(57)【要約】半導体パッケージが、少なくとも1つの集積回路を含む活性面を有する半導体ウェハを含み、各集積回路が複数のボンドパッドを有する。少なくとも1つの硬化シリコーン部材が、活性面の少なくとも一部分を覆う。各ボンドパッドの少なくとも一部分がシリコーン部材によって覆われない。シリコーン部材は、-40〜150℃の間で60〜280μm/m℃の線膨張係数を有し、かつ25℃で1〜300MPaの弾性率を有し、シリコーン部材は本発明の方法によって製造される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも1つの集積回路を備える活性面を有する半導体ウェハであって、各集積回路が複数のボンドパッドを有する半導体ウェハと、
前記活性面の少なくとも一部分を覆う少なくとも1つの硬化シリコーン部材とを備え、各ボンドパッドの少なくとも一部分が前記シリコーン部材によって覆われず、前記シリコーン部材が、-40℃〜150℃の間で60〜280μm/m℃の線膨張係数を有し、かつ25℃で1〜300MPaの弾性率を有し、前記シリコーン部材が、
(i)シリコーン堆積物を形成するために前記活性面上にシリコーン組成物を印刷するステップであって、前記シリコーン組成物が、
(A)1分子当たり平均で少なくとも2個の珪素結合アルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、
(B)前記組成物を硬化するのに充分な濃度で、1分子当たり平均で少なくとも2個の珪素結合水素原子を含有するオルガノ水素シロキサンと、
(C)25m2/g未満の表面積を有する有効量の無機フィラーと、
(D)触媒量のヒドロシリル化触媒と、
任意選択で、(E)ヒドロシリル化触媒阻害剤と、
任意選択で、(F)本質的にR33SiO1/2シロキサンユニットおよびSiO4/2シロキサンユニットからなるオルガノポリシロキサン樹脂であって、各R3が、1〜20個の炭素原子を有する1価の炭化水素基および1価のハロゲン化炭化水素基から独立して選択され、オルガノポリシロキサン樹脂中のR33SiO1/2ユニットとSiO4/2ユニットのモル比が0.65〜1.9であるオルガノポリシロキサン樹脂と
を含むステップと、
(ii)硬化シリコーン部材を形成するのに充分な時間にわたってシリコーン堆積物を加熱するステップと
を含む方法によって製造される半導体パッケージ。
【請求項２】
前記ウェハがさらにストリートを備える請求項1に記載の半導体パッケージ。
【請求項３】
前記硬化シリコーン部材が10〜200μmの厚さを有する請求項1に記載の半導体パッケージ。
【請求項４】
成分(B)の濃度が、成分(A)中のアルケニル基1個当たり0.8〜1.5個の珪素結合水素原子を提供するのに充分なものである請求項1に記載の半導体パッケージ。
【請求項５】
前記無機フィラーが0.25〜10m2/gの表面積を有する請求項1に記載の半導体パッケージ。
【請求項６】
前記無機フィラーが溶融シリカである請求項1に記載の半導体パッケージ。
【請求項７】
成分(C)の濃度が、成分(A)100重量部当たり100〜600重量部である請求項1に記載の半導体パッケージ。
【請求項８】
前記ヒドロシリル化触媒が白金を含む請求項1に記載の半導体パッケージ。
【請求項９】
前記硬化シリコーン部材が、硬化シリコーン層または硬化シリコーンドームから選択される請求項1に記載の半導体パッケージ。
【請求項１０】
さらに、各ボンドパッドに取り付けられた近位端、および前記硬化シリコーン部材の表面上にある遠位端とを有する金属トレースを備える請求項1に記載の半導体パッケージ。
【請求項１１】
半導体パッケージを製造する方法であって、
(i)少なくとも1つのシリコーン堆積物を形成するために半導体ウェハの活性面の少なくとも一部分にシリコーン組成物を印刷するステップであって、前記活性面が少なくとも1つの集積回路を備え、各集積回路が複数のボンドパッドを有し、各ボンドパッドの少なくとも一部分が前記シリコーン堆積物によって覆われず、前記シリコーン組成物が、
(A)1分子当たり平均で少なくとも2個の珪素結合アルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、
(B)前記組成物を硬化するのに充分な濃度で、1分子当たり平均で少なくとも2個の珪素結合水素原子を含有する有機珪素化合物と、
(C)25m2/g未満の表面積を有する有効量の無機フィラーと、
(D)触媒量のヒドロシリル化触媒と、
任意選択で、(E)ヒドロシリル化触媒阻害剤と、
任意選択で、(F)本質的にR33SiO1/2シロキサンユニットおよびSiO4/2シロキサンユニットからなるオルガノポリシロキサン樹脂であって、各R3が、1〜20個の炭素原子を有する1価の炭化水素基および1価のハロゲン化炭化水素基から独立して選択され、オルガノポリシロキサン樹脂中のR33SiO1/2ユニットとSiO4/2ユニットのモル比が0.65〜1.9であるオルガノポリシロキサン樹脂と
を含むステップと、
(ii)硬化シリコーン部材を形成するのに充分な時間にわたってシリコーン堆積物を加熱するステップとを含み、前記部材が、-40〜150℃の間で60〜280μm/m℃の線膨張係数を有し、かつ25℃で1〜300MPaの弾性率を有する方法。
【請求項１２】
前記ウェハがさらにストリートを備える請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
前記硬化シリコーン部材が10〜200μmの厚さを有する請求項11に記載の方法。
【請求項１４】
成分(B)の濃度が、成分(A)中のアルケニル基1個当たり0.8〜1.5個の珪素結合水素原子を提供するのに充分なものである請求項11に記載の方法。
【請求項１５】
前記無機フィラーが0.25〜10m2/gの表面積を有する請求項11に記載の方法。
【請求項１６】
前記無機フィラーが溶融シリカである請求項11に記載の方法。
【請求項１７】
成分(C)の濃度が、成分(A)100重量部当たり100〜600重量部である請求項11に記載の方法。
【請求項１８】
前記ヒドロシリル化触媒が白金を含む請求項11に記載の方法。
【請求項１９】
前記硬化シリコーン部材が、硬化シリコーン層または硬化シリコーンドームから選択される請求項11に記載の方法。
【請求項２０】
前記印刷ステップが、ステンシル印刷またはスクリーン印刷を使用して行われる請求項11に記載の方法。
【請求項２１】
前記シリコーン堆積物を加熱するステップが、90〜200℃の温度で5〜60分間行われる請求項11に記載の方法。
【請求項２２】
さらに、各ボンドパッドに取り付けられた近位端、および前記硬化シリコーン部材の表面上にある遠位端とを有する金属トレースを形成するステップを含む請求項11に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パッケージに関し、より詳細には、硬化シリコーン部材を含むウェハレベル半導体パッケージに関する。本発明はまた、半導体パッケージを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路(IC)チップまたはダイは通常、プリント配線板(PWB)上への組立て前にパッケージされる。パッケージは、相互接続(電力および信号伝送)、機械的な保護および環境からの保護、ならびに熱放散を含めたいくつかの重要な機能を有する。さらに、パッケージは、ICチップ上の狭いピッチ(ボンドパッド間の中心間距離)から、プリント回路板製造業者が要求する比較的広いピッチへ、接続を「広げる」ための機構として働く。
【０００３】
競争の激しい電子パッケージング市場では、性能、スループット、コスト、および信頼性といった要因が、パッケージング技術に大きな影響を与える。パッケージは通常、個々のICチップに対して行われるが、ウェハレベルで(すなわち、ウェハから個々のチップを個別化する前に)ICをパッケージする方法の開発への関心が高まっている。ウェハレベルパッケージングは、個別チップパッケージングよりも高いスループット、高い信頼性、および低いコストを実現する可能性がある。
【０００４】
ICパッケージの信頼性は、しばしば、ダイとパッケージ基板との間、またはパッケージとPWBとの間での相互接続要素(例えば、はんだ継手、ボンドワイヤ)の破損によって制限される。そのような破損は、しばしば、パッケージ組立て中に受ける機械的な応力、および/またはシリコンダイと基板材料との熱膨張係数(CTE)の差によるものである。したがって、半導体パッケージ内で機械的または熱的に誘発される応力を最小限に抑えるための様々な手法が報告されている。例えば、Cagan他に対する米国特許第5171716号が、150℃未満のガラス転移温度を有する応力除去層を含む半導体デバイスを開示している。
【０００５】
Kang等が、応力緩衝層として高いCTE/弾性率の誘電ポリマーを含むウェハレベルチップスケールパッケージを教示している(Electronic Components and Technology Conference Proceedings,2000,87-92)。
【０００６】
Strandjord等が、感光性ベンゾシクロブテンを用いた応力緩衝およびパッシベーション適用例のための1マスク工程を教示している(IEMT/IMC Symposium Proceedings,1997,261-266)。
【０００７】
Linに対する米国特許第6103552号が、ウェハスケールパッケージングに関する工程およびパッケージを開示している。この工程は、ポリイミド、シリコーンエラストマー、またはベンゾシクロブテンなどポリマー材料の層をチップの表面上に堆積することを含む。'552特許はさらに、ポリマーの膨張の温度係数を低くして、パッケージ内の金属スタッドの係数に合致させ、それによりスタッドポリマー境界面での局所応力を最小限に抑えることを教示している。
【０００８】
Kung他に対する米国特許第6197613号は、ウェハレベルパッケージを形成する方法であって、多数の金属トレースに関するベース層として絶縁弾性材料層が提供され、弾性材料が、応力緩衝層として機能するように充分に低いヤング率を有する方法を開示している。
【０００９】
Kung他に対する米国特許第6277669号は、ウェハレベルパッケージを製造する方法であって、複数の絶縁された島を形成するために、印刷、被覆、または積層といった方法によってパッシベーション層の上にエラストマー材料層がはじめに堆積される方法が開示されている。
【００１０】
半導体パッケージングに対する前述した手法は、ある範囲の熱特性を有するパッケージを提供するが、より優れた熱安定性および信頼性を有する半導体パッケージが引き続き求められている。
【特許文献１】米国特許第5171716号
【非特許文献１】Kang等「Electronic Components and Technology Conference Proceedings,2000,87-92」
【非特許文献２】Strandjord等「IEMT/IMC Symposium Proceedings,1997,261-266」
【特許文献２】米国特許第6103552号
【特許文献３】米国特許第6197613号
【特許文献４】米国特許第6277669号
【特許文献５】米国特許第3419593号
【特許文献６】米国特許第4766176号
【特許文献７】米国特許第5017654号
【特許文献８】米国特許第4087585号
【特許文献９】米国特許第5194649号
【特許文献１０】米国特許第2676182号
【特許文献１１】米国特許第6168974B1号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、少なくとも1つの集積回路を備える活性面を有する半導体ウェハであって、各集積回路が複数のボンドパッドを有する半導体ウェハと、
活性面の少なくとも一部分を覆う少なくとも1つの硬化シリコーン部材とを備え、各ボンドパッドの少なくとも一部分がシリコーン部材によって覆われず、シリコーン部材が、-40℃〜150℃の間で60〜280μm/m℃の線膨張係数を有し、かつ25℃で1〜300MPaの弾性率を有し、シリコーン部材が、
(i)シリコーン堆積物を形成するために活性面上にシリコーン組成物を印刷するステップであって、シリコーン組成物が、
(A)1分子当たり平均で少なくとも2個の珪素結合アルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、
(B)組成物を硬化するのに充分な濃度で、1分子当たり平均で少なくとも2個の珪素結合水素原子を含有するオルガノ水素シロキサンと、
(C)25m2/g未満の表面積を有する有効量の無機フィラーと、
(D)触媒量のヒドロシリル化触媒と
を含むステップと、
(ii)硬化シリコーン部材を形成するのに充分な時間にわたってシリコーン堆積物を加熱するステップと
を含む方法によって製造される半導体パッケージを対象とする。
【００１２】
さらに、本発明は、半導体パッケージを製造する方法であって、
(i)少なくとも1つのシリコーン堆積物を形成するために半導体ウェハの活性面の少なくとも一部分にシリコーン組成物を印刷するステップであって、活性面が少なくとも1つの集積回路を備え、各集積回路が複数のボンドパッドを有し、各ボンドパッドの少なくとも一部分がシリコーン堆積物によって覆われず、シリコーン組成物が、
(A)1分子当たり平均で少なくとも2個の珪素結合アルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、
(B)組成物を硬化するのに充分な濃度で、1分子当たり平均で少なくとも2個の珪素結合水素原子を含有する有機珪素化合物と、
(C)25m2/g未満の表面積を有する有効量の無機フィラーと、
(D)触媒量のヒドロシリル化触媒と
を含むステップと、
(ii)硬化シリコーン部材を形成するのに充分な時間にわたってシリコーン堆積物を加熱するステップとを含み、部材が、-40〜150℃の間で60〜280μm/m℃の線膨張係数を有し、かつ25℃で1〜300MPaの弾性率を有する方法を対象とする。
【００１３】
本発明の半導体パッケージは、広い温度範囲にわたって良好な熱安定性を示し、かつ良好な環境耐性を示す。また、半導体パッケージは、ウェハ上の全てのICの同時試験を可能にする。さらに、個々のチップを、ウェハレベル半導体パッケージから個別化する(分離する)ことができ、各チップが、IC自体よりもわずかに大きいサイズを有する。従来のICパッケージよりも軽く、小さく、かつ薄いこれらの「チップスケールパッケージ」は、高密度用途に理想的である。
【００１４】
本発明の半導体パッケージを製造する方法は、高スループット製造工程に拡張可能である。重要なことに、この方法は、ウェハ上の全てのICの同時パッケージングを可能にする。さらに、この方法は、従来のステンシル印刷機器および方法を採用する。従来のスピンコーティング法に比べ、本発明の方法は、材料(シリコーン組成物)の浪費が少なく、かつ工程ステップが少ない。
【００１５】
本発明の半導体パッケージを使用して、個別のICチップパッケージを製造することができる。チップパッケージは、計算器、電話、テレビジョン、ならびにメインフレームおよびパーソナルコンピュータなど電子機器に組み込むことができるプリント配線板を製造するのに有用である。
【００１６】
本発明のこれらおよびその他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、頭書の特許請求の範囲、および添付図面を参照すればより良く理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明による半導体パッケージは、
少なくとも1つの集積回路を備える活性面を有する半導体ウェハであって、各集積回路が複数のボンドパッドを有する半導体ウェハと、
活性面の少なくとも一部分を覆う少なくとも1つの硬化シリコーン部材とを備え、各ボンドパッドの少なくとも一部分がシリコーン部材によって覆われず、シリコーン部材が、-40℃〜150℃の間で60〜280μm/m℃の線膨張係数を有し、かつ25℃で1〜300MPaの弾性率を有し、シリコーン部材が、
(i)シリコーン堆積物を形成するために活性面上にシリコーン組成物を印刷するステップであって、シリコーン組成物が、
(A)1分子当たり平均で少なくとも2個の珪素結合アルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、
(B)組成物を硬化するのに充分な濃度で、1分子当たり平均で少なくとも2個の珪素結合水素原子を含有するオルガノ水素シロキサンと、
(C)25m2/g未満の表面積を有する有効量の無機フィラーと、
(D)触媒量のヒドロシリル化触媒と
を含むステップと、
(ii)硬化シリコーン部材を形成するのに充分な時間にわたってシリコーン堆積物を加熱するステップと
を含む方法によって製造される。
【００１８】
半導体ウェハは、珪素やガリウム砒素などの半導体材料からなる。半導体ウェハの活性面は、少なくとも1個、典型的には100個を超えるICを備える。ICの例としては、DRAM、FLASH、SRAM、およびLOGICデバイスがあり、しかしこれらに限定されない。各ICは、通常はICの周縁部に位置される複数のボンドパッド(すなわちI/O端子)を有する。集積回路1個当たりのボンドパッドの数は、回路の複雑さによって約4〜約2000にすることができる。ボンドパッドは、導電性金属、典型的にはアルミニウム、銅、またはそれらの合金から形成される。
【００１９】
半導体ウェハはさらに、ボンドパッド以外のウェハの活性面を覆うパッシベーション層を備えることができる。パッシベーション層に適した材料の例として、ポリイミド、ベンゾシクロブテン、およびポリベンズオキサゾールがある。また、半導体ウェハは、ストリートまたはスクライブラインを含むことができ、それに沿ってウェハを個々のチップに切断することができる。半導体ウェハ上に集積回路を製造する方法は、当技術分野で周知である。
【００２０】
硬化シリコーン部材は、ドーム形、層状、円柱形、球形、半球形、円錐形、立方体、楕円形、六角形、卵形、ピラミッド形、楔形、多面体、および円板形など様々な形状を有することができ、しかしこれらに限定されない。詳細な形状は、未硬化のシリコーン組成物のレオロジー特性、ステンシルまたはスクリーンのアパーチャのサイズおよび形状、ならびに印刷条件によって決まる。シリコーン部材の厚さ(または高さ)は、10〜250μm、あるいは10〜200μm、または10〜50μmにすることができる。
【００２１】
硬化シリコーン部材は、-40〜150℃の間で60〜280μm/m℃、あるいは60〜180μm/m℃、または150〜180μm/m℃の線膨張係数を有する。さらに、硬化シリコーン部材は、25℃で1〜300MPa、あるいは1〜100MPa、または1〜20MPaの弾性率を有する。硬化シリコーン部材の熱膨張係数および弾性率は、以下の実施例で説明するように求められる。
【００２２】
硬化シリコーン部材は、(A)1分子当たり平均で少なくとも2個の珪素結合アルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、(B)組成物を硬化するのに充分な濃度で、1分子当たり平均で少なくとも2個の珪素結合水素原子を含有するオルガノ水素シロキサンと、(C)有効量の無機フィラーと、(D)触媒量のヒドロシリル化触媒とを含むシリコーン組成物を用いて製造される。
【００２３】
成分(A)は、1分子当たり平均で少なくとも2個の珪素結合アルケニル基を含有する少なくとも1種のオルガノポリシロキサンである。オルガノポリシロキサンは、直鎖構造を有していても、分枝構造を有していてもよい。オルガノポリシロキサンは、ホモポリマーであっても、コポリマーであってもよい。アルケニル基は、2〜10個の炭素原子を有することができ、例としてビニル、アリル、ブテニル、ヘキセニルがあり、しかしこれらに限定されない。オルガノポリシロキサン中のアルケニル基は、末端位、ペンダント位、あるいは末端位とペンダント位の両方の位置することもできる。オルガノポリシロキサン中の残りの珪素結合有機基は、脂肪族不飽和を含まない1価の炭化水素基および1価のハロゲン化炭化水素基から独立して選択される。これら1価の基は、1〜20個の炭素原子、あるいは1〜10個の炭素原子を有することができ、例としてメチル、エチル、プロピル、ペンチル、オクチル、ウンデシル、およびオクタデシルなどのアルキル、シクロヘキシルなどのシクロアルキル、フェニル、トリル、キシル、ベンジル、および2-フェニルエチルなどのアリル、ならびに3,3,3-トリフルオロプロピル、3-クロロプロピル、およびジクロロフェニルなどのハロゲン化炭化水素基があり、しかしこれらに限定されない。
【００２４】
分子量および構造と共に変化する25℃でのオルガノポリシロキサンの粘度は、0.002〜60Pa・s、あるいは0.002〜50Pa・s、または0.1〜10Pa・sにすることができる。
【００２５】
シリコーン組成物中で有用なオルガノポリシロキサンの例として、以下の化学式を有するポリジオルガノシロキサンがあり、しかしこれらに限定されない。
ViMe2SiO(Me2SiO)aSiMe2Vi、ViMe2SiO(Me2SiO)0.25a(MePhSiO)0.75aSiMe2Vi、ViMe2SiO(Me2SiO)0.95a(Ph2SiO)0.05aSiMe2Vi、ViMe2SiO(Me2SiO)0.98a(MeViSiO)0.02aSiMe2Vi、Me3SiO(Me2SiO)0.95a(MeViSiO)0.05aSiMe3、およびPhMeViSiO(Me2SiO)aSiPhMeVi。ここで、Me、Vi、およびPhは、それぞれメチル、ビニル、およびフェニルを表し、aは、ポリジオルガノシロキサンの粘度が25℃で0.002〜60Pa・sとなるような値を有する。
【００２６】
オルガノハロシランの加水分解および縮合、または環状ポリジオルガノシロキサンの平衡化など、シリコーン組成物中で使用するのに適したオルガノポリシロキサンを調製する方法は、当技術分野で周知である。
【００２７】
成分(A)は、ただ1種のオルガノポリシロキサンであっても、構造、粘度、平均分子量、シロキサンユニット、および配列など少なくとも1つの特性が異なる2種以上のオルガノポリシロキサンを含有する混合物であってもよい。
【００２８】
成分(B)は、1分子当たり平均で少なくとも2個の珪素結合水素原子を含有する少なくとも1種のオルガノ水素シロキサンである。一般に、成分(A)中の1分子当たりのアルケニル基の平均数と成分(B)中の1分子当たりの珪素結合水素原子の平均数の和が4よりも大きいとき、架橋が生じることが知られている。オルガノ水素シロキサン中の珪素結合水素原子は、末端に位置させることも、ペンダントさせることも、あるいは末端位置とペンダント位置の両方を取らせることもできる。
【００２９】
オルガノ水素シロキサンは、ジシロキサン、トリシロキサン、またはポリシロキサンにすることができる。オルガノ水素シロキサンの構造は、直鎖、分枝、環状、または樹脂状にすることができる。
【００３０】
オルガノ水素シロキサンの例として、1,1,3,3-テトラメチルジシロキサンおよび1,1,3,3-テトラフェニルジシロキサンなどのジシロキサン、フェニルトリス(ジメチルシロキシ)シランおよび1,3,5-トリメチルシクロトリシロキサンなどのトリシロキサン、ならびにトリメチルシロキシ末端ポリ(メチル水素シロキサン)、トリメチルシロキシ末端ポリ(ジメチルシロキサン/メチル水素シロキサン)、ジメチル水素シロキシ末端ポリ(メチル水素シロキサン)、および本質的にH(CH3)2SiO1/2ユニットと、(CH3)3SiO1/2ユニットと、SiO4/2ユニットとからなる樹脂などのポリシロキサンがあり、しかしこれらに限定されない。
【００３１】
成分(B)は、ただ1種のオルガノ水素シロキサンであっても、構造、平均分子量、粘度、シロキサンユニット、および配列など少なくとも1つの特性が異なる2種以上のオルガノ水素シロキサンを含む混合物であってもよい。
【００３２】
本発明のシリコーン組成物中の成分(B)の濃度は、組成物を硬化(架橋)するのに充分なものである。成分(B)の正確な量は、所望の硬化の度合いによって決まり、硬化の度合いは、通常、成分(B)中の珪素結合水素原子のモル数と成分(A)中のアルケニル基のモル数の比が増加するにつれて増加する。成分(B)の濃度は、成分(A)中のアルケニル基1個当たり0.8〜3個の珪素結合水素原子、あるいは0.8〜1.5個の珪素結合水素原子を提供するのに充分なものにすることができる。
【００３３】
オルガノハロシランの加水分解および縮合などオルガノ水素シロキサンを調製する方法は、当技術分野で周知である。
【００３４】
成分(C)は、25m2/g未満、あるいは0.25〜10m2/g、または0.25〜5m2/gの表面積(B.E.T.法)を有する少なくとも1種の無機フィラーである。成分(C)は、組成物のレオロジー特性、組成物のコストを変更するため、または硬化シリコーン生成物の機械、電気、化学、もしくは熱特性を変更するためにヒドロシリル化添加硬化性シリコーン組成物中で典型的に使用される25m2/g未満の表面積を有する任意の無機フィラーであってよい。
【００３５】
無機フィラーは、0.2〜150μm、あるいは0.2〜20μmの平均サイズを有する粒子からなる。
【００３６】
無機フィラー粒子の形状は重要ではないが、球形を有する粒子が好ましい。これは、球形の粒子が通常、他の形状を有する粒子よりも、シリコーン組成物に対して小さな粘度増加を与えるからである。
【００３７】
室温(15〜25℃)での無機フィラーのpH値は、3〜9、あるいは6〜9にすることができる。ASTM D 4972に例示されるように、フィラーのpHは、10mLの蒸留水中にフィラー10gを加えたスラリーのpH値を測定することによって求めることができる。フィラーのpHが約3未満であるとき、一般に硬化シリコーン生成物が低い熱安定性を示す。フィラーのpHが約9よりも大きいとき、一般にシリコーン組成物が貯蔵時に不安定になり、かつ/または硬化シリコーン生成物が低い熱安定性を示す。
【００３８】
フィラーは、2重量%以下、あるいは1重量%以下の水(水分)含有量を有することができる。ASTM D 2216に例示されるように、フィラーの水含有量は、110℃でのフィラー乾燥時の重量損失を測定することによって求めることができる。水含有量が約2重量%よりも大きいとき、ヒドロシリル化触媒の存在下でオルガノ水素シロキサンと水が反応する可能性がある。この反応は、シリコーン組成物を硬化するのに必要なオルガノ水素シロキサンを消費して水素ガスを生成し、これにより、硬化シリコーン生成物中に空隙が形成される場合がある。
【００３９】
無機フィラーの例としては、結晶シリカ、地下結晶シリカ、および珪藻土シリカなどの天然シリカ、溶融シリカ、シリカゲルなどの合成シリカ、雲母、珪灰石、長石、および霞石閃長岩などの珪酸塩、酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化ベリリウム、酸化クロム、酸化チタン、および酸化亜鉛などの金属酸化物、窒化ホウ素、窒化珪素、および窒化アルミニウムなどの金属窒化物、炭化ホウ素、炭化チタン、および炭化珪素などの金属炭化物、カーボンブラック、炭酸カルシウムなどのアルカリ土類金属炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、および硫酸バリウムなどのアルカリ土類金属硫酸塩、二硫酸モリブデン、硫酸亜鉛、カオリン、滑石、ガラス繊維、中空ガラスミクロスフェアおよび中実ガラスミクロスフェアなどのガラスビーズ、アルミニウム三水和物、石綿、ならびにアルミニウム、銅、ニッケル、鉄、および銀粉末などの金属粉末があり、しかしこれらに限定されない。提案されている無機フィラーは溶融シリカである。
【００４０】
成分(C)は、前述した無機フィラーの表面を有機珪素化合物で処理することによって得られる処理無機フィラーであってもよい。有機珪素化合物は、シリカフィラーを処理するために一般に使用される任意の有機珪素化合物であってよい。有機珪素化合物の例として、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、およびトリメチルモノクロロシランなどのオルガノクロロシラン、ヒドロキシ末端ジメチルシロキサンオリゴマー、ヘキサメチルジシロキサン、およびテトラメチルジビニルジシロキサンなどのオルガノシロキサン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルシクロトリシラザンなどのオルガノシラザン、ならびにメチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、および3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどのオルガノアルコキシシランがあり、しかしこれらに限定されない。
【００４１】
成分(C)は、上述したようなただ1種の無機フィラーであっても、表面積、表面処理、粒子サイズ、密度、および粒子形状など少なくとも1つの特性が異なる2種以上のフィラーの混合物であってもよい。
【００４２】
成分(C)は、シリコーン組成物中に有効量存在する。本明細書で使用するとき、用語「有効量」は、成分(C)の濃度が、以下の実施例における方法を使用して求める際に-40〜150℃の間で60〜280μm/m/℃の熱膨張係数を有する生成物を形成するようにシリコーン組成物が硬化するようなものであることを意味する。成分(C)の正確な濃度は、所望の熱特性、フィラーの表面積、フィラーの密度、フィラー粒子の形状、フィラーの表面処理、およびシリコーン組成物中の他の成分の性質によって決まる。
【００４３】
成分(C)の濃度は、成分(A)100重量部当たり30〜1200重量部、あるいは100〜600重量部、または150〜400重量部にすることができる。成分(C)の濃度が約30重量部未満であるとき、硬化シリコーン生成物は、無機フィラーが存在しない同じ組成物から生成されたシリコーン生成物に比べて、熱膨張係数の大幅な低減を示さない。成分(C)の濃度が約1200重量部よりも大きいとき、シリコーン組成物は非常に高い粘度を有し、硬化して脆性のある生成物を形成する。成分(D)の有効量は、以下の実施例における方法を使用して、通常の実験法によって容易に求めることができる。
【００４４】
成分(D)は、成分(A)と成分(B)のさらなる反応を促進する少なくとも1種のヒドロシリル化触媒である。ヒドロシリル化触媒は、白金族金属、白金族金属を含有する化合物、またはマイクロカプセル化白金族金属含有触媒を含めた周知のヒドロシリル化触媒の任意のものであってよい。白金族金属には、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、オスミウム、およびイリジウムが含まれる。ヒドリシリル化反応での高い活性に基づき、白金族金属が白金であることが好ましい。
【００４５】
ヒドロシリル化触媒の例として、参照により本明細書に組み込む米国特許第3419593号にWillingによって開示されている、塩化白金酸と何らかのビニル含有オルガノシロキサンとの錯体がある。そのような触媒の具体的な例は、塩化白金酸と1,3-ジエテニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサンとの反応生成物である。
【００４６】
ヒドロシリル化触媒は、熱可塑性樹脂中にカプセル化された白金族金属を含むマイクロカプセル化白金族金属含有触媒であってもよい。マイクロカプセル化ヒドロシリル化触媒を含有する組成物は、周囲条件下で、長期にわたって、典型的には数カ月またはそれ以上にわたって安定しており、しかし(1種または複数種の)熱可塑性樹脂の融点または軟化点を超える温度で比較的急速に硬化する。マイクロカプセル化ヒドロシリル化触媒およびそれを調製する方法は、当技術分野で周知であり、米国特許第4766176号およびそこに引用されている参考文献、ならびに米国特許第5017654号に例が挙げられている。
【００４７】
成分(D)は、ただ1種のヒドロシリル化触媒であっても、構造、形状、白金族金属、錯体リガンド、および熱可塑性樹脂など少なくとも1つの特性が異なる2種以上の異なる触媒を含む混合物であってもよい。
【００４８】
成分(D)の濃度は、成分(A)と成分(B)のさらなる反応に触媒作用を及ぼすのに充分なものである。成分(D)の濃度は、成分(A)、(B)、および(C)の結合重量に基づいて、0.1〜1000ppmの白金族金属、あるいは1〜500ppmの白金族金属、または5〜150ppmの白金族金属を提供するのに充分なものにすることができる。0.1ppm未満の白金族金属では、硬化の速度が非常に遅い。1000ppmよりも多い白金族金属の使用は、硬化速度の顕著な増大をもたらさず、したがって経済的でない。
【００４９】
上述したように組成物が硬化して低いCTEおよび低い弾性率を有するシリコーン樹脂を形成するのを妨げないことを条件として、シリコーン組成物は追加の材料を含むことができる。追加の材料の例として、ヒドロシリル化触媒阻害剤、オルガノポリシロキサン樹脂、米国特許第4087585号および5194649号に教示されている接着促進剤などの接着促進剤、染料、顔料、抗酸化剤、熱安定剤、UV安定剤、難燃剤、流量制御添加剤、および有機溶剤があり、しかしこれらに限定されない。
【００５０】
ヒドロシリル化触媒阻害剤の例として、3-メチル-3-ペンテン-1-インおよび3,5-ジメチル-3-ヘキセン-1-インなど様々な「エンイン」系、3,5-ジメチル-1-ヘキシン-3-オール、1-エチニル-1-シクロヘキサノール、および2-フェニル-3-ブチン-2-オールなどアセチレンアルコール、周知のジアルキル、ジアルケニル、およびジアルコキシアルキルフマル酸塩およびマレイン酸塩などのマレイン酸塩およびフマル酸塩、ならびにシクロビニルシロキサンがある。
【００５１】
有機溶剤の例としては、ペンタン、ヘキサン、およびヘプタンなどの飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、およびキシレンなどの芳香族炭化水素、ミネラルスピリット、ジクロロメタン、クロロホルム、および1,1,1-トリクロロエタンなどのハロ炭化水素、酢酸エチルなどのエステル、アセトン、メチルエチルケトン、およびメチルイソブチルケトンなどのケトン、ならびにそのような溶剤の混合物がある。
【００５２】
オルガノポリシロキサン樹脂の1タイプは、本質的に、R33SiO1/2シロキサンユニットとSiO4/2シロキサンユニットからなり、ここで各R3は、1〜20個の炭素原子を有する1価の炭化水素基および1価のハロゲン化炭化水素基から独立して選択され、オルガノポリシロキサン樹脂中のR33SiO1/2ユニットとSiO4/2ユニットのモル比は0.65〜1.9である。
【００５３】
さらに、シリコーン組成物がオルガノポリシロキサン樹脂を含むとき、架橋剤の濃度は、結合された成分(A)とオルガノポリシロキサン樹脂の中でアルケニル基1個当たり0.8〜3個の珪素結合水素原子を提供するのに充分なものにすることができる。
【００５４】
本発明のシリコーン組成物中のオルガノポリシロキサン樹脂の濃度は、成分(A)100重量部当たり1〜100重量部、あるいは30〜100重量部にすることができる。
【００５５】
本発明のオルガノポリシロキサン樹脂は、Daudt他に対する米国特許第2676182号に例示されているような当技術分野で周知の方法によって調製することができる。
【００５６】
1つの好ましい実施形態では、シリコーン組成物がさらに、50〜400m2/gの表面積(B.E.T法)を有するシリカフィラーを含む。シリカフィラーは、シリコーン組成物にチキソトロピーを与える。本明細書で使用するとき、用語「チキソトロピー」は、組成物が、せん断力が加えられたときに粘度の減少を示し、その後の静止時には粘度の増大を示すことを意味する。チキソトロピーの度合いは、組成物のチキソトロピー指数を測定することによって求めることができる。例えば、チキソトロピー指数は、1rad/sのせん断速度でのシリコーン組成物の粘度と10rad/sのせん断速度での組成物の粘度との比として表すことができ、ここで各粘度は23±2℃で測定される。
【００５７】
適切なシリカフィラーの例として、フュームドシリカ、沈降シリカ、および前述したシリカの表面を有機珪素化合物で処理することによって製造される処理シリカフィラーがあり、しかしこれらに限定されない。適切な有機珪素化合物は、上で成分(C)に関して例を挙げた。
【００５８】
シリカフィラーの濃度は、成分(A)100重量部当たり0.5〜20重量部、あるいは0.5〜10重量部にすることができる。
【００５９】
本発明のシリコーン組成物は、ただ1つの部分に成分(A)〜(D)を含む1部分組成物であっても、2つ以上の部分に成分(A)〜(D)を含む複数部分組成物であってもよい。複数部分組成物では、阻害剤も存在している場合以外は、通常、成分(A)、(B)、および(D)が同じ部位に存在しない。例えば、複数部分シリコーン組成物は、成分(A)の一部、成分(C)の一部、および成分(D)の全てを含む第1の部分と、成分(A)および(C)の残りの部分と、成分(B)の全てを含む第2の部分とを備えることができる。
【００６０】
本発明の1部分シリコーン組成物は、上述した溶剤を用いて、または用いずに、周囲温度で上述した割合で成分(A)〜(D)および任意選択の材料を結合させることによって調製することができる。様々な成分の添加の順序は、シリコーン組成物が直ちに使用されるときには重要でないが、組成物の尚早な硬化を防止するために、約30℃未満の温度でヒドロシリル化触媒を最後に添加することが好ましい。また、本発明の複数部分シリコーン組成物は、各部分に対して指定された特定の成分を結合することによって調製することができる。
【００６１】
本発明の半導体パッケージを、以下に説明して図1〜4に示す実施形態に例示する。しかし本発明はこれらに限定されない。図では、ただ1つのボンドパッドを有するウェハの一部分のみが示されている。
【００６２】
図1に示される本発明による半導体パッケージの第1の実施形態では、半導体パッケージは、少なくとも1つの集積回路(図示せず)を備える活性面を有する半導体ウェハ10であって、各集積回路が複数のボンドパッド20を有する半導体ウェハ10と、ボンドパッド20以外のウェハの活性面を覆う硬化シリコーン層30とを備える。
【００６３】
図2に示される本発明による半導体パッケージの第2の実施形態では、半導体パッケージは、少なくとも1つの集積回路(図示せず)を備える活性面を有する半導体ウェハ10であって、各集積回路が複数のボンドパッド20を有する半導体ウェハ10と、ボンドパッド20以外のウェハの活性面を覆う硬化シリコーン層30と、各ボンドパッド20に取り付けられた近位端、およびシリコーン層30の表面上にある遠位端を有する金属トレース40と、各トレース40の遠位端に取り付けられたはんだバンプ50と、ボンドパッド20、シリコーン層30、および金属トレース40を覆うはんだマスク60とを備える。
【００６４】
図3に示される半導体パッケージの第3の実施形態では、半導体パッケージは、少なくとも1つの集積回路(図示せず)を備える活性面を有する半導体ウェハ10であって、各集積回路が複数のボンドパッド20を有する半導体ウェハ10と、ボンドパッド20以外のウェハの活性面の一部分を覆う硬化シリコーンドーム31とを備える。
【００６５】
図4に示される半導体パッケージの第4の実施形態では、半導体パッケージは、少なくとも1つの集積回路(図示せず)を備える活性面を有する半導体ウェハ10であって、各集積回路が複数のボンドパッド20を有する半導体ウェハ10と、ボンドパッド20以外のウェハの活性面の一部分を覆う硬化シリコーンドーム31と、各ボンドパッド20に取り付けられた近位端、および硬化シリコーンドーム31の表面上にある遠位端を有する金属トレース41と、各トレース41の遠位端に取り付けられたはんだバンプ50とを備える。
【００６６】
上の実施形態では、金属トレースが、IC上の周縁ボンドパッドをエリアアレイ構成に経路変更または再分配する。トレースは、導電性金属または合金からなる。金属の例として、クロム、チタン、銅、金、およびニッケルがある。特に、金属トレースは、チタン/ニッケル/銅の3層系から構成することができ、ここでチタンは接着層であり、ニッケルは拡散障壁であり、銅は主要トレース金属である。また、はんだマスクを、本発明のシリコーン組成物の硬化生成物にすることもできる。本発明のシリコーン組成物が存在しない先行ウェハレベルパッケージ設計が当技術分野で知られている。例えば、Kang等が、応力緩衝層としての変性ポリイミドと、ベンゾシクロブテンからなるはんだマスクと、金属ランナおよびはんだボールからなる再分配網とを含むウェハレベルチップスケールパッケージを報告している(Electronic Components and Technology Conference Proceedings,2000,87-92)。
【００６７】
本発明による半導体パッケージを製造する方法は、
(i)少なくとも1つのシリコーン堆積物を形成するために半導体ウェハの活性面の少なくとも一部分にシリコーン組成物を印刷するステップであって、活性面が少なくとも1つの集積回路を備え、各集積回路が複数のボンドパッドを有し、各ボンドパッドの少なくとも一部分がシリコーン堆積物によって覆われず、シリコーン組成物が、
(A)1分子当たり平均で少なくとも2個の珪素結合アルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、
(B)組成物を硬化するのに充分な濃度で、1分子当たり平均で少なくとも2個の珪素結合水素原子を含有する有機珪素化合物と、
(C)25m2/g未満の表面積を有する有効量の無機フィラーと、
(D)触媒量のヒドロシリル化触媒と
を含むステップと、
(ii)硬化シリコーン部材を形成するのに充分な時間にわたってシリコーン堆積物を加熱するステップとを含み、部材が、-40〜150℃の間で60〜280μm/m℃の線膨張係数を有し、かつ25℃で1〜300MPaの弾性率を有する。
【００６８】
シリコーン組成物は、所望の堆積物の厚さによって従来のステンシル印刷またはスクリーン印刷法を使用して、半導体ウェハの活性面に塗布することができる。一般に、スクリーン印刷を使用して、150μmまでの厚さを有する堆積物を生成することができ、ステンシル印刷を使用して、300μmまでの厚さを有する堆積物を生成することができる。詳細な印刷条件は、未硬化のシリコーン組成物のレオロジー特性、アパーチャ直径、および印刷方法(すなわちステンシルまたはスクリーン)によって決まる。例えば、2〜25lbfのスキージ圧、0.2〜5インチ/s(0.5〜12.7cm/s)の速度、および0〜0.1インチ(0〜2.5mm)のスナップオフ調節を使用して、ステンシル印刷またはスクリーン印刷によってシリコーン組成物を塗布することができる。
【００６９】
次いで、シリコーン堆積物が、硬化シリコーン部材を形成するのに充分な時間にわたって加熱される。シリコーン堆積物は、酸化または分解することなく所望の架橋密度を達成するのに充分な時間にわたって加熱することができる。例えば、堆積物を、70〜250℃の温度で3〜360分間、あるいは90〜200℃で5〜60分間、または100〜150℃で15〜60分間加熱することができる。シリコーン堆積物は、熱板または炉など従来の機器を使用して加熱することができる。
【００７０】
さらに、本発明の方法は、各ボンドパッドにばね接点を取り付けること、およびパッケージを個々のICチップに分離することを含むことができる。ばね接点の例、および半導体デバイスにばね接点を取り付ける方法の例は、当技術分野で知られており、Chang他に対する米国特許第6168974B1号に例示されている。
【００７１】
逆に、この方法はさらに、パッケージを個々のICチップに分離すること、および各チップをリードフレームパッケージ内に組み立てることを含むことができる。組立て工程は通常、各チップをリードフレームに取り付けること、各チップ上のボンドパッドをリードフレーム上のリードに接続する(通常はワイヤボンディング)こと、およびハウジングの各部を一体に密閉する、または成形化合物を用いてアセンブリを封止することを含む。DIP、SH-DIP、SK-DIP、SL-DIP、SIP、ZIP、PGA、SO、SOP、LCC、PLCC、およびSOJなど、リードフレームパッケージを組み立てる方法は当技術分野で周知である。
【００７２】
一方、この方法はさらに、パッケージを個々のICチップに分離すること、および各チップをボールグリッドアレイ(BGA)パッケージ内に組み立てることを含むことができる。BGAパッケージを組み立てる方法も当技術分野で周知である。
【００７３】
図1に示される半導体パッケージは、(i)シリコーン層を形成するために半導体ウェハ10の活性面上にシリコーン組成物を印刷するステップであって、活性面が少なくとも1つの集積回路を備え、各集積回路が複数のボンドパッド20を有し、ボンドパッド20がシリコーン層によって覆われず、シリコーン組成物が、上述した成分(A)〜(D)を含むステップと、(ii)硬化シリコーン層30を形成するのに充分な時間にわたってシリコーン層を加熱するステップであって、硬化シリコーン層が、-40〜150℃の間で60〜280μm/m℃の線膨張係数を有し、かつ25℃で1〜300MPaの弾性率を有するステップとによって製造することができる。
【００７４】
図2に示される半導体パッケージは、(i)シリコーン層を形成するために半導体ウェハ10の活性面上にシリコーン組成物を印刷するステップであって、活性面が少なくとも1つの集積回路を備え、各集積回路が複数のボンドパッド20を有し、ボンドパッド20がシリコーン層によって覆われず、シリコーン組成物が、上述した成分(A)〜(D)を含むステップと、(ii)硬化シリコーン層30を形成するのに充分な時間にわたってシリコーン層を加熱するステップであって、硬化シリコーン層が、-40〜150℃の間で60〜280μm/m℃の線膨張係数を有し、かつ25℃で1〜300MPaの弾性率を有するステップと、(iii)各ボンドパッド20に取り付けられた近位端、およびシリコーン層30の表面上にある遠位端を有する金属トレース40を形成するステップと、(iv)ボンドパッド20、シリコーン層30、および金属トレース40を覆うはんだマスク60を塗布するステップであって、各トレース40の遠位端の一部分がはんだマスク60に覆われないステップと、(v)各トレース40の遠位端にはんだバンプ50を形成するステップとによって製造することができる。得られる半導体パッケージを、例えば従来のウェハソーを使用して個々のICチップに分離することができる。
【００７５】
図3に示される半導体パッケージは、(i)少なくとも1つのシリコーンドームを形成するために半導体ウェハ10の活性面上にシリコーン組成物を印刷するステップであって、活性面が少なくとも1つの集積回路を備え、各集積回路が複数のボンドパッド20を有し、ボンドパッド20がシリコーンドームによって覆われず、シリコーン組成物が、上述した成分(A)〜(D)を含むステップと、(ii)硬化シリコーンドーム31を形成するのに充分な時間にわたってシリコーンドームを加熱するステップであって、硬化シリコーンドームが、-40〜150℃の間で60〜280μm/m℃の線膨張係数を有し、かつ25℃で1〜300MPaの弾性率を有するステップとによって製造することができる。
【００７６】
図4に示される半導体パッケージは、(i)シリコーンドームを形成するために半導体ウェハ10の活性面上にシリコーン組成物を印刷するステップであって、活性面が少なくとも1つの集積回路を備え、各集積回路が複数のボンドパッド20を有し、ボンドパッド20がシリコーンドームによって覆われず、シリコーン組成物が、上述した成分(A)〜(D)を含むステップと、(ii)硬化シリコーンドーム31を形成するのに充分な時間にわたってシリコーンドームを加熱するステップであって、部材が、-40〜150℃の間で60〜280μm/m℃の線膨張係数を有し、かつ25℃で1〜300MPaの弾性率を有するステップと、(iii)各ボンドパッド20に取り付けられた近位端、および硬化シリコーンドーム31の表面上にある遠位端を有する金属トレース41を形成するステップと、(iv)各トレース41の遠位端にはんだバンプ50を形成するステップとによって製造することができる。得られる半導体パッケージを、例えば従来のウェハソーを使用して個々のICチップに分離することができる。
【００７７】
本発明の方法の上記の実施形態では、金属トレースを、例えばKang等(Electronic Components and Technology Conference Proceedings,2000,87-92)によって報告されているように、従来のスパッタリング、リソグラフィ、および電気めっき法を用いて形成することができる。
【００７８】
本発明の半導体パッケージは、広い温度範囲にわたって良好な熱安定性を示し、かつ良好な環境耐性を示す。また、半導体パッケージは、ウェハ上の全てのICの同時試験を可能にする。さらに、個々のチップを、ウェハレベル半導体パッケージから個別化する(分離する)ことができ、各チップが、IC自体よりもわずかに大きいサイズを有する。従来のICパッケージよりも軽く、小さく、かつ薄いこれらの「チップスケールパッケージ」は、高密度適用例に理想的である。
【００７９】
本発明の半導体パッケージを製造する方法は、高スループット製造工程に拡張可能である。重要なことに、この方法は、ウェハ上の全てのICの同時パッケージングを可能にする。さらに、この方法は、従来のステンシル印刷機器および方法を採用する。従来のスピンコーティング法に比べ、本発明の方法は、材料(シリコーン組成物)の浪費が少なく、かつ工程ステップが少ないことを特徴とする。
【００８０】
本発明の半導体パッケージを使用して、個別のICチップパッケージを製造することができる。チップパッケージは、計算器、電話、テレビジョン、ならびにメインフレームおよびパーソナルコンピュータなど電子機器に組み込むことができるプリント配線板を製造するのに有用である。
【００８１】
本発明のこれらおよびその他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、頭書の特許請求の範囲、および添付図面を参照すればより良く理解されよう。
【実施例】
【００８２】
以下の実施例は、本発明のシリコーン組成物をさらに説明するために提示するが、本発明を限定するものと見なすべきでなく、本発明は頭書の特許請求の範囲で規定される。別段に示していない限り、実施例で報告する全ての部および百分率は、重量によるものである。
【００８３】
粘度の測定
シリコーン組成物の粘度は、25mmプレートを備えるRheometric Scientific SR-5000パラレルプレートレオメータを使用して求めた。レオメータは、25℃で応力制御モードで動作させた。せん断速度は、5分間で100dynes/cm2から5000dynes/cm2まで上昇させた。dynes/cm2単位で表す粘度に関する報告値は、1.0sec-1および10sec-1のせん断速度で求めた。
【００８４】
シリコーン試料の調製
内寸3.0インチ×6.0インチ×0.075インチ(7.6cm×15cm×0.19cm)を有し、アルミニウムおよびテフロン（登録商標）シートから構成された矩形の鋳型(図5)内にシリコーン組成物を注入した。充填された鋳型を、テフロン（登録商標）シートで覆い、プレス機内で10トン(9072kg)の質量の下で150℃で15分間加熱した。鋳型を室温まで冷却させ、シリコーン試料を取り外した。試料を、炉内で150℃で45分間テフロン（登録商標）シート上で加熱し、次いで少なくとも24時間室温で維持した。
【００８５】
シリコーン試験片の製造
デュロメータ硬度、引張強さ、伸び、およびコード弾性率の測定のための試験片は、ASTM D 412で説明されている手順に従って、Die Cを使用して各シリコーン試料から3つのダンベル形状の試験片を切り取ることによって製造した。
【００８６】
線膨張係数の測定のための試験片は、シリコーン試料から、直径0.25インチ(0.64cm)、長さ0.075インチ(0.19cm)を有する円柱形の試験片を切り取ることによって製造した。
【００８７】
デュロメータ硬度の測定
シリコーン試験片のデュロメータ硬度は、ASTM D 2240に従ってShore Type A機器を使用して求めた。同じシリコーン試料からの3つの試験片を重ねて、全厚0.22インチ(0.57cm)にした。硬度測定は、最上部試験片の外面に対して行った。デュロメータ硬度に関する報告値は、同じ試験片に対して異なる位置で行った3つの測定の平均を表す。
【００８８】
引張強さ、伸び、およびコード弾性率の測定
シリコーン試験片の極限伸び時の引張強さ、極限伸び、およびコード弾性率は、ASTM D 412に従って、Monsanto Tensiometer 2000を使用して求めた。グリップ分離の速度は20インチ/分(0.85cm/s)であった。コード弾性率は、ASTM E 111-97で説明されている方法を使用して、応力歪曲線から計算した。引張り強度(Pa)、伸び(%)、およびコード弾性率(MPa)に関する報告値はそれぞれ、同じシリコーン試料からの異なるダンベル形試験片に対して行った3つの測定の平均を表す。
【００８９】
線膨張係数の測定
シリコーン試験片の線膨張係数は、TA Instruments TMA 2910熱機械分析装置を使用して求めた。直径0.125インチ(0.318cm)を有するフラット水晶プローブを、試験片の表面に接触させた。0.1ニュートンの力をプローブに加え、試験片の温度を5℃/分の速度で30℃から200℃まで上昇させた。温度の関数としてプローブの変位を記録し、50〜150℃での最適線の傾きを用いてCTEを求めた。μm/m/℃の単位で表される線膨張係数は、単位長さ当たりの線膨張を温度変化で割ることによって得られた。
【００９０】
印刷方法
シリコーン組成物は、長さ8.0インチ(20cm)を有するスキージと、厚さ0.0015インチ(0.038mm)を有し、多数の0.013インチ(0.33mm)円形アパーチャを含むステンレス鋼ステンシルとを備えるSpeedline Technologies model MPM/SPMステンシル印刷機を使用して、150mmシリコンウェハの平坦面上に直接印刷した。ステンシル印刷機は、13lbf(58N)のスキージ圧、0.01インチ(0.2mm)のスナップオフ調節、および0.4インチ/s(1cm/s)の速度で動作させた。ウェハを、炉内で150℃の温度で15分間加熱した。
【００９１】
印刷寸法の測定
印刷されたフィーチャの寸法は、Tencor P-11プロフィロメータを使用して求めた。底部幅、上部幅、平均高さ、およびピークに関する報告値はそれぞれ、同じウェハの異なるフィーチャに対して行った3つの測定の平均を表す。
【００９２】
試薬
実施例では以下の化学物質を使用した。
ポリマーA:1分子当たり平均で146個のジメチルシロキサンユニットと2個のメチルヘキセニルシロキサンユニットを有し、25℃で0.42Pa・sの粘度を有するジメチルヘキセニルシロキシ末端ポリ(ジメチルシロキサン/メチルヘキセニルシロキサン)。
ポリマーB:25℃で約2Pa・sの粘度を有するジメチルビニルシロキシ末端ポリ(ジメチルシロキサン)66.9%と、25℃で約55Pa・sの粘度を有するジメチルビニルシロキシ末端ポリ(ジメチルシロキサン)2.1%と、本質的にCH2=CH(CH3)2SiO1/2ユニット、(CH3)3SiO1/2ユニット、およびSiO4/2ユニットからなるオルガノポリシロキサン樹脂31%とからなる混合物。ここで、結合されたCH2=CH(CH3)2SiO1/2および(CH3)3SiO1/2とSiO4/2とのモル比は約0.7であり、樹脂は、約22000の重量平均分子量、約5の多分散性、25℃で5Pa・sの粘度を有し、約1.8重量%(約5.5モル%)のビニル基を含有する。
ポリマーC:25℃で約3mPa・sの粘度を有するジメチルビニルシロキシ末端ポリ(ジメチルシロキサン)85%と、ジメチルシクロシロキサン10%と、テトラメチルジビニルジシロキサン5%とからなる混合物。
ポリマーD:約830の平均重合度を有し、かつ25℃で55Pa・sの粘度を有するジメチルビニルシロキシ末端ポリ(ジメチルシロキサン)。
架橋剤A:本質的に、H(CH3)2SiO1/2ユニット、(CH3)3SiO1/2ユニット、およびSiO4/2ユニットからなるオルガノ水素ポリシロキサン。ここで、オルガノ水素ポリシロキサンは、珪素結合水素原子を約1.0重量パーセント含有し、25℃で約2.4×10-5m2/sの粘度を有する。
架橋剤B:1分子当たり平均で3個のジメチルシロキサンユニットおよび5個のメチル水素シロキサンユニットを有し、25℃で5mPa・sの粘度を有し、かつ珪素結合水素原子を約0.8%含有するトリメチルシロキシ末端ポリ(ジメチルシロキサン/メチル水素シロキサン)。
架橋剤C:1分子当たり平均で16個のジメチルシロキサンユニットおよび39個のメチル水素シロキサンユニットを有し、珪素結合水素原子を約1.05%含有するトリメチルシロキシ末端ポリ(ジメチルシロキサン/メチル水素シロキサン)90%と、低沸騰環状および線状ジメチルメチル水素シロキサン10%とからなる混合物。
フィラーA:平均粒子サイズが4.4ミクロンであり、平均表面積が約1.3m2/gである電子DRAMグレード球形溶融シリカ。
フィラーB:Cabot Corporationから商標CAB-O-SIL TS-530の下で販売されている処理フュームドシリカ。この処理フュームドシリカは、ヘキサメチルジシラザンで処理された高純度シリカである。この処理フュームドシリカは、表面積(BET)が212±28m2/gであり、炭素含有量が4.25±0.5重量パーセントであり、比重が2.2g/cm3である。
接着促進剤:1分子当たり平均2個のジメチルシロキサンユニットおよび2個のメチルビニルシロキサンユニットを有するヒドロキシ末端(ジメチルシロキサン/メチルビニルシロキサン)と、グリシドキシプロピルトリメトキシシランとの反応生成物。この生成物は、カリウム触媒の存在下で140℃の温度で2時間、等しい重量部のシロキサンとグリシドキシプロピルトリメトキシシランとを反応させることによって調製した。反応混合物を、ビス(ジメチルビニルシリル)ビニルホスホン酸塩で中和し、温度130℃、圧力6.7kPaで2時間、揮発分を除去した。
触媒:78モルパーセントのモノフェニルシロキサンユニットと22モルパーセントのジメチルシロキサンユニットとからなり、60〜90℃の軟化点を有する熱可塑性シリコーン樹脂中に分散された1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサンと白金との錯体40重量パーセントと、ポリマーB、すなわち25℃で2Pa・sの粘度を有し、かつ0.2重量パーセントのビニル含有量を有するジメチルビニルシロキシ末端ポリ(ジメチルシロキサン)55重量パーセントと、ヘキサメチルジシラザン処理フュームドシリカ5重量パーセントとからなる混合物。この触媒は、約0.16重量パーセント(1600ppm)の白金含有量を有する。
阻害剤:2-フェニル-3-ブチン-2-オール
【００９３】
(実施例1)
ポリマーB(20.9部)、79.1部のポリマーD、1.2部の架橋剤C、および194.5部のフィラーAを、フィラーが混合物中で均一に分散するまでチェンジドカンミキサ内で混合した。阻害剤(0.04部)および3.7部の触媒を混合物に添加し、約20分間混合を続けた。シリコーン組成物は、1.0rad/sで235.6Pa・s、10rad/sで193.4Pa・sの粘度を有した。硬化シリコーン生成物の物理的な特性は表1に示す。
【００９４】
(実施例2)
ポリマーA(75.0部)、25.0部のポリマーB、2.5部の架橋剤A、3.2部の架橋剤B、291.6部のフィラーA、および4.2部のフィラーBを、フィラーが混合物中で均一に分散するまでチェンジドカンミキサ内で混合した。阻害剤(0.05部)および2.5部の触媒を混合物に添加し、約20分間混合を続けた。シリコーン組成物は、1.0rad/sで177.0Pa・s、10rad/sで27.9Pa・sの粘度を有した。硬化シリコーン生成物の物理的な特性は表1に示す。
【００９５】
(実施例3)
ポリマーB(50.0部)、50.0部のポリマーC、18.3部の架橋剤C、345.3部のフィラーA、および9.8部のフィラーBを、フィラーが混合物中で均一に分散するまでチェンジドカンミキサ内で混合した。阻害剤(0.06部)および3.1部の触媒を混合物に添加し、約20分間混合を続けた。シリコーン組成物は、1.0rad/sで322.8Pa・s、10rad/sで42.6Pa・sの粘度を有した。硬化シリコーン生成物の物理的な特性は表1に示す。
【００９６】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】シリコーン部材が層である、本発明による半導体パッケージの第1の実施形態の断面図である。
【図２】シリコーン部材が層である、本発明による半導体パッケージの第2の実施形態の断面図である。
【図３】シリコーン部材がドームである、本発明による半導体パッケージの第3の実施形態の断面図である。
【図４】シリコーン部材がドームである、本発明による半導体パッケージの第4の実施形態の断面図である。
【図５】硬化シリコーン試料を製造するための鋳型を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
10  半導体ウェハ
20  複数のボンドパッド
30  硬化シリコーン層
31  硬化シリコーンドーム
40、41  金属トレース
50  はんだバンプ
60  はんだマスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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