【技術書籍】半導体封止材料 総論

(有)アイパック　代表取締役　越部 茂　氏
　【経歴】
　1974年 大阪大学工学部卒業
　1976年 同大学院工学研究科 前期課程終了
　1976年 住友ベークライト入社 フェノール樹脂、半導体用封止材料等の開発に従事
　1988年 東燃化学入社 半導体用シリカ、民生用シリコーンゲル等の開発に従事
　2001年 (有)アイパック設立

現在は技術指導業を担当、寄稿・セミナー等で新旧技術を紹介。(日経エレクトロニクスや韓国版「電子材料」誌で長期連載）半導体および光学分野の素部材開発において国内外の複数メーカーと協力を行っている。
また海外の研究機関や業界団体（サムスンSAIT、台湾工業技術研究院、台湾TDMDA等）でも活動中で半導体・電子機器分野の最新情報に明るい。本分野での特許出願多数（約200件）、日本のパッケージング分野で、創生期から現在そして今後も最前線で活動し続ける数少ない技術者の一人である。

　■新規材料・技術への期待が高まる半導体封止、変革の時代へ
　　～EMC（固形材料・打錠品）からインク・フィルム・粉体材料等の新たな材料へ～
　　　・FO型パッケージ(PKG)や3次元型モジュール等、新規PKGの登場で封止対象が変化。
　　　・従来のチップだけでなく接続回路（子基板・再配線）の封止へと重心が移る。
　　　・複合型（2.X次元型）PKG　vs　FO型PKGの今後の行方。
　　　・FOWLP封止の課題解決に有望な圧着封止技術とシート状材料。
　　　・複合型（2.X次元型）PKGの全体封止”で注目される粉体塗料材料。
　　　・FO型PKGの市場拡大にはFOPLPの実用化がキー。実現の課題とは。
　　　・接続回路の薄層化へ、再配線 or 子基板型の半導体メーカの採用方針
　　　・薄層接続回路に既存封止・回路・保護膜材料が使えないワケ。
　　　・薄層接続回路用材料に必要な新規技術（微細分散、樹脂設計、触媒活性制御）
　　　・自動車ECU等の小型化に向けて、混載PKGで求められる“全体封止と材料”　　など

　■封止材料をとことん理解！封止材料の開発～製造にかかわる実務的・具体的な技術情報
　　～著者の経験談、実験ノートや実際の工程図なども交えて詳説～
　　　・PKGの形状・実装方式、封止方法の進化に合わせた封止材料の開発経緯。
　　　・各種成形法、注型、浸漬・滴下・浸入法等の樹脂封止方法と封止材料への要求。
　　　・半導体の種類・封止方法・封止容積ごとの封止材料組成。
　　　・構成原料（エポキシ、シリカ、硬化剤・触媒、添加剤など）の基本情報と
　　　　種類や製造方法による特性の違い選定指針など詳説。
　　　・試作～量産・スケールアップ工程、設備、工程管理、検査・品質保証の実務要点
　　　・試験・評価法（流動性、耐湿性、耐冷熱衝撃性、温度・熱応力特性等）の実務
　　　・性能・品質不良に繋がる配合・製法、過去にあった不良の事例
　　　・樹脂システム、シリカ表面処理、硬化触媒の活性制御、添加剤配合などの設計技術　など

　このほか、「コラム」では半導体業界、封止材料業界の商習慣や企業情報、開発経験談などを掲載。

 第1部　半導体封止方法および封止材料の基本情報 

第1章 樹脂封止および封止材料概論
　1. 半導体樹脂封止技術の概要
　　1.1 PLPの封止
  　　　1.1.1 封止方法
  　　　1.1.2 樹脂封止法
　　　　　　1.1.2.1 固形材料・打錠品の封止方法
   　　　　　1.1.2.2 液状材料の封止方法
   　　　　　1.1.2.3 圧着封止法（圧縮成形法）
   　　　　　1.1.2.4 粉体塗料の硬化方法
　　1.2 接続回路
　　1.3 WLPの封止
　　　　1.3.1 FIWLPの封止
　　　　1.3.2 FOWLPの封止
　　　　1.3.3 TSVPの封止
　　1.4 複合型PKGの封止
　　1.5 FOPLP
　2. 封止材料
　　2.1 封止材料の変化
　　　　2.1.1 封止方法による変化；気密封止から樹脂封止へ
　　　　2.1.2 PKG実装方法による変化；挿入方式から表面実装方式へ
　　　　2.1.3 封止材料の開発経緯
　　2.2 EMCの開発経緯
　　　　2.2.1 DIPと耐湿性
　　　　2.2.2 SOP・BGAと耐冷熱衝撃性
　　　　2.2.3 MAPと耐成形収縮性
　　　　2.2.4 3DPと注入性
　　2.3 液状封止材料の開発経緯
　3. 封止材料の種類と用途
　　3.1 チップの種類
　　3.2 封止容積
　　3.3 保護機能
【コラム】
　1. 封止材料＝EMC製造会社の変遷
　2. EMC開発に対する各国の状況
　　2.1 米国
　　2.2 日本
　　2.3 韓国
　3. EMC開発における各社の状況
　　3.1 日東電工社
　　3.2 住友ベークライト社
　　3.3 日立化成社（旧；日立化成工業社）
　　3.4 他の日本企業
　　3.5 米国企業
　　3.6 韓国企業

第2章 封止材料の基本組成と製造諸元・特性評価方法
　1. 組成検討の経緯
　2. 封止材料の基本組成
　　2.1 半導体の種類と封止材料組成
　　　　2.1.1 DISとIC
　　　　　　2.1.1.1 DIS用封止材料の基本組成
　　　　　　　・充填剤
　　　　　　　・充填技術に関する理論
　　　　　　　・エポキシ樹脂
　　　　　　　・硬化剤
　　　　　　　・改質剤
　　　　　　　・他の添加剤
　　　　　　2.1.1.2 IC用封止材料の基本組成
　　　　　　　・充填剤
　　　　　　　・エポキシ樹脂および硬化剤
　　　　　　　・触媒
　　　　　　　・難燃剤および捕捉剤
　　　　　　　・応力緩衝剤
　　2.2 封止容積と封止材料組成
　　　　2.2.1 キャビティ型PKG
　　　　　　　・充填剤
　　　　　　　・他の成分
　　　　2.2.2 MAP型PKG
　　　　　　2.2.2.1 子基板方式
　　　　　　　・充填剤
　　　　　　　・樹脂類
　　　　　　　・その他の成分
　　　　　　2.2.2.2 CoC型3DP
　　　　　　　・樹脂類
　　　　　　　・難燃剤
　　　　　　　・他の成分
　　2.3 保護箇所と封止材料組成
　　　　2.3.1 配線面
　　　　　　　・充填剤
　　　　　　　・樹脂類
　　　　　　　・硬化触媒
　　　　　　　・他の成分
　　　　2.3.2 接続面
　　　　　　　・充填剤
   　　　　　　・他の成分
　　　　2.3.3 外装部（チップ裏面）
　　　　　　　・充填剤
　　　　　　　・他の成分
　　2.4 圧着封止用材料
　　　　2.4.1 PKG品質の向上
　　　　2.4.2 PKGコストの低減
　　2.5 パワーデバイス用封止材料
　　　　2.5.1 発熱型パワーデバイス
　　　　2.5.2 封止方法とPKG構造
　　　　2.5.3 封止材料
　　　　　　　・充填剤
　　　　　　　・樹脂類
　　　　　　　・他の成分
　3. 封止材料の製造諸元
　　3.1 製造方法および製造設備
　　　　3.1.1 試作方法および試作設備
　　　　　・試作実験における注意点
　　　　3.1.2 量産製法
　　　　　・EMC
　　　　　・粉体EM
　　　　　・LE
　　3.2 工程管理および環境管理
　　　　3.2.1 工程管理
　　　　　・製造条件の検討
　　　　3.2.2 環境管理
　　　　　・製造環境
　　3.3 工程検査および製品検査
　　　　3.3.1 工程検査
　　　　3.3.2 製品検査
　　3.4 取扱方法
　　　　・全社的品質管理（TQC：Total Quality Control）
　　3.5 評価方法
　　　　3.5.1 評価項目
　　　　　　3.5.1.1 一般特性
　　　　　　3.5.1.2 流動特性
　　　　　　3.5.1.3 信頼性
　　　　3.5.2 試験方法
　　　　　　3.5.2.1 耐湿性
　　　　　　3.5.2.2 耐冷熱衝撃性
　　　　　　3.5.2.3 高温特性
　　　　　　3.5.2.4 熱応力特性
　　　　3.5.3 マクロ計算
　　　　3.5.4 理論計算
　　　　3.5.5 観察
　　　　3.5.6 軟X線試験
　　　　3.5.7 超音波探傷試験
　　　　3.5.8 その他の評価項目
　　　　　　3.5.8.1 難燃性
　　　　　　3.5.8.2 ポットライフ（可使時間）
　　　　　　3.5.8.3 表面状態
　　　　　　3.5.8.4 分散状態
【コラム】
　1. 開発
　2. 工場格差
　3. 製造工程
　4. 組成と製法
　5. 品質検査と品質保証
　6. 品質異常
　7. 信頼性評価用部材
　8. 理論解析
　9. 分散性

第3章 封止材料の構成原料
　1. 充填剤
　　1.1 シリカ
　　　　1.1.1 開発経緯
　　　　　　1.1.1.1 DIP用
　　　　　　1.1.1.2 SOP用
　　　　　　1.1.1.3 BGA用
　　　　　　1.1.1.4 MAP用
　　　　　　1.1.1.5 低α線シリカ
　　　　1.1.2 シリカ源
　　　　1.1.3 種類
　　　　　　1.1.3.1 天然シリカ
　　　　　　1.1.3.2 精製シリカ
　　　　　　1.1.3.3 合成シリカ
　　　　　　1.1.3.4 その他
　　　　1.1.4 特性
　　　　　　1.1.4.1 粉体特性
　　　　　　　・粒度分布
　　　　　　　・密度
　　　　　　　・比表面積
　　　　　　1.1.4.2 不純物特性
　　　　1.1.5 製造諸元
　　　　　　1.1.5.1 汎用シリカ
　　　　　　　・結晶シリカ
　　　　　　　・熔融シリカ
　　　　　　　・熔射シリカ
　　　　　　　・燃焼シリカ
　　　　　　1.1.5.2 微粒シリカ
　　　　　　　・爆燃シリカ
　　　　1.1.6 製造会社
　　1.2 高熱伝導性充填剤
　　　　1.2.1 アルミナ
　　　　1.2.2 窒化ホウ素
　　　　1.2.3 その他
　2. エポキシ樹脂
　　2.1 種類
　　　　2.1.1 汎用型
　　　　　・汎用エポキシ樹脂
　　　　　・汎用ノボラック型エポキシ樹脂
　　　　2.1.2 高機能型
　　　　　・ビフェノール型エポキシ樹脂
　　　　　・多官能型エポキシ樹脂
　　　　　・多芳香環型エポキシ樹脂
　　　　　・その他
　　2.2 開発経緯
　　　　2.2.1 DIP用
　　　　2.2.2 SOP用
　　　　2.2.3 BGA用
　　　　2.2.4 MAP用
　　2.3 特性
　　　　2.3.1 外観
　　　　2.3.2 エポキシ当量
　　　　2.3.3 粘度
　　　　2.3.4 不純物
　　2.4 含有塩素
　　　　2.4.1 抽出水塩素
　　　　2.4.2 加水分解性塩素
　　　　2.4.3 全塩素
　　2.5 製造諸元
　　　　2.5.1 製造方法
　　　　2.5.2 製造工程
　　　　　・付加反応工程
　　　　　・閉環反応工程
　　　　　・水洗精製工程
　　2.6 製造会社
　　　　2.6.1 EMC用
　　　　2.6.2 LE用
　3. 硬化剤
　　3.1 開発経緯
　　3.2 種類・製造会社
　　　　3.2.1 ノボラック系硬化剤
　　　　3.2.2 酸無水物系硬化剤
　　　　3.2.3 アミン系硬化剤
　　3.3 製造方法
　4. 硬化触媒
　　4.1 開発経緯
　　4.2 種類・製造会社
　　　　4.2.1 リン化合物
　　　　4.2.2 アミン類
　　　　4.2.3 イミダゾール類
　　4.3 潜在性触媒
　　　　4.3.1 分類
　　　　　・物理的保護
　　　　　・化学的保護
　　　　4.3.2 封止材料への適用
　　　　4.3.3 製造方法
　5. 他の原料
　　5.1 改質剤
　　5.2 難燃剤
　　　　5.2.1 難燃剤の種類
　　　　　・ハロゲン系難燃剤
　　　　　・ノンハロゲン系難燃剤
　　　　　・難燃剤フリー
　　　　5.2.2 難燃剤の問題
　　　　　・ハロゲン系難燃剤
　　　　　・ノンハロゲン系難燃剤
　　　　　・水発生型難燃剤
　　5.3 顔料
　　5.4 離型剤
　　5.5 捕捉剤
　　5.6 機能剤
　　　　・応力緩和剤
　　　　・密着粘着剤
【コラム】
　1. 石英の品質と価格
　2. シリカ製品の粒度
　3. 低α線熔融シリカ
　4. 熔射シリカの先駆者
　5. 韓国のシリカ製造会社
　6. エポキシ樹脂製造会社
 　　・潜在性触媒（DBU/PN塩）
 　　・成形システム

 第2部 封止材料設計と今後の開発指針 

第4章 封止材料の設計
　1. 基本事項
　　1.1 基本精神
　　1.2 開発手順
　　1.3 基本技術
　　1.4 基本確認
　　　　1.4.1 原料の確認
　　　　1.4.2 製法の確認
　　　　1.4.3 製品の確認
　　　　1.4.4 環境の確認
　2. 基幹技術
　　2.1 樹脂システム
　　　　2.1.1 エポキシ樹脂と硬化剤の配合
　　　　2.1.2 硬化触媒
　　　　　・潜在性触媒
　　2.2 充填剤（シリカ）
　　2.3 製法
　3. 個別技術
　　3.1 シリカの表面状態
　　　　3.1.1 表面積・比表面積
　　　　3.1.2 含有水分
　　　　3.1.3 シラノール基
　　3.2 シリカの表面処理
　　　　3.2.1 目的の明確化
　　　　　・シリカと樹脂の結合
　　　　3.2.2 シリカの表面処理方法
　　　　3.2.3 シリカ表面処理の検証
　　3.3 シラン系処理剤
　　　　3.3.1 表面処理剤
　　　　3.3.2 カップリング剤
　　3.4 シランカップリング剤処理
　　3.5 硬化触媒の活性制御
　　　　3.5.1 潜在性触媒
　　　　3.5.2 触媒活性の制御
　　　　　　3.5.2.1 物理的保護
　　　　　　　・高温溶融型硬化剤（HSHN：High Softening Hardener）
　　　　　　　・熱可塑性樹脂被覆
　　　　　　　・無機被覆
　　　　　　3.5.2.2 化学的保護
　　　　　　　・フェノール系硬化剤
　　　　　　　・カルボン酸系硬化剤
　　　　　　　・イミダゾール固定
　　3.6 機能剤
　　　　3.6.1 応力緩和剤および界面密着剤
　　　　3.6.2 表面被覆剤
　　　　3.6.3 粘着剤および流動性付与剤
　4. 封止材料の分析
　　4.1 充填剤
　　　　　・充填剤量
　　　　　・粒度
　　　　　・種類
　　4.2 樹脂類
　　4.3 微量成分
　　　　4.3.1 硬化触媒
　　　　4.3.2 離型剤
　　　　　・熱挙動分析
　　　　　・外観観察
　　　　4.3.3 その他
【コラム】
　1. 品質設計
　2. 品質管理
　3. 封止材料成分の分散
　4. カップリング剤処理
　5. 潜在性触媒
　6. 微量成分の重要性
　7. 技術開発

第5章 半導体封止材料における今後の開発指針
　1. 最先端半導体パッケージング
　2. 半導体の高速化
　　2.1 ノイズ対策
　　　　2.1.1 電磁波対策
　　　　　　2.1.1.1 電磁波遮蔽
　　　　　　2.1.1.2 電磁波吸収
　　　　2.1.2 誤信号対策
　　2.2 回路対策
　　　　2.2.1 誘電対策
　　　　2.2.2 距離対策
　　2.3 薄層PKG
　　2.4 接続回路の薄層化
　　　　2.4.1 接続回路
　　　　2.4.2 薄層接続回路
　　2.5 薄層封止
　　2.6 接続回路用材料
　　　　2.6.1 既存封止材料
　　　　2.6.2 既存回路材料
　　　　　　2.6.2.1 回路基板用材料
　　　　　　2.6.2.2 保護膜用材料
　　2.7 薄層封止材料
　　　　2.7.1 微細分散技術
　　　　2.7.2 樹脂機能設計
　　　　　　2.7.2.1 熱硬化型樹脂
　　　　　　2.7.2.2 光硬化型樹脂
　　　　2.7.3 触媒活性制御
　3. 混載部品の小型PKG化
　　3.1 軽薄短小化および高速化
　　3.2 故障時の賠償対策
　　3.3 混載PKG
　　3.4 混載封止
　　　　3.4.1 3D材料
　　　　3.4.2 4D加工
　4. 次世代パッケージングの要素技術
　5. パワーデバイス
　　5.1 自動車用パワーデバイス
　　　　5.1.1 新規基板
　　　　　　5.1.1.1 炭化硅素（SiC）
　　　　　　5.1.1.2 窒化ガリウム（GaN）
　　　　　　5.1.1.3 その他
　　　　5.1.2 封止材料側からの放熱
【コラム】
　1. EMA材料フィルム
　2. SAWフィルター用材料
　3. 製造会社における技術者
　4. 封止材料の採用および供給
　5. 封止材料の価格
　6. 封止材料の製造技術

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