JP5145289B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液状もしくはゲル状の半導体封止用樹脂組成物を冷却固化してなる半導体封止用樹脂組成物を用いたトランスファー成形による半導体装置の製造方法に関するものである。

一般に、半導体装置は、つぎのような構成をとるものである。すなわち、金属リードフレーム上に半導体素子が実装され、外部との導通を図る目的で、上記半導体素子と金属リードフレームのインナーリードとが、金属ワイヤーをボンディングすることにより電気的に接続されている。そして、このような半導体素子およびリードフレームは、エポキシ樹脂組成物等の封止材料によって樹脂封止されパッケージ化されている。

上記半導体素子およびリードフレームの樹脂封止は、通常、固形タブレット状の半導体封止用樹脂組成物を用いたトランスファー成形法により行なわれている。このトランスファー成形法は、固形タブレット状の半導体封止用樹脂組成物を成形金型のポットに投入し、このポット内にて加熱することにより流動状態とした後、プランジャーにて押し出すことによりキャビティ内に流入させる。そして、キャビティ内の半導体素子およびリードフレームを樹脂封止するものである。あるいは、上記トランスファー成形法以外に、例えば、常温（約２５℃程度）で液状もしくはゲル状の半導体封止用樹脂組成物を、スペンサーで定量にした後、キャスティング方式またはスクリーン印刷等により樹脂封止する方法もある。ここで、上記ゲル状の高粘度の非固形物質を示す半導体封止用樹脂組成物は、通常、溶剤等に希釈した状態で、液状の半導体封止用樹脂組成物と同様の状態とした後、樹脂封止に供される。

さらに、上記常温で液状もしくはゲル状の半導体封止用樹脂組成物を、固形タブレット化したものが従来から提案されている（特許文献１，２参照）。これは、容器に、液状もしくはゲル状の半導体封止用樹脂組成物を封入して擬似的にタブレット化した包装体を用いるものである。上記容器に封入された半導体封止用樹脂組成物である包装体は、通常のトランスファー成形と同様に、上記封入容器をポット内に投入し、成形温度において上記包装体をプランジャーにて圧縮することにより、上記封入容器の一部を破裂させ、内部の半導体封止用樹脂組成物を押し出してキャビティ内に流入させるというように使用されるものである。

特開平９−１７４５９１号公報 特開２００６−２１７８８号公報

ところで、半導体装置の生産性に関しては、上記トランスファー成形による製造が、キャスティング方式またはスクリーン印刷に比べて優れており、樹脂封止に用いられる封止材料の状態に関わらず、可能であるならばトランスファー成形による樹脂封止が望まれている。

しかしながら、常温で液状もしくはゲル状の半導体封止用樹脂組成物は、当然ながら常温でタブレット状等の固体とすることはできないため、トランスファー成形に供することはできなかった。

一方、上記特許文献１，２に記載のように、液状もしくはゲル状の半導体封止用樹脂組成物を容器に封入してなる包装体においては、封入容器の一部を破裂させた際に断片が混入することが考えられ、また封入容器の使用によるコストアップや、使用後の容器の排出処理等の環境負荷、さらには樹脂組成物を容器に封入する際の手間が懸念されている。

このようなことから、高い生産性を備えたトランスファー成形に際して、常温で液状もしくはゲル状の半導体封止用樹脂組成物を使用可能とする手法が望まれている。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、封止材料として常温で液状もしくはゲル状の半導体封止用樹脂組成物をトランスファー成形に供することを可能とする半導体封止用樹脂組成物を用いた半導体装置の製造方法の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、トランスファー成形機を用い半導体素子を樹脂封止することにより半導体装置を製造する方法であって、常温で液状もしくはゲル状の樹脂組成物を冷却固化用型に充填してタブレット状に冷却固化した冷却固化状態の半導体封止用樹脂組成物を準備する工程と、トランスファー成形用金型のポット内に、上記冷却固化状態を維持しながら冷却固化状態の半導体封止用樹脂組成物を投入する工程と、ポット内にて、１５０〜１７５℃の温度下、上記投入した半導体封止用樹脂組成物を解凍した後、もしくは解凍しながら、プランジャーにて解凍された液状もしくはゲル状の半導体封止用樹脂組成物を圧縮しポット内から押し出すことによりキャビティ内に流入させる工程と、流入させた半導体封止用樹脂組成物によってキャビティ内の半導体素子を樹脂封止する工程とを備えた半導体装置の製造方法を要旨とする。

本発明者らは、液状もしくはゲル状の半導体封止用樹脂組成物をトランスファー成形に供する手法を得るべく鋭意検討を行なった。その結果、上記液状もしくはゲル状の半導体封止用樹脂組成物を冷却固化して冷却固化体とし、これをトランスファー成形に供することを見出し本発明に到達した。すなわち、液状もしくはゲル状の半導体封止用樹脂組成物はそのままの状態ではトランスファー成形に供することはできないことから、様々な形態を検討した。その過程で、コストを上げることなく、しかも環境負荷の懸念も生じない、かつ煩雑な作業を要せずにトランスファー成形に供することを可能とする態様について検討した結果、液状もしくはゲル状の半導体封止用樹脂組成物を冷却固化して固体状態とする（冷却固化体）ことを想起した。これにより、コストアップおよび環境負荷の懸念を招くことなく、しかも煩雑な作業を要せずに冷却固化された半導体封止用樹脂組成物が得られる。

このように、本発明は、トランスファー成形の際に用いられる、常温で液状もしくはゲル状の樹脂組成物の冷却固化体となる半導体封止用樹脂組成物である。このため、常温で液状もしくはゲル状の樹脂組成物であってもトランスファー成形に供することができる。しかも、封入容器等を必要としないため、コストアップにもならず、使用後の容器の廃棄等による環境負荷や、樹脂組成物の封入作業等を懸念する必要もない。また、容器に封入して供するものではないことから、トランスファー成形時に容器の破片等が混入することもなく信頼性の高い樹脂封止を行なうことができる。さらに、シリンジを使用した封止作業に比べて、封止材料のロスの発生が抑制され歩留りの向上が図られる。

そして、トランスファー成形機を用い半導体素子を樹脂封止することにより半導体装置を製造する方法において、上記冷却固化状態の半導体封止用樹脂組成物を準備した後、これをトランスファー成形用金型のポット内に、上記冷却固化状態を維持しながら投入する。ついで、上記投入した半導体封止用樹脂組成物を解凍した後、もしくは解凍しながら、液状もしくはゲル状とした半導体封止用樹脂組成物をプランジャーにて押し出すことによりキャビティ内に流入させた後、流入させた半導体封止用樹脂組成物によってキャビティ内の半導体素子を樹脂封止することにより半導体装置を製造する。このため、従来では、容器に封入する以外にトランスファー成形に供することのできなかった液状もしくはゲル状の半導体封止用樹脂組成物を、煩雑な作業を経由することなく封止工程に供することができ、生産性に優れたトランスファー成形法にて半導体装置の樹脂封止が行なわれることから液状もしくはゲル状の半導体封止用樹脂組成物使用による生産性の向上が実現する。そして、冷却固化体である半導体封止用樹脂組成物をトランスファー成形に用いるため、例えば、従来、固形化やＢステージ化（半硬化）が困難であった樹脂材料をトランスファー成形に供することが可能となることから、作業性が向上し、高耐熱性や高信頼性のパッケージを低価格で提供できるようになる。このようなことから、本発明の半導体封止用樹脂組成物によって半導体素子が樹脂封止された半導体装置は、信頼性に優れ、その機能を充分に発揮することができる。

また、上記半導体封止用樹脂組成物が、液状もしくはゲル状の半導体封止用樹脂組成物を冷却固化用型に充填してタブレット状に冷却固化したものであるため、従来のトランスファー成形機と同様の方法，装置にて樹脂封止することが容易となる。

つぎに、本発明を実施するための形態について詳しく説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限られるものではない。

＜半導体封止用樹脂組成物＞
本発明に係る半導体封止用樹脂組成物は、常温で液状もしくはゲル状を示す樹脂組成物であり、液状やゲル状（半固形状）を示す各種封止材料が用いられる。そして、本発明の半導体封止用樹脂組成物は、これを冷却固化状態とした冷却固化体である。なお、本発明において、液状とは常温で流動性を呈するものであり、ゲル状とは、具体的には、常温において、５００Ｐａの応力を加えたときに変形を起こすものをいう。また、本発明において、特に断りのない限り、常温とは、２０〜２５℃の範囲をいう。

上記半導体封止用樹脂組成物としては、例えば、主剤としてエポキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂を用いたシリコーン樹脂組成物、またはエポキシ樹脂／シリコーン樹脂のハイブリッド樹脂組成物等があげられる。

上記エポキシ樹脂組成物としては、例えば、エポキシ樹脂、硬化剤、その他各種添加剤を配合したものが用いられる。

上記エポキシ樹脂としては、各種エポキシ樹脂、例えば、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、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレート等の複素環式エポキシ樹脂等の各種エポキシ樹脂を用いることができる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いることができる。

上記硬化剤は、エポキシ樹脂の硬化剤成分として作用するものであり、通常、透明性を考慮した場合、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸等の無色ないし淡黄色の酸無水物系硬化剤等が用いられる。

上記エポキシ樹脂と硬化剤の配合割合は、上記エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量に対して、硬化剤におけるエポキシ基と反応可能な活性基（酸無水基または水酸基）が０．５〜１．５当量となるような割合に設定することが好ましく、より好ましくは０．７〜１．２当量である。すなわち、活性基が少なすぎると、半導体封止用樹脂組成物の硬化速度が遅くなるとともに、ガラス転移温度が低くなる傾向がみられ、逆に活性基が多すぎる耐湿性が低下する傾向がみられるからである。

上記その他各種添加剤としては、硬化促進剤、シランカップリング剤、離型剤、低応力剤、酸化防止剤、無機質充填剤等を適宜配合することができる。

上記硬化促進剤としては、例えば、アミン系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、有機リン系硬化促進剤、ホウ素系硬化促進剤、リン−ホウ素系硬化促進剤等があげられる。これら硬化促進剤は単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

上記シランカップリング剤としては、例えば、アミノ系シランカップリング剤、エポキシ系シランカップリング剤等があげられる。さらに、カップリング剤としてメルカプト系シランカップリング剤を用いることもできる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。上記シランカップリング剤の含有量は、エポキシ樹脂組成物全体の０．０５〜２．０重量％の範囲に設定することが好ましい。

上記離型剤としては、例えば、ポリエチレングリコール系化合物を用いることができる。なお、上記離型剤の使用量は、可能な限り少ない方が好ましい。

つぎに、上記シリコーン樹脂を用いたシリコーン樹脂組成物における、上記シリコーン樹脂としては、不可反応硬化型シリコーン樹脂、縮合反応硬化型シリコーン樹脂、過酸化物硬化型シリコーン樹脂等があげられる。さらに、添加剤として、例えば、硬化遅延剤、シランカップリング剤等を必要に応じて適宜配合することができる。

上記エポキシ樹脂／シリコーン樹脂のハイブリッド樹脂組成物としては、前述のエポキシ樹脂およびシリコーン樹脂を用い、これにエポキシ樹脂の態様にて述べた配合と同様のものがあげられる。

本発明に係る半導体封止用樹脂組成物は、常温で液状もしくはゲル状を示すものであり、これを冷却固化して固体状態の冷却固化体とすることにより得られる。そして、本発明の半導体封止用樹脂組成物としては、冷却固化して固体状態とすることから、その凝固開始点が、−１９６〜０℃であることが好ましい。特に好ましくは−４０〜０℃である。

上記半導体封止用樹脂組成物を冷却固化する方法としては、例えば、冷却された型にキャスティングする方法、型にキャスティングした後冷却する方法、氷片状の半導体封止用樹脂組成物を圧縮する方法等があげられる。

そして、その際の冷却方法としては、例えば、液体窒素等の冷却媒体に浸漬する方法、冷却媒体（液化ガス等）雰囲気に曝す方法、冷凍機等の冷却機を用いる方法等があげられる。

また、上記冷却固化の際の条件としては、常温で液状もしくはゲル状を示す半導体封止用樹脂組成物を凝固により固化状態に形成可能とする設定条件であればよく、前述の半導体封止用樹脂組成物の凝固開始点を考慮した場合、一般に、−１９６〜０℃の範囲で１〜２４時間程度に設定することが好ましく、特に好ましくは−４０〜０℃の範囲で１〜５時間である。

また、上記冷却作業においては、液状もしくはゲル状の半導体封止用樹脂組成物を充填するための充填用の型が使用されるが、このときに使用する冷却固化用の型としては、冷却固化する際の温度に対して耐熱性を有するものを用いる必要がある。例えば、アルミニウム製等からなる金属製型、ポリエチレン製，シリコーン樹脂製等からなる樹脂製型等があげられる。このような上記充填，冷却固化用の型は、通常、繰り返し使用することが可能であり好ましいものである。そして、充填用の型としては、複数個の充填用開口凹部が形成され連結された状態のものを用いることが充填作業効率の点から好ましい。

さらに、上記型の形状としては、冷却固化された封止材料がトランスファー成形機のポット内に投入可能な形状であればよく適宜に設定されるものである。このような点から、型に充填し冷却固化された冷却固化体の形状としては、例えば、円柱状（タブレット状）、円錐状等各種形状があげられる。

＜半導体装置の製造＞
つぎに、上記冷却固化された半導体封止用樹脂組成物（冷却固化体）を用いた本発明の半導体装置の製造方法について述べる。

まず、上記のようにして冷却固化体である半導体封止用樹脂組成物を準備する。ついで、トランスファー成形機の成形用金型のポット内に、上記冷却固化状態を維持しながら冷却固化体である半導体封止用樹脂組成物を投入する。投入後、ポット内にて、投入した冷却固化状態の半導体封止用樹脂組成物を解凍した後、もしくは解凍しながら、液状もしくはゲル状の半導体封止用樹脂組成物とし、これをプランジャーにて圧縮し押し出すことによりキャビティ内に流入させる。つぎに、流入させた半導体封止用樹脂組成物によって、キャビティ内の、リードフレーム上に実装された半導体素子を樹脂封止することにより半導体装置を製造することができる。

上記冷却固化状態の半導体封止用樹脂組成物のトランスファー成形機のポット内への投入方法としては、上記半導体封止用樹脂組成物を融解させることなく固化状態を維持させたまま投入することが可能であればいかなる手段を用いてもよい。このようなことからも、従来の固形タブレットと同様の手段にてトランスファー成形用金型のポット内に投入してトランスファー成形することが可能であり、新たな成形機を設置する必要はないという利点を有している。

上記ポット内に投入した冷却固化状態の半導体封止用樹脂組成物の解凍条件としては、解凍により液状あるいはゲル状とすることができればよく、１５０〜１７５℃の温度下で、５〜３０秒程度で解凍することが可能となる。

上記トランスファー成形が可能な成形機としては、例えば、低圧トランスファー成形機、コンベンションタイプ、マルチギャングポットタイプ、マルチプランジャータイプ等、通常の各種トランスファー成形機を用いることができる。

上記トランスファー成形による半導体装置の製造条件としては、用いる半導体封止用樹脂組成物の種類等によって適宜に設定されるが、例えば、成形温度１３０〜１７５℃、成形時間３〜１０分間、圧力１．９６〜７．８４ＭＰａ（２０〜８０ｋｇ／ｃｍ²）に設定
される。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。

まず、下記に示す、常温（２５℃）で液状を示す各エポキシ樹脂組成物を準備した。

〔エポキシ樹脂組成物ａ〕
ＮＴ−８０３８−１００００（日東電工社製、液状、凝固開始点−３８．４℃）
〔エポキシ樹脂組成物ｂ〕
ＮＴ−Ｓ１００Ｂ−１００００（日東電工社製、液状、凝固開始点−３８．２℃）
〔エポキシ樹脂組成物ｃ〕
ＮＴ−Ｓ１００Ｂ−１０５００（日東電工社製、液状、凝固開始点−３８．２℃）
〔エポキシ樹脂組成物ｄ〕
ＮＴ−Ｓ１００Ｂ−１０７００（日東電工社製、液状、凝固開始点−３８．２℃）

〔実施例１〜４〕
上記エポキシ樹脂組成物ａ〜ｄをポリエチレン製カップに充填した。その後、このエポキシ樹脂組成物ａ〜ｄを充填したカップを−４０℃に維持された冷凍機内で約３時間冷却することにより固化して固体状態とすることによりタブレット化（冷却固化体）した。

〔比較例１〜４〕
上記エポキシ樹脂組成物ａ〜ｄを、ＨＥＮＫＥ ＳＡＳＳ ＷＯＬＦ社製の２ｍＬのシリンジに充填した。

上記方法により冷却固化された半導体封止用樹脂組成物（実施例１〜４）と、シリンジに充填した半導体封止用樹脂組成物（比較例１〜４）を、各々５つ作製する際に要する作業時間を計測した。なお、実施例１〜４は冷却固化させる前までの時間とし、２ｇ±０．１ｇを５回計量するのに要した作業時間とした。一方、比較例１〜４はシリンジに充填する時間とし、２ｇ±０．１ｇを５回計量するのに要した作業時間とした。その結果を各エポキシ樹脂組成物ａ〜ｄの粘度とともに下記の表１に併せて示す。上記粘度は、２５℃における粘度をＥ型粘度計（東機産業社製、ＴＶＥ−２２ＨＴ）を用いて計測した値である。

上記結果から、比較例と比べて実施例の方が、作業時間が短時間ですむことがわかる。また、比較例の場合、溶液粘度が高くなるほど作業時間も比例して長くなるが、実施例では溶液粘度が高くなっても作業時間は変わらないことから、生産性に優れていることがわかる。

また、上記方法により冷却固化されたエポキシ樹脂組成物（実施例１〜４）と、エポキシ樹脂組成物を充填したシリンジ（比較例１〜４）をそれぞれ作製する際に発生する樹脂のロス量も計測した。なお、上記樹脂ロス量は、２ｇ±０．１ｇを３回計量する際に生じた樹脂のロス量である。その結果を下記の表２に示す。

上記結果から、比較例であるシリンジを用いると、シリンジ周りにエポキシ樹脂組成物が付着するため、ロス樹脂量が多いことがわかる。特に粘度の高いものほどロス樹脂量は多くなった。また、比較例ではシリンジを使用することにより使用後に廃棄物が発生するが、実施例では冷却固化に使用したポリエチレン製カップは繰り返し使用することが可能でありコストの低減が図られ、かつ廃棄処理の環境負荷の懸念も生じない。

〔半導体装置の作製〕
つぎに、上記実施例１〜４で作製した、冷却固化して固体状態としたエポキシ樹脂組成物ａ〜ｄを用い、つぎのようにして半導体装置を作製した。すなわち、冷却固化体であるエポキシ樹脂組成物ａ〜ｄを、その冷却固化状態を維持しながら、トランスファー成形機（東邦インターナショナル社製、ＴＤＦ−３７）のポット内に投入した後、ポット内にて、上記投入した半導体封止用樹脂組成物を、解凍（条件：１５０℃×１０秒）した。そして、解凍することにより液状となった半導体封止用樹脂組成物をプランジャーにて押し出すことによりキャビティ内に流入させた。流入させた半導体封止用樹脂組成物によってキャビティ内の、リードフレーム上に実装した半導体素子（大きさ：１．５ｍｍ×１．５ｍｍ×厚み３７０μｍ）を樹脂封止（条件：１５０℃×４分）することにより半導体装置を作製した。このようにして、大きさ：４．９ｍｍ×３．９ｍｍ×厚み１．５ｍｍの半導体装置（ＳＯＰ）を得た。得られた半導体装置は、特に問題のない信頼性に優れたものであった。

本発明に係る半導体封止用樹脂組成物は、常温で液状もしくはゲル状の樹脂組成物を冷却固化した冷却固化体であり、トランスファー成形による樹脂封止の際の封止材料として有用である。そして、本発明に係る半導体封止用樹脂組成物を用いることにより、封止作業性の向上とともに、コスト低減が実現し、環境負荷の懸念も解消される。

Claims (3)

1. トランスファー成形機を用い半導体素子を樹脂封止することにより半導体装置を製造する方法であって、常温で液状もしくはゲル状の樹脂組成物を冷却固化用型に充填してタブレット状に冷却固化した冷却固化状態の半導体封止用樹脂組成物を準備する工程と、トランスファー成形用金型のポット内に、上記冷却固化状態を維持しながら冷却固化状態の半導体封止用樹脂組成物を投入する工程と、ポット内にて、１５０〜１７５℃の温度下、上記投入した半導体封止用樹脂組成物を解凍した後、もしくは解凍しながら、プランジャーにて解凍された液状もしくはゲル状の半導体封止用樹脂組成物を圧縮しポット内から押し出すことによりキャビティ内に流入させる工程と、流入させた半導体封止用樹脂組成物によってキャビティ内の半導体素子を樹脂封止する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 冷却固化条件が、−４０〜０℃の範囲で１〜５時間である請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 冷却固化の手段が、冷却媒体に浸漬する方法、冷却媒体雰囲気に曝す方法または冷却機を用いる方法である請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。