(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の半導体部材を混載した半導体装置の封止に適したシート状接着体を提供する。【解決手段】フィルムのうえに品質特性の異なる複数種のエポキシ樹脂系組成物を並列又は及び積層した３次元構造を有するシート状接着体である。エポキシ樹脂系組成物はエポキシ樹脂及び充填剤等より構成される。複数種のエポキシ樹脂系組成物は充填剤として各々シリカを含み、該シリカの特性（形状、粒径等）や含有量が異なることが好ましい。又、フィルムは剥離性、絶縁性、導電性、放熱性、低熱膨張性、遮光性、光透過性、光反射性、耐熱性、撥水性、ガス透過性、電磁波遮蔽性及び電磁波吸収性から選ばれた少なくとも一つの機能を有していることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルムのうえに品質特性の異なる複数種のエポキシ樹脂系組成物を並列又は及び積層したシート状接着体。
【請求項２】
複数種のエポキシ樹脂系組成物が各々シリカを含み、該シリカの特性（形状、粒径等）や含有量が異なることを特徴とする請求項１に記載のシート状接着体。
【請求項３】
フィルムが剥離性、絶縁性、導電性、放熱性、低熱膨張性、遮光性、光透過性、光反射性、耐熱性、撥水性、ガス透過性、電磁波遮蔽性及び電磁波吸収性から選ばれた少なくとも一つの機能を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシート状接着体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体部材を搭載した電子部品（半導体複合装置と称する）の封止に適したエポキシ樹脂系組成物の積層体に係わる。尚、ここでいう半導体部材とは、半導体素子及び関連部材（抵抗、コンデンサー等）を含む半導体複合装置を構成する部材全般を示す。
【背景技術】
【０００２】
最近の半導体装置は樹脂系組成物によって封止されているといって過言ではない。樹脂以外の素材（金属、ガラス及びセラミック等）による封止方法はごく一部の特殊な半導体装置で採用されているに過ぎない。又、樹脂系組成物は、樹脂、充填剤、添加剤等で構成されており、樹脂としては熱硬化性（エポキシ、シリコーン、ポリイミド等）及び熱可塑性（ポリフェニレンスルファイド等）が知られているが、半導体用途では主にエポキシ樹脂が使用されている。
【０００３】
半導体封止用のエポキシ樹脂系組成物（以降、樹脂組成物と称する）は、約３０年前に原型ができ現在に至っている。この間、半導体装置は飛躍的な進歩を遂げ、これに追随するため樹脂組成物の成分はかなり変化してきた。例えば、樹脂はクレゾールノボラック型からビフェノール型に、充填剤であるシリカは破砕状から球状へと基本的な構造や形状が変わってきた。
【０００４】
しかし、封止方法自体はほとんど進化していないのが実状である。樹脂組成物が固形であれば移送成形、液状であれば滴下成形する方法が依然として採用されている。又、半導体素子１個を搭載する半導体装置の成形工程においては、同一材料を使用し該装置を封止するのが通常である。つまり、汎用の半導体装置は同じ樹脂組成物により封止されているのが常識である。
【０００５】
半導体複合装置、例えば、マルチチップモジュール（ＭＣＭ）やシステムインパッケージ（ＳｉＰ）と呼ばれる装置は、複数の半導体部材を搭載している。即ち、寸法、機能及び性能（速度、発熱等）の異なる部材を混載している。このような半導体複合装置は、当然ながら各部材毎に最適の樹脂組成物で封止することが合理的である。例えば、電極間隔の短い部材は他よりも注入性に優れる樹脂組成物で封止することが好ましい。
【０００６】
しかし、現在の半導体複合装置の封止方法は、従来方法を踏襲しており、同一組成の樹脂組成物を用いて装置全体を封止する場合が多い。特に、高品質より低価格を重視する製品では顕著であり、低コスト指向の強い半導体複合装置では半導体部材と樹脂組成物の相性は無視されていた。
【０００７】
一方、半導体装置の軽薄短小化、即ち、高集積・高密度実装の追及には益々拍車がかかっている。例えば、積層型半導体装置（３ＤＰ）や一括封止型半導体装置（ＭＡＰ）も実用化されてきた。これら最先端の半導体装置では、樹脂組成物及び封止方法（これらを封止システムと称する）の抜本的な見直しが要求されている。従来の封止システムでは金線変形や未充填といった大きな問題が発生しているからである。
【０００８】
この結果、新しい封止システムの検討が始まっている。例えば、樹脂組成物検討としてはシリカの高充填や微細化、封止方法検討としては粉体圧縮成形等である。本発明者らは、既に新規封止システムとしてシート状接着材料の圧縮成形を提案している。
【０００９】
今後の半導体複合装置は、非常に複雑で多機能になってくる。多種、多数の半導体部材が３次元的に高密度実装された構造、例えば、ＭＣＭ、３ＤＰ及びＭＡＰが組み合わさった半導体複合装置になると考えられる。本発明者らは、シート状接着材料の検討を鋭意進め、次世代半導体複合装置に適した全く新しい封止用材料を提案するものである。
【００１０】
【特許文献１】特開昭４９−１００５８号公報
【特許文献２】特開２００４−５６１４１号公報
【特許文献３】特開２００４−３４６１８６号公報
【非特許文献１】マイクロデバイス、Ｐ８２、１９８４．６．１１（日経ＢＰ社）
【非特許文献２】電子材料２００４年８月号Ｐ４４（工業調査会）
【非特許文献３】第１５回ＶＬＳＩパッケージシンポジウム、２０００年３月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、最先端の半導体複合装置を封止するのに適した３次元構造を有する接着体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
フィルムのうえに品質特性の異なる複数種の樹脂組成物を並列又は及び積層したシート状接着体である。
【００１３】
該接着体において、複数種の樹脂組成物は各々シリカを含み、該シリカの特性や含有量が異なるものである。
【００１４】
該接着体のフィルムが剥離性、絶縁性、導電性、放熱性、低熱膨張性、遮光性、光透過性、光反射性、耐熱性、撥水性、ガス透過性、電磁波遮蔽性及び電磁波吸収性から選ばれた少なくとも一つの機能を有するものである。
【００１５】
本発明のシート状接着体は、フィルム及び複数種の樹脂組成物より構成されている。半導体複合装置の各半導体部材は、該部材の特性に適した複数種の樹脂組成物で封止されることが必要である。
【００１６】
樹脂組成物とは、エポキシ樹脂を主たる樹脂成分とし、これに充填剤、硬化促進剤そして必要に応じて硬化剤及び添加剤（表面処理剤、粘着剤、撥水剤、粘度調整剤等）を配合したものである。尚、樹脂成分としてエポキシ以外の樹脂を少量混合しても良い。エポキシ樹脂としては、エポキシ基を有する化合物なら何でも良いが、半導体用途では、ビスフェノール型、ビフェノール型、ナフタレン型、ノボラック型及びこれらの誘導体等が使用される場合が多い。硬化促進剤としては、樹脂の架橋反応で触媒効果を有する物質、例えば、アミン系化合物やリン系化合物等を用いることができる。
【００１７】
充填剤としては、従来の半導体用封止材料で使用されている物質、例えば、シリカ、アルミナ、窒化アルミニウム等を使用することができる。本発明としては、半導体素子との特性バランスが良く実績のあるシリカを、主たる充填剤として用いることが好ましい。シリカには、様々な特性（形状、粒度分布、シラノール量等）を有する製品があり、半導体複合装置の各部材の諸特性（寸法、熱膨張率、電極間隔等）に合わせて、最適のシリカを選択し配合することができる。
【００１８】
硬化剤としては、エポキシ樹脂と反応する化合物なら何でも良いが、半導体用途ならフェノール樹脂類、酸無水物類、アミン類を用いる場合が多い。添加剤は、目的により様々な物質が用いられるが、一般的なものとしては表面処理剤（例：シラン系カップリング剤）を挙げることができる。又、本発明の樹脂組成物は、離型剤又は及び染顔料を含まないことが好ましい。離型剤は接着性を低下させるため、染顔料は絶縁性を低下させるため、使用しない方が好ましい。
【００１９】
本発明で用いるフィルムは機能を有することが好ましい。機能としては、剥離性、絶縁性、導電性、放熱性、低熱膨張性、遮光性、光透過性、光反射性、耐熱性、撥水性、ガス透過性、電磁波遮蔽性及び電磁波吸収性を挙げることができる。
【００２０】
フィルムに機能を持たせることで、樹脂組成物を必須成分だけで構成することが可能となる。例えば、離型、空気抜き、光反射及び電波反射といった役割をフィルムに与えることにより、樹脂組成物は接着絶縁性を有する成分で構成でき、該特性と矛盾する成分を排除することができる。
【００２１】
又、複数種のフィルムを使用することにより、多機能性を付与することもできる。例えば、金属箔フィルムと絶縁フィルムを張り合わせて、放熱絶縁フィルムとして利用することもできる。
【００２２】
樹脂組成物をフィルムのうえに配置する方法としては、従来の公知の技術、例えば、塗布、印刷、圧着、貼付、噴霧等の手法を用いることができる。樹脂組成物の特性（粘度、融点等）により適した方法を選択しフィルム上に配列、積層することができる。
【００２３】
図１から図６は、本発明のシート状接着体、複数の半導体部材及び半導体複合装置を説明する図である。これらは基本構成の１単位を示す模式図であり、工業的には複数単位で加工した後に、１単位に切断するのが効率的である。各図において、（Ａ）はシート状接着体（上部）と複数の半導体部材（下部）を断面で示したものであり、（Ｂ）は両者を熱圧着した後の半導体複合装置の断面図である。各々のシート状接着体は目的とする機能を有するフィルムを用いている。尚、加熱条件はいずれの場合も１５０℃・３分である。
【００２４】
これらの半導体複合装置は、寸法や特性の異なる半導体部材より構成されている。各部材に適した樹脂組成物を対向配置し封止することにより、各部材の特性を最大限に発揮できる。尚、シート状接着体は、対象とする半導体部材と相対していれば良く、縦型の圧着装置なら上下、横型の装置なら左右のいずれかに配置すれば良い。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の接着体を用いて半導体複合装置を封止することにより、その性能を最大限に発揮できる。従来の封止材料は、単一、単機能であり、半導体複合装置の全ての部材を満足することはできない。つまり、本発明は、半導体複合装置に適した封止材料を始めて市場に提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明のシート状接着体に関して実施例にて具体的に説明する。尚、本例で用いた部は全て重量部である。又、実施例では、半導体部材として市販品（回路基板、半田、金線）及び擬似加工品を使用した。半導体素子はウエハー（８インチ径、０．５ｍｍ厚）に電極相当部として部分メッキ（アルミニウム）を施し切断した模擬品である。
【００２７】
これらで使用する樹脂組成物は次の通りである。
樹脂組成物１：エポキシ樹脂１１部（ＥＯＣＮ１０２０−５５、日本化薬）、硬化剤７部（ＨＦ−１、明和化成工業）、平均粒径８μｍの球状シリカ８２部（ＳＥ−８、トクヤマ）、硬化促進剤０．２部（ＴＰＰ、サンアプロ）及び表面処理剤０．３部（ＫＢＭ−３０３、信越化学工業）を日本ロール社製２本ロールにて加熱混合したものである。
樹脂組成物２：エポキシ樹脂組成物１において、球状シリカを平均粒径４μｍの細粒タイプ（ＨＰＳ−４、東亞合成）に代えたものである。
【００２８】
樹脂組成物３：エポキシ樹脂１２部（ＥＰＰＮ５０１、日本化薬）、硬化剤１０部（ＭＥＨ８０００Ｈ、明和化成）、平均粒径１μｍの微粒球状シリカ７８部（ＨＰＳ−１、東亞合成）、硬化促進剤０．５部（ＴＰＰ−Ｋ、北興化学）及び表面処理剤０．４部（ＫＢＭ−６０３、信越化学工業）を栗本工作所製ＳＫニーダーで混合溶融したものである。
樹脂組成物４：エポキシ樹脂組成物３において、微粒球状シリカの配合量を６３部に減量したものである。
樹脂組成物５：エポキシ樹脂組成物８部（ＲＥ−３１０Ｓ、大日本インキ化学工業）、硬化剤７部（ＨＮ５５００、日立化成工業）、平均粒径１０μｍの球状シリカ８５部（ＳＥ−９０２、トクヤマ）、硬化促進剤０．８部（ＨＸ−３０８８、旭化成工業）及び表面処理剤０．５部（ＫＢＭ−４０３、信越化学工業）を愛工舎製プラネタリーミキサーで混合したものである。
樹脂組成物６：エポキシ樹脂組成物５において、球状シリカの配合量を１０部に減量したものである。
【実施例１】
【００２９】
本発明のシート状接着体を用いて半導体複合装置を図１のように封止した。該装置は複数の半導体部材を搭載しており、１０は回路基板（ＦＲ−４、利昌工業）、１１は８ｍｍ角の模擬半導体素子、１２は模擬半導体素子の加工品（１１は３層タイプ）である。接着体の１５及び１７が接着材料部であり、それぞれ樹脂組成物３及び樹脂組成物１で構成されている。前者は微粒球状シリカを使用しており注入性に配慮が払われている。１９は遮光性フィルム（ＭＳ−６００Ｃ、出光ユニテック）である。この半導体複合装置は半導体部材の変形もなく、樹脂組成物と隙間なく接着していた。又、該装置の信頼性評価として、吸湿半田試験や冷熱耐湿試験を実施したが不良発生は無かった。１２の寸法は、模擬半導体素子の裏面を厚み０．２５ｍｍに研磨したものであり、１層目は１４ｍｍ角、２層目及び３層目は各々１０ｍｍ角及び６ｍｍ角に切断したものである。又、１１と１２は中心位置で２０ｍｍ並列し搭載されている。
【００３０】
従来の移送成形法の一種であるＭＡＰ成形法により、樹脂組成物１を用いて複数の半導体部材を封止した。得られた半導体複合装置の積層部材１１に金線変形や未充填が認められた。又、吸湿半田試験において半導体部材と樹脂組成物との間に剥離不良が発生した。尚、この場合、遮光フィルムは使用していない。
【００３１】
半導体複合装置の信頼性評価における環境条件は次の通りである。
吸湿半田試験：加圧釜（１２５℃・１００％）に７２時間投入後、半田槽（２６０℃）に１０秒２回浸漬させる。
冷熱耐湿試験：冷熱試験機（−６５℃〜１５０℃）で５００サイクル熱衝撃を加えた後、加圧釜（１３５℃・９５％）に１０００時間投入する。
【実施例２】
【００３２】
図２のように、複数の半導体部材を本発明の接着体で封止し半導体複合装置を得た。２１、２２は模擬半導体素子であり、２２は半田により回路基板２０にフリップ接合されている。シート状接着体は、２５は樹脂組成物１で、２７は樹脂組成物４で、２９は剥離性フィルム（ルミラー、東レ）で構成されている。２５と２７の厚みは各々０．５ｍｍである。熱圧着後の半導体複合装置は隅々まで樹脂組成物が充填されており、信頼性評価でも不良は発生しなかった。尚、剥離フィルムは熱圧着後に半導体複合装置より取り除いた。２２は模擬半導体素子を裏面研磨し厚み０．７５ｍｍにしたものであり、２１と２２は中心位置で２０ｍｍ横に搭載されている。
【００３３】
従来の液状成形法に準じて、樹脂組成物４を滴下し半導体部材を封止したところ、回路基板２０と半導体素子２２の半田接合部において、未充填が発生した。又、冷熱耐湿試験において、接合部の破断による不良が多発した。
【実施例３】
【００３４】
高さが異なる半導体部材、模擬積層コンデンサー３１と模擬半導体素子３２（７ｍｍ角、０．３ｍｍ厚）をシート状接着体により封止した例である（図３）。接着体は、通気性フィルム３９（エクセポール、三菱樹脂）と樹脂組成物１及び２（それぞれ３７、３５の接着材料、厚みはそれぞれ０．３ｍｍと０．７ｍｍ）より構成されている。本実施例の半導体複合装置も熱圧着加工時及び信頼性評価時において全く問題がなかった。細粒シリカは肉薄部への注入、通気性フィルムは気泡排除に優れた効果を示したと思われる。尚、３１は模擬半導体素子（１０ｍｍ角、０．２５ｍｍ厚）を３枚貼り合わせたものであり、３１と３２は中心位置で２０ｍｍ横に配置されている。
【００３５】
このような半導体複合装置を移送成形や液状成形で封止する場合には、外観不良（波状、凹凸状）が大きな問題となっていた。
【実施例４】
【００３６】
本発明のシート状接着体を用いて半導体複合装置を図４のように封止した。４０は感圧再剥離フィルム（７６０H、寺岡製作所）、４１は中心位置で２０ｍｍ離れた二つの模擬半導体素子（１０ｍｍ角、厚み０．３ｍｍ）であり、電極相当面を４０側に粘着固定している。４５及び４７が接着材料部であり、それぞれ樹脂組成物６（厚み０．１ｍｍ）及び樹脂組成物５（厚み０．９ｍｍ）で構成されている。４８は市販のスライドガラスを４１と同寸法に加工したものであり、４９は実施例２と同じ剥離フィルム２９である。この半導体複合装置は、半導体部材の変形もなく、樹脂組成物と隙間なく接着していた。又、該装置の信頼性評価として、吸湿半田試験や冷熱耐湿試験を実施したが不良発生は無かった。
【実施例５】
【００３７】
図５のように、複数の半導体部材を本発明の接着体で封止し半導体複合装置を得た。５０、５１は実施例４と同配置の同部材（各々４０、４１）である。シート状接着体は、５５が樹脂組成物６（０．１ｍｍ厚）、５７が樹脂組成物５（０．９ｍｍ厚）で、５９は剥離フィルム２９で構成されている。熱圧着後の半導体複合装置は樹脂組成物が完全に充填されており、信頼性評価でも不良は発生しなかった。
【実施例６】
【００３８】
半導体素子搭載部材、６０及び６１（各々４０、４１と同部材）を凹凸加工したシート状接着体により封止した例である（図６）。接着体は、感圧再剥離離型フィルム６９（４０と同部材）と接着材料６７（樹脂組成物５）より構成されている。本実施例の半導体複合装置も熱圧着加工時及び信頼性評価時において問題がなかった。
【００３９】
実施例４から６の半導体複合装置を従来の成形方法で封止する場合には、外観不良（凹凸、未充填等）や半導体素子の位置ずれが問題となっていた。又、樹脂組成物５のみで封止した場合に比べて反り量は約半分であった。半導体複合装置の表裏面の応力均衡が優れていることが理由だと思われる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明により、同じ半導体部材を使用しても従来に比べて抜群に優れた品質を有する半導体複合装置が得られる。これは、半導体部材毎にその特性に合った別々の樹脂組成物で封止するため、全ての半導体部材がその性能を最大限発揮できることを示唆する。今まで、封止技術に係わる問題で組合せ不可であった半導体が使用できるようになり産業上の利用価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の接着体による半導体装置の封止を示す一例の説明図である。
【図２】本発明の接着体による半導体装置の封止を示す一例の説明図である。
【図３】本発明の接着体による半導体装置の封止を示す一例の説明図である。
【図４】本発明の接着体による半導体装置の封止を示す一例の説明図である。
【図５】本発明の接着体による半導体装置の封止を示す一例の説明図である。
【図６】本発明の接着体による半導体装置の封止を示す一例の説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０、２０、３０                    回路基板
１１、１２、２１、２２、３１、３２、４１、５１、６１  模擬半導体素子
１５、１７、２５、２７、３５、３７、４５、４７、５５、５７、６７  樹脂組成物
１９                                機能性フィルム（遮光フィルム）
２９、４９、５９                    機能性フィルム（剥離フィルム）
３９                                機能性フィルム（通気性フィルム）
４０、５０、６０、６９              機能性フィルム（感圧再剥離フィルム）
４８                                スライドガラス加工品
【図１】
2006117919.tif 000003
【図２】
2006117919.tif 000004
【図３】
2006117919.tif 000005
【図４】
2006117919.tif 000006
【図５】
2006117919.tif 000007
【図６】
2006117919.tif 000008