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KR102428705B1 - 대면적의 반도체 소자 탑재 기재를 밀봉하는 방법 - Google Patents

대면적의 반도체 소자 탑재 기재를 밀봉하는 방법 Download PDF

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KR102428705B1
KR102428705B1 KR1020170053313A KR20170053313A KR102428705B1 KR 102428705 B1 KR102428705 B1 KR 102428705B1 KR 1020170053313 A KR1020170053313 A KR 1020170053313A KR 20170053313 A KR20170053313 A KR 20170053313A KR 102428705 B1 KR102428705 B1 KR 102428705B1
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Abstract

대면적의 실리콘 웨이퍼 또는 기판을 수지 조성물로 일괄 밀봉했을 때에 미 충전이나 플로우 마크 등의 성형 불량이 발생하는 일이 없는 밀봉 방법을 제공한다.
(A) 에폭시 수지, (B) 경화제, (C) 프리겔화제 및 (D) 충전재를 포함하는 경화성 에폭시 수지 조성물을 사용하여, 대면적의 실리콘 웨이퍼 또는 기판을, (a) 압축 성형, (b) 성형 온도: 100 내지 175℃, (c) 성형 시간: 2 내지 20분 및 (d) 성형 압력: 50 내지 350kN의 조건에서 일괄 밀봉하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탑재 기재 밀봉 방법.

Description

대면적의 반도체 소자 탑재 기재를 밀봉하는 방법{METHOD FOR ENCAPSULATING LARGE-AREA SEMICONDUCTOR ELEMENT-MOUNTED BASE MATERIAL}
본 발명은 반도체 소자 탑재 기재 밀봉 방법에 관한 것이고, 특히, 특정한 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물을 사용하여 특정한 조건 하에서 압축 성형함으로써 대면적의 실리콘 웨이퍼 및 기판을 일괄 밀봉하는 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 반도체 장치는 눈부신 기술 혁신을 맞이하고 있다. 스마트폰, 태블릿 등의 휴대 정보 통신 단말기는 대용량의 정보를 고속으로 처리할 수 있도록, TSV(through silicon via(스루·실리콘·비아)) 기술을 사용하여 복수의 반도체 소자를 다층 접속하고 있다. 다층 접속된 반도체 소자를 8인치(약 20센티미터) 내지 12인치(30센티미터)의 실리콘 인터포저에 복수개 플립 칩 접속한 후, 열경화 수지에 의해 인터포저마다 반도체 소자를 밀봉한다. 그 후, 반도체 소자 상의 불필요한 경화 수지를 연마한 후, 개편화하면, 박형으로 소형, 다기능 또한 고속 처리 가능한 반도체 장치를 얻을 수 있다. 또한 최근에는, 반도체 소자의 적층화에 수반하여, 밀봉층이 두꺼워지기 때문에, 해당 밀봉층의 수지층을 연마하여 박형으로 한 반도체 장치가 주류가 되고 있다(특허문헌 1).
소직경 웨이퍼 등의 기판을 사용한 경우에는, 현 상황에서도 큰 문제없이 반도체 소자를 밀봉 성형할 수 있다. 그러나, 8인치 이상, 최근에는 20인치 웨이퍼나, 20인치를 초과하는 패널의 성형에서는, 밀봉 후의 에폭시 수지 등의 수축 응력이 크기 때문에, 반도체 소자가 금속 등의 기판으로부터 박리된다는 문제가 있고, 양산화가 곤란하였다. 또한, 웨이퍼나 유리 기판, 금속 기판의 대구경화에 수반하는 상기와 같은 문제를 해결하기 위해서는, 수지에 필러를 90질량％ 이상 충전하거나, 수지의 저탄성화로 경화 시의 수축 응력을 작게 하거나 하는 것이 필요했다(특허문헌 2).
또한, 실리콘 인터포저 상에 열경화 수지를 전체면 밀봉했을 경우, 실리콘과 열경화성 수지와의 열팽창 계수의 차이로 큰 휨이 발생한다. 휨이 크면 그 후의 연마 공정이나 개편화 공정에 있어서 문제가 발생하기 때문에, 휨의 방지가 큰 기술 과제로 되어 있다.
휨을 방지하기 위해서, 종래, 에폭시 수지와 산 무수물이나 페놀 수지 등의 경화제를 사용한 조성물에, 필러를 85질량％ 이상 충전하고, 응력 완화를 위하여 고무나 열가소성 수지를 배합한 밀봉재가 사용되어 왔다(특허문헌 3). 그러나, 이와 같은 조성물은, 필러를 고충전하기 위하여 유동성이 부족하고, 박막의 밀봉 성형 시에 미충전이 발생하거나, 웨이퍼 외주부에 플로우 마크가 발생하거나 한다고 하는 문제가 있었다.
또한, 미충전이란, 웨이퍼 외주부에 발생하는 수지의 결함이고, 미충전이 발생하면 후속 공정에서 웨이퍼를 반송할 때에, 센서가 미충전부를 노치로 오인식하여, 위치 정렬 특성의 저하가 염려된다. 또한, 플로우 마크란, 성형물의 중심으로부터 외측을 향하여 방사상으로 남는 흰 유동 자국이고, 플로우 마크가 발생하면 외관 불량이나 경화물의 물성의 변동, 거기에 수반하는 신뢰성의 저하 등이 염려된다.
일본 특허 공개 제2014-229771호 공보 일본 특허 공개 제2012-209453호 공보 일본 특허 공개 제2011-116843호 공보
따라서, 본 발명은 대면적의 실리콘 웨이퍼 또는 기판을 수지 조성물로 일괄 밀봉할 때에 미충전이나 플로우 마크 등의 성형 불량이 발생하는 일이 없는 밀봉 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 실상에 감안하여, 본 발명자들은 예의 연구를 행한 결과, 특정한 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물을 사용하여 특정한 조건 하에서 압축 성형함으로써 대면적의 웨이퍼 또는 대형 기판을 일괄 밀봉할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하였다. 여기서, 「대면적의 웨이퍼」란, 직경 8인치(20센티미터) 이상, 「대형 기판」이란 세로 200mm 이상, 가로 200mm 이상의 기판을 가리킨다.
즉, 본 발명은 다음의 것이다.
[1]
(A) 에폭시 수지;
(B) 경화제;
(C) 프리겔화제: 상기 에폭시 수지 (A)와 상기 경화제 (B)의 합계 100질량부에 대하여 5 내지 30질량부; 및
(D) 충전재: 상기 에폭시 수지 (A), 상기 경화제 (B) 및 상기 프리겔화제 (C)의 합계 100질량부에 대하여 100 내지 2,500질량부
를 포함하는 경화성 에폭시 수지 조성물을 사용하여,
반도체 소자가 탑재된 한 변이 200mm인 정사각형 이상의 크기인 기판의 반도체 소자 탑재면 또는 반도체 소자가 형성된 직경 200mmφ 이상의 웨이퍼의 반도체 소자 형성면을 일괄 밀봉하는 반도체 소자 탑재 기재 밀봉 공정을 갖는 반도체 소자 탑재 기재 밀봉 방법이며,
해당 반도체 소자 탑재 기재 밀봉 공정에서의 일괄 밀봉 시의 조건이,
(a) 압축 성형,
(b) 성형 온도: 100 내지 175℃,
(c) 성형 시간: 2 내지 20분 및
(d) 성형력: 150 내지 350kN, 성형 압력: 2.97 내지 10.80MPa
인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탑재 기재 밀봉 방법.
[2]
반도체 소자 탑재 기재 밀봉 공정에 있어서, 추가로 다음의 조건
(e) 경화 온도: 100 내지 250℃ 및
(f) 경화 시간: 0.5 내지 10시간
에서 후 경화를 행하는, [1]에 기재된 반도체 소자 탑재 기재 밀봉 방법.
[3]
상기 경화제 (B)가 산 무수물계 경화제이고, 그의 사용량이 상기 에폭시 수지 (A) 중의 에폭시기 1몰에 대하여 해당 산 무수물계 경화제 중의 산 무수물기의 몰비가 0.5 내지 1.5가 되는 양인, [1] 또는 [2]에 기재된 반도체 소자 탑재 기재 밀봉 방법.
[4]
상기 경화제 (B)가 페놀계 경화제이고, 그의 사용량이 상기 에폭시 수지 (A) 중의 에폭시기 1몰에 대하여 해당 페놀계 경화제 중의 페놀성 수산기의 몰비가 0.5 내지 2.0이 되는 양인, [1] 또는 [2]에 기재된 반도체 소자 탑재 기재 밀봉 방법.
[5]
프리겔화제 (C)의 성분이 열가소성 수지인 [1] 내지 [4] 중 어느 한 항에 기재된 반도체 소자 탑재 기재 밀봉 방법.
본 발명의 웨이퍼 또는 기판의 밀봉 방법에 의하면, 대면적을 갖는 반도체 소자 탑재 기재를 일괄적으로 밀봉할 수 있고, 미충전이나 플로우 마크의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 본 발명의 밀봉 방법으로 밀봉된 웨이퍼 또는 기판은 휨이 작고, 내열성도 우수하다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
[반도체 소자 밀봉용 수지 조성물]
본 발명에 사용하는 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물은, 다음의
(A) 에폭시 수지,
(B) 경화제,
(C) 프리겔화제 및
(D) 충전재
를 포함하는 경화성 에폭시 수지 조성물이다.
이하, 각 성분에 대하여 상세하게 설명한다.
[(A) 에폭시 수지]
본 발명에 사용되는 (A) 성분의 에폭시 수지는, 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물의 주성분이고, 공지된 에폭시 수지를 사용할 수 있다. (A) 성분의 에폭시 수지로서는, 예를 들어 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 A 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 F 노볼락형 에폭시 수지, 스틸벤형 에폭시 수지, 트리아진 골격 함유 에폭시 수지, 플루오렌 골격 함유 에폭시 수지, 트리페놀알칸형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 크실릴렌형 에폭시 수지, 비페닐아르알킬형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 다관능 페놀류 및 안트라센 등의 다환 방향족류의 디글리시딜에테르 화합물 및 이들에 인 화합물을 도입한 인 함유 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 다관능 페놀류 디글리시딜에테르 화합물이 바람직하게 사용된다. 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다.
에폭시 수지 (A)의 배합량은, 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물 중, 3 내지 30질량％로 하는 것이 바람직하고, 특히 4 내지 15질량％, 또한 5 내지 10질량％로 하는 것이 바람직하다. 에폭시 수지 (A)의 배합량이 3질량％ 미만인 경우, 반도체 밀봉용 수지 조성물이 성형 곤란해지고, 30질량％를 초과하는 경우, 밀봉 후의 성형물의 휨이 커질 우려가 있다.
[(B) 경화제]
본 발명에 사용되는 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물 중, (B) 성분의 경화제는 (A) 성분의 에폭시 수지와 반응하는 경화제라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 이 경화제는, 해당 경화제의 분자 중의 반응성 관능기(아미노기, 페놀성 수산기, 산 무수물기 등)와, (A) 성분의 에폭시 수지 중의 에폭시기를 반응시켜, 삼차원 가교 구조를 형성한 경화물을 얻기 위하여 첨가된다.
(B) 성분의 경화제로서는, 예를 들어 아민계 경화제, 페놀계 경화제, 산 무수물계 경화제 등을 들 수 있고, 그 중에서도, 산 무수물계 경화제가 바람직하다.
아민계 경화제로서는, 3,3'-디에틸-4,4'-디아미노페닐메탄, 3,3',5,5'-테트라메틸-4,4'-디아미노페닐메탄, 3,3',5,5'-테트라에틸-4,4'-디아미노페닐메탄 등의 방향족 디아미노디페닐메탄 화합물, 2,4-디아미노톨루엔, 1,4-디아미노벤젠, 1,3-디아미노벤젠 등을 들 수 있고, 이들을 1종 단독으로 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 3,3'-디에틸-4,4'-디아미노페닐메탄, 2,4-디아미노톨루엔이 바람직하다.
(A) 성분 중에 포함되는 에폭시기 1몰에 대하여, 아민계 경화제 중의 아미노기의 몰비는 0.7 내지 1.2가 바람직하고, 0.7 내지 1.1이 보다 바람직하고, 0.85 내지 1.05가 더욱 바람직하다. 상기 몰비가 0.7 미만에서는 미반응된 에폭시기가 잔존하고, 유리 전이 온도가 저하, 또는 밀착성이 저하될 우려가 있다. 한편, 상기 몰비가 1.2를 초과하면 경화물이 딱딱하고 깨지기 쉬워지고, 리플로우 시 또는 온도 사이클 시에 크랙이 발생할 우려가 있다.
페놀계 경화제로서는, 예를 들어 페놀 노볼락 수지, 나프탈렌환 함유 페놀 수지, 아르알킬형 페놀 수지, 트리페놀알칸형 페놀 수지, 비페닐 골격 함유 아르알킬형 페놀 수지, 비페닐형 페놀 수지, 지환식 페놀 수지, 복소환형 페놀 수지, 나프탈렌환 함유 페놀 수지, 레조르시놀형 페놀 수지, 알릴기 함유 페놀 수지, 비스페놀 A형 수지, 비스페놀 F형 수지, 비스페놀 S형 페놀 수지 등을 들 수 있고, 이들을 1종 단독으로 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 알릴기 함유 페놀 수지, 페놀 노볼락 수지가 바람직하다.
경화제로서 페놀 수지가 사용되는 경우, 에폭시 수지 중에 포함되는 에폭시기 1몰에 대하여, 경화제 중에 포함되는 페놀성 수산기의 몰비는 0.5 내지 2.0이 바람직하고, 0.8 내지 1.5가 보다 바람직하다.
산 무수물계 경화제로서는, 예를 들어 3,4-디메틸-6-(2-메틸-1-프로페닐)-1,2,3,6-테트라히드로 무수 프탈산, 1-이소프로필-4-메틸-비시클로[2.2.2]옥트-5-엔-2,3-디카르복실산 무수물, 메틸테트라히드로 무수 프탈산, 메틸헥사히드로 무수 프탈산, 헥사히드로 무수 프탈산, 무수 메틸하이믹산, 피로멜리트산 이무수물, 알로오시멘 무수 말레산 부가물, 벤조페논테트라카르복실산 이무수물, 3,3',4,4'-비페닐테트라비스벤조페논테트라카르복실산 이무수물, (3,4-디카르복시페닐)에테르 이무수물, 비스(3,4-디카르복시페닐)메탄 이무수물, 2,2-비스(3,4-디카르복시페닐)프로판 이무수물 등을 들 수 있고, 이들을 1종 단독으로 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 3,4-디메틸-6-(2-메틸-1-프로페닐)-1,2,3,6-테트라히드로 무수 프탈산, 1-이소프로필-4-메틸-비시클로[2.2.2]옥트-5-엔-2,3-디카르복실산 무수물, 메틸테트라히드로 무수 프탈산, 메틸헥사히드로 무수 프탈산, 헥사히드로 무수 프탈산이 바람직하다.
산 무수물계 경화제가 사용되는 경우, 에폭시 수지 (A) 중의 에폭시기 1몰에 대하여, 경화제 중의 산 무수물기(-CO-O-CO-)의 몰비는, 0.5 내지 1.5인 것이 바람직하고, 0.7 내지 1.3이 보다 바람직하고, 0.9 내지 1.1이 더욱 바람직하다. 상기 몰비가 0.5 미만에서는, 미반응된 에폭시기가 잔존함으로써, 유리 전이 온도가 저하되고, 또한 밀착성도 저하될 우려가 있다. 또한, 상기 몰비가 1.5를 초과하면, 경화물이 딱딱하고 깨지기 쉬워지기 때문에 리플로우 시 또는 온도 사이클 시험 시에 크랙이 발생할 우려가 있다.
[(C) 프리겔화제]
본 발명에 사용되는 (C) 성분의 프리겔화제는, 가열에 의해 에폭시 수지가 저점도화되는 것에 의한, 플로우 마크의 발생이나 경화 수축 기인의 성형체의 휨 등을 억제한다. 상기 프리겔화제는, 조성물 제조 시에 분산하기 쉬운 분체(粉體)인 것이 바람직하고, 또한 저온 영역에서 용이하게 용해하고, 에폭시 수지, 필요에 따라 사용되는 경화제, 충전재, 기타 첨가제와의 상용성이 되는 것이 바람직하다.
상기 분체로서는 평균 입경 0.2 내지 50㎛, 나아가 0.5 내지 50㎛, 특히 1 내지 10㎛ 정도의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다. 이 범위 내이면, 에폭시 수지로 분산되기 쉽다. 또한, 상기 평균 입경의 값은, 레이저광 회절법에 의한 입도 분포 측정에 있어서의 누적 질량 평균값 D50(또는 메디안 직경)에 의해 측정된 것이다. 또한, 프리겔화제는, 상기 저온 영역에서 에폭시 수지 등에 용이하게 용해되고, 상용성이 좋은, 열가소성 수지인 것이 바람직하다. 열가소성 수지로서는, 예를 들어 아크릴 수지, 염화비닐 수지, 폴리아미드 수지 등을 들 수 있고, 아크릴 수지가 내열성이 관점에서 바람직하다. 또한, 프리겔화제는, 부분 가교물이어도 되고, 보다 바람직하게는 비가교물이다.
또한, 프리겔화제는, 겔화 효과가 높은 점에서, 수 평균 분자량으로 10,000 내지 10,000,000, 나아가 100,000 내지 5,000,000의 것이 바람직하다. 또한, 해당 수 평균 분자량은, 폴리스티렌을 표준 물질로 한 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정된 값이다.
상기 프리겔화제의 구체예로서는, 예를 들어 아이카 고교제의 상품명 제피악 F-301, F-303, F-320, F-325, F-340M, F-351 등의 아크릴 수지를 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도 되고 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다. 상기 프리겔화제는, 대략 25 내지 80℃ 정도에서는 고형상이고, 80 내지 120℃ 정도에서 연화 내지 용융한다. 프리겔화제가 연화 내지 용융한 후에는 다른 성분과 상용화하여 에폭시 수지 조성물을 저점도화하기 어렵게 하여, 에폭시 수지가 경화제와 반응하여 겔화하는 것과 더불어 단시간에 조성물을 겔 상태로 할 수 있다.
상기 프리겔화제의 사용량으로서는, 에폭시 수지 (A)와 경화제 (B) 100질량부에 대하여, 프리겔화제 5 내지 30질량부가 바람직하고, 특히 10 내지 20질량부가 바람직하다. 프리겔화제의 사용량이 5질량부 미만인 경우, 에폭시 수지가 반응하여 겔화할 때까지의 사이에, 프리겔화하는 작용이 충분히 얻어지지 않는 경우가 있고, 30질량부를 초과하는 경우, 내열성이 저하되는 경우가 있다.
[(D) 충전재]
본 발명에 사용되는 (D) 성분의 충전재는, 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물의 열팽창률 저하나 내습 신뢰성 향상을 위하여 첨가된다. 해당 충전재로서는, 예를 들어 용융 실리카, 결정성 실리카, 크리스토발라이트 등의 실리카류, 알루미나, 질화규소, 질화알루미늄, 보론니트라이드, 산화티타늄, 유리 섬유, 산화마그네슘 등을 들 수 있다. 이들의 충전재의 평균 입경이나 형상은, 용도에 따라서 선택할 수 있다. 그 중에서도 구상 알루미나, 구상 용융 실리카, 유리 섬유 등이 바람직하다.
충전재의 배합량은, (A) 내지 (C) 성분의 합계 100질량부에 대하여 100 내지 2,500질량부가 바람직하고, 특히 200 내지 1,900질량부가 바람직하다.
[(E) 기타의 첨가제]
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물은, 상기 (A), (B), (C) 및 (D) 성분의 소정량을 배합함으로써 얻어지지만, (E) 성분으로서 기타의 첨가제를 필요에 따라서 본 발명의 목적, 효과를 손상시키지 않는 범위에서 첨가할 수 있다. 이러한 첨가제로서는 경화 촉진제, 중합 개시제, 이형제, 난연제, 이온 트랩제, 산화 방지제, 접착 부여제, 저응력제, 착색제, 커플링제 등을 들 수 있다.
경화 촉진제는, (A)성분의 에폭시 수지 경화 반응을 촉진시키는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 해당경화촉진제로서는, 예를 들어 트리페닐포스핀, 트리부틸포스핀, 트리(p-메틸페닐)포스핀, 트리(노닐페닐)포스핀, 트리페닐포스핀·트리페닐보란, 테트라페닐포스핀·테트라페닐보레이트 등의 인계 화합물, 트리에틸아민, 벤질디메틸아민, α-메틸벤질디메틸아민, 1,8-디아자비시클로[5.4.0]운데센-7 등의 제3급 아민 화합물, 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸 등의 이미다졸 화합물 등을 들 수 있다. 그 중에서도 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀·트리페닐보란이 바람직하다. 경화 촉진제의 첨가량은, (A)와 (B) 성분의 합계 100질량부에 대하여 0.1 내지 10질량부가 바람직하고, 특히 0.5 내지 5질량부가 바람직하다.
이형제는, 경화물의 금형으로부터의 이형성을 향상시키기 위하여 첨가된다. 해당 이형제로서는, 예를 들어 카르나우바 왁스, 라이스 왁스, 칸델릴라 왁스, 폴리에틸렌, 산화 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 몬탄산, 몬탄산과 포화알코올, 2-(2-히드록시에틸아미노)에탄올, 에틸렌글리콜, 글리세린 등과의 에스테르 화합물인 몬탄 왁스, 스테아르산, 스테아르산 에스테르, 스테아르산 아미드 등 공지된 것을 모두 사용할 수 있다.
난연제는, 경화물에 난연성을 부여하기 위하여 첨가된다. 해당 난연제는 공지된 것을 모두 사용할 수 있고, 특별히 제한되지 않는다. 해당 난연제로서는, 예를 들어 포스파젠 화합물, 실리콘 화합물, 몰리브덴산 아연 담지 탈크, 몰리브덴산 아연 담지 산화아연, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화몰리브덴 등을 들 수 있다.
이온 트랩제는, 수지 조성물 중에 포함되는 이온 불순물을 포착하고, 열적 열화 및 흡습 열화를 방지하기 위하여 첨가된다. 이온 트랩제는 공지된 것을 모두 사용할 수 있고, 특별히 제한되지 않는다. 이온 트랩제로서는, 예를 들어 히드로탈사이트류, 수산화 비스무트 화합물, 희토류 산화물 등을 들 수 있다.
(E) 성분의 배합량은, 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물의 용도에 따라 상이하지만, 어느 쪽의 첨가제도 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물 전체의 10질량％ 이하의 양이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물의 점도는 JIS Z8803: 2011에 준하여, 25℃의 측정 온도에서, E형 점도계를 사용하여, 시료를 세팅하고 2분 후의 값을 측정한 것이다. 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물의 점도는, 바람직하게는 10 내지 1,000Pa.s이고, 보다 바람직하게는 50 내지 700Pa·s이다. 점도를 조정하기 위해서는, 무기 충전제의 사용량을 적절히 변경하면 된다.
[반도체 소자 밀봉용 수지 조성물의 제조]
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물은, 예를 들어 이하에 기재되는 것과 같은 방법으로 제조할 수 있다.
에폭시 수지 (A)와 경화제 (B)와 프리겔화제 (C)와 충전재 (D)를, 동시에 또는 따로따로 필요에 따라 가열 처리를 행하면서 혼합, 교반, 용해 및/또는 분산시킴으로써, (A), (B), (C) 및 (D) 성분의 혼합물을 얻는다. 이때에, (A), (B), (C) 및 (D) 성분의 혼합물 외에, (E) 성분의 기타 첨가제인 경화 촉진제, 이형제, 난연제 및 이온 트랩제 등을 첨가해도 된다. (A) 내지 (E)의 각 성분은 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
상기 성분의 혼합, 교반, 분산 등의 장치로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 교반, 가열 장치를 구비한 분쇄기, 3중 롤밀, 볼 밀, 플라너터리 믹서, 비즈 밀 등을 사용할 수 있다. 또한, 이들 장치를 적절히 조합하여 사용해도 된다.
[반도체 소자 탑재 기재 밀봉 공정]
본 공정은, 상기 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물로, 대면적의 반도체 소자 탑재 기재를 일괄 밀봉하는 공정이다.
즉, 상기 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물을 소정의 두께가 되도록 계량하고, 대면적을 갖는 웨이퍼 또는 유기 기판에 탑재된 적층 반도체 소자 상에 충전한다. 그 기재를 압축 성형 가능한 몰드 장치 등을 사용하여, 하기의 성형 조건인 성형 온도, 성형 시간 및 성형 압력으로 밀봉한다. 밀봉 후, 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물을 추가로 경화시키기 위해서, 필요에 따라 소정의 경화 온도 및 경화 시간에서 후 경화를 행한다.
(1) 수지 두께
밀봉 수지의 두께는, 반도체 소자에 의해 적절히 결정하면 되지만, 50 내지 3,000㎛가 바람직하고, 특히 100 내지 2,000㎛가 바람직하다. 또한, 사용하는 기재로서 실리콘 웨이퍼를 사용하는 경우의 밀봉 수지의 두께로서는, 성형 시에 균열이나 깨짐 등이 발생하지 않는 두께이면 되고, 바람직하게는 10 내지 1,000㎛이고, 더욱 바람직하게는 20 내지 775㎛이다.
(2) 기재의 크기
대면적의 실리콘 웨이퍼란, 본 발명에서는 직경 200mm 이상의 웨이퍼를 말한다. 실제로는, 200 내지 450mm의 웨이퍼가 대상이다. 또한, 기재로서 기판을 사용하는 경우에는, 기판의 두께가 압축 성형시에 서포트 기능을 갖는 정도이면 되고, 기판의 두께는, 바람직하게는 30㎛ 내지 5,000㎛이고, 더욱 바람직하게는 50㎛ 내지 3,000㎛이다. 또한, 기판의 크기에 대해서는, 본 발명에서는 세로 200mm 이상, 가로 200mm 이상의 사각형이면 「대면적의 기판」이라고 한다. 실제로는, 세로 200 내지 650mm, 가로 200 내지 650mm의 기판이 본 발명의 대상이다.
(3) 기재의 종류
기재의 종류로서는 세라믹스 기판, 표면이 절연 처리된 구리나 알루미늄 기판, BT(비스말레이미드트리아진) 수지 기판, FRP(섬유 강화 플라스틱) 기판 등을 들 수 있고, 특히 BT 수지 기판이나 세라믹스 기판이 바람직하게 사용된다.
(4) 성형 조건
압축 성형시의 성형 조건은, 성형 온도가 100 내지 175℃, 바람직하게는 120 내지 175℃, 성형시간이 2 내지 20분, 바람직하게는 3 내지 10분, 성형력이 50 내지 350kN, 바람직하게는 150 내지 350kN이고, 성형 압력이 바람직하게는 2.97 내지 10.80MPa이다.
(5) 완전 경화 조건(후 경화)
상기 조건에서 밀봉된 기재는, 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물을 더욱 경화시키기 위해서, 온도 100 내지 250℃, 바람직하게는 150 내지 250℃이고, 시간 0.5 내지 10시간, 바람직하게는 1 내지 5시간으로 경화시키는 것이 바람직하다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예를 들어, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
[제조예]
제조예 1 내지 12 및 비교 제조예 1 내지 4에 대하여 하기에 나타내는 각 성분을 표 1에 나타내는 조성비로 배합하여 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물을 제조하였다. 또한, 표 1에 있어서, (A) 내지 (E) 성분의 양은 질량부를 나타낸다.
(A) 에폭시 수지
(A1) 비스페놀 F형 에폭시 수지(품명: YDF-8170: 미쯔비시 가가꾸사제)
(A2) 3관능형 에폭시 수지(품명: EP630: 미쯔비시 가가꾸사제)
(A3) 지환식 에폭시 수지(품명: CEL2021P: 다이셀사제)
(B) 경화제
(B1) 알릴페놀형 페놀 수지(품명: MEH-8000H: 메이와 가세이사제)
(B2) 산 무수물 경화제(품명: 리카시드 MH: 신니혼 리카사제)
(C) 프리겔화제
(C1) 평균 입경 2.0㎛ 에폭시기 변성 아크릴 수지(품명: F-301: 아이카 고교사제)
(C2) 평균 입경 2.0㎛ 아크릴 수지(품명: F-320: 아이카 고교사제)
(D) 충전재
(D1) 평균 입경 8㎛의 구상 실리카(다쯔모리사제)
(D2) 평균 입경 13㎛의 구상 실리카(품명: CS-610353C, 다쯔모리사제)
(E) 그 밖의 성분
(E1) 마이크로 캡슐형 잠재성 경화 촉진제(품명: 노바큐어 HX3088: 아사히 가세이 이머티리얼즈 가부시끼가이샤제)
(E2) 안료(품명: 미쓰비시 카본 3230MJ: 미쯔비시 가가꾸사제)
[실시예 1 내지 12]
실시예 1 내지 10에서는, 직경 8인치/두께 725㎛의 웨이퍼를 사용하고, 실시예 11 및 12에서는 290mm×290mm/두께 700㎛의 BT(비스말레이미드트리아진) 수지제의 유기 기판을 사용하였다. 실시예 1 내지 12에서는, 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물로서, 각각 제조예 1 내지 12의 조성물을 사용하여, 아픽크 야마다사제 웨이퍼 몰드 장치(MZ824-1)로 수지 두께를 100㎛로 설정하고, 성형력 350kN, 성형 압력 10.80MPa(실시예 1 내지 10) 및 4.16MPa(실시예 11 및 12), 성형 시간 600초, 성형 온도 120℃에서 압축 성형하였다. 그 후, 각 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물을 경화 온도 150℃, 경화 시간 4시간으로 완전 경화(후 경화)시켰다.
[비교예 1 내지 4]
비교예 1 내지 4에서는, 직경 8인치/두께 725㎛의 웨이퍼를 사용하고, 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물로서, 각각 비교 제조예 1 내지 4의 조성물을 사용하여, 실시예 1 내지 12와 동일한 조건에서 압축 성형 및 후 경화를 행하였다.
이들 실시예 1 내지 12, 비교예 1 내지 4에 관한 하기 평가 항목의 측정 결과를 표 1에 나타내었다.
[실시예 13 내지 18]
실시예 13 내지 17에서는 직경 8인치/두께 725㎛의 웨이퍼를 사용하고, 실시예 18에서는 290mm×290mm/두께 700㎛의 BT(비스말레이미드트리아진) 수지제의 유기 기판을 사용하였다. 실시예 13 내지 18에서는, 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물로서 제조예 2의 조성물을 사용하여, 아픽크 야마다사제 웨이퍼 몰드 장치(MZ824-1)로 수지 두께를 100㎛로 설정하고, 표 2에 나타내는 성형 조건에서 성형하였다. 그 후, 각 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물을 표 2에 나타내는 후 경화 조건에서 경화시켜서 실시예 13 내지 18을 얻었다.
[비교예 5 내지 9]
비교예 5, 7 내지 9에서는 직경 8인치/두께 725㎛의 웨이퍼를 사용하고, 비교예 6에서는 290mm×290mm/두께 700㎛의 BT(비스말레이미드트리아진) 수지제의 유기 기판을 사용하였다. 비교예 5 내지 9에서는, 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물로서 제조예 2의 조성물을 사용하여, 아픽크 야마다사제 웨이퍼 몰드 장치(MZ824-1)로 수지 두께를 100㎛로 설정하고, 표 2에 나타내는 성형 조건에서 성형하였다. 그 후, 각 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물을 표 2에 나타내는 후 경화 조건에서 경화시켜서 비교예 5 내지 9를 얻었다.
이들 실시예 13 내지 18 및 비교예 5 내지 9에 관한 하기 평가 항목의 측정 결과를 표 2에 나타내었다.
[평가 항목]
(1) 점도
JIS Z8803: 2011에 기재된 방법에 준하여, 25℃의 측정 온도에서, E형 점도계를 사용하여, 2분 후의 값을 측정하였다.
(2) 플로우 마크, 미충전, 휨 측정
제조한 성형물에 대하여 외관 육안에 의해, 플로우 마크, 미충전의 유무 및 휨을 확인하였다.
(3) 휨 측정
휨의 측정 방법으로서는, 실온(25℃)에서 성형물을 수평한 장소에 두고, 성형물의 높이 방향의 변위를 측정하여, 가장 변위 차가 큰 수치를 판독함으로써 구하였다.
Figure 112021108183570-pat00001
Figure 112021108183570-pat00002

Claims (5)

  1. (A) 에폭시 수지;
    (B) 경화제;
    (C) 프리겔화제: 상기 에폭시 수지 (A)와 상기 경화제 (B)의 합계 100질량부에 대하여 5 내지 30질량부; 및
    (D) 충전재: 상기 에폭시 수지 (A), 상기 경화제 (B) 및 상기 프리겔화제 (C)의 합계 100질량부에 대하여 100 내지 2,500질량부
    를 포함하는 경화성 에폭시 수지 조성물로서,
    (C) 프리겔화제가 25 내지 80℃에서는 고형상이고, 80 내지 120℃에서는 연화 내지 용융하는, 평균 입경 0.2 내지 50㎛의 열가소성 수지의 분체이며,
    조성물 중 (A) 에폭시 수지를 3 내지 30질량％ 포함하는 경화성 에폭시 수지 조성물을 사용하여,
    반도체 소자가 탑재된 한 변이 200mm인 정사각형 이상의 크기인 기판의 반도체 소자 탑재면 또는 반도체 소자가 형성된 직경 200mmφ 이상의 웨이퍼의 반도체 소자 형성면을 일괄 밀봉하는 반도체 소자 탑재 기재 밀봉 공정을 갖는 반도체 소자 탑재 기재 밀봉 방법이며,
    해당 반도체 소자 탑재 기재 밀봉 공정에서의 일괄 밀봉 시의 조건이,
    (a) 압축 성형,
    (b) 성형 온도: 120 내지 175℃,
    (c) 성형 시간: 2 내지 20분 및
    (d) 성형 압력: 2.97 내지 10.80MPa
    인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 탑재 기재 밀봉 방법.
  2. 제1항에 있어서, 반도체 소자 탑재 기재 밀봉 공정에 있어서, 추가로 다음의 조건
    (e) 경화 온도: 100 내지 250℃ 및
    (f) 경화 시간: 0.5 내지 10시간
    에서 후 경화를 행하는, 반도체 소자 탑재 기재 밀봉 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 경화제 (B)가 산 무수물계 경화제이고, 그의 사용량이 상기 에폭시 수지 (A) 중의 에폭시기 1몰에 대하여 해당 산 무수물계 경화제 중의 산 무수물기의 몰비가 0.5 내지 1.5가 되는 양인, 반도체 소자 탑재 기재 밀봉 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 경화제 (B)가 페놀계 경화제이고, 그의 사용량이 상기 에폭시 수지 (A) 중의 에폭시기 1몰에 대하여 해당 페놀계 경화제 중의 페놀성 수산기의 몰비가 0.5 내지 2.0이 되는 양인, 반도체 소자 탑재 기재 밀봉 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프리겔화제 (C)의 성분이 아크릴 수지인, 반도체 소자 탑재 기재 밀봉 방법.
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