの比（以下、Ｈ／Ｄともいう）は０．４〜１．０の範囲になることが好ましい。ここで、水平面上に形成された上記の硬化物の形状は、通常、上に凸の山状となるが、このような硬化物の高さＨとは、山頂部に相当する箇所から鉛直方向に沿って水平面までの距離をいい、また硬化物の直径Ｄとは、略真円状となる山裾部の直径をいうものである。
【００２６】
そして、本発明においてＨ／Ｄの値が上記のように０．４〜１．０の範囲になると、半導体素子等を封止する箇所とその他の周辺部品を実装する箇所との距離が極めて短くても、半導体封止枠を形成するにあたって、半導体封止枠形成用樹脂組成物が、樹脂封止を行わない箇所にまで流動しなくなることはもちろん、僅かなスペースを利用して半導体封止枠を形成することができるものである。しかも、このように半導体封止枠の幅を広く取る必要が無くなると共に半導体封止枠の高さを高くするなどの制御がし易くなり、封止材で半導体素子やボンディングワイヤ等を封止するにあたって、これらのものが露出しない高さを十分に確保することができるものである。ところが、Ｈ／Ｄの値が０．４未満であると、形成される半導体封止枠の幅がその高さに比べて細くなり過ぎ、半導体封止枠で囲まれた箇所に封止材を注入した際に、この封止材によって半導体封止枠が傾倒し、封止材が半導体封止枠を超えて周囲に流出するおそれがあり、逆にＨ／Ｄの値が１．０を超えると、形成される半導体封止枠の幅がその高さに比べて太くなり過ぎ、半導体封止枠の形成箇所がその他の周辺部品を実装する範囲にまで及ぶこととなり、実装密度を十分に高めることができなくなるおそれがある。なお、上記のＨ／Ｄの値が０．４〜１．０の範囲になるには、上述した必須成分やその他の成分の配合量を適宜調整することによって行うことができる。
【００２７】
このようにして調製した半導体封止枠形成用樹脂組成物を用いて半導体封止枠を形成するにあたっては、特に限定されるものではないが、例えば、以下のようにして行うことが好ましい。すなわち、図２に示すように、予め配線基板３の表面にＩＣ等の半導体素子２を取り付けて固定すると共に、半導体素子２の電極と配線基板３の電極とを金線ワイヤ等のボンディングワイヤ４で結線しておく。ここで、上記の各電極は図示省略しており、また便宜上、配線基板３を水平にして半導体素子２が搭載された側を上に向けておく。そして、上述した半導体封止枠形成用樹脂組成物を上記の半導体素子２の周囲にディスペンサーによって塗布することにより、半導体封止枠１を形成することができる。このとき半導体封止枠１は、ボンディングワイヤ４等の高さよりも高く形成されているものである。さらに、半導体素子２等の封止を行う前に半導体封止枠１を完全に硬化させておく必要は無く、上述したような半導体封止枠形成用樹脂組成物の性状から、未硬化であっても十分に半導体封止枠１としての形状を保持しておくことができるものである。
【００２８】
このようにディスペンサーを用いて半導体封止枠１を形成すると、同一の形状及び厚さのものを安定して形成することが可能となり、しかも半導体封止枠１の高さを制御し易く、必要以上に高く形成することが無くなるため、半導体装置の薄型化を図ることができるものである。
【００２９】
次いで、上記のようにして半導体封止枠１を形成した後、図１に示すように、この半導体封止枠１で囲まれる箇所に液状のエポキシ樹脂等の公知の封止材５をポッティング方式等により注入し、この封止材５を硬化させることによって、半導体素子２等を封止することができる。このとき封止材５として、例えば、［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が１５０以下のものやＨ／Ｄの値が０．１以下のもののような、低粘度の封止材５を用いても、この封止材５の流動は半導体封止枠１によって確実に阻止されるため、樹脂封止を行わない箇所までも封止されてしまうということを防止することができるものである。従って、封止材５としては、高粘度のものよりも充填性に優れる低粘度のものを用いる方が、封止材５内部に気泡が残存することが無くなるため好ましい。さらに、上述したように半導体封止枠１は未硬化の状態であっても十分にその形状を保持しておくことができるため、半導体封止枠１の硬化は封止材５の硬化と同時に行う方が好ましく、これにより半導体封止枠１と封止材５とを個別的に硬化させるよりも、全体的な硬化時間を短縮することができて作業性を高めることができるものである。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００３１】
（実施例１、２及び比較例１〜８）
エポキシ樹脂として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂である油化シェルエポキシ（株）製「エピコート８２８」（エポキシ当量１８９）、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂である油化シェルエポキシ（株）製「エピコート８０７」（エポキシ当量１６９）を用いた。表１においては、前者をエポキシ樹脂（１）、後者をエポキシ樹脂（２）とした。
【００３２】
また硬化剤として、酸無水物系硬化剤である新日本理化（株）製「ＭＨ７００」（水酸基当量１６９）を用いた。
【００３３】
また硬化助剤として、イミダゾール系硬化促進剤である旭化成エポキシ（株）製「ＨＸ３０８８」を用いた。
【００３４】
また無機充填材として、シリカである徳山ソーダ（株）製「ＳＥ１５」を、粒子径０．１μｍ以下の無機充填材として、日本アエロジル（株）製「ＡＥＲＯＳＩＬ２００」（粒子径：０．０１２μｍ）を用いた。
【００３５】
またシリコーンパウダーとして、東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製「トレフィルＥ−５００」を用いた。
【００３６】
そして、上記の各成分を表１の配合量で配合し、これをミキサーやブレンダー等で均一に混合した後に、ニーダーやロールで加熱混練することによって、実施例１、２及び比較例１〜８のそれぞれについて半導体封止枠形成用樹脂組成物を調製した。
【００３７】
このようにして得た半導体封止枠形成用樹脂組成物について、Ｂ型回転粘度計を用いて２５℃における回転数５ｒｐｍでの粘度（Ｐａ・ｓ）を測定した。
【００３８】
また、上記の半導体封止枠形成用樹脂組成物について、Ｂ型回転粘度計を用いて２５℃における回転数０．５ｒｐｍでの粘度と回転数５ｒｐｍでの粘度とを測定し、これらの比を取ってチキソトロピー指数を求めた。
【００３９】
表１に２５℃における粘度（Ｐａ・ｓ）及びチキソトロピー指数の値を示すと共にこれらの積の値も示す。
【００４０】
また、上記の半導体封止枠形成用樹脂組成物０．５ｇを水平面上に滴下し、これを１００℃で硬化させて硬化物を得た。そして、この硬化物の高さＨと直径Ｄとを測定し、これらの比を取ってＨ／Ｄ値を求めた。この結果を表１に示す。
【００４１】
（半導体封止枠形成結果）
ディスペンサーを用いて高さ０．８ｍｍの半導体封止枠を配線基板の表面に形成した。この場合に半導体封止枠が途切れることなく、かつ幅１．５ｍｍ以内で形成されたものを「○」とし、一方、半導体封止枠が途切れたり、幅が１．５ｍｍを超えて形成されたものを「×」として評価した。この結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
表１にみられるように、すべての実施例において半導体封止枠の形成が良好に行われたことが確認される。これに対し、比較例１のものは［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が３００未満であるので、半導体封止枠の幅が１．５ｍｍを超えてしまい、また比較例２及び３のものは［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が７００を超えているので、半導体封止枠が途切れて形成されるものであった。
【００４４】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る半導体封止枠形成用樹脂組成物は、配線基板に半導体素子を搭載すると共に半導体素子を封止材で封止するにあたって、封止材の流動を阻止するために半導体素子の周囲に設けられる半導体封止枠を形成するための半導体封止枠形成用樹脂組成物において、必須成分として、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化助剤及び無機充填材としてシリカが用いられていると共に、無機充填材の配合量が半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して４０〜７０質量％の範囲であり、［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が３００〜７００の範囲に設定されているので、流動性が極めて低く、半導体素子等を封止材で確実に封止するための高い半導体封止枠を容易に形成することができると共に、このような高い半導体封止枠を形成するにあたって、半導体封止枠形成用樹脂組成物の重ね塗りを行う必要が無くなり、半導体封止枠を迅速に効率良く形成することができるものである。
また請求項１の発明は、粒子径０．１μｍ以下の無機充填材が無機充填材全量に対して０．５〜３．０質量％含有されているので、無機充填材の表面積を著しく増大させることができ、［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が３００〜７００の範囲に設定された半導体封止枠形成用樹脂組成物を容易に調製することができるものである。
また請求項１の発明は、シリコーンパウダーが半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して５〜２５質量％含有されているので、チキソトロピー指数を増加させることができ、［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が３００〜７００の範囲に設定された半導体封止枠形成用樹脂組成物を容易に調製することができるものである。
【００４８】
また請求項２の発明は、硬化助剤が８〜１５ｐｈｒ含有されているので、半導体封止枠形成用樹脂組成物の硬化速度が高められ、半導体封止枠の形状が加熱によって崩れることが無くなり、半導体封止枠形成初期からその形状が保持され、半導体素子等の封止を良好に行うことができるものである。
【００４９】
また請求項３に係る半導体封止枠の形成方法は、請求項１又は２に記載の半導体封止枠形成用樹脂組成物を配線基板に搭載された半導体素子の周囲にディスペンサーによって塗布するので、同一の形状及び厚さのものを安定して形成することが可能となり、しかも半導体封止枠の高さを制御し易く、必要以上に高く形成することが無くなるため、半導体装置の薄型化を図ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体封止枠を形成した半導体装置を示す断面図である。
【図２】封止前における半導体封止枠を形成した半導体装置の斜視図を示す。
【図３】半導体装置の断面図を示す。
【符号の説明】
１ 半導体封止枠
２ 半導体素子
３ 配線基板
４ ボンディングワイヤ
５ 封止材
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線基板に搭載された半導体素子の周囲に設ける半導体封止枠を形成するための半導体封止枠形成用樹脂組成物、及びこの半導体封止枠形成用樹脂組成物を用いて行う、半導体封止枠の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体装置の実装密度を上げるために、半導体素子２をパッケージに収容することなくプリント配線板等の配線基板３に搭載する実装方法が行われている。これはＣＯＢ（チップオンボード）とも呼ばれるものであり、例えば、図３に示すように、ガラス・エポキシ配線基板等の配線基板３の表面にＩＣ等の半導体素子２を取り付けて固定すると共に、半導体素子２の電極と配線基板３の電極とを金線ワイヤ等のボンディングワイヤ４で結線し、次いでこのボンディングワイヤ４と、配線基板３に搭載された半導体素子２とを外部環境から保護するため、これらのものを液状のエポキシ樹脂等の封止材５でポッティング方式により封止することによって、半導体装置の作製が行われているものである。
【０００３】
しかし、このように液状の封止材５を用いる場合は、封止直後において半導体素子２とボンディングワイヤ４とが封止材５中に埋没し隠蔽されていたとしても、封止材５を硬化させる際の加熱によって封止材５の粘度が低下し、封止材５が周囲へ流出してボンディングワイヤ４等が露呈してしまうものであった。しかもこのように封止材５が流動すると、配線基板３表面における封止面積が拡大し、場合によっては樹脂封止を行わない箇所までも封止材５によって封止されるおそれがあった。このため、封止材５の塗布量を抑えて封止面積の拡大を防止することが考えられるが、これではボンディングワイヤ４等を完全に隠蔽することが困難となる。
【０００４】
そこで、上記の問題を解決するため、液状の封止材５として比較的高粘度のものが用いられている。これによれば封止材５の流動が抑制されるため、封止面積の拡大を防止しつつ、半導体素子２及びボンディングワイヤ４をこの封止材５によって完全に隠蔽することができるものである。
【０００５】
ところがこの場合は、封止材５の粘度が高いために塗布作業性が低下するものであり、またこのような高粘度の封止材５は低粘度のものよりも充填性が低いため、封止する際に空気を巻き込むなどしてボンディングワイヤ４下部に気泡が生じても、この気泡を抜くことが困難であった。
【０００６】
そこで、図２に示すように封止作業を行う前に予め半導体素子２の周囲に半導体封止枠１を形成し、この後、図１に示すように半導体封止枠１で囲まれた箇所に封止材５を注入することが行われている。これによると、気泡除去を目的として低粘度の液状封止材５を用いても、この封止材５の流動は半導体封止枠１によって阻止されるため、封止範囲が拡大することがなくなるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体封止枠１にあっては、その高さと幅を制御するのが困難であり、半導体素子２及びボンディングワイヤ４を封止材５で完全に隠蔽するために半導体封止枠１を高く形成すると、これに応じて半導体封止枠１の幅も広く取らなければならず、半導体封止枠１の形成箇所がその他の周辺部品を実装する範囲にまで及び、実装密度を十分に高めることができないという問題があった。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、半導体素子等を封止材で気泡の残存無く隠蔽することができると共に、封止材の流出による封止範囲の拡大を防止することができるのはもちろん、半導体封止枠の高さ及び幅を制御することが可能であり、これによって実装密度を高めることができる半導体封止枠形成用樹脂組成物、及びこの半導体封止枠形成用樹脂組成物を用いて半導体封止枠を効率良く形成することができる半導体封止枠形成方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る半導体封止枠形成用樹脂組成物は、配線基板３に半導体素子２を搭載すると共に半導体素子２を封止材５で封止するにあたって、封止材５の流動を阻止するために半導体素子２の周囲に設けられる半導体封止枠１を形成するための半導体封止枠形成用樹脂組成物において、必須成分として、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化助剤及び無機充填材としてシリカが用いられていると共に、無機充填材の配合量が半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して４０〜７０質量％の範囲であり、［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が３００〜７００（ただし、粘度（Ｐａ・ｓ）とは、２５℃においてＢ型回転粘度計で測定される、回転数（ａ）ｒｐｍにおける粘度をいい、一方、チキソトロピー指数とは、［（（ａ）／１０）ｒｐｍにおける粘度／（ａ）ｒｐｍにおける粘度］をいい、上記の（ａ）は１〜１０の範囲内の値を示す）の範囲に設定されて成ることを特徴とするものである。
また請求項１の発明は、粒子径０．１μｍ以下の無機充填材が無機充填材全量に対して０．５〜３．０質量％含有されて成ることを特徴とするものである。
また請求項１の発明は、シリコーンパウダーが半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して５〜２５質量％含有されて成ることを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項２の発明は、請求項１において、硬化助剤が８〜１５ｐｈｒ含有されて成ることと特徴とするものである。
【００１４】
また請求項３に係る半導体封止枠の形成方法は、請求項１又は２に記載の半導体封止枠形成用樹脂組成物を配線基板３に搭載された半導体素子２の周囲にディスペンサーによって塗布することを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
本発明に係る半導体封止枠形成用樹脂組成物の調製には、必須成分として、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化助剤及び無機充填材を用いるものである。
【００１７】
ここで、エポキシ樹脂としては特に限定されるものではないが、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂やビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を用いることができる。エポキシ樹脂の配合量は、半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して５〜２５質量％の範囲であることが好ましい。
【００１８】
また、硬化剤としては特に限定されるものではないが、例えば、酸無水物系硬化剤を用いることができる。硬化剤の配合量は、半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して１０〜４５質量％の範囲であることが好ましい。
【００１９】
また、硬化助剤としては特に限定されるものではないが、例えば、イミダゾール系硬化促進剤を用いることができる。硬化助剤の配合量は、半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して０．３〜２質量％の範囲であることが好ましい。より好ましくは、硬化助剤を半導体封止枠形成用樹脂組成物中に８〜１５ｐｈｒ含有させるものであり、これによって半導体封止枠形成用樹脂組成物の硬化速度が高められ、硬化時の加熱による粘度低下の影響を受け難くすることができるものである。つまり、半導体封止枠の形状が加熱によって崩れることが無くなり、半導体封止枠形成初期からその形状が保持され、半導体素子等の封止を良好に行うことができるものである。なお、硬化助剤の配合量が８ｐｈｒ未満であると、上記の効果を十分に得ることができないおそれがあり、逆に１５ｐｈｒを超えると、保存安定性が低下し作業性に悪影響を与えるおそれがある。
【００２０】
また、無機充填材としては、シリカを用いる。無機充填材の配合量は、半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して４０〜７０質量％の範囲である。さらに、粒子径０．１μｍ以下の無機充填材を無機充填材全量に対して０．５〜３．０質量％含有させるものであり、これによって無機充填材の表面積を著しく増大させることができ、後述する［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が３００〜７００の範囲に設定された半導体封止枠形成用樹脂組成物を容易に調製することができるものである。ここで、無機充填材の粒子径の実質上の下限は、０．００５μｍであり、粒子径０．１μｍ以下の無機充填材の配合量が０．５質量％未満であると、無機充填材の表面積を十分に増大させることができないおそれがあり、逆に３．０質量％を超えると、半導体封止枠形成用樹脂組成物の粘度が高くなり過ぎて半導体封止枠形成時の作業性が低下するおそれがある。
【００２１】
本発明においては上記以外の成分としてシリコーンパウダーを用いる。シリコーンパウダーを半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して５〜２５質量％含有させると、後述するチキソトロピー指数を増加させることができ、［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が３００〜７００の範囲に設定された半導体封止枠形成用樹脂組成物を容易に調製することができるものである。ここで、シリコーンパウダーの配合量が５質量％未満であると、チキソトロピー指数を十分に増加させることができないおそれがあり、逆に２５質量％を超えると、塗布する際に樹脂の吐出スピードが大幅に遅くなり、作業に要する時間が長くかかるおそれがある。また、上記のシリコーンパウダーとしては特に限定されるものではないが、例えば、東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製「トレフィルＥ−５００」を用いることができる。
【００２２】
そして、上述したエポキシ樹脂、硬化剤、硬化助剤及び無機充填材を必須成分とし、さらに必要に応じてシリコーンパウダーその他の成分を配合し、これをミキサーやブレンダー等で均一に混合した後に、ニーダーやロールで加熱混練することによって、半導体封止枠形成用樹脂組成物を調製することができるものである。
【００２３】
このようにして調製した半導体封止枠形成用樹脂組成物にあって、［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値は３００〜７００の範囲に設定するものである。この値は表記の通り、粘度（Ｐａ・ｓ）とチキソトロピー指数との積であるが、本発明において粘度（Ｐａ・ｓ）及びチキソトロピー指数とはそれぞれ下記のようにして定められるものをいう。すなわち粘度（Ｐａ・ｓ）とは、Ｂ型回転粘度計を用いて２５℃において測定される、回転数（ａ）ｒｐｍにおける粘度をいい、一方、チキソトロピー指数とは、回転数（（ａ）／１０）ｒｐｍと回転数（ａ）ｒｐｍで測定した粘度の比、すなわち［（（ａ）／１０）ｒｐｍにおける粘度／（ａ）ｒｐｍにおける粘度］をいうものであり、上記の（ａ）は１〜１０の範囲内の値を示す。
【００２４】
そして、本発明において半導体封止枠形成用樹脂組成物の［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値を３００〜７００の範囲に設定しておくと、流動性が低下することにより、半導体封止枠の高さを高めるにあたって、半導体封止枠形成用樹脂組成物を同一箇所に繰り返し塗布するなど重ね塗りを行う必要が無くなり、半導体封止枠を迅速に効率良く形成することができるものである。しかし、［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が３００未満であると、半導体封止枠形成用樹脂組成物の流動性を十分に低下させることができなくなり、所望の高さの半導体封止枠を形成することが不可能となったり、あるいは形成に要する時間が長くかかるものであり、逆に７００を超えると、塗布する際に樹脂の吐出スピードが大幅に遅くなり、作業に要する時間が長くかかるものである。なお、上記の［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値を３００〜７００の範囲に設定するにあたっては、上述した必須成分やその他の成分の配合量を適宜調整することによって行うことができる。
【００２５】
また、上記の半導体封止枠形成用樹脂組成物にあって、この半導体封止枠形成用樹脂組成物を水平面上に滴下し硬化して得られる硬化物の高さＨとこの硬化物の直径Ｄとの比（以下、Ｈ／Ｄともいう）は０．４〜１．０の範囲になることが好ましい。ここで、水平面上に形成された上記の硬化物の形状は、通常、上に凸の山状となるが、このような硬化物の高さＨとは、山頂部に相当する箇所から鉛直方向に沿って水平面までの距離をいい、また硬化物の直径Ｄとは、略真円状となる山裾部の直径をいうものである。
【００２６】
そして、本発明においてＨ／Ｄの値が上記のように０．４〜１．０の範囲になると、半導体素子等を封止する箇所とその他の周辺部品を実装する箇所との距離が極めて短くても、半導体封止枠を形成するにあたって、半導体封止枠形成用樹脂組成物が、樹脂封止を行わない箇所にまで流動しなくなることはもちろん、僅かなスペースを利用して半導体封止枠を形成することができるものである。しかも、このように半導体封止枠の幅を広く取る必要が無くなると共に半導体封止枠の高さを高くするなどの制御がし易くなり、封止材で半導体素子やボンディングワイヤ等を封止するにあたって、これらのものが露出しない高さを十分に確保することができるものである。ところが、Ｈ／Ｄの値が０．４未満であると、形成される半導体封止枠の幅がその高さに比べて細くなり過ぎ、半導体封止枠で囲まれた箇所に封止材を注入した際に、この封止材によって半導体封止枠が傾倒し、封止材が半導体封止枠を超えて周囲に流出するおそれがあり、逆にＨ／Ｄの値が１．０を超えると、形成される半導体封止枠の幅がその高さに比べて太くなり過ぎ、半導体封止枠の形成箇所がその他の周辺部品を実装する範囲にまで及ぶこととなり、実装密度を十分に高めることができなくなるおそれがある。なお、上記のＨ／Ｄの値が０．４〜１．０の範囲になるには、上述した必須成分やその他の成分の配合量を適宜調整することによって行うことができる。
【００２７】
このようにして調製した半導体封止枠形成用樹脂組成物を用いて半導体封止枠を形成するにあたっては、特に限定されるものではないが、例えば、以下のようにして行うことが好ましい。すなわち、図２に示すように、予め配線基板３の表面にＩＣ等の半導体素子２を取り付けて固定すると共に、半導体素子２の電極と配線基板３の電極とを金線ワイヤ等のボンディングワイヤ４で結線しておく。ここで、上記の各電極は図示省略しており、また便宜上、配線基板３を水平にして半導体素子２が搭載された側を上に向けておく。そして、上述した半導体封止枠形成用樹脂組成物を上記の半導体素子２の周囲にディスペンサーによって塗布することにより、半導体封止枠１を形成することができる。このとき半導体封止枠１は、ボンディングワイヤ４等の高さよりも高く形成されているものである。さらに、半導体素子２等の封止を行う前に半導体封止枠１を完全に硬化させておく必要は無く、上述したような半導体封止枠形成用樹脂組成物の性状から、未硬化であっても十分に半導体封止枠１としての形状を保持しておくことができるものである。
【００２８】
このようにディスペンサーを用いて半導体封止枠１を形成すると、同一の形状及び厚さのものを安定して形成することが可能となり、しかも半導体封止枠１の高さを制御し易く、必要以上に高く形成することが無くなるため、半導体装置の薄型化を図ることができるものである。
【００２９】
次いで、上記のようにして半導体封止枠１を形成した後、図１に示すように、この半導体封止枠１で囲まれる箇所に液状のエポキシ樹脂等の公知の封止材５をポッティング方式等により注入し、この封止材５を硬化させることによって、半導体素子２等を封止することができる。このとき封止材５として、例えば、［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が１５０以下のものやＨ／Ｄの値が０．１以下のもののような、低粘度の封止材５を用いても、この封止材５の流動は半導体封止枠１によって確実に阻止されるため、樹脂封止を行わない箇所までも封止されてしまうということを防止することができるものである。従って、封止材５としては、高粘度のものよりも充填性に優れる低粘度のものを用いる方が、封止材５内部に気泡が残存することが無くなるため好ましい。さらに、上述したように半導体封止枠１は未硬化の状態であっても十分にその形状を保持しておくことができるため、半導体封止枠１の硬化は封止材５の硬化と同時に行う方が好ましく、これにより半導体封止枠１と封止材５とを個別的に硬化させるよりも、全体的な硬化時間を短縮することができて作業性を高めることができるものである。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００３１】
（実施例１、２及び比較例１〜８）
エポキシ樹脂として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂である油化シェルエポキシ（株）製「エピコート８２８」（エポキシ当量１８９）、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂である油化シェルエポキシ（株）製「エピコート８０７」（エポキシ当量１６９）を用いた。表１においては、前者をエポキシ樹脂（１）、後者をエポキシ樹脂（２）とした。
【００３２】
また硬化剤として、酸無水物系硬化剤である新日本理化（株）製「ＭＨ７００」（水酸基当量１６９）を用いた。
【００３３】
また硬化助剤として、イミダゾール系硬化促進剤である旭化成エポキシ（株）製「ＨＸ３０８８」を用いた。
【００３４】
また無機充填材として、シリカである徳山ソーダ（株）製「ＳＥ１５」を、粒子径０．１μｍ以下の無機充填材として、日本アエロジル（株）製「ＡＥＲＯＳＩＬ２００」（粒子径：０．０１２μｍ）を用いた。
【００３５】
またシリコーンパウダーとして、東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）製「トレフィルＥ−５００」を用いた。
【００３６】
そして、上記の各成分を表１の配合量で配合し、これをミキサーやブレンダー等で均一に混合した後に、ニーダーやロールで加熱混練することによって、実施例１、２及び比較例１〜８のそれぞれについて半導体封止枠形成用樹脂組成物を調製した。
【００３７】
このようにして得た半導体封止枠形成用樹脂組成物について、Ｂ型回転粘度計を用いて２５℃における回転数５ｒｐｍでの粘度（Ｐａ・ｓ）を測定した。
【００３８】
また、上記の半導体封止枠形成用樹脂組成物について、Ｂ型回転粘度計を用いて２５℃における回転数０．５ｒｐｍでの粘度と回転数５ｒｐｍでの粘度とを測定し、これらの比を取ってチキソトロピー指数を求めた。
【００３９】
表１に２５℃における粘度（Ｐａ・ｓ）及びチキソトロピー指数の値を示すと共にこれらの積の値も示す。
【００４０】
また、上記の半導体封止枠形成用樹脂組成物０．５ｇを水平面上に滴下し、これを１００℃で硬化させて硬化物を得た。そして、この硬化物の高さＨと直径Ｄとを測定し、これらの比を取ってＨ／Ｄ値を求めた。この結果を表１に示す。
【００４１】
（半導体封止枠形成結果）
ディスペンサーを用いて高さ０．８ｍｍの半導体封止枠を配線基板の表面に形成した。この場合に半導体封止枠が途切れることなく、かつ幅１．５ｍｍ以内で形成されたものを「○」とし、一方、半導体封止枠が途切れたり、幅が１．５ｍｍを超えて形成されたものを「×」として評価した。この結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
表１にみられるように、すべての実施例において半導体封止枠の形成が良好に行われたことが確認される。これに対し、比較例１のものは［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が３００未満であるので、半導体封止枠の幅が１．５ｍｍを超えてしまい、また比較例２及び３のものは［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が７００を超えているので、半導体封止枠が途切れて形成されるものであった。
【００４４】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る半導体封止枠形成用樹脂組成物は、配線基板に半導体素子を搭載すると共に半導体素子を封止材で封止するにあたって、封止材の流動を阻止するために半導体素子の周囲に設けられる半導体封止枠を形成するための半導体封止枠形成用樹脂組成物において、必須成分として、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化助剤及び無機充填材としてシリカが用いられていると共に、無機充填材の配合量が半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して４０〜７０質量％の範囲であり、［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が３００〜７００の範囲に設定されているので、流動性が極めて低く、半導体素子等を封止材で確実に封止するための高い半導体封止枠を容易に形成することができると共に、このような高い半導体封止枠を形成するにあたって、半導体封止枠形成用樹脂組成物の重ね塗りを行う必要が無くなり、半導体封止枠を迅速に効率良く形成することができるものである。
また請求項１の発明は、粒子径０．１μｍ以下の無機充填材が無機充填材全量に対して０．５〜３．０質量％含有されているので、無機充填材の表面積を著しく増大させることができ、［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が３００〜７００の範囲に設定された半導体封止枠形成用樹脂組成物を容易に調製することができるものである。
また請求項１の発明は、シリコーンパウダーが半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して５〜２５質量％含有されているので、チキソトロピー指数を増加させることができ、［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が３００〜７００の範囲に設定された半導体封止枠形成用樹脂組成物を容易に調製することができるものである。
【００４８】
また請求項２の発明は、硬化助剤が８〜１５ｐｈｒ含有されているので、半導体封止枠形成用樹脂組成物の硬化速度が高められ、半導体封止枠の形状が加熱によって崩れることが無くなり、半導体封止枠形成初期からその形状が保持され、半導体素子等の封止を良好に行うことができるものである。
【００４９】
また請求項３に係る半導体封止枠の形成方法は、請求項１又は２に記載の半導体封止枠形成用樹脂組成物を配線基板に搭載された半導体素子の周囲にディスペンサーによって塗布するので、同一の形状及び厚さのものを安定して形成することが可能となり、しかも半導体封止枠の高さを制御し易く、必要以上に高く形成することが無くなるため、半導体装置の薄型化を図ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体封止枠を形成した半導体装置を示す断面図である。
【図２】封止前における半導体封止枠を形成した半導体装置の斜視図を示す。
【図３】半導体装置の断面図を示す。
【符号の説明】
１ 半導体封止枠
２ 半導体素子
３ 配線基板
４ ボンディングワイヤ
５ 封止材
Claims (3)
- 配線基板に半導体素子を搭載すると共に半導体素子を封止材で封止するにあたって、封止材の流動を阻止するために半導体素子の周囲に設けられる半導体封止枠を形成するための半導体封止枠形成用樹脂組成物において、必須成分として、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化助剤及び無機充填材としてシリカが用いられていると共に、無機充填材の配合量が半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して４０〜７０質量％の範囲であり、粒子径０．１μｍ以下の無機充填材が無機充填材全量に対して０．５〜３．０質量％含有され、シリコーンパウダーが半導体封止枠形成用樹脂組成物全量に対して５〜２５質量％含有され、［粘度（Ｐａ・ｓ）×チキソトロピー指数］の値が３００〜７００（ただし、粘度（Ｐａ・ｓ）とは、２５℃においてＢ型回転粘度計で測定される、回転数（ａ）ｒｐｍにおける粘度をいい、一方、チキソトロピー指数とは、［（（ａ）／１０）ｒｐｍにおける粘度／（ａ）ｒｐｍにおける粘度］をいい、上記の（ａ）は１〜１０の範囲内の値を示す）の範囲に設定されて成ることを特徴とする半導体封止枠形成用樹脂組成物。
- 硬化助剤が８〜１５ｐｈｒ含有されて成ることを特徴とする請求項１に記載の半導体封止枠形成用樹脂組成物。
- 請求項１又は２に記載の半導体封止枠形成用樹脂組成物を配線基板に搭載された半導体素子の周囲にディスペンサーによって塗布することを特徴とする半導体封止枠の形成方法。
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